一種熔石英表面處理的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)材料加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，是涉及一種熔石英表面處理的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熔石英是大型高功率激光系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的光學(xué)材料，熔石英材料在光學(xué)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用于制備透鏡、窗口和屏蔽片等光學(xué)元件。在熔石英光學(xué)材料加工過(guò)程中，需要進(jìn)行研磨和拋光，而對(duì)于傳統(tǒng)熔石英光學(xué)基底的研磨和拋光加工過(guò)程，由于磨料對(duì)熔石英基底表面存在機(jī)械力的作用，會(huì)在熔石英基底的亞表面層形成深度在微米量級(jí)的亞表面損傷。隨著熔石英在強(qiáng)激光、空間光學(xué)、X射線光學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，迫切需要沒(méi)有亞表面損傷且表面光滑的熔石英基底。
[0003]目前，在研磨和拋光加工過(guò)程后，常用的去除熔石英基底亞表面損傷的技術(shù)包括:基于氫氟酸的濕法刻蝕、磁流變拋光和離子束拋光。其中，氫氟酸刻蝕技術(shù)通過(guò)氫氟酸與熔石英的化學(xué)作用，可以快速去除表面的缺陷層；但是，由于氫氟酸刻蝕是各向同性的，亞表面損傷如裂紋和劃痕等會(huì)隨著刻蝕的進(jìn)行而擴(kuò)展，從而導(dǎo)致表面粗糙。磁流變拋光利用磁性拋光液在磁場(chǎng)的作用下，形成柔性拋光膜，柔性拋光膜對(duì)熔石英表面只有切向力，幾乎沒(méi)有法向力，所以不會(huì)產(chǎn)生亞表面損傷；但是，磁流變拋光后會(huì)在熔石英表面形成水解層，并殘留大量磁性拋光顆粒，這些殘留的磁流變拋光雜質(zhì)污染在激光輻照下也會(huì)引起激光損傷?；谏鲜鰞煞N加工技術(shù)存在的缺陷，離子束拋光技術(shù)由于不會(huì)引入亞表面損傷，成為獲得表面光滑的熔石英基底的主要方法；但是，由于其對(duì)熔石英的刻蝕速率很低，因此，不宜單獨(dú)使用離子束拋光技術(shù)去除熔石英的亞表面損傷。
[0004]近年來(lái)，利用電感親合等離子體(Inductively Coupled Plasma，以下簡(jiǎn)稱ICP)反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)去除熔石英亞表面損傷層方面的工作逐漸增加。反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)將化學(xué)反應(yīng)與物理轟擊結(jié)合起來(lái)，使得刻蝕具有很好的方向性和較快的刻蝕速率。反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)通常采用等離子體反應(yīng)裝置實(shí)現(xiàn)，該裝置頂部通入氣體產(chǎn)生等離子體，與頂部相對(duì)應(yīng)的底部放置待刻蝕樣品，并以頂部為上電極，底部樣品臺(tái)為下電極，在上下電極電場(chǎng)作用下，使等離子體轟擊待刻蝕樣品表面，完成刻蝕過(guò)程。但是，在利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)對(duì)熔石英進(jìn)行表面處理的過(guò)程中，熔石英表面附著的顆粒以及來(lái)自刻蝕系統(tǒng)真空腔體的金屬濺射污染等異物，會(huì)與反應(yīng)氣體反應(yīng)，催化形成難于刻蝕的聚合物沉積，導(dǎo)致刻蝕樣品表面變粗糙，在樣品表面形成等離子體誘發(fā)的輻射損傷。
[0005]目前，為了抑制反應(yīng)離子刻蝕中的輻射損傷，大部分技術(shù)均從反應(yīng)刻蝕氣體參數(shù)(種類和配比)、刻蝕工作真空度、工作氣體的供氣方式等角度對(duì)熔石英的反應(yīng)離子刻蝕特性進(jìn)行優(yōu)化。雖然可以在一定程度上抑制金屬污染，但是，均不能從根本上解決金屬濺射污染問(wèn)題，從而無(wú)法解決反應(yīng)離子刻蝕中熔石英表面形成輻射損傷，即解決反應(yīng)離子刻蝕中熔石英表面變粗糙的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供了一種熔石英表面處理的裝置及方法，以實(shí)現(xiàn)去除熔石英的亞表面損傷層的同時(shí)，避免表面形成輻射損傷，得到較好表面粗糙度的熔石英。
[0007]本發(fā)明提供了一種熔石英表面處理的裝置，包括:
[0008]具有反應(yīng)腔的殼體；
[0009]所述殼體頂部中心位置設(shè)置有等離子體發(fā)生單元；
[0010]所述殼體底部中心位置設(shè)置有樣品臺(tái)；
[0011]所述樣品臺(tái)中心位置設(shè)置有隔離單元，所述隔離單元包括防護(hù)膜和隔離罩；所述防護(hù)膜平鋪在所述樣品臺(tái)和待處理熔石英之間；所述隔離罩放置在防護(hù)膜上待處理熔石英周圍。
[0012]優(yōu)選的，所述殼體內(nèi)壁的材質(zhì)為鋁、陽(yáng)極氧化鋁或不銹鋼。
[0013]優(yōu)選的，所述等離子發(fā)生單元包括:
[0014]設(shè)置在所述殼體頂部中心位置的氣體儲(chǔ)存腔體；
[0015]與所述氣體儲(chǔ)存腔體相連通的通氣管路；
[0016]圍繞在所述的氣體儲(chǔ)存腔體周圍的射頻線圈。
[0017]優(yōu)選的，所述樣品臺(tái)的材質(zhì)為鋁或陽(yáng)極氧化鋁。
[0018]優(yōu)選的，所述防護(hù)膜為聚酰亞胺膜；所述防護(hù)膜的厚度為50 μπι?60 μπι。
[0019]優(yōu)選的，所述隔離罩為熔石英玻璃罩；所述隔離罩的厚度為2mm?6mm。
[0020]本發(fā)明還提供了一種熔石英表面處理的方法，包括以下步驟:
[0021]將待處理的熔石英放置在熔石英表面處理的裝置中，經(jīng)過(guò)兩次等離子體刻蝕，得到表面處理后的熔石英；
[0022]所述熔石英表面處理的裝置包括:具有反應(yīng)腔的殼體；
[0023]所述殼體頂部中心位置設(shè)置有等離子體發(fā)生單元；
[0024]所述殼體底部中心位置設(shè)置有樣品臺(tái)；
[0025]所述樣品臺(tái)中心位置設(shè)置有隔離單元，所述隔離單元包括防護(hù)膜和隔離罩；所述防護(hù)膜平鋪在所述樣品臺(tái)和待處理熔石英之間；所述隔離罩放置在防護(hù)膜上待處理熔石英周圍。
[0026]優(yōu)選的，所述第一次等離子體刻蝕的氣體為50sccmAr，工作壓強(qiáng)為0.1Pa?0.3Pa，等離子體功率為750W?800W，加速功率為120W?180W，自偏電壓為200V?230V，時(shí)間為8min?15min。
[0027]優(yōu)選的，所述第二次等離子體刻蝕的氣體為(25sccm?45sccm)Ar/(5sccm?25sccm)CHF3,工作壓強(qiáng)為0.1Pa?0.3Pa，等離子體功率為700W?1100W，加速功率為120W?180W，自偏電壓為240V?290V，時(shí)間為8min?15min。
[0028]優(yōu)選的，所述將待處理的熔石英放置在熔石英表面處理的裝置中的過(guò)程前，還包括:
[0029]將待處理的熔石英進(jìn)行表面清洗。
[0030]本發(fā)明提供了一種熔石英表面處理的裝置及方法，所述熔石英表面處理的裝置包括:具有反應(yīng)腔的殼體；所述殼體頂部中心位置設(shè)置有等離子體發(fā)生單元；所述殼體底部中心位置設(shè)置有樣品臺(tái)；所述樣品臺(tái)中心位置設(shè)置有隔離單元，所述隔離單元包括防護(hù)膜和隔離罩；所述防護(hù)膜平鋪在所述樣品臺(tái)和待處理熔石英之間；所述隔離罩放置在防護(hù)膜上待處理熔石英周圍。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的熔石英表面處理的裝置先將待處理的熔石英放置在隔離單元中，使待處理的熔石英與周圍樣品臺(tái)和具有反應(yīng)腔的殼體隔離，所述待處理的熔石英的待處理表面與所述殼體頂部中心位置設(shè)置的等離子發(fā)生單元相對(duì)應(yīng)；再通過(guò)等離子發(fā)生單元產(chǎn)生的等離子體經(jīng)過(guò)兩次等離子體刻蝕，得到表面處理后的熔石英。本發(fā)明提供的熔石英表面處理的裝置能夠?qū)⒋幚淼娜凼⑴c周圍隔離，避免來(lái)自裝置殼體和樣品臺(tái)的金屬濺射污染，減少反應(yīng)離子刻蝕中的輻射損傷；同時(shí)，通過(guò)兩次等離子體刻蝕，能夠首先對(duì)待處理的熔石英表面附著的顆粒等異物進(jìn)行清除，再去除熔石英的亞表面損傷層，得到較好表面粗糙度的熔石英。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明提供的熔石英表面處理的裝置及方法，進(jìn)行熔石英的亞表面損傷層去除后，得到的熔石英表面粗糙度為0.2nm0
【附圖說(shuō)明】
[0031]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的熔石英表面處理的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的熔石英表面處理的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1提供的熔石英表面處理的裝置隔離罩的俯視圖；
[0035]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1得到的經(jīng)過(guò)表面處理后的熔石英表面原子力顯微照片；
[0036]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2中待處理的熔石英、