石墨烯凭借其卓越的光学透明度、机械性能及在强极紫外辐射下的热稳定性，成为新一代极紫外（EUV）掩模薄膜的理想材料。然而，在大规模精确控制其厚度及防止氢自由基诱导降解方面仍存在挑战。本文，韩国首尔大学Yun Sung Woo、Byoung-Hee Hong等研究人员在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》期刊发表名为“Multilayered Composite Membranes Based on Layer-by-Layer Stacked Graphene Films for Ultraviolet Pellicle Applications”的论文，研究开发出具有保护性封顶层的多层石墨烯复合材料，实现了纳米级厚度控制。
10层、厚度5纳米的石墨烯薄膜实现了约92%的透光率和220GPa的有效杨氏模量。将其集成至悬浮式钼(Mo)/石墨烯/氮化硅(SiN)复合结构后，与单层SiN膜相比，杨氏模量提升29%，断裂载荷提高840%。分子动力学模拟证实，机械强度增强主要源于石墨烯的固有特性。此外，成功制备出含五层石墨烯与100纳米SiN层的全尺寸掩模薄膜，在7纳米SiN基底上保持超过90%的极紫外光透过率。这些成果表明多层石墨烯薄膜可突破现有极紫外掩模技术瓶颈，有望在近期推动极紫外光刻技术的广泛商业化应用。
图1、Schematic of the fabrication processes for a) the layer-by-layer stacked graphene film suspended across a holey Si frame, and b) the multilayered composite membrane comprising of a graphene core layer with SiN and Mo capping layers.
高功率极紫外光刻技术在纳米级特征图案化中的应用，凸显了对具备增强机械与热稳定性的先进极紫外掩模膜的需求，例如基于石墨烯的掩模膜。本研究开发了一种多层复合薄膜，其核心层采用逐层堆叠的石墨烯结构，专为极紫外掩模膜应用进行优化。为支撑石墨烯层并保护其免受氢自由基侵蚀，分别在其顶部和底部表面涂覆了钼和氮化硅薄膜。所得多层复合薄膜展现出优异的机械性能，随着石墨烯层数的增加，其杨氏模量和断裂载荷显著提升。基于对石墨烯及多层结构的EUV透射率测量，计算预测当SiN层厚度小于7纳米时，Mo（7纳米）/GP（5层）/SiN复合薄膜可维持超过90%的高EUV透射率。最终，我们成功构建了基于该石墨烯核心多层复合薄膜的全尺寸（110毫米×140毫米）光罩结构及其制备工艺，验证其作为新一代EUV光罩的潜力。
尽管先前研究探索过多种替代性薄膜材料，但本研究提出的多层石墨烯基结构在EUV透射率、机械稳定性和可扩展性方面实现了理想平衡。虽然本次研究未能进行全尺寸性能测绘，但结果有力证明该方案在未来EUV薄膜应用中的可行性。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202518685
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