УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПОЛИРОВКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к технологическому оборудованию и может быть использована для очистки и полировки поверхностей оптических элементов.
2
Наиболее близким к предлагаемому устройству и выбранным в качестве прототипа является устройство для очистки и полировки поверхностей с помощью вакуумного ультрафиолетового излучения, содержащее источник вакуумного ультрафиолетового излучения, помещенный в корпус, закрытый прозрачным для излучения окном, поверх окна расположена полировальная прокладка для установки обрабатываемого образца и система подачи полировочной жидкости в зону обработки [1]. Источником излучения служит ксеноновая эксимерная лампа с максимумом излучения на длине волны 172 нм, спектральным интервалом 147-200 нм с плотностью мощности до 50 мВт/см. Окно, отделяющее лампу от зоны обработки, выполнено из синтетического кварца толщиной 5 мм, пропускающего на длине волны 172 нм 60% излучения. Полировальная прокладка выполнена из слоя фетра с отверстиями. В зону обработки поверхности образца непрерывно подается полировочная жидкость с расходом 50 мл/мин. В качестве полировочной жидкости взята электролизная вода.
Под воздействием вакуумного ультрафиолетового излучения вода разлагается с образованием ионов ОН-. Эти ионы взаимодействуют с инородными частицами и отрывают их от поверхности образца, производя высококачественную очистку. При повышении мощности излучения ионы ОН- взаимодействуют с выступающими участками поверхности, отрывая от них молекулы обрабатываемого материала. При этом достигается высококачественная полировка поверхности, с неровностями не более 1 нм (при обычной абразивной полировке неровности 10-50 нм).
Основным недостатком данного устройства является то, что при выбранных материале окна и типе лампы используется только длинноволновая часть вакуумного ультрафиолетового излучения 160-200 нм. Синтетический кварц не пропускает излучение короче 160 нм, а ксеноновая лампа излучает в диапазоне 147-200 нм.
Разложение воды с образованием ОН- происходит тем эффективнее, чем короче длина волны в области вакуумного ультрафиолета. В результате в данном устройстве приходится использовать более мощные лампы, особенно при процессе полировки, что увеличивает энергопотребление, удорожает устройство и требует принятия более жестких мер по защите персонала от УФ-излучения.
Целью создания настоящей полезной модели является повышение эффективности процесса очистки и полировки, и, за счет этого, снижение мощности используемого излучения.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве окно, отделяющее лампу от зоны обработки, выполнено из материала, пропускающего весь спектр вакуумного ультрафиолетового излучения в диапазоне 116-200 нм, а в качестве источника излучения выбрана лампа со спектром излучения в этом же диапазоне.
Окно выполнено из фторида магния.
В качестве источника вакуумного ультрафиолетового излучения выбрана криптоновая лампа барьерного разряда со спектром излучения 116-200 нм.
В качестве полировочной жидкости выбрана дистиллированная вода.
На чертеже (фиг.1) изображена схема предлагаемого устройства. Она содержит:
1 - корпус;
2 - криптоновая лампа барьерного разряда;
3 - окно из фторида магния;
4 - полировальная прокладка для установки образца;
5 - система подачи дистиллированной воды в зону обработки;
6 - обрабатываемый образец.
Устройство работает следующим образом:
Вакуумное ультрафиолетовое излучение от лампы 2 через окно 3 попадает на воду, подаваемую в зазор между образцом 6 и окном 3 с помощью системы подачи воды 5. Под воздействием излучения вода разлагается с образованием ионов ОН-. Ионы ОН- взаимодействуют с поверхностью образца, производя ее очистку или полировку в зависимости от мощности лампы.
Так как параметры лампы 2 и окна 3 выбраны такими, что излучение от лампы во всем диапазоне 116-200 нм попадает в воду, процесс разложения воды на ионы ОН- идет значительно интенсивнее, чем в прототипе.
В результате может быть использован источник излучения меньшей чем в прототипе мощности.
Пример реализации и использования.
2
Была использована криптоновая лампа барьерного разряда с торцевым выходом излучения собственного производства с плотностью мощности излучения 5 мВт/см. Излучение непрерывное. Максимум излучения на 147 нм, весь спектр излучения 116-200 нм.
2
В качестве отделяющего окна был взят диск из MgF толщиной 5 мм с пропусканием во всем интервале от 116 до 200 нм - от 60% до 80%.
В качестве полировочной жидкости использовали дистиллированную воду.
2
2
На фиг.2а и фиг.2б представлены зависимости эффективности образования ионов ОН- от длины волны излучения (т.е. квантовый выход реакции разложения жидкой воды) и величины коэффициента поглощения дистиллированной воды от длины волны излучения [2], подтверждающие увеличение количества образующихся ионов ОН- в единицу времени по сравнению с прототипом по меньшей мере в 20 раз. (Квантовый выход в целом увеличивается в 2-2,5 раза, а коэффициент поглощения почти на порядок, т.е. количество образовавшихся ионов ОН- раз в 20 больше.) В результате стало возможным использовать лампу с плотностью мощности излучения 5 мВт/см вместо используемой в прототипе лампы с плотностью мощности 50 мВт/см.
Представленные чертежи и описание позволяют, используя существующие материалы и технологии, изготовить предлагаемое устройство промышленным способом и использовать его для очистки и полировки поверхностей плоских оптических элементов.
[1] O.Kirino, T.Enomoto. Ultra-flat and ultra-smooth Cu surfaces produced by abrasive-free chemical-mechanical planarization/polishing using vacuum ultraviolet light. Precision Engineering, v.35, p.669-676, 2011.
[2] Зверева Г.Н. Исследование и оптимизация источников вакуумного ультрафиолетового излучения на основе плазмы инертных газов. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат.наук. Санкт-Петербург, 2010, с.141.