將光學元件推向極限

全新台式光源讓 10-100nm 應用更容易使用

EUV 應用包括度量、奈米尺度成像及電子光譜儀

由於高吸收率可以消除折射可能性，EUV 系統通常使用反射式光學元件

表面粗糙度相當關鍵，因為短波長會大幅增加散射

極紫外線 (EUV) 輻射涵蓋的波長頻帶約在 10nm 至 100nm 之間，也就是在 X 光和深紫外線 (DUV) 光譜範圍之間。藉由包括微影、奈米尺度成像及光譜儀等眾多 EUV 領域的沖壓應用的加入，近期投入許多心力專注於開發體積精巧的 EUV 來源，進而推出多款商用 EUV 光源。

幾乎所有材料都會大幅吸收 EUV 輻射，因此光學元件一定採用反射式而非透射式。由於波長短，EUV 光學元件的表面品質要求比可見光元件更為嚴苛。雖然 EUV 光學元件要求嚴苛而不易生產，但基於 EUV 輻射用於高分辨率成像、光譜儀及材料處理等應用的效益，仍然值得努力投入生產。

EUV 輻射源

第一種可行的 EUV 輻射源，是只有在大型研究實驗室及微影公司能夠使用的巨型裝置，不過 EUV 技術近來的進展成果，已經打造出更精巧且更容易使用的台式 EUV 系統。高諧波產生 (HHG) 系統及毛細管放電雷射，是兩種前景較為看好的新型 EUV 台式來源，可產生低發散性的同調輻射光束。

EUV 光學元件應用

體積精巧的新型 EUV 來源，正擴展各式各樣的新興 EUV 應用，包括高分辨率成像、電子光譜儀、分子及固態動力學研究，以及奈米加工。

EUV 成像

EUV 輻射適用於同調繞射成像 (CDI)；這種成像技術能夠達到最低 0.5nm 的分辨率。CDI 可用於分析極小結構，例如奈米管及奈米結晶。反射鏡在 CDI 中用於引導 EUV 光束至物體。於表面上或甚至下方的特徵會使輻射繞射，並由附近的 CCD 偵測器擷取。之後記錄的繞射圖將由軟體處理，產生原始物體的 2D 或 3D 影像。由於使用反射鏡及繞射取代透射鏡頭，最終影像幾乎可限制繞射，而且幾乎沒有任何像差。繞射極限分辨率與波長成正比，因此 EUV 輻射的短波長可進一步提升分辨率。CDI 是非接觸式的成像技術，速度比原子力顯微鏡等類似技術更快，大約一分鐘即可擷取影像。EUV CDI 提供的高分辨率正在突破目前成像技術的極限。

$Typical EUV coherent diffractive imaging setup$

圖 1：一般 EUV 同調繞射成像設定

EUV 光學及光電子光譜儀

EUV 光譜儀能夠探測其他光譜儀技術無法觸及的能階，對許多研究應用而言相當寶貴。EUV 輻射用於光電發射光譜儀，可量測光電效應發射的電子能量，判定固體、液體或氣體之中的電子能量。EUV 光譜儀也用於核融合研究，因為融合實驗中大部分電漿雜質發射的輻射介於 1-50nm 之間。EUV 輻射波長短，也使 EUV 光譜儀系統能判定結構化物體之中特定元素的確切位置。透過 EUV 光譜儀實現的研究，有可能對材料科學及利用核融合的能源來源產生極大影響。

EUV radiation falls between X-ray and ultraviolet spectral regions

圖 2：EUV 輻射介於 X 光和極紫外線光譜範圍之間

EUV 奈米加工

能夠加工持續縮小的微結構及奈米結構，對奈米技術的發展至為關鍵。EUV 奈米加工仍處於非常初期的發展階段，不過這項技術前景看好，能夠產生及修改奈米級結構。聚焦光斑尺寸與波長成正比，因此相較於使用較長波長的系統，EUV 奈米加工系統擁有更高的空間分辨率。大部分材料對 EUV 輻射的吸收深度短，也導致能量局部化，有助於蝕刻極細微的特徵。奈米技術具有對社會造成重大影響的潛力，協助強化醫療裝置及程序、製造方法、能源系統、電子元件及其他各種項目。

Nano-machining is a critical part of a number of emerging applications

圖 3：奈米加工是多項新興應用的關鍵所在，包括奈米電子、奈米醫學及生物材料。

適用於 EUV 應用的光學元件

EUV 系統需要在真空環境之中，因為 100nm 以下的波長無法透過空氣傳輸。同樣地，EUV 輻射幾乎在所有材料都具有極高的吸收率，因此 EUV 應用的光學元件幾乎都是反射式。短波長的散射較高，因此表面粗糙度、表面平整度及其他表面容差對 EUV 光學元件相當重要。一般使用於 EUV 應用的反射鏡類型為多層布拉格反射鏡，其中週期性堆疊兩種不同材料，可讓特定波長頻帶進行結構性的干涉及反射。部分入射光束會在堆疊中的各個介面反射。EUV 多層反射鏡的頻寬非常窄，達到 1nm 等級，因此這類 EUV 光學裝置必須特別符合來源波長。