[发明专利]在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统

说明书

本发明涉及一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦‑探测系统，包括激光光源组件、激光等离子体光源组件、极紫外纳秒泵浦光路组件、红外飞秒探测成像光路组件和激光延时探测组件，激光等离子体光源组件和极紫外纳秒泵浦光路组件形成用于放置样品的真空腔体，其中，激光光源组件包括红外飞秒激光器和红外纳秒激光器，基于设定时序控制产生红外飞秒探测激光和红外纳秒泵浦光，红外纳秒泵浦光产生极紫外纳秒泵浦光并辐照样品，形成损伤区，红外飞秒探测光辐照样品的损伤区，损伤区的散射光经极紫外纳秒泵浦光路组件和红外飞秒探测成像光路组件实现成像，获得样品损伤区域形貌图。与现有技术相比，本发明具有装调简单、可重复性高等优点。

技术领域

本发明涉及材料在极紫外光辐照下的损伤动力学过程的观测领域，尤其是涉及一种在线高空间和时间分辨极紫外辐照损伤泵浦-探测系统。

背景技术

近几十年，随着极紫外光刻等技术的发展，极紫外波段光学元件和极紫外光刻材料都是该技术发展和应用不可或缺的元件和材料。在极紫外光辐照下光学元件的损伤问题和光刻材料的辐照刻蚀过程是极紫外光刻技术发展的重要科学和技术问题。因此，对极紫外波段光学元件和光刻材料的损伤动力学过程的在线监测对于极紫外光刻技术的发展应用非常重要。此外，光学元件受极紫外光辐照损伤动力学过程的研究能用以指导优化和改进极紫外波段光学薄膜制备工艺，提升光学元件的抗损伤能力。光刻材料受极紫外光辐照刻蚀动力学过程研究有助于优化其抗刻蚀性，以避免精细图案在刻蚀过程中出现塌陷或者重叠。

泵浦-探测是目前国际上比较常见的损伤动力学探测技术，其主要包括两种结构，在第一种结构中，单台激光器发出的激光被分束为双光束并加上延迟线，其中一束作为泵浦光辐照在样品上形成损伤，另外一束作为探测光在一定延迟时间后探测样品损伤区，在第二种结构中，使用了两台激光器以及脉冲信号输出控制模块，其中一台激光器输出激光作为泵浦光辐照在样品表面形成损伤，控制模块控制在一定延迟时间后，另外一台激光器输出激光作为探测光探测样品损伤区。迄今这两种泵浦-探测结构主要应用于红外和可见激光损伤实验。

目前，在极紫外辐照损伤领域鲜有报道泵浦-探测实验技术和方法。原因之一是用于实验室的高能量密度极紫外光源搭建困难，论文“Damage threshold measurements onEUV optics using focused radiation from a table-top laser produced plasmasource”(Frank Barkusky等，Optics Express，第18卷，第5册，第4346-4355页，2010年)中，Frank Barkusky等人公开了一种桌面型极紫外损伤实验装置，所述装置没有搭建泵浦-探测装置不能开展损伤动力学研究，其输出的最大极紫外光能量密度较低只有1.16J/cm²，可以开展损伤实验的样品有限。同济大学李文斌等人也发展了一套桌面高能量密度极紫外辐照损伤测试装置(发明名称：一种桌面型高能量密度极紫外辐照损伤测试装置，专利号：ZL201810596643.5)，其输出的13.5nm极紫外光能量密度最高为2.27J/cm²，能够测试极紫外损伤阈值更高的样品，但所述系统不具备泵浦-探测装置和功能。为开展极紫外波段损伤实验，国际上一般使用基于高能电子加速器的自由电子激光大型科学装置。论文“Ablationof solids using a femtosecond extreme ultraviolet free electron laser”(NikolaStojanovic等，Applied Physics Letters，第89期，241909，2006年)中介绍了利用德国汉堡FLASH极紫外自由电子激光开展的极紫外泵浦-光学激光探测实验，实验中泵浦光源为波长32.5nm、脉宽25fs的极紫外自由电子激光，探测激光为波长523nm、脉宽12ps的可见光，样品为Si。德国汉堡FLASH极紫外自由电子激光通过自发辐射自放大(SASE)模式产生，该工作模式存在极紫外光脉冲到达时间抖动性问题，影响了泵浦-探测时间分辨率，并且需在实验前花大量时间调试安装附加仪器。此外，自由电子激光作为大型科学装置存在设备体积庞大，造价高昂、实验机时有限、不能及时有效地开展实验等不足。