XUV多层膜反射镜与HHG极紫外光源的相辅相成（上）

图一 德国 Jena Tower，象征着耶拿150多年的光学工业历史

利用聚焦飞秒激光与气体靶作用产生高次谐波（HHG），可输出宽谱、阿秒级脉冲，是一种相对简易的紧凑型、高空间相干极紫外光源的产生方法。该技术输出的光源能够在纳米级的空间尺度和阿秒级的时间尺度上探测和研究各类材料和物质，逐渐成为原子、分子、先进量子等材料研究以及纳米成像的重要光源工具之一。

特别是微观尺度的超快动力学研究尤其需要具备短波长、短脉冲和高相干度的激光光源，而这正是 HHG 光源的突出优势。 此外，许多重要元素（如 Cr、Mn、Ni、Co、Fe、Al 和 Si） 在 10~30 nm（光子能量为 40~120 eV）光谱范围内都具有很强的特征吸收边，因此该光谱范围的光源也成为研究纳米材料、半导体材料和量子器件的重要工具。

然而，HHG光源天生的宽谱特性与强烈的基础激光背景，为其实际应用带来了挑战。对于泵浦激光器和XUV光的分离，我通常选择单质金属薄膜滤光片，布儒斯特角的硅片或者单层膜镜片或高损伤阈值的二向色镜等。同时高性能多层膜反射镜尤其高反射率和窄带宽的特点——使得它是实现光束单色化、谐波分离与精密聚焦的关键光学元件。

接下来我们将展示众星联恒合作伙伴德国optiXfab制作的高精度多层膜镜子在极紫外高次谐波光源中的广泛应用。

极紫外相干衍射成像（CDI）及其扫描版本——叠层衍射成像（Ptychography），是一种强大的“无透镜”成像技术。它通过记录样品的衍射图样并利用算法迭代重建出样品的图像，从根本上避免了传统光学透镜的像差与吸收问题，其理论分辨率仅受限于光源波长和数值孔径。

在这一技术道路上，多层膜反射镜的光路设计与性能至关重要。

高分辨率生物样品成像的探索： 澳大利亚斯威本科技大学的研究团队采用了经典的“平面多层膜镜+球面多层膜镜”的Z型光路^[1]。该设计有效降低了反射角像散，并成功从宽谱HHG光源中精准地挑选出30纳米波段的高次谐波，将其高效聚焦至样品。得益于所用的德国optiXfab公司的镜片具体高达35%的反射率和窄带宽特性（λ/Δλ > 250），系统获得了单色性好、光子通量高的照明光束，最终在透射性生物样品上实现了约45纳米的分辨率重建。这项工作充分展示了基于高效率多层膜光学元件的桌面型EUV显微镜在生命科学领域的巨大潜力。

图二. HHG—CDI经典平面+球面多层膜Z型光路

突破分辨率极限： 为了进一步实现波长量级的高分辨率成像，德国耶拿大学的研究团队构建了更为紧凑的光路。他们摒弃了常见的“平面镜+球面镜”组合，创新性地采用了一对optixfab公司制作的球面多层膜镜，将18纳米波长的单阶谐波高效聚焦^[2]。镜片卓越的面形精度保证了探针光斑的稳定与可控，高反射率保证了信号的强度，从而使系统能够收集到极宽角度范围内的高信噪比衍射信号。最终，该团队成功将成像分辨率推至13纳米，这一成果在当时超越了所有桌面X射线显微镜的性能，彰显了优化后的多层膜光路在追求极限分辨率中的决定性作用。

图三 .a)高动态范围衍射图样，

b)与c)分别为振幅和相位重建的物体图像

当极紫外成像技术从科学研究走向工业应用时，其对光路设计的稳定性、通量和与现有工业流程的兼容性提出了更严苛的要求。在极紫外光刻掩模的缺陷检测中，多层膜反射镜再次证明了其不可替代的价值。

（a）韩国汉阳大学的研究团队为我们提供了一个典范。他们采用了一个巧妙的组合：首先使用微孔光阑在保持高通量和空间相干性之间取得平衡，随后利用曲率半径330 mm的球面多层膜镜进行聚焦，再通过一块平面多层膜镜精确控制6度入射角，从而在掩模平面上构建出高稳定性、高空间一致性的照明探针[3]。该系统的实验结果表明，其具备优异的高频信号信噪比，最终在西门子星图案上实现了46纳米半周期分辨率，对应着晶圆层面11.5纳米关键尺寸的解析能力。这项研究为将高性能多层膜反射镜应用于下一代EUV光刻掩模的高精度、无像差计量奠定了坚实的技术基础。

（b）类似地，三星在其极紫外光刻掩模缺陷检测系统中，也选择了高亮度的HHG-EUV光源。为了适应快速扫描的需求，他们采用了多层膜镜片与波带片相结合的方案。这套系统虽然在照明光斑上牺牲了部分相干性，但成功地将光斑尺寸缩小至82纳米，便于用作快速扫描。最终的分辨率取决于照明光斑的尺寸和图像的恢复算法。而这套系统中的所有核心部件，包括针孔、滤片、多层膜反射镜、波带片和相机，我们众星联恒已形成完整的供应链，为产业的快速发展提供了有力支撑。

图四. a）汉阳大学研究团队装置图 

b）三星基于HHG-EUV 光源的极紫外光刻掩模缺陷检测系统（EMDRS）

除了前述的明场成像，对表面纳米缺陷极其敏感的暗场散射显微是另一项重要的EUV光刻掩模版缺陷高灵敏无损检测技术。中国科学院上海光学精密机械研究所的研究表明，基于HHG的极紫外暗场散射显微成像在检测亚10纳米尺度的掩模版缺陷方面，38nm波长展现出比传统13.5nm检测波长更优性能，为开发基于高次谐波的下一代掩模版缺陷检测装备提供了关键理论依据^[4]。

该研究的系统采用Schwarzschild物镜构型，其核心是高反射率的极紫外平面镜与同心球面镜组合。这种结构能够高效地收集特定数值孔径范围内的微弱散射信号。研究表明，38纳米波长的高次谐波光源对掩模版多层膜结构具备更深的穿透能力，对于高度在7-20 nm、宽度在20-80 nm范围内的浅层相位缺陷同样表现出卓越的检测能力。而实现这种高灵敏度暗场成像的不可或缺的一环，正是具备高反射率与优异面形精度的极紫外多层膜光学元件以及精密的光路对准技术。目前，市面上已有成熟产品，例如可提供面型误差达小至λ/50并集成10维高精度电控调节架的整套Schwarzschild镜组的optiXfab公司，为开发下一代掩模版缺陷检测设备提供了关键的硬件基础。

图五. 左）暗场显微系统的基本结构 右）FLASH自由电子激光EUV显微镜搭载的optiXfab施瓦茨镜组实物图

从实验室中解析生物结构的相干衍射成像，到工厂里扫描光刻掩模的缺陷检测系统，极紫外成像技术正以前所未有的速度推动着我们在纳米世界的认知与制造能力。纵观这些前沿应用，其成功的背后都有一个共同的基石：高性能的多层膜反射镜。

所以，众星联恒携手德国optiXfab 公司，针对中国市场联合推出 1 /2/半英寸的高性能 13.5nm 极紫外/EUV 多层膜镜片，并在中国办公室常备库存，以实现镜片的快速交付。让您不再苦苦等待镜片的交付，而无法及时开展实验。在之前的文章 “订货即发，三日内送达：高品质13.5nm极紫外/EUV多层膜镜” 中我们介绍了标准5°入射的1英寸多层膜镜片具有约500pm的带宽。对于更高分辨的应用我们可以提供更为窄带的设计，以满足高次谐波分离、EUV光源单色，天文光谱及等离子标准的应用，对于不同的入射角度及入射中心波长（1-100nm）我们都可以提供定制化方案。

图六 在柏林同步加速器 BESSY II 反射仪上测量的 13.5 纳米波长处的 EUV 窄带反射镜反射情况。在高反射阶次中，半峰全宽（FWHM）显著减小。由于吸收率增加，反射率也有所降低。因此，必须找到一种最佳的涂层设计，以在反射率和半峰全宽的要求之间找到平衡。

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