導(dǎo)語：計(jì)算機(jī)自誕生以來，已經(jīng)經(jīng)歷了無數(shù)次的變革和發(fā)展。從最初重達(dá)30多噸的龐然大物，到如今僅為幾千克的便攜設(shè)備，超精密拋光技術(shù)功不可沒。
世界上首臺計(jì)算機(jī)ENIAC（埃尼阿克）采用電子管作為元器件，由于使用的電子管體積很大，不僅重量達(dá)到了30多噸，占地面積大，而且還存在耗電量大、易發(fā)熱、無法長時(shí)間使用的問題！而隨著拋光工藝進(jìn)入亞微米級、甚至納米級精度時(shí)代，現(xiàn)在幾毫米的硅片也可以實(shí)現(xiàn)“全局平坦化”，電子元件 排列得更加緊密，超大規(guī)模的集成電路甚至可以包含上萬至百萬晶體管，讓計(jì)算機(jī)得以實(shí)現(xiàn)小型化和高度集成化，最終重量銳減至幾千克！
世界上首臺計(jì)算機(jī)與如今的筆記本電腦
超精密拋光技術(shù)，一般特指選用粒徑只有幾納米的研磨微粉作為研磨磨料，將其注入研具，用以去除微量的工件材料，以達(dá)到一定的幾何精度（一般誤差在0.1μm 以下）及表面粗糙度（一般Ra≦0.01μm）的方法。這種極高的拋光精度要求對于拋光技術(shù)、設(shè)備、材料都提出了更高的挑戰(zhàn)。目前日、美、德三國在超精密機(jī)床領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，他們掌控著超精密拋光工藝的核心技術(shù)，牢牢把握了全球市場的主動權(quán)，相比之下，我國在超精密拋光技術(shù)方面的發(fā)展受到一定的制約，因此如何攻克超精密拋光技術(shù)的技術(shù)難點(diǎn)是我國研磨拋光領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。
超精密拋光的技術(shù)難點(diǎn)
1、高精度的拋光設(shè)備
高精密拋光通常用于光學(xué)、半導(dǎo)體、航空航天等高精尖領(lǐng)域，通常要求極限的形狀精度、尺寸精度和表面完整性(無或極少的表面損傷，包括微裂紋等缺陷、殘余應(yīng)力、組織變化)，這就對拋光設(shè)備提出了極高的要求。
（1）硬件要求：
為保障拋光的精密度，超精密拋光設(shè)備還需要有非常穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其中作為超精密拋光設(shè)備核心器件的“磨盤”，其對材料構(gòu)成和技術(shù)要求更為苛刻。這種由特殊材料合成的磨盤，不僅要滿足自動化操作的納米級精密度，更要具備精確的熱膨脹系數(shù)，避免磨盤在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與工件產(chǎn)生摩擦產(chǎn)生的熱量使研磨盤發(fā)生熱變形，而引起工件加工精度的波動，影響產(chǎn)品最終的平面度和平行度。通常來說，為保證亞微米級甚至納米級的拋光精度，磨盤的的熱變形要求在幾納米之內(nèi)。
東京精密（Tokyo Seimitsu）的超薄晶圓拋光設(shè)備（13522079385）
目前，高精密拋光設(shè)備磨盤大多需要定制，不進(jìn)行批量生產(chǎn)，直接限制了除美、日等的國家仿制，因此牢牢掌握著高精密磨盤的生產(chǎn)技術(shù)，我國長期以來都面臨著嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，用什么材料和工藝才能合成這種熱膨脹率低、耐磨度高、研磨面超精密的磨盤，是我國企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)需要集中力量攻克的技術(shù)難題。
（2）系統(tǒng)（軟件）要求：
由于超精密拋光涉及的參數(shù)眾多，以極具代表性的CMP拋光為例，加工環(huán)境、拋光液進(jìn)給速、 拋光頭轉(zhuǎn)速、拋光壓力、研磨盤（拋光盤）轉(zhuǎn)速、 拋光時(shí)長、晶片粘貼方式等都會對拋光效果產(chǎn)生影響，因此，除了需要研究不同加工工藝參數(shù)對拋光效果的影響，還要求超精密拋光設(shè)備配備非常高精度的控制、測量和檢測系統(tǒng)，能夠在拋光過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整參數(shù)，確保每個(gè)環(huán)節(jié)的精度和穩(wěn)定性。
除此之外，對于具體的工件來說，其表面狀態(tài)往往經(jīng)過多個(gè)過程才能達(dá)到最終的要求，因此超精密拋光設(shè)備還需要有高度自動化、智能化的生產(chǎn)線和高質(zhì)量的工藝流程，滿足大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，目前，蔡司（Zeiss）、肖特（Schott）等德國企業(yè)在這些方面有著突出優(yōu)勢。例如，蔡司在光學(xué)鏡頭的制造過程中，采用了先進(jìn)的多步拋光工藝，能夠在保證高精度的同時(shí)，極大地減少表面損傷和缺陷。
蔡司針對半導(dǎo)體制造的過程控制解決方案，包括先進(jìn)的光學(xué)測量技術(shù)、掃描電子顯微鏡、3D計(jì)量工作站等，可以實(shí)現(xiàn)對半導(dǎo)體器件的尺寸、形狀、表面粗糙度等參數(shù)的精確測量和控制。
2、先進(jìn)的拋光材料
對于超精密拋光來說，要實(shí)現(xiàn)納米級的表面粗糙度，除了需要開發(fā)亞微米級別的超細(xì)磨料，還還需要針對性地開發(fā)研究拋光材料材質(zhì)、形貌，并控制均勻的粒度分布。例如，在形貌上，球形的磨料粒子往往能夠?qū)崿F(xiàn)更均勻的拋光效果，減少劃痕和凹坑；在材料選擇上，硬質(zhì)材料如碳化硅晶圓等可能需要使用更為硬質(zhì)的拋光磨料，才能有較高的去除率，而軟質(zhì)材料則需要使用較軟的磨料，才能達(dá)到低損傷的目的.....
目前，日本在拋光材料的研發(fā)上具有顯著優(yōu)勢。例如，富士（Fujimi）開發(fā)的超精細(xì)拋光粉末，能夠?qū)崿F(xiàn)極高的表面光潔度和低損傷，其中用于硅和碳化硅晶圓納米級拋光的氧化鋁、二氧化硅基拋光液在全球擁有超過八成市場占有率。
Fujimi GC系列磨料
3、創(chuàng)新、尖端的工藝技術(shù)：
單純的物理、化學(xué)等拋光方法可能無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對精度、表面質(zhì)量和效率的要求，因此隨著新型材料的開發(fā)，拋光工藝也需要及時(shí)的創(chuàng)新。比如美國的超精密拋光技術(shù)就往往結(jié)合最新的科技創(chuàng)新。
（1）磁流變拋光：
磁流變拋光技術(shù)是20世紀(jì)80年代國外發(fā)展起來的一種新興高端光學(xué)制造技術(shù)，并由美國QED公司于1997年正式開啟商業(yè)化道路。
該技術(shù)是利用磁流變液在磁場中的流變性對工件進(jìn)行拋光，磁流變液進(jìn)入拋光區(qū)后在磁場作用下變成粘塑性的介質(zhì)，形成“柔性拋光?！迸c光學(xué)零件表面接觸時(shí)會產(chǎn)生很大的剪切力，從而實(shí)現(xiàn)材料的穩(wěn)定去除，達(dá)到拋光、修形的目的，能夠有效解決光學(xué)元件的加工精度高、收斂要求高、表面質(zhì)量好、亞表面損傷低以及中高頻誤差可控等需求，可廣泛應(yīng)用于拋光球面透鏡、非球面透鏡、棱鏡、自由曲面等。
美國QED磁流變拋光機(jī)及磁流變拋光原理（來源： 求真影像技術(shù)研究室）（13501282025）
技術(shù)難點(diǎn)：磁流變液的制備以及磁場的精準(zhǔn)控制
（2）離子束拋光
大口徑非球面光學(xué)加工的發(fā)展趨勢是更大偏離量、更高陡度、更高精度，為此美國伊士曼柯達(dá)（Eastman Kodak）提出了離子束拋光技術(shù)。該技術(shù)是在真空室中利用具有一定能量與空間分布的離子束流轟擊鏡面表面，由能量沉積實(shí)現(xiàn)非接觸式的材料去除，為大口徑非球面的高精度拋光提供了新的技術(shù)選擇。由于具有拋光精度高、無亞表面損傷等優(yōu)點(diǎn)，其與磁流變拋光被公認(rèn)為近三十年來在光學(xué)加工領(lǐng)域最為創(chuàng)新的兩大技術(shù)。德國NTG公司離子束拋光機(jī)（13522079385）
離子束拋光原理（來源于網(wǎng)絡(luò)）
技術(shù)難點(diǎn)：需要對去除函數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量標(biāo)定，同時(shí)保證去除函數(shù)在拋光過程中的穩(wěn)定性。
（3）化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）
CMP技術(shù)是目前唯一能兼顧表面全局和局部平坦化的拋光技術(shù)，于1965年由美國孟山都公司（Monsanto）首次提出，但最初僅被用于獲取高質(zhì)量的玻璃表面，如軍用望遠(yuǎn)鏡等。隨后，由于其獨(dú)特地結(jié)合了化學(xué)腐蝕和機(jī)械磨削的優(yōu)點(diǎn)，能夠減小工藝偏差，制造納米級的平坦化表面，美國IBM、Intel、APPLIED MATERIALS等企業(yè)逐漸將其應(yīng)用于在半導(dǎo)體制造中。
美國APPLIED MATERIALS公司的CMP拋光設(shè)備及CMP原理（來源于網(wǎng)絡(luò)）（13501282025）
技術(shù)難點(diǎn)：化學(xué)與機(jī)械作用之間的平衡、鉆石修整盤的生產(chǎn)
總結(jié)
在超精密拋光領(lǐng)域內(nèi)，國外在超精密拋光技術(shù)上具有顯著優(yōu)勢，尤其是日本、德國和美國。在設(shè)備和工藝水平上，這些國家都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了納米級精度的拋光，而我國與國際先進(jìn)水平還有一定差距。不過近年來，在國家政策的支持下，中科院長春光機(jī)所、清華大學(xué)、 長光華芯、 中科院微電子研究所等對超精密拋光設(shè)備的研發(fā)都取得了一定進(jìn)展，中科院國家納米科學(xué)中心研究院王奇博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)“二氧化鈰微球粒度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其制備技術(shù)”也已經(jīng)具有成效。未來，隨著多項(xiàng)核心技術(shù)逐步攻破，我國的超精密拋光技術(shù)有望逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“彎道超車”！
