近日，北京大學(xué)集成電路學(xué)院、微米納米加工技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，集成電路高精尖創(chuàng)新中心研究團(tuán)隊(duì)在《IEEE半導(dǎo)體制造技術(shù)》期刊（IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing）上發(fā)表的《Automatic Pico Laser Trimming System for Silicon MEMS Resonant Devices based on Image Recognition》被評(píng)為該期刊2023年度最佳論文榮譽(yù)獎(jiǎng)（1-3篇/年）。論文第一作者是北京大學(xué)集成電路學(xué)院2019級(jí)博士研究生劉玉縣（導(dǎo)師：張大成教授），通訊作者是北京大學(xué)崔健高級(jí)工程師，共同作者包括張大成教授和趙前程正高級(jí)工程師。

硅微機(jī)械傳感器(MEMS)芯片具有體積小、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易大批量制造等顯著特點(diǎn)，已成為航空航天、通信電子、汽車電子等重要產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心器件。MEMS芯片微結(jié)構(gòu)工藝相對(duì)誤差大，帶來(lái)其力學(xué)特性參數(shù)不對(duì)稱，致使MEMS傳感器精度退化，影響批產(chǎn)良率。當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)仍缺乏具備通用化、智能化和高效化的完整誤差分析及晶圓級(jí)調(diào)控解決方案，成為高端MEMS傳感器件領(lǐng)域亟待解決的行業(yè)‘痛點(diǎn)’。

針對(duì)上述問(wèn)題和需求，研究團(tuán)隊(duì)開展了基于超短脈沖激光的硅微傳感器振動(dòng)特性刻蝕調(diào)控設(shè)備的研制開發(fā)，完成了包括超短脈沖激光光源系統(tǒng)、激光光路系統(tǒng)、三維精密移動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)、CCD圖像識(shí)別系統(tǒng)、敏感結(jié)構(gòu)力學(xué)特性參數(shù)在線辨識(shí)系統(tǒng)和加工殘留物處理系統(tǒng)等硬件和軟件算法的設(shè)計(jì)、調(diào)試及驗(yàn)證工作。利用該設(shè)備，對(duì)所加工的硅MEMS諧振器進(jìn)行結(jié)構(gòu)誤差調(diào)控以改善其在振動(dòng)環(huán)境中的性能，可實(shí)現(xiàn)諧振頻率處振動(dòng)靈敏度減小十倍甚至幾十倍，有效改善了MEMS器件的振動(dòng)特性，性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。微結(jié)構(gòu)圖像自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)，極大提升了修調(diào)效率，與手動(dòng)刻蝕調(diào)控方式相比，使用自動(dòng)刻蝕調(diào)控方式的耗時(shí)不足1分鐘，自動(dòng)刻蝕調(diào)控方式的精度一致性提高了82.6%。該套加工設(shè)備的開發(fā)及配套工藝誤差辨識(shí)及處理算法將為解決高端MEMS傳感器件加工良率提升提供了一種新的解決方案，配合智能化算法，有望實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化同定制化相結(jié)合的全自動(dòng)晶圓級(jí)激光微納加工設(shè)備產(chǎn)品。

圖1. 基于超短脈沖激光的MEMS傳感器件修調(diào)系統(tǒng)

在趙前程老師和張大成老師的指導(dǎo)下，研究團(tuán)隊(duì)相繼在Laser Physics 2021，IEEE MEMS 2023, IEEE TRANSDUCERS 2023, IEEE TSM 2023等業(yè)內(nèi)知名會(huì)議和期刊上發(fā)表多篇MEMS器件激光修調(diào)設(shè)備及工藝方面論文，并申請(qǐng)了多項(xiàng)專利，所研制的儀器設(shè)備獲得了北京大學(xué)第十二屆實(shí)驗(yàn)技術(shù)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。以上研究工作得到了集成電路高精尖創(chuàng)新中心項(xiàng)目的支持。

文章來(lái)源：北京大學(xué)集成電路學(xué)院

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