一种超薄碳化硅单晶衬底的制备设备及方法与流程

1.本发明属于碳化硅加工技术领域，具体而言，涉及一种超薄碳化硅单晶衬底的制备设备及方法。


背景技术：

2.碳化硅单晶材料因其自身宽禁带、高热导率、高击穿电场及高抗辐射能力等特点，其制成的半导体器件能够满足对当今对高功率和强辐射器件的需求，是制备高温、高频、高功率和抗辐射器件的理想衬底材料，并在混合动力汽车、高压输电、led照明和航天航空等领域崭露头角，而生长高质量的碳化硅晶体则是实现这些碳化硅基器件的优异性能的基础。
3.通常利用金刚石减薄砂轮随碳化硅衬底进行研磨，而金刚石粉是固结在粘合剂中，在对碳化硅衬底进行减薄的过程中金刚石粉的可以是固定不动的。所以当露出粘合剂表面较多的金刚石粉颗粒将造成碳化硅表面较深的划痕。金刚石粉的颗粒粒径是有一定分布的，在粘合剂表面将会有露出较多及较少的金刚石，这样在减薄碳化硅过程中将造成深浅不一的划痕。而深划痕将会增加碳化硅衬底后续加工中去除不掉部分划痕的可能，或增加更多的去除量才能去除所有的划痕。如果为了保证衬底表面划痕全部去除而增加后续工序的去除量，这样将会增加后续工序的耗材成本，也同时需要更厚的碳化硅衬底，同样增加了碳化硅衬底的损耗，而通过金刚石减薄液对工件进行打磨同样存在应金刚石颗粒大小不均或分布不均而造成的碳化硅表面产生过深划痕从而影响后续生产加工工艺的进行。


技术实现要素：

4.本发明是这样实现的：
5.一方面，本发明提供了一种超薄碳化硅单晶衬底的制备设备，包括安装平台，所述安装平台包括台面板，所述台面板顶部的中央转动连接有旋转送料台，所述旋转送料台的轴体穿过所述台面板底部与传送电机的输出轴固定连接，所述传送电机固定安装于所述台面板的底部，所述旋转送料台顶部四周均匀固定连接有至少两片晶圆底衬，所述台面板顶部的左侧固定连接有研磨支架，所述研磨支架的顶部沿水平方向轴承连接有丝杠和滑轴，所述丝杠和所述滑轴之间设置有筛液研磨头，所述丝杠的一端与往复电机的输出轴固定连接，所述往复电机固定安装于所述研磨支架表面，所述往复电机用于驱动所述筛液研磨头做横向的来回往复运动，所述台面板的底部左侧且对应所述晶圆底衬位置处固定安装有顶升液压缸，所述顶升液压缸用于顶升所述晶圆底衬进行研磨减薄，所述晶圆底衬的一侧设置有减薄液喷洒装置，用于向所述晶圆底衬研磨面喷洒减薄液，所述台面板底部的右侧设置有控制器，所述控制器用于控制所述旋转送料台和所述筛液研磨头运行。
6.在本发明的一种实施例中，所述旋转送料台包括转动底座，所述转动底座轴承连接于所述台面板顶部中央，所述转动底座顶部四周均匀开设有至上两个滑孔，所述滑孔内部滑动连接有滑块座，所述滑块座的顶部设置有真空吸盘，各所述真空吸盘与抽真空设备
连接，所述滑块座底部固定连接有顶升板，所述顶升液压缸用于顶升所述顶升板。
7.在本发明的一种实施例中，所述筛液研磨头包括安装框，所述安装框内壁的左右两侧之间并排固定连接有内螺纹套和滑套，所述内螺纹套与所述丝杠螺接，所述滑套与所述滑轴滑动连接，所述安装框内壁顶部中央处固定安装有调节液压缸，所述安装框底部固定连接有保护罩，所述保护罩的内部设置有摩擦块，所述调节液压缸伸缩轴的底端穿过所述保护罩和所述摩擦块轴承连接于螺纹杆的顶部，所述螺纹杆的底部固定连接有研磨盘座，所述螺纹杆的表面啮合有升降简，所述升降简四周表面的中央处套设有固定环和补位弹簧，所述补位弹簧的顶部与所述升降简的顶部转动连接，所述固定环的四周表面均匀设置有筛选翼板，所述研磨盘座四周表面均匀设置有区间槽，所述筛选翼板插接于所述区间槽内部，所述升降简的外部套设锥齿轮一，所述锥齿轮一固定连接于所述研磨盘座的顶部，所述锥齿轮一顶部的一侧啮合有锥齿轮二，所述锥齿轮二与研磨电机的输出轴固定连接，所述研磨电机固定安装于随动电机支架表面，所述随动电机支架固定连接于所述安装框底部，所述随动电机支架为提供所述研磨电机上下位移的结构，所述研磨盘座底部均匀设置有至少两个研磨块。
8.在本发明的一种实施例中，所述随动电机支架包括固定板和随动板，所述固定板的顶部与所述安装框的底部固定连接，所述固定板的右侧设置有两条导向棱，所述随动板的左侧且对应所述导向棱处开设有导向槽，所述导向棱滑动连接于所述导向槽内部，所述固定板与所述随动板之间设置有反力簧，所述研磨电机固定安装于所述随动板左侧且靠近底部处。
9.在本发明的一种实施例中，所述调节液压缸、所述摩擦块、所述升降简、所述螺纹杆和所述研磨盘座位于同一垂直面。
10.在本发明的一种实施例中，所述研磨块采用铜或铁制成，两块所述研磨块设置于所述筛选翼板两侧。
11.在本发明的一种实施例中，所述摩擦块才用橡胶材质制成，且内部开设有圆台形孔。
12.在本发明的一种实施例中，所述传送电机、顶升液压缸、往复电机、真空吸盘、调节液压缸和研磨电机通过电线与所述控制器电性连接。
13.另一方面，一种超薄碳化硅单晶衬底的制备设备的制备方法，包括以下步骤：
14.s1对碳化硅晶圆底衬进行清洁；
15.s2正性光刻胶将晶圆底衬正面覆盖进行加固；
16.s3底衬背部减薄；
17.s31底衬放置、将各晶圆底衬背面朝上均匀放置于旋转送料台，并通过真空吸盘吸附固定，通过传送电机驱动旋转送料台转动将一块晶圆底衬移动至筛液研磨头下方工作区域内；
18.s32研磨减薄、通过研磨电机驱动，使得研磨盘座带动研磨块和筛选翼板转动，并通过往复电机驱动筛液研磨头在工作区域内做往复运动，同时台面板底部的顶升液压缸顶起顶升板带动滑块座、真空吸盘和晶圆底衬提升靠近筛液研磨头，同时通过减薄液喷洒装置向晶圆底衬研磨面喷洒减薄液，研磨时，首先通过筛选翼板接近研磨面，将减薄液中过大金刚石颗粒扫除，然后通过研磨块进行研磨减薄作业；
19.s32减薄后表面清洗，转动旋转送料台进行下一个晶圆底衬减薄作业。
20.在本发明的一种实施例中，所述s2中的正性光刻胶在晶圆底衬研磨减薄工艺完成后，利用利用光刻机对正性光刻胶进行曝光处理消除。
21.本发明的有益效果是：
22.1、本发明通过控制器控制调节液压缸并配合螺纹杆和升降简的结构设置，从而调整筛选翼板的高低位置，从而筛选金刚石研磨液中的大颗粒金刚石，从而可在确保减薄效果的同时有效避免含金刚石颗粒的减薄基底在减薄碳化硅过程中由于粘合剂表面露出的金刚石造成深浅不一的划痕，降低碳化硅衬底的损耗和加工成本，提高成品率和成品质量。
23.2、本发明通过控制器控制传送电机转动，从而带动转动底座转动，从而带动被真空吸盘吸附固定的晶圆底衬转动并传动至筛液研磨头底部的工作区域内进行减薄，在此过程中，通过控制器控制顶升液压缸伸缩轴的伸缩运动，顶起顶升板，从而带动滑块座托举真空吸盘吸附的晶圆底衬向上运动进料减薄，可以依次放入多块晶圆底衬，通过控制器控制旋转送料台和筛液研磨头的配合实现多块晶圆底衬的自动减薄搅动，提高工作效率。
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本发明公开的整体结构示意图；
27.图2为本发明公开的筛液研磨头立体结构示意图；
28.图3为本发明公开的筛液研磨头爆炸立体结构示意图；
29.图4为本发明公开的随动电机支架立体结构示意图；
30.图5为本发明公开的制备方法流程图。
31.附图标记说明：100、安装平台；101、控制器；102、台面板；103、传送电机；104、顶升液压缸；105、往复电机；106、丝杠；107、研磨支架；108、滑轴；200、旋转送料台；201、转动底座；20101、滑孔；202、顶升板；203、滑块座；204、真空吸盘；300、筛液研磨头；301、滑套；302、安装框；303、内螺纹套；304、调节液压缸；305、保护罩；306、摩擦块；307、升降简；308、筛选翼板；309、固定环；310、研磨电机；311、研磨盘座；31101、区间槽；312、研磨块；313、螺纹杆；314、锥齿轮一；315、锥齿轮二；316、随动电机支架；31601、固定板；31602、反力簧；31603、随动板；31604、导向槽；31605、导向棱；317、补位弹簧；400、晶圆底衬；500、减薄液喷洒装置。
具体实施方式
32.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领
域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.实施例一
36.请参阅图1
‑
4，本发明提供了一种超薄碳化硅单晶衬底的制备设备，包括安装平台100，安装平台100包括台面板102，台面板102顶部的中央转动连接有旋转送料台200，旋转送料台200的轴体穿过台面板102底部与传送电机103的输出轴固定连接，传送电机103固定安装于台面板102的底部，旋转送料台200顶部四周均匀固定连接有至少两片晶圆底衬400，台面板102顶部的左侧固定连接有研磨支架107，研磨支架107的顶部沿水平方向轴承连接有丝杠106和滑轴108，丝杠106和滑轴108之间设置有筛液研磨头300，丝杠106的一端与往复电机105的输出轴固定连接，往复电机105固定安装于研磨支架107表面，往复电机105用于驱动筛液研磨头300做横向的来回往复运动，台面板102的底部左侧且对应晶圆底衬400位置处固定安装有顶升液压缸104，顶升液压缸104用于顶升晶圆底衬400进行研磨减薄，晶圆底衬400的一侧设置有减薄液喷洒装置500，用于向晶圆底衬400研磨面喷洒减薄液，台面板102底部的右侧设置有控制器101，控制器101用于控制旋转送料台200和筛液研磨头300运行。
37.旋转送料台200包括转动底座201，转动底座201轴承连接于台面板102顶部中央，转动底座201顶部四周均匀开设有至上两个滑孔20101，滑孔20101内部滑动连接有滑块座203，滑块座203的顶部设置有真空吸盘204，各真空吸盘204与抽真空设备连接，滑块座203底部固定连接有顶升板202，顶升液压缸104用于顶升顶升板202。
38.具体的，通过控制器101控制传送电机103转动，从而带动转动底座201转动，从而带动被真空吸盘204吸附固定的晶圆底衬400转动并传动至筛液研磨头300底部的工作区域内进行减薄，在此过程中，通过控制器101控制顶升液压缸104伸缩轴的伸缩运动，顶起顶升板202，从而带动滑块座203托举真空吸盘204吸附的晶圆底衬400向上运动进料减薄。
39.筛液研磨头300包括安装框302，安装框302内壁的左右两侧之间并排固定连接有内螺纹套303和滑套301，内螺纹套303与丝杠106螺接，滑套301与滑轴108滑动连接，安装框302内壁顶部中央处固定安装有调节液压缸304，安装框302底部固定连接有保护罩305，保护罩305的内部设置有摩擦块306，调节液压缸304伸缩轴的底端穿过保护罩305和摩擦块306轴承连接于螺纹杆313的顶部，螺纹杆313的底部固定连接有研磨盘座311，螺纹杆313的表面啮合有升降筒307，升降筒307四周表面的中央处套设有固定环309和补位弹簧317，补位弹簧317的顶部与升降筒307的顶部转动连接，固定环309的四周表面均匀设置有筛选翼板308，研磨盘座311四周表面均匀设置有区间槽31101，筛选翼板308插接于区间槽31101内部，升降筒307的外部套设锥齿轮一314，锥齿轮一314固定连接于研磨盘座311的顶部，锥齿轮一314顶部的一侧啮合有锥齿轮二315，锥齿轮二315与研磨电机310的输出轴固定连接，
研磨电机310固定安装于随动电机支架316表面，随动电机支架316固定连接于安装框302底部，随动电机支架316为提供研磨电机310上下位移的结构，研磨盘座311底部均匀设置有至少两个研磨块312。
40.具体的，通过控制器101控制调节液压缸304的伸缩轴伸缩，带动螺纹杆313和升降筒307升降，并使得升降筒307的顶部顶入保护罩305内并与摩擦块306阻止升降筒307转动，同时通过控制器101控制研磨电机310转动，带动锥齿轮一314旋转，从而驱动锥齿轮二315、研磨盘座311和螺纹杆313转动，从而使得升降筒307通过补位弹簧317带动固定环309和筛选翼板308上下移动，从而调整筛选翼板308与研磨块312底部之间的距离，通过顶升液压缸104伸缩轴的伸展使得升降筒307脱离摩擦块306完成筛选翼板308的调整，通过筛选翼板308将金刚石减薄液过大的研磨颗粒剔除后在通过研磨块312研磨，防止在打磨过程中，较大颗粒对底衬表面产生较深的划痕，从而造成后期需要浪费更多的原材料进行补救的问题出现；
41.随动电机支架316包括固定板31601和随动板31603，固定板31601的顶部与安装框302的底部固定连接，固定板31601的右侧设置有两条导向棱31605，随动板31603的左侧且对应导向棱31605处开设有导向槽31604，导向棱31605滑动连接于导向槽31604内部，固定板31601与随动板31603之间设置有反力簧31602，研磨电机310固定安装于随动板31603左侧且靠近底部处，在调整筛选翼板308位置时，由于研磨盘座311需要跟随调节液压缸304上下位移，从而导致研磨电机310也需要随之上下移动，通过随动板31603与固定板31601滑动连接，并通过反力簧31602的作用，使得研磨电机310在调整时能够实现随各零件移动。
42.调节液压缸304、摩擦块306、升降筒307、螺纹杆313和研磨盘座311位于同一垂直面。
43.研磨块312采用铜或铁制成，两块研磨块312设置于筛选翼板308两侧。
44.摩擦块306才用橡胶材质制成，且内部开设有圆台形孔。
45.传送电机103、顶升液压缸104、往复电机105、真空吸盘204、调节液压缸304和研磨电机310通过电线与控制器101电性连接。
46.实施例二：
47.请参照图5，一种超薄碳化硅单晶衬底的制备设备的制备方法，包括以下步骤：
48.s1对碳化硅晶圆底衬400进行清洁；
49.s2正性光刻胶将晶圆底衬400正面覆盖进行加固；
50.s3底衬背部减薄；
51.s31底衬放置、将各晶圆底衬400背面朝上均匀放置于旋转送料台200，并通过真空吸盘204吸附固定，通过传送电机103驱动旋转送料台200转动将一块晶圆底衬400移动至筛液研磨头300下方工作区域内；
52.s32研磨减薄、通过研磨电机310驱动，使得研磨盘座311带动研磨块312和筛选翼板308转动，并通过往复电机105驱动筛液研磨头300在工作区域内做往复运动，同时台面板102底部的顶升液压缸104顶起顶升板202带动滑块座203、真空吸盘204和晶圆底衬400提升靠近筛液研磨头300，同时通过减薄液喷洒装置500向晶圆底衬400研磨面喷洒减薄液，研磨时，首先通过筛选翼板308接近研磨面，将减薄液中过大金刚石颗粒扫除，然后通过研磨块312进行研磨减薄作业；
53.s32减薄后表面清洗，转动旋转送料台200进行下一个晶圆底衬400减薄作业。
54.s2中的正性光刻胶在晶圆底衬400研磨减薄工艺完成后，利用利用光刻机对正性光刻胶进行曝光处理消除。
55.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。
56.在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
57.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。
58.上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语
″
包含
″
，该词的涵盖方式类似于术语
″
包括
″
，就如同
″
包括，
″
在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语
″
或者
″
是要表示
″
非排它性的或者
″
。