[发明专利]一种用于超光滑表面的等离子体加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及非接触法抛光技术领域，具体涉及一种用于超光滑表面的等离子体加工装置。

背景技术

目前除了平板玻璃、器皿玻璃、艺术玻璃应用传统的抛光技术外，先进的光学制造、IT及光电子行业的基片制作均需要超光滑和超精密抛光技术，如平板显示器(FPD)普通GenII型的粗糙度(Ra)为20nm，光盘和磁盘基片玻璃要求表面粗糙度为1～6nm，而且现代短波光学、强光光学、电子学以及薄膜科学的发展对表面的要求更加苛刻，其明显特征是表面粗糙度Ra为1nm。目前，在光学零件的加工中，在精密磨削的基础上进行传统的抛光加工方法应用非常普遍，但这种方法，容易产生表层及亚表层损伤，不适合于加工碳化硅、光学玻璃等脆性材料。

因此，传统的机械加工手段在尖锐超光滑表面加工中已经日益显出其局限性。在国防和尖端科学研究的众多领域，迫切需要开发一种不会造成表面损伤的、高效、无表面污染的超光滑表面加工方法。

非接触式加工方法为实现上述要求提供了潜在的理想解决方案。到目前为止，非接触式抛光的尝试已经多有报道。

RIE(反应离子刻蚀)可以实现超光滑表面的加工，但是其材料去除速率过低，不适合需要大量材料去除的反射镜形面误差修整；另外，离子溅射作用的存在破坏表面的晶格结构，甚至降低表面的粗糙度。

而采用高能离子溅射效应的离子束抛光方法去除效率很低，只适合高精度抛光阶段的面行高精度修整。

等离子体抛光也是一个重要的非接触式抛光技术。如哈尔滨工业大学采用的常压电容耦合等离子体抛光技术。由于常压等离子体密度高，所以具有较高的去除速率。但由于其在大气环境下工作，抛光表面会引入外来元素，对抛光表面造成污染。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于超光滑表面的等离子体加工装置，该等离子体加工装置能够更好的适应抛光阶段不同抛光面积的要求，不仅具有较高的去除速率，而且不会引入外来元素污染待加工物的表面。

根据本发明的目的提出的一种用于超光滑表面的等离子体加工装置，包括：真空系统，所述真空系统包括真空腔体和抽气机组，一用于置放待加工物件的样品台设置于所述真空腔体中；感性耦合等离子体发生系统，所述感性耦合等离子体发生系统包括射频源、网络匹配器、射频线圈、石英管和工作气体提供装置，所述射频线圈绕置在石英管上，该射频线圈为中空金属管，所述石英管的一端为进气口，另一端为呈锥形开口端，所述工作气体提供装置通过该进气口向石英管内提供工作气体；以及水冷系统，所述水冷系统提供的冷却水从射频线圈的中空金属管一端进入，另一端流出，形成循环冷却水路。

可选的，所述抽气机组包括分子泵和机械泵。

可选的，所述样品台下设有圆形磁钢，该圆形磁钢向样品台上方提供一使等离子体在样品台上方做螺旋运动的约束磁场。

可选的，所述石英管的锥形开口端设置于真空腔体中，该锥形开口端的开口大小与所述约束磁场匹配。

可选的，所述水冷系统同时连接所述样品台和圆形磁钢，并向该样品台和圆形磁钢提供冷却水。

可选的，所述工作气体提供装置包括工作气体源和气路控制器，该工作气体源通过该气路控制器连接在所述石英管的进气口上。

可选的，所述网络匹配器包括纵、横两个可调电容，该两个可调电容与射频线圈组成所述感性耦合等离子体发生系统的阻抗调制电路。

可选的，所述射频线圈的中空金属管表面镀有银层。

可选的，所述射频线圈和网络匹配器设置在一金属屏蔽盒中。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1.加工效率高：感应耦合方式放电本来就能够产生较高密度的等离子体，加工效率比一般的容性耦合放电方式要高。附加磁场后，约束了出口处的等离子体，且电子的路径增加，和反应气体碰撞次数增加，提高气体的离化率，能够产生更高密度的等离子体，可以成倍的提高加工效率。

2.抛光效果好：在圆筒型石英放电管外绕制螺旋状线圈的感应耦合等离子体放电方式是利用天线电流产生的磁场导致的放电，这里磁场随时间变化引起感应电场，利用这个电场来加速电子从而维持等离子体。因此它不存在电极溅射造成的污染。引入磁场后，在增加等离子体密度的同时，同时限制了离子和加工表面的直接轰击作用，从而避免了亚表面损伤，可以获得无表面污染、晶格完整、无亚表面损伤的超光滑光学表面。

3.能有效控制等离子体均匀性：采用不同孔径的石英玻璃管和出口的锥度，以配合磁场大小的调节，可以有效控制等离子体出口的均匀性。

附图说明