中国粉体网讯  超精密抛光技术一般特指选用粒径只有几纳米的研磨微粉作为研磨磨料，将其注入研具，用以去除微量的工件材料，以达到一定的几何精度及表面粗糙度的方法。这种极高的抛光精度要求对于抛光技术、设备、材料都提出了更高的挑战。

超精密抛光技术在现代电子工业中所要完成的使命，不仅仅是平坦化不同的材料，更要平坦化多层材料，使得几毫米见方的硅片通过这种“全局平坦化”形成上万至百万晶体管组成的超大规模集成电路。例如人类发明的计算机从几十吨变身为现在的几百克，没有超精密抛光是无法实现的。

CMP工艺

目前日、美、德三国在超精密机床领域处于领先地位，他们掌控着超精密抛光工艺的核心技术，牢牢把握了全球市场的主动权，相比之下，我国在超精密抛光技术方面的发展受到一定的制约，因此如何攻克超精密抛光技术的技术难点是我国研磨抛光领域关注的焦点。

设备，被卡住了

高精密抛光通常用于光学、半导体、航空航天等高精尖领域，通常要求极限的形状精度、尺寸精度和表面完整性(无或极少的表面损伤，包括微裂纹等缺陷、残余应力、组织变化)，这就对抛光设备提出了极高的要求。

为保障抛光的精密度，超精密抛光设备还需要有非常稳定的机械结构，其中作为超精密抛光设备核心器件的“磨盘”，其对材料构成和技术要求更为苛刻。这种由特殊材料合成的磨盘，不仅要满足自动化操作的纳米级精密度，更要具备精确的热膨胀系数，避免磨盘在高速运转过程中与工件产生摩擦产生的热量使研磨盘发生热变形，而引起工件加工精度的波动，影响产品最终的平面度和平行度。通常来说，为保证亚微米级甚至纳米级的抛光精度，磨盘的的热变形要求在几纳米之内。

目前，高精密抛光设备磨盘大多需要定制，不进行批量生产，直接限制了除美、日等国家的仿制，因此牢牢掌握着高精密磨盘的生产技术，我国长期以来都面临着严密的技术封锁，用什么材料和工艺才能合成这种热膨胀率低、耐磨度高、研磨面超精密的磨盘，是我国企业和科研机构需要集中力量攻克的技术难题。

此外，中小口径（200mm以下）的光学元件，国产设备基本能搞定。但中大口径（400mm以上）的超精密磨床——这个领域，国内暂无可产业化应用的设备。那这意味着大型天文望远镜、激光核聚变装置、EUV光刻机里用的大口径反射镜，磨削这一关，我们还过不了。国际上什么水平？英国Cranfield的OGM2500，最大加工直径2.5米。英国BOX机床，加工1.45米口径的欧洲极大望远镜镜片，面形精度PV<1μm，单件生产周期不到20小时。德国OptoTech的UPG500，商业化程度最高。

材料，还是靠买

以CMP为例，随着先进制程与先进封装的演进，CMP已逐渐打破传统辅助工艺的定位，成为与光刻、刻蚀、薄膜沉积并列的集成电路全流程第四大核心工艺。在半导体制造持续向先进制程微缩和三维架构演进的背景下，CMP已成为影响晶圆全局平坦度和工艺良率的重要工序。

CMP核心材料包括抛光液和抛光垫。其中：抛光液是决定CMP加工质量和去除效率的核心介质；抛光垫在CMP过程中承担着关键的物理介质与应力传递功能。抛光液种类繁多，在抛光材料中价值占比超过50%，其耗用量随着晶圆产量和CMP平坦化工艺步骤数增加而增加。

CMP抛光材料具备极高的技术壁垒，受限于国内起步较晚，核心专利长期被海外巨头垄断。抛光液配方复杂，研发与验证周期冗长，生产工艺与制程控制要求严苛。此外，高纯度磨粒长期以来依赖进口，供应链核心上游仍受制于海外企业。

磨粒是构成抛光液的核心原料，主流产品包括氧化铈、二氧化硅和氧化铝颗粒。一位研究人士表示，在磨粒方面，28纳米芯片成熟制程国内市场理论上可以实现国产化替代，但在更先进制程下，磨粒供应仍存在挑战，这将直接影响抛光液中金属杂质的控制水平。

我们，又被卡住了。

技术工艺，还得试

（1）磁流变抛光：

磁流变抛光技术是20世纪80年代国外发展起来的一种新兴高端光学制造技术，并由美国QED公司于1997年正式开启商业化道路。

该技术是利用磁流变液在磁场中的流变性对工件进行抛光，磁流变液进入抛光区后在磁场作用下变成粘塑性的介质，形成“柔性抛光模”与光学零件表面接触时会产生很大的剪切力，从而实现材料的稳定去除，达到抛光、修形的目的，能够有效解决光学元件的加工精度高、收敛要求高、表面质量好、亚表面损伤低以及中高频误差可控等需求，可广泛应用于抛光球面透镜、非球面透镜、棱镜、自由曲面等。

（2）离子束抛光

大口径非球面光学加工的发展趋势是更大偏离量、更高陡度、更高精度，为此美国伊士曼柯达（Eastman Kodak）提出了离子束抛光技术。该技术是在真空室中利用具有一定能量与空间分布的离子束流轰击镜面表面，由能量沉积实现非接触式的材料去除，为大口径非球面的高精度抛光提供了新的技术选择。由于具有抛光精度高、无亚表面损伤等优点，其与磁流变抛光被公认为近三十年来在光学加工领域最为创新的两大技术。

（3）化学机械抛光（CMP）

CMP技术是目前唯一能兼顾表面全局和局部平坦化的抛光技术，于1965年由美国孟山都公司（Monsanto）首次提出，但最初仅被用于获取高质量的玻璃表面，如军用望远镜等。随后，由于其独特地结合了化学腐蚀和机械磨削的优点，能够减小工艺偏差，制造纳米级的平坦化表面，美国IBM、Intel、APPLIED MATERIALS等企业逐渐将其应用于在半导体制造中。

在超精密抛光领域，国外在超精密抛光技术上具有显著优势，尤其是日本、德国和美国。在设备和工艺水平上，这些国家都已经实现了纳米级精度的抛光，我国与国际先进水平还有一定差距。

参考来源：

中国光学光电子行业网、金属加工、深度追光、上海证券报

何潮等，半导体材料CMP过程中磨料的研究进展

（中国粉体网编辑整理/山林）

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