Az ultra-precíziós polírozás általában csak néhány nanométeres szemcseméretű csiszoló mikrorészecskék polírozó csiszolóanyagként való használatát jelenti, amelyeket egy lapolószerszámba fecskendeznek be, hogy eltávolítsák a munkadarab minimális mennyiségét, és ezáltal elérjék a meghatározott geometriai pontosságot és felületi érdességeket. Az ilyen rendkívül nagy polírozási pontosság nagyobb kihívást jelent a polírozási technikák, berendezések és anyagok számára.
A modern elektronikában az ultra-precíziós polírozás feladata nemcsak a különböző anyagok síkosítása, hanem a több-rétegű kötegek síkosítása is, lehetővé téve, hogy egy mindössze néhány négyzetmilliméteres szilíciumlapka ultra-nagy-méretű integrált áramköröket hozzon létre, amelyek több tízezertől a "globális tranzisztorok" millióiig terjednek. Például az a tény, hogy a számítógépek több tucat tonnáról mindössze néhány száz grammra zsugorodtak, nem lett volna lehetséges ultra-precíziós polírozás nélkül.
Jelenleg Japán, az Egyesült Államok és Németország vezeti az ultra-precíziós szerszámgépeket. Ők irányítják az ultra-precíziós polírozási folyamatok alapvető technológiáit, és határozottan irányítják a globális piaci kezdeményezést. Ezzel szemben az ultra-precíziós polírozási technológia kínai fejlesztése bizonyos korlátokba ütközik. Ezért az ultra-precíziós polírozás technikai szűk keresztmetszete leküzdése a legfontosabb kérdéssé vált Kína lelapolási és polírozási területén.
01 Berendezés – blokkolva
A nagy-precíziós polírozást jellemzően csúcskategóriás területeken, például optikában, félvezetőgyártásban és repülőgépiparban használják, ahol rendkívüli alakpontosságra, méretpontosságra és felületi integritásra (nincs vagy minimális felületi károsodás, beleértve a mikro-repedéseket, maradék feszültséget és mikroszerkezeti változásokat) van szükség. Ez rendkívül magas követelményeket támaszt a polírozó berendezésekkel szemben.
A polírozás pontosságának biztosítása érdekében az ultra{0}}precíziós polírozó berendezéseknek nagyon stabil mechanikai szerkezetekre is szükségük van. A „polírozólap” – a berendezés alapeleme – még szigorúbb követelményeket támaszt az anyagösszetételre és a technológiára vonatkozóan. Ennek a speciális kompozit anyagokból készült lemeznek nemcsak az automatizált műveletekhez szükséges nanoméretű pontosságnak kell megfelelnie, hanem pontosan szabályozott hőtágulási együtthatóval is kell rendelkeznie, megakadályozva, hogy a nagy sebességű forgás során a súrlódásból származó hő a lemez termikus deformációját okozza, ami egyébként befolyásolná a megmunkálási pontosság stabilitását és végső soron a termék síkságát. Általában a szub-mikron vagy akár nanométeres polírozási pontosság eléréséhez a lemez termikus deformációját néhány nanométeren belül szabályozni kell.
Jelenleg a nagy-precíziós polírozó lapok többnyire egyedi,-nem tömeg-gyártásúak, ami közvetlenül korlátozza az olyan országokon kívüli replikációt, mint az Egyesült Államok és Japán. Így ezek az országok szilárdan birtokolják a nagy pontosságú nyomólapok gyártási technológiáját-. Kína hosszú ideje szigorú technológiai embargókkal néz szembe. Az a kérdés, hogy milyen anyagok és eljárások képesek szintetizálni az ilyen alacsony hőtágulású, nagy kopásállóságú és ultraprecíziós átlapoló felületű lemezeket, olyan technikai kihívások, amelyek megoldására a kínai vállalatoknak és kutatóintézeteknek kell koncentrálniuk.
Ezenkívül a kis - és közepes-apertúrájú (200 mm alatti) optikai alkatrészekhez a háztartási berendezések általában alkalmasak. A közepes- és a nagy-nyílású (400 mm feletti) ultra-precíziós csiszológépek terén azonban Kínában jelenleg nincs kereskedelmileg életképes háztartási berendezés. Ez azt jelenti, hogy a csillagászati teleszkópokban, lézerfúziós berendezésekben és EUV litográfiai gépekben használt nagy átmérőjű tükrök esetében még mindig nem tudjuk átlépni a csiszolási szakaszt. Mi a nemzetközi-korszerű--állás? A brit Cranfield OGM2500 maximális megmunkálási átmérője 2,5 méter. Az Egyesült Királyság BOX szerszámgépe, amelyet az európai extrém nagy teleszkóp 1,45- méteres tükreinek feldolgozására használnak, 1 μm alatti PV felületi pontosságot ér el, az egy darabból készült gyártási ciklus 20 óránál rövidebb. A német OptoTech UPG500 rendelkezik a legmagasabb kereskedelmi érettséggel.
02 Anyagok – még mindig importfüggő
A CMP-t (kémiai mechanikai polírozás/síkítás) példának véve a fejlett folyamatcsomópontok és a fejlett csomagolás fejlődésével a CMP fokozatosan kitört hagyományos kiegészítő szerepéből, és a litográfia, a maratás és a vékony{0}}filmes bevonat mellett az integrált áramkörök gyártásának negyedik alapvető folyamatává vált. A fejlett csomópontokra és a háromdimenziós architektúrákra való folyamatos skálázással összefüggésben a CMP kritikus lépéssé vált, amely befolyásolja a szeletek globális síkságát és a folyamatok hozamát.
A CMP alapanyagai közé tartoznak az iszapok és a polírozó párnák. Közülük a szuszpenzió a CMP feldolgozási minőségét és eltávolítási sebességét meghatározó kulcsközeg, míg a polírozó párna mint fizikai közeg és feszültségátviteli elem döntő szerepet játszik a CMP folyamat során. Sokféle iszap létezik, amelyek a polírozó anyagok értékének több mint 50%-át teszik ki, és fogyasztásuk az ostyakibocsátással és a CMP-síkítási lépések számával nő.
A CMP polírozó anyagok rendkívül magas műszaki akadályokat mutatnak. Mivel Kína későn kezdett ezen a területen, az alapvető szabadalmakat régóta a tengerentúli óriások monopolizálják. A hígtrágyakészítmények összetettek, a K+F és a validálási ciklusok hosszadalmasak, a gyártási folyamatok és a folyamatszabályozási követelmények szigorúak. Ezenkívül a nagy-tisztaságú csiszolórészecskék már régóta importra támaszkodnak, és az upstream alapvető ellátási láncot továbbra is külföldi vállalatok irányítják.
A koptató részecskék a hígtrágyák fő nyersanyagai; a főbb termékek közé tartoznak a cérium-oxid, a szilícium-dioxid és az alumínium-oxid részecskék. Egy kutató megjegyezte, hogy az érett, 28 nm-es chip-eljárások esetében a hazai helyettesítés elméletileg elérhető a hazai piacon, de a fejlettebb csomópontok esetében a csiszolóanyag-ellátás továbbra is kihívásokkal néz szembe, amelyek közvetlenül befolyásolják a zagyban lévő fémszennyeződések szabályozását.
Itt megint blokád alatt állunk.
03 Folyamattechnológiák – még mindig próbafázisban
(1) Magnetorheological Finishing (MRF)
A magnetorheológiai kikészítés egy fejlett optikai gyártási technológia, amelyet külföldön fejlesztettek ki az 1980-as években, és a QED (USA) 1997-ben kezdte kereskedelmi forgalomba. Ez a technika a mágneses térben lévő magnetorheológiai folyadék reológiai tulajdonságait használja a munkadarabok polírozására. Amikor a folyadék belép a polírozó zónába, viszkoplasztikus közeggé alakul a mágneses tér alatt, és egy "rugalmas polírozópárnát" képez. Az optikai felülettel való érintkezés jelentős nyírófeszültséget generál, ami lehetővé teszi a stabil anyageltávolítást polírozáshoz és figurázáshoz. Hatékonyan kielégíti az olyan követelményeket, mint a nagy megmunkálási pontosság, gyors konvergencia, jó felületi minőség, csekély felszín alatti sérülés, valamint szabályozható közép- és nagy-térbeli{7}}frekvenciás hibák. Széles körben alkalmazható gömb alakú lencsékre, aszférikus lencsékre, prizmákra, szabad formájú felületekre stb.
(2) Ionsugár alakzat (IBF)
A nagy{0}}apertúrájú aszférikus optikai feldolgozás tendenciája a nagyobb eltérés, a meredekebb lejtők és a nagyobb pontosság irányába mutat. Ennek teljesítésére az Eastman Kodak (USA) ionsugár-figurálást javasolt. Ez a vákuumkamrában végrehajtott technika meghatározott energiájú és térbeli eloszlású ionsugarat használ a tükörfelület bombázására. Az anyageltávolítás az érintkezés nélküli energiafelhordással történik, amely új technológiai lehetőséget kínál a nagy aszférikus anyagok nagy-precíziós kialakításához. Nagy figurázási pontosságának és felszín alatti sérülésmentességének köszönhetően az MRF-vel együtt széles körben elismert az elmúlt harminc évben kifejlesztett két leginnovatívabb optikai feldolgozási technológia egyike.
(3) Kémiai mechanikai polírozás/síkítás (CMP)
A CMP jelenleg az egyetlen síkosítási technológia, amely globális és lokális felületi síkságot is képes elérni. Először a Monsanto (USA) javasolta 1965-ben, de kezdetben csak jó minőségű üvegfelületek, például katonai teleszkópok készítésére használták. Később, mivel egyedülállóan ötvözi a kémiai korróziót és a mechanikai kopást, csökkenti a folyamatok változásait és nanoméretű síkfelületeket állít elő, az olyan cégek, mint az IBM, az Intel és az Applied Materials fokozatosan átvették a félvezetőgyártásba.
Az ultra{0}}precíziós polírozás terén a külföldi országok – különösen Japán, Németország és az Egyesült Államok – jelentős előnyökkel rendelkeznek. A berendezések és a folyamatok szintjét tekintve ezek a nemzetek már elérték a nanométeres-szintű polírozási pontosságot, miközben Kína bizonyos mértékig még mindig elmarad a nemzetközi haladó szinttől.