ליטוש אולטרה-דיוק מתייחס בדרך כלל לשימוש במיקרו-חלקיקים שוחקים בגודל חלקיקים של ננומטרים בודדים בלבד כחומרי ליטוש, המוזרקים לכלי ליטוש כדי להסיר כמויות זעירות של חומרי עבודה, ובכך להשיג דיוק גיאומטרי מוגדר וחספוס פני השטח. דיוק ליטוש גבוה במיוחד מטיל אתגרים גדולים יותר על טכניקות ליטוש, ציוד וחומרים.
באלקטרוניקה מודרנית, ליטוש אולטרה-דיוק מוטל לא רק ליישר חומרים שונים אלא גם ליישר ערימות מרובות-שכבות, מה שמאפשר לפריסת סיליקון בגודל של מילימטרים ספורים בלבד ליצור מעגלים משולבים בקנה מידה{{2} גדול במיוחד המורכב מעשרות אלפים עד מיליוני טרנזיסטור גלובליסטיים. לדוגמה, העובדה שמחשבים התכווצו מעשרות טונות לכמה מאות גרמים בלבד לא הייתה אפשרית ללא ליטוש אולטרה-דיוק.
נכון לעכשיו, יפן, ארצות הברית וגרמניה מחזיקות בעמדות מובילות בכלי מכונות אולטרה-דיוק. הם שולטים בטכנולוגיות הליבה של תהליכי ליטוש אולטרה-דיוק ושולטים בחוזקה ביוזמת השוק העולמי. לעומת זאת, הפיתוח של סין בטכנולוגיית ליטוש אולטרה-דיוק עומד בפני אילוצים מסוימים. לכן, כיצד להתגבר על צווארי הבקבוק הטכניים בליטוש אולטרה-דיוק הפך למוקד דאגה בתחום הליטוש והליטוש של סין.
01 ציוד - חסום
ליטוש-דיוק גבוה משמש בדרך כלל בתחומים-מתקדמים כגון אופטיקה, מוליכים למחצה ותעופה וחלל, שבהם נדרשים דיוק צורה קיצוני, דיוק מימדים ושלמות פני השטח (ללא או מינימלי נזק פני השטח, כולל מיקרו-סדקים, מתח שיורי ושינויים מיקרו-מבניים). זה מציב דרישות גבוהות במיוחד לציוד ליטוש.
כדי להבטיח דיוק ליטוש, ציוד ליטוש אולטרה-דיוק דורש גם מבנים מכניים יציבים מאוד. "לוח הליטוש" - מרכיב הליבה של הציוד - מטיל דרישות מחמירות עוד יותר על הרכב החומרים והטכנולוגיה. פלטה זו, העשויה מחומרים מרוכבים מיוחדים, חייבת לא רק לעמוד בדיוק בקנה מידה ננומטרי עבור פעולות אוטומטיות, אלא גם להחזיק במקדם התפשטות תרמית מבוקר במדויק, המונע מחום הנוצר מחיכוך במהלך-סיבוב מהיר לגרום לעיוות תרמי של הפלטה, שאחרת ישפיע על יציבות דיוק העיבוד ובסופו של דבר על השטיחות של המוצר. בדרך כלל, כדי להשיג דיוק ליטוש תת--מיקרוני או אפילו ננומטרי, יש לשלוט על העיוות התרמי של הפלטה בתוך כמה ננומטרים.
נכון לעכשיו, לוחות ליטוש-בדיוק גבוה נעשים בעיקר בהתאמה אישית- ולא בייצור המוני, מה שמגביל ישירות את השכפול מחוץ למדינות כמו ארה"ב ויפן. לפיכך, מדינות אלו מחזיקות בתוקף בטכנולוגיית הייצור של לוחות דיוק- גבוה. במשך זמן רב, סין מתמודדת עם אמברגו טכנולוגי קפדני. השאלות של אילו חומרים ותהליכים יכולים לסנתז פלטות כאלה עם התפשטות תרמית נמוכה, עמידות בפני שחיקה גבוהה ומשטחי חיכוך מדויקים במיוחד הן אתגרים טכניים שארגונים ומכוני מחקר סיניים חייבים להתרכז בפתרון.
בנוסף, עבור רכיבים אופטיים - עד בינוניים- (מתחת ל-200 מ"מ), ציוד ביתי הוא בדרך כלל מסוגל. עם זאת, בתחום מכונות השחזה המדויקות במיוחד- עד- גדול (מעל 400 מ"מ) - נכון לעכשיו, אין ציוד ביתי בר-קיימא בסין. המשמעות היא שעבור מראות בקוטר- גדולות המשמשות בטלסקופים אסטרונומיים, מתקני היתוך לייזר ומכונות ליטוגרפיה EUV, עדיין לא נוכל לעבור את שלב ההשחזה. מהי מדינת-האמנות-הבין-לאומית-? ל-Cranfield OGM2500 של בריטניה יש קוטר עיבוד מרבי של 2.5 מטר. כלי המכונה BOX של בריטניה, המשמש לעיבוד מראות בגודל 1.45-מטר עבור הטלסקופ האירופי Extremely Large, משיג דיוק של צורת פני השטח PV < 1 מיקרומטר, עם מחזור ייצור של חלק אחד של פחות מ-20 שעות. ל-OptoTech UPG500 של גרמניה יש את הבשלות המסחרית הגבוהה ביותר.
02 חומרים - עדיין תלוי ביבוא
אם ניקח לדוגמא את CMP (Chemical Mechanical Polishing/Planarization), עם ההתפתחות של צמתי תהליך מתקדם ואריזה מתקדמת, CMP פרצה בהדרגה מתפקיד העזר המסורתי שלה והפכה לתהליך הליבה הרביעי בייצור מעגלים משולבים, לצד ליתוגרפיה, תחריט ותצהיר{0}}סרט דק. בהקשר של המשך קנה המידה לצמתים מתקדמים וארכיטקטורות תלת-ממדיות, CMP הפך לשלב קריטי המשפיע על השטיחות הגלובלית של הפרוסים ועל תפוקת התהליך.
חומרי הליבה עבור CMP כוללים תרחיפים ורפידות ליטוש. ביניהם, התרחיץ הוא המדיום המרכזי הקובע את איכות עיבוד ה-CMP ואת קצב ההסרה, בעוד שכרית הליטוש ממלאת תפקיד מכריע כאמצעי פיזי ואלמנט העברת מתח במהלך תהליך ה-CMP. ישנם סוגים רבים של תמיסות, המהווים למעלה מ-50% מערכם של חומרי ליטוש, וצריכתם עולה עם תפוקת הפרוסים ומספר שלבי הקישור CMP.
חומרי ליטוש CMP מציגים מחסומים טכניים גבוהים במיוחד. בשל ההתחלה המאוחרת של סין בתחום זה, פטנטים הליבה עברו מזמן מונופול על ידי ענקיות מעבר לים. תכשירי תפוחים הם מורכבים, מחזורי מו"פ ואימות ארוכים, ותהליכי הייצור ודרישות בקרת התהליך הם קפדניים. יתר על כן, חלקיקי שוחקים בעלי טוהר- גבוה הסתמכו זמן רב על יבוא, ושרשרת האספקה במעלה הזרם נותרה בשליטת חברות זרות.
חלקיקים שוחקים הם חומר הגלם הליבה עבור slurries; המוצרים המיינסטרים כוללים חלקיקי צ'ריה, סיליקה ואלומינה. חוקר אחד ציין כי עבור תהליכי שבב בוגרים של 28 ננומטר, החלפה מקומית ניתנת להשגה תיאורטית בשוק המקומי, אך עבור צמתים מתקדמים יותר, אספקת השוחקים עדיין מתמודדת עם אתגרים, אשר משפיעים ישירות על השליטה בזיהומי מתכת בתמיסה.
כאן שוב, אנחנו חסומים.
03 טכנולוגיות תהליך - עדיין בשלב הניסוי
(1) גימור מגנטוריאולוגי (MRF)
גימור מגנטוריאולוגי היא טכנולוגיית ייצור אופטית מתקדמת שפותחה בחו"ל בשנות ה-80, ו-QED (ארה"ב) החלה למסחר אותה בשנת 1997. טכניקה זו משתמשת בתכונות הריאולוגיות של נוזל מגנטוריאולוגי בשדה מגנטי כדי ללטש חלקי עבודה. כאשר הנוזל נכנס לאזור הליטוש, הוא הופך לתווך ויסקופלסטי מתחת לשדה המגנטי, ויוצר "רפידת ליטוש גמישה". מגע עם המשטח האופטי יוצר מתח גזירה משמעותי, המאפשר הסרה יציבה של חומרים לצורך ליטוש ואיתור. הוא נותן מענה יעיל לדרישות כגון דיוק עיבוד גבוה, התכנסות מהירה, איכות פני השטח טובה, נזק נמוך מתחת לפני השטח ושגיאות בתדירות בינונית- וגבוהה-מרחבית-. זה ישים באופן נרחב לעדשות כדוריות, עדשות אספריות, מנסרות, משטחי צורה חופשית וכו '.
(2) איור קרן יונים (IBF)
המגמה בעיבוד אופטי אספרי עם-פתח גדול היא לכיוון סטייה גבוהה יותר, שיפועים תלולים יותר ודיוק גבוה יותר. כדי לענות על זה, איסטמן קודאק (ארה"ב) הציע חישוב קרן יונים. טכניקה זו, המבוצעת בתא ואקום, משתמשת בקרן יונים עם אנרגיה מוגדרת ופיזור מרחבי כדי להפציץ את פני המראה. הסרת החומר מתרחשת באמצעות שקיעת אנרגיה ללא-מגע, ומציעה אפשרות טכנולוגית חדשה לאיפור-דיוק גבוה של אספריות גדולות. הודות לדיוק האיפור הגבוה שלו וללא נזק תת-קרקעי, הוא, יחד עם MRF, זוכה להכרה נרחבת כאחת משתי טכנולוגיות העיבוד האופטי החדשניות ביותר שפותחו בשלושים השנים האחרונות.
(3) ליטוש/פלניזציה כימי מכני (CMP)
CMP היא כיום טכנולוגיית הפלנריזציה היחידה שיכולה להשיג מישור משטח גלובלי ומקומי כאחד. זה הוצע לראשונה על ידי מונסנטו (ארה"ב) בשנת 1965, אך בתחילה הוחל רק להשגת משטחי זכוכית באיכות גבוהה-, כגון עבור טלסקופים צבאיים. מאוחר יותר, מכיוון שהוא משלב באופן ייחודי קורוזיה כימית ושחיקה מכנית, הפחתת וריאציות בתהליך וייצור משטחים מישוריים בקנה מידה ננומטרי, חברות כמו IBM, Intel ו-Applied Materials אימצו אותו בהדרגה בייצור מוליכים למחצה.
בתחום הליטוש האולטרה-דיוק, למדינות זרות - במיוחד יפן, גרמניה וארצות הברית - יש יתרונות משמעותיים. במונחים של ציוד ורמות תהליכים, מדינות אלה כבר השיגו דיוק ליטוש ברמת ננומטר-, בעוד שסין עדיין מפגרת אחרי הרמה הבינלאומית המתקדמת במידה מסוימת.