يشير التلميع فائق الدقة- عمومًا إلى استخدام الجسيمات الدقيقة الكاشطة ذات أحجام الجسيمات التي لا يتجاوز عددها بضعة نانومترات كمواد كاشطة للتلميع، والتي يتم حقنها في أداة اللف لإزالة كميات دقيقة من مادة الشغل، وبالتالي تحقيق دقة هندسية محددة وخشونة السطح. تفرض دقة التلميع العالية هذه تحديات أكبر على تقنيات ومعدات ومواد التلميع.
في الإلكترونيات الحديثة، لا تقتصر مهمة التلميع فائق الدقة على استواء المواد المختلفة فحسب، بل أيضًا على استواء الأكوام متعددة الطبقات-، مما يتيح لرقاقة السيليكون التي لا يزيد حجمها عن بضعة ملليمترات مربعة تكوين دوائر متكاملة -كبيرة الحجم- للغاية تتكون من عشرات الآلاف إلى ملايين الترانزستورات من خلال "الاستواء الشامل". على سبيل المثال، حقيقة أن أجهزة الكمبيوتر قد تقلصت من عشرات الأطنان إلى بضع مئات من الجرامات فقط لم تكن لتتحقق بدون تلميع فائق الدقة-.
حاليًا، تحتل اليابان والولايات المتحدة وألمانيا مراكز رائدة في مجال -الأدوات الآلية فائقة الدقة. إنهم يتحكمون في التقنيات الأساسية لعمليات التلميع فائقة الدقة-ويسيطرون بقوة على مبادرة السوق العالمية. وفي المقابل، يواجه تطور الصين في مجال-تكنولوجيا التلميع فائقة الدقة بعض القيود. لذلك، أصبحت كيفية التغلب على الاختناقات الفنية في التلميع فائق الدقة-نقطة اهتمام محورية في مجال الصقل والصقل في الصين.
01 المعدات – محظورة
يُستخدم التلميع عالي الدقة-عادةً في المجالات-المتطورة مثل البصريات وأشباه الموصلات والفضاء، حيث تكون هناك حاجة إلى دقة فائقة في الشكل ودقة الأبعاد وسلامة السطح (لا يوجد ضرر على السطح أو يوجد حد أدنى من الضرر، بما في ذلك الشقوق- الدقيقة والضغط المتبقي والتغييرات الهيكلية الدقيقة). وهذا يضع متطلبات عالية للغاية على معدات التلميع.
ولضمان دقة التلميع، تتطلب معدات التلميع فائقة الدقة-أيضًا هياكل ميكانيكية مستقرة جدًا. "لوح التلميع" - المكون الأساسي للمعدات - يفرض متطلبات أكثر صرامة على تكوين المواد والتكنولوجيا. هذه اللوحة، المصنوعة من مواد مركبة متخصصة، لا يجب أن تفي بالدقة النانوية للعمليات الآلية فحسب، بل يجب أن تمتلك أيضًا معامل تمدد حراري يتم التحكم فيه بدقة، مما يمنع الحرارة المتولدة عن الاحتكاك أثناء الدوران عالي السرعة-من التسبب في تشوه حراري للوحة، والذي قد يؤثر بخلاف ذلك على استقرار دقة المعالجة وفي النهاية على استواء المنتج وتوازيه. بشكل عام، لتحقيق دقة تلميع أقل من - ميكرون أو حتى نانومتر، يجب التحكم في التشوه الحراري للوحة في حدود بضعة نانومترات.
في الوقت الحاضر، يتم في الغالب-تصنيع ألواح التلميع عالية الدقة حسب الطلب-وليس إنتاجها بكميات كبيرة-، مما يحد بشكل مباشر من تكرارها خارج بلدان مثل الولايات المتحدة واليابان. ومن ثم، فإن هذه الدول تمتلك بقوة تكنولوجيا إنتاج الألواح{6}}عالية الدقة. لفترة طويلة، واجهت الصين حظرًا صارمًا على التكنولوجيا. إن الأسئلة المتعلقة بالمواد والعمليات التي يمكنها تصنيع هذه الألواح ذات التمدد الحراري المنخفض، ومقاومة التآكل العالية، وأسطح التصفيح فائقة الدقة- تمثل تحديات فنية يجب على الشركات ومعاهد الأبحاث الصينية التركيز على حلها.
بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للمكونات الضوئية ذات الفتحات الصغيرة- إلى المتوسطة-(أقل من 200 مم)، تكون المعدات المحلية قادرة بشكل عام. ومع ذلك، في مجال آلات الطحن ذات الفتحات المتوسطة- إلى الكبيرة-(أعلى من 400 مم)-الدقيقة - في الوقت الحالي، لا توجد معدات محلية مجدية تجاريًا في الصين. وهذا يعني أنه بالنسبة للمرايا ذات القطر الكبير- المستخدمة في التلسكوبات الفلكية، ومرافق دمج الليزر، وآلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية، فإننا لا نزال غير قادرين على اجتياز مرحلة الطحن. ما هو الوضع الدولي-للفن--؟ يبلغ الحد الأقصى لقطر التصنيع Cranfield OGM2500 في المملكة المتحدة 2.5 متر. إن أداة آلة BOX في المملكة المتحدة، المستخدمة لمعالجة مرايا مقاس 1.45-متر للتلسكوب الأوروبي الكبير للغاية، تحقق دقة شكل السطح PV < 1 ميكرومتر، مع دورة إنتاج قطعة واحدة أقل من 20 ساعة. تتمتع شركة OptoTech UPG500 الألمانية بأعلى مستويات النضج التجاري.
02 المواد - لا تزال تعتمد على الواردات
بأخذ CMP (التلميع/الاستواء الميكانيكي الكيميائي) كمثال، مع تطور عقد العملية المتقدمة والتعبئة المتقدمة، خرجت CMP تدريجيًا عن دورها المساعد التقليدي لتصبح العملية الأساسية الرابعة في تصنيع الدوائر المتكاملة، إلى جانب الطباعة الحجرية والحفر وترسيب الأغشية الرقيقة-. في سياق التوسع المستمر إلى العقد المتقدمة والبنيات ثلاثية الأبعاد-، أصبح CMP خطوة حاسمة تؤثر على التسطيح العالمي للرقاقة وإنتاجية العملية.
تشمل المواد الأساسية لـ CMP الملاط ومنصات التلميع. من بينها، الملاط هو الوسيلة الرئيسية التي تحدد جودة معالجة CMP ومعدل الإزالة، بينما تلعب وسادة التلميع دورًا حاسمًا كوسيط مادي وعنصر نقل الضغط أثناء عملية CMP. هناك أنواع عديدة من الملاط، تمثل أكثر من 50% من قيمة مواد التلميع، ويزداد استهلاكها مع إنتاج الرقاقة وعدد خطوات استواء CMP.
تمثل مواد التلميع CMP حواجز تقنية عالية للغاية. ونظرا لبداية الصين المتأخرة في هذا المجال، ظلت براءات الاختراع الأساسية محتكرة منذ فترة طويلة من قبل الشركات العملاقة في الخارج. تركيبات الملاط معقدة، ودورات البحث والتطوير والتحقق طويلة، وعمليات الإنتاج ومتطلبات التحكم في العمليات صارمة. علاوة على ذلك، تعتمد الجزيئات الكاشطة عالية النقاء- منذ فترة طويلة على الواردات، وتظل سلسلة التوريد الأساسية في المراحل الأولية تحت سيطرة الشركات الأجنبية.
الجسيمات الكاشطة هي المادة الخام الأساسية للملاط. تشمل المنتجات السائدة جزيئات السيريا والسيليكا والألومينا. وأشار أحد الباحثين إلى أنه بالنسبة لعمليات شرائح 28 نانومتر الناضجة، يمكن تحقيق الاستبدال المحلي نظريًا في السوق المحلية، ولكن بالنسبة للعقد الأكثر تقدمًا، لا يزال توريد المواد الكاشطة يواجه تحديات، مما يؤثر بشكل مباشر على التحكم في الشوائب المعدنية في الملاط.
وهنا مرة أخرى، نحن محاصرون.
03 تقنيات المعالجة - لا تزال في المرحلة التجريبية
(1) التشطيب المغناطيسي (MRF)
التشطيب المغناطيسي الريولوجي عبارة عن تقنية تصنيع بصرية متقدمة تم تطويرها في الخارج في الثمانينيات، وبدأت شركة QED (الولايات المتحدة الأمريكية) تسويقها تجاريًا في عام 1997. تستخدم هذه التقنية الخصائص الريولوجية للسائل المغناطيسي الريولوجي في مجال مغناطيسي لتلميع قطع العمل. عندما يدخل السائل إلى منطقة التلميع، فإنه يتحول إلى وسط لزج تحت المجال المغناطيسي، مما يشكل "وسادة تلميع مرنة". يؤدي التلامس مع السطح البصري إلى توليد إجهاد قص كبير، مما يتيح إزالة مستقرة للمواد من أجل التلميع والتحديد. إنه يعالج بشكل فعال متطلبات مثل دقة المعالجة العالية، والتقارب السريع، وجودة السطح الجيدة، والضرر المنخفض تحت السطح، وأخطاء التردد المتوسطة - والعالية-المكانية- التي يمكن التحكم فيها. إنه قابل للتطبيق على نطاق واسع على العدسات الكروية، والعدسات شبه الكروية، والمنشورات، والأسطح الحرة، وما إلى ذلك.
(2) قياس الشعاع الأيوني (IBF)
الاتجاه في المعالجة الضوئية شبه الكروية ذات الفتحات الكبيرة-يتجه نحو انحراف أعلى ومنحدرات أكثر انحدارًا ودقة أعلى. ولتلبية ذلك، اقترحت شركة إيستمان كوداك (الولايات المتحدة الأمريكية) قياس الشعاع الأيوني. تستخدم هذه التقنية، التي يتم إجراؤها في غرفة مفرغة، شعاعًا أيونيًا ذو طاقة محددة وتوزيع مكاني لقصف سطح المرآة. تتم إزالة المواد عن طريق ترسيب الطاقة بدون تلامس-، مما يوفر خيارًا تكنولوجيًا جديدًا للتصوير الدقيق-للأشكال الكروية الكبيرة. ونظرًا لدقتها العالية في القياس وعدم وجود أي ضرر تحت السطح، فإنها، جنبًا إلى جنب مع MRF، معروفة على نطاق واسع باعتبارها واحدة من أكثر تقنيات المعالجة الضوئية ابتكارًا والتي تم تطويرها في الثلاثين عامًا الماضية.
(3) التلميع/الاستواء الميكانيكي الكيميائي (CMP)
تعد CMP حاليًا تقنية الاستواء الوحيدة التي يمكنها تحقيق التسطيح السطحي العالمي والمحلي. تم اقتراحه لأول مرة من قبل شركة مونسانتو (الولايات المتحدة الأمريكية) في عام 1965، ولكن تم تطبيقه في البداية فقط للحصول على أسطح زجاجية عالية الجودة-، مثل التلسكوبات العسكرية. وفي وقت لاحق، ولأنه يجمع بشكل فريد بين التآكل الكيميائي والتآكل الميكانيكي، مما يقلل من اختلافات العملية وينتج أسطحًا مستوية نانوية الحجم، فقد اعتمدته شركات مثل IBM وIntel وApplied Materials تدريجيًا في تصنيع أشباه الموصلات.
في مجال التلميع فائق الدقة-، تتمتع الدول الأجنبية - خاصة اليابان وألمانيا والولايات المتحدة - بمزايا كبيرة. فيما يتعلق بالمعدات ومستويات العملية، فقد حققت هذه الدول بالفعل دقة تلميع على مستوى النانومتر-، بينما لا تزال الصين متخلفة عن المستوى المتقدم الدولي إلى حد ما.