[发明专利]一种光学玻璃亚表面缺陷检测方法

说明书

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系统，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，影响光学系统成像质量。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