高端芯片、高端光学器件等产业作为我国科技自立自强的战略性支柱,其核心制造技术的发展关乎工业发展命脉与国家信息安全。比如,随着高端芯片制程工艺不断突破物理极限从7nm、5nm节点向3nm甚至更小节点演进,晶体管密度呈指数级增长,此时任何超过几个原子高度的起伏都可能导致光刻套刻误差或电路短路失效,威胁芯片良率与性能稳定。因此,实现晶圆表面原子尺度的平整度与超低表面粗糙度,已成为产业亟需突破的关键。
面对这种极限挑战,“原子级平整抛光技术”成为突破制程桎梏、实现芯片、光学器件性能跃升的必然选择和制高点。原子级平整,顾名思义,其核心目标直指上述原子尺度平坦性与光洁度需求,通过超精密、高度可控的材料去除机制,使晶圆达到小于0.1nm的局部甚至全局平整度,同时最大程度抑制亚表层损伤和表面沾污。
目前,原子加工制造方法主要有化学机械抛光(CMP)、等离子抛光和离子束抛光。
·化学机械抛光(CMP):
是一种通过独特的化学腐蚀与机械去除相结合的表面加工方法,具体是利用抛光液与工件表面发生化学反应,从而软化工件,再结合机械研磨移除软化的表面,最终实现纳米级别表面精度和亚纳米级别表面粗糙度。目前该技术主要用于加工那些能够发生界面反应且生成物硬度较低的陶瓷材料,如Al2O3、SiC、Si3N4、AlN等陶瓷基板。
·等离子抛光:
该技术通过射频发生器(RF)采用特定气体,制成含有强氧化性自由基团(如OH自由基团、O自由基)的活性等离子体,当活性等离子体与工件表面作用,可发生化学反应,生成易挥发的混合气体,从而将工件表面材料去除。基于这种特殊原理,等离子抛光可用于加工SiC、金刚石晶圆等极高硬度材料的加工。
·离子束抛光:
是一种高精度、非接触式的表面加工技术,其原理是在真空环境中,利用电场加速惰性气体(如氩气)电离形成的离子束,高速轰击工件表面,通过物理溅射效应逐层剥离材料原子;由于凸起部位受轰击更强烈,其材料优先被去除,最终可实现表面原子级的平整化与超光滑效果,目前主要用于光学加工领域。
虽然上述原子级平整技术都在理论上具备实现原子级平整的巨大潜力,并各自在特定材料和应用场景中有亮眼表现,但由于目前受到包括抛光液配方、装备研发乃至工艺优化在内的多重“卡点”围困,国内原子级平整技术的规模化、产业化应用之路仍面临着异常艰巨的挑战。
为了加速突破上述瓶颈,推动原子级平整抛光技术的国产化替代进程,粉体圈将在7月24-25日于东莞举办的2025年精密研磨抛光材料及加工技术发展论坛期间,开展以“原子级表面平坦化抛光设备与材料创新”为主题的圆桌论坛,届时主办方特别邀请的多位精密研磨抛光领域技术专家大咖将坐镇现场,聚焦原子级平整抛光技术的难点,展开深度研讨与脑力激荡,旨在碰撞出深刻的行业洞见与破局之道。
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