CN115213811A - 一种用于光辅助化学机械抛光的载具以及抛光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于光辅助化学机械抛光的载具以及抛光加工方法，载具包括光源底座、光源聚焦装置以及晶圆安装座；光源底座与晶圆安装座分别设置于光源聚焦装置的两端；光源底座用于安装在抛光机上，光源底座上安装有光源；光源聚焦装置包括防护罩、第一凸透镜以及第二凸透镜，第一凸透镜与第二凸透镜同轴间隔设置在防护罩内，防护罩内设置有驱动件，用于驱动第二凸透镜靠近或远离第一凸透镜运动；光源通过外部红外遥控开光控制其光照强度；晶圆安装座上设置有光强传感器，光强传感器用于将信号反馈至外部处理器，外部处理器将光照强度值显示在显示器上。本申请能够提高晶圆加工质量。

Description

一种用于光辅助化学机械抛光的载具以及抛光加工方法
技术领域
本申请涉及一种用于光辅助化学机械抛光的载具以及抛光加工方法。
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。而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。以氮化镓、碳化硅、金刚石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。利用紫外光对氮化镓表面具有催化氧化的作用，进而实现新型半导体晶圆的高效超精密无损伤加工。
光辅助化学机械抛光的传统研究手段主要是借助于在独立的一个照射装置，在外部施加光源，然而，通过外部施加光源会出现光污染严重、空间复杂、光源强度不一致和自然光源影响较大等缺点，晶圆接受到的光辐射不均匀，光线强度、波长不稳定，降低晶圆的抛光加工质量。
发明内容
为了提高晶圆的抛光加工质量，本申请的提供一种用于光辅助化学机械抛光的载具以及抛光加工方法。
一方面，采用如下的技术方案：
一种用于光辅助化学机械抛光的载具，包括光源底座、光源聚焦装置以及晶圆安装座；所述光源底座与晶圆安装座分别设置于光源聚焦装置的两端；所述晶圆安装座用于安装晶圆；所述光源底座用于安装在抛光机上，所述光源底座上安装有光源，通过光源聚焦装置将光线聚焦照射在晶圆安装座上的晶圆；所述光源聚焦装置包括防护罩、第一凸透镜以及第二凸透镜，所述第一凸透镜与第二凸透镜同轴间隔设置在防护罩内，所述防护罩内设置有驱动件，用于驱动第二凸透镜靠近或远离第一凸透镜运动；光源通过外部红外遥控开光控制其光照强度；所述晶圆安装座上设置有光强传感器，所述光强传感器用于将信号反馈至外部处理器，外部处理器将光照强度值显示在显示器上。
可选的，所述第一凸透镜设置于防护罩靠近光源底座的一端；所述驱动件包括驱动电机、螺杆以及驱动套，驱动电机与螺杆均安装于防护罩内壁上，所述驱动套套设在第二凸透镜周侧，且驱动套的侧边螺纹连接于螺杆；通过螺杆带动驱动套沿防护罩轴向移动；所述驱动电机通过红外遥控控制其工作或停止。
可选的，所述第一凸透镜与第二凸透镜均为平凸透镜结构，且第一凸透镜凸起的一侧朝向光源底座，第二凸透镜凸起的一侧背向光源底座。
可选的，经过光源聚焦装置后的光线强度为100lx-300lx。
可选的，经过光源聚焦装置后的光线波长为100nm-420nm。
可选的，所述晶圆安装座中部沿其轴向开孔，晶圆安装座远离光源底座的侧壁上安装有用于供晶圆粘贴固定的透明玻璃。
可选的，所述透明玻璃上设置有多个不同尺寸的同心圆线条以及过圆心的中心线条；用于在粘贴晶圆时进行定位。
可选的，所述透明玻璃与晶圆安装座之间设置有第一密封圈。
另一方面，采用如下的技术方案：
一种抛光加工方法，使用上述载具，包括以下步骤：
S1，将晶圆安装座加热，晶圆样品使用高温蜡粘贴在晶圆安装座上；
S2，将光源底座安装在抛光机器的上转盘上；
S3，抛光机器的下转盘上安装抛光垫，上转盘朝向下转盘抵紧，设定上转盘的载荷与转速、下转盘的转速、以及抛光液流量，进行抛光加工；
S4，完成加工后，取下晶圆，利用三维光学轮廓仪检测晶圆表面粗糙度。
综上所述，本申请包括以下有益效果：
1.在载具内部安装光源，通过光源聚焦装置的聚焦后，将光线聚焦至待加工晶圆上，并且，能够便于控制光源聚焦面、光源强度和光的波段；能够让晶圆获得稳定无误的紫外光照射，有助于紫外光催化氧化氮化镓作用，进而提高晶圆的加工质量，降低实验成本的同时提高实验效率；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。
附图说明
图1是本实施例中载具的爆炸示意图；
图2是本实施例中载具的局部爆炸示意图；
图3是本实施例中使用载具进行抛光加工的示意图；
图4是未使用载具并在外部光源照射晶圆情况下加工后晶圆粗糙度；
图5是本实施例中使用载具进行抛光加工后的晶圆粗糙度。
附图标记说明：1、光源底座；2、晶圆安装座；3、防护罩；4、第一凸透镜；5、第二凸透镜；6、透明玻璃；7、光强传感器；8、驱动套；9、螺杆；10、驱动电机；11、第一密封圈；12、第二密封圈；13、第三密封圈。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种用于光辅助化学机械抛光的载具，包括光源底座1、光源聚焦装置以及晶圆安装座2。光源底座1与晶圆安装座2分别安装在光源聚焦装置的两端。
晶圆安装座2用于安装晶圆，光源底座1朝向光源聚焦装置的侧壁上安装有光源，通过光源聚焦装置将光线聚焦照射在晶圆安装座2上的晶圆。光源底座1远离光源聚焦装置的一侧不透光。光源底座1还用于安装在抛光机器上，通过抛光机器带动整个载具进行转动。光源底座1内的光源通过外部红外遥控开关进行控制光源的强度。
具体的，光源聚焦装置包括防护罩3、第一凸透镜4以及第二凸透镜5，第一凸透镜4与第二凸透镜5同轴间隔设置在防护罩3内，第一凸透镜4与第二凸透镜5的直径为150mm。第一凸透镜4固定安装在防护罩3内靠近光源安装座2的一端。防护罩3内设置有驱动件，用于驱动第二凸透镜5靠近或远离第一凸透镜4运动，以调节照射在晶圆安装座2上的光斑大小与强度。晶圆安装座2靠近第二凸透镜5的侧壁上嵌设安装有光强传感器7，光强传感器7的检测探头通过探头线延伸至晶圆安装座2中心，探头线细小且采用透明外皮。光强传感器7能够及时反馈经过第一凸透镜4与第二凸透镜5聚焦后的光线强度，将信号反馈至外部处理器，外部处理器将光照强度值显示在显示器上。再通过红外遥控开关控制光源的光线强度。
第一凸透镜4与第二凸透镜5均为平凸透镜结构，且第一凸透镜4凸起的一侧朝向光源底座1，第二凸透镜5凸起的一侧背向光源底座1。
第一凸透镜4设置于防护罩3靠近光源底座1的一端；驱动件包括驱动电机10、螺杆9以及驱动套8，驱动电机10与螺杆9均安装于防护罩3内壁上，驱动套8套设在第二凸透镜5周侧，且驱动套8的侧边螺纹连接于螺杆9。驱动套8设置为上下两个套环，两个套环包裹在第二凸透镜5上下两周侧边沿处，上下两个套环共同连接有连接块，连接块与螺杆9螺纹连接。驱动电机10通过红外遥控开关控制其工作或停止，通过螺杆9带动驱动套8沿防护罩3轴向移动，进而调节聚焦照射在晶圆上的光斑大小。
晶圆安装座2中部沿其轴向开孔，晶圆安装座2远离光源底座1的侧壁上安装有用于供晶圆粘贴固定的透明玻璃6。晶圆安装座5可采用超硬耐磨、防水且耐酸碱、耐腐蚀材料，例如超硬陶瓷材料等。透明玻璃6采用高透光、耐酸碱、耐腐蚀材料，例如光学石英玻璃。透明玻璃6上设置有多个不同尺寸的同心圆线条以及过圆心的一条中心线条；用于在粘贴晶圆时进行定位。在本实施例中，透明玻璃6上画有25.4mm、50.8mm、101.6mm的同心圆。其中，光强传感器7的检测探头可固定在透明玻璃6靠近第二凸透镜5的侧壁上。
通过对第二凸透镜5以及光源的控制，调节照射在透明玻璃上的光照强度，以使得经过光源聚焦装置后的光线强度在100lx-300lx；经过光源聚焦装置后的光线波长为100nm-420nm。
透明玻璃6与晶圆安装座2之间设置有第一密封圈11；晶圆安装座2与防护罩3之间设置有第二密封圈12；光源底座1与防护罩3之间设置有第三密封圈13；以防止抛光液进入载具内部。透明玻璃6与晶圆安装座2之间、晶圆安装座2与防护罩3之间、防护罩3与光源底座1之间均通过螺栓连接，便于拆卸安装。同样的，光源底座1与抛光机器之间也通过螺栓连接。
本申请还公开一种抛光加工方法，使用上述载具，包括以下步骤：
S1，将晶圆安装座2加热，晶圆样品使用高温蜡粘贴在晶圆安装座上；
S2，将光源底座1安装在抛光机器的上转盘上；
S3，抛光机器的下转盘上安装抛光垫，上转盘朝向下转盘抵紧，设定上转盘的载荷与转速、下转盘的转速、以及抛光液流量，进行抛光加工；
S4，完成加工后，取下晶圆，利用三维光学轮廓仪检测晶圆表面粗糙度。
具体的，晶圆种类可以采用：氮化镓、碳化硅、蓝宝石、金刚石等；在本实施例中，采用直径为50.8mm的单晶氮化镓晶圆。
抛光垫采用溶胶凝胶、聚氨酯、无纺布等，并采用金刚石浆液或氧化铝浆液或氧化硅浆液等作为抛光液。抛光垫还可以采用具有金刚石磨料的抛光垫，配合去离子水作为抛光液。
上转盘朝向下转盘施加的载荷为10-50N，载具转速为0-75r/min，下转盘转速0-150r/min，抛光液的PH值可以为4-10，抛光液流量为1000-2000ml/min。
在本实施例中，抛光垫选用具有金刚石磨料的抛光垫，配合去离子水作为抛光液。上转盘向下转盘施加载荷为25N，载具转速为60r/min，下转盘转速为120r/min，上转盘与下转盘的转向相同，以保持上转盘与下转盘之间的平稳工作。晶圆中心与下转盘中心的偏心距设定为100mm，加工时间为60min。三维光学轮廓仪可采用的品牌为：NewView 7300，ZYGO，USA，能够测出晶圆表面粗糙度和形貌。参照图4、5，相比于在没有上述载具，采用外部光源照射晶圆的加工方法，本申请在载具内部安装光源，在聚焦装置的作用下，对氮化镓晶圆聚焦照射紫外光，可以获得更好的加工质量。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：包括光源底座、光源聚焦装置以及晶圆安装座；所述光源底座与晶圆安装座分别设置于光源聚焦装置的两端；所述晶圆安装座用于安装晶圆；所述光源底座用于安装在抛光机上，所述光源底座上安装有光源，通过光源聚焦装置将光线聚焦照射在晶圆安装座上的晶圆；所述光源聚焦装置包括防护罩、第一凸透镜以及第二凸透镜，所述第一凸透镜与第二凸透镜同轴间隔设置在防护罩内，所述防护罩内设置有驱动件，用于驱动第二凸透镜靠近或远离第一凸透镜运动；光源通过外部红外遥控开光控制其光照强度；所述晶圆安装座上设置有光强传感器，所述光强传感器用于将信号反馈至外部处理器，外部处理器将光照强度值显示在显示器上。
2.根据权利要求1所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：所述第一凸透镜设置于防护罩靠近光源底座的一端；所述驱动件包括驱动电机、螺杆以及驱动套，驱动电机与螺杆均安装于防护罩内壁上，所述驱动套套设在第二凸透镜周侧，且驱动套的侧边螺纹连接于螺杆；通过螺杆带动驱动套沿防护罩轴向移动；所述驱动电机通过红外遥控控制其工作或停止。
3.根据权利要求2所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：所述第一凸透镜与第二凸透镜均为平凸透镜结构，且第一凸透镜凸起的一侧朝向光源底座，第二凸透镜凸起的一侧背向光源底座。
4.根据权利要求1所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：经过光源聚焦装置后的光线强度在100lx-300lx。
5.根据权利要求1所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：经过光源聚焦装置后的光线波长为100nm-420nm。
6.根据权利要求1所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：所述晶圆安装座中部沿其轴向开孔，晶圆安装座远离光源底座的侧壁上安装有用于供晶圆粘贴固定的透明玻璃。
7.根据权利要求6所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：所述透明玻璃上设置有多个不同尺寸的同心圆线条以及过圆心的中心线条；用于在粘贴晶圆时进行定位。
8.根据权利要求7所述的一种用于光辅助化学机械抛光的载具，其特征在于：所述透明玻璃与晶圆安装座之间设置有第一密封圈。
9.一种抛光加工方法，其特征在于：使用权利要求1-8任意一项所述的载具，包括以下步骤：
S1，将晶圆安装座加热，晶圆样品使用高温蜡粘贴在晶圆安装座上；
S2，将光源底座安装在抛光机器的上转盘上；
S3，抛光机器的下转盘上安装抛光垫，上转盘朝向下转盘抵紧，设定上转盘的载荷与转速、下转盘的转速、以及抛光液流量，进行抛光加工；
S4，完成加工后，取下晶圆，利用三维光学轮廓仪检测晶圆表面粗糙度。
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