Pemolesan ultra-presisi umumnya mengacu pada penggunaan mikropartikel abrasif dengan ukuran partikel hanya beberapa nanometer sebagai bahan abrasif pemoles, yang disuntikkan ke alat lapping untuk menghilangkan material benda kerja dalam jumlah kecil, sehingga mencapai akurasi geometrik dan kekasaran permukaan tertentu. Ketepatan pemolesan yang sangat tinggi memberikan tantangan yang lebih besar pada teknik, peralatan, dan bahan pemolesan.
Dalam elektronik modern, pemolesan ultra-presisi tidak hanya dilakukan untuk membuat planarisasi material yang berbeda namun juga untuk merencanakan tumpukan multi-lapisan, memungkinkan wafer silikon hanya beberapa milimeter persegi untuk membentuk sirkuit terpadu berskala ultra-besar-yang terdiri dari puluhan ribu hingga jutaan transistor melalui "planarisasi global". Misalnya, fakta bahwa komputer telah menyusut dari puluhan ton menjadi hanya beberapa ratus gram tidak akan mungkin terjadi tanpa-pemolesan yang sangat presisi.
Saat ini, Jepang, Amerika Serikat, dan Jerman memegang posisi terdepan dalam-peralatan mesin ultra-presisi. Mereka mengontrol teknologi inti dari proses pemolesan ultra-presisi dan dengan tegas memimpin inisiatif pasar global. Sebaliknya, pengembangan teknologi pemolesan ultra-presisi di Tiongkok menghadapi kendala tertentu. Oleh karena itu, cara mengatasi hambatan teknis dalam pemolesan ultra-presisi telah menjadi titik fokus perhatian di bidang lapping dan pemolesan di Tiongkok.
01 Peralatan – Diblokir
Pemolesan-presisi tinggi biasanya digunakan dalam bidang-kelas atas seperti optik, semikonduktor, dan ruang angkasa, yang memerlukan akurasi bentuk ekstrem, presisi dimensi, dan integritas permukaan (tidak ada atau kerusakan permukaan minimal, termasuk-retakan mikro, tegangan sisa, dan perubahan struktur mikro). Hal ini menyebabkan tuntutan yang sangat tinggi terhadap peralatan pemoles.
Untuk memastikan pemolesan yang presisi, peralatan pemolesan ultra-presisi juga memerlukan struktur mekanis yang sangat stabil. "Pelat pemoles" – komponen inti peralatan – memberlakukan persyaratan yang lebih ketat pada komposisi material dan teknologi. Pelat ini, terbuat dari material komposit khusus, tidak hanya harus memenuhi presisi skala nano untuk operasi otomatis namun juga memiliki koefisien muai panas yang dikontrol secara tepat, mencegah panas yang dihasilkan oleh gesekan selama putaran kecepatan tinggi menyebabkan deformasi termal pada pelat, yang jika tidak maka akan mempengaruhi stabilitas keakuratan pemesinan dan pada akhirnya kerataan dan paralelisme produk. Umumnya, untuk mencapai akurasi pemolesan sub-mikron atau bahkan nanometer, deformasi termal pelat harus dikontrol dalam beberapa nanometer.
Saat ini,-pelat pemoles presisi tinggi sebagian besar-dibuat khusus daripada diproduksi-secara massal, yang secara langsung membatasi replikasi di luar negara seperti AS dan Jepang. Oleh karena itu, negara-negara ini memegang teguh teknologi produksi untuk-pelat presisi tinggi. Sejak lama, Tiongkok menghadapi embargo teknologi yang ketat. Pertanyaan tentang material dan proses apa yang dapat mensintesis pelat dengan ekspansi termal rendah, ketahanan aus yang tinggi, dan permukaan lapping ultra-presisi merupakan tantangan teknis yang harus dipusatkan pada penyelesaian oleh perusahaan dan lembaga penelitian Tiongkok.
Selain itu, untuk komponen optik- hingga-aperture kecil (di bawah 200 mm), peralatan rumah tangga umumnya mampu. Namun, dalam bidang mesin gerinda ultra-presisi- hingga besar-bukaan (di atas 400 mm) – saat ini, tidak ada peralatan domestik yang layak secara komersial di Tiongkok. Artinya, untuk cermin berdiameter-besar yang digunakan pada teleskop astronomi, fasilitas fusi laser, dan mesin litografi EUV, kami masih belum bisa melewati tahap penggilingan. Apa yang dimaksud dengan-tercanggih-internasional? Cranfield OGM2500 dari Inggris memiliki diameter pemesinan maksimum 2,5 meter. Peralatan mesin BOX Inggris, yang digunakan untuk memproses cermin berukuran 1,45{19}}meter untuk European Extremely Large Telescope, mencapai akurasi bentuk permukaan PV < 1 μm, dengan siklus produksi satu bagian di bawah 20 jam. OptoTech UPG500 Jerman memiliki kematangan komersial tertinggi.
02 Bahan – Masih Bergantung pada Impor
Dengan mengambil contoh CMP (Chemical Mechanical Polishing/Planarization), dengan evolusi node proses lanjutan dan pengemasan canggih, CMP secara bertahap keluar dari peran tambahan tradisionalnya menjadi proses inti keempat dalam manufaktur sirkuit terpadu, selain litografi, etsa, dan deposisi-film tipis. Dalam konteks penskalaan berkelanjutan ke node tingkat lanjut dan arsitektur-tiga dimensi, CMP telah menjadi langkah penting yang memengaruhi kerataan global wafer dan hasil proses.
Bahan inti CMP meliputi slurries dan polishing pad. Diantaranya, slurry adalah media utama yang menentukan kualitas pemrosesan dan laju penghilangan CMP, sedangkan bantalan pemoles memainkan peran penting sebagai media fisik dan elemen perpindahan tegangan selama proses CMP. Ada banyak jenis slurry, yang menyumbang lebih dari 50% nilai bahan pemoles, dan konsumsinya meningkat seiring dengan keluaran wafer dan jumlah langkah planarisasi CMP.
Bahan pemoles CMP menghadirkan hambatan teknis yang sangat tinggi. Karena terlambatnya Tiongkok dalam memulai bidang ini, paten inti telah lama dimonopoli oleh raksasa luar negeri. Formulasi slurry rumit, siklus penelitian dan pengembangan serta validasinya panjang, dan proses produksi serta persyaratan pengendalian proses sangat ketat. Selain itu, partikel abrasif-dengan kemurnian tinggi telah lama bergantung pada impor, dan rantai pasokan inti hulu tetap dikendalikan oleh perusahaan asing.
Partikel abrasif adalah bahan baku inti slurry; produk utama termasuk partikel ceria, silika, dan alumina. Seorang peneliti mencatat bahwa untuk proses chip 28 nm yang matang, substitusi domestik secara teoritis dapat dicapai di pasar domestik, namun untuk node yang lebih maju, pasokan abrasif masih menghadapi tantangan, yang secara langsung mempengaruhi pengendalian pengotor logam dalam slurry.
Di sini sekali lagi, kami diblokade.
03 Teknologi Proses – Masih dalam Tahap Uji Coba
(1) Penyelesaian Magnetorheologis (MRF)
Penyelesaian magnetorheologi adalah teknologi manufaktur optik canggih yang dikembangkan di luar negeri pada tahun 1980-an, dan QED (AS) mulai mengkomersialkannya pada tahun 1997. Teknik ini menggunakan sifat reologi cairan magnetorheologi dalam medan magnet untuk memoles benda kerja. Ketika cairan memasuki zona pemolesan, ia berubah menjadi media viskoplastik di bawah medan magnet, membentuk "bantalan pemoles fleksibel". Kontak dengan permukaan optik menghasilkan tegangan geser yang signifikan, memungkinkan penghilangan material secara stabil untuk pemolesan dan pembentukan. Ini secara efektif memenuhi persyaratan seperti akurasi pemesinan yang tinggi, konvergensi yang cepat, kualitas permukaan yang baik, kerusakan bawah permukaan yang rendah, dan kesalahan frekuensi- dan-spasial-tinggi yang dapat dikontrol. Ini berlaku secara luas untuk lensa bola, lensa asferis, prisma, permukaan bentuk bebas, dll.
(2) Gambar Berkas Ion (IBF)
Tren dalam pemrosesan optik asferis{0}}apertur besar mengarah pada deviasi yang lebih tinggi, kemiringan yang lebih curam, dan presisi yang lebih tinggi. Untuk memenuhi hal ini, Eastman Kodak (AS) mengusulkan perhitungan berkas ion. Teknik ini, dilakukan dalam ruang vakum, menggunakan berkas ion dengan energi tertentu dan distribusi spasial untuk membombardir permukaan cermin. Penghilangan material terjadi melalui pengendapan energi non-kontak, yang menawarkan opsi teknologi baru untuk perhitungan asferis besar dengan presisi tinggi. Karena keakuratan perhitungannya yang tinggi dan tidak adanya kerusakan di bawah permukaan, teknologi ini, bersama dengan MRF, dikenal luas sebagai salah satu dari dua teknologi pemrosesan optik paling inovatif yang dikembangkan dalam tiga puluh tahun terakhir.
(3) Pemolesan/Planarisasi Mekanis Kimia (CMP)
CMP saat ini merupakan satu-satunya teknologi planarisasi yang dapat mencapai kerataan permukaan global dan lokal. Ini pertama kali diusulkan oleh Monsanto (AS) pada tahun 1965, namun awalnya hanya diterapkan untuk memperoleh-permukaan kaca berkualitas tinggi, seperti untuk teleskop militer. Belakangan, karena teknologi ini secara unik menggabungkan korosi kimia dan abrasi mekanis, mengurangi variasi proses, dan menghasilkan permukaan planar berskala nano, perusahaan seperti IBM, Intel, dan Applied Materials secara bertahap mengadopsinya dalam manufaktur semikonduktor.
Di bidang pemolesan ultra-presisi, negara-negara asing – khususnya Jepang, Jerman, dan Amerika Serikat – memiliki keunggulan yang signifikan. Dalam hal tingkat peralatan dan proses, negara-negara ini telah mencapai tingkat presisi pemolesan-nanometer, sementara Tiongkok masih tertinggal dari tingkat kemajuan internasional hingga batas tertentu.