切割工序

SiC襯底切(qie)(qie)(qie)割(ge)是將晶(jing)(jing)棒切(qie)(qie)(qie)割(ge)為晶(jing)(jing)片，切(qie)(qie)(qie)割(ge)方式有內(nei)圓(yuan)(yuan)和外圓(yuan)(yuan)兩種。由于SiC價(jia)格(ge)高，外圓(yuan)(yuan)、內(nei)圓(yuan)(yuan)刀(dao)片厚度較大，切(qie)(qie)(qie)割(ge)損耗(hao)高、生產效率低，加大了襯底的成本(ben)。直徑(jing)較大的晶(jing)(jing)體，內(nei)圓(yuan)(yuan)、外圓(yuan)(yuan)切(qie)(qie)(qie)割(ge)會(hui)造成刀(dao)具變形和振動，影響加工質量，所以大直徑(jing)的單(dan)晶(jing)(jing)內(nei)圓(yuan)(yuan)和外圓(yuan)(yuan)不是首選(xuan)。

多線切割使用的是電鍍金剛石的(de)鋼線(xian)(xian)(xian)（又稱(cheng)為鉆(zhan)石線(xian)(xian)(xian)），鉆(zhan)石線(xian)(xian)(xian)高速運動（500m/min），在偏轉(zhuan)輥(gun)(gun)(gun)、收線(xian)(xian)(xian)輥(gun)(gun)(gun)、放(fang)線(xian)(xian)(xian)輥(gun)(gun)(gun)和測量輥(gun)(gun)(gun)等 的(de)牽(qian)引下(xia)圍(wei)繞線(xian)(xian)(xian)軸形(xing)成一張線(xian)(xian)(xian)網，對上方或者下(xia)面(mian)的(de)晶棒切割(ge)，從而(er)實(shi)現多線(xian)(xian)(xian)切割(ge)，其示意圖(tu)如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示。

鉆(zhan)(zhan)石線(xian)的直徑(jing)有150-300um（一片(pian)SiC襯(chen)底的厚度在300um左右(you)(you)，意味著用(yong)線(xian)鋸(ju)來切，切一片(pian)就要損(sun)耗一片(pian)，這也是影響良(liang)(liang)率(lv)的關鍵因素之一），。在切割過(guo)程中需要保(bao)證鉆(zhan)(zhan)石線(xian)隨線(xian)軸擺動在一個(ge)非常(chang)小的角度范圍內，切割過(guo)程中減小左右(you)(you)振動，就可以保(bao)證切割的效率(lv)、良(liang)(liang)率(lv)以及切割過(guo)后(hou)表面的平整度。

研磨工序

除去切片過程中造成的表面損傷層，提高表面質量并盡量減少對襯底造成的表面損傷與變質。SiC硬度高，除去其表面損傷層就要用硬度更高的碳化硼或金剛石微粉。

根據工藝的不同磨削可以(yi)分粗(cu)磨(mo)(mo)(mo)和(he)精磨(mo)(mo)(mo)，粗(cu)磨(mo)(mo)(mo)主要是提(ti)高加工效(xiao)率，使用較大的(de)磨(mo)(mo)(mo)粒(li); 而精磨(mo)(mo)(mo)是以(yi)提(ti)高表面質量、降(jiang)低表面損傷(shang)層為目的(de)，因此使用粒(li)徑更小的(de)磨(mo)(mo)(mo)粒(li)。

在下(xia)(xia)(xia)壓力作(zuo)用下(xia)(xia)(xia)，首先使工件(jian)發生塑性形變，荷載的(de)增加(jia)會(hui)導(dao)致垂(chui)直方向(xiang)微裂紋的(de)出(chu)現(xian)，進而(er)再產(chan)生橫向(xiang)微裂紋，當作(zuo)用力達(da)到某一數值時，裂紋擴展導(dao)致表面碎屑的(de)脫落，進而(er)達(da)到加(jia)工目的(de)，如(ru)圖(tu)下(xia)(xia)(xia)圖(tu)所示(shi)。

研磨有單面磨和雙面磨，單面磨一次只能磨削襯底的一個面，雙面研磨具有上、下兩個研磨(mo)盤，可以(yi)同(tong)時研磨(mo)襯底的(de)兩個面。單(dan)面磨(mo)、雙面磨(mo)的(de)表面粗糙度(du)與使用(yong)的(de)磨(mo)粒及(ji)研磨(mo)液有關，不同(tong)加工(gong)方式導致工(gong)件翹曲(qu)度(du)和平面度(du)不同(tong)。

單面(mian)磨，襯底用蠟(la)粘(zhan)在鋼盤上(shang)(shang)，通過(guo)(guo)施加壓力，襯底基片發生(sheng)微變形(xing)(xing)(xing)，上(shang)(shang)表面(mian)被(bei)壓平(ping)(ping); 經過(guo)(guo)磨削過(guo)(guo)程(cheng)后， 下(xia)表面(mian)被(bei)磨平(ping)(ping); 去除壓力之后， 襯底發生(sheng)微變形(xing)(xing)(xing)， 上(shang)(shang)表面(mian)基本恢復到原來的形(xing)(xing)(xing)狀， 造成(cheng)被(bei)磨平(ping)(ping)的下(xia)表面(mian)也發生(sheng)變形(xing)(xing)(xing)， 這就造成(cheng)了兩個表面(mian)發生(sheng)翹曲變形(xing)(xing)(xing)，平(ping)(ping)面(mian)度變差(cha)，變形(xing)(xing)(xing)過(guo)(guo)程(cheng)如下(xia)圖(tu)。

為保證加工襯(chen)底(di)的(de)(de)表面(mian)(mian)質(zhi)量(liang)，進行雙面(mian)(mian)研(yan)磨(mo)(mo)之前上(shang)、下(xia)研(yan)磨(mo)(mo)盤具(ju)有(you)非常高(gao)的(de)(de)平(ping)(ping)面(mian)(mian)度。雙面(mian)(mian)研(yan)磨(mo)(mo)盤首先(xian)施壓工件最高(gao)點(dian)(dian)，使該處發生(sheng)變形并逐(zhu)漸被磨(mo)(mo)平(ping)(ping)，高(gao)點(dian)(dian)被逐(zhu)漸磨(mo)(mo)平(ping)(ping)后(hou)，襯(chen)底(di)所受(shou)壓力(li)(li)逐(zhu)漸減小，襯(chen)底(di)均勻受(shou)力(li)(li)，使各處變形一致，這(zhe)樣(yang)上(shang)、下(xia)表面(mian)(mian)都(dou)被磨(mo)(mo)平(ping)(ping)。研(yan)磨(mo)(mo)完成(cheng)后(hou)去(qu)除壓力(li)(li)，各處由于(yu)受(shou)相(xiang)同壓力(li)(li)作用，恢復(fu)的(de)(de)程度也(ye)相(xiang)同，這(zhe)樣(yang)能(neng)實現非常小的(de)(de)翹曲變形，平(ping)(ping)面(mian)(mian)度也(ye)較好，工作過程如下(xia)圖所示。雙面(mian)(mian)研(yan)磨(mo)(mo)可以改善SiC襯(chen)底(di)的(de)(de)翹曲度與平(ping)(ping)面(mian)(mian)度。

拋光工序

SiC襯底一般使用(yong)化學機械拋(pao)光(guang)法（CMP：Chemical Mechanical Polishing）。在(zai)經(jing)過(guo)研(yan)磨(mo)去(qu)除量達到一定程度的(de)情況下，微(wei)小磨(mo)粒(li)的(de)在(zai)加工液(ye)中產(chan)(chan)生拋(pao)光(guang)切削作用(yong)，通過(guo)工件與轉軸的(de)相(xiang)互(hu)作用(yong)，產(chan)(chan)生更細的(de)微(wei)裂紋，滿足粗糙度要求(qiu)，加工原(yuan)理如(ru)下圖所示(shi)。

SiC襯(chen)底(di)拋(pao)光的(de)設(she)備類同于研(yan)磨，但是(shi)使(shi)用的(de)拋(pao)光液(ye)不(bu)同。由(you)于SiC化(hua)(hua)學(xue)性質非(fei)常穩定，常溫下很難與其(qi)他(ta)化(hua)(hua)學(xue)物質發(fa)生反應，這(zhe)使(shi)得SiC襯(chen)底(di)在拋(pao)光過程中化(hua)(hua)學(xue)作用比較(jiao)微弱， 因(yin)此拋(pao)光液(ye)中磨粒不(bu)能太過鋒利(li)， 否則會繼續劃傷襯(chen)底(di)， 故經(jing)常使(shi)用硬度(du)比其(qi)小(xiao)的(de)二氧化(hua)(hua)硅溶膠。

根據(ju)需要選擇粗、精拋(pao)兩(liang)種工藝。質硬拋(pao)光(guang)(guang)墊(dian)可(ke)以(yi)(yi)獲(huo)(huo)(huo)得(de)(de)較(jiao)好(hao)的平面(mian)度(du)，質軟(ruan)(ruan)拋(pao)光(guang)(guang)墊(dian)可(ke)以(yi)(yi)獲(huo)(huo)(huo)得(de)(de)較(jiao)好(hao)的表面(mian)質量，所以(yi)(yi)粗拋(pao)光(guang)(guang)使用(yong)聚(ju)氨(an)酯拋(pao)光(guang)(guang)墊(dian)與金剛石拋(pao)光(guang)(guang)液， 以(yi)(yi)提(ti)高拋(pao)光(guang)(guang)效率(lv); 精拋(pao)光(guang)(guang)使用(yong)軟(ruan)(ruan)質瀝(li)青拋(pao)光(guang)(guang)墊(dian)和二氧化硅拋(pao)光(guang)(guang)液，以(yi)(yi)提(ti)高表面(mian)質量， 兩(liang)者(zhe)配合使用(yong)可(ke)在(zai)獲(huo)(huo)(huo)得(de)(de)較(jiao)高效率(lv)的同(tong)時取得(de)(de)納(na)米(mi)級(ji)甚至更小的表面(mian)粗糙(cao)度(du)。

研磨拋光液

拋光研磨液是拋光研磨技術中的重要組成部分，在加工過程中，其不僅具有磨削去除作用，還具備拋光工件的作用。拋光研磨液的組成包括：固相磨料和液(ye)相介質，其(qi)中液(ye)相介質一(yi)般(ban)包(bao)含：去離子水或油(you)（由(you)使用(yong)性(xing)(xing)決(jue)定(ding)）、分散劑、改性(xing)(xing)劑、表面活(huo)性(xing)(xing)劑等。研(yan)磨精度(du)由(you)磨料粒(li)度(du)決(jue)定(ding)，不(bu)(bu)同的研(yan)磨精度(du)適(shi)用(yong)不(bu)(bu)同的加工需要。下表介紹了不(bu)(bu)同研(yan)磨精度(du)與磨料粒(li)度(du)之(zhi)間的關系[5]。

加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)在(zai)液體加工(gong)(gong)液中進(jin)行(xing)，促使(shi)磨(mo)(mo)料顆粒與(yu)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)作用，從(cong)而(er)達到(dao)去除表面微(wei)量(liang)金屬的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)，最終使(shi)工(gong)(gong)件(jian)達到(dao)符合要求的(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)精度(du)與(yu)粗(cu)糙度(du)。傳統的(de)(de)(de)(de)研磨(mo)(mo)拋(pao)光通常(chang)是(shi)根據不(bu)同的(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)條件(jian)選(xuan)擇不(bu)同的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)料（性(xing)質、粒度(du)等(deng)不(bu)同），將加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)置于研磨(mo)(mo)墊或拋(pao)光盤上(shang)，用夾具裝置固定(ding)工(gong)(gong)件(jian)，再對工(gong)(gong)件(jian)施加一定(ding)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)，機床的(de)(de)(de)(de)主軸(zhou)旋轉(zhuan)從(cong)而(er)帶動(dong)磨(mo)(mo)盤進(jin)行(xing)行(xing)星轉(zhuan)動(dong)，磨(mo)(mo)盤與(yu)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)間(jian)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)對運(yun)動(dong)以及游離磨(mo)(mo)料的(de)(de)(de)(de)切(qie)削(xue)作用會使(shi)工(gong)(gong)件(jian)表面去除微(wei)薄量(liang)的(de)(de)(de)(de)材料，從(cong)而(er)達到(dao)加工(gong)(gong)的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)，拋(pao)光過程的(de)(de)(de)(de)加工(gong)(gong)示意圖如下(xia)圖所示。

材料(liao)(liao)的(de)去(qu)除率主要(yao)取決于游(you)離的(de)磨(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)作用(yong)，因此選擇合適的(de)磨(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)是制(zhi)(zhi)備(bei)精密(mi)拋光(guang)研磨(mo)(mo)(mo)制(zhi)(zhi)品(pin)的(de)關(guan)鍵因素。磨(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)相(xiang)對加(jia)工(gong)工(gong)件的(de)硬度(du)對磨(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)在磨(mo)(mo)(mo)削過程(cheng)中的(de)作用(yong)機(ji)制(zhi)(zhi)有(you)著重要(yao)影響，因此磨(mo)(mo)(mo)料(liao)(liao)大多選擇具(ju)有(you)高(gao)強度(du)和(he)高(gao)硬度(du)的(de)SiC、金剛石、立方氮化硼（CBN）等。

磨(mo)料(liao)的(de)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)大(da)小直接影響磨(mo)粒(li)(li)(li)(li)的(de)壓強(qiang)(qiang)及(ji)其切入工件的(de)深度，大(da)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)磨(mo)粒(li)(li)(li)(li)壓強(qiang)(qiang)大(da)，機械去除作用強(qiang)(qiang)，材料(liao)去除率(lv)較(jiao)高，因此(ci)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)較(jiao)大(da)的(de)磨(mo)粒(li)(li)(li)(li)容易在(zai)拋(pao)(pao)光(guang)表(biao)面(mian)產生(sheng)殘留劃痕甚(shen)至裂紋；小粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)磨(mo)粒(li)(li)(li)(li)，去除率(lv)較(jiao)小容易獲(huo)得較(jiao)好的(de)拋(pao)(pao)光(guang)表(biao)面(mian)質量。因此(ci)在(zai)研磨(mo)段的(de)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)相對(dui)于拋(pao)(pao)光(guang)的(de)粒(li)(li)(li)(li)徑(jing)(jing)要(yao)大(da)，粗磨(mo)>精(jing)(jing)磨(mo)>粗拋(pao)(pao)>精(jing)(jing)拋(pao)(pao)，不同的(de)加工精(jing)(jing)度有不同的(de)要(yao)求。相關文獻(xian)指出：當磨(mo)料(liao)粒(li)(li)(li)(li)度在(zai)小范圍內呈正態均(jun)勻分(fen)布時，所(suo)制(zhi)備(bei)漿料(liao)的(de)懸(xuan)浮穩定性和分(fen)散穩定性會(hui)提高，因此(ci)合理的(de)顆粒(li)(li)(li)(li)級配也是制(zhi)備(bei)精(jing)(jing)密拋(pao)(pao)光(guang)研磨(mo)液的(de)重要(yao)參(can)數。

拋(pao)光研磨液具備以下幾點作用：

懸浮作用(yong)：游離(li)磨(mo)(mo)料的(de)加入要求研磨(mo)(mo)液(ye)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)懸浮性，保證磨(mo)(mo)料分(fen)(fen)布均(jun)勻并(bing)在一定使(shi)用(yong)時(shi)間內不產生(sheng)絮凝(ning)或沉淀，從而(er)大(da)大(da)提高研磨(mo)(mo)加工的(de)質(zhi)量和效率。加工過(guo)程(cheng)中，研磨(mo)(mo)液(ye)會吸(xi)附在固體(ti)顆粒(li)表(biao)面上，進而(er)產生(sheng)足夠(gou)高的(de)位壘，使(shi)顆粒(li)均(jun)勻分(fen)(fen)散(san)以達(da)到分(fen)(fen)散(san)、懸浮的(de)特性。

潤(run)(run)滑作用(yong)：研磨液(ye)提供的液(ye)體環境能減少磨粒、磨屑與工(gong)(gong)件(jian)表面(mian)之間的摩擦，起到潤(run)(run)滑的作用(yong)。通過在研磨液(ye)中添加(jia)(jia)部分活性元素硫、氯等極壓(ya)添加(jia)(jia)劑來提高(gao)耐高(gao)壓(ya)能力。類似含(han)極壓(ya)元素的化合(he)物(wu)適合(he)在邊界條件(jian)潤(run)(run)滑狀態較好的情況下(xia)，進行(xing)高(gao)溫、高(gao)壓(ya)的研磨加(jia)(jia)工(gong)(gong)，能夠有效的防(fang)止工(gong)(gong)件(jian)的表面(mian)粗糙度的惡化，從(cong)而降低(di)損傷程度。

冷卻(que)(que)作用：研(yan)磨(mo)(mo)液在加(jia)工過程(cheng)中(zhong)能滲(shen)入高(gao)溫(wen)研(yan)磨(mo)(mo)區(qu)域內，有效降低(di)研(yan)磨(mo)(mo)區(qu)溫(wen)度，防止工件表(biao)面(mian)燒傷(shang)和裂紋的產生。研(yan)磨(mo)(mo)液的冷卻(que)(que)性(xing)能與它的導熱性(xing)能、對工件表(biao)面(mian)潤濕性(xing)以及(ji)供(gong)液方式緊密(mi)相關。實際加(jia)工過程(cheng)中(zhong)，努力降低(di)研(yan)磨(mo)(mo)液表(biao)面(mian)張(zhang)力，提高(gao)滲(shen)透性(xing)和潤滑性(xing)，可(ke)獲得比較理想的液體。

清洗作(zuo)用：在(zai)研(yan)磨(mo)加工時(shi)，會(hui)產(chan)生大量細碎的磨(mo)屑和(he)磨(mo)粒粉末，容易(yi)粘附在(zai)磨(mo)床(chuang)工件臺表(biao)面(mian)(mian)上，從而(er)影響研(yan)磨(mo)墊表(biao)面(mian)(mian)質量，降低(di)機(ji)床(chuang)精度。研(yan)磨(mo)液的液體環境，可以通(tong)過其流(liu)動性帶走多(duo)余的碎屑，又同時(shi)保證了工件與磨(mo)床(chuang)接觸面(mian)(mian)的光潔(jie)程度。

防銹(xiu)功能：研磨設(she)備多為金屬(shu)材質，在空氣中或(huo)者溶液中會發生氧化生銹(xiu)的(de)(de)(de)現(xian)象。所以要(yao)求研磨液具備一定的(de)(de)(de)防銹(xiu)蝕能力，因此(ci)制(zhi)備研磨液時，需(xu)要(yao)考慮其(qi)本(ben)身(shen)的(de)(de)(de)防銹(xiu)性能以及加入表面活(huo)性劑的(de)(de)(de)防銹(xiu)作用(yong)。

抗氧(yang)化(hua)(hua)安(an)定性：對于(yu)油基(ji)磨削液(ye)中，需要考慮所用基(ji)礎油的氧(yang)化(hua)(hua)安(an)定性能。通常情況下(xia)，油品(pin)與(yu)空氣接觸(chu)容(rong)易(yi)導(dao)致(zhi)(zhi)氧(yang)化(hua)(hua)，這種變化(hua)(hua)是不可(ke)逆的，會影(ying)(ying)響酸度、粘度、顏色(se)，導(dao)致(zhi)(zhi)沉淀(dian)的產生大大影(ying)(ying)響使用性能。