АБРАЗИВНАЯ СУСПЕНЗИЯ Российский патент 1998 года по МПК C30B33/00 C30B29/06 C09G1/02 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при изготовлении охлаждаемых и неохлаждаемых зеркал из поликристаллического кремния для высокоэнергетических лазерных систем, в том числе космического базирования.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является абразивная суспензия для полупроводниковых материалов, содержащая алмазный порошок и этиловый спирт. Этот состав может быть использован для оптической обработки зеркал из поликристаллического кремния со следующими параметрами поверхности:
шероховатость R_Z, мкм 0,05
класс чистоты P VII
среднеквадратичное отклонение σ мкм 0,8
К зеркалам же высокоэнергетических лазерных систем предъявляются более высокие требования по качеству оптической поверхности:
шероховатость R_Z, мкм 0,025
класс чистоты P III
среднеквадратичное отклонение s мкм 0,1
Невозможность использования известных полировальных составов для изготовления данных зеркал объясняется тем, что поликристаллический кремний содержит большое количество структурных дефектов.

Анализ поликристаллического кремния показал, что материал имеет дендритную структуру. В плоскости заготовки преимущественно распределение зерна с плоскостью (111) и (110) зерна имеют чечевицеподобную форму (длина 190-210 мкм, ширина 30-40 мкм). Материал также характеризуется следующими примесями (до 0,5 мас.) Fe, Cu, Zn, Mg, Ga, Br, Na, Al, P, S, Cl, K, Ca, Ti.

Характер структуры предопределяет анизотропию механических свойств, а также большие внутренние напряжения.

Показано, что при полировании зеркал из поликристаллического кремния происходит травление оптической поверхности, имеющее локальный характер (фиг. 1 и 2). Очевидно, что образование ямок травления происходит не хаотически, а начинается в энергетически благоприятных местах в точках структурной или химической неоднородности. Такими неоднородностями помимо дефектов структуры могут быть дефекты нарушенного слоя, который всегда присутствует на поверхности кремния, прошедшего механическую обработку. Таким образом, анализ существующих полировальных составов, созданных для оптической обработки зеркал показал, что не существует составов, позволяющих получать оптическую поверхность требуемого качества на зеркалах из поликристаллического кремния, в том числе крупногабаритных для лазерных систем космического базирования.

Целью изобретения является улучшение качества оптической поверхности, преимущественно при полировании зеркал из поликристаллического кремния для лазерных систем.

Поставленная цель достигается тем, что абразивная суспензия для полирования полупроводниковых материалов, содержащая алмазный порошок и воду, дополнительно содержит кислый фторид натрия при следующих соотношениях компонентов, мас.

кислый фторид натрия 1-5
алмазный порошок 1-3
вода дистиллированная остальное.

Именно данное вещество в заявляемой суспензии при соответствующих концентрациях придает ей новое неизвестное ранее свойство: кислый фторид натрия образует комплексы типа Me_n[SiF₆] которые, создавая защитную пленку на полируемой поверхности, препятствуют окислению и, как результат улучшение качества оптической поверхности зеркал из поликристаллического кремния, возможность получения оптических элементов с требуемыми характеристиками.

Сопоставимый анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая суспензия отличается тем, что она дополнительно содержит кислый фторид натрия. Кислый фторид натрия в абразивной суспензии для получения высококачественной оптической поверхности на зеркалах из полупроводниковых материалах применен впервые.

Конкретные примеры приготовления суспензий для полирования зеркал из поликристаллического кремния.

Берут навеску кислого фторида натрия и растворяют в дистиллированной воде. К полученному раствору добавляют микропорошок алмазов и тщательно перемешивают при комнатной температуре до образования однородной суспензии. Рецептуры для приготовления 100 г суспензии для полирования зеркал из поликристаллического кремния приведены в таблице.

Сравнительные испытания предлагаемой суспензии и суспензии, выбранной за прототип, проводились на зеркалах из поликристаллического кремния диаметром 100 мм.

Качество исходной поверхности составляло:
шероховатость l_Z, мкм 0,1
класс чистоты Р VII
среднеквадратичное отклонение,
s, мкм 2.

Оптическая обработка производилась на станке марки ЗПД-320. Время обработки детали 5 ч. После окончания обработки детали промывали и проводили контроль качества оптической поверхности. Класс чистоты оценивался визуально с помощью лупы х6. Класс шероховатости определялся на профилографе - профилометре модель Тейлисерф 6 фирмы РЭНК Тейлор, Англия. Среднеквадратичное отклонение рассчитывалось по интерферограммам, полученных на приборе ИТ-100. Результаты измерений представлены в таблице.

Зеркала из поликристаллического кремния отличаются от известных меньшим весом, высокой временной стабильностью оптической поверхности, малыми значениями коэффициента термических деформаций, устойчивостью оптической поверхности к тепловым нагрузкам. Однако поликристаллический кремний существенно отличается от монокристаллического, что сказывается на процессе оптического формообразования высокоточных поверхностей.

Результаты испытаний таблицы показывают следующее.

1. Только заявляемая совокупность компонентов суспензии обеспечивает улучшение по сравнению с прототипом качества полируемой оптической поверхности.

2. Заявляемая суспензия позволяет повысить шероховатость и чистоту обрабатываемой поверхности на 1-2 класса.

3. Оптимальной концентрацией кислого фтористого натрия в полировальной суспензии является концентрация 1-5 мас. При содержании в полировальной суспензии кислого фторида натрия менее 1% и более 5% положительный эффект не обнаруживается.

4. Заявляемая суспензия может быть рекомендована для оптической обработки зеркал из поликристаллического кремния.

Использование: для высокоэнергетических лазерных систем. Сущность изобретения: абразивная суспензия для полирования полупроводниковых материалов содержит кислый фторид натрия, алмазный микропорошок и воду дистиллированную при их следующем соотношении, в мас. %: кислый фторид натрия 1-5, алмазный микропорошок 1-3, вода дистиллированная - остальное. Изобретение позволяет повысить качество оптической поверхности. 1 табл., 2 ил.

Абразивная суспензия для полирования полупроводниковых материалов, содержащая алмазный микропорошок и воду дистиллированную, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества поверхности преимущественно при полировании зеркал из поликристаллического кремния для лазерных систем, она дополнительно содержит кислый фторид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.

Кислый фторид натрия 1 5
Алмазный микропорошок 1 3
Вода дистиллированная Остальноеп