一種光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法，其步驟為：采用瀝青或者聚氨酯拋光方式制備亞表面缺陷玻璃樣品；合理確定樣品采樣點(diǎn)，以全面評價樣品亞表面缺陷；根據(jù)采樣點(diǎn)制作去除區(qū)域?yàn)橐?guī)則形狀的去除函數(shù)，與駐留時間卷積獲得規(guī)則形狀的若干采樣區(qū)域；利用上述去除函數(shù)和離子束加工對采樣區(qū)域進(jìn)行不同深度均勻去除；使用表面形貌觀察設(shè)備對采樣區(qū)域進(jìn)行觀測，獲得光學(xué)玻璃亞表面缺陷形貌。本發(fā)明采用離子束加工對光學(xué)玻璃全視場內(nèi)不同采樣點(diǎn)表面水解層進(jìn)行去除，使用表面微觀形貌檢測設(shè)備對其進(jìn)行觀測；本發(fā)明具有原理簡單，測量結(jié)果準(zhǔn)確直觀等特點(diǎn)，避免了使用氫氟酸，是一種安全有效的亞表面缺陷測量方法。
【專利說明】一種光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)加工和檢測領(lǐng)域，特別涉及一種光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 用于大規(guī)模集成電路制造的光刻機(jī)可以曝光產(chǎn)生幾十納米特征尺寸圖形，滿足芯 片尺寸越來越小、集成度越來越高需要。作為光刻機(jī)最主要部分的投影光刻物鏡是目前最 復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)，其生產(chǎn)制造過程中對光學(xué)設(shè)計、加工、檢測和裝調(diào)都提出極高要求。對于光 學(xué)加工而言，光學(xué)玻璃拋光后仍會有亞表面缺陷存在。這些缺陷的存在，尤其是微裂紋會在 高能激光輻照下局部場增強(qiáng)，降低光學(xué)材料的抗激光損傷能力，并且這些缺陷會使光束發(fā) 生散射，影響光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量。目前商用光刻機(jī)照明用光源單脈沖能量可達(dá)20mJ，重復(fù)頻 率6K，并且需長時間處于工作狀態(tài)，所以光學(xué)元件亞表面缺陷越來越受到重視。
[0003] 銑磨過程是光學(xué)元件加工過程中的重要工序，也是亞表面缺陷產(chǎn)出的主要過程。 拋光過程是去除銑磨過程產(chǎn)生的凹凸層和裂紋層，并且將玻璃拋亮的過程。拋光過程中石 英會在水的作用下水解產(chǎn)生硅酸薄膜，在玻璃表面塑性流動覆蓋在玻璃表面，因此不能直 觀發(fā)現(xiàn)銑磨過程產(chǎn)生的亞表面缺陷是否去除和拋光過程中是否產(chǎn)生新的亞表面缺陷。光學(xué) 玻璃的亞表面缺陷檢測就是去除玻璃表面水解層或透過水解層對表面下缺陷檢測的過程。
[0004] 光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法根據(jù)去除玻璃表面水解層和透過水解層分為破壞 性檢測和無損檢測兩種。玻璃亞表面缺陷無損檢測方法主要有粗糙度經(jīng)驗(yàn)法（根據(jù)表面粗 糙度峰谷值反推亞表面缺陷深度）、共焦顯微法、全內(nèi)反射顯微法等，使用的設(shè)備一般價格 昂貴，操作復(fù)雜，結(jié)果依賴操作人員，獲得準(zhǔn)確結(jié)果比較困難。相對而言破壞性檢測方法簡 單直觀準(zhǔn)確，可以為光學(xué)玻璃加工工藝改進(jìn)提供可信數(shù)據(jù)信息。目前破壞性檢測方法主要 有氫氟酸腐蝕法和磁流變方法。由于二氧化硅只與氫氟酸發(fā)生反應(yīng)，腐蝕用酸只能選用氫 氟氟酸，氫氟酸本身腐蝕性很強(qiáng)，二者反應(yīng)產(chǎn)生氟化硅氣體是一種無色有毒氣體，所以氫氟 酸使用和腐蝕過程中防護(hù)比較重要；磁流變加工是一種無損加工方式，但其與其他采用拋 光液加工方式一樣，會在光學(xué)玻璃表面產(chǎn)生水解層，盡管比一般水解層厚度薄，也不能直接 觀察亞表面缺陷情況。參照圖2,以往光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測技術(shù)，（a)和（b)為無損檢 測方法中的共聚焦顯微方法和全內(nèi)反射顯微方法，存在設(shè)備昂貴，結(jié)果不直觀可靠等缺點(diǎn)； (c)和（d)分別為膠合拋光氫氟酸腐蝕法和磁流變方法，存在安全性差和結(jié)果不直觀等問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，提供一種可以指導(dǎo)光學(xué)玻璃加工工藝改進(jìn) 的，光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法。
[0006] 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：
[0007] -種光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟i :采用浙青或者聚氨酯拋光方式制備亞表面缺陷玻璃樣品；
[0009] 步驟ii :合理確定樣品采樣點(diǎn)，以全面評價樣品亞表面缺陷；
[0010] 步驟iii :根據(jù)采樣點(diǎn)制作去除區(qū)域?yàn)橐?guī)則形狀的去除函數(shù)，與駐留時間卷積獲 得規(guī)則形狀的若干采樣區(qū)域；
[0011] 步驟iv :利用上述去除函數(shù)和離子束加工對采樣區(qū)域進(jìn)行不同深度均勻去除；
[0012] 步驟v :使用表面形貌觀察設(shè)備對采樣區(qū)域進(jìn)行觀測，獲得光學(xué)玻璃亞表面缺陷 形貌。
[0013] 在上述技術(shù)方案中，所述表面形貌觀察設(shè)備為白光干涉儀或原子力顯微鏡。
[0014] 在上述技術(shù)方案中，步驟iv之后，步驟v之前，還設(shè)有步驟：若水解層未完全去除， 對采樣區(qū)域進(jìn)行再次去除。
[0015] 本發(fā)明具有以下的有益效果：
[0016] 本發(fā)明的光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法采用離子束加工對光學(xué)玻璃全視場內(nèi)不 同采樣點(diǎn)表面水解層進(jìn)行去除，使用表面微觀形貌檢測設(shè)備對其進(jìn)行觀測，是一種檢測光 學(xué)玻璃亞表面缺陷的有效手段，對光學(xué)加工工藝改進(jìn)具有指導(dǎo)意義；
[0017] 相比于光學(xué)玻璃亞表面缺陷無損檢測方法，本發(fā)明更準(zhǔn)確直觀，無需昂貴檢測設(shè) 備，檢測結(jié)果對操作人員依賴性大大減少；
[0018] 相比于氫氟酸腐蝕方法，該發(fā)明更安全可靠；
[0019] 相比于磁流變加工方法，該發(fā)明除具有不產(chǎn)生新亞表面缺陷同時，加工后不會產(chǎn) 生新的水解層，可以直接對亞表面形貌進(jìn)行觀察和測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 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。
[0021] 圖1為光學(xué)玻璃亞表面缺陷不意圖；
[0022] 圖2中的圖a_d分別為現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法示意圖；
[0023] 圖3為離子束加工原理示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明亞表面缺陷檢測流程示意圖；
[0025] 圖5為樣品加工采樣點(diǎn)選擇示意圖；
[0026] 圖6為加工去除函數(shù)制作示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明的發(fā)明思想為：
[0028] 本發(fā)明的光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法，包含以下步驟：
[0029] 采用浙青、聚氨酯等拋光方式制備亞表面缺陷玻璃樣品；
[0030] 合理確定樣品采樣點(diǎn)以全面評價樣品亞表面缺陷；
[0031] 根據(jù)采樣點(diǎn)制作去除區(qū)域?yàn)橐?guī)則形狀的去除函數(shù)，與駐留時間卷積獲得規(guī)則形狀 的若干采樣區(qū)域；
[0032] 利用上述去除函數(shù)和離子束加工對采樣區(qū)域進(jìn)行不同深度均勻去除；
[0033] 使用現(xiàn)有表面形貌觀察設(shè)備對采樣區(qū)域進(jìn)行觀測，獲得光學(xué)玻璃亞表面缺陷形 貌，若去除深度不夠，對采樣區(qū)域再次去除，獲得亞表面缺陷深度。
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。
[0035] 參照圖1，光學(xué)玻璃拋光處理后，表面結(jié)構(gòu)可分為水解層、缺陷層、變形層和無缺陷 層，缺陷層被水解層所覆蓋，不易直接觀測到。
[0036] 參照圖3,離子束加工（IBF)采用惰性離子對光學(xué)表面進(jìn)行轟擊，對玻璃表面材料 進(jìn)行去除，具有不形成新水解層，加工后亞表面形貌觀測方便可靠，并且安全性有保障。
[0037] 參照圖4-6,將對具體實(shí)施例作詳細(xì)介紹：
[0038] (1)、具有亞表面缺陷玻璃樣品制作：米用聚氨酯對直徑150mm融石英玻璃平面樣 品進(jìn)行拋光，相比浙青拋光可以產(chǎn)生更薄的水解層，水解層厚度約幾十納米到上百納米；
[0039] (2)、采樣點(diǎn)選擇：150mm 口徑的平面樣品選擇三條相隔120°半徑上選取4個點(diǎn)作 為采樣點(diǎn)，如圖5所示；
[0040] (3)、去除函數(shù)制作：在150mm 口徑平面上，采樣點(diǎn)處去除區(qū)域選擇口徑為10mm的 正形區(qū)域作為去除區(qū)域，如圖6所示。加工時可以以1mm為加工間隔對去除區(qū)域加工，10mm 區(qū)域相對較小，正方形區(qū)域利于加工，可以減少加工時間；
[0041] ⑷、玻璃樣品采樣區(qū)域材料去除：通過控制加工駐留時間利用離子束加工對去除 區(qū)域進(jìn)行l(wèi)〇nm、20nm、...100nm深度均勻去除；
[0042] (5)、亞表面形貌觀測：利用白光干涉儀對去除區(qū)域進(jìn)行觀測，獲得玻璃亞表面缺 陷信息；
[0043] ￠)、若水解層未完全去除，對玻璃樣品采樣點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行再次去除，然后再對亞表 面形貌進(jìn)行觀測。
[〇〇44] 顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對 于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或 變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或 變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1. 一種光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟i:采用浙青或者聚氨酯拋光方式制備亞表面缺陷玻璃樣品； 步驟ii:合理確定樣品采樣點(diǎn)，以全面評價樣品亞表面缺陷； 步驟iii :根據(jù)采樣點(diǎn)制作去除區(qū)域?yàn)橐?guī)則形狀的去除函數(shù)，與駐留時間卷積獲得規(guī) 則形狀的若干采樣區(qū)域； 步驟iv :利用上述去除函數(shù)和離子束加工對采樣區(qū)域進(jìn)行不同深度均勻去除； 步驟v :使用表面形貌觀察設(shè)備對采樣區(qū)域進(jìn)行觀測，獲得光學(xué)玻璃亞表面缺陷形貌。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法，其特征在于，所述表面形貌 觀察設(shè)備為白光干涉儀或原子力顯微鏡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)玻璃亞表面缺陷檢測方法，其特征在于，步驟iv之 后，步驟v之前，還設(shè)有步驟：若水解層未完全去除，對采樣區(qū)域進(jìn)行再次去除。
【文檔編號】G01N21/958GK104089963SQ201410312808
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】張春雷, 馬占龍, 王紹治, 劉健, 隋永新, 楊懷江 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