基于微波协助的化学机械抛光装置及利用其抛光CaF2晶片的方法，它涉及抛光装置及抛光方法。它是要解决现有的CaF2光学元件的抛光方法易对晶体表面造成褶皱、划痕、碎裂且抛光效率低的技术问题。本装置包括抛光机、抛光垫、微波发生器、抛光工具、配重块和抛光液容器；抛光垫设置在抛光机的旋转平台上表面；微波发生器设置在旋转平台的下方。抛光方法：一、将待抛光的晶片固定在抛光工具头下侧，将羊毛毡抛光垫置于旋转平台上，滴加金刚砂悬浮液打磨；二、用沥青抛光盘先抛光，再开启微波发生器继续抛光，最后滴加水溶性SiO2胶体继续抛光，得到精抛晶片；三、清洗、吹干。精抛CaF2晶片的粗糙度Ra小于2nm，可用于光学领域。可用于光学领域。可用于光学领域。
【技术实现步骤摘要】
基于微波协助的化学机械抛光装置及利用其抛光CaF2晶片的方法
[0001]本专利技术涉及抛光装置及抛光晶片的方法。
技术介绍
[0002]CaF2是一种重要的光功能材料，具有较宽的透光范围(125～10000nm)，可覆盖从远紫外到中红外较宽的光谱范围；透过率高，在紫外波段的透射率可达90％以上，在紫外波段拥有其他材料无可比拟的透光性能，经过特殊加工工艺处理的CaF2晶体，可使其内部透射率达到99.8％；折射率低，在125～10000透光范围内的折射率为1.438～1.300，这使得CaF2成功应用于防反射膜的制备。除此以外，CaF2还具有优异的热光补充性、较高的抗激光损伤阈值以及良好的消色差和复消色差能力等特性。在紫外光学系统中，高能量的激光使得对光学元件的激光损伤阈值和透射性能有很高的要求。因此，CaF2成为了紫外光学系统中最理想的材料。然而，CaF2由于其硬度低、脆性大以及热传导率低等特性，使得在工艺加工的过程中容易在表面出现划痕、破裂等表面或亚表面缺陷，破坏晶体表面的完整程度。
[0003]为了获得拥有光滑表面的CaF2光学元件，一般采用传统的机械抛光、单点金刚石车削加工和化学机械抛光等手段对CaF2晶体元件进行加工。采用传统的机械抛光对CaF2表面进行加工时，因材料表面的力学性能会随着晶相的改变而发生变化，晶体表面会出现扇形褶皱；采用单点金刚石抛光技术同样也会使得CaF2晶体表面出现划痕、碎裂等损伤；化学机械抛光因抛光效率低需要长时间的抛光，使得磨粒会嵌入晶体表面，影响晶体表面的完整性。这些抛光技术手段都存在一定的弊端，为了获得拥有更加光滑表面的CaF2晶体元件，需要进一步改进当前的抛光技术。
技术实现思路
[0004]本专利技术是要解决现有的CaF2光学元件的抛光方法易对CaF2晶体表面造成褶皱、划痕、碎裂且抛光效率低的技术问题，而提供基于微波协助的化学机械抛光装置及利用其抛光CaF2晶片的方法。
[0005]本专利技术的基于微波协助的化学机械抛光装置包括抛光机1、抛光垫2、微波发生器3、抛光工具4、配重块5、抛光液容器6；
[0006]其中抛光机1由旋转平台1
‑
1和驱动电机1
‑
2组成；抛光垫2设置在旋转平台1
‑
1上表面；微波发生器3设置在旋转平台1
‑
1的下方；
[0007]抛光工具4由抛光工具头4
‑
1和控制电机4
‑
2组成；配重块5设置在抛光工具头4
‑
1上；用于对固定于抛光工具头4
‑
1下侧的CaF2晶片施加压力；
[0008]抛光液容器6下部设置流出管并设置控制阀6
‑
1；
[0009]抛光垫2有两种，分别为羊毛毡抛光垫、盘面呈网格状的沥青抛光盘。
[0010]利用上述的基于微波协助的化学机械抛光装置抛光CaF2晶片的方法，按以下步骤进行：
[0011]一、将待抛光的CaF2晶片固定在抛光工具头4
‑
1下侧，将羊毛毡抛光垫置于抛光机1的旋转平台1
‑
1上，将旋转平台1
‑
1的转速调整至50～120rpm，抛光工具头4
‑
1的转速调整至45～85rpm，同时调整配重块5重量将配重压力控制在50～100g/cm2，开启抛光机1和抛光工具4滴加金刚砂悬浮液打磨至晶体元件表面色泽均匀，且无肉眼分辨的划痕；用超纯水将CaF2晶片清洗干净；
[0012]二、用盘面呈网格状的沥青抛光盘替换羊毛毡抛光垫，将旋转平台1
‑
1的转速调整至35～60rpm，抛光工具头4
‑
1的转速调整至50～70rpm，同时调整配重块5重量将配重压力控制在50～100g/cm2，开启抛光机1和抛光工具4先抛光30～50min，然后再开启微波发生器3，在微波的输出功率为5～10W的条件下，继续抛光30～50min；再将水溶性SiO2胶体滴加在旋转的CaF2晶片表面，继续抛光30～50min，得到精抛CaF2晶片；
[0013]三、将精抛CaF2晶片清洗干净，再用异丙醇浸泡12～18s，最后用40～50℃的高纯氦气沿表面吹干，完成CaF2晶片的抛光。
[0014]更进一步地，步骤一中所述的滴加金刚砂悬浮液打磨，具体是先将粒径为110～160nm的金刚砂悬浮液滴加在旋转的CaF2晶片表面，粗磨10～15min；再将粒径为60～80nm的金刚砂悬浮液滴加在旋转的CaF2晶片表面，粗磨10～20min；最后将加粒径为35～45nm的金刚砂悬浮液滴加在旋转的CaF2晶片表面磨至晶体元件表面色泽均匀，且无肉眼分辨的划痕。
[0015]更进一步地，步骤二中所述的水溶性SiO2胶体中的胶体粒径为120～140nm。
[0016]更进一步地，步骤三中所述的对精抛CaF2晶片进行清洗，具体是精抛CaF2晶片依次用石油醚、酒精清洗干净；然后用研磨抛光清洗剂浸泡10～20s，用超纯水清洗干净。
[0017]本专利技术通过微波辅助化学机械抛光，微波透入抛光界面时，由于微波能与抛光液介质发生一定的相互作用，使得介质产生强烈的振动，这种振动能够加速抛光液的加速与乳化，进而促进液体介质与加工元件之间的反应。除此之外，介质的振动使得分子之间相互摩擦，造成介质的温度开始升高。此外，微波对介质材料是瞬时加热升温，升温速度快，而且，微波的输出功率可调，介质也能够很快的响应，温度随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和生产连续化生产的需要。在本专利技术的抛光工艺过程中，因为水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也比CaF2晶片大很多，所以抛光液首先被微波迅速升温。同时微波还作为一种清洗技术，可以去除材料表面残留的污染物杂质及缺陷，如抛光粉颗粒、化学反应生成物等。利用本专利技术的方法得到的CaF2晶片的的粗糙度Ra小于2nm，实现晶体元件高效抛光获取超光滑表面。
[0018]本专利技术可用于光功能材料加工领域。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的基于微波协助的化学机械抛光装置的结构示意图；图中1为抛光机，1
‑
1为旋转平台，1
‑
2为驱动电机，2为抛光垫，3为微波发生器，4为抛光工具，4
‑
1为抛光工具头，4
‑
2为控制电机，5为配重块，6为抛光液容器，6
‑
1为控制阀；
[0020]图2是实施例1步骤一中待抛光的CaF2晶片的XRD谱图；
[0021]图3是实施例1步骤一中待抛光的CaF2晶片的扫描电镜照片；
[0022]图4是实施例1步骤二中得到的CaF2晶片的扫描电镜照片；
[0023]图5是实施例1步骤三中得到的CaF2晶片的扫描电镜照片；
[0024]图6是实施例1步骤五中得到的CaF2晶片的扫描电镜照片；
[0025]图7是实施例1步骤五中得到的CaF本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于微波协助的化学机械抛光装置，其特征在于该装置包括抛光机(1)、抛光垫(2)、微波发生器(3)、抛光工具(4)、配重块(5)、抛光液容器(6)；其中抛光机(1)由旋转平台(1
‑
1)和驱动电机(1
‑
2)组成；抛光垫(2)设置在旋转平台(1
‑
1)上表面；微波发生器(3)设置在旋转平台(1
‑
1)的下方；抛光工具(4)由抛光工具头(4
‑
1)和控制电机(4
‑
2)组成；配重块(5)设置在抛光工具头(4
‑
1)上；抛光液容器(6)下部设置流出管并设置控制阀(6
‑
1)；抛光垫(2)有两种，分别为羊毛毡抛光垫和盘面呈网格状的沥青抛光盘。2.利用权利要求1所述的基于微波协助的化学机械抛光装置抛光CaF2晶片的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、将待抛光的CaF2晶片固定在抛光工具头(4
‑
1)下侧，将羊毛毡抛光垫置于抛光机(1)的旋转平台(1
‑
1)上，将旋转平台(1
‑
1)的转速调整至50～120rpm，抛光工具头(4
‑
1)的转速调整至45～85rpm，同时调整配重块(5)重量将配重压力控制在50～100g/cm2，开启抛光机(1)和抛光工具(4)滴加金刚砂悬浮液打磨至晶体元件表面色泽均匀，且无肉眼分辨的划痕；用超纯水将CaF2晶片清洗干净；二、用盘面呈网格状的沥青抛光盘替换羊毛毡抛光垫，将旋转平台(...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨春晖，黄孝勇，雷作涛，郝树伟，尚云飞，朱崇强，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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