EP3262658A1 - Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates - Google Patents

Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates

Info

Publication number
EP3262658A1
EP3262658A1 EP16707082.0A EP16707082A EP3262658A1 EP 3262658 A1 EP3262658 A1 EP 3262658A1 EP 16707082 A EP16707082 A EP 16707082A EP 3262658 A1 EP3262658 A1 EP 3262658A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
layers
layer structure
refractive index
refractive
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.)
Withdrawn
Application number
EP16707082.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Braun
Adam KUBEC
Andreas Leson
Maik MENZEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP3262658A1 publication Critical patent/EP3262658A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/06Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
    • G21K1/062Devices having a multilayer structure
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21KTECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2201/00Arrangements for handling radiation or particles
    • G21K2201/06Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067Construction details

Abstract

The invention relates to a layer structure for multilayer Laue lenses or circular multilayer zone plates for x-ray radiation, comprising layers which are arranged on a substrate in an alternating manner and each of which is made of a material with a high refractive index and a material with a low refractive index. The layer structure is made of layers which are arranged in an alternating manner within periods consisting of a high-refractive layer, a low-refractive layer, and at least one third material for intermediate layers. Low-refractive layers have internal pressure stress and high-refractive layers have internal tension stress, and the product of the layer thickness and the internal stress is equal, or at least approximately equal, in magnitude. An intermediate layer is arranged between each of the high- and low-refractive layers.

Description

Schichtaufbau für mehrschichtige Laue-Linsen bzw. zirkuläre Multischicht- Layer structure for multilayer Laue lenses or circular multi-layer
Zonenplatten zone plates
Die Erfindung betrifft einen Schichtaufbau für mehrschichtige Laue-Linsen bzw. zirkuläre Multischicht-Zonenplatten. The invention relates to a layer structure for multilayer Laue lenses or circular multi-layer zone plates.
Multischicht-Laue-Linsen sind üblicherweise von ebener Geometrie, zirkuläre Multischicht-Zonenplatten weisen zumeist eine gekrümmte Geometrie, z.B. in Form von Drahtbeschichtungen, auf. Gemeinsam ist diesen Linsen, dass damit Röntgenstrahlung fokussiert oder abgebildet werden soll. Zur Vereinfachung sollen beide Ausführungen im Folgenden als MLL bezeichnet werden. Multilayer Laue lenses are usually of planar geometry, circular multilayer zone plates usually have a curved geometry, e.g. in the form of wire coatings, on. Common to these lenses is that they should focus or image X-rays. For simplicity, both embodiments will be referred to below as MLL.
Die Strukturen für diese Linsen werden in bekannten Dünnschichtverfahren hergestellt, bei dem auf eine extrem glatte Ausgangsoberfläche eines Substrats wechselweise mindestens zwei unterschiedliche Werkstoffe aufgebracht werden, wobei die Summe der Schichtdicken einer Periode entsprechend des Zonenplattengesetzes mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse abnimmt. The structures for these lenses are produced in known thin-film processes, in which at least two different materials are alternately applied to an extremely smooth starting surface of a substrate, the sum of the layer thicknesses of a period corresponding to the zone plate law increasing with distance from the optical axis decreases.
Ein wichtiges Ziel der aktuellen Forschung ist die Erhöhung der Gesamtdicke der MLL-Beschichtungen, da dies die numerische Apertur der Linse und damit die Auflösungsgrenze bzw. die Fokussierungslimits bestimmt. An important goal of current research is the increase of the total thickness of the MLL coatings, as this determines the numerical aperture of the lens and thus the resolution limit or the focusing limits.
Ein technisches Problem ist gegenwärtig, dass durch die bekannten A technical problem is present, that by the well-known
Beschichtungsverfahren bei der Herstellung von Multischicht-Laue-Linsen in der Regel Druckeigenspannungen auftreten. Diese sind über die Vermessung der Waferkrümmung vor und nach der Beschichtung und die Anwendung der sogenannten Stoney-Gleichung nachweisbar. Insbesondere mit zunehmenden MLL-Gesamtdicken kann dies zur Deformation oder gar zur Zerstörung der zu beschichtenden Substrate (meist Siliziumwafer) führen. Darüber hinaus können sich innerhalb des Multischichtsystems Risse bilden oder die Schicht kann delaminieren. Coating process in the production of multilayer Laue lenses usually compressive stresses occur. These are detectable by measuring the wafer curvature before and after the coating and the application of the so-called Stoney equation. In particular, with increasing overall MLL thicknesses, this can lead to deformation or even destruction of the substrates to be coated (usually silicon wafers). In addition, cracks may form within the multilayer system or the layer may delaminate.
Alle bisher veröffentlichten Arbeiten zu Multischicht-Laue-Linsen basieren auf der Abfolge von Schichten mit zwei verschiedenen Werkstoffen. Die All previously published works on multilayer Laue lenses are based on the sequence of layers with two different materials. The
Problematik der Eigenspannungen ist allgemein bekannt und wird Problem of residual stresses is well known and will
gegenwärtig durch verschiedene Ansätze gelöst: currently solved by various approaches:
• durch die Verwendung von Substraten mit höherer Dicke, um die Deformation durch die MLL-Beschichtung zu verringern,  • by using substrates of higher thickness to reduce deformation through the MLL coating,
• durch Wärmebehandlung der MLL nach der Beschichtung zur  • by heat treatment of the MLL after coating
Spannungsrelaxation,  stress relaxation,
• durch die Veränderung der Schichtdickenverhältnisse zwischen z. B.  • by changing the layer thickness ratios between z. B.
Silizium und Wolframsilizid zugunsten des Wolframsilizids, um den Einfluss der durch die Si-Beschichtung eingebrachten  Silicon and tungsten silicide in favor of tungsten silicide to the influence of the introduced through the Si coating
Druckeigenspannungen zu reduzieren.  To reduce residual compressive stresses.
Die bisher verwendeten Lösungsansätze führen jedoch nur teilweise zum Erfolg. Insbesondere für eine Steigerung der MLL-Beschichtungsdicke sind sie nicht geeignet. However, the solutions used so far only partially succeed. In particular, they are not suitable for an increase in the MLL coating thickness.
Im Falle der Verwendung von dicken Substraten können die In the case of using thick substrates, the
Schichteigenspannungen zum Abplatzen der Schichten führen. Meist bildet sich die schwächste Stelle an der Grenzfläche zwischen Substrat und Schicht aus, sodass die Schicht vollständig delaminiert. Eine lonenvorbehandlung kann dieses Problem reduzieren, aber nicht vollständig lösen. Leakages in the layer lead to the flaking off of the layers. In most cases, the weakest point forms at the interface between substrate and layer so that the layer completely delaminates. Ion pretreatment can reduce but not completely solve this problem.
Weiterhin können die Schichteigenspannungen auch zu Mikrorissen innerhalb der Multischicht führen. Bereiche mit derartigen Rissen sind für die Furthermore, the layer stresses can also lead to microcracks within the multilayer. Areas with such cracks are for the
Verwendung als Linse nicht nutzbar.  Can not be used as a lens.
Die nachträgliche Wärmebehandlung ist prinzipiell immer möglich. Allerdings löst diese nicht die Probleme der Rissbildung oder Delamination während der Beschichtung. Eine Wärmebehandlung ist nur dann nutzbar, wenn The subsequent heat treatment is always possible in principle. However, this does not solve the problems of cracking or delamination during coating. A heat treatment can only be used if
ausreichend geringe Eigenspannungen vorliegen und keine Risse in der Schicht vorhanden sind. Sind hohe Temperaturen für die Relaxation der Eigenspannungen erforderlich, kann sich dies nachteilig auf die Grenzflächen der Multischichten auswirken, da in diesem Fall Diffusion angeregt wird, die zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Linse führt. sufficiently low residual stresses are present and there are no cracks in the layer. If high temperatures are required for the relaxation of the residual stresses, this can adversely affect the interfaces of the multilayers, since in this case diffusion is stimulated which leads to a deterioration of the optical properties of the lens.
Auch der dritte Ansatz - die Veränderung des Schichtdickenverhältnisses - ist nur in gewissen Grenzen sinnvoll nutzbar. Eine zu große Abweichung vom idealen Dickenverhältnis von 1:1 zwischen niedrig- und hochbrechenden Schichten führt zu signifikanten Effizienzverlusten. Daher kann mit dieserEven the third approach - the change in the layer thickness ratio - can only be used sensibly within certain limits. Too large a deviation from the ideal thickness ratio of 1: 1 between low- and high-index layers leads to significant efficiency losses. Therefore, with this
Methode nur eine Verringerung der Eigenspannungen erreicht werden, die jedoch eine beliebige Erhöhung der Schichtdicken nicht erlaubt. Method only a reduction in residual stresses can be achieved, but does not allow any increase in the layer thicknesses.
Da die Linsen im Strahlengang intensiver Röntgenstrahlung am Synchrotron genutzt werden sollen, müssen Werkstoffkombinationen verwendet werden, die eine geringe Interdiffusionsneigung und eine hohe thermische Stabilität aufweisen. Üblicherweise werden in der Literatur bisher Since the lenses are to be used in the beam path of intense X-ray radiation at the synchrotron, material combinations must be used which have a low Interdiffusionsneigung and high thermal stability. Usually, in the literature so far
Werkstoffkombinationen wie WSi2/Si, MoSi2/Si, Ti/Zr02 oder Al203/Ta02 beschrieben. Material combinations such as WSi 2 / Si, MoSi 2 / Si, Ti / Zr0 2 or Al 2 0 3 / Ta0 2 described.
In-situ-Untersuchungen von WSi2/Si-Multischichtsystemen haben gezeigt, dass Druckeigenspannungen vor allem bei der Abscheidung der Siliziumschichten auftreten. In-situ investigations of WSi 2 / Si multi-layer systems have shown that residual compressive stresses mainly occur during deposition of the silicon layers.
Ein naheliegender Ansatz wäre daher der Ersatz von Silizium durch einen alternativen Werkstoff mit geringeren Druckeigenspannungen. Da als Randbedingung jedoch berücksichtigt werden muss, dass sowohl ein hoher röntgenoptischer Kontrast zum zweiten Schichtwerkstoff, als auch eine geringe Röntgenabsorption gegeben ist, kommen nur Elemente geringer Ordnungszahl oder deren Verbindungen in Frage. Beispiele sind Be, B, C, Mg, AI, Si, Ca, Sc, Ti, V und deren Oxide, Karbide oder Nitride. An obvious approach would therefore be to replace silicon with an alternative material with lower residual compressive stresses. There as However, the boundary condition must be taken into account that both a high X-ray optical contrast to the second layer material, as well as a low X-ray absorption is given, only elements of low atomic number or their compounds come into question. Examples are Be, B, C, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V and their oxides, carbides or nitrides.
Unter diesen Werkstoffen befindet sich mit Aluminium jedoch nur eines, von dem eigenspannungsarme Schichten bekannt sind. Aluminium weist jedoch ein äußerst ungünstiges Wachstum auf und bildet sehr raue Schichten. Es ist zu erwarten, dass bei Verwendung von Aluminium als Schichtmaterial in MLL eine inakzeptable Erhöhung der Rauheit von Schicht zu Schicht erfolgen würde, die zu schlechten Beugungseigenschaften der Linse führt. Among these materials, however, there is only one aluminum with which low-stress layers are known. However, aluminum has extremely unfavorable growth and forms very rough layers. It is expected that if aluminum is used as the layer material in MLL, there would be an unacceptable increase in the roughness from layer to layer, which leads to poor diffraction properties of the lens.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Mehrschichtaufbau für thermisch stabile und eigenspannungsarme Nanometer-Multischichten zur Verfügung zu stellen, so dass diese Multischichten für eine Anwendung in MLL besser geeignet sind. Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die gleichzeitig zu hohen Beugungseffizienzen bei der It is therefore an object of the invention to provide a multilayer structure for thermally stable and low-stress nanometer multilayers, so that these multilayers are better suited for use in MLL. With the present invention, a solution is proposed, which at the same time to high diffraction efficiencies in the
Röntgenfokussierung führt. X-ray focusing leads.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden. According to the invention, this object is achieved with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features described in the subordinate claims.
Der in dieser Erfindung verfolgte Ansatz für den Schichtaufbau einer MLL ist, die Druckeigenspannungen der niedrigbrechenden Schichten in Kauf zu nehmen und für eine unmittelbare Kompensation bei der Wahl der anderen beteiligten Schichtpartner zu sorgen. The approach taken in this invention for the layer construction of an MLL is to accept the compressive stresses of the low-refractive layers and to provide for immediate compensation in the choice of the other involved layer partners.
In einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau sind die Druckeigenspannungen der niedrigerbrechenden Schichten 0) durch Zugeigenspannungen der höherbrechenden Schichten (σΑ,ί > 0) vollständig, zumindest nahezu vollständig kompensiert, so dass dA,iCA,i + dsj rsj = 0. So ist bekannt, dass Mo/Si-Multischichten bei geeigneter Wahl der Schichtdicken vollständig eigenspannungsfrei hergestellt werden können. Höherbrechende Schichten sind dabei aus einem Werkstoff gebildet, bei dem an der Grenzfläche zum Vakuum eine stärkere Ablenkung von der In an inventive layer structure, the compressive stresses of the lower refractive layers 0) by residual tensile stresses of the higher-refractive-index layers Α, ί> 0) completely, at least almost completely compensated for, so that d A, iC A, i + dsj rsj = 0. Thus it is known in that Mo / Si multilayers can be produced completely free from inherent stress with a suitable choice of the layer thicknesses. Higher-index layers are formed of a material in which at the interface to the vacuum, a stronger deflection of the
ursprünglichen Ausbreitungsrichtung der Strahlung erfolgt. Ein solcher hochbrechender Werkstoff hat einen kleineren Brechungsindex (nA = 1 - δΑ). Niedrigbrechende Schichten haben dementsprechend einen größeren original propagation direction of the radiation takes place. Such a high refractive index material has a smaller refractive index (n A = 1 - δ Α ). Accordingly, low-index layers have a larger one
Brechungsindex (ns = 1 - 5S). Die Unterscheidung zwischen höherbrechend und niedrigerbrechend erfolgt über die Differenz des jeweiligen Refractive index (n s = 1 - 5 S ). The distinction between higher refractive and lower refractive is made on the difference of the respective
Brechungsindex zum Brechungsindex = 1. Refractive index to the refractive index = 1.
Im Allgemeinen kann die Eigenspannungsfreiheit nicht bei einem In general, the residual stress can not at a
Schichtdickenverhältnis von dA:ds = 1:1 erreicht werden. Den betragsmäßig höheren Druckspannungen der niedrigerbrechenden Schichten kann durch eine höhere Dicke dA der Zugeigenspannungen aufweisenden Layer thickness ratio of d A : d s = 1: 1 can be achieved. The magnitude higher compressive stresses of the lower-refractive layers can have a higher thickness d A of the tensile residual stresses
höherbrechenden Schichten entgegengewirkt werden. higher refractive layers are counteracted.
Um dennoch ein korrektes Verhältnis zwischen niedriger- und höherbrechenden Materialien zu erhalten, ist erfindungsgemäß mindestens ein dritter Schichtwerkstoff für Zwischenschichten (ZS) in den Stapel In order nevertheless to obtain a correct ratio between lower and higher refractive index materials, according to the invention at least one third layer material for intermediate layers (ZS) is in the stack
aufgenommen, der im Sinne der Erfindung zusätzlich folgende Anforderungen erfüllen soll: included in the sense of the invention additionally meet the following requirements:
• es soll die Ausbildung einer nahezu eigenspannungsfreien Schicht ~ 0) möglich sein, d.h. eventuell auftretende Eigenspannungen liegen max. bei 20 % der zulässigen Druckspannung der jeweiligen niedrigerbrechenden Schichten, bzw. max. 20 % der zulässigen Zugspannungen der jeweiligen höherbrechenden Schichten, • It should be the formation of a nearly stress-free layer ~ 0), ie any residual stresses are max. at 20% of the permissible compressive stress of the respective lower-index layers, or max. 20% of the permissible tensile stresses of the respective higher refractive layers,
• der Werkstoff soll eine möglichst geringe Absorption für  • The material should have the lowest possible absorption for
Röntgenstrahlung aufweisen, d.h. der Absorptionsgrad sollte nahe Null sein (ßzs ~^ Min) und kleiner sein als der Absorptionsgrad der höherbrechenden Schicht,  X-ray radiation, i. the degree of absorption should be close to zero (ßzs ~ ^ min) and lower than the absorption coefficient of the higher refractive layer,
• der Brechungsindex nZs = 1 - 5Zs der Zwischenschichten soll möglichst ähnlich dem des niedrigbrechenden Werkstoffes sein, d. h. max. um 10 % davon abweichen, und das Material der Zwischenschichten soll niedrigerbrechend als das Material der hochbrechenden Schichten sein (5s < 5ZS < δΑ). Entsprechend der Erfindung sollen die Zwischenschichten zwischen Schichten mit niedrigerem und dem höheren Brechungsindex angeordnet sein. Die Zwischenschichten können vorteilhaft als Diffusionsbarriere zwischen den Schichten mit niedrigerem und dem höheren Brechungsindex wirken, um die Temperaturstabilität des Gesamtsystems zu erhöhen. • The refractive index n Z s = 1-5 Z s of the intermediate layers should be as similar as possible to that of the low-refractive index material, ie max. by 10% of this, and the material of the intermediate layers should be lower refractive than the material of the high-index layers (5s <5 ZSΑ ). According to the invention, the intermediate layers should be arranged between lower and higher refractive index layers. The interlayers may advantageously act as a diffusion barrier between the lower and higher refractive index layers to increase the temperature stability of the overall system.
Die bisher nach dem Stand der Technik verfügbaren Schichtsysteme weisen hohe Druckeigenspannungen auf. Diese führen zu einer Deformation der zu beschichtenden Bauteile, die sich einerseits ungünstig auf die optische Performance auswirken und andererseits auch mechanische Probleme, wie z.B. Risse oder sogar Brüche, verursachen können. Der entscheidende Punkt ist dabei die von der Schicht auf das Substrat ausgeübte Kraft. Um diese zu reduzieren, sollte jede Einzelschicht für sich genommen nach wie vor The coating systems hitherto available according to the prior art have high residual compressive stresses. These lead to a deformation of the components to be coated, which on the one hand adversely affect the optical performance and on the other hand mechanical problems, such. Cracks or even fractures, can cause. The crucial point is the force exerted by the layer on the substrate. In order to reduce this, every single shift should still be taken for granted
Eigenspannungen aufweisen. Wenn jedoch entgegengesetzte Have residual stresses. If, however, opposite
Spannungszustände, d.h. Druck- und Zugspannungen, vorliegen, lässt sich bei Betragsgleichheit der Produkte aus Schichteigenspannung und Schichtdicke erreichen, dass die resultierende Kraft der Multischicht auf das Substrat gegen Null geht. Voltage states, i. Compressive and tensile stresses are present, can be achieved in equal amounts of the products from the layer's own stress and layer thickness that the resulting force of the multilayer to the substrate goes to zero.
Im Falle der Kombination von Molybdän für höherbrechende Schichten und Silicium für niedrigerbrechende Schichten eignet sich insbesondere MoSi2 für Zwischenschichten. Darüber hinaus sind jedoch auch andere Werkstoffe, wie z. B. Mo2C, a-C, B4C, BN, Al203 oder andere chemisch stabile Verbindungen aus Elementen geringer Ordnungszahl denkbar, insbesondere wenn sie eigenspannungsarm abgeschieden werden können. In the case of the combination of molybdenum for higher refractive index layers and silicon for lower refractive index layers, MoSi 2 is particularly suitable for intermediate layers. In addition, however, other materials, such. As Mo 2 C, aC, B 4 C, BN, Al 2 0 3 or other chemically stable compounds of elements of low atomic number conceivable, especially if they can be deposited low in natural light.
Basierend auf dem beschriebenen Schichtaufbau wird durch Beschichtung eine Abfolge von Perioden erzeugt, deren Dicken dem Zonenplattengesetz folgen (dp,i_i < dp,i < dp, i+i). Based on the layer structure described, a sequence of periods whose thicknesses follow the zone plate law is produced by coating (dp, i_i <dp, i <dp, i + i).
Hinsichtlich der Schichtdicken gelten in einem erfindungsgemäßen With regard to the layer thicknesses apply in an inventive
Schichtaufbau dabei bevorzugt folgende Vorgaben: Layer structure prefers the following specifications:
• dA,i = (0,5 ± 0,2)-d <i , mit dP Dicke der Schichtperiode und dA Dicke der höherbrechenden Schicht, und • d A , i = (0.5 ± 0.2) -d <i , with d P thickness of the layer period and d A thickness of higher refractive layer, and
• dZSi,i + dZS2,i = dP,i - dA,i - ds,i , mit dzsij und dZS2,i = Dicken der • d ZS i, i + d ZS 2, i = d P , i - d A , i - d s , i, with dzsij and d ZS 2, i = thicknesses of
Zwischenschichten 1 und 2 in der Periode i, ds als Dicke der niedrigerbrechenden Schicht. Interlayers 1 and 2 in the period i, d s as the thickness of the lower refractive layer.
Mit einer nachgelagerten Strukturierung des beschichteten Substrats kann die gewünschte MLL erhalten werden, die in Transmission für die Fokussierung von Röntgenstrahlung eingesetzt werden kann. Die Abscheidung des erfindungsgemäßen Multischichtsystems kann dabei sowohl auf planaren Oberflächen (z. B. Siliziumwafer), aber auch auf konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen erfolgen. Im ersten Fall handelt es sich dann um die klassischen MLL (linearer Typ), bei dem zwei eindimensional fokussierende oder abbildende Optiken gekreuzt werden müssen. Im zweiten Fall wird üblicherweise die Bezeichnung Multischicht-Zonenplatten With a downstream structuring of the coated substrate, the desired MLL can be obtained, which can be used in transmission for the focusing of X-radiation. The deposition of the multilayer system according to the invention can be effected both on planar surfaces (eg silicon wafers), but also on concavely or convexly curved surfaces. In the first case, this is the classical MLL (linear type), in which two one-dimensional focusing or imaging optics must be crossed. In the second case, the term usually refers to multi-layer zone plates
(kreisförmiger Typ) verwendet. Hier ist bereits eine einzelne MLL für die Punktfokussierung bzw. zweidimensionale Abbildung ausreichend.  (circular type) used. Here already a single MLL is sufficient for the point focusing or two-dimensional mapping.
Die beschichteten Strukturen können dabei entweder direkt bei der The coated structures can be either directly at the
Beschichtung mit einem lateralen Dickengradienten versehen werden oder nachträglich, z. B. durch seitliche Beschichtung, in die sogenannte wedged- Geometrie überführt werden. Diese ist bei großen Aspektverhältnissen, wie sie bei MLL üblicherweise eingesetzt werden, günstig, um hohe Be provided coating with a lateral Dickengradienten or subsequently, z. B. be converted by lateral coating in the so-called wedged geometry. This is favorable in high aspect ratios, as they are commonly used in MLL, to high
Beugungseffizienzen und bestmögliche Fokussierungseigenschaften der Linsen zu erhalten. To obtain diffraction efficiencies and the best possible focusing properties of the lenses.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen thermisch stabilen und The use of the thermally stable and
eigenspannungsarmen Nanometer-Multischichtsysteme eröffnet das Low-stress nanometer multilayer systems open up this
Potenzial, Beschichtungen für Multischicht-Laue-Linsen mit deutlich größeren Gesamtdicken (> 50 μιη) herzustellen, ohne dass die Gefahr der Deformation,Potential to produce coatings for multilayer Laue lenses with significantly greater overall thicknesses (> 50 μm) without the risk of deformation,
Delamination oder Rissbildung besteht. Mit den höheren Schichtdicken lassen sich größere numerische Aperturen realisieren, die wiederum Voraussetzung für die Fokussierung von Röntgenstrahlung in Nanometerdimensionen sind. Insbesondere reale Mikroskopie- und Tomographie-Experimente erfordern Brennweiten im Zentimeterbereich, die für Brennfleckgrößen im Delamination or cracking exists. With the higher layer thicknesses, larger numerical apertures can be realized, which in turn are a prerequisite for the focusing of X-radiation in nanometer dimensions. In particular, real microscopy and tomography experiments require focal lengths in the centimeter range, which for focal spot sizes in the
Nanometerbereich nur mit deutlich erhöhten Schichtdicken möglich sind. Das technische Anwendungspotenzial umfasst vor allem die Nutzung der erfindungsgemäßen MLL als Optiken für die Röntgenmikroskopie und Nanometer range are possible only with significantly increased layer thicknesses. The technical application potential includes above all the use of the MLL according to the invention as optics for X-ray microscopy and
-tomografie. Durch die mit MLL mögliche Verbesserung der Auflösung bei gleichzeitig verkürzten Messzeiten ergibt sich ein erhebliches Potenzial für die Nanoanalytik. Denkbar wäre eine hochaufgelöste Röntgentomografie für die Fehleranalyse in der Halbleitertechnik, für die Untersuchung von -tomography. The improvement of the resolution with MLL and reduced measurement times result in considerable potential for nanoanalytics. A high-resolution X-ray tomography for error analysis in semiconductor technology would be conceivable, for the investigation of
Austauschvorgängen in Energiespeichern (Batterien, Brennstoffzellen) und für die Untersuchung biologischer Proben. Replacement processes in energy storage (batteries, fuel cells) and for the examination of biological samples.
Nachfolgend soll der der erfindungsgemäße Schichtaufbau anhand von Beispielen näher erläutert werden. In the following, the layer structure according to the invention will be explained in more detail by means of examples.
Dabei zeigen: Showing:
Figur 1 den erfindungsgemäßen Schichtaufbau für nahezu Figure 1 shows the layer structure according to the invention for almost
eigenspannungsfreie MLL-Schichten, residual stress-free MLL layers,
Figur 2 schematisch den Herstellungsprozess einer MLL mit dem 2 shows schematically the manufacturing process of a MLL with the
erfindungsgemäßen Schichtaufbau. Layer structure according to the invention.
Figur 1 zeigt schematisch den Schichtaufbau für nahezu eigenspannungsfreie MLL-Schichten. 1 bezeichnet dabei die höherbrechenden Schichten, 2 die niedrigerbrechenden Schichten und 3 die Zwischenschichten. Nach jeder höherbrechenden Schicht 1 und jeder niedrigerbrechenden Schicht 2 folgt eine Zwischenschicht 3. Jeweils eine höherbrechende Schicht 1, eine niedrigerbrechende Schicht 2 und die zugehörigen Zwischenschichten 3 bilden eine Periode. Die Schichtdicken sind dabei in jeder Periode verschieden, wobei dpj-i < d <i < d < i+i gilt. Die Dicke der höherbrechenden Schicht 1 ergibt sich zu dA,i = (0,5± 0,2) dp<i . Die Dicke der Zwischenschichten 3 beträgt dzsij bzw. dZS2,i und bildet zusammen mit der Dicke der höherbrechenden Schicht 1 und der Dicke der geringerbrechenden Schicht 2 die Gesamtdicke einer Periode (d <i = dA,i + ds,i + dZsi,i + dZs2,i)- Die Dicke der geringerbrechenden Schicht 2 ist dabei so gewählt, dass gilt dA,i σΑ,ί + ds,i σΑ,, = 0. Figur 2 ist eine schematische Darstellung der Prozessschritte zur Herstellung einer eindimensional fokussierenden Multischicht-Laue-Linse (linearer Typ) aus einer Waferbeschichtung. Aus einem Wafer, auf dem ein FIG. 1 schematically shows the layer structure for MLL layers with almost no residual stress. 1 denotes the higher refractive index layers, 2 the lower refractive index layers and 3 the intermediate layers. After each higher-refractive-index layer 1 and each lower-refractive-index layer 2, there follows an intermediate layer 3. In each case a higher refractive index layer 1, a lower refractive index layer 2 and the associated intermediate layers 3 form a period. The layer thicknesses are different in each period, where dp j -i <d <i <d <i + i. The thickness of the higher-refractive-index layer 1 is given by d A , i = (0.5 ± 0.2) d p <i . The thickness of the intermediate layers 3 is d zs i j or d ZS 2, i and together with the thickness of the higher refractive index layer 1 and the thickness of the lower refractive layer 2 the total thickness of one period (d <i = d A , i + d s , i + d Z si, i + d Z s2, i) - The thickness of the low-refraction layer 2 is chosen such that d A , i σ Α , ί + d s , i σ Α , = 0. FIG. 2 is a schematic representation of the process steps for producing a one-dimensionally focusing multi-layer Laue lens (linear type) from a wafer coating. From a wafer, on the one
erfindungsgemäßer MLL-Schichtaufbau aufgebracht wurde, wird ein Streifen 4 mit geeigneten Maßen herausgesägt. Mittels Strukturierung wird das gewünschte MLL-Element 5, ähnlich wie bei der Herstellung eines Was applied according to the invention MLL layer structure, a strip 4 is cut out with appropriate dimensions. By means of structuring, the desired MLL element 5, similar to the production of a
Querschnittspräparates für die Transmissionselektronenmikroskopie, durch Abtrag des aufgebrachten erfindungsgemäßen MLL-Schichtaufbaus in den Bereichen 6 freigelegt. Die Dicke des freigelegten MLL-Elements 5 beträgt dabei typischerweise einige Mikrometer. Die Größe des freigelegten MLL- Elements 5 richtet sich nach der MLL-Beschichtungsdicke. Im Fall einer 50 μιη dicken MLL-Beschichtung könnte dies z. B. als Breite x Höhe von 55 μιη x 55 μιη sein. Wichtig ist, dass durch die Strukturierung keine Schädigungen innerhalb der Multischicht erfolgen und dass die Länge des freigelegten MLL- Elements 5 parallel zur optischen Achse homogen über die oben erwähnte MLL-Apertur von 55 μιη x 55 μιη ist. Cross-sectional preparations for transmission electron microscopy, exposed by removing the applied MLL layer structure according to the invention in the areas 6. The thickness of the exposed MLL element 5 is typically a few micrometers. The size of the exposed MLL element 5 depends on the MLL coating thickness. In the case of a 50 μιη thick MLL coating this z. B. as a width x height of 55 μιη x 55 μιη be. It is important that no damage occurs within the multilayer due to the structuring and that the length of the exposed MLL element 5 is homogeneous parallel to the optical axis over the above-mentioned MLL aperture of 55 μm x 55 μm.
In einem Beispiel für den erfindungsgemäßen Aufbau von Multischicht-Laue- Linsen wurde ein MLL-Schichtaufbau mit einer Gesamtdicke von rund 50 μιη gewählt und auf einem Substrat aufgebracht. In one example of the inventive construction of multilayer Laue lenses, an MLL layer structure having a total thickness of approximately 50 μm was selected and applied to a substrate.
Es waren insgesamt 12800 einzelne Schichten alternierend angeordnet, die die Zonen mit den Nummern 600 bis 7000 bilden. Dabei besteht alternierend jeweils eine Zone aus der höherbrechenden Schicht und die andere Zone aus der niedrigbrechenden Schicht und den Zwischenschichten. Die A total of 12800 individual layers were alternately arranged, forming the zones numbered 600 to 7000. In this case, there is alternately one zone each of the higher refractive index layer and the other zone of the low refractive index layer and the intermediate layers. The
höherbrechende Schicht 1 war aus Wolfram (W) die niedrigerbrechende Schicht 2 aus Silicium (Si) und die Zwischenschichten 3 aus Wolframdisilicid (WSi2) gebildet. The higher refractive index layer 1 was formed of tungsten (W), the lower refractive index layer 2 of silicon (Si), and the intermediate layers 3 of tungsten disilicide (WSi 2 ).
Die kleinste Schichtdicke der höherbrechenden Schichten 1 in der Periode i = 1 betrug 5,30 nm, die zur gleichen Periode i = 1 gehörigen The smallest layer thickness of the higher refractive layers 1 in the period i = 1 was 5.30 nm, belonging to the same period i = 1
niedrigbrechende Schicht 2 hatte eine Schichtdicke von 3,30 nm und die ebenfalls zu dieser Periode i = 1 gehörigen Zwischenschichten 3 wiesen Schichtdicken von 1,0 nm und 1,0 nm auf. Low-refraction layer 2 had a layer thickness of 3.30 nm, and the intermediate layers 3 also belonging to this period i = 1 had layer thicknesses of 1.0 nm and 1.0 nm.
Die größte Schichtdicke der höherbrechenden Schichten 1 in der Periode i = 3200 betrug 18,08 nm, die zur gleichen Periode i = 3200 gehörigen niedrigbrechende Schicht 2 hatte eine Schichtdicke von 11,26 nm und die ebenfalls zu dieser Periode i = 3200 gehörigen Zwischenschichten 3 wiesen Schichtdicken von 3,41 nm und 3,41 nm auf. The largest layer thickness of the higher refractive layers 1 in the period i = 3200 was 18.08 nm, the low-refraction layer 2 belonging to the same period i = 3200 had a layer thickness of 11.26 nm and the intermediate layers 3 also belonging to this period i = 3200 had layer thicknesses of 3.41 nm and 3, 41 nm.
Die Abnahme der Gesamtdicke der Perioden i ausgehend von der optischen Achse folgt damit dem Zonenplattengesetz. The decrease in the total thickness of the periods i starting from the optical axis thus follows the zone plate law.
Nachdem die Schichten auf das Substrat aufgebracht wurden, wurde ein Streifen 4 mit den Maßen rund 10 mm x 0,05 mm aus dem Substrat herausgesägt. Mittels Strukturierung wurde das MLL-Element 5 freigelegt. Dazu wurde als Dicke des aus alternierend angeordneten Schichten des gebildeten Schichtstapels 4,0 μιη und eine Breite von 55 μιη gewählt. Eine derartige Linse weist bei einer Photonenenergie von E = 15 keV eine Brennweite von 9,5 mm auf. After the layers were applied to the substrate, a strip 4 approximately 10 mm x 0.05 mm in size was sawn out of the substrate. By structuring the MLL element 5 was exposed. For this purpose, a thickness of μιη of a width of 55 μm was selected as the thickness of the layer stack formed from alternately arranged layers. Such a lens has a focal length of 9.5 mm at a photon energy of E = 15 keV.

Claims

Patentansprüche claims
Schichtaufbau für mehrschichtige Laue-Linsen oder zirkuläre Multi- schicht-Zonenplatten für Röntgenstrahlung mit abwechselnd auf einem Substrat angeordneten Schichten (1, 2) aus je einem Werkstoff mit einem höheren Brechungsindex und einem Werkstoff mit einem niedrigeren Brechungsindex, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schichtaufbau aus alternierend angeordneten Schichten innerhalb von Perioden, bestehend aus einer hochbrechenden Schicht (1), einer niedrigbrechenden Schicht (2) und mindestens einem dritten Werkstoff für Zwischenschichten (3) gebildet ist, wobei niedrigerbrechende Schichten (2) Druckeigenspannung und höherbrechende Schichten (1) Zugeigenspannung aufweisen und das Produkt aus Schichtdicke und Eigenspannung in seiner Größe gleich, zumindest annähernd gleich ist, und zwischen höher- und niedrigerbrechenden Schichten (1, 2) jeweils eine Zwischenschicht (3) angeordnet ist. Layer structure for multilayer Laue lenses or circular multi-layer zone plates for X-radiation with layers (1, 2) arranged alternately on a substrate, each of a material with a higher refractive index and a material with a lower refractive index, characterized in that this layer structure alternately arranged layers within periods, consisting of a high-refractive layer (1), a low-refractive layer (2) and at least a third material for intermediate layers (3) is formed, wherein lower-index layers (2) compressive stress and higher-refractive layers (1) tensile residual stress and the product of layer thickness and residual stress is equal in size, at least approximately equal, and between higher and lower refractive layers (1, 2) is arranged in each case an intermediate layer (3).
Schichtaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenspannung der Zwischenschichten (3) zumindest nahezu Null ist (azs,i * 0). Layer structure according to claim 1, characterized in that the residual stress of the intermediate layers (3) at least nearly zero (azs, i * 0).
Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff oder die Werkstoffe von Zwischenschichten (3) eine geringere Absorption für die Röntgenstrahlung als die hochbrechende Schicht (1) aufweisen. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the material or the materials of intermediate layers (3) have a lower absorption for the X-radiation than the high-index layer (1).
4. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der Zwischenschichten (3) im Bereich zwischen dem des Werkstoffs mit niedrigerem Brechungsindex und des Werkstoffs mit dem höheren Brechungsindex ist. 4. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the refractive index of the intermediate layers (3) is in the range between that of the lower refractive index material and the higher refractive index material.
5. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten (3) eine Diffusionsbarriere zwischen den Schichten mit höherem und niedrigerem Brechungsindex (1, 2) bilden. 5. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate layers (3) form a diffusion barrier between the layers with higher and lower refractive index (1, 2).
6. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Schichtdicken einer Periode mit steigendem Abstand von der optischen Achse der Röntgenstrahlung abnimmt. 6. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the sum of the layer thicknesses of a period decreases with increasing distance from the optical axis of the X-ray radiation.
7. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht mit dem höheren Brechungsindex (1) dA,i dem (0,5± 0,2)-fachen der Periodendicke dp<i entspricht, wobei die Periodendicke die Summe aus den Dicken der jeweils höherbrechenden Schicht (1) und der niedrigerbrechenden Schicht (2) und den zugehörigen zwei Zwischenschichten (3) ist (dA,i = (0,5± 0,2) dp,i). 7. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the thickness of the layer with the higher refractive index (1) d A , i the (0.5 ± 0.2) times the period thickness d p <i corresponds, wherein the Period thickness is the sum of the thicknesses of the higher refractive layer (1) and the lower refractive layer (2) and the associated two intermediate layers (3) (d A , i = (0.5 ± 0.2) d p , i).
8. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der Zwischenschichten (3) ausgewählt ist aus MoSi2, Mo2C, a-C, B4C, BN, Al203 und anderen chemisch stabilen Verbindungen mit Elementen mit geringer Ordnungszahl. 8. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the intermediate layers (3) is selected from MoSi 2 , Mo 2 C, aC, B 4 C, BN, Al 2 0 3 and other chemically stable compounds with elements with low atomic number.
9. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau auf konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen eines Substrats aufgebracht ist. 9. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the layer structure is applied to concave or convex curved surfaces of a substrate.
10. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten einen lateralen Dickengradienten aufweisen. 10. Layer structure according to one of the preceding claims, characterized in that the layers have a lateral thickness gradient.
EP16707082.0A 2015-02-27 2016-02-26 Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates Withdrawn EP3262658A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015203604.9A DE102015203604B4 (en) 2015-02-27 2015-02-27 Layer structure for multi-layer Laue lenses or circular multi-layer zone plates
PCT/EP2016/054058 WO2016135279A1 (en) 2015-02-27 2016-02-26 Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3262658A1 true EP3262658A1 (en) 2018-01-03

Family

ID=55446782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16707082.0A Withdrawn EP3262658A1 (en) 2015-02-27 2016-02-26 Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3262658A1 (en)
DE (1) DE102015203604B4 (en)
WO (1) WO2016135279A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106324711B (en) * 2016-09-13 2018-04-17 同济大学 The micro- focusing WSi of hard X ray2/Al0.98Si0.02Multilayer film Laue lens
CN113903488A (en) * 2021-09-30 2022-01-07 中国科学院高能物理研究所 Single-order diffraction Laue lens and manufacturing method thereof

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1138192A (en) 1997-07-17 1999-02-12 Nikon Corp Multiple layer film reflection mirror
US6295164B1 (en) * 1998-09-08 2001-09-25 Nikon Corporation Multi-layered mirror
US7440546B2 (en) * 2006-12-06 2008-10-21 Uchicago Argonne, Llc Method of making and structure of multilayer laue lens for focusing hard x-rays
CN103021496B (en) * 2011-09-24 2015-10-21 同济大学 Hard X ray microfocus senior multilayer film Laue lens
CN103151089B (en) * 2011-12-06 2016-04-20 同济大学 Hard X ray microfocus many Thickness Ratios composite multilayer membrane Laue lens
DE102013005845B3 (en) * 2013-04-02 2014-04-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Wedge-shaped multilayer laue lens for e.g. nano-focus at synchrotron radiation source, has layers altered along radiography direction on basis of X-ray radiation that impinges up to changed surface from emerged X-ray radiation
DE102013207751A1 (en) 2013-04-29 2014-10-30 Carl Zeiss Smt Gmbh Optical element with a multilayer coating and optical arrangement with it

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016135279A1 (en) 2016-09-01
DE102015203604A1 (en) 2016-09-01
DE102015203604B4 (en) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1828818B1 (en) Thermally stable multilayer mirror for the euv spectral region
EP2304479B1 (en) Reflective optical element and method for the production thereof
DE10155711A1 (en) Mirror for the EUV spectral region used in X-ray techniques comprises a layer arrangement having a number of partial layer systems applied on a substrate
DE112012003902B4 (en) A method of making an exfoliated composite structure, a composite structure associated therewith, and a method of separating the same
DE102008042212A1 (en) Reflective optical element and method for its production
DE102009055119B4 (en) Mirror element for EUV lithography and manufacturing method therefor
DE102013219583A1 (en) Mirror, in particular for a microlithographic projection exposure apparatus
DE102016209359A1 (en) EUV collector
DE102007051671A1 (en) Imaging optics and projection exposure system for microlithography with such an imaging optics
DE102009025655A1 (en) Optical distribution component for extreme UV-microlithography for manufacturing e.g. nano structured electronic-components, has base body exhibiting transmission for wavelengths smaller and greater than preset target wavelength range
DE102015213273A1 (en) Mirror, in particular for a microlithographic projection exposure apparatus
DE102017213900A1 (en) Mirror, in particular for a microlithographic projection exposure apparatus
DE102014108679A1 (en) Optical element with a reflective coating
DE102011084649A1 (en) Mirror with piezoelectric substrate and optical arrangement with it
DE112016000946T5 (en) Antireflection film and optical component
DE2338019C3 (en) Process for the production of only the half-wave layer of an anti-reflection film consisting of a material that tends to be inhomogeneity
WO2016135279A1 (en) Layer structure for multilayer laue lenses or circular multilayer zone plates
DE102013005845B3 (en) Wedge-shaped multilayer laue lens for e.g. nano-focus at synchrotron radiation source, has layers altered along radiography direction on basis of X-ray radiation that impinges up to changed surface from emerged X-ray radiation
EP1422725B1 (en) Reflector for X-rays
DE102008002403A1 (en) Method for producing a multilayer coating, optical element and optical arrangement
DE102013200294A1 (en) EUV level and optical system with EUV level
DE102013207751A1 (en) Optical element with a multilayer coating and optical arrangement with it
WO2018054795A1 (en) Reflective optical element
DE102016215489A1 (en) Reflective optical element
DE102011080636A1 (en) Extreme UV (EUV) mirror for projection exposure system, has heat conducting layer having preset values of absolute and specific heat conductivity and average thickness, that is arranged between substrate and layer stack

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20170822

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20181203

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190614