晶圓廠在制造半導體設備方面不斷面臨挑戰(zhàn)，因為設備不斷變得更小、更復雜。集成電路的電路密度不斷增加。芯片設計和材料的趨勢，例如使用薄至 50 μm 的芯片貼裝薄膜和晶圓，增加了制造的復雜性。

? ? ? 在制造過程中，晶圓切割在最終產品的質量中起著關鍵的作用。切割晶圓的兩種傳統方法——刀片切割和激光燒蝕切割——在切割路徑（稱為切割道或切口）中粉碎晶圓材料。這樣做時，這些技術可能會導致碎片、設備損壞和寶貴的半導體材料損失等問題。

? ? 一種稱為隱形切割的激光技術可以通過從內部切割晶圓來克服這些問題。該方法包括兩個步驟：晶圓表面下激光誘導穿孔，然后用膠帶擴張以分離單個芯片。

圖 1.在隱形切割中，穿過晶圓的激光束聚焦在表面下方，在“隱形切割”(SD) 層中形成一排穿孔。

? ?最初的表面下處理使用波長可透過晶圓的脈沖激光束。對于純硅晶片，近紅外激光優(yōu)于短波長激光，因為硅吸收較短波長。使用光學系統將脈沖激光束聚焦到晶圓表面下方的一個點（圖 1）。當激光束在焦點處達到峰值功率密度時，晶圓吸收能量，并形成一個小孔。激光還會在孔附近產生壓應力和拉應力。對于 120 μm 厚的晶圓，當激光束以 300 mm/s 的加工速度穿過晶圓的長度時，它會在晶圓的內層穿孔（圖 2）。正面和背面保持原始狀態(tài)。

圖 2.在隱形切割方法中，激光束在晶圓表面下方形成穿孔。前后表面不受影響。
圖?2.在隱形切割方法中，激光束在晶圓表面下方形成穿孔。前后表面不受影響。激光加工后，晶圓仍然是一片。單個芯片的分離發(fā)生在下一步，此時放置晶圓的膠帶被展開。激光加工引入的應力區(qū)域有助于這種分離?？字車膹妷簯υ陧敳亢偷撞恳詮娎瓚c為界，當膠帶膨脹時，這種應力會沿著激光路徑產生裂縫。每個芯片都從其他芯片中拉出。因此，晶片的切割起源于晶片內部而不是其表面。

? ? 隱形切割技術最初是用于切割超薄半導體晶圓，但它在各種厚度的硅晶圓以及帶有芯片貼裝薄膜、低 k 材料和微機電系統 (MEMS) 的特種晶圓上都表現良好。

? ? 該技術也可用于其他材料，包括藍寶石和玻璃。此外，它比其他方法對環(huán)境更溫和，因為它是干式工藝，使用該技術的每個單元每年可減少用水量 600多 噸。

硅片切割

? ?傳統上使用金剛石刀片或鋸切割厚度大于100 μm的硅片，刀片的厚度、粒度、旋轉和切割速度會影響切割質量。這種技術多年來一直在改進，但它仍然會導致不可忽視的問題。晶圓的碎裂是由于鋸切過程的力量造成的。刀片造成的大切割寬度（切口）會浪費晶圓并產生必須清理的碎屑。其他問題包括刀片隨時間磨損和更換刀片的成本。

? ?對于厚度小于 100 μm 的硅晶圓，激光燒蝕提供了一種替代刀片技術的方法，該技術對于脆弱的薄晶圓來說過于強大。然而，激光燒蝕有其自身的問題。用激光沿著切割路徑蒸發(fā)晶圓會產生熔化的碎屑和微裂紋。晶圓表面沉積的碎屑難以清理，裂紋導致芯片強度降低。

? ?相比之下，隱形切割不會產生刀片或激光燒蝕技術帶來的問題。使用隱形切割，不會出現碎屑或碎屑，從而無需清理過程。由于其非常窄的切割路徑（圖 3），它還減少了浪費的晶圓數量，為晶圓上的更多芯片和更高的生產良率提供了空間。此外，該技術不會造成熱損傷，因為激光會在晶圓表面以下進行切割；這有助于使芯片更不易破損。

圖 3.通過刀片法以 100 毫米/秒的加工速度（左）和隱形切割法以 300 毫米/秒的加工速度（右）從 100 微米厚的硅晶片上切割芯片。

切割特種晶圓

? ? ? 特種晶圓——例如帶有芯片貼裝薄膜的晶圓和由低 k 材料制成的晶圓——以及 MEMS 設備可能會給刀片和激光燒蝕技術帶來問題。

? ? ?芯片貼裝薄膜用作粘合劑，用于在封裝中堆疊和粘貼多個薄芯片。對于傳統的刀片法，薄膜又增加了一層切割問題，因為它與晶圓同時切割；這會導致翹曲，因為晶圓和薄膜具有不同的機械性能。

? ? ?然而，隱形切割可以毫無問題地處理這些晶圓。首先對晶圓進行激光處理，然后將芯片貼裝薄膜貼附到晶圓上。當膠帶膨脹時，由于薄膜和晶圓之間的粘附力非常高，薄膜被分離成芯片的精確形狀。

? ? ?低k材料廣泛用于芯片中，以降低層間絕緣膜的介電常數以允許更高速的操作。對于低 k 材料的晶圓切割（尤其是需要完全干式工藝的晶圓），傳統的切割工藝會導致碎裂、碎屑和分層以及較大的切口寬度。另一方面，隱形切割會產生干凈的切割（圖 4）。

圖 4.低 k 器件芯片被激光燒蝕法（上圖）和隱形切割法（下圖）切割。

MEMS 是建立在硅基板上的微型機械機電設備，用于生物技術和通信等各種應用。這些設備對外部影響非常敏感，這使得隱形切割成為一種理想的使用方法，因為它具有較低的外部影響。不會出現碎裂或裂紋，并且可能出現非常鋒利的邊緣。

隱形切割提供干式工藝、高速、高質量（無碎屑或碎屑）和低切口損失。它可用作與光學系統集成并集成到切割機中的激光模塊。

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