基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置及抛光方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及单晶材料抛光技术领域，公开了一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置及抛光方法。本发明专利技术的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置包括矩管，矩管包括第一发生管、设于第一发生管外的第二发生管以及设于第二发生管外的第三发生管；与第二发生管及第三发生管连通的惰性气体提供装置；与第一气体发生管连通的刻蚀气体提供装置；与矩管连通的电火花发生器；电感线圈，矩管的出口设于电感线圈内，其连接有射频电源。本发明专利技术的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光方法基于上述抛光装置。本发明专利技术的基于电感耦合等离子体体的单晶材料抛光装置及抛光方法具有去除速率快、不引入亚表面损伤、不需要磨浆、不需要后清洗的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置及抛光方法
本专利技术涉及单晶材料抛光
，尤其是涉及一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置及抛光方法。
技术介绍
半导体晶圆的制造过程包括单晶生长、磨外圆、切片、圆角、粗磨、精磨、金刚石抛光、化学机械抛光等诸多工序，其中，抛光工艺(包括金刚石抛光和化学机械抛光)的目的是去除磨削后晶片表面的划痕以及亚表面损伤，从而得到无划痕、无损伤的完美表面，进而在该表面上进行电子元器件的加工。由于抛光后的晶片的表面质量直接决定了元器件的性能，因此抛光是晶圆加工过程中非常关键的一步，另外，在集成电路的制造过程中，需要用到光刻技术让设计的电路图从掩模版上转移到晶圆上，而想要设计的图案能准确的转移，就需要让整个晶圆平面准确地位于光刻系统曝光的焦平面的景深内。而光刻系统的曝光的景深非常小，因此光刻对晶圆表面的平整度也有很高的要求。传统晶圆制造工业中要达到这种平整度，保证良好的表面粗糙度，同时又去除所有亚表面损伤，最常用的方法是化学机械抛光方法(CMP)。化学机械抛光方法的抛光过程一般为：需要抛光的晶圆被固定在抛光头上，沿着轴向旋转，并向下有下压力，抛光垫通常为多孔的聚亚安酯材料制造，它沿着自己的轴向旋转，旋转方向与抛光头相反，修整器让抛光垫保持平整，抛光垫上有一导管往上面滴磨浆，磨浆由研磨材料和化学添加剂组成，研磨材料常用的有二氧化硅、二氧化铝和氧化铈，化学添加剂需要用于与被去除材料反映，在抛光过程中，磨浆中的化学添加剂先与晶圆表面不平整的部位反应，使其转化成硬度相对较低的物质，从而更容易去除，随后，相对运动的研磨性磨粒将这些硬度较低的物质研磨去除，在整个过程中，晶圆表面材料和不平整的结构得到去除，从而达到整个表面的平坦化，化学机械抛光发的优点如下：1、能实现原子级的粗糙度；2、能降低缺陷密度，有效去除切割和粗研磨晶圆引入的亚表面损伤，改善良率；3、去除速度比纯化学抛光快。但是，化学机械抛光法仍然具有十分明显的缺点：1、化学机械抛光法虽然相较于纯化学抛光法速率已经有了很大提高，但是去除速率还是太慢。以碳化硅材料为例，化学机械抛光法的材料去除速率为几十到几百纳米每小时，而粗研磨后的碳化硅亚表面损伤层厚度通常为15微米左右，若全部用化学机械抛光法去除，需耗费上百小时。2、会引入刻蚀坑等新缺陷，由于碳化硅生长的时候会有位错生成，而晶圆表面的位错拥有更高的反应活性，会倾向于优先与抛光液中的腐蚀性物质反应，因而会在表面留下刻蚀坑，这些刻蚀坑会影响后续的光刻步骤的精度，同时会让制成器件电学性质受到影响。3、需要耗费大量磨浆，化学机械抛光的过程中需要不断的向抛光垫中滴加磨浆，以保持研磨的效率，因此磨浆需要耗费大量资金，而且有的研磨过程中需要用到氧化铈磨浆，是一种珍惜的稀土材料，也会造成成本的升高，同时，大量使用磨浆需要对使用后的磨浆进行后处理，成本高昂，同时也会对环境造成污染。4、化学机械抛光后的晶圆由于沾有大量研磨浆，并且当研磨浆在晶圆表面干固时，研磨浆粒子会与晶圆表面上的原子产生键结，因此需要对化学机械抛光后的晶圆进行后清洗，使用表面活性剂来减弱和破坏粒子和晶圆连接的化学键来移除这些粒子，帮助粒子从表面扩散离开，使用相应的化学试剂来调整晶圆和粒子表面的电荷，防止其重新沉淀，所以后清洗步骤也会增加试剂和时间成本。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，能够很好的解决化学机械抛光法存在的缺点。为了克服现有技术的不足，本专利技术还提供一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光方法，能够很好的解决化学机械抛光法存在的缺点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，包括矩管，所述矩管包括第一发生管、第二发生管以及第三发生管，所述第二发生管罩设于所述第一发生管外，所述第三发生管罩设于所述第二发生管外；惰性气体提供装置，所述惰性气体提供装置与所述第二发生管及所述第三发生管连通；刻蚀气体提供装置，所述刻蚀气体提供装置与所述第一气体发生管连通；电火花发生器，所述点火花发生器分别与第一发生管、第二发生管、第三发生管连通，用于在第一发生管、第二发生管、第三发生管内产生电火花；电感线圈，所述矩管的出口设于所述电感线圈内，所述电感线圈连接有射频电源，通电时，所述电感线圈内产生耦合等离子体。作为上述技术方案的进一步改进，还包括试样夹台，所述试样夹台设于所述矩管下方。作为上述技术方案的进一步改进，还包括移动平台，所述试样夹台固设于所述移动平台上。作为上述技术方案的进一步改进，所述矩管与所述试样夹台之间施加有电场，用于改变产生的等离子的运动轨迹。作为上述技术方案的进一步改进，还包括流量计，所述流量计分别与所述第一发生管、第二发生管、第三发生管连接。作为上述技术方案的进一步改进，还包括温度监控器，所述温度监控器用于监控待抛光晶圆的温度。本专利技术还提供一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光方法，作为上述技术方案的进一步改进，包括如下步骤：S1，设置晶圆，将晶圆需要抛光的一面露出；S2，惰性气体提供装置工作，按照预设的流速向第二发生器、第三气路通入惰性气体；S3，打开电火花发生器，使第一发生器、第二发生器、第三发生器内产生电火花，同时电感线圈接入交变电流，在产生稳定并发强光的电感耦合等离子体后，关闭电火花发生器；S4，刻蚀气体提供装置工作，按照预设的流速向第一发生器通入刻蚀气体。作为上述技术方案的进一步改进，还包括步骤S5，移动晶圆，使等离子体火炬按照预设的轨迹在晶圆表面扫描，并监控晶圆的温度。作为上述技术方案的进一步改进，所述惰性气体为Ar，所述刻蚀气体为CF4。作为上述技术方案的进一步改进，第一发生器内气体流速为30SCCM，第二发生器内气体流速为1SLM，第三发生器内气体流速为15SLM。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置包括矩管，所述矩管包括第一发生管、第二发生管以及第三发生管，所述第二发生管罩设于所述第一发生管外，所述第三发生管罩设于所述第二发生管外；惰性气体提供装置，所述惰性气体提供装置与所述第二发生管及所述第三发生管连通；刻蚀气体提供装置，所述刻蚀气体提供装置与所述第一气体发生管连通；电火花发生器，所述点火花发生器分别与第一发生管、第二发生管、第三发生管连通，用于在第一发生管、第二发生管、第三发生管内产生电火花；电感线圈，所述矩管的出口设于所述电感线圈内，所述电感线圈连接有射频电源，通电时，所述电感线圈内产生耦合等离子体。本专利技术的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置具有如下优点：1、去除速率快，能节省大量能源和时间成本；2、使用产生的等离子火炬进行抛光，属于非接触式抛光，在抛光的同时不会引入亚表面损伤，刻蚀坑的数量明显少于化学机械抛光法引入的刻蚀坑；3、抛光过程不需要磨浆，能省下磨浆的耗材成本以及磨浆废液的后处理成本；4、不需要后清洗，能省下清洗的成本，进一步节省时间。本专利技术的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光方法具有去除速率快、引入刻蚀坑数量少、不需要磨浆、不需要后清洗的优势。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术一个实施例的电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，其特征在于，包括矩管，所述矩管包括第一发生管、第二发生管以及第三发生管，所述第二发生管罩设于所述第一发生管外，所述第三发生管罩设于所述第二发生管外；惰性气体提供装置，所述惰性气体提供装置与所述第二发生管及所述第三发生管连通；刻蚀气体提供装置，所述刻蚀气体提供装置与所述第一气体发生管连通；电火花发生器，所述点火花发生器分别与第一发生管、第二发生管、第三发生管连通，用于在第一发生管、第二发生管、第三发生管内产生电火花；电感线圈，所述矩管的出口设于所述电感线圈内，所述电感线圈连接有射频电源，通电时，所述电感线圈内产生耦合等离子体。

【技术特征摘要】
1.一种基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，其特征在于，包括矩管，所述矩管包括第一发生管、第二发生管以及第三发生管，所述第二发生管罩设于所述第一发生管外，所述第三发生管罩设于所述第二发生管外；惰性气体提供装置，所述惰性气体提供装置与所述第二发生管及所述第三发生管连通；刻蚀气体提供装置，所述刻蚀气体提供装置与所述第一气体发生管连通；电火花发生器，所述点火花发生器分别与第一发生管、第二发生管、第三发生管连通，用于在第一发生管、第二发生管、第三发生管内产生电火花；电感线圈，所述矩管的出口设于所述电感线圈内，所述电感线圈连接有射频电源，通电时，所述电感线圈内产生耦合等离子体。2.根据权利要求1所述的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，其特征在于，还包括试样夹台，所述试样夹台设于所述矩管下方。3.根据权利要求2所述的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，其特征在于，还包括移动平台，所述试样夹台固设于所述移动平台上。4.根据权利要求2所述的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，其特征在于，所述矩管与所述试样夹台之间施加有电场，用于改变产生的等离子的运动轨迹。5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于电感耦合等离子体的单晶材料抛光装置，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓辉，张翊，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44