[发明专利]一种钇铝石榴石晶体的高效化学机械抛光方法

说明书

本发明属于硬脆材料超精密加工领域，提供一种钇铝石榴石晶体的高效化学机械抛光方法。该方法包含以下步骤：1)室温下，将磨料氧化锆、化学反应试剂氢氧化钠、添加剂加入去离子水中，超声震荡配制化学机械抛光液；2)采用IC1000抛光垫作为化学机械抛光用抛光垫，修整抛光垫；3)选取工艺参数，对钇铝石榴石晶片进行化学机械抛光。通过本发明，可以较高的材料去除率获得低损伤的钇铝石榴石晶片。

技术领域

本发明属于硬脆材料超精密加工领域，涉及一种激光晶体材料的加工，特别涉及到钇铝石榴石晶体的化学机械抛光的方法。

背景技术

钇铝石榴石晶体(YAG)是固体激光器中应用最为广泛的增益介质基质材料。目前，YAG晶体的抛光工艺中普遍采用金刚石或Al₂O₃等硬磨料进行抛光，存在加工效率低、表面及亚表面损伤严重等问题。化学机械抛光是一种通过抛光液的化学腐蚀作用和抛光液中磨料的机械作用协同配合来实现对YAG晶体表面进行光整加工的加工方法。通过化学机械抛光，可以快速获得低损伤甚至无机械加工损伤的YAG晶体。

将工件以待加工表面与抛光垫接触，在一定的压力作用下进行加工。抛光液中的化学物质可以与工件表面发生化学反应，对其进行刻蚀，形成软化层，同时进行机械去除。

抛光液一般由磨料、化学反应剂及添加剂组成。在加工过程中，抛光液中的磨料通过划擦和挤压工件表面起到主要的机械去除作用。化学反应剂在化学机械抛光过程中起到进行化学反应的作用，可以软化或直接腐蚀工件表面。化学反应剂同时还可以调节抛光液体系中的酸碱度、改变磨料在抛光液中的电荷量进而影响抛光液的分散能力。添加剂的种类有很多，包括改善抛光液体系分散性的分散剂、起到润湿作用的乳化剂、起到消泡作用的消泡剂、增泡作用的起泡剂等。

目前，鲜少有针对YAG晶体抛光的公开或授权专利。在论文报道中，针对YAG晶体的化学机械抛光普遍采用硅溶胶磨料、中性或弱酸碱性抛光液，但是该方法抛光效率低、化学反应也不是很明确。加州大学洛杉矶分校的J Mc Kay在博士论文中提到使用硅溶胶及氢氧化钠配制抛光液进行化学机械抛光，获得YAG晶体纳米级粗糙度表面，但是材料去除率仅有0.3nm/min。滕霖在《钇铝石榴石(YAG)和钆镓石榴石(GGG)外延衬底的超精密制备技术》(中国机械工程,1997,5:86-87+108.)论文中使用硅溶胶中加入硅酸钠、盐酸、氯化钙等试剂配制化学机械抛光液，抛光时间为3-4小时。

发明内容

为了解决现存的YAG晶体化学机械抛光方法存在的抛光液类别单一、去除效率低和成品抛光液组分复杂难控制等问题，本发明提出一种用来对YAG晶体高效化学机械抛光的方法，通过该配方配置的化学机械抛光液，在IC1000抛光垫上，以规定的工艺参数进行化学机械抛光试验，可以以2nm/min左右的材料去除率，加工1小时即可获得表面粗糙度Ra小于1nm的YAG晶体表面。

本发明采用的技术方案为：

一种钇铝石榴石晶体的高效化学机械抛光方法，包含以下步骤：

第一步，配制化学机械抛光液

室温下，将磨料氧化锆、化学反应试剂氢氧化钠、添加剂加入去离子水中，超声设备中震荡30min得到化学机械抛光液，所述的添加剂为十二烷基苯磺酸钠、聚甲基丙烯酸纳、异丙醇、聚乙二醇20000的一种或两种以上组合物。

化学机械抛光液中，所述的氧化锆浓度为0.04～0.1g/ml，氧化锆粒径为0.03-1μm；所述的氢氧化钠浓度为0.03～0.07g/ml；所述的十二烷基苯磺酸钠浓度为0.25g/L，聚甲基丙烯酸纳浓度为2g/L，异丙醇浓度为2g/L或聚乙二醇20000浓度为1g/L。

化学机械抛光液中，所述的氧化锆浓度优选为0.04g/ml，氧化锆粒径优选为1μm；所述的氢氧化钠浓度优选为0.07g/ml。