本發(fā)明屬于晶圓加工處理，更具體地說，是涉及一種晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，特別是在智能電網(wǎng)、新能源汽車、5g通信、航空航天等高端領(lǐng)域，對(duì)半導(dǎo)體材料的性能要求越來越高。目前，第三代半導(dǎo)體材料（如sic和gan）因其具有更高的禁帶寬度和優(yōu)異的物理性能，滿足上述高端領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體材料的需求，技術(shù)進(jìn)展迅速，產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。

2、隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷進(jìn)步，對(duì)半導(dǎo)體材料的質(zhì)量和性能要求也越來越高，這就意味著對(duì)第三代半導(dǎo)體材料的表面質(zhì)量提出了更高的要求。然而sic和gan晶體本身具有硬度高、脆性大、化學(xué)惰性強(qiáng)等特點(diǎn)，這就導(dǎo)致材料的加工難度非常高，傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械平坦化（cmp）已不能滿上述晶圓的加工要求，任何微小的表面缺陷都可能影響到其外延層的生長質(zhì)量，進(jìn)而影響到器件的性能，影響了晶圓的表面加工質(zhì)量。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，出現(xiàn)了電化學(xué)機(jī)械拋光（ecmp）方法，能夠通過增強(qiáng)cmp中的化學(xué)作用，來提升化合物半導(dǎo)體的cmp性能。電化學(xué)機(jī)械拋光（ecmp）是在cmp的基礎(chǔ)上加入了電化學(xué)設(shè)計(jì)，利用電解液中的電化學(xué)反應(yīng)來去除晶圓表面，該方法可以有效提升cmp的拋光速率，但是在動(dòng)態(tài)電化學(xué)的作用下，拋光效率受其它因素影響較大，不夠穩(wěn)定。由于晶圓表面電荷分布情況與晶圓表面的狀態(tài)息息相關(guān)，這就導(dǎo)致ecmp后的晶圓表面面型控制無法保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置及方法，能夠提高晶圓的拋光效率，提高晶圓表面的面型質(zhì)量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，包括加工平臺(tái)以及分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接于加工平臺(tái)上的第一拋光盤和第二拋光盤，第一拋光盤的上方設(shè)有第一拋光頭和第一拋光液噴管，第二拋光盤的上方設(shè)有第二拋光頭和第二拋光液噴管；

3、其中，第一拋光盤的上方還設(shè)有紫外燈，紫外燈用于發(fā)射紫外光至晶圓上以氧化晶圓表面；第二拋光盤的上方還設(shè)有藍(lán)光燈，藍(lán)光燈用于發(fā)射藍(lán)光至晶圓上以平衡晶圓表面電荷、并修復(fù)晶圓的表面。

4、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，紫外燈的波長為200-350nm，紫外燈的能量密度為100-400μw/cm2，紫外燈的照射頻率為1-3khz，藍(lán)光燈的波長為350-500nm，藍(lán)光燈的能量密度為100-300μw/cm2，藍(lán)光燈的照射頻率為1-2khz。

5、一些實(shí)施例中，加工平臺(tái)上設(shè)有與第一拋光盤相鄰設(shè)置的第一載臺(tái)以及與第二拋光盤相鄰設(shè)置的第二載臺(tái)，第一載臺(tái)用于承托晶圓以供第一拋光頭吸取，第二載臺(tái)用于承托第二拋光頭卸落的晶圓，加工平臺(tái)上還設(shè)有位于第一拋光盤和第二拋光盤之間的中轉(zhuǎn)載臺(tái)，中轉(zhuǎn)載臺(tái)用于承托第一拋光頭卸落的晶圓、以供第二拋光頭吸取。

6、一些實(shí)施例中，第一載臺(tái)和第二載臺(tái)靠近加工平臺(tái)的同一側(cè)緣設(shè)置，加工平臺(tái)的外側(cè)還設(shè)有儲(chǔ)存平臺(tái)，儲(chǔ)存平臺(tái)上設(shè)有用于放置晶圓的存放水槽，儲(chǔ)存平臺(tái)上設(shè)有用于轉(zhuǎn)移晶圓的第一轉(zhuǎn)運(yùn)臂。

7、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，加工平臺(tái)上還設(shè)有兩個(gè)修整器，兩個(gè)修整器分別與第一拋光盤和第二拋光盤一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，第一拋光盤和第二拋光盤均設(shè)有拋光墊，修整器用于清理第一拋光盤或第二拋光盤的拋光墊。

8、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置還包括供料平臺(tái)，供料平臺(tái)上設(shè)有晶圓盒以及第二轉(zhuǎn)運(yùn)臂，晶圓盒用于容納晶圓，第二轉(zhuǎn)運(yùn)臂用于吸附并轉(zhuǎn)移晶圓盒內(nèi)的晶圓。

9、本申請(qǐng)實(shí)施例所示的方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)實(shí)施例所示的方案，在第一拋光盤的上方設(shè)置了紫外燈，利用紫外燈提高晶圓的氧化效率，實(shí)現(xiàn)晶圓的快速去除，在第二拋光盤的上方設(shè)置了藍(lán)光燈，利用藍(lán)光燈平衡電化學(xué)機(jī)械拋光過程中晶圓表面電荷，對(duì)晶圓的表面形成修復(fù)作用，有助于提高面型質(zhì)量，通過紫外光和藍(lán)光的結(jié)合有效地提高了晶圓的拋光效率，降低了晶圓的損壞概率，提高了晶圓的表面加工質(zhì)量。

10、本發(fā)明還提供了一種晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化方法，包括以下步驟:

11、s100:第一拋光頭吸附晶圓并帶動(dòng)晶圓移動(dòng)至第一拋光盤上方，對(duì)晶圓進(jìn)行電化學(xué)機(jī)械拋光，同時(shí)利用紫外光照射晶圓以提高晶圓的氧化速度；

12、s200:第一拋光頭卸落晶圓，第二拋光頭吸附晶圓并帶動(dòng)晶圓移動(dòng)至第二拋光盤上方，對(duì)晶圓進(jìn)行電化學(xué)機(jī)械拋光，同時(shí)利用藍(lán)光照射晶圓以平衡晶圓表面電荷以修復(fù)晶圓的表面；

13、s300:第二拋光頭卸落晶圓，輸送晶圓至存放水槽中。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟s100和s200中，第一拋光盤和第二拋光盤的轉(zhuǎn)速均為30-150rpm，第一拋光盤和第二拋光盤的主拋光壓力為0.5-5.5psi，第一拋光盤和第二拋光盤的拋光時(shí)間均為5-30min，第一拋光液噴管和第二拋光液噴管的流速均為30-220ml/min，第一拋光頭和第二拋光頭的轉(zhuǎn)速均為30-130rpm。

15、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟s100和s200中，第一拋光頭與第一拋光盤之間以及第二拋光頭和第二拋光盤之間施加的電壓參數(shù)均為10-50v、電流參數(shù)均為0.5-5a、電解時(shí)間均為5-30min。

16、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，步驟s100前，還包括自晶圓盒取出晶圓，輸送晶圓至第一載臺(tái)上以供第一拋光頭吸附。

17、上述晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化方法利用紫外燈提高晶圓的氧化效率，同時(shí)利用藍(lán)光燈平衡電化學(xué)機(jī)械拋光過程中晶圓表面電荷，對(duì)晶圓的表面形成修復(fù)作用，有助于提高面型質(zhì)量，通過紫外光和藍(lán)光的結(jié)合有效地提高了晶圓的拋光效率，降低了晶圓的損壞概率，提高了晶圓的表面加工質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，其特征在于，包括加工平臺(tái)(1)以及分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接于所述加工平臺(tái)(1)上的第一拋光盤(2)和第二拋光盤(3)，所述第一拋光盤(2)的上方設(shè)有第一拋光頭(21)和第一拋光液噴管(22)，所述第二拋光盤(3)的上方設(shè)有第二拋光頭(31)和第二拋光液噴管(32)；

2.如權(quán)利要求1所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，其特征在于，所述紫外燈(23)的波長為200-350nm，所述紫外燈(23)的能量密度為100-400μw/cm2，所述紫外燈(23)的照射頻率為1-3khz，所述藍(lán)光燈(33)的波長為350-500nm，所述藍(lán)光燈(33)的能量密度為100-300μw/?cm2，所述藍(lán)光燈(33)的照射頻率為1-2khz。

3.如權(quán)利要求1所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，其特征在于，所述加工平臺(tái)(1)上設(shè)有與所述第一拋光盤(2)相鄰設(shè)置的第一載臺(tái)(24)以及與所述第二拋光盤(3)相鄰設(shè)置的第二載臺(tái)(34)，所述第一載臺(tái)(24)用于承托晶圓(6)以供所述第一拋光頭(21)吸取，所述第二載臺(tái)(34)用于承托所述第二拋光頭(31)卸落的晶圓(6)，所述加工平臺(tái)(1)上還設(shè)有位于所述第一拋光盤(2)和所述第二拋光盤(3)之間的中轉(zhuǎn)載臺(tái)(12)，所述中轉(zhuǎn)載臺(tái)(12)用于承托所述第一拋光頭(21)卸落的晶圓(6)、以供所述第二拋光頭(31)吸取。

4.如權(quán)利要求3所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，其特征在于，所述第一載臺(tái)(24)和所述第二載臺(tái)(34)靠近所述加工平臺(tái)(1)的同一側(cè)緣設(shè)置，所述加工平臺(tái)(1)的外側(cè)還設(shè)有儲(chǔ)存平臺(tái)(4)，所述儲(chǔ)存平臺(tái)(4)上設(shè)有用于放置晶圓(6)的存放水槽(41)，所述儲(chǔ)存平臺(tái)(4)上設(shè)有用于轉(zhuǎn)移晶圓(6)的第一轉(zhuǎn)運(yùn)臂(42)。

5.如權(quán)利要求1所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，其特征在于，所述加工平臺(tái)(1)上還設(shè)有兩個(gè)修整器(11)，兩個(gè)所述修整器(11)分別與所述第一拋光盤(2)和所述第二拋光盤(3)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述第一拋光盤(2)和所述第二拋光盤(3)均設(shè)有拋光墊(25)，所述修整器(11)用于清理所述第一拋光盤(2)或所述第二拋光盤(3)的拋光墊(25)。

6.如權(quán)利要求1所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，其特征在于，所述晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置還包括供料平臺(tái)(5)，所述供料平臺(tái)(5)上設(shè)有晶圓盒(51)以及第二轉(zhuǎn)運(yùn)臂(52)，所述晶圓盒(51)用于容納晶圓(6)，所述第二轉(zhuǎn)運(yùn)臂(52)用于吸附并轉(zhuǎn)移所述晶圓盒(51)內(nèi)的晶圓(6)。

7.一種利用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置進(jìn)行晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化方法，其特征在于，包括以下步驟:

8.如權(quán)利要求7所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化方法，其特征在于，步驟s100和s200中，所述第一拋光盤(2)和所述第二拋光盤(3)的轉(zhuǎn)速均為30-150rpm，所述第一拋光盤(2)和所述第二拋光盤(3)的主拋光壓力為0.5-5.5psi，所述第一拋光盤(2)和所述第二拋光盤(3)的拋光時(shí)間均為5-30min，所述第一拋光液噴管(22)和所述第二拋光液噴管(32)的流速均為30-220ml/min，所述第一拋光頭(21)和所述第二拋光頭(31)的轉(zhuǎn)速均為30-130rpm。

9.如權(quán)利要求7所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化方法，其特征在于，步驟s100和s200中，所述第一拋光頭(21)與所述第一拋光盤(2)之間以及所述第二拋光頭(31)和所述第二拋光盤(3)之間施加的電壓參數(shù)均為10-50v、電流參數(shù)均為0.5-5a、電解時(shí)間均為5-30min。

10.如權(quán)利要求7所述的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化方法，其特征在于，步驟s100前，還包括自晶圓盒(51)取出晶圓(6)，輸送晶圓(6)至第一載臺(tái)(24)上以供所述第一拋光頭(21)吸附。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置及方法，包括加工平臺(tái)以及第一拋光盤和第二拋光盤，第一拋光盤的上方設(shè)有第一拋光頭和第一拋光液噴管，第二拋光盤的上方設(shè)有第二拋光頭和第二拋光液噴管；第一拋光盤的上方還設(shè)有紫外燈，第二拋光盤的上方還設(shè)有藍(lán)光燈。本發(fā)明提供的晶圓光電化學(xué)機(jī)械平坦化裝置，在第一拋光盤的上方設(shè)置了紫外燈，利用紫外燈提高晶圓的氧化效率，實(shí)現(xiàn)晶圓的快速去除，在第二拋光盤的上方設(shè)置了藍(lán)光燈，利用藍(lán)光燈平衡電化學(xué)機(jī)械拋光過程中晶圓表面電荷，對(duì)晶圓的表面形成修復(fù)作用，有助于提高面型質(zhì)量，通過紫外光和藍(lán)光的結(jié)合有效地提高了晶圓的拋光效率，降低了晶圓的損壞概率，提高了晶圓的表面加工質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：王磊,蔡長益,鄒毅達(dá)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京晶亦精微科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23