Brevet FR2653234A1 — publié le 19910419

L'invention concerne un dispositif du type miroir dans le domaine des rayons X-UV, comprenant l'empilement pé- riodique sur un support, d'undit système de couches superpo- sées, lequel inclut une couche inférieure d'un dit premier élément lourd réfléchissant aux longueurs d'onde d'utilisation du miroir, et une couche supérieure d'un élément léger dit espaceur optiquement peu absorbant à ces longueurs d'onde. L'invention trouve par exemple son application dans la réalisation de spectroscopes, microscopes ou télescopes à rayons X, et tout appareil nécessitant la réalisation de mi- roirs à rayons X montrant des coefficients de réflexion aussi grands que possible, ou encore dans la réalisation de mono- chromateurs, lesquels nécessitent des miroirs qui montrent de surcroît une bonne sélectivité. Des miroirs pour le domaine des rayons X, sont con- nus de la publication intitulée "Interface analysis of sput- tered W/C, Rh/C and Ni/C multilayers for soft X-ray applica- tions" par P. BOHER, Ph. HOUDY, et Cl. SCHILLER dans "Thin So- lid Films, 1989, p. 175". Cette publication enseigne que pour réaliser des mi- roirs dans le domaine des rayons X, il est nécessaire de cons- tituer des empilements périodiques de systèmes de deux cou- ches, dont l'une est formée d'un élément léger peut absorbant et que l'on désigne généralement sous le nom d'espaceur, et dont l'autre est formée d'un élément lourd réfléchissant. La publication citée enseigne que ces deux couches peuvent être choisies parmi les couples W-C, Rh-C, Ni-C, dans lesquels le carbone est l'élément espaceur, et le tungstène, rhodium ou nickel est l'élément lourd réfléchissant. Le couple W-C est celui qui, à ce jour, est le mieux connu. L'épaisseur du système de deux couches, ou épaisseur d'1 période, est de l'ordre de la longueur d'onde de fonctionnement, c'est-à-dire de quelques nm dans le domaine des rayons X. Cette publication enseigne aussi que les deux para- mètres qui influent le plus sur la réflectivité sont: - la rugosité des interfaces des couchesr - la reproductibilité des épaisseurs. Il est dit que la reproductibilité des épaisseurs est essen- tiellement un problème d'appareillage, alors que la rugosité des interfaces dépend des propriétés intrinsèques des maté- riaux choisis pour réaliser les couches. Ainsi, selon cette publication, l'interface W-C présente une rugosité de l'ordre de 0,4nm, alors que l'inter- face C-W est quasi-parfaite. Le cas du couple Rh-C est plus complexe. Il appa- rait que le rhodium pollue la couche de carbone par diffusion, alors que le carbone diminue la rugosité intrinsèque de la couche Rh. Il en résulte que l'interface C-Rh présente une épaisseur de l'ordre de 0,Snm, et est suivie d'une couche de rhodium pure. Le cas du couple Ni-C est le plus complexe. Il ap- parait une forte interdiffusion du nickel dans le carbone d'une part, et d'autre part l'interface C-Ni semble également contrôlée par l'interdiffusion du carbone dans le nickel même après une épaisseur de dépôt de 2nm. Il est encore connu de réaliser des miroirs pour rayons X de la publication intitulée "The structure of ultra- thin C/W and Si/W mutilayers for high performance in soft-X ray optics" par P. RUTERANA et alii dans "J. Appl. Phys. 65 (10) 15 May 1989" p.3907-3913. Selon ce document, des miroirs pour le rayonnement X sont réalisés au moyen de multicouches formées du couple si- licium-tungtène. Dans ce couple, le silicium est l'élément es- paceur et le tungstène est l'élément lourd réfléchissant. Il est aussi enseigné que pour améliorer la réflectivité, il faut minimiser la rugosité d'interface. Les matériaux du couple sont choisis à cet effet en utilisant comme critère la coa- lescence. Une épaisseur de coalescence faible favorise l'ob- tention d'une rugosité d'interface minimale. Or, il est connu de l'homme du métier que la lon- gueur d'onde d'utilisation du miroir est liée au choix du cou- ple élément espaceur-élément réfléchissant; autrement dit, pour une application donnée, et une source de rayons X défi- nie, la sélectivité et la réflectivité du miroir sont détermi- nées essentiellement par le choix des matériaux du bicouche. Mais, d'autre part comme le montrent les documents cités, les matériaux qui constituent les meilleurs candidats pour réaliser un miroir à une longueur d'onde donnée, pour une application choisie, peuvent en réalité ne pas être appropriés à une mise en oeuvre industrielle satisfaisante, du fait qu'ils présentent des rugosités d'interface ou des défauts liés à l'interdiffusion. Le but de la présente invention est de proposer un dispositif du type miroir tel que défini dans le préambule dont les caractéristiques techniques et dont les propriétés optiques sont améliorées par rapport à celles des dispositifs formés par l'empilement périodique d'un système bicouche. Ainsi, un objet de l'invention est de proposer un dispositif dont la réflectivité est améliorée par rapport à celle des dispositifs connus. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif dans lequel la rugosité de surface ou l'interdif- fusion sont réduites en sorte que ces défauts n'interdisent plus l'emploi des matériaux les mieux adaptés à la longueur d'onde de fonctionnement choisie. Ces buts sont atteints au moyen du dispositif dé- crit dans le préambule et en outre caractérisé en ce que le- dit système de couches superposées comprend, entre ladite couche inférieure et ladite couche supérieure, une couche intermédiaire d'undit second élément lourd réfléchissant aux longueurs d'onde d'utilisation pour former un système tricouche, en ce que les éléments lourds sont choisis pour former avec l'élément espaceur deux couples, dont l'un, dit premier couple, est plus fortement absorbant aux longueurs d'onde d'utilisation et présente un rapport de contraste d'indices réels et complexes moins élevé que l'autre couple dit second couple, et en ce que l'élément lourd de ce premier couple est choisi pour réaliser la couche inférieure du système tricouche, la couche intermédiaire étant constituée de l'élément lourd du second couple. Dans ces conditions, la réflectivité du miroir est améliorée par rapport à ce que serait la réflectivité d'un mi- roir formé du même nombre de systèmes de couches, ces derniers étant constitués du meilleur des deux couples élément lourd - élément léger. Dans une mise en oeuvre de l'invention, ce disposi- tif est caractérisé en ce que les éléments lourds et l'élément léger sont choisis pour que les réflectivités potentielles desdits couples du système tricouche soient équivalentes. Dans cette mise en oeuvre, la réflectivité du mi- roir est encore améliorée. Dans une mise en oeuvre de l'invention, ce disposi- tif est caractérisé en ce que l'élément lourd de la couche in- termédiaire est choisi parmi ceux qui présentent avec l'élé- ment lourd de la couche inférieure et l'élément léger de la couche supérieure, la plus faible interdiffusion et une rugo- sité d'interface minimale. Dans cette mise en oeuvre, les performances du mi- roir s'approchent au mieux des performances théoriques atten- dues. L'invention sera mieux comprise au moyen de la des- cription suivante illustrée par les figures schématiques an- nexées dont: - la figure la représente l'empilement périodique sur un support, de n systèmes tricouches selon l'invention, formant un miroir pour rayonnement X-UV. - la figure lb représente le trajet des faisceaux lumineux dans un système tricouche. - les figures 2a et 2b représentent respectivement les indices réels et imaginaires, en fonction de la longueur d'onde, des élément Rh en trait plein et C en traits discontinus. - les figures 3a à 3c représentent respectivement les profils d'indice complexe dans chacun des couples et dans le système tricouche. - la figure 4a représente les lignes d'isoréflectivité dans le plan (aT) et la figure 4b, la position réelle dans ce plan de couples Me-carbone dont seul l'élément lourd Me est indiqué, l'élément léger étant toujours le carbone, à À = 4,47nm. - la figure 5a représente les réflectivités maximales Rmax de couples MeC en fonction du numéro atomique Z de l'élément lourd Me. - la figure 5b représente, en fonction de la longueur d'onde À, la réflectivité maximale Rmax des couples Cr-C (courbe a), W-C (courbe b), Rh-C (courbe c). - les figures 6a, 6b, 6c qui représentent dans le plan (a, T) les courbes d'augmentation d'isoréflectivité de couples Me-carbone à A = 4,47nm. - la figure 7a qui représente, en fonction de l'angle d'inci- dence 0, la réflectivité R du couple W-C (courbe d), du couple Rh-C (courbe e) et du tricouche W/Rh/C dans cet ordre d'empi- lement (courbe f). - la figure 7b qui représente respectivement, en fonction de la longueur d'onde A, la réflectivité maximale Rmax des mê- mes systèmes (courbes d', e', et f'). - la figure 7c qui représente d'une part la réflectivité maxi- male du système tricouche W/Rh/C empilé dans cet ordre (courbe f') et d'autre part la réflectivité maximale du système tri- couche Rh/W/C empilé dans cet ordre (courbe f"), en fonction de la longueur d'onde A. - les figures 8a et 8b qui représentent la variation d'énergie E, en fonction de l'épaisseur z dans des empilements de sys- tèmes bicouches respectivement W-C et Rh-C, ainsi que les rap- ports d'indice réel des matériaux. - la figure 8c qui représente superposés, les profils d'indice réels d'un système tricouche empilé dans le sens favorable, et les variations de l'énergie dans ce système, en fonction de l'épaisseur z traversée par la lumière. - la figure 8d qui représentent les courbes des mêmes varia- bles, lorsque les matériaux du système tricouche sont empilés dans un sens défavorable. Tel que représenté sur la fig. la un miroir fonc- tionnant dans le domaine des rayons X-UV par exemple entre 1 et 20nm, est formé d'un empilement périodique de dits systèmes de couches, S1, S2,.. Sn. Chaque système de couches, par exemple S1, com- prend, comme montré sur la figure lb, une couche inférieure 11, d'épaisseur d1 en un premier matériau lourd, qui présente une haute densité en électrons, réfléchissant dans le domaine de longueur d'onde À d'utilisation du miroir, une couche in- termédiaire 12, d'épaisseur d2 en un second matériau lourd également réfléchissant dans ce domaine de longueur d'onde À, et une couche supérieure 13 d'épaisseur d3, en un matériau lé- ger désigné sous le nom d'espaceur. La susceptibilité diélectrique C d'un matériau s'exprime de façon connue de l'homme du métier par la relation (1): E = 1 - 6 - i (1) o 6 et f sont respectivement les indices réel et complexe du matériau. Or dans le domaine des X-UV, les indices 6 et P sont à peu de chose près proportionnels au numéro atomique Z de l'élément formant le matériau d'une couche, ceci en dehors des régions de singularité, o par exemple dans le cas du car- bone, on constate un défaut d'absorption correspondant à la raie K., à la longueur d'onde À = 4,47nm. On entend alors par matériaux lourds, les matériaux formés d'un élément dont le numéro atomique Z est élevé dans le tableau de Mendeleieff, et par matériaux légers, les maté- riaux formés d'un élément dont le numéro atomique Z est fai- OS ble. Les matériaux légers se trouveront notamment dans les deux premières colonnes du tableau de Mendeleieff et les maté- riaux lourds dans les autres colonnes. Pour les matériaux lé- gers les indices 6 et p de la relation (1) ont des valeurs faibles. A titre d'exemple, on a représenté sur la fig.2a, l'indice réel 6, respectivement du carbone en trait disconti- nu, et du rhodium en trait continu; et sur la figure 2b, l'indice complexe f respectivement du carbone en trait discon- tinu, et du rhodium en trait continu. Ce système de couches présente une épaisseur 2 ú = dl + d2 + d3 (2) qui est l'épaisseur de la période d'empilement du système Sl...Sn de couches pour réaliser le miroir, et qui est de l'ordre de la longueur d'onde d'utilisation, ceci dans le but de pouvoir utiliser ce miroir sous des incidences non-rasan- tes. Cette condition impose des épaisseurs très faibles, de l'ordre de quelques nanomètres pour des longueurs d'onde d'u- tilisation À situées dans le domaine de I à 100nm. Les sources qui nécessitent des miroirs travaillant dans ce domaine de longueur d'onde sont des nouvelles sources de rayonnement X-UV (comme les synchrotrons, anneaux de stockage...). Les différents domaines d'applications sont, par exemple, la spectroscopie, la lithographie à rayons X, les télescopes à rayons X etc, qui nécessitent des miroirs à fort coefficient de réflexion. Comme on l'a vu précédemment la réflectivité et la sélectivité des miroirs dépendent d'un certain nombre de para- mètres parmi lesquels on compte: le choix des matériaux, la régularité en épaisseur tout au long de l'empilement, la rugo- sité des couches aux interfaces, et la pureté des matériaux. Il apparaissait dans l'art antérieur que le système bicouche W-C pouvait avoir une application industrielle inté- ressante, parce qu'étant facile à réaliser avec une faible ru- gosité d'interface et une faible interdiffusion. Mais ce sys- tème bicouche W-C est limité au domaine de longueur d'onde si- tué autour de 4,4nm avec une très faible bande passante et une réflectivité théorique de l'ordre de 44% (voir le tableau I). Or, en pratique, l'homme du métier sait que les ré- flectivités réellement obtenues sont de l'ordre de la moitié des réflectivités théoriques dont la valeur est donnée par le calcul. C'est pourquoi le système tricouche selon l'inven- tion apporte de grands avantages dans la réalisation des mi- roirs X-UV. Il permet: - d'une part de choisir les matériaux qui résultent en une augmentation de la réflectivité théorique, et donc une augmen- tation de la réflectivité réellement obtenue, - d'autre part d'introduire un matériau parmi ceux qui présen- tent une faible interdiffusion et une faible rugosité aux in- terfaces, ce qui diminue l'écart entre la valeur réelle et la valeur théorique de la réflectivité et donc augmente la ré- flectivité réellement obtenue. En effet, l'augmentation du nombre des paramètres liés à la réalisation des miroirs à systèmes tricouches, per- met une plus grande liberté dans le choix des matériaux et évite à l'homme du métier de se trouver acculé à utiliser pour réaliser des miroirs à systèmes bicouches comme connus soit deux matériaux compatibles technologiquement mais formant un bicouche à faible réflectivité théorique, soit deux matériaux à forte réflectivité théorique mais formant un bicouche technologiquement défavorable. Le tableau I donne, à la longueur d'onde À = 4,47nm, correspondant à la raie d'émission Ku du carbone, les caractéristiques liées à différents systèmes bicouches. Dans ce tableau a est l'indice complexe défini par la relation (1) Rmax est la réflectivité théorique maximale que l'on peut attendre d'un couple de matériaux donnés, tels que décrit dans l'état de la technique, c'est-à-dire comprenant une couche in- férieure en un matériau lourd, et une couche supérieure formée de carbone comme espaceur; Nopt est le nombre optimal théo- rique de couches pour obtenir Rmax sous incidence normale. On va montrer ci-après comment choisir les maté- riaux et comment disposer les couches dans le système tricou- che pour obtenir une meilleure réflectivité, une quantité de lumière intégrée plus grande, et une plus grande facilité d'exécution des miroirs que selon l'art antérieur. Il est connu d'une première publication par A.V. Vinogradov et B.Y Zeldovich, dans Applied Optics, Vol. 16 89 (1977), des moyens mathématiques pour résoudre l'équation de propagation dans une structure à profil d'indices périodiques, moyens qui permettent, en faisant des hypothèses simpli- ficatrices, d'obtenir une expression littérale de la réflecti- vité d'un miroir tel que déjà connu de l'état de la technique, c'est-à-dire à systèmes bicouches périodiques, ceci en fonc- tion des paramètres dudit miroir à savoir la période, le rap- port d'épaisseur des deux matériaux, et le nombre de périodes des systèmes bicouches, et dans les conditions d'incidence normale. Il est connu d'une seconde publication des mêmes auteurs, dans "Optic. Spectrose Vol.42, n 4, April 1977, p.404-407" des moyens mathématiques identiques pour résoudre les mêmes équations dans les conditions o l'incidence n'est plus normale mais oblique. La structure des miroirs inclut, de même que précédemment des systèmes bicouches, mais du fait de l'incidence oblique, le nombre total de couches nécessaires est réduit par un facteur Cos28, o 8 est l'angle d'inciden- ce. La réflectivité maximale est la même que dans le cas de l'incidence normale. Ce type de calculs permet de déterminer, en une seule étape et a priori, les paramètres du système qui conduisent aux performances théoriques voulues pour le miroir (réflectivité, sélectivité); ceci constitue un progrès sur le type de calculs dits interférentiels, par ailleurs partie des connaissances générales de l'homme du métier, au moyen des- quels il était seulement permis de constater a posteriori le degré de performances théoriques d'un miroir dont les paramè- tres étaient choisis empiriquement et qui ne pouvait être amé- lioré qu'en plusieurs étapes par approximations successives. On notera d'abord que, dans la gamme des rayons X-UV, par exemple pour des longueurs d'onde A comprises entre lmn et 20nm, tous les matériaux ont une susceptibilité diélectrique, notée ó liée par la relation (3)1E-1 " 1 (3). La réflectivité d'un matériau massif est donc très faible, c'est- à-dire de l'ordre de 10-4, en dehors des incidences très ra- santes. C'est pourquoi, il est indispensable de réaliser les miroirs utilisés dans le domaine de longueur d'onde au moyen de systèmes multicouches, afin de pouvoir travailler à des in- cidences non rasantes. Un miroir multicouche à systèmes bi- couches, permet déjà d'obtenir un gain de réflectivité d'envi- ron 103 par rapport à un miroir constitué d'un matériau massif. On va chercher, selon l'invention, à optimiser ces performances. On notera ensuite que la susceptibilité diélectri- que ó(Z) est périodique dans la direction Z perpendiculaire aux couches. Dans ce qui suit, on notera: Im pour "partie imaginaire de" Re pour "partie réelle de" B et C les rapports d'épaisseur d1, d2, d3 des matériaux 11, 12, 13, définis par les relations (4) et (5). dl dl B = = (4) d1 + d2 + d3 d2 d2 (5) dC = = d(5)3 dl + d2 + d3 Dans le cas du miroir formé de l'empilement pério- dique de systèmes tricouches selon l'invention, le profil d'indice complexe est représenté par la figure 3c. Physiquement, dans le cas d'un système à trois ma- tériaux, la dépendance en Z de la susceptibilité diélectrique peut être représentée comme la somme de deux dépendances re- portées sur les figures 3a et 3b. Le profil de la figure 3c est alors la somme des profils des figures 3a et 3b. On se place dans le cas o les matériaux des couches 1 et 2 sont lourds, le matériau de la couche 3 est léger et o les rela- tion (6) et (7) sont vérifiées: Im E1 > Im S3 (6) im ú2 > Im s3 (7) relations dans lesquelles: ó1, s2t, 3 sont les susceptibilités diélectriques respectives des matériaux des couches 11, 12 et 13. On notera que dans le cas traité par les publica- tions de Vinogradof les calculs sont menés sur des systèmes bicouches donc symétriques. Selon l'invention les calculs sont menés sur des systèmes tricouches, complètement dissymétriques, donc mathé- matiquement plus difficiles à étudier. * Un programme de simulation numérique a donc été utilisé pour calculer la réflectivité théorique d'un miroir composé de systèmes tricouches. Dans le cas le plus général, les matériaux du sys- tème tricouche peuvent être caractérisés par deux contrastes d'absorption a1 et a2 donnés par les relations (8) et (9). uImS ImE2 c1 =- -1 (8); "2 = -1 (9) ImE3 Imó3 et par deux rapports de contraste d'indices réels et imaginai- res T1 et T2 donnés par: Re(s1 - s3) Re(s2 - s3) T1 = (10); T2 = (11) Im(El - E3) Im(E2 - ó3) Pour atteindre les buts de l'invention, on a réali- sé l'étude des performances théoriques que l'on peut attendre d'un système tricouche en fixant un couple (1, T1) et en faisant varier l'autre couple (a2, T2). Il est alors apparu qu'il existait des cas o la réflectivité maximale théorique du système tricouche formé de deux couches superposées de ma- tériaux lourds surmontées d'un espaceur, était améliorée par rapport à celle du meilleur des systèmes bicouches formé d'un des deux matériaux lourds et du même espaceur. On va montrer ci-après comment sélectionner les ma- tériaux et comment les disposer pour obtenir cette améliora- tion de la réflectivité. Le procédé pour opérer cette sélection comprend la série d'étapes suivantes: a) on établit dans le plan (a, T) des courbes d'isoréflectivité maximale théoriques c'est-à-dire des courbes le long desquelles la réflectivité R est à la fois maximale (Rmax) et identique pour des couples de matériau lourd (Me)- matériau léger (Sp) considérés comme formant des bicouches Me-Sp. D'une façon générale, ces courbes ne dépendent ni de la longueur d'onde, ni du matériaux espaceur 13. Cependant, pour chaque longueur d'onde d'utilisa- tion choisie, l'homme du métier recherchera d'abord le maté- riau léger pour constituer la couche supérieure 13 ou espaceur du système tricouche. Cette couche doit être réalisée au moyen d'un élément du tableau de Mendeleieff qui présente un minimum d'absorption pour la longueur d'onde donnée. Ainsi par exemple, l'homme du métier sait que (voir les figures 2a et 2b) à la longueur d'onde À = 4,47nm qui cor- respond à la raie Ka d'émission du carbone, on observe une di- minution brutale de l'absorption du carbone: à cette longueur d'onde, les indices p et 6 sont faibles. Dans un autre exemple, à la longueur d'onde À = 6,67nm qui correspond à la raie Ka du bore, on choisira de préférence un espaceur qui comportera du bore, comme par exemple le carbure de bore B4C et qui présentera un minimum d'absorption à cette longueur d'onde. D'après ce qui précède, il est donc particulière- ment favorable de choisir le carbone comme matériau espaceur ou couche 13 du système tricouche lorsque la longueur d'onde d'utilisation choisie pour le miroir est À = 4,47nm. Les ca- ractéristiques pour réaliser les courbes d'isoréflectivité ma- ximale prévue à cette étape a), à la longueur d'onde À = 4,47nm, avec le carbone comme élément espaceur sont don- nées dans le tableau I. Pour tracer ces courbes, on prend en compte que les indices d'un couple de matériaux Me-Sp donné déterminent com- plètement un point dans la plan (a, T) et donc la réflectivité Rmax réalisable au moyen de ce couple de matériaux. La figure 4a représente ces courbes d'isoréflecti- vité maximale Rmax, le contraste d'absorption a étant porté en abscisse et le rapport de contraste d'indices T étant porté en ordonnée. Ces couches sont tracées avec un incrément de %. Elles montrent que les réflectivités maximales sont obte- nues lorsque le couple Me-Sp présente à la fois un fort rap- port de contraste d'indice T et un faible contraste d'absorp- tion a. Elles montrent aussi que la même réflectivité (par exemple 50%) peut être obtenue si le couple Me-Sp présente un faible rapport de contraste d'indice T et un fort contraste d'absorption a. Le premier cas est par exemple concrétisé par le point M2 de la figure 4a, et le second cas par le point Mi de cette même figure. Le point M3, également sur la courbe d'isoréflectivité 50%, correspond à des valeurs intermédiaires de a et T. La figure 4b montre la position dans la plan (a, T) de quelques couples réels Me-Sp o l'espaceur est le carbone, et pour la longueur d'onde de la raie Ka du carbone. On constate, à la vue de cette figure 4b qu'il existe, à cette longueur d'onde et dans les conditions citées, trois grands domaines permettant de réaliser la sélection du matériau lourd associé au carbone pour obtenir une réflectivi- té maximale. - un premier domaine o: T faible a fort et qui comprend notamment les couples Me-carbone o le maté- riau lourd est entre autres: le tungstène (W), l'osmium (Os), le platine (Pt), c'est-à-dire les matériaux lourds à numéro atomique les plus élevés; - un second domaine o: T fort a faible et qui comprend notamment les couples Me-carbone o Me est en- tre autres: le thallium (Tl), le rhodium (Rh), le chrome (Cr); - un troisième domaine o T et a ont des valeurs moyennes correspondant à Me choisi parmi entre autres le nickel (Ni), le cobalt (Co) etc... En superposant les figures 4a et 4b, qui sont éta- blies à cet effet à la même échelle, on obtient la réflectivi- té maximale que l'on peut attendre en utilisant un système bi- couche Me-Sp pour former le miroir multicouche, avec le ma- tériau indiqué sur la figure 4b comme couche inférieure et le carbone comme espaceur, à À = 4,47nm. La distribution de réflectivité maximale Rmax ré- alisable à une longueur d'onde donnée, avec un matériau d'un certain numéro atomique et un espaceur fixé, ne se fait pas au hasard. Elle dépend en fait directement de la position de l'é- lément lourd Me vis-à-vis du seuil d'émission le plus proche. Ceci sera mieux compris, en considérant la figure 5a qui mon- tre la réflectivité maximale Rmax réalisable en fonction du numéro atomique Z du matériau lourd Me associé à l'espaceur Sp carbone dans le cas du système bicouche Me-Sp à À = 4,47 nm. La figure 5a indique aussi les différents seuils d'absorp- tion desdits éléments (K, L, M, N..). On constate que les ma- tériaux Me qui fournissent les plus fortes réflectivités sont toujours situés "au-dessus" des seuils (K, Lr M...) avec un décalage de quelques cases dans le tableau de Mendeleieff. On interprétera ces résultats en considérant le cas concret du couple RhC (o Rh est le matériau lourd Me, et o C est le matériau léger espaceur Sp), au moyen des courbes des figures 2a et 2b qui représentent les indices réels et imagi- naires respectivement 6 et f du rhodium (Rh) et du carbone (C) en fonction de la longueur d'onde A. D'après la relations (1) donnée précédemment, on rappelle que: I - 6 = Re ú (12) = Im ú (13) Sur les figures 2a et 2b, on a aussi indiqué les niveaux M5 du rhodium et Ka du carbone. Exactement au niveau M5 (situé à A = 3.0nm) et juste au-dessus, l'absorption du rhodium est notablement affaiblie du fait de la transition, alors que son indice augmente brutalement. L'absorption a du rhodium à A = 4.47nm est donc relativement faible, et son con- traste d'indice T relativement grand (T-3,69), ce qui conduit une réflectivité potentielle Rmax de 55,8% pour le couple Rh-C (Tableau I, figures 4a et 4b). Dans cette étape a) on réalise l'étude décrite ci- dessus pour éventuellement d'autres couples Me-Sp à d'autres longueurs d'onde A dans le domaine X-UV, puis on procède selon l'étape suivante: b) on établit l'augmentation de réflectivité maxi- male réalisable en réalisant l'empilement de deux matériaux lourds, un premier matériau lourd Me1 pour la couche 11, un second matériau lourd Me2 pour la couche 12, et un matériau léger espaceur Sp pour la couche 13 formant le système tricou- che selon l'invention. Chaque matériau lourd, Mel, Me2 forme avec l'espa- ceur Sp un couple: Me1 - Sp Me2 - Sp déjà étudié au cours de l'étape a), et qui peut être repéré par un point sur les courbes d'isoréflectivité de la figure 4a. A chaque couple Me-Sp correspond un couple (a, T). Ainsi à (Me1 - SP) correspond (ai, T1) (Me2 - SP) correspond ("2, Ta) La détermination de l'augmentation de réflectivité est faite en utilisant d'une part les relations (8) et (9) donnant c1 et Q2, et d'autre part les relations (10) et (11) donnant T1 et T2. Puis on fixe une valeur (al, T1) correspondant à un premier couple Mel-Sp et l'on fait varier les valeurs ("2, T2) correspondant aux seconds couples possibles Me2-Sp, dans le même domaine (", T) c'est-à-dire 0 0 4 T 5 Pour mieux faire comprendre cette seconde étape du procède de sélection des matériaux, on décrit ci-après trois exemples: EXEMPLE 1 Cet exemple est illustré par la figure 6a, on choi- sit desdits premiers couples de matériaux respectivement lourds et légers Mel-Sp dont les paramètres (al,T1) seront fixés de manière à être concrétisés par des points proches du point M1 de la figure 4a. Comme on l'a dit précédemment, c'est le cas des couples tels que W-C Pt-C OS-C Au-C Ir-C à A = 4,47nm. Le point M1 de cet exemple est sur la ligne d'isoréflectivité % avec: a1 fort T1 faible Dans ces conditionsr un point (a2, T2) du plan, correspondant à desdits seconds couples Me2-Sp de matériaux fixe complètement les valeurs d'indices du système tricou- che. Cette représentation permet de mettre en évidence les zones ("2. T2) du plan qui conduisent à une augmentation de réflectivité par rapport au cas o l'on n'utiliserait qu'un système bicouche composé des matériaux Mel-Sp caractérisés par (a1, T1) et représentés par les points proches de M1. On a représenté sur la figure 6a, des lignes d'augmentation d'isoréflectivité par rapport à la ligne d'iso- réflectivité 50%, en considérant cette réflectivité comme la réflectivité maximale avec le meilleur des cas à deux maté- riaux. Cette représentation est faite avec un incrément de 1% par rapport à 50%, c'est-à-dire 2% par rapport à 100% de ré- flectivité maximale. On constate qu'il existe un grand domaine o l'on observe une notable augmentation de la réflectivité, augmenta- tion qui peut atteindre 6%, dans cet exemple précis par rap- port à 50%, c'est-à-dire une augmentation relative de 12%. Cette augmentation se produit pour des couples (a2, T2) correspondant à des points "éloignés" du point M1 et rela- tivement proches de la ligne d'isoréflectivité 50% sur laquel- le se trouve le point M1. Ainsi on obtient l'augmentation de réflectivité la plus élevée lorsque sont remplies les conditions suivantes: - le matériau lourd Mel pour former la couche infé- rieur 11 du tricouche présente: al fort T1 faible - le matériau lourd Me2 pour former la couche sui- vante 12 du tricouche, ou couche intermédiaire présente: U2 T2 > T1 - en outre les trois matériaux Mel, Me2, Sp présen- tent des réflectivités potentielles voisines. Donc le sens d'empilement des couches est un fac- teur très important. Des expériences ont été menées en choi- sissant un système tricouche W/Rh/C qui répond à ces conditions. L'augmentation de réflectivité escomptée a été obtenue comme il est montré sur les figures 7a et 7b. Puis des expérimentations ont été menées en inversant l'empilement des couches, c'est-à-dire en réalisant le maté- riau Me1 sur le matériau lourd Me2, l'espaceur Sp (ici le car- bone) formant toujours la couche supérieure, c'est-à-dire l'empilement Rh/W/C: on a alors trouvé une diminution de la réflectivité, comme il est montré sur la figure 7c. Dans l'exemple de l'empilement W/Rh/C La réflectivité max de W/C était Rmax = 44,71 (Tableau I). La réflectivité max de Rh/C était Rmax = 55,81 (Tableau I). La réflectivité maximale théorique sera Rmax = 57.80 (Ta- bleau II) Dans les conditions de cet exemple I, on peut aussi citer les bonnes performances que l'on peut attendre de l'em- pilement Os/Sb/C (o Os est Mel, Sb est Me2 et C est l'espaceur Sp) Pour le couple Os-C, on a "1 = 80, T1 = 0,88, Rmax = 46,2% Pour le couple Sb-C, on a "2 = 1, T2 = 3, Rmax = 44,9% et pour l'empilement Os/Sb/C dans cet ordre Rmax = 52,2% soit une amélioration de la réflectivité de 12,5% par rapport au meilleur des deux couples. EXEMPLE 2 Cet exemple est illustré par la figure 6b. On choisit desdits seconds couples de matériaux respectivement lourds et légers Me2 - Sp dont les paramètres ("2, T2) sont fixés de manière à être concrétisés par des points proches du point M2 de la figure 4a. Comme on l'a dit précédemment, c'est le cas de couples tels que: Ti - C Rh - C Cr - C Mn - C à A = 4,47nm. Le point M2 est sur la ligne d'isoréflectivité 50% avec, d'une façon générale. T2 fort "2 faible Pour fixer les valeurs d'indices du système tricou- che, il faut cette fois déterminer des points (a1, T1) du plan, correspondant à desdits premiers couples Me1-SP de maté- riaux qui conduisent à une augmentation de réflectivité par rapport au cas o l'on n'utiliserait que le système bicouche Me2-Sp. On a représenté sur la figure 6b des lignes d'aug- mentation d'isoréflectivité par rapport à la ligne d'isoré- flectivité 50% considérant le meilleur des cas à 2 matériaux. Cette représentation est faite comme sur la figure 6a avec un incrément de 1% par rapport à 50%. Il existe dans ce cas aussi un grand domaine o l'on observe une augmentation de réflectivité. Cette augmenta- tion se produit pour des couples (a1, T1) "éloignés" du point M2 et relativement proche de la ligne d'isoréflectivité 50% sur laquelle se trouve M2. On observe comme précédemment une augmentation de réflectivité lorsque l'on forme un tricouche en empilant deux matériaux lourds Me1, Me2 successivement, surmontés d'un espa- ceur Sp qui est le carbone dans le cas de la figure 6b, tels que: Q2 T2> TI et tels que les trois matériaux présentent des réflectivités potentielles voisines. EXEMPLE III Cet exemple est illustré par la figure 6c. Dans un premier cas on peut choisir de fixer le matériau lourd Me2 de la couche intermédiaire 12 formant avec le carbone C un couple de caractéristiques intermédiaires (cE2, T2) représentées par le point M3 sur la ligne d'isoréflectivité 50%, on obtiendra l'augmentation de réflectivité recherchée en choisissant le matériau lourd Me1 pour réaliser la première couche du tricou- che parmi ceux qui forment avec le carbone des couples dont les caractéristiques (al, T1) se trouvent dans la région N1 avec U2 T2 > T1 Dans un second cas on peut choisir de fixer le ma- tériau lourd Me1 de la couche inférieure 11 du tricouche pour former avec le carbone C un couple de caractéristiques inter- médiaires (ail, T1) représentées par le point M3 sur la ligne d'isoréflectivité 50%. On obtiendra l'augmentation de réflec- tivité recherchée en choisissant le matériau lourd Me2 pour réaliser la couche intermédiaire 12, parmi ceux qui forment avec le carbone des couples dont les caractéristiques ("2, T2) se trouvent dans la région N2 avec toujours "2 T2 > T1 Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque les points (al, T1) et (az, T2) sont au voisinage de la même ligne d'isoréflectivité. On peut refaire ces courbes des figures 4a, 4b, 6a, 6b, 6c avec d'autres couples, notamment comprenant un autre espaceur Sp, et à une autre longueur d'onde X-UV. Les résul- tats théoriques restent en concordance avec les résultats pré- sentés ci-dessus et les mises en oeuvre pratiques suivent les résultats théoriques escomptés, en restant cependant toujours un peu en deça, si les matériaux choisis présentent une inter- diffusion ou des interfaces épaisses. Selon l'invention, pour augmenter la réflectivité, on pourra alors choisir parmi plusieurs candidats possibles pour l'un ou l'autre des matériaux lourds Me1, Me2 celui ou ceux qui sont dans les domaines conseillés pour obtenir l'augmentation théorique de réflectivité et qui de plus dans la pratique sont technologiquement plus compatibles, présen- tent moins d'interdiffusion, des interfaces de meilleure qua- lité ou sont tout simplement plus faciles à utiliser pour réa- liser des couches d'épaisseur donnée rigoureuse et répétitive. EXEMPLE IV Dans l'hypothèse o le carbone est le matériau es- paceur Sp et la longueur d'onde A = 4,47nm, on a pu constater en superposant les figures 4a et 4b que le meilleur candidat à cette longueur d'onde était le couple Cr-C, avec cc 16 T - 3,8 Rmax = 60,41% théoriquement. Cependant les résultats obtenus pratiquement sont toujours in- férieurs. Pour améliorer ces résultats, d'après l'enseigne- ment de l'invention, on pourra former, pour réaliser des mi- roirs multicouches X-UV, des systèmes tels que ceux qui sont donnés à titre d'exemple dans le tableau III. EXEMPLE V Un autre bon candidat était le couple Rh-C avec a 13 T = 3,7 Rmax = 55,81 On a vu que de très bons résultats étaient obtenus en formant le système tricouche. W/Rh/C avec Rmax - 57,80 et de très bonnes qualités technologiques. Le tableau II donne les résultats théoriques dont on peut s'approcher en associant des matériaux lourds appro- priés et empilés dans le bon sens, avec le couple Rh-C. L'homme du métier est à même de déterminer, en s'aidant de l'enseignement de la présente invention, de nom- breux systèmes tricouches appropriés à réaliser des miroirs multicouches d'une longueur d'onde, ou dans un domaine de lon- gueurs d'onde déterminé. On remarquera, au vu de la figure 7a, qui représen- te la réflectivité (en ordonnée) en fonction de l'angle d'in- cidence 8 que le pic obtenu est plus large que pour un système bicouche. Cela est très favorable pour certaines applications, car la quantité de lumière intégrée est plus grande. Les figures 8a à 8d permettent de comprendre physi- quement l'origine de l'augmentation de réflectivité dans un système tricouche par rapport au meilleur des deux couples pouvant former un bicouche, qui le compose. La figure 8a montre l'évolution de l'énergie E dans un miroir multicouche réel formé de systèmes bicouches tungstène-carbone (W-C), ainsi que le rapport 5/61 des indices réels des deux matériaux en fonction de l'épaisseur Z traver- sée par la lumière. La figure 8b montre la même évolution lorsque le système bicouche est le rhodium-carbone (Rh-C). Le contraste d'absorption "-75 est plus important dans le système W-C que dans le système Rh-C (aL12). Il en ré- sulte que le profil d'indice est optimal lorsque dans ces sys- tèmes l'épaisseur dW de la couche de W est notablement plus faible que celle dRh de la couche de Rh, d' représentant l'épaisseur de la couche de carbone. La figure 8c, montre la même évolution lorsque le système est un tricouche, dans lequel les couches sont empi- lées dans le sens préconisé par l'enseignement de l'inven- tion: les maxima d'énergie se trouvent dans la couche réflé- chissante et les minima dans la couche absorbante. On a super- posé les profils d'indices 62/651 réels pour montrer l'in- fluence de l'empilement des matériaux lourds sur la quantité d'énergie réfléchie. La figure 8d montre la même évolution dans un sys- tème tricouche dans lequel les deux matériaux lourds sont au contraire empilés dans "le mauvais sens", comme le prouve le profil des indices réels que l'on a superposé à la courbe d'é- nergie. Les maxima d'énergie se trouvent en dehors de la couche réfléchissante et la réflectivité s'en trouve considé- *rablement diminuée. La réalisation technologique d'un miroir multicou- che nécessite encore la connaissance du nombre de système S1...Sn optimal pour s'approcher de la réflectivité maximale théorique. Ce nombre Nopt peut être déterminé par le calcul avec les connaissances générales de l'homme du métier. Il est donné dans des cas particuliers sur les tableaux I, II, et III, pour une incidence normale. Un procédé de réalisation pour former les miroirs multicouches décrits précédemment peut inclure la pulvérisa- tion radiofréquence (pulvérisation rf) des matériaux choisis, sur un substrat. La pulvérisation rf consiste à appliquer une tension alternative à une cible afin d'en pulvériser le maté- riau sur un substrat. Cette méthode permet de travailler avec des vitesses de croissances de couches très variées OrOOlnm/s à 10nm/s. Plusieurs cibles différentes peuvent être disposées dans un même bâti soumis à un vide de base de l'ordre de, ou meilleur que 10-7 Torr. L'échantillon est placé alternative- ment sous chaque cible par exemple par des rotations effec- tuées en quelques secondes. Un système de volets peut couvrir ou découvrir l'échantillon pour le soumettre ou le soustraire à la pulvérisation d'un matériau. Un tel système permet de contrôler les temps de dépôt et donc les épaisseurs avec une grande précision. Dans les exemples de réalisation exposés précédem- ment dans la description de l'invention, on a cité surtout des systèmes ayant le carbone comme espaceur. On citera aussi le carbure de bore C4B qui a une densité légèrement plus faible que celle du carbone, et donc des performances potentielles plus intéressantes près des seuils d'absorption du bore et du carbone. De plus un effet de lissage de ce composé avec le tungstène (W) a été observé expérimentalement et est connu de l'homme du métier. Le sens d'empilement optimisé selon l'invention est W/Rh/B4C et on observe une augmentation de la réflectivité intéressante dans la gamme: 6,76nm qui est Rh/B4C. TABLEAU I A_ = 4,47 nm Espaceur = Carbone Matériaux ax (% Max Li/C 0.487 11.90 2742 Be/C 0.299 43.14 711 B/C 0.234 38.40 689 F/C 0.400 46.85 882 AI/C 0.242 42.21 639 Si/C 0.238 38.63 690 Ca/C 0.421 11.72 2085 ScC 0.349 39.81 884 Ti/C 0.160 43.15 587 V/C 0.278 56.65 470 Cr/C 0.250 60.41 394 MnlC 0.242. 59.48 399 FeiC 0.224 58.70 395 CoiC 0. 209 58.66 386 NilC | 0.199 58.43 382 CuiC 0.197 56.84 399 ZniC 0.214 52. 74 489 GetC 0.208 42.20 500 As!C 0.199 41.17 607 SrIC 0.234 22.66 985 Y/C 0.218 23.98 921 Zr/C 0.208 29.94 796 Nb/C 0.197 30.12 780 MoijC 0.204 29.46 800 R.uC 0. 259 55.13 471 Rh/C 0.269 55.81 472 Pd/C 0.236 44.33 600 Ag/C 0.240 46.66 570 CdlC 0.281 50.38 564 SbfC 0.292 44.93 667 Ba/C 0.383 46.02 849 La/C 0. 284 46.50 628 Hf/C 0.176 41.42 583 Ta/C 0.163 43.60 544 W/C 0.154 44.71 524 Re/C 0.152 | 46.06 505 Os/C 0.152 46.27 503 [riC 0.153 43.36 541 Pt/C 0. 157 42.77 551 Au/C 0.165 39.54 602 B4CjC __ 0.249 35.30 761 TABLEAU II A= 4,47 nm Espaceur = Carbone Matériaux..C RRmax- ('3 o, Rh/C 0.269 55.89 472 Rh/Li/C 0.252 0.184 56.76 489 RhiF/C 0.219 0.141 58.10 487 B/Rh/C 0. 003 0.262 55.79 477 A1/Rh/C 0.024 0.248 55.85 474 Si/Rh/C 0.026 0.245 55. 67 478 Rh/Sc/C 0.257 0.016 55.82 482 RhiTi/C 0.235 0.049 56.08 475 Mn/Rh/C 0.220 0.030 59.56 400 Fe/Rh/C 0.178 0.072 59.56 395 CoiRhiC 0. I63 0.084 60.09 383 Ni/fRhiC 0. t51 0.095 60.39 377 Cu/Rh/C 0.141 0.109 59.62 389 ZniRh/C 0.097 0.163 57.13 448 GeiRh/C 0.057 0.215 j 56.16 467 As/Rh/C 0.058 0.214 56.27 466 Sr/Rh/C 0.035 0.251 55.96 476 Y'RhlC 0.042 0.246 56.07 475 Zr/RhiC 0.039 0.244 56.08 469 Nb/Rh/C 0.046 0.240 56.22 465 Mo/Rh/C 0.043 0.242 56.13 468 Pd/Rh/C 0.034 0.238 55.88 473 Ag/Rh/C 0. 035 0.234 55.87 476 RhiCr/C 0.003 0.245 60.39 397 HIf/Rh/C 0.070 0.201 56. 81 455 Ta/Rh/C 0.075 - 0.192 57.38 443 W/Rh/C 0.077 0.188 57.80 433 Re/Rh/C 0.080 0.184 58.12 423 Os/Rh/C 0.080 0.184 58.15 422 Ir/Rh/C 0.074 0.193 57.67 437 Pt/Rh/C 0.073 0.195 57.48 441 Au/Rh/C 0.066 0.206 56.98 455 TABLEAU III è=4,47 nm, Espaceur = Carbonet Mvatêriaux B C Rm x_ _ _ _ _ _ Cr/C 0.250 60.40 j 394 Cr/Li/C 0.235 0.1I90 61.1 g 408 B/Cr/C 0.015 0.239 60.42 I__97 ___ AI/Cr/C 0.01l3 0.237 60.40 40 I Si/Ct/C 0.01. 0.239 60.42 j397 Ct/Sc/C 0.244 0.009 60.40 I399 Ti/Cr/C 0.055 0.200 61.11 j384 Mn/Cr/C 0. 1I14 0.134 60.46 395 Fe/Cr/C 0.1[13 0.133. 60.98 384 Co/Cr/C 0.11t9 0.124 61.56 372 Ni/Ct/C]0.118 0.123 61.95 364 Cu/Cr/'C 0.104 0.I138 61.57 373 Zn/C r/C 0.053 j0.1i95 60.54 396 Ge/Cr/C 0.027!0.22760439 As/Cr/C 0.032 0. 222 60.53 397 Str/Ct/C 0.027 j0.237 60.47 400 Y/Ct/C 0.032 0.237 60.54 395 Zr/Cr/C j0.028 0.232 60.51[ 398 Nb/Ct/C[ 0.034 0.228 60.58 399 Mo/Ct/C}0.031 0.230 60.54 399 PdI/Cr/C 0.014 0.236 60.41 397 A g/CrIC 0. 011 0.238 60.40 400 Cr/Ba/C 0.221 0.100 61.45 400 Hf/Ct/C 0.046 0.21I0 60. 78 391t Ta/Ct/C 0.055 0.200 6 1.07 384 W/Ct/C 0.059 0.195 61.31 379 Re/Cr/C 0.062 0.187 61.45 381 Os/Cr/C 0.063 0.185 61.46 383 îr/Cr/C 0.057 0.197 61.27 383 Pt/Ct/C 0.055 0.200 6 1.17 385 Au/Cr/C 0.048 0.210 60.72 391[ REVENDICATIONS 1. Dispositif du type miroir dans le domaine des rayons X-UV, comprenant l'empilement périodique sur un sup- port, d'undit système de couches superposées lequel inclut une couche inférieure d'undit premier élément lourd réfléchissant aux longueurs d'onde d'utilisation du miroir, et une couche supérieure d'un élément léger dit espaceur optiquement peu ab- sorbant à ces longueurs d'onde, caractérisé en ce que ledit système de couches superposées comprend, entre ladite couche inférieure et ladite couche supérieure, une couche intermédiaire d'undit second élément lourd réfléchissant aux longueurs d'onde d'utilisation pour former un système tricou- che, en ce que les éléments lourds sont choisis pour former avec l'élément espaceur deux couples, dont l'un, dit premier couple, est plus fortement absorbant aux longueurs d'onde d'u- tilisation et présente un rapport de contraste d'indices réels et complexes moins élevé que l'autre couple dit second couple, et en ce que l'élément lourd de ce premier couple est choisi pour réaliser la couche inférieure du système tricouche, la couche intermédiaire étant constituée de l'élément lourd du second couple. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments lourds et l'élément léger sont choisis pour que les réflectivités potentielles desdits couples du système tricouche soient équivalentes. 3. Dispositif selon l'une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que l'élément lourd de la couche intermé- diaire est choisi parmi ceux qui présentent avec l'élément lourd de la couche inférieure et l'élément léger de la couche supérieure, la plus faible interdiffusion et une rugosité d'interface minimale. 4. Dispositif selon l'une des revendications précéden- tes caractérisé en ce que l'élément léger est choisi parmi le carbone (C) ou le carbure de bore (B4C). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le système tricouche est composé de l'empilement W-Rh-C dans cet ordre. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système tricouche est composé de l'empilement Os-Sb-C dans cet ordre. 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système tricouche est choisi parmi les empilements: Cr - Li - C Ti - Cr - C Ni Cr - C W - Cr - C Pt - Cr - C Au - Cr - C Os - Cr - C ces matériaux étant empilés dans cet ordre. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système tricouche est composé de W-Rh-B4C empilés dans cet ordre.