CN106338471A - 一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置及方法。极紫外光能量测量单元通过测量气体样品池充入待测气体前后的极紫外光能量的变化来计算测试气体在测试气压下对极紫外光的吸收率。本发明的测试装置及测试方法操作简单，成本低。

Description

一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置及方法

技术领域

本发明涉及极紫外光刻领域，尤其涉及一种气体对极紫外光吸收率的测试装置及方法。

背景技术

极紫外光刻(EVUL)是极紫外光学技术的重要应用领域，工作波长为13.5nm，是国际半导体行业10nm技术节点大规模集成电路量产的首选光刻技术。由于极紫外光(EUV)只能在高真空环境下传播，CH₄等有机气体或H₂O不但会吸收极紫外光，而且可能污染、腐蚀光学元件，减少其寿命，甚至导致元件无法正常工作，因此研究气体在不同气压下对极紫外光吸收的测试方法，分析其对极紫外光的吸收率的重要性凸显。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置，包括：

极紫外光光源，用来发射极紫外光；

流动气体样品池，可以保持测试所需的条件，所述流动气体样品池的一端与所述极紫外光光源的一端相连；

真空获取单元，用来使所述极紫外光光源、所述流动气体样品池保持测试所需的条件，所述极紫外光光源及所述流动气体样品池分别与所述真空获取单元相连；

极紫外光能量测量单元，用来测量所述极紫外光光源发射的极紫外光通过所述流动气体样品池到达所述极紫外光能量测量单元的能量，所述极紫外光能量测量单元的一端与所述流动气体样品池的另一端相连；

极紫外光光源能量记录单元，用来记录极紫外光光源的能量,所述极紫外光光源能量记录单元与所述极紫外光光源的另一端相连；

极紫外光光源1、流动气体样品池2、极紫外光能量测量单元5、极紫外光光源能量记录单元6位于同一轴线上。

优选地，所述极紫外光光源能量记录单元为针孔相机。

优选地，所述极紫外光能量测量单元为极紫外光能量计。

优选地，所述极紫外光能量计包括两块平行的镀有Mo/Si多层膜的平面反射镜和对极紫外光响应的光电二极管。

优选地，所述测试平台还包括调整机构，通过调节所述调整机构来调节所述极紫外光能量测量单元探测到的极紫外光能量，所述流动气体样品池通过所述调整机构与极紫外光能量测量单元连通。

优选地，所述流动气体样品池包括内腔外腔两个腔体，所述流动气体样品池内腔的两端各安装有Zr膜封窗，所述极紫外光光源能量记录单元与极紫外光光源间安装有Zr膜封窗。

优选地，所述真空获取单元包括初级泵、次级泵。

另一方面，本发明还提供一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试方法，包括以下步骤：

S0，真空获取单元从极紫外光光源、流动气体样品池向外抽取气体，使得极紫外光光源、流动气体样品池满足真空条件；

S1，极紫外光能量测量单元测量极紫外光通过流动气体样品池到达极紫外光能量测量单元的能量W1，同时极紫外光能量记录单元记录此时极紫外光光源的能量W0；

S2，充入待测气体到流动气体样品池，并使得待测气体达到测试气压；

S3，待流动气体样品池中的气压稳定后，极紫外光能量测量单元测量极紫外光通过流动气体样品池到达极紫外光能量测量单元的能量W2，同时极紫外光能量记录单元记录此时极紫外光光源的能量W0′；

S4,计算所述待测气体在所述气压下的吸收率A。

优选地，其特征在于，所述步骤S4，根据以下公式计算所述待测气体在所述气压下的测试率，

$A=1-\frac{W_0\×W_2}{W_1\×{W_0}^{\′}}$

优选地，所述极紫外光能量测量单元测量极紫外光通过流动气体样品池到达极紫外光能量测量单元的能量W1是指，根据极紫外光能量测量单元的测量结果调整调整机构，使得极紫外光能量测量单元测量到的光能量最强，记录此时的能量W1。

优选地，所述极紫外光光源能量记录单元是针孔相机。

优选地，所述步骤S0，为分别开启与流动气体样品池、极紫外光光源光源连接的真空获取系统的初级泵，使得流动气体样品池、极紫外光光源真空度小于或等于0.5mbar，然后分别开启分别与流动气体样品池、极紫外光光源光源连接的真空获取系统的次级泵，使得流动气体样品池、极紫外光光源真空度小于或等于1×10^-4mbar。

附图说明

图1是本发明用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明的用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置包括，极紫外光光源1、流动气体样品池2、真空获取单元3、真空获取单元4、极紫外光能量测量单元5、极紫外光光源能量记录单元6。并且，极紫外光光源1、流动气体样品池2、极紫外光能量测量单元5、极紫外光光源能量记录单元6位于同一轴线上。流动气体样品池2包括内腔外腔两个腔体，外腔的一端与极紫外光光源1的一端相连。流动气体样品池2外腔的另一端与极紫外光能量测量单元5相连。极紫外光光源能量记录单元6与极紫外光光源1的另一端相连。真空获取单元3与极紫外光光源1相连，真空获取单元4与流动气体样品池2相连。极紫外光光源1发射的极紫外光通过流动气体样品池2到达极紫外光能量测量单元5。极紫外光在传输过程中，其能量的变化是气体吸收系数、气压以及传输距离的函数，因此可以通过测试待测气体在给定气压下极紫外光传输特定距离后的能量，再结合充入待测气体前的极紫外光传输相同距离后的能量，即可计算出该气体在所述给定气压下对极紫外光的吸收率。

极紫外光光源1，用来发射极紫外光。极紫外光光源1可以是由YAG激光器作为泵浦源。在开启极紫外光光源1时，极紫外光光源1中充有靶气体。可以通过调整泵浦源YAG激光器的泵浦能量以及极紫外光光源的靶气体气压，以实现极紫外光光源1的稳定工作。真空获取单元3保证极紫外光光源的工作环境。

流动气体样品池2，可以保持测试所需的条件。具体的是，可以通过真空获取单元4的作用保持测试的真空条件，或向流动气体样品池2中充入测试气体。流动气体样品池2包含内腔、外腔。流动气体样品池2还包含旁通阀(图中未示出)，通过开启或关闭旁通阀可以使得流动气体样品池2的内腔和外腔连通或隔断。流动气体样品池2内腔的两端各安装有Zr膜封窗。极紫外光光源能量记录单元6与极紫外光光源1之间可以安装有Zr膜封窗。Zr膜封窗可以降低13.5nm带外光的影响，保证极紫外光能量测量单元5探测到的光能量为13.5nm±1％带宽的极紫外光能量，使得测量结果更为准确。

真空获取单元3、真空获取单元4用来使所述极紫外光光源、所述流动气体样品池保持测试所需的条件，极紫外光光源1、流动气体样品池2分别与真空获取单元3、真空获取单元4相连。真空获取单元3、真空获取单元4分别从极紫外光光源1、流动气体样品池2向外抽取气体，使得极紫外光光源1、流动气体样品池2满足测试需要的真空条件。真空获取单元3还可以包括初级泵和次级泵(图中未示出)。真空获取单元3还可以包括角阀(图中未示出)，角阀用于控制初级泵的抽气速度以保护Zr膜封窗。真空获取单元4可以包括初级泵和次级泵(图中未示出)。真空获取单元4还可以包括角阀(图中未示出)，角阀用于控制初级泵的抽气速度以保护Zr膜封窗。真空获取单元3、真空获取单元4也可以是一体的，分别给极紫外光光源1、流动气体样品池2提供测试需要的真空条件。

极紫外光能量测量单元5，用来测量极紫外光光源1发射的极紫外光通过流动气体样品池2到达极紫外光能量测量单元5的能量。极紫外光能量测量单元5可以为极紫外光能量计。极紫外光能量计包括两块平行的镀有Mo/Si多层膜的平面反射镜和对极紫外光响应的光电二极管。通过测试待测气体在给定气压下极紫外光传输特定距离后的能量，再结合充入待测气体前的极紫外光传输相同距离后的能量，即可计算出该气体对极紫外光光的吸收率。镀有Mo/Si多层膜的平面反射镜结合Zr膜封窗保证极紫外光能量测量单元5探测到的光能量为13.5nm±1％带宽的极紫外光能量，使得测量结果更为准确。

极紫外光光源能量记录单元6，用来记录极紫外光光源的能量，从而对极紫外光能量计的测试结果进行归一化。极紫外光能量记录单元6可以是针孔相机或对极紫外光响应的CCD，用来测量并记录极紫外光光源1辐射到针孔相机或对极紫外光响应的CCD上的极紫外光光斑的形状和位置以及极紫外光光源2输出的13.5nm波长辐射能量的稳定性。可以根据针孔相机或对极紫外光响应的CCD记录的光斑形状和位置信息，调整极紫外光光源的泵浦源和靶气体气压，以实现极紫外光光源的稳定工作。针孔相机或对极紫外光响应的CCD还用于监控极紫外光光源的能量波动，并对极紫外光能量计的测试结果进行归一化，降低了极紫外光光源本身能量波动差带来的测试误差，使得测试计算的吸收率更为准确。

极紫外光光源1、流动气体样品池2之间还安装有隔断单元7。隔断单元7、可以是闸板阀。可以通过关闭隔断单元7隔离极紫外光光源1与流动气体样品池2。流动气体样品池2和极紫外光能量测量单元5之间还安装有隔断单元8。隔断单元8可以是闸板阀，开启隔断单元8，可以使得流动气体样品池2与极紫外光能量测量单元5连通。

测试装置还可以包括调整机构(图中未示出)，用来调节所述极紫外光能量测量单元5探测到的能量。调整机构安装在流动气体样品池2和极紫外光能量测量单元5的中间，流动气体样品池2通过调整机构与极紫外光能量测量单元5连通，调整机构可以使得极紫外光能量测量单元5探测到的极紫外光能量最强，这样测试的吸收率更为准确。

本发明的测试气体对极紫外光吸收率的测试方法，包括以下步骤：

S0，真空获取单元3、真空获取单元4从极紫外光光源1、流动气体样品池2向外抽取气体，使得极紫外光光源1、流动气体样品池2满足真空条件；

S1，极紫外光能量测量单元5测量极紫外光光源1发射的极紫外光通过流动气体样品池2到达极紫外光能量测量单元5的能量W1，同时极紫外光能量记录单元6记录此时极紫外光光源的能量W0。优选的是，当测试装置包含调整机构时，极紫外光能量测量单元5测量并记录到达极紫外光能量测量单元5的极紫外光能量，根据极紫外光能量测量单元5的测试结果调整调整机构，使得探测到的极紫外光能量最强，记录此时极紫外光能量为W1，同时记录极紫外光光源1辐照到极紫外光光源能量记录单元6上的极紫外光能量W0。由于光源的能量是波动的，有时弱有时强，当测量的能量较弱时，误差相对较大，所述调整调整机构使得探测记录的极紫外光能量最强，可以使得测量的吸收率更为准确。

S2，充入待测气体到流动气体样品池2，并使得待测气体达到测试气压。具体的是，关闭流动气体样品池2的旁通阀(图中为示出)，隔离流动气体样品池2的内腔外腔，向所述内腔中充入测试气体，并使得气压达到所需的所述测试气压。测试气体也可以是多种气体。通过调节充入气体的多少，可以调节流通样品池的气体气压，使达到所需的测试气压。

S3，待流动气体样品池2中的气压稳定后，极紫外光能量测量单元5测量极紫外光通过流动气体样品池2到达极紫外光能量测量单元5的能量W2，同时极紫外光能量记录单元记录此时极紫外光光源的能量W0′。所述待流动气体样品池2中的气压稳定后是指待流动气体样品池2内腔中的气压稳定后。

S4，根据所述测得的数据W1、W0、W2、W0′计算所述待测气体在所述测试气压下的吸收率A。吸收率计算公式可以是

$A=1-\frac{W_0\×W_2}{W_1\×{W_0}^{\′}}$

本发明的测试气体对极紫外光吸收率的测试方法，所述步骤S0包括以下步骤：

S00，测试装置开启前，关闭隔断单元7，隔离极紫外光光源1与流动气体样品池2，开启隔断单元8，使得流动气体样品池2与极紫外光能量测量单元5连通，开启流动气体样品池2的旁通阀，使得流动样品池2的内腔和外腔连通；

S01，开启与极紫外光光源1相连的真空获取系统3中的初级泵，并开启与流动气体样品池2相连的真空获取系统4中的初级泵，通过两个角阀分别控制两个初级泵的抽气速度以保护Zr膜封窗，使得初始抽速小于0.5mbar/s，直至真空度小于或等于10mbar后角阀完全开启；

S02，极紫外光光源1和流动气体样品池2的真空度小于或等于0.5mbar，分别开启真空获取系统3、真空获取系统4的次级泵；

S03，极紫外光光源1真空度小于或等于1*10^-4mbar，开启极紫外光光源1。具体的是，当极紫外光光源能量记录单元是针孔相机时，针孔相机测量并记录极紫外光光源1的极紫外光的形状和位置以及极紫外光光源1输出的13.5nm波长辐射能量的稳定性，根据光斑形状和位置信息，调整泵浦源YAG激光器的532nm波长聚焦光斑的位置，并根据针孔相机测量并记录极紫外光光源1输出的13.5nm波长辐射能量的稳定性调节极紫外光光源1的靶气体气压，以实现极紫外光光源1的稳定工作。

S04，流动气体样品池2的真空度小于或等于1*10^-4mbar，打开隔断单元7。

本发明的测试气体对极紫外光吸收率的测试装置和测试方法中，极紫外光能量测量单元通过测量气体样品池充入待测气体前后的极紫外光光能量的变化来计算测试气体在测试气压下对极紫外光的吸收率，操作方便。并且，极紫外光光源能量记录单元可以测量监控极紫外光光源的能量波动，并对极紫外光能量计的测试结果进行归一化，提高了待测气体对EUV光吸收率的测试精度。本发明的测试装置及方法运行成本低，并且操作简单。还可根据需要测试不同成份的气体对极紫外光的吸收率。

Claims (12)

1.一种用于测试气体对极紫外光吸收率的测试装置，其特征在于，所述测试平台包括：

极紫外光光源，用来发射极紫外光；

流动气体样品池，可以保持测试所需的条件，所述流动气体样品池的一端与所述极紫外光光源的一端相连；

真空获取单元，用来使所述极紫外光光源、所述流动气体样品池保持测试所需的条件，所述极紫外光光源及所述流动气体样品池分别与所述真空获取单元相连；

极紫外光能量测量单元，用来测量所述极紫外光光源发射的极紫外光通过所述流动气体样品池到达所述极紫外光能量测量单元的能量，所述极紫外光能量测量单元的一端与所述流动气体样品池的另一端相连；

极紫外光光源能量记录单元，用来记录极紫外光光源的能量,所述极紫外光光源能量记录单元与所述极紫外光光源的另一端相连；

所述极紫外光光源、所述流动气体样品池、所述极紫外光能量测量单元、所述极紫外光光源能量记录单元位于同一轴线上。

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述极紫外光光源能量记录单元为针孔相机。

3.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述极紫外光能量测量单元为极紫外光能量计。

4.如权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述极紫外光能量计包括两块平行的镀有Mo/Si多层膜的平面反射镜和对极紫外光响应的光电二极管。

5.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征在于，所述测试平台还包括调整机构，通过调节所述调整机构来调节所述极紫外光能量测量单元探测到的极紫外光能量，所述流动气体样品池通过所述调整机构与极紫外光能量测量单元连通。

6.如权利要求1或2所述的测试装置，所述流动气体样品池包括内腔外腔两个腔体，所述流动气体样品池内腔的两端各安装有Zr膜封窗，所述极紫外光光源能量记录单元与极紫外光光源间安装有Zr膜封窗。

7.如权利要求1或2所述的测试装置，所述真空获取单元包括初级泵、次级泵。

8.一种测试气体对极紫外光吸收率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0，真空获取单元从极紫外光光源、流动气体样品池向外抽取气体，使得所述极紫外光光源、所述流动气体样品池满足真空条件；

S1，极紫外光能量测量单元测量极紫外光通过所述流动气体样品池到达所述极紫外光能量测量单元的能量W1，同时极紫外光能量记录单元记录此时极紫外光光源的能量W0；

S2，充入待测气体到所述流动气体样品池，并使得待测气体达到测试气压；

S3，待所述流动气体样品池中的气压稳定后，所述极紫外光能量测量单元测量极紫外光通过所述流动气体样品池到达所述极紫外光能量测量单元的能量W2，同时所述极紫外光能量记录单元记录此时极紫外光光源的能量W0′；

S4,计算所述待测气体在所述气压下的吸收率A。

9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，所述步骤S4，根据以下公式计算所述待测气体在所述气压下的测试率，

$A=1-\frac{W_0\×W_2}{W_1\×{W_0}^{\′}}$

10.如权利要求8或9的测试方法，其特征在于，所述极紫外光能量测量单元测量极紫外光通过所述流动气体样品池到达极紫外光能量测量单元的能量W1是指，根据所述极紫外光能量测量单元的测量结果调整调整机构，使得所述极紫外光能量测量单元测量到的光能量最强，记录此时的能量W1。

11.如权利要求8或9的测试方法，其特征在于，所述极紫外光光源能量记录单元是针孔相机。

12.如权利要求8或9的测试方法，其特征在于，所述步骤S0，为分别开启与所述流动气体样品池、所述极紫外光光源光源连接的真空获取系统的初级泵，使得所述流动气体样品池、所述极紫外光光源真空度小于或等于0.5mbar，然后分别开启分别与所述流动气体样品池、所述极紫外光光源光源连接的真空获取系统的次级泵，使得所述流动气体样品池、所述极紫外光光源真空度小于或等于1×10^-4mbar。