单晶硅平面楔形光学零件的抛光方法与流程

1.本技术涉及单晶硅光学零件加工技术领域，更具体地说，涉及一种单晶硅平面楔形光学零件的抛光方法。


背景技术：

2.单晶硅作为一种新型材料，其本身具有非常好的稳定性，再加上表面反射率高，在很多应用场景中使用单晶硅替代传统光学零件。作为光学零件，对于表面的形貌分布(即面形)要求非常高，例如通常要求表面抛光至面形精度pv优于0.1lambda@633nm(即表面最高点和最低点的高度差要达到63.3nm以内)。
3.现有技术中，对于光学零件表面抛光通常采用光学抛光，但由于单晶硅材料的特殊性，采用光学抛光并不能获得所需的面形精度。另外，对于特定形状的光学零件，例如图1所示的平面楔形光学零件，其包括两个呈角度的平面，使得零件呈一端厚、一端薄的结构。在使用光学抛光对平面楔形光学零件进行抛光时，使得平面楔形光学零件在抛光过程中受力不均，增大了抛光难度，更加难以达到所需的面形精度。
4.因此，如何对单晶硅平面楔形光学零件的进行抛光成为本领域需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提出了一种单晶硅平面楔形光学零件的的抛光方法，以对单晶硅平面楔形光学零件的平面进行抛光，使其达到产品面形精度要求。
6.根据本技术，提出了一种单晶硅平面楔形光学零件的抛光方法，其中，所述抛光方法包括：s1.对所述单晶硅平面楔形光学零件的平面s进行光学抛光，以使所述平面s抛光至pv达到第一值的第一平面，所述第一值为pv优于2.5lambda@633nm；s2.对所述第一平面进行离子束抛光，以使所述第一平面抛光至pv优于第二值的第二平面；s3.对所述第二平面进行光学抛光，以去除离子束抛光在所述第二平面上形成的麻点。
7.可选地，在步骤s2中，所述第二值在所述单晶硅平面楔形光学零件的产品面形精度要求范围内。
8.可选地，所述第一值为pv优于2lambda@633nm-2.5lambda@633nm，和/或，所述第二值为pv优于0.1lambda@633nm-0.3lambda@633nm。
9.可选地，在步骤s1中，采用沥青胶板对所述平面s进行光学抛光。
10.可选地，在步骤s2中，对所述第一平面进行至少两次离子束抛光。
11.可选地，步骤s2中，对所述第一平面进行两次离子束抛光，其中，通过第一次离子束抛光使所述第一平面抛光至pv优于第三值，所述第三值为pv优于1.5lambda@633nm。
12.可选地，所述第三值为pv优于1lambda@633nm-1.4lambda@633nm。
13.可选地，步骤s3中，使用阻尼布对所述第二平面进行光学抛光。
14.可选地，步骤s3中，对所述第二平面进行10分钟以内的光学抛光。
15.可选地，在步骤s1和/或步骤s3中，光学抛光使用氧化铈溶液作为辅料。
16.根据本技术的技术方案，可以先通过光学抛光将单晶硅平面抛光至面形精度较低的第一平面，再通过离子束抛光对第一平面精修到第二平面，最后通过光学抛光去除离子束抛光形成的麻点，从而能够适于满足单晶硅平面楔形光学零件抛光的高质量、高精度要求。
17.本技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施方式及其说明用于解释本技术。在附图中：
19.图1为根据本技术的楔形光学零件的示意图；
20.图2显示了实施例的单晶硅平面楔形光学零件使用本技术的方法抛光后的干涉仪检测结果。
具体实施方式
21.下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本技术的技术方案。
22.本技术提供一种单晶硅平面楔形光学零件的抛光方法，其中，所述抛光方法包括：
23.s1.对所述单晶硅楔形光学零件的平面s进行光学抛光，以使所述平面s抛光至pv达到第一值的第一平面，所述第一值为pv优于2.5lambda@633nm；
24.s2.对所述第一平面进行离子束抛光，以使所述第一平面抛光至pv优于第二值的第二平面；
25.s3.对所述第二平面进行光学抛光，以去除离子束抛光在所述第二平面上形成的麻点。
26.本技术中，楔形光学零件指具有两个非平行表面且具有一定厚度的光学零件，例如图1所示的情况，待抛光的平面s为两个非平行表面中的至少一个。其中，楔形光学零件可以整体是单晶硅材质，也可以仅部分结构为单晶硅材质。
27.使用本技术的抛光方法，可以先通过光学抛光将单晶硅平面s抛光至面形精度较低的第一平面，再通过离子束抛光对第一平面精修到第二平面，最后通过光学抛光去除离子束抛光形成的麻点，从而能够适于满足楔形光学零件的单晶硅平面抛光的高质量、高精度要求。
28.其中，光学抛光虽然不能满足单晶硅平面的最终精度要求，但可以有效将面形收敛至一定程度，同时保证零件表面无划痕、麻点等表面疵病，因此可以作为整个抛光方法的初步处理和离子束抛光后去除麻点的最终处理。根据步骤s1和步骤s3中所需达到的效果，可以选择适当的光学抛光方式。
29.步骤s1的光学抛光用于初步抛光平面s，可以采用常规的方式，例如，可以采用沥青胶板对所述平面s进行光学抛光。并且，为达到初步抛光的效果，步骤s1的抛光时间可以相对较长，例如6小时左右。
30.步骤s3的光学抛光用于在离子束抛光后的精修表面去除麻点，应选择更加柔和的方式进行抛光，优选地，在步骤s3中，使用阻尼布对所述第二平面进行光学抛光。并且，由于
步骤s3用于在不影响第二平面的面形精度的前提下去除麻点，所需抛光时间相对较少，优选地，步骤s3中，对所述第二平面进行10分钟以内的光学抛光。
31.此外，在光学抛光的步骤中，可以采用适当的辅料。优选地，在步骤s1和/或步骤s3中，光学抛光使用氧化铈溶液作为辅料辅助抛光，具体地，可以是采用沥青胶板抛光光学零件时氧化铈溶液从两者之间流过，沥青胶板在用沥青做好后需要修形至pv达到第一值。氧化铈溶液可以是循环使用的。其中，沥青胶板抛光可以是传统古典低抛工艺。
32.如上所述，步骤s1是整个抛光的初步抛光，第一值的pv值越小，可以相对减少离子束抛光去除的厚度和所需时间，从而能够提高效率。优选地，所述第一值可以为pv优于2lambda@633nm-2.5lambda@633nm。
33.本技术的抛光方法适于光学零件，为达到光学零件的面形精度要求，可以相应设置第二值。优选地，所述第二值为pv优于0.1lambda@633nm-0.3lambda@633nm。
34.本技术的抛光方法中，通过步骤s2的离子束抛光来对第一平面进行精修，以达到产品所需的面形精度。进行离子束抛光时，先在真空条件下，将惰性气体原子使用高频或放电等方法使之成为离子，再用20～25kv的电压加速，然后碰撞到位于真空室内的被抛光零件的表面上，将能量直接传给零件材料原子，使其逸出表面而被去除。由于单晶硅材料本身的特殊性，在通过离子束抛光的过程中会溅射出大量的单晶硅原子，这些单晶硅原子会溅射到零件表面，形成麻点。如果一次性通过离子束抛光将第一平面精修到所需的面形精度，会在真空室的有限空间内一次性产生大量溅射出的单晶硅原子，显著增加了溅射出的单晶硅原子溅射到零件表面的几率，也就是增加了形成麻点的几率，导致麻点增多，后续不易去除。因此，优选地，在步骤s2中，对所述第一平面进行至少两次离子束抛光。也就是说，可以在步骤s2中，通过至少两次离子束抛光将第一平面精修到所需的面形精度，降低单次离子束抛光产生的溅射的单晶硅原子，也就降低了麻点形成的几率，从而尽可能减少麻点，有利于后续通过步骤s3去除。
35.在通过离子束抛光零件时，通常需要检测抛光前的零件状态并根据检测结果控制离子束抛光的工作参数。因此，在步骤s2中通过至少两次离子束抛光进行精修时，每次离子束抛光前需要将零件从真空室取出并进行检测，随后还需要调整离子束抛光的工作参数。为兼顾效率和上述减少产生麻点的效果，优选地，步骤s2中，对所述第一平面进行两次离子束抛光，其中，通过第一次离子束抛光使所述第一平面抛光至pv优于第三值，所述第三值为pv优于1.5lambda@633nm。在具有高精度要求的光学零件的情况下，优选地，所述第三值为pv优于1lambda@633nm-1.4lambda@633nm。
36.下面举例说明本技术的抛光方法。
37.使用本技术的抛光方法抛光图1所示的单晶硅平面楔形光学零件10，其中，单晶硅平面楔形光学零件10为长度d为182.88mm的楔形，最小厚度为3.6mm，两个不平行平面呈2.1
°
夹角，需要对其两个不平行的平面s进行抛光，要求精度达到pv优于0.1lambda@633nm以内。
38.首先，采用沥青制作的胶板，配合辅料(氧化铈溶液，其中氧化铈溶液的相对密度为1.05～1.1之间)，对平面s进行光学抛光，以获得面形精度pv优于2.5lambda@633nm的第一平面。
39.然后，使用干涉仪对第一平面的面形进行测量，以获得第一平面的表面形貌的分
布数据，根据该分布数据设置使面形精度pv达到1lambda@633nm左右的第一次离子束抛光的参数。随后，可以对第一平面进行第一次离子束抛光。第一次离子束抛光后，取出零件，使用干涉仪对抛光表面的面形进行测量，根据测量数据和最终精度要求设置第二次离子束抛光的参数。随后，可以进行第二次离子束抛光，以获得pv优于0.1lambda@633nm以内的第二平面。
40.最后，使用阻尼布配合辅料(氧化铈溶液，其中氧化铈溶液的相对密度为1.05～1.1之间)，对第二平面进行光学抛光，抛光时间控制在10分钟以内。在抛光过程中，可以定时(例如三分钟一次)检查麻点去除情况，以便在麻点去除后及时停止抛光。
41.可以理解的，在对两个平面s进行抛光时，可以分别按照步骤顺序抛光每个平面s，也可以分别在步骤s1、s2和s3中先后抛光每个平面s。
42.抛光后，使用zygo干涉仪对抛光后的平面s进行检测，检测结果如图2所示，整个平面s的pv值为0.099lambda@633nm，优于0.1lambda@633nm。
43.以上详细描述了本技术的优选实施方式，但是，本技术并不限于上述实施方式中的具体细节，在本技术的技术构思范围内，可以对本技术的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本技术的保护范围。