[发明专利]一种确定性抛光Wolter-I型光学芯轴的方法

说明书

本发明公开了一种确定性抛光Wolter‑I型光学芯轴的方法，所述方法包括如下步骤：(1)确定去除高度和弹性球体的球径；(2)确定接触区域半径并计算出接触正压力；(3)确定Preston系数；(4)计算弹性球体球心的运动轨迹和各个抛光点处的驻留时间；(5)编写数控加工程序，实现弹性球体运动轨迹的控制，并通过数控延时指令对弹性球体在抛光点处的驻留时间进行控制；(6)在弹性球体表面贴附抛光布，选择合适的抛光液按照预先计算的抛光参数进行芯轴表面抛光。本发明的抛光方法可将球形抛光工具集成到车削加工设备中，实现芯轴车削和抛光加工的一次完成，提高芯轴加工精度和加工效率。

技术领域

本发明属于光学和精密制造技术领域，涉及一种Wolter-I型光学芯轴的抛光方法，尤其涉及一种采用弹性球形抛光工具确定性抛光Wolter-I型光学芯轴的方法。

背景技术

下一代光刻机中将使用优选波长13.5nm的极紫外光(EUV：Extreme Ultraviolet)作为光源，这种短波长的光需要使用专用的高效光学反射镜进行收集，反射镜的结构通常采用基于X射线掠入射光学设计的Wolter-Ⅰ型设计形式。Wolter-Ⅰ型反射镜是由两个同轴共焦的轴对称非球面组合而成，通常非球面的陡度(或长径比)较大。由于直接加工内凹陡峭轴对称非球面的技术难度较大，因此，目前国际上常采用复制方法制造高精度Wolter-Ⅰ型反射镜。复制制造的主要工艺流程包括：制造Wolter-Ⅰ型原始芯轴、检验芯轴尺寸、芯轴表面化学镀镍磷合金、金刚石精密车削芯轴、检验芯轴尺寸和表面轮廓形状、抛光芯轴、检验芯轴表面粗糙度、使用芯轴复制反光膜层、电铸工艺制造镜壳、分离芯轴与镜壳等多道工艺环节。其中芯轴的精密车削加工和精密抛光加工是决定芯轴制造质量的关键工艺环节，通常需要在超精密车削设备和超精密抛光设备上分别进行，一是增加了芯轴的制造成本，二是多次装夹芯轴会引入装夹误差。显然，芯轴表面的加工质量对反射镜的复制至关重要，尤其是抛光后的芯轴表面粗糙度会增加EUV光线的反射损耗，降低反射率。

目前的超精密抛光技术主要是指计算机控制光学表面(CCOS：ComputerControlled Optical Surfacing)成形技术，包括应力盘抛光(Stress Lap Polishing)、离子束抛光(IBF：Ion Beam Figuring)、磁流变抛光(MRF：Magnetorheological Finishing)、磁射流抛光(MR Jet：Magnetorheological Jet)、磨料喷射抛光(AJP：AbrasiveJetPolishing)、流体喷射抛光(FJP：Fluid Jet Polishing)、气囊抛光(Bonnet ToolPolishing))和进动气囊抛光(Precessed Bonnet Polishing)等技术，其中：

应力盘抛光技术主要针对大口径非球面镜的制造，应力盘的直径一般为镜面口径的1/4，易于修改被加工表面产生的低频偏差，并能有效减少或避免计算机控制小工具抛光引起的中、高频误差。

离子束抛光技术虽然能够提供更高的材料去除率和非常好的重复性，不存在刀具磨损和边缘效应等问题，可以很好的校正长空间波长误差，并产生超好的表面，但是它对抛光材料具有很强的选择性，且离子束源须在真空中操作，可能在工件表面产生高温，因此常用的金刚石车削材料，如包括化学镀镍磷合金在内的有色金属和塑料并不适用于离子束抛光。

磁流变和磁射流抛光技术的优点是确定性和较高的材料去除率，主要用于抛光玻璃或晶体材料等折射光学元件，而且磁射流抛光技术可以解决陡峭凹面和深腔的高精度精加工问题，然而市售的抛光液主要用于抛光光学玻璃，对于化学镀镍磷合金表面抛光后的粗糙度难以达到优异的值。

流体喷射抛光技术可以根据不同的抛光对象合理的选择适合的磨料及混合液体的配比，而且不存在刀具磨损和边缘效应，在去除金刚石车削痕迹的同时不会损坏表面轮廓形状，可以抛光玻璃和镍等多种材料，但是抛光效率较低，而且有可能导致晶粒从基材中无意脱落以及磨料颗粒嵌入到基材中而污染表面等问题。