玻璃拋光的“高光時刻”

玻璃拋光的“高光時刻”

玻璃的出現與使用在人類的生活里已有四千多年的歷史，在12世紀，玻璃作為工業材料得到廣泛應用。18世紀，為適應制光學玻璃。1874年，比利時首先制出平板玻璃。此后，隨著玻璃生產的工業化和規模化，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世。現代，玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域的重要材料。

而玻璃與我們的生活越來越貼近，手機、電腦等電子產品中就有的玻璃材質部件。Steve Jobs 在2007年發布首代 iPhone，手機從按鍵時代進入到觸屏時代。此后手機行業的規則便已被改變。得益于手機等數碼產品蓬勃發展，手機顯示面板材質已由開始的塑料到鋁合金再到如今的鋁硅酸鹽玻璃，玻璃材質是手機、電腦等數碼行業的發展趨勢。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，防眩光等優點。一次次的技術革新，無疑對玻璃及相關產業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 機 械 拋 光 有 著 直 接 關 系 。 化 學 機 械 拋 光 （chemical mechanical polishing，CMP） 技 術 常見于半導體制造工藝，如晶圓的平坦化處理中。顧名思義，CMP是通過化學和機械的共同作用進行拋光，單純的機械拋光容易造成被拋光物質的表面質量損傷，而單純的化學拋光具有速 度 慢 、 效 率 低 等 缺 點 。CMP技術利用了“軟磨硬”原理，即用較軟的材料進行化學拋光來處理較硬材料的表面，實現高質量的表面拋光。圖1為玻璃拋光機結構示意圖。

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

Slurry是CMP的關鍵要素之一，其性能直接影響拋光后表面的質量。Slurry一般由超細固體粒子研磨劑(如納米級SiO2、Al203粒子等)、表面活性劑、穩定劑、氧化劑等組成。影響去除速度的因素有: slurry的化學成分、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；出于環保考慮，目前有些研究放在對于水基復合環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聚，團聚而成的大顆粒會在光學玻璃表面產生劃痕缺陷，因此制備拋光液時必須解決磨料粒子的團聚問題，使磨料粒子均勻分散在基體中，并具有好的分散穩定性。

究其本質，對于Slurry分散穩定性研究，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”的數量則影響拋光工藝中產生的劃痕缺陷數量。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設備可測試Slurry粒徑分布，PI值，提供“working particle”信息；AccuSizer 系列設備可對Slurry中大顆粒即“bad particle”進行計數，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, 李煥峰. 曲面手機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用研究綜述[J]. 中原工學院學報, 2019, 30(01):24-28.