大きな開口部の球面表面のイオンビーム研磨技術

科学技術の発展に伴い、光学処理の手段は進化し続けています。 光学表面の処理方法は、パターン形成法などの低効率と低精度の従来の方法から開発されました。コンピュータ技術とレーザー干渉技術に基づくコンピュータ表面形成技術へのバンドトリミング方法と応力加工方法、および光学処理効率と処理精度が大幅に向上しました。 より高い加工確実性を有するイオンビーム研磨法も光学加工の分野に導入されており、光学加工の確実性および精度をさらに向上させている。

イオンビーム研磨は、1988年にWilson and Reicherらによって最初に提案されました。これは、原理的に従来の光学加工方法とは異なる技術的方法です。 物理的には、物質の存在状態は固体、液体、気体に分けられ、物質はエネルギーを吸収または放出することで3つの状態で互いに変換できます。 物質がガス状態にあるとき、それがさらにエネルギーを吸収するならば、それはプラズマに励起されることができるので、プラズマは物質の第4の状態としても知られています。 イオンビーム研磨は、物質の第4の状態であるプラズマを利用して、材料の除去を達成する。

イオンビーム研磨原理の概略図

これは、接触材料除去から非接触材料除去へのクロスドメインを実現する光学処理の分野における重要なブレークスルーであり、原理的に原子レベルでの材料除去を実現することができ、光学処理の新しい可能性とアプリケーションをもたらします。

米国コダック社は1980年代にイオンビーム研磨関連の研究を開始し、2500mm口径の処理能力を持つ独自のイオンビーム研磨機を設置しました。 これはまた、イオンビーム研磨が大径オフアクシスアスフィアの加工に使用されたことを初めて報告しました。これは、光学加工の分野におけるイオンビーム研磨の応用にとって非常に重要である。

ドイツのNTG社とドイツのIOM研究所が発売したイオンビーム研磨機には、非球面光学素子の研磨能力もあります。非球面レンズメーカー、同社が発売したイオンビーム研磨機の最大加工直径は2000mmに達します。

イオンビーム研磨除去機能図

通常のイメージングシステムのミラー研磨に加えて、イオンビーム研磨は、より高い加工精度要件を持つリソグラフィ機械対物システムの精密研磨プロセスにも適用されています。 ドイツのZeiss Companyは、イオンビーム研磨除去機能のサイズやイオンエネルギーなどのパラメーターを調整することで除去精度を正確に制御し、極端な紫外線リソグラフィ目標の研磨を実現しています。 そして理想的な効果を達成しました。

Beijing Edvance Ion Beam Technology Research Institute Co. 、Ltd。が独自に開発したユニバーサルイオンビームエッチングシステムは、従来のマイクロおよびナノ構造のエッチングを実行できるだけでなく、イオンビームクリーニングも実現できます。材料表面研磨およびその他の機能。 精密微小光学デバイスに関して、Edvanceは長春光学機械研究所のために中国初の大型バイナリ光学デバイスの開発に成功し、機器とプロセスソフトウェアの完全なセットを提供しました。

イオンビーム研磨の主な利点:

1. 非接触材料の除去: ミラーは処理中に応力によって変形しないので、コピー効果を生成しません。 ミラーの端の取り外し機能は接触領域と圧力の変化のために変化しません、エッジの取り外し機能は中心と同じです、加工プロセスにエッジ効果はありません。 加工プロセス中に、イオン源はワークピースの表面を完全に動かすことができ、加工プロセスを完全に畳み込み、より強力なオペラブを持つことができますのやすさ。

   
   

2. ほぼガウス除去関数: 他の光学処理方法の除去関数とは異なり、イオンビーム研磨法の除去関数はガウスに近い空間分布を持っています。処理ドウェル時間を解決するのは簡単です。 同時に、イオンビーム研磨プロセスは真空中で行われるため、材料除去率を決定する要因がより明確になり、除去機能の安定性に影響を与えるコンポーネントが少なくなります。そして取り外し機能の制御性そして安定性はよりよいです、 これは、動作パラメータを調整することによってさまざまな特性を持つ除去機能を取得するのに便利であり、したがって、光学処理の制御性と精度を向上させます。

3. より良い光学処理の適応性、イオンビーム研磨プロセス中、ビームは常に光学ミラーと密接に適合し、そして、ツールとミラーの間の不一致によって引き起こされる周波数帯域エラーは導入されません。 平らな表面と球面の光学加工だけでなく、高勾配の非球面の高精度加工にも適しています。 同时に、イオンビーム研磨方法は、最も一般的に使用される光学材料の高精度研磨プロセスに使用することができ、異なる材料に応じて異なる研磨剤や研磨液を使用する必要はありません。

4. より正確な材料除去プロセス。 イオンビーム研磨中、材料体積除去速度と材料除去分布は高度に制御可能である。 接触法と比較して、イオンビーム研磨の除去関数は、イオンビーム研磨が高い収束効率を持つことを保証するために、実験的および数学的計算によって正確に較正および計算することができます。これは実際の決定論的加工方法です。

5. 幅広いアプリケーションの可能性については、従来の方法では、材料の除去を唯一の目標とする処理計画のみを実行できます。そして、各方法は、その技術的特性のために、すべての空間バンド残基を効果的に収束および修正できないことがよくあります。 イオンビーム研磨のプロセスでは、イオンはミラー材料と相互作用し、このプロセス中に一連の複雑な物理的プロセスが発生し、材料を正確に除去できるだけでなく、しかしまたミラーの表面质を改善するためにさらに使用されて下さい。 例えば、ミラー粗さを改善するために犠牲層法が使用され、フルバンド収束を達成するために追加の材料除去法が使用される。

しかしながら、イオンビーム研磨方法は、その加工原理によっても制限され、真空条件下でのみ適用することができる。 スパッタリング効果によって形成される材料除去速度は比較的低く、イオンビーム研磨法は、より高い精度または最終加工目標を達成するための光学機械加工の最終段階での用途に適しています。