基于CMP的光学元件亚表面缺陷分析与实验方法研究

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随着强激光领域、光刻领域以及相关光学技术领域的发展,对光学元件的质量要求越来越高,不仅要求其具有很高的表面光滑度,还要求无亚表面损伤(SSD)。国内外学者在元件损伤机理上的大量研究表明,光学元件在加工过程中产生的亚表面损伤会直接影响材料在强激光领域中的使用性能和寿命等重要指标,因此有效地对亚表面损伤进行检测并在加工阶段进行控制就显得尤为重要。本文针对光学元件的特点,择优进行化学机械抛光(CMP),建立各种抛光方法的加工参数、大口径光学元件亚表面缺陷深度及亚表面缺陷降低效率(即加工时间)的关系模型,用于指导加工中高效地降低大口径光学元件亚表面缺陷深度的抛光方法及加工参数选择,实现最大效率的亚表面缺陷去除;并通过分步优化腐蚀实验,检测得出光学元件产生的亚表面缺陷深度(SSD)随刻蚀时间先逐渐变大后变小,缺陷形貌由凸起变为凹进,其中细小划痕易被浅度酸蚀去除,长度较大、较深的划痕即使刻蚀极深也难以去除,但有钝化效应。课题期间进行的工作及主要成果包括:  (1)基于JianfengLuo和DavidA.Dornfeld提出的材料去除率公式,提出了修正的材料去除公式,实验表明了修正后的材料去除率(MRR)误差波动范围大幅减小。  (2)利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察亚表面缺陷的形貌,使用台阶仪测量蚀刻深度,观测一次腐蚀的亚表面裂纹形状与深度,以及其随着刻蚀时间的变化规律。  (3)对K9样品进行分步优化腐蚀实验,采用显微镜与LED强光手电筒结合的方式进行亚表面缺陷检测,并得到K9样品的亚表面缺陷深度。  (4)开展化学机械抛光加工工艺的研究,通过蚀刻速率与时间估算出抛光产生的缺陷深度,证实该工艺对提高元件表面精度,减少亚表面缺陷的积极作用。
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