CN114204409A - 芯片腔面处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种芯片腔面处理装置，其中芯片腔面处理装置包括：处理单元，处理单元包括：第一箱体、离子束发生器、第一样品架，第一样品架设置在第一箱体内，离子束发生器连接于第一箱体，离子束发生器的输出端朝向第一样品架；镀膜单元，镀膜单元包括：第二箱体、加热器、第二样品架，第二箱体与第一箱体相邻设置，第二样品架设置在第二箱体内，加热器设置在第二箱体内，加热器用于加热镀膜材料以产生粒子束流；真空单元，连接于第一箱体和第二箱体，用于对第一箱体和第二箱体抽真空。通过该芯片腔面处理装置能够保证芯片的清洁效果，特别是能够提高芯片的腔面洁净度，利于提高芯片的质量。

Description

芯片腔面处理装置

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种芯片腔面处理装置。

背景技术

高功率半导体激光器芯片及阵列产品（bar条）主要用于光纤激光器及固体激光器的前端泵浦光源，广泛用于精密加工、激光焊接、激光熔覆、激光雷达、探测传感等多种领域，具有广阔的应用前景，同时由于技术附加值高，市场需求逐年大幅提升，因此市场潜力极大。

长期稳定性及使用寿命作为高功率半导体激光器芯片的关键性能之一，与芯片制程过程中的多项工艺相关，尤其是出光腔面的处理过程，直接影响性能及长期稳定性表现。以目前行业中产业化使用的的25W单管芯产品为例，出光腔面承受的光功率密度达到30KW/mm²，因此在芯片持续工作中腔面出光区域会聚集大量的热能，温度大幅上升，腔面上的任何缺陷和脏污都会对腔面引入非辐射复合中心，同时形成腔面材料带隙收缩，继续俘获光子进一步加剧能量吸收，形成恶性循环导致芯片的不可逆损伤，大幅降低器件表现。

目前技术中，对于腔面处理制程工艺一直以来都没有形成统一的加工标准，芯片腔面处理效果差，容易留有脏污，影响半导体器件的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本申请实施例提出了一种芯片腔面处理装置，包括：

处理单元，所述处理单元包括：第一箱体、离子束发生器、第一样品架，所述第一样品架设置在所述第一箱体内，所述离子束发生器连接于所述第一箱体，所述离子束发生器的输出端朝向所述第一样品架；

镀膜单元，所述镀膜单元包括：第二箱体、加热器、第二样品架，所述第二箱体与所述第一箱体相邻设置，所述第二样品架设置在所述第二箱体内，所述加热器设置在所述第二箱体内，所述加热器用于加热镀膜材料以产生粒子束流；

真空单元，连接于所述第一箱体和所述第二箱体，用于对所述第一箱体和所述第二箱体抽真空。

在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：

进样单元，连通于所述第一箱体，所述第二箱体连通于所述第一箱体；

出样单元，连通于所述第二箱体；

加热件，所述进样单元和所述出样单元均包括多个相互连通的腔室，所述加热件设置在所述进样单元的腔室内。

在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：

传输单元，所述传输单元依次连通于所述进样单元、所述处理单元、所述镀膜单元和所述出样单元。

在一种可行的实施方式中，所述传输单元包括：

真空管道，连通于所述真空单元，依次穿过所述进样单元、所述处理单元、所述镀膜单元和所述出样单元；

传输轨道，设置在所述真空管道内。

在一种可行的实施方式中，所述传输单元还包括：

运动传感器，设置在所述第一箱体和所述第二箱体内；

机械手，设置在所述第一箱体和所述第二箱体内；

夹具，连接于所述机械手，用于夹持待处理的芯片。

在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：

控制单元，连接于所述处理单元、所述镀膜单元、所述真空单元和所述传输单元，用于控制所述处理单元、所述镀膜单元、所述真空单元和所述传输单元的启停。

在一种可行的实施方式中，所述离子束发生器铰接于所述第一箱体，所述离子束发生器包括：

等离子体发生器、离子发生器和粒子发生器中的至少一者。

在一种可行的实施方式中，所述第一样品架可转动地连接于所述第一箱体；

所述第二样品架可转动地连接于所述第二箱体。

在一种可行的实施方式中，所述真空单元包括：

真空泵，所述真空泵连通于所述第一箱体和所述第二箱体。

在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：承接单元，所述进样单元、所述处理单元、所述镀膜单元和所述出样单元布置在所述承接单元的周侧，并连通于所述承接单元。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本申请实施例提供的芯片腔面处理装置包括了处理单元、镀膜单元和真空单元，在使用过程中，将待处理的芯片设置在第一箱体内的第一样品架上，通过离子束发生器发出带电或中性的粒子束流对芯片的腔面进行表面态清洁处理，在待处理的芯片完成清洁处理后，将待处理芯片转移至第二箱体之内，通过加热器加热镀膜材料，镀膜材料产生粒子束流，粒子束流在芯片的腔面上即可沉积形成镀膜，通过镀膜可以对芯片的腔面进行保护，杜绝大气尘埃、水、氧等对产品的污染和影响，提高芯片产品的性能，提升芯片产品长期稳定性及不同环境下的适应能力。本申请实施例提供的芯片腔面处理装置通过真空单元连接于处理单元和镀膜单元，能够使第一箱体和第二箱体处于真空态，能够进一步保证芯片的清洁效果，特别是能够提高芯片的腔面洁净度，利于提高芯片的质量。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本申请提供的一种实施例的芯片腔面处理装置的处理单元的示意性结构图；

图2为本申请提供的第一种实施例的芯片腔面处理装置的示意性结构框图；

图3为本申请提供的第二种实施例的芯片腔面处理装置的示意性结构框图；

图4为本申请提供的第三种实施例的芯片腔面处理装置的示意性结构框图；

图5为本申请提供的第四种实施例的芯片腔面处理装置的示意性结构框图；

图6为本申请提供的一种实施例的芯片腔面处理装置的示意性结构图；

图7为本申请提供的一种实施例的芯片腔面处理装置的处理单元的示意性结构图；

图8为本申请提供的一种实施例的芯片腔面处理装置的镀膜单元的示意性结构图。

其中，图1至图8中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100处理单元、200镀膜单元、300真空单元、400进样单元、500出样单元、600传输单元、700控制单元、800承接单元、900加热件；

101第一箱体、102离子束发生器、103第一样品架；701电控系统、702软件控制系统；

201第二箱体、202加热器、203第二样品架、601真空管道、602传输轨道、603运动传感器、604机械手、605夹具。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请实施例技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

如图1至图8所示，本申请实施例提出了一种芯片腔面处理装置，包括：处理单元100，处理单元100包括：第一箱体101、离子束发生器102、第一样品架103，第一样品架103设置在第一箱体101内，离子束发生器102连接于第一箱体101，离子束发生器102的输出端朝向第一样品架103；镀膜单元200，镀膜单元200包括：第二箱体201、加热器202、第二样品架203，第二箱体201与第一箱体101相邻设置，第二样品架203设置在第二箱体201内，加热器202设置在第二箱体201内，加热器202用于加热镀膜材料以产生粒子束流；真空单元300，连接于第一箱体101和第二箱体201，用于对第一箱体101和第二箱体201抽真空。

如图1至图5所示，其中图1中虚线为离子束发生器102的输出方向，本申请实施例提供的芯片腔面处理装置包括了处理单元100、镀膜单元200和真空单元300，在使用过程中，将待处理的芯片设置在第一箱体101内的第一样品架103上，通过离子束发生器102发出带电或中性的粒子束流对芯片的腔面进行表面态清洁处理，在待处理的芯片完成清洁处理后，将待处理芯片转移至第二箱体201之内，通过加热器202加热镀膜材料，镀膜材料产生粒子束流，粒子束流在芯片的腔面上即可沉积形成镀膜，通过镀膜可以对芯片的腔面进行保护，杜绝大气尘埃、水、氧等对产品的污染和影响，提高芯片产品的性能，提升芯片产品长期稳定性及不同环境下的适应能力。本申请实施例提供的芯片腔面处理装置通过真空单元300连接于处理单元100和镀膜单元200，能够使第一箱体101和第二箱体201处于真空态，能够进一步保证芯片的清洁效果，特别是能够提高芯片的腔面洁净度，利于提高芯片的质量。

可以理解的是，通过本申请附图6可以看出，本申请的实施例中可以通过一个真空单元300为芯片腔面处理装置提供真空环境，在一些示例中，真空单元300也可以为多个，既每个腔室都配备有一个真空单元300，能够使装置尽快满足真空要求。

如图2、图3和图5至图8所示，在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：进样单元400，连通于第一箱体101，第二箱体201连通于第一箱体101；出样单元500，连通于第二箱体201；加热件900，进样单元400和出样单元500均包括多个相互连通的腔室，加热件900设置在进样单元400的腔室内。

芯片腔面处理装置还包括进样单元400和出样单元500，待加工的芯片用于通过进样单元400进入到处理单元100的第一箱体101，待处理芯片在第一箱体101内完成加工后输送至第二箱体201进行镀膜，在芯片完成镀膜之后再经由出样单元500移除，即可完成芯片的腔面处理。

进样单元400包括了多个相互连通的腔室，芯片通过多个腔室向第一箱体101供给，通过多个腔室的设置实现了芯片经由大气环境向真空环境的输送，保证了第一箱体101内的真空度。

出样单元500包括了多个腔室，芯片在完成加工之后通过第二箱体201经由出样单元500移出，在移出过程中通过多个腔室的设置实现了芯片经由真空环境向大气环境的输送，保证了第二箱体201内的真空度。

如图6所示，在进样单元400的腔室内设置有加热件900，加热件900可以对待加工的芯片进行加热，以去除芯片上的水汽，利于后续的清洁处理。

如图6和图8所示，加热件900布置在第二箱体201的下方，可以理解的是在其他示例中，加热件900也可以布置在第二箱体201的其他方位，加热件900的具体设置位置本申请不做限定。

如图2、图4和图5所示，在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：传输单元600，传输单元600依次连通于进样单元400、处理单元100、镀膜单元200和出样单元500。

芯片腔面处理装置还包括了传输单元600，通过传输单元600的设置便于对待加工的芯片进行运输，使得待加工的芯片依次通过进样单元400、处理单元100和镀膜单元200，最终经由出样单元500排出即可实现芯片的加工处理。

如图6至图8所示，在一种可行的实施方式中，传输单元600包括：真空管道601，连通于真空单元300，依次穿过进样单元400、处理单元100、镀膜单元200和出样单元500；传输轨道602，设置在真空管道601内；运动传感器603，设置在第一箱体101和第二箱体201内；机械手604，设置在第一箱体101和第二箱体201内；夹具605，连接于机械手604，用于夹持待处理的芯片。

传输单元600包括了真空管道601、传输轨道602、运动传感器603机械手604和夹具605，通过真空管道601的设置能够为芯片的移动提供真空环境，避免了大气脏污芯片，传输轨道602设置在真空管道601内，通过运动传感器603的设置即可对待加工的芯片进行捕捉，在捕捉到待加工的芯片之后，机械手604即可通过夹具605夹取待加工的芯片，以将待加工的芯片放置在第一样品架103或第二样品架203上，利于满足大批量产业化的过程控制，达到单向流转持续生产提高稼动率和产出效率的实用目的。同时使整个系统达到自动化运行的效果，本方法可广泛适用于需要对腔面进行处理的光电芯片，具有普适的应用价值。

如图4和图5所示，在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：控制单元700，连接于处理单元100、镀膜单元200、真空单元300和传输单元600，用于控制处理单元100、镀膜单元200、真空单元300和传输单元600的启停。

芯片腔面处理装置还包括控制单元700，通过控制单元700的设置即可控制处理单元100、镀膜单元200、真空单元300和传输单元600的启停，使得整个系统达到自动化运行的效果。

如图2所示，在一些示例中，处理单元100、镀膜单元200、真空单元300和传输单元600可以呈流水线式布局，各单元连通至传输单元600，样品可通过进样单元400持续的进样，控制单元700可以通过后端处理单元100及镀膜单元200的工艺节拍，安排进样速率，达到产业化流水式作业，本方案占地面积较大，但产业化效率高。

如图5所示，在一些示例中，控制单元700可以包括电控系统701和软件控制系统702，电控系统701电性连接于处理单元100、镀膜单元200、真空单元300和传输单元600，以实现信号的读取和通断电的控制，软件控制系统702则可以基于电控系统701获取到的信号生成控制指令，软件控制系统702连接各系统单元的逻辑程序，主要为系统提供智能控制功能，如传输部件的运行、停止，泵系统的开关、互锁，挡板的开关等。

控制单元700能够实现各组件的智能运行、停止、交接、翻转等各项运动的单项控制及相互配合，完成样品在整个系统中的智能化控制，降低人为介入成本。

在一种可行的实施方式中，离子束发生器102铰接于第一箱体101，离子束发生器102包括：等离子体发生器、离子发生器和粒子发生器中的至少一者。

离子束发生器102铰接于箱体，使得离子束发生器102的输出朝向可调节，可以使处理单元100适配于不同尺寸或型号的芯片。

离子束发生器102包括：等离子体发生器、离子发生器和粒子发生器中的至少一者，可以发出不同类型的粒子束流，能够提高芯片的清洁效果。

图1为处理单元100中的相对位置设置示意图，样品置于第一样品架103中，其中等离子体/离子/粒子发生器产生粒子束流后，将束流以特定的角度α入射至样品待处理材料表面，其中α定义为粒子束流发生器产生的束流中心线与样品架平面的夹角，α可根据不同加工要求调整，束流强度可通过发生器调整。样品架可根据实际加工要求进行旋转，旋转速率可调。

根据制作要求，束流可覆盖全第一样品架103或部分第一样品架103面积，达到分区加工的目的。同时可根据样品制作工艺要求，调整束流中心点与第一样品架103中心点的位置关系，实现同心（即束流中心点与样品架中心点重合）/偏心（即束流中心点与样品架中心点不重合，具体设置为L，L可根据需求进行调整）的处理工艺选择。

其中粒子发生器可选择的范围较广，根据处理样品的工艺需求，可选择H离子源（针对加工样品表面结构较易损伤的情况，选择低功率轻粒子束流进行表面态处理）、N离子源（针对加工样品表面不易损伤，需要中、高功率重粒子束流进行表面处理）等不同的粒子表面处理。

在一种可行的实施方式中，第一样品架103可转动地连接于第一箱体101；第二样品架203可转动地连接于第二箱体201。

第一样品架103可转动地连接于第一箱体101，使得经由离子束发生器102发出的粒子束流能够多角度地与待加工芯片进行接触，能够提高清洁效果。

第二样品架203可转动地连接于第二箱体201，可以在待加工芯片的多个面进行镀膜，能够进一步提高芯片单元的保护效果。

可以理解的是，第一样品架103可以同心转动或偏向转动，第二样品架203同样可以同心转动或偏心转动。

在一种可行的实施方式中，真空单元300包括：真空泵，真空泵连通于第一箱体101和第二箱体201。

真空单元300包括了真空泵，真空泵连通于第一箱体101和第二箱体201，便于使第一箱体101和第二箱体201处于真空环境。

可以理解的是，真空单元300还可以包括机械泵、分子泵、离子泵、冷泵、升华泵等一系列的泵组搭配，实现各个单元的真空度获取及维持，保证样品在加工处理过程中的环境清洁。

在一些示例中，第一箱体101和第二箱体201的真空度优于1*10^-9Torr，杜绝环境及大气中的尘埃、颗粒及水氧等氧化剂对腔面的污染及氧化。可以确保在通过离子束发生器102对芯片的腔面进行清洗时可以去除悬挂键等表面态，大幅提升产品在持续工作中的稳定性。

如图3所示，在一种可行的实施方式中，芯片腔面处理装置还包括：承接单元800，进样单元400、处理单元100、镀膜单元200和出样单元500布置在承接单元800的周侧，并连通于承接单元800。

芯片腔面处理装置还包括了承接单元800，承接单元800与进样单元400、处理单元100、镀膜单元200和出样单元500布置在承接单元800连通，使得芯片腔面处理装置能够呈行星状布局，承接单元800能够承接各单元的样品架，而后传递至下一制程单元进行后续加工，本方案占地面积小，生产效率可通过增加承接单元800的数量来提高。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芯片腔面处理装置，其特征在于，包括：

处理单元，所述处理单元包括：第一箱体、离子束发生器、第一样品架，所述第一样品架设置在所述第一箱体内，所述离子束发生器连接于所述第一箱体，所述离子束发生器的输出端朝向所述第一样品架；

镀膜单元，所述镀膜单元包括：第二箱体、加热器、第二样品架，所述第二箱体与所述第一箱体相邻设置，所述第二样品架设置在所述第二箱体内，所述加热器设置在所述第二箱体内，所述加热器用于加热镀膜材料以产生粒子束流；

真空单元，连接于所述第一箱体和所述第二箱体，用于对所述第一箱体和所述第二箱体抽真空。

2.根据权利要求1所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，还包括：

进样单元，连通于所述第一箱体，所述第二箱体连通于所述第一箱体；

出样单元，连通于所述第二箱体；

加热件，所述进样单元和所述出样单元均包括多个相互连通的腔室，所述加热件设置在所述进样单元的腔室内。

3.根据权利要求2所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，还包括：

传输单元，所述传输单元依次连通于所述进样单元、所述处理单元、所述镀膜单元和所述出样单元。

4.根据权利要求3所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，所述传输单元包括：

真空管道，连通于所述真空单元，依次穿过所述进样单元、所述处理单元、所述镀膜单元和所述出样单元；

传输轨道，设置在所述真空管道内。

5.根据权利要求4所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，所述传输单元还包括：

运动传感器，设置在所述第一箱体和所述第二箱体内；

机械手，设置在所述第一箱体和所述第二箱体内；

夹具，连接于所述机械手，用于夹持待处理的芯片。

6.根据权利要求5所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，还包括：

控制单元，连接于所述处理单元、所述镀膜单元、所述真空单元和所述传输单元，用于控制所述处理单元、所述镀膜单元、所述真空单元和所述传输单元的启停。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，所述离子束发生器铰接于所述第一箱体，所述离子束发生器包括：

等离子体发生器、离子发生器和粒子发生器中的至少一者。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，

所述第一样品架可转动地连接于所述第一箱体；

所述第二样品架可转动地连接于所述第二箱体。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，所述真空单元包括：

真空泵，所述真空泵连通于所述第一箱体和所述第二箱体。

10.根据权利要求2至6中任一项所述的芯片腔面处理装置，其特征在于，还包括：

承接单元，所述进样单元、所述处理单元、所述镀膜单元和所述出样单元布置在所述承接单元的周侧，并连通于所述承接单元。

Images