一种光电化学机械抛光装置及材料高效去除调整方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光电化学机械抛光装置及材料高效去除调整方法，所述装置包括底座、工作台、水槽、龙门单元、抛光盘单元、工作主轴单元。本发明专利技术通过采用电化学工作站进行晶片抛光过程中电压施加与电流测量，调节监控晶片的氧化速率并配合比例阀和气缸，在工控机的控制下调节晶片的抛光压力，构成一个闭环控制系统，可以实现压力的精准调节以及晶片化学氧化速度与机械去除速度协调控制，能够通过调节电场电压实现晶片氧化速率最大，再调节加载压力使机械去除速率与氧化速率匹配，进而提高晶片的材料去除率，此外，本发明专利技术的装置左右布置两套工作主轴单元，能有效减小一套工作主轴单元带来的倾覆力矩，进而提高晶片表面质量。进而提高晶片表面质量。进而提高晶片表面质量。

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学机械抛光装置及材料高效去除调整方法


[0001]本专利技术涉及晶片超精密加工领域，特别涉及一种光电化学机械抛光装置及材料高效去除调整方法。

技术介绍

[0002]第三代半导体材料，氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)因其具有禁带宽度大，被广泛应用于高性能器件，GaN的应用依赖于其原子级粗糙度的表面加工质量。
[0003]化学机械抛光作为目前唯一可以实现全局平坦化的加工方式，氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)抛光的加工，虽然能够保证较好的表面质量，但由于晶体材料硬度大、化学惰性强，造成了晶体材料去除率极低。除此之外，中国专利技术专利CN201811537196.2《一种半导体晶片光电化学机械抛光加工装置》提出了一种光电化学机械抛光，虽然能够提高氮化镓(GaN)的材料去除率，但是晶片化学氧化速度与机械去除速度难以协调控制，无法实现晶片材料去除的最大化。
[0004]因此，如何实现第三代半导体氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)的高质高效加工，是目前第三代半导体氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)广泛应用的急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术要提供一种光电化学机械抛光装置及材料高效去除调整方法，能够实现晶片材料去除的最大化。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种光电化学机械抛光装置，包括底座、工作台、水槽、龙门单元、抛光盘单元、工作主轴单元；所述抛光盘单元安装在龙门单元上，位于工作主轴单元上方；所述工作主轴单元有两套，按左右方向并排安装在工作台上，两套工作主轴单元的真空吸盘中心距离L小于抛光盘直径D减去2倍晶片直径d，即L＜D
‑
2d；工作时，两套工作主轴分别吸附一片晶片，抛光盘对晶片施加压力，并左右移动，左右移动距离S＜D
‑
L
‑
d；
[0008]所述龙门单元包括龙门架、导轨I、丝杠、驱动电机、滑台I、联轴器、螺母座和滑块I；所述龙门架固定安装在工作台上，所述驱动电机固定安装在龙门架上、并通过联轴器与丝杠固定连接；所述螺母座安装在丝杠上、并与滑台I固定连接；所述滑台I与滑块I滑动连接；
[0009]所述抛光盘单元包括直线模组底座、导轨II、气缸、气缸安装板、浮动头、滑台II、加载板、中空转台I、抛光盘、抛光盘防护罩、导电滑环、绝缘垫、绝缘套、紫外光灯、抛光垫、滑块II、电化学工作站、上位机和比例阀；所述导轨II固定安装在直线模组底座上，滑块II与导轨II滑动连接；所述气缸固定安装在气缸安装板上，气缸安装板与直线模组底座固定连接，气缸通过浮动头与滑台II固定连接，滑台II安装在滑块II上，滑台II底部与加载板固定连接，气缸进气口与比例阀连接；所述中空转台I固定安装在加载板上；所述抛光盘通过螺栓穿过绝缘套、绝缘垫与中空转台I的转子固定连接，抛光垫粘接于抛光盘底部；所述导
电滑环穿过加载板、中空转台I的中孔固定在抛光盘顶部；所述抛光盘防护罩固定在加载板上，并且抛光盘防护罩开有矩形孔，紫外光灯固定在抛光盘防护罩的矩形孔正上方；
[0010]所述工作主轴单元包括真空吸盘、转接盘I、压力传感器、转接盘II、气浮平台、挡柱、转接盘III、中空转台II、气电滑环、旋转固定架、固定架和挡板；所述中空转台II的定子固定安装在工作台上，中空转台II通过转接盘III与气浮平台固定连接，气浮平台浮动部分通过转接盘II与压力传感器固定连接，压力传感器通过转接盘I与真空吸盘固定连接，挡板固定在转接盘I上；所述气电滑环的转子与转接盘III固定连接，所述气电滑环的定子与工作台固定连接；所述真空吸盘的导电端子与气电滑环连接，气电滑环引出导线与电化学工作站的工作电极连接作为阳极，压力传感器经过气电滑环与上位机连接；所述气浮平台浮动部分侧面具有挡柱，气浮平台固定部分侧面具有限位孔，挡柱在限位孔里，限位孔的尺寸大于挡柱的尺寸。
[0011]所述绝缘垫完全覆盖中空转台I转子连接面，绝缘套隔绝连接中空转台I的转子的螺栓与抛光盘，抛光盘与导电滑环连接，导电滑环引出导线与电化学工作站对电极连接作为阴极；导电多孔薄片与导电柱连接，导电柱贯穿真空吸盘在真空吸盘底部引出导电接线端子连接导线，导线经过转接盘II、转接盘III侧面通孔与气电滑环连接，气电滑环引出导线与电化学工作站工作电极连接作为阳极，电化学工作站与上位机连接；在加工时，真空吸盘吸附晶片，抛光盘在气缸作用下进行压力加载，电流由电化学工作站阳极流向气电滑环、气电滑环流向导电柱、导电柱流向真空吸盘上表面导电多孔薄片、真空吸盘上表面导电多孔薄片流向晶片、晶片流向抛光液、抛光液流向抛光盘、抛光盘流向导电滑环、导电滑环流回电化学工作站阴极构成闭合回路，紫外光灯发射紫外光线透过防护罩的矩形孔、抛光盘和抛光垫上叶序分布的通孔，照射到晶片上表面，在晶片上表面生成氧化层。
[0012]进一步地，所述抛光盘和抛光垫上叶序分布的通孔的极坐标表示为其中为第n个孔的极角、n为孔序号、α0为叶序发散角、r
n
为第n个孔的极径、k
p
为叶序分布参数。
[0013]进一步地，所述抛光盘和抛光垫上叶序分布的通孔的个数为280，叶序发散角α0取1387.508
°
，叶序分布参数k
p
取10。
[0014]进一步地，所述抛光盘的材质为导电材质，绝缘垫、绝缘套的材质均为绝缘材质；所述真空吸盘上表面的材质为导电多孔薄片材质，真空吸盘内部材质为多孔陶瓷材质，基体材质为绝缘的陶瓷材质，真空吸盘上表面为导电多孔薄片材质。
[0015]一种光电化学机械抛光装置的材料高效去除调整方法，包括以下步骤：
[0016]A、加工开始，电化学工作站按照电压线性加载进行电压施加，电化学工作站将电压线性加载测得电压
‑
电流即U
‑
I数据反馈给上位机；
[0017]B、上位机根据电化学工作站反馈的U
‑
I数据，取电流数据I1、I2、I3、I4……
，比较是否I1＜I2，若小于，则比较是否I2＜I3，若大于，则比较是否I1＜I3，以此类推，取得电流I最大值I
max
，确定此时的电压值Ui，设定电化学工作站的电压为Ui；
[0018]C、电化学工作站电压恒定，电化学工作站将测得电流I数据反馈给上位机；
[0019]D、上位机根据电化学工作站反馈的电流I数据，取电流数据I1、I2、I3、I4……
，判断前后时刻|I2‑
I1|、|I3‑
I2|、|I4‑
I3|
……
是否小于设定值I
S
；
[0020]E、若步骤D中|I2‑
I1|≤I
S
，上位机无动作；若I1＞I2，则上位机采用PID调节比例阀进行气缸进气压力调节，将加载压力减小；若I1＜I2，上位机采用PID调节比例阀进行气缸进气压力调节，将加载压力加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电化学机械抛光装置，其特征在于：包括底座(1)、工作台(2)、水槽(42)、龙门单元(44)、抛光盘单元(45)、工作主轴单元(46)；所述抛光盘单元(45)安装在龙门单元(44)上，位于工作主轴单元(46)上方；所述工作主轴单元(46)有两套，按左右方向并排安装在工作台(2)上，两套工作主轴单元(46)的真空吸盘(27)中心距离L小于抛光盘(19)的直径D减去2倍晶片(41)的直径d，即L＜D
‑
2d；工作时，两套工作主轴分别吸附一片晶片(41)，抛光盘(19)对晶片(41)施加压力，并左右移动，左右移动距离S＜D
‑
L
‑
d；所述抛光盘单元(45)包括直线模组底座(11)、导轨II(12)、气缸(13)、气缸安装板(14)、浮动头(15)、滑台II(16)、加载板(17)、中空转台I(18)、抛光盘(19)、抛光盘防护罩(20)、导电滑环(21)、绝缘垫(22)、绝缘套(23)、紫外光灯(24)、抛光垫(25)、滑块II(26)、电化学工作站(38)、上位机(39)和比例阀(40)；所述气缸(13)通过浮动头(15)与滑台II(16)固定连接，所述导电滑环(21)穿过加载板(17)、中空转台I(18)的中孔固定在抛光盘(19)顶部；所述抛光盘防护罩(20)固定在加载板(17)上，并且抛光盘防护罩(20)开有矩形孔，紫外光灯(24)固定在抛光盘防护罩(20)的矩形孔正上方；所述工作主轴单元(46)包括真空吸盘(27)、转接盘I(28)、压力传感器(29)、转接盘II(30)、气浮平台(31)、挡柱(32)、转接盘III(33)、中空转台II(34)、气电滑环(35)、旋转固定架(36)、固定架(37)和挡板(43)；所述气浮平台(31)浮动部分通过转接盘II(30)与压力传感器(29)固定连接，压力传感器(29)通过转接盘I(28)与真空吸盘(27)固定连接；所述真空吸盘(27)的导电端子与气电滑环(35)连接，气电滑环(35)引出导线与电化学工作站(38)的工作电极连接作为阳极，压力传感器(29)经过气电滑环(35)与上位机(39)连接；所述气浮平台(31)浮动部分侧面具有挡柱(32)，气浮平台(31)固定部分侧面具有限位孔，挡柱(32)在限位孔里，限位孔的尺寸大于挡柱(32)的尺寸；所述绝缘垫(22)完全覆盖中空转台I(18)转子连接面，绝缘套(23)隔绝连接中空转台I(18)的转子的螺栓与抛光盘(19)，抛光盘(19)与导电滑环(21)连接，导电滑环(21)引出导线与电化学工作站(38)对电极连接作为阴极；导电多孔薄片与导电柱连接，导电柱贯穿真空吸盘(27)在真空吸盘(27)底部引出导电接线端子连接导线，导线与气电滑环(35)连接，气电滑环(35)引出导线与电化学工作站(38)工作电极连接作为阳极，电化学工作站(38)与上位机(39)连接；在加工时，真空吸盘(27)吸附晶片(41)，抛光盘(19)在气缸(13)作用下进行压力加载，电流由电化学工作站(38)阳极流向气电滑环(35)、气电滑环(35)流向导电柱、导电柱流向真空吸盘(27...

【专利技术属性】
技术研发人员：康仁科，朱祥龙，张高振，董志刚，鲍岩，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：