[發明專利]碳化硅晶片拋光設備

在審

• 申請號: 202211294837.2
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115502870A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 張學良;袁巨龍;鄧乾發;杭偉;王佳煥
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02;B24B27/00;B24B41/00;B24B41/06;H01L21/67;H01L21/677
• 代理公司: 北京祺和祺知識產權代理有限公司 11501
• 代理人: 崔巍

本發明涉及一種碳化硅晶片拋光設備，包括拋光機械臂、晶片表面等離子軟化處理裝置、晶片表面拋光裝置。拋光機械臂的晶片吸盤上設有晶片電極，晶片電極與晶片吸盤拾取的碳化硅晶片導通，晶片表面等離子軟化處理裝置包括脈沖電源、不銹鋼電極。水基電解液在脈沖電壓作用下與碳化硅晶片的表面發生等離子體活化改性反應生成軟化層，再通過晶片表面拋光裝置打磨去除碳化硅晶片表面上的軟化層。本發明采用拋光機械臂、晶片表面等離子軟化處理裝置、晶片表面拋光裝置相結合的自動化精密拋光工藝，相比現有主要依靠人工操作，缺乏專用的拋光設備的工藝方案具有拋光效率高、拋光效果更佳的特點。

技術領域

本發明涉及一種碳化硅晶片拋光設備，特別涉及一種碳化硅晶片等離子體輔助拋光設備，屬于碳化硅晶片拋光領域。

背景技術

碳化硅單晶是第三代高溫寬帶隙半導體材料，碳化硅的硬度很大，具有優良的導熱、導電、高溫抗氧化性能，因此，碳化硅晶片廣泛應用于各種極端環境，相比其它材料具有不可替代的優勢。碳化硅晶片表面質量對器件性能與使用壽命有著重要影響，但由于碳化硅具有高硬度、脆性的特點，如何實現大直徑超薄碳化硅晶片的精密拋光成為急需解決的問題。

目前，現有的碳化硅晶片拋光工藝有機械拋光、化學機械拋光、等離子體輔助拋光。機械拋光工藝采用機械打磨的方式，在碳化硅晶片塑性和脆性的臨界處實現切削，但是臨界切削層不易直接辨別，加工后的晶片表面質量不好。化學機械拋光工藝先將碳化硅晶片表面與拋光液接觸，發生化學反應生成薄膜，再通過機械方式打磨去除該薄膜，但是這種工藝容易出現化學殘留，不易清除，從而影響碳化硅晶片的表面質量。等離子體輔助拋光工藝通過等離子體電化學方式使碳化硅晶片表面產生大量的氧等離子體，與碳化硅晶片表面材料發生反應，生成硬度較小的軟化層，再采用軟性磨粒去除該軟化層，從而實現精密拋光。但是，目前鮮有應用等離子體輔助拋光工藝的專用設備。

發明內容

本發明碳化硅晶片拋光設備公開了新的方案，采用拋光機械臂、晶片表面等離子軟化處理裝置、晶片表面拋光裝置相結合的精密拋光工藝，在等離子體輔助拋光工藝的基礎上通過拋光機械臂實現了自動化工藝過程，解決了現有工藝缺乏專用的拋光設備，工藝過程采用人工操作，效率不高以及易發生失誤的問題。

本發明碳化硅晶片拋光設備包括拋光機械臂、晶片表面等離子軟化處理裝置、晶片表面拋光裝置。拋光機械臂上設有晶片吸盤，晶片吸盤上設有晶片電極，晶片電極與晶片吸盤拾取的碳化硅晶片導通，碳化硅晶片通過拋光機械臂運送至晶片表面等離子軟化處理裝置的加工工位，晶片表面等離子軟化處理裝置包括脈沖電源、不銹鋼電極，不銹鋼電極通過脈沖電源與晶片電極電連接。

設在不銹鋼電極與碳化硅晶片間的水基電解液在預定電壓閾值、脈沖頻率的脈沖電壓作用下與碳化硅晶片的表面發生等離子體活化改性反應，等離子體活化改性反應在碳化硅晶片表面生成軟化層，生成軟化層的碳化硅晶片通過拋光機械臂運送至晶片表面拋光裝置的加工工位，晶片表面拋光裝置打磨去除碳化硅晶片表面上的軟化層。

進一步，本方案的拋光機械臂包括旋轉立柱，旋轉立柱包括驅動底座、立柱本體，驅動底座內設有旋轉驅動電機，旋轉驅動電機的輸出端向上與立柱本體的下端傳動連接，立柱本體的上端設有吸盤懸臂，吸盤懸臂的遠端設有晶片吸盤，立柱本體內設有懸臂升降機構，懸臂升降機構驅動吸盤懸臂升降運動。

更進一步，本方案的立柱本體內設有懸臂升降機構，懸臂升降機構包括升降螺柱，升降螺柱的下端與螺柱電機傳動連接，升降螺柱的上端與立柱本體內的頂部形成軸向定位連接，升降螺柱與升降內螺塊形成螺紋傳動連接，伸出立柱本體一側上的升降通槽的升降內螺塊的一端與吸盤懸臂連接，升降內螺塊的另一端與立柱本體內側壁上的升降導軌形成升降導向滑動連接。

進一步，本方案的晶片吸盤包括圓柱狀的吸盤殼體，吸盤殼體內設有負壓腔，負壓腔的一端與外部負壓氣源連通，負壓腔的另一端與中心氣道、多個弧形氣道連通，弧形氣道的弧形吸口等距環設在吸盤殼體的吸附端的邊沿上，中心氣道的吸口設在吸盤殼體的吸附端的中央部。