一种利用离子束刻蚀技术抛光微结构侧壁的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用离子束刻蚀技术抛光微结构侧壁的方法，属于超精密加工技术领域，该方法包括:将待抛光的具有微结构的样品放在离子束刻蚀设备的腔体内的样品台上，并利用样品托使样品的底面与样品台之间有一定距离，且使样品的待抛光侧壁与样品台平面相互垂直;利用待抛光的具有微结构的样品的深宽比计算出样品台所需的倾斜角，并调节样品台到该倾斜角;使用离子束对样品进行刻蚀，且在刻蚀过程中样品台始终自转。利用本发明专利技术提供的利用离子束刻蚀技术抛光微结构侧壁的方法，能够实现对微结构的侧壁进行高精度的抛光。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于超精密加工
，该方法包括:将待抛光的具有微结构的样品放在离子束刻蚀设备的腔体内的样品台上，并利用样品托使样品的底面与样品台之间有一定距离，且使样品的待抛光侧壁与样品台平面相互垂直;利用待抛光的具有微结构的样品的深宽比计算出样品台所需的倾斜角，并调节样品台到该倾斜角;使用离子束对样品进行刻蚀，且在刻蚀过程中样品台始终自转。利用本专利技术提供的利用离子束刻蚀技术抛光微结构侧壁的方法，能够实现对微结构的侧壁进行高精度的抛光。【专利说明】
本专利技术涉及，属于超精密加工
。
技术介绍
抛光技术是使用物理机械、化学、电化学等作用降低物体表面粗糙度的加工方法。抛光技术应用范围极其广泛，比如汽车车身表面的抛光，地板的抛光，装饰品表面的抛光等等。当表面能够清晰的倒影出物体影像时，被称为镜面。如果使用均方根(RootMeanSquare,RMS)粗糙度来表征物体表面的光滑程度，镜面的粗糙度在微米量级。镜面抛光是更精密的抛光技术，主要在精密机械和光学工业中使用，使得抛光后的物体表面光滑并具有良好的反射效果。最常见的且相对容易的是对具有开阔表面的物体进行抛光，通常使用硬质的磨料在被抛光物体表面高速摩擦使其光滑，抛光后达到的粗糙度对于特定的物质而言主要取决于抛光过程使用磨料的颗粒大小。开阔的硅表面经过抛光后，均方根粗糙度可以达到小于Inm的程度，已经接近原子级别的平整度。对于非开阔表面的抛光，比如工件的孔洞内壁，也有许多抛光技术可以实现，比如化学抛光、电化学抛光、磁流体抛光等。化学抛光是靠化学试剂对样品表面凹凸不平区域的选择性溶解作用消除磨痕、浸蚀整平的一种方法。但是抛光液容易失效，溶液消耗快，抛光结果不是太佳，试样的棱角易受蚀损，抛光面易出现微小波纹起伏。电化学抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。此抛光技术能够实现降低粗糙度的原理目前在国际范围内尚存在争议。技术上，由于电解液的组成复杂、通用性差、使用寿命短和强腐蚀性等缺点，其应用范围受到限制。工艺上影响电化学抛光的参数很多，不易找到正确的抛光参数。磁流体抛光技术是利用磁流变液在磁场中的流变特性进行零件表面加工的一种新型技术。通过调整设备，也可用于工件孔洞内壁的抛光。但同样抛光参数很多，如工件进入磁流体抛光液中的深度、工件轴摆角、运动盘的速度、工件与运动盘形成的间隙大小、磁场强度等，对特殊的工件需花费较大时间去摸索工艺，并不非常成熟。目前很多学者也正在进一步研究此抛光方法。离子束刻蚀是利用具有一定能量的离子轰击材料表面，使材料原子发生溅射，从而达到刻蚀目的的一种手段。通常使用氩、氪、氙之类的惰性气体，在真空腔内被电离后形成等离子体，然后由高电压将离子引出并加速，使离子具有一定能量并呈束状入射到待刻蚀表面，撞击材料表面原子，发生溅射，达到刻蚀的目的。此刻蚀过程为纯物理过程。用离子束刻蚀原理对物体表面进行抛光的技术即离子束抛光技术，是现代光学加工技术中非常先进的一种光学镜面抛光技术，是原子量级上的无应力、非接触式抛光工艺，是实现超光滑表面的重要手段。比如，使用离子束刻蚀设备对硅表面精细抛光，可实现0.2nm的粗糙度，抛光角度为60度。但这仅限于对开阔表面任意角度抛光。对于所要抛光平面为直孔的内壁，尤其是具有较大深宽比的孔内壁，抛光离子将不能以优化的某个角度进行入射轰击，所以目前国际上尚无报道使用离子束刻蚀技术对微结构的侧壁进行抛光。而随着超精密加工技术的发展，对微结构侧壁进行抛光的需求越来越迫切。比如，应用在探空卫星上进行X射线成像的龙虾眼型微孔光学器件，是利用大深宽比方孔内侧壁对X射线的反光进行聚焦成像的，因此侧壁粗糙度通常要纳米量级才能对X光进行良好的反射。此器件的制备将依赖于微结构侧壁的抛光技术。目前使用的能够对微结构侧壁进行抛光的技术有化学抛光、电化学抛光、磁流体抛光等，但如上文所述，这些技术对于大深宽比侧壁的抛光都存在技术上的困难。本专利技术提出把用于平面抛光的离子束刻蚀技术应用于对微结构侧壁的抛光，使侧壁表面达到纳米级的粗糙度。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供，以使高精度抛光的离子束刻蚀技术应用在微结构侧壁的抛光领域，实现对微结构，尤其是对具有大深宽比通孔侧壁的高精度抛光。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，包括:步骤10:将待抛光的具有微结构的样品放在离子束刻蚀设备的腔体内的样品台上，并利用样品托使样品的底面与样品台之间有一定距离，且使样品的待抛光侧壁与样品台平面相互垂直；步骤20:利用待抛光的具有微结构的样品的深宽比计算出样品台所需的倾斜角，并调节样品台到该倾斜角；步骤30:使用离子束对样品进行刻蚀，且在刻蚀过程中样品台始终自转。上述方案中，步骤10中所述待抛光的具有微结构的样品，微结构指轴线互相平行的通孔，尤其是孔径小于I毫米，深宽比大于I的通孔。进一步地，通孔垂直于轴的截面可以是任意形状的二维图形，不限于圆孔或方孔等。上述方案中，步骤10中所述利用样品托使样品的底面与样品台之间有一定距离，该距离用以保证被抛光下来的材料能够被顺利排出通孔，防止堆积在样品台表面以致阻碍后续抛光下来材料的顺利排出。上述方案中，步骤20中所述利用待抛光的具有微结构的样品的深宽比计算出样品台所需的倾斜角，具体计算方法如下:假设样品中所有的孔的最大深宽比是R，则样品台所需的倾斜角的范围是O?θ，Θ =arctan(l/R), Θ单位是度。上述方案中，步骤20中所述调节样品台到该倾斜角，调节方法为:使样品台的轴线方向与离子束入射方向(通常为竖直方向)的夹角为倾斜角。上述方案中，步骤30中所述在刻蚀过程中样品台始终自转，自转为样品台绕着自己的轴线旋转。(三)有益效果利用本专利技术提供的利用离子束刻蚀技术抛光微结构侧壁的方法，能够实现对微结构的侧壁进行高精度的抛光。对侧壁进行抛光相比较对开阔平面进行抛光有更高的技术难度，但是随着科技的发展，人们对工件孔壁的粗糙度提出了越来越高的要求，比如用于探空的X射线成像光学器件。这类高端光学零件加工涉及超精密加工技术。目前可以用来进行内壁抛光的技术有化学抛光、电化学抛光、磁流体抛光等，但是在实现大深宽比通孔内壁的抛光上，这些技术都存在困难。化学抛光抛光液容易失效，溶液消耗快，抛光结果不是太佳，试样的棱角易受蚀损，抛光面易出现微小波纹起伏。电化学抛光技术能够实现降低粗糙度的原理目前在国际范围内尚存在争议，技术上，由于电解液的组成复杂、通用性差、使用寿命短和强腐蚀性等缺点，其应用范围受到限制；工艺上影响电化学抛光的参数很多，不易找到正确的抛光参数。对于磁流体抛光技术而言同样调试参数很多，如工件进入磁流体抛光液中的深度、工件轴摆角、运动盘的速度、工件与运动盘形成的间隙大小、磁场强度等，对特殊的工件需花费较大时间去摸索工艺。离子束抛光技术，是现代光学加工技术中非常先进的一种光学镜面抛光技术，是原子量级上的无应力、非接触式抛光工艺，是实现超光滑表面的重要手段。使用离子束刻蚀技术对微结构侧壁进行抛光，原理简单，不需要复杂的刻蚀源，只需要高纯的惰性气体；安装样品后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用离子束刻蚀技术抛光微结构侧壁的方法，其特征在于，包括:步骤10:将待抛光的具有微结构的样品放在离子束刻蚀设备的腔体内的样品台上，并利用样品托使样品的底面与样品台之间有一定距离，且使样品的待抛光侧壁与样品台平面相互垂直;步骤20:利用待抛光的具有微结构的样品的深宽比计算出样品台所需的倾斜角，并调节样品台到该倾斜角;步骤30:使用离子束对样品进行刻蚀，且在刻蚀过程中样品台始终自转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张天冲，伊福廷，王波，刘静，张新帅，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：