「MEMS矽晶圓」雷射內部改質切割設備

2020-11-25 大族雷射顯視與半導體

微機電系統（MEMS，Microelectromechanical systems）是一種在微米操作範圍內將微電子技術和機械工程融合到一起的工業技術。其最初產生於1950至1960年代，迄今為止已經經歷了至少三次較大的應用浪潮[1]，分別為孵化階段、汽車應用以及消費類應用。從煙霧傳感器、壓感晶片、測溫晶片，到手機的中的麥克風、陀螺儀等，MEMS已經深入到工業和生活的方方面面，而隨著物聯網的發展，未來對傳感器的需求也將呈指數級上升。

MEMS發展浪潮

MEMS結構屬性需求

MEMS晶粒的機械結構包括但不限於懸臂結構、齒輪結構、鉸鏈結構、橋型結構以及薄膜結構，這些結構宏觀上非常脆弱，但能夠精密地相對運動。在封裝前，MEMS晶片的這些核心結構被直接暴露在外，許多MEMS晶片的物理結構極其敏感（例如薄膜結構）。如果採用傳統刀輪切割技術，加工過程中冷卻水的使用將會使得晶片暴露在外的結構出現汙染以及物理損壞；而雷射內部改質切割技術全程潔淨乾燥且無接觸，自然成為了行業內切割MEMS晶片的最有效方案。

雷射內部改質切割技術

雷射內部改質切割技術是由紅外雷射聚焦到材料內部，經過雷射掃描後形成多層改質層，其利用了雷射引導熱裂紋的方法原理（LITP, laser induced thermal-crack propagation)，促使材料沿預設切割方向自然裂開的工藝。經過雷射內部改質切割的MEMS矽晶圓，可以通過直接擴膜來實現晶粒之間分離。該技術除了前面提及的潔淨乾燥優勢，另外在加工時產生的切割損耗（kerf loss）也基本完全消除，從而可減小晶圓片的預設切割道、增加單片晶粒數量，最終提升產品良率、節約製造成本。

雷射內部改質切割示意圖

技術創新升級

雖然雷射內部改質切割方案在切割過程中不產生碎屑、髒汙等汙染，但是在擴膜分片過程中，分開的界面處從原理上仍然有可能掉落矽屑，從而影響較敏感產品的良率。大族顯視與半導體針對矽襯底的特點，自主研發出獨特的光學系統，能夠有效優化雷射單脈衝的打點幾何形狀、控制裂紋形貌，以此提升裂紋向解理方向擴展的簡易程度；該光學方案有效優化切割後的斷面平整度，減小側壁的表面積，從而在根本上抑制了矽屑的產生。

大族顯視與半導體雷射內部改質切割設備加工時產生的引導裂紋形狀比一般雷射矽切割設備更銳利，因此可以使用更少的掃描次數來完成裂紋在垂直晶圓面方向上的裂紋接力，從而產生更好的斷面均勻性；切割後的整體直線度在5μm以內，擴膜後無雙晶且沒有產生可見的矽屑。

「MEMS矽晶圓」雷射內部改質切割設備
產品加工效果
擴膜後效果

Reference

[1] R. Bogue, Recent developments in MEMS sensors: a review of applications, markets and technologies, Sens. Rev. 33 (4) (2013) 300304.

相關焦點

  • MEMS晶圓切割方法—雷射隱形切割
    圖1 雷射隱形切割在玻璃中的應用切割示意圖 雷射隱形切割作為雷射切割晶圓的一種方案，很好的避免了砂輪劃片存在的問題。如圖1所示，雷射隱形切割是通過將脈衝雷射的單個脈衝通過光學整形，讓其透過材料表面在材料內部聚焦，在焦點區域能量密度較高，形成多光子吸收非線性吸收效應，使得材料改性形成裂紋。
  • 半導體Si、SiC晶圓雷射改質切割工藝技術方案
    特別針對半導體行業中晶圓片對加工過程潔淨度高要求的需求，我們提出雷射改質切割技術。 2、改質切割加工原理雷射改質切割是使用特定波長的雷射束通過透鏡聚焦在晶圓內部，產生局部形變層即改質層，該層主要是由孔洞、高位錯密度層以及裂紋組成。
  • 【大族技術講堂】半導體Si、SiC晶圓雷射改質切割工藝技術方案
    元素半導體是由單一元素製成的半導體材料，主要有矽、鍺、硒等，以矽、鍺應用最廣。特別針對半導體行業中晶圓片對加工過程潔淨度高要求的需求，我們提出雷射改質切割技術。 2、改質切割加工原理雷射改質切割是使用特定波長的雷射束通過透鏡聚焦在晶圓內部
  • MEMS晶圓是怎麼切割的?用高速砂輪刀片?NO,NO
    如圖1所示，雷射隱形切割是通過將脈衝雷射的單個脈衝通過光學整形，讓其透過材料表面在材料內部聚焦，在焦點區域能量密度較高，形成多光子吸收非線性吸收效應，使得材料改性形成裂紋。每一個雷射脈衝等距作用，形成等距的損傷即可在材料內部形成一個改質層。在改質層位置材料的分子鍵被破壞，材料的連接變的脆弱而易於分開。切割完成後通過拉伸承載膜的方式，將產品充分分開，並使得晶片與晶片之間產生間隙。
  • 德龍雷射完成1.5億元融資 中微公司參與 碳化矽切割設備成後續看點
    不過根據彼時招股書中披露的內容，也能一窺德龍雷射的產品架構。 招股書顯示，德龍雷射當時的主要產品包括半導體雷射加工設備、現代顯示雷射加工設備以及科研等其他雷射加工設備。其中在半導體方面，招股書顯示，其主要半導體加工設備包括：晶圓雷射切割設備（用於對矽、砷化鎵、氮化鎵的切割，主要用於LED晶片切割製成）、晶圓雷射應力誘導設備（用於背鍍LED晶圓切割）、矽晶圓雷射應力誘導切割設備（用於矽晶圓切割）以及晶圓雷射開槽設備（用於Low-K薄膜晶圓切割）。 德龍雷射在招股書中稱，其半導體雷射加工設備主要應用於LED晶片製造的劃片環節。
  • 晶圓雷射切割技術的研究進展
    瑞士 Synova SA 公司把雷射微水導概念運用到雷射切割並發明了微水導雷射切割設備，該設備主要由 4 部分組成，分別為雷射系統、光學聚焦系統、壓力水腔及雷射在水柱中的全反射傳播。微水導雷射技術的基本原理是使用一束超薄、低壓的水柱將雷射光束引導到工件上進行加工，水柱在加工的同時起冷卻作用，消除了傳統雷射熱影響區過大的缺陷。
  • 科普|如何做晶圓切割(劃片)?
    晶圓切割（即劃片）是晶片製造工藝流程中一道不可或缺的工序，在晶圓製造中屬於後道工序。晶圓切割就是將做好晶片的整片晶圓按晶片大小分割成單一的晶片（晶粒）。最早的晶圓是用切片系統進行切割（劃片）的，這種方法以往佔據了世界晶片切割市場的較大份額，特別是在非集成電路晶圓切割領域。鑽石鋸片（砂輪）切割方法是較為常見的晶圓切割方法。
  • 專家對國內首臺矽晶圓雷射隱形切割機進行鑑定
    一致認為，中國電子鄭州軌道交通信息技術研究院和河南通用智能裝備有限公司聯合研製的矽晶圓雷射隱形切割機屬國內首創，填補了國內空白，其性能指標和總體水平達到國內領先、國際先進，具有廣闊的市場應用前景。| 三三編輯 | 丁克中芯社獲悉，5月30日，應中國電子鄭州軌道交通信息技術研究院和河南通用智能裝備有限公司的邀請，西安交通大學趙玉龍教授、楊宜康教授、王海容教授、高級工程師王久洪及中國兵器工業第214研究所高級工程師王文婧一行抵達鄭州聯合創新半導體智能裝備重點實驗室，對國內首臺矽晶圓雷射隱形切割機進行內部鑑定
  • AMAT發布矽晶圓切割線鋸新品
    美國應用材料(AMAT)發布了可從矽錠上切出120μm厚太陽能電池用晶圓的線鋸設備「Applied HCT MaxEdge」。
  • 日本DISCO開發出新型雷射加工設備 一臺即可切割晶圓
    日本DISCO開發出了新型雷射加工設備「DFL7260」，該設備配備兩個雷射振蕩器，只需1臺即可切割使用了low-k膜的晶圓。預定於2008年4月上市。  向樣品照射雷射使其部分氣化的燒蝕（abrasion）加工技術能夠進行low-k膜的溝槽加工和晶圓切割。但是，由於對low-k膜進行溝槽加工（不出現剝離）和以較小熱應力切割矽晶圓的加工對雷射振蕩器的要求不同，因此，此前一般需要2臺雷射加工設備。
  • 晶片製造重大突破 我國首臺雷射晶圓切割機問世
    晶片，又被稱為微晶片、集成電路，是一種內部含有集成電路的矽片，體積通常很小。一般而言，晶片泛指所有的半導體元器件，是在矽板上集合多種電子元器件實現某種特定功能的電路模塊。作為電子設備極為重要的組成部分，晶片承擔著運算、存儲與數據處理等功能，廣泛應用於軍工、民用、計算機技術等領域。
  • memsstar談MEMS刻蝕與沉積工藝的挑戰
    正因為如此，當活動部件「粘」在表面上，導致設備故障時，就會產生靜摩擦，CMOS沒有這種問題。　　CMOS器件是在矽材料上逐層製作而成的。雖然蝕刻和沉積是標準工藝，但它們主要使用光刻和等離子蝕刻在裸片上創建圖案。另一方面，MEMS是採用體矽加工工藝嵌入到矽中，或通過表面微加工技術在矽的頂部形成。
  • 我國半導體雷射隱形晶圓切割技術取得重大突破
    中國長城表示，該裝備是鄭州軌交院與河南通用歷時一年聯合攻關研發成功，最終實現了最佳光波和切割工藝，開啟了我國雷射晶圓切割行業發展的序幕。而半導體雷射隱形晶圓切割技術取得實質性重大突破，相關裝備依賴進口的局面即將打破。鄭州軌交院成立於2017年，幾年來，該院圍繞自主安全工業控制器、高端裝備製造和新一代信息技術突破開展科研創新、技術攻關。
  • 採用線狀聚焦光斑的雷射高速矽晶圓分粒
    雷射技術應用於矽晶圓切割分粒已有數年歷史，而且這個應用還在不斷地增長。隨著矽晶圓的厚度不斷減小以及雷射器性能的提高，雷射晶元分粒的優勢凸顯出來，人們也很自然的會問一個問題：什麼雷射最適合晶元分粒技術？　　答案並不簡單。
  • ...年增長率達11%,「肖特中國」年底將擴充2萬噸中硼矽玻管產能
    這幾年來，肖特集團中國區（以下簡稱「肖特中國」）主要業務集中於醫療保健醫藥初包裝、電子消費、以及家用電器領域，同時也於2020年1月在蘇州設立亞太區研發中心，基於集團內部較為成熟的特種玻璃及微晶玻璃技術，針對5G通信、XR、自動駕駛以及超薄玻璃和手機蓋板玻璃進行技術支持。醫療保健領域，「肖特中國」主要生產製造5.0藥用中硼矽玻璃管。
  • 中國長城半導體雷射隱形晶圓切割機年產將達500臺產值20億元
    研發成功後，鄭州軌交院組織了行業重點客戶進行半導體雷射隱形晶圓切割機設備試用，客戶認為相比同類產品該設備具有切割效率、良品率高等明顯優勢，能夠出色地滿足不同材質切割的工藝要求。相比國外半導體切割智能裝備，半導體雷射隱形晶圓切割機在焦點數量、焦點動態補償、加速度、切割速度、最大運行速度、開機率等重要參數上具有明顯優勢。
  • 一文讀懂晶圓與矽
    晶圓產業鏈 產業鏈上遊——金屬矽 金屬矽（Silicon）又稱結晶矽或工業矽，是由石英和焦炭在電熱爐內冶煉成的產品，主成分矽元素的含量在98%左右（近年來，含Si量99.99%的也包含在金屬矽內），另含有少量鐵、鋁、鈣等。其主要用途是作為晶圓原材料，半導體矽用於製作半導體器件的高純度金屬矽。是以多晶、單晶形態應用。
  • 半導體雷射隱形晶圓切割技術愈發成熟,不再被國外壟斷
    長城科技和河南通用智能成功研製了我國首臺半導體雷射隱形晶圓切割機，實現了最佳光波和切割工藝，開啟了我國雷射晶圓切割行業發展，填補了國內的技術空白，甚至在關鍵性能參數上都處於國際領先水平，一直依賴進口的局面也將被打破。晶圓切割是半導體封測工藝中不可或缺的關鍵工序。
  • 中國長城一度漲停,雷射隱形晶圓切割技術獲突破
    5月18日，中國長城官微表示，我國首臺半導體雷射隱形晶圓切割機於近日研製成功，填補國內空白，在關鍵性能參數上處於國際領先。我國半導體雷射隱形晶圓切割技術取得實質性重大突破，相關裝備依賴進口的局面將打破。
  • 金屬雷射切割設備是怎麼組成的
    很多購買雷射切割設備的客戶可能不了解雷射切割設備的組成，現在就讓小編給大家普及一下雷射切割設備是怎麼組成的。一、雷射切割設備組成的雷射切割設備主要由雷射器、偏轉聚焦系統、光速檢查器、工作檯和控制系統等組成。