P R O G R A M M A D I R I C E R C A - INFN - Istituto ... · Per l'anno 2002 vengono richiesti 6...

Ricercatoreresponsabile locale:

L.N.L.

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE

Preventivo per l'anno 2002

Struttura

(a cura del rappresentante nazionale)

Rivelazione e focalizzazione di radiazione EUV e soft-X con dispositivi a multistrato.Trasporto di luce di sincrotone e radiazione prodotta da altre sorgenti X-EUV.

LNL, Univ. PD (Dip. Elettronica Informatica),Brescia (XRR), Trieste(Elettra)

AN2000, CN

1H, Deuterio, 4He, 15N

Interazione di radiazione X e EUV con strutture a film sottile a multistrato. Crescita enucleazione di strati ultrasottili a bassa rugosità.

Reattore UHV per RF magnetron Sputtering e Facing Target Sputtering. Profilometro AFM,Diffrattometro X, Apparato per riflettometria X e EUV. TEM. Acceleratori e camere discattering.

LNL

Università di PadovaUniversità di Brescia, L'Aquila, Torino.Osservatorio Astronomico di Torino

3 ANNI

Linea di ricerca

Laboratorio ovesi raccolgono i dati

Acceleratore usato

Fascio(sigla e caratteristiche)

Processo fisico studiato

Apparato strumentale utilizzato

Sezioni partecipanti all'esperimento

Istituzioni esterneall'Ente partecipanti

Durata esperimento

Mod. EN. 1

P R O G R A M M A D I R I C E R C A

A) I N F O R M A Z I O N I G E N E R A L I

B) S C A L A D E I T E M P I : piano di svolgimento

PERIODO ATTIVITA’ PREVISTA

2002

2003

2004

Costruzione e messa a punto di un nuovo portacampioni per realizzare elementi ottici amultistrato di dimensioni 10x10 cm2. Messa a punto del nuovo sistema Facing TargetSputtering.Realizzazione di campioni planari di prova per caratterizzare la funzionalità dell'apparato.Caratterizzazione delle proprietà fisiche di strati ultrasottili depositati per sputtering.Realizzazione di prototipi di ottiche ellittiche con struttura a multistrato a passo variabile.Progettazione di nuove ottiche.Caratterizzazione delle proprietà fisiche di strati ultrasottili depositati per sputtering.Studio e progettazione di un sistema per caratterizzazione in situ.

Realizzazione di prototipi di nuove ottiche ad alta riflettanza per radiazione X nella finestradell'acqua.Caratterizzazione delle proprietà fisiche di strati ultrasottili depositati per sputtering.

Nuovo Esperimento GruppoARCHIMEDE 5

RIGATO Valentino

LNL

TECNOLOGORIGATO Valentino

[email protected]:

RappresentanteNazionale:

Struttura diappartenenza:

[email protected]:

Posizionenell'I.N.F.N.:

PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L’ANNO 2002In kEuro

(a cura del responsabile locale)Mod. EN. 2

L.N.L.



Struttura

Per l'anno 2002 vengono richiesti 6 mesi/uomo per lavorazioni presso officina meccanica dei LNL


Resp. loc.: RIGATO Valentino

VOCIDI

SPESA

DESCRIZIONE DELLA SPESA

Consorzio Ore CPU Spazio Disco Cassette Altro

Totale

Microbilancia a quarzo con sensore compatibile RF plasma

Portacampioni UHV per sputtering a più stadi (vedi descrizione)

Univ. L'Aquila, Torino, Brescia, LNGS

Target rettangolari per FT Sputtering (C, Si, Fe, Ni, Sc, W ...)

Congresso SPIE (USA),

Note:

Osservatorio Astronomico TorinoTrieste (Elettra)

1 RF Power Supply con Matching Box automatica 1.2kW

Shutters UHV Motorizzati con unità di controllo di posizione

Gas ultrapuri Ar, Xe, Kr, N2

Lawrence Livermore Nat. Lab

1 sorgente rettangolare 3"x6" per Facing Target Sputtering

Substrati ultra-polished (RMS roughness 0.1nm)

ESRF Grenoble (Gilda)

1 trasduttore capacitivo 1e-5 mbar-con unità di controllo

a geometria planare e curva.

IMPORTI

ParzialiTotale

Compet.

A cura del la Comm.ne Scient i f ica Nazionale

13,0

8,0

70,0

5,0

7,5

26,0

36,0

77,5

152,0

3,0

2,5

1,01,0

14,0

7,5

2,5

10,0

2,5

12,0

4,0

1,0

(a cura del responsabile locale)All. Mod. EN. 2

L.N.L.



Struttura

ALLEGATO MODELLO EN 2

Portacampioni per ottiche a multistrato.Si prevede di acquisire come retro-fit della camera attualmente utilizzata presso LNL unportacampioni UHV motorizzato adatto a consentire la realizzazione di ottiche planari e curvefino a dimensioni di 12x12 cm2.Il portacampioni deve soddisfare ai seguenti requisiti:Compatibilità UHV (1e-8mbar)Stadio 1 per ottiche a simmetria circolare curve o planari a periodo variabile:-rotazione attorno all'asse principale dell'ottica a velocità variabile.-rotazione per consentire il posizionamento dell'ottica davanti alle diverse sorgentipresenti nella camera di deposizione.-movimento X (deltaX=100mm) a velocità variabile e moto indipendente.-Termostatazione con serpentina di raffreddamento.Stadio 2: per ottiche planari generiche a periodo variabile:-rotazione per consentire il posizionamento dell'ottica davanti a alle diverse sorgentipresenti nella camera di deposizione.-movimento Z,Y (deltaZ,deltaY=150mm), x (deltaX=50mm)a velocità variabile e motoindipendente.-Termostatazione con serpentina di raffreddamento.-Controllo della temperatura fino a circa 300°C.Il controllo della posizione degli assi e delle velocità/accelerazioni dovrà avvenire viapersonal computer dedicato in ambiente Lab View o Lab Windows CVI.Il software dovrà permettere moti sincroni od asincroni dei vari assi dell'apparato secondoprofili ripetibili studiati opportunamente per il partcolare disegno delle ottiche.Il portacampioni dovrà alloggiare in opportuna posizione una microbilancia al quarzo per laverifica della riproducibilità della deposizione.



In kEuro

Mod. EN. 3

Note:

PREVISIONE DI SPESA: PIANO FINANZIARIO LOCALE

PER GLI ANNI DELLA DURATA DEL PROGETTO

(a cura del responsabile locale)

Osservazioni del Direttore della Struttura in merito alladisponibilità di personale e di attrezzature:

Il supporto richiesto è compatibile con le risorse della struttura.



L.N.L.

Struttura


Miss. interno

Miss. estero

Mater. di cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo

Affitti emanut.appar.

Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

5,0 7,5 26,0 36,0 77,5 152,0

TOTALI 17,5 78,0 57,0 82,5 250,0

ANNIFINANZIARI

2002

15,0

5,0 5,0 26,0 21,0 5,0 62,020035,0 5,0 26,0 36,02004

In kEuro

Mod. EN. 4

Note:

PREVISIONE DI SPESA

Piano finanziario globale di spesa

(a cura del rappresentante nazionale)



L.N.L.

Struttura


Miss. interno

Miss. estero

Materialedi

cons.

Trasp.eFacch.

SpeseCalcolo

Affitti emanut.appar.

Mat.inventar.

Costruz.apparati

TOTALECompetenza

5,0 7,5 26,0 36,0 77,5 152,0

TOTALI 15,0 17,5 78,0 57,0 82,5 250,0

ANNIFINANZIARI

2002

5,0 5,0 26,0 21,0 5,0 62,02003

5,0 5,0 26,0 36,02004


PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO

ARCHIMEDE(ARCHItects of Mirrors for Euv DEvices)

Obiettivo dell'esperimentoL'esperimento prevede la realizzazione di ottiche a multistrato ad alta riflettività ad incidenza perpendicolare per radiazione nellaregione spettrale tra 2 e 35 nm adatte al trasporto della radiazione prodotta da sorgenti (laser) X-EUV di nuova generazione edutilizzabili in applicazioni in astrofisica e in esperimenti coinvolgenti luce di sincrotone.La realizzazione avverrà mediante le tecniche Magnetron Sputtering (MS) e Facing Target Sputtering (FTS) su substrati piani esu substrati caratterizzati da curvatura opportuna a bassissima rugosità superficiale.La previsione è di realizzare specchi con dimensione massima di 120 x120 mm2.I materiali e la tecnologia di sintesi per la realizzazione delle ottiche adatte a lavorare nella regione a bassa lunghezza d'onda(in particolare nella water window tra 2.35 e 3.5 nm) verranno studiati ed ottimizzati per consentire il raggiungimento di valori diriflettanza adeguati.L'esperimento prevede il disegno, la realizzazione e la caratterizzazione di particolari ottiche per prototipi di strumentazionescientifica avanzata in collaborazione con l'Università di Padova e dell'Aquila.

In particolare si prevede:

a) di realizzare le ottiche per il prototipo di coronografo a riflessione ad immagine UV-Visibile, pensato per produrre immaginidella corona solare da 1.2 a 3.5 Rà74; nelle seguenti bande spettrali:a. Riga He II Lya (30.4 nm)b. Riga H I Lya (121.6 nm)c. Banda larga visibile (tra 450 e 600 nm)Il prototipo è adatto alla missione Solar Orbiter (SOLO) dell'ESA e verrà presentato come possibile strumentazione di bordodopo che il prototipo sarà testato in una missione basata sul lancio di un razzo, previsto entro il 2003.

b) di studiare la messa a punto un sistema ottico ad alta riflettanza ed alto angolo solido di raccolta nella regione spettrale dellafinestra dell'acqua per la focalizzazione della radiazione emessa dalla sorgente X a plasma capillare (Esp. INFN: CODICE-X ePLAMIC) come alternativa al sistema a Zone Plates attualmente in uso.

Si veda il proposal allegato ARCHIMEDE_PROPOSAL.PDF



L.N.L.

Struttura

Mod. EN. 5

(a cura del rappresentante nazionale)Pag. 1


PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO



L.N.L.

Struttura

Mod. EN. 5

(a cura del rappresentante nazionale)Pag. 2

Cognome e Nome

Qualifica

Dipendenti Incarichi

Ruolo Art. 23 Ricerca Assoc.

Affer. al

Gruppo

Numero totale dei Ricercatori

Codice EsperimentoARCHIMEDE

Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA

RICERCATORI

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 23 Ass. Tecnol.

TECNOLOGI

N N

2,0

0,7Ricercatori Full Time Equivalent

Numero totale dei Tecnologi 3,0

1,2Tecnologi Full Time Equivalent

Cognome e Nome

Qualifica


Ruolo Art. 15 Collab.tecnica

Assoc.tecnica

TECNICI

N

Numero totale dei Tecnici 1,0

0,3Tecnici Full Time Equivalent

DELLA MEA Gianantonio 205P.O.1

RAVAGNAN Jacopo M. 505B.UE2

MAGGIONI Gianluigi 30Univ1

RIGATO Valentino Tecn 602

VOMIERO Alberto 30Dott.3

PIERI Ugo 30Univ.1

(a cura del responsabile locale)Mod. EC/EN 7


Giorgio Maggi

PATELLI Alessandro (qualifica associato in qualità di dottorando, afferenza gruppo V, percentuale 60).

Richiesta intervento officina meccanica LNL per adeguamentocamera per sputtering e lavorazioni particolari.


Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA (cont.)

SERVIZI TECNICI

Officina Meccanica 61

Annotazioni:

(a cura del responsabile locale)Mod. EC/EN 7a

Denominazione

Cognome e Nome Associazione

LAUREANDI e DOTTORANDI operanti nel gruppo a giugno 2001

Patelli Alessandro SI Realizzazione di strutture a multistrato ad alta riflettività nell'estremo ultravioletto e raggi Xsoffici e loro caratterizzazione

Titolo della Tesi

mesi-uomo

P. Mazzoldi - V. RigatoRelatore/Tutore Keywords

Scienza dei materialiTesi di:dottorato in

Salmaso Guido SI Realizzazione e caratterizzazione di ottiche a multistrato per la radiazione nell'estremoultravioletto e raggi X soffici

P. Mazzoldi - V. RigatoRelatore/Tutore Keywords

Scienza dei materialiTesi di:dottorato in

Vomiero Alberto SI Studio della luminescenza indotta da fascio ionico su campioni polimerici

G. Della MeaRelatore/Tutore Keywords

Ing. elettronicaTesi di:dottorato in

Carturan Sara SI Produzione di film sottili contenenti wavelength-shifter mediante tecnica sol-gel per rivelatoridi radiazione UV

G. Della MeaRelatore/Tutore Keywords

Tecnologiechimiche

Tesi di:dottorato in

SI

Relatore/Tutore Keywords


SI



SI



SI




SI



Wave-length-shifter Sol-Gel, rivelatori

Wavelength-shifter luminescenza

EUV, Soft X RF-sputtering, ottiche multistrato

EUV, Soft X RF-sputtering, ottiche multistrato


Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

Cognome e Nome

LAUREATI e DOTTORI di RICERCA che hanno conseguito il titolo tra luglio 2000 egiugno 2001

(a cura del responsabile locale)Mod. EC 8

(*) TD = tempo determinato TI = tempo indeterminato

SI

Keywords Altro

Ass.INFN

in

Relatore


Titolo della tesi:

Titolo conseguito Sbocco occupazionale (*)

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

SI

Keywords Altro

in

Titolo della tesi:

KEYWORDS Keywords attività locale (a cura del responsabile locale)

Keywords attività complessiva dell'esperimento (a cura del responsabile nazionale)


Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

DENOMINAZIONE DESCRIZIONE PRODOTTO O COMMESSA

INTERAZIONI CON LE INDUSTRIE (COMMESSE HIGH TECH)

(a cura del responsabile locale)Mod. EC 9

commessasviluppo

commessa = acquisto di beni ad alta tecnologia

Percentuale del budget( app+ inv+cons)utilizzata per acquistodi beni high tech:

SVILUPPO DI STRUMENTAZIONE INNOVATIVAe ricadute su altri gruppi, sul sistema industriale e su altre discipline

Ottiche per trasporto di radiazione X ed EUV ad alta efficienza

Spettrometria X molli (soffici) (<20KeV)

Sviluppo nel campo

Breve descrizionedello sviluppo e

relativa ricaduta:

biomedico di altre discipline accademicheRicaduta potenziale gia' riscontrata

campo:

commessasviluppo

campo:

commessasviluppo

campo:

commessasviluppo

campo:

commessasviluppo

campo:

commessasviluppo

campo:

PAESE

in ambito:

Sviluppo nel campo


relativa ricaduta:

Ricaduta potenziale gia' riscontrata in ambito:

Sviluppo nel campo


relativa ricaduta:

Ricaduta potenziale gia' riscontrata in ambito:

%


sviluppo = se l'INFN partecipa allo sviluppo dei beni acquistati

PRESENTAZIONI A CONFERENZE, WORKSHOP E SEMINARIINTERNAZIONALI nel periodo luglio 2000 giugno 2001


Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

(a cura del responsabile nazionale)Mod. EC 10

A. Patelli

Preliminary results on the characterization of very thin layers for application in EUV optics

Relatore Tipo di presentazione Denominazione della Conferenza o dell'istituzione

INFM-MEETINGposter conferenza nazionale

Titolo della presentazione o del seminario LocalitàData

GENOVA

2000

A. Patelli

Development of EUV Si/Mo multilayer mirrors produced by RF magnetron sputtering

INFM-MEETINGposter conferenza nazionale

ROMA

GIUGNO 2001

M. Pellizzo

Development of Multilayer EUV optics for space experiments

Scienza tecnologia staz. Spaziale Int.-ASI poster workshop

TORINO

MAGGIO 2001

size=15

%Percentuale di presentazioni INFN su presentazioni complessive della collaborazione:

Resp. Naz.: RIGATO Valentino

Tipo di Conferenza


Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

Data prevista peril completamento

MILESTONES 2001 (concordate con i referee)

Descrizione

Commento al conseguimento delle milestones

(a cura del responsabile nazionale)Mod. EC/EN 11

Data completamento

MILESTONES PROPOSTE PER IL 2002

1/06/2002 Installazione del sistema Facing Target Sputtering

1/10/2002 Installazione, collaudo del portacampioni e relativo software

1/12/2002 Messa a punto del processo e realizzazione delle prime ottiche

Descrizione

livello raggiuntoalla data previstain %

%

%

%

%

%

%

%

%

Resp. Naz.: RIGATO Valentino

%

%

EUV mirrors produced by RF-magnetron sputtering


Gruppo

L.N.L.

5



Struttura

Cognome e Nome

REFEREES DEL PROGETTOArgomento

Cognome e Nome

LEADERSHIPS INFN NEL PROGETTO(solo per collaborazioni internazionali o inter Enti)

Funzioni svolte

(a cura del responsabile nazionale)Mod. EC/EN 11a

Percentuale posizioni di leadership INFN su numero totale posizioni

Percentuale partecipanti INFN su partecipanti totali

Struttura

A. Patelli

ANNUAL REPORT LNL 133-134 2000

A. Patelli First results on the realization of multilayer EUV reflective coatings to be presented at "VUV "- XIII, 23-27 Luglio2001, Trieste (Italy)

2001

A. Patelli Preliminary results on the realization of multilayer EUV reflective coatings to be presented at "SPIE's 46th AnnualMeeting 29 Luglio - 3 Agosto 2001, San Diego, California, USA

2001

Elenco delle pubblicazioni più significative nel periodo luglio 2000giugno 2001

Percentuale budget INFN su budget totale

%

%%

Resp.Naz.: RIGATO Valentino

Nome primo autore Titolo della pubblicazione

Rivista Numero Pagine Data

COMPETITIVITA’ INTERNAZIONALEEsperimenti in competizione

Comitati internaz. che vagliano l'esperimento:

Missioni interno

Missioni estero

Mater.di

Cons.

Tras. eFac.

SpeseCalc

Aff. eManut. App.

Mater.invent.

Costruz.apparati TOTALE

Pub.Scien.

SpesSem

Invitiospitistran.ESPERIM.

Esperimento gruppo Rappresentante nazionale Struttura res_naz

ARCHIMEDE 5 RIGATO Valentino LNL nuovonuovo_continua

Ricercatori 2,0

0,7FTE

Personale

Tecnologi 3,0

1,2FTE

Tecnici 1,0

0,3FTEServizi mesi uomo

6,0

Rapporti (FTE/numero) Ricercatori Ricercatori+Tecnologi0,35 0,38

5 7.5 26 36 77.5 152ARCHIMEDE

di cui sj

5 7.5 26 36 77.5 152

di cui sj

Totali

Richieste/(FTE ricercatori+tecnologi) 80,00

5 7.5 26 36 77.5 152Totali

di cui sj

Mod. EC4 dati

5,0 7,5 26,0 36,0 77,5 152,0Totali-Dati EC4

TOTALI

Confronto con il modello EC4

Ricercatori 2,0

0,7FTE

Personale

Tecnologi 3,0

1,2FTE

Tecnici 1,0

0,3FTE 6,0

Servizi mesi uomo

0,35 0,38Rapporti (FTE/numero) Ricercatori Ricercatori+Tecnologi Richieste/(FTE ricercatori+tecnologi) 80,00

Allegato al modello EN5 esperimento: ARCHIMEDE

1

ARCHIMEDE(ARCHItects of Mirrors for Euv DEvices)

Obiettivo dell’esperimento

L’esperimento prevede la realizzazione di ottiche a multistrato ad alta riflettività ad incidenza perpendicolareper radiazione nella regione spettrale tra 2 e 35 nm adatte al trasporto della radiazione prodotta da sorgenti(laser) X-EUV di nuova generazione ed utilizzabili in applicazioni in astrofisica e in esperimenti coinvolgentiluce di sincrotone.La realizzazione avverrà mediante le tecniche Magnetron Sputtering (MS) e Facing Target Sputtering (FTS)su substrati piani e su substrati caratterizzati da curvatura opportuna a bassissima rugosità superficiale.La previsione è di realizzare specchi con dimensione massima di 120 x120 mm2.I materiali e la tecnologia di sintesi per la realizzazione delle ottiche adatte a lavorare nella regione a bassalunghezza d’onda (in particolare nella water window tra 2.35 e 3.5 nm) verranno studiati ed ottimizzati perconsentire il raggiungimento di valori di riflettanza adeguati.L’esperimento prevede il disegno, la realizzazione e la caratterizzazione di particolari ottiche per prototipi distrumentazione scientifica avanzata in collaborazione con l’Università di Padova e dell’Aquila.In particolare si prevede:a) di realizzare le ottiche per il prototipo di coronografo a riflessione ad immagine UV-Visibile, pensato perprodurre immagini della corona solare da 1.2 a 3.5 R nelle seguenti bande spettrali:

a. Riga He II Lyα (λ=30.4 nm)b. Riga H I Lyα (λ=121.6 nm)c. Banda larga visibile (450 ≤ λ ≤ 600 nm)

Il prototipo è adatto alla missione Solar Orbiter (SOLO) dell’ESA e verrà presentato come possibilestrumentazione di bordo dopo che il prototipo sarà testato in una missione basata sul lancio di un razzo,previsto entro il 2003.b) di studiare la messa a punto un sistema ottico ad alta riflettanza ed alto angolo solido di raccolta nellaregione spettrale della finestra dell’acqua per la focalizzazione della radiazione emessa dalla sorgente X aplasma capillare (Esp. INFN: CODICE-X e PLAMIC) come alternativa al sistema a Zone Plates attualmentein uso.


2

Introduzione.Negli ultimi anni l’utilizzo di film sottili a multistrato nanometrico ha trovato innumerevoli applicazioni in molticampi dell'astrofisica, della fisica applicata e della fisica nucleare, ed in particolare nella realizzazione dispecchi per raggi X soffici ed estremo ultravioletto (EUV) (30-1000eV), di specchi e polarizzatori per neutronifreddi, di specchi per telescopi astronomici (hard X-rays), di giunzioni per rivelatori di raggi X superconduttiviad effetto tunnel e memorie magnetiche.Anche l’interesse per i laser X è andato crescendo negli ultimi anni in concomitanza agli sviluppi tecnologicirelativi alla possibilità di realizzare canali di trasporto X ad alta efficienza mediante specchi a multistrato.

Campi di applicazione delle ottiche a multistrato per raggi X molli e EUV.L’utilizzo più diffuso delle strutture a multistrato è nella costruzione di ottiche per radiazione X ed EUVutilizzate per trasporto di radiazione da sorgenti X, in astrofisica, in fisica dei plasmi da fusione, in biologia edin nano-litografia.

a. Nella rivelazione e focalizzazione di raggi X soffici (E<1keV) i multistrati vengono usati sia per lamappatura della radiazione diffusa di fondo (missione ROSAT della NASA) 1, 2 che per lo studiodella corona solare: missione Solar and Heliosphere Observatory SOHO 3 e missione Solar Orbiter(SOLO) dell’ESA 4, 5. Per quanto concerne quest’ultima missione è in corso la fase di progettazionedi un prototipo di coronografo a riflessione (adatto alle missioni dell’ESA) che vede partecipi leUniversità e l’Osservatorio Astronomico di Torino, le Università di Padova, Pavia, Firenze, AleniaSpazio –Torino e i Laboratori Nazionali di Legnaro dell’INFN. Per questo prototipo si pensa direalizzare entro la prima metà del 2003 due specchi ellissoidali ottimizzati per la radiazione HeII Lyαa 30.4 nm, che consentono anche di rivelare con efficienza la radiazione H-I Lyα a 121.6 nm. Talispecchi dovranno risultare anche estremamente riflettenti nel visibile (450-600 nm) 6.

b. Nella biologia si possono ottenere con opportune sorgenti X che emettono radiazione nella regionespettrale nella finestra dell’acqua ed opportuni canali di trasporto della radiazione, microscopie adalta risoluzione per indagini di campioni biologici anche su cellule viventi 7. A questo riguardo è statarecentemente messa a punto presso i LNGS, il gruppo collegato dell’Aquila ed ENEA (Frascati), unasorgente a raggi X a plasma capillare nella finestra dell’acqua adatta per indagini biologiche emediche 8 che consente, con l’impiego di opportuni elementi ottici di ottenere un microfascio a raggiX soffici (si vedano gli esperimenti CODICE-X e PLAMIC). Il sistema ottico è attualmente basatosull’uso di Zone Plates che potrebbero essere sostituite da opportuni specchi curvi a multistrato conl’effetto positivo di incrementare la raccolta di energia a vantaggio del rapporto segnale/rumore e delcontrasto dell’immagine.

c. Nella fisica dei plasmi per fusione termonucleare le ottiche multistrato applicate nell’intervallo EUVconsentono di effettuare spettrometrie e tomografie di plasmi ad alta densità ed alta temperaturaelettronica 9, 10.

d. Nella ricerca sul Free Electron Laser (FEL), a cui sono interessati ENEA e INFN si prevede (inarmonia con quanto descritto in molti progetti europei, americani e giapponesi) l'utilizzo di ottichemultistrato per il confinamento della radiazione prodotta 11, 12.

e. Di notevole interesse dal punto di vista tecnologico per la realizzazione di circuiti integrati, sono leapplicazioni delle ottiche per EUV nel campo della nano-litografia. Nei prossimi anni infatti siinizieranno a produrre i nuovi circuiti integrati che utilizzano sistemi litografici a 13nm e chepermettono una risoluzione migliore di 100nm, che si prevede possa arrivare fino a 25nm 13. Inquesta direzione sono stati finanziati numerosi progetti in Europa (EUCLIDES 13, 14), in Giappone(ASET EUVL 15) e negli Stati Uniti.

f. Le ottiche a multistrato trovano ampio impiego nella radiazione di sincrotrone sia come primi filtridello spettro della radiazione sia come ottiche di guida, selezione e di focalizzazione 16.

g. Infine nei telescopi per raggi X “hard” (10<E<80keV), ad esempio, l'estrema versatilità delle strutturea multistrato consente di realizzare specchi sia a banda larga che a banda stretta in grado diselezionare e focalizzare la radiazione incidente 17. Multistrati W/Si verranno per esempio utilizzati


3

nella realizzazione delle ottiche per telescopi negli esperimenti “High-Energy Focusing Telescope”(HEFT) e Constellation-X Hard X-ray telescope” (Con-X HXT) della NASA 18.

Ottiche a multistrato: principi costruttiviLe ottiche nell’intervallo di radiazione dell’EUV (2-30nm) sono costituiti da riflettori alla Bragg a film sottilemultistrato depositati su superfici piane o curve 19. La composizione e lo spessore dei diversi strati è scelto inmodo da ottimizzare la riflessione per l’intervallo di frequenze richiesto. Tipicamente vengono alternati stratidi elementi a basso ed ad alto numero atomico in modo da massimizzare la differenza di indice di rifrazione eda minimizzare l’assorbimento della radiazione. I parametri che influenzano drasticamente la riflettività dellospecchio sono la rugosità all’interfaccia (dovuta sia ad una eventuale rugosità del substrato 20 che allacrescita degli strati), la diffusione fra i diversi strati in fase di crescita o durante l’invecchiamento od in seguitoall’utilizzo sotto fasci intensi, e la periodicità delle strutture. Poiché variazioni di spessore o di densità cheportano ad un aumento del periodo anche di solo 1Å cambiano l’intervallo energetico di lavoro dello specchio21, è necessario controllare lo spessore dei singoli strati con estrema precisione e ripetibilità. Inoltre bisognaselezionare le condizioni di crescita in modo tale che le interfacce siano nette. Le tecniche che sono usatefino ad ora per la deposizione di strutture multistrato sono Electron Beam Thermal Evaporation (EBTE), IonBeam Deposition 22 e RF-Magnetron Sputtering, solitamente accompagnate da misure in situ di riflettività odi spessore. Maschere e movimentazioni dei campioni sono comunemente utilizzate per produrre specchicircolari fino a 20cm di diametro con spessori graduati 23. Commercialmente sono già disponibili deglispecchi per l’intervallo di energie EUV (per esempio dalla ditta Osmic, USA) con riflettività massime chevanno dal 35% per lunghezze d'onda tra i 2.35 ed i 4.5nm (finestra dell'acqua) nel caso di multistrati di Fe/Sc,fino al 60% per specchi Mo/Si per i 13.5nm. L'attività di ricerca attualmente in corso sugli specchi amultistrato viene condotta sia a livello teorico che sperimentale.Le ottiche a multistrato sono ottiche fortemente personalizzate per la particolare applicazione e, nella maggiorparte dei casi, richiedono un grande lavoro di messa a punto ed una estesa serie di caratterizzazioni.Gli argomenti ancora aperti e di grande attualità sono:

a. il raggiungimento di riflettività prossime ai valori massimi teorici nella regione EUV (ad esempio per13.5 nm il valore massimo teorico è pari al 76% 24);

b. la diminuzione del deterioramento delle proprietà degli specchi in applicazioni ad alta potenza qualiquelli inerenti la luce di sincrotrone 25, 26;

c. l’aumento della resistenza meccanica.A livello teorico molto lavoro viene svolto nel disegno periodico e aperiodico del film 27 e nell’analisi deglispettri di riflettività XRR non speculare che caratterizzano le interfacce tramite la riflettività diffusa 28.A livello sperimentale vengono studiate e testate coppie di elementi o composti che diminuiscano le rugositàall’interfaccia e che riducano la diffusione fra gli strati: attualmente la rugosità all'interfaccia può variare fra0.3 e 1.5nm a seconda della coppia selezionata. In questa direzione vanno l’utilizzo di nuovi ossidi 29 o dinitruri o l’impianto di idrogeno a bassa energia negli strati spaziatori a bassa massa atomica 30 e lacombinazione di materiali e composti diversi 31-33.Di grande attualità sono inoltre gli studi per aumentare la monocromaticità del fascio riflesso mediantel'utilizzo di uno specchio con un profilo a reticolo lamellare 34, o per aumentare la larghezza della bandapassante con l'uso di specchi graduati.Molti sforzi sono anche rivolti sia alla scelta dei substrati su cui crescere i multistrati, che debbono possedererequisiti di rugosità e di deformazione superficiale molto particolari 35, 36. Anche la fase di preparazione emanipolazione dei substrati prima della crescita del multistrato è di grande interesse 37.

Attività svolta presso i Laboratori Nazionali di LegnaroIn collaborazione con l’Università di Padova (Dipartimento di Fisica e Dipartimento di Elettronica edInformatica) in quest’ultimo anno di attività nel laboratorio materiali dei LNL si è riusciti 38, 39 a depositaretramite RF-Magnetron sputtering i primi specchi per radiazione EUV di 13nm e 19nm di dimensioni 2x2cm2

con riflettività rispettivamente del 62% e del 35% paragonabili a quelle riportate in letteratura. Le strutture deimultistrati sono costituite da strati alternati di silicio e di molibdeno fino a 50 periodi su substrati di siliciomonocristallino (100). Le proprietà dei multistrati prodotti sono state caratterizzate con tecniche XRR, XRD,RBS, ERDA, TEM e AFM. Le analisi confermano la buona struttura del multistrato con interfacce nette in cuila diffusione è compresa entro i 4Å, la rugosità superficiale dell’intero film è dell’ordine di 1Å. Le impurezzepresenti nel film (C, O, H) sono inferiori ad 1at%, mentre negli strati di Si è presente una percentuale del2at% di Ar.


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L’attività svolta finora ha permesso di sviluppare una conoscenza approfondita sia della particolare tecnica dideposizione dei multistrato che delle tecniche di caratterizzazione.

Limitazioni dell’attuale apparato sperimentale e richieste per il miglioramento.La strumentazione attualmente a disposizione presso il LNL consente la realizzazione di ottiche piane didimensione massima di 20x20 mm2 e risulta inadeguata a far fronte alle necessità realizzative dei nuovispecchi prototipo e deve pertanto essere migliorata.Le sorgenti da sputtering da 2” attualmente in uso non consentendo di ottenere uniformità di spessore(∆d/d<0.5%) su aree più ampie di 2x2cm2 e dovranno essere sostituite con sorgenti di dimensioni più grandiche consentiranno anche di modificare il processo produttivo per realizzare la configurazione di deposizioneFacing Target Sputtering descritta in seguito.Una grossa limitazione dell’apparato attualmente utilizzato riguarda il portacampioni. L’attuale sistemaconsente di depositare due specchi piani per volta in condizioni statiche e non prevede né un moto dirotazione attorno all’asse di ciascuno specchio né la possibilità di variare durante la deposizione la posizionex,y,z dello specchio per consentire l’ottenimento di profili graduati. Gli shutters attualmente utilizzaticonsentono il movimento di apertura e chiusura ma non consentono di realizzare movimenti a velocitàvariabile per intercettare il flusso di atomi per modulare il deposition rate.Attualmente il controllo dello spessore degli strati avviene ex-situ mediante le tecniche di indagine nucleareRBS. Sarebbe molto utile disporre di un sistema in-situ per la misura dello spessore, in modo da verificare lacorrettezza dei parametri di deposizione soprattutto durante deposizioni su substrati ultra-polished inZerodur estremamente costosi.Il portacampioni di cui si propone la realizzazione per il 2002 dovrà essere installato nella attuale camera edovrà essere costituito da almeno due diversi stadi intercambiabili: Stadio 1, per ottiche a simmetria circolarepiane o curve a periodo variabile; Stadio 2, per ottiche planari generiche a periodo variabile; e dovràsoddisfare alle seguenti caratteristiche:

a. Deve consentire la realizzazione di ottiche planari e curve fino a dimensioni di 12x12 cm2.b. Compatibilità UHV (10-8 mbar).

c. Stadio 1: per ottiche a simmetria circolare curve o planari.-rotazione attorno all'asse principale dell'ottica a velocità variabile.-rotazione per consentire il posizionamento dell'ottica davanti alle diverse sorgenti presenti nellacamera di deposizione.-movimento X per variazione distanza sorgente-substrato (∆X=100mm) a velocità variabile.-Termostatazione con serpentina di raffreddamento ad acqua.

a. Stadio 2: per ottiche planari generiche a periodo variabile:rotazione per consentire il posizionamento dell'ottica davanti a alle diverse sorgenti presenti nellacamera di deposizione.movimento Z,Y (∆Z,∆Y=150mm), X (∆X=50) a velocità variabile e moto indipendente.Termostatazione con serpentina di raffreddamento.Controllo della temperatura fino a circa 300°C.

b. Il controllo della posizione degli assi e delle velocità ed accelerazioni dovrà avvenire via personalcomputer dedicato (incluso) in ambiente Lab View o Lab Windows CVI.

c. Il software dovrà permettere moti sincroni od asincroni dei vari assi dell'apparato secondo profiliripetibili studiati opportunamente per il particolare disegno delle ottiche.

d. Il software dovrà inoltre permettere l'azionamento di opportuni shutters motorizzati per intercettare ilflusso atomico secondo dei profili predefiniti. Tali shutters verranno alloggiati su flange pre-esistentiall’interno della camera di processo e dotati di opportuni motori ed unità di controllo.

e. Il portacampioni dovrà alloggiare inoltre in opportuna posizione una microbilancia al quarzo per laverifica della riproducibilità della deposizione.

Si prevede di commissionare la realizzazione del portacampioni a ditte esterne.

Facing Target SputteringLa tecnica del Facing Target Sputtering (FTS) verrà implementata durante il primo anno dell’esperimentopresso i LNL per la realizzazione delle ottiche a multistrato caratterizzate da bassa rugosità interfaccialeadatte a lavorare alle lunghezze d’onda più piccole: tipicamente per la radiazione X tra i 2 e 5 nm nella waterwindow. La tecnica consente la deposizione di film sottili a pressione di plasma dell’ordine di 10-4 mbar controgli attuali 5x10-3 mbar riducendo gli effetti dovuti alla termalizzazione in fase gas. Inoltre la deposizione degli


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strati avviene off axis, cioè in posizione angolata rispetto all’asse della sorgente per sputtering. In questomodo il film sottile non viene bombardato dal flusso di atomi di Ar neutri riflessi ad alta energia dal target cheè causa di rugosità superficiali non compatibili con la realizzazione di ottiche adatte a lavorare nella waterwindow.La tecnica del Facing Target Sputtering (FTS) è stata sviluppata inizialmente per sopperire ad alcunelimitazioni della tecnica standard del magnetron sputtering nella deposizione di film di materiali magnetici adalto rate e a bassa temperatura 40, 41. Infatti sebbene il magnetron sputtering permetta di depositare ad altavelocità e a bassa temperatura la maggior parte dei materiali metallici e non, nel caso di materiali magnetici ènecessario ricorrere all’utilizzo di campi magnetici estremamente intensi per sopperire all’assorbimento delflusso magnetico da parte del materiale da erodere 42. Rispetto alla tecnica convenzionale, inoltre, il FTSpermette di depositare film uniformi su superfici più estese 43, a bassa rugosità e ad alta densità 44, 45. Taletecnica si presta quindi anche alla deposizione di multistrati 46-48, film di leghe 49 e di materialisuperconduttori 50, film ad elevata durezza per applicazioni tribomeccaniche 51, 52 e film trasparenticonduttivi su larga area 53.La configurazione FTS, concepita da M. Naoe nel 1980 41, è costituita da due catodi delle stesse dimensionie dotati di target dello stesso materiale, posti affacciati uno all'altro (facing targets). Il campo magneticoprodotto dai magneti posti all'interno dei catodi, tipicamente di intensità massima di 1200G, ha direzioneperpendicolare alle superfici dei target e d è di polarità opposta sui due catodi. In questo modo si ottiene unforte confinamento del plasma nello spazio compreso fra le due superfici dei target affacciati, che favorisce iprocessi di ionizzazione, aumenta il numero di ioni incidenti sulle superfici dei target e quindi la velocità dierosione anche nel caso di materiali magnetici. Il forte confinamento del plasma permette inoltre di operare apressioni pari a 0.013Pa di un ordine di grandezza inferiori a quelle dei normali sistemi magnetron 54. Talediminuzione della pressione consente di depositare film densi e compatti a temperature inferiori a quelleutilizzate nel magnetron sputtering convenzionale (vedi diagramma di Thornton 55). I substrati da ricopriresono posti perpendicolarmente alle superfici dei target ed all’esterno della zona di confinamento del plasma.In questa configurazione il bombardamento del film in crescita da parte di elettroni γ energetici, di atomiriflessi dal target e di ioni negativi 40 risulta estremamente basso. Maggiori sono le dimensioni dei catodiminore è l’intensità del campo magnetico necessaria per confinare il plasma e maggiori sono le dimensioni diomogeneità del deposito. La bassa pressione di deposito ed il confinamento favoriscono anche le crescitecristalline preferenziali fino alla crescita epitassiale 56, 57, in quanto il danneggiamento dovuto albombardamento di particelle energetiche è ridotto 54, 58. Le curve caratteristiche I-V evidenziano unandamento lineare come nel caso del magnetron sputtering convenzionale, benché la pendenza sianettamente superiore, cioè per piccole variazioni della tensione si ottengono sensibili aumenti della correntedella scarica 59. L’incidenza non normale degli adatomi che si depositano sul substrato ed il confinamentodel plasma danno origine alla crescita di film estremamente uniformi e poco rugosi su superfici estese 48, 58.Il lungo cammino libero medio degli atomi derivante dalla bassa pressione di lavoro permette anche diselezionare l’angolo di incidenza degli atomi sul substrato.Gli svantaggi di questa tecnica sono le basse velocità di deposizioni se confrontate a quelle del magnetronsputtering nel caso di target non magnetici, il consumo di grandi quantità di materiale che non si depositanodirettamente sul substrato ed infine il fatto che per ogni elemento depositato sono necessari due targetidentici e l’impiego di due alimentatori per ogni elemento ovvero di un alimentatore di potenza maggiore.Per questo motivo si chiede che venga finanziato l’acquisto di un alimentatore da 1.2 kW a radiofrequenzacorredato dalla rete di adattamento di impedenza e di una sorgente per sputtering per completare il setupsperimentale.

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First results on the realization of multilayer EUV reflective coatings

A. Patelli, M.G. Pelizzo, P. Nicolosi, L. Poletto, G. Tondello Dipartimento di Elettronica e Informatica, Università di Padova, via Gradenigo 6A

35131 Padova, Italy

V. Rigato, G. Maggioni INFN, Laboratori Nazionali di Legnaro, Strada Romea, 4

35020 Legnaro (Padova), Italy

G. Mattei, P. Mazzoldi Dipartimento di Fisica, Università di Padova, via Marzolo, 8

35131 Padova, Italy

L. Depero, E. Bontempi Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Università di Brescia, via Branze, 38

25123 Brescia, Italy

G. Torzo CNR-ICTIMA, Corso Stati Uniti, 4

35127 Padova, Italy

A new research program for the development of EUV multilayer mirrors has been started at the University of Padova in collaboration with the Legnaro National Laboratory (LNL – INFN). The multilayer coatings have been grown by RF-magnetron sputtering. Preliminary work on optimisation of the deposition parameters and characterization of the nucleation process has been carried out. Mo/Si multilayer mirrors up to 30 periods optimised for 13 and 19 nm radiation have been produced and characterized by different optical and physical techniques. Their normal incidence reflectivity has been measured with a dedicated facility.

1. Introduction During the last decades X-ray research has shown an increasing interest in studying physical phenomena in the ∆λ~0.1-30 nm spectral range. This range is critical for applications in several fields, ranging from astronomy to EUV lithography and biology. In fact, below about 35 nm the optical instruments adopt grazing incidence configurations, since the reflectivity of materials is close to zero at normal incidence. Grazing incidence instruments are in general extremely complex, have very small acceptance apertures and consequently low luminosity and the presence of optical aberrations. Development of high efficiency EUV optics in normal incidence configuration would improve both the through put and the resolution capability of the instrumentation. In microelectronics the need to increase the integration in the production of integrated circuits strongly requires new lithographic techniques. The use of 13 or 11 nm radiation in the extreme ultraviolet lithography (EUVL) would provide resolutions down to 35 nm (Ref. 1). In biology the highest interest is in the “water window” spectral range (λ= 2.35-4.5 nm), where the water is transparent to the radiation so that the analysis of cells

constituents and biological tissues is possible (Ref. 2). Possible applications in biology are projection and contact X-ray microscopy. In astrophysics of great interest is the observation of selected solar radiation in the EUV range between 17-30 nm, where very important lines for diagnostic purposes are present (Ref. 3). All the applications described need efficient radiation collection and highly stigmatic optical systems (such as EUV or SXR mirrors) for the realization of which a lot of scientific and technological research is currently performed in many laboratories. In this context a new research program for the development of extreme ultraviolet (EUV) optics has been started in collaboration between University of Padova and INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro-Padova. The initial effort has been focused on the realization of Mo/Si multilayers optimized for the 13 nm and 19 nm spectral region. The number N of the multilayer periods ranges between 20 and 30 and the surface of the film is covered by a 1.5 nm thick Si layer, which readily oxidizes protecting the underlying structure. Single crystal (100) silicon wafers and silica flat disks are used as substrates.

2

2. Experimental The films are produced by RF-magnetron sputtering with two 2 inches planar circular cathodes in a vacuum chamber of 120x75x74 cm3. The base pressure before deposition is 1.0×10-7 mbar. Ar at 5.0×10-3 mbar is used as sputtering gas. The cathodes, one molybdenum and the other of silicon, are co-focal and the distance between each target and the substrate is 18 cm. The substrate is at floating potential and can be heated up to 250°C. Deposition rate is 14 Å/min for molybdenum at 60 W and 17 Å/min for silicon at 150 W. The base pressure is obtained via a turbomolecular pump with the help of crio-pumping, performed with a liquid N2 trap, and Ti-gettering. In this way the chamber atmosphere is free from water vapour and other contaminants. Monolayer and multilayer structure have been characterized with different techniques. Compositional analysis has been carried out by Ion Beam Analysis using the HVEC 2.5MeV Van de Graaff accelerators at the Laboratori Nazionali di Legnaro. The stoichiometry of the film and the multilayer Γ factor (the ratio between the Mo thickness and the multilayer period d) have been investigated by RBS measurements, performed with a 2.2 MeV alpha particle beam. The sputtering rate and the uniformity of the deposition profile have been also determined. A non-Rutherford BS technique (2.0 MeV proton beam at 170° scattering angle) has been used to determine the contaminants content like carbon and oxygen, while ERDA analysis (2.2 MeV alpha particle beam at 30° scattering angle and 15° incidence angle at the sample surface) was used to determine the hydrogen content. The XRD (X-Ray Diffraction) and XRR (X-Ray Reflection) measurements have been performed by a Bruker “D8 Advance” diffractometer equipped with a Göbel mirror at the University of Brescia. The X-ray scanning wavelength is Cu kα line. The angular resolution is better than 0.01° and the angular accuracy was 0.001°. XRD analysis shows the crystalline state of the films, while from the XRR measurement the multilayer structure, the period and the roughness of the interfaces can be determined (Ref. 4). The TEM analysis have been carried out at CNR-LAMEL Institute in Bologna with a Philips CM30T TEM operating at 300keV and equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer. To analyze wide surface defects SEM has been used, while AFM measurements have been performed to control the rms roughness at short range of the film and to study the morphology of single layer film surfaces as a function of temperature. 3. Preliminary analysis The initial effort has been concentrated on studying the growing process of the single layer film of molybdenum

and silicon on silicon and silica substrates. Nucleation process is really important for the growth of very smooth multilayers with sharp interfaces. Single layers of 33 Å have been deposited at different temperatures ranging from 20 to 250°C. On silicon substrate no differences have been found as a function of the temperature. AFM images show that the layers grow uniformly without forming islands for comparable values of substrate roughness (~1Å). On silica the growth process is concentrated near the surface defects of the substrate that acts as nucleation centres. At high temperature the higher mobility of the impinging adatoms supports a more uniform film growth but the surface defects clearly still act as nucleation centres (Fig. 1). AFM roughness measurements have been performed also in areas far from the more pronounced silica defects. The short range rms roughness in these regions was still of about 3Å, and, as in the case of films deposited on silicon substrates, its value is close to the silica substrate roughness. These results are confirmed by several studies on roughness of the grown films as a function of the substrate roughness reported in the literature (Ref. 5).

a)

b) Fig. 1. AFM images of 33Å Mo layer grown on silicon (100) substrate at T=25° a) and on SiO2 b) at T=200°C. The film surface morphology is dominated by that of the substrate. The contaminant analysis has been performed on thicker (800-1500 Å) Mo and Si films (Fig. 2). The presence of O, N, C and H is under 1at%. The only contaminant, as revealed by RBS, is argon in silicon layers, but its concentration is always below about 2 at%. The Ar concentration doesn’t change with deposition temperature. Therefore the Ar concentration doesn’t

3

depend on the deposition temperature, but it depends on the deposition rate as shown by the decrease of Ar content with the increasing of the deposition power. In fact, even at highest discharge power, the thermalization length (Ref. 6) is well below the distance between target and substrate, so that the increase of power doesn’t affect the energy of the impinging atoms on the substrate, but only the sputtering rate.

Fig. 2. α-2.2 MeV RBS spectrum of a thick bilayer sample 1200Å Si and 800Å Mo on Si (100) substrate for the evaluation of the deposition rate and for compositional analysis. 4. Multilayer structure analysis After these preliminary analyses the multilayer structures have been deposited at different temperatures on silicon substrates. Here we present some analysis results made on Mo/Si multilayer optimised to reflect 13 nm radiation and 19 nm. The structures optimised for 13 nm have been named Q150 (T=200°C), Q151 (T=100°C) and Q152 (T=20°C); the period thickness Λ is 7.0 nm and Γ is 0.40. The films deposited are formed by 20-30 periods and the surface of the film is covered by a 1.5 nm thick Si layer. The multilayer optimised for 19 nm radiation has been named Q145; its period is 10.7 nm, Γ=0.4 and the number of deposited period is 20. By RBS measurements it has been verified that the films are uniform in thickness within ± 1% on an area of 15×15 mm2. The silicon atoms show a larger uniformity area (20x20 mm2) than the molybdenum ones: this is probably due to the fact that molybdenum is heavier than argon and it easier preserves a preferential deposition direction. AFM roughness measurements show that even 30 periods multilayer have a rms roughness of ~1 Å, confirming that the film has not an island growth. The deposition temperature seems to have a negligible effect on the structural properties. In fact the XRD spectra show that for all the deposition temperatures the silicon layers are amorphous while the molybdenum layers are polycrystalline. The Mo nano-

crystals are revealed by the peak near 2θ=40.6° due to diffraction of Mo (110) (Ref. 7). The diffraction peak is broad and using the Scherrer equation the grain size results about ~28 Å (the same value of the thickness of molybdenum layers) (Fig. 3).

Fig. 3. X-ray diffraction spectra of Mo/Si multilayer deposited at different temperatures (Q150 – 200°C; Q151 – 100°C; Q152 – 20°C). The FWHM is the same for all the peaks, the difference in the height is due to the different number of periods.

1.E-07

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

0 1 2 3 4 5grazing incidence angle (deg)

Q151 Q150

Cu-Kα 1.54 Å

a)

1.E-07

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

0 1 2 3 4 5grazing incidence angle (deg)

Q145Cu-Kα 1.54 Å

b) Fig. 4. XRR spectra of samples Q150 deposited at T=200°C and Q151 deposited at T=100°C (a), and of sample Q145 deposited at 20°C (b).

4

No differences at the interfaces as a function of the temperature can be seen by XRR spectra (Fig. 4). In fact these spectra show the reflection peaks up to the ninth order and the interfacial roughness, modelled by the Debye-Waller factor, is of the order of 4 Å. From the reported spectra it arises that the control of layer thickness during the deposition process has a good reproducibility.

Fig. 5. Cross section TEM image of the sample Q151

The TEM analyses (Fig. 5) confirm the results showing without any doubt the multilayer structure of the deposited layers, with reduced roughness and very low interdiffusion at the interfaces. The high-resolution images and the electron beam diffraction also point out the crystalline structure of molybdenum characterized by a preferential orientation with axis along the growth direction, as already shown by XRD. The presence of Moiré patterns highlights the polycrystalline structure of Mo. 5. Multilayer reflectivity measurements A schematic view of the whole test facility is shown in Fig. 6 (Ref. 8); it includes the source, the monochromator, the refocusing mirror chamber and the test chamber. The EUV radiation is emitted by a microfocus soft X−ray source; the operating anode to cathode voltage ranges from 3 to 15 kV, the maximum electronic current is 0.8 mA and the maximum beam power is 5 W. The soft X−ray source emits the characteristic lines of the element used as the anode; the lines we have used for the reflectivity measurement are L Al (17 nm) and L Si (13 nm). The wavelength scanning is performed by a grazing incident spherical grating monochromator, provided by a 600 lines/mm spherical grating that focuses the radiation onto the exit slit. Both the exit slit and the source are located on the Rowland circle of the grating; an aperture on the entrance arm defines the acceptance of the system and prevents direct light from entering the monochromator. The refocusing mirror chamber accommodates a toroidal mirror that focus the folded beams at the centre of the test chamber. The test

chamber accommodates two rotators guided by external manipulators in θ-2θ configuration. A channel electron multiplier (CEM) detector is mounted on the 2θ rotator: it detects the direct beam or the beam reflected by the multilayer sample mounted on the θ rotator . The CEM works in the photon counting regime, with negligible noise and great sensitivity, at counting rates up to four million events per second. The reflectivity curve of the mirror samples is recovered by the ratio between the reflected spectrum and the direct spectrum.

Fig. 6. Scheme of the reflectivity measurement facility

01020304050607080

120 130 140 150 160

Wavelength (Å)

Ref

lect

ivity

(%) measuredsimulated

Q151

a)

0

10

20

30

40

50

160 170 180 190 200 210

Wavelength (Å)

Ref

lect

ivity

(%) measured

simulatedQ145

b)

Fig. 7. Measured and simulated reflectivity of samples Q145 and Q151. The simulation refer to an ideal smooth boundaries multilayer. The measurements have been performed at α=20.5° incidence angle on the sample Q145, at α=13.5° for the sample Q151.

5

Sample Q145 shows a peak reflectivity of about 35%, while Q151 of about 62% (Fig. 7). For comparison also the theoretical curves of ideal multilayers with smooth boundaries are reported. The simulation has been performed with IMD software (Ref. 9). 6. Conclusions Multilayer sample for the 13 and 19 nm spectral region has been produced by RF magnetron sputtering deposition. Different compositional, optical and microscopy techniques have been used to characterized the samples, all showing a good period uniformity, low surface roughness and low interdiffusion between layers. No differences have been found on multilayers deposited at different temperatures, ranging from 20 to 200°C. Reflectivity up to 35% in 19 nm band Mo/Si multilayer and up to 62% for 13 nm band multilayer have been measured. References 1. J. Benschop, A. J. J. v. Dijsseldonk, W. M. Kaiser,

et al., J. Vac. Sci. Technol. B 17, 2978-2981 (1999). 2. J. Kirz, C. Jacobsen and M. Howells, Q. Rev.

Biophys. 28, 33-130 (1995). 3. D. Moses, F. Clette, J.-P. Delaboudinière, et al.,

Sol. Phys. 175, 571-599 (1997). 4. E. Spiller – Revue Phys. Appl. 23, 1687-1700

(1988). 5. P. B. Mirkarimi, S. Bajt and M. A. Wall, Appl. Opt.

39, 1617-1625 (2000). 6. W.D. Westwood, J. Vac. Sci. Technol. 15(1), 1-9

(1978). 7. H. Takenaka, T. Kawamura, T. Haga, et al., Jpn. J.

Appl. Phys. 34, 5027-5031 (1995). 8. L. Poletto et al. – SPIE Proc. Vol. 3764, 94-102

(1999). 9. D.L. Windt, Computer in Physics 12(4), 360-

70(1998).

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