近年来, 集成电路向着超大规模/极大规模发展的趋势越来越明显。为适应这种趋势, 其所用基片的特征尺寸也越来越小, 目前已达90nm。现代短波光学和强光光学系统, 例如软X射线光学系统、激光陀螺反射镜、高密度波分复用器、高能激光反射镜、功能光电器件以及光学窗口等, 对器件表面精度的要求则更为苛刻, 不仅要求表面粗糙度低于1nm RMS , 而且对表面损伤程度也有严格的要求。在另外的一些技术领域, 如高密度磁记录器件和光记录器件等的制造方面, 也存在着对超光滑表面的需求。可以预见，随着光学与微电子学等的不断发展, 对关键零件表面精度的要求会越来越高，需要达到纳米甚至原子级，因此，如何实现零件的超光滑抛光已经成为精密加工的一个重要研究课题[1-3]。
1 浴法抛光
浴法抛光(BFP) 是美国在20世纪60年代为发展远紫外光学而研究的一种超光滑表面的加工方法。与传统的抛光方法不同,浴法抛光带有抛光液槽，抛光槽中装有搅拌器[4]，抛光装置为采用沥青磨盘，磨料为Fe2O3。
抛光时，抛光液浸没磨盘与工件的交界面,当磨盘转动时, 工件在磨盘上做水平摆动, 并绕自身轴作自转运动, 从而使工件上每一点都与磨盘随机接触, 以保证均匀地去除表面凸起物。该方法避免了工件与抛光盘接触引起的变形, 且加工过程中温度场分布均匀, 能够保证抛光局部小环境的稳定[5]。
2 浮法抛光
浮法抛光是1977年Y.Namba教授提出的一项超光滑表面加工技术。这种方法采用的磨盘为锡质材料制作,锡盘表面车有2mm厚的同心圆槽,并用钻石车刀在槽脊车更精细螺线, 以实现磨盘的软化[6]。
3 气囊式抛光
气囊式抛光技术采用具有一定充气压力的球形气囊作为抛光工具,不仅可以保证抛光头与被抛光工件表面吻合性好,而且可以通过调节气囊压力,控制抛光效率和被抛光工件的表面质量,是一种具有发展潜力的非球曲面抛光方法[7]。
4 超声波研磨抛光
超声波研磨抛光是在研磨或抛光工具产生超声频率振动的同时进行研磨抛光的工艺,是一种超声与机械加工复合的加工方法。
超声波研抛利用超声波发生器产生高频电振荡。通过换能器将高频电振荡转换为机械振荡,再通过变幅杆将机械振荡振幅扩大,用合适的连接杆将变幅杆与工具或工件连接起来,从而使工具或工件产生高频振动。研磨时，研具端面与工件表面保持一定的间隙,用于充入微细磨料或工作液。当研具或工件施以超声振动时,研具与工件之间的磨料将被动产生高频振动冲击工件表面,除去或改造工件表面的上道加工工序遗留的变质层,并使工件加工表面形成新的变质层。从而对工件表面进行研磨抛光[8]。
5 磁流变抛光技术
磁流变抛光的机理是：磁流变液在高强度的梯度磁场中会变硬,成为具有粘塑性的Bingham介质,当这种介质通过工件与运动盘形成的很小间隙时,对工件与之接触的区域产生很大的剪切力,从而去除工件表面材料。磁流变抛光利用磁流变液的相变特性来进行抛光,属于柔性抛光,不会在工件表面形成残留破坏层,而且加工效率比较高,尤其是对不规则曲面进行抛光时更能体现其优越性。把磁流变引入到抛光技术中,是光学加工的一次技术飞跃。
磁流变液具有较大的剪切应力和良好的动力学稳定性和温度稳定性,其流变特性可以通过外加磁场强弱的调节来控制。当磁流变液受到一中等强度磁场作用时,其粘度系数增加两个数量级以上,会变成类似“固体”的状态,流动性消失,一旦去掉磁场,又变成可以流动的液体。磁流变液应用于抛光技术的原理是:载液和均匀分散于其中的磁性介质微粒组成的均匀混合悬浮液,在外加磁场的作用下,液体的粘度会随着磁场的增强而迅速固化形成抛光颗粒，该颗粒便成为一个有一定硬度和弹性、能承受较大剪切应力的可控的点状区域的抛光工具。
下面以凸球面加工为例简述磁流变抛光原理,如图1所示。被加工件位于抛光盘上方,并与抛光盘成一很小的固定不变的距离, 于是被加工的工件与抛光盘之间形成了一个凹形空隙。磁极置于工件和抛光盘的下方,在工件与抛光盘的所形成的狭小空隙附近形成一个高梯度磁场。当抛光盘内的磁流变液随抛光盘一起运动到工件与抛光盘形成的小空隙附近时,高梯度场使之凝聚、变硬,形成一带状凸起缎带,成为粘塑性的Bingham介质。这样具有较高运动速度的Bingham介质通过狭小空隙时,对工件表面与之接触的区域产生很大的剪切力,从而使工件的表面材料被去除,达到材料去除的目的[9]。
6 离子束抛光
中性离子束抛光是利用中性离子束流轰击工件表面，利用离子与工件表面的物理撞击来去除表面一定区域的原子或分子,以达到超光滑抛光的目的。离子束抛光加工必须在真空环境中进行，以保证离子束的强度和直线度。离子源采用氩等中性离子，离子束由一定量的正离子和低能电子组成，以减弱离子束中的静电斥力，并防止工件表面带电。该方法加工范围广，可以用于大口径光学元件的加工，而且适用于球面、非球面和非对称面形。据报道用此方法可获得面形精度为λ/50, 表面粗糙度为0.6nm（rms）超光滑表面[10-11]。
7 结束语
在传统的抛光方法中,抛光质量主要受制于抛光盘表面的精度，因为抛光盘的表面精度是不可能无限制提高的。由于特种抛光技术克服了传统抛光中的限制，改变了被抛光光学元件和抛光工具之间的物理关系，使得抛光精度有了质的飞跃，精度可达纳米级。
随着光学与微电子学等学科的不断发展, 对关键零件表面精度的要求将会越来越高。提高加工精度, 降低加工成本是目前迫切需要解决的问题。超光滑表面加工技术有着非常美好的发展前景。
参考文献
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[2]李锡善,戈鹤忠. 超光滑表面加工技术[J].激光与光电子学进展, 1998 (11): 1-91.
[3]狄卫国. 等1ULSI硅衬底的化学机械抛光技术[J].半导体技术,2002 (7):18-221.
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[6] Namba1 Y.Mechanism of float polishing[J]. The science of polishing technique digest, Tub-A2-1, Monterey, CA,1984.
[7]宋剑锋.超精密气囊工具抛光方法的研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),35(3), 2007.
[8]赵明利,赵波,高国富.超精密研抛及超声波研抛技术分析[J],现代机械,2006,6.
[9]康桂文,张飞虎.精密磁流变抛光机床的研制[J].光学技术,30(3).
[10]黄文浩, 张海军, 褚家如.超光滑表面的离子束抛光与微观形貌检测[J].仪器仪表学报, 1995,16 (1):201-205.
[11]褚家如, 黄文浩.离子束抛光硅片纳米级微观形貌的原子力显微镜研究[J].电子显微学报,1995, (1):53-581.
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