CN104089963B - 一种光学玻璃亚表面缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学玻璃亚表面缺陷检测方法，其步骤为：采用沥青或者聚氨酯抛光方式制备亚表面缺陷玻璃样品；合理确定样品采样点，以全面评价样品亚表面缺陷；根据采样点制作去除区域为规则形状的去除函数，与驻留时间卷积获得规则形状的若干采样区域；利用上述去除函数和离子束加工对采样区域进行不同深度均匀去除；使用表面形貌观察设备对采样区域进行观测，获得光学玻璃亚表面缺陷形貌。本发明采用离子束加工对光学玻璃全视场内不同采样点表面水解层进行去除，使用表面微观形貌检测设备对其进行观测；本发明具有原理简单，测量结果准确直观等特点，避免了使用氢氟酸，是一种安全有效的亚表面缺陷测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及光学加工和检测领域，特别涉及一种光学玻璃亚表面缺陷检测方法。
背景技术
用于大规模集成电路制造的光刻机可以曝光产生几十纳米特征尺寸图形，满足芯片尺寸越来越小、集成度越来越高需要。作为光刻机最主要部分的投影光刻物镜是目前最复杂光学***，其生产制造过程中对光学设计、加工、检测和装调都提出极高要求。对于光学加工而言，光学玻璃抛光后仍会有亚表面缺陷存在。这些缺陷的存在，尤其是微裂纹会在高能激光辐照下局部场增强，降低光学材料的抗激光损伤能力，并且这些缺陷会使光束发生散射，影响光学***成像质量。目前商用光刻机照明用光源单脉冲能量可达20mJ，重复频率6K，并且需长时间处于工作状态，所以光学元件亚表面缺陷越来越受到重视。
铣磨过程是光学元件加工过程中的重要工序，也是亚表面缺陷产出的主要过程。抛光过程是去除铣磨过程产生的凹凸层和裂纹层，并且将玻璃抛亮的过程。抛光过程中石英会在水的作用下水解产生硅酸薄膜，在玻璃表面塑性流动覆盖在玻璃表面，因此不能直观发现铣磨过程产生的亚表面缺陷是否去除和抛光过程中是否产生新的亚表面缺陷。光学玻璃的亚表面缺陷检测就是去除玻璃表面水解层或透过水解层对表面下缺陷检测的过程。
光学玻璃亚表面缺陷检测方法根据去除玻璃表面水解层和透过水解层分为破坏性检测和无损检测两种。玻璃亚表面缺陷无损检测方法主要有粗糙度经验法(根据表面粗糙度峰谷值反推亚表面缺陷深度)、共焦显微法、全内反射显微法等，使用的设备一般价格昂贵，操作复杂，结果依赖操作人员，获得准确结果比较困难。相对而言破坏性检测方法简单直观准确，可以为光学玻璃加工工艺改进提供可信数据信息。目前破坏性检测方法主要有氢氟酸腐蚀法和磁流变方法。由于二氧化硅只与氢氟酸发生反应，腐蚀用酸只能选用氢氟氟酸，氢氟酸本身腐蚀性很强，二者反应产生氟化硅气体是一种无色有毒气体，所以氢氟酸使用和腐蚀过程中防护比较重要；磁流变加工是一种无损加工方式，但其与其他采用抛光液加工方式一样，会在光学玻璃表面产生水解层，尽管比一般水解层厚度薄，也不能直接观察亚表面缺陷情况。参照图2，以往光学玻璃亚表面缺陷检测技术，(a)和(b)为无损检测方法中的共聚焦显微方法和全内反射显微方法，存在设备昂贵，结果不直观可靠等缺点；(c)和(d)分别为胶合抛光氢氟酸腐蚀法和磁流变方法，存在安全性差和结果不直观等问题。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种可以指导光学玻璃加工工艺改进的，光学玻璃亚表面缺陷检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种光学玻璃亚表面缺陷检测方法，包括以下步骤：
步骤i：采用沥青或者聚氨酯抛光方式制备亚表面缺陷玻璃样品；
步骤ii：合理确定样品采样点，以全面评价样品亚表面缺陷；
步骤iii：根据采样点制作去除区域为规则形状的去除函数，与驻留时间卷积获得规则形状的若干采样区域；
步骤iv：利用上述去除函数和离子束加工对采样区域进行不同深度均匀去除；
步骤v：使用表面形貌观察设备对采样区域进行观测，获得光学玻璃亚表面缺陷形貌。
在上述技术方案中，所述表面形貌观察设备为白光干涉仪或原子力显微镜。
在上述技术方案中，步骤iv之后，步骤v之前，还设有步骤：若水解层未完全去除，对采样区域进行再次去除。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的光学玻璃亚表面缺陷检测方法采用离子束加工对光学玻璃全视场内不同采样点表面水解层进行去除，使用表面微观形貌检测设备对其进行观测，是一种检测光学玻璃亚表面缺陷的有效手段，对光学加工工艺改进具有指导意义；
相比于光学玻璃亚表面缺陷无损检测方法，本发明更准确直观，无需昂贵检测设备，检测结果对操作人员依赖性大大减少；
相比于氢氟酸腐蚀方法，该发明更安全可靠；
相比于磁流变加工方法，该发明除具有不产生新亚表面缺陷同时，加工后不会产生新的水解层，可以直接对亚表面形貌进行观察和测量。
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为光学玻璃亚表面缺陷示意图；
图2中的图a-d分别为现有技术中的光学玻璃亚表面缺陷检测方法示意图；
图3为离子束加工原理示意图；
图4为本发明亚表面缺陷检测流程示意图；
图5为样品加工采样点选择示意图；
图6为加工去除函数制作示意图。
具体实施方式
本发明的发明思想为：
本发明的光学玻璃亚表面缺陷检测方法，包含以下步骤：
采用沥青、聚氨酯等抛光方式制备亚表面缺陷玻璃样品；
合理确定样品采样点以全面评价样品亚表面缺陷；
根据采样点制作去除区域为规则形状的去除函数，与驻留时间卷积获得规则形状的若干采样区域；
利用上述去除函数和离子束加工对采样区域进行不同深度均匀去除；
使用现有表面形貌观察设备对采样区域进行观测，获得光学玻璃亚表面缺陷形貌，若去除深度不够，对采样区域再次去除，获得亚表面缺陷深度。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
参照图1，光学玻璃抛光处理后，表面结构可分为水解层、缺陷层、变形层和无缺陷层，缺陷层被水解层所覆盖，不易直接观测到。
参照图3，离子束加工(IBF)采用惰性离子对光学表面进行轰击，对玻璃表面材料进行去除，具有不形成新水解层，加工后亚表面形貌观测方便可靠，并且安全性有保障。
参照图4-6，将对具体实施例作详细介绍：
(1)、具有亚表面缺陷玻璃样品制作：采用聚氨酯对直径150mm融石英玻璃平面样品进行抛光，相比沥青抛光可以产生更薄的水解层，水解层厚度约几十纳米到上百纳米；
(2)、采样点选择：150mm口径的平面样品选择三条相隔120°半径上选取4个点作为采样点，如图5所示；
(3)、去除函数制作：在150mm口径平面上，采样点处去除区域选择口径为10mm的正形区域作为去除区域，如图6所示。加工时可以以1mm为加工间隔对去除区域加工，10mm区域相对较小，正方形区域利于加工，可以减少加工时间；
(4)、玻璃样品采样区域材料去除：通过控制加工驻留时间利用离子束加工对去除区域进行10nm、20nm、…100nm深度均匀去除；
(5)、亚表面形貌观测：利用白光干涉仪对去除区域进行观测，获得玻璃亚表面缺陷信息；
(6)、若水解层未完全去除，对玻璃样品采样点区域进行再次去除，然后再对亚表面形貌进行观测。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种光学玻璃亚表面缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤i：采用沥青或者聚氨酯抛光方式制备亚表面缺陷玻璃样品；
步骤ii：合理确定样品采样点，以全面评价样品亚表面缺陷；
步骤iii：根据采样点制作去除区域为规则形状的去除函数，与驻留时间卷积获得规则形状的若干采样区域；
步骤iv：利用上述去除函数和离子束加工对采样区域进行不同深度均匀去除；
步骤v：使用表面形貌观察设备对采样区域进行观测，获得光学玻璃亚表面缺陷形貌。
2.根据权利要求1所述的光学玻璃亚表面缺陷检测方法，其特征在于，所述表面形貌观察设备为白光干涉仪或原子力显微镜。
3.根据权利要求1或2所述的光学玻璃亚表面缺陷检测方法，其特征在于，步骤iv之后，步骤v之前，还设有步骤：若水解层未完全去除，对采样区域进行再次去除。
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