用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法，本发明专利技术以Sigmund溅射理论为基础，利用有限次的法拉第扫描实验来确定比例系数和常数C的值，从而得到去除函数的峰值去除率Rmax和去除函数的半高全宽HR相对于法拉第扫描电流密度分布曲线的相关参数的表达式，因此调节工艺参数后，通过法拉第扫描实验得到法拉第扫描电流密度分布曲线后，利用该曲线的参数即可计算得到去除函数，大大缩短了确定去除函数的时间，从2个小时缩短到5分钟。因此，提高了针对不同的工艺参数进行仿真加工试验的效率，从而能更快速地确定最佳工艺参数。另外，由于该种方法确定去除函数时，不需要对于每种工艺参数都进行刻蚀实验，从而避免了样件的浪费，节约成本。

【技术实现步骤摘要】
用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法
本专利技术涉及精密制造
，尤其涉及一种用于六轴运动抛光系统的通过测定电流密度确定离子束抛光工艺参数的方法。
技术介绍
离子束抛光通常用于超精密光学元件的最终加工,是一种去除精度达到原子级别的抛光技术，被认为是加工精度最高，修形效果最好的光学元件修形技术。在此过程中，具有一定能量和空间分布的离子束流轰击光学元件表面，利用轰击时发生的物理溅射效应去除光学元件表面材料，达到修正面形误差的目的，加工精度达到纳米级。传统的加工方法难以实现确定性去除，收敛率在1.1～1.3之间，离子束抛光方法可达到10。离子束抛光的的材料去除机理决定了离子束抛光具有加工精度高，确定性好，非接触式加工和高斯形去除函数的特点，这使得离子束抛光在与传统抛光技术相比时避免了刀具磨损，边缘效应和复印效应等问题。离子束抛光过程中，能通过调节离子源的工艺参数来改变去除函数的形状，实现对去除函数的控制进而控制抛光过程来达到所需的抛光面形要求。离子束抛光的去除函数呈高斯形分布，是确定性抛光工艺中最理想的去除函数。传统的去除函数的获得通过实验完成，即首先设定离子源的工艺参数，再对样件进行刻蚀实验，使用干涉仪测量刻蚀前后的面形并计算，从而得到去除函数数据，最后对去除函数数据进行高斯拟合。这样的方法操作复杂、周期长且成本高，而且需要多次测量才能确定最佳的离子源工艺参数。此外,传统的抛光系统，多数具有三个运动轴：X轴、Y轴和Z轴。传统的抛光系统中，其离子源随着X轴、Y轴和Z轴进行移动，并不能够适用于复杂表面的光学产品的抛光处理。而六轴运动抛光系统具有X、Y、Z及A、B、C由于能够使离子源相对于产品沿着多轴向进行运动，可实现直线运动控制，加速度及角速度运动控制，能够对产品的不同位置的表面进行完整、全面的抛光，适用范围广，抛光效果更好。现有技术中利用法拉第杯的进行参数确定时，所用数据的参量为离子束电流分布，采用该种参量时如果使用针孔直径不同的法拉第杯进行扫描，对于同一工艺参数的离子束流得到的数值是不同的。如果使用不同的法拉第杯需要重新扫描，获得相应数值，较为费时。综上所述，需要一种节约成本、提高效率、参数准确、稳定可靠的用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种节约成本、提高效率的用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光去除函数的方法，包括以下步骤：(1)确定去除函数：a、依次设定不同的离子源的工艺参数，获得离子能量相同但空间分布不同的离子束，控制离子束垂直入射法拉第杯，且离子束采用直线扫描方式进行扫描，并在扫描方向上采用等间距采集数据，对所采集数据进行高斯拟合，就可以得到离子束流在此方向上的法拉第扫描电流密度分布曲线，从该曲线能得到不同工艺参数下的法拉第扫描离子束电流密度的峰值Jmax、法拉第扫描电流密度的半高全宽HF；b、依次采用与步骤a同样的离子源工艺参数，离子束垂直入射光学元件表面，在光学元件上进行线扫描实验；使用干涉仪测量实验后的光学元件面形获得线扫描实验数据，经高斯拟合后得到去除函数的测量信息，从而得到不同工艺参数下的去除函数的峰值去除率Rmax、去除函数的半高全宽HR；c、当入射离子的能量、离子束的入射角度和刻蚀材料都相同时，对于空间分布不同的离子束，去除函数的峰值去除率Rmax和离子束电流密度的峰值Jmax成正比，如以下式1所示：Rmax＝aJmax因此，将步骤a所得的离子束电流密度的峰值Jmax与步骤b所得的去除函数的峰值去除率Rmax进行线性拟合即可确定比例系数a，从而可以求得根据Jmax来确定去除函数的Rmax的表达式；d、所用的所述光学元件材料为熔融石英，如以下式2所示的C为与材料相关的常数，式中：HF是法拉第扫描电流密度的半高全宽；JHR为材料去除率等于去除函数峰值一半处的法拉第扫描的电流密度值，HR为去除函数的半高全宽；因此，利用步骤a所得的Jmax和HF与步骤b所得的HR可以求得JHR，如下式3所示，从而对JmaxHF和JHRHR进行线性拟合得到常数C的值，从而求得根据Jmax、HF、JHR来确定去除函数的半高全宽HR的表达式；e、应用于光学元件加工的离子束是由多孔聚焦离子光学系统的每个小孔抽取的离子束汇聚而成的，其束流强度表现为回转对称的高斯形，当离子束垂直入射光学元件表面时，得到的去除函数能采用以下式4来表示，式中：Rmax为去除函数的峰值去除率，σ为高斯分布系数，HR去除函数的半高全宽；因此根据步骤c确定的Rmax的表达式和步骤d确定的HR的表达式，测得离子能量相同但空间分布不同的离子束的法拉第扫描电流密度分布曲线即可确定相应的去除函数；(2)确定最佳工艺参数：a’、调节离子源的工艺参数，获得离子能量相同但空间分布不同的离子束，控制离子束垂直入射法拉第杯，且离子束采用直线扫描方式进行扫描，并在扫描方向上采用等间距采集数据，对所采集数据进行高斯拟合，就可以得到离子束流在此方向上的法拉第扫描电流密度分布(mA/cm2)曲线，从该曲线得到法拉第扫描离子束电流密度的峰值Jmax、法拉第扫描电流密度的半高全宽HF，根据(1)确定去除函数中步骤c中的式1求得Rmax值；根据步骤d中的式3确定材料去除率等于去除函数峰值一半处的法拉第扫描的电流密度值JHR的表达式，并将该表达式带入式2即可求得HR值，从而根据步骤e中的式4确定去除函数R(x,y)；b’、根据待加工元件的测量面形和期望面形计算出元件表面的材料去除量函数E(x,y)，由以下式5解算出驻留时间函数T(x,y)，式中：E(x,y)是元件表面的材料去除量函数，T(x,y)是离子束在元件表面的驻留时间函数，R(x,y)是去除函数；c’、采用步骤a’的工艺参数，利用步骤b’的驻留时间函数T(x,y)进行离子束抛光仿真加工试验，将仿真加工试验结果的RMS值和PV值与所需要求进行比较，若不满足要求重复步骤a’、b’、c’；若满足要求即确定为能应用于实际加工的最佳工艺参数；具体的一组实验结果为，所述步骤c的所述比例系数a为1.5962，所述步骤d中的所述光学元件材料为熔融石英、所述常数C为1.9564；所得工艺参数范围为离子束电压800-1200V，射频功率60-80W，气体流量4-10sccm，工作距离15-35mm。优选的法拉第扫描实验方式为，所述步骤a中所述直线扫描为在扫描方向设定所述离子源运动范围为[-15mm,15mm]，在此区间内取31个等距采样点，然后对采样数据进行高斯拟合，得到离子束流在此扫描方向上的所述法拉第扫描电流密度分布曲线。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术以Sigmund溅射理论为基础，利用有限次的法拉第扫描实验来确定比例系数a和常数C的值，从而得到对于离子能量相同但空间分布不同的离子束的去除函数的峰值去除率Rmax和去除函数的半高全宽HR相对于法拉第扫描电流密度分布曲线的相关参数的表达式，因此调节工艺参数得到离子能量相同但空间分布不同的离子束后，通过法拉第扫描实验得到法拉第扫描电流密度分布曲线后，利用该曲线的参数即可计算得到去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定去除函数：a、依次设定至少两组不同的离子源的工艺参数，获得离子能量相同但空间分布不同的离子束，控制离子束垂直入射法拉第杯，且离子束采用直线扫描方式进行扫描，并在扫描方向上采用等间距采集数据，对所采集数据进行高斯拟合，就可以得到离子束流在此方向上的法拉第扫描电流密度分布曲线，从该曲线能得到不同工艺参数下的法拉第扫描离子束电流密度的峰值Jmax、法拉第扫描电流密度的半高全宽HF；b、依次采用与步骤a同样的离子源的工艺参数，离子束垂直入射光学元件表面，在光学元件上进行线扫描实验；使用干涉仪测量实验后的光学元件面形获得线扫描实验数据，经高斯拟合后得到去除函数的测量信息，从而得到不同工艺参数下的去除函数的峰值去除率Rmax、去除函数的半高全宽HR；c、当入射离子的能量、离子束的入射角度和刻蚀材料都相同时，对于空间分布不同的离子束，去除函数的峰值去除率Rmax和离子束电流密度的峰值Jmax成正比，如以下式1所示：Rmax＝aJmax因此，将步骤a所得的离子束电流密度的峰值Jmax与步骤b所得的去除函数的峰值去除率Rmax进行线性拟合即可确定比例系数a，从而可以求得根据Jmax来确定去除函数的Rmax的表达式；d、所用的所述光学元件材料为熔融石英时，如以下式2所示的C为与材料相关的常数，...

【技术特征摘要】
1.一种用于六轴运动抛光系统的确定离子束抛光工艺参数的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定去除函数：a、依次设定至少两组不同的离子源的工艺参数，获得离子能量相同但空间分布不同的离子束，控制离子束垂直入射法拉第杯，且离子束采用直线扫描方式进行扫描，并在扫描方向上采用等间距采集数据，对所采集数据进行高斯拟合，就可以得到离子束流在此方向上的法拉第扫描电流密度分布曲线，从该曲线能得到不同工艺参数下的法拉第扫描离子束电流密度的峰值Jmax、法拉第扫描电流密度的半高全宽HF；b、依次采用与步骤a同样的离子源的工艺参数，离子束垂直入射光学元件表面，在光学元件上进行线扫描实验；使用干涉仪测量实验后的光学元件面形获得线扫描实验数据，经高斯拟合后得到去除函数的测量信息，从而得到不同工艺参数下的去除函数的峰值去除率Rmax、去除函数的半高全宽HR；c、当入射离子的能量、离子束的入射角度和刻蚀材料都相同时，对于空间分布不同的离子束，去除函数的峰值去除率Rmax和离子束电流密度的峰值Jmax成正比，如以下式1所示：Rmax＝aJmax因此，将步骤a所得的离子束电流密度的峰值Jmax与步骤b所得的去除函数的峰值去除率Rmax进行线性拟合即可确定比例系数a，从而可以求得根据Jmax来确定去除函数的Rmax的表达式；d、所用的所述光学元件材料为熔融石英时，如以下式2所示的C为与材料相关的常数，式中：HF是法拉第扫描电流密度的半高全宽FWHM；JHR为材料去除率等于去除函数峰值一半处的法拉第扫描的电流密度值，HR为去除函数的半高全宽；因此，利用步骤a所得的HF、Jmax与步骤b所得的Rmax、HR可以根据以下式3求得JHR，对JmaxHF和JHRHR进行线性拟合得到常数C的值，从而求得根据Jmax、HF、JHR来确定去除函数的半高全宽HR的表达式；e、应用于光学元件加工的离子束是由多孔聚焦离子光学系统的每个小孔抽取的离子束汇聚而成的，其束流强度表现为回转对称的高斯形，当离子束垂直入射光学元件表面时，得到的去除函数能采用以下式4来表示，式中：Rmax为去除函数的峰值去除率，σ为高斯分布系数，HR去除函数的半高全宽；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓静，王大森，郭海林，张旭，裴宁，冯时，聂凤明，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院宁波分院，
类型：发明
国别省市：浙江,33