《Sensors and Actuators A: Physical》：Design and fabrication of reliable zirconium EUV filters by pulsed laser deposition and substrate etching
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``•采用脉冲激光沉积（PLD）技术生长的Zr薄膜与六边形SOI（绝缘体上的硅）基底相结合。•该滤光片在13.5纳米波长下对极紫外（EUV）光的透射率为61%，而在10.6微米波长下对红外光的透射率仅为0.85%。•悬空的Zr薄膜能够承受1巴的压力差。•与方形结构相比，六边形结构
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采用脉冲激光沉积（PLD）技术生长的Zr薄膜与六边形SOI（绝缘体上的硅）基底相结合。
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该滤光片在13.5纳米波长下对极紫外（EUV）光的透射率为61%，而在10.6微米波长下对红外光的透射率仅为0.85%。
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悬空的Zr薄膜能够承受1巴的压力差。
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与方形结构相比，六边形结构可减少13.1%的模拟峰值应力。
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经过10?次EUV-LPP（极紫外激光脉冲）照射后，该滤光片仍保持95%的EUV透射率。
引言
极紫外光刻（EUVL）已成为推动超大规模集成电路制造发展的关键技术，因为它利用13.5纳米（2%带宽）的极紫外光光源实现了芯片关键尺寸的进一步缩小，这与摩尔定律的持续缩放需求相吻合[1]。在各种光源中，激光产生等离子体（LPP）光源因其较高的稳定性和较少的碎片产生而成为EUV光刻的主流选择[2][3][4]。在LPP光源系统中，通常使用Nd:YAG或CO?激光器（1064纳米和10.6微米波长）激发Sn靶材以产生等离子体，这些等离子体随后会发射13.5纳米波长的极紫外光[5][6][7]。最近，LPP光源的输出功率已超过500瓦特，科研人员正在继续提高功率以提升下一代EUV光刻系统的生产效率[8]。虽然提高EUV功率可以减少由于光子曝光不足导致的随机图案缺陷[9]，但也会对光路中的组件带来更大的热负荷和机械负荷。作为直接暴露在极紫外光和残余带外辐射下的光学元件[3][10]，光谱纯度滤光片（SPF）容易受到辐射引起的加热和氧化；同时，其独立的薄膜层还可能经历压力差及相关机械应力[11][12]。因此，EUV SPF不仅需要在13.5纳米波长下提供足够的透射率，并有效抑制红外带外辐射，还必须在高功率照射和压力载荷下保持长期的光学和结构稳定性。
近年来，已经设计并制造了多种光谱纯度滤光片（SPF）。虽然报道的Nb/Zr双层结构、Mo涂层Si蜂窝结构和Zr/NGF滤光片[13][14][15]表现出良好的光学性能，但缺乏热机械可靠性评估，其在高功率下的稳定性尚未得到充分验证。Bibishkin等人[16]开发了Zr/Si多层滤光片，在13纳米波长下的峰值EUV透射率为76%，但仅在约1瓦/平方厘米的热流条件下评估了其长期热稳定性；它们在未来LPP系统中可能面临更高的局部热负荷情况下的性能仍有待验证。基于硅化物的多层滤光片，包括Zr/ZrSi?和Mo/ZrSi?结构以及MoSi?覆盖层[17][18]，表现出更强的抗高温氧化能力和更长的热稳定性；而网格型SPF[3]虽然具有优异的热稳定性，但同步辐射实验显示Zr基滤光片会发生氧化降解[19]。然而，这些滤光片在独立压力载荷下的承载能力尚未确定，因此其抵抗EUV光刻过程中膜变形或破裂的能力仍存在不确定性。
脉冲激光沉积（PLD）能够有效保持靶材的化学计量比，适用于多组分薄膜的沉积[20]，高能离子团有助于高质量的外延生长[21]，并且对沉积速率和生长动态的可控性确保了出色的重复性和适应性。凭借这些独特优势，PLD被广泛应用于开发高性能薄膜，例如光电探测器[22][23][24][25]。此外，激光能量通过多脉冲作用和纳米级结构化显著影响微观结构和表面形态，从而改变光学响应[26][27]。因此，本研究通过PLD和基底刻蚀技术设计并制备了具有六边形SOI结构的Zr EUV滤光片，并系统研究了激光能量和基底温度对薄膜微观结构、表面氧化和光学性能的影响。通过加速氧化、压力加载和重复EUV-LPP脉冲照射进一步评估了优化滤光片的可靠性。该滤光片在13.5纳米波长下的透射率为61%，在10.6微米波长下的透射率为0.85%，在1×10?次脉冲循环后仍保持结构完整性，并保留了大约95%的初始EUV透射率。此外，六边形SOI基底相对于方形基底，在相同压力载荷下可将模拟的最大应力降低约13.1%。这项工作表明，PLD生长的Zr薄膜与六边形SOI结构的结合为开发可靠的EUV光谱纯度滤光片提供了实用途径，为未来高功率EUV-LPP光源系统带来了良好的前景。
章节摘要
Zr EUV滤光片的设计
图1展示了Zr EUV滤光片的结构设计和仿真结果。图1(a)展示了EUV滤光片的示意图，其中Zr薄膜通过PLD沉积在具有周期性六边形凹陷孔阵列的绝缘体上的硅（SOI）基底上，使EUV光能够通过这些孔并被Zr薄膜过滤，从而获得5–20纳米范围内的光源。
沉积的Zr薄膜厚度约为40纳米，以确保其机械强度。
晶体结构和表面形态
图3(a)展示了在300摄氏度固定基底温度下不同激光能量下生长的Zr薄膜的XRD谱图。对于沉积能量为0.5焦耳/平方厘米的薄膜，检测到Zr (100)和Zr (002)的弱衍射信号。这种行为源于烧蚀产物的低动能，限制了表面迁移和原子重排。当激光能量增加到1焦耳/平方厘米时，表面迁移能力增强，使得吸附原子能够占据热力学上稳定的晶格位置。
结论
本研究结合脉冲激光沉积（PLD）和图案化SOI基底刻蚀技术，设计并制备了具有长期可靠性和稳定性的透射型Zr基EUV光谱纯度滤光片。所制备的滤光片在13.5纳米波长下的EUV透射率为61%，同时将红外光透射率限制在10.6微米波长下的0.85%。
经过加速氧化处理后，在1焦耳/平方厘米激光能量和300摄氏度基底温度下制备的Zr薄膜仍保持
CRediT作者贡献声明
Minghui Hong：负责撰写、审阅与编辑、项目监督、资金争取和概念构思。Yuanzhe Li：负责监督、方法学设计、数据分析及正式分析。Haibin Xie：负责初稿撰写、验证、方法论研究及数据分析。
资金支持
本研究得到了南安市硬脆材料高能束加工研发中心（编号K84B5002）和天福兴龙湖激光微纳制造实验室的高端人才引进项目（编号2025HJRC0007）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
Haibin Xie目前是中国厦门大学Pen-Tung Sah微纳科学技术研究所的硕士研究生，专注于脉冲激光沉积、微纳制造以及极紫外应用中的薄膜光谱纯度滤光片开发。
Haibin Xie|Yuanzhe Li|Minghui Hong
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