同步辐射软X射线多层膜分光反射率测试装置

采用多层膜反射镜作为分光元件,成功地研制了同步辐射软X射线反射率计。可完成对各种光学反射镀层的光学常数的测试和评价。工作波段(2-20)nm,角分辨率0.01°,扫描范围(0-80)°。该装置安装在BEPC同步辐射实验室3B1光刻光束线上。     

13.9nm和19.6nm正入射Mo/Si多层膜反射镜反射率的测量

根据理论模拟计算并设计了分别工作在13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗两种X射线激光的Mo/Si多层膜,将自行设计的小型反射率计安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,组成以铜靶激光等离子体辐射源作为极紫外光源的反射率测量装置,对研制的Mo/Si多层膜反射镜的反射率进行了测量。实验结果显示,中心波长分别是13.91nm和19.60nm,相应反射率分别是41.9%和22.6%,半宽度分别是0.56nm和1.70nm,中心波长和半宽度与理论值基本一致。为了全面了解多层膜的性能,用WYKO测量多层膜的表面粗糙度,13.9nm和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别是0.52nm和0.55nm。     

13．9和19．6nm正入射Mo／Si多层膜反射镜的反射率测量

为了进一步研究13.9nm类镍银和19.6nm类氖锗X射线激光,制备了工作在上述两个波长的Mo/Si多层膜反射镜.设计了结构简单、操作方便的小型反射率计,将其安装在Mcpherson247单色仪出射狭缝附近,以铜靶激光等离子体辐射源为极紫外光源,组建了一套适合反射率测量的实验装置,利用此装置测量了实验室制备的多层膜反射镜的反射率.测量之前对单色仪进行了标定并对光源稳定性进行了测量,结果显示,波长准确度是0.08nm,光源信号抖动范围＜5%,光源稳定性好.反射率测量结果显示,实验室能够制备出中心波长分别是13.91和19.60nm的Mo/Si多层膜反射镜.相应反射率分别为41.9%和22.6%,半宽度为0.56和1.70nm.同时还用WYKO测量得到13.9和19.6nmMo/Si多层膜的表面粗糙度分别为0.52和0.55nm.     

Mo/Si多层膜反射镜在带电粒子照射下反射率变化

为模拟低地球轨道空间辐射环境,利用高能电子和质子对应用于空间极紫外望远镜上的Mo/Si多层膜反射镜分别进行照射,研究在电子和质子照射下多层膜反射镜反射率的变化,电子的能量和辐照剂量分别为4.5 MeV和3.3×1010 mm-2,质子的能量和辐照剂量分别为160 keV和1×1013 cm-2.实验结果显示,经高能电子照射后的多层膜反射镜反射率有所降低,降低幅度在1%～3%之间,经质子照射后反射率没有变化.并对带电粒子对多层膜反射镜的辐射损伤作了初步分析.     

极紫外宽带Mo/Si非周期多层膜偏振光学元件

研究了极紫外宽带多层膜偏振光学元件,包括反射式检偏器与透射式相移片。基于Mo/Si非周期多层膜结构,采用解析与数值优化相结合的方法进行了多层膜的设计;采用磁控溅射技术制备了多层膜。利用X射线衍射仪对非周期多层膜的结构进行了表征,利用德国BESSY-II同步辐射实验室的偏振测量仪对多层膜的偏振特性进行了测试。测量结果表明,在13~19 nm波段,s偏振分量的反射率高于15％;在15~17 nm波段,获得了37％的反射率。宽带多层膜同样可作为宽角偏振光学元件,在13.8~15.5 nm波段,宽带透射相移片的平均相移为41.7°。采用所研制的宽带多层膜相移片与检偏器,建立了宽带偏振分析系统,并对BESSY-II的UE56/1 PGM1光束线的偏振特性进行了系统研究。这种宽带多层膜偏振光学元件可以极大地简化极紫外偏振测量。     

同步辐射软X射线多层膜反射率计的设计

分析了同步辐射软X射线多层膜反射率计;介绍了单色器系统、反射率计系统、真空系统以及双重二倍角机构的设计要点。     

Mo/Si多层膜残余应力的研究

在极紫外光刻技术中,光学系统对多层膜光学元件表面面形精度有严格的要求,并且多层膜光学元件需要较高的反射率.由于多层膜中存在的内应力将改变光学元件的表面面形,因此在不减少反射率的前提下,一定要减少或补偿多层膜内的残余应力.论述了Mo/Si多层膜应力产生的原因和几种减少与补偿应力的技术,介绍应力的几种测量方法.     

高反射率13nmMo／Si多层膜

采用离子束溅射在不同的工艺参数下制备一系列单层Mo膜、Si膜及多层膜,并用原子力显微镜分析单层膜表面粗糙度及两种材料间的界面扩散.当束流电压超过一定数值时,可避免单层膜的柱状生长;在Mo-on-Si和Si-on-Mo界面中,Mo-on-Si界面扩散对反射率的影响更大.采用X射线衍射仪分析多层膜中Mo、Si材料的晶体结构,均为多晶结构,其中Mo为(110)晶向,Si为(400)晶向.根据上述分析优化工艺参数,获得的13nmMo/Si多层膜反射率达到60%.     

W/B4C、W/C、W/Si多层膜的研究

给出了W/B₄C、W/C、W/Si(钨/碳化硼、钨/碳、钨/硅)周期多层膜的制备和测量研究。用超高真空直流磁控溅射方法制备出周期在1.1~7.2 nm范围内的多层膜样品,采用X射线衍射仪(XRD)小角度测量方法检测多层膜的光学性能,并用透射电镜(TEM)对样品的微观结构进行了研究。结果表明:周期大于1.3 nm的多层膜样品的结构质量高,膜层结构清晰,界面粗糙度小;周期为1.15 nm的多层膜的膜层结构不是很明显;所有膜层均为非晶态,没有晶相生成。结果还表明:采用目前的溅射设备和工艺过程能够制备出满足同步辐射荧光光束线上单色器用多层膜。     

软X射线共振反射方法表征Sc/Si多层膜界面化合物成分的计算研究

Sc/Si周期多层膜是极紫外波段的重要材料,但膜层界面处材料原子间的扩散与化合反应严重影响了多层膜反射率。为了无损表征多层膜界面化合物的成分,利用软X射线共振反射的方法,研究了Sc/Si多层膜界面化合物成分。在Si的L吸收边附近,计算了不同周期厚度以及不同界面硅化物成分的Sc/Si多层膜的共振反射率。结果表明,界面硅化物成分不同的膜系在Si的L边处的反射率有明显差异,并且反射率随着膜层中Si化合反应的消耗而降低,证实了软X射线共振反射方法在亚纳米尺度下对化合物的成分进行无损分析的可行性,为后续的实验研究提供参考。     

不同溅射气压制备W/Si多层膜的实时应力研究

研究了不同溅射气压条件下磁控溅射制备W/Si多层膜过程中的应力变化,使用X射线衍射仪测量了多层膜的结构,使用实时应力测量装置研究W/Si多层膜沉积过程中的应力演变。结果表明,在溅射气压从0.05Pa增加到1.10Pa的过程中,薄膜沉积过程中产生的压应力不断减小并最终过渡为张应力,应力值在溅射气压为0.60Pa时最小,研究结果对减小膜层应力具有指导意义。     

多种材料软X光平面镜反射率标定

利用北京同步辐射装置(BSRF) 3W1B束线及反射率计靶室,在束流强度40～120mA、贮存环电子能量2GeV专用光运行模式下,做了不同材料掠入射平面镜反射率标定实验。标定过程用高灵敏度无死层的硅光二极管代替X射线二极管(XRD)作探测器,使输出信号提高2～3个量级,可标定能区从150～270eV拓展为50～1500eV能区,对C,Si和Ni材料平面镜给出完整的反射率标定曲线,最终把实验数据与理论计算比对并分析。     

类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜的研制

设计并制备了工作波长为4.48 nm类镍钽软X射线激光用多层膜反射镜。选择C r/C、C r/Sc为多层膜材料对,模拟了多层膜非理想界面对多层膜反射率的影响。采用直流磁控溅射技术在超光滑硅基片上制备了C r/C、C r/Sc多层膜。利用X射线衍射仪测量了多层膜结构,在德国Bessy II同步辐射上测量了多层膜的反射率,C r/C,C r/Sc多层膜峰值反射率分别为7.50%,6.12%。     

Energy-filtered Fresnel contrast analysis of Fe/Cu multilayers

Energy-filtered imaging in the transmission electron microscope is applied to the Fresnel contrast exhibited by a fine-period Fe/Cu multilayer. Comparisons of filtered and unfiltered image series demonstrate the effects of inelastic scattering, and it is shown that the use of energy filtering allows improved confidence in the physical origins of the contrast for a specimen, such as that described, for which the structure is still uncertain.