一种基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统和方法技术方案

一种电化学抛光领域的基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统和方法，抛光系统包括抛光槽、清洗槽、送料机构、电化学抛光单元；其中抛光槽包括公转运动电机、公转电机基座、支撑杆旋转基座和“照度反馈”装置；清洗槽可容纳清洗液；送料机构包括水平驱动推杆，竖直驱动推杆，抓手机构，主要夹持电化学抛光单元进行空间位置转移；电化学抛光单元包括支撑杆、待抛光工件、自转电机、电解反应阴极板、自转电机控制器、上连接杆、下连接杆，负责夹持工件进行抛光或清洗，并且可以实现工件的自转运动。本发明专利技术还公开基于本抛光系统的电化学抛光方法，包括：抛光工艺设计，工件的运动形式，在线测量方法等；本发明专利技术可实现光学微结构元件的超精密原子级抛光。子级抛光。子级抛光。

【技术实现步骤摘要】
一种基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统和方法


[0001]本专利技术设计的是电化学抛光领域的抛光系统和方法，特别是一种具有“行星运动”形式和“照度反馈”粗糙度在线检测的电化学抛光系统和方法。

技术介绍

[0002]原子级光滑表面的抛光是制造领域的重要发展方向，例如极紫外光刻机关键光学元件需要实现0.1nm以下(原子级)的粗糙度，从而提高极紫外光的反射率和光能利用率。电化学抛光具有非接触、效率高、成本低等优点，而且可实现光栅结构、菲涅尔结构、微透镜阵列等多种微结构表面的超精密抛光。
[0003]然而电化学抛光仍存在一些难以解决的问题。在抛光机理方法，电化学抛光存在因副产物沉积引起的不均匀刻蚀现象，电化学刻蚀坑的无序生长导致粗糙度无法进一步改善，一般仅为50nm左右，抛光效果无法满足原子级粗糙度的要求；在粗糙度的检测方面，工件处于腐蚀性液体环境，接触式测量方法会损伤仪器，而非接触测量往往因为溶液环境而无法准确测量，目前传统的电化学抛光过程只能采取设定抛光参数来完成抛光过程的开环控制，需要多次的返工迭代抛光，降低抛光效率。所以电化学抛光需要在改进抛光效果和实现在线检测两个方面进行改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统和方法，通过行星运动机构结合公转和自转，可以保证刻蚀坑的可控生长；通过反射光照度检测可以实时反馈微结构表面粗糙度的变化。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供一种基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统，包括抛光槽，清洗槽，送料机构和电化学抛光单元；抛光槽采用绝缘防腐材料，且集成公转运动电机、公转电机基座、支撑杆旋转基座和“照度反馈”装置，是工件进行电化学抛光同时进行绕轴公转的主要空间；清洗槽可以容纳电化学抛光清洗液，是工件进行清洗的主要空间；送料机构包括水平驱动推杆、竖直驱动推杆和抓手机构，主要夹持电化学抛光单元进行空间位置转移；电化学抛光单元包括支撑杆、待抛光工件、自转电机、电解反应阴极板、自转电机控制器、上连接杆、下连接杆，负责夹持工件进行抛光或清洗，并且可以实现工件的自转运动；
[0007]进一步地，在本专利技术中，“照度反馈”装置中激光发射器与激光固定器连接，激光固定器与U型固定架连接，光功率计与U型固定架连接；激光发射器、光功率计位于U型固定架的两侧；激光发射器可以发射激光至待抛光工件表面，经表面反射激光，激光至光功率计表面被采集，进而可以反应工件的表面质量，从而反应电化学抛光反应的进程；
[0008]进一步地，送料机构通过水平放置的驱动推杆可以实现横向移动，从而实现电化学抛光单元在抛光槽和清洗槽之间位置的切换，通过竖直放置的驱动推杆可以实现竖直进给运动，从而实现电化学抛光单元进入或离开抛光槽和清洗槽，前端具有抓手夹紧机构，从
而实现电化学抛光单元的装配和取下，所述送料机构的驱动推杆和抓手都采用气动装置作为动力；
[0009]进一步地，在本专利技术中，电化学抛光单元包括支撑杆、待抛光工件、自转电机、电解反应阴极板、自转电机控制器、上连接杆、下连接杆，负责夹持工件进行抛光或清洗，并且可以实现工件的自转运动；支撑杆的中部为镂空结构，上连接杆在镂空结构中穿过并与支撑杆固结在一起；支撑杆的上下部各有一个螺纹孔，下连接杆在下部螺纹孔中穿过并与支撑杆固结在一起；待抛光工件固定于自转电机的顶部；自转电机布置于绝缘抗腐蚀的电机密封壳体中，电机密封壳体与下连接杆的一端固结在一起；自转电机控制器布置于绝缘抗腐蚀的控制器密封壳体中，控制器密封壳体与下连接杆的另一端固结在一起；电解反应阴极板与上连接杆的一端固结在一起；自转电机控制器包括电机控制板、供电电源、导线，供电电源和自转电机通过导线与电机控制板相连。
[0010]本专利技术还提供一种基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统的电化学抛光方法，包括以下步骤：第一步，配置抛光溶液与清洗溶液；第二步，放置需抛光工件于工件夹具中，固定工件夹具；第三步，送料机构夹持电化学抛光单元送至清洗槽进行预清洗；第四步，送料机构夹持电化学抛光单元送至抛光槽对工件待抛光面进行电化学离子刻蚀；第五步，送料机构夹持电化学抛光单元送至清洗槽再次清洗；
[0011]进一步地，在所述步骤四中，在抛光阶段同时启动自转电机和公转电机，使得待抛光工件以公转同时自转形式运动；
[0012]进一步地，在所述步骤五中，采用”照度反馈“装置在线测量工件的表面粗糙度，并以此为指标判断抛光完成情况。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果为：通过公转和自转结合的运动方式实现了对刻蚀副产物的均匀去除和扩散，与传统电化学抛光中的电解液搅拌或工件线性运动方式相比，该公转同时自转的机构在运动学层面解决了抛光过程中的不均匀性，提高了抛光的一致性，可以实现原子级光滑表面；通过”照度反馈“装置在线测量工件的表面粗糙度，开辟了腐蚀性电解液中粗糙度在位监测和抛光过程实时调控的新途径，提高了电化学抛光的可控性。该系统在不同微结构光学元件上可实现粗糙度在0.1nm以下的原子级抛光效果，微结构保形率>98％，且具有较高的抛光效率。因此，本专利技术在光学元件制造等领域中具有重要的应用价值。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例的结构示意图；
[0015]图2为本专利技术实施例的透视结构示意图；
[0016]图3为送料机构的结构示意图；
[0017]图4为电化学抛光单元的结构示意图；
[0018]图5为“照度反馈”装置的结构示意图；
[0019]其中，1、抛光槽，2、清洗槽，3、送料机构，4、电化学抛光单元，401、支撑杆，402、待抛光工件，403、自转电机，404、电解反应阴极板，405、自转电机控制器，406、上连接杆，407、下连接杆，5、公转运动电机，6、公转电机基座，7、支撑杆旋转基座，8、“照度反馈”装置，9、激光发射器，10、激光固定器，11、光功率计，12、U型固定架，13、水平驱动推杆，14、竖直驱动推
杆，15、抓手机构。
具体实施方式
[0020]下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]如图1和图2所示，本专利技术系统包括抛光槽1、清洗槽2、送料机构3、电化学抛光单元4；抛光槽1和清洗槽2安装在设备底座上，送料机构3通过铝型材安装在设备顶端，需保证横梁的水平精度和连杆的竖直精度，电化学抛光单元4通过送料机构的抓手加紧机构15装配在抛光系统中，送料机构3可以带动电化学抛光单元在水平和竖直方向进行运动，通过抓手机构可以装配或取下电化学抛光单元。
[0022]如图3和图4所示，在本专利技术的抛光过程中，送料机构3将电化学抛光单元4运送至抛光池3内，使得支撑杆1与支撑杆旋转基座7同轴，且最终通过支撑杆1下端的锥型凸台与支撑杆旋转基座7中间的锥型凹槽进行配合完成整体装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统，其特征在于，包括抛光槽(1)、清洗槽(2)、送料机构(3)、电化学抛光单元(4)；所述抛光槽(1)包括公转运动电机(5)、公转电机基座(6)、支撑杆旋转基座(7)和“照度反馈”装置(8)；所属照度反馈装置包括激光发射器(9)、激光固定器(10)、光功率计(11)、U型固定架(12)；所述送料机构包括水平驱动推杆(13)、竖直驱动推杆(14)和抓手机构(15)；所述电化学抛光单元(4)包括支撑杆(401)、待抛光工件(402)、自转电机(403)、电解反应阴极板(404)、自转电机控制器(405)、上连接杆(406)、下连接杆(407)。2.根据权利要求1所述的基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统，其特征在于所述抛光槽采用绝缘防腐材料；所述抛光槽集成有公转运动电机(5)、公转电机基座(6)、支撑杆旋转基座(7)和“照度反馈”装置(8)；公转电机(5)位于抛光槽(1)的下方，通过上部平面与公转电机基座(6)固接在一起；支撑杆旋转基座(7)通过凸台与公转电机基座(6)径向固结在一起，支撑杆旋转基座(7)通过紧定螺栓与公转电机(5)的上部转轴轴向固定；“照度反馈”装置(8)的U型固定架(12)通过紧定螺栓与公转电机(5)的下部转轴轴向固定。3.根据权利要求1所述的基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统，其特征在于所述抛光槽集成的“照度反馈”装置(8)，其中激光发射器(9)通过紧定螺栓与激光固定器(10)连接，激光固定器(10)通过螺栓螺母与U型固定架(12)连接，光功率计(11)通过螺栓螺母与U型固定架(12)连接；激光发射器(9)与光功率计(11)位于U型固定架的两侧；激光发射器(9)可以发射激光至待抛光工件(402)表面，经表面反射激光，激光至光功率计(11)表面被采集。4.根据权利要求1所述的基于刻蚀坑可控生长的原子级抛光系统，其特征在于所述送料机构通过水平放置的驱动推杆(13)可以实现横向移动，从而实现电化学抛光单元在抛光槽和清洗槽之间位置的切换；所述送料机构通过竖直放置的驱动推杆(14)可以实现竖直进给运动，从而实现电化学抛光单元进入或离开抛光槽和清洗槽；所述送料机构的前端具有抓手夹紧机构(15)，从而实现电化学抛光单元的装配和取下；所述送料机构的驱动推杆和抓手都采用气动装置作为动力。5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国兴，崔维杰，叶子心，叶璟天，张鑫泉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：