[發(fā)明專利]一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置和方法

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• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106596491A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉衛(wèi)靜;李斌誠;邢廷文;林嫵媚
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括照射光源(1)、可變衰減器(2)、光束整形模塊(3)、小孔光闌(4)、分束鏡(5)、光強(qiáng)探測器(6)、待測樣品(7)、透鏡(8)、濾光片(9)、熒光探測器(10)、總能量探測器(11)和計(jì)算機(jī)(12)，照射光源(1)經(jīng)過可變衰減器(2)調(diào)節(jié)能量，通過光束整形模塊(3)進(jìn)行光束形狀和均勻性控制，出射光束經(jīng)過小孔光闌(4)后由分束鏡(5)分光，反射光進(jìn)行光強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)測，透射光照射至待測樣品(7)上，待測樣品(7)為石英材料樣品，石英材料在光源的照射下由于內(nèi)部與羥基有關(guān)的缺陷中心的存在激發(fā)熒光，熒光探測器(10)通過透鏡(8)進(jìn)行熒光收集，經(jīng)過濾光片(9)后由熒光探測器測量與羥基有關(guān)的熒光強(qiáng)度，總能量探測器(11)用于測量前對光強(qiáng)探測器(6)進(jìn)行標(biāo)定，計(jì)算機(jī)(12)用于控制照射光源(1)，計(jì)算機(jī)(12)采集光強(qiáng)探測器(6)、總能量探測器(11)和熒光探測器(10)的測量數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述照射光源(1)為深紫外光源ArF或KrF準(zhǔn)分子激光器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述光束整形模塊(3)由兩片柱面鏡組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述光強(qiáng)探測器(6)和總能量探測器(11)為光電二極管、熱釋電能量計(jì)、激光功率計(jì)等能反應(yīng)入射光強(qiáng)變化的探測器件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述透鏡(8)用于收集石英材料在深紫外激光照射下激發(fā)的熒光，也可以選用凹面鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述濾光片(9)為帶通濾光片，由于石英材料在深紫外激光照射下激發(fā)的熒光復(fù)雜，通過濾光片截取與羥基有關(guān)的熒光信號，另外通過濾光片可以過濾掉照射光源信號。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，所述熒光探測器(10)為光電二極管、光電倍增管等靈敏度高的光強(qiáng)度探測器件。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量裝置，其特征在于，熒光強(qiáng)度探測位置可以是測試樣品垂直方向，也可以是測試樣品周圍的任意方向。

9.一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量方法，其特征在于，測量步驟如下：

步驟一：移開待測樣品(7)，同時(shí)采集總能量探測器(11)和光強(qiáng)探測器(6)的信號，計(jì)算光強(qiáng)度，分別表示為I_T和I_R，比值記為A＝I_T/I_R,則通過光強(qiáng)探測器(6)可以實(shí)時(shí)測量照射至樣品上的光強(qiáng)度，表示為I＝I_R’×A，其中I_R’為測量過程中光強(qiáng)探測器(6)的光強(qiáng)度值；

步驟二：準(zhǔn)備至少4個(gè)已知羥基含量的相同尺寸的標(biāo)定樣品，將樣品放入測量裝置中待測樣品(7)的位置，調(diào)節(jié)可調(diào)衰減器，同時(shí)采集光強(qiáng)探測器(6)的光強(qiáng)，使探測器的光強(qiáng)穩(wěn)定在一指定強(qiáng)度范圍內(nèi)，記為I₀，此時(shí)采集熒光探測器(10)的熒光強(qiáng)度；

步驟三：更換樣品重復(fù)步驟二，直到所有已知羥基含量的標(biāo)定樣品全部測量完成，得到照射光強(qiáng)為A×I₀時(shí)的熒光強(qiáng)度與羥基含量的關(guān)系,記為C_OH＝f(I_l),C_OH為羥基含量，I_l為熒光強(qiáng)度；

步驟四：裝置中放入與標(biāo)定樣品相同尺寸的待測樣品，同樣調(diào)節(jié)衰減器，使光強(qiáng)探測器(6)的光強(qiáng)為I₀，記錄熒光強(qiáng)度I_l，根據(jù)熒光強(qiáng)度與羥基含量關(guān)系，得到待測樣品羥基含量。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種紫外級熔石英材料內(nèi)羥基含量測量方法，其特征在于，照射至標(biāo)定樣品和待測樣品上的光強(qiáng)度，可以是樣品損傷閾值下任意值，但由于紫外級熔石英材料在高強(qiáng)度ArF或KrF激光照射下，材料內(nèi)羥基含量發(fā)生變化，因此照射光強(qiáng)度盡量低，能量密度1mJ/cm²以下，可以根據(jù)熒光探測器采集的熒光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高信噪比可以有效減小噪聲對熒光強(qiáng)度測量結(jié)果的影響；步驟四中待測樣品羥基含量的計(jì)算，可以通過標(biāo)定曲線進(jìn)行插值得到，也可以對標(biāo)定曲線進(jìn)行曲線擬合得到。