13.5nm Mo/Si 多層膜、高性能極紫外光學(xué)元件：實測反射率高達(dá)70%
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引言
極紫外( Extreme Ultraviolet) 是處于真空紫外與軟 X 射線之間，波長在幾納米至幾十納米的一個特殊波段。
不論是對基礎(chǔ)研究還是工業(yè)領(lǐng)域來說，EUV 光源都是很強(qiáng)大的工具。高次諧波光源(HHG)和 X 射線自由電子激光(XFEL)被用于許多超快和高強(qiáng)度的的光學(xué)實驗。在工業(yè)領(lǐng)域，激光驅(qū)動等離子體光源（LPPS）實現(xiàn)了將 EUV 光刻和EUV檢測作為大批量生產(chǎn)的工具。從 1976 年 EUV 多層膜的首次出現(xiàn)開始，到今天多層膜的研究和開發(fā)取得了較大的進(jìn)展。尤其是 Mo/Si 多層膜在 13nm 波長附近的峰值反射率超過了 60%，高達(dá) 70%?；?13.5nm 多層膜技術(shù)的高速發(fā)展，得益于科研人員經(jīng)過詳情的論證及大量的實驗，最終13.5nm/92eV 得以成為光刻應(yīng)用的波長。
本文將簡要介紹 Mo/Si 多層膜的原理和工藝，及北京眾星聯(lián)恒科技有限公司與德國 optiXfab 公司針對中國市場聯(lián)合推出的 1 英寸，13.5nm 多層膜鏡片的主要參數(shù)及性能。
紫外多層膜的原理和工藝
由于在極紫外波段存在著大量的原子共振線，因此對于所有的固體，液體及氣體都會對極紫外光都有較強(qiáng)的吸收。入射光會在很短的距離被吸收，典型的吸收長度為百納米量級（100nm@水），所以無法制作像針對可見光的折射透鏡。
目前可以實現(xiàn)對極紫外較高的反射的技術(shù)路線主要有兩種，一種就是利用入射角大于臨界角時產(chǎn)生的全反射現(xiàn)象，實現(xiàn)掠入射光學(xué)系統(tǒng)——我們通常鍍一層幾十納米的 C，Au 等的鍍層。然而掠入射光學(xué)系統(tǒng)的收集立體角很小或者需要很大的尺寸來獲得較大的有效收集立體角（對于所有材料，極紫外的折射率接近于及 1，所以全反射臨界角接近于 90 度，需要掠入射以獲得較高的反射率），極紫外多層膜很好的解決了這個問題，通過構(gòu)建多個反射界面和周期，并使反射界面等周期重復(fù)排列，相鄰界面上的反射線有相同的相位差，就會發(fā)生干涉，如果相位差剛好為 2pi 的整數(shù)倍，則會干涉相長，利用此（布拉格衍射）原理可在較為靈活的角度甚至是接近正入射的條件下得到強(qiáng)反射線。
從布拉格公式可以看出：多層膜就是通過對 d 值的控制，來實現(xiàn)波長選擇（以及加強(qiáng)反射）的人工晶體。
而在工藝實現(xiàn)方面，目前制備極紫外多層膜鏡的主要工藝有：磁控濺射、電子束蒸鍍、離子束濺射。目前optiXfab采用的磁控濺射的鍍膜工藝，對于 13.5nm，5 度入射角，我們選取周期交替的 ~2.76nm 的 Mo 和 ~4.14nm 的 Si 材料作為反射膜層。
NESSY I / NESSY II 鍍膜機(jī)
基底尺寸：最大?450mm/最大?700mm，可在曲面基底鍍梯度多層膜，主要應(yīng)用：極紫外光學(xué)元件/收集鏡
極紫外多層膜的表征設(shè)備
1英寸高性能13.5nm多層膜鏡片
得益于北京眾星聯(lián)恒科技有限公司在中國 X 射線、極紫外的專注與近 10 年的積累，我們對于極紫外光學(xué)技術(shù)及中國有較為深入的了解。而德國 optiXfab 公司于 2012 年開始商業(yè)化 Fraunhofer 研究所的 Mo/Si 多層膜專利技術(shù)，至今已經(jīng)給客戶生產(chǎn)了近 3 萬片鏡片，其中大多數(shù)都是半導(dǎo)體工業(yè)的客戶，如 LLP 光源的收集鏡及 Schwarzschild 物鏡等。經(jīng)過雙方充分的討論及密切合作，我們共同決定將在半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用成熟的鍍膜技術(shù)推廣到基于 HHG，激光驅(qū)動等離子小型極紫外光源的科研應(yīng)用，針對中國市場聯(lián)合推出 1 英寸的高性能 13.5nm 多層膜鏡片，并在中國辦公室備有庫存，以實現(xiàn)鏡片的快速交付。
具體參數(shù)
參數(shù) | EUV多層膜平面反射鏡 AOI = 5 ° | EUV多層膜平面反射鏡 AOI = 45 ° | EUV多層膜球面反射鏡 AOI = 5 ° |
反射率 | R＞65% @13.5nm | R＞67% @13.5nm | R＞65% @13.5nm |
鍍膜材料 | 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 |
曲率半徑 | - | - | 500 mm |
除了標(biāo)準(zhǔn)的鏡片以外，我們還可以根據(jù)您的實驗需求定制，不同基底面形和尺寸、反射中心波長、帶寬的鏡片。
定制鏡片加工示例：
13.5nm Schwarzschild物鏡
中心開孔球面鏡
B4C and Au 鍍層同步輻射鏡片
北京眾星聯(lián)恒科技有限公司作為德國optiXfab公司中國區(qū)唯一授權(quán)代理商，為中國客戶提供optiXfab公司所有產(chǎn)品的售前咨詢，銷售及售后服務(wù)。我司始終致力于為廣大科研用戶提供專業(yè)的EUV、X射線產(chǎn)品及解決方案。如果您有任何問題，歡迎聯(lián)系我們進(jìn)行交流和探討。