退火前后，阻挡层对Mo/Be多层结构在EUV波段微观结构的影响

《Vacuum》：Impact of barrier layer on microstructure of Mo/Be multilayers for the EUV range before and after annealing

Mo/Be多层系统在引入B4C或Si阻挡层后，不同退火温度（200°C、300°C、400°C）下的化学和结构特性研究。通过XPS、XRD和XRR分析发现，B4C阻挡层有效抑制MoBe2相形成，晶粒尺寸随退火温度变化差异显著，B4C系统晶粒尺寸更稳定，反射率达70.3%。

　　这篇文章探讨了Mo/Be多层系统在不同退火温度下化学和结构特性变化的研究，特别关注了无或有屏障层情况下界面特性的变化以及薄层B₄C或Si屏障层对界面形成的影响。研究使用了X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和X射线反射（XRR）等多种分析技术，以全面评估这些多层结构的性能。通过对比不同退火温度下样品的特性，研究人员发现，两种屏障层（B₄C和Si）在一定程度上阻止了MoBe₂的形成，但效果存在差异。其中，B₄C屏障层在保持结构完整性方面表现更为优异，特别是在高温下。此外，研究还揭示了B₄C屏障层能够显著提升反射率，达到70.3%，这为开发高性能、耐高温的极端紫外光刻（EUV）涂层提供了新的思路。

在现代微电子技术的快速发展背景下，芯片制造工艺对特征尺寸的缩小提出了更高的要求。EUV光刻技术因其能够在小于20 nm的半周期内实现直接图案化，成为实现更高集成度的关键手段。然而，EUV光源的亮度限制以及多层镜面的反射性能仍然是制约该技术发展的主要挑战。因此，研究者们致力于开发具有更高反射率和更好热稳定性的多层镜面结构，以满足光刻工艺对材料性能的需求。

Mo/Be多层系统因其在13.5 nm波长下的高反射效率而受到关注。然而，由于其在11.1–12.4 nm波段的反射特性尚未被充分开发，研究人员提出了基于Be的多层镜面（Mo/Be）作为替代方案。理论上，Mo/Be多层系统在11.2 nm波长下具有较高的透过率，远高于传统的Mo/Si多层系统。然而，实验上实现的反射率却未达到理论预期，这促使研究人员进一步探索如何优化界面结构和减少层间混合对性能的影响。

为了改善界面特性，研究引入了B₄C和Si作为屏障层，以抑制Mo和Be之间的相互扩散。通过XPS分析，研究发现，这两种屏障层都能在一定程度上限制层间混合，但Si屏障层对MoBe₂的抑制效果更为显著。而B₄C屏障层不仅能够减少混合现象，还能够在界面处形成新的化合物，如BeB_x，从而对反射性能产生积极影响。此外，研究还指出，B₄C屏障层能够有效减少界面处的化学反应，从而提高反射率并增强结构稳定性。

XRD分析进一步揭示了不同退火温度对多层结构结晶度的影响。研究发现，当没有屏障层时，随着退火温度的升高，Mo层的晶粒尺寸迅速减小，而B₄C屏障层能够显著减缓这一过程。这表明，B₄C屏障层在抑制材料扩散方面发挥了关键作用，有助于维持晶粒尺寸的稳定性。同时，XRR测量结果显示，引入B₄C屏障层后，反射率在高温下仍能保持较高水平，特别是达到70.3%的记录反射率，这为该材料在EUV光刻中的应用提供了重要依据。

此外，研究还探讨了不同退火温度对样品反射率的影响。对于无屏障层的Mo/Be系统，退火温度的升高会导致反射率显著下降，而引入Si屏障层的系统在退火至300°C时仍能保持较高的反射率，说明Si屏障层对热稳定性的提升具有积极作用。然而，Si屏障层在一定程度上会干扰Mo/Be界面的反射性能，从而导致反射率下降。相比之下，B₄C屏障层不仅在高温下保持了较高的反射率，还有效防止了MoBe₂的形成，进一步提升了结构的性能。

在实际应用中，这些多层结构具有重要的价值。尤其是在空间望远镜和太阳天文观测领域，11.1–12.4 nm波段是研究太阳日冕发射线的关键区域。目前，其他多层涂层尚未能有效覆盖这一波段，而Mo/Be系统则展现出更大的潜力。此外，随着EUV光刻技术的不断发展，11.3 nm波长的光刻设备逐渐成为研究热点。由于Mo/Be多层结构在该波长下的理论反射率上限可达76%，因此进一步提升其实验反射率是实现高效光刻技术的关键。

综上所述，本文的研究不仅揭示了Mo/Be多层结构在不同退火温度下的行为特性，还评估了B₄C和Si屏障层对结构性能的影响。通过XPS、XRD和XRR的综合分析，研究确认了B₄C屏障层在保持结构稳定性和提高反射率方面的优越性。这些发现为未来开发更高性能、更耐高温的多层镜面材料提供了理论支持和技术方向，同时也为微电子制造和空间天文观测领域的应用提供了新的可能性。