CN113504173A - 一种euv多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法，所述EUV多层膜光学元件的综合测试装置包括测试单元、气体注入模块以及ArF激光模块，所述ArF激光模块为测试单元提供ArF激光，本发明利用ArF激光辐照方式实现EUV光学薄膜样品的表面污染及控制实验，具有成本低、便捷、更加贴近实际工作状况、更安全的优势，所述气体注入模块为测试单元注入变换工作气体，可以实现多种不同的测试目的，通过进一步改变环境气体的含量、激光辐照功率及辐照时间，可以满足所需的各种EUV光学薄膜样品表面污染与控制实验的开展需要。

Description

一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别是涉及一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法。

背景技术

根据瑞利公式，要提高投影光刻物镜的光刻分辨率，可通过减小曝光波长、降低工艺因子或增加投影光刻物镜数值孔径实现，其中，减小曝光波长已经被认为是提高光刻分辨率的最有效途径。目前采用13.5nm的极紫外光作为工作波长的EUVL投影光刻技术，已实现5nm技术节点的量产，正迈向3nm技术节点，成为当前及今后最重要的光刻技术。

为了使基片表面达到足够的曝光强度，EUV光学元件镜面必须具有尽可能高的反射率，且需要在其整个使用寿命期间保持高反射率。然而由于EUV曝光真空装置包括大量产生各种不同残余气体的部件和元件，使EUV曝光真空装置中包含残留的各类碳氢化合物分子和水蒸气分子。在高能量EUV光子的辐照下，这些碳氢化合物分子和水蒸气分子会在多层膜表面附近被电离，从而在多层膜表层产生碳污染层和氧化层，使EUV光学元件表面受到污染，进而降低光学元件的反射率，影响光学系统的波像差，还会形成对准误差、减小焦深，导致光学系统的寿命和曝光性能下降。

为了降低和控制EUV光学表面污染，研究人员分别从污染机理、污染预防和污染清除等方面进行大量的研究。然而不同的EUV曝光能量、EUV光的光谱和残留气体成份，会使得EUV光学元件表面污染的情况发生复杂变化。因此，目前，EUV光学元件表面污染及其控制技术依然是影响EUV光刻技术大规模生产应用的关键问题之一，还需要开展更多的系统研究。目前开展EUV光学元件表面污染及控制实验研究的主要方式包括两种：一是利用EUV光子产生等离子体辐照光学元件；二是利用放电产生等离子体辐照光学元件。上述两种实验方式均存在不足之处：首先利用EUV光源开展辐照测试时，EUV光的产生和收集均需要利用EUV光学薄膜元件，这些EUV光学元件同样容易污染，且这类EUV光源的能量通常也是很低，所需的测试时间非产长，因此，采用这种测试方式的效率很低、成本很高。利用放电方式产生等离子体的方式虽然成本较低，但是其产生的等离子体强度、成份及比例与EUV光子产生的等离子体强度、成份及比例有很大的差异，因此，这种测试方式不能完全真实地反映实际EUV曝光环境下发生的问题。

发明内容

本发明的一目的是，提供一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法，能够分别开展EUV多层膜光学元件表面氧化实验、表面碳污染实验、表面碳污染清洗或氢脆实验，可以满足所需的各种EUV光学薄膜样品表面污染与控制实验的开展需要，而且测试效率高、更加贴近实际工作状况、更安全、成本低。

为实现前述发明目的，本发明提供了一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置，包括测试单元、真空控制模块、气体注入模块以及ArF激光模块，所述测试单元用于放置被测试元件，并用于对被测试元件进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验；所述真空控制模块用于为所述测试单元提供真空环境，所述气体注入模块用于基于所述测试单元对被测试元件所进行的表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验，为所述测试单元注入相应的气体，以对应控制所述测试单元所需的环境气氛；所述ArF激光模块用于为所述测试单元提供ArF激光输出，并用于控制和调节ArF激光的输出光斑、输出能量、激光重频、辐照时间，以供所述测试单元对被测试元件进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验。

在本发明的一实施例中，所述测试单元包括辐照腔，设置于所述辐照腔内的样品台、电子收集板以及电连接于所述电子收集板的电流放大器，设置在所述辐照腔外面并电连接于所述电流放大器的数字示波器，以及用于测试所述辐照腔的残余气体的残余气体分析模块，所述样品台用于放置被测试元件，其中在所述ArF激光模块为所述辐照腔输入ArF激光且所述气体注入模块为所述辐照腔注入相应气体时，ArF激光与所述辐照腔内的气体发生相互作用，使得气体电离而产生电子和离子，辐照到被测试元件表面，所述电子收集板收集气体电离所产生的电子和离子，输出电流信号至所述电流放大器中，所述电流放大器对电流信号进行放大处理后输出放大电流信号至所述数字示波器，所述数字示波器对放大电流信号进行数字转换，并将放大电流信号对应的波形显示出来。

在本发明的一实施例中，所述样品台为XYZ三个方向可调节的三维移动台，用于调节被辐照样品表面区域以及距离辐照激光束的距离，所述电子收集板采用Cu片收集气体电离产生的电子和离子。

在本发明的一实施例中，所述辐照腔具有观察窗口、激光窗口、气体注入窗口、抽真空窗口以及残余气体输出窗口，所述观察窗口用于观察所述辐照腔在激光辐照时的情况，所述ArF激光模块经由所述激光窗口为所述辐照腔输入ArF激光，所述气体注入模块经由所述气体注入窗口为所述辐照腔注入相应气体，所述真空控制模块经由所述抽真空窗口为所述辐照腔抽真空，所述辐照腔内的残余气体经由所述残余气体输出窗口输出至所述残余气体分析模块。

在本发明的一实施例中，所述观察窗口为紫外熔石英玻璃，所述激光窗口为紫外CaF₂玻璃。

在本发明的一实施例中，所述残余气体分析模块包括用于储存所述辐照腔的残余气体的残余气体腔、连接于所述残余气体腔的残余气体分析仪、连接于所述残余气体腔的第一分子泵、以及连接于所述第一分子泵的第一前级泵，所述残余气体分析仪用于监控所述辐照腔内的气体含量，所述第一分子泵和所述第一前级泵用于将所述辐照腔内的残余气体抽取至所述残余气体腔，所述残余气体腔和所述辐照腔之间设置有气压调节阀，所述气压调节阀用于调节所述残余气体腔的气压，所述第一分子泵和所述第一前级泵之间设置有第一电子阀。

在本发明的一实施例中，所述真空控制模块包括用于为所述辐照腔抽真空的第二分子泵和第二前级泵，其中所述第二分子泵和所述辐照腔之间设置有第二闸阀，所述第二前级泵和所述第二分子泵之间设置有第二电子阀。

在本发明的一实施例中，所述ArF激光模块包括ArF激光器，沿所述ArF激光器的光路输出方向依次设置的激光能量可变衰减器、聚焦成像透镜组和衰减片，以及能量计，其中所述ArF激光器输出的ArF激光经所述激光能量可变衰减器衰减处理后，由所述聚焦成像透镜组聚焦，聚焦后的ArF激光经所述衰减片衰减后，经由所述激光窗口输出至所述辐照腔，所述能量计用于实时监控输入所述辐照腔内的ArF激光的能量。

在本发明的一实施例中，所述ArF激光器为准分子激光器。

在本发明的一实施例中，所述聚焦成像透镜组包括用于聚焦的平凸透镜和用于成像的平凸透镜，所述激光能量可变衰减器被设置允许所述ArF激光器输出能量的10-75％通过。

在本发明的一实施例中，所述气体注入模块包括用于为所述辐照腔注入H₂气体的第一气体注入管路，用于为所述辐照腔注入Ar气体的第二气体注入管路，用于为所述辐照腔注入CH₄气体或H₂O气体的第三气体注入管路，设置在所述第一气体注入管路、所述第二气体注入管路以及所述第三气体注入管路的共管路上的气体纯化器，以及用于控制所述气体注入模块的气体充放的手动阀、充气阀、泄气阀以及第一闸阀，所述第一气体注入管路包括依次设置的H₂气瓶、第一减压阀以及第一流量计，所述第二气体注入管路包括Ar气瓶、第二减压阀以及第二流量计，所述第三气体注入管路包括CH₄或H₂O气瓶、第三减压阀以及第三流量计。

在本发明的一实施例中，被测试元件为EUV多层膜光学元件。

本发明在另一方面还提供了一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，包括步骤：

S1、调节被测试元件的位置并控制辐照腔内的环境气氛；

S2、设置ArF激光器的辐照参数；

S3、启动ArF激光器，对辐照腔内的被测试元件进行ArF激光辐照；以及

S4、取出辐照后的被测试元件，并对未辐照的被测试元件和辐照后的被测试元件进行特性表征。

在本发明的一实施例中，步骤S1包括步骤：

S11、打开辐照腔，将被测试元件放置在所述辐照腔内的样品台，移动样品台以调节被测试元件的位置，关闭辐照腔；

S12、打开第二闸阀和第二电子阀，启动前级泵和分子泵抽真空，使得所述辐照腔内的真空度小于10^-6Pa；以及

S13、控制打开气体注入模块的相应气体注入管路，向所述辐照腔内注入相应气体，利用残余气体分析仪监控所述辐照腔内的气体含量，使得所述辐照腔内的气压和气体分压达到实验设定值。

在本发明的一实施例中，在所述步骤S13中，当开展被测试元件的表面氧化实验时，所述气体注入模块通过第三气体注入管路为所述辐照腔注入H₂O气体；当开展被测试元件的表面碳污染实验时，所述气体注入模块通过第三气体注入管路为所述辐照腔注入CH₄气体；当开展被测试元件的表面碳污染清洗或氢脆实验时，所述气体注入模块分别通过第一气体注入管路和第二气体注入管路为所述辐照腔分别注入H₂气体和Ar气体。

在本发明的一实施例中，步骤S2具体包括步骤：设置ArF激光器的输出能量、脉冲重频，调节被测试元件表面区域的ArF激光束大小。

在本发明的一实施例中，步骤S3具体包括步骤：启动ArF激光器，所述ArF激光器发出的激光束经过激光能量可变衰减器和聚焦成像透镜组之后，入射到激光窗口，进入所述辐照腔内继续传播，此时ArF激光与腔内的气体发生相互作用，使部分气体发生电离，产生电子和离子，辐照到被测试元件的表面，利用电子收集板和电流放大器监控气体电离产生的电子数，同时利用残余气体分析仪监控辐照腔内的气体含量，按照设定的辐照时间持续进行ArF激光辐照，之后停止ArF激光辐照。

在本发明的一实施例中，步骤S4包括步骤：

S41、利用反射率计分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的反射率；

S42、利用原子力显微镜测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的表面粗糙度；以及

S43、利用XPS分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的元素组份。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明利用ArF激光辐照方式实现EUV多层膜光学元件的表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验，相比直接采用EUV光辐照方式，成本更低、更便捷，相比其它的各种气体放电辐照方式，更加贴近实际工作状况、更安全；

(2)本发明通过多个气体注入管路为辐照腔变换工作气体的方式，使得本发明的EUV多层膜光学元件的综合测试装置可以同时实现多种不同的测试目的，通过进一步改变环境气体的含量、激光辐照功率及辐照时间，可以满足各种EUV多层膜光学元件的表面污染实验与控制实验的开展需求，因此本发明的EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法有望成为一种开展EUV光学薄膜样品表面污染与控制实验的有效方法。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为本发明的一优选实施例的所述EUV多层膜光学元件的综合测试装置的结构示意图。

图2为图1所示的所述EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法流程框图。

附图标号说明：ArF激光器11；激光能量可变衰减器12；聚焦成像透镜组13；能量计14；衰减片15；辐照腔20；被测试元件21；样品台22；电子收集板23；电流放大器24；数字示波器25；观察窗口26；激光窗口27；气体注入窗口201；残余气体输出窗口202；抽真空窗口203；第一气体注入管路30；H₂气瓶31；第一减压阀32；第一流量计33；第二气体注入管路40；Ar气瓶41；第二减压阀42；第二流量计43；第三气体注入管路50；CH₄或H₂O气瓶51；第三减压阀52；第三流量计53；气体纯化器61；手动阀62；充气阀63；泄气阀64；第一闸阀65；气压调节阀71；残余气体腔72；第一分子泵73；第一电子阀74；第一前级泵75；残余气体分析仪76；第二闸阀81；第二分子泵82；第二电子阀83，第二前级泵84。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对现有EUV光学元件表面污染及表面污染控制实验方面存在的不足，为了提高EUV光学元件表面污染机理研究和表面污染控制技术研究的效率，本发明提出了一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法，能够分别开展EUV多层膜光学元件的表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验。

可以理解的是，本发明涉及EUV多层膜光学元件表面氧化与碳化测试、碳污染清洁、及表面氢脆研究等领域，具体而言，本发明涉及一种EUV多层膜光学元件表面加速氧化的测试装置与方法，本发明还涉及一种EUV多层膜光学元件表面碳化及碳污染清洁的测试装置与方法，本发明还涉及一种EUV多层膜光学元件表面氢脆的测试装置与方法，总的来讲，本发明提供了一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法。

具体地，所述EUV多层膜光学元件的综合测试装置包括：测试单元、真空控制模块、气体注入模块以及ArF激光模块，所述测试单元用于放置被测试元件21，并用于对被测试元件21进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验；所述真空控制模块用于为所述测试单元提供真空环境，所述气体注入模块用于基于所述测试单元对被测试元件21所进行的表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验，为所述测试单元注入相应的气体，以对应控制所述测试单元所需的环境气氛；所述ArF激光模块用于为所述测试单元提供ArF激光输出，并用于控制和调节ArF激光的输出光斑、输出能量、激光重频、辐照时间，以供所述测试单元对被测试元件21进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验。

具体地，所述测试单元包括辐照腔20，设置于所述辐照腔20内的样品台22、电子收集板23以及电连接于所述电子收集板23的电流放大器24，设置在所述辐照腔20外面并电连接于所述电流放大器24的数字示波器25，以及用于测试所述辐照腔20的残余气体的残余气体分析模块，所述样品台22用于放置被测试元件21，其中在所述ArF激光模块为所述辐照腔20输入ArF激光且所述气体注入模块为所述辐照腔20注入相应气体时，ArF激光与所述辐照腔20内的气体发生相互作用，使得气体电离而产生电子和离子，辐照到被测试元件21表面，所述电子收集板23收集气体电离所产生的电子和离子，输出电流信号至所述电流放大器24中，所述电流放大器24对电流信号进行放大处理后输出放大电流信号至所述数字示波器25，所述数字示波器25对放大电流信号进行数字转换，并将放大电流信号对应的波形显示出来。

特别地，所述样品台22为XYZ三个方向可调节的三维移动台，用于调节被辐照样品表面区域以及距离辐照激光束的距离，所述电子收集板23采用Cu片收集气体电离产生的电子和离子。

进一步地，所述辐照腔20具有观察窗口26、激光窗口27、气体注入窗口201、残余气体输出窗口202以及抽真空窗口203，所述观察窗口26用于观察所述辐照腔20在激光辐照时的情况，所述ArF激光模块经由所述激光窗口27为所述辐照腔20输入ArF激光，所述气体注入模块经由所述气体注入窗口201为所述辐照腔20注入相应气体，所述真空控制模块经由所述抽真空窗口203为所述辐照腔20抽真空，所述辐照腔20内的残余气体经由所述残余气体输出窗口202输出至所述残余气体分析模块。

值得一提的是，所述观察窗口26为紫外熔石英玻璃，所述激光窗口27为紫外CaF₂玻璃。

进一步地，所述残余气体分析模块包括用于储存所述辐照腔20的残余气体的残余气体腔72、连接于所述残余气体腔72的残余气体分析仪76、连接于所述残余气体腔72的第一分子泵73、以及连接于所述第一分子泵73的第一前级泵75，所述残余气体分析仪76用于监控所述辐照腔20内的气体含量，所述第一分子泵73和所述第一前级泵75用于将所述辐照腔20内的残余气体抽取至所述残余气体腔72，所述残余气体腔72和所述辐照腔20之间设置有气压调节阀71，所述气压调节阀71用于调节所述残余气体腔72的气压，所述第一分子泵73和所述第一前级泵75之间设置有第一电子阀74。

值得一提的是，所述真空控制模块包括用于为所述辐照腔20抽真空的第二分子泵82和第二前级泵84，其中所述第二分子泵82和所述辐照腔20之间设置有第二闸阀81，所述第二前级泵84和所述第二分子泵82之间设置有第二电子阀83。

可以理解的是，所述测试单元和所述真空控制模块用于被测试元件21和ArF激光束的距离控制、辐照产生的电子密度监控、辐照腔20内残余气体成份监控、以及真空控制。

特别地，所述ArF激光模块用于控制ArF激光的输出光斑、输出能量、激光重频、辐照时间等辐照参数。

具体地，所述ArF激光模块包括ArF激光器11，沿所述ArF激光器11的光路输出方向依次设置的激光能量可变衰减器12、聚焦成像透镜组13以及衰减片15，以及能量计14，其中所述ArF激光器11输出的ArF激光经所述激光能量可变衰减器12衰减处理后，由所述聚焦成像透镜组13聚焦，聚焦后的ArF激光经所述衰减片15衰减后，经由所述激光窗口27输出至所述辐照腔20，所述能量计14用于实时监控输入所述辐照腔20内的ArF激光的能量。

优选地，所述ArF激光器11采用大功率输出、短脉冲、高稳定性的工业用准分子激光器，以能够灵活地变化输出功率、输出重频、工作时间。

特别地，所述气体注入模块用于拟注入到辐照腔20的环境气体的控制。

具体地，所述气体注入模块包括用于为所述辐照腔20注入H₂气体的第一气体注入管路30，用于为所述辐照腔20注入Ar气体的第二气体注入管路40，用于为所述辐照腔20注入CH₄气体或H₂O气体的第三气体注入管路50，设置在所述第一气体注入管路30、所述第二气体注入管路40以及所述第三气体注入管路50的共管路上的气体纯化器61，以及用于控制所述气体注入模块的气体充放的手动阀62、充气阀63、泄气阀64以及第一闸阀65，所述第一气体注入管路30包括依次设置的H₂气瓶31、第一减压阀32以及第一流量计33，所述第二气体注入管路40包括Ar气瓶41、第二减压阀42以及第二流量计43，所述第三气体注入管路50包括CH₄或H₂O气瓶51、第三减压阀52以及第三流量计53。

应该理解的是，所述被测试元件21为EUV多层膜光学元件，尤其为EUV光学薄膜元件。

如图2所示，为了开展EUV光学薄膜元件的表面氧化实验、表面碳污染实验、以及表面碳污染清洗或氢脆实验，本发明建立了以下方法：

S1、调节被测试元件21的位置并控制辐照腔20内的环境气氛。首先，打开辐照腔20，将被测试元件21放置在所述辐照腔20内的样品台22，移动样品台22以调节被测试元件21的位置，关闭辐照腔20；其次，打开第二闸阀81和第二电子阀83，启动前级泵和分子泵抽真空，使得所述辐照腔20内的真空度小于10^-6Pa；最后，根据EUV光学薄膜元件的相应实验的实际需要，控制打开气体注入模块的相应气体注入管路，向所述辐照腔20内注入相应气体，并利用残余气体分析仪76监控所述辐照腔20内的气体含量，使得所述辐照腔20内的气压和气体分压达到实验设定值。

可以理解的是，当开展EUV光学薄膜元件的表面氧化实验时，为了实现EUV光学薄膜元件表面的氧化，所采用的环境气氛为H₂O，所述气体注入模块通过第三气体注入管路50为所述辐照腔20注入H₂O气体；当开展EUV光学薄膜元件的表面碳污染实验时，为了实现EUV光学薄膜元件的表面碳污染，所采用的环境气氛为CH₄等有机气体，所述气体注入模块通过第三气体注入管路50为所述辐照腔20注入CH₄气体；当开展EUV光学薄膜元件的表面碳污染清洗或氢脆实验时，为了实现EUV光学薄膜元件的表面碳污染清洗，所采用的环境气氛为H₂/Ar等气体，所述气体注入模块分别通过第一气体注入管路30和第二气体注入管路40为所述辐照腔20分别注入H₂气体和Ar气体。

S2、设置ArF激光器11的辐照参数。具体地，根据具体的实验需要，通过控制ArF激光器11模块，设置ArF激光器11的输出能量、脉冲重频，调节EUV光学薄膜元件表面区域的ArF激光束大小。

S3、启动ArF激光器11，对辐照腔20内的EUV光学薄膜元件进行ArF激光辐照。完成上述步骤S1和S2之后，移动样品台22调节被辐照的EUV光学薄膜元件表面与ArF激光束的距离，启动ArF激光进行辐照，利用电子收集板23和电流放大器24监控气体电离产生的电子数，同时利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，按照设定的辐照时间持续进行ArF激光辐照，之后停止ArF激光辐照。

S4、取出辐照后的EUV光学薄膜元件，并对未辐照的EUV光学薄膜元件和辐照后的EUV光学薄膜元件进行特性表征。具体地，取出被辐照样品，首先利用反射率计分别测试未辐照的EUV光学薄膜元件表面与辐照后的EUV光学薄膜元件表面的反射率，然后利用原子力显微镜测试未辐照的EUV光学薄膜元件表面与辐照后的EUV光学薄膜元件表面的表面粗糙度，最后利用XPS分别测试未辐照的EUV光学薄膜元件表面与辐照后的EUV光学薄膜元件表面的元素组份。

利用ArF激光辐照实现上述实验的基本原理如下：当ArF激光通过环境气氛时，与气体产生相互作用，通过双光子吸收等方式使部分气体发生电离，产生等离子体，等离子体中的离子、原子及电子与EUV多层膜光学元件的表面发生作用，进而使表面特性发生变化，根据不同的残余气体种类和含量，分别实现EUV多层膜光学元件样品表面的氧化、碳化和氢脆等实验目的。

以下将结合具体实施例对本发明的所述EUV多层膜光学元件的综合测试装置的具体结构和测试方法进行阐明。

如图1所示，本发明的所述EUV多层膜光学元件的综合测试装置包括测试单元、真空控制模块、气体注入模块以及ArF激光模块，所述测试单元用于放置被测试元件，并用于对被测试元件进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验；所述真空控制模块用于为所述测试单元提供真空环境，所述气体注入模块用于基于所述测试单元对被测试元件所进行的表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验，为所述测试单元注入相应的气体，以对应控制所述测试单元所需的环境气氛；所述ArF激光模块用于为所述测试单元提供ArF激光输出，并用于控制和调节ArF激光的输出光斑、输出能量、激光重频、辐照时间，以供所述测试单元对被测试元件进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验。

如图1所示，所述测试单元包括辐照腔20和设置在辐照腔20内的样品台22、电子收集板23、电流放大器24，以及设置在辐照腔20外面的数字示波器25，其中所述样品台22用于放置被测试元件21，其中在所述ArF激光模块为所述辐照腔20输入ArF激光且所述气体注入模块为所述辐照腔20注入相应气体时，ArF激光与所述辐照腔20内的气体发生相互作用，使得气体电离而产生电子和离子，辐照到被测试元件21表面，所述电子收集板23收集气体电离所产生的电子和离子，输出电流信号至所述电流放大器24中，所述电流放大器24对电流信号进行放大处理后输出放大电流信号至所述数字示波器25，所述数字示波器25对放大电流信号进行数字转换，并将放大电流信号对应的波形显示出来。

特别地，所述样品台22采用XYZ三个方向可调节的三维移动台，用于调节被辐照样品表面区域以及距离辐照激光束的距离；即所述样品台22为可移动样品台；所述电子收集板23用于采集辐照腔20内气体电离产生的电子和离子，所述电流放大器24导电连接于所述电子收集板23和所述数字示波器25，所述电子收集板23采用Cu片收集气体电离产生的电子/离子，并利用导线连接到电流放大器24，然后利用数字示波器25显示出来。

值得一提的是，所述辐照腔具有观察窗口26、激光窗口27、气体注入窗口201、残余气体输出窗口202以及抽真空窗口203，所述观察窗口26用于观察所述辐照腔20在激光辐照时的情况，所述ArF激光模块经由所述激光窗口27为所述辐照腔20输入ArF激光，所述气体注入模块经由所述气体注入窗口201为所述辐照腔20注入相应气体，所述真空控制模块经由所述抽真空窗口203为所述辐照腔20抽真空，所述辐照腔20内的残余气体经由所述残余气体输出窗口202输出至所述残余气体分析模块。

值得一提的是，所述观察窗口26为紫外熔石英玻璃，用于观察激光辐照时腔内情况，所述激光窗口27为紫外CaF₂玻璃，用于使ArF激光进入辐照腔20内。

进一步地，所述残余气体分析模块包括残余气体测试所需的气压调节阀71、残余气体腔72、第一分子泵73、第一电子阀74、第一前级泵75、残余气体分析仪76。

具体地，所述残余气体分析模块包括用于储存所述辐照腔的残余气体的残余气体腔72、连接于所述残余气体腔72的残余气体分析仪76、连接于所述残余气体腔72的第一分子泵73、以及连接于所述第一分子泵73的第一前级泵75，所述残余气体分析仪76用于监控所述辐照腔20内的气体含量，所述第一分子泵73和所述第一前级泵75用于将所述辐照腔20内的残余气体抽取至所述残余气体腔72，所述残余气体腔72和所述辐照腔20之间设置有气压调节阀71，所述气压调节阀71用于调节所述残余气体腔72的气压，所述第一分子泵73和所述第一前级泵75之间设置有第一电子阀74。

由图1所示，所述真空控制模块包括用于为所述辐照腔20抽真空的第二分子泵82和第二前级泵84，其中所述第二分子泵82和所述辐照腔20之间设置有第二闸阀81，所述第二前级泵84和所述第二分子泵82之间设置有第二电子阀83。

总的来讲，所述测试单元和所述真空控制模块用于实现被测试元件和ArF激光束的距离控制、辐照产生的电子密度监控、辐照腔内残余气体成份监控、以及真空控制等功能。

继续如图1所示，所述ArF激光模块包括ArF激光器11、激光能量可变衰减器12、聚焦成像透镜组13、能量计14以及衰减片15。为了实现较强的气体电离，所述ArF激光器11采用大功率输出、短脉冲、高稳定性的工业用准分子激光器，并可以灵活变化输出功率、输出重频、工作时间；所述激光能量可变衰减器12可以实现激光器输出能量的10-75％通过；所述的激光束聚焦成像透镜组13包括聚焦用的平凸透镜和成像用的平凸透镜组，可以使激光光斑缩小25x左右；所述能量计14用于实时监控辐照腔20内的ArF激光的能量。

可以理解的是，所述ArF激光器11输出的ArF激光经所述激光能量可变衰减器12衰减处理后，由所述聚焦成像透镜组13聚焦，聚焦后的ArF激光经所述衰减片15衰减后，经由所述激光窗口27输出至所述辐照腔20，所述能量计14用于实时监控输入所述辐照腔20内的ArF激光的能量。

特别地，所述气体注入模块用于拟注入到辐照腔20内的环境气体的控制。

如图1所示，所述气体注入模块包括用于为所述辐照腔20注入H₂气体的第一气体注入管路30，用于为所述辐照腔20注入Ar气体的第二气体注入管路40，用于为所述辐照腔20注入CH₄气体或H₂O气体的第三气体注入管路50，设置在所述第一气体注入管路30、所述第二气体注入管路40以及所述第三气体注入管路50的共管路上的气体纯化器61，以及用于控制所述气体注入模块的气体充放的手动阀62、充气阀63、泄气阀64以及第一闸阀65，所述第一气体注入管路30包括依次设置的H₂气瓶31、第一减压阀32以及第一流量计33，所述第二气体注入管路40包括Ar气瓶41、第二减压阀42以及第二流量计43，所述第三气体注入管路50包括CH₄或H₂O气瓶51、第三减压阀52以及第三流量计53。

应该理解的是，为了满足EUV光学薄膜元件的不同实验需求，即为EUV光学薄膜元件的实验提供不同环境气氛，所述气体注入模块可以具有三条或三条以上的气体注入管路，对应可以为辐照腔注入多种气体，本发明的这一实施例的气体注入管路和气体类型仅作为举例说明，不能够理解为对本发明的气体注入管路的数量和气体种类的限制。

所述EUV光学薄膜元件的表面氧化实验基本流程如下：首先打开辐照腔20，将被测试元件21放置到辐照腔20内的样品台22，移动样品台22调节被测试元件21的位置，然后关闭辐照腔20，打开第二闸阀81和第二电子阀83，启动第二前级泵84和第二分子泵82抽真空，使辐照腔20内的真空度小于10^-6Pa；其次，打开H₂O气瓶，调节第三减压阀52和第三流量计53，打开第一闸阀65，向辐照腔20内注入H₂O气体，利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，使辐照腔20内的气压及H₂O分压达到实验设定值；第三，设置ArF激光器11的输出能量、脉冲重频，调节被测试元件21表面区域的ArF激光束大小；第四，启动ArF激光器11，所发出的激光束经过激光能量可变衰减器12及聚焦成像透镜组13之后，入射到激光窗口27，进入辐照腔20内继续传播，此时ArF激光将与辐照腔20内的H₂O气发生相互作用，使部分H₂O气发生电离，产生电子和自由氢氧基离子，辐照到被测试元件21表面，利用电子收集板23和电流放大器24监控气体电离产生的电子数，同时利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，按照设定的辐照时间持续进行ArF激光辐照，之后停止ArF激光辐照；第五，取出辐照后的被测试元件21，首先利用反射率计分别测试未辐照的被测试元件21表面与辐照后的被测试元件21表面的反射率，然后利用原子力显微镜测试未辐照的被测试元件21表面与辐照后的被测试元件21表面的表面粗糙度，最后利用XPS分别测试未辐照的被测试元件21表面与辐照后的被测试元件21表面的元素组份。

所述EUV光学薄膜元件表面碳污染实验的基本流程如下：首先打开辐照腔20，将被测试元件21放置到辐照腔20内的样品台22，移动样品台22调节被测试元件21的位置，然后关闭辐照腔20，打开第二闸阀81和第二电子阀83，启动第二前级泵84和第二分子泵82抽真空，使辐照腔20内的真空度小于10^-6Pa；其次，打开CH₄气瓶，调节第三减压阀52和第三流量计53，打开第一闸阀65，向辐照腔20内注入CH₄气体，利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，使辐照腔20内的气压及CH₄分压达到实验设定值；第三，设置ArF激光器11的输出能量、脉冲重频，调节被测试元件21表面区域的ArF激光束大小；第四，启动ArF激光器11，所发出的激光束经过激光能量可变衰减器12及聚焦成像透镜组13之后，入射到激光窗口27，进入辐照腔20内继续传播，此时ArF激光将与腔内的CH₄气体发生相互作用，使部分CH₄气发生电离，产生电子和甲基离子，辐照到被测试元件21表面，利用电子收集板23和电流放大器24监控气体电离产生的电子数，同时利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，按照设定的辐照时间持续进行ArF激光辐照，之后停止ArF激光辐照；第五，取出辐照后的被测试元件21，首先利用反射率计分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的反射率，然后利用原子力显微镜测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的表面粗糙度，最后利用XPS分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的元素组份。

所述EUV光学薄膜元件表面碳污染清洗或氢脆实验的基本流程如下：首先打开辐照腔20，将被测试元件21放置到辐照腔20内的样品台22，移动样品台22调节被测试元件21的位置，然后关闭辐照腔20，打开第二闸阀81和第二电子阀83，启动第二前级泵84和第二分子泵82抽真空，使辐照腔20内的真空度小于10^-6Pa；其次，分别打开H₂气瓶31和Ar气瓶41，调节第二减压阀42和第三减压阀52，第二流量计43和第三流量计53，打开第一闸阀65，分别向辐照腔20内注入H₂气体和Ar气体，利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，使辐照腔20内的气压及H₂气体和Ar气体分压达到实验设定值；第三，设置ArF激光器11的输出能量、脉冲重频，调节被测试元件21表面区域的ArF激光束大小；第四，启动ArF激光器11，所发出的激光束经过激光能量可变衰减器12及聚焦成像透镜组13之后，入射到激光窗口27，进入辐照腔20内继续传播，此时ArF激光将与腔内的H₂/Ar气体发生相互作用，使部分H₂/Ar发生电离，产生电子和离子，辐照到被测试元件21表面，利用电子收集板23和电流放大器24监控气体电离产生的电子数，同时利用残余气体分析仪76监控辐照腔20内的气体含量，按照设定的辐照时间持续进行ArF激光辐照，之后停止ArF激光辐照；第五，取出辐照后的被测试元件21，首先利用反射率计分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的反射率，然后分别利用原子力显微镜和SEM测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的表面粗糙度和表面形貌，最后利用XPS分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的元素组份。

应该理解的是，被测试元件22在本发明的这一具体实施例中即为EUV光学薄膜元件。

上述四种不同的测试实验及方法可以单独进行，也可以部分结合起来进行。通过开展不同条件的测试实验，研究分析EUV光学薄膜元件表面发生氧化、碳化、氢脆等不同物理过程的内在物理机制和规律，成为开展EUV光学薄膜元件表面实验的有效方法。

可以理解的是，本发明利用ArF激光辐照方式实现EUV光学薄膜元件的表面污染实验和表面污染控制实验，相比直接采用EUV光辐照方式，成本更低、更便捷，相比其它的各种气体放电辐照方式，更加贴近实际工作状况、更安全；而且本发明通过变换工作气体的方式，利用一种装置可以同时实现多种不同的测试目的，并通过进一步改变环境气体的含量、激光辐照功率及辐照时间的方式，可以满足所需的各种EUV光学薄膜样品表面污染与控制实验的开展需要。因此，本发明的EUV多层膜光学元件的综合测试装置及其测试方法有望成为一种开展EUV光学薄膜样品表面污染与控制实验的有效方法。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，包括测试单元、真空控制模块、气体注入模块以及ArF激光模块，所述测试单元用于放置被测试元件，并用于对被测试元件进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验；所述真空控制模块用于为所述测试单元提供真空环境，所述气体注入模块用于基于所述测试单元对被测试元件所进行的表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验，为所述测试单元注入相应的气体，以对应控制所述测试单元所需的环境气氛；所述ArF激光模块用于为所述测试单元提供ArF激光输出，并用于控制和调节ArF激光的输出光斑、输出能量、激光重频、辐照时间，以供所述测试单元对被测试元件进行表面氧化实验、表面碳污染实验以及表面碳污染清洗或氢脆实验。

2.根据权利要求1所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述测试单元包括辐照腔，设置于所述辐照腔内的样品台、电子收集板以及电连接于所述电子收集板的电流放大器，设置在所述辐照腔外面并电连接于所述电流放大器的数字示波器，以及用于测试所述辐照腔的残余气体的残余气体分析模块，所述样品台用于放置被测试元件，其中在所述ArF激光模块为所述辐照腔输入ArF激光且所述气体注入模块为所述辐照腔注入相应气体时，ArF激光与所述辐照腔内的气体发生相互作用，使得气体电离而产生电子和离子，辐照到被测试元件表面，所述电子收集板收集气体电离所产生的电子和离子，输出电流信号至所述电流放大器中，所述电流放大器对电流信号进行放大处理后输出放大电流信号至所述数字示波器，所述数字示波器对放大电流信号进行数字转换，并将放大电流信号对应的波形显示出来。

3.根据权利要求2所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述样品台为XYZ三个方向可调节的三维移动台，用于调节被辐照样品表面区域以及距离辐照激光束的距离，所述电子收集板采用Cu片收集气体电离产生的电子和离子。

4.根据权利要求2所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述辐照腔具有观察窗口、激光窗口、气体注入窗口、抽真空窗口以及残余气体输出窗口，所述观察窗口用于观察所述辐照腔在激光辐照时的情况，所述ArF激光模块经由所述激光窗口为所述辐照腔输入ArF激光，所述气体注入模块经由所述气体注入窗口为所述辐照腔注入相应气体，所述真空控制模块经由所述抽真空窗口为所述辐照腔抽真空，所述辐照腔内的残余气体经由所述残余气体输出窗口输出至所述残余气体分析模块。

5.根据权利要求4所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述观察窗口为紫外熔石英玻璃，所述激光窗口为紫外CaF₂玻璃。

6.根据权利要求2所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述残余气体分析模块包括用于储存所述辐照腔的残余气体的残余气体腔、连接于所述残余气体腔的残余气体分析仪、连接于所述残余气体腔的第一分子泵、以及连接于所述第一分子泵的第一前级泵，所述残余气体分析仪用于监控所述辐照腔内的气体含量，所述第一分子泵和所述第一前级泵用于将所述辐照腔内的残余气体抽取至所述残余气体腔，所述残余气体腔和所述辐照腔之间设置有气压调节阀，所述气压调节阀用于调节所述残余气体腔的气压，所述第一分子泵和所述第一前级泵之间设置有第一电子阀。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述真空控制模块包括用于为所述辐照腔抽真空的第二分子泵和第二前级泵，其中所述第二分子泵和所述辐照腔之间设置有第二闸阀，所述第二前级泵和所述第二分子泵之间设置有第二电子阀。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述ArF激光模块包括ArF激光器，沿所述ArF激光器的光路输出方向依次设置的激光能量可变衰减器、聚焦成像透镜组和衰减片，以及能量计，其中所述ArF激光器输出的ArF激光经所述激光能量可变衰减器衰减处理后，由所述聚焦成像透镜组聚焦，聚焦后的ArF激光经由所述衰减片衰减后，经由所述激光窗口输出至所述辐照腔，所述能量计用于实时监控输入所述辐照腔内的ArF激光的能量。

9.根据权利要求8所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述ArF激光器为准分子激光器。

10.根据权利要求8所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述气体注入模块包括用于为所述辐照腔注入H₂气体的第一气体注入管路，用于为所述辐照腔注入Ar气体的第二气体注入管路，用于为所述辐照腔注入CH₄气体或H₂O气体的第三气体注入管路，设置在所述第一气体注入管路、所述第二气体注入管路以及所述第三气体注入管路的共管路上的气体纯化器，以及用于控制所述气体注入模块的气体充放的手动阀、充气阀、泄气阀以及第一闸阀，所述第一气体注入管路包括依次设置的H₂气瓶、第一减压阀以及第一流量计，所述第二气体注入管路包括Ar气瓶、第二减压阀以及第二流量计，所述第三气体注入管路包括CH₄或H₂O气瓶、第三减压阀以及第三流量计。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置，其特征在于，所述被测试元件为EUV多层膜光学元件。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，其特征在于，包括步骤：

S1、调节被测试元件的位置并控制辐照腔内的环境气氛；

S2、设置ArF激光器的辐照参数；

S3、启动ArF激光器，对辐照腔内的被测试元件进行ArF激光辐照；以及

S4、取出辐照后的被测试元件，并对未辐照的被测试元件和辐照后的被测试元件进行特性表征。

13.根据权利要求12所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，其特征在于，步骤S1包括步骤：

S11、打开辐照腔，将被测试元件放置在所述辐照腔内的样品台，移动样品台以调节被测试元件的位置，关闭辐照腔；

S12、打开第二闸阀和第二电子阀，启动前级泵和分子泵抽真空，使得所述辐照腔内的真空度小于10^-6Pa；以及

S13、控制打开气体注入模块的相应气体注入管路，向所述辐照腔内注入相应气体，利用残余气体分析仪监控所述辐照腔内的气体含量，使得所述辐照腔内的气压和气体分压达到实验设定值。

14.根据权利要求13所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，其特征在于，在所述步骤S13中，当开展被测试元件的表面氧化实验时，所述气体注入模块通过第三气体注入管路为所述辐照腔注入H₂O气体；当开展被测试元件的表面碳污染实验时，所述气体注入模块通过第三气体注入管路为所述辐照腔注入CH₄气体；当开展被测试元件的表面碳污染清洗或氢脆实验时，所述气体注入模块分别通过第一气体注入管路和第二气体注入管路为所述辐照腔分别注入H₂气体和Ar气体。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，其特征在于，步骤S2具体包括步骤：设置ArF激光器的输出能量、脉冲重频，调节被测试元件表面区域的ArF激光束大小。

16.根据权利要求12至14中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，其特征在于，步骤S3具体包括步骤：启动ArF激光器，所述ArF激光器发出的激光束经过激光能量可变衰减器和聚焦成像透镜组之后，入射到激光窗口，进入所述辐照腔内继续传播，此时ArF激光与腔内的气体发生相互作用，使部分气体发生电离，产生电子和离子，辐照到被测试元件的表面，利用电子收集板和电流放大器监控气体电离产生的电子数，同时利用残余气体分析仪监控辐照腔内的气体含量，按照设定的辐照时间持续进行ArF激光辐照，之后停止ArF激光辐照。

17.根据权利要求12至14中任一项所述的EUV多层膜光学元件的综合测试装置的测试方法，其特征在于，步骤S4包括步骤：

S41、利用反射率计分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的反射率；

S42、利用原子力显微镜测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的表面粗糙度；以及

S43、利用XPS分别测试未辐照的被测试元件表面与辐照后的被测试元件表面的元素组份。

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