表面微细加工技术 微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能(表面技术)，以机械化和自动化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表 面的性能。 微细加工技术采用全自动方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺自动化而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。 纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。 纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。 ?光刻是一种以光复印图形和材料腐蚀相结合的表面精密加工技
术。前者是使图形复印到基片表面的光刻胶上，后者是把图形刻蚀到基片表面的各层材料(如Si02、Si3N4、多晶硅、铝等)上。 光刻胶上图形的复印是通过曝光和显影完成的。限制图形重复性及分辨率的主要因素，是图形加工过程中所涉及到的物理和化学问题。 ?在集成电路生产中，要经过多次光刻。虽然各次光刻的目的要求和工艺条件有所不同，但其工艺过程是基本相同的。光刻工艺一般都要经过涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、刻蚀和去胶7个步骤。 ?涂胶就是在SiO2或其他薄膜表面涂一层粘附良好、厚度适当、厚薄均匀的光刻胶膜。涂胶前的基片表面必须清洁干燥。生产中最好在氧化或蒸发后立即涂胶，此时基片表面清洁干燥，光刻胶的粘附性较好。涂胶的厚度要适当。 ?胶膜太薄-----针孔多，抗蚀能力差；
铝及铝合金的电解抛光和化学抛光 一、电解抛光 (一)酸性溶液 铝及其合金的电解抛光，广泛采用磷酸．硫酸．铬酸型的溶液。其工艺规范列于表2—4—6。 表2—4—6铝及其合金电解抛光的工艺规范 溶液配制方法，可参照钢铁零件电解抛光的相应部分。溶液在使用过程中，三价铬的含量将逐渐升高，过多的三价铬，可以用大面积的阳极通电处理，使之氧化为六价铬。当溶液中的铝含量超过5％时，溶液应部分或全部更换。氯离子对电解抛光有不利的影响，当氯离子含量超过1％时，零件极易出现点状腐蚀，配制溶液所用的水中，氯离子含量应少于80m g／L。 (二)碱性溶液 纯铝和LT66等铝合金，还可以在以下碱性溶液中进行抛光： 磷酸三钠(Na3P04·12H20) 130g／L～150g／L电压l2V～25V
碳酸钠(N a2C03)350g／L～380g／L阳极电流密度8A/d m2—12A／d m2 氢氧化钠(Na OH)3g／L～5g／L温度94℃～98℃ pH值11—12时间6min～10m in 阳极用不锈钢板或普通钢板。溶液需搅拌或阳极移动。 应该指出： (1)碱性电化学抛光溶液虽可用于抛光L1，L2，L3等纯铝和L T66铝镁合金零件，但易在抛光表面生成半透明氧化膜。因此，必须把抛光后的零件浸入磷酸和铬酸的混合溶液(Cr0310g／L，H3P0430mL／L)进行除膜，以降低其表面粗糙度。 (2)当抛光零件表面出现麻点、斑点、条纹或乳白色氧化膜时，可在下列(Na OH l00g／L～l50g／L，温度50℃～60℃，时间10s～30s)碱液中溶去全部蚀点和氧化膜，以便重新抛光和回用。 (3)当抛光制件表面出现少量接触铜时，可把零件浸入下列(浓HN032mL ／L～5mL／L，Cr0310g／L～30g／L，室温，时间30s～120s)溶液中，溶解接触铜，以显出光亮表面。 二、化学抛光 铝及其合金的化学抛光工艺规范见表2—4—7。化学抛光溶液中，硝酸的浓度对抛光质量有重大的影响。、当硝酸浓度过低时，反应速度低，抛光后的表面光泽较差且往往沉积出较厚的接触铜。硝酸浓度过高时，则容易出现点状腐蚀。磷酸浓度低时，不能获得光亮的表面，为了防止溶液被稀释，抛光前的零件，表面应干燥。醋酸可以抑制点状腐蚀，使抛光表面均匀、细致。硫酸的作用与醋酸相似，但效果略低于醋酸。由于硫酸成本低，挥发性小，因此，在生产中仍然应用得比较广泛。硫酸铵和尿素可以减少氧化氮的析出，并有助于改善抛光质量。少量的铜离子可以防止过腐蚀，从而提高了抛光表面的均匀性，但含铜过高往往会降低抛光表面的反光能力。铬酐可以提高铝锌铜合金的抛光质量，含锌、铜较高的高强度铝合金，在不含铬酐的溶液中，难以获得光亮的表面。
超光滑表面的加工、表征和功能 1 引言 随着精密、超精密以及纳米级加工技术、先进控制系统、激光测量技术、扫描探针显微镜等相关技术的快速发展，超精密加工表面的研究不断取得新的进展，其加工精度正逐步从亚微米级提高到纳米级，通过超精加工获得超光滑表面已成为可能。但是，这些超光滑表面通常是在反复加工和试验的基础上获得的，如何稳定地、可重复地获得高质量表面，实现表面的设计功能，仍是超精密表面加工研究的一个难点。目前，关于超精密加工表面的一个重要研究方向是研究表面的加工形成机理，并根据表面的不同用途及相应的功能要求，在加工前对表面进行设计和预测，从而达到稳定获得所需功能表面以满足实际应用需求的目的。为此，必须对超精密元件表面的加工、表征及功能进行全面而深入的研究。 2 超精密加工表面及其特点 加工表面的相关定义 表面是一个物体分隔于其它物体或空间的周界面。为便于研究分析，美国国家标准ASME B46.1-1995中给出了名义表面、实际表面和测量表面的定义，即：①名义表面：预期的表面分界面(不包括任何表面粗糙度)，其形状及范围通常在图示中显示并标注或者加以详细说明。②实际表面：物体的实际边界面，它与名义表面的偏差来源于表面形成的加工过程。 ③测量表面：基于测量仪获得的对实际表面的描述。 加工表面的特点 超精密加工的实际表面与名义表面的差别在于它可显现出表面的特征、缺陷和形状误差。其中，表面特征是控制工业产品表面质量的主要内容，它是实际表面上某些典型偏差的综合，主要包括粗糙度和波纹度。粗糙度是指表面特征的精细不规则性，通常来源于加工过程所固有的作用或材料条件，这些都可能是加工过程留在表面上的特征标记。波纹度是表面特征更为广泛的空间构成，产生于机床或工件的偏差或振动。粗糙度可被认为是波动表面上的叠加。 作为物质实体，表面具有许多特征。表面的几何形状即为其重要特征之一，它的自然状态是三维(3D)的，其特征细节被称为形貌。在许多应用中，形貌代表着表面的主要外部特征。 3 超精密元件表面的加工、表征及功能 工件表面产生于大量的加工过程，一旦加工完成，反映加工过程的表面特征就会体现在表面上，因此加工元件的表面特征是整个加工过程的复现(Fingerprint)，任何加工变量的改变和加工刀具的误差都将体现在表面特征中。同时，这些表面特征又决定着加工元件表面的最终功能，即特定的表面特征产生相应的表面功能，因此表面是其加工控制和功能设计的联结(Link)，而对表面的表征是获取表面信息的重要手段。由此可知，表面的加工、表征和功能是相互关联的：一方面，表面形成的每一加工阶段及处理过程都决定着表面宏观及微观几何特性；另一方面，工件表面的几何特性以及物理、化学特性等在相当大程度上决定了产品表面的最终功能。表面的加工、表征和功能之间的相互关系可用下图加以说明。针对具体
影响电解抛光效果的主要因素： 一、电解抛光电解液，电解液选用的合理与否是直接影响电解抛光效果的最基本因素之一。 1扩散系数小，黏度大。 2易与溶解下来的金属离子形成扩散速度更 小的多核聚合配合物。本身是一种黏膜稠的酸。 二、电解抛光电流密度和电压，通常应控制在极限扩散电流控制区，中阳极极化曲线的平坦区。 1低于此区的电流密度时，表面会出现腐蚀。2高于此电流密度区时，因有氧气析出，表面易出现气孔、麻点或条纹。 3平坦区不是固定不变的，它会随温度、配位剂的浓度和添加剂的种类而变化。 三、温度，温度对阳极极化曲线的影响曲线。1电解液温度升高，极限扩散电流逐渐增大，当温度高于90度时，表面抛光的起始电流密度大，阳极铜片的溶解速度过快，因而铜片表面易生成点状或条状腐蚀。 2当电解液温度低于60度时，传质过程慢，抛光的起始电流密度太低，阳极铜片的溶解速度慢，溶解下来的离子不能很快地扩散开来，容易在阳极表面形成CU和HEDP的多核配合物，使用权铜片表面出现沉淀物膜槿麻点。 四、抛光时间。1被抛光零件的材质及其表面的预处理程度。2阳、阴极间的距离。 3电解液的抛光性能及温度。 4电抛光过程使用的阳极电流密度的大小及槽电压的高低。 5工艺上对抛光表面光亮度的要求等。 五、阳极、阴极极间距离。 1便于调整电流密度到工艺规范，并尽量使抛光件表面的电流密度分布得均匀一致些。 2尽量减少不必要的能耗，因电解液浓度高、电阻大、耗电量较大。 3阴极产生的气体搅拌是否已破坏了黏液层，降低了抛光效果。 六、抛光前工件表面状态及金相组织。 1被抛光工件表面的金相组织越均匀，越细密，（如纯金属）越有利于抛光过程的进行，而且抛光效果也越好。 2被抛光工件的材料为合金，特别是多组分合金时，抛光工艺的控制比较麻烦。 3当被抛光工件的金相组织不均匀，特别是含有非金属万分时，就会使电抛光体系呈现出不一致的电化学敏感性。 4工件在抛光前表面处理得越干净越细密，越有利于电抛光过程的进行，越容易获得预期的抛光效果。
牺牲层技术 刻蚀与选择性 etch：To cut into the surface of (glass, for example) by the action of acid. Etching：The art of preparing etched plates, especially metal plates, from which designs and pictures are printed. Corrode：To destroy a metal or alloy gradually, especially by oxidation or chemical action 其实刻蚀还包含分解、转化、溶解等一系列含义。 半导体技术的刻蚀并不仅仅局限于金属材料，半导体、化合物、包括有机物薄膜才是刻蚀研究的重点。 Etching还有一个特征：选择性或者局部队有控制刻蚀。 干法刻蚀也是半导体技术赋予Etching的新内涵。 选择性源于化学反应的热力学选择性和刻蚀过程度动力学因素控制。 下面这张表格概括了一些简单物质与常用反应物之间相互作用的规律，其中既有热力学因素控制的结果，也有动力学因素促成。它们都是湿法反应机制度结果
MUMPS工艺概况 The MUMPS process is a three-layer polysilicon surface micromachining process derived from work performed at the Berkeley Sensors and Actuators Center (BSAC) at the University of California.Several modifications and enhancements have been made to increase the flexibility and versatility of the process for the multi-user environment. The process flow described below is designed to introduce inexperienced users to polysilicon micromachining. The text is supplemented by detailed drawings that show the process flow in the context of building a typical micromotor. 工艺流程详解 衬底：100 mm n-type (100) silicon wafers of 1-2 ohm-cm resistivity.
浮法抛光超光滑表面加工技术 浮法抛光技术首先出现于日本，是加工超光滑表面的先进技术之一。本文介绍用浮法抛光加工超光滑表面的机械结构和加工过程，与传统的沥青抛光方法进行比较，分析材料去除机理。最后简单介绍我国研究浮法抛光技术的进展。 正文 一、浮法抛光技术的产生与现状 光学零件的加工基本包括切割成型、研磨、抛光三道工序；最终的光学表面质量由抛光决定，因此抛光是最重要的工序。通常高质量光滑表面的抛光是以沥青或纤维等弹性材料作磨盘，配以抛光液或研磨膏来达到技术要求。 近年来，光学及微电子学极大地推动了光学加工技术的发展。大规模或超大规模集成电路对所用基片(通常为硅、锗等材料)的表面精度提出了很高的要求；短波段光学的发展尤其是强激光技术的出现，对光学元件表面粗糙度的要求极为苛刻。表面粗糙度低于1nm rms的超光滑表面加工技术已成为光学及微电子学基础技术领域的重要课题。靠传统的经验依赖性的光学加工方法是不能满足日益发展的光学、电子学要求的。国内外已有许多科学家在探索加工高精度超光滑表面的各种技术。一般原子直径小于0.3nm，而超光滑表面微观起伏的均方根值为几个原子的尺寸，因此实现超光滑表面加工的关键在于实现表面材料原子量级的去除。 1997年，日本大坂大学的难波义治教授发明了浮法抛光(Float Polishing)加工超光滑表面技术。通过使用这项技术，可使刚玉单晶的平面面形达到λ/20，表面粗糙度低于1nm Rz。1987年的研究报告表明，使用浮法技术进行多种材料的抛光实验，对φ180mm的工作，可以达到表面粗糙度优于o.2nm rms，平面度优于λ/20=0.03μm。 目前在日本，浮法抛光技术应用很广泛，尤其是用于录音机、录像机或计算机的磁头生产；每年有2500万个磁头就是采用这项技术制造的。近年来，德国也在研究类似抛光技术。德国Ulm大学的欧威(O. Wei s)研究表明，对白宝石材料的φ7mm的工件进行抛光，30分钟后达到表面粗糙度小于0.05nm的结果。 将浮法抛光样品与普通抛光样品比较可以发现浮法抛光有许多优点。普通沥青式抛光使用硬度大于工件的磨料，也可以获得所谓超光滑表面的粗糙度指标，但对磨盘的平面度的修正很有讲究，这影响到被抛光工件的面形。普通抛光后的工件，其边缘几何尺寸总不太好，经常有塌边或翘边现象；并且在高倍显微镜下可以看到表面有塑性畸变层。 应用浮法抛光法技术获得的超光滑表面，不仅具有较好的表面粗糙度和边缘几何形状，而且抛光晶体面有理想完好的晶格，亚表面没有破坏层，并且由抛光引起的表面残余应力极小。 二、浮法抛光机的机械结构与抛光过程 浮法抛光机的机械构造类似于定摆抛光机。在对工件进行浮法抛光前，被加工工件首先要进行预抛光，干燥。就可以浮法抛光。 抛光过程中，抛光液随磨盘旋转；由于流体运动产生动压，工件与磨盘之间形成一层薄薄的液膜，使得工
化学抛光技术简介及应用 零件内通道相交处粗糙并带有毛刺一直令人头痛问题。电化学去毛刺解决这些问题好方法。这一技术用成形工装，对工件选定部位进行加工,接通电流电解液工件工装之间通过，瞬间溶解毛刺，去毛刺同时，内通道相交处产生均匀、精确倒圆边角。加工时间一般10秒到30秒之间。大多数工件采用多个电极头工装，可以达到更高工作效率。去除量取决于工件(正极)工装(负极)之间电流量大小。电极头通常设计成与工件表面相对称形状。对金属材料制成零件自动地、有选择地完成去毛刺作业。它可广泛用于气动、液压、工程机械、油嘴油泵、汽车、发动机等行业不同金属材质泵体、阀体、连杆、柱塞针阀偶件等零件去毛刺加工。 电化学去毛刺一种有特色，效率高生产技术，适宜加工各种金属零件，用以去毛刺，成形机加工，边角倒圆、精整。铸造、锻造、机加工，或电火花加工零件都可以用电化学方法抛光。去除量0.01mm到0.5mm之间。一般情况，光洁度可改善5到10个数量级。抛光后产品表面均匀光滑，而且镜样闪亮。 电化学抛光典型应用包括：有高纯净度要求零件；人体手术植入件；瓶模；以及各种各样不锈钢零件。如：电解加工柴油机喷油嘴零件时，孔处加工出一个壁面光滑定量空腔，同时对交叉孔道、边角倒圆。 美国电解自动去毛刺设备，具有一小时能加工成百件产品能力。电化学去毛刺自动系统上加工汽车用安全气囊装置上壳体，每个壳体上共有48个小孔，8个壳体同时加工，10秒钟以内完成所有孔去毛刺加工。 抛光制造型腔模具一道重要工序。它成本占模具成本5%~30%，急需使用模具往往抛光时间跟不上要求。电化学机械抛光，同时结合SD1型独有液体抛光技术，应用于各种复杂形状金属模具零件，收到了极佳效果。 电化学去毛刺原理 化学抛光利用金属电化学阳极溶解原理进行修磨抛光。将电化学预抛光机械精抛光有机结合一起，发挥了电化学机构两类抛光特长。它不受材料硬度韧性限制，可抛光各种复杂形状工件。其方法与电解磨削类似。导电抛光工具使用金钢石导电锉或石墨油石，接到电源阴极，被抛光工件(如模具)接到电源阳极。 电修磨抛光机可用来修磨抛光各种复杂开头零件模具，不受材料硬度所限制。 经电火花加工后型腔模具，基表层产生由溶化层热影响层组成硬化层硬度高达60～70HRC。钳工手工打磨非常困难。电修磨抛光能有效地去除这层“硬化层”，并将原表现为Ra4～7μm粗糙度改善为Ra0.35～0.6μm，生产率为3min/cm3左右。 用它来修磨抛光复杂形状，特别模具窄缝、沟糟、角部、根部以及内孔等能明显地提高劳动生产率。
微机械加工应用趋势与前沿技术简述
摘要：微机电系统（MEMS）是由电子和机械组成的集成化器件或系统，采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造，尺寸在微米到毫米之间。尤其将计算、传感和执行融为一体，从而改变了感知和控制自然界的方式。本文介绍了微机电系统近几年应用领域及前景展望，并简单阐述了关于微制造的几种前言加工技术，从而对MEMS系统有一个粗略的了解。 关键字：MEMS 应用领域前景前沿技术 LIGA技术 前言 微型机械加工或称微机电系统（MEMS），早在1959年就由著名的物理学家理查德·范蔓（Richard·Feynman）提出其概念，然而此后数十年间的发展并未受到过多的关注，直到近年来才逐渐发展成为一门交叉学科。 MEMS主要包括微型传感器、微型执行器以及相应地处理电路三部分。作为输入信号的各种信号首先通过微传感器转换成电信号，经过信号处理以后，再通过微执行器对外部世界发生作用。传感器可以把能量从一种形式转换成另一种形式，从而将现实世界的信号（热、化学、运动等）转换成系统可以处理的信号（如电信号）。信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。执行器根据信号处理电路发出的指令来完成人们所需要的操作。 MEMS的快速发展只不过是10多年的时间，却已在各个应用领域显示出强大的生命力，甚至单个领域的MEMS器件就已经形成了一个较大规模的产业。面向21世纪，MEMS将逐步走向实用化，并被广泛应用于国防、航空、航天、通信、环保、生物工程、医疗、制造业、农业和家庭。在某种意义上，可认为MEMS是“信息化带动工业化”的一个典范。 一、应用领域与前景展望 作为信息获取关键的传感MEMS，已成功应用于汽车、电子等行业和军事领域；在令人瞩目的信息技术和生命技术的发展中，MEMS更将发挥不可估量的作用：光MEMS被认为是开启通信之门的钥匙；RF MEMS将成为移动通信的一项核心技术；高密度MEMS生物芯片将强有力地推动生命科学和生物技术的发展。近几年，采用MEMS的发展将对人类生产和生活方式产生革命性的影响，将关系到国民经济发展和国家发展安全保障的战略高技术，已引起了广泛的关注。 微机电系统在国防中的应用 美国和西方国家为了掌握现代战争的主动权，大力发展微型飞行器、战场侦察传感器、智能军用机器人，以增加武器效能，军用武器装备的小型化是重要的发展趋势。MEMS是未来武器中最精华的部分，为了适应这一发展的需要，主要采用的是MEMS技术制造的传感器和微系统。大量采用MEMS器件，以改进武器性能，已成为美国发展新型高科技武器装备的方向。根据美国防卫高级研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency）公布的资料，MEMS在武器装备中的主要应用领域包括以下几个方面：武器制导和个人导航的惯性导航组合；超小型、超低功率无线通信（RF MEMS）的机电信号处理；军备跟踪、环境监控、安全勘测的无人值守分布式传感器；小型分布式仪器、推进和燃烧控制的集成流量系统；武器安全、保险和引信；有条件保养的嵌入式传感器和执行器；高密度、低功耗的大规模数据存储器件；敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学器件，以及飞机分布式空气动力学控制和自适应光学的主动和共型表面。 航天领域对器件的功能密度要求很高。因此，MEMS的发展，从一开始就受到航天部门的重视并得到应用。目前，微型飞行器的研究主要集中在美、日、德等发达国家。美国LMB公司研制出翼展为45cm的微型飞行器Bat，该机飞行时间20min，飞行速度大约为64km/h，飞行高度457m，1995年，日本东北大学利用MEMS技术，制造出一个靠磁力矩驱动的飞行装置，该装置宽30mm，长20mm，重5.3mg，等等。美国五角大楼认为，军用
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。
化学机械抛光液（CMP）氧化铝抛光液具体添加剂 摘要：本文首先定义并介绍CMP工艺的基本工作原理，然后，通过介绍CMP系统，从工艺设备角度定性分析了解CMP的工作过程，通过介绍分析CMP工艺参数，对CMP作定量了解。在文献精度中，介绍了一个SiO2的CMP平均磨除速率模型，其中考虑了磨粒尺寸，浓度，分布，研磨液流速，抛光势地形，材料性能。经过实验，得到的实验结果与模型比较吻合。MRR 模型可用于CMP模拟，CMP过程参数最佳化以及下一代CMP设备的研发。最后，通过对VLSI 制造技术的课程回顾，归纳了课程收获，总结了课程感悟。 关键词：CMP、研磨液、平均磨除速率、设备 Abstract：This article first defined and introduces the basic working principle of the CMP process, and then, by introducing the CMP system, from the perspective of process equipment qualitative analysis to understand the working process of the CMP, and by introducing the CMP process parameters, make quantitative understanding on CMP.In literature precision, introduce a CMP model of SiO2, which takes into account the particle size, concentration, distribution of grinding fluid velocity, polishing potential terrain, material performance.After test, the experiment result compared with the model.MRR model can be used in the CMP simulation, CMP process parameter optimization as well as the next generation of CMP equipment research and development.Through the review of VLSI manufacturing technology course, finally sums up the course, summed up the course. Key word: CMP、slumry、MRRs、device 1.前言 随着半导体工业飞速发展，电子器件尺寸缩小，要求晶片表面平整度达到纳米级。传统的平坦化技术，仅仅能够实现局部平坦化，但是当最小特征尺寸达到
一、超光滑表面加工技术 现代科学技术的不断发展对超光滑表面的需求越来越多。所谓的超光滑表面通常是指表面粗糙度小于10Å（rms）的表面，与之相应的加工技术就称为超光滑表面加工技术。 目前是，超光滑表面的应用主要集中在两个方面：一是一强激光、短波等为代表的工程光学领域。 二是以磁记录头、大规模集成电路基板等器件为主的电子工业领域。 近年来，超光滑表面加工已成为加工领域争先发展的热点。 1.1超光滑表面加工概述 超光滑表面加工技术从某中意义上讲是一种“超级”抛光技术。抛光是超光滑表面加工的 关键环节。 传统的抛光机理认为抛光是磨料对工件的机械磨削、工件表面的热流动、抛光液的化学作用共同作用的结果。然而，对于超光滑表面加工这一理论就不完全实用了。 现今，超光滑表面加工技术种类很多，很难用同一中理论来加以解释。然而，从已有技 术的材料去除方式来看可大致有以下特点： （1）以机械磨削去除为注的超光滑表面加工技术。 （2）采用化学方法进行表面去除，实现无破坏层超光滑表面加工。 （3）以物理“碰撞”方法将工件以原子量级去除，实现超光滑表面加工。 2.2几种超光滑表面加工技术的介绍 1、浴法抛光 浴法抛光（bowel-feed polishing）是已有超光滑表面加工技术中所需设备较为简单 的一种。 它的特点是：抛光过程中液槽使抛光盘和工件浸没于抛光液中，抛光液的深度以静止时淹没工件10~15mm为宜；另有搅拌器，它能是抛光液处于悬浮状态。 浴法抛光加工超光滑表面可分为两个阶段： （1）获取较高面形。这一过程类似与传统抛光的面形修改。 （2）获得超光滑表面。 当选好的磨料、保持抛光盘与工件面形吻合等也是获得超光滑表面的重要因素。 几种材料的浴法抛光的结果 材 料磨 料粗糙度/Å F4Al2O3（超级--Sol 200A)10 BK-76 Duran50硼硅酸玻璃5.3 Herasil 熔石英5.5 Homosil 熔石英3.3 晶体石英4.4 Zerldur M2.5 2、聚四氟乙烯抛光 聚四氟乙烯（Teflon）抛光最先是由澳大利亚国家计量实验室（NML）为加 工Fabry-Perot干涉仪所用高精度光学元件而提供的。 聚四氟乙烯抛光盘具有抗老化、耐磨损、可长时间保持面形等优点，既可用于传统抛光又可用于浴法抛光可用于。其关键在于抛光盘的制作。 抛光盘的制作可分为如下三步： （1）基底的准备。选择一块膨胀系数较小的材料。 （2）抛光层的制作。先在基底上涂一层增强结合层，然后再涂一层聚四氟乙烯抛光层即可。 （3）抛光盘的修整。并用样板或干涉仪检测。 值得一提的是，在用聚四氟乙烯抛光盘进行超光滑表面加工加工过程中，由于磨削量小，工件均
2011 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院 学生所在学科:机械设计及理论 学生姓名:杨嘉 学号:10S008214 学生类别:学术型 考核结果阅卷人
微细加工技术概述及其应用 摘要 微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。 关键词：微细加工；电火花；微铣削 1微细加工技术简介及国内外研究成果 1.1微细加工技术的概念 微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。 现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，微细超精密加工的主要方法如下： 微细电火花加工技术的研究起步于20世纪60年代末，是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来熔化和汽化蚀除金属的一种加工技术。由于其在微细轴孔加工及微三维结构制作方面存在的巨大潜力和应用背景，得到了
微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是只可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为：1μm-10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高、响应时间短；集约高技术成果，附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。 微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展早是与大规模集成电路密切相关的，集成电路要求在微小面积的半导体上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂而完善的电路。电路微细图案中的最小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术标志，微细加工对微电子工业而言就是一种加工尺度从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄模图形的先进制造技术。目前微型加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工和体加工工艺，上世纪八十年代中期以后在LIGA加工（微型铸模电镀工艺）、准LIGA加工，超微细加工、微细电火花加工（EDM）、等离子束加工、电子束加工、快速原型制造（RPM）以及键合技术等微细加工工艺方面取得相当大的进展。 微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。微型机械与电子技术紧密结合，将使种类繁多的微型器件问世，这些微器件采用大批量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众多领域。可以预料，在本世纪内，微型机械将逐步从实验室走向适用化，对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等领域的发展将产生重大影响。微细机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而又非常活跃的技术领域，其发展不仅可带动许多相关学科的发展，更是与国家科技发展、经济和国防建设息息相关。微型机械加工技术的发展有着巨大的产业化应用前景。 微型机械加工技术的国外发展现状 1959年，RichardPFeynman（1965年诺贝尔物理奖获得者）就提出了微型机械的设想。1962年第一个硅微型压力传感器问世，气候开发出尺寸为50～500μm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微机械。1965年，斯坦福大学研制出硅脑电极探针，后来又在扫描隧道显微镜、微型传感器方面取得成功。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～12μm的利用硅微型静电机，显示出利用硅微加工工艺制造小可动结构并与集成电路兼容以制造微小系统的潜力。
化学机械抛光液配方组成，抛光原理及工艺导读：本文详细介绍了化学机械抛光液的研究背景，机理，技术，配方等，需要注意的是，本文中所列出配方表数据经过修改，如需要更详细的内容，请与我们的技术工程师联系。 禾川化学专业从事化学机械抛光液成分分析，配方还原，研发外包服务，提供一站式化学机械抛光液配方技术解决方案。 1.背景 基于全球经济的快速发展，IC技术（Integrated circuit, 即集成电路）已经渗透到国防建设和国民经济发展的各个领域，成为世界第一大产业。IC 所用的材料主要是硅和砷化镓等,全球90%以上IC 都采用硅片。随着半导体工业的飞速发展，一方面，为了增大芯片产量，降低单元制造成本，要求硅片的直径不断增大；另一方面，为了提高IC 的集成度，要求硅片的刻线宽度越来越细。半导体硅片抛光工艺是衔接材料与器件制备的边沿工艺，它极大地影响着材料和器件的成品率，并肩负消除前加工表面损伤沾污以及控制诱生二次缺陷和杂质的双重任务。在特定的抛光设备条件下，硅片抛光效果取决于抛光剂及其抛光工艺技术。 禾川化学技术团队具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。 样品分析检测流程：样品确认—物理表征前处理—大型仪器分析—工程师解谱—分析结果验证—后续技术服务。有任何配方技术难题，可即刻联系禾川
化学技术团队，我们将为企业提供一站式配方技术解决方案！ 2.硅片抛光技术的研究进展 20世纪60年代中期前，半导体抛光还大都沿用机械抛光，如氧化镁、氧化锆、氧化铬等方法，得到的镜面表面损伤极其严重。1965年Walsh和Herzog 提出SiO2溶胶-凝胶抛光后，以氢氧化钠为介质的碱性二氧化硅抛光技术就逐渐代替旧方法，国内外以二氧化硅溶胶为基础研究开发了品种繁多的抛光材料。 随着电子产品表面质量要求的不断提高, 表面平坦化加工技术也在不断发展，基于淀积技术的选择淀积、溅射玻璃SOG( spin-on-glass) 、低压CVD( chemical vapor deposit) 、等离子体增强CVD、偏压溅射和属于结构的溅射后回腐蚀、热回流、淀积-腐蚀-淀积等方法也曾在IC艺中获得应用, 但均属局部平面化技术,其平坦化能力从几微米到几十微米不等, 不能满足特征尺寸在0. 35 μm 以下的全局平面化要求。 1991 年IBM 首次将化学机械抛光技术( chemical mechanical polishing , 简称CMP)成功应用到64 Mb DRAM 的生产中, 之后各种逻辑电路和存储器以不同的发展规模走向CMP, CMP 将纳米粒子的研磨作用与氧化剂的化学作用有机地结合起来, 满足了特征尺寸在0. 35微米以下的全局平面化要求。CMP 可以引人注目地得到用其他任何CMP 可以引人注目地得到用其他任何平面化加工不能得到的低的表面形貌变化。目前, 化学机械抛光技术已成为几乎公认为惟一的全局平面化技术，逐渐用于大规模集成电路(LSI) 和超大规模集成电路(ULSI) ，可进一步提高硅片表面质量，减少表面缺陷。
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微细加工技术及其应用 微细加工技术是由瑞士BinC公司发明的一种新型加工工艺，在2004年法国巴黎举办的国际表面处理展览会（SITS）和2004年在法国里昂举办的ALLIANCE展览会上荣获2项发明奖。微细加工工艺和设备拥有国际专利。 微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能（表面技术），以机械化和化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表面的性能。 微细加工原理 微细加工技术采用全方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺化；而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。 微细加工技术的一个突出优点是能够赋予零件表面新的微观结构。这些微观结构能提高零件表面对特定应用功能的适应性。如减小摩擦和机械差异、提高抗磨损性能、改善涂镀前后表面的沉积性能等。 总的说来，超精增亮可去除次级微观粗糙表面，次级粗糙表面的厚度在0～20μm之间，位于零件表面初级微观粗糙面的峰尖之间。而超精抛光则部分或整体去除初级微观粗糙表面，其值在10～40μm之间，当然这取决于零件材料表面的初始状态。
微细加工技术迄今能够加工的材料有退火及淬火钢、铜及铜合金、铸铁、Inconel镍合金（镍基合金）、钛金属、表面硬涂层处理前后的预处理（PVD、CVD、电镀）。 技术专利 微细加工技术是一种有选择性地精修被加工对象表面微观粗糙度和拓扑结构的创新性微观加工工艺。这种机械化学加工工艺是一种全化的加工工艺，适用于汽车制造、电子、化工、冶金、机械制造、航空制造等行业，尤其是模具、刀具和机床工具、高精密零件、光学器件，以及硬涂层处理前后的表面预处理加工。 微细加工技术的应用 微细加工技术通过改变材料表面的微细结构，能够减小摩擦、提高抗磨损性能，显着地提高材料的表面性能，在刀具行业具有广阔的应用前景。如采用超精增亮技术，彻底消除次级微观粗糙表面，减小摩擦，能够提高刀具的排屑性能，降低切削力；而保持初级粗糙表面，有利于润滑油膜，提高刀具的排屑性能，减少发热；如果在涂层处理前优化预处理涂层基面，或者在涂层之后彻底清除涂层引起粗糙表面，则能够提高PVD涂层的附着性能，延长刀具的使用寿命，消除刀具表面的积屑瘤问题。 这种创新的加工工艺近几年来在诸多工业领域的实际应用清楚地表明，微细加工技术能够大幅降低超精加工的成本；极大地缩短生产周期；方便地提高表面的质量，并且采用这种加工工艺加工出来的表面具有无以伦比的一致性和再现性。
电解抛光中的常见问题及解决方法 1.电解抛光后，表面为什么会发现似未抛光的斑点或小块？ 抛光前除油不彻底，表面尚附有油迹。 选用“QX0116不锈钢除油剂”，1：（15-20）溶解后使用，10~40℃条件下浸泡10~20分钟，如除油剂已长时间使用应考虑更换新槽液。 2.抛光过后表面局部为什么有灰黑色斑块存在？ 可能氧化皮未彻底除干净，局部尚存在氧化皮。 加大清除工件表面氧化皮力度。可以考虑选择专用酸洗液来除氧化皮。 3.抛光后工件棱角处及尖端过腐蚀是什么原因引起的？ 棱角、尖端的部位电流过大，或电解液温度过高，抛光时间过长，导致过度溶解。 调整电流密度或溶液温度，或缩短时间。检查电极位置，在棱角处设置屏蔽等。 4.为什么工件抛光后不光亮并呈灰暗色？ 如果工艺指标都对的情况下，可能是电化学抛光溶液已老化不起作用，或作用不明显。 检查电解抛光液是否使用时间过长，质量下降，或溶液成分比例失调，然后做相应调整。 5.工件抛光后表面有白色的条纹是怎么回事？ 溶液相对密度太大，液体太稠，相对密度大于1.8。 增大抛光液的搅拌程度，如果电解液相对密度太大，适当的添加些新鲜抛光液或适当量水稀释至比重为1.77左右。 6.为什么抛光后表面有阴阳面，及局部无光泽的现象？ 工件放置的位置没有与阴极对正，或工件互相有屏蔽。 将工件进行适当的调整，使工件与阴极的位置适当，使电力分布合理。 7.抛光后工件表面平整光洁，但有些点或块不够光亮，或出现垂直状不亮条纹，一般是什么原因引起的？
可能是抛光后期工件表面上产生的气泡未能及时脱离并附在表面或表面有气流线路。 提高电流密度，使析气量加大以便气泡脱附，或提高溶液的搅拌速度，增加溶液的流动。 8.零件和挂具接触点无光泽并有褐色斑点，表面其余部分都光亮是什么原因？ 可能是零件与挂具的接触不良，造成电流分布不均，或零件与挂具接触点少。 擦亮挂具接触点，使导电良好，或增大零件与挂具的接触点面积。 9.同一槽抛光的零件有的光亮，有的不亮，或者局部不亮。 同槽抛光工件太多，致使电流分布不均匀，或者是工件之间互相重叠，屏蔽。 减少同槽抛光工件的数量，或者注意工件的摆放位置。 10．为什么抛光零件凹入部位和零件与挂具接触点接触附近有银白色斑点？ 可能是零件的凹入部位被零件本身或挂具屏蔽了。 适当改变零件位置，使凹入部位能得到电力线或缩小电极之间距离或提高电流密度。 11.已严格按照工艺规范操作，为什么抛光后零件表面有或多或少的过腐蚀现象？ 是否溶液温度过高或电流密度太大，可能是抛光前处理问题。 严格执行电化学抛光前处理的操作，在酸洗过程中避免过腐蚀。不要把清洗水留在零件表面，带进抛光槽。 12.用电解液为什么使用很长一段时间后还会出现非常多的泡沫？ 工件表面未除油，一些油污浮在电解液表面，对操作带来了困难。 将表面的油污捞出并在抛光前进行除油。 13.抛光后经擦拭干净扔无光泽，有浅兰色阴影什么原因？ 可能是电化学抛光液配制后，未进行加热及通电处理，或溶液操作温度偏低。 60℃下加热电解抛光液一小时或将电解液加热到规定温度。 14工件抛光后，为什么从槽中取出就出现褐色斑点？ 可能是电抛光不够，或是时间较短。 首先适当延长抛光时间，如果无作用，则可能是温度或者电流密度不够的问题。 15.电解时为什么容易出现打火现象？