(57)【要約】  水性担体溶媒、１μｍ−２μｍの平均粒径を有する第一の量の磁性粒子、及び＜１ｎｍ−１５ｎｍの平均粒径を有する第二の量の研磨粒子を含む、基板表面の磁気流動学的超平滑研磨に使用するための磁気流動学的流体。前記流体は、化学安定剤をさらに含んでいてもよい。好ましくは、前記磁性粒子のサイズは、前記研磨粒子のサイズよりも２−３桁大きい。好ましくは、前記磁性粒子は球状であり、カルボニル鉄を含む。好ましくは、前記研磨粒子は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、シリカ、炭化ホウ素、炭化ケイ素、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性担体溶媒、
第一の平均粒径を有する第一の量の磁性粒子、及び
第二の平均粒径を有する第二の量の研磨粒子を含み、
前記第一の平均粒径は、前記第二の平均粒径よりも２−３桁大きい、
基板表面の磁気流動学的超平滑研磨に使用するための磁気流動学的流体。
【請求項２】
前記第一の平均粒径が、１μｍ−２μｍであり、前記第二の平均粒径が、＜１ｎｍ−１５ｎｍである、
請求項１に記載の磁気流動学的流体。
【請求項３】
化学安定剤をさらに含む、
請求項１に記載の磁気流動学的流体。
【請求項４】
前記磁性粒子が、カルボニル鉄を含む、
請求項１に記載の磁気流動学的流体。
【請求項５】
前記磁性粒子が、球状である、
請求項４に記載の磁気流動学的流体。
【請求項６】
前記研磨粒子の材料が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、シリカ、炭化ホウ素、炭化ケイ素、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、
請求項１に記載の磁気流動学的流体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面仕上げの方法及び装置に関する。より詳細には、本発明は、表面の磁気流動学的仕上げ（ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ：ＭＲＦ）（本明細書中、「研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）」とも称する）に使用するための流体に関する。最も詳細には、本発明は、改良された磁気流動学的流体組成物及び基板表面の磁気流動学的研磨において原子的に平滑な表面を提供することができる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｒｍｓ粗さが＜０．１５ｎｍである超平滑表面の技術は、従来の光学、半導体技術、ＵＶ、及びＸ線光学の分野でますます重要になりつつある。次第により精密な仕上げ研磨が、フォトマスクブランクの生産、精密レンズ及びプリズムの製造、表面の平坦性の改善、より高いレベルの装置性能の実現に欠かせない欠陥発生の低減等の、様々な技術的に高度なガラス研磨の応用において求められている。
【０００３】
いくつかの知られている従来の研磨技術、例えば、ピッチ研磨機又は合成パッド／ラップ研磨機を使用した技術は、高度な技術を有する光学技術者を使用することができるのであれば、上記の精密な超平滑表面を実現することができる。しかし、このような従来の方法は、予測不能であることや所望の形及び表面品質を達成するために多くの反復が必要となることから、収益が少ない。そのため、こうした方法は、時間や材料にかなりの費用が掛かる傾向にあり、上記の表面の大量生産にはあまり適さない。
【０００４】
一般に、研磨は、平均表面に対して高頻度の空間的凹凸を最小限に抑えるように、材料を除去又は追加する様々なメカニズムにより行われる。様々な形態のアブレーションは、超平滑表面を製造する伝統的な方法である。光学的研磨のほぼ純粋なアブレーション工程は、表面を弾性的に窪ませるか又は貫通し、貫通の断面積に比例した断面積を有する材料を通じてスワスを測定する球状粒子のアブレーション加工である。全てのケースにおいて、アブレーションは、伝統的に「ラップ」と呼ばれる基準面により、何らかの形で制御される。ラップとは、接触が無くても、ソフトな接触であっても、或いはハードな接触であってもよい。得られた平滑さは、ラップと研磨粒子のサイズとの関数、研磨された表面と研磨粒子との物理的及び化学的関係、研磨剤を含む液体溶媒の物理的及び化学的性質、並びに圧力、速度、及び温度等の研磨条件である。
【０００５】
加工物とラップとが直接結合しないと思われる従来技術の方法として、浮揚研磨法（ｆｌｏａｔ−ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）及び弾性放射法（ｅｌａｓｔｉｃ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ）が挙げられる。
【０００６】
１０ｃｍ以下の直径のための平面で行われる浮揚研磨工程では、パーツは、波形のスズ製ラップの上に置かれる。流体力によりパーツはラップの上方に持ち上げられるため、硬いラップ材料と接触することはない。波形により活性化された渦により、超微粒子（通常、直径４−７ｎｍのシリカコロイド）が表面に対して回転し、表面を穏やかに研磨する。弾性放射研磨では、高速回転するプラスチックのボールを用いて乱流を起こす。
【０００７】
いずれの場合も、加工物とラップとは、直接結合しないと思われる（即ち、パーツ−研磨剤−ラップ）。粒子は表面に衝突するが、液体溶媒により緩和される。この工程は、パーツとラップとの隙間に強く依存しているようである。従って、姿形は、隣接するラップの表面によって制御される。これらの工程は、特に半導体産業が求める低い表面損傷のために開発されたが、この点については大成功であると思われる。形や平滑さもまた優れている。０．２ｎｍ ｒｍｓ（２−４００サイクル／ｍｍ、帯域制限）という低値の平滑さ（本明細書中、「粗さ」とも称する）が達成された。場合によっては、同じ周波数範囲で０．１３５ｎｍ ｒｍｓもの低い粗さが確かに報告されている。
【０００８】
ソフトラップとしては、発泡体及びフェルトが挙げられ、相当な弾性反発力がある。予想されるように、より平滑な表面は、微粒子とよりソフトなラップとの組み合わせで得られる。この種の様々なラップは、半導体産業において、コロイド状シリカ等の微細懸濁液と共に使用される。しかし、弾性ラップは、より長い空間周波数摂動に従う傾向がある。そのため、ラップの性質及びある程度までは研磨条件により、「オレンジの皮（ｏｒａｎｇｅ ｐｅｅｌ）」として知られる二次元空間共鳴を起こす傾向がある。
【０００９】
最も重要な光学表面には、ピッチで作られたハードラップが使用される。ピッチは、次第に規則的な表面に適合し、研磨粒子をほぼ均一な深さまで侵入させる粘弾性流体材料である。この流体の挙動は、ほぼ完全にニュートン系であり、その粘性は、混合及び温度調節により慎重に制御することができる。通常、当該流体は、金属用には、２−８×１０８ポアズの範囲の粘度で、ガラス用には、２−８×１０９ポアズの範囲の粘度で使用される。これらの高い粘度を有することにより、当該材料は、局所的には非常に硬いが、自己修正のような形で表面と共に徐々に凹むように見える。非球状表面に対しては、ある種の弾性パッドで補助する。
【００１０】
当該技術分野において、粗さは、粒子のサイズ及び研磨スラリー中の濃度によって決まることが知られている。従って、最大限の平滑さを達成するためには、極めて小さい粒度分布及び極めて高い粒子濃度で小粒子を使用する必要がある。ある特定の分布に対する最大限の平滑さは、粒子がピッチの表面の下にちょうど隠れようとする時に起こる。この時、粒子は、ほぼ一定の高さまで押し下げられ、最大数の粒子が関与することにより一粒子あたりの負荷が最も低くなる。この負荷は、完全に均一というわけではない。最も大きな粒子がピッチへの侵入に対するより大きな抵抗を受け、それにより負荷を与える材料への侵入がより大きくなるからである。これらの技術を用いて、０．１ｎｍ ｒｍｓ程度の表面が製造されており、５−４００サイクル／ｍｍの空間周波数の範囲で、何度か測定値が０．０８ｎｍ ｒｍｓとなっている。
【００１１】
上記の説明から、接触及び非接触の従来の研磨方法は、どちらも、研磨粒子のサイズが接触領域の大きさ及び粒子の負荷を決める主要素となっている適切な条件の下で、超平滑表面をもたらすことができるということになる。
【００１２】
非接触研磨では、粒子負荷は、粒子と表面との衝突により生じ、粒子質量又は粒径の３乗に比例する。一方、接触研磨では、各粒子はその粒径の２乗に比例した負荷を支持する。粒子サイズの縮小により、粒子負荷が劇的に減少し、さらに侵入の深さ及び粗さが低減する。しかし、同時に、粒子負荷の過度の減少は、最終的には、延性破壊又は脆性破壊のような形で、言い換えれば材料除去が徐々に行われなくなる状態で引張破壊をもたらす最大表面引張力の低下に繋がる。
【００１３】
従って、表面の粗さを低減するための粒子サイズの縮小には、粒子及び表面の性質に依存する下限がある。５０−１００ｎｍより小さいと、単位負荷が許容できないほど低くなり、基板の除去が単純に起こらなくなるため、ますます微細な研磨剤を使用するだけでは、ますます平滑な表面を得ることはできない。そのような微粒子は、当該技術分野において、「ナノ粒子」と称される。
【００１４】
一般に、粒子の縮小化工程は、それを超えるともはや必ずしも古い法則が当てはまるわけではないような一定の障壁を打ち破っている。ナノ粒子サイズまで縮小した材料はどれも、突然、以前とは全く異なる挙動を示す可能性がある。
【００１５】
ナノ粒子のどこがそれほど特異なのか。ナノメートル領域の粒子は、２つの特有な性質を有している。
【００１６】
第一に、５０ｎｍよりも小さいものは何でも、もはや古典物理学の法則だけでなく、量子物理学の法則も適用される。つまり、ナノ粒子は、粒子ファミリーにおいてより大きな関連粒子とナノ粒子とを明確に区別する、他の光学的、磁気的、又は電気的性質を帯びる可能性がある。
【００１７】
第二に、粒子のサイズが小さくなると、粒子質量と表面積との比率が変化する。これは、物体が小さくなるほど、質量に対して表面積が大きくなるからである。体積に対する表面積の比率の増加は、粒子が小さくなるにつれて徐々に進行するものであるが、これにより、粒子の内部よりも粒子の表面上で、原子の挙動がますます優勢になる。非常に大きな比表面積及び表面積／体積比率の増加により、ナノ粒子は、環境により強い影響を与え、他の物質と反応することができるようになる。特に、結晶構造を有するナノ粒子は、粒子の内部の原子と比較して結合があまり強くない原子をより多くその表面上に有する。不安定な状態であるすると、原子は反応性が高い。粒子が小さいほど、比表面積は大きくなる。このことはまた、比例してより多くの原子が表面上に存在し、内部にはより少ないことを意味する。つまり、粒子が小さいほど、物質はより反応性が高くなる。
【００１８】
ナノ粒子の性質のいくつかは、増加する表面原子の影響又は量子効果を理解するだけでは予測できない可能性がある。例えば、完璧に形成された直径４０−１００ｎｍのシリコン「ナノスフェア」は、シリコンよりも硬質であるだけでなく、知られている最も硬質な材料の中でもサファイアとダイヤモンドの間に位置することが最近になって示された。
【００１９】
ＭＲＦは、プログラム可能な自動レジームにおいて高精度表面をもたらすことができる決定論的高性能研磨法である。〜０．３−０．４ｎｍ ｒｍｓの物質表面粗さは、先行技術であるガラスに対するＭＲＦ技術により達成することができるが、多くの用途にとっては、比較的低いが容認できる程度のものである。更に低いレベルの粗さは、ＭＲＦではまだ達成されていない。ＭＲＦによりそのような低いレベルの粗さを得ることが、本発明の目的である。
【００２０】
ＭＲＦにおいて、研磨粒子の負荷は、流体の流れ、特に、固体粒子の濃縮混合物の剪断流によりもたらされる。ＭＲＦの重要な要素は、ＭＲ研磨流体そのものである。
【００２１】
ＭＲ流体は、磁場の存在下で機械的性質が変化し、可塑性材料に変化する液体組成物である。通常、ＭＲ流体は、液体担体（典型的には、水）中に分散した、直径が典型的には０．１μｍより大きい強磁性の（軟磁性化の影響を受け易い）粒子を含む。磁場の存在下で、粒子は、磁気を帯び、流体内で鎖状になる。粒子の鎖は、機械的性質の著しい変化、特に、見かけ粘度の桁違いの増加として示される降伏応力の増加に関与する空間構造を形成する。磁場がない状態では、粒子は、無秩序状態又は自由状態に戻り、それに応じて材料全体において初期状態に回復する。
【００２２】
一般に、ＭＲ研磨流体は、４つの主成分：水、磁性粒子、研磨剤、及び化学添加物を含む。特有の化学的性質により、水は、ガラス又はシリコン基板の研磨を目的とした研磨スラリーのための化学剤としても液体担体としても好ましい。
【００２３】
ＭＲ流体を、磁場により制御される降伏応力を有するビンガム塑性材料としてモデル化することが、一般に認められている。このモデルにより、変形下にある材料は、応力が降伏点を下回る時は固体物として挙動し、応力が降伏点を上回る時はニュートン流体のように流れることが示唆される。
【００２４】
ＭＲＦにおいて、研磨されるレンズ等の凸表面は、移動する壁（典型的には、移動するホイールの外面）からある一定の距離に取り付けられるため、レンズの表面及び壁は、収束するギャップ（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ ｇａｐ）を形成する。移動する壁の下に設置された電磁石は、ギャップ付近で不均一な磁場を生成する。磁場勾配は、壁に対して垂直である。ＭＲ研磨流体は、電磁石の磁極片の真上で移動する壁に送り出され、研磨リボンを形成する。リボンが磁場に入ると、ＭＲ流体は硬化し、ビンガム塑性（ｐｌａｓｔｉｃ Ｂｉｎｇｈａｍ）特性を得て、高い層となる。レンズ表面に隣接したリボンの上層は、磁場勾配に反応した非磁性研磨粒子の浮上により、研磨粒子にて飽和される。その後、磁場勾配により壁に押し付けられたリボンは、ギャップを通って引き込まれる。ＭＲ流体の可塑性により、剪断性流体の薄い層が形成され、レンズ表面と移動する壁に取り付けられた非剪断性材料のコアとの間に挟まれる。十分に高い剪断率では、そのような流れは、研磨粒子とレンズ表面との強い相互作用及び衝突を特徴とし、レンズ表面のアブレーションによる研磨が起こる。この領域は、ＭＲＦ技術において、「研磨スポット」として知られている。
【００２５】
特許文献１には、ＭＲ研磨流体は、非コロイド磁性粒子及び研磨粒子の両方を含んでいてもよいことが開示されている。研磨粒子のサイズは、１−７ミクロンの範囲であってもよく、磁性粒子は、直径中央が〜３−５ミクロンの範囲であってもよい。得られた粗さの値は、０．７−１ｎｍ ｒｍｓの範囲となり得る。
【００２６】
研磨工程では、コンピュータプログラムを使用して、研磨スポットを通る際の回転する加工物の速度（滞留時間）及び位置を変化させるためのＣＮＣマシンスケジュールを決定する。その適合性及びサブアパーチャの性質のため、この研磨ツールは、連続的に変化する局所曲率を有する非球体（ａｓｐｈｅｒｅｓ）のような複雑な表面形状を仕上げることができる。競合する技術に優るＭＲＦの基本的に有利な点は、再循環する流体が継続的に監視され且つ活性化されるため、研磨ツールが磨耗しないことである。研磨屑及び熱は、継続的に除去される。
【００２７】
この技術は、専用の器具設備又は特殊な装備を必要としない。その特有の特徴により、ＭＲＦは、プログラム可能な自動レジームにおいて予測可能な高精度表面を確実にもたらすことができる決定論的工程であると考えられている。
【００２８】
二元（二相性）混合物の場合、ＭＲ流体の場合と同様に、また、運動量保存の法則に従って、より大きい粒子ほど、より小さい粒子に相当な負荷を与える可能性がある。そのような事象が基板の表面近くで起こると、より小さい粒子により、特にこの粒子が適切な機械的性質を有する場合には、効果的に表面に凹みができる可能性がある。ＭＲ研磨に適用すると、この概念モデルにより、剪断流により活性化された強磁性粒子等のより大きい粒子又は基本粒子が、より小さい研磨粒子に押し込み負荷を与えて表面に侵入させ、材料を除去させること、即ち、運動量の高いより大きい磁性粒子が、基板の表面に対して又は実質的にその中に、より小さい研磨粒子を加速し、追い込むことが示唆される。そのような材料除去のメカニズムは、比較的大きな磁性粒子及び非常に小さい研磨粒子の高濃度懸濁液（４５−５０重量％）の剪断流が何らかの形で研磨界面で起こり、その結果、レンズの接触領域で材料が除去されるとすれば、ＭＲ流体を使用した研磨工程で許容される。
【００２９】
このメカニズムは、参照により本明細書に組み込まれる、「光学における磁気流動学的仕上げでの材料除去」（非特許文献１）において、Ｗ．コルドンスキ（Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ）及びＳ．ゴロドキン（Ｇｏｒｏｄｋｉｎ）により開示され、定性的に確認されている。好ましくは、磁性粒子は、研磨粒子よりも２−３桁大きい。１００ｎｍまでの研磨粒子サイズについて、コルドンスキ及びゴロドキンは、材料の除去率は、古典力学で十分に予測でき、磁場、境界面の幾何学的パラメータ、及び壁の速度を制御することにより制御可能であることを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】米国特許第５，８０４，０９５号明細書
【非特許文献】
【００３１】
【非特許文献１】Ｗ．Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ ａｎｄ Ｓ．Ｇｏｒｏｄｋｉｎ ”Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ Ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ｏｐｔｉｃｓ”， ２０１１， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， ｖｏｌ．５０， Ｎｏ．１４， ｐｐ １９８４−１９９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
上述のように、先行技術のＭＲＦ仕上げでは、ガラスの表面粗さを０．４０ｎｍ ｒｍｓまで低くすることができる。本発明の目的は、ガラス基板を、０．１５ｎｍ ｒｍｓより低い表面粗さ、好ましくは０．１０ｎｍ ｒｍｓ未満の表面粗さに表面研磨することができるＭＲＦの条件（ＭＲ流体及び方法）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
簡潔に述べると、基板表面の磁気流動学的仕上げで使用する磁気流動学的流体は、水性担体溶媒、１μｍ−２μｍの平均粒径を有する第一の量の磁性粒子、及び＜１ｎｍ−１０ｎｍの平均粒径を有する第二の量の研磨粒子を含む。前記流体は、化学安定剤をさらに含んでいてもよい。好ましくは、前記磁性粒子は、球体であり、カルボニル鉄を含む。好ましくは、前記研磨粒子は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、シリカ、炭化ホウ素、炭化ケイ素、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンド、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。他の従来のＭＲ仕上げシステムにおいて本発明に係るＭＲ流体を使用することにより、ｒｍｓ粗さの計測値が０．１０ｎｍ未満であり、０．５−０．６ミクロン／分の驚くべき予期せぬ高い表面除去率を有する基板表面をもたらすことができる。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
上記の通り、ＭＲＦにおける粒子の負荷のメカニズムにより、この場合の材料除去は、研磨粒子のサイズにより制限されるものではないため、実質的に可能な限り小さい研磨粒子を選択することにより表面粗さを低減することができることが示唆される。しかし、研磨粒子のサイズに実質的な下限があるはずであることは明らかである。組み込まれたコルドンスキ及びゴロドキンの論文では、単に古典力学、即ち、粒子間の弾性衝突における運動量の保存の観点から仕上げ工程を扱っている。このメカニズムにより、より小さい粒子は、移動するより大きな粒子と衝突することにより加速され、サイズの不均衡が大きいほど、加速の度合いは大きくなる。研究され、報告された研磨粒子のサイズ範囲は、下限が１００ｎｍであり、古典力学理論で予測されるように、１．５ミクロン／分の除去率をもたらすことができた。
【００３５】
これまで試されたことがないが、１５ｎｍ以下のナノサイズ範囲の研磨粒子を用いたＭＲＦにより、＜０．１０ｒｍｓの超平滑範囲のガラス表面仕上げが達成されることが期待される。しかし、そのような超平滑仕上げが実際に行われた場合、除去率は非常に低くなり、ほぼ確実に０．０５ミクロン／分になることが十分に予想された。
【００３６】
既知の古典力学のメカニズムをナノメートルの粒子範囲に当てはめても、可能性のあるいくつかの抑制（又は促進）因子により、また、予測できなかった恐らく他の因子により、結果又は実現の可能性さえも極めて不確かだった。
【００３７】
第一に、上記の通り、ナノ粒子は、古典マクロ力学よりもむしろ量子物理学のような挙動を示す。表面積ひいては表面／体積比は、非常に大きく、各粒子上に原子的に活性化した部分を多数形成する。恐らくこの現象は、後に引き剥がされる基板表面の領域に対する各粒子の表面結合を増強させることにより、表面研磨の平滑さ及び除去率を実質的に増加させると考えられた。（このことが当てはまることが判明したと考えられる。）
【００３８】
第二に、ナノ粒子の直径（１．０ｎｍ−１５ｎｍ）は、水分子の有効径（０．１５ｎｍ）よりも約１桁大きいだけであるため、ナノ粒子は、同じ材料のマクロ粒子と比較して、水性流体中で全く異なる予測できない運動性を有する可能性があった。粒子の水和構造及び擬粘性効果が支配的である可能性があった。
【００３９】
第三に、磁性粒子の表面粗さは、研磨ナノ粒子が、運動量を与えている磁性粒子から高速で跳ね返るよりも、むしろ当該磁性粒子の表面の陥凹に単に取り込まれる可能性がある場合には、要因となる可能性があった。初めて磁性粒子の表面粗さが検討要素となった。
【００４０】
このようにして、基板表面の予測除去率は、たったの０．０５ミクロン／分であったが、全く予想外で驚くべきことに、本願の実験により、実際の除去率は少なくとも１桁大きかったこと、及び基板表面の平滑さは予想と同じくらい又はそれ以上に良好であったことが分かった。測定された高い除去率について、提唱される説明を以下に示す。
【００４１】
従って、本発明は、以下に説明するように、驚くべき予想外の除去率で表面粗さを大幅に低減するという待望の目的を達成する。
【００４２】
ここで、本発明のＭＲ流体について言及すると、ＭＲ仕上げにおいて、磁性粒子は、負荷又は除去率に関与し、研磨粒子は、基板表面の凹み又は粗さの特殊性、及びある程度までは除去率も定める。従って、本発明に係るＭＲ流体は、２つの粒子集団を含み、各集団は、以下に説明するようなサイズ範囲分布をそれぞれ有する。
【００４３】
以下の検討は、超平滑仕上げ用のＭＲ流体を構成する上で重要である。磁性粒子のサイズは、研磨される材料に応じて、延性破壊又は脆性破壊のような基板材料の引張破壊に十分な単位負荷を、研磨される材料に与える必要がある。同時に、磁性粒子は、磁場に誘導されたＭＲ流体に十分な降伏応力を与える適度な大きさである必要がある。ガラスに十分な除去率を得るために、現在のところ好ましい磁性粒子のサイズは、１−２ミクロンの範囲とするべきであることが分かっている。任意の強磁性粒子を使用することができ、好ましくは、カルボニル鉄の球状粒子である。カルボニル鉄粒子の表面粗さは、要因とはならないと思われる。
【００４４】
また、研磨粒子は、可能な限り小さいものとするべきであり、好ましくは、磁性粒子よりも２−３桁小さいものとするべきであることも分かっている。本明細書において、ナノ粒子は、性質及び輸送に関して、依然としてひとまとまりの存在として振る舞うことができる最も小さい単位として定義される。好ましくは、＜１５ｎｍ、また、好ましくは、＜１．０ｎｍ−１０ｎｍのサイズ範囲の超微粒子である。酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、シリカ、炭化ホウ素、炭化ケイ素、合成ダイヤモンド等の研磨粒子は、好適であるといえる。
【００４５】
現在の好ましい処方において、水性ＭＲ流体は、１．２μｍの平均サイズを有するカルボニル鉄磁性粒子、２ｎｍの平均サイズを有する酸化セリウム粒子、及び化学安定剤を含む。
【００４６】
研磨された表面の表面品質は、以下のパラメータの測定及び計算により特徴付けることができる：
Ｒｑ＝平均表面からの値の偏差の二乗平均平方根（ｒｍｓ）
Ｒａ＝表面粗さの絶対値の相加平均、及び
Ｒｍａｘ＝平均表面からの測定値のうち最大の高さ。
【００４７】
［実施例１］
第１のガラス基板表面に対して、Ｃ−１０＋ＭＲ流体を用いて磁気流動学的仕上げを行った。Ｃ−１０＋ＭＲ流体は、ＱＥＤテクノロジーズ社（ロチェスター、ニューヨーク州、米国）から入手可能な従来技術のＭＲ研磨流体であり、３．５μｍのサイズの磁性粒子及び４０−５０ｎｍのサイズの酸化セリウム粒子を含むことにより、磁性粒子／研磨粒子のサイズ比は７８である。表面品質パラメータの測定値は、Ｒｑ＝０．３８６ｎｍ、Ｒａ＝０．３０６ｎｍ、及びＲｍａｘ＝３．２０７ｎｍであった。除去率は、１．５ミクロン／分であった。
【００４８】
［実施例２］
第２のガラス基板表面に対して、１．２μｍのサイズの磁性粒子及び２．５ｎｍのサイズの酸化セリウム粒子を含むことにより、サイズ比が４８０である本発明に係る現在好ましいＭＲ流体を用いて、磁気流動学的仕上げを行った。表面品質パラメータの測定値は、Ｒｑ＝０．０８４ｎｍ、Ｒａ＝０．０６６ｎｍ、及びＲｍａｘ＝１．４０ｎｍであった。除去率は、０．５−０．６ミクロン／分であった。
【００４９】
ＭＲＦ工程の条件は、両方の代表的表面で同一であった。
【００５０】
注目すべきは、除去率の測定値（０．５−０．６ミクロン／分）が、予測値（０．０５ミクロン／分）の１０倍以上であることである。以下の理論は、証明されたものとして依存するべきではないが、発明者は、測定した高い除去率は、２つのメカニズムの連携による結果であると考えている。第一に、上記にて説明した、また、コルドンスキ及びゴロドキンにより示された古典運動物理学の理論により、比較的低いが測定可能な除去率が得られる。第二に、それに加えられるのが、同様に上記にて説明した化学理論であり、微細な研磨ナノ粒子が、非常に大きな表面積ひいては多数の活性原子領域により基板表面に化学的に結合し、この表面からの材料の引き剥がしを補助することで、測定可能な総除去率を増大させる。
【００５１】
研磨粒子のサイズ範囲が＜１ｎｍ−１５ｎｍであり、磁性粒子のサイズ範囲がそれよりも２−３桁大きい本発明に係るＭＲ流体を用いた従来のＭＲＦ技術により表面を仕上げると、表面の超平滑における先行技術からの実質的かつ測定可能な改善は、許容可能な高い除去率でもたらされ得ることが分かる。本願の実施例において、先行技術の結果と比較すると、二乗平均平方根値及び相加平均値は、それぞれ７５％低下し、表面粗さの最大高さは、５０％低下し、除去率は、６５％低下している。
【００５２】
様々な具体的な態様を参照して本発明を説明したが、記載した本発明の概念の精神及び範囲内で多数の変更が行われてもよいことが理解されるべきである。従って、本発明は、記載した態様に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲の文言により規定される全ての範囲を包含することを意図するものである。
【国際調査報告】
2015530422.tif 000002
2015530422.tif 000003
2015530422.tif 000004