[发明专利]半导体晶片光电化学机械抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及抛光装置，尤其是半导体晶片光电化学机械抛光装置。

背景技术

第三代半导体材料如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)，具有优异的电学和热学性能，包括宽禁带、高击穿电场、高饱和漂移速度、高热导率，这些特性可以使得GaN、SiC器件工作在高温、高功率的特殊条件。当GaN、SiC材料作为器件使用时，要求材料具有高的表面完整性(如低的表面粗糙度，无划痕、微裂纹、位错与残余应力等表面/亚表面损伤)，因此在GaN、SiC材料制备过程中，需要经历表面研磨和抛光过程，在晶片的研磨过程中会产生材料的表面/亚表面损伤，需要对晶片进行化学机械抛光加工来去除晶片的表面/亚表面损伤和获得超平滑的表面。GaN、SiC晶体材料键能大，常温下几乎不与任何酸碱试剂发生化学反应，属于典型的硬脆难加工材料，在化学机械抛光加工过程中两种材料都存在加工去除率低，进而导致加工时间长，成本高的一系列问题。文献报道(HAida.etc.Current Applied Physics,2012,12(9):S41-S46)中假定GaN的化学机械抛光去除率约为50nm/h，磨削后晶片约有1.5μm的亚表面损伤深度，若要完全去除，需要的化学机械抛光时间为30h。

GaN晶片的化学机械抛光过程中，认为晶片的氧化效率是晶片化学机械抛光去除率的决速步，因此可通过提高晶片在抛光过程中的氧化效率来提高抛光过程中的去除速率。GaN、SiC晶体作为半导体材料，可以采用紫外光直接辐照到晶片表面的方式促进晶体内电子空穴的分离，利用分离的空穴可以有效提高晶片表面氧化效率。

现有的化学机械抛光装置一般采用晶片在上，抛光垫在下，抛光时晶片通过加载压力压在抛光垫上，再绕各自回转轴旋转产生晶片与抛光垫相对运动方式对晶片进行化学机械抛光，此种抛光方式无法将紫外光有效辐照到晶片表面，来提高抛光过程中的氧化效率。文献报告(S Sadakuni.etc.Materials Science Forum,2010,645-648:795-798)采用晶片压在透光石英板上对GaN晶片进行抛光，获得了约为60nm/h去除率，此种抛光方式在光强增大时，去除率被氧化物溶解速度限制，无法进一步获得更大去除率。

发明内容

本发明针对以上背景技术问题的提出而研究设计出半导体晶片光电化学机械抛光装置。本发明所述的光电化学机械抛光，是指在现有的化学机械抛光基础之上，引入紫外线直接辐照被抛光半导体工件，半导体工件在紫外线的辅助下产生光电化学改性后被机械抛光去除的一种加工方式。

本发明技术方案为，半导体晶片光电化学机械抛光装置，包括抛光头，用于与晶片表面相接触并进行加压；抛光液池，用于固定晶片并盛装化学抛光液；第一驱动传动部，连接抛光液池，用于带动抛光液池定轴回转；第一驱动传动部件可带动抛光液池和晶片定轴回转；第二驱动传动部，连接抛光头，用于带动抛光头定轴回转；抛光头位于抛光液池的上方；紫外光源，位于抛光液池的上方，向下辐射晶片；支撑部，用于支撑和固定所述抛光头、抛光液池。

作为优选的技术方案，所述抛光头为表面粘贴有抛光垫的抛光轴。

进一步地，抛光垫粘接在抛光轴的端面上，抛光轴依次通过单膜片联轴器，台阶轴，联轴器与驱动电机相连接，驱动电机可以驱动抛光轴绕定轴回转。

作为优选的技术方案，所述装置还包括晶片固定板，所述晶片通过石蜡粘接在晶片固定板上，所述晶片固定板固定在抛光液池内部。使晶片可以随抛光液池一起运动。

进一步地，晶片固定板通过螺钉被固定在抛光液池内部。

进一步地，抛光液池固定在台阶轴I上，再通过联轴器与驱动电机相连接，驱动电机可以驱动抛光液池绕回转轴旋转，进而驱动固定在抛光液池内的晶片绕定轴回转。

进一步地，抛光垫与晶片各自回转时二者可产生相对速度。

作为优选的技术方案，所述晶片固定板上加工有一个与晶片直径接近的浅槽，将晶片放置其中，对晶片起定位作用。

作为优选的技术方案，所述装置还包括线性模组I，线性模组I包括底板I、滑动面板I和导轨I，导轨I固定在底板I上，滑动面板I在竖直方向上沿导轨I做直线滑动；所述抛光头和第二驱动传动部安装在滑动面板I上。整个部分可在线性模组导轨上直线滑动为抛光过程中提供抛光压力。

进一步地，滑动面板I与底板I之间设有弹簧，可通过调节弹簧并标定不同位置的压力来定量调整抛光过程中的加工压力，当整个部分的自重都不满足抛光压力时，可额外增加配重实现较大抛光压力的加载。