[发明专利]磨料与晶圆衬底摩擦化学反应的实现装置及其实现方法

说明书

本发明公开了磨料与晶圆衬底摩擦化学反应的实现装置及其实现方法，实现装置包括主轴模块、液池模块及装夹模块；该主轴模块包括主轴、转接盘、供晶圆衬底固设其上的样品台和加热器；该液池模块包括液池、盖板、固定环及进液管，该液池包括设有安装通孔的池底、池内壳、池外壳和设有样品口的池盖；该装夹模块包括加载装置、样品夹杆和硬质磨料压头。它具有如下优点：通过硬质磨料压头与晶圆衬底的划擦实验，还原加工过程中划擦速度、载荷、温度和润滑状态，进而研究硬质磨粒与晶圆之间的界面作用关系，有助于揭示硬质磨料与晶圆衬底界面摩擦化学反应的作用机制，在半导体晶圆衬底的高效超精密加工领域具有良好的应用前景，且装置简单、操作方便。

技术领域

本发明涉及一种磨料与晶圆衬底摩擦化学反应的实现装置及其实现方法。

背景技术

随着新能源汽车、5G技术的快速发展，半导体材料不断向着高频、高功率、高热导率等方向发展。目前以单晶硅为代表的传统半导体功率器件逐渐达到其材料发展极限，难以满足半导体器件在高频、高温、高功率、高能效、耐恶劣环境等条件下的工作需要。以碳化硅、氮化镓等为代表新型半导体材料凭借其优异属性，将会发展成为制作高性能电子器件的主流半导体材料。然而，新型半导体材料超高的硬度、极大的脆性以及极强的耐腐蚀性使得其难以加工。新型半导体材料的超精密抛光技术沿用了传统硅晶圆化学机械抛光技术。由于碳化硅、氮化镓等新型半导体材料的硬度和耐腐蚀性远高于硅晶圆，使得其加工效率低、成本高，同时机械化学抛光技术所造成的环境污染问题日益凸显。因此，深入分析磨粒与晶圆的界面作用过程，有助于掌握新型半导体晶圆的磨粒抛光去除机理，进而实现新型半导体晶圆的高效超精密无损伤加工。磨粒与晶圆衬底界面摩擦作用的传统研究手段主要是借助于在纳米压痕划痕仪上实现，然而，纳米压痕划痕仪上的载荷低(mN量级)、速度小(μm/s量级)，并且没有温控装置以及润滑液模块，与真正加工环境差别较大，因此难以有效研究加工过程中磨粒与晶圆衬底的界面摩擦作用。

发明内容

本发明提供了磨料与晶圆衬底摩擦化学反应的实现装置及其实现方法，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：磨料与晶圆衬底摩擦化学反应的实现装置，包括主轴模块、液池模块及装夹模块；

该主轴模块包括主轴、转接盘、供晶圆衬底固设其上的样品台和加热样品台的加热器，该转接盘固装在主轴上，该样品台固装在转接盘上，通过主轴带动样品台转动；

该液池模块包括液池、盖板、固定环及进液管，该液池包括设有安装通孔的池底、池内壳、池外壳和设有样品口的池盖；该池内壳和池外壳内外间隔地固设在池底上且池内壳包围安装通孔，该池盖固设在池外壳上且池盖和池内壳间隔布置，该液池设有出液口；该盖板固接在池盖上且盖接样品口，该固定环固装在盖板，该进液管装设在固定环内且进液管下端口对应池内壳和池外壳的环形间隔以向液池内注入润滑液；该主轴能转动地密封装入安装通孔，该转接盘能转动撑设在池内壳，该转接盘、晶圆衬底和样品台位于液池内；

该装夹模块包括加载装置、样品夹杆和硬质磨料压头，该样品夹杆装设在固定环内，该硬质磨料压头固设在样品夹杆下端，该加载装置连接样品夹杆且向样品夹杆施压以使硬质磨料压头和晶圆衬底接触。

一实施例之中：该样品台和转接盘间设有密封圈。

一实施例之中：该样品台和转接盘间形成安装腔体，该加热器安装在安装腔体内。

一实施例之中：该主轴模块包括温控装置，该温控装置配合样品台且连接加热器。

一实施例之中：该进液管下端口对应样品台外周部。

一实施例之中：该池内壳包括下池内壳和上池内壳，该下池内壳固设在池底上，该上池内壳固定包围下池内壳。

一实施例之中：该润滑液为中性去离子水。