[发明专利]一种硅铝合金/硅/锆/硅极紫外多层膜反射镜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精密光学元件制作技术领域，涉及一种极紫外多层膜反射镜及其制备方法。

背景技术

在极紫外（EUV）波段，基于纳米厚度多层膜的反射式光学元件已经在科学研究和工程技术领域得到了广泛应用。极紫外多层膜反射镜的膜层材料选择是研制多层膜反射镜的重点，经过几十年的研究，一些非常好的膜层材料被提出。在12.5~30nm极紫外波段，Si/Mo多层膜反射镜被广泛应用于极紫外分束镜、反射镜、极紫外光刻和天文观测装置中。但是，在波长超过25nm的极紫外波段，由于硅和钼对极紫外辐射的吸收快速增大，导致硅/钼多层膜的反射率相对较低、光谱分辨率较差，难以满足应用需求。因此，在波长较长的EUV波段（17.1～29nm），需要寻找更好的多层膜材料。

由于铝的L吸收边在17.06nm，因此在17.1～19nm波段，铝具有较小的吸收系数，相比硅，更适于作为多层膜的间隔层材料。近年来，铝基极紫外多层膜反射镜日渐成为国际研究热点。目前为止，已经公开发表的铝基多层膜主要包括铝/钼、铝/碳化硅和铝/锆多层膜。

1.铝/钼多层膜从理论上具有相比钼/硅多层膜更高的峰值反射率，但是铝/钼多层膜表面容易氧化，且铝/钼多层膜的膜层界面间粗糙度比较大，如：工作于18.5nm的铝/钼多层膜的表面具有100nm尺度的颗粒，界面粗糙度为1.17nm（H.Nii,M.Niibe,H.Kinoshita and Y. Sugie,Fabrication of Mo/Al multilayer films for a wavelength of18.5nm,J.Synchrotron Radiat.5(1998)702.）。因此，基于铝/钼多层膜的极紫外反射镜的反射率不高，稳定性较差，不适于长期使用。

2.碳化硅/铝多层膜在17.06～80nm波段具有很好的光学特性，并具有低的应力和好的热稳定性，在理论上具有很大的优势，但是在真实的碳化硅/铝多层膜结构中，两种材料膜层的界面粗糙度较大，而且铝较容易形成多晶态，从而导致多层膜的峰值反射率相对理论值有较大的降低。（P.Jonnard at el,“Optical,chemical and depth characterization of Al/SiC periodic multilayers,”Proc.of SPIE,Vol.7360）

3．为了改善碳化硅/铝多层膜的膜层界面，降低界面粗糙度，提升反射率，可以采用在碳化硅层和铝层之间插入一层钼或钨薄层，形成碳化硅/钼/铝或碳化硅/钨/铝的多层膜结构，可以有效改变两种材料膜层的界面粗糙度，从而提升多层膜的峰值反射率（E. Meltchakov at el,“Development ofAl-based multilayer optics for EUV”,Appl.Phys.A(2010)98:111-117）。但是，由于引入的金属薄膜层对极紫外辐射的吸收较大，对反射率的提升有限。

4．从理论上看，在17-19nm波段，铝/锆多层膜反射镜具有最高的反射率，但是由于纯铝锆膜层之间容易生产合金化合物，导致膜层间的相互渗透较大，另外由于两种材料都是金属，所形成的薄膜一般是多晶状态，因此导致两者的界面粗糙度较大（Jin-Kuo Ho and Kwang-Lung Lin,The metastable Al/Zr alloy thin films prepared by alternate sputtering Deposition,J. Appl.Phys.75,2434(1994)）。

5．为了克服铝/锆多层膜中铝膜层的结晶问题，人们采用硅铝合金（质量密度：铝为99%，硅为1%）代替纯铝，制作硅铝合金/锆多层膜反射镜，掺杂了硅的硅铝合金薄膜中铝的结晶情况有所减弱，但没有完全抑制，两种材料膜层间的相互渗透依然存在，界面间的粗糙度随多层膜的生长而逐渐增加，因而，反射镜的反射率没有明显提升。

因此，寻找一种能够有效阻止硅铝合金和锆膜层相互渗透的方法，减少多层膜界面层宽度，提升多层膜反射镜在极紫外波段的反射率，是进一步拓展铝基极紫外多层膜反射镜应用范围的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术中铝基多层膜界面粗糙度和膜层间相互渗透较严重的缺点，而提供一种硅铝合金/硅/锆/硅极紫外多层膜反射镜。

本发明的另一个目的是提供一种上述硅铝合金/硅/锆/硅极紫外多层膜反射镜制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：