EUV-оптика

EUV-оптика — система зеркал и масок для литографии в экстремальном ультрафиолете (длина волны 13.5 нм). Работает исключительно в вакууме, поскольку воздух поглощает EUV-излучение. Зеркала с многослойным Mo/Si покрытием отражают до 70% света — стекло на этих длинах волн полностью непрозрачно.

Почему зеркала, а не линзы

В обычной (DUV) литографии свет проходит через прозрачные линзы из кварца. Но при длине волны 13.5 нм ни одно вещество не пропускает свет — все материалы поглощают EUV-излучение. Решение: использовать отражающую оптику — зеркала вместо линз. Это фундаментально изменило конструкцию литографического сканера.

EUV-сканер ASML NXE:3600D содержит 11 зеркал в оптическом тракте. Каждое отражение теряет около 30% света (отражение — 70%). После 11 зеркал до пластины доходит всего 2% исходного излучения: 0.7^11 ≈ 0.02. Именно поэтому EUV-источник должен быть чрезвычайно мощным — 250-500 Вт.

Многослойные Mo/Si зеркала

Каждое EUV-зеркало покрыто 40-60 чередующимися слоями молибдена (Mo) и кремния (Si) толщиной 6.9 нм каждый — в сумме период составляет 13.5 нм / 2 ≈ 6.75 нм. Принцип работы — интерференция Брэгга: отражённые от каждого слоя волны складываются синфазно, усиливая друг друга. Это аналогично тому, как несколько слоёв тонкой плёнки создают яркие переливы на мыльном пузыре.

Точность нанесения слоёв — менее 0.01 нм (1/10 атома). Отклонение даже на 0.1 нм снижает отражение с 70% до 50%. Единственный производитель оптики такого класса — Zeiss SMT (Германия), дочерняя компания Carl Zeiss. Каждое зеркало полируется до шероховатости менее 0.05 нм — если масштабировать зеркало до размера Германии, максимальная «горка» составила бы 0.1 мм.

Отражающие маски (ретиклы)

В DUV-литографии маска — прозрачная пластина с нарисованным паттерном, через которую свет проходит насквозь. В EUV-литографии маска отражающая: основа из кварца с Mo/Si покрытием, а паттерн — поглощающий слой из тантала (TaBN). Свет отражается от открытых участков и поглощается нарисованными структурами.

Маска стоит $300 000-500 000 за штуку. Дефект размером 10 нм (50 атомов) на маске делает её бракованной. Для проверки используют электронные микроскопы, сканирующие всю поверхность маски за 8-12 часов. Защитный пелликул (плёнка над паттерном) для EUV-масок разработали только к 2023 году — до этого каждая пылинка на маске создавала дефект на чипе.

Загрязнение и деградация

EUV-фотоны с энергией 92 эВ разрушают молекулы остаточных газов в вакууме, образуя углеродные отложения на зеркалах (carbon contamination). Даже 1 нм углерода снижает отражение на 1-2%. Для защиты поверхность зеркал покрывают 2-3 нм рутения (Ru) — каталитическим слоем, который в присутствии водорода H₂ окисляет углерод обратно в CO₂.

Водород (H₂) непрерывно подаётся в камеру сканера при давлении 1-5 Па — это «чистящий агент», предотвращающий загрязнение зеркал. Срок службы набора зеркал — более 30 000 часов (3.5 года непрерывной работы). Замена комплекта оптики стоит около $50 миллионов.