基于使用气体放电等离子体（DPP）极紫外（EUV）光源自研的小型反射率测试装置，分析了DPP光源参数及不同型号探测器对反射率测试的影响，提出了一种能量归一化的反射率测试方法，并测试了13.5 nm波长下Mo/Si多层膜反射镜的反射率特性。研究结果表明：在相同光源参数下，SXUV100型探测器的极紫外能量探测性能优于AXUV100G型；通过归一化使光能量波动对反射率测试光束的影响因子从6.2%降低到0.64%，多层膜反射镜的峰值反射率的测量重复性从4.34%提高到0.69%，与国外同等实验装置精度相当，实现了高精度反射率测试，可为极紫外光刻机的光学元件提供反射率测试。

离轴照明技术是光刻工艺中提高成像分辨率的关键技术之一。本文提出了一种基于傅里叶合成技术的照明系统，该系统能够实现任意照明模式，并可以提高成像数值孔径，同时具有灵活高效、能量利用率高、易于实现等优点。本课题组通过计算仿真和搭建的实验装置验证了傅里叶合成技术实现任意照明模式的可行性，掌握了傅里叶照明系统所需的数值孔径合成方法，实现照明所需的发散度。基于优化的照明程序版图在实验中实现了圆盘、二级、四极、环形等照明模式，这些照明模式光强分布较均匀且照明形状无畸变。当MEMS二维振镜的扫描角度为±1°且选用收集镜成像倍率为10时，在收集镜上可以实现最大扫描照明尺寸超过30 mm，焦点面上的4×NA值超过0.6，这一结果可以匹配当前及下一代光刻工艺及掩模检测应用的照明需求。

仿真分析了不同基底材料对极紫外辐照损伤研究系统中收集镜聚焦性能的影响,包括熔融石英、SiC和AlSi。与熔融石英、SiC等陶瓷材料基底相比,AlSi基底收集镜的导热性能较高,但在极紫外辐照损伤研究系统中,对于300 mm直径的收集镜,当加载10 W功率时,AlSi基底收集镜反射面最高温升为1.39 ℃。尽管AlSi膨胀系数大于熔融石英和SiC,导致收集镜反射面发生最高为3.51 μm结构变形,且相对于理想无变形收集镜,波像差增加8.071λ以及光斑均方根半径增加0.028 μm,但AlSi基底收集镜满足极紫外辐照损伤系统的要求。AlSi基底收集镜可用于非成像系统或对成像质量要求不高的系统中,尤其在大口径、复杂面形的收集镜实现上具有明显优势。

实验研究了放电频率、电脉冲能量、碎屑缓冲气体流量等极紫外光源参数对极紫外辐照损伤测试系统聚焦光束性能的影响。测试结果表明:极紫外辐照损伤测试系统焦深为±1.5 mm;聚焦光斑尺寸及单脉冲能量随光源电脉冲能量的增大而明显增大,受光源放电频率影响较小;典型工作条件下,光斑尺寸在0.79~1.44 mm之间,聚焦光束单脉冲能量在112.09~436.06 μJ范围内;在200 Hz、5.0 J时聚焦光束单脉冲能量最高为436.06 μJ,聚焦光束单脉冲能量密度最高达到31.53 mJ/cm 2,在1500 Hz、4.6 J时聚焦功率密度达32.87 W/cm 2;最优缓冲气体Ar气工作气压为1~2 Pa,此时聚焦光束单脉冲能量最优。该测试研究可为极紫外辐照损伤测试研究中系统参数优化及设置提供指导参考。

为了科学地筛选极紫外光刻机所用的材料和工艺，需要建立极紫外辐照损伤测试系统、开展真空极紫外辐照下各种材料的损伤实验。极紫外辐照损伤测试系统主要包括极紫外光源、收集镜腔室和样品腔室。对极紫外辐照损伤测试系统进行了光学仿真，得到了像面在焦点处、像面离焦、收集镜平移、收集镜旋转等情况下的仿真结果。仿真结果表明：该极紫外辐照损伤测试系统焦深约为±3 mm；当像面上光斑半峰全宽基本不变时收集镜允许最大平移距离为±1.2 mm、允许最大转动转角为±0.08°；当收集镜小角度旋转时，像面上光斑沿单一方向平移，且平移距离和旋转角度成比例关系。该仿真研究对搭建极紫外辐照损伤测试系统、进行极紫外辐照损伤测试具有重要指导意义。

针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时，受激光激发，在针尖附近产生增强电磁场，得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱，形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章建立了一套针尖增强近场拉曼光谱测量装置，并用此装置对电弧法合成的单壁碳纳米管进行了近场拉曼光谱探测。测量了直径为100nm单壁碳纳米管束的针尖增强拉曼光谱，进一步得到至多3根单壁碳纳米管的近场拉曼光谱，实现了超衍射分辨光谱探测。通过与远场拉曼光谱比较发现，针尖增强近场拉曼光谱的增强因子大于230倍。实验证明，同时具有超衍射空间分辨和拉曼光谱信号增强能力的针尖增强近场拉曼光谱术将是纳米材料和纳米结构表征的一种重要方法。