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1、研磨拋光簡介研磨拋光簡介研磨拋光(Polishing or Lapping)是使工件產生平滑鏡面的超精密研磨技術，其目的在於使表面粗糙度及平坦度到達一定的可容許範圍，常被廣泛的使用在硬脆金屬、陶瓷、玻璃及晶圓等材料表面的精密加工。研磨的歷史非常久遠，人類自古即開始使用研磨加工，有考古之料證明在新石器時代已出現玉所雕琢的裝飾品與生產工具，到了青銅器時代玉雕藝術更達餘登峰造極之境，這乃因為中國人很早就發明以石攻石的方法 。 玉 是屬於非常堅硬的礦物 ， 莫氏硬度(Mohshardness scale)高達六度，非一般鋼刀所能刻動，凡是硬度在七度以上的礦物碎沙都可以用來剖解、琢磨玉。如七度的石英（俗
2、稱黃沙）、八度的石榴石（紅沙）、九度的剛玉（黑沙）、十度的金剛石（金鋼沙），都是常用的磨玉砂配合竹、木、青銅、鐵、鋼等各種質地的工具製作玉器【1玉器大賞】。明末宋應星的天工開物中，有圖繪當時琢玉的機具名為旋車如圖1-1，並說明其法為：冶鐵為圓槃，以槃水盛沙，足踏圓槃使轉，添沙剖玉，逐忽劃斷。【2天工開物】。在青銅器時期研磨技術則用於青銅鏡的鏡面磨光。戰國時期的鑄鏡方法是先用陶模或滑石模，翻出鏡子的蠟科模型，然後在蠟模上敷塗泥料，成為完整的泥范，在范上開一小口，經烘培後，裡面的蠟模溶化而由小口流出，再由該口灌入銅液，等凝固後打碎泥製鏡范，取出銅鏡，再將背面加以磨光。其磨鏡用的材料是黑鉛粉，或採用
3、水銀與錫粉的混合物，然後用白氈摩擦，磨料同時也黏住鏡面，變成鏡面的反光塗料【3中國歷代銅鏡鑑賞】。自從望遠鏡及顯微鏡問世後，為了滿足鏡片製作的高精密化及高倍率化，研磨技術開始成為一門專門的學問。光學透鏡研磨是在鏡片與磨具之間加入研磨漿，利用玻璃與磨具的運轉產生摩擦作用造成玻璃的塑性流動而磨去玻璃的表面層，其研磨示意圖如圖1-2。目的為消去成型過程所造成之切削紋路以及提高玻璃之表面精度。研磨法製造所得鏡面精度10r.m.s（632.8nm）。而光學透鏡的研磨加工分為鑽石研磨、研磨、拋光三個流程。研磨過程的好壞關係著光學鏡片成型後的精度且比光學鏡片其他製作流程所造成之影響甚大，因此研磨在光學玻璃製
4、造上佔有重要的地位。透鏡的拋光劑中，在5060年前皆使用氧化鐵（ F e2O3， F e3O4） ， 自1 9 3 3 年開始，氧化鈰（ C e O2）、氧化釷（ T h O2） 及氧化鋯（ Z r O2）漸為廣用，除了拋光面好，工件受污染也少【4】。在 1980 年代初半導體製程方面，IBM 公司為了解決 IC 製造時因晶圓表面線路圖案所引起的鍍膜高低起伏而導致微影製程聚焦不良 問 題 ， 開 發 了 一 項 平 坦 化 技 術 稱 為 化 學 機 械 研 磨(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)。由 IBM 之 Base Technology Lab（Ea
5、st Fishskill，NY）提出適用於低電阻值銅導線製程的金屬鑲嵌（Damascene）概念，亦即將介電層予以圖案後填入金屬層，然後將最上層之金屬予以回蝕刻（Etch back），使金屬面與介電層在同一平面上，如此反覆幾次製程即可以產生多重連線元件，並可大大提高元件產品的良率。此 Damascene 概念，促使 CMP 技術可同時應用於銅導線及介電層的平坦化【5】。化學機械研磨平坦化製程的研磨設備平台的示意圖如圖 1-3 所示。主要是利用研磨漿中所含的酸性或是鹼性的化學溶劑及微細拋光顆粒所混合製成的研磨漿（Slurry），配合上拋光盤之彈性研磨墊（Pad）與晶圓面及研磨顆粒三者的相對運動來
6、磨除晶圓面表面粗度，達到拋光的目的。常見使用在研磨漿中的研磨顆粒有 SiO2、Al2O3及 CeO2等三種，在一般的半導體製程中晶圓平坦化的研磨過程材料的移除率並不多，主要著重在被加工表面的光滑及平坦化，因而一般均採用較均勻且細小的研磨顆粒，反之若是要求工件表面的材料磨耗量的話，則多是使用較粗大的研磨顆粒，如一般的金屬研磨製程【6】。CMP 技術亦可應用於硬碟片的研磨上，因為電腦硬碟片記憶容量不斷地提高，因而需要提高硬碟片上的紀錄密度，而欲提高紀錄密度則有賴於提高硬碟片表面的平坦性，又由於 CMP 技術是一種精密的微加工技術，也已被成功的應用於微機電(MEMS)元件的製作上。研磨拋光製程應用領
7、域非常廣泛，於機械零件的加工過程時，除了縮小工件本身的尺寸公差外，並能減少工件表面的加工缺陷及損傷進而提升其機械強度。在儀器方面如水平儀的製作即是利用鑄鐵製的高精度平台上配合微小的研磨粒加以研磨製成。光電領域方面目前研磨製程也已見諸於複印機感光鼓、導波管、共振器、玻璃基板等零件。綜合以上所述在在顯示研磨製程再表面精密加工是一項不可或缺重要的技術。圖 1-1 天工開物琢玉圖【2】圗 1-2 光學鏡片研磨示意圖圖 1- 3 化學機械研磨製程平台示意圖SlurryFeedingSystemRotational WaferCarrierRotationalTable Supporting thePadandtheWafer
