【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体晶圆的超精密加工，特别涉及一种硬脆半导体晶圆的化学机械磨削方法。
技术介绍
1、半导体材料，如单晶硅、碳化硅和氮化镓，是能源、通信、交通和医疗领域的核心材料。半导体材料制备的功率器件和射频器件被广泛应用于新能源汽车、5g通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网和航空航天等现代工业领域。但是，半导体材料通常具有极高的硬度、极低的断裂韧性和极强的耐磨性能以及化学性质稳定的特点，是一类典型的难加工材料。半导体晶圆的表面质量及加工精度则会显著影响功率器件和射频器件的服役性能、能耗和寿命，因此亟需实现半导体晶圆高效率、低损伤和超精密加工。
2、目前，国内外主要采用研磨和抛光对线切割而成的半导体晶圆进行超精密加工，控制形状精度、表面质量及亚表面损伤深度。研磨通常采用1～15μm的游离金刚石磨料机械去除线锯切割过程产生的损伤层，cn117645841a和cn117447963a提供了一种游离磨料机械研磨加工硬脆碳化硅晶圆的方法，但高硬度和强耐磨的材料特性以及三体磨损去除材料的加工方式，导致游离磨料研磨碳化硅的材料去除速率极低、工件面形精度差。鉴于第三代半导体材料高硬度、强耐磨、高脆性的材料特性，现有研磨方法加工硬脆半导体材料均或多或少面临着效率低或加工精度差的问题，亟需研发一种能兼顾加工质量与加工效率的超精密磨削方法，降低整个脆性半导体材料，特别是硬脆半导体材料的制造加工成本，加速高效能半导体器件的发展。
3、在专利cn 116038551 a中公开了一种光化学机械研磨方法，利用紫外光辐照能量诱导水性光敏
4、在专利cn110842761a中公开了一种光催化高能场辅助化学机械复合微细磨削方法，该方法针对硅基材料微小零件进行复合微细磨削加工，其特征是：在硅基材料零件表面供给去离子水做基础液的碱性化学改性液，先采用紫外激光按预设路径扫描，紫外光催化下，被扫描区材料光催化高级氧化改性成氧化层；再切换为红外激光沿原路径再次扫描，高能场辅助下氧化层继续化学改性为硅酸盐层；关闭激光器启动微磨具，微磨具沿激光扫描路径机械去除硅酸盐层；再循环上述紫外-红外-化学-机械复合微细磨削过程，直至达到加工尺寸要求；最后切换供给弱酸性清洁剂冲洗、中和并回收残液完成加工。但是，该专利提出的光催化高能场辅助化学机械复合微细磨削方法有如下三个局限性：(1)受限于激光光斑大小的限制(光斑直径范围10～500微米，小于1毫米)，紫外激光和红外激光协同改性产生的氧化层的大小也小于1毫米，因此该专利技术专利的微磨棒的直径只能小于1毫米，通常范围是0.2～1毫米，导致该专利提出的磨削方法仅适用于微细零件的加工，无法用于半导体晶圆(直径120～200毫米)等大尺寸零件的高效率超精密加工；(2)该专利中涉及的碱性化学改性液是一种利用去离子做基础液的碱性磨削液，尽管通过添加防锈剂可降低水性磨削液对主轴的锈蚀，但是溶液中的氢氧化钠产生的弱碱性会腐蚀机床本体，同时水性磨削液弱的润滑性导致磨削加工时超细磨料砂轮磨削严重，需要反复修整砂轮，降低加工精度和效率，因此无法用于硬脆半导体晶圆的超精密磨削加工；(3)该专利提供的碱性化学改性液是利用溶液中的无机氧化剂过氧化氢(h2o2)吸收紫外激光能量产生羟基自由基，进行氧化，但是该无机氧化剂无法溶于植物油等油性溶剂，因此无法制备兼顾润滑性能和氧化性能的磨削液，同时该溶液仅产生唯一的羧基自由基，往往会与碱性溶液中的溶解氧产生泯灭反应，导致氧化活性失效。鉴于此该专利技术专利提出进一步的高能量红外激光处理预加工区，获得需要的改性层，但是红外激光产生的高能量束容易导致非加工区产生热损伤和热裂纹，而对于半导体晶圆的加工，一旦有热裂纹的产生，超薄晶圆(厚度小于0.5毫米)会发生碎片，因此该光催化高能场辅助化学机械复合微细磨削方法无法用于硬脆半导体晶圆的高效率超精密加工。
技术实现思路
1、针对难加工硬脆半导体晶圆磨削效率与表面质量之间的突出矛盾，本专利技术提供一种超精密化学机械磨削方法及热活性-光活性复合磨削液，通过配置油基热活性-光活性复合磨削液，搭建具备紫外光辐照功能且辐照强度和紫外光波长可调可控的紫外光-金刚石磨料砂轮化学机械磨削系统，利用磨削热能和紫外光辐照能诱导有机热分解型和光分解型氧化剂产生活性自由基对机械应力作用下的半导体晶圆表层材料进行氧化反应，引发晶圆表面形成一层低硬度、低界面结合强度的氧化层，金刚石磨料小载荷微切削高效率去除晶圆表面氧化层，减小甚至消除单一机械磨削高机械应力去除造成的加工损伤，同时提高材料的去除速率和加工质量。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、第一方面，本专利技术提供了一种硬脆半导体晶圆的化学机械磨削系统，包括机床本体，在机床本体上设置有第一直线驱动装置和第二直线驱动装置，所述的第一直线驱动装置实现第一高速气浮主轴在x方向移动，第二直线驱动装置实现第二高速气浮主轴在z方向移动,所述的第一高速气浮主轴带动半导体晶圆旋转；所述的第二高速气浮主轴带动金刚石磨料砂轮旋转；在半导体晶圆的外侧设置紫外光发生器和微量润滑装置；所述的微量润滑装置将油基热活性-光活性复合磨削液按一定量雾化成小液滴后喷淋到半导体晶圆上；所述的紫外光发生器发射紫外光，磨削热能和紫外光辐照能诱导油基热活性-光活性复合磨削液中有机热分解型和光分解型氧化剂分解产生活性自由基对机械应力作用下的晶圆表层材料进行自由基氧化反应，形成一层低界面结合强度的氧化层。
4、本专利技术专利提出的化学机械磨削系统，利用紫外光源的低能量和可大面积辐照(辐照面积可达厘米级)的特点，结合形状和大小可换的超细金刚石磨料砂轮，同时可实现半导体晶圆的平坦本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硬脆半导体晶圆的化学机械磨削系统，其特征在于，机床本体，在机床本体上设置有第一直线驱动装置和第二直线驱动装置，所述的第一直线驱动装置实现第一高速气浮主轴在X方向移动，第二直线驱动装置实现第二高速气浮主轴在Z方向移动,所述的第一高速气浮主轴带动半导体晶圆旋转；所述的第二高速气浮主轴带动金刚石磨料砂轮旋转；在半导体晶圆的外侧设置紫外光发生器和微量润滑装置；所述的微量润滑装置将油基热活性-光活性复合磨削液按一定量雾化成小液滴后喷淋到半导体晶圆上；所述的紫外光发生器发射紫外光，磨削热能和紫外光辐照能诱导油基热活性-光活性复合磨削液中有机热分解型和光分解型氧化剂分解产生活性自由基对机械应力作用下的晶圆表层材料进行自由基氧化反应，形成一层低界面结合强度的氧化层。
2.利用权利要求1所述的硬脆半导体晶圆的化学机械磨削系统对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，如下：
3.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，如下：
4.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行磨削的方法，其特征在于，如下：
5.如
6.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，半导体晶圆的转速100～2000rpm，砂轮转速500～3000rpm，半导体晶圆的进给速度0.1～1mm/min，砂轮磨削深度0.5～5μm，磨削液流量10～100mL/h。
7.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，所述磨削热能和紫外光辐照能诱导油基热活性-光活性复合磨削液中有机热分解型和光分解型氧化剂分解产生活性碳自由基和羧基自由基的热化学和光化学反应如下：
8.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，所述的油基热活性-光活性复合磨削液配置步骤如下：
9.如权利要求8所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，所述有机热分解型氧化剂是偶氮二氰基戊酸、偶氮二异丁酸或偶氮二异丁基脒二盐酸盐；所述有机光分解型氧化剂是羟基苯乙酮、三甲基苯甲酰基苯基膦酸酯或三甲基苯甲酰，
10.如权利要求8所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，所述聚乙二醇和丙三醇用于调节磨削液的粘度及冷却性能，质量百分比介于10％～20％；所述的植物油是蓖麻油、橄榄油、大豆油、菜籽油中的一种或多种，用作基础液溶解有机热活性和光活性氧化剂，同时调节磨削液的润滑性能。
...【技术特征摘要】
1.一种硬脆半导体晶圆的化学机械磨削系统，其特征在于，机床本体，在机床本体上设置有第一直线驱动装置和第二直线驱动装置，所述的第一直线驱动装置实现第一高速气浮主轴在x方向移动，第二直线驱动装置实现第二高速气浮主轴在z方向移动,所述的第一高速气浮主轴带动半导体晶圆旋转；所述的第二高速气浮主轴带动金刚石磨料砂轮旋转；在半导体晶圆的外侧设置紫外光发生器和微量润滑装置；所述的微量润滑装置将油基热活性-光活性复合磨削液按一定量雾化成小液滴后喷淋到半导体晶圆上；所述的紫外光发生器发射紫外光，磨削热能和紫外光辐照能诱导油基热活性-光活性复合磨削液中有机热分解型和光分解型氧化剂分解产生活性自由基对机械应力作用下的晶圆表层材料进行自由基氧化反应，形成一层低界面结合强度的氧化层。
2.利用权利要求1所述的硬脆半导体晶圆的化学机械磨削系统对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，如下：
3.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，如下：
4.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行磨削的方法，其特征在于，如下：
5.如权利要求2所述的对硬脆半导体晶圆进行化学机械磨削的方法，其特征在于，所述的紫外光发生器的功率是50～200w，紫外光波段处于100～400nm，所述的金刚石磨料砂轮是金属结合剂或陶瓷结合剂金刚石砂轮，所述的金刚...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄水泉，钟国涛，黄传真，黄含，王真，徐龙华，曲美娜，许征凯，张迪嘉，郭保苏，靳田野，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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