极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统的制作方法
【专利摘要】极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，属于光学测量领域。为了解决常用的纳秒热反射试验装置的两束激光束很难同时聚焦在样品的表面以及信号的信噪比差的问题。所述激光束依次经过二向色镜、分束片和透镜直射在样品上；偏振出射光入射至快速响应探测器；重合激光束经过样品的反射后入射至快速响应探测器；第一激光束、第二激光束分别垂直入射到反光镜上；CCD的表面对第五激光束进行反射后与偏振出射光、第四激光束重合并照射到样品的表面；样品表面反射的激光束经过光阑入射至快速响应探测器。有益效果为很容易的将两束激光束聚焦到样品表面，将信号的信噪比提高一个数量级，适用于对极紫外光源收集镜温度的空间分布进行测量。
【专利说明】
极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统
技术领域
[0001 ]本实用新型属于光学测量领域。
【背景技术】
[0002] 极紫外光刻技术是目前光刻领域中是最有前途的能够应用于大规模生产的先进 技术，是公认最有希望实现最小线宽22nm及更小尺寸的下一代光刻技术，受到国内外高度 重视。在极紫外光刻机中，极紫外光源收集系统起到提高光刻照明系统光能利用率，以满足 曝光能量需求的作用，是光刻机中不可缺少的组成部分，近年来一直是极紫外光刻行业的 研究重点之一，也是我国发展自主高端光刻机的必要研究内容之一。由于极紫外光收集系 统的工作波段极短，导致该系统的结构和构造特殊，其设计、加工等是光学工程和热传导领 域中的难题，也是收集系统研究中的关键技术问题。目前通常采用的是系统构型为Wolter I型模式。需要用到的收集镜是一个表面镀镍磷合金NiP的铝制反射系统，NiP能够有效地反 射极紫外光，其膜厚约为50μπι。由于极紫外光光子能量高，辐射到NiP表面，产生巨大热量， 热能向铝膜和周围环境传导。在真空条件下周围环境基本是绝热的，热能主要向铝材料基 底进行传导，铝制基底的热导率等参数都是可查的。镍磷合金膜的热导率测量显得尤为重 要，沿着NiP薄膜厚度方向的传热会引起的铝升温，而沿着镍磷合金膜表面的传热会引起 NiP膜沿着表面方向的热扩散。因此，需要一套实验装置来分别测量镍磷合金膜的纵向热导 率和横向扩散率，进而通过数值模拟给出极紫外光源收集镜温度的空间分布。
[0003] 图1为常用的纳秒热反射试验装置，通过该装置能分别测量镍磷合金膜的纵向热 导率和横向扩散率，如图1所示，纳秒激光器1发射出的激光束通过一号分光束片后分别照 射在一号反光镜11上和娃探测器4上，娃探测器4的触发信号输出端与不波器5的触发信号 输入端相连，不波器5的快速响应信号输入端与快速响应探测器6的输出端相连;一号反光 镜11反射的激光束经过透镜9照射在样品10的表面上;氦氖激光器2发射的激光束经过1/2 玻片7入射至偏振晶体8上，偏振晶体8的出射光依次经过二号反光镜12和透镜9照射在样品 10上的表面上;样品10的表面反射光经过透镜9折射到三号反光镜上以后，入射至快速响应 探测器6。该装置在使用时，很难同时将纳秒激光器1和氦氖激光器2发出的两束激光束聚焦 到样品10的表面，并且该装置采用的是非共线测量方式，信号的信噪比差。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是为了解决常用的纳秒热反射试验装置的两束激光束很难同 时聚焦在样品的表面以及信号的信噪比差的问题，提出一种极紫外光源收集镜温度的空间 分布测量系统。
[0005] 本实用新型所述的极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，包括纵向热导率 测量装置和横向扩散率测量装置；
[0006] 所述纵向热导率测量装置包括一号纳秒激光器、一号氦氖激光器、一号分束片、一 号娃探测器、一号不波器、一号快速响应探测器、一号1/2玻片、一号偏振晶体、一号反光镜、 二号反光镜和一号透镜；
[0007] -号纳秒激光器发射的激光束通过一号分束片分束后分别照射在一号反光镜上 和一号硅探测器上;一号氦氖激光器发射的激光束通过一号1/2玻片入射至一号偏振晶体 上；
[0008] -号娃探测器的触发信号输出端与一号不波器的触发信号输入端相连，一号快速 响应探测器的快速响应输出端与一号示波器的快速响应输入端相连；
[0009] 所述横向扩散率测量装置包括二号纳秒激光器、二号氦氖激光器、二号分束片、二 号硅探测器、二号示波器、二号快速响应探测器、二号1/2玻片、二号偏振晶体、七号反光镜、 八号反光镜、九号反光镜和二号透镜；
[0010] 二号纳秒激光器发射的激光束通过二号分束片进行分束，二号分束片分束后的一 束激光束入射至二号硅探测器，二号氦氖激光器发射的激光束通过二号1/2玻片入射至二 号偏振晶体；
[0011] 二号硅探测器的触发信号输出端与二号示波器的触发信号输入端相连，二号快速 响应探测器的快速响应输出端与二号示波器的快速响应输入端相连；
[0012] 所述纵向热导率测量装置还包括二向色镜和二号分束片；
[0013] -号反光镜反射的激光束依次经过二向色镜、二号分束片和一号透镜直射在样品 的表面；
[0014] -号偏振晶体的一束偏振出射光经二向色镜反射后与一号反光镜反射的激光束 重合，一号偏振晶体的另一束偏振出射光经过二号反光镜的反射后入射至一号快速响应探 测器；
[0015]直射在样品的表面的重合激光束经过样品的反射后依次经过一号透镜、二号分束 片入射至一号快速响应探测器；
[0016]所述横向扩散率测量装置还包括三号分束片、四号分束片、可翻折反射镜、CCD、光 阑；
[0017]二号分束片分束的另一束激光束入射至三号分束片;三号分束片将入射激光束分 成三束激光束，该三束激光束分别为第一激光束、第二激光束和第三激光束，第一激光束垂 直入射到七号反光镜上，第二激光束垂直入射到八号反光镜上，第三激光束通过四号分束 片后被分束成第四激光束和第五激光束，第五激光束通过可翻折反射镜的反射后垂直照射 在CCD的表面上;CCD的表面对第五激光束进行反射后，再次经过可翻折反射镜后与二号偏 振晶体的偏振出射光重合，并形成初级共线激光束，初级共线激光束入射到四号分束片后 与第四激光束重合，并形成最终共线激光束，最终共线激光束通过二号透镜后垂直照射到 样品的表面;样品表面反射的最终共线激光束经过九号反光镜反射后入射至光阑，光阑的 出射光入射至二号快速响应探测器。
[0018] 本实用新型中的纵向热导率测量装置用于测量镍磷合金膜的纵向热导率，横向扩 散率测量装置用于测量镍磷合金膜的横向扩散率;通过对一号示波器的观察，能够看到一 个逐渐衰减的信号，衰减时间能够反映出镍磷合金膜纵向的热导率;通过对二号示波器的 观察，能够得到的一个波形，根据波形进一步确定镍磷合金膜的横向扩散率。
[0019] 本实用新型的有益效果是纵向热导率测量装置的二向色镜的使用，很方便的将两 束激光束聚焦到样品表面，并且由于两束激光束共线，调节容易；引入了一号偏振晶体发射 的另一束激光束作为参考光，克服了一号纳秒激光器和一号氦氖激光器不稳定的影响，进 而将信号的信噪比提高一个数量级。横向扩散率测量装置的四号分束片的使用，很方便的 将两束激光束聚焦到样品表面，并且由于两束激光束共线，调节容易;光阑的使用大大的提 高了信号的信噪比。
[0020]本实用新型适用于对极紫外光源收集镜温度的空间分布进行测量。
【附图说明】
[0021 ]图1为【背景技术】中常用的纳秒热反射试验装置的结构示意图；
[0022] 图2为【具体实施方式】一中纵向热导率测量装置的结构示意图；
[0023] 图3为【具体实施方式】一中横向扩散率测量装置的结构示意图；
[0024] 图4为【具体实施方式】一中二号纳秒激光器的激光束形成的热光栅成像示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0025] 一：结合图2至图4说明本实施方式，本实施方式所述的极紫外光源 收集镜温度的空间分布测量系统，在本实施方式中，该系统包括纵向热导率测量装置和横 向扩散率测量装置；
[0026] 所述纵向热导率测量装置包括一号纳秒激光器1-1、一号氦氖激光器1-2、一号分 束片1-3、一号娃探测器1_4、一号不波器1_5、一号快速响应探测器1_6、一号1/2玻片1-7、一 号偏振晶体1-8、一号反光镜1-11、二号反光镜1-12和一号透镜1-9;
[0027] -号纳秒激光器1-1发射的激光束通过一号分束片1-3分束后分别照射在一号反 光镜1-11上和一号硅探测器1-4上;一号氦氖激光器1-2发射的激光束通过一号1/2玻片1-7 入射至一号偏振晶体卜8上；
[0028] -号娃探测器1-4的触发信号输出端与一号不波器1-5的触发信号输入端相连，一 号快速响应探测器1-6的快速响应输出端与一号示波器1-5的快速响应输入端相连；
[0029] 所述横向扩散率测量装置包括二号纳秒激光器2-1、二号氦氖激光器2-2、二号分 束片2-3、二号硅探测器2-4、二号示波器2-5、二号快速响应探测器2-6、二号1/2玻片2-7、二 号偏振晶体2-8、七号反光镜2-21、八号反光镜2-23、九号反光镜2-24和二号透镜2-9;
[0030] 二号纳秒激光器2-1发射的激光束通过二号分束片2-3进行分束，二号分束片2-3 分束后的一束激光束入射至二号硅探测器2-4,二号氦氖激光器2-2发射的激光束通过二号 1/2玻片2-7入射至二号偏振晶体2-8;
[0031 ]二号娃探测器2-4的触发信号输出端与二号不波器2-5的触发信号输入端相连，二 号快速响应探测器2-6的快速响应输出端与二号示波器2-5的快速响应输入端相连；
[0032] 所述纵向热导率测量装置还包括二向色镜1-13和二号分束片1-14;
[0033] -号反光镜1-11反射的激光束依次经过二向色镜1-13、二号分束片1-14和一号透 镜1 -9直射在样品10的表面；
[0034] -号偏振晶体1-8的一束偏振出射光经二向色镜1-13反射后与一号反光镜1-11反 射的激光束重合，一号偏振晶体1-8的另一束偏振出射光经过二号反光镜1-12的反射后入 射至一号快速响应探测器1-6;
[0035] 直射在样品10的表面的重合激光束经过样品10的反射后依次经过一号透镜1_9、 二号分束片1-14入射至一号快速响应探测器1-6;
[0036]所述横向扩散率测量装置还包括三号分束片2-22、四号分束片2-20、可翻折反射 镜 2-12、CCD2-ll、光阑 2-25;
[0037]二号分束片2-3分束的另一束激光束入射至三号分束片2-22;三号分束片2-22将 入射激光束分成三束激光束，该三束激光束分别为第一激光束、第二激光束和第三激光束， 第一激光束垂直入射到七号反光镜2-21上，第二激光束垂直入射到八号反光镜2-23上，第 三激光束通过四号分束片2-20后被分束成第四激光束和第五激光束，第五激光束通过可翻 折反射镜2-12的反射后垂直照射在CCD2-11的表面上;(XD2-11的表面对第五激光束进行反 射后，再次经过可翻折反射镜2-12后与二号偏振晶体2-8的偏振出射光重合，并形成初级共 线激光束，初级共线激光束入射到四号分束片2-20后与第四激光束重合，并形成最终共线 激光束，最终共线激光束通过二号透镜2-9后垂直照射到样品10的表面;样品10表面反射的 最终共线激光束经过九号反光镜2-24反射后入射至光阑2-25,光阑2-25的出射光入射至二 号快速响应探测器2-6; CCD为电荷耦合器件图像传感器。
[0038] 在本实施方式中，一号纳秒激光器1-1是用于加热的脉冲激光器，一号纳秒激光器 1-1所发射的激光束波长为532nm，脉冲宽度为2nm，单脉冲能量为50mJ; -号氦氖激光器1-2 作为温度探测器，产生632. Snm的红光，用于检测样品10镍磷合金膜的温度变化，功率为 1.0 mW; -号透镜1-9和二号透镜2-9均用于聚焦光斑;一号反光镜1_11、二号反光镜1_12和 九号反光镜2-24均用于消除散射光，避免测温探头直接接收来自一号纳秒激光器1-1的信 号;二号纳秒激光器2-1所发射的激光束波长为532nm，脉冲宽度为2nm，单脉冲能量为50mJ; 二号氦氖激光器2-2作为温度探测器，产生632.8nm的红光，用于检测样品10镍磷合金膜的 温度变化，功率为1.0 mW;改变七号反光镜2-21和八号反光镜2-23的角度，从而得到不同栅 距的热光栅，热光栅的栅距能够通过外加的显微成像系统观察；
[0039] 镍磷合金膜的横向扩散率可以表示为：M -iI 1 .，
[0040] 其中，τ是检测信号的时间衰减常数，q是热波波矢，q = 2Vd，d为热光栅的栅距，Dx 为镍磷合金膜的横向扩散率；
[0041] 信号的时间衰减常数能够根据二号示波器2-5得到的波型进行确定。
【具体实施方式】 [0042] 二:本实施方式是对一所述的极紫外光源收集镜温度 的空间分布测量系统进一步限定，在本实施方式中，所述纵向热导率测量装置还包括三号 反光镜1-15、六号反光镜1-18、五号反光镜1-17和四号反光镜1-16;
[0043] 重合激光束经过样品10的反射后依次经过一号透镜1-9、二号分束片1-14后，再依 次经过六号反光镜1-18和三号反光镜1-15的反射后入射至一号快速响应探测器1-6;
[0044] -号偏振晶体1-8的另一束偏振出射光经过二号反光镜1-12的反射后，再依次经 过四号反光镜1-16和五号反光镜1-17的反射后入射至一号快速响应探测器1-6。
[0045] 三号反光镜1-15、六号反光镜1-18、五号反光镜1-17和四号反光镜1-16均用于消 除激光束的散射光。
【具体实施方式】 [0046] 三:本实施方式是对一所述的极紫外光源收集镜温度 的空间分布测量系统进一步限定，在本实施方式中，所述横向扩散率测量装置还包括十号 反射镜2-16和^ 号反射镜2-17;
[0047]光阑2-25的出射光依次经过十号反射镜2-16和^ 号反射镜2-17的反射后入射 至二号快速响应探测器2-6。
[0048] 十号反射镜2-16和十一号反射镜2-17均用于消除激光束的散射光。
【具体实施方式】 [0049] 四：本实施方式是对一或三所述的极紫外光源收集镜 温度的空间分布测量系统进一步限定，在本实施方式中，所述横向扩散率测量装置还包括 滤光片2-26;
[0050] 滤光片2-26位于光阑2-25和二号快速响应探测器2-6之间的光路上。
[0051] 滤光片2-26用于选取所需的极紫外光。
[0052]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的极紫外光源收集镜温度 的空间分布测量系统进一步限定，在本实施方式中，一号硅探测器1-4为双通道硅探测器。 双通道硅探测器能够提高信号的信噪比。
[0053]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的极紫外光源收集镜温度 的空间分布测量系统进一步限定，在本实施方式中，二号硅探测器2-4为单通道硅探测器。 单通道硅探测器的灵敏度较高。
【主权项】
1.极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，该系统包括纵向热导率测量装置和横 向扩散率测量装置； 所述纵向热导率测量装置包括一号纳秒激光器（1-1)、一号氦氖激光器（1-2)、一号分 束片（1-3)、一号娃探测器（1-4)、一号不波器（1-5)、一号快速响应探测器（1-6)、一号1/2玻 片（1-7)、一号偏振晶体(1-8)、一号反光镜(1-11)、二号反光镜(1-12)和一号透镜(1-9); 一号纳秒激光器（1-1)发射的激光束通过一号分束片（1-3)分束后分别照射在一号反 光镜（1-11)上和一号硅探测器（1-4)上；一号氦氖激光器（1-2)发射的激光束通过一号1/2 玻片（1-7)入射至一号偏振晶体(1-8)上； 一号娃探测器（1-4)的触发信号输出端与一号不波器(1-5)的触发信号输入端相连，一 号快速响应探测器(1-6)的快速响应输出端与一号示波器(1-5)的快速响应输入端相连； 所述横向扩散率测量装置包括二号纳秒激光器(2-1)、二号氦氖激光器(2-2)、二号分 束片（2-3)、二号硅探测器(2-4)、二号示波器(2-5)、二号快速响应探测器(2-6)、二号1/2玻 片(2-7)、二号偏振晶体(2-8)、七号反光镜(2-21)、八号反光镜(2-23)、九号反光镜(2-24) 和二号透镜(2-9); 二号纳秒激光器(2-1)发射的激光束通过二号分束片（2-3)进行分束，二号分束片（2-3)分束后的一束激光束入射至二号娃探测器(2-4)，二号氦氖激光器(2-2)发射的激光束通 过二号1/2玻片(2-7)入射至二号偏振晶体(2-8); 二号硅探测器(2-4)的触发信号输出端与二号示波器(2-5)的触发信号输入端相连，二 号快速响应探测器(2-6)的快速响应输出端与二号示波器(2-5)的快速响应输入端相连； 其特征在于，所述纵向热导率测量装置还包括二向色镜（1-13)和二号分束片（1-14); 一号反光镜（1-11)反射的激光束依次经过二向色镜（1-13)、二号分束片（1-14)和一号 透镜(1 -9)直射在样品（10)的表面； 一号偏振晶体（1-8)的一束偏振出射光经二向色镜（1-13)反射后与一号反光镜（1-11) 反射的激光束重合，一号偏振晶体（1)的另一束偏振出射光经过二号反光镜（1 -12)的反 射后入射至一号快速响应探测器(1-6); 直射在样品（10)的表面的重合激光束经过样品（10)的反射后依次经过一号透镜（1-9)、二号分束片（1-14)入射至一号快速响应探测器(1-6); 所述横向扩散率测量装置还包括三号分束片（2-22)、四号分束片（2-20)、可翻折反射 镜(2-12)、0〇)(2-11)、光阑（2-25); 二号分束片（2-3)分束的另一束激光束入射至三号分束片（2-22);三号分束片（2-22) 将入射激光束分成三束激光束，该三束激光束分别为第一激光束、第二激光束和第三激光 束，第一激光束垂直入射到七号反光镜（2-21)上，第二激光束垂直入射到八号反光镜（2-23)上，第三激光束通过四号分束片(2-20)后被分束成第四激光束和第五激光束，第五激光 束通过可翻折反射镜(2-12)的反射后垂直照射在CCD( 2-11)的表面上;CCD( 2-11)的表面对 第五激光束进行反射后，再次经过可翻折反射镜(2-12)后与二号偏振晶体(2-8)的偏振出 射光重合，并形成初级共线激光束，初级共线激光束入射到四号分束片（2-20)后与第四激 光束重合，并形成最终共线激光束，最终共线激光束通过二号透镜(2-9)后垂直照射到样品 (10)的表面;样品（10)表面反射的最终共线激光束经过九号反光镜(2-24)反射后入射至光 阑（2-25)，光阑（2-25)的出射光入射至二号快速响应探测器(2-6)。2. 根据权利要求1所述的极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，其特征在于，所 述纵向热导率测量装置还包括三号反光镜（1-15)、六号反光镜（1-18)、五号反光镜（1-17) 和四号反光镜（1-16); 重合激光束经过样品（10)的反射后依次经过一号透镜（1-9)、二号分束片（1-14)后，再 依次经过六号反光镜（1-18)和三号反光镜（1-15)的反射后入射至一号快速响应探测器（1-6)； 一号偏振晶体（1-8)的另一束偏振出射光经过二号反光镜（1-12)的反射后，再依次经 过四号反光镜（1-16)和五号反光镜（1-17)的反射后入射至一号快速响应探测器(1-6)。3. 根据权利要求1所述的极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，其特征在于，所 述横向扩散率测量装置还包括十号反射镜(2-16)和十一号反射镜(2-17); 光阑（2-25)的出射光依次经过十号反射镜(2-16)和^ 号反射镜（2-17)的反射后入 射至二号快速响应探测器(2-6)。4. 根据权利要求1或3所述的极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，其特征在 于，所述横向扩散率测量装置还包括滤光片(2-26); 滤光片(2-26)位于光阑（2-25)和二号快速响应探测器(2-6)之间的光路上。5. 根据权利要求1所述的极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，其特征在于，一 号硅探测器(1 -4)为双通道硅探测器。6. 根据权利要求1所述的极紫外光源收集镜温度的空间分布测量系统，其特征在于，二 号硅探测器(2-4)为单通道硅探测器。
【文档编号】G01K13/00GK205664955SQ201620533264
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】王骐, 吴文智, 赵永蓬, 徐强
【申请人】哈尔滨工业大学