极紫外、软X射线和X射线多层膜技术.pdf

纪念马祖光院士全国光电子与光电信息技术学术研讨会论文集·哈尔滨2006 极紫外、软X射线和X射线多层膜技术 王占山，朱京涛，张众，王风丽，王洪昌，程鑫彬，陈玲煮 (同济大学精密光学工程技术研究所，上海，200092) 摘要：本文首先介绍了极紫外与软x射线多层膜光学技术的研究意义和主要进展。然后，给出作者在软X射线多层膜分 柬镜和x射线超反射镜方面的研究，给出相应的实验结果。 关键词：极紫外与软x射线，多层膜，溅射镀膜 极紫外、软X射线和X射线是电磁波谱中的 极紫外、软X射线和x射线与物质的作用可 一部分，其波段范围还没有非常明确的定义，现一 以用复折射率嚣=n—ik=l一万一谄，6表征光通过 般认为极紫外波段的光子能量从约30eV到约物质后相位的变化，B表征物质对极紫外、软X射 250eV，相应的波长范围是约5-40nm，软x射线波线和X射线的吸收。极紫外、软X射线和X射线 段的光子能量约250eV到几keV，相应的波长范围波段的6和B一般都小于10五量级。因此，一方面， 约0．2．5．0ntn，大于几个keV到百keV能量范围是 物质在此波段的折射率都接近于l，所以，物质的 X射线。由于极紫外、软X射线和X射线波长比可 折射能力很差，如果制作透镜，则透镜的曲率将非 见光波长短许多，由瑞利判据可知，极紫外、软x 常大，同时所有物质又都是吸收的，透过率很低， 射线和x射线光学系统可以得到更高的分辨率。因 所以不能采用折射型透镜。另一方面，在正入射条 此，用极紫外、软X射线和X射线显微镜可以观 件下，由单一界面反射率为在10‘2量级，这样小的 察到生物样品更细微的显微结构，用极紫外光刻机 反射率是不可能实用的因此，在相当长的时间里， 可以刻出特征尺寸更小的集成电路。同时，绝大多 掠入射光学、软X射线和X射线波段唯一可用的 数中、低原子序数元素的主要原子共振线和吸收边 系统。总体来讲，20世纪70年代以前，极紫外、 都在极紫外和软X射线波段范围内，因此，所有材 软X射线和X射线光学方面的研究工作进展缓慢。 料的吸收长度都很小，在gm和nm量级，这也是历 1多层膜研究的进展 史上限制极紫外和软X射线波段光学发展的根本 所在。但在另一方面，这些共振线和吸收边的存在 多层膜的最初设想起源于上世纪20年代。最 初的尝试没有成功。到了30年代初，人们用蒸发 又提供了化学元素(CN，O等)和化学物(Si，Siq，TiSi2 等)分辨的天然机制，为科学和技术的进步创造了新 的方法制作了周期为10hm的Au／Cu多层膜并且观 的机遇。 察到了x射线衍射现象，但由于Au和cu之间的 扩散非常严重，周期结构很快就消失了【l】。60年代， 为了充分利用极紫外、软X射线和X射线波 段的优势和特点，人们一直在努力将现有的红外、 可见和紫外波段发展起来的光学技术推进到极紫 Pb／Mg，Au／Mg多层膜，也得到了类似的结果。他 们之所以选择Mg作为间隔层，是因为它容易蒸发， 外、软X射线和X射线波段。由于极紫外、软x 并且在1．O-4．3nm波段，吸收系数比C的小。这些 射线和X射线波段的特殊性，其光学的进步与材料 科学和纳米制作技术的发展密切联系在一起。同 薄膜的间隔层和散射层都容易蒸发，是限制其性能 时，光学的进步提供了新的观察手段，使人们加深 了对表面科学、化学和物理学领域的认识科学和技 术之间的相互关联，使极紫外、软X射线和X射 层膜时，发现Fe／Mg的周期结构稳定性较好。受当 时多层膜理论