一种熔石英表面处理的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学材料加工技术领域，更具体地说，是涉及一种熔石英表面处理的装置及方法。
【背景技术】
[0002]熔石英是大型高功率激光系统中应用最普遍的光学材料，熔石英材料在光学系统中被广泛应用于制备透镜、窗口和屏蔽片等光学元件。在熔石英光学材料加工过程中，需要进行研磨和抛光，而对于传统熔石英光学基底的研磨和抛光加工过程，由于磨料对熔石英基底表面存在机械力的作用，会在熔石英基底的亚表面层形成深度在微米量级的亚表面损伤。随着熔石英在强激光、空间光学、X射线光学等领域的广泛应用，迫切需要没有亚表面损伤且表面光滑的熔石英基底。
[0003]目前，在研磨和抛光加工过程后，常用的去除熔石英基底亚表面损伤的技术包括:基于氢氟酸的湿法刻蚀、磁流变抛光和离子束抛光。其中，氢氟酸刻蚀技术通过氢氟酸与熔石英的化学作用，可以快速去除表面的缺陷层；但是，由于氢氟酸刻蚀是各向同性的，亚表面损伤如裂纹和划痕等会随着刻蚀的进行而扩展，从而导致表面粗糙。磁流变抛光利用磁性抛光液在磁场的作用下，形成柔性抛光膜，柔性抛光膜对熔石英表面只有切向力，几乎没有法向力，所以不会产生亚表面损伤；但是，磁流变抛光后会在熔石英表面形成水解层，并残留大量磁性抛光颗粒，这些残留的磁流变抛光杂质污染在激光辐照下也会引起激光损伤。基于上述两种加工技术存在的缺陷，离子束抛光技术由于不会引入亚表面损伤，成为获得表面光滑的熔石英基底的主要方法；但是，由于其对熔石英的刻蚀速率很低，因此，不宜单独使用离子束抛光技术去除熔石英的亚表面损伤。
[0004]近年来，利用电感親合等离子体(Inductively Coupled Plasma，以下简称ICP)反应离子刻蚀技术去除熔石英亚表面损伤层方面的工作逐渐增加。反应离子刻蚀技术将化学反应与物理轰击结合起来，使得刻蚀具有很好的方向性和较快的刻蚀速率。反应离子刻蚀技术通常采用等离子体反应装置实现，该装置顶部通入气体产生等离子体，与顶部相对应的底部放置待刻蚀样品，并以顶部为上电极，底部样品台为下电极，在上下电极电场作用下，使等离子体轰击待刻蚀样品表面，完成刻蚀过程。但是，在利用反应离子刻蚀技术对熔石英进行表面处理的过程中，熔石英表面附着的颗粒以及来自刻蚀系统真空腔体的金属溅射污染等异物，会与反应气体反应，催化形成难于刻蚀的聚合物沉积，导致刻蚀样品表面变粗糙，在样品表面形成等离子体诱发的辐射损伤。
[0005]目前，为了抑制反应离子刻蚀中的辐射损伤，大部分技术均从反应刻蚀气体参数(种类和配比)、刻蚀工作真空度、工作气体的供气方式等角度对熔石英的反应离子刻蚀特性进行优化。虽然可以在一定程度上抑制金属污染，但是，均不能从根本上解决金属溅射污染问题，从而无法解决反应离子刻蚀中熔石英表面形成辐射损伤，即解决反应离子刻蚀中熔石英表面变粗糙的问题。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种熔石英表面处理的装置及方法，以实现去除熔石英的亚表面损伤层的同时，避免表面形成辐射损伤，得到较好表面粗糙度的熔石英。
[0007]本发明提供了一种熔石英表面处理的装置，包括:
[0008]具有反应腔的壳体；
[0009]所述壳体顶部中心位置设置有等离子体发生单元；
[0010]所述壳体底部中心位置设置有样品台；
[0011]所述样品台中心位置设置有隔离单元，所述隔离单元包括防护膜和隔离罩；所述防护膜平铺在所述样品台和待处理熔石英之间；所述隔离罩放置在防护膜上待处理熔石英周围。
[0012]优选的，所述壳体内壁的材质为铝、阳极氧化铝或不锈钢。
[0013]优选的，所述等离子发生单元包括:
[0014]设置在所述壳体顶部中心位置的气体储存腔体；
[0015]与所述气体储存腔体相连通的通气管路；
[0016]围绕在所述的气体储存腔体周围的射频线圈。
[0017]优选的，所述样品台的材质为铝或阳极氧化铝。
[0018]优选的，所述防护膜为聚酰亚胺膜；所述防护膜的厚度为50 μπι?60 μπι。
[0019]优选的，所述隔离罩为熔石英玻璃罩；所述隔离罩的厚度为2mm?6mm。
[0020]本发明还提供了一种熔石英表面处理的方法，包括以下步骤:
[0021]将待处理的熔石英放置在熔石英表面处理的装置中，经过两次等离子体刻蚀，得到表面处理后的熔石英；
[0022]所述熔石英表面处理的装置包括:具有反应腔的壳体；
[0023]所述壳体顶部中心位置设置有等离子体发生单元；
[0024]所述壳体底部中心位置设置有样品台；
[0025]所述样品台中心位置设置有隔离单元，所述隔离单元包括防护膜和隔离罩；所述防护膜平铺在所述样品台和待处理熔石英之间；所述隔离罩放置在防护膜上待处理熔石英周围。
[0026]优选的，所述第一次等离子体刻蚀的气体为50sccmAr，工作压强为0.1Pa?0.3Pa，等离子体功率为750W?800W，加速功率为120W?180W，自偏电压为200V?230V，时间为8min?15min。
[0027]优选的，所述第二次等离子体刻蚀的气体为(25sccm?45sccm)Ar/(5sccm?25sccm)CHF3,工作压强为0.1Pa?0.3Pa，等离子体功率为700W?1100W，加速功率为120W?180W，自偏电压为240V?290V，时间为8min?15min。
[0028]优选的，所述将待处理的熔石英放置在熔石英表面处理的装置中的过程前，还包括:
[0029]将待处理的熔石英进行表面清洗。
[0030]本发明提供了一种熔石英表面处理的装置及方法，所述熔石英表面处理的装置包括:具有反应腔的壳体；所述壳体顶部中心位置设置有等离子体发生单元；所述壳体底部中心位置设置有样品台；所述样品台中心位置设置有隔离单元，所述隔离单元包括防护膜和隔离罩；所述防护膜平铺在所述样品台和待处理熔石英之间；所述隔离罩放置在防护膜上待处理熔石英周围。与现有技术相比，本发明提供的熔石英表面处理的装置先将待处理的熔石英放置在隔离单元中，使待处理的熔石英与周围样品台和具有反应腔的壳体隔离，所述待处理的熔石英的待处理表面与所述壳体顶部中心位置设置的等离子发生单元相对应；再通过等离子发生单元产生的等离子体经过两次等离子体刻蚀，得到表面处理后的熔石英。本发明提供的熔石英表面处理的装置能够将待处理的熔石英与周围隔离，避免来自装置壳体和样品台的金属溅射污染，减少反应离子刻蚀中的辐射损伤；同时，通过两次等离子体刻蚀，能够首先对待处理的熔石英表面附着的颗粒等异物进行清除，再去除熔石英的亚表面损伤层，得到较好表面粗糙度的熔石英。实验结果表明，采用本发明提供的熔石英表面处理的装置及方法，进行熔石英的亚表面损伤层去除后，得到的熔石英表面粗糙度为0.2nm0
【附图说明】
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0032]图1为本发明实施例提供的熔石英表面处理的装置的结构示意图；
[0033]图2为本发明实施例1提供的熔石英表面处理的装置的结构示意图；
[0034]图3为本发明实施例1提供的熔石英表面处理的装置隔离罩的俯视图；
[0035]图4为本发明实施例1得到的经过表面处理后的熔石英表面原子力显微照片；
[0036]图5为本发明实施例2中待处理的熔石英、