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浅谈:水刀激光切割芯片的污染问题

        对于使用激光进行的切割技术,切割半导体是一个挑战。直到最近,切割半导体的传统方法是研磨切割。然而,半导体设计的要求越来越高,对于薄片晶圆和化合物半导体,就不能再进行研磨切割了。这就需要新的切割方法。水刀激光器在几年前就是一个很好的切割方法,可以把薄薄的半导体切割成任意形状,包括砷化镓(GaAs),近期由于对微粒产生的关注,使大家对这种切割激光器更加重视。  
  实际上,在所有传统的切割工艺里,微粒的产生和再沉积是一个很严重的问题。微粒和尘埃(大小在0.1到5um)在加工过程时,布满了整个加工件的表面,特别是基于激光技术的工艺,细小的微粒极难于清除,而且具有很强的吸附力(如毛细作用、静电力和范德瓦耳斯力),难于擦除或用水清除。另外,传统的激光切割时,材料熔化的小液滴会“焊”到加工件的表面上,更加难以去除。  
  因为清除这些小微粒非常困难,并且代价昂贵(例如使用激光清除),有时甚至是不可能清除干净的。通常的做法是在加工过程中,尽量避免微粒接触到晶圆的表面。目前,多种独特的方法应用于不同的工艺中。水刀激光器由于具有可喷射的清水,从而比起其他激光加工方式会使微粒的数量大大减少。最近出现的晶圆无微粒切割法,是在整个切割过程中,通过在整个加工件上覆盖准确控制的薄水膜,从而达到减少微粒污染的目的。 
    微粒污染和LMJ  
  与传统的激光技术比,水刀激光产生的微粒要少很多,因为水在把激光导向加工面的同时,也有效地清除了熔化的材料。但是,为了使微粒污染等级降得更低,直至接近零,就必须开发更新的洁净设备。   在大多数切割工艺过程中,利用水刀激光器(waterjet-guided laser)固有的冲洗特性,加上一个水膜设备,可以显著地降低微粒污染发生的几率。  
    开发的目标是为了避免使用保护层这一步骤。使用水刀激光器技术,不能获得强力清洗的效果,因为微米级的水喷射是很微弱的,在接触到加工件表面前,是很稳定的圆柱形。  
    在使用LMJ切割时,部分高速喷射偏离形成薄水膜覆盖在样本表面。一旦切割样品,部分水膜会倒吸入真空卡盘。通常一部分水膜仍保留在芯片中间。当切割晶圆时,残留的水会蒸发,悬浮在水膜里的微粒于是接触到样本。但是,这些微粒污染比起其他传统激光技术是可以忽略的。
    洁净样本的结果  
    在清除水层后,达到一个标准的清洁状态,在光学显微镜下没有发现污染物。为了详细证明,使用LMJ对三种不同的材料进行切割,然后确认表面质量,它们是:硅,砷化镓和金属。
    在切割工艺中,污染是非常严重的问题。新装置的开发,完善了激光微射流所具有的清洗作用,使用薄水膜避免切割产生微粒的再沉淀很有效。水膜装置形成持续的水膜,即惰性液体膜,可以形成保护层对抗在加工过程中产生的微粒。大范围不同材料试验的结果表明,微粒的数量大大减少。加工的加工件很洁净,几乎不粘微粒。芯片污染等级低。

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