Conclusion et perspectives
Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation physico-chimique et optique des mirois multicouches conçus pour fonctionner dans le domaine EUV. De nombreux miroirs multicouches ont été étudiés et optimisés: Mg/Co, Mg/Co/Zr, Al/SiC, Al/Mo/SiC, ... L'étude de ces multicouches et de leurs interfaces a permis des développements dans le domaine de l'optique multicouche EUV. L'amélioration de la réflectivité des miroirs multicouches dans ce domaine constitue une motivation importante pour nos recherches. Nous avons appliqué notre méthodologie de caractérisation physico-chimique et optique combinant la réflectométrie X et EUV, XES, RMN, ToF-SIMS, XPS, FIB et STEM-EELS pour étudier les multicouches.
Dans le cas des systèmes Mg/Co, nous avons conçu le nouveau système et ses possibles tri- ou quatre-couches à partir de simulations. Les mesures de réflectivité de la multicouche Mg/Co à la longueur d'onde de 25 nm et de 30,4 nm sont de 46 % et 40 % respectivement. Les mesures XES et RMN indiquent que les interfaces entre les couches Mg et Co ne présentent pas d’interdiffusion et la seule rugosité géométrique explique la différence entre les valeurs de réflectance simulée et mesurée. Nous avons également étudié l’effet de l’insertion de couches de B4C ou Zr aux interfaces. Les mesures de réflectivité montrent que l'introduction de la multicouche B4C dégrade considérablement, conduisant à une valeur inférieure à 1%. À partir de mesures XES et RMN, la faible réflectance est due à la fois à une forte interdiffusion aux interfaces. Les mesures montrent que Mg/Co/Zr est plus efficace (50% de réflectivité) que Mg/Zr/Co et Mg/Zr/Co/Zr (~40%). Pour comprendre ce comportement asymétrique, nous avons étudié la qualité de l'interface par ToF-SIMS et RMN et nous avons attribué cette différence à un processus interdiffusion quand les couches Co sont déposées sur des couches Zr. Afin de comprendre comment se développe la rugosité et se forment les éventuels composés interfaciaux aux interfaces des multicouches Mg/Co nous avons entrepris une étude en fonction du recuit jusqu'à 400°C. Les mesures montrent que la stabilité thermique de Mg/Co jusqu'à 300°C. A partir de 300°C, un fort changement dans la morphologie de l'échantillon se produit qui explique la perte de réflectivité. Les études de la stabilité thermique de Mg/Co/Zr montrent que la réflectivité atteint à 51% quand il a été recuit à 200°C.
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une réflectivité théorique de 40% et 60%. Pour les longueurs d'onde de 17,5 nm, ces multicouches possèdent une réflectivité expérimentale de 37%. Nous avons montré que c’est bien l’interface Al sur SiC qui semble la plus problématique en terme de rugosité ~1.2 nm. Nous avons pu quantifier les pertes de réflectivité dues à l’oxydation et la rugosité géométrique. Nous avons donc ajouté un nouveau matériau à cette interface afin de réduire la rugosité et développer les systèmes de tri-couches. Dans le système Al/Mo/SiC, la simulation optimisée pour la longueur d’onde de 30,4 nm et 17,5 nm, présente les réflectivités théoriques de 44,4% et 66,2%. Pour les longueurs d'onde de 17,5 nm, ces multicouches possèdent une réflectivité expérimentale de 53,4%. C’est le premier rapport d'une réflectivité expérimentale supérieure à 50% autour de 17 nm. L’introduction d’un troisième matériau W ou Mo dans l’empilement Al/SiC conduit à la réduction de la rugosité à toutes les interfaces. La rugosité de Al/SiC avec W et Mo est ~0.6 nm pour l’interface Al sur SiC. Enfin, la différence entre les valeurs simulée et mesurée est attribuée à l’oxydation de la couche de SiC, une réduction de la densité de Mo et les rugosités entre les différentes couches.
Les multicouches Mg/Co et Al/SiC sont prometteuses pour des applications dans le domaine EUV. Un prolongement de ce travail pourrait être l'étude du matériau Y (yttrium) comme couche interfaciale dans la multicouche Mg/Co. Les simulations effectuées montrent que, avec la polarisation s de la lumière incidente à 45°, la reflectance atteint une valeur maximale égale à 61% autour de 25 nm de longueur d'onde lorsque nous avons introduit le couche Y à l'interface Co-sur-Mg (article 3-[1]). Les échantillons futurs envisagés sont des tri- et quadri-couches avec de Y dont on espère obtenir des performances optiques supérieures à celles obtenues avec les systèmes avec Zr. Nous pouvons aussi envisager de refaire des mesures sur les systèmes avec ou sans Zr pour lesquels on aurait optimisé les épaisseurs. On s’attend à une augmentation de plus de 10% de la réflectance théorique. Si on observe la même augmentation sur la réflectance mesurée, on atteindrait presque 60% ce qui serait très performant. Cependant, pour ces échantillons, je pense qu’il se produirait les mêmes effets aux interfaces que ceux que nous venons d’analyser. L’intérêt de leur analyse par émission X ou RMN serait alors moindre.
Pour le système Mg/Co, il serait intéressant d'étudier le profil d'aimantation dans les couches Co par effet magnéto-optique dans les rayons X mous. Cela permet de détecter une couche de transition dont l'épaisseur peut être près d'une monocouche. L’équipe a fait la première mesure au synchrotron Elettra. Le profil d'aimantation des couches Co est mesurée
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avec des photons d’énergie voisine du seuil d'absorption Co L3 (778 eV) pour deux rayonnements de polarisation circulaire opposée (article A-[3]). Les mesures ne montrent pas l'interaction entre les couches Co et Mg dans les multicouches.
La méthodologie développée au cours de cette thèse constitue un outil original d’analyse des structures multicouches. Son utilisation peut être généralisée à d’autres types de multicouches. Elle nous a permis d'une part de progresser dans la compréhension de la physique des empilements multicouches EUV et d'autre part de développer de nouveaux composants pour cette gamme spectrale. A plus long terme, on peut imaginer introduire d’autres types de matériau dans les optiques EUV. Nous sommes intéressés à optimiser et déposer les nouveaux systèmes. Nous pouvons calculer les épaisseurs des couches qui optimisent la réflectivité à une longueur d’onde donnée. Nous pourrions aussi l’introduction d’un troisième matériau pour accroître la réflectivité. Ensuite par les différentes mesures que nous pouvons étudier la caractérisation physico-chimique et optique de miroirs multicouches pour le domaine EUV. Une continuation de nos études permettrait une avancée notable dans la compréhension des phénomènes inhérents aux systèmes multicouches.
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