用不同的Mo靶溅射功率制备MoSi多层膜

# ) $ J!2 7 8 5 ) ; ; 8 5 < = ) ’ /> 5 = = * 8 /’ ;E 5 8 ) ’ ? @& ’ ( )0 ? 6 = ) 6 5 * 8 3 9: 9 图 J! 各 & # ’ ( )多层膜的 2 射线衍射谱
# ) $ .!K * ; 6 * < = ) E ) = ? 8 E *’ ;E 5 8 ) ’ ? @& ’ ( )0 ? 6 = ) 6 5 * 8 @ 3 9< 9 图 .! 各 & # ’ ( )多层膜的软 2 射线反射率曲线
的原因 "
第4期
秦俊岭等 ’ 用不同的 & # ’ 靶溅射功率制备 & ’ ( )多层膜
H !
! !" (! $ % & ’多层膜的晶相 时出现了 从图上可以看 出 ! 随着 & B # K L 图谱 ! ’靶 溅 射 功 率 的 提 高! J号样品在% !MC !! 图 J 是各样品的 2 说明 & 时出现的衍射峰是 N & ’ 的衍射峰 ! ’ 膜层在高的溅射功率下有结晶 "% H # ! 玻璃基片的特征衍射 ! !M % 扣除基片的衍射峰 ! 可以发现 ! 随着溅射功率的提高 ! 说明 ( ( )元素的衍射峰没有出现 ! )膜层是非晶型的 "
# ) $ 4!( 0 5 6 6 5 / 6 *2 7 8 5 ) ; ; 8 5 < = ) ’ /> 5 = = * 8 /’ ;& ’ ( )0 ? 6 = ) 6 5 * 8 @ 3 3 9: 9 图 4! & # ’ ( )多层膜样品的小角 2 射线衍射谱
# ) $ %!, -&) 0 5 * @’ ;& ’ ( )0 ? 6 = ) 6 5 * 8 @ 3 3 9 图 %! & # ’ ( )多层膜的 , -& 图
4 "’ "这也是样品J出现较大的峰包 较低 的 大 颗 粒 粒 子 &
) $ C!D ? 8 E *’ ; @ ? 8 ; 5 < *8 ’ ? F / * @ @ ! "& ’= 5 8 * = 3 3 3 # @ ? = = * 8 ) / ’ G * 8’ ;& ’ ( )0 ? 6 = ) 6 5 * 8 @ > 3> 9 图 C! & # ’ ( )多层膜表面粗糙度随 & ’ 靶溅射功率的变化曲线
!! 结果与讨论
! !" #! $ % & ’多层膜的周期厚度 # ’ ( )多层膜样品的小角 2 射线 衍 射 图 ! !! 图 4 是各 & 从图上可以看出 ! 各样品的小 角 2 射 线 衍 射 峰 位 置 和 衍 射强 度 基 本 吻 合 ! 说明不同 & ’靶溅射功率下各样品的 A 7 !’ 算 周期厚度基本相同 " 用 小 角 2 射 线 衍 射 拟 合 方 法 & 得的样品 周 期 厚 度 基 本 在 B$ 在允许的误差 C/ 0 左 右! 范围内 " ! !" !! $ % & ’多层膜的表面形貌 # ’ 靶溅射功率下 & ’ ( )多层膜表面的 !! 图% 是不同 & 随着溅射功 率 的 提 高 ! 薄膜的表面由相对平 , -& 图像 !
! !" )! $ % & ’多层膜的软 * 射线反射率 # 各& # ’ ( )多层膜的软 2 射线反射率曲线如图 . 所 示 " 从 图 中 可 以 看 到 ! ’ ( )多 层 膜 样 品 的 软 2 射 !! 各 & 线反射率曲线的中心波长基本吻合 ! 再次说明多层膜的周期厚度基本一致 " 随着 & # ’ 靶溅射功率的提高 ! & ’ # ( )多层膜在中心波长处的峰值反射 率 先 增 加 后 减 小 " & ’ ( )多 层 膜 反 射 率 的 高 低 主 要 取 决 于 其 是 否 具 有 平 %% " 随着 & 一方面有利于 滑清晰的界面 ! 界面粗糙度和界面扩散是两个关键的影响因素 $ ’ 靶溅射功率的提高 ! 起到平滑作用 ! 提高多层膜的反射率 & 另一方面也促进了界面扩散 ! 降低多层膜的 & ’ 原子在薄膜表面的重排 ! $ 4 4% 高功率溅射下的 & 溅射嵌入到薄膜表面 反射率 ! 这是一个相互矛盾的过程 " 另外 ! ’ 原子具有较高的动量 ! 的位置也较深 ! 也会引起薄膜界面粗糙化 " 多层膜的表面粗糙度和界面粗糙度是部分相关的 ! 图 C 也从一个侧 面反映了随着 & 靶溅射功率的提高 ! 多层膜界面粗糙度必然存在一个增大的过程 " 因此 ! 随着 ’ & ’ 靶溅射功 率的提高 ! 多层膜的界面受两种相反因素的制约 ’ 当& 平滑起主要作用 ! 所制备 ’ 靶溅射功率在 H " I 以下时 ! 的多层膜反射率较高 & 当& 界面扩散和界面粗糙化严重 ! 多层膜的反射率降低 " ’ 靶溅射功率在 H " I 以上时 ! 要想获得高反射率的 & # 探索最佳的溅射参数是必要的 " ’ ( )多层膜 !
&! 实验方法
" &% &! ! " # $多层膜的制备 ! 溅射气体为 4 溅射气压 为 )& &: 纯度" EH! )I@ . < J气 ! *. < $靶" "& " "K !! 磁控溅射系统的本底真空为 !& 质量分数 # 采用直流溅射 ! 各样品的直流溅射功率见表 !&5 纯度 " 采用射频溅射 ! 溅射功 C靶 " "& " "K 质量分数 # 率 为@ 溅射电流为)& 靶材与基片间距为 ! % ) ) 0! ? !4& 基片为直径 @ )FF 的 L " 玻璃 ! (M F& : $ 5 C多层膜的 设计波长为 ! 设计正入射角度为 ! ! 设 计 周 期 厚 度 约 *& % @& E= F! ) N ! E= F& : $ 5 C多 层 膜 的 膜 厚 控 制 采 用 自 动
% O R T T Q J C = $ % T < Q # P UV U @ ) ) @ ( ) @ ? ) @ A )
% O R T T Q J C = R J J Q = T 4 P UM )& ! ) )& ( ) )& @ T T Q J C = $ W Q J P UP @ ) A ? ! ) ( ! B )
% 严 重 影 响 了 多 层 膜 的 质 量& 退 火 温 度 对 : % 坏了 : $ 5 C薄膜界面的 清 晰 度 ! $ 5 C多 层 膜 晶 相 的 影 响 已 有 研 ( ) ? > A 究 ! 本文着重研究磁控溅射功率对 : % 和原子力显微 $ 5 C多层膜结构 的影 响 & 分别用 D 射 线 衍 射 仪 " D 2 6# 镜" 研究了 : % 在中国科学技术大学国家同步辐射 4 G:# $ 靶溅射功率对 : $ 5 C多层膜表面形貌和晶相的影响 ! 实验室测量了 : % 发现 较 高 的 : $ 5 C多层膜的软 D 射线反射率 ! $靶 溅 射 功 率 不 仅 引 起 薄 膜 表 面 粗 糙 度 增 加! 也影响了 : % 但对 : % $ 5 C多层膜的软 D 射线反射率 ! $ 5 C多层膜晶相的影响很小 &
( ) ) A > ) A > ( "$ ( ) ) A > ! ) > ! ! " 收稿日期 ! !! 修订日期 ! 基金项目 ! 国家 B A @ 计划项目资助课题 作者简介 ! 秦俊岭 " ! 男! 博士研究生 ! 从事软 D 射线多层膜研究 $ ! " * B*# C = % C $ F& < M & M =& "O Y Z
% 广泛应 用于 软 D 射 线 望 远 @= F 左右 ! : $ 5 C多层膜是公认最佳的软 D 射线光 学反射 元件 ! !! 在工作波长 ! ( !) 镜’ 软 D 射线激光和极紫外光刻等 光 学 系 统 中 & 评 价 : % $ 5 C多 层 膜 的 关 键 标 准 是 其 软 D 射 线 反 射 率 的 高 低 & 制备条件和方法决定了多层膜的界面质量 ’ 层内结构 以及污 染程度 & 在制 备 过 程 中 ! 通 过 精 确 的 控 制! 能 最大程度地减小周期厚度误差 ’ 界面粗糙度和层厚漂移 & 然而 ! 多层膜各膜层之间的过渡层及其晶型却是由材
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强
激
光
与
粒
子
束
第4 !卷
! 扫描步长 "$ "& # 观察 ! 取样范围 . ! " # " % # ’ ( )多层膜的表面形貌用 ( * + ) ’(! 型原子力显微镜 $ , -&% " "/ 01 # 取 . 个 测 量 点 的 平 均 值"& # . " "/ 0" & ’ ( )多层膜的表面粗糙度从多层膜的 , -& 图 像 中 提 取 ! ’ ( )多 层 膜 的软 2 射线反射率测量在国家同步辐射实验室的光谱辐射标准与计量光束线实验站进行 "
整变 得 粗 糙 ! 出 现 了 很 多 峰 和 谷! 并且峰包逐渐变大变 少 " 将由 , -& 图像获得的均 方 根 粗 糙 度 数 据 对 & ’靶 溅射功率作图 ! 如图 C 所示 " 随着 & 薄膜表面 ’ 靶溅射功率的增 加 ! !! 从整体上看 ! 粗糙度增加 ! 而在 溅 射 功 率 H 多层膜表 ""4 " " I 之 间! 面的粗糙度增加更 快 " 影 响 薄 膜 生 长 的 因 素 有 很 多 ! 也 很复杂 ! 而伴随着薄膜生长的两种作用 ( 原子在薄膜表面 的扩散和凝结一直 并 存 着 " 适 当 的 溅 射 粒 子 动 量 ! 有利 于原子在薄膜表面的扩散 ! 对薄膜起到平滑作用 ! 但是随 着溅射功率的增加 ! 使原子在基底表面的徙动速率增加 ! 也增加了凝结速率 ! 加速了粒子的结合 ! 容易形成自由能
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" &% 8! ! " # $多层膜的表征 % % 上 进 行! 扫描波长 $ 5 C多层膜的小角 D 射线衍射分析在 6 F < X > J 4 型 D 射线衍射仪" D 2 6# 8 RL !! : ! 靶! 扫描角度 ( 到 *& ! 扫描步长 )& $ 晶相分析在同一台衍射仪上进行 ! 扫描角度( 到 )& ! E ?= F! E N ) N ) ! N ) N ! 从)& ! 从(
() 料的固有性质决定的 ! 一般很难控制 ( & 通常用磁控 溅 射 法 制 备 的 : % $ 5 C多 层 膜 ! : $膜 层 是 晶 型 的! 5 C膜 层 ( @) 是非晶型的 ! 并且在纯 : $ 层与纯 5 C层之间由于界面反应而存在钼 硅化 合物过 渡层 & 界 面过渡 层的生 成破
*) 转速控厚法 ( ! 不同溅射功率下的靶材溅射速率都经过严格的定标 &
表 &! 各样品的直流溅射参数 ’ ( ) * +&!, -. 0 1 1 + 2 $ 3 ( 2 ( 5 + 1 + 2" 67 ( 2 $ " 0 . . ( 5 * + . / 4/ /
O < F % Q= R F S Q J P ! ( @ ?
用不同的 ! " " 靶溅射功率制备 ! " # $多层膜
( 秦俊岭!! ! ! 邵建达!! ! 易 ! 葵!
"
" # !%中国科学院 上海光学精密机械研究所 !上海 ( ) ! B ) )$ ) ) ) @ " !(%中国科学院 研究生院 !北京 !
% 用原子力显微镜和小角 D 射 $ 5 C多 层 膜 ! !! 摘 ! 要 ! ! 用磁控溅射法制备了周期厚度和周期 数 均 相 同 的 : 线衍射分别研究了 : % $ 靶溅射功率不相同时 ! : $ 5 C多 层 膜 表 面 形 貌 和 晶 相 的 变 化 & 随 后 在 国 家 同 步 辐 射 实 验室测量了 : % 随着 : % $ 5 C多层膜的软 D 射线反射率 & 研究发现 ! $ 靶溅射功率的增大 ! : $ 5 C多层膜的表面粗 糙度增加 ! % : $ 的特征 D 射线衍射峰也增强 ! : $ 5 C多层膜的软 D 射线峰值反射率先增大后减小 & % $靶 $ $ 5 C多层膜 $ !! 关键词 ! !: !: ! 溅射功率 $ ! 软 D 射线 $ ! 反射率 ? B ?& E!!!! 文献标识码 ! !! 中图分类号 ! !/ !4