[发明专利]一种用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液

说明书

本发明提供了一种用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液，所述抛光液由油相、分散相溶剂、酸性离子液体（AIL）、表面活性剂以及助表面活性剂组成。在表面活性剂和助表面活性剂的作用下，AIL溶液作为分散相被包覆在油相中，形成油包酸性离子液体微乳液（AIL/O）。在化学机械抛光时，AIL/O微乳液受到挤压和摩擦作用，AIL分子突破界面膜达到晶体表面，并与表面凸起部位发生化学反应，实现表面的选择性去除。本发明的用于KDP晶体的AIL/O抛光液，制备简单、性质稳定，综合考虑了KDP晶体的反应特性和化学机械抛光技术的特点，既具备了微乳液潮解抛光的高选择性，又兼容了有机酸/碱腐蚀抛光的优点，能够有效的削弱飞切刀纹，降低表面粗糙度，并且表面无残留。

技术领域

本发明属于超精密加工和功能化微乳液合成的交叉应用领域，具体涉及一种用于KDP晶体的油包酸性离子液体抛光液。

背景技术

磷酸二氢钾（KDP）晶体是20世纪40年代发展起来的一种非常优良的光学晶体，是目前唯一可用于ICF、强激光武器等光路系统的激光倍频、电光调制和光电开关器件的非线性光学材料。工程应用中对KDP晶体的表面质量要求极高，如超光滑、无表面缺陷、无应力残余和无杂质残留等，近乎材料加工的极限。然而，KDP晶体材料本身具有软脆、易潮解、对温度变化敏感以及各向异性等特点，被公认为最难加工的光学元件之一。对于KDP晶体这类软脆材料，获得超光滑表面非常困难。目前国内外工程应用中比较成熟的超精密加工方法主要是单点金刚石飞切（SPDT）技术和磁流变抛光技术（MRF），美国LLNL实验室和我国哈尔滨工业大学等单位在该领域已取得一些成果。但是，采用SPDT技术加工KDP晶体，会在晶体表面产生周期性小尺度波纹（飞切刀纹）和亚表面损伤，在高功率激光作用下容易产生损伤和破坏。MRF虽然能够消减SPDT技术产生的小尺度波纹，但是会在晶体表面产生铁粉等微纳颗粒的嵌入现象，另外，晶体表面磁流变残夜的清洗也是目前的一大难题。发展针对KDP等软脆易潮解晶体的新型超光滑、低损伤、低缺陷的“软抛光”技术势在必行。

化学机械抛光是一种在半导体行业已经非常成熟的表面抛光技术，它能够实现工件全尺寸范围内的平坦化，在制备超光滑表面方面存在技术优势。在化学机械抛光中，抛光液是整个技术工艺的核心之一，其物理化学性质决定着化学机械抛光的精密水平，如果选用传统的抛光液，会造成KDP晶体表面雾化或损伤。目前针对KDP等软脆易潮解晶体的化学机械抛光，主要采用基于油包水（W/O）微乳液的潮解抛光原理和基于有机酸/碱的化学腐蚀抛光。

中国专利文献库公开的名称为“一种用于软脆易潮解晶体的非水基无磨料抛光液”的专利，专利号为CN00910010268.2，该专利选用醇或酯作为油相，高碳脂肪醇聚氧乙烯醚等非离子表面活性剂作为表面活性物质，制备了油包水的微乳液。该微乳液将潮解作用缩小到纳米级别，用于KDP晶体的抛光，可以实现晶体表面的选择性均匀去除。但是由于水对KDP晶体的潮解作用强度很大，抛光时晶体表面潮解微区的去除率是不可控的，很容易在表面产生小的腐蚀坑，抛光去除精细程度低。基于微乳液的潮解抛光原理的方法缺陷，主要归因为：（1）W/O微乳液中水核尺寸虽为纳米级别，但是每个水核对KDP晶体的潮解作用强度是不可控的，而且在CMP过程中，由于机械作用的参与，会进一步扩大微区内的潮解作用强度，最终会导致化学机械去除精度难以控制，去除率只能控制在百纳米级别，KDP晶体表面容易产生腐蚀坑，精密加工难以实现。（2）潮解作用在KDP晶体晶体表面形成KDP水溶液，由于KDP水溶液在有机溶剂（油相）中的溶解度很低，不可避免的会在KDP晶体表面产生残留并再结晶，导致表面残留KDP微晶，影响表面质量。

中国专利文献库公开的名称为“软脆易潮解晶体化学机械抛光用无水无磨料抛光液”的专利，专利号为CN102660198 A，该专利制备了一种由有机腐蚀剂、有机腐蚀抑制剂、表面活性剂、有机pH值调节剂以及有机溶剂组成的无水无颗粒型抛光液，避免了潮解抛光的晶体表面开裂等问题。但是采用组合物方式的抛光液，存在静态腐蚀作用，且抛光时对表面位点的选择性差，直接影响了最终的抛光质量。对于基于有机酸/碱的化学腐蚀抛光，必须进一步降低抛光液对KDP晶体的静态腐蚀以及提高抛光液的高选择性。