[发明专利]一种基于感应耦合等离子体的晶圆抛光装置

说明书

本发明涉及一种基于感应耦合等离子体的晶圆抛光装置，包括等离子体炬、电火花点火器、线圈和数控平台，所述等离子体炬包括三个同轴设置的发生管，所述数控平台用于放置待抛光晶圆，并根据所述等离子体炬的温度分布计算所述等离子体炬的去除量分布，通过加工路径优化算法补偿等离子体加工误差得到扫描路径，控制所述待抛光晶圆在所述扫描路径下被形成的所述感应耦合等离子体辐照。本发明能够实现大尺寸单晶氮化镓晶圆的高效高精度抛光。

技术领域

本发明涉及晶圆抛光技术领域，特别是涉及一种基于感应耦合等离子体的晶圆抛光装置。

背景技术

氮化镓是一种具有广阔应用前景的第三代半导体材料，具有优良的物理、化学性质，被广泛用于电子器件与光电子器件的制造。抛光是氮化镓晶圆制造的最后一道工序，氮化镓的晶圆质量直接决定了氮化镓基器件的性能。目前常见的氮化镓晶圆的抛光方法有机械抛光、化学机械抛光、光电化学辅助抛光等。

机械抛光即采用硬度较高的磨粒，通过磨粒与材料表面的刮擦，将表面材料以塑性变形的方式去除。这种方法具有较高的材料去除速率，但是会对氮化镓晶圆引入划痕与亚表面损伤。化学机械抛光是通过抛光液中的化学活性物质与表面反应生成改性层，再通过抛光液中的软磨粒将改性层去除。通过化学机械抛光可以实现大尺寸晶圆的抛光，但是抛光速率较低且会在晶圆表面形成大量刻蚀坑。光电化学辅助抛光是采用紫外光源照射晶圆，使其表面生成强氧化性的电子空穴对，与电解质溶液发生反应，随后其反应产物在电解质中溶解与被固结磨料磨削的过程中被去除。通过光电化学辅助抛光的方法可以实现较高的材料去除速率，但是需要使用大量的电解质溶液，电解质溶液需要复杂的后处理过程，成本较高。近年来，有研究者开发了使用氯气/氩气真空感应耦合等离子体用于去除氮化镓表面材料的方法，并得到了较为平整的表面，并实现了最高每分钟240纳米的材料去除速率，表面粗糙度RMS可达8纳米。

然而，前述诸多抛光氮化镓晶圆的方法均存在着一定的缺点而难以持续推广：

1.传统的机械抛光、化学机械抛光方法无法兼顾较高的抛光效率与较好的表面粗糙度，且均难以得到令人满意的表面质量。

2.光电化学辅助抛光需要消耗大量的电解质溶液，实验装置较为复杂且易腐蚀。同时废液的直接排放会对环境造成污染，需要对其进行多道后处理工序，废液的后处理过程也需要很高的成本。

3.基于氯气/氩气的真空感应等离子体使用了氯气等有毒有害气体，危害操作者的人身安全。且废气需要经过处理装置再进行排放，使用成本较高；材料去除速率虽然达到了每分钟240纳米，但无法实现纳米级的光滑表面，无法满足日益增长的氮化镓晶圆产业需求；且该技术需要在真空条件下进行，需要真空腔等一系列装置，成本昂贵。综上，该方法也无法实现大尺寸单晶氮化镓晶圆的高效高精度抛光。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于感应耦合等离子体的晶圆抛光装置，能够实现大尺寸单晶氮化镓晶圆的高效高精度抛光。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于感应耦合等离子体的晶圆抛光装置，包括等离子体炬、电火花点火器、线圈和数控平台，所述等离子体炬包括三个同轴设置的发生管，其中，外圈的发生管与中间的发生管之间通入冷却气体，中间的发生管与内圈的发生管之间通入有激发气体，内圈的发生管内通入有反应气体；所述线圈绕在所述外圈的发生管外，并与匹配器相连，用于在所述等离子体炬内产生交变电场；所述电火花点火器用于向等离子体炬内部提供种电子以形成感应耦合等离子体，所述数控平台用于放置待抛光晶圆，并根据所述等离子体炬的温度分布计算所述等离子体炬的去除量分布，通过加工路径优化算法补偿等离子体加工误差得到的扫描路径，控制所述待抛光晶圆在所述扫描路径下被形成的所述感应耦合等离子体辐照。

所述数控平台根据所述等离子体炬的温度分布采用阿伦尼乌斯公式计算所述等离子体炬的去除量分布。