[发明专利]一种半导体晶体高速机械刻划试验方法以及试验装置

说明书

一种半导体晶体高速机械刻划试验方法，包括以下步骤，a.将半导体晶体试件固定放置在旋转装置上，利用调速器调整转速，通过测速仪对旋转装置的转速进行实测和记录；b.通过驱动刻划装置直线移动，实现在半导体晶体试件的不同位置进行机械刻划加工；刻划装置上可同时设置一个或多个相同或不同的刻划压头；划刻压头与半导体晶体试件的相对位置可以手动微调；通过测力仪记录机械刻划过程中的刻划力；c．机械刻划加工完成后，取下半导体晶体试件，通过检测、分析半导体晶体试件表面的划痕径向位置、划痕形貌、划痕深度、裂纹损伤、实测的旋转装置的转速以及机械刻划过程中刻划力的变化规律，获得半导体晶体材料机械刻划的材料去除模式和脆塑转变条件。

技术领域

本发明涉及半导体晶体高速机械刻划试验的技术领域，尤其涉及一种半导体晶体高速机械刻划试验方法以及试验装置。

背景技术

单晶硅、单晶锗、碳化硅、氮化镓、蓝宝石等半导体晶体材料是典型的各向异性硬脆材料，作为衬底基体广泛应用于集成电路、微纳米尺度器件和微结构制造领域。在集成电路制造领域，晶圆衬底的质量要求越来越高。半导体材料在超精密加工的过程中会表现为塑性行为，实现材料的塑性域去除。

对脆性材料在塑性域进行超精密机械加工，是获得高质量加工表面的关键。半导体晶圆衬底常用的加工工艺为切片、研磨和抛光，切片加工是半导体晶圆衬底制造的第一道机械加工工序，大尺寸晶圆衬底多采用金刚石线锯切片加工，切片加工质量缺陷需通过研磨、抛光加工去除，切片加工质量直接影响晶体材料的出片率和后续磨抛等超精密加工的质量、效率和成本。

金刚石线锯是利用复合电镀技术或树脂粘结技术将金刚石磨粒固结在高强度金属芯线表面形成的锯切工具。在切片加工过程中，金刚石磨粒通过机械刻划被锯切加工材料而实现材料的去除。因此，单颗金刚石磨粒刻划和多磨粒复合刻划研究是金刚石线锯精密切片加工的材料去除机理及切片加工表层损伤研究的基础。

传统的准静态纳米压痕、刻划试验，加载、卸载速度很低，常被用于测试材料在微纳米尺度下的力学性能，并将纳米压痕、刻划的研究结果应用于超精密加工过程中材料的变形行为和加工微裂纹形成机制的研究，但纳米压痕的加载、卸载速度和刻划速度对半导体晶体的相变和变形行为影响显著，而金刚石线锯切片加工中磨粒对半导体晶体的刻划速度高达30m/s，基于纳米压痕仪的压痕、刻划试验，与实际切片加工中的磨粒刻划速度差距较大。

因此，提供一种半导体晶体高速机械刻划试验装置，开展半导体材料的高速刻划试验研究，对研究半导体晶圆衬底的在切片、研磨和抛光加工中的材料变形行为及材料去除机理，提高半导体晶圆衬底的加工质量和降低晶圆衬底制造成本具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种半导体晶体高速机械刻划试验方法以及试验装置，通过对半导体晶体试件进行机械刻划试验，能为半导体晶体的高效精密加工工艺优化提供基础。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种半导体晶体高速机械刻划试验方法，包括以下步骤，

a.将半导体晶体试件固定放置在旋转装置上，利用调速器调整旋转装置的转速，通过测速仪对旋转装置的转速进行实测和记录；

b.通过驱动刻划装置直线移动，实现在半导体晶体试件的不同位置进行机械刻划加工；所述刻划装置上可同时设置一个或多个相同或不同的刻划压头；所述划刻压头与半导体晶体试件的相对位置可以手动微调；通过测力仪记录机械刻划过程中的刻划力；

c．机械刻划加工完成后，取下半导体晶体试件，通过检测、分析半导体晶体试件表面的划痕径向位置、划痕形貌、划痕深度、裂纹损伤、实测的旋转装置的转速以及机械刻划过程中刻划力的变化规律，获得半导体晶体材料机械刻划的材料去除模式和脆塑转变条件。

采用本技术方案，通过对半导体晶体试件进行机械刻划试验，能为半导体晶体的高效精密加工工艺优化提供基础。