激光切割半导体晶圆的方法及原理分享！

随着厚度的不断减薄，晶圆会变得更为脆弱，因此机械划片的破片率大幅增加，而此阶段晶圆价格昂贵，百分之几的破片率就足以使利润全无。另外，当成品晶圆覆盖金属薄层时，问题会变得更加复杂，金属碎屑会包裹在金刚石刀刃上，使切割能力大下降，严重的会有造成破片、碎刀的后果崩边现象会更明显，尤其是交叉部分破损更为严重。当机械划片遇到无法克服的困难时，人们自然想到用激光来划片。今天__【科准测控】__小编就来介绍一下激光切割的优势以及紫外激光划片与激光隐形划片、微水刀激光的原理还有用途等，感兴趣的朋友一起往下看吧！

一、激光切割的优势

激光划片可进行椭圆等异形线型的划切，也允许晶圆以更为合理的方式排列，可在同样大的晶圆上排列更多的晶粒，使有效晶粒数量增加（见图2-36）。对于六边形等异形芯片，机械划片难以处理，激光划片可发挥其优势。不规则芯片拼版如图2-37所示。

二、紫外激光划片

1、原理与关键参数

与YAG和CO2激光通过热效应来切割不同，紫外激光直接破坏被加工材料的化学键，从而达到切割目的，这是一个“冷”过程，热影响区域小。另外，紫外激光的波长短、能量集中且切缝宽度小，因此在精密切割和微加工领域具有广泛的应用。表2-7和表2-8分别给出了激光划片设备的关键参数和工艺关键指标。

目前，激光划片设备采用工业激光器，波长主要有 1064nm、532nm、355nm 三种，脉宽为ns（纳秒）、ps（皮秒）和fs（飞秒）级。理论上，激光波长越短脉宽越短，加工热效应越小，越有利于微细精密加工，但成本相对较高。

2、光斑直径

光斑直径是指光强降落到中心值的点所确定的范围，这个范围内包含了光束能量的86.5%。在理想情况下，直径范围内的激光可以实现切割。实际上，划片宽度略大于光斑直径。

在划片时，聚焦后的光斑直径当然是越小越好，这样划片所需的划片槽尺寸就会越小。相应方法就是减小焦距。但是，减小聚焦镜焦距的代价就是焦深会缩短，使得划片厚度减少。因此，焦距的确定需要综合考虑划片的厚度和划片槽的宽度。

3、功率

激光功率是影响划片深度和划片宽度的主要因素，在其他参数固定不变时，划片宽度和划片深度随着激光功率的增加而增大，功率对划片宽度和划片深度的影响如图2-38所示。这是因为，紫外激光虽然属于“冷切割”，但还是存在一定的热效应，热量会积累在切割处。当激光功率一定时，晶圆受到照射的时间越长，获得的能量就越多，烧蚀现象就越严重。

4、频率

频率会影响激光脉冲的峰值功率和平均功率，从而对划片深度、划片宽度和划片质量均产生影响。增大频率，脉冲峰值功率会下降，但整体平均功率会上升，这相当于在划片过程中提供了更高的能量，又避免了激光功率持续输出产生的热效应累积，给热量的耗散预留了空间。

试验表明，在其他参数不变的情况，频率小于10kHz时，划片声音尖锐刺耳，划片深度较浅，划片宽度较宽频率增大，划片深度增加，划片宽度减少。当频率达到50kHz时，划片深度最大当频率继续增大，划片深度开始减小。这是由于，在较小的频率下，虽然单个脉冲的峰值功率高，但是总体平均功率处于较低水平，虽然切割范围大，但却无法达到理想深度频率增大以后，单个脉冲峰值功率有所下降，但是总体平均功率持续升高，到达临界频率时，可以得到较理想的划片深度和较窄的划片宽度再增大频率，单个脉冲的峰值功率偏低，不足以对硅片进行“切割”，即使平均功率很高，划片深度也趋于变小。

5、速度

划片速度决定了激光聚焦在晶圆上划片槽某一区域的时间，也就是决定了在某一区域内输入的划片功率，因此会直接影响划片深度和划片宽度。值得一提的是，激光光斑对划片槽区域硅材料切割线可以看成是一个又一个光斑切割微圆叠加而成的，较高的频率和适当的速度可以得到致密、均匀的切割痕迹，速度太快或频率不足则相邻两个切割微圆的圆心较远，芯片切割边缘呈巨齿状，切割质量下降。

综上，划片功率、频率、速度等参数共同影响了划片宽度、划片深度、划片质量等划片的关键指标。

三、激光隐形划片

激光隐形划片（Stealth Dicing，SD），是将激光聚焦在材料内部，形成改质层，然后通过裂片或扩膜的方式分离芯片，该技术应用于MEMS、存储和逻辑器件的薄或超薄芯片，以及如CMOS、CCD的成像设备。激光划片表面无粉尘污染，几乎无材料损耗，加工效率高。实现激光隐形划片的两个条件∶材料对激光透明有足够的脉冲能量产生多光子吸收。图2-39给出了厚度为50μm、直径为200mm的晶圆激光隐形划片后效果。图2-40和图2-41给出了激光隐形划片芯片及侧截面的微观形貌。

图2-39 厚度为50μm、直径为200mm

晶圆激光隐形划片后效果

四、微水刀激光

在激光“冷切割”过程中，热量的堆积也会引发硅片熔体的溅射，少许熔融的高温小颗粒会以极高的速度从切割道中溅射出来，附着在切割道两旁的晶圆表面上，在冷却的过程中会和晶圆融为一体，污染晶圆表面，甚至引发短路。

有人提出微水刀激光这一解决措施，在激光划片过程中提供微水柱冲刷晶圆表面，激光在微水柱中全反射，形成微水刀，切割晶圆，并利用微水柱带走热量，使高温熔融的小颗粒在溅射到晶圆表面之前被冷却并被带走，或者直接令硅片冷却使熔融体无法形成，其原理如图2-42所示。

微水刀激光加工无热影响区，不烧蚀晶圆，划片道干净，无熔渣、无毛刺、无热应力、无机械应力、无污染，适合半导体电子、医疗、航天等高精密器件的切割加工。而且，微水刀激光划片速度可以达到传统的砂轮划片速度的5倍以上。

但该技术难度大，相关的设备成熟度不高，作为易损件的喷嘴制作难度大，如果不能精确稳定地控制微细水柱，飞溅的水滴会烧蚀芯片，从而影响成品率。此外，还要注意防护激光辐射!

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好了，以上就是小编带来的关于激光切割半导体晶圆的优势以及分类了，包含有紫外激光划片、激光隐形划片、微水刀激光三种，还描述其原理以及作用，希望能给大家带来帮助！关于半导体集成电路、半导体封装、晶圆切割、推拉力机等如果您还有不明白的，欢迎给我们私信或留言，科准的技术团队也会为您提供免费资料及解答！

审核编辑 黄昊宇