极紫外多层膜利用各个界面反射光的相长干涉,在极紫外波段获得了高反射率,已成为极紫外光刻设备中反射式光学系统的核心元件。本文对近年来极紫外多层膜表征、设计和制备领域的研究现状进行了介绍和分析。由于多层膜的光学性能易受膜层界面粗糙度、膜层扩散以及膜厚误差等因素的影响,文中重点对联合多检测技术的多层膜表征、膜系优化算法和膜层界面优化工程进行阐述。除此之外,本文针对联合多项检测技术表征以及鲁棒性膜系设计,讨论了多目标优化算法在极紫外多层膜技术中的应用潜力,展望了多层膜技术在软X射线波段及光谱裁剪等领域的应用。
极紫外多层膜 多层膜表征 多层膜设计 多层膜制备 extreme ultraviolet multilayer characterization of multilayer design of multilayer fabrication of multilayer
1 长春理工大学 理学院, 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 光学系统先进制造技术重点实验室, 长春 130033
3 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230029
提出了一种基于量子遗传算法的宽带极紫外多层膜的离散化设计方法, 解决了在膜系设计中普遍采用的遗传算法存在求解精度低的问题.同时在基于量子遗传算法的膜系设计方法中对膜系进行了离散化设计, 解决了在仅由时间控制膜厚且沉积速率较大的镀膜系统中的膜厚高精度控制的问题.依据量子遗传算法的膜系设计结果采用磁控溅射镀膜系统镀制宽带极紫外多层膜.测试结果表明, 宽角度极紫外多层膜的入射角为0°~15°, 反射率达45%以上; 宽光谱极紫外多层膜的入射波长为13~15 nm, 反射率达20%以上.相关研究工作为宽带极紫外多层膜的研发提供了另一种可供选择的且较优的搜索优化算法, 同时该算法结合实验, 实现膜厚的离散化设计, 使镀制出的多层膜具有较好的光谱性能.
光学多层膜 膜系设计 量子遗传算法 宽带极紫外多层膜 离散化设计 Optic multilayer Design of multilayer coating Quantum state genetic algorithm Broadband extreme-ultraviolet multilayer Discrete design
1 长春理工大学 理学院，吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
为提高基于量子进化算法(QEA)在宽带极紫外(EUV)多层膜设计中的求解效率和精度，本文利用宽带多层膜的光学性能评价函数的梯度信息改进QEA，建立具有明确进化方向的适用于宽带EUV多层膜设计的改进型量子进化算法(IQEA)。对比分析了基于IQEA和QEA的宽带Mo/Si多层膜的膜系设计过程和结果，结果表明，基于IQEA的多层膜膜系设计理论方法具有更优越的求解效率和精度; 同时，IQEA同样可以小种群规模进行多参数优化。基于IQEA的宽带Mo/Si多层膜的设计理论实现了包括入射角为0°~18°，反射率达50%的宽角度多层膜，以及反射光谱带宽为13~15 nm，反射率达25%的宽光谱多层膜的设计。基于IQEA的宽带高反射率EUV多层膜的理论膜系设计方法为复杂多层膜的理论设计提供了一种可供选择的高效膜系设计方法。
薄膜光学 多层膜设计 改进型量子进化算法 宽带极紫外多层膜 film optics design of multilayer coatings improved quantum evolutionary algorithm broadband EUV multilayer
1 长春理工大学理学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林 长春 130033
提出了一种基于实数编码量子进化算法(RQEA)的宽角度极紫外(EUV)多层膜理论膜系的设计方法。采用基于实数编码的遗传算法(RGA)和RQEA对宽角度Mo/Si多层膜进行了理论设计和分析, 发现RQEA具有种群规模小、搜索效率高和求解精度高的明显优势, 体现出RQEA在光学薄膜设计领域的潜在应用价值。同时, 设计出入射光波长为13.5 nm、在入射角0°～18°范围内反射率可达50%的宽反射带Mo/Si多层膜。
薄膜 多层膜设计 量子进化算法 宽角度极紫外多层膜
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽省光子器件与材料重点实验室, 安徽 合肥 230031
极紫外光刻是采用波长为13.5 nm的极紫外光作为光源,实现半导体集成电路工艺22 nm以及更 窄线宽节点的主要候选光刻技术。性能优越稳定的多层膜技术是构建整个极紫外光刻系统的重要技术之一。 从高反射率、波长匹配、控制面形以及稳定性和寿命方面总结了极紫外光刻系统中多层膜的性能要求和 最新的研究进展,叙述了制备高性能多层膜的方法和沉积设备,讨论了多层膜制备技术存在的问题和发展的方向。
激光技术 极紫外光刻 极紫外多层膜 沉积方法 laser techniques extreme ultraviolet lithography extreme ultraviolet multilayer coatings deposition method
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
采用磁控溅射法在Si(100)基底上镀制了膜系结构分别为［Mg/Co］20、［Mg/SiC］20的两组多层膜，以研究Mg基多层膜的稳定性。对放置在室温和80%相对湿度环境下的样品进行显微镜、表面粗糙度和X射线掠入射反射率测试，对比研究了Mg/Co和Mg/SiC两种多层膜结构在相同环境中的损坏状况。对比结果显示：放置4天后，Mg/SiC损坏面积为26.34%，表面粗糙度为10 nm；Mg/Co的损坏面积为2.78%，表面粗糙度为5 nm。6天后，X射线掠入射反射率测量显示Mg/SiC多层膜一级反射峰完全消失，而Mg/Co多层膜的一级反射峰仍有47.63%的反射率。实验表明，Mg/Co多层膜的表面层和内部多层膜结构的损坏速度较Mg/SiC慢，具有较好的环境稳定性。另外，X射线光电子谱(XPS)测试Mg基多层膜损坏后的产物主要为MgCO3、Mg(OH)2和少量的MgO，且内层Mg(OH)2与MgCO3含量的比值显著高于表面层。分析认为，水汽是造成Mg基多层膜损坏的主要原因，今后Mg基多层膜保护层的研究可主要针对如何防止水汽进入膜层。
极紫外多层膜 多层膜反射镜 稳定性 湿度 Extreme Ultraviolet(EUV) multilayer multilayer mirror stability humidity
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
在极紫外波段，任何材料都表现出极强的吸收特性，因此，采用多层膜实现高反射率是构建正入射式光学系统的唯一途径。本文总结了极紫外多层膜的发展进程，叙述了制备极紫外多层膜的关键技术(磁控溅射、电子束蒸发、离子束溅射)以及它们涉及的相关设备。由于多层膜反射式光学元件主要应用于极紫外光刻与极紫外天文观测，文中重点讨论了极紫外光刻系统对多层膜性能的要求，镀膜过程中的面形精度和热稳定性等问题；同时介绍了极紫外天文观测中使用的多层膜的特点，特别讨论了多层膜光栅的制备技术和亟待解决的问题。
极紫外多层膜 极紫外光刻 多层膜光栅 Extreme Ultraviolet(EUV) multilayer coating EUV lithography multilayer grating
