超精密平面抛光工件材料去除量的控制方法
打磨抛光粉尘治理设计方案
打磨抛光粉尘治理设计方案随着工业化的进程，打磨抛光行业发展迅速，其在制造业中的应用越来越广泛。
然而，打磨抛光过程中产生的粉尘往往对工人的健康和环境造成潜在的威胁。
因此，制定一个科学合理的打磨抛光粉尘治理设计方案显得尤为重要。
本文将探讨一种有效的治理方案，旨在保护工人的健康和环境的可持续发展。
一、工艺环节改进为了降低打磨抛光过程中产生的粉尘，我们可以首先从工艺环节入手进行改进。
具体包括以下几点：1. 使用先进的设备和工具：选用高效率的抛光设备和工具，减少了粉尘产生的可能性。
例如，使用真空吸尘器或湿式喷淋系统来控制粉尘的扩散。
2. 优化打磨抛光方法：采用湿式打磨抛光方法代替传统的干磨方式，可以有效地减少粉尘的产生。
另外，合理控制打磨抛光的速度和压力，避免过度切削和摩擦，也有助于降低粉尘的形成。
3. 粉尘收集系统：安装粉尘收集器或排风系统，将产生的粉尘直接收集或排出室外，确保工作场所空气的清洁。
同时，定期清理和维护粉尘收集设备，保持其工作效率。
二、个人防护措施除了改进工艺环节，必要的个人防护措施也是至关重要的。
下面是一些值得考虑的个人防护措施：1. 戴口罩：对于打磨抛光操作人员来说，佩戴适当的呼吸防护设备，如防尘口罩，可以有效地减少吸入粉尘的风险。
选择符合标准的口罩，确保其密合度和过滤效能。
2. 穿防护服：选用适合的工作服，能够覆盖全身，减少粉尘沉积在工作人员的衣物和皮肤上。
定期清洗和更换工作服，避免二次污染。
3. 增加通风设施：在工作区域增设通风设施，如风扇或排风扇，有助于改善空气质量，减少粉尘的积聚和扩散。
三、培训与意识提升除了工艺改进和个人防护措施之外，进行培训和意识提升也是打磨抛光粉尘治理的重要组成部分。
以下是一些建议：1. 培训教育：针对打磨抛光操作人员，提供相关技能培训和安全教育，让他们了解粉尘的危害和防护知识，掌握正确的操作方法，提高工作安全意识。
2. 定期健康检查：定期组织工人进行健康体检，及时发现和处理与粉尘相关的健康问题，保障工人的生命安全。
提升抛光效果优化抛光机的操作流程
提升抛光效果优化抛光机的操作流程在现代制造业中，抛光是一个常见的工艺过程，其目的是通过去除材料表面的缺陷和不均匀性，使得产品的外观更加光滑和精致。
为了提高抛光效果并优化抛光机的操作流程，以下是一些建议和指导。
一、准备工作1. 查看抛光机的操作手册，了解机器的基本原理、功能和操作步骤。
2. 确保抛光机的正常运行，包括电源、气源等的连接和工作状态的调整。
3. 检查所有抛光材料和磨具的质量和状况，确保其无破损和变形等问题。
4. 清洁工作区域，确保无尘、无杂质，以避免对产品表面产生额外损伤。
二、操作步骤1. 选择适当的抛光材料和磨具，根据材料的硬度和要求的抛光效果进行搭配。
2. 根据产品的形状和尺寸，进行磨具的调整和安装，确保其能够完整覆盖到需要抛光的区域。
3. 根据需要的抛光效果，选择合适的抛光剂，并按照说明进行稀释和混合。
4. 调整抛光机的参数，包括转速、振幅、时间等，以满足产品的抛光要求。
5. 将产品放置在抛光机的工作台上，并确保其稳定不会滑动或倾斜。
6. 启动抛光机，根据实际情况观察抛光过程，及时调整参数和操作方式。
7. 定期检查抛光机的运行状态，确保其正常工作，并进行必要的保养和维护。
三、注意事项1. 安全第一，必须佩戴个人防护装备，如护目镜、手套、防护服等，以保护自身的安全。
2. 遵守抛光机的使用规范，不得随意操作或超负荷使用，以免损坏机器或引发事故。
3. 严禁将手部或其他容易被磨具夹住的部位靠近抛光机的工作区域，必要时可使用夹具进行操作。
4. 定期对抛光机进行维护和保养，清洁磨具和抛光材料，以确保其长时间的稳定运行和抛光效果的保持。
通过优化抛光机的操作流程，可以提升抛光效果，得到更加满意的产品质量和外观。
然而，不同的抛光机型号和材料特性可能需要有所调整，请根据实际情况进行操作。
同时，操作人员的经验和技术也对抛光效果有着重要影响，建议进行专业培训和实践，以提高操作的熟练程度和抛光技术的水平。
目前常用的超光滑表面加工方法
目前常用的超光滑表面加工方法，是由传统的研磨抛光加工技术改进而来的，如浴法抛光、浮法抛光等，此类方法材料去除率低，也能够达到亚纳米量级的表面粗糙度，但很难避免机械接触式抛光对工件表面带来的亚表面损伤和加工变质层。
各种基于新原理的抛光方法逐渐被提出，如离子束抛光、等离子体辅助化学抛光、液体喷射抛光、磁流变抛光、化学机械抛光和弹性发射加工等。
其中日本大阪大学学者发明的弹性发射加工方法利用工件材料与磨料之间发生固相反应实现原子级材料去除，被认为是获得最高表面质量的加工方法，可以达到RMS 0.1nm 的表面粗糙度，但其加工效率很低，并且设备复杂，维护成本高。
纳米颗粒射流抛光是借鉴了弹性发射加工的去除原理的一种超光滑表面加工方法，结合数控技术可以实现光学零件纳米级粗糙度、无表面损伤的精确抛光，但仍然存在抛光效率不高的问题。
光学元件的加工一般都需要三大基本步骤：铣磨、精磨和抛光，其中铣磨和抛光是最主要的两道工序。
抛光的目的是在去除表面破坏层的同时精修面形。
现行的抛光理论认为抛光是三种作用的结果：磨料与工件之间的机械磨削、抛光液的化学作用和工件表面的热流动。
这些理论对于超光滑表面加工已经不完全适用，基于新原理的超光滑表面加工方法不断涌现。
液体喷射抛光技术：液体喷射抛光技术(Fluid Jet Polishing, FJP)是近几年提出的用于加工脆性材料光学元件的新方法。
液体喷射抛光技术系统如图1-4 a)所示，其思想源于磨料射流加工技术，高压泵加速混有磨料粒子的抛光液，利用磨料粒子对工件表面材料的冲击和剪切作用实现材料去除。
该方法通过控制液体喷射的压力、方向及驻留时间实现对工件面形的定量修正。
加工机床本体纳米颗粒胶体液流动压空化射流抛光要实现对非球面的加工，因此，抛光的机床应具有X,Y,Z,A,C 五轴联动的功能。
在转台上安装喷射头部分，通过控制转台的沿Z 轴上下运动和沿A 轴的摆动实现喷射距离和喷射角的变化。
模具抛光 抛光过度的原因和解决方法
模具抛光是使用抛光工具，使材料表面发生塑性变形，从而去掉工件表面凸出部分，得到平滑表面的过程。
抛光所使用的工具一般为油石条、羊毛轮、砂纸等，操作方法通常为手工操作为主。
对于一些表面质量要求较高的工件，可以采用特制的磨具进行超精研抛。
超精研抛是在含有磨料的研抛液中，将特质磨具紧压在工件被加工表面上，作高速旋转运动。
这样研磨出的表面粗糙度可以达到0.008μm。
在抛光加工过程中，可能会出现抛光过度的问题，就是抛光的时间过长，反而导致磨具表面质量变差的现象，多发生于机械抛光。
具体来说，抛光过度有两种不同的表现形式，分别是“橘皮”和“点蚀”，下面我们就来看一下，二者产生的原因是什么，以及怎样加以消除。
产生“橘皮”的原因:所谓的“橘皮”，就是抛光件表面粗糙度高，且不规则的情况。
“橘皮”产生的原因包括抛光压力过大、抛光时间过长、模具表面过热以及工件渗碳过度。
举例来说，如果用抛光轮进行抛光，一旦抛光时间掌握不当，抛光轮产生的热量就很容易在工件表面造成“橘皮”现象。
不同类型的材料，产生“橘皮”的难易程度是不相同的，硬度较大的材料相对来说能够承受的抛光压力会大一些，不太容易产生“橘皮”；而硬度较小的工件，则更容易发生抛光过度的问题，产生“橘皮”。
消除“橘皮”的措施:在实际操作中，有一些错误的做法，很多人在发现表面质量不佳时，会选择通过增加抛光压力和延长抛光时间的方式改善表面质量。
实际上，这种做法有时候不仅不会改善表面质量，反而会适得其反。
去除“橘皮”的正确方法应该是先将有缺陷的表面去除掉，然后使用粒度比先前砂号略微粗一点的磨具，以较小的抛光力度进行抛光。
或者是先对工件以低于回火温度25 摄氏度的温度进行应力消除，接下来用砂号最细的磨具进行研磨，直到达到满意的效果，最后再以较轻的力度进行抛光。
产生“点蚀”的原因:所谓的“点蚀”是在抛光后的工件表面上，出现点状微坑的情况。
这是因为金属工件中会混有一些非金属杂质，通常是硬而脆的氧化物。
机械加工中的材料去除率优化
机械加工中的材料去除率优化机械加工是一项重要的制造技术，它可以将原材料转化为最终产品。
在机械加工过程中，材料去除率是一个关键指标，它描述了加工过程中材料的被去除程度。
优化材料去除率对于提高加工效率、降低成本、改善产品质量具有重要意义。
在本文中，我们将探讨一些优化材料去除率的方法和工艺。
首先，选择合适的切削工具是优化材料去除率的关键。
不同的材料和加工方式需要使用不同类型的切削刀具。
例如，对于硬度较高的材料，可以选择使用硬质合金刀具，而对于轻合金材料，可以选择使用高速钢刀具。
此外，刀具的刃口几何特征也需要根据加工需求进行优化，包括刀具刃口角度、刃磨精度等。
其次，控制切削过程参数也对优化材料去除率起到重要作用。
切削速度、进给速度和切削深度是常见的切削参数，它们会直接影响材料去除率。
合理选择这些参数可以最大限度地提高去除率。
例如，增加切削速度和进给速度可以增加切削速率，但要注意不要过大，以免损坏刀具或加工表面质量。
此外，选择合适的冷却润滑剂和保持足够的冷却润滑剂供给也能够提高切削过程的稳定性，减少切削温度，进而提高去除率。
再次，合理设计加工路径是优化材料去除率的重要因素之一。
在机械加工中，切削过程通常沿着预定的路径进行，设计一个合理的路径可以减少加工次数和工序，并提高去除率。
例如，在铣削加工中，合理选择铣削方向和切削路径可以避免多次来回切削，提高加工效率，同时降低工具磨损和加工表面的质量问题。
此外，采用现代化的加工设备和技术也是优化材料去除率的重要手段。
例如，高速切削技术能够提高生产效率，减少刀具磨损，并提高工件表面质量。
激光加工技术可以实现非接触式的加工，避免工件变形和刀具磨损等问题。
数控加工设备可以实现高精度加工，提高加工效率和质量稳定性。
最后，加强监测和控制也是优化材料去除率的关键方法之一。
通过使用先进的检测设备和传感器，可以实时监测切削力、温度和振动等加工参数，及时发现不正常情况并进行调整。
此外，采用自适应控制系统，根据实时监测结果调整切削参数，使其自动适应不同的工件和加工过程，也能够提高材料去除率。
抛光注意事项
抛光注意事项一、前言抛光是一种常见的表面处理技术，用于提高材料表面的光洁度和光亮度。
在进行抛光操作前，有一些注意事项需要遵循，以确保工作的安全性和效果的最大化。
本文将从准备工作、抛光机械的选择、抛光材料的选择、操作技巧等方面，对抛光注意事项进行全面、详细、完整地探讨。
二、准备工作在进行抛光操作之前，需要进行一些准备工作，以确保操作的顺利进行。
2.1 清洁工作区域在进行抛光操作之前，应清洁工作区域以确保不会有灰尘或杂物附着在工件上。
灰尘和杂物可能会破坏抛光效果，甚至损坏工件表面。
2.2 确保工件表面平整在进行抛光之前，需要确保工件表面平整。
如果表面存在凹凸不平的情况，抛光会造成表面更加不均匀，甚至损坏工件。
因此，可以在抛光之前进行砂纸打磨，以使表面平整。
2.3 选择合适的抛光机械选择合适的抛光机械是确保抛光效果的关键因素。
不同的工件和抛光要求可能需要不同类型的机械。
常见的抛光机械有手持抛光机、旋转抛光机和振动抛光机。
根据工件的特性和抛光要求，选择合适的机械是十分重要的。
三、抛光材料的选择选择合适的抛光材料也是确保抛光效果的重要因素。
根据不同的工件材料和抛光要求，可以选择不同类型的抛光材料。
3.1 抛光毛刷抛光毛刷是抛光操作中常用的工具之一。
它们有不同的硬度和材料，用于不同类型的工件和抛光要求。
硬毛刷用于去除表面污垢，而软毛刷适用于光洁度要求较高的工件。
3.2 抛光膏抛光膏是用于提高抛光效果的重要材料。
它们含有微粒，可以填充表面的微小凹痕，使表面更加光滑。
不同类型的抛光膏适用于不同类型的工件材料和抛光要求。
3.3 抛光液抛光液用于冷却和润滑抛光过程，以及去除抛光过程中产生的热量。
适当的抛光液可以提高抛光效果，并延长抛光机械和抛光材料的使用寿命。
3.4 抛光布抛光布用于涂抹抛光膏和抛光液，并进行抛光操作。
不同类型的抛光布适用于不同类型的抛光材料和工件表面。
四、操作技巧抛光操作需要掌握一定的技巧，以确保抛光效果的最大化。
超精密平面研磨和抛光
超精密平面研磨和抛光一、精密平面的研磨机二、平面研磨使用的研具1）特种玻璃，或用在加工成平面的金属板上涂一层四氟乙烯或镀铅和铟；优点：能得到高精度的平面缺点：研具层寿命短2）使用半软质研磨盘或软质研磨盘优点：研磨出的表面变质层很小，表面粗糙度也很小；缺点：研磨盘不易保持平面度三、平面研磨时工件和软质研具的磨损量工件与研具两者的任意点A处的加工量和研具磨损量，相对于两者的中心各自画圆弧与横轴相交，从交点出发每20min间隔与纵轴平行地上升或下降。
工件形成凸面，研具在半径上形成凹面使用ηp小的研具效果好。
使用ξ小的研具能有效地控制平面度的恶化，但ξ太小时，压力偏差较大，反而易引起平面度的恶化。
而当ξ较大时，只要加工量少，由于压力偏差较小，初始的平面度不会产生多大的恶化。
四、平行度和晶体方位误差的修正平行度的修正研磨是使被加工面与基准平面的角度误差达到最小值。
单面研磨法采用使工件附加偏心压力。
晶体方位误差的修正加工是以晶格面作参照物进行研磨的。
五、获得高质量平面研磨抛光的工艺规律1）研磨运动轨迹应能达到研磨痕迹均匀分布并且不重叠。
2）硬质研磨盘在精研修形后，可获得平面度很高的研磨表面，但要求很严格的工艺条件。
3）软质（半软质）研磨盘易获得表面粗糙度值极小和表面变质层甚小的研磨抛光表面，但不易获得很高的平面度。
4）使用金刚石微粉等超硬磨料可获得很高的研磨抛光效率。
5）研磨平行度要求很高的零件时，采用（1）上研磨盘浮动以消除上下研磨盘不平行误差；（2）小研磨零件实行定期180度方位对换研磨，以消除因研磨零件厚度不等造成上研磨盘倾斜而研磨表面不平行；（3）对各晶向硬质不等的晶片研磨时，加偏心载荷修正不平行度。
6）为提高研磨抛光的效率和研磨表面质量，可在研磨剂中加入一定量的化学活性物质。
7）高质量研磨时必须避免粗的磨粒和空气中的灰尘混入，否则将使研磨表面划伤，达不到高质量研磨要求。
参考资料：/。
抛光操作规程
抛光操作规程
《抛光操作规程》
一、目的
抛光是一种表面处理工艺，能使物体表面光洁平滑，提高外观质量。
本规程的目的在于规范抛光操作步骤，保证抛光效果。
二、操作步骤
1. 准备工作：清洁操作区域，准备工艺所需设备和耗材。
2. 检查工件：检查待抛光的工件表面是否有明显划痕或缺陷，如有需要进行修复处理。
3. 运行设备：打开抛光机械设备，检查设备运行状态是否正常。
4. 调整参数：根据工件材质和要求的抛光效果，调整抛光机的参数，包括转速、抛光剂使用量等。
5. 进行抛光：将工件放入抛光机内，开始抛光操作。
注意控制抛光时间和力度，避免过度抛光造成表面损伤。
6. 定期检查：定期检查抛光效果，如有需要可进行二次抛光处理。
7. 清洁工件：将抛光好的工件清洁干净，去除表面的抛光剂和杂质。
8. 检验工件：最终检验工件的抛光效果，确保符合要求。
三、注意事项
1. 操作人员应穿戴好防护用具，避免抛光剂溅射伤害皮肤和眼睛。
2. 切勿在无经验人员的指导下进行抛光操作，以免发生意外伤害。
3. 定期检查抛光机械设备的安全状态，确保设备运行平稳可靠。
4. 严格按照规程操作，避免违规操作造成工件损坏或人员伤害。
以上就是《抛光操作规程》的相关内容，希望能够对抛光工艺的操作有所帮助。
打磨抛光粉尘治理设计方案
打磨抛光粉尘治理设计方案打磨抛光工作是许多行业中常见的工序，然而，这种工作往往会产生大量的粉尘。
粉尘不仅会影响工作环境的清洁度，还可能对工人的健康产生负面影响。
因此，为了有效控制和治理打磨抛光过程中的粉尘，制定一个科学合理的粉尘治理设计方案是非常重要的。
本文将就打磨抛光粉尘治理设计方案进行探讨。
1. 现状分析在制定治理设计方案之前，我们首先需要了解目前的打磨抛光工作中存在的问题。
通过分析现状，可以更准确地制定相应的治理策略。
2. 粉尘产生源控制针对打磨抛光工作中产生的主要粉尘源，我们可以采取一些控制措施来减少粉尘的产生。
例如，在选择抛光材料时，可以选择具有较低粉尘生成率的材料进行工作。
另外，对于需要打磨抛光的工件，可以采用一些预处理方法，如清洗、除尘等，以减少表面附着的尘埃粒子。
3. 封闭式工作环境为了防止粉尘和污染物扩散到周围环境中，我们可以考虑建立封闭式的工作环境。
通过在打磨抛光工作区域周围设置适当的隔离措施，如围挡、挡板等，可以有效地将粉尘局限在工作区域内，减少对周边环境的影响。
4. 补充通风系统尽管我们可以尽量减少粉尘的产生和扩散，但在打磨抛光过程中，仍然难以完全避免粉尘的产生。
因此，在制定粉尘治理设计方案时，我们还应考虑引入补充通风系统。
这可以通过在工作区域内设置通风设备，如排风扇、通风管道等，将粉尘迅速排出，保持室内空气清新。
5. 个人防护措施无论我们采取了怎样的粉尘治理设计方案，个人防护措施始终是必不可少的。
为了保护工人的健康，必须确保他们配备合适的个人防护装备，如口罩、防护眼镜、耳塞等。
此外，还应加强对工人的培训，使他们了解并掌握正确的使用个人防护装备的方法。
6. 定期检测和维护为了确保粉尘治理设计方案的有效性，我们还需要定期检测和维护治理设备。
通过监测工作区域的空气质量，我们可以及时发现并处理潜在的问题。
维护通风设备的正常运行状态，并定期更换和清洗过滤器等关键部件，可以确保治理设备的有效性和可靠性。
超精密研磨与抛光
研磨速度
适当的研磨速度能够提高研磨 效率，同时也有助于控制表面 粗糙度。
研磨时间
研磨时间的长短会影响工件表 面的粗糙度和研磨效率，需要 根据实际情况进行调整。
03
抛光技术
抛光材料
抛光布
常用的抛光布材料包括棉布、细 帆布、化纤布等，具有良好的耐 磨性和柔软性，能够承受抛光过
程中的摩擦和压力。
抛光液
通过超精密研磨与抛光技术，可以加工出具有高精度、低 表面粗糙度的金属表面，提高金属材料的耐磨性、耐腐蚀 性和抗疲劳性能。该技术还可以用于加工金属材料的特殊 结构，如纳米级涂层、微纳颗粒等。
05
技术挑战与未来发展
技术挑战
01
02
03
04
加工精度要求高
超精密研磨与抛光需要达到纳 米级甚至更高级别的加工精度 ，对设备、工艺和材料的要求 极高。
研磨液
为了降低表面粗糙度和提高研磨效率，通常会使用 研磨液，如硅溶胶、氧化铝悬浮液等。
研磨垫
研磨垫是超精密研磨中常用的辅助工具，能够提供 均匀的研磨压力和稳定的研磨效果。
研磨机理与过程
80%
微观切削
研磨过程中，研磨砂纸上的磨粒 在压力作用下切入工件表面，通 过微观切削的方式去除材料。
100%
表面塑性流动
具体而言，超精密研磨与抛光技术可以对光学元件的表面进行纳 米级别的加工和修饰，使其表面达到原子级的光滑度，减少散射 和反射，提高光的透过率和成像质量。同时，该技术还可以加工 出具有特殊光学性能的元件，如非球面透镜、光波导等。
半导体材料
半导体材料是现代电子工业的基础，其质量和性能对电子器 件的性能和可靠性有着至关重要的影响。超精密研磨与抛光 技术是半导体材料加工的关键技术之一，主要用于加工硅片 、锗片、砷化镓等半导体材料。
超精密表面抛光材料去除机理研究进展
第49卷第17期 2004年9月评述超精密表面抛光材料去除机理研究进展徐进雒建斌路新春张朝辉潘国顺(清华大学摩擦学国家重点实验室, 北京100084. E-mail: jinxu618@)摘要化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing, 简称CMP)是目前提供全局平面化最理想的技术,在超精密表面加工领域得到了大量研究和应用. 概述了超大规模集成电路(Ultra-large Scale Integration,简称ULSI)多层布线中硅片、介电层和金属材料以及磁头/硬盘片化学机械抛光材料去除机理的研究现状和发展趋势, 重点评述了化学机械抛光过程中抛光液研磨颗粒与抛光片表面间相互作用机制, 并提出了材料去除机理的研究方法.关键词CMP材料去除机理 磨损ULSI计算机硬盘在电子产业中, 起先导作用的两个行业是微电子产品和计算机制造. 它们相辅相成, 相互促进, 使得其高速发展, 呈现出高集成度和高性能化的发展趋势, 从而对许多部件表面提出了前所未有的特殊要求. 如计算机硬盘要实现77.5~155 Gb/cm2的存储密度, 要求盘片的表面波纹度W a<0.1 nm, 粗糙度R a<0.05 nm. 另外, 大规模集成电路的线宽不断下降, 并向结构立体化、布线多层化发展. 根据美国微电子技术发展构图[1], 特征线宽到2011年将减小到0.05 µm, 同时将开始使用450 mm晶片. 并要求如此大尺寸晶片表面具有纳米级面型精度和亚纳米级表面粗糙度, 同时要保证表面和亚表面无损伤, 已接近表面加工的极限. 要实现如此尖端的技术突破, 必须深入探讨超精密抛光表面加工材料去除机理[2]. 作为新一代超精密表面制造方法之一——化学机械抛光(CMP)技术是目前最好的实现全局平面化的工艺技术, 在集成电路[3~5]、计算机磁头/硬磁盘[6,7]等超精密表面加工领域得到了大量研究和广泛应用. 但由于传统的加工理论已不适用于解释抛光加工中的诸多现象, 人们对加工过程中的材料去除的科学规律仍缺乏深入的了解, 严格来说, CMP材料去除机理目前仍不完全被认识1). 开展这方面科学问题的研究, 不仅有助于揭示在电子产品极限制造条件下出现的新规律和新机制, 而且对探索制造新原理和新方法有重要理论意义. 本文概述了ULSI多层布线中硅片、介电层和金属材料以及磁头/硬盘片化学机械抛光材料去除机理的研究现状, 并重点阐述了化学机械抛光过程中抛光液研磨颗粒与抛光片表面间的相互作用机制, 以期在揭示超精密表面材料去除机理及抛光工艺研究中具有借鉴意义.1集成电路(IC)制造中的CMP1.1硅片硅衬底片CMP是获到高平整度、无缺陷和高反射表面的一个基本工艺过程, 抛光质量直接影响击穿特性、界面态和少子寿命, 对后续制造工艺质量起决定作用. 早在1990年, Cook[8]就提出材料的去除是由于随抛光液流动的研磨颗粒压入Si片表面的机械犁削作用, 并表明Si片CMP中化学作用材料去除过程取决于Si表面形成的SiO2层和颗粒与抛光液中的水和化学剂之间的相互作用. 借助于TEM分析Si(100)片抛光表面和剖面, 可以证实硅表面塑性切削/剪切及表面氧化产物的机械去除, 同时还观察到在抛光过程中抛光表面的非晶态转变[9]. 在影响去除机理的因素中抛光液颗粒粒径最为关键[10], 当采用粒径大于2 µm的颗粒对Si(100)进行抛光时, 材料通过脆性断裂去除. 当粒径小于0.3 µm时, 发现沿着{111}方向形成的位错网和滑移面导致材料发生塑性变形, 呈现从脆性断裂到塑性屈服过渡. 伴随粒径继续减小到50 nm时, 在HRTEM下没有观察到任何物理损伤(见图1), 从而间接地说明了发生在原子尺度上的抛光可能占主导作用.Graf等人[11]结合XPS、高分辨能量损失谱研究了Si片表面抛光过程在原子尺度上的去除机理, 提出材料去除过程表现为: 抛光液中的SiO2颗粒表面局部带有高浓度O H−离子,随抛光液流动的O H−离子1) Moon Y. Mechanical Aspect of the Material Removal Mechanism in Chemical Mechanical Polishing. PhD Thesis, University of California, Berkeley, 2002. 129~133评 述第49卷 第17期 2004年9月图1 Si(100)在粒径50 nm 的SiO 2抛光液中抛光后剖面HRTEM 照片[10]转移到硅片表面并发生反应, 导致硅片表面的硅反向键断裂, 从而实现硅材料的去除. Liu 等人的研 究[4,12]表明Si 片表面抛光是一个复杂的多相反应, 主要包括: 抛光时吸附在抛光垫表面上的活性成分与硅原子在表面进行氧化还原反应; 高速运动的SiO 2颗粒与抛光垫对硅片表面摩擦, 磨去反应产物进入抛光液中被带走, 以上两个过程的平衡和综合效应决定了总去除率和抛光质量. 1.2 介电层目前, 在ULSI 中通常采用SiO 2作为介质材料, 针对二氧化硅抛光机理已得到了大量研究[13~15] 1). 与Si 片的抛光相似, 抛光液颗粒粒径与材料去除机理密切相关. Mahajan [13]等人在实验基础上研究了当粒径从0.2 µm 增加到1.5 µm 时对去除机理的影响, 提出随粒径的增加材料的去除从表面积控制模型向颗粒犁削模型过渡, 并合理解释了浓度变化对抛光率的影响. 可是, 针对目前通常采用的小粒径(<100 nm)颗粒, 材料去除机理却呈现两种解释. 首先, 以Tomozawa [14]和Lei 1)等为代表提出抛光过程中研磨颗粒与氧化层间的摩擦作用导致SiO 2层的塑性变形随着温度升高变形加剧, 在塑性变形过程中伴随氧化物发生水合作用, 较软的水合氧化物层随后因颗粒的犁削作用而去除; 其次, Hoshino 等人[15]提出SiO 2层与颗粒反应形成大量化学键连接, 在机械作用下晶片表面的化学键Si-O-Si 被破坏, 导致硅原子离开抛光片表面以实现材料去除.近年来, 因为低介电常数k 材料良好的机械性能、热稳定性和热传导性能, 部分研究者已致力于低介电常数k 材料代替SiO 2的研究[16~18], 比如聚合物材料、有机/无机混合物, 他们发现这些材料的去除机理具有相似性, 即: 抛光液中润湿剂和活性成分颗粒接触抛光表面后被表面吸附, 并逐渐渗入表面, 同时发生化学反应, 导致表面钝化或弱化; 抛光液的剪切和抛光液颗粒的研磨作用去除表面改性层(钝化或弱化层), 去除产物脱离抛光表面随抛光液排出.1.3 金属层金属抛光机理与SiO 2抛光不同, 金属抛光过程不但受金相/微观结构变形过程影响, 而且抛光液成分更为复杂, 从而使金属去除机理研究愈加困难. 因为在工业和实验条件下有大量可供参考的金属W 抛光的数据, 并且W 的磨损性能与其他塑性金属的磨损行为较相似, 所以有关金属W 的抛光机理研究最具有代表性[19].Kaufman 等人[20]早在1991年就提出W 表面与抛光液间的化学反应生成表面膜, 薄膜达到一定厚度后停止增长, 形成自息性钝化层, 抛光片表面凸出部分与抛光垫接触区之间的机械犁削去除钝化层, 被磨除部分从表面附近去除. 最近, 有关金属抛光机理的大多数分析和模型建立均以此为基础[21,22]. 可是该模型仅基于宏观分析, 没有深入微观过程的讨论. Anantha [23]在蠕变变形动力学基础上进行了金属 W-CMP 材料去除机理的微观结构研究, 观察到抛光过程对金属晶粒结构和取向的影响, 外界应力作用诱导表面原子和空穴沿晶界的迁移和扩散控制了薄膜变形, 一旦该变形超过材料的临界值, 材料脱离抛光表面, 从而说明抛光中表面氧化膜形成后, 材料的研磨去除主要受原子尺度的微观结构过程控制. 与此类似, Kneer [24]等人还提出化学腐蚀引起的晶内断裂是W 抛光材料去除的主导因素. 为了验证颗粒犁削和晶内断裂等材料去除机理, Stein 2)进行了大量的AFM 和TEM 观察, 结果表明晶间断裂和机械研磨都不可能是W 抛光过程中的主要去除机理. 在考虑颗粒吸附作用基础上, Asare [25]提出了另一种去除机制, 表明在一定条件下纳米尺度的金属氧化物颗粒累积在金属抛光表面形成氧化物膜, 颗粒在碰撞过程中与氧化物间发生异质吸附而实现氧化物膜的去除.近几年来, 在ULSI 制造中出现W 被Cu 代替的趋势, 相应已有大量相关的Cu 抛光机理的研究[26~30]. 钝化层形成理论同样适合于Cu 的抛光[26]. 可是, Cu1) Lei S, Mechanical interactions at the interface of chemical mechanical polishing. PhD Thesis, Georgia Institute of Technology, 2000. 63~85 2) Stein D. Mechanistic, Kinetic, and Processing Aspects of Tungsten Chemical Mechanical Polishing. PhD Thesis, University of New Mexico, 1998. 119~164第49卷第17期 2004年9月评述与W的抛光有所不同, 它在低pH值抛光液中和非钝化条件下也能进行抛光[27]. Li[28]比较了Al2O3和SiO2颗粒对Cu抛光的行为, 发现材料的去除决定于颗粒硬度和抛光表面膜硬度, Al2O3抛光液的抛光率随抛光表面膜硬度而变化, 机械磨损占主导因素, 而SiO2抛光液却与薄膜的硬度没有直接关系, 其去除机理更复杂. Liang等人[29]进一步对SiO2抛光液抛光的Cu 表面分析, 推测出基于化学作用的两种抛光机理: 第一, 在碱性溶液中, 表面钝化膜形成, 抛光颗粒与抛光垫间的机械能激发了氧化物膜的表面能, 破坏了铜氧化物的键连接, 部分铜氧化物溶解在抛光液中; 第二, 抛光过程中形成纯铜表面, 表面能受机械作用激发, 铜键断裂, 铜原子在抛光液中很快被氧化为Cu2O, 然后随抛光液排出. Wei[30]在此基础上进行更深入的分析, 提出在低浓度抛光液中, 形成了Cu2O 表面膜, 每个氧原子可以带走2个Cu原子, 产生了较快的去除率, 而高浓度抛光液中则形成CuO, 每个氧原子仅带走1个Cu原子, 因此降低了去除率.可以发现, 上述Cu-CMP材料去除机理的研究仅涉及某一方面或几方面因素, 不能真实反映CMP过程. Gotkis等人[31]填补了去除率研究方面的一些空白, 提出: RR = k chem·(RR mech)0+ k mech·(RR chem.)0.式中RR表示去除率, (RR mech)0和(RR chem.)0分别表示表面材料在没有任何化学辅助作用下的纯粹研磨磨损和没有研磨作用发生下纯粹的化学溶解, k chem和k mech分别表示抛光表面化学改性和机械作用影响系数, k chem和k mech 随着抛光液成分和浓度、抛光工艺参数和抛光材料等因素的变化而变化, 材料去除机制也因此不同. 该模型为从不同角度讨论Cu-CMP过程提供了思路, 根据k chem和k mech的变化可以得到不同的抛光区域. Steigerwald[32]根据抛光率随腐蚀剂浓度和压力的变化将抛光分为两个区域: 溶解率饱和区与研磨率饱和区. 在低浓度时, 抛光去除率受铜和表面形成的氧化铜的溶解率限制, 化学作用占主导因素; 而在高浓度时, 抛光率受表面研磨率限制, 机械摩擦占主导因素. 而Luo[22]则根据去除率随颗粒质量浓度的变化划分为3个区域: 化学腐蚀控制的去除率快速增加区, 机械研磨作用控制的线形增长区和饱和区.因为钽(Ta)在铜互连线IC制造中的较好阻挡效果, Ta的CMP机理已得到越来越多的研究. Ta的去除机理与其他金属材料类似, 主要表现为表面钝化层的形成和去除[33]. 可是, 抛光液pH值的影响尤其显著, pH值的变化可能引起表面钝化膜物理或化学性能变化[34,35], 也可能导致研磨颗粒与Ta表面膜静电相互作用的变化[36], 去除机理也随之改变.2 计算机磁头/硬磁盘加工中的CMP在计算机硬盘中, 磁头、磁盘的表面粗糙度、波纹度和纳米划痕不仅影响磁头的飞行稳定性, 而且影响表面的抗腐蚀性. 下一代磁头要求表面粗糙度和波纹度达到埃量级时, 已接近抛光加工的极限, 该方面的研究技术和理论都是国际公认的难题. 同时, 该领域研究的保密性极高, 有关其表面材料去除机理研究的报道极少. 在硬盘片抛光研究方面, 雒建斌[7,37]和马俊杰1)等人研究了固体颗粒尺寸、抛光液组分对Ni-P合金表面层抛光性能的影响, 在AFM观测(见图2)和AES分析基础上推测了材料去除机理: 首先Ni-P表面被抛光液中的Fe3+氧化剂氧化, 表面生成一层氧化膜, 使强度降低, 盘片表面脆化, 然后抛光液中的SiO2颗粒磨去氧化层, 如此循环, 由于盘片表面的突起部分首先被去除, 从而实现表面的全局平面化.3CMP过程的理论分析与计算数值计算的应力偶模型以及分子动力学模拟可以克服实验和测试的局限, 在CMP机理研究中得到大量应用, 目前已成为一个活跃的领域. 早在1927年, Preston[38]就提出了第一个机械模型, 建立了材料图2 商用抛光液抛光后盘片表面的AFM图象1)1) 马俊杰. 计算机硬盘盘片化学机械抛光的实验研究. 清华大学硕士论文, 2003. 61~68评述第49卷第17期 2004年9月去除率与摩擦功之间的经验关系. Warnock[39]在此基础上建立可考虑抛光中多种几何特征, 其在物理学上是合理的, 可是它并未完全揭示磨损机理. Liu 等[40]基于磨粒在抛光垫和硅片之间的滚动运动分析了CMP的磨损机理. Sundararajan等人[2]在假定抛光液腐蚀为主要的去除机理基础上, 计算了CMP过程中的抛光液膜厚度和流体压力, 然而它忽略了嵌入抛光垫表面磨粒的机械磨损. Larsen-Basse和Liang[19]模型指出CMP的主要磨损机理是由抛光液中的颗粒所产生的磨损. Zhang等人[41,42]提出了描述CMP润滑行为的Reynolds方程的数值求解方法, 给出了数值模拟的无量纲载荷、力矩与间隙、旋转角度和倾角等的变化关系, 为材料去除机理研究提供了参考信息.从上述实验和理论研究可以发现, 几乎所有材料去除机理的研究首先是研究抛光材料或抛光工艺参数的变化对抛光去除率的影响, 然后从中推测出物理或数学模型, 最后再将模型应用于有限的实验中验证. 采用这些模型对揭示CMP加工过程的本质还存在相当的局限性. 迄今为止仍没有能完整描述CMP材料去除机理的模型, 这与不能从大量抛光因素中准确提炼出关联机理的信息密切相关. 因此, 有必要首先对抛光过程中一些本质问题(如颗粒与抛光表面相互作用)进行研究, 然后在此基础上展开对抛光机理的探索.4 CMP过程中颗粒与抛光片表面相互作用无论集成电路中Si衬底、介电层、金属层, 还是计算机磁头/磁盘, 尽管它们的抛光机理均未得到清楚的认识, 可是, 在没有氧化剂条件或没有研磨颗粒条件下的抛光液中进行试验都表明不可能得到要求的抛光去除率, 从而说明机械作用在全局平面化中的重要作用. CMP过程中的机械作用通常在两种典型的接触模式[43,44]下存在, 即流体动力学模型和固体/固体接触模型. 当抛光表面承受压力较小、相对速度较大时, 在抛光垫与抛光片表面间形成一层薄流体膜, 抛光液中固体颗粒大小(纳米尺度)比流体膜厚度(微米尺度)小得多, 大部分颗粒对材料去除没有贡献, 材料去除主要由悬浮在抛光液中颗粒的三体研磨和抛光液的化学腐蚀作用. 当压力较大、相对速度较小时, 被抛光表面片与抛光垫表面相互接触, 两体和三体磨损同时存在. 如图3[45]所示, 在两体磨损中, 嵌入抛光垫表面的颗粒的犁削效应实现材料去除, 在抛光垫与抛光表面未接触区的凹陷处的颗粒不会嵌入抛光垫, 它不起作用或者发生三体磨损, 相对于在抛光片/抛光垫接触区发生的两体磨损而言, 三体磨损的材料去除量可以忽略.在这两种接触条件下, 抛光高速旋转下的颗粒和抛光垫粗糙峰与抛光表面间的材料去除磨损机制主要包括磨粒磨损、粘着磨损、冲蚀磨损、腐蚀磨损[44]. 在CMP过程中, 当抛光件与抛光垫间存在相对速度, 镶嵌在抛光垫或片子表面的颗粒沿抛光片表面的移动磨损表面, 移动包括滑动和滚动. Liang 等人[45]已观察到颗粒在片子表面滑动和滚动痕迹. 提出颗粒在片子表面上滚动时, 尽管只有粘着磨损发生, 然而粘着磨损和磨粒磨损是CMP过程的主要磨损机制. 决定嵌入表面的颗粒是否移动, 它取决于诸多因素, 包括颗粒和基体的变形、相对速度、粘着力、表面硬度和摩擦系数等. 决定颗粒在表面是滚动还是滑动同样是非常重要的, 以便于确定CMP过程中发生的磨损机理. 并非所有接触抛光片的颗粒都会产生有效的材料去除, 当颗粒在表面滚动时出现粘着磨损, 因为滚动导致的晶片表面材料去除相对较小; 当颗粒是被抛光垫牢固镶嵌至于在抛光片表面滑动时, 颗粒与晶片表面间的相互作用变得显著, 导致抛光表面明显的物理和化学变化, 抛光片表面出现磨粒磨损的材料去除, 该滑动条件主要受颗粒/抛光垫和颗粒/晶片之间的表面摩擦来决定, 除摩擦系数和接触面积外, 还决定于接触界面的法向力, 从而引出了达到有效材料去除率的临界力条件模型[46].尽管材料磨损去除机理已得到广泛认可, 可是Moon1), Stein和Cecchi[47]和Bielman[48]等人的实验研究却表明在高质量的抛光表面很少有犁削痕迹发现, 提出材料的主要去除机理不是颗粒对抛光片表图3 抛光表面与抛光垫接触示意图[43]1) 见1700页脚注第49卷第17期 2004年9月评述面的机械犁削. 另外, 在理论方面, 磨粒磨损要求磨粒先压入表面然后犁削, 然而, 通过理论计算表明, 颗粒压入表面的深度往往在原子量级或更小, 如在常见工艺和参数下, Luo和Dornelf[43]的计算结果为0.07 nm. 在这种尺度下, 材料不可能在分子甚至更小尺度上发生犁削去除, 建立在连续介质力学基础上的犁削去除模型面临挑战. 因此, 采用非连续介质理论来分析分子/原子大小或纳米尺度化学机械抛光机理可能更为合理.在考虑表面分子结合能基础上, Pietsch[49], Ho-shino[15], Vijayakumar[50]和Zhao[51]等提出了建立在非连续介质理论基础上的材料去除机理, 主要内容包括: 抛光过程中化学反应完全改变了表面原子或分子间的键合能力, 使其变成弱键合分子, 一旦机械作用传递的能量足以断裂弱键合分子所需的能量, 结果表现为表面凸起部分在原子或分子尺度上发生材料去除.5结论CMP过程是发生在微纳米尺度上一个动态过程, 是在一定运行条件下诸多因素的综合作用效果. 材料去除机理的研究可能涉及到研磨过程、腐蚀过程、电化学、流体动力学等, 另外, 新材料的层出不穷(如Cu、Cu合金、扩散阻挡层、低k介电层聚合物和有机硅玻璃材料等), 抛光研究已成为一个非常活跃的领域, 这些新材料抛光实质上更加复杂. 这与CMP 的实际应用水平严重失调. 因此, 要实现抛光材料去除机理研究的突破, 可以从以下几个科学问题开展研究:(1)抛光表面与单个研磨颗粒间的物理化学行为研究. 消除其他因素的耦合效应, 独立研究抛光表面与单个颗粒间的相互作用规律, 如采用AFM技术去研究单个颗粒与抛光表面间的相互作用及其在不同抛光液下对去除率的影响.(2)抛光表面与研磨颗粒间的粘着和碰撞问题研究. 设计模拟CMP过程的强化实验, 研究发生在纳米尺度下的粘着和碰撞去除机制.(3)抛光过程中纳米颗粒运动规律的测试研究. 采用先进测试技术, 如采用激发荧光技术在线研究抛光液在抛光片表面的流动规律和颗粒与抛光表面间相互作用.致谢本工作为“973”计划项目(批准号: 2003CB716201)和国家自然科学基金重大项目(批准号: 50390060)资助项目.参考文献1 Hahn P O. The 300 mm wafer ——a cost and technology chal-lenge. Microelectronic Engineering, 2001, 56: 3~13[DOI]2 Sundararajan S, Thakurta D. Two-dimensional wafer-scale chemi-cal-mechanical planarization models based on lubrication theory and mass transport. J of the Electrochemical Society, 1999, 146(2): 761~766[DOI]3 Liu R C, Pai C S, Martinez E. Interconnect technology trend formicroelectronics. Solid-State Electronic, 1999, 43: 1003~1009[DOI]4 Liu Y L, Zhang K L, Wang F, et al. Investigation on the final pol-ishing and technique of silicon substrate in ULSI. Microelectronic Engineering 2003, 66: 438~444[DOI]5 Swetha T, Arun K S, and Ashok K.Tribological issues and model-ing of removal rate of low-k films in CMP. J Electrochem Soc, 2004, 151: G205~G211[DOI]6 Luo J B, Gao F, Hu Z M, et al. Surface finish and performances ofread/write heads by using ultra-fine diamond slurry in polishing process. Int J Nonlinear SCI, 2002, 3 (3~4): 449~4547 Lei H, Luo J B, Pan Guo S, et al. Chemical mechanical polishingof computer hard disk substrate in SiO2 colloidal slurry, Interna-tional Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, 2002, 3:455~4598 Cook L M. Chemical process in glass polishing. J Non - Crystal-line Solids, 1990, 120: 152~171[DOI]9 Stefan J S, Jan A S. Surface defects in polished silicon studied bycross-sectional transmission electron microscopy. J Am Ceram Soc, 1989, 72(7): 1135~113910 Kunz R R, Clark H R, Nitishin P M, et al. High resolution studiesof crystalline damage induced by lapping and single-point dia-mond machining of Si (100). J Mater Res, 1996, 11(5): 1228~1237 11 Graf D, Schnegg A, Schmolke R, et al. Morphology and chemicalcomposition of polishing silicon wafer surfaces. Electrochemical Society Proceedings, 2000, 96~22: 186~19612 刘玉岭, 檀柏梅, 张楷亮. 超大规模集成电路衬底材料性能及加工测试技术工程. 北京: 冶金工业出版社, 2002. 138~17713 Mahajan U, Bielmann M and Singh R K. Materials Research Soci-ety Symposium Proceedings, 2000,566: 27~3214 Tomozawa, Minoru. Oxide CMP Mechanisms. Solid State Tech-nology, 1997, 40: 39~5315 Hoshino T, Kurata Y, Terasaki Y, et al. Mechanism of polishingof SiO2 films by CeO2 particles. Journal of Non-Crystalline Solids, 2001, 283: 129~136[DOI]16 Borst C L, Gill W N, Gutmann R J. Chemical-mechanical Polish-ing of Low Dielectric Constant Polymers and Organosilicate Glasses: Fundamental Mechanisms and Application to IC Inter-connect Technology. Boston/London: Kluwer/Academic/Publishers, 2002. 71~16117 Dan T, Fury M. Chemical mechanical polishing of polymer films.Journal of Electronic Materials, 1998, 27(10): 1088~109418 Neirynck J M, Yang G R, Murarka S P, et al. Low dielectric con-评述第49卷第17期 2004年9月stant materials-synthesis and applications in microelectronics.Materials Research Society Symposium Proceedings, 1995, 381: 229~23419 Larsen-Basse J, Liang H. Probable role of abrasion inchemo-mechanical polishing of tungsten. Wear, 1999, 233~235: 647~654[DOI]20 Kaufman F B, Thompson D B, Broabie R E, et al. Chemi-cal-mechanical polishing for fabricating patterned W metal fea-tures as chip interconnects. J Electrochem Soc, 1991, 138(11): 3460~346421 Zhao Y, change L. A micro-contact and wear model for chemi-cal-mechanical polishing. Wear, 2002, 252: 220~226[DOI]22 Luo J, Dorfeld D A. Material removal regions in chemical me-chanical planarization for sub-micron integrated circuit fabrication: coupling effects of slurry chemicals, abrasive size distribution and wafer-pad contact area. IEEE Trans Semiconduct Manuf, 2003, 16(1): 45~56[DOI]23 Anantha R S, Wang J F. Microstructural and surface phenomena inmetal CMP. Electrochemical Society Proceedings, 1996, 22: 258~ 26624 Kneer E A, Raghunath C, Raghavan S, et al. J Electrochem Soc,1996, 143: 4095~410025 Asare O K, Khan A. Chemical-mechanical polishing of tungsten:an electrophoretic mobility investigation of alumina-tungstate in-teractions. Electrochemical Society Proceedings, 1998, 7: 138~ 14426 Steigerwald J, Zirpoli R, Myrarka S, et al. Metal dishing and ero-sion in the chemical-mechanical polishing of copper used for patten delineation. Mater Res Soc Symp Proc, ULSI-X, 1995: 55~5927 Oliver M R. CMP fundamentals and challenges. Mater Res SocSymp Proc, 2000, 566: 73~7928 Li Y, Ramarajan S, Hariharaputhiran M, et al. Planarization of Cuand Ta using silicon and alumina abrasives- A comparison. Mater Res Soc Symp Proc, 2000, 613: E2.4.1~E2.4.629 Liang H, Martin J M, Brusic V. Chemical wear of Cu CMP. MaterRes Soc Symp Proc, 2000, 613: E2.5.1~E2.5.530 Wei David, Gotkis Y, Li H, et al. Copper CMP for dual damascenetechnology: some consideration on the mechanism of removal.Mater Res Soc Symp Proc, 2001, 671: E3.3.1~E3.3.631 Gotkis Y, Kistler R. Cu CMP for dual damascene technology:fundamentals. Electrochemical Society Proceedings, 2000, 26: 253~26932 Steigerwald J M, Muraraka S P, Ho J, et al. Mechanism of copperremoval during chemical mechanical polishing. J Vac Sci Technol, 1995, B13(6): 2215~2218[DOI]33 Hariharaputhiran M, Li Y, Ramarajan S, et al. Chemical mechani-cal polishing of Ta. Electrochemical and Solid-state Letters, 2000, 3(2): 95~98[DOI]34 Kuiry S C, Sea l S, Fei W, et al. Effect of pH and H2O2 on TaChemical Mechanical Planarization. Journal of The Electrochemi-cal Society, 2003 150(1): c36~c43[DOI]35 Li Y, Babu S V. Chemical Mechanical Polishing of Copper andTantalum in Potassium Iodate-Based Slurries. Electrochemical and Solid-state Letters, 2001,4 (2): G20~G22[DOI]36 Ramarajan S, Li Y, Hariharaputhiran M, et al. Effect of PH andIonic strength on chemical mechanical polishing of Tantalum.Electrochemical and Solid-state Letters, 2000, 3 (5): 232~234[DOI]37 雒建斌, 雷红, 潘国顺, 等. 一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光浆料. 中国专利, 2003, No.1 417 27838 Preston F. The theory and design of plate glass polishing machines.J Soc Glass Technol, 1927, 11: 214~25639 Warnock. A two-dimensional process model for chemimechanicalpolish planarization. Journal of The Electrochemical Society, 1991, 138(8): 2398~240240 Liu C, Dai B, Tseng W, et al., Modeling of the wear mechanismduring chemical-mechanical polishing. J. of the Electrochemical Society, 1996, 143(2): 716~72141 Zhang C H, Luo J B, Wen S Z. Multigrid technique incorporatedalgorithm for CMP lubrication equations. Progress in Natural Sci-ence, 2004, 14(3): 81~8442 Zhang, C. H., Luo, J. B., Wen, S. Z., Modeling chemical me-chanical polishing with couple stress fluids. Tsinghua Science and Technology, 2004, 343 Luo J F, Dornfeld D A. Material removal mechanism in chemicalmechanical polishing: theory and modeling. IEEE Transaction on semiconductor manufacturing, 2001, 14(2): 112~133[DOI]44 Ahmadi G, Xia X. A model for mechanical wear and abrasive par-ticle adhesion during the chemical mechanical polishing process.Journal of the Electrochemical Society, 2001, 148 (3): G99~G109[DOI] 45 Liang H, Kaufman, Sevilla R, et al. Wear phenomena in chemicalmechanical polishing. Wear, 1997, 211: 271~279[DOI]46 Zhao B, Shi F G. Chemical mechanical polishing: Threshold pres-sure and mechanism. Electrochemical and Solid-state Letters, 1999, 2 (3): 145~147[DOI]47 Stein D J, Cecchi J L. Atomic force microscopy, lateral force mi-croscopy, and transmission electron microscopy investigations and adhesion force measurements for elucidation of tungsten removal mechanisms. J Mater Res, 1999, 14(9): 3695~3706.48 Bielman M, Mahajan U, Singh R K. Effect of particles size duringtungsten chemical mechanical polishing. Electrochemical and Solid~state Letters, 1999, 2 (8): 401~403[DOI]49 Pietsch G J, Chabal Y J, Higashi G S. The atomic-scale removalmechanism during chemo-mechanical polishing of Si (100) and Si (111). Surface Science, 1995, 331~333: 395~401[DOI]50 Vijayakumar A, Du T, Sundaram K B, et al. Polishing mechanismof tantalum films by SiO2 particles. Microelectronic Engineering, 2003, 70: 93~101[DOI]51 Zhao Y, Change L., Kim S H. A mathematical model for chemi-cal-mechanical polishing based on formation and removal of weakly bonded molecular species. Wear, 2003, 254: 332~339[DOI](2004-02-23收稿, 2004-06-07收修改稿)。
教程模具抛光的技术和技巧
[教程] 模具抛光的技术和技巧随着塑料制品日溢广泛的应用，如日化用品和饮料包装容器等，外观的需要往往要求塑料模具型腔的表面达到镜面抛光的程度。
而生产光学镜片、镭射唱片等模具对表面粗糙度要求极高，因而对抛光性的要求也极高。
抛光不仅增加工件的美观，而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性，还可以使模具拥有其它优点，如使塑料制品易于脱模，减少生产注塑周期等。
因而抛光在塑料模具制作过程中是很重要的一道工序。
1 抛光方法目前常用的抛光方法有以下几种：1.1 机械抛光机械抛光是靠切削、材料表面塑性变形去掉被抛光后的凸部而得到平滑面的抛光方法，一般使用油石条、羊毛轮、砂纸等，以手工操作为主，特殊零件如回转体表面，可使用转台等辅助工具，表面质量要求高的可采用超精研抛的方法。
超精研抛是采用特制的磨具，在含有磨料的研抛液中，紧压在工件被加工表面上，作高速旋转运动。
利用该技术可以达到Ra0.008μm的表面粗糙度，是各种抛光方法中最高的。
光学镜片模具常采用这种方法。
1.2 化学抛光化学抛光是让材料在化学介质中表面微观凸出的部分较凹部分优先溶解，从而得到平滑面。
这种方法的主要优点是不需复杂设备，可以抛光形状复杂的工件，可以同时抛光很多工件，效率高。
化学抛光的核心问题是抛光液的配制。
化学抛光得到的表面粗糙度一般为数10μm。
1.3 电解抛光电解抛光基本原理与化学抛光相同，即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分，使表面光滑。
与化学抛光相比，可以消除阴极反应的影响，效果较好。
电化学抛光过程分为两步：（1）宏观整平溶解产物向电解液中扩散，材料表面几何粗糙下降，Ra＞1μm。
（2）微光平整阳极极化，表面光亮度提高，Ra＜1μm。
1.4 超声波抛光将工件放入磨料悬浮液中并一起置于超声波场中，依靠超声波的振荡作用，使磨料在工件表面磨削抛光。
超声波加工宏观力小，不会引起工件变形，但工装制作和安装较困难。
超声波加工可以与化学或电化学方法结合。
超精研磨技术
PTG研磨等级
DP 100 DP 100
DP 50 DP 50 DP 50 DP 20 DP 20 DP 20
DP 14 DP 14
研磨液
为达到最佳细磨和／或研磨效果，应采用专门配方的经过 普通水或去离子水稀释的研磨液。
研磨液浓 度影响材料去除率和表面洛氏硬度，需要增加 其它过程控制方法。
研磨液
研磨液
液流量和循环 为在较大机器上取得最佳效果，买一台离心机，并同时使
用水过滤器。 使用中过滤器和离心机应每天清理。 *购买Omnifilter U25 和RS2过滤器或相当系统。
金刚砂粒粘合程序
PTG公司建议，因为进行水基加工，采用铝盘可获取最佳效果。但是也可
以采用在顶部和侧面全部涂了两遍抗水性环氧树脂的铸铁盘。
研磨液
液流量与循环 对于较小机器，在研磨盘上方装一个流量2-4升／分（尺
寸为3B-8B）的喷咀即可。
对较大机器要采用，流量为6-16升／分（9B，13-20B）的双 喷咀系统。
部件在上机器加工前，要先用研磨液彻底湿润表面。在加工过 程中应保持研磨液复盖全部盘面。
没有足够的研磨液金刚砂粒会过热，甚至达到熔点、成釉状或烧 毁。
金刚砂团粒粘合程序
在底面涂环氧树脂 。 把团粒放准在记号上，并用姆指使劲按。 对较大的盘，使用刮刀或带沟状齿（1mm以下）的抹子在
断面上涂薄层环氧树脂，而后把团粒放在表面上。 仅在15-20分钟内可工作的部位涂上环氧树脂。而后移到
盘的表面喷砂或粗砂纸 打成粗糙表面以准备粘 合。
金刚砂团粒粘合程序
通过底面喷砂以去除团粒底部的釉状物质。注意顶部和底部的差别。
金刚砂团粒粘合程序
对于较大的盘，PTG公司准备送给你一份团粒布置图。我们需要你提 供内、外径和基材尺寸以便在盘上进行设计布置。
超精抛光中边缘效应对材料去除量的影响
关键 词 ： 超精 抛 光 ； 边 缘 效 应 ； 表 面 模 型 ； 压 强 分 布 ； 去 除 量
中 图分 类 号 ： ＴＧ７ １ ０ 文 献标 志码 ： Ａ
平面抛 光是超 精密加 工 中的一道重 要工 序 ， 是提 高工件 表面 面型精度 和表 面光滑度 的有效 手段 ， 而工件 和 抛光磨盘 接触 区内各点 瞬时压强 的分 布 ， 是影 响工件 材料去 除量 的重要 因素 。实际加工 过程 中 ， 精密磨 削和研 磨 阶段 后的工件 （ 如用 于做 反射镜 片 的玻 璃 ） 要经 过抛 光 。这些 工件 本身 就具 有一 定 的不 平度 ， 要在 抛光 需 需
ｕａ ｏ ｉ ｉｇｔ ｏ ｌｒ ｌ ｈ ｎ ｌ ｐ ｒ ｃ
ｗｏ ｋ ｉｃ ｒｐｅｅ
Ｉ
Ｏ ２
抛光 粉粒度 和硬度 ， 光 液 Ｐ 值 和环 境 温度 等。 而对 于 抛 Ｈ 压 强 Ｐ， 当工 件 部 分露 出抛 光 盘 时 ， 触 区压 强 分 布 不 均 接 匀 ， 生边缘效 应 。图 １ 产 为工 件部分 露 出抛 光盘 时示意 图 ，
光 垫 接 触 区 压 强 分 布 线 性 模 型 ， 分 析 过 程 中发 现 工 件 某 些 部 位 会 出 现 压 强 负 值 ¨ 。 因 此 ， 文 采 用 了 一 种 表 在 本 面模 型 ， 以修 正 的抛 物 线 形 式 表 示 压 强 分 布 ， 理 避 开 了 出 现 负 压 强 的 问 题 ， 且 将 其 应 用 于 计 算 工 件 材 料 的 合 并
第 ２ ０卷 第 １ ０期
２０ ０ ８年 １ Ｏ月
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯ Ｗ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ ＰＡ ＲＴＩ Ｇ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
数控冲床加工过程中的材料去除率与表面质量研究
数控冲床加工过程中的材料去除率与表面质量研究引言数控冲床是一种高效率、高精度的金属加工设备，广泛应用于汽车、电子、航空航天和机械制造等领域。
在数控冲床加工过程中，材料去除率和表面质量是两个重要的研究方向。
本文旨在探讨数控冲床加工过程中材料去除率与表面质量之间的关系，并提出相应的改进措施，以提高加工效率和产品质量。
一、材料去除率与数控冲床加工过程1. 数控冲床加工过程数控冲床是利用冲床模具对金属板材进行冲孔、刻号、压齿等操作的机床。
在加工过程中，冲床刀具通过进给运动向工件施加大量的冲击力，以实现冲压、送料、裁剪等工艺。
数控冲床具备自动换刀、自动送料、加工速度快等优势，可以实现高度自动化的生产。
2. 材料去除率的概念材料去除率是指加工过程中材料被切削去除的比例。
在数控冲床加工过程中，材料去除率与加工参数、刀具材料、冲床类型和工件材料等因素密切相关。
较高的材料去除率可以提高加工效率，但过高的材料去除率可能导致刀具磨损快、加工过程不稳定等问题。
二、材料去除率与表面质量的关系1. 材料去除率与表面粗糙度表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标之一。
数控冲床加工过程中，材料去除率的大小直接影响着表面粗糙度的大小。
一般来说，材料去除率越大，表面粗糙度越大；材料去除率越小，表面粗糙度越小。
因此，在追求高表面质量的加工过程中，需要合理控制材料去除率，以尽可能减小表面粗糙度。
2. 材料去除率与表面硬度表面硬度是衡量零件表面强度和耐磨性的指标之一。
在数控冲床加工过程中，材料去除率的大小直接影响着表面硬度的大小。
一般来说，材料去除率越大，表面硬度越大；材料去除率越小，表面硬度越小。
因此，在追求高表面硬度的加工过程中，需要合理控制材料去除率，以获得理想的表面硬度。
三、提高材料去除率与改善表面质量的措施1. 优化加工参数加工参数是影响材料去除率与表面质量的重要因素之一。
合理优化加工参数能够提高材料去除率，同时改善表面质量。
首先，应根据工件材料的物性特点选择合适的进给速度、回程速度和切削速度。
讨论控制工件表面质量的方法
讨论控制工件表面质量的方法随着科学技术的发展，对零件的表面质量的要求已越来越高。
为了获得合格零件，保证机器的使用性能，人们一直在研究控制和提高零件表面质量的途径。
提高表面质量的工艺途径大致可以分为两类：一类是用低效率、高成本的加工方法，寻求各工艺参数的优化组合，以减小表面粗糙度；另一类是着重改善工件表面的物理力学性能，以提高其表面质量。
1.降低表面粗糙度的加工方法1.1超精密切削和低粗糙度磨削加工1.1.1超精密切削加工超精密切削是指表面粗糙度为Ra0.04μm以下的切削加工方法。
超精密切削加工最关键的问题在于要在最后一道工序切削0.1μm的微薄表面层，这就既要求刀具极其锋利，刀具钝圆半径为纳米级尺寸，又要求这样的刀具有足够的耐用度，以维持其锋利。
目前只有金刚石刀具才能达到要求。
超精密切削时，走刀量要小，切削速度要非常高，才能保证工件表面上的残留面积小，从而获得极小的表面粗糙度。
1.1.2小粗糙度磨削加工为了简化工艺过程，缩短工序周期，有时用小粗糙度磨削替代光整加工。
小粗糙度磨削除要求设备精度高外，磨削用量的选择最为重要。
在选择磨削用量时，参数之间往往会相互矛盾和排斥。
例如，为了减小表面粗糙度，砂轮应修整得细一些，但如此却可能引起磨削烧伤；为了避免烧伤，应将工件转速加快，但这样又会增大表面粗糙度，而且容易引起振动；采用小磨削用量有利于提高工件表面质量，但会降低生产效率而增加生产成本；而且工件材料不同其磨削性能也不一样，一般很难凭手册确定磨削用量，要通过试验不断调整参数，因而表面质量较难准确控制。
1.2采用超精密加工、珩磨、研磨等方法作为最终工序加工超精密加工、珩磨等都是利用磨条以一定压力压在加工表面上，并作相对运动以降低表面粗糙度和提高精度的方法，一般用于表面粗糙度为Ra0.4μm以下的表面加工。
该加工工艺由于切削速度低、压强小，所以发热少，不易引起热损伤，并能产生残余压应力，有利于提高零件的使用性能；而且加工工艺依靠自身定位，设备简单，精度要求不高，成本较低，容易实行多工位、多机床操作，生产效率高，因而在大批量生产中应用广泛。
超精密研磨抛光方法
超精密研磨抛光方法摘要：介绍了几种近代超精密研磨抛光方法的加工原理、特点、加工对象和应用。
关键词：超精密研磨；弹性发射加工；机械化学研磨；磁力研磨；超声研磨Abstract：Introduces several methods of modern ultra-precision polishing processing principle, characteristics, objects and application.Key words：Ultra-precision grinding, Elastic emission machining, Chemical mechanical polishing, Magnetic abrasive, Ultrasonic grinding.一、概述超精密加工技术标志着一个国家机械制造业的水平，在提高光机电产品的性能、质量、寿命和研发高科技产品等方面具有十分重要的作用。
当前，超精密加工是指加工误差小于 0.01μm、表面粗糙度小于 Ra0.025μm 的加工，又称之为亚微米级加工。
现在，超精密加工已进入纳米级，称之为纳米加工。
在超精密加工中，超精密切削、超精密磨削的实现在很大程度上依赖于加工设备、加工工具以及其它相关技术的支持。
并受其加工原理及环境因素的影响和限制，要实现更高精度的加工十分困难。
而超精密研磨抛光由于具有独特的加工原理和对加工设备、环境因素要求不高等特点，故它可以实现纳米级甚至原子级的加工，已成为超精密加工技术中的一个重要部分。
二、几种超精密研磨抛光方法2.1、基于机械作用的超精密研磨抛光方法基于机械作用的超精密研磨抛光方法是依靠微细磨粒的机械作用对被加工表面进行微量去除，达到高精度的加工表面。
2.1.1、弹性发射加工弹性发射加工是一种可以获得较高的加工精度和较低的表面粗糙度的超精密研磨方法。
其加工原理如图1所示（图1略）。
加工时使用聚氨脂球作加工头，在高速旋转的加工头与被加工工件表面之间加上含有微细磨粒（0.1～0.01µm）的研磨液，并产生一定的压力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超精密平面抛光工件材料去除量的控制方法常敏袁巨龙吕冰海赵文宏邢彤（浙江工业大学机电学院 浙江杭州 310014）摘要：利用研制的一种采用专家数据库智能控制系统的修正环型超精密平面抛光机对几种功能陶瓷进行了平面抛光实验。
本文认为工件的总去除量是与抛光路径的总长度成正比的，直接控制工件表面的抛光路径总长度要比控制抛光时间能更加精确地控制工件的总去除量。
本文分析了修整环型抛光机抛光过程中工件材料的去除函数，材料总去除量与抛光盘转数（即抛光路径长度）之间的关系。
提出了采用光栅测量和微机控制技术，将抛光盘总转数的精度控制在±0.4º以内，同时结合合理的加工工艺，保证工件材料去除误差在1nm 以内，获得晶片极高的平面度和理想的无损伤表面。
关键词：超精密抛光平面抛光工件材料去除量抛光路径长度0 前言随着各种新型功能陶瓷材料的不断研制成功，以及这些材料在各种高性能电子元器件、光学、信息系统等领域的广泛应用，为了获得各种元器件及设备的高性能，元件和零件的加工质量要求越来越高，达到纳米级或更高的加工精度和无损伤的表面加工质量,既要求工件无划痕、微裂纹、凹坑以及晶格畸变等损伤。
这就要求工件在最后精加工阶段，能够微量去除表面形成的变质层和损伤层，保证高的加工质量。
目前，平面抛光成为各种功能陶瓷元件基片精加工中最常用也是最重要的加工方式。
一般认为抛光是以磨粒的微小塑性切削生成切屑为主体而进行的。
在材料切除过程中会由于局部高温、高压而使工件与磨粒、加工液及抛光盘之间存在着直接的化学作用，并在工件表面产生反应生成物。
由于这些作用的重迭，以及抛光液、磨粒及抛光盘的力学作用，使工件表面的生成物不断被除去而使表面平滑化。
本文介绍一种采用专家数据库智能控制系统的修正环型超精密平面抛光机，实现材料微量去除，获得无损伤表面的方法。
1修正环型超精密平面抛光机在传统的抛光机上用软质抛光盘进行高精度平面抛光时，由于抛光盘面的变形和磨损，通常需凭工人的经验频繁地将抛光盘在标准平板上进行手工对研，以修正抛光盘面的变形，实现高精度的平面加工。
为了尽可能排除抛光机对工人熟练程度的要求，已有人提出并开发了采用修正环型平面抛光加工方法，并采用了基于专家数据库的智能控制系统，能针对不同的加工对象自动设置最佳的工艺参数，消除人为因素的影响，保证加工质量的一致性，抛光机外形如图1所示。
加工原理如图2所示，工件粘贴在平行平面夹具上，使薄片工件与夹具成为一体，作为名义大口径厚工件加工，并通过修正环的连续旋转来实时修正抛光盘的平面度。
当抛光盘呈凸形时，通过调节修正环保持架的角度，使修正环向中心移动，反之向外移动。
图2 修正环型抛光机原理示意图图1 超精密修正环型平面抛光机 1—载物孔2—环状工作面抛光盘 3—滚动轮4—修正环保持架（可调）5—修正环 6—载物环2 抛光过程的运动分析对于抛光来说，主要是维持研磨所取得良好平面度的前提下，去除工件表面微小的凸起和表面损伤层，以获得镜面光度。
所以要求整个工件表面均匀地无方向性地被抛光。
反映在速度上，就是工件表面上每点的相对速度应在任何时候都保持为恒量。
如图3所示，修正环型抛光机抛光过程中，工件上任意一点A 相对于抛光盘的相对速度V A 为：ωωr n r n V p p A ×−×= （１）如果: n n p ==ω （２）则 : r r V p A ×=−×=)(ω （３）工件工件转动方向相对抛光速度方向图3 平面抛光时的运动关系示意图 图4 工件相对抛光速度方向的变化规律 式中，V A 为工件相对于抛光盘的相对速度，n p 为抛光盘的转速，r p 为A 点到抛光盘中心的距离，n ω为修正环的转速，r ω为A 到修正环中心的距离, c 为抛光盘与修正环中心的距离。
可见，如果保证工件与抛光盘具有相同的角速度，就可以保证工件上每一点与抛光盘之间的相对速度保持为恒量。
并且每转一周可以遇见所有方向速度矢量，因此整个工件可以均匀而且没有方向性地被抛光(抛光方向为工件名义圆的切线方向，以工件的转动速度n ω均匀变化)。
抛光盘转动角度φ，工件的所经过的抛光路径的长度为：c n c n dt V S T A A ⋅=⋅⋅==∫φφ/ （4）3 材料去除的函数根据材料抛光表面去除的数学模型Preston 方程： ts P K t H p ∆∆=∆∆ (5) 式中:ΔH 表示加工表面高度的变化，Δt 表示所花的时间，P 表示压力，ΔS/Δt 表示抛光盘相对工件的线速度，K p 是普雷斯顿方程的协调系数。
假设满足以下条件：（１）工件是不变形的刚体，抛光盘是能按工件加工面形状变形的弹性体。
这时可以忽略介于两者之间的磨粒与加工液的厚度和形状变化，认为工件与抛光盘间全面贴紧。
（２）分布的压力P 取决于抛光盘的弹性变形量。
（３）抛光盘的塑性变形也包含在磨损中。
对（5）式积分，并将（4）式代入，则抛光转动角度φ，工件上A 点的高度变化量为： c P K S P K sdt P K H A p A A p T A p ⋅==∆=∫φ （6） 可见，材料的总去除量是与抛光路径的长度成正比的。
当要求的去除量达到1nm 以下时，直接控制抛光路径的长度，可以消除控制抛光速度、时间时，由于速度的波动而引起的累积误差。
通过可靠的机械传动方案保证工件与抛光盘具有相同的角速度，将抛光盘的定位精度误差控制在0.4°内，可实现微去除量的精确控制，而忽略加工过程中速度的变化，简化控制方法，同时可采用“低速起动—无级提速—恒速加工—低速修整—低速停止”的抛光盘速度控制模式，减少由于速度变化过大对晶片造成的冲击损伤。
4 抛光路径长度的控制方案由（4）式可知，抛光路径的长度与抛光盘所转过的角度成正比，精确控制抛光盘的转角定位精度，即可实现对抛光路径长度的控制。
采用直流无刷电机作为此抛光机的驱动装置，光栅作为检测器件，在实现抛光盘转速可控无级调速的同时，实现了对抛光转角的精确控制。
速度控制框图如图5所示。
内环为电流环，采用PI 调节器，通过实验和仿真选择合适的参数以抵消电枢中的大惯性，从而提高系统的快速性，同时又能抑制负载扰动对系统的影响。
次外环为转速微分环，改善系统动态特性。
最外环为相位环，采用PI 调节器，以改善系统的稳态精度，并使系统对给定信号有较好的跟踪特性。
实现抛光盘平稳、准确地运行，具有良好的位置精度。
图5 直流电机速度控制框图实验测试表明电机启动平稳，可在整个速度范围内实现无级调速；运行稳定，可稳定在2r/min 的低速运行，无抖动。
图6为抛光盘在不同运行速度下，总转数定位的实测曲线（总转数为2000转）。
由曲线可知，此抛光机的抛光盘运转的定位精度完全可以控制在±0.4º以内。
图6抛光盘总转数定位实测曲线5实验结果分析采用本抛光机进行抛光实验，实验条件如下：石英晶体工件，26g/cm2抛光压力，K3沥青抛光盘，143.4m/min抛光线速度。
在采用SiO2磨料的情况下，石英晶体的材料去除率为0.40μm/h(合1.4Å/sec)；在磨料采用Fe2O3的情况下，石英晶体的材料去除率为2.5μm/h(合7 Å/sec)；在磨料为CeO2的情况下，石英晶体的材料去除率为3.0μm/h(合8.4 Å/sec)。
可见，磨料对石英晶体的单位时间去除率为数个原子。
虽然材料的去除率可以随抛光条件的变化而变化，但可断定，这是数个原子单位级的加工。
采用Talystep对石英晶体表面进行检测（垂直放大倍率为200万倍），在采用SiO2磨料抛光时可获得的最大表面粗糙度为1~2 Å，采用Fe2O3磨料抛光时可获得的最大表面粗糙度为15 Å，采用CeO2磨料抛光时可获得25 Å的最大表面粗糙度。
图7为采用SiO2磨料抛光时获得最终加工面的表面形貌，证明已获得了水晶的超平滑表面。
图7超平滑水晶抛光表面（用Talystep测）6结论通过本文的分析，在修正环型超精密平面抛光机加工晶片过程中，可以认为工件的去除量与抛光路径的长度成正比的，直接控制工件表面的抛光路径长度能够更加精确地控制工件的总去除量。
采用光栅测量和微机控制技术，将抛光盘总转数的精度控制在0.4º以内，结合合理的加工工艺，保证工件去除误差在1nm以内，获得晶片极高的平面度和理想的无损伤表面。
参考文献1 袁巨龙. 功能陶瓷的超精密加工技术. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20002 沈中伟, 袁巨龙等. 晶体的超精密平面抛光. 浙江工业大学学报, 2001, 29 (1)3 易继锴，侯媛彬. 智能控制技术. 北京工业大学出版社，19994 王权陡，刘民才，张洪霞. 数控抛光技术中抛光盘的去除函数. 光学技术，2000，26 (1)5 Yuan Julong, Toshio Kasai, Akira Kobayashi. Extreme precision machining of quartz crystal. Proceedings of the 4thSJSUPM, Tokyo, Japan, 1992: 167-169.6 Yuan Julong, Dong Shen, Toshio Kasai, et al. Ultra-precision Polishing for Obtain Super-smooth Surfaces of Glass BK-7 Optical Flat, IMCC'95, 1995, 1: 214-2177 U. Heusek, J. Avroutine. Process analysis for the Evolution of the Surface Formation and Removeal Rate in Lappipng.Annals of CIRP, 2001,50 (1): 229-232Research on Workmaterial RemovalControl Approach of UltraprecisionPolishing Machine at Nanometer LevelChang Min, Yuan Julong, Lü Binghai, Zhao Wenhong, Xing TongAbstract: Planar polishing experiments of several kind of functional ceramic wafer are done on a new developed ultraprecision planarization machine, which utilizes a conditioning ring system and an intelligent control system based no expert database. The article holds that the material removal is in proportion to the length of the polishing trace, it would be more accurate to control the length of polishing trace than the polishing time. The workmaterial removing function of the conditioning ring planarization machine, the relation between workmaterial removal and rotation number of pad, the process factors to realize micro removal are discussed in the paper. A control method measured by raster and controlled by microcomputer is put forward, and the tolerance of rotation numbers can be limited at ±0.4º. Combined with appropriate machining process, workmaterial removal can be limited at 1nm level, and high planarity and perfect no damage layer could be obtained.Keywords: ultraprecision polishing, planarization, workmaterial removal, length of polishing trace作者简介：常敏，女，1979年11月生，浙江工业大学机电学院在读研究生，专业方向为功能陶瓷的超精密加工技术。