基于双离子束溅射沉积工艺优化的极紫外多层反射薄膜界面质量提升

陈艺勤; 冀鸣; 邵秋; 刘伟基; 李弋舟; 段辉高

doi:10.37188/OPE.20263407.1087

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基于双离子束溅射沉积工艺优化的极紫外多层反射薄膜界面质量提升

现代应用光学 | 更新时间：2026-04-10

- 基于双离子束溅射沉积工艺优化的极紫外多层反射薄膜界面质量提升
- Improving of interfacial quality of extreme ultraviolet multilayer reflective film based on process optimization of dual ion beam sputtering deposition
- 光学精密工程 2026年34卷第7期页码：1087-1096
- 作者机构：
  
  1.湖南大学机械与运载工程学院国家高效磨削工程技术研究中心，湖南长沙 410082
  2.佛山市博顿光电科技有限公司，广东佛山 528200
  3.长沙韶光芯材科技有限公司，湖南长沙 410119
- 作者简介：
  
  [ "陈艺勤（1988-），男，副教授，2017年于湖南大学获得博士学位，主要从事离子束超精密制造方面的研究。E-mail：chenyiqin@hnu.edu.cn" ]
  [ "段辉高（1982-），男，湖南衡阳人，教授，博士生导师，2004年、2010年于兰州大学分别获得学士和博士学位，主要从事微纳制造、微纳光学器件的精密和超精密加工等方面的研究。E-mail：duanhg@hnu.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2024YFB3408803);国家自然科学基金资助项目(52475449);湖南省自然科学基金资助项目(2024JJ5073);松山湖材料实验室开放课题基金资助项目(2023SLABFN01)
- DOI：10.37188/OPE.20263407.1087
  中图分类号： O434.2;O484
- CSTR：32169.14.OPE.20263407.1087
- 收稿：2026-01-20，
  
  修回：2026-03-03，
  
  纸质出版：2026-04-10
- 稿件说明：
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陈艺勤,冀鸣,邵秋等.基于双离子束溅射沉积工艺优化的极紫外多层反射薄膜界面质量提升[J].光学精密工程,2026,34(07):1087-1096.

CHEN Yiqin,JI Ming,SHAO Qiu,et al.Improving of interfacial quality of extreme ultraviolet multilayer reflective film based on process optimization of dual ion beam sputtering deposition[J].Optics and Precision Engineering,2026,34(07):1087-1096.
陈艺勤,冀鸣,邵秋等.基于双离子束溅射沉积工艺优化的极紫外多层反射薄膜界面质量提升[J].光学精密工程,2026,34(07):1087-1096. DOI： 10.37188/OPE.20263407.1087. CSTR： 32169.14.OPE.20263407.1087.

CHEN Yiqin,JI Ming,SHAO Qiu,et al.Improving of interfacial quality of extreme ultraviolet multilayer reflective film based on process optimization of dual ion beam sputtering deposition[J].Optics and Precision Engineering,2026,34(07):1087-1096. DOI： 10.37188/OPE.20263407.1087. CSTR： 32169.14.OPE.20263407.1087.

摘要

在Mo-Si多层膜沉积过程中，Mo与Si原子间的自发热力学混合极易生成硅化物过渡层。与此同时，微观起伏也会在多周期生长的累积效应中不断放大。这种层间相互扩散与界面粗糙度会急剧削弱光学界面的折射率对比度，从而显著降低多层膜的整体反射性能与光刻效率。针对这一问题，深入剖析了界面扩散与薄膜生长的微观物理机制，提出一种斜角沉积与掠角刻蚀相结合的复合优化工艺方法。通过对传统双离子束溅射系统进行深度的定向硬件改造，实现了对溅射粒子能量与入射轨迹的精准调控。实验结果表明，在无需引入额外界面扩散阻挡层（避免了阻挡层带来的光吸收损耗）的条件下，该方法成功将Mo-Si界面的扩散层厚度大幅压减至0.6 nm，层间粗糙度严格控制在0.2 nm以下，为EUV高反射Mo-Si多层膜系制造提供了潜在可行的工艺指导。

Abstract

In the fabrication of Mo-Si multilayers， achieving smooth and sharp interfaces is critical for realizing high reflectivity in extreme ultraviolet （EUV） light， as atomic intermixing between adjacent Mo and Si layers along with microscopic interfacial fluctuations can significantly degrade EUV reflectivity. To address this challenge， we propose a process portfolio that combines angular deposition with flood ion beam etching to enhance interface quality. By utilizing stage modifications in dual ion beam sputtering， the incident angle of the sputtered atom flux during deposition and the parameters of the auxiliary ion beam for polishing can be precisely controlled to suppress intermixing and interfacial fluctuations. Experimental results show that the thickness of the intermixing layer is reduced to 0.6 nm， and interfacial roughness is suppressed to 0.2 nm using this approach. This method fundamentally improves the interfacial quality of Mo-Si multilayers and offers a practical solution for the fabrication of high-reflectance EUV optics.

关键词

Keywords

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KAZAZIS D ， SANTACLARA J G ， VAN SCHOOT J ， et al . Extreme ultraviolet lithography ［J］. Nature Reviews Methods Primers ， 2024 ， 4 ： 84 . doi: 10.1038/s43586-024-00361-z http://dx.doi.org/10.1038/s43586-024-00361-z

SAEDI M ， SFILIGOJ C ， VERHOEVEN J ， et al . Effect of rubidium incorporation on the optical properties and intermixing in Mo/Si multilayer mirrors for EUV lithography applications ［J］. Applied Surface Science ， 2020 ， 507 ： 144951 . doi: 10.1016/j.apsusc.2019.144951 http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144951

KONDRATENKO V V ， PERSHIN Y P ， POLTSEVA O V ， et al . Thermal stability of soft X-ray Mo-Si and MoSi 2 -Si multilayer mirrors ［J］. Applied Optics ， 1993 ， 32 （ 10 ）： 1811 . doi: 10.1364/AO.32.001811 http://dx.doi.org/10.1364/AO.32.001811

BOSGRA J ， ZOETHOUT E ， VAN DER EERDEN A M J ， et al . Structural properties of subnanometer thick Y layers in extreme ultraviolet multilayer mirrors ［J］. Applied Optics ， 2012 ， 51 （ 36 ）： 8541 . doi: 10.1364/ao.51.008541 http://dx.doi.org/10.1364/ao.51.008541

SRINIVASAN N ， IP V ， LEVOSO M S ， et al . Ion beam processing for critical EUV photomask process steps： mask blank deposition and photomask absorber etch ［C］. International Conference on Extreme Ultraviolet Lithography 2018. September 17 - 20 ， 2018 . Monterey， USA. SPIE ， 2018 ： 14 .

LOUIS E ， YAKSHIN A E ， TSARFATI T ， et al . Nanometer interface and materials control for multilayer EUV-optical applications ［J］. Progress in Surface Science ， 2011 ， 86 （ 11/12 ）： 255 - 294 . doi: 10.1016/j.progsurf.2011.08.001 http://dx.doi.org/10.1016/j.progsurf.2011.08.001

CHKHALO N I ， GUSEV S A ， NECHAY A N ， et al . High-reflection Mo/be/Si multilayers for EUV lithography ［J］. Optics Letters ， 2017 ， 42 （ 24 ）： 5070 - 5073 . doi: 10.1364/ol.42.005070 http://dx.doi.org/10.1364/ol.42.005070

WANG C C ， LEE C T ， CHEN H P ， et al . High-reflective cylindrical-nanostructure multilayer mirrors for extreme ultraviolet radiation ［J］. Physica Scripta ， 2025 ， 100 （ 3 ）： 035521 . doi: 10.1088/1402-4896/adb082 http://dx.doi.org/10.1088/1402-4896/adb082

孙诗壮，金春水，喻波，等 . Mo/Si多层膜表面粗糙度相关镀膜工艺的研究［J］. 光学学报， 2020 ， 40 （ 10 ）： 190 - 196 . doi: 10.3788/aos202040.1031002 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.1031002

SUN SH ZH ， JIN CH SH ， YU B ， et al . Research on surface roughness related coating processes of Mo/Si multilayers ［J］. Acta Optica Sinica ， 2020 ， 40 （ 10 ）： 190 - 196 . （in Chinese） . doi: 10.3788/aos202040.1031002 http://dx.doi.org/10.3788/aos202040.1031002

秦俊岭，邵建达，易葵，等 . Mo/Si软X射线多层膜的界面粗糙度研究［J］. 强激光与粒子束， 2007 ， 19 （ 5 ）： 763 - 766 .

QIN J L ， SHAO J D ， YI K ， et al . Interface roughness of Mo/Si soft X-ray multilayers ［J］. High Power Laser and Particle Beams ， 2007 ， 19 （ 5 ）： 763 - 766 . （in Chinese）

BAKSHI V . EUV Lithography ， Second Edition ［M］. Washington ： SPIE ， 2018 ： 36 - 59 . doi: 10.1117/3.2305675 http://dx.doi.org/10.1117/3.2305675

ROOK K ， TURNER P ， SRINIVASAN N ， et al . Optimization of ion-beam-deposited Mo/Si multilayers for extreme ultraviolet masks ［J］. Nanopatterning， Materials， and Metrology ， 2021 ， 20 （ 2 ）： 021008 . doi: 10.1117/1.JMM.20.2.021008 http://dx.doi.org/10.1117/1.JMM.20.2.021008

ROOK K ， CHECCO A ， TURNER P ， et al . Comparison of deposition techniques for Mo/Si reflective multilayers for EUV mask blanks ［C］. International Conference on Extreme Ultraviolet Lithography 2021. September 27-October 8 ， 2021 . Online Only， USA. SPIE ， 2021： 34 . doi: 10.1117/12.2600972 http://dx.doi.org/10.1117/12.2600972

ROOK K ， YAMAMOTO K ， ROQUE M ， et al . Ion beam deposition for larger form-factor EUV mask blanks ［C］. Photomask Technology 2023. October 1 - 6 ， 2023 . Monterey， USA. SPIE ， 2023 ： 21 . doi: 10.1117/12.2687706 http://dx.doi.org/10.1117/12.2687706

JINDAL V ， KEARNEY P ， HARRIS-JONES J ， et al . Modeling the EUV multilayer deposition process on EUV blanks ［J］. Extreme Ultraviolet （EUV） Lithography II ， 2011 ， 7969 ： 79691A . doi: 10.1117/12.879467 http://dx.doi.org/10.1117/12.879467

LARGERON C ， QUESNEL E ， THIBAULT J . Interface growth mechanism in ion beam sputtering-deposited Mo/Si multilayers ［J］. Philosophical Magazine ， 2006 ， 86 （ 19 ）： 2865 - 2879 . doi: 10.1080/14786430600640502 http://dx.doi.org/10.1080/14786430600640502

WINDT D L . IMD： software for modeling the optical properties of multilayer films ［J］. Computers in Physics ， 1998 ， 12 （ 4 ）： 360 - 370 . doi: 10.1063/1.168689 http://dx.doi.org/10.1063/1.168689

ROSEN R S ， STEARNS D G ， VILIARDOS M A ， et al . Silicide layer growth rates in Mo/Si multilayers ［J］. Applied Optics ， 1993 ， 32 （ 34 ）： 6975 . doi: 10.1364/ao.32.006975 http://dx.doi.org/10.1364/ao.32.006975

SRINIVASAN N ， ROOK K ， TURNER P ， et al . Interfacial quality of high-reflectivity Mo-Si multilayers for EUV mask blanks ［C］. International Conference on Extreme Ultraviolet Lithography 2019. September 15 - 19 ， 2019 . Monterey， USA. SPIE ， 2019 ： 21 . doi: 10.1117/12.2536935 http://dx.doi.org/10.1117/12.2536935

SUN S Z ， YU B ， GUO T ， et al . Mo/Si multilayers sputtered onto inclined substrates： experiments and simulations ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 9 ）： 13516 - 13531 . doi: 10.1364/oe.390216 http://dx.doi.org/10.1364/oe.390216

GROVES T R . Theory of beam-induced substrate heating ［J］. Journal of Vacuum Science & Technology B： Microelectronics and Nanometer Structures Processing， Measurement， and Phenomena ， 1996 ， 14 （ 6 ）： 3839 - 3844 . doi: 10.1116/1.588678 http://dx.doi.org/10.1116/1.588678

ROOK K ， TURNER P ， SRINIVASAN N ， et al . Process optimization for performance improvement in Mo/Si multilayers for EUV mask blanks ［C］. Extreme Ultraviolet Lithography 2020. September 21 - 25 ， 2020 . Online Only， USA. SPIE ， 2020 ： 5 . doi: 10.1117/12.2573164 http://dx.doi.org/10.1117/12.2573164

HAASE A ， SOLTWISCH V ， BRAUN S ， et al . Interface morphology of Mo/Si multilayer systems with varying Mo layer thickness studied by EUV diffuse scattering ［J］. Optics Express ， 2017 ， 25 （ 13 ）： 15441 - 15455 . doi: 10.1364/OE.25.015441 http://dx.doi.org/10.1364/OE.25.015441

HIRUMA K ， MIYAGAKI S ， YAMANASHI H ， et al . Performance and quality analysis of Mo–Si multilayers formed by ion-beam and magnetron sputtering for extreme ultraviolet lithography ［J］. Thin Solid Films ， 2008 ， 516 （ 8 ）： 2050 - 2057 . doi: 10.1016/j.tsf.2007.07.182 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2007.07.182

PENKOV O V ， KOPYLETS I A ， KHADEM M ， et al . X-Ray Calc： a software for the simulation of X-ray reflectivity ［J］. SoftwareX ， 2020 ， 12 ： 100528 . doi: 10.1016/j.softx.2020.100528 http://dx.doi.org/10.1016/j.softx.2020.100528

ABHARANA N ， BISWAS A ， SARKAR P ， et al . Interface studies of Mo/Si multilayers with carbon diffusion barrier by grazing incidence extended X-ray absorption fine structure ［J］. Thin Solid Films ， 2019 ， 673 ： 126 - 135 . doi: 10.1016/j.tsf.2019.01.033 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2019.01.033

喻波，李春，金春水 . 基于掠入射X射线反射谱的Mo/Si多层膜扩散系数测量［J］. 中国激光， 2011 ， 38 （ 11 ）： 214 - 219 . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/27759 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/27759

YU B ， LI CH ， JIN CH SH . Diffusion coefficient measurement by grazing incidence X-ray reflection in a Mo/Si multilayer ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2011 ， 38 （ 11 ）： 214 - 219 . （in Chinese） . doi: http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/27759 http://dx.doi.org/http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/27759

SCHLATMANN R ， LU C ， VERHOEVEN J ， et al . Modification by Ar and Kr ion bombardment of Mo/Si X-ray multilayers ［J］. Applied Surface Science ， 1994 ， 78 （ 2 ）： 147 - 157 . doi: 10.1016/0169-4332(94)00108-1 http://dx.doi.org/10.1016/0169-4332(94)00108-1

KLOIDT A ， STOCK H J ， KLEINEBERG U ， et al . Smoothing of interfaces in ultrathin Mo/Si multilayers by ion bombardment ［J］. Thin Solid Films ， 1993 ， 228 （ 1/2 ）： 154 - 157 . doi: 10.1016/0040-6090(93)90586-e http://dx.doi.org/10.1016/0040-6090(93)90586-e

VOORMA H J ， LOUIS E ， BIJKERK F ， et al . Angular and energy dependence of ion bombardment of Mo/Si multilayers ［J］. Journal of Applied Physics ， 1997 ， 82 （ 4 ）： 1876 - 1881 . doi: 10.1063/1.365992 http://dx.doi.org/10.1063/1.365992

IJPES D ， YAKSHIN A E ， STURM J M ， et al . Interface smoothing in short-period W/B 4 C multilayers using neon ion beam polishing ［J］. Journal of Applied Physics ， 2023 ， 134 （ 24 ）： 245303 . doi: 10.1063/5.0175793 http://dx.doi.org/10.1063/5.0175793

NEDELCU I ， VAN DE KRUIJS R W E ， YAKSHIN A E ， et al . Interface roughness in Mo/Si multilayers ［J］. Thin Solid Films ， 2006 ， 515 （ 2 ）： 434 - 438 . doi: 10.1016/j.tsf.2005.12.168 http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2005.12.168

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