一种碳化硅研磨设备的制作方法

1.本发明涉及半导体加工设备技术领域，具体涉及一种碳化硅研磨设备。


背景技术：

2.碳化硅作为第三代半导体的代表性材料，性能优异，特别适合制作高温、高频、大功率器件，环境耐受性好，在新能源汽车，光伏，高压电网等领域有良好的应用前景。在制备方法上，碳化硅与硅材料相似，碳化硅晶体生长完成后需要切割，减薄，研磨，抛光等多道工序后提供给器件生产使用。然而，由于碳化硅的硬度仅次于金刚石，则需要专门设备对其分别进行减薄和研磨，使得工序时间长，影响生产效率。同时，由于碳化硅晶体的脆性大，在在研磨和减薄加工过程中很容易出现裂纹，造成整片晶圆的报废。此外，现有的研磨设备在研磨碳化硅时往往需要数种特定的研磨液，使得经济成本高。


技术实现要素：

3.1、发明要解决的技术问题
4.针对现有研磨设备在对晶圆进行研磨、减薄工序中，存在成品率低和生产效率低的技术问题，本发明提供了一种碳化硅研磨设备，它不仅可以实现晶圆的快速研磨，提高生产效率，且可以有效降低晶圆的变形，提高晶圆的成品率。
5.2、技术方案
6.为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
7.一种碳化硅研磨设备，包括：
8.保温筒体，所述保温筒体内壁上设有第一加热元件，所述保温筒体底部开口处设有保温盖体，所述保温盖体与所述保温筒体配合连接；
9.研磨组件，所述研磨组件设于所述保温筒体内，所述研磨组件包括由上向下依次同轴设置的第一研磨组件、行星盘和第二研磨组件，所述第一研磨组件与所述第二研磨组件之间可发生相对转动，所述行星盘用于放置样品；
10.驱动机构，所述驱动机构用于驱动第一研磨组件和第二研磨组件之间发生相对转动；
11.研磨剂供应装置，所述研磨剂供应装置与所述保温筒体相连通，所述研磨剂供应装置用于向第二研磨组件提供研磨剂。
12.在本技术中，当需要对碳化硅样品进行研磨时，保温盖体与所述保温筒体分离，通过下降第二研磨组件，下降到合适位置后，在行星盘中放置碳化硅片，然后上升第二研磨组件，使得行星盘中的碳化硅片与第一研磨组件接触并顶住，对碳化硅片施加一定的压力。开启第一加热元件，使得保温筒体内温度达到并维持在设定的温度值。然后，打开研磨剂供应装置，向保温筒体内注入研磨剂，为第二研磨组件提供研磨剂，使得行星盘中的碳化硅样品完全浸没于研磨剂溶液中，接着启动驱动机构驱动第一研磨组件和第二研磨组件之间发生相对转动，碳化硅片在行星盘的限制下做公转，在高温、研磨剂、压力、对磨和旋转的共同作
用下，将减薄和研磨一步完成，实现碳化硅片的快速研磨，提高了生产效率。同时，在高温下进行研磨加工则有利于降低加工过程引入的应力，进而提高了成品率，降低碳化硅晶片的变形。
13.可选的，所述第一研磨组件包括第一研磨盘、第一研磨轴和第一载盘，所述第一研磨轴的一端活动穿设于所述保温筒体的顶部端面上，所述第一研磨轴的另一端与所述第一载盘固定连接，所述第一研磨盘固定设于所述第一载盘上；所述第二研磨组件包括第二研磨盘、第二研磨轴和第二载盘，所述第二研磨轴的一端活动穿设于所述保温盖体上，所述第二研磨轴的另一端与所述第二载盘固定连接，所述第二研磨盘固定设于所述第二载盘上，所述行星盘设于所述第一研磨盘和所述第二研磨盘之间。
14.可选的，所述研磨剂供应装置包括研磨剂加热装置和注液管，所述研磨剂加热装置通过所述注液管与所述保温筒体相连通。
15.可选的，所述注液管上设有注液阀。
16.可选的，所述研磨剂加热装置包括坩埚和第二加热元件，所述第二加热元件设于所述坩埚外侧。
17.可选的，所述研磨剂为强碱或者强碱和金刚石粉末的混合。
18.可选的，所述第一研磨盘和所述第二研磨盘表面周向设有多条凹槽。
19.可选的，所述第二载盘的边缘为台阶结构，所述台阶结构包括由上向下依次排列的第一台阶层和第二台阶层，所述第一台阶层和第二台阶层的边缘均设有凸起。
20.可选的，所述第二台阶层上设有第一排液孔。
21.可选的，所述研磨剂供应装置设于所述保温筒体顶部端面上。
22.3、有益效果
23.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
24.(1)本技术实施例提出的一种碳化硅研磨设备，结构简单，当需要对碳化硅样品进行研磨时，保温盖体与所述保温筒体分离，通过下降第二研磨组件，下降到合适位置后，在行星盘中放置碳化硅片，然后上升第二研磨组件，使得行星盘中的碳化硅片与第一研磨组件接触并顶住，对碳化硅片施加一定的压力。开启第一加热元件，使得保温筒体内温度达到并维持在设定的温度值。然后，打开研磨剂供应装置，向保温筒体内注入研磨剂，为第二研磨组件提供研磨剂，使得行星盘中的碳化硅样品完全浸没于研磨剂溶液中，接着启动驱动机构驱动第一研磨组件和第二研磨组件发生相对转动，碳化硅片在行星盘的限制下做公转，在高温、研磨剂、压力、对磨和旋转的共同作用下，将减薄和研磨一步完成，实现碳化硅片的快速研磨，提高了生产效率。同时，在高温下进行研磨加工则有利于降低加工过程引入的应力，进而提高了成品率，降低碳化硅晶片的变形。
25.(2)本技术实施例提出的一种碳化硅研磨设备，通过设置所述第一研磨盘和所述第二研磨盘表面周向设有多条凹槽，便于研磨剂溶液的流动并与样品(碳化硅片)充分接触。
26.(3)本技术实施例提出的一种碳化硅研磨设备，通过设置第一台阶层的凸起用于保持研磨剂溶液液位，第二台阶层的凸起用于存放溢出的研磨剂溶液。
27.(4)本技术实施例提出的一种碳化硅研磨设备，通过设置研磨剂在研磨剂加热装置内进行加热，并通过注液管注入到保温筒体内，为第二研磨组件提供研磨剂，该研磨剂的
供应方式使得保温筒体始终处于一个较封闭的环境，有效避免了外界环境对于内部的影响。
28.(5)本技术实施例提出的一种碳化硅研磨设备，通过将所述研磨剂供应装置设于所述保温筒体顶部端面上，该设置使得整个结构更加的紧凑，且减少占地面积；同时，便于研磨剂供应装置内的研磨剂注入到保温筒体内。
附图说明
29.图1为本发明实施例提出的一种碳化硅研磨设备的结构爆炸图。
30.图2为本发明实施例提出的一种碳化硅研磨设备的剖面图。
31.图3为本发明实施例提出的一种碳化硅研磨设备的剖面局部放大图。
具体实施方式
32.为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
33.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.实施例1
35.结合附图1-3，本实施例提供一种碳化硅研磨设备，包括：保温筒体11，所述保温筒体11内壁上设有第一加热元件10，所述保温筒体11底部开口处设有保温盖体1，所述保温盖体1与所述保温筒体11配合连接；研磨组件，所述研磨组件设于所述保温筒体11内，所述研磨组件包括由上向下依次同轴设置的第一研磨组件、行星盘6和第二研磨组件，所述第一研磨组件与所述第二研磨组件之间可发生相对转动，所述行星盘6用于放置样品；驱动机构，所述驱动机构用于驱动第一研磨组件和第二研磨组件之间发生相对转动；研磨剂供应装置12，所述研磨剂供应装置12与所述保温筒体11相连通，所述研磨剂供应装置12用于向第二研磨组件提供研磨剂。
36.在本技术中，当需要对碳化硅样品进行研磨时，保温盖体1与所述保温筒体11分离，通过下降第二研磨组件，下降到合适位置后，在行星盘6中放置碳化硅片，然后上升第二研磨组件，使得行星盘6中的碳化硅片与第一研磨组件接触并顶住，对碳化硅片施加一定的
压力。开启第一加热元件10，使得保温筒体11内温度达到并维持在设定的温度值。然后，打开研磨剂供应装置12，向保温筒体11内注入研磨剂，为第二研磨组件提供研磨剂，使得行星盘6中的碳化硅样品完全浸没于研磨剂溶液中，接着启动驱动机构驱动第一研磨组件和第二研磨组件发生相对转动，碳化硅片在行星盘6的限制下做公转，在高温、研磨剂、压力、对磨和旋转的共同作用下，将减薄和研磨一步完成，实现碳化硅片的快速研磨，提高了生产效率。同时，在高温下进行研磨加工则有利于降低加工过程引入的应力，进而提高了成品率，降低碳化硅晶片的变形。
37.实际运用中，行星盘6用于分隔多片碳化硅片，在研磨过程中避免碳化硅片间的接触。
38.实际运用中，第一研磨组件和第二研磨组件在驱动机构的驱动下进行反向转动，转动速度相同，转速为10-80转/分钟；或者进行不同速度的同向转动。
39.实际运用中，还包括升降机构，所述升降机构用于第二研磨组件的升降。
40.实际运用中，当第二研磨组件上升到使行星盘6中的碳化硅片与第一研磨组件接触时，由于第一研磨组件的位置固定，故根据需要，可以在碳化硅片与第一研磨组件接触，顶住碳化硅片，使得碳化硅片受到一定的压力，压力范围为围0.2-0.8mpa。该压力可以通过设置压力传感器进行测量获得。
41.实施例2
42.结合附图1-3，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例1的技术方案相比，所述第一研磨组件包括第一研磨盘7、第一研磨轴9和第一载盘8，所述第一研磨轴9的一端活动穿设于所述保温筒体11的顶部端面上，所述第一研磨轴9的另一端与所述第一载盘8固定连接，所述第一研磨盘7固定设于所述第一载盘8上；所述第二研磨组件包括第二研磨盘4、第二研磨轴2和第二载盘3，所述第二研磨轴2的一端活动穿设于所述保温盖体1上，所述第二研磨轴2的另一端与所述第二载盘3固定连接，所述第二研磨盘4固定设于所述第二载盘3上，所述行星盘6设于所述第一研磨盘7和所述第二研磨盘4之间。
43.实际运用中，所述第二研磨轴2通过升降机构实现第二研磨轴2的升降。当需要对碳化硅样品进行研磨时，保温盖体1与所述保温筒体11分离，通过控制第二研磨轴2的下降，由于第二载盘3与第二研磨轴2固定，第二研磨盘4固定在第二载盘3上，使得第二载盘3与第二研磨盘4在第二研磨轴2的带动下进行下降移动，当下降到一定位置后，在行星盘6中放置碳化硅片，然后控制第二研磨轴2的上升，使得碳化硅片与所述第一研磨盘7接触，使得行星盘6中的碳化硅片与第一研磨组件接触并顶住，对碳化硅片施加一定的压力。开启第一加热元件10，使得保温筒体11内温度达到并维持在设定的温度值。然后，打开研磨剂供应装置12，向第二研磨组件中的第二载盘3中注入研磨剂，使得行星盘6中的碳化硅样品完全浸没于研磨剂溶液中，接着启动驱动机构驱动第一研磨组件中第一研磨轴9和第二研磨组件中的第二研磨轴2发生相对转动，碳化硅片在行星盘6的限制下做公转，在高温、研磨剂、压力、对磨和旋转的共同作用下，实现碳化硅片的快速研磨。研磨完成后，关闭研磨剂供应装置12，控制第二研磨轴2下降，下降到合适位置，将样品取出，完成研磨。该设置，使得减薄和研磨一步完成，实现碳化硅片的快速研磨，提高了生产效率。同时，在高温下进行研磨加工则有利于降低加工过程引入的应力，进而提高了成品率，降低碳化硅晶片的变形。
44.实际运用中，第一研磨盘7、第一载盘8、第二研磨盘4和第二载盘3均由镍制作，具
有耐高温、耐腐蚀的效果。
45.实际运用中，保温筒体11顶部端面开设有第一通孔(图中未示出)，第一通孔用于第一研磨轴9的穿入，保温盖体1上开设有第二通孔(图中未示出)，所述第二通孔用于第二研磨轴2的穿入。保温筒体11和保温盖体1内均设有绝热材料，绝热材料的厚度为10～20cm。
46.实施例3
47.结合附图2，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例1或2的技术方案相比，所述研磨剂供应装置12包括研磨剂加热装置和注液管13，所述研磨剂加热装置通过所述注液管13与所述保温筒体11相连通。研磨剂在研磨剂加热装置内进行加热，并通过注液管13注入到保温筒体11内，为第二研磨组件提供研磨剂。该研磨剂的供应方式使得保温筒体始终处于一个较封闭的环境，有效避免了外界环境对于内部的影响。
48.实际运用中，还包括保温壳，所述研磨剂加热装置设于所述保温壳内。设置保温壳用于保护研磨剂加热装置的同时，可以有效保证研磨剂加热装置内温度的稳定性。
49.实施例4
50.结合附图2，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例3的技术方案相比，所述注液管13上设有注液阀14。注液阀14的设置用于控制注液管13内研磨剂溶液的注入流量以及注液管13的开关。
51.实施例5
52.结合附图2，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例3的技术方案相比，所述研磨剂加热装置包括坩埚15和第二加热元件16，所述第二加热元件16设于所述坩埚15外侧。所述坩埚15用于承载研磨剂，通过第二加热元件16对坩埚15进行加热，即加热坩埚15内的研磨剂，获得合适的研磨剂溶液。
53.实际运用中，所述坩埚15底部设有出液口(图中未示出)，所述出液口与所述注液管13相连通。所述坩埚15，注液管13和注液阀14由镍制作，具有耐高温和耐腐蚀的效果。
54.实施例6
55.本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例1的技术方案相比，所述研磨剂为强碱或者强碱和金刚石粉末的混合。实际运用中，强碱如氢氧化钾固体，相比于传统的研磨剂，该研磨剂可以有效降低成本。
56.实施例7
57.结合附图1，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例2的技术方案相比，所述第一研磨盘7和所述第二研磨盘4表面周向设有多条凹槽17。实际运用中，凹槽17为环形凹槽，该设置便于研磨剂溶液的流动并与样品(碳化硅片)充分接触。
58.实施例8
59.结合附图2，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例7的技术方案相比，所述第二载盘3的边缘为台阶结构，所述台阶结构包括由上向下依次排列的第一台阶层18和第二台阶层19，所述第一台阶层18和第二台阶层19的边缘均设有凸起。
60.第一台阶层18的凸起(图中未示出)用于保持研磨剂溶液液位，第二台阶层19的凸起用于存放溢出的研磨剂溶液。
61.实际运用中，所述第二载盘3的尺寸大于所述第一载盘8的尺寸，该设置便于研磨剂直接注入到第二载盘3内。
62.实施例9
63.结合附图2-3，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例8的技术方案相比，所述第二台阶层19上设有第一排液孔20。实际运用中，第一排液孔20设于第二台阶层19底面上，排液孔20用于溢出的研磨剂溶液的排出。所述保温盖体1上对应设有第二排液孔5。
64.实施例10
65.结合附图1-2，本实施例的一种碳化硅研磨设备，与实施例1的技术方案相比，所述研磨剂供应装置12设于所述保温筒体11顶部端面上。该设置使得整个结构更加的紧凑，且减少占地面积；同时，便于研磨剂供应装置12内的研磨剂注入到保温筒体11内。
66.实际运用中，所述保温筒体11与所述保温盖体1可拆卸连接。所述保温筒体11与所述保温盖体1卡合连接，该设置便于拆卸与组装。
67.实际运用中，所述保温筒体11的顶部端面贯穿设有通孔。所述通孔用于第一研磨轴9的穿入。
68.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。