Silicon carbide (SiC), gallium nitr

Silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) and sapphire (α-Al2O3) are used as substrates for light-emitting diode (LED). Currently, GaN is challenging SiC and sapphire for a blue laser manufacturing [1], [2] and [3], and is seen as a possible solution for the next-generation white LED in the illumination market. SiC, GaN and sapphire are hard to fabricate mechanically due to their hard–brittle characteristics; in addition, they are chemically stable [4], [5] and [6]. Because high level commercial devices using substrates require a perfectly defect-free surface, surface finish processes have been regarded as significant steps in the wafering process. A smooth and defect-free substrate surface is essential in obtaining good epitaxial layers. Lee and Jeong [7] reported that SiC and GaN are difficult to abrade (DTA)–difficult to react (DTR) materials because of their high hardness and chemically inert characteristics. Thus, the surface finish process for these hard–brittle materials for LEDs takes a long time due to their chemical and mechanical characteristics. The hardness values of SiC, sapphire and GaN are ∼32.4, 28 and 10.2 GPa, respectively [8] and [9]. Fine surface machining and polishing of hard–brittle materials for opto-electronic applications may exceed 80% of the total cost [10]. Therefore, it is essential to enhance the efficiency of the fabrication process for the hard–brittle materials with a fine surface finish. In this paper, we introduce a new surface finish process sequence using a sequential process employing electrolytic in-process dressing (ELID) grinding and chemical mechanical polishing (CMP) by adopting ELID grinding instead of general mechanical polishing, which has low fabrication efficiency.

1.1. Conventional wafering process for hard–brittle materials
Generally, a wafer is fabricated through ingot growing, external grinding, multi-wire sawing, edge grinding, lapping, mechanical polishing and CMP [11]. Through external grinding to lapping, the geometrical shape of the wafer is determined. Through the lapping process, the wafer surface is roughly removed and the rough flatness of the wafer is determined. The surface of the wafer is then polished by mechanical polishing using diamond abrasives of continually decreasing size for several hours. This removes the mechanically damaged surface after lapping and to reduce surface roughness. Mechanical polishing takes considerable time (more than 2 or 3 h) to complete the process due to the mechanical characteristics of hard–brittle materials. The purpose of the CMP process is to remove the damaged layer caused by lapping and mechanical polishing, and to achieve high surface quality. The conventional CMP process consists of bulk CMP and final CMP. The CMP process using colloidal silica abrasives removes the damaged layer caused by lapping and mechanical polishing. However, it also takes a long time to obtain a fine surface by CMP.

For example, the total process time from mechanical polishing to CMP process in SiC wafering process is more than 6 h. Fig. 1 shows an example of a SiC surface measured using an atomic force microscope (AFM) after mechanical polishing and CMP using colloidal silica slurry [12]. For a mechanical polishing process consisting of three polishing steps using 1, 0.25 and 0.1 μm diameter diamond abrasives, each mechanical polishing step took 1 h, and the total mechanical polishing process time of mechanical polishing was 3 h. The final surface roughness of SiC after mechanical polishing was about 1 nm of Ra. However, some micro-scratches were left on the SiC surface after mechanical polishing. After CMP with colloidal silica slurry, the scratches were not removed perfectly because the colloidal silica abrasives had a very low material removal rate, and had a widened scratch width due to the higher removal rate in the stressed area around the scratches compared to scratch-free areas. Although the CMP process was conducted for 3 h, the scratches were not perfectly removed.

Full-size image (167 K)
Fig. 1.
Example of SiC surface measured with an AFM after mechanical polishing and CMP by using colloidal silica slurry: (a) after mechanical polishing, (b) after 1 h of CMP, (c) after 2 h of CMP and (d) after 3 h of CMP [12].
Figure options
1.2. Sequential ELID grinding–CMP process
To overcome the long process time required for mechanical polishing, we propose an ELID grinding process as a replacement for mechanical polishing, as shown in Fig. 2. The machining of hard and brittle materials has been proved to be very difficult and time-consuming using conventional machining processes. The surface of hard–brittle materials can be smoothened using the ELID grinding process. ELID grinding technique employs a metal or resin-bonded grinding wheel that can be electrolytically dressed during the grinding process. Thus, the abrasives on the grinding wheel are continuously protruded during the process. The ELID grinding technique has been recognized as a state-of-the-art technology that overcomes the limitations of the traditional grinding process. Murata et al. [13] introduced ELID in 1985, and Ohmori and Nakagawa [14] further improved it to be suitable for super-abrasive grinding wheels. The ELID grinding technique has enhanced the performance of conventional grinding, and has been used to create the surface finish of hard materials using in-process dressing of wheel by electrochemical reaction. In this process, a cast iron bonded or metal–resin bonded diamond wheel is attached to a positive electrode, while a negative electrode is placed near the wheel's surface for an anodic reaction by supplying current and electrolytic fluid into the small gap between the electrode and the grinding wheel. The surface of the wheel is ionized, and a passivation film is formed by the anodic reaction. The continuous electrolyzation of the wheel bond surface makes the abrasive protrude continually; so the sharpness of the metal bond diamond wheel can be ensured throughout the grinding process. ELID grinding has advantages in high efficiency grinding of hard and brittle materials. In this sense, ELID grinding technique can be used as a step toward the CMP process because an insulating oxide layer generated by electrochemical reaction creates a polishing effect during grinding, thereby enhancing the surface quality.

Full-size image (66 K)
Fig. 2.
Process flows of conventional wafering process and proposed wafering process.
Figure options
The CMP process can provide a smoother surface by removing the damaged layer. CMP uses the reciprocal action of chemical reaction and mechanical abrasion to remove material, leaving a damage-free surface. CMP is a material removal process in which a wafer is rotated; subsequently, wafer surface is pressed against a rotating polymer-based pad with slurry containing particles and chemicals. CMP process using conventional colloidal silica slurry requires too much process time because of its low removal rate for hard and brittle materials. In addition, it is difficult to remove scratches caused by mechanical polishing as well. Our previous study [15] and [16] showed that a mixed abrasive slurry (MAS) consisting of colloidal silica abrasives and nano-diamond abrasives helped produce a high material removal rate for CMP applied to hard–brittle materials. The diamond abrasives in MAS mechanically scratch or remove the surface of hard–brittle material, and the stress-induced surface reacts more readily with chemicals. A small quantity of diamond abrasives in MAS can contribute to the high scratch removal ability of CMP slurry. The colloidal silica abrasives in MAS remove the chemically reacted layer and nanoscopic roughness. In this study, we used MAS to enhance mechanical abrasion during the CMP process. Finally, colloidal silica slurry removes the nanoscopic roughness of hard–brittle materials in the final CMP step. The ELID grinding–CMP process can reduce total processing time in the surface finish process of hard–brittle materials, and provide high surface quality.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC), แกลเลียม nitride (กัน) และแซฟไฟร์ (α-Al2O3) จะใช้เป็นพื้นผิวสำหรับไดโอดเปล่ง–แสง (LED) ปัจจุบัน ย่านท้าทาย SiC และแซฟไฟร์การผลิตเลเซอร์สีน้ำเงิน [1], [2] [3], และถูกมองว่าเป็นปัญหาได้สำหรับ LED สีขาวรุ่นต่อไปในตลาดแสงสว่าง SiC ย่านและแซฟไฟร์ยากต่อการประดิษฐ์กลไกเนื่องจากมีลักษณะแข็งเปราะ นอกจากนี้ พวกเขามีสารเคมีคอก [4], [5] และ [6] สูงระดับค้าอุปกรณ์ใช้พื้นผิวใช้พื้นผิวสิ่งบกพร่องฟรี ผิวกระบวนการได้ถูกถือเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการ wafering พื้นผิวพื้นผิวที่ราบรื่น และ ปราศจากข้อบกพร่องเป็นสิ่งจำเป็นในการรับ epitaxial ชั้นดี ลีและจอง [7] รายงานว่า SiC และย่านยาก abrade (DTA) – ยากที่จะตอบสนอง (DTR) วัสดุความแข็งสูงและลักษณะ inert สารเคมีของพวกเขา ดังนั้น พื้นผิวเสร็จสิ้นกระบวนการเหล่านี้วัสดุแข็งเปราะสำหรับไฟ Led ใช้เวลานานเนื่องจากลักษณะทางเคมี และทางกล ค่าความแข็งของ SiC แซฟไฟร์ และย่าน ∼32.4, 28 และ 10.2 GPa ตามลำดับ [8] และ [9] ผิวดีตัดเฉือน และขัดเงาวัสดุแข็งเปราะสำหรับโปรแกรมประยุกต์ opto อิเล็กทรอนิกส์อาจเกิน 80% ของต้นทุนทั้งหมด [10] ดังนั้น มันเป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตสำหรับวัสดุแข็งเปราะกับผิวดี ในเอกสารนี้ เรานำใหม่ผิวกระบวนการลำดับการใช้กระบวนการลำดับที่ใช้บด electrolytic ในกระบวนการแต่งตัว (ELID) และเคมีกลขัด (CMP) โดยใช้ ELID บดแทนทั่วไปกลขัด ซึ่งมีประสิทธิภาพในการผลิตต่ำ1.1. กระบวนการ wafering แบบดั้งเดิมสำหรับวัสดุแข็งเปราะทั่วไป เป็นแผ่นเวเฟอร์หลังสร้างลิ่มเจริญเติบโต บดภายนอก เลื่อยลวดหลาย คัฟขอบ ซัดสาด เครื่องขัด และ CMP [11] รูปร่าง geometrical ของแผ่นเวเฟอร์จะถูกกำหนดโดยใช้ภายนอกบดไปซัดสาด ผ่านกระบวนการซัด หยาบ ๆ ผิวแผ่นเวเฟอร์จะถูกเอาออก และกำหนดความเรียบหยาบของแผ่นเวเฟอร์ พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์เป็นแล้วขัดเงา ด้วยเครื่องขัดใช้กัดกร่อนไดมอนด์ของลดขนาดอย่างต่อเนื่องหลายชั่วโมง นี้เอาพื้นผิวกลไกเสียหายหลัง จากที่ซัดสาด และลดความหยาบผิว เครื่องขัดใช้เวลามาก (มากกว่า 2 หรือ 3 h) การเนื่องจากลักษณะทางกลของวัสดุแข็งเปราะ วัตถุประสงค์ของการ CMP จะเอาชั้นเสียหายที่เกิดจากซัดสาดและขัดเครื่องจักรกล และให้คุณภาพผิว ประกอบด้วยกระบวนการ CMP ธรรมดาจำนวนมาก CMP และ CMP สุดท้าย การ CMP ใช้ซิลิก้า colloidal กัดกร่อนเอาชั้นเสียหายที่เกิดจากซัดสาดและเครื่องขัด อย่างไรก็ตาม มันยังใช้เวลานานเพื่อให้ได้พื้นผิวดี โดย CMPตัวอย่าง รวมเวลาจากขัดกับ CMP SiC wafering กระบวนการกระบวนการเครื่องจักรกลได้มากกว่า 6 h. Fig. 1 แสดงตัวอย่างของพื้นผิวของ SiC ที่วัดโดยใช้การกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) กลขัดและ CMP ใช้สารละลายซิลิก้า colloidal [12] สำหรับเครื่องจักรกลขัดกระบวนการประกอบด้วยสามขั้นตอนขัดใช้ 1, 0.25 และ 0.1 μm เส้นผ่านศูนย์กลางเพชรกัดกร่อน แต่ละขั้นตอนขัดกลเอา 1 h และรวมกลขัดเวลาของเครื่องจักรกลขัดถูก 3 h ความหยาบผิวขั้นสุดท้ายของ SiC หลังจากขัดกลได้ประมาณ 1 nm Ra. อย่างไรก็ตาม บางไมโครรอยขีดข่วนถูกปล่อยบนพื้นผิวของ SiC หลังขัดกล หลัง CMP ด้วยสารละลายซิลิก้า colloidal รอยขีดข่วนไม่ได้ถูกเอาออกเนื่องจากกัดกร่อน colloidal ซิลิก้ามีอัตราต่ำมากเอาวัสดุ และมีความกว้าง widened รอยขีดข่วนเนื่องจากอัตราการกำจัดสูงเครียดบริเวณรอบ ๆ รอยขีดข่วนเมื่อเทียบกับพื้นที่ที่ปราศจากรอยขีดข่วน แม้ว่ากระบวนการ CMP ถูกดำเนินการสำหรับ 3 h รอยขีดข่วนไม่สมบูรณ์ออกรูปภาพขนาดเต็ม (167 K)Fig. 1 ตัวอย่างของ SiC ผิววัดกับ AFM การกลขัดและ CMP โดยใช้สารละลายซิลิก้า colloidal: (ก) หลัง จากขัดกล, (b) หลัง จาก 1 ชั่วโมงของ CMP, (c) หลัง จาก h 2 ของ CMP และ (d) หลัง จาก 3 h ของ CMP [12]ตัวเลือกรูป1.2. กระบวนการบด – CMP ELID ตามลำดับเพื่อเอาชนะยาวเวลาที่จำเป็นสำหรับเครื่องขัด เราเสนอ ELID การบดการแทนขัดกล ดังที่แสดงใน Fig. 2 ตัดเฉือนวัสดุแข็ง และเปราะได้ถูกพิสูจน์ให้ยาก และใช้เวลานานโดยใช้กระบวนการชิ้นปกติ พื้นผิวของวัสดุแข็งเปราะสามารถ smoothened ได้ใช้ ELID บดกระบวนการ ELID บดเทคนิคใช้โลหะหรือเรซิ่นถูกผูกมัดบดล้อที่สามารถแต่งตัว electrolytically ในระหว่างกระบวนการบด ดัง กัดกร่อนบนล้อบดได้อย่างต่อเนื่อง protruded ในระหว่างกระบวนการ ELID บดเทคนิคได้ถูกรู้จักว่าเป็นเทคโนโลยีทันสมัยที่ overcomes ข้อจำกัดของกระบวนการบดแบบดั้งเดิม แห่งร้อยเอ็ด al. [13] นำ ELID ในปี 1985 และอาร์ทและนาคางาวะ [14] เพิ่มเติมปรับปรุงให้เหมาะสมกับล้อบด abrasive เตอร์รุ่น เทคนิคการบด ELID ได้เพิ่มประสิทธิภาพของแบบธรรมดา และถูกใช้เพื่อสร้างผิวของวัสดุที่ใช้ในกระบวนการแต่งตัวของล้อยาก โดยปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้า ในกระบวนการนี้ ถูกผูกมัดเหล็กหล่อ หรือโลหะ – ยางผูกเพชรล้อแนบกับอิเล็กโทรดบวก ขณะไฟฟ้าลบอยู่ใกล้ผิวของล้อสำหรับปฏิกิริยาเป็น anodic โดยจัดหาน้ำมันปัจจุบัน และ electrolytic ลงในช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างการไฟฟ้าและล้อบด พื้นผิวของล้อถูก ionized และฟิล์ม passivation จะเกิดขึ้น โดยปฏิกิริยา anodic Electrolyzation อย่างต่อเนื่องของผิวล้อพันธบัตรทำให้ทรายที่ติ่งอย่างต่อเนื่อง เพื่อความคมชัดของล้อเพชรพันธะโลหะสามารถจะมั่นใจได้ตลอดทั้งกระบวนการบด บด ELID มีข้อดีในประสิทธิภาพสูงบดวัสดุที่แข็ง และเปราะ ในนี้รู้สึก ELID บดเทคนิคสามารถใช้เป็นขั้นตอนการ CMP เนื่องจากชั้นออกไซด์ที่ฉนวนสร้างขึ้น โดยปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าสร้างผลขัดในระหว่างการบด เพื่อเสริมสร้างคุณภาพผิวรูปภาพขนาดเต็ม (66 K)Fig. 2 กระบวนการขั้นตอนกระบวนการ wafering แบบดั้งเดิมและการนำเสนอ waferingตัวเลือกรูปการ CMP สามารถให้ผิวเรียบ โดยการเอาชั้นเสียหาย CMP ใช้การกระทำซึ่งกันและกันของปฏิกิริยาเคมีและการขัดถูกลเพื่อเอาวัสดุ ออกจากพื้นผิวปราศจากความเสียหาย CMP เป็นกระบวนการเอาวัสดุที่เป็นแผ่นเวเฟอร์ถูกหมุน ในเวลาต่อมา พื้นผิวแผ่นเวเฟอร์จะกดกับแผ่นพอลิเมอร์ตามการหมุนกับสารละลายที่ประกอบด้วยอนุภาคและสารเคมี CMP กระบวนการใช้สารละลายซิลิก้า colloidal ปกติต้องใช้เวลามากเกินไปเนื่องจากอัตราการกำจัดต่ำสำหรับวัสดุแข็ง และเปราะ นอกจากนี้ มันเป็นเรื่องยากเพื่อลบรอยขีดข่วนที่เกิดจากเครื่องจักรกลขัดเช่น การศึกษาก่อนหน้านี้ของเรา [15] และ [16] พบว่า การผสม abrasive สารละลาย (มาส) ประกอบด้วยซิลิก้า colloidal กัดกร่อนและการกัดกร่อนไดมอนด์นาโนช่วยผลิตอัตราสูงเอาวัสดุสำหรับ CMP ใช้วัสดุแข็งเปราะ กัดกร่อนไดมอนด์ในมาสลบทิ้ง หรือเอาพื้นผิวของวัสดุแข็งเปราะกลไก และพื้นผิวที่เกิดจากความเครียดมากขึ้นทำปฏิกิริยากับสารเคมี ปริมาณการกัดกร่อนไดมอนด์ในมาสสามารถช่วยส่งเสริมความสามารถกำจัดรอยขีดข่วนสูงของสารละลาย CMP กัดกร่อน colloidal นส่วนในมาสเอาชั้นของสารเคมีปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นและความหยาบของซิลเวอร์นาโน ในการศึกษานี้ เราใช้มาสเพื่อขัดถูกลระหว่าง CMP ในที่สุด สารละลายซิลิก้า colloidal เอาความหยาบซิลเวอร์นาโนวัสดุเปราะ – ยากในขั้นตอนสุดท้าย CMP การบด – CMP ELID สามารถลดเวลาในการประมวลผลรวมระหว่างผิววัสดุ – แข็งเปราะ และให้คุณภาพผิว

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

คาร์ไบด์ซิลิกอน (sic), แกลเลียม nitride (กัน) และไพลิน (α-Al2O3) จะถูกนำมาใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับไดโอดเปล่งแสง (LED) ปัจจุบันกานเป็นสิ่งที่ท้าทาย SiC และไพลินสำหรับการผลิตเลเซอร์สีฟ้า [1], [2] และ [3] และถูกมองว่าเป็นทางออกที่เป็นไปได้สำหรับรุ่นต่อไป LED สีขาวส่องสว่างในตลาด SiC, กานและไพลินจะยากที่จะสร้างกลไกเนื่องจากลักษณะเปราะยากของพวกเขา; นอกจากนี้พวกเขาจะมีความเสถียรทางเคมี [4] [5] และ [6] เนื่องจากอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ในระดับสูงโดยใช้พื้นผิวที่ต้องใช้พื้นผิวอย่างสมบูรณ์ปราศจากข้อบกพร่องพื้นผิวเสร็จสิ้นกระบวนการที่ได้รับการยกย่องว่าเป็นขั้นตอนที่สำคัญในกระบวนการ wafering พื้นผิวเรียบและปราศจากข้อบกพร่องเป็นสิ่งจำเป็นในการได้รับชั้น epitaxial ดี ลีและจอง [7] รายงานว่า SiC และกานเป็นเรื่องยากที่จะขัด (DTA) -difficult ที่จะตอบสนอง (DTR) วัสดุเพราะความแข็งสูงของพวกเขาและลักษณะปฏิกิริยาทางเคมี ดังนั้นพื้นผิวเสร็จสิ้นกระบวนการเหล่านี้วัสดุที่ยากเปราะไฟ LED สำหรับใช้เวลานานเนื่องจากสารเคมีและลักษณะทางกลของพวกเขา ค่าความแข็งของ SiC, ไพลินและกานเป็น ~32.4, 28 และ 10.2 GPa ตามลำดับ [8] และ [9] เครื่องจักรกลพื้นผิวที่ดีและขัดของวัสดุเปราะยากสำหรับการใช้งานออปโตอิเล็กทรอนิกส์อาจเกิน 80% ของค่าใช้จ่ายทั้งหมด [10] ดังนั้นจึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตสำหรับวัสดุที่ยากเปราะที่มีพื้นผิวที่ดี ในบทความนี้เราแนะนำลำดับขั้นตอนการพื้นผิวใหม่โดยใช้กระบวนการลำดับการจ้างงานรวมทั้งการตกแต่งด้วยไฟฟ้าในกระบวนการ (ELID) บดและสารเคมีที่ขัดกล (CMP) โดยการนำ ELID บดแทนขัดเครื่องกลทั่วไปซึ่งมีประสิทธิภาพการผลิตต่ำ. 1.1 . กระบวนการ wafering ธรรมดาสำหรับวัสดุที่ยากเปราะทั่วไปเวเฟอร์ถูกประดิษฐ์ผ่านลิ่มเจริญเติบโตบดภายนอกเลื่อยลวดหลายเจียรขอบขัดขัดกลและซีเอ็มพี [11] ผ่านการบดภายนอกขัดรูปร่างเรขาคณิตของเวเฟอร์จะถูกกำหนด ผ่านขั้นตอนการขัดผิวเวเฟอร์เป็นประมาณออกและเรียบหยาบของเวเฟอร์จะถูกกำหนด พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์จะขัดแล้วโดยขัดกลใช้วัสดุเพชรที่มีขนาดลดลงอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายชั่วโมง นี้จะเอาพื้นผิวที่เสียหายโดยอัตโนมัติหลังจากที่ซัดสาดและเพื่อลดความขรุขระของผิว ขัดวิศวกรรมต้องใช้เวลามาก (มากกว่า 2 หรือ 3 ชั่วโมง) ให้เสร็จสิ้นกระบวนการเนื่องจากลักษณะทางกลของวัสดุที่ยากเปราะ วัตถุประสงค์ของกระบวนการ CMP คือการลบชั้นความเสียหายที่เกิดจากการขัดกลและเพื่อให้ได้คุณภาพผิวสูง กระบวนการแบบเดิม CMP ประกอบด้วยกลุ่มซีเอ็มพีและซีเอ็มพีขั้นสุดท้าย กระบวนการ CMP ใช้วัสดุซิลิกาคอลลอยด์เอาชั้นความเสียหายที่เกิดจากการขัดและขัดเงากล แต่ก็ยังต้องใช้เวลานานเพื่อให้ได้พื้นผิวที่ดีโดยซีเอ็มพี. ยกตัวอย่างเช่นเวลาที่กระบวนการทั้งหมดจากกลขัดกับกระบวนการ CMP ในกระบวนการ SiC wafering เป็นมากกว่า 6 ชั่วโมง มะเดื่อ 1 แสดงตัวอย่างของพื้นผิว SiC วัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) หลังจากที่ขัดกลและซีเอ็มพีโดยใช้สารละลายซิลิกาคอลลอยด์ [12] สำหรับขั้นตอนการขัดกลประกอบด้วยสามขั้นตอนการขัดผิวโดยใช้ 1, 0.25 และ 0.1 ไมโครเมตรขัดเพชรเส้นผ่าศูนย์กลางแต่ละขั้นตอนขัดกลเอา 1 ชั่วโมงและระยะเวลาดำเนินการขัดกลรวมของกลขัด 3 ชั่วโมง พื้นผิวที่ขรุขระสุดท้ายของ SiC หลังจากขัดกลมีประมาณ 1 นาโนเมตรของ Ra แต่บางรอยขีดข่วนขนาดเล็กถูกทิ้งไว้บนพื้นผิว SiC หลังจากขัดกล หลังจากที่ซีเอ็มพีด้วยสารละลายซิลิกาคอลลอยด์รอยขีดข่วนไม่ถูกเอาออกอย่างสมบูรณ์เพราะขัดซิลิกาคอลลอยด์มีอัตราการกำจัดวัสดุที่ต่ำมากและมีความกว้างของรอยขีดข่วนกว้างขึ้นเนื่องจากอัตราการกำจัดที่สูงขึ้นในพื้นที่เน้นรอบรอยขีดข่วนเมื่อเทียบกับรอยขีดข่วนฟรี พื้นที่ แม้ว่ากระบวนการ CMP ได้ดำเนินการเป็นเวลา 3 ชั่วโมง, รอยขีดข่วนไม่ถูกเอาออกได้อย่างสมบูรณ์แบบ. ภาพขนาดเต็ม (167 K) รูป . 1 ตัวอย่างของพื้นผิว SiC วัดที่มี AFM หลังจากขัดกลและซีเอ็มพีโดยใช้สารละลายซิลิกาคอลลอยด์ (ก) หลังจากที่ขัดกล (ข) หลังวันที่ 1 ชั่วโมงของซีเอ็มพี (ค) หลังจาก 2 ชั่วโมงของซีเอ็มพีและ (ง) หลังจาก 3 ชั่วโมงของซีเอ็มพี [12]. เลือกรูปที่1.2 Sequential ELID บด-CMP กระบวนการที่จะเอาชนะเวลากระบวนการที่ยาวที่จำเป็นสำหรับการขัดกลเราเสนอกระบวนการบด ELID แทนขัดกลดังแสดงในรูป 2. เครื่องจักรกลของวัสดุแข็งและเปราะได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยากมากและใช้เวลานานโดยใช้กระบวนการเครื่องจักรทั่วไป พื้นผิวของวัสดุที่ยากเปราะสามารถ smoothened โดยใช้กระบวนการบด ELID เทคนิค ELID บดพนักงานโลหะหรือเรซินถูกผูกมัดบดล้อที่สามารถสวมใส่ด้วยไฟฟ้าในระหว่างขั้นตอนการบด ดังนั้นการกัดกร่อนบนล้อบดจะยื่นออกมาอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการ เทคนิคการบด ELID ได้รับการยอมรับในฐานะที่เป็นรัฐของเทคโนโลยีที่ทันสมัยที่เอาชนะข้อ จำกัด ของกระบวนการบดแบบดั้งเดิม Murata และคณะ [13] แนะนำ ELID ในปี 1985 และ Ohmori และนาคากา [14] ดีขึ้นต่อไปว่ามันจะเหมาะสำหรับการบดล้อซุปเปอร์ขัด เทคนิคการบด ELID มีการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของการบดธรรมดาและได้รับการใช้ในการสร้างพื้นผิวของวัสดุแข็งโดยใช้การแต่งกายในกระบวนการของการล้อจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ในขั้นตอนนี้เหล็กหล่อผูกมัดหรือโลหะเรซินถูกผูกมัดล้อเพชรที่แนบมากับขั้วบวกขณะที่ขั้วลบวางอยู่ใกล้พื้นผิวของล้อสำหรับปฏิกิริยา anodic โดยการจัดหาของเหลวในปัจจุบันและไฟฟ้าลงในช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างขั้วไฟฟ้าและ ล้อบด พื้นผิวของล้อจะแตกตัวเป็นไอออนและฟิล์มฟิล์มจะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาขั้วบวก electrolyzation อย่างต่อเนื่องของพื้นผิวพันธบัตรล้อทำให้โหนกขัดต่อเนื่อง; เพื่อให้ความคมชัดของล้อเพชรพันธบัตรโลหะสามารถมั่นใจได้ตลอดทั้งกระบวนการบด ELID บดมีข้อได้เปรียบในการบดที่มีประสิทธิภาพสูงของวัสดุแข็งและเปราะ ในแง่นี้เทคนิค ELID บดสามารถใช้เป็นขั้นตอนที่มีต่อกระบวนการ CMP เพราะชั้นออกไซด์ฉนวนเกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีสร้างผลกระทบในระหว่างการขัดบดจึงช่วยเพิ่มคุณภาพผิว. ภาพขนาดเต็ม (66 K) รูป 2. กระแสกระบวนการของกระบวนการ wafering ธรรมดาและกระบวนการ wafering เสนอ. รูปที่ตัวเลือกกระบวนการ CMP สามารถให้ผิวเรียบเนียนโดยการลบชั้นเสียหาย CMP ใช้การกระทำซึ่งกันและกันของการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีและการขัดถูกลเพื่อเอาวัสดุออกจากพื้นผิวความเสียหายฟรี CMP เป็นขั้นตอนการกำจัดวัสดุที่เวเฟอร์จะหมุน; ต่อมาพื้นผิวเวเฟอร์ถูกกดกับแผ่นที่ใช้พอลิเมอหมุนกับสารละลายที่มีอนุภาคและสารเคมี กระบวนการ CMP ใช้ผสมซิลิกาคอลลอยด์เดิมต้องใช้เวลาขั้นตอนมากเกินไปเพราะอัตราการกำจัดต่ำสำหรับวัสดุแข็งและเปราะ นอกจากนี้มันเป็นเรื่องยากที่จะเอารอยขีดข่วนที่เกิดจากการขัดกลเช่นกัน การศึกษาก่อนหน้าของเรา [15] และ [16] พบว่าสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนผสม (MAS) ประกอบด้วยขัดซิลิกาคอลลอยด์และการกัดกร่อนนาโนเพชรช่วยสร้างอัตราการกำจัดวัสดุที่สูงสำหรับ CMP ใช้กับวัสดุที่ยากเปราะ ขัดเพชร MAS เกากลไกหรือลบพื้นผิวของวัสดุที่ยากเปราะและพื้นผิวที่เกิดจากปฏิกิริยามากขึ้นอย่างรวดเร็วด้วยสารเคมี ปริมาณขนาดเล็กของการกัดกร่อนเพชร MAS สามารถนำไปสู่ความสามารถในการกำจัดรอยขีดข่วนสูงของสารละลาย CMP ขัดซิลิกาคอลลอยด์ใน MAS ลบชั้นปฏิกิริยาทางเคมีและความขรุขระขนาดนาโน ในการศึกษาครั้งนี้เราใช้ MAS เพื่อเพิ่มรอยขูดขีดในระหว่างกระบวนการ CMP สุดท้ายผสมซิลิกาคอลลอยด์ขจัดความหยาบกร้านขนาดนาโนของวัสดุเปราะยากในขั้นตอนสุดท้ายซีเอ็มพี กระบวนการ ELID บด-CMP สามารถลดเวลาการประมวลผลทั้งหมดในพื้นผิวเสร็จสิ้นกระบวนการของวัสดุที่ยากเปราะและมีคุณภาพผิวสูง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ซิลิคอนคาร์ไบด์ ( Sic ) แกลเลียมไนไตรด์ ( กัน ) และ พลอย ( แอลฟา Al2O3 ) จะถูกใช้เป็นสารอาหารสำหรับไดโอดเปล่งแสง ( LED ) ในปัจจุบัน โดยเป็นสิ่งที่ท้าทาย SIC และซัฟไฟร์สำหรับเลเซอร์สีฟ้าผลิต [ 1 ] , [ 2 ] และ [ 3 ] และถูกมองว่าเป็นทางออกที่เป็นไปได้สำหรับรุ่น LED สีขาวในตลาดการส่องสว่าง ใช่ ,กัน และ ไพลิน ยากที่จะสร้างกลไก เนื่องจากยากและเปราะคุณลักษณะของพวกเขา นอกจากนี้พวกเขามีเสถียรทางเคมี [ 4 ] , [ 5 ] [ 6 ] เพราะอุปกรณ์เชิงพาณิชย์ระดับการใช้พื้นผิวต้องสมบูรณ์บกพร่องพื้นผิวฟรี กระบวนการพื้นผิวได้รับการถือว่าเป็นขั้นตอนที่สำคัญใน wafering กระบวนการเรียบเนียนและข้อบกพร่องที่พื้นผิวพื้นผิวฟรีเป็นสิ่งจำเป็นในการได้รับ epitaxial ชั้นดี ลีและจอง [ 7 ] และรายงานว่า SIC กานยากที่จะขัด ( dta ) –ยากที่จะตอบสนอง ( DTR ) วัสดุเฉื่อยทางเคมีเพราะความแข็งสูงและคุณลักษณะของพวกเขา ดังนั้นกระบวนการเสร็จสิ้นพื้นผิวเหล่านี้ยากและเปราะวัสดุสำหรับไฟใช้เวลานานเนื่องจากทางเคมีและคุณสมบัติทางกล ความแข็งค่าของ SiC แซฟไฟร์และกาน มี∼ 32.4 , 28 และ 10.2 GPA ตามลำดับ [ 8 ] และ [ 9 ] ผิวที่ดีมาก และขัดวัสดุแข็งเปราะและใช้ Opto อิเล็กทรอนิกส์ อาจเกิน 80% ของต้นทุนทั้งหมด [ 10 ] ดังนั้นมันเป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตสำหรับ–วัสดุแข็งเปราะ กับผิวดี ในกระดาษนี้เราแนะนำลำดับกระบวนการพื้นผิวใหม่โดยใช้กระบวนการลำดับการแต่งตัว ( elid ) โดยกระบวนการบดและขัดเคมีเชิงกล ( CMP ) โดยการใช้ elid บดแทนขัดกลทั่วไปซึ่งมี ประสิทธิภาพการผลิตต่ำ

1.1 . ปกติ wafering กระบวนการสำหรับวัสดุแข็งเปราะ (
ทั่วไป เวเฟอร์ สร้างผ่านการบดโลหะภายนอกหลายลวดเลื่อยขอบบด , ขัด , เครื่องกลและขัด CMP [ 11 ] ผ่านการบดขัดภายนอก รูปทรงเรขาคณิตของเวเฟอร์จะถูกกำหนด ผ่านกระบวนการขัด ,พื้นผิวเวเฟอร์ คือประมาณ ลบและความขรุขระของเวเฟอร์จะถูกกำหนด พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ จากนั้นขัดด้วยขัดกลการลดขนาดของเพชรขัดอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายชั่วโมง นี้เอาความเสียหายพื้นผิวหลังจากขัดและการลดความหยาบของพื้นผิวขัดกลใช้เวลามาก ( มากกว่า 2 หรือ 3 H ) เพื่อเสร็จสิ้นกระบวนการ เนื่องจากลักษณะทางกลศาสตร์ของวัสดุเปราะ และหนัก วัตถุประสงค์ของกระบวนการ CMP คือการลบความเสียหายที่เกิดจากชั้นขัดและขัดกล และเพื่อให้บรรลุคุณภาพสูงพื้นผิว กระบวนการประสิทธิภาพปกติประกอบด้วยประสิทธิภาพประสิทธิภาพและเป็นกลุ่มสุดท้ายกระบวนการที่ใช้ซิลิกาคอลลอยด์ ประสิทธิภาพขัดเอาชั้นเสียหายที่เกิดจาก ขัดและขัดกล อย่างไรก็ตาม ยังต้องใช้เวลานานเพื่อให้ได้พื้นผิวได้โดย CMP .

ตัวอย่าง รวมเวลาตั้งแต่กระบวนการขัดเชิงกล sic wafering ประสิทธิภาพกระบวนการในกระบวนการมากกว่า 6 ชั่วโมง ภาพประกอบ1 แสดงให้เห็นตัวอย่างของพื้นผิว SIC วัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม ( AFM ) หลังจากขัดกลและ CMP Slurry ใช้ซิลิกาคอลลอยด์ [ 12 ] สำหรับกระบวนการขัดเชิงกลประกอบด้วยสามขั้นตอนการขัด 1 , 0.1 และ 0.25 เมตรμเพชรขัดแต่ละกลขัดขั้นตอนใช้เวลาไป 1 ชั่วโมงกระบวนการขัดเชิงกลและรวมเวลาขัดกล 3 ชั่วโมงสุดท้าย หลังจากขัดพื้นผิวขรุขระของ SIC เครื่องกลประมาณ 1 นาโนเมตรของรา แต่บางไมโครรอยขีดข่วนถูกทิ้งไว้บนพื้นผิวหลังจากขัดลูกกล หลังจาก CMP กับซิลิกาคอลลอยด์ เสียรอยขีดข่วนไม่ลบออกอย่างสมบูรณ์เพราะขัดซิลิกาคอลลอยด์มีต่ำมากอัตราการกำจัดวัสดุ และมีขนาดกว้างกว่ารอยขีดข่วนเนื่องจากอัตราการกำจัดในเน้นบริเวณรอยขีดข่วนเมื่อเทียบกับรอยขีดข่วนพื้นที่ฟรี แม้ว่ากระบวนการ CMP ทดลอง 3 H , รอยขีดข่วนไม่สมบูรณ์ออก

ภาพขนาดเต็ม ( 167 K )
รูปที่ 1
ตัวอย่างของ SIC พื้นผิวหลังจากขัดด้วย AFM วัดเชิงกลและโดยใช้ซิลิกาคอลลอยด์ที่มีประสิทธิภาพ ( ) หลังจากขัดกล ( ข ) หลังจาก 1 ชั่วโมงของ CMP ( C ) หลังจาก 2 ชั่วโมงของ CMP ( D ) หลังจาก 3 ชั่วโมงของ CMP [ 12 ] .

รูปตัวเลือก 1.2 ลำดับ elid กระบวนการบด CMP –
ที่จะเอาชนะกระบวนการยาว เวลาที่ต้องใช้สำหรับขัดเชิงกลเราเสนอ elid กระบวนการบดแทนขัดกล ดังแสดงในรูปที่ 2 ชิ้นของวัสดุที่แข็งและเปราะ ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นเรื่องยากและต้องใช้เวลามากในการใช้กระบวนการกลึงธรรมดา พื้นผิวของวัสดุแข็งเปราะและสามารถใช้ elid smoothened กระบวนการบด .elid คัฟเทคนิคใช้โลหะหรือเรซินบอนด์ล้อบดที่สามารถบด electrolytically สวมใส่ในระหว่างกระบวนการ ดังนั้น ขัดในล้อบดอย่างต่อเนื่องโดยมีในระหว่างกระบวนการ การ elid คัฟเทคนิคที่ได้รับการยอมรับว่าเป็นรัฐของเทคโนโลยีศิลปะที่เอาชนะข้อ จำกัด ของดั้งเดิมกระบวนการบด . มุรธา et al .[ 13 ] แนะนำ elid ในปี 1985 และ ohmori และนากา [ 14 ] ปรับปรุงเพิ่มเติมให้เหมาะสมกับซุปเปอร์ abrasive คัฟล้อ การ elid คัฟเทคนิคมีการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบบบดและได้รับการใช้ในการสร้างพื้นผิวของวัสดุแข็งโดยใช้กระบวนการตกแต่งล้อโดยปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ในกระบวนการนี้เหล็กหล่อโลหะผูกมัดและผูกมัดหรือเรซิ่นล้อเพชรติดขั้วไฟฟ้าบวก ในขณะที่ขั้วไฟฟ้าลบวางอยู่ใกล้พื้นผิวของล้อสำหรับปฏิกิริยาการโดยการจัดหาในปัจจุบันและโดยของเหลวในช่องว่างเล็กๆ ระหว่างขั้วไฟฟ้า และล้อบด พื้นผิวของล้อรุ่นและฟิล์มแพซซิเวชั่น เกิดจากปฏิกิริยาการ .การ electrolyzation อย่างต่อเนื่องของล้อขัดผิวทำให้บอนด์แพลมอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น ความคมชัดของพันธบัตรโลหะเพชรล้อบดสามารถมั่นใจได้ตลอดกระบวนการ elid คัฟมีข้อดีในประสิทธิภาพสูงบดแข็งและเปราะ วัสดุ ในความรู้สึกนี้elid คัฟเทคนิคสามารถใช้เป็นขั้นตอนต่อขั้นตอน CMP เพราะฉนวนชั้นออกไซด์ที่เกิดจากปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีสร้างผลในระหว่างการบดขัดจึงเพิ่มคุณภาพผิว

ภาพขนาดเต็ม ( 66 K )
รูปที่ 2 การไหลของกระบวนการ wafering
กระบวนการปกติ และเสนอ wafering

รูปเลือกกระบวนการกระบวนการ CMP สามารถมีพื้นผิวเรียบ โดยเอาความเสียหายของชั้น ประสิทธิภาพการใช้กฎของปฏิกิริยาทางเคมีและเครื่องกลรอยขูดลบเนื้อหาออกความเสียหายพื้นผิวฟรี ซีเอ็มพี เป็นวัสดุกระบวนการกำจัดที่เวเฟอร์จะหมุน ; ต่อมากดหมุนพื้นผิวเวเฟอร์กับพอลิเมอร์จากรองด้วยสารละลายที่มีอนุภาคและสารเคมีการใช้สารละลายซิลิกาคอลลอยด์ ซีเอ็มพี แบบต้องใช้เวลามากเกินไปในกระบวนการ เพราะมีอัตราการกำจัดต่ำสำหรับวัสดุแข็งและเปราะ . นอกจากนี้มันเป็นเรื่องยากที่จะลบรอยขีดข่วนที่เกิดจากการขัดเครื่องกลได้เป็นอย่างดีของเราก่อนหน้านี้และการศึกษา [ 15 ] [ 16 ] พบว่าสารละลายผสมทราย ( MAS ) ซึ่งประกอบด้วยซิลิกาคอลลอยด์และขัดขัดเพชรนาโน ช่วยผลิตวัสดุสำหรับประสิทธิภาพสูงอัตราการกำจัดใช้วัสดุเปราะ ( ยาก เพชรขัด Mas การขีดหรือลบพื้นผิวของวัสดุที่แข็งและเปราะ และ stress-induced พื้นผิวตอบสนองมากขึ้นพร้อมด้วยสารเคมีปริมาณน้อยของผงขัดเพชร Mas สามารถมีส่วนร่วมในการกำจัดรอยขีดข่วนสูงความสามารถของ CMP Slurry . การกัดกร่อนในซิลิกาคอลลอยด์ มาสลบต่อปฏิกิริยาที่ชั้นและ nanoscopic ขรุขระ ในการศึกษานี้ เราใช้แต่เพิ่มกลการเสียดสีในระหว่างกระบวนการ CMP . ในที่สุดซิลิกาคอลลอยด์น้ำขจัดความหยาบ nanoscopic ของวัสดุแข็งเปราะ และประสิทธิภาพในขั้นตอนสุดท้าย การ elid คัฟ–ประสิทธิภาพกระบวนการสามารถลดเวลาการประมวลผลทั้งหมดในพื้นผิวเสร็จสิ้นกระบวนการของวัสดุเปราะ และฮาร์ดดิสก์ และให้คุณภาพผิว