深紫外偏振曝光装置、辐照损伤测试装置及测试方法与流程

1.本发明涉及光刻机技术领域，具体涉及一种深紫外偏振曝光装置、深紫外偏振辐照损伤测试装置及测试方法。


背景技术：

2.在精密光学系统中，光学元件受到长时间的激光照射后发生的性质改变往往不可忽视。深紫外浸没式光刻机工作在193nm波长下，采用偏振照明，重复频率最高达到几千赫兹。在这样极端的工作环境下，光刻机内部的光学元件仍然需要维持一个极高要求的性能水平，显然有必要对此进行评估测试。与一般的激光损伤不同，对于偏振照明，有两方面的新特点：偏振光产生特殊的偏振辐照损伤，与光束的偏振态、材料的自身属性(如材料类型、离子掺杂浓度等)都有关联；光学元件的性质改变(如应力双折射)反过来又对光束偏振态产生作用。在实际的光刻机工作中，光学元件预计使用时间长达数年，将受到累计百亿次脉冲辐照，因此在线进行偏振损伤测试在时间成本上来说是不可接受的。


技术实现要素：

3.针对光学元件的偏振损伤测试存在的问题，本发明提供一种深紫外偏振曝光装置、深紫外偏振辐照损伤测试装置及测试方法，该深紫外偏振曝光装置可以对单个或多个光学元件施加深紫外偏振光辐照，该深紫外偏振曝光装置可以方便地切换偏振态、调整辐照水平，使得本发明的深紫外偏振辐照损伤测试装置可以实时评估光学元件的双折射水平以其透过率水平。
4.本发明技术方案如下：
5.本发明提供一种深紫外偏振曝光装置，包括：能量监测单元，还包括沿光路依次设置的光源组件、分束单元、偏振态控制单元、缩束单元和曝光区；
6.所述光源组件用于向深紫外偏振曝光装置提供均匀分布的深紫外光束；
7.所述深紫外光束经所述分束单元后被分束为监测光束和曝光光束，所述监测光束射入所述能量监测单元，所述曝光光束射入所述偏振态控制单元；
8.所述能量监测单元用于实时监测所述监测光束的能量；
9.所述偏振态控制单元用于生成曝光所需的偏振态，所述曝光光束经所述偏振态控制单元后基于其提供的偏振态形成相应的偏振光束；
10.所述缩束单元用于将所述偏振光束缩小口径以提高能流密度后出射至所述曝光区。
11.进一步优选的，所述偏振态控制单元包括多个可拆卸偏振元件，通过选择单个可拆卸偏振元件或者选择多个所述可拆卸偏振元件的不同组合来生成不同类型的偏振态。
12.进一步优选的，多个所述可拆卸偏振元件包括起偏器、波片和退偏器；
13.通过选择所述起偏器生成线偏振光；
14.通过选择所述起偏器和波片生成椭偏振光或圆偏振光；
15.通过选择所述起偏器和退偏器生成自然光或退偏振光。
16.进一步优选的，所述偏振态控制单元还包括用于夹持所述起偏器、波片和退偏器的夹具，所述起偏器、波片和退偏器分别与所述夹具可拆卸连接。
17.进一步优选的，所述起偏器为深紫外偏振棱镜。
18.进一步优选的，所述缩束单元为一缩束镜组。
19.进一步优选的，所述光源组件包括深紫外光源和光束校正单元；
20.所述深紫外光源用于向深紫外偏振曝光装置提供深紫外光；
21.所述光束校正单元包括准直元件、剂量控制元件和匀光元件；
22.所述准直元件用于将所述深紫外光准直为平行光束；
23.所述剂量控制元件用于调解平行光束的能量密度；
24.所述匀光元件用于将平行光束整形为平顶分布或平顶高斯分布的均匀光束。
25.进一步优选的，所述剂量控制元件包括反射式衰减片和带有多个插槽的基座，根据所需的能量密度将不同数量和不同光度的反射式衰减片插入所述基座的插槽内，以调节平行光束的能量。
26.本发明还提供一种深紫外偏振辐照损伤测试装置，包括：深紫外偏振曝光装置和偏振测量单元；
27.所述深紫外偏振曝光装置为上述的深紫外偏振曝光装置，用于对待测光学元件进行曝光；
28.所述偏振测量单元用于测量所述曝光光束经过所述待测光学元件后的能流密度和偏振态，以确定所述待测光学元件的透过率和双折射水平，或者确定光束的能量损失和出射偏振态。
29.本发明还提供一种深紫外偏振辐照损伤测试方法，包括步骤：
30.初始化深紫外偏振辐照损伤测试装置：所述深紫外偏振辐照损伤测试装置为上述的深紫外偏振辐照损伤测试装置，遮挡所述能量监测单元和偏振测量单元，并根据所需的偏振态和能流密度设置光源组件、偏振态控制单元和缩束单元的初始状态；
31.初始化测量参数：移除所述能量监测单元和偏振测量单元的遮挡，根据所述能量监测单元和偏振测量单元的能量之比设置监测光束与曝光光束的能量比例因子，根据所述偏振测量单元测定的偏振态设置曝光光束的实际初始偏振态，并根据实际初始偏振态与期望偏振态的差异调节所述偏振态控制单元；
32.放置待测光学元件：遮挡所述曝光区，根据实际测量需求将待测光学元件固定于所述曝光区，移除所述曝光区的遮挡，启动所述深紫外偏振辐照损伤测试装置；
33.辐射损伤测试：根据待测光学元件的数量不同，确定不同时刻待测光学元件的透过率和双折射水平，或者确定不同时刻光束的能量损失和出射偏振态；
34.移出待测光学元件：遮挡光源组件，将待测光学元件从曝光区中移出。
35.进一步优选的，若所述待测光学元件为单个，记录不同时刻偏振测量单元测得的从曝光区出射的曝光光束的归一化能流密度和偏振态，以确定不同时刻待测光学元件的透过率和双折射水平；
36.若所述待测光学元件为多个，记录不同时刻偏振测量单元测得的从曝光区出射的曝光光束的归一化能流密度和偏振态，以确定不同时刻光束的能量损失和出射偏振态。
37.依据本发明提供的深紫外偏振曝光装置、深紫外偏振损伤测试装置及测试方法，由于本发明提供的深紫外偏振曝光装置可以对单个或多个光学元件施加深紫外偏振光辐照，且该深紫外偏振曝光装置可以方便地切换偏振态、调整辐照水平，使得本发明的深紫外偏振辐照损伤测试装置可以实时评估光学元件的双折射水平以其透过率水平。
附图说明
38.图1为深紫外偏振曝光装置示意图；
39.图2为深紫外偏振辐照损伤测试装置示意图。
具体实施方式
40.下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
41.实施例一：
42.本实施例提供一种深紫外偏振曝光装置，该深紫外偏振曝光装置可以对单个或多个光学元件施加深紫外偏振光辐照，该深紫外偏振曝光装置还可以方便地切换偏振态、调整辐照水平。
43.如图1所示，本实施例提供的深紫外偏振曝光装置包括光源组件100、分束单元200、偏振态控制单元300、缩束单元400、曝光区500和能量监测单元600；其中，光源组件100、分束单元200、偏振态控制单元300、缩束单元400和曝光区500沿光路依次设置。
44.光源组件100包括深紫外光源101和光束校正单元102，其中，深紫外光源101用于向深紫外偏振曝光装置提供深紫外光，例如，深紫外光源101一般是准分子激光器，特别地，对于193nm波长的测试需求，深紫外光源101为arf准分子激光器。
45.光束校正单元102包括准直元件1021、剂量控制元件1022和匀光元件1023，其中，准直元件1021一般为准直镜或准直镜组，用于将通过的深紫外光束校正为平行光束，例如，准直元件1021为一非球面正弯月透镜，由深紫外光源101出射的光束经过该透镜后准直为平行光束；剂量控制元件1022一般为中性密度滤光片或反射式衰减器等衰减片，用于调节平行光束的能量。匀光元件1023一般为微透镜阵列或柱透镜或光阑等，用于将光束整形为平顶分布或平顶高斯分布等分布较为均匀的光束。
46.在其他实施例中，如果深紫外光源101自身附带有准直、匀光、剂量控制中的一个或多个功能，则在光束校正单元102中可以相应地移除对应功能组件；例如，如果深紫外光源101自身附带准直功能，则光束校正单元102包括剂量控制元件和匀光元件。
47.在本实施例中，剂量控制元件1022包括反射式衰减片和带有多个插槽的基座，根据所需的能量大小将不同数量和不同光度的反射式衰减片插入基座的插槽内，以调解平行光束的能量。
48.进一步，光束校正单元102还包括光阱1024，经剂量控制元件1022，反射的光由光阱1024截断。
49.本实施例的分束单元200为熔石英平板，该熔石英平板上镀有特定膜层使得反射透射比约为50:50，深紫外光束照射在分束单元200上后，反射光为监测光束，透射光为曝光光束。
50.本实施例的偏振态控制单元300包括多个可拆卸偏振元件，通过选择单个可拆卸
偏振元件或者选择多个所述可拆卸偏振元件的不同组合来生成曝光所需的不同类型的偏振态；具体的，多个可拆卸偏振元件包括起偏器301、波片302和退偏器303；其中，起偏器301为深紫外偏振棱镜；
51.通过选择起偏器301生成线偏振光；
52.通过选择起偏器301和波片302生成椭偏振光或圆偏振光；
53.通过选择起偏器301和退偏器303生成自然光或退偏振光。
54.进一步，偏振态控制单元300还包括用于夹持起偏器301、波片302和退偏器303的夹具，起偏器301、波片302和退偏器303分别与夹具可拆卸连接。
55.也即是，通过本实施例提供的偏振态控制单元300可以方便切换偏振态，具体的，起偏器301，波片302和退偏器303在实际工作中不全部同时使用，有三种组合方式：只使用起偏器301，则曝光光束为一线偏光，改变起偏器301的光轴方向可以调节线偏光的振动方向；使用起偏器301和波片302，则曝光光束为椭偏光或圆偏光，偏振态根据起偏器301和波片302的组合方式确定，可以获取任意完全偏振光，其中波片302可以是1/2波片或1/4波片或可变延迟器；使用起偏器301和退偏器303，则曝光光束为自然光/退偏光，需要注意的是，退偏器303光轴应与起偏器301的光轴配合，根据退偏器原理确定光轴方向。
56.进一步，本实施例的偏振态控制单元300还包括光阱，该光阱用于截断起偏器301反射的多余光束。
57.本实施例的缩束单元400为一缩束镜组，例如，该缩束镜组包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜、第二透镜和第三透镜沿光路依次设置，其中，第一透镜和第二透镜沿光路方向前后移动以调节缩小倍率，第三透镜固定在光路上。
58.曝光区500设置有夹持具组，用于夹持一个或多个待测光学元件；一般地，夹持具组可以在导轨、传送带等器件上以方便调节待测光学元件在光路上的位置关系。
59.本实施例的能量监测单元600包括能量计601和可变光阑602，能量计601为一紫外能量计探头，用于监测光束的强度，可变光阑602用于控制监测光进入能量计601的比例，使得能量计601可以工作在合适的量程范围。
60.本实施例提供的深紫外偏振曝光装置，通过偏振态控制单元能够实现多种不同偏振态之间的切换，通过选择不同数量和不同光度的反射式衰减片以及缩束镜组不同的缩束比能够调整深紫外偏振曝光装置的辐照水平，该深紫外偏振曝光装置的曝光区设置夹持具组，能够方便更换不同的待测光学元件，以使该装置能够对不同待测光学元件进行曝光。
61.实施例二：
62.基于实施例一，本实施例提供一种深紫外偏振辐照损伤测试装置，如图2所示，本实施例的深紫外偏振辐照损伤测试装置包括深紫外偏振曝光装置1和偏振测量单元2。
63.其中，本实施例的深紫外偏振曝光装置1用于对待测光学元件进行曝光，该深紫外偏振曝光装置为实施例一提供的深紫外偏振曝光装置，具体组成部分请参考实施例一，本实施例不作赘述。
64.偏振测量单元2用于测量待测光学元件被深紫外偏振曝光装置1曝光后的能流密度和偏振态，以确定待测光学元件的透过率和双折射水平，或者确定光束的能量损失和出射偏振态。
65.偏振测量单元2的结构没有固定范式，凡可以获得光束能量和偏振态的结构均可。
例如，偏振测量单元2包含一个或多个能量计、ccd相机等能量测量器件和偏振棱镜、偏振片、波片、斯托克斯参数微阵列光栅等检偏器件。
66.在本实施例中，偏振测量单元2为一斯托克斯参数测量仪，测定光束的四项斯托克斯参数，即辐射强度i、水平方向偏振分量强度q、方位角为45
°
方向上的偏振分量强度u和圆偏振分量强度v。
67.本实施例提供的深紫外偏振辐照损伤测试装置可以根据待测光学元件的数量不同确定待测光学元件的透过率和双折射水平，或者确定光束的能量损失和出射偏振态，例如，当待测光学元件为单个时，其关键指标为透过率和双折射水平，通过记录不同时刻偏振测量单元2测得的从曝光区出射的曝光光束的归一化能流密度(即该光束与监测光的能流密度之比，并消去能量比例因子)和偏振态，以确定不同时刻待测光学元件的透过率和双折射水平；当待测光学元件为多个时，其关键指标为光束能量损失和出射偏振态，通过记录不同时刻偏振测量单元2测得的从曝光区出射的曝光光束的归一化能流密度(即该光束与监测光的能流密度之比，并消去能量比例因子)和偏振态，以确定不同时刻光束的能量损失和出射偏振态。
68.基于本实施例提供的深紫外偏振辐照损伤测试装置，本实施例还提供一种深紫外偏振辐照损伤测试方法，该损伤测试方法具体包括以下步骤：
69.s100：初始化深紫外偏振辐照损伤测试装置：遮挡能量监测单元和偏振测量单元，并根据所需的偏振态和能流密度设置光源组件、偏振态控制单元和缩束单元的初始状态。
70.具体的，光束偏振态由偏振棱镜301，波片302和退偏器303的组合确定，组合方法如实施例一所述。根据测试需求(不应超过各部件阈值水平)设置能量密度，由深紫外光源101和剂量控制元件1022控制单脉冲总能量，由缩束单元400控制曝光面积和能流密度。
71.s200：初始化测量参数：移除能量监测单元和偏振测量单元的遮挡，根据能量监测单元和偏振测量单元的能量之比设置监测光束与曝光光束的能量比例因子，根据偏振测量单元测定的偏振态设置曝光光束的实际初始偏振态，并根据实际初始偏振态与期望偏振态的差异调节偏振态控制单元。
72.s300：放置待测光学元件：遮挡曝光区，根据实际测量需求将待测光学元件固定于曝光区，移除曝光区的遮挡，启动深紫外偏振辐照损伤测试装置。
73.具体的，曝光区前挡光，按实际测量需要(待测光学元件的数量、先后次序、位置、角度等)固定待测光学元件于曝光区上，之后移除遮挡开始曝光工作。
74.s400：辐射损伤测试：根据待测光学元件的数量不同，确定不同时刻待测光学元件的透过率和双折射水平，或者确定不同时刻光束的能量损失和出射偏振态。
75.具体的，若待测光学元件为单个，记录不同时刻偏振测量单元测得的从曝光区出射的曝光光束的归一化能流密度(即该光束与监测光的能流密度之比，并消去能量比例因子)和偏振态，以确定不同时刻待测光学元件的透过率和双折射水平；
76.若待测光学元件为多个，记录不同时刻偏振测量单元测得的从曝光区出射的曝光光束的归一化能流密度(即该光束与监测光的能流密度之比，并消去能量比例因子)和偏振态，以确定不同时刻光束的能量损失和出射偏振态。
77.s500：移出待测光学元件：遮挡光源组件，将待测光学元件从曝光区中移出。
78.具体的，遮挡深紫外光源101，将待测光学元件从曝光区中移出，再移除深紫外光
源101的遮挡，检查深紫外偏振损伤测试装置是否处于初始状态(考察对象为曝光光束和监测光的能流密度，以及曝光光束的偏振态)：若没有异常，关闭深紫外偏振损伤测试装置；若有异常情况，本次测量结果作废，关闭深紫外偏振损伤测试装置并检修。
79.通过本实施例提供的深紫外偏振损伤测试装置及测试方法，能够对单个或多个光学元件施加深紫外偏振光辐照；实时评估光学元件的双折射水平以及透过率水平，该深紫外偏振损伤测试装置对光学元件施加的辐照水平显著高于实际光刻机的工作情形，因此达到同等损伤所需的曝光时间短很多。
80.以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。