Provocări către CMP inovator

S-a descoperit că CMP sub presiune mare de aer sau oxigen cu o mașină CMP închisă tip borcan-clopot nou inventată (vezi Fig. 15) ar putea crește rata de îndepărtare în comparație cu lustruirea obișnuită sub presiune atmosferică (Fujita et al. 2007, Doi și colab. 2004; DeNardis și colab. 2005). În această configurație, existența oxigenului de înaltă presiune are un impact semnificativ asupra ratei de îndepărtare, iar peliculele de dioxid de siliciu stabile chimic, precum și cristalele de safir stabile chimic și mecanic au prezentat o rată de îndepărtare de 1,5-2 ori mai rapidă. Recent, s-a încercat lustruirea substraturilor de sticlă pentru HDD folosind mașina CMP închisă de tip clopot, ca parte a „dezvoltării materialelor pentru înlocuirea pământurilor rare” de către NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization).
Figura 16 este un exemplu de relație între rata de îndepărtare a substratului de sticlă de către suspensia de ceria și presiunea ambientală din interiorul borcanului-clopot (adică, camera) (Ohnishi și colab. 2011; Yamazaki și colab. 2010). Când este lustruit sub diferite gaze comprimate, rata de îndepărtare a crescut odată cu presiunea din interiorul borcanului-clopot. În special, lustruirea sub aer de înaltă presiune (500 kPa) a permis o rată de îndepărtare de 2,2 ori mai rapidă. În prezent, mecanismul acestei îmbunătățiri nu este clar, dar se presupune că excesul de oxigen are un efect asupra procesului de lustruire.

Cristalele de nitrură de galiu (GaN), care sunt evidențiate ca un material promițător pentru iluminarea cu LED-uri și diodele laser, sunt foarte stabile atât din punct de vedere chimic, cât și mecanic, astfel încât necesită o descoperire pentru a obține o prelucrare eficientă. O rată dublă de îndepărtare a GaN sub oxigen sau aer la presiune înaltă a fost confirmată cu mașina CMP de tip borcan-clopot, așa cum se arată în Fig. 17, demonstrând eficacitatea acestei abordări borcan-clopot (Doi et al. 2012).

În mod similar, carbura de siliciu (SiC) pentru dispozitivele de putere, care prezintă, de asemenea, stabilitate chimică și mecanică, are o problemă de eficiență scăzută de prelucrare. Aplicarea CMP de tip borcan-clopot a îmbunătățit rata de îndepărtare cu câteva zeci de procente sub oxigen de înaltă presiune, deși rata a fost încă scăzută (Doi et al. 2007b).

Experimentele menționate mai sus au implicat că furnizarea intenționată de oxigen pe suprafața de lustruire ar îmbunătăți eficiența prelucrării. Una dintre abordările din această idee este introducerea oxigenului activ printr-o reacție fotocatalitică. În general, se spune că iradierea luminii ultraviolete (UV) asupra particulelor de TiO2 excită electronii într-o bandă de energie mai mare, lăsând goluri care transformă ionii O^2- în radicali de oxigen puternic oxidanți. CMP a substraturilor SiC sub oxigen de înaltă presiune a fost încercat în mașina CMP de tip borcan-clopot cu iradiere UV printr-o fereastră de sticlă (cuarț) pe borcanul clopot (vezi Fig. 18) și adăugarea de particule de TiO2 la silice coloidal. Figura 19 este o comparație a ratei de îndepărtare a substraturilor monocristaline de SiC cu și fără iradiere UV pentru diferite tipuri de gaz din borcanul-clopot (Doi et al. 2007b). Cu iradierea UV la TiO2 adăugată la suspensia de silice coloidală, rata de îndepărtare a devenit de două ori mai rapidă decât cea fără. Acesta pare să fie efectul reacției fotocatalitice. Trebuie remarcat faptul că s-a obținut o rată de îndepărtare de peste patru ori mai mare sub oxigen de înaltă presiune cu iradiere UV. Această condiție a dus la o suprafață lustruită satisfăcător a substraturilor SiC cu rugozitatea suprafeței (Ra) de 0,2 nm.

Mașina CMP închisă de tip borcan-clopot a demonstrat prelucrarea eficientă a materialelor extrem de dure, cum ar fi SiC, cu finisaj de înaltă calitate, prin introducerea de oxigen de înaltă presiune și fotocataliză. Această abordare a oferit o perspectivă importantă asupra prelucrării materialelor dure și este de așteptat să devină una dintre tehnologiile viitoare importante de prelucrare.