CN114833715B - 一种碳化硅晶片化抛装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于碳化硅新材料技术领域，具体涉及一种碳化硅晶片化抛装置及方法，碳化硅晶片化抛装置，包括：具有第一转轴的承载盘，所述第一转轴可带动所述承载盘自转；所述承载盘上分布有主托盘，所述主托盘适于放置晶片；具有第二转轴的抛头，所述第二转轴可带动所述抛头上下移动和自转；所述抛头的下表面为平面，并设有第一抛光垫，所述第一抛光垫可于与所述主托盘压紧适配。上述结构通过将第一抛光垫设置在抛头上避免了传统工艺中抛光垫与主托盘贴合不平齐带来的一系列化抛不平整不到位等问题，且实现了同等时间内化抛量达到双倍的产能需求，从而提高了化抛的工作效率，提高化抛产量。

Description

一种碳化硅晶片化抛装置及方法

技术领域

本发明属于碳化硅新材料技术领域，具体涉及一种碳化硅晶片化抛装置及方法。

背景技术

以SiC为代表的第三代宽带隙半导体材料，是发展大功率、高频高温、抗强辐射蓝光激光器和紫外探测器等技术的核心。SiC晶体具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速率大、临界击穿电场高、介电常数低、化学稳定性好等特点，是电力电子领域Si的首选替代品，在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。

化学机械抛光技术作为晶片表面加工的关键技术之一，在蓝宝石衬底晶片和碳化硅衬底晶片等抛光工艺中得到广泛应用，尤其是碳化硅半导体作为当今热门行业，化抛技术显得尤为重要。目前，碳化硅晶体的化抛技术尚未成熟，加工时产生的破片、崩边、划痕、粗糙度大、平整度差等问题仍比较突出，加上碳化硅本身有极高的硬度以及极强的表面张力，而且脆性大，机械加工极为困难，加工技术门槛相当高。作为衬底材料，其表面加工的平整度、光洁度很大程度上影响器件的质量，必须对其表面进行极其紧密的研磨抛光，才能达到表面粗糙度为纳米级且表面无划痕、无瑕疵等一系列要求。因此，在提高化抛效率的同时如何改善碳化硅晶片表面粗糙度，降低晶片的TTV，在晶片表面实现超高的平整度是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳化硅晶片化抛装置及方法，以解决现有技术中化抛过程中抛光片移位变形的问题。

一方面，本发明提供了一种碳化硅晶片化抛装置，包括：

具有第一转轴的承载盘，所述第一转轴可带动所述承载盘自转；所述承载盘上分布有主托盘，所述主托盘适于放置晶片；

具有第二转轴的抛头，所述第二转轴可带动所述抛头上下移动和自转；所述抛头的下表面为平面，并设有第一抛光垫，所述第一抛光垫可于与所述主托盘压紧适配。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，还包括悬设于抛头上方的副托盘，所述副托盘的底面适于吸附晶片；所述抛头的顶面还设有第二抛光垫；所述第二抛光垫与所述副托盘压紧适配。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，所述第二转轴外套设有外套管，所述第二转轴于所述外套管内转动；所述外套管与所述副托盘固定连接。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，所述外套管的下端设有外螺纹以及与所述外螺纹适配的螺母，所述副托盘套装于所述外套管上，并通过所述螺母压紧在所述抛头上。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，所述抛头上设有贯穿孔，所述第二转轴的端部与所述贯穿孔连接。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，所述第二转轴中设有适于抛光液流动的液路，所述液路于第二转轴的端部设有开口，适于为抛头添加抛光液。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，所述第一转轴还被配置为带动所述抛头绕所述第一转轴公转。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，还包括第一驱动部件，所述第一驱动部件包括依次连接的第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，适于分别驱动所述第二转轴上下移动、公转和自转。

如上所述的碳化硅晶片化抛装置，进一步优选为，所述外套管与所述第二驱动器或第三驱动器固接。

本发明还公开了一种碳化硅晶片化抛方法，采用上述中任意一项所述的碳化硅晶片化抛装置实现，包括：

将晶片置于所述主托盘中；调节第二转轴高度，以带动所述抛头移动，使所述第一抛光垫与所述主托盘压紧适配；

驱动第一转轴以使第一转轴带动承载盘自转；驱动所述第二转轴以带动所述第二转轴自转。

本发明公开的碳化硅晶片化抛装置通过将抛头与承载盘之间的第一抛光垫设置于抛头上，区别于现有技术中将抛光垫置于承载盘上，然后将抛头压下的抛光方法，进而避免了抛头下压时第一抛光垫如现有技术中抛光垫一般发生移动偏移，从而使第一抛光垫能够完整实现储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能。此外，通过将第一抛光垫设置于抛头上还能够解决其长期使用过程中因产生翘曲而无法在工作中牢固且平坦地置于抛头和主托盘之间的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中一种碳化硅晶片化抛装置的结构示意图；

图2为图1中抛头的结构示意图。

附图标记说明：

1-承载盘，2-第二转轴，3-抛头，4-第一抛光垫，5-主托盘，6-第二抛光垫，7-副托盘，8-外套管，9-外螺纹，10-螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图1-2说明本发明一些实施例中的碳化硅晶片化抛装置。

如图1-2所示，本发明一些实施例中的碳化硅晶片化抛装置包括：

具有第一转轴的承载盘1，第一转轴可带动承载盘1自转；承载盘1上分布有主托盘5，主托盘5适于放置晶片；

具有第二转轴2的抛头3，第二转轴2可带动抛头3上下移动和自转；抛头3的下表面为平面，并粘贴有第一抛光垫4，第一抛光垫4可于与主托盘5压紧适配。

承载盘1为圆盘，其底面中心与竖立的第一转轴固接，并在第一转轴的带动下绕第一转轴自转；承载盘1上均匀分布有多个主托盘5，主托盘5用于放置待抛光处理的碳化硅晶片，具体的，碳化硅晶片吸附于主托盘5上。

抛头3为圆形，其上表面的中心与竖立的第二转轴2固接，适于在第二转轴2的带动下上下移动和自转；抛头3的下表面为平面，并通过粘贴等方式设有第一抛光垫4，第一抛光垫4在抛头3的作用下下压并与主托盘5压紧适配，适于抛光承载于碳化硅晶片。

实际应用过程中，承载盘1在第一转轴的带动下自转，碳化硅晶片置于主托盘5上，并跟随主托盘5在承载盘1的带动下旋转；抛头3和主托盘5分别以大小相等，方向相反的角速度进行自转，抛头3在第一转轴的带动下旋转并向下移动，直至其底面的第一抛光垫4与主托盘5接触，此过程中储存于第一抛光垫4中的抛光液与碳化硅晶片接触，进而使抛光液中的氧化剂、催化剂等与碳化硅晶片发生化学反应，生成一层相对容易去除的软质层，然后在抛光液中的磨料和抛光垫的机械作用下去除软质层，使工件表面重新裸露出来，然后再进行化学反应，这样在化学作用过程和机械作用过程的交替进行中完成工件表面抛光。且由于第一抛光垫4设于抛头3上，其能够与抛头3同步运行，进而避免了抛头3下压时第一抛光垫4如现有技术中抛光垫一般发生移动偏移，从而使第一抛光垫4能够完整实现储存、运输抛光液、去除加工残余物质、传递机械载荷及维持抛光环境等功能。此外，通过将第一抛光垫4设置于抛头3上还能够解决其长期使用过程中因产生翘曲而无法在工作中牢固且平坦地置于抛头3和主托盘5之间的问题。

进一步的，碳化硅晶片化抛装置还包括悬设于抛头3上方的副托盘7，副托盘7的底面适于吸附晶片；抛头3的顶面还设有第二抛光垫6；所述第二抛光垫6与副托盘7压紧适配。

副托盘7为圆盘，并以相对固定的方式悬设于抛头3的上方，以使抛头3与副托盘7的中心位于同一轴线上，且抛头3相对于副托盘7旋转；第二抛光垫6设于抛头3的顶面，并位于副托盘7与抛头3之间，并能够与副托盘7压紧适配，适于在抛头3旋转时能够为设于副托盘7底面的碳化硅晶片提供抛光环境，同步抛光副托盘7底面的碳化硅晶片，进而提高抛光效率。

进一步的，为了使副托盘7悬设于抛头3上，并与第二抛光垫6压紧适配，本实施例中，第二转轴2外套设有外套管8，第二转轴2于外套管8内转动；外套管8与副托盘7固定连接。通过在第二转轴2外设置相对静止的外套管8并使其与副托盘7连接，进而使副托盘7和抛头3中，抛头3跟随第二转轴2转动，副托盘7与外套管8固接静止，进而产生相对运动，能够创造抛光环境，实现副托盘7底面的碳化硅晶片的抛光。

进一步的，外套管8的下端设有外螺纹9以及与外螺纹9适配的螺母10，副托盘7套装于外套管8上，并通过螺母10压紧在抛头3上。副托盘7和螺母10均套装于外套管8上，且螺母10位于副托盘7上方，然后通过调节螺母10使副托盘7与抛头3压紧，进而创造抛光环境。

进一步的，抛头3上设有贯穿孔，第二转轴2的端部与贯穿孔连接。优选的，第二转轴2中设有适于抛光液流动的液路，液路于第二转轴2的端部设有开口，适于为所述抛头3添加抛光液。具体的，第二转轴2与抛头3的贯穿孔可通过螺纹连接，还可以通过其他结构进行卡接。设置贯穿孔主要用于贯穿抛头3的上下表面，进而使经第二转轴2中液路添加的抛光液既能流入到抛头3的上表面，也能够流入到抛头3的下表面，进而补充第一抛光垫4、第二抛光垫6中的抛光液。上述结构通过将液路附加于第二转轴2中，不仅能够避免设置单独的供液系统，还能够补充抛光液，实现连续抛光。

进一步的，第一转轴还被配置为带动抛头3绕第一转轴公转。

进一步的，碳化硅晶片化抛装置还包括第一驱动部件，第一驱动部件包括依次连接的第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，适于分别驱动第二转轴2上下移动、公转和自转。其中，外套管8与第二驱动器或第三驱动器固接。

上述结构中，第一驱动器为竖向设置的气缸；第二驱动器为电机，并安装于气缸的活塞杆上，且电机的转动轴上安装有一个与转动轴垂直连接的圆盘，第二驱动器通过转动轴带动圆盘转动；第三驱动器为电机，其安装于圆盘的周沿，且第三驱动器的转动轴与第二转轴2连接，适于将第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器的驱动复合到一起传递给第二转轴2，以使其能够上下移动、公转和自转。外套管8与第二驱动器或第三驱动器固接，以使其能够跟随第二转轴2公转而不随第二转轴2自转，进而能够为副托盘7和抛头3创造抛光环境。

进一步的，主托盘5和副托盘7均采用陶瓷材料制成。

本发明还公开了一种碳化硅晶片化抛方法，具体采用上述碳化硅晶片化抛装置实现，具体的，其包括以下步骤：

将晶片置于主托盘5中；调节第二转轴2高度，以带动抛头3移动，使第一抛光垫4与主托盘5压紧适配；

驱动第一转轴以使第一转轴带动承载盘1自转；驱动第二转轴2以带动第二转轴2自转。

进一步的，上述方法还包括：将晶片置于副托盘7中，并通过螺母10调节副托盘7以将副托盘7压紧于抛头3顶面的第二抛光垫6上。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种碳化硅晶片化抛装置，其特征在于，包括：

具有第一转轴的承载盘，所述第一转轴可带动所述承载盘自转；所述承载盘上分布有主托盘，所述主托盘适于放置晶片；

具有第二转轴的抛头，所述第二转轴可带动所述抛头上下移动和自转；所述抛头的下表面为平面，并设有第一抛光垫，所述第一抛光垫可于与所述主托盘压紧适配；

还包括悬设于抛头上方的副托盘，所述副托盘的底面适于吸附晶片；

所述抛头的顶面还设有第二抛光垫；所述第二抛光垫与所述副托盘压紧适配；

所述第二转轴外套设有外套管，所述第二转轴于所述外套管内转动；

所述外套管的下端设有外螺纹以及与所述外螺纹适配的螺母，所述副托盘套装于所述外套管上，并通过所述螺母压紧在所述抛头上。

2.根据权利要求1中任意一项所述的碳化硅晶片化抛装置，其特征在于，所述抛头上设有贯穿孔，所述第二转轴的端部与所述贯穿孔连接。

3.根据权利要求2所述的碳化硅晶片化抛装置，其特征在于，所述第二转轴中设有适于抛光液流动的液路，所述液路于第二转轴的端部设有开口，适于为抛头添加抛光液。

4.根据权利要求1所述的碳化硅晶片化抛装置，其特征在于，还包括第一驱动部件，所述第一驱动部件包括依次连接的第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器，适于分别驱动所述第二转轴上下移动、公转和自转。

5.根据权利要求4所述的碳化硅晶片化抛装置，其特征在于，所述外套管与所述第二驱动器或第三驱动器固接。

6.一种碳化硅晶片化抛方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的碳化硅晶片化抛装置实现，包括：

将晶片置于所述主托盘中；调节第二转轴高度，以带动所述抛头移动，使所述第一抛光垫与所述主托盘压紧适配；

将晶片置于副托盘中，并通过螺母调节副托盘以将副托盘压紧于抛头顶面的第二抛光垫上；

驱动第一转轴以使第一转轴带动承载盘自转；驱动所述第二转轴以带动所述第二转轴自转。