一种可在线测量能量的极紫外辐照损伤测试系统的制作方法

本发明涉及一种极紫外辐照损伤测试系统，具体涉及一种通过使用金属线和校准探测器探测能量、从而实现能量在线测量的辐照损伤测试系统，特别是极紫外辐照损伤测试系统，属于光学测量领域。

背景技术：

极紫外光刻机系统内，高功率的极紫外光辐照与材料的作用，将会引起材料的辐照损伤。因此，必须研制极紫外辐照损伤测试系统，针对各种材料在极紫外光下的辐照损伤性能进行测试，以选择可以满足极紫外光刻机工作要求的材料。

开展材料辐照损伤研究过程，需要测量辐照在材料样品表面的能量大小，测试过程中需要多次调节能量大小，因此进行样品表面光辐照的同时测量对应的辐照能量大小，对辐照损伤测试研究及其重要。激光辐照损伤研究较早，研究技术较为成熟，已建立ISO 11254-1以及ISO 11254-2两个国际标准。两个标准中所提的激光辐照损伤研究系统，均要求辐照能量可在线测量，对于激光辐照损伤系统，可通过分束镜实现。而对于极紫外光辐照损伤的研究，由于没有极紫外波段的分束镜对光进行分束，所以通常是将极紫外能量探测器直接放置于样品辐照点附近光路中，先完成能量的探测，再移走能量探测器、开始样品的辐照损伤测试，无法实时探测辐照能量。受到光源工作性能稳定性、光路中反射镜等光学部件性能变化等影响，由于无法实时测量能量的变化，最后测试结果的准确性和可靠性也会受到影响。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明旨在解决现有的极紫外辐射损伤测试系统无法实时测量能量而影响测试结果的准确性的问题。

(二)技术方案

本发明提出一种极紫外辐照损伤测试系统，包括光源腔室、收集镜腔室和测量腔室，光源腔室中设有光辐照源，光辐照源发出的光入射到收集镜腔室，收集镜腔室中设有一个反射镜，其用于将来自光源腔室的光反射至测量腔室，所述收集镜腔室与测量腔室之间装有快门，快门可通过开/关状态的切换来改变光束的后续传播；所述测试腔室容纳有样品调节台、能量校准单元和辐照能量在线测试单元，样品调节台用于装载辐照损伤测试样品，辐照能量在线测试单元设置在所述快门与样品调节台之间的光路上，用于测试辐照在样品表面的能量，所述能量校准单元设置于在线测试单元与样品调节台之间的光路上，用于校准辐照能量在线测试单元。

根据本发明的具体实施方式，所述辐照能量在线测试单元包括一个筒状的两端开口的容置腔，在容置腔的内侧腔壁上装载有能量测量部件。

根据本发明的具体实施方式，所述能量测试部件包括多条分电导线、绝缘圆环和总电导线，其中，各分电导线的两端均固定在绝缘圆环的内侧，且所有分电导线均与总电导线电性连接，总电导线对外输出电信号。

根据本发明的具体实施方式，所述分电导线为具有光电转换效应的金属或合金。

根据本发明的具体实施方式，所述分电导线20直径优选为在1μm～100μm之间，分布间隔约为10μm～1000μm之间。

根据本发明的具体实施方式，所述绝缘圆环的外围套设有一个支撑结构。

根据本发明的具体实施方式，所述辐照能量在线测试单元的容置腔还装载有滤光片。

根据本发明的具体实施方式，所述能量校准单元包括光电探测器、能量衰减片，该光电探测器和能量衰减片已经过测试校准，用于校准辐照能量在线测试单元测到的能量信号。

根据本发明的具体实施方式，所述能量校准单元还包括旋转调节旋钮，光电探测器和衰减片固定在固定架上，并与旋转调节旋钮连接，旋转调节旋钮可调节固定架的位置。

根据本发明的具体实施方式，所述能量校准单元还包括保护挡板，其用于防止非测试阶段探测器和衰减片受到杂散光的辐照。

(三)有益效果

本发明提出了一种通过使用金属线和校准探测器探测能量、从而实现可在线测量能量的辐照损伤测试系统，解决了辐照损伤测试过程中的能量在线测试的问题。

本发明的系统可在辐照损伤测试过程中实时测试辐照能量，提高辐照损伤测试结果的准确性和可靠性，且结构简单，安装方便，容易操作。

附图说明

图1A和图1B是本发明的实施例的中心波长为13.5nm的极紫外辐照损伤测试系统的结构示意图，图1B是图1A的局部放大图；

图2是辐照能量在线测试单元的结构示意图，其中，(a)和(b)图分别是辐照能量在线测试单元在未装载测试部件时的正视图和中轴剖面图，(c)和(d)图分别是仅装载滤光片和同时装载滤光片和能量测量部件之后的辐照能量在线测试单元中轴剖面图；

图3是能量测量部件的详细结构示意图，其中(a)和(b)分别是能量测试部件的正视图和中轴剖面图；

图4为网格状的能量测试部件的一个实施例的示意图；

图5A是本发明的一个实施例的能量校准单元的俯视图，图5B是本发明的一个实施例的能量校准单元11沿光传播方向的正视图。

具体实施方式

辐照损伤实验研究，特别是极紫外光的辐照损伤实验研究，是评估、选择可以满足极紫外光刻机工作要求的材料的重要途径。为了实现极紫外辐照损伤测试研究中的能量在线测量，提高测试结果的准确性及可靠性，本发明提出一种可在线测量能量的极紫外辐照损伤测试系统。

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，对本发明作进一步的详细说明。

下面的实施例以在中心波长为13.5nm的极紫外光辐照损伤测试系统为例，说明本发明的系统的主要结构及工作效果。

图1A和图1B是本发明的实施例的中心波长为13.5nm的极紫外辐照损伤测试系统的结构示意图，图1B是图1A的局部放大图。如图1A和图1B所示，系统主要包括EUV光源腔室1、收集镜腔室4和测量腔室8，EUV光源腔室1中设有EUV光辐照源2，EUV光辐照源2用于发出EUV宽谱光3并入射到收集镜腔室4，收集镜腔室4中设有一个反射镜5，用于将来自EUV光源腔室1的EUV宽谱光3反射至测量腔室8，反射镜5优选为Mo/Si多层膜聚焦反射镜。

由于EUV光只能在真空环境中传播，所以每个腔室均需配置一套抽气泵组以及相应量程的真空计，图中未画出。

收集镜腔室4与测量腔室8之间装有快门6，快门6可通过开/关状态的切换来改变光束的后续传播，在辐照测试期间，快门6打开，进行辐照实验；在非测试期间，快门6关闭，以避免样品及后续光路的光学部件在非测试期间受到光辐照，降低对各部件的辐照损害。

测试腔室8容纳有样品调节台9、光斑探测器10、能量校准单元11和辐照能量在线测试单元12。样品调节台9用于装载辐照损伤测试样品7，光斑探测器10用于测量经过反射镜5后聚焦焦点处的光斑大小，即辐照在样品表面的光斑的大小。光斑探测器10可沿着光轴方向前后移动。在开始辐照实验前，样品调节台9将测试样品7调节至光路外侧，光斑探测器10沿着光轴调节至光聚焦点处，进行辐照光斑测量。之后光斑探测器10沿着光轴调节、远离光聚焦点处，再通过调节台9将测试样品7调节至光路中，且光聚焦点落在样品7表面，进行样品7的辐照损伤测试。

辐照能量在线测试单元12设置在快门6与样品调节台9之间的光路上，用于测试辐照在样品7表面的能量。能量校准单元11设置于在线测试单元12与样品调节台之间的光路上，用于校准辐照能量在线测试单元12。

图2是辐照能量在线测试单元12的结构示意图，其中的(a)和(b)图分别是辐照能量在线测试单元12在未装载测试部件时的正视图和中轴剖面图。如图2所示，辐照能量在线测量单元12包括一个筒状的两端开口的 容置腔12a，容置腔12a在沿其中心轴方向的一端固定有面板13，面板13的中心具有通孔14，通孔14与容置腔的腔体内部空间连通。面板13的外围具有向外侧凸出的圆环部12b，通过穿过面板13圆环部12b上的固定孔15的旋钮螺钉15，可将在线测试单元12固定在测试腔室8上。

在容置腔12a的内侧腔壁上，并在垂直于轴向的平面方向上，开设有两个相互平行的第一凹槽16-1和第二凹槽16-2，第一凹槽16-1更靠近面板13一侧。第一凹槽16-1和第二凹槽16-2分别用于装载滤光片17和能量测量部件18。

图2的(c)、(d)分别是仅装载滤光片17和同时装载滤光片17和能量测量部件18之后的辐照能量在线测试单元12中轴剖面图。光由通孔14进入辐照能量在线测试单元12，透过滤光片17、能量测量部件18之后，传播到后续的测试样品7上。

图3是能量测量部件18的详细结构示意图，其中(a)和(b)分别是能量测试部件18的正视图和中轴剖面图。如图3所示，能量测试部件18包括多条分电导线20、绝缘圆环23、总电导线24、绝缘空心导管19。还可设有支撑结构22以及部件提手21。各分电导线20的两端均固定在绝缘圆环23的内侧，且所有分电导线20均与总电导线24电性连接。绝缘空心导管19穿过绝缘圆环23的环壁，总电导线24穿入该绝缘空心导管19而连通到绝缘圆环23的外侧。在绝缘圆环23的外围可套设一个支撑结构22，支撑结构22可以是金属材料构成。在能量测量部件18上部还可设一个提手21以方便拆装。

在该实施例的系统中，透过滤光片17的EUV光，大部分穿过金属导线20之间的间隔继续传播至样品上，但有少部分光会辐照在分电导线20上。分电导线20的材料可以是铜、铝、银、铁、镍等对极紫外光具有光电转换效应的金属或合金。分电导线20在高能量的极紫外光激发作用下产生对应数量的自由电子。由于所有分电导线20与总电导线24相连，因此在分电导线20产生的电子聚集在总电导线24后会产生电压，即总电导线24上会产生电信号，从而实现光能量到对应电信号的转化。总电导线24可外接电信号测量部件，例如示波器。

根据本发明，分电导线20直径优选为在1μm～100μm之间，分布间隔约为10μm～1000μm之间，可根据实际需求设计，使绝大部分的极紫外光可穿过金属之间的间隔继续传播，而分电导线20探测到的电信号通过能量校准单元11校准之后，即可用于评估整个辐照在样品表面的光束的总能量。由于安装在光路中的能量测量部件18既不影响光束的传播，又能间接测量传播光束的总能量，从而实现极紫外辐照损伤实验中辐照能量的在线测量。

能量测试部件18的分电导线在绝缘圆环23中的设置方式可以多样，但优选为均匀分布，例如图3，其也可以是如图4所示的网格状的结构。

如图5A和图5B是本发明的实施例的能量校准单元11的结构示意图。图5A是俯视图，图5B是沿光传播方向的正视图。如图5A和5B所示，能量校准单元11主要包括光电探测器27、能量衰减片28、旋转调节旋钮29、保护挡板31，光电探测器27和衰减片28固定在固定架26上，并通过测量腔室8的腔壁32上的真空接口法兰30与旋转调节旋钮29连接，旋钮29可调节其位置。光电探测器27和能量衰减片28已经过测试校准，用于校准辐照能量在线测试单元12上的能量测量部件18所测到的能量信号。

在校准阶段，探测器27和衰减片28被调节到光路中，即图5B的实线标识位置，光束穿过能量测量部件18之后被能量校准单元11探测，通过能量校准单元11、能量测量部件18所测到的电信号，即可得到整个光束总能量与能量测量部件18的电信号之间的对应关系，即辐照光束总能量和能量测量部件18电信号的比例因子F，该比例因子F可用于辐照损伤测试中辐照能量的推算。在非校准阶段，探测器27和衰减片28沿着方向33旋转90°调节到保护挡板31后面，即图5B的虚线标识位置，保护挡板31可防止非测试阶段探测器27和衰减片28受到杂散光的辐照。保护挡板31固定于真空腔底34。

下面对上述实施例的极紫外辐照损伤测试系统在线测量辐照能量的方法进行说明。

在样品辐照损伤测量过程中，EUV光辐照源2辐射出宽谱光3，经过收集镜腔室4的反射镜5反射，并穿过辐照能量在线测试单元12后，滤 出中心波长为13.5nm的窄带EUV光，辐照在样品7上，进行样品的辐照损伤实验。安装在光路中的辐照能量在线测试单元12可以实现辐照能量的实时测量。

在进行辐照能量测量之前，首先进行能量测量部件18的校准。具体来说，将能量校准单元11旋转调节至光路中，能量测量部件18的金属导线24连接示波器，二极管探测器27和能量测量部件18的脉冲积分信号分别为S₁、S₂(单位Vs)，示波器的输入阻抗分别为Ω₁、Ω₂(单位是欧姆)，而已知二极管探测器27的响应因子为T(单位A/W)、衰减片28的衰减率为1/D，则通过S₁/Ω₁/T×D可计算辐照在样品表面的单脉冲总能量E(单位J)，而校准因子E/S₂即为能量测量部件18的校准比例因子F(单位J/Vs)。在校准测试过程中可重复多次测量，取平均比例因子F_aver，提高后续辐照实验中能量测试的准确性。

在完成能量测量部件18的校准后，进行辐射损伤测试，并在测试过程中实时测量辐照能量。具体来说，将能量校准单元11旋转调节至保护挡板31后面，此时透过辐照能量在线测试单元12的光直接辐照在样品7的表面进行辐照损伤实验测试。装载在光路中的能量测量部件18可实时监测辐照电信号S_irrad(单位Vs)，则通过F_aver×S_irrad可实时推算出辐照在样品表面的单脉冲能量E_irrad(单位J)，即实现极紫外辐照损伤测试中的能量在线测量。

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，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。