用于超光滑抛光的磁流变流体制造技术

用于基板表面的磁流变超光滑抛光的磁流变流体，包含：含水载体载剂；第一量的平均直径为1微米到2微米的磁性颗粒；以及第二量的平均直径为小于1纳米到15纳米的研磨剂颗粒。所述流体可进一步包含化学稳定剂。优选地，所述磁性颗粒的尺寸比所述研磨剂颗粒的尺寸大2至3个数量级。优选地，所述磁性颗粒是球形的且包括羰基铁，且优选地，所述研磨剂颗粒选自氧化铝、氧化锆、氧化铈、二氧化硅、碳化硼、碳化硅、天然金刚石、人造金刚石、以及它们的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于表面精加工的方法和设备；更具体地，本专利技术涉及用于表面磁流变精加工(MRF)(在本文中也称作“抛光”)的流体；且最具体地，本专利技术涉及能够在基板表面的磁流变抛光中提供原子水平(atomically)光滑表面的经改善的磁流变流体组合物和方法。
技术介绍
对于常规的光学、半导体技术、UV和x射线光学领域，具有小于0.15nm均方根粗糙度的超光滑表面技术正变得越来越重要。日益增加地，在多种技术先进的玻璃抛光应用例如光掩模坯件的生产、精密透镜和棱镜的制造、表面平面度的改善、以及降低作为实现更高水平的器件性能的关键的缺陷发生中，正在寻求更为精细的精加工抛光。假如能够得到高度熟练的光学仪器制造者的话，则一些已知的现有技术抛光技术(例如基于沥青或合成垫/盖板(lap)抛光机的现有技术抛光技术)能够产生这样的精密超光滑表面。但是，这样的常规方法具有低的产率，这是因为它们的不可预见性，需要很多次重复操作以实现所需的图形(形状，figure)和表面品质。因此，这些方法往往是相当耗时和耗材的且不是很适于大量生产这样的表面。通常地，通过以使得相对于平均表面的高频率空间不规则性最小化的方式移除或增加材料的不同机理来完成抛光。各种形式的磨蚀是用于产生超光滑表面的传统方法。几乎完美的光学抛光磨蚀过程在于球形颗粒弹性地压凹或穿透表面并且通过具有与穿透横截面成比例的横截面的材料来校准(gauge)刈幅(swath)。在所有情况中，通过传统上称为“盖板”的基准面来设法调整所述磨蚀。可存在与盖板的无接触、软接触或硬接触。所获得的光滑度随着如下变化：盖板以及研磨剂颗粒尺寸；它们与正在抛光的表面的物理和化学关系；含有研磨剂的液体载剂的物理和化学性质；以及抛光条件，例如压力、速度和温度。现有技术中的其中似乎存在工件与盖板的非直接连接的方法包括浮法抛光法和弹性发射法。在针对直径最高达10cm的平坦表面实施的浮法抛光过程中，将部件静置于波纹状的锡盖板上。流体动力举起部件高于盖板，因此，不存在与硬盖板材料的接触。由所述波纹激发的涡流使超细颗粒(通常为4-7nm直径的二氧化硅胶体)抵靠着所述表面旋动，轻缓地对其进行研磨。弹性发射抛光采用快速旋转的塑料球以产生湍流。在每种情况中，似乎存在工件与盖板的非直接连接(即，部件-研磨剂-盖板)。颗粒撞击到表面上，但被液体载剂缓冲。该过程似乎强烈地依赖于部件与盖板之间的间隙。因此，图形或形状受控于邻近的盖板表面。这些过程被开发以特别地用于半导体工业的低的表面下损伤要求，而且，似乎在该方面格外地成功。图形和光滑度也是优异的。实现了低至0.2nm rms(2-400次循环/mm，频带受限)的光滑度(在本文中也称作“粗糙度”)。在一些情形中，已经可信赖地报道了在相同频率范围中的低至0.135nm rms的粗糙度。软的盖板包括其中存在相当大的弹性回弹的发泡体和毡。如所期望的，使用细小颗粒与较软盖板的组合获得了更光滑的表面。在半导体工业中，各种该类型的盖板与微悬浮液(例如胶体二氧化硅)一起使用。但是，弹性盖板往往伴随着较长的空间频率扰动。因此，取决于盖板的性质且在某种程度上取决于抛光条件，存在产生称作“桔皮”的二维空间共振的趋势。对于最苛刻的光学表面，使用由沥青制成的硬盖板。沥青是这样的粘弹性流体材料，其逐渐地与规则表面相一致且允许研磨剂颗粒沉入至几乎相同的深度。该流体的行为几乎是纯粹地牛顿式的，且其粘度能够通过混合以及温度控制而得以精细地控制。其通常以在2～8×108泊范围内(用于金属)和在2～8×109泊范围内(用于玻璃)的粘度使用。由于这些高的粘度，该材料似乎在局部是相当刚性的，但是，其缓慢地发生与表面的自修正行为。对于非球形表面，其由一些种类的弹性垫支撑。本领域已知的是，粗糙度取决于抛光浆料中的颗粒尺寸及浓度。因此，为了实现最大的光滑度，必须以相当小的尺寸分布和相当高的颗粒浓度来使用小颗粒。刚好在颗粒将要消失于沥青表面之下时发生对于给定分布的最大光滑度。此时，已经将它们下压至几乎不变的高度，而且，采用最大量的颗粒以产生在每个颗粒上的最低负荷。该负荷不是完全相同的，因为最大的颗粒遇到较大的对于透入到沥青中的阻力，导致了提供所述负荷的在材料中的较大透入。采用这些技术，产生了接近0.1nm rms的表面，具有在5-400次循环/mm的空间频率范围内的0.08nm rms的较小读数。从以上的描述得出：接触和非接触式的常规抛光方法均能够在适当的条件下提供超光滑表面，其中，研磨剂粒度是限定接触区尺寸以及颗粒负荷的主要因素。在非接触式抛光中，颗粒的负荷得自颗粒与表面的碰撞，而且，与颗粒的质量或其直径的三次幂成比例，然而，在接触式抛光中，每个颗粒承受与其直径的平方成比例的负荷。粒度的降低导致颗粒负荷的显著降低，进而导致透入深度和粗糙度的降低。然而，与此同时，颗粒负荷的过分降低最终导致以韧性破坏方式或以脆性破坏方式提供拉伸破坏的极限表面拉伸强度的减小，换句话说，导致材料移除的逐渐消失。因此，为了降低表面粗糙度而进行的粒度降低具有取决于颗粒和表面性质的下限。低于50-100nm时，无法简单地通过使用越来越细小的研磨剂来得到越来越光滑的表面，因为单位负荷变得不可接受地低而且完全不发生基板移除。这样的细颗粒在本领域中称作“纳米颗粒”。通常，颗粒尺寸降低工艺已经突破了这样的一些界线(barrier)，超出该界线，则过去的定律不再必然适用。任何降低至纳米颗粒尺度的材料均能够突然表现得与其之前非常不同。是什么使得纳米颗粒如此独特呢？纳米范围内的颗粒具有两种特别的性质。首先，任何小于50nm的物质不再唯一地遵守经典物理学定律，而是遵守量子物理学定律。这意味着纳米颗粒能够呈现出与它们在颗粒家族中的较大相关物明显不同的其它光学、磁性或电性质。其次，随着粒度降低，颗粒质量与表面积之间的比率改变。这是因为物体变得越小，其表面积相对于其质量变得越大。随着颗粒变小而逐渐发展的表面积与体积的比率的提高导致颗粒表面上的原子的行为相对于颗粒内部的原子的行为越来越占支配地位。格外大的相对表面积以及增大的表面/体积比率使得纳米颗粒能够发挥出对于其环境的更强的影响并与其它物质反应。具体地说，与具有晶体结构的纳米颗粒的内部中的原子相比，该颗粒在其表面上具有更多的不太强烈结合的原子。考虑到它们的不稳定状况，所述原子具有反应性。颗粒越本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于基板表面的磁流变超光滑抛光的磁流变流体，包含：含水载体载剂；第一量的具有第一平均直径的磁性颗粒；以及第二量的具有第二平均直径的研磨剂颗粒，其中所述第一平均直径比所述第二平均直径大2至3个数量级。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.07.18 US 13/551,7861.用于基板表面的磁流变超光滑抛光的磁流变流体，包含：
含水载体载剂；
第一量的具有第一平均直径的磁性颗粒；以及
第二量的具有第二平均直径的研磨剂颗粒，
其中所述第一平均直径比所述第二平均直径大2至3个数量级。
2.权利要求1的磁流变流体，其中，所述第一平均直径为1微米到2
微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：W科顿斯基，S戈罗德金，E奥斯瓦尔德，
申请(专利权)人：QED技术国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US