[实用新型]一种聚合物辐照损伤测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种材料辐照损伤测试装置与测试方法，具体涉及一种准分子激光对聚合物材料的辐照损伤测试装置与测试方法，属于材料性能的测试技术领域。

背景技术

激光应用系统(如光刻机)会使用各种类型的材料，激光直射或散射到材料表面，可能会对材料产生辐照损伤，从而使材料发生功能性失效。一些短波长的激光(如准分子激光)的峰值功率高、单光子能量高且材料对其吸收率也高，能将一些聚合物的化学键直接打断，产生的某些气体碎片会污染光学系统，影响光刻性能。因此，必须准确获得聚合物的辐照损伤阈值，分析损伤产生的气体碎片组分，计算损伤组分中污染物(如碳氢化合物)的总量，从而指导光刻机材料的选型。

图1为现有技术中典型的光学薄膜激光损伤测试装置结构示意图，其是一种基于光学显微成像和偏振衰减的光学薄膜激光损伤测试装置，但该装置不能实时检测样品的辐照损伤，因此得到的损伤阈值会有一定的误差；并且该装置不能实时定性和定量地分析出聚合物辐照损伤产生的气体碎片组分。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种聚合物辐照损伤的测试装置与方法。本实用新型首先准确测试辐照到聚合物上的准分子激光能量密度，精确得到聚合物的辐照损伤阈值；其次，定性分析聚合物发生辐照损伤的物质组分，结合其化学组成结构进一步分析断裂的化学键；最后，计算得到辐照损伤产生的污染物总量。

为解决上述问题，本实用新型提出一种聚合物辐照损伤的测试装置，包括相互独立的光源室、光路室和样品室，所述光路室和样品室为真空腔室，且所述光源室、光路室和样品室之间通过法兰窗口隔断；

所述光源室中设置有用于产生预定波长的准分子激光的准分子激光源，所产生的准分子激光入射到光路室中；

所述光路室内设置有光路传输部件和光学检测部件；所述光路传输部件包括：光束衰减器、匀束器、快门、聚焦透镜、第一分束镜和第二分束镜，用于将入射到所述光路室的准分子激光变为能量可调节的、能量密度均匀的和辐照时间可控制的聚焦光斑而出射出去；所述光学检测部件包括能量计和光束质量分析仪，用于测试所在位置的光束能量和光斑面积，以获得辐照到样品上的能量密度；

所述样品室放置有样品座、样品、质谱计和和真空泵组，其中样品座具有三维调节装置，用于对所述样品座进行x、y和z轴三维调节，所述质谱计在线测试所述样品室的气体组分，以实时监测与判断样品是否发生辐照损伤，同时分析样品发生辐照损伤产生的碎片气体组分，所述真空泵组用于对样品室进行抽真空。

本实用新型还提出了一种利用上述装置进行聚合物辐照损伤的测试方法，其包括：

将聚合物样品放置到样品室中的样品座上，三维调节样品座，记录x、y和z轴坐标，以计算样品的被辐照面与聚焦透镜中心的距离；

对光路室和样品室抽真空，打开质谱计持续测试样品室中气体组分；

关闭快门，打开准分子激光光源并调到一个预定的辐照能量密度；

当样品室的真空度进入10^-7Pa后，打开快门并控制辐照时间，对样品的第一个辐照点进行辐照，同时观察质谱计的谱峰；若无明显突变，保持样品座的z轴坐标不变，调节其x轴和y轴坐标，使辐照光斑移至样品的下一辐照点，调节光束衰减器增大辐照能量密度，同时观察质谱峰变化；以此类推，直至发现质谱峰的明显突变，则判断聚合物发生了辐照损伤，此时辐照到样品上的激光能量密度即为样品的辐照损伤阈值。

与现有技术相比，本实用新型提出的上述装置的准分子激光在真空中传输，减小了光路传输过程中的能量衰减和测试误差，有利于更准确地测试辐照能量密度，结合高灵敏度的辐照损伤实时监测部件，进而更精准地得到聚合物的辐照损伤阈值。本实用新型提出的上述装置和方法能分析聚合物发生辐照损伤产生的气体碎片组分，进而分析聚合物断裂的化学键和计算辐照损伤产生的污物总量。测试结果可指导实际工程应用。

附图说明

图1为现有的一种典型的光学薄膜激光损伤测试装置结构示意图。

图2为本实用新型中材料辐照损伤测试装置的结构示意图。

其中：1-光源室，2-光路室，3-样品室，4-法兰窗口，5-光束衰减器，6-匀束器，7-第一分束镜，8-聚焦透镜，9-第二分束镜，10-快门，11-能量计，12-光束质量分析仪，13-样品，14-样品座，15-质谱仪，16-真空泵组。

具体实施方式