新開發之低環境負荷表面研磨技術,僅利用丙烯酸板與水即可達到玻璃、矽的表面平坦化

 

刊登日期:2022/4/6
  • 字級

鏡子或碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)基板需要能實現原子級平坦度的研磨技術,而為了使表面達到平坦,需要在研磨液中使用含有稀土類的金屬氧化物等微粒子或對環境有害的化學物質,因此低成本、低環境負荷的研磨技術有其需求。日前東京大學的研究團隊即發表開發了一項採用了丙烯酸板狀材料的創新研磨技術。

東京大學發現丙烯酸的微粒子可以應用於玻璃的加工,進而發展出一項應用於高精度鏡子的超精密加工方法「有機研磨粒加工法(Organic Abrasive Machining; OAM)」。其後更進一步確認丙烯酸的表面在水中時與一般研磨用SiO2、CeO2等微粒子的表面具有相同的性質,並了解到雖然丙烯酸微粒子在沒有水的情況下無法應用於玻璃加工,但丙烯酸是唯一可以利用於玻璃加工的泛用樹脂材料。

研究團隊進一步想確認是否可以僅用丙烯酸板材與水對玻璃表面進行研磨,因此在實驗中將丙烯酸板材配置於下方,加工物體置於上方,並讓丙烯酸板與加工表面接觸,在倒入自來水的同時讓兩方旋轉。實驗結果顯示,丙烯酸板與加工表面的表面平滑性都有所改善,且從較廣範圍的觀察而言,平坦性亦獲得了大幅提升。研究團隊也發現加工後的玻璃表面呈現原子等級的平坦性,且經過反覆實驗,確認可以得到穩定之原子等級的玻璃表面。此外,東京大學也利用此項技術應用於矽表面的平坦化,也證實可以獲得原子等級的平坦矽表面。

在研究中發現,除了加工表面之外,丙烯酸板在加工過程中也會自動平坦化,成為研磨盤的最佳狀態,其後即可長期利用。實際上,在研究中同樣一塊丙烯酸板使用了一年以上也沒有任何問題,可望達到半永久性的使用。

此次開發的手法被命名為「WAPOP(WAter Polishing with Organic Polymer plate)」。WAPOP方法的運行成本只有水費,且加工後不需要特殊的表面洗淨,是所有研磨法中屬於低成本、低環境負荷的手法。雖然目前WAPOP方法有研磨速度較慢的問題,但透過丙烯酸研磨盤的設計調整,將可望有顯著的改善。東京大學也將展開進一步的研發,期達到WAPOP的普及化。


資料來源: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws_202203031639060170073107.html
分享