[發(fā)明專(zhuān)利]用于超光滑拋光的磁流變流體

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380038308.9
• 申請(qǐng)日: 2013-07-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104487204B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W.科頓斯基;S.戈羅德金;E.奧斯瓦爾德
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: QED技術(shù)國(guó)際股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B24B1/00
• 分類(lèi)號(hào): B24B1/00;C09K3/14
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 邢岳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于表面精加工的方法和設(shè)備；更具體地，本發(fā)明涉及用于表面磁流變精加工(MRF)(在本文中也稱(chēng)作“拋光”)的流體；且最具體地，本發(fā)明涉及能夠在基板表面的磁流變拋光中提供原子水平(atomically)光滑表面的經(jīng)改善的磁流變流體組合物和方法。

背景技術(shù)

對(duì)于常規(guī)的光學(xué)、半導(dǎo)體技術(shù)、UV和x射線(xiàn)光學(xué)領(lǐng)域，具有小于0.15nm均方根粗糙度的超光滑表面技術(shù)正變得越來(lái)越重要。日益增加地，在多種技術(shù)先進(jìn)的玻璃拋光應(yīng)用例如光掩模坯件的生產(chǎn)、精密透鏡和棱鏡的制造、表面平面度的改善、以及降低作為實(shí)現(xiàn)更高水平的器件性能的關(guān)鍵的缺陷發(fā)生中，正在尋求更為精細(xì)的精加工拋光。

假如能夠得到高度熟練的光學(xué)儀器制造者的話(huà)，則一些已知的現(xiàn)有技術(shù)拋光技術(shù)(例如基于瀝青或合成墊/蓋板(lap)拋光機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)拋光技術(shù))能夠產(chǎn)生這樣的精密超光滑表面。但是，這樣的常規(guī)方法具有低的產(chǎn)率，這是因?yàn)樗鼈兊牟豢深A(yù)見(jiàn)性，需要很多次重復(fù)操作以實(shí)現(xiàn)所需的圖形(形狀，figure)和表面品質(zhì)。因此，這些方法往往是相當(dāng)耗時(shí)和耗材的且不是很適于大量生產(chǎn)這樣的表面。

通常地，通過(guò)以使得相對(duì)于平均表面的高頻率空間不規(guī)則性最小化的方式移除或增加材料的不同機(jī)理來(lái)完成拋光。各種形式的磨蝕是用于產(chǎn)生超光滑表面的傳統(tǒng)方法。幾乎完美的光學(xué)拋光磨蝕過(guò)程在于球形顆粒彈性地壓凹或穿透表面并且通過(guò)具有與穿透橫截面成比例的橫截面的材料來(lái)校準(zhǔn)(gauge)刈幅(swath)。在所有情況中，通過(guò)傳統(tǒng)上稱(chēng)為“蓋板”的基準(zhǔn)面來(lái)設(shè)法調(diào)整所述磨蝕。可存在與蓋板的無(wú)接觸、軟接觸或硬接觸。所獲得的光滑度隨著如下變化：蓋板以及研磨劑顆粒尺寸；它們與正在拋光的表面的物理和化學(xué)關(guān)系；含有研磨劑的液體載劑的物理和化學(xué)性質(zhì)；以及拋光條件，例如壓力、速度和溫度。

現(xiàn)有技術(shù)中的其中似乎存在工件與蓋板的非直接連接的方法包括浮法拋光法和彈性發(fā)射法。

在針對(duì)直徑最高達(dá)10cm的平坦表面實(shí)施的浮法拋光過(guò)程中，將部件靜置于波紋狀的錫蓋板上。流體動(dòng)力舉起部件高于蓋板，因此，不存在與硬蓋板材料的接觸。由所述波紋激發(fā)的渦流使超細(xì)顆粒(通常為4-7nm直徑的二氧化硅膠體)抵靠著所述表面旋動(dòng)，輕緩地對(duì)其進(jìn)行研磨。彈性發(fā)射拋光采用快速旋轉(zhuǎn)的塑料球以產(chǎn)生湍流。

在每種情況中，似乎存在工件與蓋板的非直接連接(即，部件-研磨劑-蓋板)。顆粒撞擊到表面上，但被液體載劑緩沖。該過(guò)程似乎強(qiáng)烈地依賴(lài)于部件與蓋板之間的間隙。因此，圖形或形狀受控于鄰近的蓋板表面。這些過(guò)程被開(kāi)發(fā)以特別地用于半導(dǎo)體工業(yè)的低的表面下?lián)p傷要求，而且，似乎在該方面格外地成功。圖形和光滑度也是優(yōu)異的。實(shí)現(xiàn)了低至0.2nm rms(2-400次循環(huán)/mm，頻帶受限)的光滑度(在本文中也稱(chēng)作“粗糙度”)。在一些情形中，已經(jīng)可信賴(lài)地報(bào)道了在相同頻率范圍中的低至0.135nm rms的粗糙度。

軟的蓋板包括其中存在相當(dāng)大的彈性回彈的發(fā)泡體和氈。如所期望的，使用細(xì)小顆粒與較軟蓋板的組合獲得了更光滑的表面。在半導(dǎo)體工業(yè)中，各種該類(lèi)型的蓋板與微懸浮液(例如膠體二氧化硅)一起使用。但是，彈性蓋板往往伴隨著較長(zhǎng)的空間頻率擾動(dòng)。因此，取決于蓋板的性質(zhì)且在某種程度上取決于拋光條件，存在產(chǎn)生稱(chēng)作“桔皮”的二維空間共振的趨勢(shì)。

對(duì)于最苛刻的光學(xué)表面，使用由瀝青制成的硬蓋板。瀝青是這樣的粘彈性流體材料，其逐漸地與規(guī)則表面相一致且允許研磨劑顆粒沉入至幾乎相同的深度。該流體的行為幾乎是純粹地牛頓式的，且其粘度能夠通過(guò)混合以及溫度控制而得以精細(xì)地控制。其通常以在2～8×10⁸泊范圍內(nèi)(用于金屬)和在2～8×10⁹泊范圍內(nèi)(用于玻璃)的粘度使用。由于這些高的粘度，該材料似乎在局部是相當(dāng)剛性的，但是，其緩慢地發(fā)生與表面的自修正行為。對(duì)于非球形表面，其由一些種類(lèi)的彈性墊支撐。

本領(lǐng)域已知的是，粗糙度取決于拋光漿料中的顆粒尺寸及濃度。因此，為了實(shí)現(xiàn)最大的光滑度，必須以相當(dāng)小的尺寸分布和相當(dāng)高的顆粒濃度來(lái)使用小顆粒。剛好在顆粒將要消失于瀝青表面之下時(shí)發(fā)生對(duì)于給定分布的最大光滑度。此時(shí)，已經(jīng)將它們下壓至幾乎不變的高度，而且，采用最大量的顆粒以產(chǎn)生在每個(gè)顆粒上的最低負(fù)荷。該負(fù)荷不是完全相同的，因?yàn)樽畲蟮念w粒遇到較大的對(duì)于透入到瀝青中的阻力，導(dǎo)致了提供所述負(fù)荷的在材料中的較大透入。采用這些技術(shù)，產(chǎn)生了接近0.1nm rms的表面，具有在5-400次循環(huán)/mm的空間頻率范圍內(nèi)的0.08nm rms的較小讀數(shù)。