18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜带宽匹配问题分析

　　1　引　　言

　　软X射线多层膜是由厚度为110nm的高原子序数和低原子序数材料交替镀制的类似于可见光波段的四分之一波堆,它对软X射线产生较强的反射。一般情况下,通过选择镀膜材料、制备工艺方法和工艺条件,可制备出高反射率的多层膜。到目前为止,在4.530nm软X射线波段,多层膜的反射率已达百分之几到百分之几十,其最高值是Mo/Be[1]和Mo/Si[2]多层膜在11.8nm和13.4nm处分别达68.5%和66%,这样的反射率已可应用到具体的光学系统中。而实际获得应用的软X射线成像系统大都由两块多层膜组成,如软X射线天文观测[3]、显微术[4]和投影光刻[5]等。软X射线多层膜除了反射率较低的特性外,它的带宽还比较窄,这一特性是要在制作成像系统中进行充分考虑的。我们曾在文献[6]中仔细分析了两块多层膜组成系统的带宽匹配条件。本文我们将在上文的基础上,具体分析在实际镀制由两块球面反射镜组成的Schwarzschild显微物镜过程中,要保证两块多层膜间的带宽匹配必须采取的措施。

　　2　镀制18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜时带宽匹配问题的分析

　　在文献[6]中,我们得到要使18.2nm Schwarzschild显微物镜达到衍射极限成像,两块多层膜反射镜的峰值反射波长之差必须小于多层膜带宽的四分之一,对非衍射极限成像,也要控制在二分之一以内。下面我们将以此为依据,讨论在镀制18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜时带宽匹配问题。

　　2.1　磁控溅射装置引起的多层膜周期变化

　　实验中所用的磁控溅射装置有样品室和溅射室,样品室用来在不破坏溅射室真空的条件下,将样品送入或取出。溅射室内装有两个射频磁控溅射靶和一个直流磁控溅射靶,靶均为Φ100mm的平面靶。所加磁场为永磁式,磁场强度为0.03T,样品与靶之间距离可调,样品转盘上均匀分布有四个小圆盘来放置样品,小圆盘在转盘转动的同时也可自转,由计算机控制转盘在特定靶位下的摆动和自转,以在平面基板上获得高均匀的多层膜。

　　在制备多层膜过程中,较佳的工艺参数的确定至关重要。经大量实验找到的工艺参数为:工作气压0.4Pa,Mo靶采用直流磁控溅射,功率60W,靶与样片的距离为15cm;Si靶采用射频磁控溅射,功率80W,靶与样片的距离为8cm。经台阶仪和X射线衍射仪测量可知在这样的工艺条件下,Mo的沉积速率为0.12nm/s,Si的沉积速率为0.07nm/s,在Φ80mm范围内,多层膜周期厚度的变化量小于1%。

　　镀制曲面基板的多层膜与平面基板的多层膜有很大的不同,其一是曲面基板上各点与溅射靶的距离是变化的;其二是曲面基板上各点与溅射靶的法线有一定的倾角。为了分析问题的方便,假设这两个因素对制备曲面基板多层膜周期的影响可以分离,即: