半導(dǎo)體芯片的表面處理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片的表面處理系統(tǒng)，尤其適用于半導(dǎo)體激光芯片的表面處理。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器具有體積小、能量效率高、壽命長、易于調(diào)制等優(yōu)點，其應(yīng)用范圍覆蓋了整個光電子學(xué)領(lǐng)域，成為當(dāng)今光電子科學(xué)的核心技術(shù)。而半導(dǎo)體激光芯片是整個激光產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)核心與源頭，是帶動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在半導(dǎo)體器件工藝中，表面處理至關(guān)重要，決定了器件的性能以及壽命，也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要技術(shù)難點。
[0003]激光半導(dǎo)體芯片表面態(tài)處理主要是針對半導(dǎo)體激光芯片表面態(tài)進(jìn)行優(yōu)化重整來提高光輸出功率和使用壽命。激光表面態(tài)處理目的是去除表面沾污，飽和表面懸掛鍵等不穩(wěn)定態(tài)，或更進(jìn)一步包括表面改性以更好地符合器件的使用，如提高表面光損傷閾值等。目前激光芯片表面態(tài)的處理，主要步驟為表面清潔、鈍化和鍍膜。表面清潔可以采用濕法處理，去除表面有機(jī)吸附和氧化層，也有用干法刻蝕方法來最后增強(qiáng)清潔效果；鈍化是為了飽和表面態(tài)，增強(qiáng)表面對環(huán)境的適應(yīng)性，目前采用的技術(shù)包括液相反應(yīng)、表面鍍保護(hù)膜以及一些特殊工藝如摻雜和離子注入等方法；鍍膜可以采用物理氣相沉積(PVD)等相關(guān)方法。所有以上這些方法都要有特定的設(shè)備，工藝是分離的，造成工藝銜接時暴露在空氣中端面被氧化、水吸附和沾污等問題，導(dǎo)致整體工藝效果不佳，產(chǎn)品輸出功率低、壽命短，光學(xué)災(zāi)變損傷(COMD)閾值較低。
[0004]國外也認(rèn)識到了工藝分離帶來的問題，設(shè)計了復(fù)雜的真空工藝設(shè)備，集成了清洗和鍍保護(hù)膜的真空解離機(jī)(Vacuum Cleaver),該設(shè)備包括高真空樣品存儲腔，高真空解離系統(tǒng)用于芯片在高真空狀態(tài)下的解離，高真空鍍膜系統(tǒng)用于鍍制鈍化保護(hù)膜，以及各系統(tǒng)之間的機(jī)械傳遞裝置，因此設(shè)備的制造和維護(hù)成本極高。此外，該裝置系統(tǒng)對鈍化膜材料的選擇有限，無法兼容不同基底的激光芯片。更重要的是，該裝置系統(tǒng)的生產(chǎn)效率極低，不適宜批量化生產(chǎn)。因此，研究新型的能有效優(yōu)化表面態(tài)且適用于大批量生產(chǎn)的表面處理設(shè)備對半導(dǎo)體激光器的發(fā)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體芯片的表面處理設(shè)備，能夠在一次真空環(huán)境下持續(xù)執(zhí)行多個工藝環(huán)節(jié)，依次完成半導(dǎo)體芯片雙側(cè)表面的處理，生產(chǎn)效率較高，適用于大批量生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的方案如下:
[0007]一種半導(dǎo)體芯片的表面處理系統(tǒng)，包括相聯(lián)通的真空工藝腔室和緩沖腔室，從緩沖腔室至真空工藝腔室的傳送通道用于傳送裝載待處理芯片的樣品架，所述樣品架的裝載部位為貫通結(jié)構(gòu)，使得待處理芯片的上、下表面能夠因樣品架裝載部位的翻轉(zhuǎn)而依次得到處理；所述傳送通道上設(shè)置有隔離密封閥以實現(xiàn)工作時的真空隔離；
[0008]所述真空工藝腔室具有真空栗連接口、進(jìn)出樣品連接口、氣源連接口和作業(yè)線路接口，其中作業(yè)線路接口位于真空工藝腔室的頂部；
[0009]所述真空工藝腔室中設(shè)置有作業(yè)臺、樣品架支撐裝置和多個工藝處理單元，所述作業(yè)臺與真空工藝腔室的頂部連接固定，作業(yè)臺在豎直方向上具有與所述作業(yè)線路接口位置對應(yīng)的貫通孔道；所述多個工藝處理單元均固定安裝于作業(yè)臺，相應(yīng)的控制信號線路經(jīng)所述作業(yè)線路接口引出真空工藝腔室；所述樣品架支撐裝置自作業(yè)臺下方穿過貫通孔道伸出，并連接水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)以實現(xiàn)樣品架支撐裝置的水平旋轉(zhuǎn)和垂直升降；
[0010]所述樣品架支撐裝置在作業(yè)臺下方具有自動鎖定機(jī)構(gòu)，樣品架上具有相應(yīng)的配合部件，使得樣品架在傳送至真空工藝腔室到位時即被樣品架支撐裝置鎖緊固定，并處于所述多個工藝處理單元的作業(yè)區(qū)域內(nèi)；
[0011]在樣品架傳送到位處還配置有樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，樣品架上具有相應(yīng)的配合部件，樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)從外部伸入真空工藝腔室內(nèi)，在需要樣品架翻轉(zhuǎn)時，樣品架與樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)配合連接實現(xiàn)驅(qū)動樣品架翻轉(zhuǎn)；
[0012]所述真空工藝腔室內(nèi)的底部設(shè)置有靶材底座旋轉(zhuǎn)臺，靶材底座旋轉(zhuǎn)臺上環(huán)形分布有多個靶材放置區(qū)，靶材上方設(shè)置有靶材遮蓋裝置，需要鍍制的靶材能夠旋轉(zhuǎn)至位于作業(yè)臺的正下方的靶材工作區(qū)，在靶材工作區(qū)的下方設(shè)置有射頻(RF)電源單元；
[0013]所述真空工藝腔室內(nèi)設(shè)有兩個氣路，一個氣路位于樣品架的上方，用于通入工藝氣體，另一個氣路位于靶材工作區(qū)的外圍，用于通入輔助氣體(如惰性氣體)。為了使得靶材工作區(qū)通入氣體充分、均勻，可以在靶材周圍環(huán)形區(qū)域中均勻分布眾多小孔作為輔助氣體的氣路。
[0014]基于以上基本方案，本發(fā)明還作了如下重要的優(yōu)化設(shè)計:
[0015]上述作業(yè)臺是通過作業(yè)臺支撐裝置與真空工藝腔室的頂部安裝固定，作業(yè)臺支撐裝置對應(yīng)于所述貫通孔道提供有用于容置樣品架支撐裝置的空間，多個工藝處理單元相應(yīng)的控制信號線路亦在該空間內(nèi)走線，再經(jīng)所述作業(yè)線路接口引出真空工藝腔室。當(dāng)然，作業(yè)臺也可以直接固定安裝于真空工藝腔室內(nèi)的頂部，作業(yè)臺的貫通孔道直接與作業(yè)線路接口相接。
[0016]更進(jìn)一步的，作業(yè)臺支撐裝置和樣品架支撐裝置整體上構(gòu)成套管形態(tài)，作業(yè)臺支撐裝置作為外管插接固定于真空工藝腔室頂部，樣品架支撐裝置作為內(nèi)管穿過作業(yè)臺支撐裝置；所述多個工藝處理單元相應(yīng)的線路在套管所形成的環(huán)形空間內(nèi)走線。
[0017]上述樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿水平方向伸入真空工藝腔室內(nèi)，其驅(qū)動端與樣品架的翻轉(zhuǎn)軸同軸連接或平行相對固定；或者，樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)經(jīng)所述作業(yè)線路接口沿豎直方向伸入真空工藝腔室內(nèi)，通過傳動組件與樣品架的翻轉(zhuǎn)軸連接。
[0018]更進(jìn)一步的，樣品架包括水平的固定框和位于固定框內(nèi)的轉(zhuǎn)動件，待處理芯片裝載于所述轉(zhuǎn)動件上的貫通安裝孔內(nèi)，轉(zhuǎn)動件通過翻轉(zhuǎn)軸與固定框安裝連接；樣品架在傳送到位時，所述固定框與樣品架支撐裝置配合連接；需要翻轉(zhuǎn)時，固定框與樣品架支撐裝置脫開，所述樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與樣品架的翻轉(zhuǎn)軸連接，帶動轉(zhuǎn)動件及其裝載的待處理芯片能夠相對于固定框翻轉(zhuǎn)運動。其中，固定框內(nèi)還可以設(shè)置平行的至少兩個所述轉(zhuǎn)動件。
[0019]需要翻轉(zhuǎn)時，樣品架由樣品架支撐裝置的升降機(jī)構(gòu)拖動下移，樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)水平方向伸長與樣品架的翻轉(zhuǎn)軸配合連接，然后樣品架支撐裝置的升降機(jī)構(gòu)與樣品架脫開并回升，待樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將樣品架的轉(zhuǎn)動件翻轉(zhuǎn)后，樣品架支撐裝置的升降機(jī)構(gòu)再次下移與樣品架的固定框配合連接，翻轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)與樣品架脫開后縮回，樣品架由樣品架支撐裝置的升降機(jī)構(gòu)拖動上升至所要求的位置。
[0020]除了以上樣品架結(jié)構(gòu)外，還可以設(shè)計為如下形式的無固定框的樣品架:樣品架為一體件形式的轉(zhuǎn)動件；需要翻轉(zhuǎn)時，樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)水平方向伸長與樣品架配合連接，樣品架支撐裝置與樣品架脫開，樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沿水平方向繼續(xù)伸長或回縮使樣品架遠(yuǎn)離作業(yè)臺，待樣品架翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將樣品架翻轉(zhuǎn)后，再使樣品架回歸原位與樣品架支撐裝置連接。
[0021]上述多個工藝處理單元包括樣品加熱單元、溫度檢測反饋單元和冷卻單元。退火工藝可利用其中的樣品加熱單元和冷卻單元實現(xiàn)。
[0022]在樣品架支撐裝置上設(shè)置有偏壓單元。最簡單的方式，即引入(偏壓電源)導(dǎo)線接至樣品架支撐裝置，樣品架本身為導(dǎo)電材質(zhì)，使得外部控制加電即形成待處理芯片與靶材工作區(qū)的偏壓電場。
[0023]真空工藝腔室的外部配置有機(jī)械栗、分子栗和冷栗，機(jī)械栗是分子栗和冷栗的初級真空維持栗；所述分子栗和冷栗相互獨立進(jìn)行抽真空，分別連接至位于真空工藝腔室兩個不同位置的真空栗連接口 ；或者也可以分子栗與冷栗串聯(lián)后連接至一處真空栗連接口。
[0024]上述真空工藝腔側(cè)壁還開設(shè)實時光學(xué)監(jiān)控窗口，用于接配光學(xué)測量設(shè)備。