RB‑SiC光学元件抛光工艺加工方法
阅读：5发布：2021-01-08
专利汇可以提供RB‑SiC光学元件抛光工艺加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种RB‑SiC光学元件 抛光 工艺加工方法，该方法首先利用电感耦合 等离子体 抛光技术实现RB‑SiC光学元件的精磨抛光，之后利用射频 磁控溅射 表面平坦化技术在光学表面沉积 纳米级 平坦化层、最后利用离子束抛光修形技术辅助自由基 微波 等离子体抛光技术实现光学元件超光滑表面加工。相比于 现有技术 ，本发明利用等离子体抛光技术替代传统的光学加工方法，结合纳米级的平坦化层制备技术和离子束修形抛光技术，极大地缩短了中大口径RB‑SiC元件的加工周期，构建了以高效率、高 精度 和低损耗的特点RB‑SiC光学元件抛光加工新方法。，下面是RB‑SiC光学元件抛光工艺加工方法专利的具体信息内容。
1.RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，包括以下步骤：
步骤1，首先对RB-SiC毛坯料进行抛光刻蚀加工，实现光学元件的精密磨削，使光学元件表面粗糙度值收敛到20纳米以内；
步骤2，利用射频磁控溅射技术（RF-MS）在RB-SiC光学元件表面沉积纳米级平坦化层；
步骤3，利用自由基微波等离子体源技术（RPS）对RB-SiC基底表面沉积的平坦化层进行抛光加工，利用自由基等离子体技术，将等离子体限定于等离子源本体之内，通过真空室流导控制，形成大面积均匀活性自由基，使得活性基与平坦化层材料发生化学化学反应，实现光学元件表面超光滑抛光加工；
步骤4，利用离子束修形抛光技术（IBF），对光学元件表面平坦化层进行修形和抛光，通过对表面的高确定性去除，实现光学元件表面面形修正。
2.根据权利要求1所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：所述步骤1-4
中ICP刻蚀抛光装置，其本底真空2.0×10 Pa，工作真空控制在0.5 10Pa。
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3.根据权利要求2所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：初始毛坯料表面粗糙度RMS>100nm时，偏压功率维持100 150W，反应活性气体采用高纯度四氟化碳（纯~
度99.99%）。
4.根据权利要求3所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：针对RMS>
100nm初始RB-SiC工件，射频功率150W，偏压功率150W，刻蚀气体流量为25 30sccm，工作气~
压2 5Pa。
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5.根据权利要求4所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：所述步骤4中采用13.56MHz的射频离子源，利用三维运动控制系统控制离子源加工轨迹和驻留时间，所采用真空腔室本底真空1.0×10-4Pa，以高纯度氩气（纯度99.99%）为工作气体。
6.根据权利要求5所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：步骤2中工作真空度1.2Pa，靶功率密度控制在5 10W/cm2。
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7.根据权利要求6所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：步骤3中通过真空气体流导和真空泵抽速控制，形成均匀性<5%活性基区，抛光时典型的真空度在50~
100Pa。
8.根据权利要求7所述的RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，其特征在于：步骤4离子束能量控制在800eV以下，束斑尺寸控制在10mm以下，刻蚀效率1.0×10-3 0.02mm3/min。
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RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及本发明涉及光学元件表面超光滑精密加工技术领域，尤其涉及RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着航空航天事业的蓬勃发展，社会生产飞速进步，人类对太空领域的探索热情越来越强烈，航空航天技术为人类观测太空、研究地球及整个浩瀚的宇宙空间作出了重大贡献。许多国家开始重视对航空航天技术以及空间光学的研究，空间望远镜、遥感侦察相机等大型空间系统为了满足使用要求，需要拥有足够高的分辨率及足够大的口径，但口径的增大，相应的会增加整个光学系统的重量，因此，不但需要提高光学系统的成像质量，而且需要减轻其重量，来降低发射成本，人们便对空间光学系统反射镜的材料及制造工艺提出一定要求。
[0003] 碳化硅（SiC）作为一种新型的空间反射镜加工材料，其具有密度较低、强度及弹性模量较高、热膨胀系数较小、导热性能良好、化学稳定性高等一系列优点，成为理想的大口径、轻量化反射镜基底材料。从上世纪70年代末开始，美国、德国、日本等发达国家对SiC材料应用于反射镜基底做了许多研究，积累了丰富的研究经验，我国在这方面起步相对较晚，在最近的几年里也取得了一定的研究成果。
[0005] RB-SiC是由Si和SiC组成的具有两相结构的材料（Si含量约占14%），由于二者物理特性的差异，致使抛光过程中Si的去除速率要比SiC快一些，导致RB-SiC抛光后表面质量下降，粗糙度增大，反射率减小，散射现象严重，根本无法满足高质量超光滑光学系统的要求。
[0006] 已有的RB-SiC抛光方法是由长春精密光学机械物理研究所和中科院化学物理研究所（发明专利：授权号200710159200.1）提出了一系列基于RB-SiC表面改性沉积工艺方法，其核心在于，中间过程利于镀膜方法在SiC表面沉积数微米至数十微米的Si薄膜（或其他材料改性层）。
[0007] 目前在该材料领域，主要发展了一种基于磁控溅射改性的RB-SiC加工方法，具体过程为：第一步，采用传统的磨削加工方法，对SiC进行磨削加工，使得材料的表面粗糙度Ra达到10nm以下（或者RMS达到20nm以下，）可以进行光学干涉测量；
第二步，采用磁控溅射方法，在RB-SiC表面沉积数十微米的Si薄膜，该方法的核心在于，RB-SiC的应用主要在于实现光学高反射，因此，在RB-SiC基底上沉积足够厚的Si改性层，由于Si膜相对于RB-SiC，材料单一，硬度低，易于加工；
第三步，采用数控小工具抛光方法，对沉积在RB-SiC上的Si薄膜进行抛光，实现超光滑表面加工和面形修正。
第二步，采用磁控溅射方法，在RB-SiC表面沉积数十微米的Si薄膜，该方法的核心在于，RB-SiC的应用主要在于实现光学高反射，因此，在RB-SiC基底上沉积足够厚的Si改性层，由于Si膜相对于RB-SiC，材料单一，硬度低，易于加工；
第三步，采用数控小工具抛光方法，对沉积在RB-SiC上的Si薄膜进行抛光，实现超光滑表面加工和面形修正。
[0008] 现有的传统光学加工方法存在如下几个问题，第一是加工效率低，周期长，第二是，很难大面积（通常尺寸大于150mm）实现超光滑表面（粗糙度RMS小于1nm，面形RMS低于λ/5）。这是因为：磁控溅射沉积速率不高，沉积数十微米厚的Si层，导致加工时间较长，其二，磁控溅射沉积Si薄膜，随着膜厚达到微米量级时，薄膜的粗糙度将会劣化，通常由7 8nm劣~
化至十几纳米。
化至十几纳米。
[0009] 鉴于此，如何设计一种可降低RB-SiC光学元件表面粗糙度，提高表面质量的超光滑表面加工方法，特别是如何设计一种操作简便、易于实现的表面抛光加工方法，有效控制光学元件表面面形，抑制表面及亚表面损伤，降低表面光学损耗。
发明内容
[0010] 针对已有传统机械抛光方法抛光RB-SiC所导致的材料表面质量下降，表面粗糙度较大，材料表面亚表面损伤严重，特别地，超长的加工周期和极低的加工效率，本发明的目的是提供RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，克服已有该材料抛光方法中所存在的问题。
[0011] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，包括以下步骤：
步骤1，首先对RB-SiC毛坯料进行抛光刻蚀加工，实现光学元件的精密磨削，使光学元件表面粗糙度值收敛到20纳米以内；
步骤2，利用射频磁控溅射技术（RF-MS）在RB-SiC光学元件表面沉积纳米级平坦化层；
步骤3，利用自由基微波等离子体源技术（RPS）对RB-SiC基底表面沉积的平坦化层进行抛光加工，利用自由基等离子体技术，将等离子体限定于等离子源本体之内，通过真空室流导控制，形成大面积均匀活性自由基，使得活性基与平坦化层材料发生化学化学反应，实现光学元件表面超光滑抛光加工；
步骤4，利用离子束修形抛光技术（IBF），对光学元件表面平坦化层进行修形和抛光，通过对表面的高确定性去除，实现光学元件表面面形修正。
步骤1，首先对RB-SiC毛坯料进行抛光刻蚀加工，实现光学元件的精密磨削，使光学元件表面粗糙度值收敛到20纳米以内；
步骤2，利用射频磁控溅射技术（RF-MS）在RB-SiC光学元件表面沉积纳米级平坦化层；
步骤3，利用自由基微波等离子体源技术（RPS）对RB-SiC基底表面沉积的平坦化层进行抛光加工，利用自由基等离子体技术，将等离子体限定于等离子源本体之内，通过真空室流导控制，形成大面积均匀活性自由基，使得活性基与平坦化层材料发生化学化学反应，实现光学元件表面超光滑抛光加工；
步骤4，利用离子束修形抛光技术（IBF），对光学元件表面平坦化层进行修形和抛光，通过对表面的高确定性去除，实现光学元件表面面形修正。
[0012] 所述步骤1中ICP刻蚀抛光装置，其本底真空2.0×10-4Pa，工作真空控制在0.5~10Pa。
[0015] 所述步骤4中采用13.56MHz的射频离子源，利用三维运动控制系统控制离子源加工轨迹和驻留时间，所采用真空腔室本底真空1.0×10-4Pa，以高纯度氩气（纯度99.99%）为工作气体。
[0016] 步骤2中工作真空度1.2Pa，靶功率密度控制在5 10W/cm2。~
[0019] 本发明所述方法具有以下优点：1、本加工方法极大的缩短了已有加工方法的加工周期，提高了效率。这主要体现在，在初抛阶段，本发明创造性直接将ICP等离子体刻蚀加工方法应用于SiC粗坯表面加工，通过工艺优化，利用对含氟气体和氧气的比例调整，可以实现SiC表面粗糙度由RMS100 200nm达~
到RMS10 20nm，面形优于4微米，提高了加工效率，彻底解决了传统方法难以加工高硬度的~
SiC材料，本方法可将加工周期缩短1/3 1/2；
~
2、传统工艺中改性方法的思路是基于RB-SiC脆硬难于加工，且材料组分复杂（包含有不同比例的Si和SiC），由于其组分不一致，所有在小工具抛光或传统的磨削加工过程中，导致了不同物相Si和SiC的去除效率的差异，几乎不可能实现光滑表面加工，于是，改性方法被提出，其核心是在RB-SiC表面沉积足够厚的Si层，只要能保证其与基底RB-SiC膜基结合强度，后续的方法仅是对硅层进行抛光，不涉及基底RB-SiC材料的抛光，故而，改性的方法一定要使沉积硅层足够厚，以避免后续方法加工至基底。本发明在磁控溅射沉积过程中，仅需镀制100 500nm的Si平坦化层，而改性的方法需要镀制2 200μm，由于中频磁控溅射沉积~ ~
速率较低，在此工艺环节，本发明所采用方法加工效率也大大优于已有加工方法；
3、传统工艺中采用磁控溅射沉积硅层的目的是表面改性，而本发明采用磁控溅射沉积硅层的目的是平坦化，膜层厚度在数百纳米以内时，薄膜沉积后可实现材料表面质量在一定程度上的优化，主要表现在表面粗糙度变小，中频加工误差变小，本发明专利正基于这一考虑，在薄膜沉积过程中，通过优化调整工艺参数，在保证膜基结合强度的条件下，镀制100
500nm薄膜层，可将材料表面粗糙度优化至RMS2nm以下；
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4、利用等离子体实现含氟反应气体的激发（注意，不需要离化），利用这些活性基作用于材料表面，由于抑制了活性离子或其他离子的作用，故在抛光过程中不会发生物理溅射刻蚀作用，而仅利用Si和SiC与含氟活性基的化学反应，实现大面积均匀刻蚀抛光，有效抑制了平坦化层与光学元件基底的热失配问题引起的膜层龟裂或脱落，而且由于其反应速度是由活性基的浓度确定，故而，可以很容易的实行表面平坦化层纳米量级的刻蚀精度，在前面步骤的基础上，进一步使材料表面粗糙度减小到RMS1nm以下；
5、离子束抛光修形方法是目前在非接触抛光修形方法中应用较为成熟的一种方法，该方法并不能直接用于RB-SiC材料的抛光修形，其原因也是在于RB-SiC不同物相的溅刻效率不同，而导致抛光过程中面形劣化。而本发明中，由于利用磁控溅射沉积有平坦化层，因此离子束抛光修形方法可直接作用于Si薄膜表面，实现了大面积光学元件的面形保持；
6、本发明所采用的抛光方法均是以等离子体抛光和离子束抛光加工为主，均是非接触加工，刻蚀过程中不存在接触应力和应变，可实现全口径高精度粗糙度，在兼顾面形和表面质量的同时，可实现光学元件的高效化整形抛光，极大提高了抛光效率，降低时间成本。这对SiC这种脆硬材料而言，彻底避免了传统加工方法或小工具等接触式加工方法对元件的表面及亚表面损伤，不会产生应力问题。
附图说明
到RMS10 20nm，面形优于4微米，提高了加工效率，彻底解决了传统方法难以加工高硬度的~
SiC材料，本方法可将加工周期缩短1/3 1/2；
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2、传统工艺中改性方法的思路是基于RB-SiC脆硬难于加工，且材料组分复杂（包含有不同比例的Si和SiC），由于其组分不一致，所有在小工具抛光或传统的磨削加工过程中，导致了不同物相Si和SiC的去除效率的差异，几乎不可能实现光滑表面加工，于是，改性方法被提出，其核心是在RB-SiC表面沉积足够厚的Si层，只要能保证其与基底RB-SiC膜基结合强度，后续的方法仅是对硅层进行抛光，不涉及基底RB-SiC材料的抛光，故而，改性的方法一定要使沉积硅层足够厚，以避免后续方法加工至基底。本发明在磁控溅射沉积过程中，仅需镀制100 500nm的Si平坦化层，而改性的方法需要镀制2 200μm，由于中频磁控溅射沉积~ ~
速率较低，在此工艺环节，本发明所采用方法加工效率也大大优于已有加工方法；
3、传统工艺中采用磁控溅射沉积硅层的目的是表面改性，而本发明采用磁控溅射沉积硅层的目的是平坦化，膜层厚度在数百纳米以内时，薄膜沉积后可实现材料表面质量在一定程度上的优化，主要表现在表面粗糙度变小，中频加工误差变小，本发明专利正基于这一考虑，在薄膜沉积过程中，通过优化调整工艺参数，在保证膜基结合强度的条件下，镀制100
500nm薄膜层，可将材料表面粗糙度优化至RMS2nm以下；
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4、利用等离子体实现含氟反应气体的激发（注意，不需要离化），利用这些活性基作用于材料表面，由于抑制了活性离子或其他离子的作用，故在抛光过程中不会发生物理溅射刻蚀作用，而仅利用Si和SiC与含氟活性基的化学反应，实现大面积均匀刻蚀抛光，有效抑制了平坦化层与光学元件基底的热失配问题引起的膜层龟裂或脱落，而且由于其反应速度是由活性基的浓度确定，故而，可以很容易的实行表面平坦化层纳米量级的刻蚀精度，在前面步骤的基础上，进一步使材料表面粗糙度减小到RMS1nm以下；
5、离子束抛光修形方法是目前在非接触抛光修形方法中应用较为成熟的一种方法，该方法并不能直接用于RB-SiC材料的抛光修形，其原因也是在于RB-SiC不同物相的溅刻效率不同，而导致抛光过程中面形劣化。而本发明中，由于利用磁控溅射沉积有平坦化层，因此离子束抛光修形方法可直接作用于Si薄膜表面，实现了大面积光学元件的面形保持；
6、本发明所采用的抛光方法均是以等离子体抛光和离子束抛光加工为主，均是非接触加工，刻蚀过程中不存在接触应力和应变，可实现全口径高精度粗糙度，在兼顾面形和表面质量的同时，可实现光学元件的高效化整形抛光，极大提高了抛光效率，降低时间成本。这对SiC这种脆硬材料而言，彻底避免了传统加工方法或小工具等接触式加工方法对元件的表面及亚表面损伤，不会产生应力问题。
附图说明
[0020] 读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，图1为本发明实施例中的加工工艺流程示意图；
图2为本发明实施例中ICP刻蚀工作原理示意图；
图3为本发明实施例中射频磁控溅射原理示意图；
图4为本发明实施例中采用自由基等离子源原理示意图；
图5为不同工艺下的光学元件表面粗糙度测试结果图；
其中，a为初步经过ICP刻蚀后的反应烧结碳化硅基底表面粗糙度测试图，b为在反应烧结碳化硅基底表面沉积硅平坦化层的表面粗糙度测试图，c为RPS刻蚀平坦化层后的表面粗糙度测试图。
图2为本发明实施例中ICP刻蚀工作原理示意图；
图3为本发明实施例中射频磁控溅射原理示意图；
图4为本发明实施例中采用自由基等离子源原理示意图；
图5为不同工艺下的光学元件表面粗糙度测试结果图；
其中，a为初步经过ICP刻蚀后的反应烧结碳化硅基底表面粗糙度测试图，b为在反应烧结碳化硅基底表面沉积硅平坦化层的表面粗糙度测试图，c为RPS刻蚀平坦化层后的表面粗糙度测试图。
具体实施方式
[0021] 为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例。
[0022] 一种RB-SiC光学元件抛光工艺加工方法，包括以下步骤：步骤1，首先对RB-SiC毛坯料进行抛光刻蚀加工，实现光学元件的精密磨削，使光学元件表面粗糙度值收敛到20纳米以内；
步骤2，利用射频磁控溅射技术（RF-MS）在RB-SiC光学元件表面沉积纳米级平坦化层；
步骤3，利用自由基微波等离子体源技术（RPS）对RB-SiC基底表面沉积的平坦化层进行抛光加工，利用自由基等离子体技术，将等离子体限定于等离子源本体之内，通过真空室流导控制，形成大面积均匀活性自由基，使得活性基与平坦化层材料发生化学化学反应，实现光学元件表面超光滑抛光加工；
步骤4，利用离子束修形抛光技术（IBF），对光学元件表面平坦化层进行修形和抛光，通过对表面的高确定性去除，实现光学元件表面面形修正。
步骤2，利用射频磁控溅射技术（RF-MS）在RB-SiC光学元件表面沉积纳米级平坦化层；
步骤3，利用自由基微波等离子体源技术（RPS）对RB-SiC基底表面沉积的平坦化层进行抛光加工，利用自由基等离子体技术，将等离子体限定于等离子源本体之内，通过真空室流导控制，形成大面积均匀活性自由基，使得活性基与平坦化层材料发生化学化学反应，实现光学元件表面超光滑抛光加工；
步骤4，利用离子束修形抛光技术（IBF），对光学元件表面平坦化层进行修形和抛光，通过对表面的高确定性去除，实现光学元件表面面形修正。
[0023] 所述步骤1中ICP刻蚀抛光装置，其本底真空2.0×10-4Pa，工作真空控制在0.5~10Pa。
[0024] 初始毛坯料表面粗糙度RMS>100nm时，偏压功率维持100 150W，反应活性气体采用~高纯度四氟化碳（纯度99.99%）。
[0025] 针对RMS>100nm初始RB-SiC工件，射频功率150W，偏压功率150W，刻蚀气体流量为25 30sccm，工作气压2 5Pa。
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[0026] 所述步骤4中采用13.56MHz的射频离子源，利用三维运动控制系统控制离子源加工轨迹和驻留时间，所采用真空腔室本底真空1.0×10-4Pa，以高纯度氩气（纯度99.99%）为工作气体。
[0027] 步骤2中工作真空度1.2Pa，靶功率密度控制在5 10W/cm2。~
[0028] 步骤3中通过真空气体流导和真空泵抽速控制，形成均匀性<5%活性基区，抛光时典型的真空度在50 100Pa。~
[0029] 步骤4离子束能量控制在800eV以下，束斑尺寸控制在10mm以下，刻蚀效率1.0×-3 310 0.02mm/min。
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[0030] 下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
[0031] 本发明涉及的反应烧结碳化硅光学元件表面平坦化加工方法，能够实现反应烧结碳化硅光学元件表面的平坦化加工效果，粗糙度可小于1nm。
[0032] 参见图1：本发明将ICP等离子体抛光技术、射频磁控溅射平坦化层沉积技术（RF-MS）、自由基等离子体源抛光技术（PR2）和离子束修形抛光技术相结合，构建一套完整的抛光工艺流程。该工艺方法的基本思路在于利用等离子体技术实现RB-SiC光学元件的无损抛光，克服传统光学加工方法引入的应力及损伤问题，其二是利用物理气相沉积方法，利用在光学元件表面沉积平坦化层的思路，在改善光学元件表面粗糙度的同时，使得光学元件表面材质同一化，从而使得离子束修形抛光成为可能，而纳米级的平坦化层厚度则保证了工艺周期的高效性。
[0033] 为实现如上目的，本发明专利的具体方案为：1）首先利用ICP抛光刻蚀技术实现RB-SiC毛坯样品的进行刻蚀加工，针对不同粗糙度的光学元件，着重通过偏压功率和反应气体流量工艺参数，使光学元件毛坯样品的表面粗糙度值收敛于20纳米以下，实现光学元件样品的精磨和抛亮工序。
[0034] 2）之后，利用射频磁控溅射技术在精磨抛亮后的RB-SiC工件表面沉积Si平坦化层，通过射频磁控溅射过程中的靶功率密度，气体质量流量、工作气压等参数进行调节，确定合适的沉积速率15nm/min 20nm/min），通过光学元件旋转，实现Si平坦化层均匀沉积，并~使光学元件表面粗糙度值降至2nm以下，同时为保证后续离子束修形工艺需要，平坦化层厚度控制在100 500nm。
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[0035] 3）第三步利用RPS刻蚀抛光技术对RB-SiC表面沉积的平坦化层进行刻蚀抛光，利用该方法可以实现大面积（>Ф300mm口径）复杂表面的抛光加工，RPS技术通过2.45GHz的微波激励源，使得N2气电离形成等离子体，由于未施加任何引出电极，等离子体被约束在等离子体源内部，此时通入高纯度的含氟气体和氧气等活性气体在等离子体的作用下被激活，少量离化的活性气体仍然被约束在等离子体源内部，而大量的被激活的活性基，在真空流导的控制下，形成了一个大面积的均匀区，直接作用于光学元件表面，通过活性基气体与Si的化学反应，实现抛光的效果，最终优化表面粗糙度至1nm以下。
[0036] 4）最后，利用离子束抛光技术对RPS抛光后的RB-SiC光学元件进行离子束修形抛光，通过对离子源特征参数调整控制去除函数，继而通过实际面形和理想面形差值，获得元件表面各点驻留时间，通过三维运动控制系统，实现学元件的面形修正，修正面形可达1/5~1/10λ。
[0037] 实施例1：1）ICP刻蚀：参见图2，ICP刻蚀设备真空腔室的本底真空2.0×10-4Pa，工作真空控制在
0.5 10Pa 。将口径150mm，厚度10mm的反应烧结碳化硅样品（RMS在209.72nm）放入ICP刻蚀~
设备真空腔室的基台上，依次打开预抽阀、前级阀，当复合真空计气压值降至5Pa时，打开分子泵，按下启动按钮，待分子泵转速达到400r/min，打开高阀，同时关闭预抽阀，当复合真空计气压值低于10-1Pa时，将气体流量计上CF4气体流量计开关拨到阀控位置，调节流量计的旋钮，将两种气体流量分别设置为25sccm然后打开气体总阀，调节高阀，让气压稳定在1Pa，通过时间控制器将刻蚀时间设置为3000s,此时同时打开射频电源和偏压电源，调节匹配旋钮，分别将射频功率和偏压功率设置为150W,待刻蚀结束后，按顺序依次关闭气体总阀、气体流量计开关、分子泵停止按钮，直至分子泵转速降为0，再关闭高阀、前级阀，冷却两分钟后，按下充气阀按钮，充气结束后按下开盖按钮，取出刻蚀后的样片进行表面粗糙度测试，测试结果RMS值为16.702nm。
0.5 10Pa 。将口径150mm，厚度10mm的反应烧结碳化硅样品（RMS在209.72nm）放入ICP刻蚀~
设备真空腔室的基台上，依次打开预抽阀、前级阀，当复合真空计气压值降至5Pa时，打开分子泵，按下启动按钮，待分子泵转速达到400r/min，打开高阀，同时关闭预抽阀，当复合真空计气压值低于10-1Pa时，将气体流量计上CF4气体流量计开关拨到阀控位置，调节流量计的旋钮，将两种气体流量分别设置为25sccm然后打开气体总阀，调节高阀，让气压稳定在1Pa，通过时间控制器将刻蚀时间设置为3000s,此时同时打开射频电源和偏压电源，调节匹配旋钮，分别将射频功率和偏压功率设置为150W,待刻蚀结束后，按顺序依次关闭气体总阀、气体流量计开关、分子泵停止按钮，直至分子泵转速降为0，再关闭高阀、前级阀，冷却两分钟后，按下充气阀按钮，充气结束后按下开盖按钮，取出刻蚀后的样片进行表面粗糙度测试，测试结果RMS值为16.702nm。
[0038] 2）射频磁控溅射沉积平坦化层：在ICP刻蚀后的反应烧结碳化硅基底上利用射频磁控溅射技术镀制Si平坦化层。参见图3，采用通用射频磁控溅射设备，所用溅射靶材为高纯度硅靶，纯度为99.9995%，工作气体确定为氩气，纯度为99.99%，射频频率为13.56MHz。本底真空抽至8.0×10-4Pa，然后将氩气流量设定为40sccm，工作气压设定为1.2Pa，同时将预镀基片通过旋转样品台旋转至对应溅射靶的上方位置，靶基距为80mm；打开射频电源，将射频功率密度调至10W/cm2，放电后先预溅射15min，再关闭挡板，沉积薄膜厚度为386nm；关闭射频电源、进气阀及分子泵和真空腔室之间的挡板阀，保压退火15min，关闭电离规，打开充气阀，充气结束后取出样品，测试其表面粗糙度RMS值为1.6599nm。
[0039] 3）RPS刻蚀抛光：参见图3，将真空室抽至本底真空2.0×10-3Pa，通入500Sccm高纯N（2 纯度99.999%），打开2.45GHz微波电源，将微波电源设定在1.5KW，稳定15min之后，将N2流量降至100Sccm，通入450SccmCF（4 纯度99.99%）和30Sccm的O（2 纯度99.999%），调节真空气体抽速，将真空度设定在60Pa，对光学元件表面进行抛光，当Si平坦化层去除150nm后，测试刻蚀平坦化层后的表面粗糙度RMS值为0.79706nm。其中垂直方向分布的磁力线将电子约束在靶材表面附近，延长其在等离子体中的运动轨迹，提高电子参与气体分子碰撞和电离过程的几率。
[0040] 4）离子束抛光：参见图4，设定典型的离子源工作参数：本底真空1.0×10-4Pa，射频-2功率180W，束压500V，加速栅电压100V，氩气（99.99%）流量5Sccm，工作真空度5.0×10 Pa，束斑直径控制在Ф10 5mm变化，确定去除效率控制在5.0×10-3 0.01mm3/min,变化，最终实~ ~
现实现光学元件的面形修正至1/10λ。
现实现光学元件的面形修正至1/10λ。
[0041] 本实施例中，采用13.56MHz的射频离子源，利用三维运动控制系统控制离子源加工轨迹和驻留时间，所采用真空腔室本底真空1.0×10-4Pa，以高纯度氩气（纯度99.99%）为工作气体。
[0042] 参见图5，是利用泰勒霍普森的Taly Surf CCI2000型非接触式白光干涉仪对ICP精磨抛光、磁控溅射平坦化沉积，以及RPS抛光之后样品表面粗糙度进行测量，其中，图5（a）是ICP精磨抛光后样品表面的测试点粗糙度情况，由图可知，RMS已由毛坯料的209.72nm下降至RMS16.702nm，当镀制一层硅平坦化层之后，样品表面粗糙度下降至RMS1.6599nm（如图5（b）所示），而最终采用RPS抛光之后，RB-SiC表面粗糙度下降至0.79706nm，下降至1nm以下，成功实现超光滑表面加工。
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