半導體芯片的表面處理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種半導體芯片的表面處理系統，尤其適用于半導體激光芯片的表面處理。
【背景技術】
[0002]半導體激光器具有體積小、能量效率高、壽命長、易于調制等優點，其應用范圍覆蓋了整個光電子學領域，成為當今光電子科學的核心技術。而半導體激光芯片是整個激光產業鏈的技術核心與源頭，是帶動整個產業發展的關鍵。在半導體器件工藝中，表面處理至關重要，決定了器件的性能以及壽命，也是產業發展的主要技術難點。
[0003]激光半導體芯片表面態處理主要是針對半導體激光芯片表面態進行優化重整來提高光輸出功率和使用壽命。激光表面態處理目的是去除表面沾污，飽和表面懸掛鍵等不穩定態，或更進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，去除表面有機吸附和氧化層，也有用干法刻蝕方法來最后增強清潔效果；鈍化是為了飽和表面態，增強表面對環境的適應性，目前采用的技術包括液相反應、表面鍍保護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)等相關方法。所有以上這些方法都要有特定的設備，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，導致整體工藝效果不佳，產品輸出功率低、壽命短，光學災變損傷(C0MD)閾值較低。
[0004]國外也認識到了工藝分離帶來的問題，設計了復雜的真空工藝設備，集成了清洗和鍍保護膜的真空解離機(Vacuum Cleaver),該設備包括高真空樣品存儲腔，高真空解離系統用于芯片在高真空狀態下的解離，高真空鍍膜系統用于鍍制鈍化保護膜，以及各系統之間的機械傳遞裝置，因此設備的制造和維護成本極高。此外，該裝置系統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，該裝置系統的生產效率極低，不適宜批量化生產。因此，研究新型的能有效優化表面態且適用于大批量生產的表面處理設備對半導體激光器的發展具有重要意義。
【實用新型內容】:
[0005]本實用新型的目的在于提供一種半導體芯片的表面處理設備，能夠在一次真空環境下持續執行多個工藝環節，依次完成半導體芯片雙側表面的處理，生產效率較高，適用于大批量生產。
[0006]本實用新型的方案如下:
[0007]一種半導體芯片的表面處理系統，包括相聯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構，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而依次得到處理；所述傳送通道上設置有隔離密封閥以實現工作時的真空隔離；
[0008]所述真空工藝腔室具有真空栗連接口、進出樣品連接口、氣源連接口和作業線路接口，其中作業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置有作業臺、樣品架支撐裝置和多個工藝處理單元，所述作業臺與真空工藝腔室的頂部連接固定，作業臺在豎直方向上具有與所述作業線路接口位置對應的貫通孔道；所述多個工藝處理單元均固定安裝于作業臺，相應的控制信號線路經所述作業線路接口引出真空工藝腔室；所述樣品架支撐裝置自作業臺下方穿過貫通孔道伸出，并連接水平旋轉機構和升降機構以實現樣品架支撐裝置的水平旋轉和垂直升降；
[0010]所述樣品架支撐裝置在作業臺下方具有自動鎖定機構，樣品架上具有相應的配合部件，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區域內；
[0011]在樣品架傳送到位處還配置有樣品架翻轉機構，樣品架上具有相應的配合部件，樣品架翻轉機構從外部伸入真空工藝腔室內，在需要樣品架翻轉時，樣品架與樣品架翻轉機構配合連接實現驅動樣品架翻轉；
[0012]所述真空工藝腔室內的底部設置有靶材底座旋轉臺，靶材底座旋轉臺上環形分布有多個靶材放置區，靶材上方設置有靶材遮蓋裝置，需要鍍制的靶材能夠旋轉至位于作業臺的正下方的靶材工作區，在靶材工作區的下方設置有射頻(RF)電源單元；
[0013]所述真空工藝腔室內設有兩個氣路，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通入氣體充分、均勻，可以在靶材周圍環形區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，本實用新型還作了如下重要的優化設計:
[0015]上述作業臺是通過作業臺支撐裝置與真空工藝腔室的頂部安裝固定，作業臺支撐裝置對應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的控制信號線路亦在該空間內走線，再經所述作業線路接口引出真空工藝腔室。當然，作業臺也可以直接固定安裝于真空工藝腔室內的頂部，作業臺的貫通孔道直接與作業線路接口相接。
[0016]更進一步的，作業臺支撐裝置和樣品架支撐裝置整體上構成套管形態，作業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管穿過作業臺支撐裝置；所述多個工藝處理單元相應的線路在套管所形成的環形空間內走線。
[0017]上述樣品架翻轉機構沿水平方向伸入真空工藝腔室內，其驅動端與樣品架的翻轉軸同軸連接或平行相對固定；或者，樣品架翻轉機構經所述作業線路接口沿豎直方向伸入真空工藝腔室內，通過傳動組件與樣品架的翻轉軸連接。
[0018]更進一步的，樣品架包括水平的固定框和位于固定框內的轉動件，待處理芯片裝載于所述轉動件上的貫通安裝孔內，轉動件通過翻轉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；需要翻轉時，固定框與樣品架支撐裝置脫開，所述樣品架翻轉機構與樣品架的翻轉軸連接，帶動轉動件及其裝載的待處理芯片能夠相對于固定框翻轉運動。其中，固定框內還可以設置平行的至少兩個所述轉動件。
[0019]需要翻轉時，樣品架由樣品架支撐裝置的升降機構拖動下移，樣品架翻轉機構水平方向伸長與樣品架的翻轉軸配合連接，然后樣品架支撐裝置的升降機構與樣品架脫開并回升，待樣品架翻轉機構將樣品架的轉動件翻轉后，樣品架支撐裝置的升降機構再次下移與樣品架的固定框配合連接，翻轉驅動機構與樣品架脫開后縮回，樣品架由樣品架支撐裝置的升降機構拖動上升至所要求的位置。
[0020]除了以上樣品架結構外，還可以設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動件；需要翻轉時，樣品架翻轉機構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，樣品架翻轉機構沿水平方向繼續伸長或回縮使樣品架遠離作業臺，待樣品架翻轉機構將樣品架翻轉后，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。
[0022]在樣品架支撐裝置上設置有偏壓單元。最簡單的方式，即引入(偏壓電源)導線接至樣品架支撐裝置，樣品架本身為導電材質，使得外部控制加電即形成待處理芯片與靶材工作區的偏壓電場。
[0023]真空工藝腔室的外部配置有機械栗、分子栗和冷栗，機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后連接至一處真空栗連接口。
[0024]上述真空工藝腔側壁還開設實時光學監控窗口，用于接配光學測量設備。
[00