El poliment d'ultra-precisió generalment es refereix a l'ús de micropartícules abrasives amb mides de partícules de només uns pocs nanòmetres com a abrasius de poliment, que s'injecten en una eina de poliment per eliminar quantitats minúscules de material de peça, aconseguint així la precisió geomètrica i la rugositat superficial especificades. Aquesta precisió de poliment extremadament alta imposa majors reptes a les tècniques, equips i materials de poliment.
En l'electrònica moderna, el polit d'ultra{0}}precisió s'encarrega no només de planaritzar diferents materials, sinó també de planaritzar piles multi-capes, permetent que una hòstia de silici d'uns quants mil·límetres quadrats formi circuits integrats a ultra-gran-escala composts per desenes de milers o milions de transistors mitjançant "planarització global". Per exemple, el fet que els ordinadors s'hagin reduït de desenes de tones a només uns pocs centenars de grams no hauria estat possible sense un poliment d'ultra-precisió.
Actualment, el Japó, els Estats Units i Alemanya ocupen posicions de lideratge en màquines-eina d'ultra{0}}precisió. Controlen les tecnologies bàsiques dels processos de poliment d'ultra-precisió i controlen fermament la iniciativa del mercat global. En canvi, el desenvolupament de la Xina en tecnologia de poliment d'ultra-precisió s'enfronta a determinades limitacions. Per tant, com superar els colls d'ampolla tècnics en el polit d'ultra-precisió s'ha convertit en un punt central de preocupació en el camp del polit i el polit de la Xina.
01 Equipament – Bloquejat
El polit d'alta{0}}precisió s'utilitza habitualment en camps-de gamma alta com ara l'òptica, els semiconductors i l'aeroespacial, on es requereix una precisió de forma extrema, precisió dimensional i integritat de la superfície (sense danys superficials o mínims, incloses micro-esquerdes, esforços residuals i canvis microestructurals). Això imposa exigències extremadament altes als equips de poliment.
Per garantir la precisió del poliment, els equips de poliment d'ultra{0}}precisió també requereixen estructures mecàniques molt estables. La "plata de poliment" -un component bàsic de l'equip- imposa requisits encara més estrictes sobre la composició del material i la tecnologia. Aquesta platina, feta de materials compostos especialitzats, no només ha de complir la precisió a nanoescala per a operacions automatitzades, sinó que també ha de tenir un coeficient d'expansió tèrmica controlat amb precisió, evitant que la calor generada per la fricció durant la rotació d'alta velocitat -causi una deformació tèrmica de la platina, que d'altra manera afectaria l'estabilitat de la precisió del mecanitzat i, finalment, el paral·lelisme del producte. En general, per aconseguir una precisió de poliment de sub-micres o fins i tot nanòmetres, la deformació tèrmica de la platina s'ha de controlar en uns pocs nanòmetres.
Actualment, les planxes de poliment d'alta-precisió es fabriquen principalment-a mida i no en massa-, cosa que limita directament la replicació fora de països com els EUA i el Japó. Així, aquestes nacions mantenen fermament la tecnologia de producció de platines d'alta-precisió. Durant molt de temps, la Xina s'ha enfrontat a estrictes embargaments tecnològics. Les preguntes sobre quins materials i processos poden sintetitzar aquestes planxes amb una baixa expansió tèrmica, una gran resistència al desgast i superfícies de solapada d'ultra-precisió són reptes tècnics que les empreses i instituts de recerca xinesos s'han de concentrar a resoldre.
A més, per als components òptics d'obertura - a mitjana-de petita a mitjana (per sota de 200 mm), els equips domèstics en general són capaços. No obstant això, en l'àmbit de les rectificadores d'ultra- precisió d'- a gran-obertura (per sobre de 400 mm), actualment, no hi ha cap equip domèstic comercialment viable a la Xina. Això significa que per als miralls de gran-diàmetre utilitzats en telescopis astronòmics, instal·lacions de fusió làser i màquines de litografia EUV, encara no podem passar l'etapa de mòlta. Quin és l'estat-de-tecnologia-internacional? El Cranfield OGM2500 del Regne Unit té un diàmetre màxim de mecanitzat de 2,5 metres. La màquina-eina BOX del Regne Unit, que s'utilitza per processar miralls d'1,45-metre per al telescopi europeu extremadament gran, aconsegueix una precisió de forma superficial PV < 1 μm, amb un cicle de producció d'una sola peça de menys de 20 hores. OptoTech UPG500 d'Alemanya té la maduresa comercial més alta.
02 Materials: encara depenen de les importacions
Prenent com a exemple CMP (polit/planarització mecànica química), amb l'evolució dels nodes de procés avançat i l'embalatge avançat, CMP ha sortit gradualment del seu paper auxiliar tradicional per convertir-se en el quart procés bàsic en la fabricació de circuits integrats, juntament amb la litografia, el gravat i la deposició de pel·lícula{0} fina. En el context de l'escalada continuada a nodes avançats i arquitectures tridimensionals, CMP s'ha convertit en un pas crític que afecta la planitud global de les hòsties i el rendiment del procés.
Els materials bàsics per a CMP inclouen purins i pastilles de poliment. Entre ells, el purí és el mitjà clau que determina la qualitat del processament de CMP i la taxa d'eliminació, mentre que el coixinet de poliment té un paper crucial com a mitjà físic i element de transferència d'estrès durant el procés CMP. Hi ha molts tipus de purins, que representen més del 50% del valor dels materials de poliment, i el seu consum augmenta amb la producció d'hòsties i el nombre de passos de planarització CMP.
Els materials de poliment CMP presenten barreres tècniques extremadament elevades. A causa de l'inici tardà de la Xina en aquest camp, les patents bàsiques han estat monopolitzades durant molt de temps per gegants estrangers. Les formulacions de purins són complexes, els cicles d'R+D i de validació són llargs i els processos de producció i els requisits de control de processos són rigorosos. A més, les partícules abrasives d'alta-puresa s'han basat durant molt de temps en les importacions, i la cadena de subministrament principal segueix controlada per empreses estrangeres.
Les partícules abrasives són la matèria primera bàsica dels purins; Els productes principals inclouen partícules de ceria, sílice i alúmina. Un investigador va assenyalar que, per als processos de xips madurs de 28 nm, la substitució domèstica és teòricament assolible al mercat nacional, però per als nodes més avançats, el subministrament d'abrasius encara té reptes, que afecten directament el control de les impureses metàl·liques a la purina.
Aquí de nou, estem bloquejats.
03 Tecnologies de procés – Encara en fase de prova
(1) Acabat magnetoreològic (MRF)
L'acabat magnetoreològic és una tecnologia avançada de fabricació òptica desenvolupada a l'estranger als anys 80, i QED (EUA) va començar a comercialitzar-la l'any 1997. Aquesta tècnica utilitza les propietats reològiques del fluid magnetoreològic en un camp magnètic per polir peces de treball. Quan el fluid entra a la zona de poliment, es transforma en un medi viscoplàstic sota el camp magnètic, formant un "coixinet de poliment flexible". El contacte amb la superfície òptica genera un esforç de cisalla important, que permet l'eliminació estable del material per polir i figurar. Aborda eficaçment requisits com ara una alta precisió de mecanitzat, una convergència ràpida, una bona qualitat de superfície, un dany subterrània baix i errors de freqüència mitjana- i alta-espacial- controlables. És àmpliament aplicable a lents esfèriques, lents asfèriques, prismes, superfícies de forma lliure, etc.
(2) Figuració de feix d'ions (IBF)
La tendència del processament òptic asfèric de gran-obertura és cap a una desviació més alta, pendents més pronunciats i una precisió més alta. Per fer-ho, Eastman Kodak (EUA) va proposar la figura del feix d'ions. Aquesta tècnica, realitzada en una cambra de buit, utilitza un feix d'ions amb energia i distribució espacial definides per bombardejar la superfície del mirall. L'eliminació del material es produeix mitjançant la deposició d'energia sense -contacte, oferint una nova opció tecnològica per a la figuració d'alta-precisió de grans asfèrics. A causa de la seva alta precisió de calculació i cap dany subterrània, juntament amb MRF, és àmpliament reconeguda com una de les dues tecnologies de processament òptic més innovadores desenvolupades en els últims trenta anys.
(3) Polit/planarització química mecànica (CMP)
El CMP és actualment l'única tecnologia de planarització que pot aconseguir una planitud de superfície tant global com local. Va ser proposat per primera vegada per Monsanto (EUA) l'any 1965, però inicialment només s'aplicava a l'obtenció de superfícies de vidre-d'alta qualitat, com ara telescopis militars. Més tard, com que combina de manera única la corrosió química i l'abrasió mecànica, reduint les variacions del procés i produint superfícies planaritzades a nanoescala, empreses com IBM, Intel i Applied Materials ho van adoptar gradualment en la fabricació de semiconductors.
En el camp del polit d'ultra-precisió, els països estrangers, especialment el Japó, Alemanya i els Estats Units, tenen avantatges importants. Pel que fa als nivells d'equips i processos, aquestes nacions ja han assolit una precisió de poliment a nivell nanomètric-, mentre que la Xina encara es queda per darrere del nivell avançat internacional fins a cert punt.