CN111443418B - 一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜及其制备方法，属于薄膜制备技术领域。本发明采用“亚四分之一波长”设计思想，与非周期多层膜技术相结合，实现70～100nm的真空紫外波段，能量连续可调的宽带的偏振多层膜。横向梯度多层膜与非周期多层膜是极紫外与软X射线波段范围内实现宽通带的两种方法。在极紫外与软X射线波段，横向梯度多层膜可以实现宽带可调的基础在于，所有材料的光学常数都接近于1，因此多层膜物理周期厚度约等于其光学厚度，所以当实现多层膜物理厚度在横向梯度方向上线性变化时，就实现了在横向梯度方向上光学厚度的线性变化，进而实现宽带可调，即在较高反射率前提下，实现了偏振度的提高。

Description

一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜及其制备 方法
技术领域
本发明涉及薄膜制备技术领域，尤其涉及一种用于70～100nm真空紫外波 段的偏振多层膜及其制备方法。
背景技术
真空紫外波段介于极紫外波段与可见光波段之间，这一波段内存在着大 量轻元素的共振线。近几十年，随着高亮度同步辐射光源的迅速的发展，人 们对材料在这一波段内光学性能的表征的研究兴趣日益增强。偏振特性是同 步辐射光源的优异特性之一，通过测量材料引起的光强和偏振状态的变化就 可以获得相关材料的重要信息。要实现真空紫外波段偏振的定量测量就需要 研究同步辐射真空紫外波段光束线的偏振状态，研制相应工作波段的偏振光 学元件，并且需要建立相应的同步辐射光源的偏振测量的装置。在可见光和 紫外光波段内，透射材料(如方解石、MgF2等)的双折射特性可以使其制成检 偏器、起偏器以及相移片。多层膜可以作为软X射线波段的偏振元件。
硅和石墨等单晶可以作为硬X射线波段(3KeV以上)的偏振元件。在真 空紫外波段范围内，可以利用全反射临界角附近的多次反射来制成偏振元件， 通过调整角度可以改变对应的工作能区。然而由于在这一波段内材料表现出 的强吸收的特性，可以充当光学薄膜的材料相比于软X射线与极紫外波段就 少很多，这一特点决定了设计真空紫外波段的光学薄膜元件极其困难，设计 方法也不同于传统的基于“四分之一波长膜系”的光学薄膜元件。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于70～100nm真空紫外波段的偏 振多层膜及其制备方法。本发明提供的偏振多层膜能够实现在较高反射率前 提下的高偏振度，解决了现有的偏振元件通量低的难题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括在基 底表面依次层叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第 二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层；
当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以60° 入射时，所述第一Si层的厚度为20±1.2nm，所述第一Al层的厚度为2±0.12nm， 所述第一MgF2层的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Si层的厚度为30±1.8nm， 所述第二Al层的厚度为30±1.8nm，所述第二MgF2层的厚度为7.7±0.462nm， 所述第三Si层的厚度为1.8±0.108nm，所述第三Al层的厚度为0.5±0.03nm， 所述第三MgF2层的厚度为6.32±0.3792nm；所述偏振多层膜的厚度为 98.82±5.9292nm；
当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以45° 入射时，所述第一Si层的厚度为15.4±0.924nm，所述第一Al层的厚度为 2.48±0.1488nm，所述第一MgF2层的厚度为2.48±0.1488nm，所述第二Si层 的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为5.44±0.3264nm，所述第二MgF2层的厚度为7.57±0.4542nm，所述第三Si层的厚度为4.7±0.282nm，所述第三 Al层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为5±0.3nm；所述偏振多 层膜的厚度为44.07±2.6442nm；
当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以60° 入射时，所述第一Si层的厚度为5±0.3nm，所述第一Al层的厚度为20±1.2nm， 所述第一MgF2层的厚度为5.15±0.309nm，所述第二Si层的厚度为 0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为9.08±0.5448nm，所述第二MgF2层的厚 度为8.22±0.4932nm，所述第三Si层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三Al层的 厚度为2.6±0.156nm，所述第三MgF2层的厚度为14.65±0.879nm；所述偏振多 层膜的厚度为65.7±3.942nm；
当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以45° 入射时，所述第一Si层的厚度为8±0.48nm，所述第一Al层的厚度为20±1.2nm， 所述第一MgF2层的厚度为5.15±0.309nm，所述第二Si层的厚度为 0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为21±1.26nm，所述第二MgF2层的厚度为 10.6±0.636nm，所述第三Si层的厚度为6.53±0.3918nm，所述第三Al层的厚 度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为8.8±0.528nm；所述偏振多层膜 的厚度为81.08±4.8648nm。
优选地，当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的 光以60°入射时，所述第一Si层的厚度为20nm，所述第一Al层的厚度为2nm， 所述第一MgF2层的厚度为0.5nm，所述第二Si层的厚度为30nm，所述第二 Al层的厚度为30nm，所述第二MgF2层的厚度为7.7nm，所述第三Si层的厚 度为1.8nm，所述第三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为 6.32nm。
优选地，当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的 光以45°入射时，所述第一Si层的厚度为15.4nm，所述第一Al层的厚度为 2.48nm，所述第一MgF2层的厚度为2.48nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm， 所述第二Al层的厚度为5.44nm，所述第二MgF2层的厚度为7.57nm，所述第 三Si层的厚度为4.7nm，所述第三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层 的厚度为5nm。
优选地，当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的 光以60°入射时，所述第一Si层的厚度为5nm，所述第一Al层的厚度为20nm， 所述第一MgF2层的厚度为5.15nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第 二Al层的厚度为9.08nm，所述第二MgF2层的厚度为8.22nm，所述第三Si 层的厚度为0.5nm，所述第三Al层的厚度为2.6nm，所述第三MgF2层的厚度 为14.65nm。
优选地，当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的 光以45°入射时，所述第一Si层的厚度为8nm，所述第一Al层的厚度为20nm， 所述第一MgF2层的厚度为5.15nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第 二Al层的厚度为21nm，所述第二MgF2层的厚度为10.6nm，所述第三Si层 的厚度为6.53nm，所述第三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度 为8.8nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的偏振多层膜的制备方法，包括以下 步骤：
在基底表面依次进行第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、 第二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层的磁控溅射。
优选地，所述磁控溅射的本底真空大于9E-5Pa；所述磁控溅射的工作气 体为Ar，所述Ar的流量为20sccm，Ar的压强为0.25Pa。
优选地，溅射所述第一MgF2层、第二MgF2层和第三MgF2层的方式为 射频磁控溅射，所述射频磁控溅射的溅射功率独立地为80～200W，靶距独立 地为30～90mm。
优选地，溅射所述第一Al层、第二Al层和第三Al层的方式为直流磁控 溅射，所述直流磁控溅射的溅射功率为50W，靶距为90mm。
优选地，溅射所述第一Si层、第二Si层和第三Si层的方式为直流磁控 溅射，所述直流磁控溅射的溅射功率为80W，靶距为90mm。
本发明提供了一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括在基 底表面依次层叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第 二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层。
本发明采用“亚四分之一波长”设计思想，与非周期多层膜技术相结合， 分别针对70～90nm波段内45°入射和60°入射的光、90～100nm波段内45°入射 和60°入射的光，通过对各层材质以及厚度的限定，实现70～100nm的真空紫 外波段，能量连续可调的宽带的偏振多层膜。横向梯度多层膜与非周期多层 膜是极紫外与软X射线波段范围内实现宽通带的两种方法。在极紫外与软X 射线波段，横向梯度多层膜可以实现宽带可调的基础在于，所有材料的光学 常数都接近于1，因此多层膜物理周期厚度约等于其光学厚度，所以当实现多层膜物理厚度在横向梯度方向上线性变化时，就实现了在横向梯度方向上光 学厚度的线性变化，进而实现宽带可调，即在较高反射率前提下，实现了偏 振度的提高，解决了现有的偏振元件通量低的难题。且本发明中，所述第三 MgF2层化学性质稳定，抗氧化能力强。实施例的数据表明，本发明提供的偏 振多层膜在70～90nm波段内45°的入射的条件下，平均偏振度达到0.930，Rs 平均值为0.0839，在60°入射的条件下，平均偏振度为0.931，Rs平均值为 0.173。
附图说明
图1为实施例1提供的偏振多层膜45°入射角度下的RS、Rp以及P随波 长的关系曲线；
图2为实施例1中溅射功率为120W条件下，不同靶距时制备的MgF2单层膜的GIXRR测试结果；
图3为实施例1中不同射频功率条件下制备的MgF2单层膜GIXRR测试 结果；
图4为实施例1制得的偏振多层膜的实际测量反射率与理论RS、RP反射 率的对比图；
图5为实施例1制得的偏振多层膜中引入粗糙度因子，并且在偏振多层 膜的顶层加入MgO氧化层以及考虑入射光源偏振度，对测试数据进行拟合的 曲线；
图6为实施例2提供的偏振多层膜60°入射角度下的RS、Rp以及P随波 长的关系曲线；
图7为实施例2制得的偏振多层膜的实际测量反射率与理论RS、RP反射 率的对比图；
图8为实施例2制得的偏振多层膜中引入粗糙度因子，并且在偏振多层 膜的顶层加入MgO氧化层以及考虑入射光源偏振度，对测试数据进行拟合的 曲线；
图9为实施例3提供的偏振多层膜45°入射角度下的RS、Rp以及P随波 长的关系曲线；
图10为实施例4提供的偏振多层膜60°入射角度下的RS、Rp以及P随波 长的关系曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括在基 底表面依次层叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第 二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层；
当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以60° 入射时，所述第一Si层的厚度为20±1.2nm，所述第一Al层的厚度为2±0.12nm， 所述第一MgF2层的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Si层的厚度为30±1.8nm， 所述第二Al层的厚度为30±1.8nm，所述第二MgF2层的厚度为7.7±0.462nm， 所述第三Si层的厚度为1.8±0.108nm，所述第三Al层的厚度为0.5±0.03nm， 所述第三MgF2层的厚度为6.32±0.3792nm；所述偏振多层膜的厚度为 98.82±5.9292nm；
当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以45° 入射时，所述第一Si层的厚度为15.4±0.924nm，所述第一Al层的厚度为 2.48±0.1488nm，所述第一MgF2层的厚度为2.48±0.1488nm，所述第二Si层 的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为5.44±0.3264nm，所述第二MgF2层的厚度为7.57±0.4542nm，所述第三Si层的厚度为4.7±0.282nm，所述第三 Al层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为5±0.3nm；所述偏振多 层膜的厚度为44.07±2.6442nm；
当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以60° 入射时，所述第一Si层的厚度为5±0.3nm，所述第一Al层的厚度为20±1.2nm， 所述第一MgF2层的厚度为5.15±0.309nm，所述第二Si层的厚度为 0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为9.08±0.5448nm，所述第二MgF2层的厚 度为8.22±0.4932nm，所述第三Si层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三Al层的 厚度为2.6±0.156nm，所述第三MgF2层的厚度为14.65±0.879nm；所述偏振多 层膜的厚度为65.7±3.942nm；
当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以45° 入射时，所述第一Si层的厚度为8±0.48nm，所述第一Al层的厚度为20±1.2nm， 所述第一MgF2层的厚度为5.15±0.309nm，所述第二Si层的厚度为 0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为21±1.26nm，所述第二MgF2层的厚度为 10.6±0.636nm，所述第三Si层的厚度为6.53±0.3918nm，所述第三Al层的厚 度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为8.8±0.528nm；所述偏振多层膜 的厚度为81.08±4.8648nm。
在本发明中，当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波 段的光以60°入射时，所述第一Si层的厚度优选为20nm，所述第一Al层的 厚度优选为2nm，所述第一MgF2层的厚度优选为0.5nm，所述第二Si层的厚 度优选为30nm，所述第二Al层的厚度优选为30nm，所述第二MgF2层的厚 度优选为7.7nm，所述第三Si层的厚度优选为1.8nm，所述第三Al层的厚度 优选为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度优选为6.32nm。
在本发明中，当所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波 段的光以45°入射时，所述第一Si层的厚度优选为15.4nm，所述第一Al层的 厚度优选为2.48nm，所述第一MgF2层的厚度优选为2.48nm，所述第二Si层 的厚度优选为0.5nm，所述第二Al层的厚度优选为5.44nm，所述第二MgF2层的厚度优选为7.57nm，所述第三Si层的厚度优选为4.7nm，所述第三Al 层的厚度优选为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度优选为5nm。
在本发明中，当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波 段的光以60°入射时，所述第一Si层的厚度优选为5nm，所述第一Al层的厚 度优选为20nm，所述第一MgF2层的厚度优选为5.15nm，所述第二Si层的厚 度优选为0.5nm，所述第二Al层的厚度优选为9.08nm，所述第二MgF2层的 厚度优选为8.22nm，所述第三Si层的厚度优选为0.5nm，所述第三Al层的厚 度优选为2.6nm，所述第三MgF2层的厚度优选为14.65nm。
在本发明中，当所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波 段的光以45°入射时，所述第一Si层的厚度优选为8nm，所述第一Al层的厚 度优选为20nm，所述第一MgF2层的厚度优选为5.15nm，所述第二Si层的厚 度优选为0.5nm，所述第二Al层的厚度优选为21nm，所述第二MgF2层的厚 度优选为10.6nm，所述第三Si层的厚度优选为6.53nm，所述第三Al层的厚 度优选为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度优选为8.8nm。
本发明还提供了上述技术方案所述的偏振多层膜的制备方法，包括以下 步骤：
在基底表面依次进行第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、 第二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层的磁控溅射。
本发明对所述基底的材质没有特殊的限定。
在本发明中，所述磁控溅射的本底真空优选大于9E-5Pa；所述磁控溅射 的工作气体优选为Ar，所述Ar的流量优选为20sccm，Ar的压强优选为0.25Pa。
在本发明中，溅射所述第一MgF2层、第二MgF2层和第三MgF2层的方 式为射频磁控溅射，所述射频磁控溅射的溅射功率独立地优选为80～200W， 靶距独立地优选为30～90mm。
在本发明中，溅射所述第一Al层、第二Al层和第三Al层的方式为直流 磁控溅射，所述直流磁控溅射的溅射功率均优选为50W，靶距均优选为90mm。
在本发明中，溅射所述第一Si层、第二Si层和第三Si层的方式为直流 磁控溅射，所述直流磁控溅射的溅射功率优选为80W，靶距优选为90mm。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的用于70～100nm真 空紫外波段的偏振多层膜及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解 为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括依次在基底表面层 叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第二Al层、第 二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层，所述真空紫外波段的波 长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以45°入射时，所述第一Si层的厚度 为15.4nm，所述第一Al层的厚度为2.48nm，所述第一MgF2层的厚度为 2.48nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第二Al层的厚度为5.44nm， 所述第二MgF2层的厚度为7.57nm，所述第三Si层的厚度为4.7nm，所述第 三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为5nm。
图1为本发明实施例1提供的偏振多层膜45°入射角度下的RS、Rp以及P 随波长的关系曲线，可知，本实施例提供的偏振多层膜能够实现RS以及P的 同时提高，Rp的降低。
偏振多层膜的制备方法，包括以下步骤：
在基底表面依次进行第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、 第二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层的磁控溅射。 其中MgF2关键在于适当的提高沉积粒子能量。在实验中，固定Ar流量为 20sccm，拟通过改变靶距以及射频电源功率制备不同的样品，在制备MgF2样品时，本底真空优于2E-4Pa，工作气压为0.25Pa。
首先进行靶距的优化。图2为溅射功率为120W条件下，不同靶距时制 备的MgF2单层膜的GIXRR测试结果，通过对数据进行拟合，根据全反峰的 位置就可以推断出实际制备的MgF2薄膜的密度与理论值的区别，表1为拟合 结果，可以看出，当靶距较大时，溅射粒子总运动路程较大，溅射的粒子被 碰撞次数也较大，这种情况下，粒子到达基底后，能量很低且数量少，制备 得到的薄膜就较为疏松，如靶距为90mm以及70mm时。当靶距减小时，溅 射粒子的总运动路程以及碰撞次数都降低的，则溅射粒子的能量以及溅射的 速率就会得到提升，这种情况会有利于Mg-F键的形成，这样以来就可以降低 薄膜中F空位浓度。最终得到的薄膜更为致密，密度也更为接近MgF2块体密 度。最终，选择靶距为30mm，在30mm靶距条件下探索最佳的溅射功率。
表1不同靶距条件下MgF2单层膜测试拟合结果
Figure BDA0002488840630000091
图3为不同射频功率条件下制备的MgF2单层膜GIXRR测试结果。通过 对数据进行拟合，根据全反峰的位置就可以推断出实际制备的MgF2薄膜的密 度与理论值的区别。表2为相对应的拟合结果，已知MgF2密度为3.18g/cm3， MgO密度为3.58g/cm3，Mg的密度为1.74g/cm3，拟合密度过高可能由于MgO 含量较高造成的，密度较低原因在于成膜不致密、氟解离较为严重造成。从 拟合结果中可以看出，当靶距为30mm时，溅射功率对于MgF2薄膜的成膜质 量影响较低。结合成膜质量以及密度综合考虑，选择MgF2溅射功率为 200W。
表2不同功率MgF2单层膜测试拟合结果
Figure BDA0002488840630000101
其余使用常规直流磁控溅射方法制备的材料，根据经验以及大量标定实 验，最终确定的镀制成品的工艺，详细工艺参数为：制备成品时，本底真空 优于9E-5Pa，Ar流量为20sccm，工作气压为0.25Pa，使用的Ar纯度高于 99.99％。MgF2溅射功率为200W，靶距为30mm、Al溅射功率为50W，靶距 为90mm、Si溅射功率为80W，靶距为90mm。
镀膜溅射速率标定与偏振多层膜结构研究
利用荷兰PANalytical公司生产的X射线衍射仪(XRD)对制备的偏振多 层膜样品进行X射线掠入射反射测试。本申请中的偏振多层膜样品可以被认 为是晶格常数为纳米量级的一维人造晶体，是高于天然晶体的晶格常数一个 量级的。因此当波长为0.154nm的入射X射线入射到偏振多层膜样品表面上 发生衍射时，根据布拉格公式，各级次的衍射光都将会在集中在衍射角较小 的角度范围之内，因此，这种方法就被称之为X射线掠入射反射测试 (GIXRR)。
偏振多层膜光学性能测试方法
偏振元件先后在合肥国家同步辐射实验室(NSRL)以及北京同步辐射装 置(BSRF)进行反射率以及偏振度的测试。
偏振多层膜光学性能测试结果
图4为实施例1制得的偏振多层膜的实际测量反射率与理论RS、RP反 射率的对比图，可知，实施例1制得的偏振多层膜反射率测量结果与理论设 计值差别较大。在原始设计膜系结构基础上引入粗糙度因子，并且在偏振多 层膜的顶层加入MgO氧化层以及考虑入射光源偏振度，对测试数据进行拟合。 拟合结果如图5所示。相应的拟合参数在表3中给出，通过对45°入射的测试 数据进行拟合，得到最顶层的氧化层厚度小于1nm，光束线在70～90nm波段 偏振度接近70％。
表3实施例1制得的偏振多层膜拟合结果
入射角 顶层氧化层厚度(nm) 测试波段光源偏振度
45° 1.01 0.70
BSRF(北京同步辐射装置)综合偏振测量装置偏振特性测试结果如表4 所示，可知，本实施例制得的偏振多层膜具有反射率和偏振度同时优异的特 性。
表4 BSRF综合偏振测量装置偏振特性测试结果
Figure BDA0002488840630000111
实施例2
一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括依次在基底表面层 叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第二Al层、第 二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层，所述真空紫外波段的波 长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以60°入射时，所述第一Si层的厚度 为20nm，所述第一Al层的厚度为2nm，所述第一MgF2层的厚度为0.5nm， 所述第二Si层的厚度为30nm，所述第二Al层的厚度为30nm，所述第二MgF2层的厚度为7.7nm，所述第三Si层的厚度为1.8nm，所述第三Al层的厚度为 0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为6.32nm。
制备方法与实施例1相同。
图6为本发明实施例2提供的偏振多层膜60°入射角度下的RS、Rp以及P 随波长的关系曲线，可知，本实施例提供的偏振多层膜能够实现RS以及P的 同时提高，Rp的降低。
图7为实施例2制得的偏振多层膜的实际测量反射率与理论RS、RP反 射率的对比图，可知，实施例2制得的偏振多层膜反射率测量结果与理论设 计值差别较大。而偏振多层膜样品完成制备后在实验室采用GIXRR测试的结 果已经表明：偏振多层膜各界面的粗糙度适中，且多层膜的结构以及膜层的 物理厚度与理论设计基本一致，偏振多层膜的反射率与理论值差别大的原因 不会是偏振多层膜的制备误差引起的。因此，在原始设计膜系结构基础上引 入粗糙度因子，并且在偏振多层膜的顶层加入MgO氧化层以及考虑入射光源 偏振度，对测试数据进行拟合。拟合结果如图8所示。相应的拟合参数在表5 中给出，通过对60°入射的测试数据进行拟合，得到最顶层的氧化层厚度小于 1nm，光束线在70～100nm波段偏振度接近70％。
表5实施例2制得的偏振多层膜拟合结果
入射角 顶层氧化层厚度(nm) 测试波段光源偏振度
60° 0.81 0.65
BSRF(北京同步辐射装置)综合偏振测量装置偏振特性测试结果如表6 所示，可知，本实施例制得的偏振多层膜具有反射率和偏振度同时优异的特 性。
表6 BSRF综合偏振测量装置偏振特性测试结果
Figure BDA0002488840630000121
实施例3
一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括依次在基底表面层 叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第二Al层、第 二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层，所述真空紫外波段的波 长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以45°入射，所述第一Si层的厚度为 8nm，所述第一Al层的厚度为20nm，所述第一MgF2层的厚度为5.15nm，所 述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第二Al层的厚度为21nm，所述第二MgF2层的厚度为10.6nm，所述第三Si层的厚度为6.53nm，所述第三Al层的厚度 为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为8.8nm。
制备方法与实施例1相同。
图9为本发明实施例3提供的偏振多层膜60°入射角度下的RS、Rp以及P 随波长的关系曲线，可知，本实施例提供的偏振多层膜能够实现RS以及P的 同时提高，Rp的降低。
实施例4
一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，包括依次在基底表面层 叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第二Al层、第 二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层，所述真空紫外波段的波 长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以60°入射，所述第一Si层的厚度为 5nm，所述第一Al层的厚度为20nm，所述第一MgF2层的厚度为5.15nm，所 述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第二Al层的厚度为9.08nm，所述第二MgF2层的厚度为8.22nm，所述第三Si层的厚度为0.5nm，所述第三Al层的厚度为 2.6nm，所述第三MgF2层的厚度为14.65nm。
制备方法与实施例1相同。
图10为本发明实施例4提供的偏振多层膜60°入射角度下的RS、Rp以及 P随波长的关系曲线，可知，本实施例提供的偏振多层膜能够实现RS以及P 的同时提高，Rp的降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限 制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理 的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的 保护范围。

Claims (10)

1.一种用于70～100nm真空紫外波段的偏振多层膜，其特征在于，包括在基底表面依次层叠设置的第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层；
真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以60°入射，所述第一Si层的厚度为20±1.2nm，所述第一Al层的厚度为2±0.12nm，所述第一MgF2层的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Si层的厚度为30±1.8nm，所述第二Al层的厚度为30±1.8nm，所述第二MgF2层的厚度为7.7±0.462nm，所述第三Si层的厚度为1.8±0.108nm，所述第三Al层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为6.32±0.3792nm；所述偏振多层膜的厚度为98.82±5.9292nm；
真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以45°入射，所述第一Si层的厚度为15.4±0.924nm，所述第一Al层的厚度为2.48±0.1488nm，所述第一MgF2层的厚度为2.48±0.1488nm，所述第二Si层的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为5.44±0.3264nm，所述第二MgF2层的厚度为7.57±0.4542nm，所述第三Si层的厚度为4.7±0.282nm，所述第三Al层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为5±0.3nm；所述偏振多层膜的厚度为44.07±2.6442nm；
真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以60°入射，所述第一Si层的厚度为5±0.3nm，所述第一Al层的厚度为20±1.2nm，所述第一MgF2层的厚度为5.15±0.309nm，所述第二Si层的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为9.08±0.5448nm，所述第二MgF2层的厚度为8.22±0.4932nm，所述第三Si层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三Al层的厚度为2.6±0.156nm，所述第三MgF2层的厚度为14.65±0.879nm；所述偏振多层膜的厚度为65.7±3.942nm；
真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以45°入射，所述第一Si层的厚度为8±0.48nm，所述第一Al层的厚度为20±1.2nm，所述第一MgF2层的厚度为5.15±0.309nm，所述第二Si层的厚度为0.5±0.03nm，所述第二Al层的厚度为21±1.26nm，所述第二MgF2层的厚度为10.6±0.636nm，所述第三Si层的厚度为6.53±0.3918nm，所述第三Al层的厚度为0.5±0.03nm，所述第三MgF2层的厚度为8.8±0.528nm；所述偏振多层膜的厚度为81.08±4.8648nm。
2.根据权利要求1所述的偏振多层膜，其特征在于，所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以60°入射，所述第一Si层的厚度为20nm，所述第一Al层的厚度为2nm，所述第一MgF2层的厚度为0.5nm，所述第二Si层的厚度为30nm，所述第二Al层的厚度为30nm，所述第二MgF2层的厚度为7.7nm，所述第三Si层的厚度为1.8nm，所述第三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为6.32nm。
3.根据权利要求1所述的偏振多层膜，其特征在于，所述真空紫外波段的波长为70～90nm，所述真空紫外波段的光以45°入射，所述第一Si层的厚度为15.4nm，所述第一Al层的厚度为2.48nm，所述第一MgF2层的厚度为2.48nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第二Al层的厚度为5.44nm，所述第二MgF2层的厚度为7.57nm，所述第三Si层的厚度为4.7nm，所述第三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为5nm。
4.根据权利要求1所述的偏振多层膜，其特征在于，所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以60°入射，所述第一Si层的厚度为5nm，所述第一Al层的厚度为20nm，所述第一MgF2层的厚度为5.15nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第二Al层的厚度为9.08nm，所述第二MgF2层的厚度为8.22nm，所述第三Si层的厚度为0.5nm，所述第三Al层的厚度为2.6nm，所述第三MgF2层的厚度为14.65nm。
5.根据权利要求1所述的偏振多层膜，其特征在于，所述真空紫外波段的波长为90～100nm，所述真空紫外波段的光以45°入射，所述第一Si层的厚度为8nm，所述第一Al层的厚度为20nm，所述第一MgF2层的厚度为5.15nm，所述第二Si层的厚度为0.5nm，所述第二Al层的厚度为21nm，所述第二MgF2层的厚度为10.6nm，所述第三Si层的厚度为6.53nm，所述第三Al层的厚度为0.5nm，所述第三MgF2层的厚度为8.8nm。
6.权利要求1～5任一项所述的偏振多层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在基底表面依次进行第一Si层、第一Al层、第一MgF2层、第二Si层、第二Al层、第二MgF2层、第三Si层、第三Al层和第三MgF2层的磁控溅射。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射的本底真空小于9E-5Pa；所述磁控溅射的工作气体为Ar，所述Ar的流量为20sccm，Ar的压强为0.25Pa。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，溅射所述第一MgF2层、第二MgF2层和第三MgF2层的方式为射频磁控溅射，所述射频磁控溅射的溅射功率独立地为80～200W，靶距独立地为30～90mm。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，溅射所述第一Al层、第二Al层和第三Al层的方式为直流磁控溅射，所述直流磁控溅射的溅射功率为50W，靶距为90mm。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，溅射所述第一Si层、第二Si层和第三Si层的方式为直流磁控溅射，所述直流磁控溅射的溅射功率为80W，靶距为90mm。
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