最近，日本企业公布了2项碳化硅抛光新技术，值得大家关注：

●则武公司：开发了一种半固结抛光垫，可将碳化硅抛光工时缩短60%，良率提升25%，而且将刀具寿命提升500%，并且不需要抛光液更环保。

【资料图】

●早稻田大学：发现了台阶解束现象，可以采用非常简单的工艺实现高效率抛光，有望省去CMP抛光工艺。

新型抛光垫将扩产

工时缩短60%，良率提升25%

近日，又一家碳化硅耗材企业将要扩产，原因是中国等碳化硅厂商对他们的“询问很强烈”。

据日本媒体报道，Noritake（则武株式会社）将从2024财年开始批量生产碳化硅抛光垫LHA Pad，投资金额为数亿日元（至少1000万人民币），量产线位于日本的福冈县筑前町安须工厂。

LHA Pad全称为“Loosely Held Abrasive Pad（游离固定抛光垫）”，这种产品主要有3大优势：

●抛光加工时间可缩短至2小时左右，比传统游离磨粒抛光工艺缩短60%；

●刀具寿命可延长至200小时，延长5倍以上；

●良品率可以提升25%，提升生产效益。

那么，LHA Pad技术是怎么开发的？为什么有这些优势？小编特地去查阅了则武株式会社的文献。

传统上，单晶碳化硅的抛光是通过游离磨粒来进行的，这种技术存在的问题是去除率较低、加工较长时间，通常需要抛光垫的加持。但传统的固定磨料垫难以兼顾高去除率和无划痕抛光。

为此，该公司研究一种游离固定抛光垫（LHA Pad），将磨粒包含着垫片中，这种抛光垫的好处是仅通过水或者含有添加剂的抛光润滑剂，就可以完成碳化硅进抛光工艺。结果表明，通过调节水或润滑剂的供给量，LHA Pad的抛光去除率非常高。

根据文献，则武的LHA Pad的主要特点是将磨粒强化到抛光垫中。具体来说，就是通过将平均粒径为250 nm的二氧化硅珠和聚醚砜（PES）树脂，在N,N二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中混合制备。

LHA Pad实际上就是一种半固定磨粒结构——在垫片的细孔内封入用于研磨SiC衬底的磨粒，使得磨粒可以在孔隙内自由移动，通过磨粒的旋转对衬底进行抛光。

这种LHA Pad结构的好处在于——可将一次抛光（注重抛光效率）和二次抛光（注重表面质量）的两段工艺，简化为单一工艺，大幅降低加工时间。

LHA Pad的另一个特点是不需要使用液体磨料浆。在传统的抛光工艺中，由于使用与金刚石和陶瓷混合的特殊磨料浆作为抛光液，因此在碳化硅衬底抛光过程中会产生大量废弃物。该公司认为，LHA Pad可以解决传统抛光技术中存在的环保问题。

早稻田大学新发现：

碳化硅有望无需CMP

早稻田大学的研究则有望进一步提升抛光效率，甚至省去CMP抛光工艺环节。

今年7月，早稻田大学发布的一份文献提到，他们发现了一种“阶梯解束现象”，可以应用碳化硅衬底加工中，实现原子层级的抛光，其优势在于工艺比较简单，而且不存在因加工而造成的损伤层。

目前，SiC衬底表面平坦化的工艺主要有“化学机械抛光(CMP)”、“氢蚀刻”等方法。然而，这些方法还不是很完美，例如CMP工艺只能去除高度为0.25nm的台阶，而且加工时衬底表面会残留损伤层。

氢蚀刻工艺虽然可以通过在氢气氛中进行高温加热，实现进行衬底抛光和对加工损伤层的处理，但这种高温工艺的问题在于——会出现使台阶变高的“台阶聚束现象”。采用氢蚀刻的台阶高度通常为5～10nm以上，衬底表面变得稍微粗糙。这种聚束现象可分为两个阶段：最小聚束（MSB）和大聚束（LSB）。到目前为止，这种现象被认为是不可逆转的。

早稻田大学的文献提到，台阶聚束现象发生的原因在于——当4H-SiC (0001) 表面在高温下退火时，由于相邻台阶的台阶运动速度不同，从而产生台阶聚束，导致台阶高度超过几个纳米。

该团队在研究SiC热解石墨烯的过程中发现，如果在氩/氢气氛中进行氢蚀刻，那么就可以解决台阶聚束现象——即使台阶达到5～10nm的高度，但在低温退火中，又会恢复到1～1.5nm的高度。该团队将将这个工程命名为“台阶解聚现象”。

简单来说，整个工艺步骤是这样的：

●首先，将SiC衬底放入含有约4%氢气的氩气（Ar/4%H2）气氛中进行加热。当温度达到1600°C，会发生大聚束（LSB）。

●然后， 将温度降低并保持在1400℃，高度为5至10nm的台阶就会变为高度为1至1.5nm的台阶。

早稻田大学认为，他们证实了在含氢的氩气特定气氛下，是可以发生从LSB到MSB的可逆现象。

阶梯解聚过程：1600℃加热10分钟、1400℃保温10分钟、保温20分钟、保温60分钟后样品的表面形貌。

该团队认为，未来通过应用所发现的现象，可以从碳化硅衬底工艺中省略化学机械抛光的工艺。