[發明專利]一種用于超光滑表面的等離子體加工裝置

有效

• 申請號: 201110323727.X
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN102503177A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 解濱;辛煜;皺帥
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C03C21/00
• 分類號: C03C21/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮;李辰

技術領域

本發明涉及非接觸法拋光技術領域，具體涉及一種用于超光滑表面的等離子體加工裝置。

背景技術

目前除了平板玻璃、器皿玻璃、藝術玻璃應用傳統的拋光技術外，先進的光學制造、IT及光電子行業的基片制作均需要超光滑和超精密拋光技術，如平板顯示器(FPD)普通GenII型的粗糙度(Ra)為20nm，光盤和磁盤基片玻璃要求表面粗糙度為1～6nm，而且現代短波光學、強光光學、電子學以及薄膜科學的發展對表面的要求更加苛刻，其明顯特征是表面粗糙度Ra為1nm。目前，在光學零件的加工中，在精密磨削的基礎上進行傳統的拋光加工方法應用非常普遍，但這種方法，容易產生表層及亞表層損傷，不適合于加工碳化硅、光學玻璃等脆性材料。

因此，傳統的機械加工手段在尖銳超光滑表面加工中已經日益顯出其局限性。在國防和尖端科學研究的眾多領域，迫切需要開發一種不會造成表面損傷的、高效、無表面污染的超光滑表面加工方法。

非接觸式加工方法為實現上述要求提供了潛在的理想解決方案。到目前為止，非接觸式拋光的嘗試已經多有報道。

RIE(反應離子刻蝕)可以實現超光滑表面的加工，但是其材料去除速率過低，不適合需要大量材料去除的反射鏡形面誤差修整；另外，離子濺射作用的存在破壞表面的晶格結構，甚至降低表面的粗糙度。

而采用高能離子濺射效應的離子束拋光方法去除效率很低，只適合高精度拋光階段的面行高精度修整。

等離子體拋光也是一個重要的非接觸式拋光技術。如哈爾濱工業大學采用的常壓電容耦合等離子體拋光技術。由于常壓等離子體密度高，所以具有較高的去除速率。但由于其在大氣環境下工作，拋光表面會引入外來元素，對拋光表面造成污染。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種用于超光滑表面的等離子體加工裝置，該等離子體加工裝置能夠更好的適應拋光階段不同拋光面積的要求，不僅具有較高的去除速率，而且不會引入外來元素污染待加工物的表面。

根據本發明的目的提出的一種用于超光滑表面的等離子體加工裝置，包括：真空系統，所述真空系統包括真空腔體和抽氣機組，一用于置放待加工物件的樣品臺設置于所述真空腔體中；感性耦合等離子體發生系統，所述感性耦合等離子體發生系統包括射頻源、網絡匹配器、射頻線圈、石英管和工作氣體提供裝置，所述射頻線圈繞置在石英管上，該射頻線圈為中空金屬管，所述石英管的一端為進氣口，另一端為呈錐形開口端，所述工作氣體提供裝置通過該進氣口向石英管內提供工作氣體；以及水冷系統，所述水冷系統提供的冷卻水從射頻線圈的中空金屬管一端進入，另一端流出，形成循環冷卻水路。

可選的，所述抽氣機組包括分子泵和機械泵。

可選的，所述樣品臺下設有圓形磁鋼，該圓形磁鋼向樣品臺上方提供一使等離子體在樣品臺上方做螺旋運動的約束磁場。

可選的，所述石英管的錐形開口端設置于真空腔體中，該錐形開口端的開口大小與所述約束磁場匹配。

可選的，所述水冷系統同時連接所述樣品臺和圓形磁鋼，并向該樣品臺和圓形磁鋼提供冷卻水。

可選的，所述工作氣體提供裝置包括工作氣體源和氣路控制器，該工作氣體源通過該氣路控制器連接在所述石英管的進氣口上。

可選的，所述網絡匹配器包括縱、橫兩個可調電容，該兩個可調電容與射頻線圈組成所述感性耦合等離子體發生系統的阻抗調制電路。

可選的，所述射頻線圈的中空金屬管表面鍍有銀層。

可選的，所述射頻線圈和網絡匹配器設置在一金屬屏蔽盒中。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

1.加工效率高：感應耦合方式放電本來就能夠產生較高密度的等離子體，加工效率比一般的容性耦合放電方式要高。附加磁場后，約束了出口處的等離子體，且電子的路徑增加，和反應氣體碰撞次數增加，提高氣體的離化率，能夠產生更高密度的等離子體，可以成倍的提高加工效率。

2.拋光效果好：在圓筒型石英放電管外繞制螺旋狀線圈的感應耦合等離子體放電方式是利用天線電流產生的磁場導致的放電，這里磁場隨時間變化引起感應電場，利用這個電場來加速電子從而維持等離子體。因此它不存在電極濺射造成的污染。引入磁場后，在增加等離子體密度的同時，同時限制了離子和加工表面的直接轟擊作用，從而避免了亞表面損傷，可以獲得無表面污染、晶格完整、無亞表面損傷的超光滑光學表面。

3.能有效控制等離子體均勻性：采用不同孔徑的石英玻璃管和出口的錐度，以配合磁場大小的調節，可以有效控制等離子體出口的均勻性。

附圖說明