CN102989715A - 一种深紫外光学薄膜基底的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深紫外光学薄膜基底的处理方法，包括以下步骤：在第一超声波水槽中加入洗涤剂，将基底在该第一超声波水槽中进行清洗；将基底按照频率由低到高，依次放入频率不同的多个超声波水槽内进行清洗；在慢拉脱水水槽中对基底进行慢拉脱水；对基底进行高纯氮气吹干；对基底进行紫外灯辐照处理。本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法，能够实现亚微米级以上的污染物粒子清洗及表面碳氢化合物的有效去除；由于优化选择了超声波的清洗频率，使清洗后的软性基底表面粗糙度和光学性能不受影响；在清洗过程中，不使用易燃易爆的有机溶剂清洗，避免了传统手工擦拭对实验员的人体毒害。

Description

一种深紫外光学薄膜基底的处理方法

技术领域

本发明涉及准分子级光学薄膜基底表面处理技术领域，具体涉及一种深紫外光学薄膜基底的处理方法。

背景技术

随着ArF准分子激光在材料精细加工、深紫外光刻、材料处理和准分子医疗等诸多领域越来越广泛的应用，迫切需要研制出在深紫外波段范围内低损耗、高聚集密度及长寿命的光学薄膜。为了制备出满足上述性能要求的薄膜光学元件，基底表面不能有污染，否则膜与基底表面不能很好的粘附，降低薄膜的附着力。并且在超光滑基底表面上有微米级粒子时，将导致膜层质量下降，进而产生严重的损耗，可能会降低薄膜激光损伤阈值；此外当污染物微粒的尺寸与光波波长相当或更小时，由于其小尺寸效应及表面效应，将导致吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共频移。这些情况都可能使基底性能不稳定，导致在使用此基底镀膜时产生的有害影响，所以准分子级光学薄膜基底需要更细致清洗处理。

基底表面的清洗可以用各种方法完成，如溶剂清洗、紫外灯清洗、等离子体清洗、和超声波清洗等。但是每一种方法都有其适用范围，溶剂清洗有最大的实用范围，但在许多情况下，特别当溶剂本身就是污染物时，它就不适用了。紫外灯清洗是利用紫外灯的照射波长183.9nm和253.7nm的光照射基底，基底表面的氧分子被分解成氧原子形成臭氧，然后臭氧把基底上的有机分子分解，形成CO₂和H₂O蒸汽，从而达到清洗目的。该方法对表面附着的有机物清洗比较彻底，但对其它形式的污染物清洁效果甚微。等离子体清洗即利用高速运动的等离子体束流冲击被清洗物表面，使等离子体具有的动能传递给基底表面的污染物粒子，并使污染物解析而达到清洗的目的。由吸附动力学可知，有机大分子和无机大粒子等吸附能力较弱，等离子体清洗可以有很好的效果。而超微粒子之间、超微粒子与表面原子之间强烈的相互作用而产生的表面层二维多相性更使其难于解吸。

超声波清洗主要是利用超声波本身的能量、空化泡破裂时释放的能量（空化效应）以及超声波对液体的搅拌作用等。超声波的能量作用是异常巨大的，在具有能量的煤质点与污垢粒子相互作用时，超声波将能量传递给污垢并解离分散，同时由于在超声波作用下，媒液内部形成负压和正压，负压时在媒液中形成微小的真空空穴，而在正压阶段，空穴气泡被绝热压缩并破裂，其瞬间强度可高达上千个大气压，尤其是空穴闭合时产生的闭合冲击波和渗透在污垢与基底表面之间尚未闭合空化泡之间的强烈震荡，从而将物体表面的污染物击破而达到去污的目的。其中超声频率的选择是重要的，不恰当的频率不仅使相应尺寸污染物粒子很难解离，并有可能使其中软性（CaF₂）基底的表面粗糙度受到较大影响，容易使表面造成损伤。

发明内容

针对上述清洗过程中出现的问题，本发明提供一种能够有效清除不同类型污染物及不影响表面状况的深紫外光学薄膜基底的处理方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种深紫外光学薄膜基底的处理方法，该方法适用的处理装置包括频率不同的多个超声波水槽和慢拉脱水水槽，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i：在第一超声波水槽中加入洗涤剂，将基底在该第一超声波水槽中进行清洗；

步骤ii：将基底按照频率由低到高，依次放入频率不同的多个超声波水槽内进行清洗；

步骤iii：在慢拉脱水水槽中对基底进行慢拉脱水；

步骤iv：对基底进行高纯氮气吹干；

步骤v：对基底进行紫外灯辐照处理。

上述技术方案中，步骤i之前还包括步骤：将多个超声波水槽和慢拉脱水水槽中的水加热至50℃。

上述技术方案中，频率不同的多个超声波水槽的频率分别为：40kHz、68kHz、120kHz和175kHz。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1．本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法，能够实现亚微米级以上的污染物粒子清洗及表面碳氢化合物的有效去除。

2．本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法，由于优化选择了超声波的清洗频率，使清洗后的软性基底（CaF₂）表面粗糙度和光学性能不受影响。

3．本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法在清洗过程中，不使用易燃易爆的有机溶剂（酒精、乙醚和病痛等）清洗，避免了传统手工擦拭对实验员的人体毒害。

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是本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法的过程示意图；

图2是本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法，以紫外光辐照去除基底表面碳氢化合物的原理示意图。

具体实施方式

本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法的具体实施方式如图1所示。图中的槽1至槽4分别表示频率不同，频率由低到高依次排列的四个超声波水槽。本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法，具体步骤包括：

首先，将超声波水槽和慢拉脱水水槽中的水加热至50℃，这样有利于产生空穴，增加空化率。

然后，在槽1中加入洗涤剂，利用清洗剂和污染物进行化学反应，使大分子污染物生成可溶于清洗剂的小分子物质而脱离基底表面、或破坏污染物与基底表面之间的键合作用。

再然后，基底依次放入包括槽2至槽4，频率由低到高的不同频率的超声波水槽内，通过优化的时间在不同频率的槽内进行清洗。经过一系列不同超声波频率的振动后，基底表面的绝大部分污染物粒子已经解吸、脱落。

然后，再利用水的张力作用对清洗后的基底慢拉脱水，使粘附在基底表面的污染物和水的混合物由于重力作用，慢慢脱离基底。

而后，及时对基底进行高纯氮气吹干，以免表面留下水渍。

最后，对基底进行紫外灯辐照处理。在ArF准分子193nm波段，碳氢等有机物污染物对基底和薄膜的影响尤为明显，使用污染的基底镀膜时，它能使薄膜的光学性能退化，导致薄膜的使用寿命减低。紫外灯辐照能有效去除基底表面的有机污染物，因此在清洗基底后进行紫外灯辐照处理，去除表面碳氢等有机污染物的影响，达到对基底的有效、彻底的清洗。

本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法，能够有效去除基底表面亚微米级以上的污染物粒子和表面碳氢化合物，清洗后能够实现表面亚微米级以上的理想效果，同时在清洗过程中能够最大限度的保护软性基底（CaF₂）的在清洗后的表面和光学性能不受影响。

本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法包括不同频率的超声波组合，慢拉脱水、高纯氮气吹干和紫外光辐照等一套综合装置来实现基底表面的彻底清洗。超声波清洗所产生的能量与频率的平方成正比，超声波频率越高，所提供的能量越大，有利于微粒的解吸，但过高的超声波频率使清洗液空化率增大，难形成空穴，空化作用弱，从而降低清洗效果。但空化产生的冲击力速度大，对小间隙或细孔中的污染物清洗很有效。因此，超声波频率的选择要根据被清洗物的污染物微粒大小和类型来选择。深紫外波段常用的基底材料为熔融石英和CaF₂，其表面沾污的杂质和粒子包括有机物污染、无机盐、金属离子和机械抛光残留的杂质粒子等。

本发明的深紫外光学薄膜基底的处理方法根据大量实验结果，优化选择了四种不同的超声波频率和清洗时间来分别去除相应污染物粒子，并对超声波水槽进行加热处理，这样有利于产生空穴，增加空化率。超声波频率分别选择40kHz、68kHz、120kHz和175kHz，相应去除污染物大于10μm、5μm、1μm和0.3μm的微粒，并在40kHZ的超声波水槽中加入洗涤剂。按照上述超声频率依次清洗后，再利用水在基底表面的张力作用，缓慢向上提升，水由于自身重力作用自然脱落并把表面已经解析的污染物带下。脱水后对基底及时进行高纯氮气吹干处理，否则在基底表面会残留水渍。最后使用紫外灯进行照射，能有效清除基底表面碳氢污染物，这样一套程序过后，使基底达到彻底清洗的目的，且整个清洗工艺流程在超净间中进行。

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)

1.一种深紫外光学薄膜基底的处理方法，该方法适用的处理装置包括频率不同的多个超声波水槽和慢拉脱水水槽，其特征在于，包括以下步骤：

步骤i：在第一超声波水槽中加入洗涤剂，将基底在该第一超声波水槽中进行清洗；

步骤ii：将基底按照频率由低到高，依次放入频率不同的多个超声波水槽内进行清洗；

步骤iii：在慢拉脱水水槽中对基底进行慢拉脱水；

步骤iv：对基底进行高纯氮气吹干；

步骤v：对基底进行紫外灯辐照处理。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤i之前还包括步骤：将多个超声波水槽和慢拉脱水水槽中的水加热至50℃。

3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，频率不同的多个超声波水槽的频率分别为：40kHz、68kHz、120kHz和175kHz。

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