环境控制与等离子体技术融合对未来高精密抛光难加工材料所构成的挑战(英文)

作     者：土肥俊郎 會田英雄 大西修 尹韶辉 任莹晖 DOI K.Toshiro;AIDA Hideo;OHNISHI Osamu;YIN Shaohui;REN Yinghui

作者机构：九州大学日本福冈814-0001 长冈技术科学大学日本新泻940-2188 宫崎大学日本宫崎889-2191 湖南大学长沙410082 株式会社Doi Laboratory日本福冈814-0001 

出 版 物：《金刚石与磨料磨具工程》 (Diamond & Abrasives Engineering)

年 卷 期：2022年第42卷第6期

页      面：637-649,F0003页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：Osaka University, OU Fujikoshi Machine Industry Kyushu University Japan Society for Precision Engineering Saitama University, SU Japan Society for the Promotion of Science, JSPS, (20H02478) 

主　　题：化学机械抛光(CMP) 难加工晶片 箱式设备 等离子体化学蒸发加工 等离子体熔融化学机械抛光 伪自由基场 加工机理 

摘      要：以碳化硅、氮化镓和金刚石为代表的宽禁带半导体材料是典型的难加工材料。本研究中,设计2种基于化学机械抛光(CMP)的加工设备,以开发高效高质量加工此类晶体衬底的新技术,并研究讨论使用新设备时的加工机理和难加工衬底的加工特征。加工设备的原型机分别为封闭箱式(closed chamber-type)环境控制CMP设备和等离子体熔融(plasma fusion)CMP设备。在前者中引入光催化反应,并在高压氧气环境下增加紫外辐射,试图提高加工效率。在后者中预期实现常压等离子体化学蒸发加工(P-CVM)和CMP各自优势的协同效应,尤其适合高硬度、极稳定的金刚石衬底。在验证设备加工机理的过程中,随加工过程进行,在极限表面(extreme surface)上形成了如水合物膜或氧化物膜的反应产物。因此,引入紫外辐射的箱式CMP设备在高压氧气环境下效率极高;而对等离子熔融CMP设备,在氧气氛围下,同时开展P-CVM和CMP时可实现对金刚石晶片的高效加工。通过对加工机理进行研究,提出由伪自由基场(pseudo radical filed)/反应产物形成和新表面接触磁流变抛光这两步构成的“循环处理方法,可实现对难加工材料的高效率加工。