1 同济大学物理科学与工程学院精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 上海大学理学院，上海 200444
3 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
Mo/Si多层膜是13.5 nm极紫外波段理想的反射镜膜系，它与极紫外光源的结合使得极紫外光刻成为了目前最先进的制造手段之一。极紫外光源的实际应用对Mo/Si多层膜提出了高反射率、高热稳定性、抗辐照损伤、大口径等诸多要求。针对极紫外光源用Mo/Si多层膜面临的膜厚梯度控制和高温环境问题，利用掩模板辅助法对大口径曲面基底上不同位置处的多层膜膜厚进行修正；选择C作为扩散阻隔层材料，对磁控溅射法制备的Mo/Si、Mo/Si/C和Mo/C/Si/C三种多层膜在300 ℃高温应用环境下的热稳定性展开了研究。研究结果表明：通过掩模板辅助的方式能够将300 mm口径曲面基底上不同位置处的Mo/Si多层膜膜厚控制在预期厚度的±0.45%以内，基底上不同位置处Mo/Si多层膜的膜层结构和表面粗糙度基本相同；引入C扩散阻隔层后，经过300 ℃退火，Mo/Si多层膜的反射率损失从9.0%减少为1.8%，说明C的引入能够有效减少高温对多层膜微结构的破坏和对光学性能的影响，提高了多层膜的热稳定性。
激光光学 极紫外光源 Mo/Si多层膜 磁控溅射 膜厚控制 热稳定性
1 苏州大学光电科学与工程学院，江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室暨教育部现代光学技术重点实验室，江苏 苏州 215006
3 浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
自适应温度调控器件以其智能开关特性而逐渐成为研究焦点，但是一方面其特殊的光谱要求使得器件设计过程复杂且周期冗长，另一方面器件热控性能亟待提高以满足更加严苛的应用场景。针对以上问题，提出一种深度生成神经网络模型来执行上述复杂的优化任务，该网络模型的更新不依赖于数据集，而是将生成神经网络与传输矩阵方法（TMM）相结合，通过TMM返回的梯度信息指导产生符合预期的多层膜结构，并自动优化膜层厚度和材料种类。作为网络优化能力的验证和演示，本课题组使用该方法设计了一种基于二氧化钒的自适应热控器件，实现了高温太阳吸收比低于0.2、高温发射率高于0.9、发射率差值大于0.8的优异性能。与传统的优化算法相比，生成神经网络以高自由度和更快的速度寻找最优解，与普通神经网络相比，全局优化网络考虑整体的优化目标，通过全局搜索寻找全局最优解，设计结果也证明了该方法在复杂设计任务中的实用性。
薄膜 多层膜 神经网络 自适应温度调控 二氧化钒
1 上海大学微电子学院，上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室，上海 201800
集成电路的生产主要依靠光刻技术为主的工艺体系，采用波长为13.5 nm光源的极紫外光刻是当前最先进的商用规模量产光刻技术，为集成电路的发展带来前所未有的进步。根据瑞利判据，为进一步提高分辨率，以波长6.X nm为光源的下一代“超越极紫外”光刻成为研究热点。多层膜反射镜是极紫外光刻机光学系统中的关键器件，其反射率和寿命决定光刻机的曝光效率与成像质量。综述了6.X nm多层膜的研究进展，对近年来6.X nm波段的极紫外光源以及多层膜的设计、制备和表征等方面进行了介绍和分析。重点阐述了6.X nm多层膜的界面优化方法，并讨论了多层膜在工程应用中的老化和性能衰减等问题，对面向未来商业应用的方向做出了展望。旨在为我国从事先进光刻等相关研究工作的学者、工程师等提供重要参考。
先进光刻 超越极紫外 多层膜 反射率 界面工程
1 中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018
2 上海市计量测试技术研究院，上海 201203
3 上海在线检测与控制技术重点实验室，上海 201203
线边缘粗糙度（LER）和线宽粗糙度（LWR）是衡量线宽标准样片质量的重要指标。文中基于自溯源光栅标准物质的自溯源、高精密尺寸结构特性，提出了一种直接溯源型精确校准SEM放大倍率的方法，以实现SEM对线宽标准样片关键参数的测量与表征。利用校准后的SEM，对利用Si/SiO2多层膜沉积技术制备的线宽名义值为500、200、100 nm样片进行关键参数的测量，采用幅值量化参数的均方根粗糙度 RMS描述线边缘粗糙度与线宽粗糙度，并通过图像处理技术确定线边缘位置，对线宽边缘特性进行了精确表征。实验结果表明，名义值为500、200、100 nm对的线宽样片，其实测值分别为459.5、191.0、99.5 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LER}} $分别为2.70、2.35、2.30 nm，$ {\sigma }_ {\rm{LWR}} $分别为3.90、3.30、2.80 nm，说明了多层膜线宽标准样片线边缘较为平整、线宽变化小、具有良好的均匀性与一致性。基于自溯源标准物质校准SEM的方法缩短了溯源链，提高了SEM的测量精度，实现了线宽及其边缘特性的精确表征，为高精度纳米尺度测量和微电子制造领域提供了计量支持。
自溯源标准物质 SEM放大倍率 线边缘粗糙度 线宽粗糙度 多层膜线宽 self-traceable reference material SEM magnification line edge roughness line width roughness multilayer film line width 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230475
1 中国科学院电工研究所，北京 100190
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
3 兰州大学物理科学与技术学院，甘肃 兰州 730000
X射线多层膜是X射线光学领域的重要反射元件，可利用X射线的布拉格反射实现特定波段X射线的高效反射。多层膜的反射率与膜层材料和膜层结构密切关系，根据多层膜的工作原理，对于高能波段的X射线，为获得较大掠射角下的高反射率，通常需要多层膜具有更小的周期厚度和更大的周期数，因此高精度薄膜生长技术是X射线多层膜元件制备的必要条件。本文研究了基于原子层沉积技术的X射线多层膜的制备，首先利用Fresnel系数递推法计算出HfO2/Al2O3、Ir/Al2O3、Ru/Al2O3、W/Al2O3四种材料组合的多层膜的反射率，讨论了材料组合、周期厚度、周期数、占空比等参数对多层膜反射率的影响。在此基础上，选取并制备了周期厚度为4 nm、周期数为60、占空比为0.5的HfO2/Al2O3 X射线多层膜。X射线（0.154 nm）反射率的分析结果显示，该多层膜的周期厚度为3.86 nm，反射率约43%，多层膜截面的透射电子显微镜（TEM）图显示膜层间界面清晰。该结果验证了原子层沉积法制备小周期厚度X射线多层膜元件的可行性。
原子层沉积 X射线 多层膜 反射率
强激光与粒子束
2023, 35(8): 081004
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院电工研究所，北京 100190
3 中国科学院大学，北京 100049
4 中国科学院上海高等研究院上海同步辐射光源，上海 201800
针对X射线波带片对大高宽比的应用需求，采用原子层沉积法在光滑的金属丝表面生长膜厚可高精度控制的多层膜环带结构，再利用聚焦离子束切片技术获得大高宽比的多层膜X射线波带片。采用复振幅叠加法设计了以Al2O3/HfO2分别为明环和暗环材料的X射线波带片，实验上利用原子层沉积在直径为72 μm的金丝表面交替沉积了10.11 μm的Al2O3/HfO2多层膜，环带数为356，总直径为92.22 μm，最外环宽度为25 nm。通过聚焦离子束切割得到高为1.08 μm、高宽比达43∶1的X射线多层膜菲涅耳波带片。该波带片应用于上海光源（BL08U1A）软X射线成像线站时，在1.2 keV X射线下实现聚焦成像功能，展现出利用该技术制备多层膜X射线波带片的潜力。
X射线菲涅耳波带片 原子层沉积 聚焦离子束 大高宽比 多层膜 光学学报
2023, 43(11): 1134001
1 中国科学院智能红外感知重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
受限于初始构型和光学加工能力，现有X射线成像诊断设备的最优空间分辨率被限制在3~5 μm。提出一种基于开放式Wolter构型的亚微米分辨率X射线显微镜。详细介绍了显微镜的光学结构、设计方法和关键参数。提出一种适用于Rayleigh-Taylor不稳定性诊断的大视场、高分辨率X射线显微镜的光学设计方案。开展了基于光线追迹的构型验证、像质仿真和系统响应效率评价。显微镜设计工作能点为2.5 keV，有效视场为±0.35 mm，在全视场范围内空间分辨率优于1 μm，几何集光立体角为3.73×10-5 sr，峰值响应效率为1.52×10-5 sr。
X射线光学 惯性约束聚变 等离子体诊断 Rayleigh-Taylor不稳定性 Wolter 多层膜
1 同济大学物理科学与工程学院先进微结构材料教育部重点实验室，精密光学工程技术研究所，上海 200092
2 中国科学院上海高等研究院，上海 201204
为满足同步辐射装置中X射线单色器的需求，在直线式磁控溅射设备上制备了W/Si和Ru/C双通道多层膜反射镜。制备的W/Si多层膜和Ru/C多层膜的周期厚度均为3 nm，平均界面宽度分别为0.30 nm和0.32 nm。在320 mm长度范围和20 mm宽度范围内，W/Si多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.30%和0.19%，Ru/C多层膜膜厚误差的均方根值分别为0.39%和0.20%。对制备的样品进行了表面形貌测试和非镜面散射测试，对比了W/Si多层膜和Ru/C多层膜的表面和界面粗糙度大小。硬X射线反射率测试结果表明，W/Si多层膜和Ru/C多层膜在8.04 keV能量点处的一级布拉格峰测试反射率分别为63%和62%，角分辨率均为2.6%。基于以上研究，在尺寸为350 mm×60 mm的高精度Si平面镜表面镀制了W/Si和Ru/C双通道多层膜，并且其被成功应用于上海同步辐射光源线站中。
X射线光学 双通道多层膜 磁控溅射 均匀性 反射率
同济大学 物理科学与工程学院 精密光学工程技术研究所，先进微结构材料教育部重点实验室，上海市数字光学前沿科学研究基地，上海市全光谱高性能光学薄膜器件与 应用专业技术服务平台，上海200092
极紫外正入射光学系统广泛应用于生物结构显微成像、等离子体诊断、太阳物理观测和极紫外光刻等领域中，对其开展深入研究具有重要意义。本文对同济大学精密光学工程研究所在极紫外正入射光学系统方面的最新进展进行介绍，列举了应用于超热电子诊断、微纳成像、极紫外辐照损伤及Z箍缩等离子体诊断等不同场景中的多套正入射光学系统。这些系统分别在相应的应用中实现了优异的性能表现：毫米级视场内微米级的空间分辨；几十微米级视场内亚微米的超高空间分辨；大数值孔径下的超高能量密度极紫外辐照及多能点多通道的时空间诊断。研究所在极紫外正入射光学系统研究中取得的进展为我国等离子体诊断设备的自主可控及高端制造装备的技术储备提供了有力支持。
极紫外 多层膜 Schwarzschild系统 等离子体诊断 成像系统 聚焦系统 extreme ultraviolet multilayer Schwarzschild system plasma diagnostics imaging system focusing system 光学 精密工程
2022, 30(21): 2678
