[發明專利]直流磁控技術制備周期厚度橫向二維梯度分布的Mo/Si多層膜的方法

有效

• 申請號: 201711364964.4
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108165926B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 朱京濤;朱圣明;金長利
• 申請（專利權）人: 蘇州宏策光電科技有限公司
• 主分類號: C23C14/04
• 分類號: C23C14/04;C23C14/16;C23C14/35
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 陳敏

本發明提出了一種直流磁控技術制備周期厚度橫向二維梯度分布的Mo/Si多層膜的方法，選擇Mo/Si作為多層膜材料，標定了在直流磁控濺射鍍膜方法中Mo靶和Si靶在掠靶鍍膜模式下基底上的膜厚分布情況，并據此制備了掩膜版。利用掩膜版控制膜厚和調節基板掠過濺射靶的速度控制膜厚的方法在40 mm×40 mm大小的Si基底上制備了周期厚度橫向二維梯度分布的[Mo/Si]₂₅多層膜樣品。用Ｘ射線掠入射反射測量了多層膜的膜系結構。結果顯示，多層膜的周期厚度在整個樣品上呈現近似線性的二維梯度分布。樣品上總的周期厚度覆蓋范圍為6.39 nm到15.65 nm。本方法為極紫外與X射線其它波段范圍和其它材料組合的橫向二維梯度分布周期多層膜反射鏡的制備提供了一種可行的工藝技術。

技術領域

本發明涉及精密光學元件制作技術領域，尤其涉及一種直流磁控技術制備周期厚度橫向二維梯度分布的Mo/Si多層膜的方法。

背景技術

極紫外和軟X 射線是電磁波的一部分，其波長介于幾納米到幾十納米。極紫外和軟X射線在空間天文觀測、材料科學、生物醫學等領域有重要的應用。在極紫外與軟X 射線波段，所有材料的折射率都接近于1，材料在該波段的折射能力很差，因此，常規的折射透鏡以及單層膜反射鏡在這一波段無法使用，多層膜是這一波段唯一能夠非略入射使用的反射光學元件。多層膜是仿照晶體結構由兩種高、低折射率材料交替鍍制成周期厚度為納米量級的多層膜結構。其中高折射率材料稱為吸收層，模擬晶體中的原子層，低折射率材料稱為間隔層，模擬原子層的間隙。根據Bragg 公式2dsinθ=mλ，當周期厚度與對應波長滿足布拉格衍射條件時，多個界面的反射光產生相長干涉，從而在相應波長處獲得高反射率。

單一周期厚度的多層膜反射鏡能在確定角度上對單一波長實現高反射。但在一些實際應用中，如：X 射線聚焦和準直實驗以及磁性材料X 射線分析實驗[5,6]，需要多層膜對特定波段范圍或者不同入射角度實現X 射線的高反射，在這種情況下需要多個周期厚度的反射鏡。

而在極紫外與軟X 射線波段的表征測試通常是在真空環境中進行，開腔換反射鏡極為不便，同時，由于真空腔體的空間限制，不便安放多個反射鏡，因此單一厚度的反射鏡無法滿足實驗需求。解決這一問題，目前有兩種方法，其一是用周期厚度縱向梯度分布的寬帶多層膜直接實現寬帶的反射，這種多層膜可以實現對某一波段的整體反射。但為了實現在任意位置上都有寬帶反射，多層膜上確定位置對確定波長的反射率有很大的下降，且該膜系帶寬很大，不能應用于對光譜分辨率有要求的光譜連續掃描實驗。另一種方法是鍍制周期厚度橫向梯度分布的多層膜，即，周期厚度沿著多層膜鏡面方向漸變，使用時通過一維機械運動調整多層膜位置，從而在不同位置處實現對不同波長的高反射。這種膜系既能實現對較大波段范圍的高反射率，同時又具有小帶寬，保證了較高的光譜分辨率。

目前，國內外對單一周期厚度的多層膜的研究已較為成熟，但目前還鮮有關于周期厚度二維梯度分布的多層膜的研究報道。同時，Mo、Si 具有相當穩定的物理、化學特性，可以形成界面光滑、穩定的多層膜結構[10]；Si 在12.4 nm 波長處有K 吸收邊，當波長大于12.4 nm時，Si 的吸收小，是制備12.5-20 nm 波段范圍多層膜的理想材料。

發明內容

本發明的目的是用磁控濺射鍍膜設備，同時利用掩膜版控制膜厚和調節基板掠過濺射靶的速度控制膜厚的方法在大尺寸平面基底上制備了周期厚度分別在X、Y 方向二維梯度分布的多層膜。

本發明是通過以下技術方案來實現的：

一種直流磁控技術制備周期厚度橫向二維梯度分布的Mo/Si多層膜的方法，采用高真空恒功率直流磁控濺射設備在尺寸為40mm×40mm的P型超光滑單晶Si基底上制備周期為25的Mo/Si周期多層膜，設備本底真空度為2.5×10^﹣4Pa,濺射氣體為Ar氣，工作氣壓為0.15Pa，采用Mo靶和Si靶為多層膜的材料，通過控制Si基底掠過Mo靶和Si靶的速度來實現在膜厚在掠靶方向X方向的梯度變化，垂直于掠靶方向的Y方向的膜厚梯度變化通過掩膜版來實現；