全自动电解抛光蚀刻机

在半导体硅片的制造过程中，抛光是一个至关重要的步骤，它使用高速旋转的低弹性材料抛光盘，如人造革或棉布，或低速旋转的软质弹性或粘弹性材料抛光盘，并添加抛光剂以获得光滑的表面。对于碳化硅（SiC）晶片而言，抛光不仅是研磨后的必经阶段，而且对于去除由研磨引起的表面损伤和硬粒至关重要，这些损伤和硬粒可能会在切割过程中导致晶片破损。抛光过程通常分为两个阶段：粗抛和精抛。化学机械抛光（CMP）是精抛阶段中最常使用的技术。粗抛主要针对晶片的双面进行，目的是提高抛光效率，并改善衬底表面的总厚度偏差（TTV）、弯曲度（BOW）和翘曲度（Warp），同时提升表面质量粗糙度（Ra）。CMP则专注于单面抛光，目的是消除碳化硅晶片表面的划痕，实现极高的表面光洁度。作为SiC单晶衬底加工的最后一步，CMP确保最终表面达到超光滑、无缺陷和无损伤的质量标准。随着碳化硅材料在半导体行业的应用日益广泛，对于高质量的SiC晶片的需求也在不断增长。高质量的抛光设备对于确保SiC晶片满足高性能电子器件的要求至关重要。国内SiC抛光设备厂商通过技术创新和工艺改进，已经能够提供与国际标准相媲美的抛光解决方案，这些解决方案不仅提高了生产效率，还确保了晶片的加工质量。本文将介绍国内在SiC抛光设备领域表现突出的厂商，让读者更全面地了解碳化硅材料的加工技术和产业链的发展情况。晶亦精微：深化 CMP 技术在第三代半导体材料领域的应用晶亦精微科技股份有限公司，作为北京烁科精微电子装备有限公司的延续，承载着推动科技成果转化的重要使命。公司自2019年成立以来，就专注于化学机械抛光（CMP）技术的研发与应用，特别是在第三代半导体材料领域的深耕。作为CMP技术的先行者，晶亦精微科技股份有限公司已经成功实现了8英寸CMP设备的境外批量销售，并推出了国内首款具有自主知识产权的8英寸CMP量产设备。此外，公司的12英寸CMP设备在28nm工艺节点的国际主流集成电路生产线上完成了工艺验证，标志着其技术已经达到了国际先进水平。晶亦精微科技股份有限公司紧跟第三代半导体材料的发展趋势，推出了适用于6英寸和8英寸晶圆的CMP设备，这些设备不仅兼容传统的硅材料，还能够满足碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料的抛光需求。这一创新举措，为国内半导体产业的发展提供了强有力的设备支持。公司的6/8英寸CMP设备——Horizon-T，具备全自动干进干出的功能，工艺切换灵活，适用性广泛。该设备特别支持SiC、GaN等第三代半导体材料的平坦化工艺需求，已经在国内实现了批量销售，为半导体制造商提供了高效、可靠的抛光解决方案。众硅科技：聚焦CMP高端设备杭州众硅电子科技有限公司自2018年5月成立以来，专注于高端化学机械平坦化/抛光（CMP）设备及相关产品的开发与制造，其产品线覆盖了从6英寸到12英寸的多种规格尺寸的CMP设备。众硅科技的12英寸高端CMP设备被认定为国内首台（套）产品，技术水平在同类产品中达到国际领先地位。此外，公司研制的8英寸先进CMP设备已获得国际半导体行业的SEMI认证，并在多家知名集成电路制造企业的生产线中得到应用，证明了其设备的可靠性和先进性。针对碳化硅衬底的CMP设备TNTASECMP，是众硅科技的重要创新成果。该设备采用了独特的碳化硅化学机械抛光工艺，区别于传统工艺，它无需使用强氧化剂，提供更为温和的工艺条件，同时保证了出色的抛光效果。TNTASECMP作为全自动CMP设备，省略了封蜡和贴膜的步骤，这不仅提高了去除率和产能，还降低了综合运营成本（COO）。此外，该设备在化学尾液处理上更为简便和环保，符合当下对绿色生产的要求。苏州郝瑞特：从产品制造商向产品服务商转变苏州赫瑞特电子专用设备科技有限公司，前身为国营兰州风雷机械厂，拥有深厚的军工背景，自1969年成立以来，已经走过了超过四十年的发展历程。2010年6月，兰州赫瑞特集团投资转型，将其建设成为一家专注于研发、生产、销售切割、研磨、抛光等专用设备及提供整体解决方案的高科技企业。公司致力于技术创新体系的构建和技术成果的商业化，将科技成果有效转化为市场产品，以此创造客户价值并推动企业的持续发展。凭借四十多年的技术积累，苏州赫瑞特在电子专用设备领域奠定了坚实的产品创新与开发基础。其产品线涵盖研抛（包括双面和单面抛光）、切割（包括多线和单线切割）以及工控等三大类，通过不断的技术创新和突破，其产品已广泛应用于多个行业。特别值得一提的是，公司的X62 S50D-T抛光机，这是一款专为4-8英寸半导体硅片、碳化硅、蓝宝石、锗片、铌酸锂、钽酸锂、玻璃等片状硬脆材料设计的单面高精度抛光加工设备。该设备以其易于操作、高配置和低噪音等特点，满足了市场对于高精度抛光工艺的需求。晶盛机电：专注“先进材料、先进装备”浙江晶盛机电股份有限公司自2006年成立以来，一直专注于先进材料和先进装备的研发与制造。公司以硅、蓝宝石、碳化硅这三大主要半导体材料为核心，开发了一系列关键设备，并将业务范围拓展至化合物衬底材料领域，致力于为半导体和光伏行业提供具有全球竞争力的高端装备和优质服务。在第三代半导体材料领域，晶盛机电取得了显著成就，成功生长出行业领先的8英寸碳化硅晶体。公司还建立了6英寸碳化硅晶体的生长、切片、抛光环节的研发实验线，其产品已经通过了下游客户的验证。晶盛机电将持续加强技术创新和工艺积累，以实现大尺寸碳化硅晶体生长和加工技术的自主可控，进一步巩固其在行业中的领先地位。晶盛机电还研发了碳化硅、半导体硅、蓝宝石三大领域的研磨抛光设备，这些设备能够满足从6英寸到12英寸多规格的高质量研磨抛光需求。这些设备以其高产能、高精度和高稳定性的特点，满足了市场对高性能半导体材料加工设备的需求。特思迪：探索8英寸SiC衬底的磨抛加工工艺北京特思迪半导体设备有限公司，自2020年成立以来，便致力于半导体领域表面加工设备的研发、生产与销售。公司总部位于北京，产品线覆盖了减薄机、抛光机、CMP设备以及贴蜡、清洗、刷洗等机器，服务于半导体衬底材料、半导体器件、先进封装、MEMS等多个领域。在2023年，特思迪在碳化硅衬底行业的磨抛设备出货量实现了显著增长，同比增长达到87.5%。公司不仅加速了新产品的研发，还成功推出了8英寸碳化硅全自动减薄设备，以及新款双工位单面抛光机、全自动CMP后清洗机和金刚石抛光机等。这些新设备在功能和工艺指标上均达到了国际先进水平，展现了公司在技术创新上的雄厚实力。特思迪在技术创新和产品开发上的成就得益于其强大的研发能力。公司目前拥有100余项自主知识产权的专利申请及授权，其主要产品的核心部件已实现国产化，并已规模化量产化合物半导体专用的减薄和抛光设备。特思迪不断推进新品研发，其产品线得到了进一步的扩充和完善。在碳化硅衬底领域，公司推出的新款双工位单面抛光机，相较于传统单机，效率提升了100%。此外，公司自主研发的全自动CMP后清洗机，以及为满足市场对金刚石衬底加工需求而研发的金刚石抛光机，都标志着特思迪在高端半导体设备制造领域迈出了坚实的步伐。上海致领：8吋SiC晶片全自动抛光线推出上海致领半导体科技发展有限公司自2011年成立以来，专注于精密平面加工领域，提供全面的解决方案，包括设备、配件、辅材、工艺研发及服务。公司在半导体晶片化学机械抛光机领域取得了显著成就，其产品已获得Semi认证，并成功替代了国内头部芯片厂商的进口设备，展现了其在半导体设备国产化方面的重要贡献。2023年，上海致领完成了一项重要的技术突破，开发了HCP-1280R2-SIA重型化学机械抛光机，这是一款专为6寸和8寸碳化硅晶片设计的高效率、高精度抛光设备。该设备能够实现超过10PSI的抛光压力，配备了先进的压力头往复摆动功能和分区加压功能，这些特性使得HCP-1280R2-SIA能够提供卓越的产品精度，满足高精度抛光工艺的需求。上海致领的这一创新成果不仅提升了公司在半导体设备领域的技术实力，也为碳化硅晶片的加工提供了强有力的支持。随着碳化硅材料在半导体行业的应用日益广泛，上海致领的HCP-1280R2-SIA抛光机有望在提高生产效率和产品质量方面发挥重要作用。小结单晶碳化硅以其卓越的物理和化学性质，在半导体行业中扮演着越来越重要的角色。然而，正是这些特性也给碳化硅的加工带来了挑战。单晶碳化硅的莫氏硬度高达9.5，表明它具有极高的硬度，这使得加工过程需要更为先进的技术和设备。同时，碳化硅的化学稳定性意味着它在常温下不会与大多数化学物质发生反应，进一步增加了加工的复杂性。碳化硅的压缩强度远大于其弯曲强度，这一特性使得材料在加工时更易碎裂，特别是在抛光过程中。为了实现高质量的抛光效果，需要施加更大的压力，这就要求抛光设备具备更高的负载能力和更精确的压力控制功能。尽管碳化硅的加工存在诸多挑战，但随着第三代半导体技术的快速发展，国内外设备制造商正在积极寻求突破。目前，长晶设备的国产化已经取得了显著进展，但切磨抛等加工设备的国产化程度相对较低，这些领域仍然是国内设备厂商需要重点攻克的方向。为了减少对进口设备的依赖，国内厂商正在加大研发投入，推动技术创新，以期在切磨抛等关键加工设备上实现国产化。通过不断的技术积累和市场验证，国内设备制造商有望逐步提升产品的技术水平和市场竞争力，满足国内半导体产业对高性能加工设备的需求。

金属的电解抛光，是一种传统而常用的表面处理技术，通过可控的电化学反应使金属表面溶解（凸起部分溶解速度快）来降低表面粗糙度。利用电解抛光技术，可以获得纳米级粗糙度的镜面光泽表面，而且可以去除前序机械加工遗留的表面和亚表面损伤层。不过，不为一般仅使用该技术的研究者注意的是，在一定的电化学条件下，电解抛光后的金属表面会出现纳米级的图案（pattern），其中对金属铝的研究较多。研究者发现，金属铝（Al）经短时间电解抛光处理后，表面会出现周期或特征周期为几十至一百多纳米的有序条纹状（stripe）、六边顶角状（hexagon）及点状（dot）等多种有序或无序图案。这一现象，已经引起了研究者对其在金属表面微纳工程、微纳模板加工、微纳电子学等领域应用的关注。研究者已经开始深入挖掘纳米图案形成的机理，关键是揭示材料表面结构和界面电化学行为决定纳米图案类型及周期的物理化学规律。但是，目前已经发表的研究，缺少对多晶和单晶铝表面纳米图案形成行为的系统实验研究，定性的多定量的少，零散的多系统的少，难以用来检验和改进现有的表面纳米图案形成理论。其中一个被长期忽略的关键问题，就是铝表面结构差异导致的纳米图案的各向异性。哈尔滨工业大学化工与化学学院的甘阳教授和他指导的博士生袁原（论文第一作者）、张丹博士、杨春晖教授及机电学院的张飞虎教授，首次采用电子束背散射衍射（EBSD）对电解抛光后的多晶铝和单晶铝进行了定量的表面晶体学取向分析，并采用蔡司的Sapphire Supra 55场发射扫描电镜（FE-SEM）和原子力显微镜（AFM）对纳米图案的类型（type）和周期（size）进行了系统表征和量化分析，揭示了铝电解抛光表面纳米图案的类型和周期对于表面结构和晶体学取向的依赖性的规律。同时，基于表面物理化学的理论框架，对结果进行了深入分析和讨论，定性解释了大部分的实验结果，并指明了下一步的研究方向。研究结果近期以长文形式发表于电化学领域的国际知名期刊Journal of the Electrochemical Society，国际同行评审专家认为该工作是对本领域的重要贡献。甘阳教授课题组首先对多种铝样品的电解抛光表面纳米图案进行了系统的研究：1）多晶铝（polycrystalline Al）中不同取向的晶粒；2）切割角可控的系列单晶铝（monocrystalline Al）样品。通过EBSD测试获得晶粒表面的晶体学取向图，并结合定位SEM表征，他们发现，铝电解抛光表面纳米图案对晶面取向具有依赖性（如图1所示为多晶样品中三个毗邻的晶粒）。（背景知识：描述铝表面晶体学取向的EBSD反极图三角（IPF triangle）中，可划分为围绕三个低指数晶面方向（primary direction，主取向）的晶体学主取向区域—[101] //ND，[001] //ND和[111]//ND，单个晶粒或单晶的表面取向偏离主取向的角度称为取向差角（misorientation angle）。）通过对数十个不同取向的多晶晶粒的逐一定位SEM表征，他们发现了一系列未被报道过的现象（图2）：1）纳米图案类型和周期对晶面取向的依赖性是否显著取决于所属的主取向区域；2）在同一主取向区域内，纳米图案类型和周期随着取向差角的改变呈现渐变性规律；3）对于具有相同取向差角但偏向不同主取向的晶面，纳米图案类型和周期也发生变化；4）在两个或三个主取向的交界处，纳米图案类型和周期基本相同。他们进一步测试和分析了一系列取向差角可控的单晶铝样品（图3），证实了上述多晶样品的结果，并揭示出目前尚难以解释的单晶和多晶样品间的图案周期性大小的差异问题（图4）。图1 （a）电解抛光多晶Al样品的EBSD分析IPF图，（b）放大后的IPF图和IPF三角显示三个相邻的A、B、C晶粒及其所属的主取向区域和各自的晶面取向差角值，（c）三个晶粒的定位SEM形貌图像，相邻晶粒被晶界隔开并交于一点，（d–f）三个晶粒的AFM形貌图像和细节放大图及FFT分析图，（g–i）为对应AFM图中白线段的线轮廓分析图。图2 （a）电解抛光后不同晶面取向的多晶铝晶粒在IPF三角中的位置图，（b–y）不同晶粒表面的SEM形貌图和对应的FFT分析图（SEM图上均给出了取向差角和图案的周期）。图3 （a）不同晶面取向的单晶铝样品在IPF三角中的位置图，（b–s）电解抛光后不同单晶样品表面的SEM形貌图和对应的FFT分析图（SEM图上均给出了取向差角和图案的周期）。图4（a，b）单晶和多晶样品的表面纳米图案周期（L）随取向差角（θ）变化的L–θ图，上方刻图轴给出了三个主取向区域内与θ对应的所属表面的表面台阶宽度（w）。（c，d）单晶和多晶样品的各晶面在IPF三角中的对应位置图。L–θ图和IPF三角中的几条连线，表示的是连接了近似位于延某个主取向辐射出去的直线上的若干晶面（及IPF三角中的若干对应的点）。为了解释实验结果，他们建立了一系列不同取向晶面的表面原子排列的“平台–台阶”模型（图5），还特别关注了更复杂的“平台–台阶–扭折”表面结构（图6）。尽管尚没有考虑表面驰豫、重构等的影响，他们根据表面结构特征随取向差角的变化规律，解释了实验观察到的纳米图案类型和取向差角的关系。比如，在一个主取向区域内，随着取向差角的增大，表面台阶宽度逐渐减小而不是突变，界面能的变化也应该呈现渐变的特性，这就解释了纳米图案的类型随取向差角改变的渐变现象。此外，在两个或三个主取向区域的交界处，大取向差的晶面的表面结构（平台宽度和台阶处的原子排列）很相似，所以导致纳米图案的类型基本相同。而不考虑上述结构特征，就很难解释实验上观察到的现象。图5（a–f）[001]和[101]//ND主取向区域内6个不同取向差角的晶面的表面“平台–台阶”结构模型的正视图和侧视图。表面单胞用红色平行四边形或矩形表示。（g）6个晶面在IPF三角中的位置图。图6 （a–c）[001]//ND主取向区域内3个取向差角相等但偏向不同方向的晶面的表面“平台–台阶–扭折”结构模型的正视图。表面单胞用红色平行四边形表示，特别给出了平均台阶宽度。（d）3个晶面在IPF三角中的位置图。图7 在电解抛光过程中吸附分子在不同平台宽度“平台–台阶”表面的扩散和脱附行为差异的示意图。（a）宽平台表面；（b）窄平台表面。他们基于表面结构影响电化学溶解和界面分子吸附、扩散行为的理论框架，对文献中现有的“吸附–溶解”理论进行了深化，进一步提出了表面平台宽度和台阶位点的数量会影响电解抛光液中的表面吸附分子（如乙醇）在表面的扩散（以扩散系数表征）和吸脱附（脱附速率常数）行为。取向差角越大，平台宽度越窄（台阶密度也越大），分子在表面的扩散障碍越大，但同时脱附也更困难，这二者的竞争导致图案的周期先增加并逐渐达到峰值后减小。以外，他们还提出了一套结合SEM测量和图像的FFT处理的分析步骤，以此为基准来准确确定准无序纳米图案的平均周期大小，有效避免了单点测量的较大偏差。以上研究工作，对铝及其它金属（如Ti，Ta，Zn，W）及合金的电解抛光表面纳米图案化研究具有普通意义。甘阳教授课题组正在继续深入研究更多实验因素的影响、图案演化的计算机模拟及理论模型的建立，力图全面揭示金属电解抛光表面纳米图案的形成机理。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目等的资助。恭喜哈尔滨工业大学化工与化学学院甘阳老师课题组使用蔡司场发射扫描电镜做科学研究，取得丰硕的科研成果！

设备型号：MECATECH 250 SPI设备名称：自动研磨抛光机 设备简介： 自动研磨抛光机,适用于包括大面积和高硬度材料等各类样品的自动化研磨抛光。内置制备方法数据库，可保存多达100种不同材料制备方法。满足对制样结果一致性和可重现性的要求。 技术参数： 1）底盘： 电机功率：750 瓦。 底盘转速：20-700 转/分钟。 底盘转向：顺时针或逆时针。 扭矩补尝：变频电机自动补偿。 工作盘尺寸：200-250 毫米。 工作模式：研发模式(R&D) – 所有参数可调； 程序模式(Program) – 只允许按预定参数工作。 2）自动工作头： 结构：齿轮箱传动。 电机功率：180 瓦。 工作头转速：20-150 转/分钟。 工作头转向：顺时针或逆时针。 压力模式：单点力。 样品数量：单点力时1-4个。 样品压力：1-200牛，设备启停时自动减小。 自动给液：200毫升蠕动泵滴液器2只，流量流速可控。 功能特点：1.电机变频器，充分保证转速/扭矩恒定，满足对大尺寸/高硬度样品的制备。2.7英寸宽大液晶LCD触摸屏装置于设备前端。方便设置转速/转向/水阀开关/工作时间等所有参数。3.分级管理软件功能，通过密码保护使实验室主管对制样工艺参数实现统一管理，以保证各类材料制备结果的一致性和重现性。研发模式与程序模式可供选择：A. 研发模式 — 可对所有制备参数调整及设定。适用于教育、研发等具有材料多样性的使用环境。B. 程序模式 — 按照数据库预先存储的参数进行制备。适用于生产、质量控制等固定材料使用环境。4.自带蠕动泵驱动200 毫升滴液器，可程控抛光液/润滑液自动喷洒数量和频率；另可模块化联接DISTRITECH 5.1自动分液系统，以全面排除人为因素干扰，提高制备结果的一致性和可重现性，并降低样品制备成本。5.底盘结构：带倾斜角度底盘，方便液体流出；抬高主轴轴承位置，防止液体流入；附带防溅环；结构简单，方便维修。6.可移除式高分子材料承托碗，防污防锈，易于清洗，并方便维修/保养。7.可通过内置网络模块或USB接口导入/导出制备方法。8.磨盘甩干功能，步骤结束后甩干砂纸/磨盘/抛光布，方便储存。9.自动工作头180度旋转，方便内侧样品装夹。10.安全装置：一侧紧急停车按钮；工作状态时，工作头自动位置锁定；全面符合安全标准。创新点：全新设计外观，运行时更加稳定。大功率变频马达给工作头和工作盘充足动力PRESI普锐斯-自动研磨抛光机-MECATECH 250 SPI