浮法抛光超光滑表面加工技术
超光滑表面抛光技术
工. 其主要特点是不使用磨料和加工液，加工装置 与普通抛光机相同，在水蒸气环境中进行加工.
河西敏雄（T. Kasai ）提出的进行式机械化学抛 光（P- MAC ，Progressi ve And Che mical ），能自动地从 抛光初始的直接接触变化为非接触，从而将机械去
除作
用
移
至
化
学
去
除
作
用［4
［关键词］抛光；超光滑表面；机理；评价
［中图分类号］TG356 .28 ［文献标识码］A ［文章编号］1671 -7775（2003 ）05 -0055 -05
精密和超精密加工技术、制造自动化是先进制 造技术的两大领域，精密工程、精细工程和纳米技术 是现代 制 造 技 术 的 前 沿，也 是 未 来 制 造 技 术 的 基 础. 超精密加工是一门新兴的综合性加工技术，它 集成了现 代 机 械、电 子、测 量 及 材 料 等 先 进 技 术 成 就，使得目前的加工精度达到了0. 01 !m 级，极大 地改善了产品的性能和可靠性. 超光滑表面加工技 术是超精密加工体系的一个重要组成部分，在国防 工业、信息产业民用产品的制造中占有非常重要的 地 位 且 有 着 广 泛 的 市 场 需 求，具 有 良 好 的 发 展 前景.
在传统抛光设备和方法的基础上，R . dietz 提出 的浴法抛光［1 ］改变了抛光液的供给方式，采用浸液
抛光，使抛光盘和工件的接触更柔和，在熔石英上获
得了粗糙度为0. 3 n m（r ms ）的超光滑表面. 在浴法抛光的基础上，A.J . leist ner［2 ］等人使用
聚四氟乙烯（Teflon ）抛光模. 与沥青抛光模相比， Teflon 抛光模不仅可以保持工件的面形精度，而且 可以在许多材料上加工出粗糙度小于0 .4 n m（r ms ） 超光滑表面，同时还可以有效地降低材料表面的波
目前常用的超光滑表面加工方法
目前常用的超光滑表面加工方法，是由传统的研磨抛光加工技术改进而来的，如浴法抛光、浮法抛光等，此类方法材料去除率低，也能够达到亚纳米量级的表面粗糙度，但很难避免机械接触式抛光对工件表面带来的亚表面损伤和加工变质层。
各种基于新原理的抛光方法逐渐被提出，如离子束抛光、等离子体辅助化学抛光、液体喷射抛光、磁流变抛光、化学机械抛光和弹性发射加工等。
其中日本大阪大学学者发明的弹性发射加工方法利用工件材料与磨料之间发生固相反应实现原子级材料去除，被认为是获得最高表面质量的加工方法，可以达到RMS 0.1nm 的表面粗糙度，但其加工效率很低，并且设备复杂，维护成本高。
纳米颗粒射流抛光是借鉴了弹性发射加工的去除原理的一种超光滑表面加工方法，结合数控技术可以实现光学零件纳米级粗糙度、无表面损伤的精确抛光，但仍然存在抛光效率不高的问题。
光学元件的加工一般都需要三大基本步骤：铣磨、精磨和抛光，其中铣磨和抛光是最主要的两道工序。
抛光的目的是在去除表面破坏层的同时精修面形。
现行的抛光理论认为抛光是三种作用的结果：磨料与工件之间的机械磨削、抛光液的化学作用和工件表面的热流动。
这些理论对于超光滑表面加工已经不完全适用，基于新原理的超光滑表面加工方法不断涌现。
液体喷射抛光技术：液体喷射抛光技术(Fluid Jet Polishing, FJP)是近几年提出的用于加工脆性材料光学元件的新方法。
液体喷射抛光技术系统如图1-4 a)所示，其思想源于磨料射流加工技术，高压泵加速混有磨料粒子的抛光液，利用磨料粒子对工件表面材料的冲击和剪切作用实现材料去除。
该方法通过控制液体喷射的压力、方向及驻留时间实现对工件面形的定量修正。
加工机床本体纳米颗粒胶体液流动压空化射流抛光要实现对非球面的加工，因此，抛光的机床应具有X,Y,Z,A,C 五轴联动的功能。
在转台上安装喷射头部分，通过控制转台的沿Z 轴上下运动和沿A 轴的摆动实现喷射距离和喷射角的变化。
目前常用的超光滑表面加工方法
目前常用的超光滑表面加工方法，是由传统的研磨抛光加工技术改进而来的，如浴法抛光、浮法抛光等，此类方法材料去除率低，也能够达到亚纳米量级的表面粗糙度，但很难避免机械接触式抛光对工件表面带来的亚表面损伤和加工变质层。
各种基于新原理的抛光方法逐渐被提出，如离子束抛光、等离子体辅助化学抛光、液体喷射抛光、磁流变抛光、化学机械抛光和弹性发射加工等。
其中日本大阪大学学者发明的弹性发射加工方法利用工件材料与磨料之间发生固相反应实现原子级材料去除，被认为是获得最高表面质量的加工方法，可以达到RMS 0.1nm 的表面粗糙度，但其加工效率很低，并且设备复杂，维护成本高。
纳米颗粒射流抛光是借鉴了弹性发射加工的去除原理的一种超光滑表面加工方法，结合数控技术可以实现光学零件纳米级粗糙度、无表面损伤的精确抛光，但仍然存在抛光效率不高的问题。
光学元件的加工一般都需要三大基本步骤：铣磨、精磨和抛光，其中铣磨和抛光是最主要的两道工序。
抛光的目的是在去除表面破坏层的同时精修面形。
现行的抛光理论认为抛光是三种作用的结果：磨料与工件之间的机械磨削、抛光液的化学作用和工件表面的热流动。
这些理论对于超光滑表面加工已经不完全适用，基于新原理的超光滑表面加工方法不断涌现。
液体喷射抛光技术：液体喷射抛光技术(Fluid Jet Polishing, FJP)是近几年提出的用于加工脆性材料光学元件的新方法。
液体喷射抛光技术系统如图1-4 a)所示，其思想源于磨料射流加工技术，高压泵加速混有磨料粒子的抛光液，利用磨料粒子对工件表面材料的冲击和剪切作用实现材料去除。
该方法通过控制液体喷射的压力、方向及驻留时间实现对工件面形的定量修正。
加工机床本体纳米颗粒胶体液流动压空化射流抛光要实现对非球面的加工，因此，抛光的机床应具有X,Y,Z,A,C 五轴联动的功能。
在转台上安装喷射头部分，通过控制转台的沿Z 轴上下运动和沿A 轴的摆动实现喷射距离和喷射角的变化。
超光滑表面加工技术
2.浮法抛光
热力学理论认为,固体最稳定态是绝对零度时的理想 晶体,此时其内能最低 ,各原子间结合能相 同。实际 上的固体 ,其每一面层都存在晶格缺陷。固体的相 互作用缘于其存在晶格缺陷的结构。物体表面原子 间的结合能正 比于该原子周围的同等原子数 目,换 言之,不同面层原子因其位置而有不同的结合能。具 体到被抛光工件而言 ,其外表层原子数显然少于内 部各面层原子数,这样外表层原子间的结合力就比其 主体内部的原子弱。同样的道理,外表层原子的结合 能不是一致均匀分布的。这就是说外表面层的原子 比内部原子容易去除。
超光滑表面检测技术
临界角法变位测量
光学式微小变位传感器是应用临界角检查焦点误差的方法 来测量表面粗糙度。
当工件表面位于物镜的焦点位置时，通过物镜的反射光成 为平行光束入射到临界角棱镜上。因为棱镜的反射面与光 线成临界角，因此两个光电二极管接受相同的反射光能而 使差动放大器的输出为零。 当把工件移到焦点的左右时，通过物镜的光线就成为发射 或会聚光入射到临界角棱镜上，结果使两个光电二极管上 接受的光能量不等，差动放大器就会产生模拟的变位输出。
超光滑表面检测技术
测量方法：
优点：所有仪器有很高的纵向和横向的分辨率
接触法
缺点：接触被测表面，易造成表面划伤
优点：利用干涉、散射原理测量，不接触表面
非接触法
缺点：有些仪器测量精度不够
超光滑表面检测技术
TOPO—3D粗糙度测量仪 ZYGO5500超精密表面粗糙测量仪 临界角法变位测量
超光滑表面检测技术
3
4
5
2
1.液槽 2.抛光液 3.搅拌器 4.抛光盘 5.工件
1
1.浴法抛光
2.浮法抛光
FP是日本大阪大学南波教授为加工抛光磁头 材料在1977年提出的。该方法已经获得表面 粗糙度Rq<0.1nm超光滑表面，是目前超光 滑表面加工技术中，工件表面粗糙度最小的 方法。
超光滑加工
一、超光滑表面加工技术 现代科学技术的不断发展对超光滑表面的需求越来越多。
所谓的超光滑表面通常是指表面粗糙度小于10Å（rms）的表面，与之相应的加工技术就称为超光滑表面加工技术。
目前是，超光滑表面的应用主要集中在两个方面：一是一强激光、短波等为代表的工程光学领域。
二是以磁记录头、大规模集成电路基板等器件为主的电子工业领域。
近年来，超光滑表面加工已成为加工领域争先发展的热点。
1.1超光滑表面加工概述 超光滑表面加工技术从某中意义上讲是一种“超级”抛光技术。
抛光是超光滑表面加工的关键环节。
传统的抛光机理认为抛光是磨料对工件的机械磨削、工件表面的热流动、抛光液的化学作用共同作用的结果。
然而，对于超光滑表面加工这一理论就不完全实用了。
现今，超光滑表面加工技术种类很多，很难用同一中理论来加以解释。
然而，从已有技术的材料去除方式来看可大致有以下特点：（1）以机械磨削去除为注的超光滑表面加工技术。
（2）采用化学方法进行表面去除，实现无破坏层超光滑表面加工。
（3）以物理“碰撞”方法将工件以原子量级去除，实现超光滑表面加工。
2.2几种超光滑表面加工技术的介绍1、浴法抛光 浴法抛光（bowel-feed polishing）是已有超光滑表面加工技术中所需设备较为简单的一种。
它的特点是：抛光过程中液槽使抛光盘和工件浸没于抛光液中，抛光液的深度以静止时淹没工件10~15mm为宜；另有搅拌器，它能是抛光液处于悬浮状态。
浴法抛光加工超光滑表面可分为两个阶段：（1）获取较高面形。
这一过程类似与传统抛光的面形修改。
光学元件超光滑表面在精密抛光中表面光洁度控制的研究
中南大学硕士学位论文光学元件超光滑表面在精密抛光中表面光洁度控制的研究姓名：周艳申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：曾韬20091101 摘要随着科技的发展，高精度产品的需求日益迫切，具有亚纳米级粗糙度的超光滑表面在软Ｘ射线光学、强激光及激光陀螺等领域有着越来越广泛的应用。
抛光过程是一个极为复杂且难以控制的加工过程，实现生产的自动化是超光滑表面加工所追求的最终目标。
本文主要围绕影响抛光表面光洁度质量的几个关键技术进行研究。
论文首先针对超级研磨抛光机的工作状态，从流体动力学的角度，分析并计算了抛光液对工件产生的流体动压力；从理论上指出抛光中工件与抛光模处于接触状态，并通过两个抛光实验验证了这一观点。
论文就超光滑抛光机理进行了研究，详细地解释了超光滑抛光中工件原子级去除的概念，提出工件表面材料去除的动因是表面原子获得能量；工件与抛光模间的弱摩擦作用是去除表面原子的能量来源。
针对超光滑表面的特点，研究了超光滑表面抛光过程中的抛光液、抛光模、材料去除率等几个关键技术对超光滑表面的影响，通过实验，提出了一系列的工艺改进方案；并指出材料去除率与表面质量有着直接的关系。
论文最后对光学石英玻璃、微晶玻璃和Ｋ９玻璃三种典型光学材料进行的超光滑抛光实验研究，通过优化加工工艺均获得了较为理想的超光滑表面，最好表面粗糙度达ＲａＯ．１ｌｎｍＲＭＳ。
关键词精密抛光，超光滑抛光，超光滑表面，粗糙度ＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒｈｉｇｈ．ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ．Ｕｌｔｒａ．ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｗｉｔｈｓｕｂ。
ｎａｎｏｍｅｔｅｒｒｏｕｇｈｎｅｓｓｈａｓｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｓｏｆｔＸ。
ｒａｙｏｐｔｉｃｓ，ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｌａｓｅｒａｎｄｌａｓｅｒｇｙｒｏ．Ｔｈｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｎｅｘｔｒｅｍｅｌｙｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｄｉｆｊｆｉｃｕｌｔｔｏｃｏｎｔｒ０１．Ｒｅａｌｉｚｉｎｇｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｆｏｒｕｌｔｒ帷螅恚铮铮簦?ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉＳｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｇｏａｌ．ＴｈｅＰ印ｅｒｍａｉｎｌｙｒｅｓｅａｒｃｈｓｅｖｅｒａｌｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｐｏｌｉｓｈｉｎｇ．Ｆｉｒｓｔｏｆａｌｌ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｕｓｏｆｕｌｔｒａ—ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｌａｐｐｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ，ｔｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｗｈｉｃｈｉｍｐｏｓｅｄｏｎｗｏｒｋｐｉｅｃｅｂｙｔｈｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｌｉｑｕｉｄｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅａｎｄｔｈｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｌａｔｅｉｓｉｎｃｏｎｔａｃｔｉｎｇｓｔａｔｅｄｕｒｉｎｇｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｉｓｖｉｅｗｉｓｖａｌｉｄａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｗｏｐｏｌｉｓｈｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｕｌｔｒａ－ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｄｅｔａｉｌｅｄｅｘｐｌａｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆａｔｏｍｉｃ—ｓｃａｌｅｒｅｍｏｖｉｎｇ．ＴｈｅｍａｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｖａｌｏｆｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓｕｒｆａｃｅｉＳｄｒｉｖｅｎｂｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｔｏｍｓｔｏｇａｉｎｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｅｍｉｎｏｒｆｒｉｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｗｏｒｋｐｉｅｃｅａｎｄｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｌａｔｅｉｓｔｈｅｓｏｕｒｃｅｏｆｅｎｅｒｇｙ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｌｔｒａ—ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅ．ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｅｖｅｒａｌｋｅｙｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｐｏｌｉｓｈｉｎｇｆｌｕｉｄ，ｐｏｌｉｓｈｉｎｇｐｌａｔｅａｎｄｍａｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｎｕｌｔｒａ—ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｉＳｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｔｅｃｈｎｉｃｓｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍａｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅａｎｄｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｉＳｐｏｉｎｔｅｄ…‘●ｏｕｔ．·一ｔｒｅａｌｌｙ，ｔｈｅＰ印ｅｒｍａｋｅｓａｎｕｌｔｒａ－ｓｍｏｏｔｈｐｏｌｉｓｈｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｒｅｅｔｙｐｉｃａｌｏｐｔｉｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｑｕａｒｔｚｇｌａｓｓ，ｃｅｒａｍｉｃｇｌａｓｓａｎｄＫ９ｇｌａｓｓ．Ｉｄｅａｌｕｌｔｒａ．ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃｓａｎｄａｒｏｕｇｈｎｅｓｓｏｆｕｐｔｏＲａＯ．１ｌｎｍ（ＲＭＳ）ｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．ＩＩＫＥＹＷＯＲＤＳｐｒｅｃｉｓｉｏｎｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ｕｌｔｒａ－ｓｍｏｏｔｈｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，ｕｌｔｒａ—ｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅ，ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ１１１硕士学位论文绪论第一章绪论１．１引言加工技术的发展是人类社会进步的重要标志之一。
高精度角度光学元件超光滑表面的加工和检测技术分析
高精度角度光学元件超光滑表面的加工和检测技术分析摘要：本文简要概括高精度角度光学元件超光滑表面的基本特征，再介绍古典法、磁流变抛光技术、气囊抛光技术三种高精度角度光学元件超光滑表面加工技术，同时详细阐述激光辅助显微镜检测、白光干涉仪检测、原子力显微镜形貌检测三种高精度角度光学元件超光滑表面检测技术，为光学元件研究人员提供参考。
关键词：高精度角度；光学元件；超光滑表面；加工技术；检测技术引言：高精度角度光学元件在很多领域都需要使用，所以如何保持光学元件的表面光滑度成为主要问题。
随着时代的发展，光学元件超光滑表面的精度和角度要求越来越高，传统的光学元件加工和检测技术已经无法满足需求，因此无论是光学元件的加工技术还是检测技术都在不断优化和进步。
1高精度角度光学元件超光滑表面的基本特征高精度角度光学元件表面的散射特性和粗糙度低才符合超光滑表面的定义，其中光学元件的表面粗糙度在1纳米RA以下，而且面形精度较高、粗糙度较低的表面才能成为超光滑表面。
除此之外，高精度角度光学元件超光滑表面对其疵病和损伤程度还有要求，具体可以参考GB/T 1185-2006零件表面疵病标准。
光学元件的表面残余加工应力小，而且晶体表面无错位且结构完整，同样属于超光滑表面的特征。
2高精度角度光学元件超光滑表面的加工技术2.1古典法高精度角度光学元件超光滑表面加工技术中古典法是最具有代表性的一种，该加工技术属于手工抛光方法，其原理与机械、相对运动、化学和热表面流动均有关。
古典法光学元件超光滑表面加工技术利用抛光盘去除表面的微量材料，提高光学元件表面的光滑度，从而使其符合高精度角度光学元件超光滑表面的特征。
古典法光学元件超光滑表面加工技术使用的抛光盘材料为聚氨酯和柏油，当抛光盘在机械设备的带动之下进行旋转，只需要将光学元件放置在抛光盘上面保持左右摆动，即可让抛光盘相对光学元件做旋转，最后即可完成表面的抛光，从而提高光学元件表面的光滑度。
软X射线
软X射线投影光刻系统要获得大的光刻范围, 必须使掩模和硅片同步扫描。同步扫描 时 , 通常要求掩模和硅片对准精度为光刻特征线宽的1/4 ～ 1/5,对0.1μm特征线宽光刻系统 , 对准精度要小于0.025μm,这对扫描及对准机构精度提出了极高要求。光刻系统在真空环境 工作 , 其扫描机构除需减小振动和传动装置的热量、提高同步扫描控制精度外 , 还须采用 可在真空环境工作的精密导向机构。目前,可在真空中工作的精密导向机构是磁浮机构。 相比传统的导向机构 , 它无摩擦、不产生粉尘、不需润滑、相对容易制造 , 并且功耗低。 美国的 Sindia 实验室已制成用于投影光刻实验装置的磁悬浮工作台 , 稳定性达 5. 5nm. 掩模和硅片步进扫描时采用可见光莫尔条纹技术来对准。它是将形成莫尔条纹所需的 光栅刻到掩模和硅片的边缘 , 然后通过投影物镜将掩模上的光栅成像到硅片上 , 将这两个 合成图像成像在一个带十字丝的像面上 , 最后利用 CCD 相机接收上述像面的像。目前在 x 、 y 轴方向均可达到 10 ～ 15nm 的对准精度. 为保证工作台的硅片能在系统焦深范围内 , 需要在垂直于硅片方向进行调整。目前 , 已建成的光刻系统采用了掠入射自动调焦系统 , 其焦面调整精度为± 0. 15 μm，焦深通常 为± 1 μm, 能满足软 X 射线投影光刻的调整精度。
目前,软X射线投影光刻技术仍需解决许多关键技术,尤其是深亚纳米级 镜面加工和多层膜制备技术。然而 ,技术路线与解决问题途径也基本明确。 因此,在本世纪初完全可以期待用软X射线投影光刻技术批量生产出特征 线宽小超光滑表面加工技术 超光滑基板是制备软X射线多层膜的基础,而传统光学加工难以做到表面粗糙度小于0.5nm。 1992年起长春光机所开始研究浮法抛光技术,经一年多努力,以锡磨盘的浸液抛光新工艺研制出 浮法抛光机原理实验样机。经工艺实验平面样品表面粗糙度小于0.3nm。 4.软X射线正入射成像系统 从1991年起开始研制18.2nm Schwartzschild 型软X射线显微镜。它由软X射线激光等离子 体光源、镀有多层膜的球面聚光镜、10×Schwartzschild显微物镜、Al/C软X射线滤光片组成, 实现小于1μm的空间分辨率。在软X射线正入射显微成像系统研究基础上,设计了工作波长 13nm的软X射线投影光刻原理装置 ,它由软X射线激光等离子体光源、椭球聚光镜、透射式掩 模、0.1×Schwartzschild微缩成像系统、掩模和硅片精密工作台组成。现已制成多层膜光学基 板 , 即将安装调试。分辨率有望达到小于0.25μm。
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浮法抛光超光滑表面加工技术浮法抛光技术首先出现于日本，是加工超光滑表面的先进技术之一。
本文介绍用浮法抛光加工超光滑表面的机械结构和加工过程，与传统的沥青抛光方法进行比较，分析材料去除机理。
最后简单介绍我国研究浮法抛光技术的进展。
正文一、浮法抛光技术的产生与现状光学零件的加工基本包括切割成型、研磨、抛光三道工序；最终的光学表面质量由抛光决定，因此抛光是最重要的工序。
通常高质量光滑表面的抛光是以沥青或纤维等弹性材料作磨盘，配以抛光液或研磨膏来达到技术要求。
近年来，光学及微电子学极大地推动了光学加工技术的发展。
大规模或超大规模集成电路对所用基片(通常为硅、锗等材料)的表面精度提出了很高的要求；短波段光学的发展尤其是强激光技术的出现，对光学元件表面粗糙度的要求极为苛刻。
表面粗糙度低于1nm rms的超光滑表面加工技术已成为光学及微电子学基础技术领域的重要课题。
靠传统的经验依赖性的光学加工方法是不能满足日益发展的光学、电子学要求的。
国内外已有许多科学家在探索加工高精度超光滑表面的各种技术。
一般原子直径小于0.3nm，而超光滑表面微观起伏的均方根值为几个原子的尺寸，因此实现超光滑表面加工的关键在于实现表面材料原子量级的去除。
1997年，日本大坂大学的难波义治教授发明了浮法抛光(Float Polishing)加工超光滑表面技术。
通过使用这项技术，可使刚玉单晶的平面面形达到λ/20，表面粗糙度低于1nm Rz。
1987年的研究报告表明，使用浮法技术进行多种材料的抛光实验，对φ180mm的工作，可以达到表面粗糙度优于o.2nm rms，平面度优于λ/20=0.03μm。
目前在日本，浮法抛光技术应用很广泛，尤其是用于录音机、录像机或计算机的磁头生产；每年有2500万个磁头就是采用这项技术制造的。
近年来，德国也在研究类似抛光技术。
德国Ulm大学的欧威(O. Wei s)研究表明，对白宝石材料的φ7mm的工件进行抛光，30分钟后达到表面粗糙度小于0.05nm的结果。
将浮法抛光样品与普通抛光样品比较可以发现浮法抛光有许多优点。
普通沥青式抛光使用硬度大于工件的磨料，也可以获得所谓超光滑表面的粗糙度指标，但对磨盘的平面度的修正很有讲究，这影响到被抛光工件的面形。
普通抛光后的工件，其边缘几何尺寸总不太好，经常有塌边或翘边现象；并且在高倍显微镜下可以看到表面有塑性畸变层。
应用浮法抛光法技术获得的超光滑表面，不仅具有较好的表面粗糙度和边缘几何形状，而且抛光晶体面有理想完好的晶格，亚表面没有破坏层，并且由抛光引起的表面残余应力极小。
二、浮法抛光机的机械结构与抛光过程浮法抛光机的机械构造类似于定摆抛光机。
在对工件进行浮法抛光前，被加工工件首先要进行预抛光，干燥。
就可以浮法抛光。
抛光过程中，抛光液随磨盘旋转；由于流体运动产生动压，工件与磨盘之间形成一层薄薄的液膜，使得工件浮在磨盘上旋转，保持软接触。
液体旋转时的离心作用使抛光液中粒度稍大的颗粒被甩到四周，并渐渐沉到底部，这样夹在磨盘与工件间的液膜中的磨料越来越精细均匀；被加工光学表面越来越光滑，最后达到超光滑。
工件的面形主要由磨盘面形决定，浮法抛光中，由于锡材料本身的特性，其硬度及流动性适中，在抛光中锡盘的磨损可以忽略，因而锡盘的平面度是很容易控制的；这样保证了工件面形的稳定性。
传统抛光的经验性主要是由于沥青盘的抛光中变形决定的；使用锡盘后，这种经验性抛光就可以成为稳定抛光。
三、浮法抛光的去除机理浮法抛光表面粗糙度可达到亚纳米量级，接近原子尺寸，工件材料的去除是原子水平上进行的。
工件表面原子在磨料微粒的撞击作用下脱离工件主体，从而被去除。
原子的去除过程，是磨料与工件在原子水平的碰撞、扩散、填补过程。
四、磨料的选取根据去除机理，利用外表面层与主体原子结合能的差异，任何材料都可作为磨料去除工件表层原子，可以获得无晶格错位与畸变的表面。
在进行浮法超光滑表面的抛光中，选择合适的材料作为磨料很重要。
一般用于浮法抛光的磨料为粒度约7 nm的SiO2微粉。
综上所述，浮法抛光技术的关键在于：高面形精度的锡盘，以此来保证工件面形的高精度。
粒度小于20nm的磨料，目的在于增大工件与磨盘的接触面积，增多磨料颗粒与工件表面的碰撞机会，达到原子量级去除的目的。
抛光液将工件和磨盘浸没，靠流体作用形成工件与磨盘间液膜，为磨料颗粒与工件的碰撞提供环境。
五、我国的研究现状长春光机所应用光学国家重点实验室，在短波段光学的带动下，从1992年开始研究浮法抛光技术，已研制出一台抛光原理样机，并进行了大量实验。
目前对K9玻璃样片的抛光实验结果表明，表面粗糙度优于1nmRa。
所使用磨料粒度约为25nm。
有关实验正在继续进行，并且一台高精度的浮法抛光实验样机正在研制中。
手工抛光基础知识手工抛光是用时间和经验而获得的一项技术。
本章讨论手工抛光的一些基础知识。
用沥青抛光光学表面称为光学抛光。
沥青抛光模或抛光工具是用一种混合抛光材料制成的，在标准室温条件下，抛光层稍有塑性流动。
抛光光学表面采用两种型式的沥青抛光模。
第一种是网格型式，在大网格面上压制出更小的网格面形。
第二种是带有粗槽线的整体型式。
沥青胶配方沥青胶的配方一般对同行是保密的，每一个光学技工都有其喜爱的沥青抛光胶的配方和方法。
因此，并不限制他们在胶锅里混入些什么东西。
管理人员和公司通常只坚持一个方针，就是要求每个新的光学技工采用标准的沥青胶配方。
下面列出某些典型的抛光沥青胶的配方。
按重量比：D光学胶1磅（453.6g）加石蜡1盎司（28.35g）D光学胶1磅加石蜡2盎司（抛光修整用）D光学胶1.5磅加OZHINITE3/4盎司和松香柏油5盎司D光学胶2磅加ZORPHALAC2磅2)号和3)号沥青抛光胶用于抛光冕牌玻璃、派勒克斯玻璃、窗玻璃和石英晶体。
4)号沥青胶用于抛光稀土玻璃和火石玻璃。
后来D.亨德里克斯根据一条简单规则把沥青胶配方划为类似化合物的混合物。
例如，沥青胶中松香从松树得到，蓖麻油或亚麻仁油是植物油，故称为植物性混合物。
D光学胶是从炼油厂得到的软沥青化合物混合而成的无机物或无机物的混合物。
亨德里克斯研究了若干种沥青胶的配方：按重量比：无色透明松香5磅，蓖麻油6盎司。
D光学胶2磅，亚麻仁油6盎司。
D光学胶2磅，松香柏油4盎司，蜂蜡1.5磅，加1～3匙松节油，然后调均匀。
采用的沥青配方是5磅无色透明的松香和6盎司松香柏油（液态），可以预先置好沥青胶以作准备用。
佐贝尔（Zobal）牌号有软沥青胶和硬沥青胶。
这种胶是透明的，加一些较软的胶可以使较硬的胶软化。
万能虫胶供应公司（Brooklyn，NY）提供的No450中硬抛光胶是广泛使用的胶。
该公司也提供各种不同硬度和熔化范围的布尔根德（Burgundy）沥青胶。
W.蒂查（Wn Dixon）和其公司（Newark，NJ）是又一家提供优质光学沥青胶的公司。
有些进口沥青胶也是很好的并能保证质量。
虽然没有各种配方的完整规格，但沥青胶是可以根据特殊需要而专门研制的。
沥青胶硬度的测量沥青胶硬度有几种测量方法。
一般采用针入度计，该仪器在压有0.5kg铜重块的滑杆上固定一只直径为6 mm的轴承钢球。
在圆柱体滑杆上固定一只每英寸1000分到处圆度盘，5min以后读出轴承钢球穿入沥青胶的数值（见图3.1）。
许多早期的光学技工用拇指甲以约为2～3磅的压力在1～2s钟内压入胶内，其它测量方法是仿效该法得到的。
拇指甲压胶虽是一种粗略的方法，但可以设计出一只带有锐边的轮子，棒的支点到轮子的长度为1 0cm，棒上穿一个重为8盎司的铜重块，60s后测量轮子刀刃穿入沥青胶的宽度和深度（见图3.2）。
图3.1测试抛光沥青胶硬度的典型沥青胶针入度装置图3.2类似于拇指甲测试沥青胶硬度的另一种设计方案虽然采用加重块的穿入方法更为精确，但它的缺点是因沥青胶的雾气凝聚在测杆上，而使昂贵的千分表渐渐失去精度。
机器抛光或手工抛光所采用的沥青胶的硬度是可以测量的。
应该在室温70～72°F。
抛光派勒克斯玻璃、石英晶体、冕牌玻璃和陶瓷玻璃时测量针入度的度盘读书应该为0.012～0.016in。
具有这样针入度数值的胶对手工抛光棱镜及小平面是极为适用的。
用于抛修非球面的沥青抛光胶的硬度为0.018～0.025in。
用于火石玻璃的胶硬度为0.025～0.03in。
对于稀土玻璃，例如EDF3，其硬度范围为0.03～0.04in。
以上是对40h研细的巴塞特（Barnsite）和抛光粉的标准数值。
抛光胶的基本成分（例如松香、柏油、油脂或亚麻仁油）缓慢蒸发，并且抛光粉嵌入抛光模后，沥青抛光模就逐渐变硬。
大多数已开好槽的沥青抛光模表面上还印有更细致的浅槽图案，可以用刀片重新按图案开出抛光模沟槽。
沥青抛光盘开槽手工抛光棱镜的沥青抛光模的制作方法如下：将缓慢熔化的5磅无色透明松香和6盎司松香柏油倒入熔化的松香中充分搅拌，待松香柏油充分软化或松香变硬时，加入沥青胶，使针入度值大约为0.014in。
同时做两只10in直径的抛光模，铝模厚度至少1in，接头直径1.5in或更大，以防止抛光模在连接螺旋上摇动。
将两只夹模中的一只在煤气嘴下加热，一直加热到尚可以用手接触为止。
然后用很小的力将夹模旋在立柱上。
如果夹模是热的，会装得太紧，使大型抛光模取下来很费力气。
夹模的四周用3/4in胶带纸粘贴，高出夹模表面1/2in。
将半冷的沥青胶慢慢地从夹模中心倒入已加热的夹模上，沥青胶的厚度可以为1 /16～3/8in，然后让抛光模慢慢地冷却到室温。
用类似的方法制作第二只沥青抛光模，但是现在的沥青胶里含有胡桃壳的碎粒，将1杯半的胡桃壳碎粒慢慢地加入到1夸特熔化的沥青胶里面。
每只抛光模用3/4in铜条划出3/4in的方块。
每个方块平面划出1/8in宽和约3/16in深的浅槽。
沥青抛光模用单面刀片开槽。
首次划槽完成后，最好先用洗涤水涂抹抛光模。
然后在所有方格槽的另一侧切出浅槽，每切一次使凹槽切口的深度加深一次。
右手拿刀片的人总是切割出凹槽的右边（反之为左手持刀者），为了改变切口方向，可把抛光盘转动180°。
切割几次后，再用4in钟表刷子除去嵌入凹槽内的沥青碎屑。
必须用一只12in的铸铁平模压平开过槽的抛光模。
模子在热水中加热，直到手尚能接触为止。
抛光模上涂一层浓的抛光粉悬浮液，把加热的平模放在沥青抛光模上，横穿抛光模，推动几个圆动程，使抛光模的边缘压得与中心一样平。
完成这些动作后开槽并进一步压制小方格。
这道工序可用一块更细网格或塑料窗帘来完成。
把抛光液浸湿的网格用力贴合在抛光模上，再放上加热的铸铁平模。
必须注意抛光模上所压出的槽深度应小于格线直径的一半。
如果压得太深，当网格从沥青抛光模上取下时，会发现凸起的小方块从抛光模主体上撕裂下来。
然后，抛光模必须再开一次槽，以除去流入槽中的沥青胶。