在完成晶圆级基底及器件方案的各道工序后,,,需要依照设计版图所示的晶圆上不同器件布局,,,,将晶圆切割为一个个独立器件,,该加工环节将影响后续对单个器件的测试、、封装处理过程,,,之于整个MEMS制造有着非常关键的作用。。。
随着半导体加工行业的蓬勃发展,,,,自适应光学识别、、、、实时焦距校正、、、、切割路径力度感知等一系列先进技术与切割工艺、、设备深入融合,,极大促进晶圆切割工艺实现灵活调整和精准控制。。。
晶圆切割过程中的安全性不可忽视,,尤其是面临带有悬臂、、、空腔、、复合膜层等细致结构的器件,,或预留切割空间较为狭窄的情况下,,,为此,,,,工程团队需要谨慎控制切割工艺参数,,,以求高精度加工过程减少对器件的损伤,,,,更要避免因器件产生应力、、、裂纹等问题,,,,影响后续器件性能。。。
此外,,,,切割后的独立器件个体,,,还需达到一定规整的外形和较为整齐的边缘棱角,,,以便于后续的封装、、引线键合等工艺,,,切割质量亦有利于提高MEMS生产全工艺效率和经济效益。。。
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激光全切/激光隐形切割
作为一种非接触式分割技术,,,激光切割是利用小功率激光束聚焦对晶圆切割轨道上材料进行局部改质、、、去除,,具有杂尘较少、、、精度较高、、、坯料利用率较高等特点,,广泛应用于微型化、、复杂敏感结构的精密MEMS器件晶圆切割作业。。因激光束聚焦位置的差异性,,,,激光切割存在激光全切与激光隐切两种技术方式,,,,二者同样是通过向晶圆表面发射高能量密度的红外激光以达到分割位置材料变化。。。。
激光全切
依托短脉冲激光照射晶圆表面后产生的材料气化反应,,本质上同等于热烧蚀工艺,,,,切割速度较快,,无需后续机械分割,,但晶圆受到高温烧蚀的作用,,,表面将出现热损伤并产生熔渣,,这关乎器件颗粒的结构和洁净度。。
因此在生产过程中,,该工艺侧重于应对厚度较大的硅晶圆粗切割,,,,以及锗、、、金属衬底、、碳化硅(SiC)、、砷化镓(GaAs)、、、DAF膜等材料切割,,,在太阳能电池、、LED、、功率器件、、射频器件、、、NAND Flash等产品制备中发挥重要作用。。。
激光隐形切割
采用红外皮秒脉冲激光器,,,,通过向晶圆发射波长为1064nm(硅的透明窗口)的红外激光束,,,,但聚焦点到晶圆内部而非表面,,,,以使材料发生晶型转变,,,,在晶圆内部形成微缺陷、、、即改质层,,,而后再通过外力——如机械化的裂片工艺,,,,实现沿改质层处的晶圆断裂。。。
对比激光全切,,,激光隐切真正实现了无污染的器件切割加工,,,,且可以达到更窄的切割轨道,,,在对硅、、玻璃、、蓝宝石、、键合片、、SOI等较薄晶圆的高精度切割加工方面具有明显优势,,更好的适用于MEMS、、、、RFID、、、LED、、、功率器件等产品。。。。
激光切割对晶圆的低损伤作用非常明显,,可以适应更薄的或完成减薄工艺后的晶圆,,避免了砂轮切割导致晶圆翘曲、、、、破裂的问题,,,而当切割带有键合层、、、、电极、、、微通道等结构的晶圆时,,,精准控制激光将更好地避免损伤下层敏感材料。。。。但不可忽视的是,,,,激光切割对被切割晶圆的材料、、结构特性有一定要求,,部分材料对激光的吸收率较低,,,而并不能保证工艺成果。。
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砂轮机械切割
由机械磨削技术方案衍生,,砂轮切割技术在晶圆加工领域较为成熟,,其核心原理在于利用砂轮片高速旋转与晶圆接触,,,通过机械磨削的方式将晶圆切开。。。
砂轮片是砂轮切割的核心组件,,表面附着金刚石等硬度高于器件材质的磨料,,以10000-60000转/分钟匀速接触晶圆表面,,,,形成切割槽。。由于直接接触会产生器件高温、、、碎屑飞溅,,需同步喷洒去离子水或切割液(含磨削液、、防锈剂)用于冷却、、、、润滑和除尘。。
受制于砂轮片厚度、、机械应力等,,,砂轮切割的切割轨道宽度约为50-300μm,,,,过窄的切割轨道要求可能造成器件弯曲变形、、、、边缘裂纹、、、崩边等工艺效果不佳问题,,影响器件后续性能,,,,为此需要确定较宽的器件间隙冗余。。。
但无论是较低的设备成本,,,较高的材料适应性,,,还是较简洁的技术路径,,砂轮切割都具有其自身的特色,,在厚度大、、、低精度、、、、低批量的特殊加工需求下具有一定的不可替代性。。。
高精度的砂轮划片机,,,可胜任对硅、、玻璃、、、石英等晶圆级样品的多通道对准、、、、切割,,,以及铌酸锂,,砷化镓,,蓝宝石,,,,氧化铝,,氧化铁等多材料器件加工。。在MEMS加速度计、、、、MEMS麦克风等对边缘损伤较不敏感的器件分离加工中,,,,砂轮切割应用非常广泛。。
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切割工艺的未来趋势
晶圆切割与后续封装深入融合,,,,如通过激光隐形切割的晶圆器件可接续扩膜环节实现晶粒分离,,,节省下传统晶圆切割后续的清洗工序,,,不仅降低加工过程中的污染和受损风险,,也间接提高了生产效率。。
实现切割控制的智能化,,提高加工设备及人员下特殊条件下的适应性,,倒逼产品设计层次,,,,对产品可塑方向造成重要影响,,如针对部分柔性微结构传感器、、、、不规则层数的复合材质等设计方案,,三维切割、、、、曲面切割等技术方向将持续演进,,,结合振镜扫描、、视觉识别、、运动控制,,,,实现晶圆级切割轨迹的自动生成和优化,,,,避免切割轨迹冗余的同时,,,满足复杂加工需求。。。