CN101481586B - 一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非水基无磨料化学机械抛光液，适用于软脆易潮解晶体的抛光。其组成成分是：按重量百分比，油相为40～65％，去离子水为10～22％，余量为表面活性剂。油相为醇或酯的一种，表面活性剂可以采用非离子表面活性剂高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚或聚氧乙烯酰胺的一种。其有益效果是该抛光液配制方法简单，流动性好，无毒、无污染、无腐蚀，稳定性好，不易挥发，使用寿命长。被抛样品表面光洁，粗糙度可达1.7nm，表面无划痕、损伤等缺陷，在室温密闭条件下可以永久保存。
Description
技术领域
本发明涉及一种化学机械抛光用抛光液，特别涉及软脆易潮解功能晶体的化学机械抛光液。
背景技术
随着美国国家点火装置(NIF)的即将运行和我国神光-III激光惯性约束核聚变装置的开工，软脆易潮解磷酸二氢钾晶体(KDP晶体)作为一种不可替代的倍频晶体和电光开关元件得到越来越多的关注。如何获得超光滑高完整性表面，高抗激光损伤阈值的大尺寸晶体成为众多学者研究的热点。但是其软脆、易溶于水等特点使KDP晶体成为极难加工材料。目前，国内外研究单位均采用金刚石飞刀切削(SPDT)和磁流变抛光(MRF)技术来获得超光滑表面。但是，采用SPDT技术在被加工表面容易残留周期性小尺度波纹，波纹沿刀具旋转方向形成类似光栅的结构，有明显的色散现象，形成强激光非线性增长的噪声源，在高功率下容易形成自聚焦丝状破坏，最终恶化系统输出的光束质量，严重的甚至导致光学元件的激光破坏；采用磁流变抛光容易产生磨料嵌入现象，影响系统光学输出。
2006年11月，申请号为200610014296.8的中国专利公开了一种用于磷酸氧钛钾晶体的化学机械抛光液，该抛光液主要由SiO2溶胶和去离子水以及其他化学成分组成。此发明主要针对不潮解晶体的化学机械抛光，对于易潮解晶体来说难以控制材料去除率，因而无法获得超光滑表面。
2006年11月，申请号为200610013980.4的中国专利公开了一种用于易潮解硼酸锂铯晶体化学机械抛光的无水抛光液，该抛光液由纳米SiO2磨料、有机溶剂、有机碱和表面活性剂组成。由于此抛光液含有硬度相对较高的SiO2磨料，对于硬度较软的易潮解晶体加工来说容易产生磨料嵌入现象，从而引起表面缺陷，影响晶体的实际使用。
2008年11月，申请号为200810064046.4的中国专利公开了用于磷酸二氢钾晶体(KDP晶体)的潮解抛光方法。该方法以金刚石飞刀切削加工为前序步骤，工序复杂，实际使用成本较高；而且使用水和酒精的混合液蒸汽作为抛光液，如果清洗过程操作不当，容易造成晶体表面雾化现象。
化学机械抛光已经广泛用于各种材料的加工，包括半导体、晶体、玻璃等等。与其它加工工艺相比化学机械抛光有如下突出的优点：没有或有很小的表面和亚表面损伤；可以消除表面的缺陷；具有很高的去除率，而且是高效和低成本的。在化学机械抛光中抛光液对材料的去除和表面质量有很大的影响。对于软脆易潮解KDP晶体来说，使用传统的水基有磨料抛光液不利于控制材料去除率，并且容易产生磨料嵌入现象，因而无法获得超光滑高完整性表面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液，克服上述加工方法和传统水基化学机械抛光液的缺陷和不足，满足实际使用需要，得到高质量的晶体表面，提高加工效率，降低生产成本。
本发明采用的技术方案是：
通过油/水/表面活性剂三相图来确定油包水型单相区，在此区域内选取不同含水量的抛光液，利用易潮解晶体易溶于水这一特性来控制晶体表面材料去除率，从而获得高完整性表面。
抛光液为油包水型微乳液，抛光液的组成成分如下：按重量百分比，油相为40～65％，去离子水为10～22％，余量为表面活性剂。油相为醇类中的一种或酯类中的一种，它们无毒、不易挥发、粘度适中，适宜做抛光液基载液；表面活性剂可以采用非离子表面活性剂高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯酰胺的一种，非离子表面活性剂的选择减少了金属离子对晶体表面雾化的影响。
本发明的效果和益处是与传统的化学机械抛光液不同，是一种非水基无磨料抛光液，完全通过抛光垫与晶体间的摩擦作用来去除表面材料。非离子型表面活性剂的选择避免了由于金属离子的引入而产生的表面雾化现象。该抛光液配制方法简单，流动性好，无毒、无污染、无腐蚀，稳定性好，不易挥发，使用寿命较长。被抛样品表面光洁，粗糙度可达1.7nm，表面无划痕无损伤等缺陷。在室温密闭条件下可以永久保存。
具体实施方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
油/水/表面活性剂三相图中油包水型单相区的确定：配制不同比例的油、表面活性剂混合液，分别向其中逐滴加入去离子水，并充分搅拌，记录溶液由透明变浑浊和由浑浊变透明时的水量，换算成对应的各组分百分比。在三相图中连接所记录的点，这些点围成的区域即为油包水型单相区。在此区域内选取含水量不同的点即为所需微乳液型抛光液。
实施例1：选取抛光液A(十二醇60％，去离子水12％，聚乙二醇辛基苯基醚28％)进行KDP晶体抛光实验：压力为90kPa，抛光盘转速是100r/min，抛光液流量为10ml/min。抛光20分钟后测得表面粗糙度为1.73nm rms；去除率为458.7nm/min。
实施例2：选取抛光液B(十二醇54％，去离子水16％，聚乙二醇辛基苯基醚30％)进行KDP晶体抛光实验：压力为90kPa，抛光盘转速是100r/min，抛光液流量为10ml/min。抛光10分钟后测得表面粗糙度为3.774nm rms；去除率为823.7nm/min。
实施例3：选取抛光液C(十二醇45％，去离子水20％，聚乙二醇辛基苯基醚35％)进行KDP晶体抛光实验：压力为90kPa，抛光盘转速是100r/min，抛光液流量为10ml/min。抛光8分钟后测得表面粗糙度为10.87nm rms；去除率为1831.2nm/min。
Claims (1)
1.一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液，其特征在于：抛光液的组成成分按重量百分比如下：油相为40～65％，去离子水为10～22％，余量为表面活性剂；油相为十二醇；表面活性剂为壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚或聚氧乙烯酰胺的一种。
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