一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學(xué)基板表面檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光學(xué)基板清洗后的表面檢測(cè)方法，特別是一種高功率激光薄膜元 件用超光滑光學(xué)基板表面檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)薄膜元件是激光系統(tǒng)中的關(guān)鍵元器件，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)光學(xué)性能的關(guān)鍵因素之 一。隨著激光系統(tǒng)使用功率的不斷增加，人們對(duì)激光薄膜元件的抗損傷能力要求也不斷提 高。影響薄膜損傷閾值的因素眾多，從基板的拋光和清洗到膜系的設(shè)計(jì)和制備以及后續(xù)的 激光預(yù)處理等，其中基板的拋光工序決定了基板表面的光潔度，拋光過程控制不當(dāng)將導(dǎo)致 基板表面出現(xiàn)大量劃痕缺陷，而清洗工序直接決定元件鍍膜前的表面潔凈度，清洗不當(dāng)會(huì) 造成基板表面微粒的殘留。這些劃痕和微粒在薄膜元件裝入激光系統(tǒng)后在高功率激光輻照 下極易誘發(fā)薄膜的損傷，從而極大降低了元件的抗激光損傷性能。
[0003] 那么如何判斷拋光后的基板表面劃痕情況是否合格，清洗后的基板表面雜質(zhì)微粒 是否清洗干凈，則需要我們對(duì)基板表面的劃痕缺陷以及表面潔凈度情況具備客觀準(zhǔn)確的檢 測(cè)方法和判斷能力。目前光學(xué)基板表面檢測(cè)中常用的方法是在100W白光表面檢測(cè)燈照射 下用肉眼來觀測(cè)，然而這種方法無法定量顆粒度大小，并且檢驗(yàn)的準(zhǔn)確度十分依賴于燈泡 狀態(tài)，而在實(shí)際使用中燈泡的亮度又受很多外界因素影響，比如開機(jī)時(shí)間、燈泡總使用時(shí)間 等，因此在使用中很難保證檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性與一致性，尤其關(guān)鍵的是這種檢測(cè)方法僅能觀測(cè) 到幾十微米尺度以上的劃痕和微粒，而對(duì)于更小尺度的顆粒和劃痕的觀測(cè)則需要使用光 學(xué)顯微鏡，通過使用較高的放大倍數(shù)光學(xué)顯微鏡可以觀測(cè)到微米、亞微米尺度的劃痕和缺 陷，并且能夠?qū)⑷毕莸某叨榷康谋硎?。然而在目前所公知的使用光學(xué)顯微鏡對(duì)基板進(jìn)行 表面檢測(cè)過程中存在的主要問題是鏡頭的放大倍數(shù)越高能觀測(cè)到的缺陷尺度就越小，而相 應(yīng)的檢測(cè)視場(chǎng)也變得越小，這樣檢測(cè)速度就會(huì)變慢。所以，在高損傷閾值的激光薄膜元器件 的制備過程中迫切需要一種檢測(cè)速度快而又靈敏度高的定量化檢測(cè)方法。
[0004] 因此，本發(fā)明針對(duì)上述問題，提出一種基于532nm波長激光散射觀測(cè)的基板表面 缺陷與雜質(zhì)微粒尺度與空間分布的定量和快速檢測(cè)技術(shù)。由于人眼對(duì)綠光極敏感，采用 532nm激光散射觀測(cè)具有更高的靈敏度，遠(yuǎn)高于一般強(qiáng)光燈獲得的信號(hào)強(qiáng)度，可獲得更小尺 寸缺陷的散射信號(hào)，污染物顆粒探測(cè)精度可達(dá)數(shù)十納米，極大地提高了基板表面缺陷檢測(cè) 的精度和效率，為光學(xué)基板的拋光以及清洗工藝研發(fā)提供反饋以及技術(shù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種高功率激光薄膜元件用光學(xué)基板表面檢測(cè)方法。
[0006] 本發(fā)明提出的一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學(xué)基板表面檢測(cè)方法，具體步 驟如下： (1)在帶有暗場(chǎng)、微分干涉功能的顯微鏡裝置旁邊裝置激光波長為532nm激光器，激 光束傾斜入射照射樣品表面的顯微鏡物鏡聚焦區(qū)域，調(diào)整激光器位置及顯微鏡焦距使得通 過目鏡可以清晰觀測(cè)到樣品表面激光散射光； (2) 在正式檢測(cè)前，首先需要對(duì)微粒散射光量化定標(biāo)，將300nm~3 y m直徑的人工氧化 硅小球旋涂在干凈的光學(xué)基板表面，分別使用暗場(chǎng)顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微 模式對(duì)比觀測(cè)人工微粒，分別記錄兩種模式下觀測(cè)的微粒大小，以此通過數(shù)據(jù)擬合建立微 粒的尺度與其散射光面積的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒缺陷散射光的量化定標(biāo)； (3) 接著需要對(duì)基板表面劃痕缺陷散射光作定標(biāo)，采用納米壓痕儀在光學(xué)基板表面制 備600nm~4 ym寬度的人工劃痕，分別米用暗場(chǎng)顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模 式對(duì)比觀測(cè)人工劃痕，分別記錄兩種模式下觀測(cè)的劃痕大小，以此通過數(shù)據(jù)擬合建立劃痕 的寬度與其散射光寬度的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)劃痕缺陷散射光的量化定標(biāo)； (4)通過上述對(duì)劃痕和微粒散射光定量化定標(biāo)后開始進(jìn)行光學(xué)基板清洗后的表面檢 測(cè)，具體檢測(cè)方法采用固定顯微鏡鏡頭，先橫向再縱向移動(dòng)基板的全表面掃描方式實(shí)現(xiàn)對(duì) 表面劃痕缺陷以及微粒的空間分布與尺度的檢測(cè)。
[0007] 本發(fā)明尤其實(shí)現(xiàn)光學(xué)基板表面高靈敏度檢測(cè)的定量化，為基板清洗工藝的改進(jìn)提 供數(shù)據(jù)支撐，避免了基板內(nèi)部和表面由于清洗過度而產(chǎn)生缺陷，保證基板具有高的損傷閾 值，同時(shí)具有檢測(cè)速度快、檢測(cè)結(jié)果直觀、檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008] 圖1為1 ym人造微粒（a)微分干涉顯微圖像與（b)532nm激光散射暗場(chǎng)圖像對(duì) 比； 圖2為2 y m人造劃痕（a)微分干涉顯微圖像與（b) 532nm激光散射暗場(chǎng)圖像對(duì)比； 圖3為初步清洗后光學(xué)基板的（a)微分干涉圖像與（b) 532nm激光散射暗場(chǎng)圖像對(duì) 比。
【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0010] 實(shí)施例1 :以BK7光學(xué)基板清洗后的檢測(cè)： 在清洗后潔凈的? 30mm光學(xué)基板表面旋涂lMm尺度均勻的Si02A工小球，將小球基 板放置入Leica微分干涉顯微鏡載物臺(tái)上，采用20倍放大倍數(shù)物鏡在微分干涉模式下調(diào)節(jié) 顯微鏡焦距，使顯微鏡聚焦在基板上表面，在10倍放大倍數(shù)目鏡中可觀測(cè)到基板表面IP? 310 2小球，如圖1(a)所示。接著，將顯微鏡調(diào)整為暗場(chǎng)模式，在顯微鏡裝置旁邊放置激光波 長為532nm激光器，激光束以45度斜入射照射樣品表面，調(diào)節(jié)激光器位置使得激光束在樣 品表面光斑與顯微鏡物鏡聚焦區(qū)域重合，通過目鏡可以清晰觀測(cè)到基板表面氧化硅小球的 散射光，如圖1(b)所示。類似，我們對(duì)比觀測(cè)了 300nm~3Mffl氧化硅人工小球的微分干涉圖 像和暗場(chǎng)激光散射圖像，小球尺度與相應(yīng)散射光面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒散 射光大小與顆粒真實(shí)尺寸的定標(biāo)。
[0011] 表 1 :
接著，將刻有2Pm寬度人工劃痕的〇 30mmBK7基板放置入顯微鏡檢測(cè)臺(tái)，在微分干涉模 式下調(diào)節(jié)顯微鏡焦距，在目鏡中可觀測(cè)到基板表面人工劃痕，如圖2(a)所示。接著，將顯微 鏡調(diào)整為暗場(chǎng)模式，打開在上述步驟中調(diào)整好的532nm波長激光器，通過目鏡可以清晰觀 測(cè)到基板表面人工劃痕的散射光，如圖2(b)所示。類似，我們對(duì)比觀測(cè)了 600nm~4Mffl人工 劃痕的微分干涉圖像和暗場(chǎng)激光散射圖像，劃痕寬度與相應(yīng)散射光面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2， 根據(jù)該對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)基板表面劃痕缺陷的散射光寬度與真實(shí)寬度的定標(biāo)。
[0012]表2:
在完成對(duì)散射光的量化定標(biāo)后，我們即可開始對(duì)光學(xué)基板進(jìn)行檢測(cè)與分析，如圖3(a) 所示，將一塊經(jīng)過初步清洗后的BK7基板放置入檢測(cè)臺(tái)，在微分干涉模式下觀測(cè)樣品表面， 表面僅有視場(chǎng)中間區(qū)域有幾個(gè)顆粒，整個(gè)似乎還是比較干凈的，然而當(dāng)我們采用本發(fā)明的 激光散射方法觀測(cè)后，如圖3(b)表面顯現(xiàn)出非常多的微粒，根據(jù)上述的定標(biāo)的尺度對(duì)應(yīng)關(guān) 系，說明這些顆粒尺度主要為小于lMffl的亞微米的尺度范圍，從而說明該樣品還需要做進(jìn) 一步的高精度清洗。由此可見，通過我們發(fā)明的檢測(cè)方法能夠高靈敏地對(duì)光學(xué)基板進(jìn)行高 效檢測(cè)，為獲得高損傷閾值的光學(xué)薄膜元件提供了有力的技術(shù)保障。
[0013] 上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為說明本發(fā)明的技術(shù)思想和特點(diǎn)，目的在于該技術(shù)領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí) 施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞 動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做 出的改進(jìn)和修改都涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學(xué)基板表面檢測(cè)方法，其特征具體步驟如下： (1)在帶有暗場(chǎng)模式的微分干涉顯微鏡旁邊設(shè)置532nm波長激光器，將激光束傾斜入 射樣品表面的顯微鏡聚焦區(qū)域，通過目鏡可觀測(cè)到樣品表面激光散射光； (2) 將300nm~3ym直徑的人工氧化硅微粒旋涂在干凈的光學(xué)基板表面，分別使用暗場(chǎng) 顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模式觀測(cè)人工微粒，分別記錄兩種模式下觀測(cè)的微 粒大小，以此通過數(shù)據(jù)擬合建立微粒的尺度與其散射光面積的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒 缺陷散射光的量化定標(biāo)； (3) 采用納米壓痕儀在光學(xué)基板表面制備600nm~4ym寬度的人工劃痕，分別采用暗場(chǎng) 顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模式對(duì)比觀測(cè)人工劃痕，分別記錄兩種模式下觀測(cè) 的劃痕大小，以此通過數(shù)據(jù)擬合建立劃痕的寬度與其散射光寬度的數(shù)量對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì) 劃痕缺陷散射光的量化定標(biāo)； (4) 運(yùn)用上述定標(biāo)后的檢測(cè)方法開展對(duì)光學(xué)基板清洗后的表面進(jìn)行劃痕缺陷以及微 粒的空間分布全表面檢測(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟（1)中激光器波長 為 532nm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟（1)中激光器垂直 光斑直徑為2_。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟（1)中激光器傾斜 角度為30° ~60°。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟（2)中氧化硅小球 尺寸為 0? 3Mm，0? 6Mm，I. 〇Mm，2.OMm或 3.OMm中任一種。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟（3)中人造劃痕寬 度尺寸為0. 6Pm，lMm，2Mm，3Mm或4Mm中任一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高功率激光薄膜元件用超光滑光學(xué)基板表面檢測(cè)方法，采用532nm波長激光傾斜入射光學(xué)基板表面，運(yùn)用微分干涉顯微鏡的暗場(chǎng)模式觀測(cè)激光在基板表面的散射光信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)基板表面缺陷及微小殘留顆粒的高靈敏度檢測(cè)；通過分別采用暗場(chǎng)顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模式對(duì)所旋涂有300~3μm人工氧化硅小球的樣品進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)比建立微粒激光散射面積與微粒實(shí)體尺度對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)于微粒的激光散射檢測(cè)的量化定標(biāo)；通過對(duì)比暗場(chǎng)顯微模式下激光散射以及微分干涉顯微模式對(duì)刻有600nm~5μm寬度人工劃痕基板的觀測(cè)結(jié)果，建立劃痕激光散射面積與實(shí)體寬度對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成對(duì)劃痕缺陷的激光散射量化定標(biāo)。本發(fā)明極大地提高了基板表面缺陷檢測(cè)的精度和效率。
【IPC分類】G01N21/49
【公開號(hào)】CN105203503
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510585072
【發(fā)明人】王占山, 丁濤, 馬彬, 程鑫彬, 焦宏飛, 張錦龍, 沈正祥
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月16日