EUV光学系统：为什么采用多层反射镜？

EUV光刻使用约13.5纳米的极紫外光，但不能把普通透镜缩小后直接装进光路：这个波段的光很容易被材料和空气吸收。曝光系统因此改用真空中的反射光学。本篇只回答一个问题：多层反射镜怎样留住足够的光，又为什么如此难制造和维护？

透镜需要光穿过实体材料，并利用折射改变传播方向。对EUV曝光所用的约13.5纳米波段，常规透镜材料的吸收太强，厚透镜会把大量光能留在材料中，难以承担曝光成像。空气也会吸收，因此光路必须控制气体环境。

照明系统负责把光整理后送向掩模，投影系统把掩模图形成像到晶圆；它们用不同镜面完成任务。EUV掩模本身也以反射方式工作，不能照搬可见光投影仪里透光胶片与透镜的布局。这里讨论曝光主光路，不把所有EUV实验光学一概而论。

单个材料界面在所需近法向入射条件下，难以提供足够的EUV反射。常见方案是在高精度基底上交替沉积钼Mo和硅Si，形成多层薄膜；两种材料具有不同的光学性质，层厚也经过设计。

每个界面都产生一部分反射波。合适的波长、入射角和层厚让这些波在出射方向相互增强，称为相长干涉；多层膜整体因此表现出较高反射率。这不是各层凭空放大能量，更不是靠把表面照得更亮。

常见Mo/Si镜的高反射依赖选定光谱和角度范围，并不对所有波长都高效。继续加层还会遇到吸收、界面粗糙和层间混合等限制，不能理解成越厚越好。实际还可能有保护层，示意图只保留交替膜与基底。

图1｜Mo/Si多层镜概念截面。仅画少量重复层表示交替堆叠，不代表实际层数、厚度或保护层设计；图中光线只表示入射与反射方向，未逐界面绘制波的传播。

反射率是反射光功率与入射光功率之比。一次反射没有留下的能量，可能被吸收或散射到非设计方向；未被有效利用的光不会因为后面还有镜子而自动回来。

只考虑反射损失，若每次反射的光功率反射率都近似为R，经历N次反射后，保留比例可写为T≈Rᴺ。R和T都无量纲，N是反射次数，不是同一面镜内部的薄膜层数。

例如假设每次都保留70%，六次后约剩11.8%，而不是还剩70%。这是便于理解的同反射率计算例，未计入掩模、孔径等其它损失，也不代表某台光刻机的镜面数量或整机光效率。

图2｜假设每次反射率相同且为70%的计算示例。百分数均相对于最初入射光功率，已取近似值；六次仅为教学设定，不是设备光路或整机效率。

多层膜留住光，镜面形状与位置负责把图形成得正确。表面形貌、粗糙度、膜厚均匀性和装调误差，都可能改变反射波的相位或散射分布。反射率高，不等于成像质量必然达标。

真空可减少气体吸收，却不是绝对没有分子。材料释出的微量含碳物质、水等，在EUV照射下可能引起碳沉积或氧化，使光学表面退化。因此清洁材料、控制释气、监测反射率和表面状态都很重要。

吸收的光能还会变成热，导致细小形变和成像误差，需要热管理及精密控制配合。多层反射镜是一套材料、薄膜、超精密加工与量测的联合工程，不是给普通镜子多镀几层就能替代。

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