[发明专利]一种利用原位溅射结合离子束刻蚀的抛光装置及抛光方法

说明书

本发明涉及离子束技术领域，具体涉及一种利用原位溅射结合离子束刻蚀的抛光装置及抛光方法。其包括传递室、刻蚀室、溅射沉积室以及设于传递室与刻蚀室，刻蚀室与溅射沉积室之间的插板阀，传递室、刻蚀室和溅射沉积室内设有三者之间传送工件的工件传送装置。以及应用此设备发明的一种抛光方法，其流程为：首先在传递室装载工件，其次在刻蚀室对工件离子束清洗，再次在溅射沉积室对工件溅射沉积一层薄膜层（牺牲层），进而在刻蚀室对工件进行离子束修正抛光，最后通过传递室取出工件，实现光学元件的抛光。

技术领域

本发明涉及离子束技术领域，具体涉及一种利用原位溅射结合离子束刻蚀的抛光装置及抛光方法。

背景技术

离子束溅射沉积最早应追溯到上世纪七十年代被应用于制备干涉光学薄膜，但是早期应用这项技术制备的薄膜质量还不高，直到宽束离子源的出现，使离子束溅射技术出现了一次重大的突破，并成功地制备出了机械性能良好、附着力强、表面粗糙度低的光学薄膜。目前，随着科学技术的飞速发展，在国外这项技术已日趋成熟和完善，它的应用领域在不断地被拓宽。但是，在国内，虽然近几十年对离子束溅射技术的研究逐渐增多，但和一些发达国家相比依然有差距因此这项技术的研究在国内变得尤为迫切。

离子束溅射沉积目前已发展成薄膜工艺中的一种重要方法，其溅射原理为：利用低能量聚焦离子束以一定的角度对靶材表面进行离子束轰击，溅射出的靶材原子又以一定的角度传输，沉积到工件表面。

离子束刻蚀抛光是继单点金刚石车削、超精密磨削、磁流变抛光等抛光技术之后出现的一种先进的光学抛光技术，其原理为：利用低能量离子束对工件表面进行轰击，通过离子和工件表面的原子碰撞，传递动量和能量，致使元件表面原子脱离，从而达到刻蚀抛光的目的。通常的离子束刻蚀采用的是惰性气体离子如Ar⁺，属于纯物理刻蚀，但也可以通入适量反应气体进行物理化学刻蚀。离子束刻蚀抛光，属于原子量级的除去材料。当低能离子束以特定的路径扫过光学元件表面时，可以精确地修正光学表面的局部面形误差，提高面型精度。

由于离子束抛光技术相对复杂，并且成本相对较高，国内开展研究的单位和公司比较少，主要有中国科技大学、南京天文光学技术研究和中国人民解放军国防科学技术大学等。近年来，中国科学院微电子研究所，所研制的多功能离子束溅射沉积与刻蚀设备（见专利CN 101880863 A），虽然具备同时具有离子束溅射/共溅射沉积、离子束共溅射、离子束辅助溅射、通入反应气体的反应离子束溅射、溅射中的衬底加温和原位退火、离子束刻蚀、反应离子束刻蚀、化学辅助离子束刻蚀、衬底反溅清洗、离子束抛光、离子束减薄等功能，但由于是单真空室，故每完成一次工件的加工都必须破除真空至大气状态将工件取出，从而降低了加工效率。与此同时，国防科技大学在其原有的基础上所研发出了一种双真空室离子束抛光系统（见专利CN 102744654 A），虽然在原有设备的基础上增加了辅助真空室，但在辅助真空室完成工件装载，到工件完全脱离真空室内的自定位装置后，工件传送装置还必须退回到辅助真空室，这降低了离子束加工效率，而且此设备只能进行刻蚀抛光，没有集成离子束溅射沉积功能，在离子源方面，采用小口径离子源结合扫描运动方式加工工件。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种利用原位溅射结合离子束刻蚀的抛光装置及抛光方法，其结构简单、操作方便、可提高抛光精度与效率、具备连续工艺的多真空室离子束溅射沉积与刻蚀设备及应用此设备提出的一种抛光方法。可以进行超光滑表面元件的加工，如光学元件、金属等，尤其适用于加工软脆材料和水溶性晶体材料等。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种利用原位溅射结合离子束刻蚀的抛光装置，包括传递室、溅射沉积室，其特征在于：还包括刻蚀室，所述的传递室一端与刻蚀室之间设置控制其连通与闭合的第一插板阀，所述的刻蚀室与溅射沉积室之间设置控制其连通与闭合的第二插板阀，所述的传递室的另一端为传递室出口，并与大气相通，传递室、刻蚀室和溅射沉积室三者之间设置有传送工件的工件传送装置；