[发明专利]一种深紫外光学元件光学性能的综合测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对光学元件参数的测量方法及装置，特别是一种深紫外光学元件光学性能的综合测试方法，其可以进行深紫外光学元件光学性能及其稳定性的测试。

背景技术

在超大规模集成电路制造工艺中，准分子激光光刻是最重要的工艺过程之一。目前半导体集成电路光刻设备所使用的主要激光光源为氟化氩（ArF）准分子激光器，输出波长为193nm。在光刻机设备中，大量使用了深紫外光学元件，包括反射光学元件、透射光学元件、衰减光学元件等，用于对193nm激光束的整形、传输和控制。制备这些深紫外光学元件采用的光学材料主要为紫外级融石英和氟化钙衬底和氟化物（氟化镁、氟化铝、氟化镧等）、氧化物（氧化铝、氧化硅等）薄膜材料，由这些材料制备的深紫外光学元件不仅其在193nm波长的光学性能与材料的纯度和掺杂、杂质含量、吸收特性等诸多因素有关，而且在193nm波长的深紫外激光长时间照射条件下，其材料内部可能产生色心和其他的物理或化学过程，导致其光学性能缓慢下降，直至灾难性损伤出现，光学元件使用寿命终结。因此测量和实时监测深紫外光学元件的光学性能及其在深紫外激光照射下光学性能的实时变化和长时间稳定性对发展高光学性能、长使用寿命的深紫外光学元件，降低光刻设备的使用成本和集成电路芯片的制造成本具有重要意义。

深紫外光学元件的光学性能不仅与其吸收特性相关，而且与其在深紫外光照射时产生的荧光光谱特性和拉曼光谱特性有关。而深紫外光学元件光学性能的稳定性则与其吸收特性、荧光光谱特性和拉曼光谱特性在深紫外激光照射时的实时变化直接相关。目前测量光学元件吸收损耗的国际标准是激光量热法（ISO11551:2003(E)–Test methodfor absorptance of optical laser components），激光量热法直接测量光学元件吸收损耗值，测量灵敏度高（优于10^-6–李斌成，熊胜明，H.Blaschke，等；激光量热法测量光学薄膜微弱吸收，《中国激光》33：823（2006）），且装置简单，调节方便。另外，激光诱导荧光光谱技术和拉曼光谱技术是测量深紫外光学元件在深紫外激光照射条件下性能稳定性的又一技术手段。由于深紫外光学元件的激光诱导荧光和拉曼散射光强度及其光谱特性与深紫外光学材料内的掺杂和杂质含量、缺陷能级、深紫外激光照射形成的色心等因素有关，通过监测深紫外光学元件在深紫外激光照射产生的荧光和拉曼散射光强度和光谱特性的实时变化情况，可以评估深紫外激光照射对深紫外光学元件产生的影响，从而分析深紫外光学元件的光学性能及其稳定性。

目前通常采用独立的激光量热技术、激光诱导荧光光谱技术和拉曼光谱技术对深紫外光学元件的性能进行测量和评估。中国专利申请“一种深紫外光学元件稳定性的综合测试方法”（专利申请号201010623885.2，申请公布日2010.09.07）提出了集成激光量热技术、光热技术和激光诱导荧光光谱技术的综合测试技术对深紫外光学元件的稳定性进行综合测量，其虽然能同时确定深紫外光学元件的吸收特性和荧光光谱特性在深紫外激光照射下的实时变化情况，但不能同时测量深紫外光学元件内H2含量的变化情况。而W.Triebel等人虽然提出了一种深紫外光学元件的激光诱导荧光光谱和拉曼光谱的集成测量装置（W.Triebel,S.Bark-Zollmann,C.Muehlig,et al;“Evaluation of fused silica for DUV laser applications by short time diagnostics”,Proc.SPIE 4103(2000)），但该装置中使用了两种不同波长的激光器分别激发荧光和拉曼散射光，不能实现荧光光谱和拉曼光谱的同时和在位测量。

发明内容

本发明要解决技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种深紫外光学元件光学性能的综合测试方法，该方法能同时测量和实时监测深紫外光学元件的光学性能及其在深紫外激光照射条件下吸收损耗、激光诱导荧光光谱和拉曼光谱的实时变化特性的综合测试，为综合评估深紫外光学元件的光学性能及其稳定性提供技术手段。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种深紫外光学元件光学性能的综合测试方法，其特征在于步骤如下：

步骤（1）、将一窄线宽深紫外重复脉冲激光器（线宽低于2pm、重复频率高于10Hz）输出的激光束聚焦照射到一放置在绝热样品室内的深紫外光学元件表面中心位置附近，深紫外光学元件因吸收激光束能量导致温度上升，同时深紫外光学元件产生荧光发光和拉曼散射发光；