專利名稱：一種等離子體加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及非接觸法拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等離子體加工裝置。
技術(shù)背景
等離子體拋光技術(shù)是等離子體源與化學(xué)氣相處理設(shè)備相結(jié)合的新技術(shù)，屬 于非接觸法拋光技術(shù)。其工作原理基于在等離子體作用下的化學(xué)反應(yīng)，利用等 離子體與工件表層材料發(fā)生化學(xué)作用去除材料。采用這種方法可以進(jìn)行大面積 平面拋光、局部拋光、非球面拋光等。采用此方法進(jìn)行光學(xué)零件的拋光，可以 避免亞表面損傷層的出現(xiàn)，提高光學(xué)零件表面加工等級(jí)，實(shí)現(xiàn)高精密拋光。
等離子體拋光技術(shù)中所使用的是等離子體加工裝置，其主要部件包括工 作室、電容耦合等離子體發(fā)生器、工件夾具組件、配氣組件、排氣組件和射頻
組件。其中的關(guān)鍵部件是等離子體發(fā)生器。
ICP是一種電感耦合等離子體發(fā)生器，被廣泛使用于微電子領(lǐng)域的等離子 體刻蝕中，其工作環(huán)境為真空，刻蝕效率很高，由于其刻蝕速度的原因，在拋 光時(shí)無法降低其速度，達(dá)不到拋光降低表面粗糙度的目的，不能有效進(jìn)行拋光 作業(yè)；同時(shí)由于采用電感耦合線圈，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大且笨重。因此并
未得到廣泛的應(yīng)用。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)采用了電容耦合等離子體發(fā)生器(CCP)，它是由進(jìn)氣口、 射頻接頭和內(nèi)套組成，其工作室為與外界相通的常壓室，拋光機(jī)理主要是化學(xué) 反應(yīng)，但它存在的問題是由于在大氣環(huán)境下工作，拋光表面會(huì)引入外來元素 (氧元素和碳元素)，對(duì)拋光表面造成污染，并且化學(xué)反應(yīng)造成了反應(yīng)氣體元素吸附在拋光表面，必然會(huì)破壞拋光表面晶格完整性，造成亞表面損傷。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種等離子體加工裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的 拋光表面會(huì)引入外來元素，污染拋光表面，并且會(huì)因反應(yīng)氣體元素吸附在拋光 表面，破壞拋光表面晶格完整性，易造成亞表面損傷的問題。
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是 一種等離子體加 工裝置，包括工作室和其內(nèi)部的電容耦合等離子體發(fā)生器，所述的電容耦合等 離子體發(fā)生器包括進(jìn)氣口、射頻接頭和內(nèi)套，其特殊之處在于所述的工作室 為真空室，所述電容耦合等離子體發(fā)生器的內(nèi)套外側(cè)還依次設(shè)置有絕緣層和屏 蔽層，內(nèi)套、絕緣層和屏蔽層以過盈配合方式連接，在屏蔽層的外側(cè)環(huán)設(shè)有環(huán) 形磁鐵，該環(huán)形磁鐵通過直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接于屏蔽層上。
上述內(nèi)套的開口端聯(lián)接有內(nèi)小、外大錐形的均勻器。只要能與內(nèi)套配合的 方式均可采用。
上述直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)由屏蔽層外側(cè)設(shè)置的條狀滑槽和嵌設(shè)于滑槽內(nèi)的支架組 成，支架與環(huán)形磁鐵固定聯(lián)接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下
1、 有效提高加工效率附加磁場后，電子的運(yùn)動(dòng)路徑增加，和反應(yīng)氣體碰 撞次數(shù)增加，可以成數(shù)倍地提高光學(xué)加工的效率；
2、 拋光效果好由于磁場的引入，提高了反應(yīng)氣體的離化率，比不加磁場 的電容耦合等離子體離子密度提高2到3個(gè)數(shù)量級(jí)；同時(shí)限制了離子和加工表 面的直接轟擊作用，從而避免了亞表面損傷，可以獲得無表面污染、晶格完整、 無亞表面損傷的超光滑光學(xué)表面；3、能有效控制等離子體出口的均勻性等離子體出口均勻器的可以采用不 同的錐度設(shè)計(jì)，以配合磁場位置以及大小的調(diào)節(jié)，可以有效控制等離子體出口 的均勻性。



圖1是等離子體加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是電容耦合等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記如下
l-進(jìn)氣口， 2-射頻接頭，3-內(nèi)套，4-絕緣層，5-屏蔽層，6-均勻器，7-直線 移動(dòng)機(jī)構(gòu)，8-環(huán)形磁鐵，9-真空室，10-電容耦合等離子體發(fā)生器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明。
參見圖1和圖2， 一種等離子體加工裝置，包括真空室9和其內(nèi)部的電容 耦合等離子體發(fā)生器IO，所說的電容耦合等離子體發(fā)生器包括進(jìn)氣口 1、射頻 接頭2、內(nèi)套3、絕緣層4、屏蔽層5、均勻器6、直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)7和環(huán)形磁鐵8。 所說的電容耦合等離子體發(fā)生器的內(nèi)套3外側(cè)依次設(shè)置有絕緣層4和屏蔽層5, 內(nèi)套3、絕緣層4和屏蔽層5之間以過盈配合方式聯(lián)接，在屏蔽層5的外側(cè)環(huán) 設(shè)有環(huán)形磁鐵8，該環(huán)形磁鐵8通過直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)7聯(lián)接于屏蔽層5上，所說 的直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)由屏蔽層5外側(cè)設(shè)置的條狀滑槽和嵌設(shè)于滑槽內(nèi)的支架組成， 支架與環(huán)形磁鐵8固定聯(lián)接。所說內(nèi)套3的開口端上聯(lián)接有內(nèi)小、外大錐形的 均勻器6。
工作原理在真空室的低氣壓下(0. 1Pa 100Pa)，工作氣體(氬氣、氦 氣、六氟化硫、四氟化碳、氧氣)在射頻電場的作用下電離，形成非平衡的低溫等離子體，等離子體帶有大量的活性基。磁場的存在進(jìn)一步增加了電子的自 由程，增加了電子和反應(yīng)氣體碰撞的幾率，提高活性基的數(shù)量；同時(shí)配合等離 子體發(fā)生器中均勻器的出口形狀，使工件表面的活性基分布均勻；在加工表面 和工件發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料的去除，由于不存在機(jī)械力的作用和外來元素的干 擾，不會(huì)產(chǎn)生亞表面損傷層。 實(shí)施例l:
石英玻璃的拋光速率實(shí)驗(yàn)
步驟l:對(duì)待拋光的石英工件清洗，清洗主要采用的標(biāo)準(zhǔn)的RCE工藝。打 開真空室，放置工件在工件臺(tái)上;運(yùn)用排氣系統(tǒng)，使真空室內(nèi)真空下降到l(T3Pa。
步驟2:充入工作氣體，氬氣(10%~90% )、氧氣(0%~90%)六氟化硫 (1%~90%),真空度到達(dá)0.1Pa 100Pa之間；打開射頻組件的電源，調(diào)節(jié)功率 在10瓦到200瓦之間。
步驟3:調(diào)節(jié)磁場大小和位置，在不加磁場和加磁場下，分別加工獲得兩 個(gè)樣片。
步驟4:加工l個(gè)小時(shí)左右，關(guān)閉電源，關(guān)閉工作氣體。取出工件，測(cè)試
工件的表面粗糙度和刻蝕深度。
對(duì)比兩個(gè)加工樣片，發(fā)現(xiàn)加磁場的樣片表面粗糙度有較大的降低，并且加
工的速度提高了5倍以上。
實(shí)施例2:
步驟l:對(duì)待拋光的石英工件清洗，清洗主要采用的標(biāo)準(zhǔn)的RCE工藝。打 開真空室，放置工件在工件臺(tái)上；運(yùn)用排氣系統(tǒng)，使真空室內(nèi)真空下降到l(T3Pa。 步驟2:充入工作氣體，氬氣(10%~90% )、氧氣(0% 90%)六氟化硫(1%~90%)，真空度到達(dá)0.1Pa 100Pa之間；打開射頻組件的電源，調(diào)節(jié)功率 在10瓦到200瓦之間。
步驟3:固定磁場位置。調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度分別為200毫特斯拉、400毫特斯 拉、和600毫特斯拉，分別加工獲得3個(gè)樣片。
步驟4:加工相同(l個(gè)小時(shí))，關(guān)閉電源，關(guān)閉工作氣體。取出工件，分 別測(cè)試工件的表面粗糙度和刻蝕深度，計(jì)算刻蝕速率。
結(jié)果表明，隨著磁場強(qiáng)度的增加，工件表面粗糙度呈下降趨勢(shì)，和沒有加磁 場時(shí)對(duì)比，刻蝕速率分別上升2倍、4倍、8倍。 實(shí)施例3:
步驟l:對(duì)待拋光的石英工件清洗，清洗主要采用的標(biāo)準(zhǔn)的RCE工藝。打 開真空室，放置工件在工件臺(tái)上；運(yùn)用排氣系統(tǒng)，使真空室內(nèi)真空下降到l(T3Pa。
步驟2:充入工作氣體，氬氣(10%~90% )、氧氣(0°/。~90%)六氟化硫 (1%~90%)，真空度到達(dá)為0.1Pa 100Pa之間；打開射頻組件的電源，調(diào)節(jié)功 率在10瓦到200瓦之間。
步驟3:固定磁場位置、大小，分別采用不用圓錐度(三個(gè))的均勻器。
步驟4:加工時(shí)間相同(l個(gè)小時(shí))，分別在三種不同圓錐度下加工三個(gè)樣
片，關(guān)閉射頻電源，關(guān)閉工作氣體，取出工件。
在每一個(gè)工件上取多個(gè)點(diǎn)測(cè)試刻蝕深度，來反應(yīng)等離子體在工作表面的均
勻度。測(cè)試的結(jié)果表明，在圓錐度為45度的情況下，可以獲得更為均勻的等離 子體。
權(quán)利要求1、一種等離子體加工裝置，包括工作室和其內(nèi)部的電容耦合等離子體發(fā)生器(10)，所述的電容耦合等離子體發(fā)生器(10)包括進(jìn)氣口(1)、射頻接頭(2)和內(nèi)套(3)，其特征在于所述的工作室為真空室(9)，所述電容耦合等離子體發(fā)生器的內(nèi)套(3)外側(cè)還依次設(shè)置有絕緣層(4)和屏蔽層(5)，內(nèi)套(3)、絕緣層(4)和屏蔽層(5)以過盈配合方式連接，在屏蔽層(5)的外側(cè)環(huán)設(shè)有環(huán)形磁鐵(8)，該環(huán)形磁鐵(8)通過直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)聯(lián)接于屏蔽層(5)上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種等離子體加工裝置，其特征在于所述內(nèi)套(3) 的開口端聯(lián)接有內(nèi)小、外大錐形的均勻器(6)。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種等離子體加工裝置，其特征在于所述直 線移動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)由屏蔽層(5)外側(cè)設(shè)置的條狀滑槽和嵌設(shè)于滑槽內(nèi)的支架組 成，支架與環(huán)形磁鐵(8)固定聯(lián)接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及非接觸法拋光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等離子體加工裝置。本實(shí)用新型的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的拋光表面會(huì)引入外來元素，污染拋光表面，并且會(huì)因反應(yīng)氣體元素吸附在拋光表面，破壞拋光表面晶格完整性，易造成亞表面損傷的問題。為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，所提供的技術(shù)方案是一種等離子體加工裝置，包括工作室和其內(nèi)部的電容耦合等離子體發(fā)生器，所述的電容耦合等離子體發(fā)生器包括進(jìn)氣口、射頻接頭和內(nèi)套，所述的工作室為真空室，所述電容耦合等離子體發(fā)生器的內(nèi)套外側(cè)還依次設(shè)置有絕緣層和屏蔽層，內(nèi)套、絕緣層和屏蔽層以過盈配合方式連接，在屏蔽層的外側(cè)環(huán)設(shè)有環(huán)形磁鐵，該環(huán)形磁鐵通過直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)接于屏蔽層上。
文檔編號(hào)C03C23/00GK201250185SQ200820029299
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者劉衛(wèi)國, 杭凌俠, 梁海鋒 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)