[发明专利]一种硬铝/碳化硅极紫外多层膜反射镜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于精密光学元件制作技术领域，涉及一种硬铝/碳化硅极紫外多层膜反射镜及其制备方法。

背景技术

在极紫外(EUV)波段，基于纳米厚度多层膜的反射式光学元件已经在科学研究和工程技术领域得到了广泛应用。尤其在太阳物理研究领域，由于多层膜具有高的反射率和一定的光谱宽度，可以用于构建高分辨天文望远镜，从而实现对太阳的单能成像，并获得了很好的研究成果、展示了更为广阔的应用前景。极紫外多层膜反射镜的膜层材料选择是研制多层膜反射镜的重点，经过几十年的研究，一些非常好的膜层材料被提出。其中最主要的多层膜反射镜有两种：硅(Si)/钼(Mo)多层膜反射镜和碳化硅(SiC)/铝(Al)多层膜反射镜。

在12.5～30nm的极紫外波段，Si/Mo多层膜反射镜被广泛应用于极紫外分束镜、反射镜、极紫外光刻和天文观测装置中。但是，在波长超过25nm的极紫外波段，由于Si和Mo对极紫外辐射的吸收快速增大，导致Si/Mo多层膜的反射率相对较低，而反射率带宽相对较大，难以满足应用需求。另外，由于Si/Mo多层膜往往具有较大的应力，因此，一般需要在多层膜和基板间增加一定厚度的铬(Cr)或钛(Ti)层来提高多层膜与基板间的粘附性，而这样做往往会增大多层膜的界面粗糙度，并导致多层膜峰值反射率的降低。因此，在波长较长的EUV波段(17～30nm)，需要寻找更好的多层膜材料。

由于Al的L吸收边在17.06nm，因此在17.06～30nm波段，Al具有较小的吸收系数，可以作为多层膜的间隔层材料。近年来，Al基极紫外多层膜反射镜日渐成为国际研究热点。其中，SiC/Al多层膜在17.06～80nm波段具有很好的光学特性，并具有低的应力和好的热稳定性，因而得到了广泛的应用和深入的研究。尽管SiC/Al多层膜在理论上具有很大的优势，但是在真实的SiC/Al多层膜结构中，两种材料膜层的界面粗糙度较大，而且Al较容易形成多晶态，从而导致多层膜的峰值反射率相对理论值有较大的降低。

为了抑制Al膜层的结晶及膜层界面粗糙度，有文献报道的方法主要有以下三种：

1.采用在氩(Ar)溅射气体中掺杂氮气(N₂)的方法来制备SiC/Al多层膜。这种反应溅射方法制作的SiC/Al多层膜虽然具有很平滑的界面及几乎非晶态的Al膜，但是由于氮气的掺杂对SiC和Al的光学常数影响很大，没能实现多层膜峰值反射率的提升。

2.P.Jonnard采用在SiC和Al之间插入一层Mo薄层，形成SiC/Mo/A1的多层膜结构，可以有效改变两种材料膜层的界面粗糙度，从而提升多层膜的峰值反射率。但是，这种方法使得反射镜的每个周期内包含三层薄膜，结构相对复杂，增加了制作难度；另外，Mo材料的引入，也增加了反射镜的制作成本。

3.P.Jonnard和E.Meltchakov等人采用掺杂1.5％Si的铝硅合金(AlSi)代替纯Al与SiC构成多层膜，可以抑制Al膜层的结晶并降低界面粗糙度，可以获得光学特性非常好的AlSi/SiC极紫外多层膜反射镜。但是，这种方法所使用的高纯度AlSi靶材的价格非常昂贵，极大的提高了多层膜反射镜的制作成本，不利于该类极紫外多层膜反射镜的产业化。

因此，寻找新的、价格较低的Al基材料作为间隔层材料制成高质量极紫外多层膜反射镜，降低产品的生产成本，是进一步拓展Al基极紫外多层膜反射镜应用范围的有效方法。

发明内容

为了克服上述现有的Al基多层膜界面粗糙度较大或造价昂贵的缺陷，本发明的目的是提供一种硬铝/碳化硅极紫外多层膜反射镜。

本发明的另一个目的是提供一种上述硬铝/碳化硅极紫外多层膜反射镜的制备方法。

本发明技术方案如下：

本发明提供了一种硬铝/碳化硅极紫外多层膜反射镜，该反射镜包括基底和硬铝/碳化硅周期多层膜，硬铝薄膜层和碳化硅薄膜层交替沉积于基底表面上。

所述的基底为光学玻璃。

所述的基底粗糙度为：0nm＜基底粗糙度＜1nm。

所述的硬铝/碳化硅周期多层膜的周期数为35～45，总厚度为427.5～525.0纳米，其中：每个硬铝薄膜层厚度为5.4～8.5纳米，每个碳化硅薄膜层厚度为4.1～6.5纳米。

所述的硬铝薄膜层和碳化硅薄膜层交替沉积于基底表面上是指在基底表面上，第一层薄膜是硬铝薄膜层，第二层薄膜是碳化硅薄膜层，第三层薄膜是硬铝薄膜层，第四层薄膜是碳化硅薄膜层，如此往复，直至最后一层薄膜是碳化硅薄膜层。