Itin tikslus poliravimas paprastai reiškia abrazyvinių mikrodalelių, kurių dalelių dydis yra tik keli nanometrai, naudojimą kaip poliravimo šlifavimo priemones, kurios įpurškiamos į šlifavimo įrankį, kad būtų pašalintas nedidelis ruošinio medžiagos kiekis ir taip pasiekiamas nurodytas geometrinis tikslumas ir paviršiaus šiurkštumas. Toks itin didelis poliravimo tikslumas kelia didesnių iššūkių poliravimo technikoms, įrangai ir medžiagoms.
Šiuolaikinėje elektronikoje ultra{0}}tikslaus poliravimo užduotis yra ne tik plokščių skirtingų medžiagų, bet ir daugiasluoksnių{1}} sluoksnių plokščių, leidžiančių vos kelių milimetrų kvadratinių milimetrų silicio plokštelei suformuoti itin-didelio- masto integrinius grandynus, sudarytus iš dešimčių tūkstančių iki milijonų „globalinių plandarių“. Pavyzdžiui, tai, kad kompiuteriai sumažėjo nuo dešimčių tonų iki vos kelių šimtų gramų, nebūtų buvę įmanoma be itin-tikslaus poliravimo.
Šiuo metu Japonija, JAV ir Vokietija užima itin{0}}tiksliųjų staklių lyderes. Jie valdo pagrindines itin-tikslaus poliravimo procesų technologijas ir tvirtai vadovauja pasaulinės rinkos iniciatyvai. Priešingai, Kinijos plėtra itin-tikslaus poliravimo technologijos srityje susiduria su tam tikrais apribojimais. Todėl Kinijos šlifavimo ir poliravimo srityje pagrindinis rūpestis tapo, kaip įveikti technines kliūtis itin-tikslaus poliravimo srityje.
01 Įranga – užblokuota
Didelio-tikslumo poliravimas paprastai naudojamas aukščiausios klasės- srityse, pvz., optikoje, puslaidininkiuose ir erdvėlaiviuose, kur reikalingas ypatingas formos tikslumas, matmenų tikslumas ir paviršiaus vientisumas (jokio paviršiaus pažeidimo arba jis yra minimalus, įskaitant mikro-įtrūkimus, liekamąjį įtempimą ir mikrostruktūrinius pokyčius). Tai kelia itin aukštus reikalavimus poliravimo įrangai.
Siekiant užtikrinti poliravimo tikslumą, itin{0}}labai tikslus poliravimo įranga taip pat reikalauja labai stabilių mechaninių konstrukcijų. „Poliravimo plokštė“ – pagrindinė įrangos dalis – kelia dar griežtesnius medžiagų sudėties ir technologijos reikalavimus. Ši plokštelė, pagaminta iš specializuotų kompozitinių medžiagų, turi ne tik atitikti nanoskalės tikslumą automatizuotoms operacijoms atlikti, bet ir turėti tiksliai valdomą šiluminio plėtimosi koeficientą, neleidžiantį šilumai, atsirandančiai dėl trinties sukimosi dideliu greičiu, sukelti šiluminę plokštelės deformaciją, o tai kitaip paveiktų apdirbimo tikslumo stabilumą ir galiausiai gaminio lygiagretumą. Paprastai norint pasiekti sub -mikronų ar net nanometrų poliravimo tikslumą, plokštės šiluminė deformacija turi būti kontroliuojama kelių nanometrų tikslumu.
Šiuo metu labai{0}}tikslios poliravimo plokštės dažniausiai gaminamos pagal užsakymą-, o ne masinės-gamybos, o tai tiesiogiai riboja replikaciją už tokių šalių kaip JAV ir Japonija. Taigi šios šalys tvirtai laikosi didelio-tikslumo plokščių gamybos technologijos. Ilgą laiką Kinija susidūrė su griežtais technologijų embargais. Klausimai apie tai, kokios medžiagos ir procesai gali susintetinti tokias plokšteles, kurių šiluminis plėtimasis mažas, atsparumas dilimui ir itin tiksliai{9}}perlysta, yra techniniai iššūkiai, į kuriuos Kinijos įmonės ir tyrimų institutai turi susikoncentruoti.
Be to, mažos{0}} ir vidutinės-diafragmos (mažesnės nei 200 mm) optinių komponentų atveju buitinė įranga paprastai tinka. Tačiau nuo vidutinės- iki didelės-diafragmos (daugiau nei 400 mm) itin tiksliųjų šlifavimo staklių – šiuo metu Kinijoje nėra komerciškai perspektyvios buitinės įrangos. Tai reiškia, kad didelio-skersmens veidrodžių, naudojamų astronominiuose teleskopuose, lazerio sintezės įrenginiuose ir EUV litografijos mašinose, šlifavimo etapo vis tiek nepavyks įveikti. Kokia yra tarptautinė-meno-pažanga? JK Cranfield OGM2500 maksimalus apdirbimo skersmuo yra 2,5 metro. JK BOX staklės, naudojamos Europos itin didelio teleskopo 1,45-m veidrodžiams apdoroti, pasiekia paviršiaus formos tikslumą PV < 1 μm, o vieno gabalo gamybos ciklas trunka mažiau nei 20 valandų. Vokietijos OptoTech UPG500 yra aukščiausios komercinės brandos.
02 Medžiagos – vis dar priklauso nuo importo
Kaip pavyzdį CMP (cheminis mechaninis poliravimas / planarizavimas), tobulėjant pažangiems proceso mazgams ir pažangiam pakavimui, CMP palaipsniui išsivadavo iš savo tradicinio pagalbinio vaidmens ir tapo ketvirtu pagrindiniu integrinių grandynų gamybos procesu, greta litografijos, ėsdinimo ir plonos{0} plėvelės nusodinimo. Atsižvelgiant į nuolatinį mastelio keitimą į pažangius mazgus ir trijų-dimensijų architektūrą, CMP tapo svarbiu žingsniu, turinčiu įtakos plokštelių globalumui ir proceso našumui.
Pagrindinės CMP medžiagos yra suspensijos ir poliravimo pagalvėlės. Tarp jų, srutos yra pagrindinė terpė, lemianti CMP apdorojimo kokybę ir pašalinimo greitį, o poliravimo padas atlieka lemiamą vaidmenį kaip fizinė terpė ir įtempių perdavimo elementas CMP proceso metu. Yra daug rūšių srutų, kurios sudaro daugiau nei 50% poliravimo medžiagų vertės, o jų suvartojimas didėja didėjant plokštelių išeigai ir CMP planarizacijos etapų skaičiui.
CMP poliravimo medžiagos turi itin aukštus techninius barjerus. Dėl vėlyvos Kinijos pradžios šioje srityje pagrindinius patentus jau seniai monopolizavo užsienio gigantai. Srutų formulės yra sudėtingos, tyrimų ir plėtros bei patvirtinimo ciklai yra ilgi, o gamybos procesai ir proceso kontrolės reikalavimai yra griežti. Be to, didelio-grynumo abrazyvinės dalelės jau seniai buvo importuojamos, o tiekimo grandinę iki šiol kontroliuoja užsienio įmonės.
Abrazyvinės dalelės yra pagrindinė srutų žaliava; pagrindiniai produktai yra cerio oksido, silicio dioksido ir aliuminio oksido dalelės. Vienas tyrėjas pastebėjo, kad brandžiuose 28 nm lustų procesuose teoriškai galimas vietinis pakeitimas vidaus rinkoje, tačiau pažangesniems mazgams abrazyvų tiekimas vis dar susiduria su iššūkiais, kurie tiesiogiai veikia metalų priemaišų kontrolę srutoje.
Čia vėl esame užblokuoti.
03 Proceso technologijos – vis dar bandomajame etape
(1) Magnetoreologinė apdaila (MRF)
Magnetorheologinė apdaila yra pažangi optinės gamybos technologija, sukurta užsienyje devintajame dešimtmetyje, o QED (JAV) pradėjo ją komercializuoti 1997 m. Ši technika naudoja magnetoreologinio skysčio reologines savybes magnetiniame lauke ruošiniams poliruoti. Kai skystis patenka į poliravimo zoną, jis po magnetiniu lauku virsta viskoplastine terpe, suformuodama „lanksčią poliravimo trinkelę“. Kontaktas su optiniu paviršiumi sukuria didelį šlyties įtempį, leidžiantį stabiliai pašalinti medžiagą, kad būtų galima poliruoti ir formuoti. Jis veiksmingai patenkina tokius reikalavimus kaip didelis apdirbimo tikslumas, greita konvergencija, gera paviršiaus kokybė, nedideli požeminio paviršiaus pažeidimai ir valdomos vidutinio{5}} ir didelio{6}}erdvinio{7}}dažnio paklaidos. Jis plačiai taikomas sferiniams lęšiams, asferiniams lęšiams, prizmėms, laisvos formos paviršiams ir kt.
(2) Jonų pluošto figūravimas (IBF)
Didelės{0}}diafragmos asferinio optinio apdorojimo tendencija yra didesnė nuokrypis, statesni nuolydžiai ir didesnis tikslumas. Norėdami tai padaryti, Eastman Kodak (JAV) pasiūlė jonų pluošto figūravimą. Ši technika, atliekama vakuuminėje kameroje, naudoja jonų pluoštą su apibrėžta energija ir erdviniu pasiskirstymu, kad bombarduotų veidrodžio paviršių. Medžiaga pašalinama naudojant ne-kontaktinį energijos nusodinimą, o tai suteikia naują technologinę parinktį, leidžiančią tiksliai{5}}figūruoti dideles asferas. Dėl didelio vaizdavimo tikslumo ir nepažeidžiamo požeminio paviršiaus jis kartu su MRF yra plačiai pripažintas kaip viena iš dviejų inovatyviausių optinio apdorojimo technologijų, sukurtų per pastaruosius trisdešimt metų.
(3) Cheminis mechaninis poliravimas / planavimas (CMP)
CMP šiuo metu yra vienintelė planarizacijos technologija, galinti pasiekti tiek globalų, tiek vietinį paviršiaus lygumą. Pirmą kartą jį pasiūlė „Monsanto“ (JAV) 1965 m., tačiau iš pradžių taikyta tik aukštos kokybės stikliniams paviršiams, pvz., kariniams teleskopams, gauti. Vėliau, kadangi jis unikaliai sujungia cheminę koroziją ir mechaninį dilimą, sumažina proceso svyravimus ir gamina nanoskalės plokščius paviršius, tokios kompanijos kaip IBM, Intel ir Applied Materials pamažu pradėjo jį naudoti puslaidininkių gamyboje.
Itin{0}}tikslaus poliravimo srityje užsienio šalys, ypač Japonija, Vokietija ir JAV, turi didelių pranašumų. Kalbant apie įrangą ir procesų lygius, šios šalys jau pasiekė nanometrų-lygio poliravimo tikslumą, o Kinija vis dar tam tikru mastu atsilieka nuo tarptautinio pažangaus lygio.