Ultra-precizno poliranje se općenito odnosi na korištenje abrazivnih mikročestica s veličinom čestica od samo nekoliko nanometara kao abraziva za poliranje, koji se ubrizgavaju u alat za preklapanje kako bi se uklonile male količine materijala radnog komada, čime se postižu određena geometrijska tačnost i hrapavost površine. Takva izuzetno visoka preciznost poliranja nameće veće izazove tehnikama poliranja, opremi i materijalima.
U modernoj elektronici, ultra{0}}precizno poliranje ima zadatak ne samo da planarizira različite materijale, već i da planarizira više-slojne snopove, omogućavajući silikonskoj pločici veličine samo nekoliko kvadratnih milimetara da formira integrisana kola ultra{2}}velikih-razmjera sastavljena od desetina hiljada do miliona globalnih tranzistora putem "zaštićenja". Na primjer, činjenica da su se računari smanjili sa desetina tona na samo nekoliko stotina grama ne bi bila moguća bez ultra-preciznog poliranja.
Trenutno, Japan, Sjedinjene Američke Države i Njemačka drže vodeće pozicije u ultra-alatnim mašinama. Oni kontroliraju osnovne tehnologije ultra-preciznih procesa poliranja i čvrsto upravljaju globalnom tržišnom inicijativom. Nasuprot tome, kineski razvoj tehnologije ultra{4}}preciznog poliranja suočava se s određenim ograničenjima. Stoga je način na koji se prevaziđu tehnička uska grla u ultra-preciznom poliranju postao glavna tačka brige u kineskom polju lepljenja i poliranja.
01 Oprema – blokirana
Visoko{0}}precizno poliranje se obično koristi u vrhunskim-oblastima kao što su optika, poluvodiči i svemir, gdje je potrebna ekstremna preciznost oblika, preciznost dimenzija i integritet površine (bez ili minimalno oštećenje površine, uključujući mikro-pukotine, zaostalo naprezanje i mikrostrukturne promjene). Ovo postavlja izuzetno visoke zahtjeve za opremu za poliranje.
Da bi se osigurala preciznost poliranja, ultra-oprema za ultra-precizno poliranje također zahtijeva vrlo stabilne mehaničke strukture. „Platna ploča“ – osnovna komponenta opreme – nameće još strože zahtjeve u pogledu sastava i tehnologije materijala. Ova ploča, napravljena od specijalizovanih kompozitnih materijala, ne samo da mora ispunjavati nano-preciznost za automatizovane operacije, već i imati precizno kontrolisan koeficijent termičke ekspanzije, sprečavajući da toplota nastala trenjem tokom velike-brzine rotacije izazove termičku deformaciju ploče, koja bi inače uticala na stabilnost mašinske obrade, na preciznost i konačnu ravnost i parametar proizvoda. Općenito, da bi se postigla tačnost poliranja ispod -mikrona ili čak nanometara, termička deformacija ploče se mora kontrolirati unutar nekoliko nanometara.
Trenutno se visoko{0}}ploče za poliranje visoke preciznosti uglavnom-izrađuju po narudžbi, a ne masovno-proizvode, što direktno ograničava replikaciju izvan zemalja kao što su SAD i Japan. Stoga ove nacije čvrsto drže tehnologiju proizvodnje za visoko{6}}precizne ploče. Kina se dugo vremena suočavala sa strogim tehnološkim embargom. Pitanja o tome koji materijali i procesi mogu sintetizirati takve ploče sa niskim toplinskim širenjem, visokom otpornošću na habanje i ultra-preciznim površinama za preklapanje su tehnički izazovi na koje se kineska preduzeća i istraživački instituti moraju koncentrirati na rješavanje.
Pored toga, za optičke komponente malog- do srednjeg-otvora (ispod 200 mm), domaća oprema je općenito sposobna. Međutim, u području ultra-mašina za brušenje srednjeg{4}} do velikog-otvora (iznad 400 mm) ultra{7}} – trenutno ne postoji komercijalno održiva domaća oprema u Kini. To znači da za ogledala velikog -prečnika koja se koriste u astronomskim teleskopima, postrojenjima za lasersku fuziju i EUV litografskim mašinama, još uvijek ne možemo proći fazu brušenja. Kakvo je međunarodno stanje---umjetnosti? Britanski Cranfield OGM2500 ima maksimalni prečnik obrade od 2,5 metara. Britanska mašina alatka BOX, koja se koristi za obradu ogledala od 1,45-metara za Evropski ekstremno veliki teleskop, postiže tačnost oblika površine PV < 1 μm, sa ciklusom proizvodnje jednog komada od manje od 20 sati. Njemački OptoTech UPG500 ima najveću komercijalnu zrelost.
02 Materijali – i dalje ovise o uvozu
Uzimajući CMP (kemijsko mehaničko poliranje/planarizaciju) kao primjer, s evolucijom naprednih procesnih čvorova i naprednog pakiranja, CMP je postepeno napustio svoju tradicionalnu pomoćnu ulogu i postao četvrti osnovni proces u proizvodnji integriranih kola, uz litografiju, graviranje i taloženje tankih{0}}filmova. U kontekstu kontinuiranog skaliranja na napredne čvorove i trodimenzionalne arhitekture, CMP je postao kritičan korak koji utiče na globalnu ravnost pločice i prinos procesa.
Osnovni materijali za CMP uključuju suspenziju i jastučiće za poliranje. Među njima, suspenzija je ključni medij koji određuje kvalitetu obrade CMP-a i brzinu uklanjanja, dok jastučić za poliranje igra ključnu ulogu kao fizički medij i element za prijenos naprezanja tokom CMP procesa. Postoji mnogo vrsta kaša koje čine preko 50% vrijednosti materijala za poliranje, a njihova potrošnja raste s izlazom pločice i brojem koraka planarizacije CMP-a.
CMP materijali za poliranje predstavljaju izuzetno visoke tehničke barijere. Zbog kasnog početka Kine u ovoj oblasti, prekomorski giganti dugo su monopolizirali ključne patente. Formulacije stajnjaka su složene, ciklusi istraživanja i razvoja i validacije su dugi, a proizvodni procesi i zahtjevi za kontrolu procesa su rigorozni. Štaviše, abrazivne čestice visoke -abrazivne čestice dugo se oslanjaju na uvoz, a glavni lanac snabdijevanja uzvodno i dalje kontrolišu strane kompanije.
Abrazivne čestice su osnovna sirovina za kašu; mainstream proizvodi uključuju cerije, silicijum dioksid i aluminij. Jedan istraživač je primijetio da je za procese zrelih 28 nm čipova domaća zamjena teoretski moguća na domaćem tržištu, ali za naprednije čvorove, nabavka abraziva i dalje se suočava sa izazovima, koji direktno utiču na kontrolu metalnih nečistoća u suspenziji.
Evo opet smo u blokadi.
03 Procesne tehnologije – Još u probnoj fazi
(1) Magnetoreološka završna obrada (MRF)
Magnetoreološka završna obrada je napredna optička proizvodna tehnologija razvijena u inostranstvu 1980-ih, a QED (SAD) je počeo da je komercijalizuje 1997. Ova tehnika koristi reološka svojstva magnetoreološke tečnosti u magnetnom polju za poliranje radnih komada. Kada tečnost uđe u zonu poliranja, transformiše se u viskoplastični medij pod magnetnim poljem, formirajući "fleksibilnu podlogu za poliranje". Kontakt sa optičkom površinom stvara značajan napon smicanja, omogućavajući stabilno uklanjanje materijala za poliranje i oblikovanje. Efikasno se bavi zahtjevima kao što su visoka preciznost obrade, brza konvergencija, dobar kvalitet površine, niska podzemna oštećenja i kontrolisane greške srednje{5}} i visoke-prostorne-frekvencije. Široko je primjenjiv na sferična sočiva, asferična sočiva, prizme, površine slobodnog oblika, itd.
(2) Figuriranje ionskim snopom (IBF)
Trend u asferičnoj optičkoj obradi velikog otvora{0}}a je prema većem odstupanju, strmijim nagibima i većoj preciznosti. Da bi to ispunio, Eastman Kodak (SAD) je predložio figuriranje ionskog snopa. Ova tehnika, izvedena u vakuumskoj komori, koristi snop jona sa definisanom energijom i prostornom distribucijom za bombardovanje površine ogledala. Uklanjanje materijala se odvija putem beskontaktnog taloženja energije, što nudi novu tehnološku opciju za visoko-precizno oblikovanje velikih asferika. Zbog svoje visoke preciznosti figuriranja i bez podzemnih oštećenja, on je, zajedno sa MRF-om, naširoko prepoznat kao jedna od dvije najinovativnije tehnologije optičke obrade razvijene u posljednjih trideset godina.
(3) Hemijsko mehaničko poliranje/planarizacija (CMP)
CMP je trenutno jedina tehnologija planarizacije koja može postići globalnu i lokalnu ravnost površine. Prvi put ga je predložio Monsanto (SAD) 1965. godine, ali se u početku primjenjivao samo za dobijanje-kvalitetnih staklenih površina, kao što su vojni teleskopi. Kasnije, pošto na jedinstven način kombinuje hemijsku koroziju i mehaničku abraziju, smanjujući varijacije procesa i proizvodeći planarizovane površine na nanorazmeri, kompanije kao što su IBM, Intel i Applied Materials postepeno su ga usvojile u proizvodnji poluprovodnika.
U oblasti ultra{0}}preciznog poliranja strane zemlje – posebno Japan, Njemačka i Sjedinjene Države – imaju značajne prednosti. Što se tiče opreme i nivoa procesa, ove zemlje su već postigle preciznost poliranja na nanometar-nivou, dok Kina još uvijek u određenoj mjeri zaostaje za međunarodnim naprednim nivoom.