隨著厚度的不斷減薄，晶圓會(huì)變得更為脆弱，因此機(jī)械劃片的破片率大幅增加，而此階段晶圓價(jià)格昂貴，百分之幾的破片率就足以使利潤全無。另外，當(dāng)成品晶圓覆蓋金屬薄層時(shí)，問題會(huì)變得更加復(fù)雜，金屬碎屑會(huì)包裹在金剛石刀刃上，使切割能力大下降，嚴(yán)重的會(huì)有造成破片、碎刀的后果崩邊現(xiàn)象會(huì)更明顯，尤其是交叉部分破損更為嚴(yán)重。當(dāng)機(jī)械劃片遇到無法克服的困難時(shí)，人們自然想到用激光來劃片。今天__【科準(zhǔn)測控】__小編就來介紹一下激光切割的優(yōu)勢以及紫外激光劃片與激光隱形劃片、微水刀激光的原理還有用途等，感興趣的朋友一起往下看吧！

一、激光切割的優(yōu)勢

激光劃片可進(jìn)行橢圓等異形線型的劃切，也允許晶圓以更為合理的方式排列，可在同樣大的晶圓上排列更多的晶粒，使有效晶粒數(shù)量增加（見圖2-36）。對于六邊形等異形芯片，機(jī)械劃片難以處理，激光劃片可發(fā)揮其優(yōu)勢。不規(guī)則芯片拼版如圖2-37所示。

二、紫外激光劃片

1、原理與關(guān)鍵參數(shù)

與YAG和CO2激光通過熱效應(yīng)來切割不同，紫外激光直接破壞被加工材料的化學(xué)鍵，從而達(dá)到切割目的，這是一個(gè)“冷”過程，熱影響區(qū)域小。另外，紫外激光的波長短、能量集中且切縫寬度小，因此在精密切割和微加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。表2-7和表2-8分別給出了激光劃片設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)和工藝關(guān)鍵指標(biāo)。

目前，激光劃片設(shè)備采用工業(yè)激光器，波長主要有 1064nm、532nm、355nm 三種，脈寬為ns（納秒）、ps（皮秒）和fs（飛秒）級。理論上，激光波長越短脈寬越短，加工熱效應(yīng)越小，越有利于微細(xì)精密加工，但成本相對較高。

2、光斑直徑

光斑直徑是指光強(qiáng)降落到中心值的點(diǎn)所確定的范圍，這個(gè)范圍內(nèi)包含了光束能量的86.5%。在理想情況下，直徑范圍內(nèi)的激光可以實(shí)現(xiàn)切割。實(shí)際上，劃片寬度略大于光斑直徑。

在劃片時(shí)，聚焦后的光斑直徑當(dāng)然是越小越好，這樣劃片所需的劃片槽尺寸就會(huì)越小。相應(yīng)方法就是減小焦距。但是，減小聚焦鏡焦距的代價(jià)就是焦深會(huì)縮短，使得劃片厚度減少。因此，焦距的確定需要綜合考慮劃片的厚度和劃片槽的寬度。

3、功率

激光功率是影響劃片深度和劃片寬度的主要因素，在其他參數(shù)固定不變時(shí)，劃片寬度和劃片深度隨著激光功率的增加而增大，功率對劃片寬度和劃片深度的影響如圖2-38所示。這是因?yàn)椋贤饧す怆m然屬于“冷切割”，但還是存在一定的熱效應(yīng)，熱量會(huì)積累在切割處。當(dāng)激光功率一定時(shí)，晶圓受到照射的時(shí)間越長，獲得的能量就越多，燒蝕現(xiàn)象就越嚴(yán)重。

4、頻率

頻率會(huì)影響激光脈沖的峰值功率和平均功率，從而對劃片深度、劃片寬度和劃片質(zhì)量均產(chǎn)生影響。增大頻率，脈沖峰值功率會(huì)下降，但整體平均功率會(huì)上升，這相當(dāng)于在劃片過程中提供了更高的能量，又避免了激光功率持續(xù)輸出產(chǎn)生的熱效應(yīng)累積，給熱量的耗散預(yù)留了空間。

試驗(yàn)表明，在其他參數(shù)不變的情況，頻率小于10kHz時(shí)，劃片聲音尖銳刺耳，劃片深度較淺，劃片寬度較寬頻率增大，劃片深度增加，劃片寬度減少。當(dāng)頻率達(dá)到50kHz時(shí)，劃片深度最大當(dāng)頻率繼續(xù)增大，劃片深度開始減小。這是由于，在較小的頻率下，雖然單個(gè)脈沖的峰值功率高，但是總體平均功率處于較低水平，雖然切割范圍大，但卻無法達(dá)到理想深度頻率增大以后，單個(gè)脈沖峰值功率有所下降，但是總體平均功率持續(xù)升高，到達(dá)臨界頻率時(shí)，可以得到較理想的劃片深度和較窄的劃片寬度再增大頻率，單個(gè)脈沖的峰值功率偏低，不足以對硅片進(jìn)行“切割”，即使平均功率很高，劃片深度也趨于變小。

5、速度

劃片速度決定了激光聚焦在晶圓上劃片槽某一區(qū)域的時(shí)間，也就是決定了在某一區(qū)域內(nèi)輸入的劃片功率，因此會(huì)直接影響劃片深度和劃片寬度。值得一提的是，激光光斑對劃片槽區(qū)域硅材料切割線可以看成是一個(gè)又一個(gè)光斑切割微圓疊加而成的，較高的頻率和適當(dāng)?shù)乃俣瓤梢缘玫街旅?、均勻的切割痕跡，速度太快或頻率不足則相鄰兩個(gè)切割微圓的圓心較遠(yuǎn)，芯片切割邊緣呈巨齒狀，切割質(zhì)量下降。

綜上，劃片功率、頻率、速度等參數(shù)共同影響了劃片寬度、劃片深度、劃片質(zhì)量等劃片的關(guān)鍵指標(biāo)。

三、激光隱形劃片

激光隱形劃片（Stealth Dicing，SD），是將激光聚焦在材料內(nèi)部，形成改質(zhì)層，然后通過裂片或擴(kuò)膜的方式分離芯片，該技術(shù)應(yīng)用于MEMS、存儲(chǔ)和邏輯器件的薄或超薄芯片，以及如CMOS、CCD的成像設(shè)備。激光劃片表面無粉塵污染，幾乎無材料損耗，加工效率高。實(shí)現(xiàn)激光隱形劃片的兩個(gè)條件∶材料對激光透明有足夠的脈沖能量產(chǎn)生多光子吸收。圖2-39給出了厚度為50μm、直徑為200mm的晶圓激光隱形劃片后效果。圖2-40和圖2-41給出了激光隱形劃片芯片及側(cè)截面的微觀形貌。

圖2-39 厚度為50μm、直徑為200mm

晶圓激光隱形劃片后效果

四、微水刀激光

在激光“冷切割”過程中，熱量的堆積也會(huì)引發(fā)硅片熔體的濺射，少許熔融的高溫小顆粒會(huì)以極高的速度從切割道中濺射出來，附著在切割道兩旁的晶圓表面上，在冷卻的過程中會(huì)和晶圓融為一體，污染晶圓表面，甚至引發(fā)短路。

有人提出微水刀激光這一解決措施，在激光劃片過程中提供微水柱沖刷晶圓表面，激光在微水柱中全反射，形成微水刀，切割晶圓，并利用微水柱帶走熱量，使高溫熔融的小顆粒在濺射到晶圓表面之前被冷卻并被帶走，或者直接令硅片冷卻使熔融體無法形成，其原理如圖2-42所示。

微水刀激光加工無熱影響區(qū)，不燒蝕晶圓，劃片道干凈，無熔渣、無毛刺、無熱應(yīng)力、無機(jī)械應(yīng)力、無污染，適合半導(dǎo)體電子、醫(yī)療、航天等高精密器件的切割加工。而且，微水刀激光劃片速度可以達(dá)到傳統(tǒng)的砂輪劃片速度的5倍以上。

但該技術(shù)難度大，相關(guān)的設(shè)備成熟度不高，作為易損件的噴嘴制作難度大，如果不能精確穩(wěn)定地控制微細(xì)水柱，飛濺的水滴會(huì)燒蝕芯片，從而影響成品率。此外，還要注意防護(hù)激光輻射!

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好了，以上就是小編帶來的關(guān)于激光切割半導(dǎo)體晶圓的優(yōu)勢以及分類了，包含有紫外激光劃片、激光隱形劃片、微水刀激光三種，還描述其原理以及作用，希望能給大家?guī)韼椭?！關(guān)于半導(dǎo)體集成電路、半導(dǎo)體封裝、晶圓切割、推拉力機(jī)等如果您還有不明白的，歡迎給我們私信或留言，科準(zhǔn)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)也會(huì)為您提供免費(fèi)資料及解答！

審核編輯 黃昊宇