專利名稱：一種ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及準(zhǔn)分子級光學(xué)薄膜元件角度散射測量領(lǐng)域，具體涉及一種ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置。
背景技術(shù)：
隨著ArF準(zhǔn)分子激光在許多領(lǐng)域中顯示出的巨大優(yōu)勢，迫切需求在紫外(UV) /深紫外(DUV)/真空紫外(VUV)范圍內(nèi)制備出低損耗、高聚集密度及長壽命的光學(xué)薄膜。其中薄膜損耗主要包括薄膜的吸收損耗和散射損耗兩種。散射損耗的后果是反射與透射能量降低，同時帶來雜散光，影響整個光學(xué)系統(tǒng)的性能。在ArF準(zhǔn)分子激光器中，光線在諧振腔中多次振蕩，如果高反射鏡的散射損耗較大，對于ArF準(zhǔn)分子激光器的輸出功率有著十分重要的影響。因此，精確表征薄膜的散射損耗對于其光學(xué)薄膜元件的制備研究具有重要意義。光學(xué)薄膜的散射可分為體內(nèi)散射和界面散射(或表面散射)。體內(nèi)散射起因于薄膜內(nèi)部折射率的不均勻性。由于蒸發(fā)薄膜都具有柱狀結(jié)構(gòu)，其孔隙和柱體的折射率差異很大，因而產(chǎn)生散射。體內(nèi)散射對入射光線的影響與體內(nèi)吸收相仿，它使薄膜中的光強(qiáng)度隨著薄膜厚度的增加而按指數(shù)規(guī)律衰減，它們兩者對于透射光或者反射光的影響難以區(qū)別，所以測量體內(nèi)散射相對困難。表面散射主要由表面缺陷和表面微觀粗糙度所引起，可以通過散射的標(biāo)量理論和矢量理論計算。標(biāo)量理論產(chǎn)生于20世紀(jì)60年代，理論值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到較好的符合。但是由于忽略了散射光線的方向和偏振等因素，只考察總積分散射這一項(xiàng)物理量，就不容易從中得到較多的關(guān)于表面微觀物理量的信息。矢量理論則是20世紀(jì)70年代提出的新理論。它彌補(bǔ)了標(biāo)量理論的不足，在分析計算中考慮了散射光的方位和偏振特性。因此利用矢量理論能計算出薄膜表面散射光在空間各方向的強(qiáng)度分布圖，它能夠較好地體現(xiàn)表面各種空間頻率的微粗糙度的大小與狀態(tài)，能夠體現(xiàn)出更多的表面結(jié)構(gòu)特征。目前大多數(shù)的散射測量都是基于標(biāo)量理論設(shè)計的積分散射測試裝置，而利用矢量理論建立的角度散射測量裝置還缺乏相應(yīng)的成熟產(chǎn)品，尤其是針對ArF激光光學(xué)薄膜元件的角度散射測量。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)ArF激光光學(xué)薄膜元件角度散射特性精密測量的實(shí)際需要，考慮到已經(jīng)建立的針對標(biāo)量理論設(shè)計的積分散射測試裝置的不足，本發(fā)明提出一種ArF激光光學(xué)薄膜元件角度散射測量裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下一種ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置，包括用于產(chǎn)生測量激光的ArF準(zhǔn)分子激光器；在測量激光的光路上依次設(shè)有ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，可變光闌，193nm偏振光起偏器和分束器；測量激光經(jīng)過分束器后分為兩條光路，其中一條光路上設(shè)有193nm參比光偏振探測裝置；另外一條光路上設(shè)有旋轉(zhuǎn)樣品臺；測量激光照射在所述旋轉(zhuǎn)樣品臺上的樣品后，透射光路上設(shè)有193nm透射光偏振探測裝置，散射光路上設(shè)有193nm散射光偏振探測裝置。在上述技術(shù)方案中，所述ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，可變光闌，193nm偏振光起偏器，分束器，193nm參比光偏振探測裝置，193nm透射光偏振探測裝置，193nm散射光偏振探測裝置，以及旋轉(zhuǎn)樣品臺均分別處于真空腔體內(nèi)。在上述技術(shù)方案中，所述真空腔體用熔石英或CaF2進(jìn)行密封。在上述技術(shù)方案中，所述旋轉(zhuǎn)樣品臺可以繞其圓心，在水平方向0-360度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動。在上述技術(shù)方案中，所述193nm散射光探測裝置安裝在一個旋轉(zhuǎn)臂上，可以在測量激光入射平面內(nèi)0-180度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。在上述技術(shù)方案中，所述193nm參比光偏振探測裝置，所述193nm透射光偏振探測裝置以及所述193nm散射光探測裝置分別為一個光電倍增管。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果1.本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置是一個專門針對ArF激光波長光學(xué)元件建立的角度散射測量裝置；2.本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置，通過測試入射平面內(nèi)的散射光空間分布，可以計算得到一維表面粗糙度，進(jìn)而分析多層膜在生長過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示具體實(shí)施方式
中的光路原理圖。圖中附圖標(biāo)記表示為O-ArF準(zhǔn)分子激光器；1、2、3、4_矩形真空腔體；5- ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置；6_可變光闌；7_偏振光起偏器；8_分束器；9-193nm參比光偏振探測裝置；10-旋轉(zhuǎn)樣品臺；ll_193nm透射光偏振探測裝置；12_193nm散射光偏振探測裝置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置的主體包括一個起偏裝置、三套193nm波長偏振光探測裝置和一個樣品臺。本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置的系統(tǒng)示意圖如圖1所示，測量裝置系統(tǒng)光路原理圖如圖2所示，該測量裝置主要包括ArF準(zhǔn)分子激光器O、矩形真空腔體1、矩形真空腔體2、矩形真空腔體3、矩形真空腔體4、ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置5、可變光闌6、193nm偏振光起偏器7、分束器8、193nm參比光偏振探測裝置9、旋轉(zhuǎn)樣品臺10、193nm透射光偏振探測裝置11、193nm散射光偏振探測裝置12，及控制和數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。所述193nm參比光偏振探測裝置9，所述193nm透射光偏振探測裝置11以及所述193nm散射光探測裝置12分別為一個光電倍增管。本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置的真空腔體管路由四個大小不同的矩形真空腔體和連接這些矩形真空腔體之間的圓形管路組成，這四個矩形真空腔體均為徑向垂直水平面固定放置在一個金屬柜上方。其中，矩形真空腔體I沿水平入射光路方向前后相對開有兩個開口 ；矩形真空腔體2除了沿水平入射光路方向前后相對開有兩個開口，在垂直入射光路方向也有一個開口 ；矩形真空腔體3只在沿垂直入射光路方向有一個前開口 ；矩形真空腔體4只在沿水平入射光路方向有一個前開口。矩形真空腔體I的前開口用熔石英或CaF2進(jìn)行密封，并在該開口的邊上安裝通入N2氣的連接管路，在后開口通過一段矩形真空管路與矩形真空腔體2的前開口相連；矩形真空腔體2垂直入射光路方向的開口通過一段矩形真空管路與矩形真空腔體3的開口相連；矩形真空腔體2的后開口通過一段矩形真空管路與矩形真空腔體4的開口相連。矩形真空腔體I底板上安裝了一組ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置5即ArF激光擴(kuò)束鏡和準(zhǔn)直鏡，以及一個可變光闌6。矩形真空腔體2底板上安裝了 一個偏振光起偏器7，在偏振光起偏器7后面是一個分束器8。 矩形真空腔體3底板上安裝193nm參比光偏振探測裝置9，其包括一個檢偏器和一個探測器。矩形真空腔體4軸向上部的密封板上有一個大小適度的開口，利用一個帶有密封膠圈的蓋子進(jìn)行密封。矩形真空腔體4內(nèi)部包括193nm透射光偏振測量裝置11、旋轉(zhuǎn)樣品臺10、193nm散射光偏振探測裝置12。旋轉(zhuǎn)樣品臺10的形狀為圓形，圓心位于入射光線上。旋轉(zhuǎn)樣品臺10的可以根據(jù)實(shí)際測量光學(xué)元件的大小選擇合適尺寸，可以利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動使樣品臺圍繞圓心在水平方向0-360度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動。193nm散射光探測裝置12位于樣品臺入射光一側(cè)，包含一個檢偏器和一個探測器，安裝在一個旋轉(zhuǎn)臂上，可以繞樣品臺的圓心旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度在入射平面內(nèi)0-180度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動。樣品數(shù)據(jù)獲得和控制系統(tǒng)由計算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制卡、驅(qū)動器等組成，利用可編程軟件Labview實(shí)現(xiàn)儀器控制、數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控等功能。樣品數(shù)據(jù)獲得和控制系統(tǒng)圖1中未示出。本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置在正式測量之前，為了避免空氣中氧氣和水蒸汽在低于200nm產(chǎn)生的吸收，在真空腔體I的前端開始通入高純N2氣，充滿整個腔體管路，并在矩形真空腔體3和矩形真空腔體4各開一個出氣孔，排出N2氣，整個腔體中通入高純N2氣30分鐘以上，直至測試系統(tǒng)的100%線測量結(jié)果完全穩(wěn)定后，才開始進(jìn)行樣品掃描。角度散射測量過程中，根據(jù)光學(xué)元件的大小，設(shè)定矩形真空腔體I中的可變光闌6的大?。辉O(shè)定偏振光起偏器7選擇偏振態(tài)，并據(jù)此分別設(shè)定矩形真空腔體3中參比光偏振探測裝置9的檢偏器狀態(tài)，以及矩形真空腔體4中透射光偏振探測裝置11的檢偏器狀態(tài)；在樣品沒有放入旋轉(zhuǎn)樣品臺10之前，分別記錄193nm參比光偏振探測裝置探測器9的讀數(shù)和193nm透射光偏振探測裝置11探測器的讀數(shù)，并用193nm透射光偏振探測裝置11探測器的讀數(shù)除193nm參比光偏振探測裝置9探測器的讀數(shù)，得到的數(shù)值作為參考百線值；
然后將樣品放入旋轉(zhuǎn)樣品臺10，設(shè)定193nm散射光偏振探測裝置12探測器的角度范圍；分別記錄193nm參比光偏振探測裝置9探測器的讀數(shù)和193nm散射光偏振探測裝置12探測器的讀數(shù)，并用193nm散射光偏振探測裝置12探測器的讀數(shù)除193nm參比光偏振探測裝置9探測器的讀數(shù)，得到的數(shù)值再除前面得到的參考百線值。由此確定相應(yīng)入射光強(qiáng)Itl下，ArF激光光學(xué)薄膜元件隨角度變化的散射光強(qiáng)I。將測得數(shù)據(jù)代入下式中并通過軟件編程計算，可得出表面粗糙度σ的信息。其中，Θ Ci是入射角，0S是散射角，N= (n-1k)，是與入射角、散射角以及偏轉(zhuǎn)狀態(tài)等有關(guān)的幾何因子。
權(quán)利要求
1.一種ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置，其特征在于，包括用于產(chǎn)生測量激光的ArF準(zhǔn)分子激光器； 在測量激光的光路上依次設(shè)有ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，可變光闌，193nm偏振光起偏器和分束器； 測量激光經(jīng)過分束器后分為兩條光路，其中一條光路上設(shè)有193nm參比光偏振探測裝置；另外一條光路上設(shè)有旋轉(zhuǎn)樣品臺； 測量激光照射在所述旋轉(zhuǎn)樣品臺上的樣品后，透射光路上設(shè)有193nm透射光偏振探測裝置，散射光路上設(shè)有193nm散射光偏振探測裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，可變光闌，193nm偏振光起偏器，分束器，193nm參比光偏振探測裝置，193nm透射光偏振探測裝置，193nm散射光偏振探測裝置，以及旋轉(zhuǎn)樣品臺均分別處于真空腔體內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述真空腔體用熔石英或CaF2進(jìn)行密 封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)樣品臺可以繞其圓心，在水平方向0-360度范圍內(nèi)連續(xù)轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量裝置，其特征在于，所述193nm散射光探測裝置安裝在一個旋轉(zhuǎn)臂上，可以在測量激光入射平面內(nèi)0-180度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的測量裝置，其特征在于，所述193nm參比光偏振探測裝置，所述193nm透射光偏振探測裝置以及所述193nm散射光探測裝置分別為一個光電倍增管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置，包括用于產(chǎn)生測量激光的ArF準(zhǔn)分子激光器；在測量激光的光路上依次設(shè)有ArF準(zhǔn)分子激光擴(kuò)束準(zhǔn)直裝置，可變光闌，偏振光起偏器和分束器；測量激光經(jīng)過分束器后分為兩條光路，其中一條光路上設(shè)有參比光偏振探測裝置；另外一條光路上設(shè)有旋轉(zhuǎn)樣品臺；測量激光照射在所述旋轉(zhuǎn)樣品臺上的樣品后，透射光路上設(shè)有透射光偏振探測裝置，散射光路上設(shè)有散射光偏振探測裝置。本發(fā)明的ArF激光光學(xué)薄膜角度散射測量裝置是一個專門針對ArF激光波長光學(xué)元件建立的角度散射測量裝置；通過測試入射平面內(nèi)的散射光空間分布，可以計算得到一維表面粗糙度，進(jìn)而分析多層膜在生長過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化。
文檔編號G01B11/30GK103018205SQ201210520608
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者金春水, 常艷賀, 李春, 鄧文淵, 靳京城 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所