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1 激光划片 激光切割加工是利用高能激光束照射在工件表面，使被照射区域局部熔化，气化，从而达到加工的目的。因激光是经专用光学系统聚焦后称为一个非常小的光点，能量密度高，因其加工是非接触式的，对工件本身无机械冲压力，工件易变形。热影响极小，精度高，广泛用于太阳能电池板，薄金属片的切割和划片。 激光划片是指把高峰值功率的激光束聚焦在硅片（陶瓷基片，金刚石薄膜等）表面使硅材料表面产生高温汽化，从而打出连续的盲孔，形成沟槽。激光切割划片特别适用于微电路的制造，如划硅片，陶瓷，玻璃，太阳能电池硅片，半导体掩膜，集成电路及薄膜电路等。 一般采用峰值功率高，模式好的声光调Q 1064nm或532nm波长激光光源。针对不同材料采用不同的激光波长，如下表1 为DISCO 对应的激光划片机与激光波长表。图1 为不同材料的投射波长 表1 DISCO对应的激光划片机与激光波长表
2 激光划片的优点 激光划片具有以下优点 1）非接触划切，无机械应力，基本无角崩现象，切口光滑无裂纹，切割质量好，成品率较高。 2）切割精度高，划槽窄，甚至可以进行无缝切割，允许晶圆排列更为紧密，节约成本。 3）可进行线段，园等异型线型的划切，允许晶圆以更合理的方式排列，在同样大的晶圆上排列，更多的晶粒，有效晶粒数量增加，节省基地空间。 4）消耗资源少，不需要更换刀具，不适用冷却液，即节约成本，又不污染环境。 5）激光可以切割一些较复杂的晶圆芯片，如Mems芯片，六边形管芯等。 6）激光划片不需要去离子水，不存在刀具磨损问题，并可连续24小时作业。 7）脆性材料的加工，比如砷化镓GaAs化合物半导体晶圆。 激光划片的以上优点使其特别适用于高精度高可靠性器件的加工。
图3 机械划片的缺点
图4 划片工艺对比 2 激光划片工艺 尽管激光划片具有诸多优点，但在实际应用中容易产生一些问题，主要有热效应，回焊现象，粉尘等异物对芯片产生的不良影响，热效应使划切槽边沿发生化学和物理性质的变化，粉尘容易掉落并粘连在晶粒表面而影响下道工序，这些都对器件产生不良影响。 对于热效应问题，即使使用单光子能量极高的紫外激光束进行划片加工，也不能完全避免热效应的产生，有报道称：只有在激光脉冲宽度达到皮秒级或更短的情况下才能够完全避免，但目前皮秒激光器价格昂贵，设备成本高。针对这些问题，需要进一步优化激光划片的效率以及生产工艺，以减少粉尘或者热效应等不良影响。主要工艺方法有 1）是传统表面切割（Ordinary blade dicing），激光聚焦光斑束腰从晶圆表面逐步往下变化，从而实现自上而下贯穿材料完成切割。将晶圆切穿并分离。如图4所示。晶圆切割首先是晶圆贴膜，在晶圆背面贴上UV膜。划片之间在晶圆表面涂敷一层水溶性保护膜，这样一来，划切式产生的碎屑将不会损伤芯片表面，并不会附着在芯片表面，被清洗水带走。 切割工艺分为四个步骤，第一步涂敷，在晶圆表面涂一层亲水保护液，预防激光作用后的飞溅损坏芯片，同时还能降低热影响，防尘。第二步激光切割。切割完成后采用机器进行清洗甩干，检查最后UV膜阔膜完成晶圆颗粒分离。
图4 Surfaceablation process 2）隐形划片切割（Stealth dicing），即切割深度只需硅片厚度的1/3~1/4，由于应力作用只需要稍加外力，晶圆就可以很容易地沿切缝裂开；
图5 Stealthdicing 3 隐形切割工艺 隐形切割技术是将半透明波长的激光束聚集在晶圆内部，形成 一个分割用的起点（改质层：以下称之为SD层），再对晶圆片施以外力将其分割成小片芯片的切割技术。 隐形切割工艺分为三个个过程。
图6 Stealthdicing process 1）晶圆贴膜，将晶圆贴在UV膜表面。晶圆及框架通过真空吸附在贴膜台上，划片面朝上，白蓝膜由张力控制绕制在膜棒上，膜棒随着电机代工旋转，贴膜机构移动，使蓝膜张贴在硅片上，完成贴膜。贴膜台配有温度控制系统，温度控制在70℃左右。 2）激光过程，脉冲激光聚焦在晶圆内部在晶圆内部形成SD层。激光高温造成晶圆内部的局部熔化损伤，损伤向晶圆上下表面扩展。如下图6
图6 Laserprocess 3）晶圆扩片过程，晶片切割后的街道宽度非常窄，芯片之间的干涉会导致碎裂和碎裂。晶片扩展是指将切割/分割后的晶片在X-Y方向上均匀扩展,将芯片间隔扩展到任意的间隙,使切割/分割后的芯片之间的间距增大，有利于后续的取芯贴片。
图7 Separation process 4 划片工艺对比 在实际生产种，硅片厚度如果大于0.3mm，传统的激光切割将变得效率低下，最大的深宽比也不能无限优化，通常的宽深比为1：5左右，特殊系统最大不超过1：20。还有上下表面锥度太大，多次切割后带来的掺杂问题难以解决，因此0.3mm以上厚度的硅片，还是金刚石刀片切割和隐形切割比较合适。隐形切割对材料的单一性要求高，如果晶圆切割道种含有金属线路，就不能用隐形切割工艺。而必须选择传统的激光划切。如下图
图8 不同晶圆划切工艺对比 |
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