[发明专利]一种ArF激光光学薄膜角度散射测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及准分子级光学薄膜元件角度散射测量领域，具体涉及一种ArF激光光学薄膜角度散射测量装置。

背景技术

随着ArF准分子激光在许多领域中显示出的巨大优势，迫切需求在紫外（UV）/深紫外（DUV）/真空紫外（VUV）范围内制备出低损耗、高聚集密度及长寿命的光学薄膜。其中薄膜损耗主要包括薄膜的吸收损耗和散射损耗两种。散射损耗的后果是反射与透射能量降低，同时带来杂散光，影响整个光学系统的性能。在ArF准分子激光器中，光线在谐振腔中多次振荡，如果高反射镜的散射损耗较大，对于ArF准分子激光器的输出功率有着十分重要的影响。因此，精确表征薄膜的散射损耗对于其光学薄膜元件的制备研究具有重要意义。

光学薄膜的散射可分为体内散射和界面散射（或表面散射）。体内散射起因于薄膜内部折射率的不均匀性。由于蒸发薄膜都具有柱状结构，其孔隙和柱体的折射率差异很大，因而产生散射。体内散射对入射光线的影响与体内吸收相仿，它使薄膜中的光强度随着薄膜厚度的增加而按指数规律衰减，它们两者对于透射光或者反射光的影响难以区别，所以测量体内散射相对困难。表面散射主要由表面缺陷和表面微观粗糙度所引起，可以通过散射的标量理论和矢量理论计算。标量理论产生于20世纪60年代，理论值与实验结果得到较好的符合。但是由于忽略了散射光线的方向和偏振等因素，只考察总积分散射这一项物理量，就不容易从中得到较多的关于表面微观物理量的信息。矢量理论则是20世纪70年代提出的新理论。它弥补了标量理论的不足，在分析计算中考虑了散射光的方位和偏振特性。因此利用矢量理论能计算出薄膜表面散射光在空间各方向的强度分布图，它能够较好地体现表面各种空间频率的微粗糙度的大小与状态，能够体现出更多的表面结构特征。

目前大多数的散射测量都是基于标量理论设计的积分散射测试装置，而利用矢量理论建立的角度散射测量装置还缺乏相应的成熟产品，尤其是针对ArF激光光学薄膜元件的角度散射测量。

发明内容

根据ArF激光光学薄膜元件角度散射特性精密测量的实际需要，考虑到已经建立的针对标量理论设计的积分散射测试装置的不足，本发明提出一种ArF激光光学薄膜元件角度散射测量装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种ArF激光光学薄膜角度散射测量装置，包括：用于产生测量激光的ArF准分子激光器；

在测量激光的光路上依次设有ArF准分子激光扩束准直装置，可变光阑，193nm偏振光起偏器和分束器；

测量激光经过分束器后分为两条光路，其中一条光路上设有193nm参比光偏振探测装置；另外一条光路上设有旋转样品台；

测量激光照射在所述旋转样品台上的样品后，透射光路上设有193nm透射光偏振探测装置，散射光路上设有193nm散射光偏振探测装置。

在上述技术方案中，所述ArF准分子激光扩束准直装置，可变光阑，193nm偏振光起偏器，分束器，193nm参比光偏振探测装置，193nm透射光偏振探测装置，193nm散射光偏振探测装置，以及旋转样品台均分别处于真空腔体内。

在上述技术方案中，所述真空腔体用熔石英或CaF₂进行密封。

在上述技术方案中，所述旋转样品台可以绕其圆心，在水平方向0-360度范围内连续转动。

在上述技术方案中，所述193nm散射光探测装置安装在一个旋转臂上，可以在测量激光入射平面内0-180度范围内转动。

在上述技术方案中，所述193nm参比光偏振探测装置，所述193nm透射光偏振探测装置以及所述193nm散射光探测装置分别为一个光电倍增管。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1．本发明的ArF激光光学薄膜角度散射测量装置是一个专门针对ArF激光波长光学元件建立的角度散射测量装置；

2．本发明的ArF激光光学薄膜角度散射测量装置，通过测试入射平面内的散射光空间分布，可以计算得到一维表面粗糙度，进而分析多层膜在生长过程中微观结构的变化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明的ArF激光光学薄膜角度散射测量装置一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示具体实施方式中的光路原理图。

图中附图标记表示为：

0-ArF准分子激光器；1、2、3、4-矩形真空腔体；