Ultra-täppispoleerimine viitab üldiselt vaid mõne nanomeetrise osakeste suurusega abrasiivsete mikroosakeste kasutamisele poleerimisabrasiividena, mis süstitakse lapeerimistööriista, et eemaldada väike kogus töödeldava detaili materjali, saavutades seeläbi kindlaksmääratud geomeetrilise täpsuse ja pinna kareduse. Selline ülikõrge poleerimise täpsus seab suuremaid väljakutseid poleerimistehnikatele, seadmetele ja materjalidele.
Kaasaegses elektroonikas ei ole ülitäpse{0}}poleerimise ülesandeks mitte ainult erinevate materjalide tasandamine, vaid ka mitmekihiliste virnade tasandamine, mis võimaldab vaid mõne millimeetri suurusel räniplaadil moodustada üli-suure-mõõtmelisi integraallülitusi, mis koosnevad kümnetest tuhandetest kuni miljonite transistorideni. Näiteks asjaolu, et arvutid on kahanenud kümnetelt tonnidelt vaid mõnesaja grammi, poleks olnud võimalik ilma ülitäpse{5}}poleerimiseta.
Praegu on ülitäpsete tööpinkide alal juhtivad positsioonid Jaapan, Ameerika Ühendriigid ja Saksamaa. Nad juhivad ülitäpse-poleerimisprotsesside põhitehnoloogiaid ja juhivad kindlalt ülemaailmse turu algatust. Seevastu Hiina areng ülitäpse{4}poleerimise tehnoloogia valdkonnas seisab silmitsi teatud piirangutega. Seetõttu on ülitäpse{6}}poleerimise tehnilistest kitsaskohtadest ülesaamisest saanud Hiina lapitus- ja poleerimisvaldkonnas keskne probleem.
01 Varustus – blokeeritud
Täpset-poleerimist kasutatakse tavaliselt tipptasemel-valdkondades, nagu optika, pooljuhid ja kosmosetööstus, kus on vaja äärmist vormitäpsust, mõõtmete täpsust ja pinna terviklikkust (pinnakahjustus puudub või minimaalne, sh mikro-praod, jääkpinged ja mikrostruktuurimuutused). See seab poleerimisseadmetele äärmiselt kõrged nõudmised.
Poleerimise täpsuse tagamiseks vajavad ülitäpse{0}poleerimisseadmed ka väga stabiilseid mehaanilisi struktuure. "Poleerplaat" – seadmete põhikomponent – seab materjali koostisele ja tehnoloogiale veelgi rangemad nõuded. See spetsiaalsetest komposiitmaterjalidest valmistatud plaat ei pea mitte ainult vastama nanomõõtmelisele täpsusele automatiseeritud toimingute jaoks, vaid sellel peab olema ka täpselt kontrollitud soojuspaisumise koefitsient, mis hoiab ära hõõrdumisel tekkival soojusel suurel-kiirusel pöörlemisel plaadi termilise deformatsiooni tekitamise, mis muidu mõjutaks töötluse täpsuse stabiilsust ja lõppkokkuvõttes toote tasasust ja paralleelsust. Üldjuhul tuleb sub-mikronilise või isegi nanomeetrise poleerimistäpsuse saavutamiseks plaadi termilist deformatsiooni kontrollida mõne nanomeetri piires.
Praegu valmistatakse ülitäpsed{0}poleerimisplaadid enamasti eritellimusel,-mitte masstootmises-, mis piirab otseselt paljundamist väljaspool selliseid riike nagu USA ja Jaapan. Seega hoiavad need riigid kindlalt{6}}täpsete plaatide tootmistehnoloogiat. Hiina on pikka aega seisnud silmitsi rangete tehnoloogiaembargodega. Küsimused, milliste materjalide ja protsessidega saab sünteesida selliseid madala soojuspaisuvuse, kõrge kulumiskindluse ja ülitäpsete lapituspindadega plaate, on tehnilised väljakutsed, mille lahendamisele peavad Hiina ettevõtted ja uurimisinstituudid keskenduma.
Lisaks on kodused seadmed üldiselt võimelised väikese - kuni keskmise-ava (alla 200 mm) optiliste komponentide jaoks. Keskmise- kuni suure-ava (üle 400 mm) ülitäpse{7}}lihvimismasinate valdkonnas pole aga Hiinas praegu kaubanduslikult tasuvat kodumasinat. See tähendab, et suure-läbimõõduga peeglite puhul, mida kasutatakse astronoomilistes teleskoopides, lasersünteesiseadmetes ja EUV litograafiamasinates, ei saa me ikkagi lihvimisetapist läbi. Milline on rahvusvaheline-kunsti-tase{13}}? Ühendkuningriigi Cranfield OGM2500 maksimaalne töötlemisläbimõõt on 2,5 meetrit. Ühendkuningriigi BOX-tööpink, mida kasutatakse 1,45{19}}meetriste peeglite töötlemiseks Euroopa ülisuure teleskoobi jaoks, saavutab pinnavormi täpsuse PV < 1 μm ja ühes tükis valmistamistsükkel on alla 20 tunni. Saksamaa OptoTech UPG500 on kõrgeima kaubandusliku tähtajaga.
02 Materjalid – sõltuvad endiselt impordist
Võttes näiteks CMP (keemiline mehaaniline poleerimine/planariseerimine), on täiustatud protsessisõlmede ja täiustatud pakendite arenguga CMP järk-järgult välja murdnud oma traditsioonilisest abirollist, saades litograafia, söövitamise ja õhukese{0}}kile sadestamise kõrval neljandaks põhiprotsessiks integraallülituste tootmises. Seoses jätkuva skaleerimisega täiustatud sõlmedele ja kolmemõõtmelistele arhitektuuridele on CMP-st saanud kriitiline samm, mis mõjutab vahvli globaalset tasasust ja protsessi tootlikkust.
CMP põhimaterjalide hulka kuuluvad suspensioonid ja poleerimispadjad. Nende hulgas on läga peamine keskkond, mis määrab CMP töötlemise kvaliteedi ja eemaldamise kiiruse, samal ajal kui poleerimispadjal on CMP protsessi ajal oluline roll füüsilise kandja ja stressi ülekandmise elemendina. On olemas mitut tüüpi suspensioone, mis moodustavad üle 50% poleerimismaterjalide väärtusest ja nende tarbimine suureneb vahvlite toodangu ja CMP tasandamise etappide arvuga.
CMP poleerimismaterjalidel on äärmiselt kõrged tehnilised tõkked. Hiina hilise alguse tõttu selles valdkonnas on põhipatendid pikka aega monopoliseerinud ülemerehiiglased. Läga koostised on keerulised, uurimis- ja arendustegevuse ning valideerimistsüklid on pikad ning tootmisprotsessid ja protsesside juhtimise nõuded on ranged. Veelgi enam, kõrge puhtusastmega abrasiivsed osakesed on pikka aega toetunud impordile ja ülesvoolu põhitarneahelat kontrollivad endiselt välismaised ettevõtted.
Abrasiivsed osakesed on läga põhitooraineks; peamised tooted hõlmavad tseeriumoksiidi, ränidioksiidi ja alumiiniumoksiidi osakesi. Üks teadlane märkis, et küpsete 28 nm kiibiprotsesside puhul on siseriiklik asendamine siseturul teoreetiliselt saavutatav, kuid arenenumate sõlmede puhul on abrasiivide tarnimisel endiselt probleeme, mis mõjutavad otseselt läga metallide lisandite kontrolli.
Siin oleme jälle blokeeritud.
03 Protsessitehnoloogiad – endiselt katsefaasis
(1) Magnetorheoloogiline viimistlus (MRF)
Magnetorheoloogiline viimistlus on 1980. aastatel välismaal välja töötatud arenenud optiline tootmistehnoloogia ja QED (USA) alustas selle turustamist 1997. aastal. See tehnika kasutab magnetväljas oleva magnetorheoloogilise vedeliku reoloogilisi omadusi töödeldavate detailide poleerimiseks. Kui vedelik siseneb poleerimistsooni, muutub see magnetvälja all viskoplastiliseks keskkonnaks, moodustades "painduva poleerimispadja". Kokkupuude optilise pinnaga tekitab märkimisväärse nihkepinge, mis võimaldab materjali stabiilselt eemaldada poleerimiseks ja figureerimiseks. See vastab tõhusalt sellistele nõuetele nagu suur töötlemistäpsus, kiire ühtlustumine, hea pinnakvaliteet, vähesed aluspinna kahjustused ning kontrollitavad keskmised{5}} ja kõrge{6}}ruumilised{7}}vead. Seda kasutatakse laialdaselt sfääriliste läätsede, asfääriliste läätsede, prismade, vabakujuliste pindade jms jaoks.
(2) Ioonkiirfiguring (IBF)
Suure{0}}ava asfäärilise optilise töötlemise suundumus on suuremate kõrvalekallete, järsemate nõlvade ja suurema täpsuse poole. Selle saavutamiseks pakkus Eastman Kodak (USA) välja ioonkiirte figureerimise. See vaakumkambris teostatav tehnika kasutab peegli pinna pommitamiseks määratletud energia ja ruumilise jaotusega ioonikiirt. Materjali eemaldamine toimub kontaktivaba energiasadestamise teel, pakkudes uut tehnoloogilist võimalust{5}}suurte asfääriliste osakeste ülitäpseks joonistamiseks. Tänu oma suurele joonistamistäpsusele ja pinnase kahjustuste puudumisele on see koos MRF-iga laialdaselt tunnustatud kui üks kahest kõige uuenduslikumast optilise töötlemise tehnoloogiast, mis on viimase kolmekümne aasta jooksul välja töötatud.
(3) Keemiline mehaaniline poleerimine/planariseerimine (CMP)
CMP on praegu ainus planariseerimistehnoloogia, mis suudab saavutada nii globaalse kui ka lokaalse pinna tasasuse. Selle pakkus esmakordselt välja Monsanto (USA) 1965. aastal, kuid algselt kasutati seda ainult kvaliteetsete-klaaspindade saamiseks, näiteks sõjaväeteleskoopide jaoks. Kuna see ühendab ainulaadselt keemilise korrosiooni ja mehaanilise hõõrdumise, vähendades protsesside variatsioone ja tootdes nanomõõtmelisi tasapinnalisi pindu, võtsid ettevõtted nagu IBM, Intel ja Applied Materials selle järk-järgult kasutusele pooljuhtide tootmises.
Ultratäppispoleerimise valdkonnas on välisriikidel (eriti Jaapanil, Saksamaal ja Ameerika Ühendriikidel) olulisi eeliseid. Seadmete ja protsessitasemete osas on need riigid juba saavutanud nanomeetri-taseme poleerimise täpsuse, samas kui Hiina jääb rahvusvahelisest kõrgtasemest teatud määral endiselt maha.