پولیش فوق{0}دقیق عموماً به استفاده از ریز ذرات ساینده با اندازه ذرات تنها چند نانومتر به عنوان مواد ساینده صیقل دهنده اطلاق می شود که برای حذف مقادیر اندکی از مواد قطعه کار به یک ابزار ساینده تزریق می شود و در نتیجه به دقت هندسی و زبری سطح مشخصی دست می یابد. چنین دقت بسیار بالایی در پرداخت، چالش های بیشتری را بر روی تکنیک ها، تجهیزات و مواد پرداخت می کند.
در الکترونیک مدرن، پولیش فوقالعاده دقیق نه تنها با مسطح کردن مواد مختلف، بلکه با مسطح کردن پشتههای چندلایه انجام میشود، که به یک ویفر سیلیکونی فقط چند میلیمتر مربع امکان میدهد مدارهای مجتمع فوقالعاده{-در مقیاس-متشکل از دهها هزار تا میلیونها پلانر جهانی را تشکیل دهد. برای مثال، این واقعیت که رایانهها از دهها تن به تنها چند صد گرم کاهش یافتهاند، بدون پرداخت فوق{5}دقیق امکانپذیر نبود.
در حال حاضر، ژاپن، ایالات متحده و آلمان در زمینه ماشینابزارهای فوقالعاده-دقیق دارای موقعیتهای پیشرو هستند. آنها فناوریهای اصلی فرآیندهای پولیش فوقالعاده-دقیق را کنترل میکنند و قاطعانه بر ابتکار بازار جهانی فرمان میدهند. در مقابل، توسعه چین در فناوری پولیش فوق-دقیق با محدودیتهای خاصی مواجه است. بنابراین، چگونگی غلبه بر تنگناهای فنی در پولیش فوقالعاده-دقیق به نقطه کانونی نگرانی در زمینه پرداخت و پرداخت چین تبدیل شده است.
01 تجهیزات - مسدود شده
پولیش با دقت بالا معمولاً در زمینههای پیشرفته مانند اپتیک، نیمههادیها و هوافضا استفاده میشود، جایی که به دقت فرم فوقالعاده، دقت ابعادی و یکپارچگی سطح (بدون یا حداقل آسیب سطحی، از جمله ترکهای ریز، تنش پسماند، و تغییرات ریزساختاری) نیاز است. این امر تقاضاهای بسیار زیادی را برای تجهیزات پولیش ایجاد می کند.
برای اطمینان از دقت پرداخت، تجهیزات پولیش فوق العاده-به ساختارهای مکانیکی بسیار پایدار نیز نیاز دارند. "صفحه پولیش" - یکی از اجزای اصلی تجهیزات - الزامات سخت گیرانه تری را بر ترکیب و فناوری مواد تحمیل می کند. این صفحه که از مواد کامپوزیتی تخصصی ساخته شده است، نه تنها باید دقت نانومقیاس را برای عملیات خودکار داشته باشد، بلکه باید دارای ضریب انبساط حرارتی دقیقاً کنترلشدهای باشد، که از ایجاد تغییر شکل حرارتی در هنگام چرخش با سرعت بالا، گرمای تولید شده توسط اصطکاک در هنگام چرخش با سرعت بالا جلوگیری میکند، که در غیر این صورت بر پایداری و صافی محصول ماشینکاری تأثیر میگذارد. به طور کلی، برای دستیابی به دقت پرداخت زیر{5}میکرون یا حتی نانومتری، تغییر شکل حرارتی صفحه باید در عرض چند نانومتر کنترل شود.
در حال حاضر،-صفحات پولیش با دقت بالا عمدتاً به جای تولید انبوه- سفارشی-ساخت میشوند، که مستقیماً تکرار در خارج از کشورهایی مانند ایالات متحده و ژاپن را محدود میکند. بنابراین، این کشورها کاملاً فناوری تولید صفحات- با دقت بالا را حفظ کردهاند. برای مدت طولانی، چین با تحریم های سختگیرانه فناوری روبرو بوده است. سؤالات مربوط به این که چه مواد و فرآیندهایی می توانند چنین صفحاتی را با انبساط حرارتی کم، مقاومت در برابر سایش بالا و سطوح بسیار دقیق-سنتز کنند، چالش های فنی هستند که شرکت ها و مؤسسات تحقیقاتی چینی باید روی حل آنها تمرکز کنند.
علاوه بر این، برای اجزای نوری با دیافراگم کوچک- تا متوسط{{1} (زیر 200 میلیمتر)، تجهیزات خانگی عموماً قابلیت دارند. با این حال، در حوزه ماشینهای سنگزنی با دیافراگم متوسط- تا بزرگ{{5} (بالای 400 میلیمتر)-در حال حاضر، هیچ تجهیزات خانگی تجاری قابل دوام در چین وجود ندارد. این بدان معناست که برای آینههای با قطر بزرگ- که در تلسکوپهای نجومی، تأسیسات همجوشی لیزری و ماشینهای لیتوگرافی EUV استفاده میشوند، هنوز نمیتوانیم مرحله سنگ زنی را پشت سر بگذاریم. وضعیت بین المللی{11}}هنر-در چه وضعیتی است؟ کرانفیلد OGM2500 بریتانیا دارای حداکثر قطر ماشینکاری 2.5 متر است. ماشین ابزار BOX بریتانیا، که برای پردازش آینههای 1.45 متری تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی استفاده میشود، با چرخه تولید تکتکهای کمتر از 20 ساعت، به دقت فرم سطحی PV کمتر از 1 میکرومتر میرسد. OptoTech UPG500 آلمان بالاترین بلوغ تجاری را دارد.
02 مواد - هنوز به واردات وابسته است
با در نظر گرفتن CMP (Chemical Mechanical Polishing/Planarization) به عنوان مثال، با تکامل گره های فرآیندی پیشرفته و بسته بندی پیشرفته، CMP به تدریج از نقش کمکی سنتی خود خارج شد و در کنار لیتوگرافی، اچینگ و لایه برداری نازک{0} به چهارمین فرآیند هسته ای در تولید مدار مجتمع تبدیل شد. در زمینه مقیاسبندی مداوم به گرههای پیشرفته و معماریهای سهبعدی، CMP به مرحلهای حیاتی تبدیل شده است که بر مسطح بودن جهانی ویفر و بازده فرآیند تأثیر میگذارد.
مواد اصلی برای CMP شامل دوغاب و پدهای پولیش است. در میان آنها، دوغاب محیطی کلیدی است که کیفیت پردازش CMP و سرعت حذف را تعیین می کند، در حالی که پد پولیش نقش مهمی را به عنوان یک محیط فیزیکی و عنصر انتقال تنش در طول فرآیند CMP ایفا می کند. انواع مختلفی از دوغاب ها وجود دارد که بیش از 50 درصد از ارزش مواد پرداخت را تشکیل می دهند و مصرف آنها با خروجی ویفر و تعداد مراحل مسطح سازی CMP افزایش می یابد.
مواد پرداخت CMP موانع فنی بسیار بالایی دارند. با توجه به شروع دیرهنگام چین در این زمینه، پتنت های اصلی مدت هاست در انحصار غول های خارج از کشور قرار گرفته است. فرمولهای دوغاب پیچیده هستند، چرخههای تحقیق و توسعه و اعتبارسنجی طولانی هستند و فرآیندهای تولید و الزامات کنترل فرآیند دقیق هستند. علاوه بر این، ذرات ساینده{3}}با خلوص بالا برای مدت طولانی به واردات متکی بوده اند و زنجیره تامین اصلی بالادست همچنان توسط شرکت های خارجی کنترل می شود.
ذرات ساینده مواد خام اصلی برای دوغاب هستند. محصولات اصلی شامل ذرات سریا، سیلیس و آلومینا هستند. یکی از محققان خاطرنشان کرد که برای فرآیندهای تراشه 28 نانومتری بالغ، جایگزینی داخلی از نظر تئوری در بازار داخلی قابل دستیابی است، اما برای گره های پیشرفته تر، عرضه ساینده همچنان با چالش هایی مواجه است که مستقیماً بر کنترل ناخالصی های فلزی در دوغاب تأثیر می گذارد.
اینجا باز هم محاصره شدیم.
03 فناوری های فرآیند - هنوز در مرحله آزمایشی است
(1) پایان مغناطیسی (MRF)
پرداخت مغناطیسی یک فناوری پیشرفته تولید نوری است که در خارج از کشور در دهه 1980 توسعه یافت و QED (ایالات متحده آمریکا) تجاری سازی آن را در سال 1997 آغاز کرد. این تکنیک از خواص رئولوژیکی سیال مغناطیسی در میدان مغناطیسی برای صیقل دادن قطعات کار استفاده می کند. هنگامی که سیال وارد منطقه پولیش می شود، در زیر میدان مغناطیسی به یک محیط ویسکوپلاستیک تبدیل می شود و یک "صفحه پولیش انعطاف پذیر" را تشکیل می دهد. تماس با سطح نوری باعث ایجاد تنش برشی قابل توجهی می شود که باعث حذف پایدار مواد برای پرداخت و شکل گیری می شود. این به طور موثر نیازمندی هایی مانند دقت بالای ماشینکاری، همگرایی سریع، کیفیت سطح خوب، آسیب های زیرسطحی کم، و خطاهای فرکانس متوسط- و-مکانی-قابل کنترل را برطرف می کند. این به طور گسترده ای برای لنزهای کروی، لنزهای کروی، منشورها، سطوح آزاد و غیره کاربرد دارد.
(2) شکل گیری پرتو یونی (IBF)
روند پردازش نوری غیرکروی{0}}دیافراگم بزرگ به سمت انحراف بیشتر، شیب های تندتر و دقت بالاتر است. برای پاسخگویی به این موضوع، ایستمن کداک (ایالات متحده آمریکا) شکل گیری پرتو یونی را پیشنهاد کرد. این تکنیک که در یک محفظه خلاء انجام می شود، از یک پرتو یونی با انرژی و توزیع فضایی مشخص برای بمباران سطح آینه استفاده می کند. حذف مواد از طریق رسوب{4}انرژی غیر تماسی انجام میشود، که یک گزینه تکنولوژیکی جدید برای شکلدهی{5}}با دقت بالا از کرویهای بزرگ ارائه میدهد. با توجه به دقت بالا و عدم آسیب زیرسطحی، همراه با MRF، به طور گسترده به عنوان یکی از دو فناوری نوآورانه پردازش نوری توسعه یافته در سی سال گذشته شناخته شده است.
(3) پرداخت مکانیکی شیمیایی / پلاناریزه کردن (CMP)
CMP در حال حاضر تنها فناوری مسطحسازی است که میتواند به هم سطحی سطح جهانی و هم سطح محلی دست یابد. اولین بار توسط مونسانتو (ایالات متحده آمریکا) در سال 1965 پیشنهاد شد، اما در ابتدا فقط برای به دست آوردن سطوح شیشه ای با کیفیت بالا، مانند تلسکوپ های نظامی، اعمال شد. بعدها، به دلیل اینکه ترکیبی منحصر به فرد از خوردگی شیمیایی و ساییدگی مکانیکی، کاهش تغییرات فرآیند و تولید سطوح مسطح در مقیاس نانو، شرکت هایی مانند IBM، Intel و Applied Materials آن را به تدریج در تولید نیمه هادی پذیرفتند.
در زمینه پولیش فوق{0}دقیق، کشورهای خارجی - به ویژه ژاپن، آلمان و ایالات متحده - مزایای قابل توجهی دارند. از نظر تجهیزات و سطوح فرآیند، این کشورها قبلاً به دقت پرداخت نانومتری{2}} دست یافتهاند، در حالی که چین هنوز تا حدی از سطح پیشرفته بینالمللی عقب است.