WO2016135279A1 - Schichtaufbau für mehrschichtige laue-linsen bzw. zirkulare multischicht-zonenplatten - Google Patents

Schichtaufbau für mehrschichtige laue-linsen bzw. zirkulare multischicht-zonenplatten Download PDF

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WO2016135279A1
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refractive
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Stefan Braun
Adam KUBEC
Andreas Leson
Maik MENZEL
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G21K1/06—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diffraction, refraction or reflection, e.g. monochromators
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    • G21K2201/06—Arrangements for handling radiation or particles using diffractive, refractive or reflecting elements
    • G21K2201/067—Construction details

Definitions

  • the invention relates to a layer structure for multilayer Laue lenses or circular multi-layer zone plates.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Silicon and tungsten silicide in favor of tungsten silicide to the influence of the introduced through the Si coating
  • the layer stresses can also lead to microcracks within the multilayer. Areas with such cracks are for the
  • 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.
  • the compressive stresses of the lower refractive layers 0) by residual tensile stresses of the higher-refractive-index layers ( ⁇ ⁇ , ⁇ > 0) completely, at least almost completely compensated for, so that d A, iC A, i + dsj rsj 0.
  • 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
  • Refractive index (n s 1 - 5 S ). The distinction between higher refractive and lower refractive is made on the difference of the respective
  • the residual stress can not at a
  • the magnitude higher compressive stresses of the lower-refractive layers can have a higher thickness d A of the tensile residual stresses
  • At least one third layer material for intermediate layers (ZS) is in the stack
  • 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,
  • 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,
  • 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.
  • 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.
  • MoSi 2 is particularly suitable for intermediate layers.
  • 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.
  • the desired MLL 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
  • the coated structures can be either directly at the
  • 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
  • Figure 1 shows the layer structure according to the invention for almost
  • 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.
  • an intermediate layer 3 After each higher-refractive-index layer 1 and each lower-refractive-index layer 2, there follows an intermediate layer 3.
  • 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.
  • 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
  • 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 ⁇ thick MLL coating this z. B. as a width x height of 55 ⁇ x 55 ⁇ 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 ⁇ m x 55 ⁇ m.
  • an MLL layer structure having a total thickness of approximately 50 ⁇ m was selected and applied to a substrate.
  • 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 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 ).
  • a strip 4 approximately 10 mm x 0.05 mm in size was sawn out of the substrate.
  • a thickness of ⁇ of a width of 55 ⁇ m was selected as the thickness of the layer stack formed from alternately arranged layers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schichtaufbau für mehrschichtige Laue‐Linsen oder zirkulare Multischicht‐Zonenplatten für Röntgenstrahlung mit abwechselnd auf einem Substrat angeordneten Schichten aus je einem Werkstoff mit einem höherem Brechungsindex und einem Werkstoff mit einem niedrigeren Brechungsindex. Dieser Schichtaufbau ist aus alternierend angeordneten Schichten innerhalb von Perioden, bestehend aus einer hochbrechenden Schicht, einer niedrigbrechenden Schicht und mindestens einem dritten Werkstoff für Zwischenschichten gebildet. Dabei weisen niedrigerbrechende Schichten Druckeigenspannung und höherbrechende Schichten Zugeigenspannung auf und das Produkt aus Schichtdicke und Eigenspannung ist in seiner Größe gleich, zumindest annähernd gleich. Zwischen höher‐ und niedrigerbrechenden Schichten ist jeweils eine Zwischenschicht angeordnet.

Description

Schichtaufbau für mehrschichtige Laue-Linsen bzw. zirkuläre Multischicht-
Zonenplatten
Die Erfindung betrifft einen Schichtaufbau für mehrschichtige Laue-Linsen bzw. zirkuläre Multischicht-Zonenplatten.
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.
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.
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.
Ein technisches Problem ist gegenwärtig, dass durch die bekannten
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.
Alle bisher veröffentlichten Arbeiten zu Multischicht-Laue-Linsen basieren auf der Abfolge von Schichten mit zwei verschiedenen Werkstoffen. Die
Problematik der Eigenspannungen ist allgemein bekannt und wird
gegenwärtig durch verschiedene Ansätze gelöst:
• durch die Verwendung von Substraten mit höherer Dicke, um die Deformation durch die MLL-Beschichtung zu verringern,
• durch Wärmebehandlung der MLL nach der Beschichtung zur
Spannungsrelaxation,
• durch die Veränderung der Schichtdickenverhältnisse zwischen z. B.
Silizium und Wolframsilizid zugunsten des Wolframsilizids, um den Einfluss der durch die Si-Beschichtung eingebrachten
Druckeigenspannungen zu reduzieren.
Die bisher verwendeten Lösungsansätze führen jedoch nur teilweise zum Erfolg. Insbesondere für eine Steigerung der MLL-Beschichtungsdicke sind sie nicht geeignet.
Im Falle der Verwendung von dicken Substraten können die
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.
Weiterhin können die Schichteigenspannungen auch zu Mikrorissen innerhalb der Multischicht führen. Bereiche mit derartigen Rissen sind für die
Verwendung als Linse nicht nutzbar.
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
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.
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 dieser
Methode nur eine Verringerung der Eigenspannungen erreicht werden, die jedoch eine beliebige Erhöhung der Schichtdicken nicht erlaubt.
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
Werkstoffkombinationen wie WSi2/Si, MoSi2/Si, Ti/Zr02 oder Al203/Ta02 beschrieben.
In-situ-Untersuchungen von WSi2/Si-Multischichtsystemen haben gezeigt, dass Druckeigenspannungen vor allem bei der Abscheidung der Siliziumschichten auftreten.
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.
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.
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
Röntgenfokussierung führt.
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.
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.
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
ursprünglichen Ausbreitungsrichtung der Strahlung erfolgt. Ein solcher hochbrechender Werkstoff hat einen kleineren Brechungsindex (nA = 1 - δΑ). Niedrigbrechende Schichten haben dementsprechend einen größeren
Brechungsindex (ns = 1 - 5S). Die Unterscheidung zwischen höherbrechend und niedrigerbrechend erfolgt über die Differenz des jeweiligen
Brechungsindex zum Brechungsindex = 1.
Im Allgemeinen kann die Eigenspannungsfreiheit nicht bei einem
Schichtdickenverhältnis von dA:ds = 1:1 erreicht werden. Den betragsmäßig höheren Druckspannungen der niedrigerbrechenden Schichten kann durch eine höhere Dicke dA der Zugeigenspannungen aufweisenden
höherbrechenden Schichten entgegengewirkt werden.
Um dennoch ein korrektes Verhältnis zwischen niedriger- und höherbrechenden Materialien zu erhalten, ist erfindungsgemäß mindestens ein dritter Schichtwerkstoff für Zwischenschichten (ZS) in den Stapel
aufgenommen, der im Sinne der Erfindung zusätzlich folgende Anforderungen erfüllen soll:
• es soll die Ausbildung einer nahezu eigenspannungsfreien Schicht
Figure imgf000007_0001
~ 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,
• der Werkstoff soll eine möglichst geringe Absorption für
Röntgenstrahlung aufweisen, d.h. der Absorptionsgrad sollte nahe Null sein (ßzs ~^ Min) und kleiner sein als der Absorptionsgrad der höherbrechenden Schicht,
• 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.
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
Eigenspannungen aufweisen. Wenn jedoch entgegengesetzte
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.
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.
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).
Hinsichtlich der Schichtdicken gelten in einem erfindungsgemäßen
Schichtaufbau dabei bevorzugt folgende Vorgaben:
• dA,i = (0,5 ± 0,2)-d <i , mit dP Dicke der Schichtperiode und dA Dicke der höherbrechenden Schicht, und
• dZSi,i + dZS2,i = dP,i - dA,i - ds,i , mit dzsij und dZS2,i = Dicken der
Zwischenschichten 1 und 2 in der Periode i, ds als Dicke der niedrigerbrechenden Schicht.
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
(kreisförmiger Typ) verwendet. Hier ist bereits eine einzelne MLL für die Punktfokussierung bzw. zweidimensionale Abbildung ausreichend.
Die beschichteten Strukturen können dabei entweder direkt bei der
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
Beugungseffizienzen und bestmögliche Fokussierungseigenschaften der Linsen zu erhalten.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen thermisch stabilen und
eigenspannungsarmen Nanometer-Multischichtsysteme eröffnet das
Potenzial, Beschichtungen für Multischicht-Laue-Linsen mit deutlich größeren Gesamtdicken (> 50 μιη) herzustellen, ohne dass die Gefahr der 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
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
-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
Austauschvorgängen in Energiespeichern (Batterien, Brennstoffzellen) und für die Untersuchung biologischer Proben.
Nachfolgend soll der der erfindungsgemäße Schichtaufbau anhand von Beispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 den erfindungsgemäßen Schichtaufbau für nahezu
eigenspannungsfreie MLL-Schichten,
Figur 2 schematisch den Herstellungsprozess einer MLL mit dem
erfindungsgemäßen Schichtaufbau.
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
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
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.
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.
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
höherbrechende Schicht 1 war aus Wolfram (W) die niedrigerbrechende Schicht 2 aus Silicium (Si) und die Zwischenschichten 3 aus Wolframdisilicid (WSi2) gebildet.
Die kleinste Schichtdicke der höherbrechenden Schichten 1 in der Periode i = 1 betrug 5,30 nm, die zur gleichen Periode i = 1 gehörigen
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.
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.
Die Abnahme der Gesamtdicke der Perioden i ausgehend von der optischen Achse folgt damit dem Zonenplattengesetz.
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.

Claims

Patentansprüche
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.
Schichtaufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenspannung der Zwischenschichten (3)
Figure imgf000013_0001
zumindest nahezu Null ist (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.
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.
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.
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.
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).
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.
9. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau auf konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen eines Substrats aufgebracht ist.
10. Schichtaufbau nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten einen lateralen Dickengradienten aufweisen.
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