Multilayer systems for X‐ray analysisi

Die Abscheidung von Nanometer‐Multischichtsystemen auf technisch relevanten Substraten stellt extreme Anforderungen an die jeweilige Beschichtungstechnologie hinsichtlich Präzision, Reproduzierbarkeit und Langzeitstabilität. Speziell für den Einsatz dieser Multischichten als röntgenoptisches Bauelement müssen eine Variation der Einzelschichtdicken im Bereich unterhalb σ D = 0,1nm in einem Schichtstapel mit mehr als 150 Einzelschichten und eine Reproduzierbarkeit der mittleren Periodendicke zwischen zwei Abscheidezyklen von Δd ≤ 0,1nm bei der Beschichtung von Substraten mit bis zu 6“Durchmesser mit der jeweiligen Technologie realisiert werden. Zur Abscheidung solcher röntgenoptischer Nanometer‐Multischichten haben sich die Magnetron‐Sputtertechnik und die Elektronenstrahlverdampfung etabliert. Sowohl für spezielle Materialkombinationen als auch zur Erzielung vorgegebener Schichtdickenprofile stellt das Verfahren der Puls Laser Deposition (PLD) eine interessante Alternative zu den dominierenden Technologien dar. Dazu wurde im Fraunhofer‐IWS Dresden eine spezielle PLD‐Konfiguration zur Großflächenabscheidung von Nanometer‐Multischichten für röntgenoptische Anwendungen entwickelt. Das Verfahren erzeugt durch Ablation auf der Mantelfläche zylinderförmiger Targets eine definierte Relativbewegung zwischen Plasmafackel und Substrat. Damit können Multischichtsysteme mit homogener Schichtdickenverteilung oder mit vorgegebenen Schichtdickengradienten in einem automatisierten Prozess abgeschieden werden. Diese Großflächentechnologie wurde zur Abscheidung von Metall/Kohlenstoff‐ und Kohlenstoff/Kohlenstoff‐ Nanometer‐Multischichten für röntgenoptische Anwendungen entwickelt und auf die Beschichtung von Substraten bis 6“Durchmesser aufskaliert. Im Ergebnis der Aufskalierung dieser Technologie können Röntgenspiegel, bestehend aus Kohlenstoff‐ und Metallabsorbern (z.B. Ni, W, Mo) in Kombination mit geeigneten Spacermaterialien (z.B. C, B 4 C, Si) mit mehr als 150 Perioden in einem automatisierten Prozess auf Substraten bis 6“Durchmesser abgeschieden werden. Dabei werden unter Verwendung der Großflächen‐PLD (LA‐PLD) Schichtdickenhomogenitäten besser 1% über 6“ Substratlänge, eine mittlere Abweichung der Einzelschichtdicken im Gesamtstapel von σ D ≤ 10pm und eine Reproduzierbarkeit der mittleren Periodendicke zwischen zwei Abscheidezyklen von Δd/d ≈0.6% erreicht. Auf Grund ihrer röntgenoptischen Eigenschaften sind diese Nanometer‐Multischichten hervorragend geeignet zur Herstellung röntgenoptischer Komponenten und Baugruppen für die unterschiedlichsten Spektralbereiche. Sie finden als Analysatoren, Monochromatoren und als strahlformende Baugruppen einen zunehmenden Einsatz in der Röntgendiffraktometrie und ‐reflektometrie, der Röntgenspektroskopie und in der Röntgenastronomie. So können unter Einsatz parabolisch gekrümmter Gradientenmultischichten, den sogenannten Göbel‐Spiegeln, in kommerziellen Laborröntgengeräten monochromatische Parallelstrahlbündel für die verschiedensten Wellenlängen (z.B. für Cu Kα‐, Mo Kα‐, Co Kα‐Strahlung) erzeugt werden. Die damit erzielbaren Verbesserungen hinsichtlich z.B. Intensität und einfacher Bedienbarkeit stellen eine neue Qualität in der Röntgenreflektometrie und ‐diffraktometrie mit Laborröntgenger"ten dar.