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更新時間：2026-01-14 
瀏覽次數：18Noritake針對碳化硅（SiC）單晶傳統拋光工藝中存在的效率低下與表面損傷難以兼顧的問題，本研究提出了一種基于LHA（Loosely Held Abrasive）半固著磨粒拋光墊的新型拋光工藝。通過在φ6英寸4H-SiC單晶晶圓上的應用實驗，驗證了該技術在保持高表面質量的同時，將研磨效率提升了1.7倍，并實現了原子級無損傷的表面結構，為下一代功率半導體器件的制造提供了高效、高品質的加工解決方案。
在功率半導體領域，碳化硅（SiC）因其禁帶寬度大、臨界電場高、熱導率高等優異性能，被視為繼硅（Si）之后的下一代核心半導體材料，廣泛應用于電動汽車、光伏逆變器等領域。然而，SiC極的高的硬度（莫氏硬度接近金剛石）導致其加工極其困難。
傳統的SiC拋光主要依賴游離磨粒拋光（Free Abrasive Polishing）和固結磨粒拋光（Fixed Abrasive Polishing）兩種方式，二者均存在顯著局限性：
游離磨粒拋光： 磨粒分散在液體中，作用點分散不均，難以實現高平坦化，且極易產生劃痕（Scratch）。
固結磨粒拋光： 磨粒固定在基體中，雖然平坦度較好，但有效作用磨粒數少，導致研磨效率低，且單顆磨粒負荷大，容易產生加工損傷。
為了解決上述矛盾，Noritake（則武）開發了LHA（Loosely Held Abrasive）半固著磨粒拋光墊。該技術旨在結合游離磨粒的高效率與固結磨粒的高平坦性，實現“加工的高能率化與加工面的高品位化"。
LHA拋光墊的核心在于其獨特的微觀結構設計。與傳統拋光墊不同，LHA采用網狀樹脂結構（Mesh Resin Structure），將磨粒“夾持"在其中（如文檔圖3、圖4所示）。
作用機制： 磨粒不能從原位大幅移動，但可以在網狀結構中發生滾動（Rolling）。
工作原理：
均勻作用： 磨粒被限制在特定區域，作用點分散無偏移，克服了游離磨粒分布不均的缺點。
高效切削： 相比固結磨粒，LHA結構擁有更多的有效作用磨粒數，且磨粒能以滾動方式切削工件，顯著降低了單顆磨粒的負荷。
配合強氧化劑： 實驗中配合使用了強氧化劑拋光液（LSC-1），利用化學機械協同作用軟化SiC表面，進一步提升研磨能率。
為了驗證LHA拋光墊在大尺寸SiC晶圓上的應用潛力，本研究進行了針對性的實驗。
實驗設備： φ36英寸單面拋光機。
實驗對象（Workpiece）： φ6英寸SiC單晶（4H型），切出角4°，共3片。
對比組： 傳統無紡布拋光墊（游離磨粒法） vs LHA拋光墊 + 強氧化劑拋光液。
工藝參數：
壓力：30kPa
轉速：35 rpm
加工時間：2小時
實驗數據表明，LHA拋光墊在φ6英寸4H-SiC單晶加工中表現出卓的越的性能，具體分析如下：
4.1 研磨效率的顯著提升如文檔圖8所示，LHA拋光墊的研磨速率（Removal Rate）達到了傳統游離磨粒法的1.7倍。
這一數據打破了“高效率往往伴隨高粗糙度"的傳統認知。LHA技術通過網狀結構的滾動切削機制，在大幅提升Material Removal Rate (MRR)的同時，保持了優異的加工性能。
4.2 表面粗糙度與微觀形貌
表面粗糙度（Ra）： 實驗結果顯示，LHA拋光后的表面粗糙度與傳統游離磨粒法基本保持同等水平（文檔圖9），并未因效率提升而變差。
微觀凹凸： 如文檔圖10所示，LHA拋光后的表面微觀凹凸更加細密、均勻。這表明LHA技術能實現更均質的研磨效果，有效解決了游離磨粒法中因磨粒分布不均導致的表面起伏問題。
4.3 表面完整性與損傷分析（TEM觀測）這是本研究最關鍵的發現。利用透射電子顯微鏡（TEM）對拋光后的SiC晶圓截面進行觀察，結果如下：
晶體結構： 文檔圖12清晰顯示，LHA拋光后的SiC晶圓表層，原子排列清晰可見，無任何晶體紊亂（Disorder）。
損傷層： 與傳統方法相比，LHA拋光實現了真正的“無損傷"加工。這意味著在去除材料的同時，沒有對晶格結構造成破壞，晶圓達到了可直接制造功率器件的高品質要求。
劃痕對比： 文檔圖11直觀展示了傳統游離磨粒法存在明顯的劃痕，而LHA拋光完的全無劃痕。
本研究表明，基于LHA半固著磨粒拋光墊的工藝，成功解決了SiC單晶加工中效率與質量難以平衡的難題。
高效性： 相比傳統無紡布拋光，效率提升了70%（1.7倍），大幅降低了制造成本。
高品質： 實現了原子級平整的表面，且無晶體損傷和劃痕，滿足了高的端功率器件的制造標準。
應用前景： LHA技術不僅適用于SiC，目前已確認在硅（Si）晶圓、GaN（氮化鎵）等硬脆材料加工中同樣具有巨大潛力。其獨特的“網狀樹脂夾持磨粒"結構，為電子、半導體及MEMS領域的精密拋光提供了一種革命性的技術路徑。
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