近日，同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院王占山教授和李文斌教授團(tuán)隊(duì)在《納米快報(bào)》（Nano Letters）在線(xiàn)發(fā)表了題為“Enhanced Damage Resistance of Mo/Si Multilayer Mirror with Carbon Barrier Layers Under Intense Nanosecond EUV Irradiation”的論文。該論文首次確定了碳阻隔層的引入能夠有效增強(qiáng)極紫外光刻Mo/Si多層膜的抗極紫外輻照損傷性能。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)傳統(tǒng)的Mo/Si多層膜以及引入碳阻隔層的Mo/C/Si/C多層膜開(kāi)展了納秒極紫外輻照損傷探究，詳細(xì)闡述了Mo/Si多層膜原子擴(kuò)散反應(yīng)的損傷機(jī)制，并首次揭示了Mo/C/Si/C多層膜受EUV輻照誘導(dǎo)發(fā)生的非均勻石墨化損傷過(guò)程。

工作波長(zhǎng)13.5 nm的極紫外光刻技術(shù)是推動(dòng)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心所在。Mo/Si多層膜反射鏡具有高的極紫外正入射反射率，已成為極紫外光刻反射式光學(xué)系統(tǒng)的核心元件。近年來(lái)，為滿(mǎn)足芯片制程需求，高功率的極紫外光源持續(xù)發(fā)展，不論極紫外激光等離子體光源亦或自由電子激光的脈沖功率都在成倍提升。EUV多層膜反射鏡長(zhǎng)期暴露于強(qiáng)極紫外輻照之下，可能會(huì)引起其“災(zāi)難性”的不可逆輻照損傷，最終影響極紫外光刻機(jī)的產(chǎn)能和效率、甚至使用壽命。因此，改善Mo/Si多層膜反射鏡的抗輻照損傷性能，剖析超強(qiáng)極紫外光脈沖與反射鏡的作用機(jī)理，對(duì)極紫外光刻的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

針對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了工作波長(zhǎng)13.5 nm的Mo/Si和Mo/C/Si/C多層膜反射鏡，利用實(shí)驗(yàn)室自建的納秒極紫外輻照損傷系統(tǒng)對(duì)反射鏡開(kāi)展了工作波長(zhǎng)EUV輻照損傷實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)兩塊反射鏡具有截然不同的損傷特征，其中Mo/Si呈現(xiàn)光滑的隕石坑狀，而Mo/C/Si/C為鼓包狀凸起（圖1），引入碳插層Mo/Si多層膜的損傷閾值提升了約46％。

圖1、Mo/Si及Mo/C/Si/C多層膜EUV損傷閾值和損傷形貌AFM測(cè)試圖

通過(guò)全方位表征測(cè)試，研究表明Mo/Si多層膜的EUV損傷歸因于Mo和Si原子之間的擴(kuò)散反應(yīng)，生成鉬硅化物（h-MoSi?、t-Mo?Si?）導(dǎo)致多層膜結(jié)構(gòu)塌縮，從而產(chǎn)生光滑的坑狀損傷形貌。然而，Mo/C/Si/C多層膜的損傷行為與碳層的非均勻石墨化有關(guān)，導(dǎo)致輻照區(qū)C/Si/C層出現(xiàn)隨機(jī)分布的膨脹，產(chǎn)生了凸起狀形貌?；诜肿觿?dòng)力學(xué)模擬，研究闡明了非均勻膨脹為無(wú)定型態(tài)碳膜在EUV輻照誘導(dǎo)下發(fā)生了石墨化，隨機(jī)堆疊的石墨結(jié)構(gòu)形成了非均勻膨脹（圖2）。

圖2、Mo/Si多層膜和Mo/C/Si/C多層膜透射電子顯微圖，膜層厚度統(tǒng)計(jì)分布與能量損失譜測(cè)試圖與無(wú)定型碳薄膜石墨化分子動(dòng)力學(xué)模擬

該項(xiàng)研究對(duì)于理解超強(qiáng)納秒EUV光脈沖與多層膜反射鏡之間的作用機(jī)理，提升極紫外光刻核心光學(xué)元件的抗輻照性能具有重要參考價(jià)值。

同濟(jì)大學(xué)李文斌教授和王占山教授是論文共同通訊作者，博士研究生惲超為論文第一作者，對(duì)論文具有重要貢獻(xiàn)的合作者還包括博士生李淑慧和劉翔月、碩士生胡音晫?zhuān)斫淌趶堈芎忘S秋實(shí)教授等。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。