等离子体抛光
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
利用材料去除量控制设备可实时监控表面去除量， 进而实现闭环控制。材料去除量是驻留时间的函数， 控制精度可达1％。
a
12
❖ 由四部分组成：等离子体发生系统、多轴联 动工作台及其运动控制系统、反应气体供给 系统、尾气排放及无害化处理系统。
a
13
a
14
❖ 反应气体供给装置：负责为等离子体发生装 置提供适当配方的反应气体。因此, 应能够精 确地调整各种气体的比例, 并能够保证反应气 体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子 体放电的重要前提。
a
3
等离子体抛光特点
PACE抛光在真空室内进行。 该方法只有表面的化学反应，工件不受机械压
力，没有相应的机械变形和损伤，无亚表面破 坏，无污染，工件边缘无畸变。 材料的去除率控制精度高，可获得精确面形。 去除率高，可为0～10μm/min。
a
4
二、发展历程
❖ 1.传统的等离子体抛光
传统的真空等离子体表面加工技术通常使用六 氟化硫、四氟化碳等具有腐蚀作用的气体,利用高频 电场激发产生等离子体,等离子体中的活性自由基能 够与被加工材料表面原子产生化学反应,生成强挥发 性气体,在此过程中产生抛光效果。
a
9
3.低温等离子辅助抛光技术
（PACE，Plasma Assisted Chemical Etaching ）， 主要的刻蚀原理为等离子体中的活性自由基与被加工 件表面原子间发生化学反应,产生挥发性强的物质,不 引入新的表面污染,实现以化学作用为主的材料去除。 此方法抛光效率高,加工后无亚表层损伤,可加工球面 与非球面。因为此方法使用射频放电激发等离子体, 离子在电场中的加速时间变短,使等离子体中的离子 能量比较低,离子轰击物理效应带来的被加工表面晶 格结构破坏微弱,能够获得良好的抛光效果。
a
17
3.紫外、X射线光学系统
由光学元件表面粗糙度带来的光散射损失与波 长的四次方成反比,因此,在紫外、射线波段等范围 要求光学元件的表面粗糙度尽可能低。对于白光或 波长为632.8nm的激光而一言,表面均方根粗糙度为 1—2nm已经算光滑表面了,但是对于波长为80nm的X 射线而一言表面均方根粗糙度则偏高。在制造软X射 线多层膜反射镜时,反射镜基底表面粗糙度决定了反 射镜的反射率,所需光学基板的粗糙度要在0.1nm以 下。
等离子体抛光 技术
陈志航 2015.4.21
a
1
一、概念知识
等离子体抛光是一种利用化学反应来去除表面材料而实 现超光滑抛光的方法。该方法始于二十世纪九十年代，现在 水平已达面形精度λ/50，表面粗糙度优于0.5nm。加工范围 广，适用于各种尺寸和面形，是一种很有前途的超精加工方 法。
a
2
❖ 等离子体： 英文名plasma,是由部分电子被 剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负 离子组成的离子化气体状物质。
a
19
六、知识串联
a
20
a
21
a
22
谢谢大家！
a
23
a
18
4.大规模集成电路基板
在以磁记录头、大规模集成电路基片等器件 为主的电子工业领域,不但要求表面光滑,而且要求 具有完整的晶格排布并且没有加工损伤层。为了制 备具有亚微米级线宽与间隔的大规模集成电路,需要 表面应力小、无亚表层损伤的超光滑基板。另外,晶 体和陶瓷振荡器的加工中也需要超光滑表面。
a
10
❖ 可加工直径为米的非球面,加工后面形精度小 于λ/50，表面粗糙度小于0.2nm。
a
11
三、等离子体辅助抛光设备
抛光过程是一个闭环反馈系统的控制过程。
抛光头位于工件表面上方几mm处垂直于被加工表面， 由一个5轴CNC(CNC即数控机床)来控制，以满足不同 表面需要。
通过控制抛光头的相关参数可使抛光头的去除函数 形状在抛光过程中改变，更加有效提高收敛速度。
a
5
几种材料及其抛光气体和化学反应式
材料
抛光气体
反应方程式
SiO2(石英)
CF4
SiC
NF3
Be
Fra Baidu bibliotek
Cl2
SiO2+ CF4→SiF4↑+CO2↑ SiC+ NF3→SiFx↑+CFy↑
Be + Cl2 → BeCl2
a
6
❖ 优点:根据多数工艺实验的结果发现,此方法 原理明了,设备简单
❖ 缺点：加工的方向性与选择性差，加工效率 不高
a
7
2.反应离子刻蚀技术
（RIE，Reactive Ion Etching）成为等离子体抛光 技术的研究重点,此方法的抛光原理是利用高频电场 激发等离子体,产生气体辉光放电,利用等离子体中 离子轰击的物理效应与活性自由基的化学反应效应 共同去除被加工件的表面材料。
a
8
❖ 优点：刻蚀速率高,方向性与选择性好。 ❖ 缺点：由于加工过程中有离子轰击的物理 效应,很容易破坏被加工件表面的晶格结构, 使表面粗糙度增加。
a
15
四、应用领域
1.空间光学元件
空间光学元件,如天文卫星、光望远镜以及激光陀 螺等,要求元件分辨率高、尺寸大、精度高、表面粗 糙度小。由于这些光学系统的大部分光学元件的工 作波段是超短波,波长为纳米级,比可见光波长小个 数量级,要求光学元件为超光滑表面。
a
16
2.高功率激光器
在高功率激光器中,为了减小散射损失,提高元件 的抗激光损伤闭值,防止在光学元件加工过程中产生 的破坏层、麻点、划痕及抛光粉、磨具的污染等影 响光学系统,要求激光器中的谐振腔反射镜面非常光 滑且面形良好。
a
12
❖ 由四部分组成：等离子体发生系统、多轴联 动工作台及其运动控制系统、反应气体供给 系统、尾气排放及无害化处理系统。
a
13
a
14
❖ 反应气体供给装置：负责为等离子体发生装 置提供适当配方的反应气体。因此, 应能够精 确地调整各种气体的比例, 并能够保证反应气 体流速的高稳定性。这是生成稳定的等离子 体放电的重要前提。
a
3
等离子体抛光特点
PACE抛光在真空室内进行。 该方法只有表面的化学反应，工件不受机械压
力，没有相应的机械变形和损伤，无亚表面破 坏，无污染，工件边缘无畸变。 材料的去除率控制精度高，可获得精确面形。 去除率高，可为0～10μm/min。
a
4
二、发展历程
❖ 1.传统的等离子体抛光
传统的真空等离子体表面加工技术通常使用六 氟化硫、四氟化碳等具有腐蚀作用的气体,利用高频 电场激发产生等离子体,等离子体中的活性自由基能 够与被加工材料表面原子产生化学反应,生成强挥发 性气体,在此过程中产生抛光效果。
a
9
3.低温等离子辅助抛光技术
（PACE，Plasma Assisted Chemical Etaching ）， 主要的刻蚀原理为等离子体中的活性自由基与被加工 件表面原子间发生化学反应,产生挥发性强的物质,不 引入新的表面污染,实现以化学作用为主的材料去除。 此方法抛光效率高,加工后无亚表层损伤,可加工球面 与非球面。因为此方法使用射频放电激发等离子体, 离子在电场中的加速时间变短,使等离子体中的离子 能量比较低,离子轰击物理效应带来的被加工表面晶 格结构破坏微弱,能够获得良好的抛光效果。
a
17
3.紫外、X射线光学系统
由光学元件表面粗糙度带来的光散射损失与波 长的四次方成反比,因此,在紫外、射线波段等范围 要求光学元件的表面粗糙度尽可能低。对于白光或 波长为632.8nm的激光而一言,表面均方根粗糙度为 1—2nm已经算光滑表面了,但是对于波长为80nm的X 射线而一言表面均方根粗糙度则偏高。在制造软X射 线多层膜反射镜时,反射镜基底表面粗糙度决定了反 射镜的反射率,所需光学基板的粗糙度要在0.1nm以 下。
等离子体抛光 技术
陈志航 2015.4.21
a
1
一、概念知识
等离子体抛光是一种利用化学反应来去除表面材料而实 现超光滑抛光的方法。该方法始于二十世纪九十年代，现在 水平已达面形精度λ/50，表面粗糙度优于0.5nm。加工范围 广，适用于各种尺寸和面形，是一种很有前途的超精加工方 法。
a
2
❖ 等离子体： 英文名plasma,是由部分电子被 剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负 离子组成的离子化气体状物质。
a
19
六、知识串联
a
20
a
21
a
22
谢谢大家！
a
23
a
18
4.大规模集成电路基板
在以磁记录头、大规模集成电路基片等器件 为主的电子工业领域,不但要求表面光滑,而且要求 具有完整的晶格排布并且没有加工损伤层。为了制 备具有亚微米级线宽与间隔的大规模集成电路,需要 表面应力小、无亚表层损伤的超光滑基板。另外,晶 体和陶瓷振荡器的加工中也需要超光滑表面。
a
10
❖ 可加工直径为米的非球面,加工后面形精度小 于λ/50，表面粗糙度小于0.2nm。
a
11
三、等离子体辅助抛光设备
抛光过程是一个闭环反馈系统的控制过程。
抛光头位于工件表面上方几mm处垂直于被加工表面， 由一个5轴CNC(CNC即数控机床)来控制，以满足不同 表面需要。
通过控制抛光头的相关参数可使抛光头的去除函数 形状在抛光过程中改变，更加有效提高收敛速度。
a
5
几种材料及其抛光气体和化学反应式
材料
抛光气体
反应方程式
SiO2(石英)
CF4
SiC
NF3
Be
Fra Baidu bibliotek
Cl2
SiO2+ CF4→SiF4↑+CO2↑ SiC+ NF3→SiFx↑+CFy↑
Be + Cl2 → BeCl2
a
6
❖ 优点:根据多数工艺实验的结果发现,此方法 原理明了,设备简单
❖ 缺点：加工的方向性与选择性差，加工效率 不高
a
7
2.反应离子刻蚀技术
（RIE，Reactive Ion Etching）成为等离子体抛光 技术的研究重点,此方法的抛光原理是利用高频电场 激发等离子体,产生气体辉光放电,利用等离子体中 离子轰击的物理效应与活性自由基的化学反应效应 共同去除被加工件的表面材料。
a
8
❖ 优点：刻蚀速率高,方向性与选择性好。 ❖ 缺点：由于加工过程中有离子轰击的物理 效应,很容易破坏被加工件表面的晶格结构, 使表面粗糙度增加。
a
15
四、应用领域
1.空间光学元件
空间光学元件,如天文卫星、光望远镜以及激光陀 螺等,要求元件分辨率高、尺寸大、精度高、表面粗 糙度小。由于这些光学系统的大部分光学元件的工 作波段是超短波,波长为纳米级,比可见光波长小个 数量级,要求光学元件为超光滑表面。
a
16
2.高功率激光器
在高功率激光器中,为了减小散射损失,提高元件 的抗激光损伤闭值,防止在光学元件加工过程中产生 的破坏层、麻点、划痕及抛光粉、磨具的污染等影 响光学系统,要求激光器中的谐振腔反射镜面非常光 滑且面形良好。