[發明專利]在線高空間和時間分辨極紫外輻照損傷泵浦-探測系統

在審

• 申請號: 202210185571.1
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114527057A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 李文斌;潘劉洋;李淑慧;馬彬;王占山
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00;G01B11/28
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種在線高空間和時間分辨極紫外輻照損傷泵浦?探測系統，包括激光光源組件、激光等離子體光源組件、極紫外納秒泵浦光路組件、紅外飛秒探測成像光路組件和激光延時探測組件，激光等離子體光源組件和極紫外納秒泵浦光路組件形成用于放置樣品的真空腔體，其中，激光光源組件包括紅外飛秒激光器和紅外納秒激光器，基于設定時序控制產生紅外飛秒探測激光和紅外納秒泵浦光，紅外納秒泵浦光產生極紫外納秒泵浦光并輻照樣品，形成損傷區，紅外飛秒探測光輻照樣品的損傷區，損傷區的散射光經極紫外納秒泵浦光路組件和紅外飛秒探測成像光路組件實現成像，獲得樣品損傷區域形貌圖。與現有技術相比，本發明具有裝調簡單、可重復性高等優點。

技術領域

本發明涉及材料在極紫外光輻照下的損傷動力學過程的觀測領域，尤其是涉及一種在線高空間和時間分辨極紫外輻照損傷泵浦-探測系統。

背景技術

近幾十年，隨著極紫外光刻等技術的發展，極紫外波段光學元件和極紫外光刻材料都是該技術發展和應用不可或缺的元件和材料。在極紫外光輻照下光學元件的損傷問題和光刻材料的輻照刻蝕過程是極紫外光刻技術發展的重要科學和技術問題。因此，對極紫外波段光學元件和光刻材料的損傷動力學過程的在線監測對于極紫外光刻技術的發展應用非常重要。此外，光學元件受極紫外光輻照損傷動力學過程的研究能用以指導優化和改進極紫外波段光學薄膜制備工藝，提升光學元件的抗損傷能力。光刻材料受極紫外光輻照刻蝕動力學過程研究有助于優化其抗刻蝕性，以避免精細圖案在刻蝕過程中出現塌陷或者重疊。

泵浦-探測是目前國際上比較常見的損傷動力學探測技術，其主要包括兩種結構，在第一種結構中，單臺激光器發出的激光被分束為雙光束并加上延遲線，其中一束作為泵浦光輻照在樣品上形成損傷，另外一束作為探測光在一定延遲時間后探測樣品損傷區，在第二種結構中，使用了兩臺激光器以及脈沖信號輸出控制模塊，其中一臺激光器輸出激光作為泵浦光輻照在樣品表面形成損傷，控制模塊控制在一定延遲時間后，另外一臺激光器輸出激光作為探測光探測樣品損傷區。迄今這兩種泵浦-探測結構主要應用于紅外和可見激光損傷實驗。

目前，在極紫外輻照損傷領域鮮有報道泵浦-探測實驗技術和方法。原因之一是用于實驗室的高能量密度極紫外光源搭建困難，論文“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冊，第4346-4355頁，2010年)中，Frank Barkusky等人公開了一種桌面型極紫外損傷實驗裝置，所述裝置沒有搭建泵浦-探測裝置不能開展損傷動力學研究，其輸出的最大極紫外光能量密度較低只有1.16J/cm²，可以開展損傷實驗的樣品有限。同濟大學李文斌等人也發展了一套桌面高能量密度極紫外輻照損傷測試裝置(發明名稱：一種桌面型高能量密度極紫外輻照損傷測試裝置，專利號：ZL201810596643.5)，其輸出的13.5nm極紫外光能量密度最高為2.27J/cm²，能夠測試極紫外損傷閾值更高的樣品，但所述系統不具備泵浦-探測裝置和功能。為開展極紫外波段損傷實驗，國際上一般使用基于高能電子加速器的自由電子激光大型科學裝置。論文“Ablationof solids using a femtosecond extreme ultraviolet free electron laser”(NikolaStojanovic等，Applied Physics Letters，第89期，241909，2006年)中介紹了利用德國漢堡FLASH極紫外自由電子激光開展的極紫外泵浦-光學激光探測實驗，實驗中泵浦光源為波長32.5nm、脈寬25fs的極紫外自由電子激光，探測激光為波長523nm、脈寬12ps的可見光，樣品為Si。德國漢堡FLASH極紫外自由電子激光通過自發輻射自放大(SASE)模式產生，該工作模式存在極紫外光脈沖到達時間抖動性問題，影響了泵浦-探測時間分辨率，并且需在實驗前花大量時間調試安裝附加儀器。此外，自由電子激光作為大型科學裝置存在設備體積龐大，造價高昂、實驗機時有限、不能及時有效地開展實驗等不足。