射频等离子体抛光装置及工艺研究

【摘要】：在科学和工程技术领域,超精密光学元件制造技术正在成为关注的热点。光学元件超精密化发展,是光学系统自身发展极限化所提出的要求,除了有很高的表面形状要求,还需要通过表面微观质量的大幅度提高来降低表面散射等损耗,以提高光能量传输能力、图像传输质量以及激光对抗能力。等离子体抛光是一种新兴的超光滑表面加工技术,该项技术基于气体放电原理产生等离子体,并将活性反应气体引入等离子之中,通过低温等离子体的化学反应来实现光学元件表面原子级的材料去除,避免了其表层和亚表层损伤。本文围绕射频电容耦合等离子体抛光技术展开研究,分析了工作气压、载气种类及流量、射频电源频率等工艺因素的变化对等离子体源放电工作范围的影响,自行搭建了静电单探针诊断系统,对不同工艺环境下等离子体分布进行了表征,并在此基础上对原有等离子源的结构进行改进,进而针对熔石英光学元件展开抛光工艺实验研究。实验结果表明：1)以Ar为工作气体时,在给定的工作条件下,等离子体源可在工作气压10-～102Pa范围内放电,当工作气压控制在10-～102Pa范围内时,放电现象稳定,相应地,在此工作气压范围内,随着Ar流量的增加,离子源临界放电功率更低,放电更容易；而以He为工作气体时,其放电工作气压范围为10-～105Pa,可在大气下实现放电工作；2)射频电源频率与等离子体源的放电特性有一定的相关性,电源频率越高所需的临界放电功率越大；3)给定的工艺条件下,抛光工艺正交实验的结果证实对石英元件表面去除速率影响的工艺因素依次是Ar/SF6流量比、作用距离、有效功率、工作压强；对粗糙度影响的工艺因素依次是作用距离、工作压强、Ar与SF6流量比、有效功率；引入氧气后,对抛光速率产生明显的影响,当Ar流量为20ml/min,SF6与02的流量分别为10ml/min时,去除速率最高。
【关键词】：等离子体抛光 朗缪尔探针 表面粗糙度 去除速率
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O539