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激光划片机
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激光划片机
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产品介绍

晶圆是制造半导体芯片的基本材料,目前半导体集成电路最主要的原料丰富多样,除了硅基,还有III-V族、II-VI族化合物、SiC、蓝宝石乃至最新的金刚石晶圆等。半导体晶圆最初始的工艺都涉及晶圆划片(切割),那半导体晶圆是怎样切割的呢?

在实验室,最常见的方法是手工解理。用金刚石到轻划一刀,上手掰断。解理结果依赖操作者的经验,以及样品的特性。但是,很多材料不适合于手工的方法。更不要提手工解理的方法无法保证重复性,并且,整个过程中因为手的接触会污染晶圆,不能保证样品洁净度。

在大型的生产制备过程中,砂轮切割机是很多用户的选择。使用前需要将晶圆背面粘上蓝膜,切割过程中还有碎小颗粒产生,因此要不停地用水来冲洗,避免污染晶圆。最让人无法接受的是,这类设备,切除的晶圆边界粗糙,容易崩边外,而且不能保证晶元表面清洁干燥。

激光划片机,激光划片是利用高能激光束照利用高能激光束照射在工件表面,使被照射区域局部烧灼、气化、从而达到划片的目的。因激光是经专用光学系统聚焦后成为一个非常小的光点,能量密度高,因其加工是非接触式的,因此对样品破坏较大。同时,此类设备产热较高,对部分晶圆的影响比加大。而且成本较高,开机运行价格也不菲。一次裂片划片的实验,成本非常高。

2012年,美国两位从事半导体研究领域的女科学家,自主研发了一款实验室裂片划片设备LatticeGear,精确,可重复性高,容易使用且涉及小巧紧凑。提出了一整套全新的制样概念,我们来看看这款裂片机能有多少功能?

蓝宝石,金刚石,III-V族、II-VI族,SiC,金刚石等都能精密裂片

匹兹堡大学提供,2英寸蓝宝石晶圆的裂片结果

蓝宝石裂片,边界干净平滑,呈镜面样


这是一个200μm厚度的InP晶圆,表面有外延膜覆盖,外延膜由Al, Ga, In, As等多种元素组成。

薄且脆的样品裂片成小尺寸晶粒,3×4mm。

并且全程保持样品无污染状态。


光镜下的裂片解理截面

3英寸的GaAs晶圆裂片,客户要求从边缘10mm处裂片,并且不能接触碰到晶元的表面,避免对表面结构的破坏及污染。


甚至连金刚石晶圆都能完美裂片。金刚石晶圆是近年来新型的晶元材料,由于其硬度高,尺寸小而经常造成裂片困难。

总言之,Latticegear的设备是不挑晶圆材料,无论是硬度高的蓝宝石,金刚石,还是薄的InP,GaAs材料,甚至比较复杂的晶元上有生长多种膜材料的样品,都能完美裂片。


号称裂片边界呈镜面的LatticeGear到底能做到裂片平整度多好?下面我们用放大倍数高的电镜图片来说明

这是一个40μm厚的光阻材料,经裂片后在SEM下的成像结果。

GaN 纳米多孔材料裂片截面的电镜结果,该样品是由耶鲁大学提供的GaN样品。由于样品尺寸较小,裂片相对困难,但解理面光滑平整。图片为在15KV条件下电镜拍摄。


巴塞罗那大学ICN2研究所提供的传感器材料,这是一种由16个X chip阵列组成的干涉器。要求裂片解理面非常平整,才能实现光从侧面穿透实现耦合。

左下图片,使用了50μm砂轮划片机结果。解理面粗糙,不能实现光耦合,还需要进一步抛光。右下图片为Latticegear 420设备解理结果,解理面平整,无需额外步骤。整个制样过程无水溶液接触、无需贴蓝膜保护。


Latticegear 能做多大尺寸的裂片?

SmB6的小尺寸样品裂片


以上图片引自剑桥大学卡文迪许实验室。样品原始尺寸大小为4mm×2.5mm。最终裂片为1mm×1mm×300μm尺寸大小。


200μm厚度的GaAs样品裂


原始尺寸4mm×4mm的GaAs晶粒,解理为2mm×2mm尺寸,期间没有样品污染和表面破坏。

最大尺寸300mm晶圆(12英寸)

添加一个夹具附件,就能实现12英寸晶圆的裂片工作。

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