玻璃拋光的“高光時刻”

玻璃的出現(xiàn)與使用在人類的生活里已有四千多年的歷史，在12世紀(jì)，玻璃作為工業(yè)材料得到廣泛應(yīng)用。18世紀(jì)，為適應(yīng)制光學(xué)玻璃。1874年，比利時首先制出平板玻璃。此后，隨著玻璃生產(chǎn)的工業(yè)化和規(guī)模化，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世。現(xiàn)代，玻璃已成為日常生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要材料。

而玻璃與我們的生活越來越貼近，手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品中就有的玻璃材質(zhì)部件。Steve Jobs 在2007年發(fā)布首代 iPhone，手機(jī)從按鍵時代進(jìn)入到觸屏?xí)r代。此后手機(jī)行業(yè)的規(guī)則便已被改變。得益于手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，手機(jī)顯示面板材質(zhì)已由開始的塑料到鋁合金再到如今的鋁硅酸鹽玻璃，玻璃材質(zhì)是手機(jī)、電腦等數(shù)碼行業(yè)的發(fā)展趨勢。從小屏到大屏，從厚屏到大屏，從平面屏到曲面屏，折疊屏。具有視野更好，手感更佳，更加美觀，輕薄，防眩光等優(yōu)點。一次次的技術(shù)革新，無疑對玻璃及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈提出了更好的要求。  

目前市場上用于制造顯示面板的玻璃為高硼硅酸鹽和鋁硅酸鹽玻璃，都屬于典型的硬脆材料，且厚度僅0.4 mm左右，其加工和拋光難度高。玻璃拋光中，玻璃的材料去除率與化學(xué) 機(jī) 械 拋 光 有 著 直 接 關(guān) 系 。 化 學(xué) 機(jī) 械 拋 光 （chemical mechanical polishing，CMP） 技 術(shù) 常見于半導(dǎo)體制造工藝，如晶圓的平坦化處理中。顧名思義，CMP是通過化學(xué)和機(jī)械的共同作用進(jìn)行拋光，單純的機(jī)械拋光容易造成被拋光物質(zhì)的表面質(zhì)量損傷，而單純的化學(xué)拋光具有速 度 慢 、 效 率 低 等 缺 點 。CMP技術(shù)利用了“軟磨硬”原理，即用較軟的材料進(jìn)行化學(xué)拋光來處理較硬材料的表面，實現(xiàn)高質(zhì)量的表面拋光。圖1為玻璃拋光機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

采用ＣＭＰ技術(shù)時，拋光液（Slurry）的性能對拋光的表面質(zhì)量有顯著影響。目前，國內(nèi)用于ＣＭＰ的拋光液以進(jìn)口為主，目前國內(nèi)也有CMP拋光液生產(chǎn)廠家，主要以上海安集微電子為主。CMP研磨液常用于晶圓拋光，隨著科技的不斷發(fā)展，CMP研磨液在玻璃拋光中的作用越來越重要。

Slurry是CMP的關(guān)鍵要素之一，其性能直接影響拋光后表面的質(zhì)量。Slurry一般由超細(xì)固體粒子研磨劑(如納米級SiO2、Al203粒子等)、表面活性劑、穩(wěn)定劑、氧化劑等組成。影響去除速度的因素有: slurry的化學(xué)成分、濃度;磨粒的種類、大小、形狀及濃度；slurry的粘度、pH值、流速、流動途徑等。常用的Slurry有氧化鈰，氧化鋁，氧化硅等氧化物磨粒；出于環(huán)保考慮，目前有些研究放在對于水基復(fù)合環(huán)保型拋光液的研制及改良中。由于微納米級磨料粒子極易團(tuán)聚，團(tuán)聚而成的大顆粒會在光學(xué)玻璃表面產(chǎn)生劃痕缺陷，因此制備拋光液時必須解決磨料粒子的團(tuán)聚問題，使磨料粒子均勻分散在基體中，并具有好的分散穩(wěn)定性。

究其本質(zhì)，對于Slurry分散穩(wěn)定性研究，其實是考察Slurry中的”working particle”和“bad particle”；”working particle”指的是在CMP過程中起到研磨作用的粒子；而“bad particle”指的是會引起劃痕缺陷，降低良率的粒子；“working particle”的平均粒徑大小一定程度上確定了是用在什么等級的拋光工藝，是粗拋還是精拋；“bad particle”的數(shù)量則影響拋光工藝中產(chǎn)生的劃痕缺陷數(shù)量。好的Slurry在CMP過程中是希望保留更多的“working particle”，用以獲得高的拋光效率；同時希望獲得少的“bad particle”,用以獲得少的劃痕缺陷。所以，好的Slurry需要兼顧“working particle”和“bad particle”即是需要兼顧“效率”和“良率”。圖2：CMP拋光微觀示意圖。

PSS粒度儀為Slurry粒度檢測提供整套解決方案，Nicomp 380設(shè)備可測試Slurry粒徑分布，PI值，提供“working particle”信息；AccuSizer 系列設(shè)備可對Slurry中大顆粒即“bad particle”進(jìn)行計數(shù)，量化“bad particle”信息；如下案例所示，（放AD彩頁中粉材案例）

Tips: 目前的玻璃制造公司：Kyocera Corporation，圣戈班，康寧公司，AGC，Vitro，肖特，Coorstek Group，Morgan Advanced Materials，AIS Glass，Nippon Electric Glass Co.Ltd.等。

參考資料：

王遠(yuǎn), 李煥峰. 曲面手機(jī)玻璃的一種拋光工藝[J]. 玻璃, 2017(4).

王艷芝, 孫長紅, 張旺璽, et al. 水基拋光液的分散性改善方法和應(yīng)用研究綜述[J]. 中原工學(xué)院學(xué)報, 2019, 30(01):24-28.