專利名稱：大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于深紫外波段偏振光學(xué)薄膜元件光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于大測試角度(5°-85°)下ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置。
背景技術(shù)：
近年來，193nm ArF準(zhǔn)分子激光器作為深紫外光刻機(jī)的光源取得了廣泛應(yīng)用。隨著光刻技術(shù)的發(fā)展，193nm光刻機(jī)所采用的激光器的功率日益提高，由此對(duì)ArF準(zhǔn)分子激光器的波長精度、輸出效率提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的ArF偏振激光輸出，激光器腔內(nèi)需要使用偏振光學(xué)兀件。激光器腔內(nèi)的偏振光學(xué)兀件對(duì)于激光輸出的功率和偏振度都有重要影響。偏振光學(xué)薄膜元件光譜性能的準(zhǔn)確表征，對(duì)于其光學(xué)薄膜元件的膜系設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化、加工制備、以及整個(gè)ArF準(zhǔn)分子激光器的研究都具有重要意義。目前國際上已經(jīng)建立的光學(xué)薄膜元件偏振特性的測量裝置主要是帶有偏振光學(xué)測量附件的分光光譜儀，現(xiàn)有帶偏振光學(xué)測量附件的雙光路結(jié)構(gòu)分光光譜儀，如美國PE公司的系列分光光譜儀產(chǎn)品，但是針對(duì)ArF激光光學(xué)薄膜元件偏振特性測量，上述測量裝置有明顯的不足之處，分光光譜儀測量裝置其偏振特性的測量精度比較有限，且由于工作波長范圍很寬，其偏振特性測量波長范圍往往不能覆蓋到ArF激光的193nm波長。此類偏振特性測量裝置在測量反射光譜時(shí)，需要采用專門設(shè)計(jì)的反射測量附件，受其設(shè)計(jì)限制測試入射角可調(diào)節(jié)范圍十分有限(〈70°)，不能夠滿足評(píng)價(jià)更大入射角時(shí)的光學(xué)元件的光譜特性，且當(dāng)進(jìn)行大入射角度(>15 °)光譜測試時(shí)，由于光斑擴(kuò)束現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致測試誤差明顯增大，得到的反射率或透過率光譜測試結(jié)果會(huì)偏低，無法完成對(duì)樣品的偏振光譜特性的準(zhǔn)確評(píng)定。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜特性精確表征實(shí)際需要，并考慮到國際上已經(jīng)建立的針對(duì)ArF激光波長的光學(xué)薄膜元件的偏振測量裝置的不足，本發(fā)明公開了一種用于超大測試角度下(5°_85°) ArF激光光學(xué)薄膜元件綜合偏振測量裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，從左到右依次設(shè)置ArF激光光源、ArF激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、可變光闌、起偏器、分束器，分束器將光分為兩路光，反射光方向?yàn)閰⒈裙饴?，參比光路方向從下至上設(shè)置參比光檢偏器和參比光探測器，透射光方向?yàn)闇y試光路，測試光路方向從左至右依次設(shè)置旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)、測試光檢偏器和測試光探測器，在測試光檢偏器和測試光探測器之間設(shè)置聚焦透鏡組，聚焦透鏡組由凸凹透鏡組組合而成，所述激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡和可變光闌設(shè)置在第一真空腔體中，起偏器設(shè)置在第二真空腔體中，分束器、參比光檢偏器、參比光探測器、旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)、測試光檢偏器和測試光探測器設(shè)置在第三真空腔體中。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的裝置通過嵌入式聚焦透鏡組抑制由于光斑擴(kuò)束導(dǎo)致的丟光現(xiàn)象，對(duì)所有偏振光譜(偏振反射率、偏振透射率)、偏振退偏度測量功能都可以實(shí)現(xiàn)超大角度范圍內(nèi)5° 85°的變角度測試，從而滿足更多的實(shí)際應(yīng)用需求；該裝置適用于多種非常規(guī)類型的光學(xué)薄膜元件的偏振光譜測量，包括平面樣品、鍥角樣品、棱鏡樣品等。


圖1 :大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 :大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置中聚焦透鏡組的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，為大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，該結(jié)構(gòu)設(shè)置在真空腔體管路中，真空腔體管路由四個(gè)大小不同的矩形真空腔體和連接這些矩形真空腔體之間的圓形管路組成，矩形真空腔體均為徑向垂直水平面固定放置在一個(gè)金屬柜上方。第一真空腔體I沿水平入射光路方向前后相對(duì)開有兩個(gè)通光口 ；第二真空腔體2除了沿水平入射光路方向前后相對(duì)設(shè)有兩個(gè)通光口，在垂直入射光路方向也設(shè)有開口，用于偏振光譜測試時(shí)起偏器6在測試光路中的嵌入；第三真空腔體3在沿水平入射光路方向設(shè)有前通光口，第三真空腔體3的腔體尾部安裝N2氣排氣管路，第三真空腔體3軸向上部的密封板上設(shè)有開口，利用帶有密封膠圈的蓋子進(jìn)行密封，用于取放樣品。第一真空腔體I的前通光口用熔石英或CaF2窗口密封，ArF激光器發(fā)出的光從該腔體的前通光口入射；在第一真空腔體I側(cè)壁安裝通入N2氣的連接管路，在后通光口通過一段矩形真空管路與第二真空腔體2的前通光口相連；第二真空腔體2水平入射光路方向的通光口通過一段矩形真空管路與第三真空腔體3的前通光口相連。第一真空腔體I底板上設(shè)置ArF激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡4和可變光闌5，第二真空腔體2底板上設(shè)置起偏器6，在起偏器后面是一個(gè)分束器7，將入射光分成參比光和測試光兩束，消除測試過程中由于光源能量波動(dòng)帶來的誤差。第三真空腔體3底板上安裝193nm參比光偏振探測裝置，其中包括參比光檢偏器8和參比光探測器9。第三真空腔體3軸向上部的密封板上有一個(gè)大小適度的開口，用于測試樣品的取放，利用一個(gè)帶有密封膠圈的蓋子進(jìn)行密封。第三真空腔體3內(nèi)部包括旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10、193nm聚焦透鏡組12、測試光檢偏器11和測試光探測器13。旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10形狀為圓形，圓心位于入射光線中心。旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10的大小可以根據(jù)實(shí)際測量光學(xué)元件的尺寸適當(dāng)選擇，利用通過數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10圍繞圓心在水平方向0-360度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并使旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10進(jìn)行垂直基面內(nèi)的二維定位。樣品放置在樣品臺(tái)10上，根據(jù)測試需要，樣品可以在垂直基面內(nèi)按軟件程序設(shè)定進(jìn)行移動(dòng)定位。因此，可以對(duì)測試樣品表面進(jìn)行直線掃描、矩陣掃描、特殊位置掃描等。在193nm測試光偏振探測裝置中，測試光檢偏器11和測試光探測器13安裝在旋轉(zhuǎn)臂上，可以繞樣品臺(tái)的圓心旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)角度范圍為入射光與旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10中心連線±90度。在測試光檢偏器11與測試光探測器13之間安裝可嵌入式的193nm聚焦透鏡組12，用于大角度偏振光譜測試時(shí)抑制由于光斑擴(kuò)束導(dǎo)致探測器接收表面的丟光現(xiàn)象。具體實(shí)施例1 :大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試
本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置在正式測量之前，為了避免空氣中氧氣和水蒸汽在低于200nm產(chǎn)生的吸收，在第一真空腔體I的側(cè)壁設(shè)置通入N2氣的連接管路處通入高純N2氣，充滿整個(gè)腔體管路，并從第三矩形真空腔體3腔體尾部安裝的N2氣排氣管路，排出N2氣，整個(gè)腔體中通入高純N2氣30分鐘以上，直至測試系統(tǒng)的100%線測量結(jié)果完全穩(wěn)定后，才開始進(jìn)行樣品掃描。根據(jù)光學(xué)元件的大小，設(shè)定矩形真空腔體I中的可變光闌大小，設(shè)定起偏器6偏振態(tài)，并據(jù)此分別設(shè)定矩形真空腔體3中193nm參比光檢偏器8狀態(tài)，以及矩形真空腔體3中193nm測試光檢偏器11狀態(tài)；在樣品沒有放入旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10之前，分別記錄193nm參比光探測器9的讀數(shù)和193nm測試光探測器13的讀數(shù)，并用193nm測試光探測器13的讀數(shù)除193nm參比光探測器9的讀數(shù)，得到的數(shù)值作為參考百線值；然后將樣品放入旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10，設(shè)定所需的樣品表面入射角度，并調(diào)整旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)10及193nm測試光探測器13至相應(yīng)位置，分別記錄193nm參比光探測器9的讀數(shù)和193nm測試光探測器13的讀數(shù)，并用193nm測試光(反射光或透射光)探測器13的讀數(shù)除193nm參比光探測器9的讀數(shù)，得到的數(shù)值再除前面得到的參考百線值，由此可以確定相應(yīng)入射角度下，ArF激光光學(xué)薄膜元件的偏振光譜測試(反射率或透過率)。當(dāng)偏振光譜測試在特殊條件下進(jìn)行時(shí)，如測試光入射角度特別大(15 ° -85°)或特殊光學(xué)樣品元件如鍥角、棱鏡等時(shí)，光斑會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)束現(xiàn)象。如圖2所示，測試樣品為棱鏡時(shí)，偏振光譜測試裝置測試光的初始尺寸約為2mmX5mm的矩形光斑，經(jīng)過棱鏡后的擴(kuò)束將會(huì)使測試光斑橫向擴(kuò)束，光斑尺寸會(huì)超過探測器有效感光面積(約SmmxSmm)，造成測試光強(qiáng)的丟失，得到的反射率或透過率光譜測試結(jié)果會(huì)偏低，無法完成對(duì)樣品的偏振光譜特性的準(zhǔn)確評(píng)定。為了確保在該種條件下光譜測試的順利進(jìn)行，在測試光檢偏器11和測試光探測器13間插入193nm聚焦透鏡組12。聚焦透鏡組12由工作波長為193nm的凹凸透鏡組組合而成，凹凸透鏡組的通光孔徑為25mm。當(dāng)光斑經(jīng)過樣品表面后擴(kuò)束，光斑面積變大，測試光斑首先經(jīng)過凸透鏡進(jìn)行聚焦，再經(jīng)凹透鏡放大至2mmx5_后進(jìn)入測試探測器，有效克服了偏振光譜測試丟光現(xiàn)象。綜上本發(fā)明裝置滿足對(duì)各類的樣品(平片、鍥角、棱鏡等)進(jìn)行大角度范圍內(nèi)(5°"85°)的偏振光譜測試需求。
權(quán)利要求
1.大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，從左至右依次設(shè)置ArF激光光源、ArF激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(4 )、可變光闌(5 )、起偏器(6 )、分束器(7 )，分束器(7 )將光分為兩路光，反射光方向?yàn)閰⒈裙饴?，參比光路方向從下至上設(shè)置參比光檢偏器(8)和參比光探測器(9)，透射光方向?yàn)闇y試光路，測試光路方向從左至右依次設(shè)置旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)(10)、測試光檢偏器(11)和測試光探測器(13 )，其特征是，在測試光檢偏器(11)和測試光探測器(13 )之間設(shè)置193nm聚焦透鏡組(12)，193nm聚焦透鏡組(12)由凸凹透鏡組組合而成，所述激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡(4 )和可變光闌(5 )設(shè)置在第一真空腔體(I)中，起偏器(6 )設(shè)置在第二真空腔體(2)中，分束器(7)、參比光檢偏器(8)、參比光探測器(9)、旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)(10)、測試光檢偏器(11)、193nm聚焦透鏡組(12 )和測試光探測器(13)設(shè)置在第三真空腔體(3 )中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，其特征在于，第一真空腔體(I)沿水平入射光路方向前后相對(duì)設(shè)有兩個(gè)通光口 ；第二真空腔體(2 )沿水平入射光路方向前后相對(duì)設(shè)有兩個(gè)通光口，在垂直入射光路方向設(shè)有開口，用于偏振光譜測試時(shí)起偏器(6)在測試光路中的嵌入；第三真空腔體(3)在沿水平入射光路方向設(shè)有前通光口，第三真空腔體(3)的腔體尾部安裝N2氣排氣管路，第三真空腔體(3)軸向上部的密封板上設(shè)有開口，利用帶有密封膠圈的蓋子進(jìn)行密封；第一真空腔體(I)的前通光口用熔石英或CaF2窗口密封，在其側(cè)壁設(shè)置通入N2氣的連接管路，其后通光口通過一段真空管路與第二真空腔體(2)的前通光口相連；第二真空腔體(2)的后通光口通過一段真空管路與第三真空腔體(3)的前通光口相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，其特征在于，樣品臺(tái)(10)形狀為圓形，圓心位于入射光線中心，通過數(shù)控系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使樣品臺(tái)(10 )圍繞圓心在水平方向0-360度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并使樣品臺(tái)(10 )進(jìn)行垂直基面內(nèi)的二維定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，其特征在于，測試光檢偏器(11)和測試光探測器(13)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臂上，可繞樣品臺(tái)(10)的圓心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度范圍為入射光與旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)(10)中心連線±90度。
全文摘要
大測試角度ArF激光偏振光學(xué)薄膜元件光譜測試裝置，屬于深紫外波段偏振光學(xué)薄膜元件光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，從左到右依次設(shè)置ArF激光光源、ArF激光擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡、可變光闌、起偏器、分束器，分束器將光分為兩路光，反射光方向?yàn)閰⒈裙饴?，參比光路方向從下至上設(shè)置參比光檢偏器和參比光探測器，透射光方向?yàn)闇y試光路，測試光路方向從左至右依次設(shè)置旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)、測試光檢偏器和測試光探測器，在測試光檢偏器和測試光探測器之間設(shè)置聚焦透鏡組，聚焦透鏡組由凸凹透鏡組組合而成；用于抑制大角度偏振光譜測試時(shí)由于光斑擴(kuò)束導(dǎo)致探測器接收表面的丟光現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G01M11/02GK103033341SQ20121053291
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者金春水, 靳京城, 李春, 鄧文淵, 常艷賀 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所