13.5nm Mo/Si 多层膜、高性能极紫外光学元件：实测反射率高达70%

2022-05-27 09:35:23

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引言

极紫外( Extreme Ultraviolet) 是处于真空紫外与软 X 射线之间，波长在几纳米至几十纳米的一个特殊波段。

不论是对基础研究还是工业领域来说，EUV 光源都是很强大的工具。高次谐波光源(HHG)和 X 射线自由电子激光(XFEL)被用于许多超快和高强度的的光学实验。在工业领域，激光驱动等离子体光源（LPPS）实现了将 EUV 光刻和EUV检测作为大批量生产的工具。从 1976 年 EUV 多层膜的首次出现开始，到今天多层膜的研究和开发取得了较大的进展。尤其是 Mo/Si 多层膜在 13nm 波长附近的峰值反射率超过了 60%，高达 70%。基于 13.5nm 多层膜技术的高速发展，得益于科研人员经过详情的论证及大量的实验，最终13.5nm/92eV 得以成为光刻应用的波长。

本文将简要介绍 Mo/Si 多层膜的原理和工艺，及北京众星联恒科技有限公司与德国 optiXfab 公司针对中国市场联合推出的 1 英寸，13.5nm 多层膜镜片的主要参数及性能。

紫外多层膜的原理和工艺

由于在极紫外波段存在着大量的原子共振线，因此对于所有的固体，液体及气体都会对极紫外光都有较强的吸收。入射光会在很短的距离被吸收，典型的吸收长度为百纳米量级（100nm@水），所以无法制作像针对可见光的折射透镜。

目前可以实现对极紫外较高的反射的技术路线主要有两种，一种就是利用入射角大于临界角时产生的全反射现象，实现掠入射光学系统——我们通常镀一层几十纳米的 C，Au 等的镀层。然而掠入射光学系统的收集立体角很小或者需要很大的尺寸来获得较大的有效收集立体角（对于所有材料，极紫外的折射率接近于及 1，所以全反射临界角接近于 90 度，需要掠入射以获得较高的反射率），极紫外多层膜很好的解决了这个问题，通过构建多个反射界面和周期，并使反射界面等周期重复排列，相邻界面上的反射线有相同的相位差，就会发生干涉，如果相位差刚好为 2pi 的整数倍，则会干涉相长，利用此（布拉格衍射）原理可在较为灵活的角度甚至是接近正入射的条件下得到强反射线。

从布拉格公式可以看出：多层膜就是通过对 d 值的控制，来实现波长选择（以及加强反射）的人工晶体。

而在工艺实现方面，目前制备极紫外多层膜镜的主要工艺有：磁控溅射、电子束蒸镀、离子束溅射。目前optiXfab采用的磁控溅射的镀膜工艺，对于 13.5nm，5 度入射角，我们选取周期交替的 ~2.76nm 的 Mo 和 ~4.14nm 的 Si 材料作为反射膜层。

NESSY I / NESSY II 镀膜机

基底尺寸：最大Ø450mm/最大Ø700mm

可在曲面基底镀梯度多层膜

主要应用：极紫外光学元件/收集镜

极紫外多层膜的表征设备

1英寸高性能13.5nm多层膜镜片

得益于北京众星联恒科技有限公司在中国 X 射线、极紫外的专注与近 10 年的积累，我们对于极紫外光学技术及中国有较为深入的了解。而德国 optiXfab 公司于 2012 年开始商业化 Fraunhofer 研究所的 Mo/Si 多层膜专利技术，至今已经给客户生产了近 3 万片镜片，其中大多数都是半导体工业的客户，如 LLP 光源的收集镜及 Schwarzschild 物镜等。经过双方充分的讨论及密切合作，我们共同决定将在半导体工业应用成熟的镀膜技术推广到基于 HHG，激光驱动等离子小型极紫外光源的科研应用，针对中国市场联合推出 1 英寸的高性能 13.5nm 多层膜镜片，并在中国办公室备有库存，以实现镜片的快速交付。

具体参数

参数	EUV多层膜平面反射镜 AOI = 5 °	EUV多层膜平面反射镜 AOI = 45 °	EUV多层膜球面反射镜 AOI = 5 °
反射率	R＞65% @13.5nm	R＞67% @13.5nm	R＞65% @13.5nm
镀膜材料	Mo/Si	Mo/Si	Mo/Si
AOI	5°	45°	5°
Bandwidth (FWHM)	appr. 500 pm	appr. 950 pm	appr. 500 pm
基底	fused silica	fused silica	fused silica
尺寸	25.4 ±0.1 mm	25.4 ±0.1 mm	25.4 ±0.1 mm
厚度	6.35 ±0.1 mm	6.35 ±0.1 mm	6.35 ±0.1 mm
面形精度	λ/20 @ 632.8 nm	λ/20 @ 632.8 nm	λ/20 @ 632.8 nm
表面粗糙度	σ< 0.2 nm rms	σ< 0.2 nm rms	σ< 0.2 nm rms
曲率半径	-	-	500 mm