一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法技术

本发明专利技术公开了一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法。本发明专利技术的方法包括步骤：S1，对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理；S2，采用激光共聚焦Raman光谱仪进行显微Raman光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析；S3，对所测CaF2光学元件表面的所有有效区域进行表面Mapping扫描测试，并对测试结果进行综合分析，判断所测CaF2光学元件表面和亚表面的损伤情况。本发明专利技术提供的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法能提高探测的灵敏度和准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及表面损伤探测领域，特别涉及一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法。
技术介绍
近年来，包括ArF(氟化氩)准分子激光在内的深紫外激光技术和应用获得了快速的发展，尤其是在极大规模集成电路光刻制备领域，具有十分重大的社会和经济价值。光学薄膜与元件的激光损伤与寿命问题一直是制约深紫外激光器向更高能量和功率发展，影响深紫外激光应用系统使用寿命与成本的主要因素。近年来，随着极大规模集成电路光刻制备技术的快速发展，对ArF准分子激光元件的性能及长期稳定性要求提出了持续的挑战，尤其是ArF准分子激光元件的在高重频、低能量密度辐照下的损伤与长期使用寿命问题显得愈发突出。对于较高激光能量密度和要求长使用寿命的深紫外激光应用中多数都采用CaF2(氟化钙)光学基底。但在实际应用中，CaF2光学元件的性能退化与损伤依然是当前以及未来制约ArF激光器在大规模集成电路制备技术应用的主要问题之一。导致CaF2光学元件性能退化与损伤的实际因素非常复杂，主要包括三个方面的因素：首先是CaF2光学晶体材料生长过程中引入的痕量杂质和缺陷；其次是CaF2光学基底切割、研磨、表面精拋和清洗等过程中在表面和亚表面层中引入的杂质和缺陷；还与光学元件应用的具体环境存在显著关联。所述的上面三种因素几乎会同时存在，使得导致CaF2光学元件性能退化与损伤的原因显得错综复杂，这极大地制约了CaF2光学元件长期性能稳定性及寿命的提高。在以往对CaF2光学元件的表面损伤研究中，一般是采用直接表面观察或表征的方法，如微分干涉显微镜法或扫描电子显微镜进行表征。在实际应用中，这两种方法均存在一定的不足。例如微分干涉显微镜法，存在下面的不足：当样品的辐射点损伤不明显时，其损伤形貌难于在离线显微镜中被准确定位；由于其照明强度相对较弱及观察面聚焦的问题，当放大倍率超过100倍时，显微成像的清晰度将退化，使得表面形貌的观察和准确判断存在困难，难于观察判别尺寸更小或微弱的损伤形貌。而扫描电子显微镜的分辨率虽然不存在问题，但是其定位以及便利程度都存在不足之处。更重要的是，上述方法均是属于表面表观的检测方法，无法反映CaF2光学元件表面和亚表面损伤的内在情况。从ArF激光在大规模集成电路制备技术的应用实际情况来看，对ArF激光的要求是激光的工作重频不断增大、能量密度逐渐降低、寿命越来越长。典型的情况是CaF2等光学元件需要承受高重频、低能量密度激光辐照几十亿次之后，光学元件才出现微分干涉显微法可观测到的表面和亚表面损伤，在此之前则缺乏有效的手段进行客观检测和评价。此外，从导致CaF2光学元件损伤的主要因素来看，CaF2光学基底在解理、研磨、抛光、清洗等加工过程中产生的表面和亚表面的微缺陷或损伤是其中最主要的内在因素之一。因此，对CaF2光学基底加工和使用过程中的表面和亚表面损伤进行高灵敏检测，对于提高CaF2光学元件的加工和应用水平具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术存在的缺陷，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，所述CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法包括步骤：S1，对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理；S2，采用激光共聚焦拉曼(Raman)光谱仪进行显微Raman光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析；S3，对所测CaF2光学元件表面的所有有效区域进行表面映射(Mapping)扫描测试，并对测试结果进行综合分析，判断所测CaF2光学元件表面和亚表面的损伤情况。一些实施例中，所述方法还包括步骤S4，将被测样品表面进行清洁处理，使样品表面恢复到测试前的洁净状态。一些实施例中，所述步骤S1，对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理具体为：将纳米金属溶胶滴在被测CaF2光学基底样品表面并进行低速旋涂，然后将其静置使水溶剂挥发干净。一些实施例中，所述纳米金属溶胶的颗粒直径为10nm。一些实施例中，所述步骤S2，采用激光共聚焦Raman光谱仪进行显微Raman光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析具体为：采用激光共聚焦Raman光谱仪，选择Raman测试模式及测试参数，进行显微Raman光谱测试，根据所述Raman光谱中CaF2的特征Raman峰的强弱变化及其它杂质组分结构的Raman光谱峰的强弱变化，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断，并具体分析损伤机理。一些实施例中，所述测试参数包括激发激光波长，显微物镜的放大倍率，共聚焦针孔大小，光栅的刻线，Raman光谱的测试范围，测试的积分时间和平均次数。一些实施例中，所述激发激光波长为785nm，所述显微物镜的放大倍率为10x-40x，所述共聚焦针孔大小为200μm，所述光栅的刻线为600I/mm，Raman光谱的测试范围为100cm-1-1500cm-1之间，所述测试的积分时间为5s，所述测试的平均次数为2次。一些实施例中，所述步骤S4，将被测样品表面进行清洁处理，使样品表面恢复到测试前的洁净状态，具体为：将被测样品表面采用去离子水进行兆声清洗，同时将所述去离子水进行加热，然后重复上述步骤3次以上后更换去离子水。一些实施例中，所述对所述去离子水进行加热的温度为60度-80度。一些实施例中，所述对所述去离子水进行兆声清洗的时间为10分钟。本专利技术提供的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法采用激光共聚焦显微Raman光谱仪进行显微Raman光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析可以大大提高所测光谱信号中来自表面和亚表面的信号的比重，从而可以进一步提高对损伤区域的探测灵敏度和准确性。通过对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理可以将损伤区域Raman散射信号与未损伤区域Raman散射信号的差异进行放大，进一步提高损伤区域和未损伤区域的探测信号对比度，极大地提高探测的灵敏度和准确性。附图说明图1为本专利技术一个实施例的一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法的流程示意图；图2为本专利技术一个实施例的一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，而不构成对本专利技术的限制。下面参考图1至图2来对本专利技术实施例的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法进行详细说明。Raman光谱是材料及表面研究相对成熟的技术，广泛地应用于各种材料及表面的表征。但是对于CaF2光学基底表面和亚表面损伤，不仅损伤程度比较微弱，在区域上也往往是局部的微小区域，普通的Raman光谱测试往往无法探测出在这些区域的Raman光谱信号的变化，其测试结果的可靠性存在较大不确定性。基于上述背景分析，本专利通过采用表面增强激光显微Raman光谱的方法，对CaF2光学基底在解理、研磨、抛光、清洗等加工过程及被激光辐照后的表面和亚表面损伤进行高灵敏检测，有效弥补目前所采用的表观观察方法的不足。如图1所示，是本专利技术实施例提供的一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，所述CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法包括步骤：S1，对被测试CaF2光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，其特征在于，包括步骤：S1，对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理；S2，采用激光共聚焦拉曼光谱仪进行显微拉曼光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析；S3，对所测CaF2光学元件表面的所有有效区域进行表面Mapping扫描测试，并对测试结果进行综合分析，判断所测CaF2光学元件表面和亚表面的损伤情况。

【技术特征摘要】
1.一种CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，其特征在于，包括步骤：S1，对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理；S2，采用激光共聚焦拉曼光谱仪进行显微拉曼光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析；S3，对所测CaF2光学元件表面的所有有效区域进行表面Mapping扫描测试，并对测试结果进行综合分析，判断所测CaF2光学元件表面和亚表面的损伤情况。2.如权利要求1所述的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，其特征在于，还包括步骤：S4，将被测样品表面进行清洁处理，使样品表面恢复到测试前的洁净状态。3.如权利要求1所述的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，其特征在于，所述步骤S1，对被测试CaF2光学基底样品表面进行处理具体为：将纳米金属溶胶滴在被测CaF2光学基底样品表面并进行低速旋涂，然后将其静置使水溶剂挥发干净。4.如权利要求3所述的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，其特征在于，所述纳米金属溶胶的颗粒直径为10nm。5.如权利要求1所述的CaF2光学基底表面和亚表面损伤探测方法，其特征在于，所述步骤S2，采用激光共聚焦拉曼光谱仪进行显微拉曼光谱测试，对该测试区域表面和亚表面的损伤变化情况进行判断分析具体为：采用激光共聚焦拉曼光谱仪，选择拉曼测试模式及测试参数，进行显微拉曼光谱测试，根据所述拉曼光谱中CaF2...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓文渊，金春水，靳京城，李春，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22