Το γυάλισμα εξαιρετικά-ακρίβειας αναφέρεται γενικά στη χρήση λειαντικών μικροσωματιδίων με μεγέθη σωματιδίων μόνο μερικών νανόμετρων ως λειαντικά γυαλιστικά, τα οποία εγχέονται σε ένα εργαλείο περιτύλιξης για να αφαιρέσουν ελάχιστες ποσότητες υλικού τεμαχίου εργασίας, επιτυγχάνοντας έτσι καθορισμένη γεωμετρική ακρίβεια και τραχύτητα επιφάνειας. Αυτή η εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια στίλβωσης επιβάλλει μεγαλύτερες προκλήσεις στις τεχνικές, τον εξοπλισμό και τα υλικά στίλβωσης.
Στα σύγχρονα ηλεκτρονικά, το γυάλισμα εξαιρετικής-ακρίβειας επιδιώκει όχι μόνο με την επιπεδοποίηση διαφορετικών υλικών, αλλά και με την επιπεδοποίηση στοίβων πολλαπλών- επιπέδων, επιτρέποντας σε μια γκοφρέτα πυριτίου μόλις λίγα χιλιοστά να σχηματίσει ολοκληρωμένα κυκλώματα υπερ-μεγάλης-κλίμακας που αποτελούνται από δεκάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια "παγκόσμια πλαισίωση". Για παράδειγμα, το γεγονός ότι οι υπολογιστές έχουν συρρικνωθεί από δεκάδες τόνους σε μόλις μερικές εκατοντάδες γραμμάρια δεν θα ήταν δυνατό χωρίς γυάλισμα εξαιρετικά-ακριβείας.
Επί του παρόντος, η Ιαπωνία, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Γερμανία κατέχουν ηγετικές θέσεις στις εργαλειομηχανές εξαιρετικά-ακριβείας. Ελέγχουν τις βασικές τεχνολογίες των διαδικασιών γυαλίσματος εξαιρετικά-ακριβείας και κυριαρχούν σταθερά στην πρωτοβουλία της παγκόσμιας αγοράς. Αντίθετα, η ανάπτυξη της Κίνας στην τεχνολογία γυαλίσματος εξαιρετικά-ακριβείας αντιμετωπίζει ορισμένους περιορισμούς. Ως εκ τούτου, το πώς να ξεπεραστούν τα τεχνικά σημεία συμφόρησης στο γυάλισμα εξαιρετικά-ακρίβειας έχει γίνει κομβικό σημείο ανησυχίας στον τομέα της λείανσης και της στίλβωσης της Κίνας.
01 Εξοπλισμός – Αποκλεισμένος
Η στίλβωση υψηλής Αυτό δημιουργεί εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις σε εξοπλισμό στίλβωσης.
Για να διασφαλιστεί η ακρίβεια στίλβωσης, ο εξοπλισμός στίλβωσης εξαιρετικά-ακριβείας απαιτεί επίσης πολύ σταθερές μηχανικές δομές. Η "πλάκα στίλβωσης" – βασικό συστατικό του εξοπλισμού – επιβάλλει ακόμη πιο αυστηρές απαιτήσεις στη σύνθεση και την τεχνολογία του υλικού. Αυτή η πλάκα, κατασκευασμένη από εξειδικευμένα σύνθετα υλικά, πρέπει όχι μόνο να πληροί την ακρίβεια νανοκλίμακας για αυτοματοποιημένες λειτουργίες, αλλά και να διαθέτει έναν επακριβώς ελεγχόμενο συντελεστή θερμικής διαστολής, αποτρέποντας τη θερμότητα που παράγεται από την τριβή κατά την περιστροφή υψηλής ταχύτητας- να προκαλέσει θερμική παραμόρφωση της πλάκας, η οποία διαφορετικά θα επηρέαζε τη σταθερότητα και την ελαστικότητα του προϊόντος κατεργασίας. Γενικά, για να επιτευχθεί ακρίβεια στίλβωσης μικρότερης ή ακόμη και νανομέτρων, η θερμική παραμόρφωση της πλάκας πρέπει να ελέγχεται μέσα σε λίγα νανόμετρα.
Προς το παρόν, οι πλάκες γυαλίσματος υψηλής ακρίβειας-κατασκευάζονται κατά παραγγελία Έτσι, αυτά τα έθνη διατηρούν σταθερά την τεχνολογία παραγωγής για πλάκες-υψηλής ακρίβειας. Για πολύ καιρό, η Κίνα αντιμετωπίζει αυστηρά τεχνολογικά εμπάργκο. Τα ερωτήματα σχετικά με τα υλικά και τις διαδικασίες που μπορούν να συνθέσουν τέτοιες πλάκες με χαμηλή θερμική διαστολή, υψηλή αντοχή στη φθορά και επιφάνειες επικάλυψης εξαιρετικά-ακρίβειας είναι τεχνικές προκλήσεις στις οποίες πρέπει να επικεντρωθούν οι κινεζικές επιχειρήσεις και τα ερευνητικά ιδρύματα στην επίλυση.
Επιπλέον, για οπτικά εξαρτήματα μικρού- έως μεσαίου-διαφράγματος (κάτω από 200 mm), ο οικιακός εξοπλισμός είναι γενικά ικανός. Ωστόσο, στη σφαίρα των μηχανών λείανσης μεσαίου- έως μεγάλου-διαφράγματος (πάνω από 400 mm)-ακριβείας - επί του παρόντος, δεν υπάρχει εμπορικά βιώσιμος οικιακός εξοπλισμός στην Κίνα. Αυτό σημαίνει ότι για καθρέφτες μεγάλης-διαμέτρου που χρησιμοποιούνται σε αστρονομικά τηλεσκόπια, εγκαταστάσεις σύντηξης λέιζερ και μηχανές λιθογραφίας EUV, δεν μπορούμε ακόμα να περάσουμε το στάδιο λείανσης. Ποια είναι η διεθνής κατάσταση-της τέχνης--; Το Cranfield OGM2500 του Ηνωμένου Βασιλείου έχει μέγιστη διάμετρο μηχανικής κατεργασίας 2,5 μέτρα. Η εργαλειομηχανή BOX του Ηνωμένου Βασιλείου, που χρησιμοποιείται για την επεξεργασία κατόπτρων 1,45-μέτρων για το Ευρωπαϊκό Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο, επιτυγχάνει ακρίβεια σχήματος επιφάνειας PV < 1 μm, με κύκλο παραγωγής ενός τεμαχίου κάτω από 20 ώρες. Το γερμανικό OptoTech UPG500 έχει την υψηλότερη εμπορική ωριμότητα.
02 Υλικά – Εξακολουθούν να εξαρτώνται από τις εισαγωγές
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το CMP (Chemical Mechanical Polishing/Planarization), με την εξέλιξη των προηγμένων κόμβων διεργασίας και της προηγμένης συσκευασίας, η CMP σταδιακά ξεπέρασε τον παραδοσιακό βοηθητικό της ρόλο και έγινε η τέταρτη βασική διαδικασία στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, παράλληλα με τη λιθογραφία, τη χάραξη και το λεπτό{0} φιλμ. Στο πλαίσιο της συνεχούς κλιμάκωσης σε προηγμένους κόμβους και τρισδιάστατες-αρχιτεκτονικές, το CMP έχει γίνει ένα κρίσιμο βήμα που επηρεάζει την παγκόσμια επιπεδότητα και την απόδοση διεργασίας του πλακιδίου.
Τα υλικά πυρήνα για το CMP περιλαμβάνουν πολτούς και στιλβωτικά επιθέματα. Μεταξύ αυτών, ο πολτός είναι το βασικό μέσο που καθορίζει την ποιότητα επεξεργασίας CMP και τον ρυθμό αφαίρεσης, ενώ το επίθεμα στίλβωσης παίζει καθοριστικό ρόλο ως φυσικό μέσο και στοιχείο μεταφοράς τάσης κατά τη διαδικασία CMP. Υπάρχουν πολλοί τύποι πολτού, που αντιπροσωπεύουν πάνω από το 50% της αξίας των υλικών στίλβωσης, και η κατανάλωσή τους αυξάνεται με την έξοδο γκοφρέτας και τον αριθμό των βημάτων επιπεδοποίησης CMP.
Τα υλικά στίλβωσης CMP παρουσιάζουν εξαιρετικά υψηλά τεχνικά εμπόδια. Λόγω της καθυστερημένης έναρξης της Κίνας σε αυτόν τον τομέα, τα βασικά διπλώματα ευρεσιτεχνίας έχουν από καιρό μονοπωληθεί από υπερπόντιους γίγαντες. Τα σκευάσματα πολτού είναι πολύπλοκα, οι κύκλοι Ε&Α και επικύρωσης είναι μακροί και οι διαδικασίες παραγωγής και οι απαιτήσεις ελέγχου της διαδικασίας είναι αυστηρές. Επιπλέον, τα λειαντικά σωματίδια υψηλής καθαρότητας βασίζονται εδώ και πολύ καιρό στις εισαγωγές και η αλυσίδα εφοδιασμού του πυρήνα του ανάντη εξακολουθεί να ελέγχεται από ξένες εταιρείες.
Τα λειαντικά σωματίδια είναι η βασική πρώτη ύλη για τους πολτούς. Τα κύρια προϊόντα περιλαμβάνουν τα σωματίδια δημητρίου, πυριτίου και αλουμίνας. Ένας ερευνητής σημείωσε ότι για ώριμες διεργασίες τσιπ 28 nm, η εγχώρια υποκατάσταση είναι θεωρητικά εφικτή στην εγχώρια αγορά, αλλά για πιο προηγμένους κόμβους, η παροχή λειαντικών εξακολουθεί να αντιμετωπίζει προκλήσεις, οι οποίες επηρεάζουν άμεσα τον έλεγχο των μεταλλικών ακαθαρσιών στον πολτό.
Εδώ πάλι είμαστε αποκλεισμένοι.
03 Process Technologies – Ακόμα σε δοκιμαστική φάση
(1) Μαγνητορεολογικό φινίρισμα (MRF)
Το μαγνητορεολογικό φινίρισμα είναι μια προηγμένη οπτική τεχνολογία κατασκευής που αναπτύχθηκε στο εξωτερικό τη δεκαετία του 1980 και η QED (ΗΠΑ) άρχισε να την εμπορευματοποιεί το 1997. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί τις ρεολογικές ιδιότητες του μαγνητορεολογικού ρευστού σε ένα μαγνητικό πεδίο για τη στίλβωση των τεμαχίων εργασίας. Όταν το ρευστό εισέρχεται στη ζώνη στίλβωσης, μετατρέπεται σε ιξωδοπλαστικό μέσο κάτω από το μαγνητικό πεδίο, σχηματίζοντας ένα «εύκαμπτο στιλβωτικό μαξιλάρι». Η επαφή με την οπτική επιφάνεια δημιουργεί σημαντική διατμητική τάση, επιτρέποντας σταθερή αφαίρεση υλικού για στίλβωση και παραμόρφωση. Αντιμετωπίζει αποτελεσματικά απαιτήσεις όπως υψηλή ακρίβεια κατεργασίας, ταχεία σύγκλιση, καλή ποιότητα επιφάνειας, χαμηλή υποεπιφανειακή ζημιά και ελεγχόμενα σφάλματα μέσης- και υψηλής-χωρικής-συχνότητας. Εφαρμόζεται ευρέως σε σφαιρικούς φακούς, ασφαιρικούς φακούς, πρίσματα, επιφάνειες ελεύθερης μορφής κ.λπ.
(2) Διαμόρφωση δέσμης ιόντων (IBF)
Η τάση στην ασφαιρική οπτική επεξεργασία μεγάλου-διαφράγματος είναι προς μεγαλύτερη απόκλιση, πιο απότομες κλίσεις και μεγαλύτερη ακρίβεια. Για να το καλύψει αυτό, ο Eastman Kodak (ΗΠΑ) πρότεινε τον υπολογισμό της δέσμης ιόντων. Αυτή η τεχνική, που εκτελείται σε θάλαμο κενού, χρησιμοποιεί μια δέσμη ιόντων με καθορισμένη ενέργεια και χωρική κατανομή για να βομβαρδίσει την επιφάνεια του καθρέφτη. Η απομάκρυνση υλικού πραγματοποιείται μέσω της-απόθεσης ενέργειας χωρίς επαφή, προσφέροντας μια νέα τεχνολογική επιλογή για τον προσδιορισμό υψηλής-ακρίβειας μεγάλων ασφαιρικών. Λόγω της υψηλής ακρίβειας υπολογισμού του και της έλλειψης υποεπιφανειακής ζημιάς, μαζί με το MRF, αναγνωρίζεται ευρέως ως μία από τις δύο πιο καινοτόμες τεχνολογίες οπτικής επεξεργασίας που αναπτύχθηκαν τα τελευταία τριάντα χρόνια.
(3) Χημική μηχανική στίλβωση/πλανάρισμα (CMP)
Η CMP είναι επί του παρόντος η μόνη τεχνολογία επιπεδοποίησης που μπορεί να επιτύχει επιπεδότητα τόσο σε παγκόσμια όσο και σε τοπική επιφάνεια. Προτάθηκε για πρώτη φορά από τη Monsanto (ΗΠΑ) το 1965, αλλά αρχικά εφαρμόστηκε μόνο για την απόκτηση γυάλινων επιφανειών υψηλής ποιότητας, όπως για στρατιωτικά τηλεσκόπια. Αργότερα, επειδή συνδυάζει μοναδικά τη χημική διάβρωση και τη μηχανική τριβή, μειώνοντας τις παραλλαγές της διαδικασίας και παράγοντας επιπεδοποιημένες επιφάνειες νανοκλίμακας, εταιρείες όπως η IBM, η Intel και η Applied Materials το υιοθέτησαν σταδιακά στην κατασκευή ημιαγωγών.
Στον τομέα του γυαλίσματος εξαιρετικά-ακριβείας, οι ξένες χώρες – ιδίως η Ιαπωνία, η Γερμανία και οι Ηνωμένες Πολιτείες – έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Όσον αφορά τα επίπεδα εξοπλισμού και διεργασιών, αυτά τα έθνη έχουν ήδη επιτύχει ακρίβεια στίλβωσης σε επίπεδο νανομέτρων, ενώ η Κίνα εξακολουθεί να υστερεί σε κάποιο βαθμό σε σχέση με το διεθνές προηγμένο επίπεδο.