CN110895192A - 一种极紫外光学元件性能参数测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种极紫外光学元件性能参数测试系统，该系统包括极紫外光源腔室、光收集纯化腔室和测量腔室，其中：极紫外光源腔室，用于发出辐照光；光收集纯化腔室，用于对极紫外光源腔室发出的辐照光进行光谱纯化及聚焦，得到中心波长为13.5nm的极紫外光，并将极紫外光反射传输到测量腔室中；测量腔室，用于装载待测光学元件，使极紫外光照射到所述待测光学元件的表面，实现对待测光学元件特性参数的测试。本发明提供的极紫外光学元件性能参数测试系统，结构简单，操作方便，可以在不破坏真空环境条件下，实现极紫外探测器光谱响应率、反射镜反射率、滤光片透过率等光学元件的不同性能的测试。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域、极紫外光刻领域，尤其涉及一种极紫外光学元件性能参数测试系统。
背景技术
在半导体技术领域，有些工艺设备工作运行需要基于短波长的光辐照，如极紫外光刻机、极紫外掩模检测系统等。根据极紫外光极易被大气等物质吸收的传播特性，设备中需要工作在真空环境下，从而需要使用针对极紫外波段设计的专用真空条件下使用的光学元件，如极紫外探测器，极紫外反射镜、极紫外滤光片等。极紫外光学元件作为设备中的基础必备部件，其性能参数影响整个设备的工作性能。因此，需要研制极紫外光学元件性能参数测试系统，针对设备中使用的极紫外光学元件的各特性参数进行测试，评估光学元件是否符合半导体工艺设备的使用需求。
极紫外光学元件性能测试是极紫外相关设备的必要研究工作，目前均是针对单个光学元件的性能参数测试，而无法兼具多种光学元件性能测试能力，即多种光学元件的性能测试需要在多套测试系统上进行，由于极紫外光学元件性能参数只能在真空下开展，因此需要建立多套真空系统，且各自独立运行。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种极紫外光学元件性能测试系统，实现对多种光学元件参数性能的测试。
(二)技术方案
一种极紫外光学元件性能参数测试系统，该系统包括极紫外光源腔室1、光收集纯化腔室3和测量腔室9，其中：
极紫外光源腔室1，用于发出辐照光；
光收集纯化腔室3，用于对极紫外光源腔室1发出的辐照光进行光谱纯化及聚焦，得到中心波长为13.5nm的极紫外光，并将极紫外光反射传输到测量腔室9中；
测量腔室9，用于装载待测光学元件，使辐照光照射到所述待测光学元件的表面，实现对待测光学元件特性参数的测试。
上述方案中，光收集纯化腔室3，包括沿光路方向依次设置的快门4、滤光片5、第一反射镜7和第二反射镜8。
其中，快门4用于控制辐照光光束传播的通断，进行元件性能参数测试期间，打开快门4，非测试期间，关闭快门4，避免光路上后续部件在非测试期间受到光辐照影响，降低对各部件的辐照损害；
滤光片5为Zr膜结构，用于滤除辐照光中的长波段光；
第一反射镜7为球面镜，用于将经过滤光片5滤除掉长波段光的辐照光进行聚焦反射；
第二反射镜8为平面反射镜，用于将第一反射镜7聚焦反射后的辐照光依次经过光收集纯化腔室3的光路出口和测量腔室9的光路入口反射到测试系统9中。
上述方案中，测量腔室9包括沿光路方向依次设置的第一光阑10、待测透过率元件装载部件11、调节台12、待测反射镜13、已校准探测器14和第二光阑16。
上述方案中，测试腔室9还包括待测探测器20和基准探测器19，待测探测器20和基准探测器19通过Y字形结构与测试腔室9相互连接，基准探测器19用于检测出极紫外光功率，实现待测探测器20光谱响应率的测试。
其中，第一光阑10和第二光阑16，用于控制辐照在待测光学元件表面的光束尺寸，所述第一光阑10设置于所述测试腔室9的光路入口，所述第二光阑16设置于所述测试腔室9的光路出口，所述第一光阑10和第二光阑16是通过调节其通光孔径的大小进而控制辐照在待测光学元件表面的光束尺寸。
其中，待测透过率元件装载部件11为包含通光孔的可旋转圆盘，通光孔中装载待测透过率的元件，通过旋转所述待测透过率元件装载部件11，将装载的待测透过率的元件调节到光路中，实现对透过元件的光能量的测试。
其中，待测反射镜13装载在调节台12上，通过调节台12将待测反射镜13调入/调出光路，以及调节入射光在待测反射镜上辐照的位置及入射角度，实现对待测反射镜13的性能测试。
已校准探测器14用于测试反射镜13的入射及反射光能量。
上述方案中，极紫外光源腔室1、光收集纯化腔室3和测量腔室9均处于真空状态。
(三)有益效果
本发明提供的极紫外光学元件性能参数测试系统，结构简单，操作方便，设备利用率高，测试效率高，可以在不破坏真空环境条件下，实现极紫外探测器光谱响应率、反射镜反射率、滤光片透过率等光学元件的不同性能的测试。
附图说明
图1是依照本发明实施例的在中心波长为13.5nm的极紫外光学元件性能参数测试系统示意图；
图2是依照本发明实施例的极紫外光学元件性能参数测试系统待测透过率元件的装载部件示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是依照本发明实施例的在中心波长为13.5nm的极紫外光学元件性能参数测试系统示意图，该系统包括极紫外光源腔室1、光收集纯化腔室3、测量腔室9，其中：
极紫外光源腔室1，用于发出辐照光；
光收集纯化腔室3，用于对极紫外光源腔室1发出的辐照光进行光谱纯化及聚焦，得到中心波长为13.5nm的极紫外光，并极紫外光反射传输到测量腔室9中；
测量腔室9，用于装载待测光学元件，使极紫外光照射到所述待测光学元件的表面，实现对待测光学元件特性参数的测试。
其中，极紫外光源腔室1，具有一个辐照源2，用于发出辐照光，发出的辐照光依次经过极紫外光源腔室1的光路出口和光收集纯化腔室3的光路入口进入光收集纯化腔室3，辐照光在光收集纯化腔室3中经过滤光片5、第一反射镜7和第二反射镜8反射后，得到中心波长为13.5nm的极紫外光，经过光收集纯化腔室3的光路出口和测量腔室9的光路入口传入测试腔室9中进行光学元件性能参数测试。
光收集纯化腔室3，包括沿光路方向依次设置的快门4、滤光片5、第一反射镜7和第二反射镜8。
快门4通过开/关状态的改变光束的后续传播，测试期间，打开快门4，进行测试研究；非测试时间，关闭快门6，避免光路后续的滤光片、反射镜、探测器等部件在非测试期间受到光辐照，降低对各部件的辐照损害。滤光片5用于滤除辐照光中的长波段光，再通过两个第一反射镜7和第二反射镜8的反射，得到窄带的极紫外光。滤光片5为Zr膜结构，第一反射镜7和第二反射镜8为Mo/Si多层膜反射镜，其中第一反射镜7是球面镜，用于将经过滤光片5滤除掉长波段光的辐照光进行聚焦反射，第二反射镜8是平面反射镜，用于将第一反射镜7聚焦反射后的辐照光依次经过光收集纯化腔室3的光路出口和测量腔室9的光路入口反射到测试系统9中。
测试腔室9包括沿光路方向依次设置的第一光阑10、待测透过率元件装载部件11、调节台12、待测反射镜13、已校准探测器14和第二光阑16。测试腔室9还包括待测探测器20和基准探测器19，待测探测器20和基准探测器19分别通过Y字形结构与测试腔室9相互连接。
第一光阑10和第二光阑16通过调节其通光孔径的大小控制辐照在待测光学元件表面的光束尺寸。待测透过率元件装载部件11如图2所示，其中图2(a)和图2(b)分别是装载待测元件前、后的示意图，所述待测透过率元件装载部件11的结构为包含多个通光孔23的可旋转圆盘22，第一待测透过率的元件24a、第二待测透过率的元件24b、第三待测透过率的元件24c、第四待测透过率的元件24d装载在通光孔中，通过旋转圆盘22，可以依次将空载的通光孔、装载的第一待测透过率的元件24a、第二待测透过率的元件24b、第三待测透过率的元件24c、第四待测透过率的元件24d调节到光路中，从而可测试通过元件前后的光能量。
待测反射镜13装载在调节台12上，在进行待测反射镜13性能测试时，可通过调节台12将待测反射镜13调入/调出光路，以及调节入射光在待测反射镜上辐照的位置及入射角度，已校准的探测器14测试反射镜13的入射及反射光能量，其可以在轨道第一轨道15上运动，轨道第一轨道15是以光束照在反射镜表面的辐照点A点为中心的圆形轨道。
待测探测器20和基准探测器19分别通过Y字形结构与腔体连接，Y字形结构包括波纹管接口17、第一光通道18a和第二光通道18b，待测探测器20和基准探测器19可调入/调出光路，待测探测器20和基准探测器19的运行轨道第二轨道21是以波纹管17与腔体连接处的辐照点B点为中心的圆形轨道。基准探测器19可以精确地测试经过第二光阑16之后的极紫外光功率，从而可以开展待测探测器20光谱响应率的测试研究。
由于极紫外光只能在真空环境中传播，所以极紫外光源腔室1、光收集纯化腔室3、测量腔室9均处于真空状态，每个腔室均配置一套抽气泵组以及相应量程的真空计，图1中未画出。
本发明提供的极紫外光学元件性能参数测试系统，对光学元件性能参数测试的方法具体如下：
将待测极紫外光学元件如滤光片、反射镜、探测器依次安装在测试腔室9的装载部件第一待测透过率元件装载部件11、待测反射镜13、待测探测器20的位置上，关闭样品腔室，系统抽真空后，启动极紫外光源，即可依次进行各光学元件的性能测试。
在测试光学元件的透过率时，通过调节台12将待测反射镜13调节至光路外，将第一轨道15上的探测器14调节至光路中。将待测透过率元件装载部件11上的通光孔23调节至光路中，打开快门4，即可通过探测器14测试空载情况下的极紫外光能量E0，再依次将第一待测透过率的元件24a、第二待测透过率的元件24b、第三待测透过率的元件24c、第四待测透过率的元件24d旋转调节至光路中，测得通过滤光片后极紫外光能量Ea、Eb、Ec、Ed后关闭快门4，通过对比透过滤光片前后的能量情况Ta＝Ea/E0、Tb＝Eb/E0、Tc＝Ec/E0、Td＝Ed/E0评估滤光片的透过率。
在测试光学元件如反射镜的反射率时，若需要测试θ/2光入射角下的反射镜反射率，则将待测透过率元件装载部件11上的通光孔23调节至光路中，将待测反射镜13调节至光路外，将探测器14沿着第一轨道15调节至光路中。打开快门4，通过已校准的探测器14测试入射光能量Ei，再将探测器14沿着第一轨道15调节至与光轴夹角为180°至θ的位置处，待测反射镜13调节至光路中且使镜面上待测点移动至A点，旋转调节反射镜14至预设的光入射角θ/2状态，此时反射光入射到探测器14上，探测器14测到的反射光能量Eo，关闭快门4。通过R＝Eo/Ei评估待测反射镜14此时位于A点位置的镜面处在光入射角为θ/2时的反射率。通过移动待测反射镜14，可以测试镜面其他位置点的反射率情况。
在测试光学元件如探测器的响应率时，将待测透过率元件装载部件11上的通光孔23调节至光路中，将待测反射镜13调节至光路外，将探测器14沿着第一轨道15调节至光路外。沿着第二轨道21调节Y字形结构，使得18a光通道和基准探测器19调至光路中，打开快门4，此时基准探测器19可准确测试通过光阑第二光阑16后的极紫外光功率P，再调节Y字形结构，使得第二光通道18b和待测探测器20调至光路中，通过外接示波器等信号探测器观测待测探测器14的输出电流信号为I，关闭快门4，通过相同条件下基准探测器19和探测器14的测试数据，即可评估该探测器的光谱响应率为F＝I/P，单位A/W。
为了降低系统波动误差对测试结果的影响，在进行上述性能参数测试过程中，可以进行多次测试后，取平均值进行分析评估。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，该系统包括极紫外光源腔室(1)、光收集纯化腔室(3)和测量腔室(9)，其中：
极紫外光源腔室(1)，用于发出辐照光；
光收集纯化腔室(3)，用于对极紫外光源腔室(1)发出的辐照光进行光谱纯化及聚焦，得到中心波长为13.5nm的极紫外光，并将极紫外光反射到测量腔室(9)中；
测量腔室(9)，用于装载待测光学元件，使极紫外光照射到所述待测光学元件的表面，实现对待测光学元件特性参数的测试。
2.根据权要求1所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述光收集纯化腔室(3)，包括沿光路方向依次设置的快门(4)、滤光片(5)、第一反射镜(7)和第二反射镜(8)。
3.根据权要求2所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述快门(4)用于控制辐照光光束传播的通断，进行元件性能参数测试期间，打开快门(4)，非测试期间，关闭快门(4)，避免光路上后续部件在非测试期间受到光辐照影响，降低对各部件的辐照损害；
所述滤光片(5)为Zr膜结构，用于滤除辐照光中的长波段光；
所述第一反射镜(7)为球面镜，用于将经过滤光片(5)滤除掉长波段光的辐照光进行聚焦反射；
所述第二反射镜(8)为平面反射镜，用于将第一反射镜(7)聚焦反射后的辐照光依次经过光收集纯化腔室(3)的光路出口和测量腔室(9)的光路入口反射到测试系统(9)中。
4.根据权要求1所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述测量腔室(9)包括沿光路方向依次设置的第一光阑(10)、待测透过率元件装载部件(11)、调节台(12)、待测反射镜(13)、已校准探测器(14)和第二光阑(16)。
5.根据权要求4所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述测试腔室(9)还包括待测探测器(20)和基准探测器(19)，待测探测器(20)和基准探测器(19)通过Y字形结构与测试腔室(9)相互连接，基准探测器(19)用于检测出极紫外光功率，实现待测探测器(20)光谱响应率的测试。
6.根据权要求4所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述第一光阑(10)和第二光阑(16)，用于控制辐照在待测光学元件表面的光束尺寸，所述第一光阑(10)设置于所述测试腔室(9)的光路入口，所述第二光阑(16)设置于所述测试腔室(9)的光路出口，所述第一光阑(10)和第二光阑(16)是通过调节其通光孔径的大小进而控制辐照在待测光学元件表面的光束尺寸。
7.根据权要求4所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述待测透过率元件装载部件(11)为包含通光孔的可旋转圆盘，通光孔中装载待测透过率的元件，通过旋转所述待测透过率元件装载部件(11)，将装载的待测透过率的元件调节到光路中，实现对透过元件的光能量的测试。
8.根据权要求4所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述待测反射镜(13)装载在调节台(12)上，通过调节台(12)将待测反射镜(13)调入/调出光路，以及调节入射光在待测反射镜上辐照的位置及入射角度，实现对待测反射镜(13)的性能测试。
9.根据权要求8所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述已校准探测器(14)用于测试反射镜13的入射及反射光能量。
10.根据权要求1所述的极紫外光学元件性能参数测试系统，其特征在于，所述极紫外光源腔室(1)、光收集纯化腔室(3)和测量腔室(9)均处于真空状态。
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