隨著厚度的不斷減薄，晶圓會變得更為脆弱，因此機械劃片的破片率大幅增加，而此階段晶圓價格昂貴，百分之幾的破片率就足以使利潤全無。另外，當成品晶圓覆蓋金屬薄層時，問題會變得更加復雜，金屬碎屑會包裹在金剛石刀刃上，使切割能力大下降，嚴重的會有造成破片、碎刀的后果崩邊現象會更明顯，尤其是交叉部分破損更為嚴重。當機械劃片遇到無法克服的困難時，人們自然想到用激光來劃片。今天__【科準測控】__小編就來介紹一下激光切割的優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、激光切割的優勢

激光劃片可進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，使有效晶粒數量增加（見圖2-36）。對于六邊形等異形芯片，機械劃片難以處理，激光劃片可發揮其優勢。不規則芯片拼版如圖2-37所示。

二、紫外激光劃片

1、原理與關鍵參數

與YAG和CO2激光通過熱效應來切割不同，紫外激光直接破壞被加工材料的化學鍵，從而達到切割目的，這是一個“冷”過程，熱影響區域小。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域具有廣泛的應用。表2-7和表2-8分別給出了激光劃片設備的關鍵參數和工藝關鍵指標。

目前，激光劃片設備采用工業激光器，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，加工熱效應越小，越有利于微細精密加工，但成本相對較高。

2、光斑直徑

光斑直徑是指光強降落到中心值的點所確定的范圍，這個范圍內包含了光束能量的86.5%。在理想情況下，直徑范圍內的激光可以實現切割。實際上，劃片寬度略大于光斑直徑。

在劃片時，聚焦后的光斑直徑當然是越小越好，這樣劃片所需的劃片槽尺寸就會越小。相應方法就是減小焦距。但是，減小聚焦鏡焦距的代價就是焦深會縮短，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，在其他參數固定不變時，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。這是因為，紫外激光雖然屬于“冷切割”，但還是存在一定的熱效應，熱量會積累在切割處。當激光功率一定時，晶圓受到照射的時間越長，獲得的能量就越多，燒蝕現象就越嚴重。

4、頻率

頻率會影響激光脈沖的峰值功率和平均功率，從而對劃片深度、劃片寬度和劃片質量均產生影響。增大頻率，脈沖峰值功率會下降，但整體平均功率會上升，這相當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輸出產生的熱效應累積，給熱量的耗散預留了空間。

試驗表明，在其他參數不變的情況，頻率小于10kHz時，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。當頻率達到50kHz時，劃片深度最大當頻率繼續增大，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，但卻無法達到理想深度頻率增大以后，單個脈沖峰值功率有所下降，但是總體平均功率持續升高，到達臨界頻率時，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，單個脈沖的峰值功率偏低，不足以對硅片進行“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域的時間，也就是決定了在某一區域內輸入的劃片功率，因此會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域硅材料切割線可以看成是一個又一個光斑切割微圓疊加而成的，較高的頻率和適當的速度可以得到致密、均勻的切割痕跡，速度太快或頻率不足則相鄰兩個切割微圓的圓心較遠，芯片切割邊緣呈巨齒狀，切割質量下降。

綜上，劃片功率、頻率、速度等參數共同影響了劃片寬度、劃片深度、劃片質量等劃片的關鍵指標。

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部，形成改質層，然后通過裂片或擴膜的方式分離芯片，該技術應用于MEMS、存儲和邏輯器件的薄或超薄芯片，以及如CMOS、CCD的成像設備。激光劃片表面無粉塵污染，幾乎無材料損耗，加工效率高。實現激光隱形劃片的兩個條件∶材料對激光透明有足夠的脈沖能量產生多光子吸收。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，熱量的堆積也會引發硅片熔體的濺射，少許熔融的高溫小顆粒會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，在冷卻的過程中會和晶圓融為一體，污染晶圓表面，甚至引發短路。

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，不燒蝕晶圓，劃片道干凈，無熔渣、無毛刺、無熱應力、無機械應力、無污染，適合半導體電子、醫療、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到傳統的砂輪劃片速度的5倍以上。

但該技術難度大，相關的設備成熟度不高，作為易損件的噴嘴制作難度大，如果不能精確穩定地控制微細水柱，飛濺的水滴會燒蝕芯片，從而影響成品率。此外，還要注意防護激光輻射!

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好了，以上就是小編帶來的關于激光切割半導體晶圓的優勢以及分類了，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，希望能給大家帶來幫助！關于半導體集成電路、半導體封裝、晶圓切割、推拉力機等如果您還有不明白的，歡迎給我們私信或留言，科準的技術團隊也會為您提供免費資料及解答！

審核編輯 黃昊宇