清洗技术和平滑层对极紫外多层膜基底粗糙度的影响及表面表征技术研究

摘要

多层膜反射镜不仅广泛应用于极紫外太空观察、等离子体诊断和同步辐射应用等领域，而且是下一代极紫外光刻系统中的关键元件，其反射率的高低是多层膜研究水平的重要标志之一。在极紫外波段，由于多层膜表界面粗糙度大小要比波长小很多，同时膜层界面又一定程度上是基底表面的再现，因此，基底表面粗糙度直接影响多层膜反射镜的光学性能。目前，具有极小粗糙度的超光滑光学表面的研究已成为国内外多层膜领域研究的重点与难点，与此同时，光学基底表面粗糙度的表征和评价也是研究中的重要组成部分，这些工作的开展对改善光学薄膜的制备工艺，提高薄膜的光学性能有着非常积极的意义。 本文介绍了超光滑基底清洗理论和方法，采用擦拭法和超声波清洗方法对硅片和玻璃基底进行清洗，设计了正交实验方法，讨论了溶液温度、清洗时间、超声功率等因素对于超声清洗效果的影响。结果表明，脱脂棉中某些纤维不可避免地与污染物相互作用导致样品表面擦伤或残留，虽然可以去除一些污染物，但是也随之带来了一些负面影响。而超声清洗后的表面，其粗糙度小于0.2nm，并且表面无污染物。正交实验方法优化了超声清洗工艺，从实验结果看，超声温度对清洗效果有很明显的影响，温度35℃、45℃清洗效果明显优于25℃;而超声时间(10分钟、20分钟)的改变对基底清洗效果没有很明显的影响；在经优化的超声清洗工艺处理后的硅片上制备的周期为6.9nm的Mo/Si多层膜反射率达到54.8﹪(N=20)。 为减小基底表面粗糙度，在制备多层膜前，可以在基底上先镀制平滑层。本文研究了在制备Mo／Si多层膜前镀制碳平滑层对基底粗糙度的改善情况。利用原子力显微镜(AFM)对镀膜前后的表面进行表面粗糙度测量，为进一步分析碳平滑层对于镀膜前后基底形貌的影响，在原子力显微镜测试过程中，采用了定域测试方法，通过对同一个区域镀膜前后表面数据的数值处理，可以定量地分析碳平滑层对表面粗糙度的影响。实验结果表明，在两个基底上，分别沉积厚度为30nm和50nm的碳单层膜后，在不同扫描范围测试的表面粗糙度均增大0.03mm，从而说明在现有磁控溅射工艺条件下，制备的碳平滑层并没有改善基底表面状况。对超光滑表面的评价和表征是超光滑表面研究的重要前提，由于每一种仪器只能在某一限定的空间频率内进行测试，单一仪器的表征往往不能全面地给出基底表面的粗糙特性，因此本文使用原子力显微镜、X射线衍射仪、同步辐射光源综合表征基底表面粗糙度。使用原子力显微镜(AFM)直接测量硅片表面的高度信息，由于仅用表面粗糙度均方根值作为表征参数时，只包含了垂直方向的信息，而忽略了很重要的横向和纵向的空间信息的分布情况，本文使用功率谱密度作为超光滑表面质量评价标准，从AFM测试结果可以看出，在同一表面上，在不同点测试得到的粗糙度基本相同，但是通过PSD计算后发现，表面上不同之处仍然有明显的差别；利用X射线衍射仪(XRD)对多层膜二级衍射峰进行摇摆曲线扫描，再通过多层膜的散射信号强度来判断基底表面粗糙度大小；利用同步辐射光源不仅可以对多层膜进行散射测量，还可以测试多层膜的反射率，间接获得基底的粗糙度，最终得到的AFM、XRD以及同步辐射光源的表征结果相符合。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

第1章绪论

1.1研究背景

1.2清洗工艺对光学基底表面粗糙度的影响

1.2.1清洗技术的发展阶段

1.2.2清洗技术的研究现状

1.2.3硅片清洗技术存在的问题与发展方向

1.2.4选择清洗方法应注意的问题

1.3平滑层对极紫外多层膜基底表面粗糙度影响的研究

1.4极紫外多层膜及其基底表面综合表征技术

第2章清洗的基本理论和常用方法

2.1引言

2.2硅片的表面状态

2.3吸附现象与机理

2.4表面的污染及移除机制

2.4.1表面粘附力

2.4.2超声波粒子移除机制

2.5常用的清洗技术

2.5.1湿法化学清洗

2.5.2干法清洗技术

2.6小结

第3章表面表征方法的理论分析与测试技术

3.1引言

3.2表面表征方法

3.3表面测试技术

3.3.1原子力显微镜测试技术

3.3.2 X射线散射测试技术

3.4本章小结

第4章C平滑层对极紫外光刻用Mo/Si多层膜反射特性影响的研究

4.1平滑层对极紫外多层膜基底粗糙度影响的理论研究

4.2 C平滑层的制备

4.3实验结果与分析

4.3.1 AFM测试结果与分析

4.3.2 AFM定域测量法

4.4本章小结

第5章清洗工艺对Mo/Si多层膜反射率影响的实验结果与分析

5.1引言

5.2粗糙度对Mo/Si多层膜反射率的影响

5.3基片清洗与样品制备

5.3.1超光滑硅片表面预处理方法

5.3.2 Mo/Si周期膜的制备和速率标定

5.3.3超光滑硅片表面超声化学清洗工艺实验的优化研究

5.4原子力显微镜测试结果与分析

5.5 X射线与EUV散射和反射测量结果与分析

5.5.1 X射线与EUV散射和反射测量介绍

5.5.2不同预处理方法比较

5.5.3不同超声温度散射测试结果比较

5.5.4不同超声功率测试结果比较

5.5.5比较不同超声时间对于清洗效果影响

5.6普通浮法玻璃清洗实验

5.6.1玻璃表面的特性

5.6.2玻璃优化清洗工艺

5.6.3测试结果与分析

5.7本章小结

第6章总结与展望

6.1.本文研究内容

6.2.本文的主要创新点

6.3.进一步开展的工作

参考文献

致谢

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