CN117406316A - 一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法 - Google Patents
一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117406316A CN117406316A CN202311191576.6A CN202311191576A CN117406316A CN 117406316 A CN117406316 A CN 117406316A CN 202311191576 A CN202311191576 A CN 202311191576A CN 117406316 A CN117406316 A CN 117406316A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- refractive index
- layer
- index layer
- multilayer film
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 26
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 25
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 12
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 7
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 170
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 16
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 6
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001900 extreme ultraviolet lithography Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0635—Carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
- C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3485—Sputtering using pulsed power to the target
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
- G02B1/14—Protective coatings, e.g. hard coatings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/08—Mirrors
- G02B5/0816—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers
- G02B5/085—Multilayer mirrors, i.e. having two or more reflecting layers at least one of the reflecting layers comprising metal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高反射率极紫外多层膜，包括基底、周期结构和保护膜层；基底上设置包括双膜层堆叠单元多次重复形成的周期结构，周期结构上设置保护膜层；双膜层堆叠单元包括依次设置的Nb‑MoxC复合低折射率层和Si高折射率层；Nb‑MoxC复合低折射率层内，非晶MoxC相弥散均匀地分布在金属Nb相内，非晶MoxC相的体积占比的范围为5％‑45％，有效抑制膜层间的扩散互混、界面Si化反应带来的界面锐度骤减，确保上下界面间具有高折射率差值，从而本发明提出的极紫外多层膜具备优异的极紫外反射能力。还公开了一种高反射率极紫外多层膜的制备方法，简单易控、成本低，适合大面积制备。
Description
技术领域
本发明属于极紫外光学反射元件技术领域，具体涉及一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法。
背景技术
极紫外光学反射系统适用于极紫外光刻、同步辐射、空间天文观测、显微成像分析、等离子体诊断等诸多领域，特别是随着超大规模集成电路持续向微型化、集成化、高性能方向发展，极紫外光刻技术成为目前先进节点芯片制造的必由之路，从而要求极紫外光反射系统中关键元件(比如极紫外光反射镜)表面镀制的多层膜具备高效、稳定的极紫外光反射特性。
用于芯片制程的极紫外光刻技术，涉及的极紫外光源波长为10-14纳米，然而在此波段范围内，大多数材料的折射率实部都接近1，其单层膜对近正入射极紫外光的反射率极低。鉴于此，通常选取相对高折射率材料和低折射率材料交替形成周期多层膜，满足布拉格(Bragg)反射条件，从而具备对紫外光的高反射能力。最具代表性的Mo/Si极紫外多层膜，其中Mo与Si间在极紫外光波段折射率差值相对大，同时极紫外光在膜内各个周期界面上的反射光强能够相干叠加，最终实现多层膜整体高反射率。
获得对极紫外光高反射的交替多层膜，所选膜层材料之间的折射率差值必须大且它们的吸收系数均应尽可能小，综合材料安全性、刻蚀加工性等方面的考虑，现阶段材料组合探索上主要集中在Mo/Si、Ru/Si和Nb/Si上，相比，其中Nb/Si叠加获得的多层膜，其层间化合反应相对较低且抗极紫外辐照损伤特性优异。然而，Nb/Si多层膜在镀制过程中，膜层间的扩散互混、界面Si化反应等带来的界面锐度骤减和折射率差下降以及膜层界面粗糙度降低等问题都远没有得到解决，阻碍获得的多层膜极紫外光反射能力的提升。
为解决多层膜内层间界面的锐度和粗糙度等问题，通常在多层膜体系中实施界面优化工程，比如添加界面阻隔层，防止界面扩散和界面粗糙度导致的反射率降低。然而现有亚纳米尺度阻隔层的策略，往往会带来膜层厚度优化设计受限、精准制备难等问题，同时原有膜层(未引入界面阻隔层时)间折射率差值易被缩减，且会增加工艺复杂程度(每个周期内需增加两层阻隔层沉积)。另外，通过合金化形式改善膜层间界面粗糙度，相较被改性的纯金属层，合金膜层折射率和吸收系数的精确调控同样会面临挑战，且往往难以平衡周期结构内层间折射率差值和合金层吸收等问题，会带来理论反射率的下降。再者，多层膜内引入纯的碳化物吸收层，膜层应力带来的膜层脱落或者基片形变的问题突出。上述问题的解决始终困扰着本领域技术人员，因此，寻找高反射率的极紫外多层膜依然是极紫外光学反射元件技术发展的关键。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法，该高反射率极紫外多层膜对极紫外光具有高的理论反射率，多层膜内层间界面锐度好、折射率差值大，同时膜层周期结构设计方案简单，便于实际的制备和拓展应用。
为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
本发明实施例提供的一种高反射率极紫外多层膜，包括基底、周期结构和保护膜层；基底上设置包括双膜层堆叠单元多次重复形成的周期结构，周期结构上设置保护膜层；所述双膜层堆叠单元包括依次设置的Nb-MoxC复合低折射率层和Si高折射率层；
所述Nb-MoxC复合低折射率层内，非晶MoxC相弥散均匀地分布在金属Nb相内，非晶MoxC相的体积占比的范围为5％-45％，Nb相作为功能基相，MoxC作为膜层改性掺杂相。通过不同体积比的互混，Nb-MoxC复合低折射率层在极紫外波段折射率保持在0.932±0.15范围内，且Nb-MoxC复合低折射率层的吸收系数为0.007以下。Nb-MoxC复合低折射率层采用Nb-MoxC复合材料替代传统的纯金属Nb层，能够抑制膜层间的扩散互混、界面Si化反应带来的界面锐度骤减，同时相较于单纯采用Nb层，Nb-MoxC复合低折射率层的折射率和吸收系数随MoxC组分的变化仅产生微小变化，相较于常规金属膜层合金化带来的金属/Si界面间折射率差下降的问题得到很好的消减，采用Nb-MoxC复合低折射率层能够维持稳定的Nb-MoxC复合低折射率层与Si高折射率层界面间折射率差值。进一步优选地，非晶MoxC相的体积占比的范围为10％-30％。
优选地，所述Nb-MoxC复合低折射率层内，非晶MoxC相中x的范围是1-2，为MoC或Mo2C或两者的混合相，确保复合膜层光学常数满足要求。
优选地，所述Nb-MoxC复合低折射率层的厚度为2.1-3.1nm，Si高折射率层的厚度为3.8-4.8nm，Si高折射率层作为间隔层。
优选地，所述双膜层堆叠单元多次重复所设置的周期数为30-60，双膜层堆叠单元多次重复的作用是获得四分之波长整数倍的光程累积，满足干涉相长的条件。
优选地，保护膜层的厚度为1-5nm。保护膜层的作用是防止最上层Si高折射率层的氧化。
优选地，所述保护膜层为非晶MoxC，其中x的范围是1-2；所述保护膜层还可以为B4C、SiC等碳化物以及Mo2B等硼化物。
优选地，所述基底为单晶硅片、石英玻璃、碳化硅等，基底的表面粗糙度为0.1nm-0.6nm，基底表面粗糙度会影响整个膜层的粗糙度，对最终反射性能影响大，选用所述基底材料和控制基底表面粗糙度使得基底保持平整、稳定且易加工。
综上，本发明实施例提供的一种高反射率极紫外多层膜，其中采用的Nb-MoxC复合低折射率层将非晶MoxC相引入到金属Nb相中，调控Nb的形核生长行为，致密化整个Nb-MoxC复合低折射率层并平滑其上下界面，同时利用MoxC在Nb层内晶界处和表面的偏聚效应，钉扎Nb纳米结构、抑制其外扩散，并阻挡界面处外来Si向Nb层的内扩散。更为重要的是，Nb-MoxC复合低折射率层内，通过两相间纳米尺度的非溶解互混，整个Nb-MoxC复合低折射率层可作为等效介质层。在此基础上，基于Nb与MoxC间极紫外折射率与吸收系数均非常接近的特点，获得的Nb-MoxC复合低折射率层的等效折射率和吸收系数将均与纯Nb非常接近，即异质相的引入不会对Nb膜层相对低的折射率和低吸收特性带来损害，相反，通过对Nb-MoxC复合低折射率层表界面形貌的优化和粗糙度的控制，提升整个周期结构中双膜层堆叠单元界面锐度，并确保层间足够大的折射率差值，从而追求更高的极紫外反射率。同时借助Nb-MoxC复合低折射率层内两相间物理性质差异和微结构调控，还可为整个膜层应力的调控带来自由度。
为实现上述发明目的，本发明实施例还提供了一种高反射率极紫外多层膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)对基底进行预处理；
(2)选取Nb、Si和MoxC作为靶材，控制Nb和MoxC靶同时工作，在步骤(1)预处理过的基底表面进行磁控共溅射沉积，获得Nb-MoxC复合低折射率层；然后控制Si靶工作，在Nb-MoxC复合低折射率层上进行磁控溅射沉积Si高折射率层，获得Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元；随后，重复前述工艺，按照周期数镀制30-60层Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元，最后继续溅镀一层MoxC保护膜层，完成高反射率极紫外多层膜的制备。
优选地，所述对基底进行预处理，包括先后用丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗或浸入食人鱼溶液中，然后进行加热解吸附和等离子体刻蚀清洗，优化基底表面清洁度，经过上述预处理后，基底表面更利于平滑多层膜的生长。
优选地，Nb靶、Si靶及MoxC靶采用直流、直流脉冲或射频电源驱动，进一步优选地，Nb靶和Si靶的磁控溅射优选直流磁控溅射，MoxC靶的磁控溅射优选直流脉冲或射频磁控溅射，易于控制各膜层性能；溅射工作气体为高纯氩气；溅射气压范围为0.1-0.2Pa，更优选为0.12-0.15Pa，使得沉积粒子的能量适当且溅射工艺稳定性更好；本底真空度为1.0×10-4Pa以下，更优选为5×10-5Pa以下，利于控制膜层内氧的含量，确保各膜层优异的光学性能。
优选地，溅射沉积Nb-MoxC复合低折射率层时，Nb靶所用的功率密度范围为4-11W/cm2，更优选为6-9W/cm2；MoxC靶所用的功率密度范围为2-7W/cm2；更优选为2.5-5W/cm2。通过溅射工艺中对Nb靶和MoxC靶功率密度的调控，并结合溅射气压的匹配调控，可以方便地对Nb-MoxC复合低折射率层中非晶MoxC相的占比和排布进行大范围调节，并对Nb-MoxC复合低折射率层微结构进行调控，致密化整个Nb-MoxC复合低折射率层并平滑其表面，同时抑制Nb-MoxC复合低折射率层中Nb-MoxC材料与Si高折射率层中Si材料的互混。不同微结构特征的Nb-MoxC复合低折射率层与不同厚度的Si高折射率层相匹配，可以实现极紫外反射满足预期的调控，从而得到高反射率极紫外多层膜。
优选地，溅射沉积Si高折射率层时，Si靶所用的功率密度范围为5-13W/cm2，更优为9-11W/cm2，能够使获得的Si高折射率层粗糙度及相应光学常数都利于多层膜得到更高的极紫外光反射率。
优选地，溅射沉积保护膜层时，MoxC靶所用的功率密度范围为5-10W/cm2，更优为6-8W/cm2，能够使获得的MoxC保护膜层具备更好的化学计量比和理想的微结构及光学常数调控。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：
(1)本发明采用金属Nb直接与难熔碳化物MoxC复合的手段，从获得致密且表界面平滑的Nb-MoxC复合低折射率层入手，提升与Si高折射率层间的界面锐度，从而确保周期结构中双膜层堆叠单元内界面折射率差值大，并有效抑制层间扩散互混和界面Si化反应。
(2)对于Nb-MoxC复合低折射率层采用Nb与MoxC材料，在极紫外波段折射率和吸收系数均非常接近，通过不同体积比的互混，在极紫外波段折射率保持在0.932±0.15范围内，且Nb-MoxC复合低折射率层的吸收系数为0.007以下；Nb与MoxC作为复合低折射率层材料，可以有效满足折射率差值大并兼顾低消光系数的要求，在极紫外多层膜的应用中提高反射率效果显著，为构建新型极紫外多层膜提供了材料支撑。
(3)保护膜层选择与Nb-MoxC复合低折射率层内的掺杂相同的材料MoxC，从而简化制备工艺，同时易于调控整个多层膜的折射率匹配和极紫外反射特性。
(4)本发明采用磁控共溅射法直接沉积Nb-MoxC复合低折射率层，不仅结构及制备工艺简单、成本低，更重要的是即使沉积参数经历一定范围波动，复合层光学常数可保持稳定，进而多层膜获得极紫外高反射率的一致性更容易保障，适合大面积制备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例提供的高反射率极紫外多层膜的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的高反射率极紫外多层膜的制备方法流程图；
图3是本发明实施例1和实施例2以及对比例1和对比例2制得的极紫外多层膜的理论反射率曲线示意图；
附图中具体的符号标记为：
100、基底；101、周期结构；102、保护膜层；103、双膜层堆叠单元；104、Nb-MoxC复合低折射率层；105、Si高折射率层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
本发明的发明构思为：针对现有技术中在制备高反射率极紫外多层膜时为解决多层膜内界面的锐度和粗糙度等问题时采用添加界面阻隔层或金属、合金层策略仍存在精准制备难和工艺复杂等问题，本发明实施例提供了一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法，采用Nb-MoxC复合低折射率层和Si高折射率层形成双膜层堆叠单元并多次重复形成周期结构，有效抑制层间扩散互混和界面Si化反应，提升界面锐度，确保周期结构中双膜层堆叠单元内界面高折射率差值和低吸收系数，在精准制备时更容易控制，保护膜层选择与Nb-MoxC复合低折射率层内的掺杂相同的材料MoxC从而简化制备工艺，最终得到高反射率极紫外多层膜，制备工艺简单、成本低，适用于实际应用中的大面积制备。
图1是本发明实施例提供的高反射率极紫外多层膜的结构示意图。如图1所示，实施例提供了一种高反射率极紫外多层膜，包括平滑的基底100、双膜层堆叠单元103多次重复形成的周期结构101，周期结构101上设置保护膜层102；双膜层堆叠单元103包括依次设置的Nb-MoxC复合低折射率层104和Si高折射率层105。其中，Nb-MoxC复合低折射率层104采用Nb靶和MoxC靶磁控共溅射沉积制备，Si高折射率层105采用Si靶直接磁控溅射沉积制备，保护膜层102采用MoxC靶直接磁控溅射沉积制备。
基于同样的发明构思，实施例还提供了一种高反射率极紫外多层膜的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1，对基底100进行预处理。
实施例中，对于基底100先后用丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗(或浸入食人鱼溶液中)，然后进行加热解吸附和等离子体刻蚀清洗，优化基底100表面清洁度。经过上述预处理后，基底100表面更利于平滑多层膜的生长。
S2，磁控共溅射沉积Nb-MoxC复合低折射率层104。
选取Nb和MoxC作为靶材，控制Nb和MoxC靶同时工作，在步骤S1预处理过的基底100表面进行磁控共溅射沉积，Nb靶所用的功率密度范围为4-11W/cm2，更优为6-9W/cm2，MoxC靶所用的功率密度范围为2-7W/cm2，更优为2.5-5W/cm2，获得Nb-MoxC复合低折射率层104。
S3，磁控溅射沉积Si高折射率层105。
选取Si作为靶材，控制Si靶工作，在Nb-MoxC复合低折射率层104上进行磁控溅射沉积Si高折射率层105，Si靶所用的功率密度范围为5-13W/cm2，更优为9-11W/cm2，获得Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103。
S4，多次重复沉积Nb-MoxC复合低折射率层104和Si高折射率层105得到周期结构101。
重复前述工艺步骤S2-S3，按照周期数镀制30-60层Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103得到周期结构101。
S5，磁控溅射沉积保护膜层102。
选取MoxC作为靶材，在周期结构101最上层继续溅镀一层MoxC保护膜层102，MoxC靶所用的功率密度范围为5-10W/cm2，更优为6-8W/cm2，最终完成高反射率极紫外多层膜的制备。
下面结合以下实施例1和实施例2以及和对比例1和对比例2对本发明制备的高反射率极紫外多层膜的制备方法和特性进行说明，以下实施例中以硅片或石英片为基底100，多层膜内低折射率层材料选择Nb-MoxC复合材料(其中x的范围是1-2)，而高折射率层介质材料选择Si，表面保护膜层102的材料选择MoxC(其中x的范围是1-2)。通过相关溅射参数的调整，改变Nb-MoxC复合低折射率层104内非晶MoxC相微结构的尺寸与分布，结合MoxC相体积百分比的调节，制备出极紫外多层膜。基于传输矩阵法利用MATLAB软件来对实施例及对比例涉及的多层膜的理论反射光谱开展理论计算，分析其对极紫外光的反射特性。
实施例1
本实施例选用超平滑的单晶硅片作为基底100，其表面粗糙度为0.32nm。将硅片依次放入丙酮、异丙醇和去离子水中，超声清洗并氮气吹干，将硅片固定在托盘上；将托盘装入磁控溅射设备沉积室中，预抽真空至5×10-5Pa以下，通入氩气，用直流溅射清洗Nb靶材、Si靶材，并用直流脉冲溅射清洗MoxC靶材，并施加等离子体轰击清洗硅片；刻蚀清洗结束后，调整氩气气流使沉积室气压至0.16Pa。
关闭Si靶电源，将Nb靶和MoxC靶的溅射功率密度分别调整为9W/cm2和4W/cm2，其中Nb靶与MoxC靶间呈一定角度相互向中间倾斜，完成Nb-MoxC复合低折射率层104的磁控共溅射沉积。关闭Nb靶与MoxC靶驱动电源，同时启动Si靶驱动电源，功率密度设置为10W/cm2，在刚沉积的Nb-MoxC复合低折射率层104上沉积一层Si高折射率层105，形成Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103。随后继续重复上述Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103的沉积57次，完成整个周期结构101镀制(共58层Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103)，接着再次启动MoxC靶驱动电源，功率密度设置为7W/cm2，沉积MoxC保护膜层102，最终得到具有高反射率特性的极紫外多层膜。
通过相应成分和微结构表征分析，上述极紫外多层膜内的Nb-MoxC复合低折射率层104的厚度为2.74nm且x为1.9±0.05，Si高折射率层105的厚度为4.18nm，即Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103厚度为6.92nm，MoxC保护膜层102厚度为2.0nm。Nb-MoxC复合低折射率层104内MoxC相体积百分数为23.6％，其中纳米MoxC相结构弥散分布于金属Nb基体中。同时基于有效介质理论的分析，Nb-MoxC复合低折射率层104在极紫外波段的等效折射率在0.932的水平，吸收系数在0.0056的量级，其对13.5nm极紫外光的理论反射率可以达到74.5％以上，如图3所示。
实施例2
本实施例选用抛光平滑的石英片作为基底100，其表面粗糙度为0.5nm。将石英片依次放入丙酮、异丙醇中超声清洗并浸入食人鱼溶液中，最后氮气吹干，将石英片固定在托盘上；将托盘装载入磁控溅射设备沉积室中，预抽真空至5×10-5Pa以下，通入氩气，用直流溅射清洗Nb靶材、Si靶材，并用直流脉冲溅射清洗MoxC靶材，并施加等离子体轰击清洗石英片；刻蚀清洗结束后，调整氩气气流使沉积室气压至0.14Pa。
关闭Si靶电源，将铌靶和碳化钼靶的溅射功率密度调整为7.5W/cm2和3.5W/cm2，其中Nb靶与MoxC靶间呈一定角度相互向中间倾斜，完成Nb-MoxC复合低折射率层104的磁控共溅射沉积。关闭Nb靶与MoxC靶驱动电源，同时启动Si靶驱动电源，功率密度设置为10.5W/cm2，在刚沉积的Nb-MoxC复合低折射率层104上沉积一层Si高折射率层105，形成Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103。随后继续重复上述Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103的沉积59次，完成整个周期结构101的镀制(共60层Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103)，接着再次启动MoxC靶驱动电源，功率密度设置为7W/cm2，沉积MoxC保护膜层102，最终得到具有高反射率特性的极紫外多层膜。
通过相应成分和微结构表征分析，上述极紫外多层膜内的Nb-MoxC复合低折射率层104的厚度为2.48nm且x为1.1±0.05，Si高折射率层105的厚度为4.39nm，即Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元103厚为6.87nm，MoxC保护膜层102厚度为2.0nm。Nb-MoxC复合低折射率层104内MoxC相体积百分数为15.6％，其中纳米MoxC相结构弥散分布于金属Nb基体中。同时基于有效介质理论的分析，Nb-MoxC复合低折射率层104在极紫外波段的等效折射率在0.933的水平，吸收系数在0.0055的量级，其在13.5nm极紫外光处的理论反射率可以达到74％以上，如图3所示。
对比例1
按照实施例1的制备工艺和膜层结构来镀制构建极紫外多层膜，区别之处在于双膜层堆叠单元103采用Nb/Si层替代实施例1中的Nb-MoxC/Si层，且表面保护膜层102设置为Nb层。
对比例2
按照实施例2的制备工艺和膜层结构来镀制构建极紫外多层膜，区别之处在于，双膜层堆叠单元103采用Nb/Si层替代实施例2中的Nb-MoxC/Si层，且表面保护膜层102设置为Nb层。
综合分析以上实施例和对比例，图3同时给出了实施例1、实施例2和对比例1、对比例2制得的极紫外多层膜的理论反射率曲线，依据理论反射率曲线提取出实施例1、实施例2和对比例1、对比例2制得的极紫外多层膜对13.5nm极紫外光的理论反射率，相应数值在表1中列出对比。
表1实施例1、2及对比例1、2制得的极紫外多层膜对13.5nm极紫外光的理论反射率：
| 项目 | 实施例1 | 对比例1 | 实施例2 | 对比例2 |
| 理论反射率 | 74.68％ | 71.69％ | 74.03％ | 71.66％ |
综合上述图3理论反射率曲线和表1理论反射率对比的结果，相较于现有的极紫外多层膜，本发明实施例所制备的极紫外多层膜具备更高的理论反射率。具体地，实施例1和对比例1间以及实施例2和对比例2间结果的比较可知，复合低折射率层采用Nb-MoxC复合层替代传统的纯金属Nb层，能够抑制膜层间的扩散互混、界面Si化反应带来的界面锐度骤减，同时相较于Nb层，复合低折射率层的折射率和吸收系数随MoxC组分的变化仅产生微小变化，常规金属膜层合金化带来的金属/Si界面间折射率差下降的问题得到很好的消减，上述效应综合作用最终提升了本发明实施例提出的高反射率极紫外多层膜的反射能力。采用本发明实施例提供的制备方法，制备工艺简单、成本低，能够适应在工艺条件细微变化时保持稳定的折射率差值和吸收系数，从而保持极紫外多层膜的高反射率性能，适用于实际应用中的大面积制备。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高反射率极紫外多层膜，其特征在于，包括基底、周期结构和保护膜层；基底上设置包括双膜层堆叠单元多次重复形成的周期结构，周期结构上设置保护膜层；所述双膜层堆叠单元包括依次设置的Nb-MoxC复合低折射率层和Si高折射率层；
所述Nb-MoxC复合低折射率层内，非晶MoxC相弥散均匀地分布在金属Nb相内，非晶MoxC相的体积占比的范围为5％-45％。
2.根据权利要求1所述的高反射率极紫外多层膜，其特征在于，所述Nb-MoxC复合低折射率层内，非晶MoxC相中x的范围是1-2。
3.根据权利要求1所述的高反射率极紫外多层膜，其特征在于，所述Nb-MoxC复合低折射率层的厚度为2.1-3.1nm，Si高折射率层的厚度为3.8-4.8nm。
4.根据权利要求1所述的高反射率极紫外多层膜，其特征在于，所述双膜层堆叠单元多次重复所设置的周期数为30-60。
5.根据权利要求1所述的高反射率极紫外多层膜，其特征在于，保护膜层的厚度为1-5nm。
6.根据权利要求1所述的高反射率极紫外多层膜，其特征在于，所述保护膜层为非晶MoxC，其中x的范围是1-2。
7.根据权利要求1所述的高反射率极紫外多层膜，其特征在于，所述基底的表面粗糙度为0.1nm-0.6nm。
8.一种权利要求1～7所述的高反射率极紫外多层膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对基底进行预处理；
(2)选取Nb、Si和MoxC作为靶材，控制Nb和MoxC靶同时工作，在步骤(1)预处理过的基底表面进行磁控共溅射沉积，获得Nb-MoxC复合低折射率层；然后控制Si靶工作，在Nb-MoxC复合低折射率层上进行磁控溅射沉积Si高折射率层，获得Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元；随后，重复前述工艺，多次重复镀制Nb-MoxC/Si双膜层堆叠单元，最后继续溅镀一层MoxC保护膜层，完成高反射率极紫外多层膜的制备。
9.根据权利要求8所述的高反射率极紫外多层膜的制备方法，其特征在于，Nb靶、Si靶及MoxC靶采用直流、直流脉冲或射频电源驱动，溅射工作气体为高纯氩气，溅射气压范围为0.1-0.2Pa，本底真空度为1.0×10-4Pa以下。
10.根据权利要求8所述的高反射率极紫外多层膜的制备方法，其特征在于，溅射沉积Nb-MoxC复合低折射率层时，Nb靶所用的功率密度范围为4-11W/cm2，MoxC靶所用的功率密度范围为2-7W/cm2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311191576.6A CN117406316A (zh) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | 一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311191576.6A CN117406316A (zh) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | 一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117406316A true CN117406316A (zh) | 2024-01-16 |
Family
ID=89495151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311191576.6A Pending CN117406316A (zh) | 2023-09-15 | 2023-09-15 | 一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117406316A (zh) |
-
2023
- 2023-09-15 CN CN202311191576.6A patent/CN117406316A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Valleti et al. | Functional multi-layer nitride coatings for high temperature solar selective applications | |
| TW201923126A (zh) | 高折射率氫化矽薄膜的製備方法、高折射率氫化矽薄膜、濾光疊層和濾光片 | |
| CN101666557B (zh) | 一种非真空太阳光谱选择性吸收膜层及其制备方法 | |
| JP2022505694A (ja) | 極紫外線マスク吸収体用のｔａ‐ｃｕ合金 | |
| CN111235527B (zh) | 制作光学薄膜的方法、膜系结构、镀膜方法、激光反射镜 | |
| WO2002069037A2 (en) | Attenuated embedded phase shift photomask blanks | |
| TWI835896B (zh) | 具有後側塗層的極紫外線掩模 | |
| CN101451773B (zh) | 太阳能选择性吸收膜及其制造方法 | |
| Zhao et al. | Effect of sputtering power on the properties of SiO 2 films grown by radio frequency magnetron sputtering at room temperature | |
| CN104930735A (zh) | 一种太阳能吸收膜及其制备方法 | |
| CN106500374A (zh) | 一种双相纳米复合太阳能吸收涂层及制造方法 | |
| CN117406316A (zh) | 一种高反射率极紫外多层膜及其制备方法 | |
| CN111549301B (zh) | 一种高熵合金组合物、高熵合金薄膜及高熵合金靶材和薄膜的制备方法 | |
| EP1091017B1 (en) | Coating apparatus having reflective inside coating | |
| CN102305484A (zh) | 具有陷光结构的太阳能集热管 | |
| CN101220455A (zh) | 低紫外光学损耗的氧化铝薄膜的制备方法 | |
| JP3091326B2 (ja) | 成膜方法 | |
| CN106772730A (zh) | 一种新型基于氮化铪的高红外反射耐久多层膜材料 | |
| CN103076644B (zh) | 一种硅铝合金/硅/锆/硅极紫外多层膜反射镜及其制备方法 | |
| CN113721313B (zh) | 一种低吸收低热畸变薄膜的实现方法 | |
| CN113846303B (zh) | 一种含w低活化高熵合金及其制备方法 | |
| CN114086123B (zh) | 一种超耐磨宽带吸收涂层及其制备方法 | |
| KR20180092894A (ko) | 화학기상증착법을 이용한 반사방지막 제조방법 | |
| CN114875371B (zh) | 一种纳米结构高熵超合金及其制备方法 | |
| CN116926487B (zh) | 基于Ti种子层的超光滑多层膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |