近年來，隨著光電產(chǎn)業(yè)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多行業(yè)如航天、航空、機(jī)械、輕工和化工等領(lǐng)域都在向集成化和小型化方向發(fā)展。這種趨勢推動了集成電路的集成度不斷提高，功能越來越復(fù)雜，封裝密度不斷增加，而器件的體積卻逐漸縮小。在集成電路芯片的制造過程中，晶圓切割是至關(guān)重要的一步，其質(zhì)量直接影響到芯片的最終性能。

　　隨著摩爾定律的推進(jìn)，半導(dǎo)體晶圓的厚度逐漸減小，導(dǎo)致其脆性增加，使得在切割過程中更容易出現(xiàn)破裂。此外，現(xiàn)代集成電路制造中引入了許多新材料，如低k材料，這些材料雖然能夠減少信號延遲，但與傳統(tǒng)硅基襯底的附著力較弱，給切割工藝帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的金剛石切割技術(shù)在應(yīng)對這些挑戰(zhàn)時顯得力不從心，難以滿足當(dāng)前對高質(zhì)量和高精度的需求。

　　為了解決這些問題，激光切割技術(shù)逐漸興起，成為一種有效的替代方案。激光切割通過非接觸式操作，實現(xiàn)了高精度和高控制力的切割過程，能夠有效降低晶圓在切割時的破裂風(fēng)險，并減少熱影響區(qū)的大小。這項技術(shù)不僅提高了晶圓切割的質(zhì)量和速度，還在提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性方面表現(xiàn)優(yōu)異。

　　此外，星空體育下載激光切割技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，不僅限于半導(dǎo)體領(lǐng)域，還包括醫(yī)療器械、光學(xué)元件和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，激光技術(shù)憑借其處理復(fù)雜和微小結(jié)構(gòu)的能力，成為精密制造中的重要工具。

　　本文將重點介紹幾種新型激光切割工藝的基本原理及其優(yōu)缺點，探討如何通過這些技術(shù)提升晶圓切割質(zhì)量、提高切割速度，并解決切割過程中熱影響區(qū)過大的問題。隨著這些新技術(shù)的應(yīng)用，半導(dǎo)體制造領(lǐng)域?qū)⒂型麑崿F(xiàn)更高的效率和更好的產(chǎn)品質(zhì)量，從而推動整個行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

　　傳統(tǒng)金剛石切割技術(shù)是早期集成電路制造中常用的接觸式刀片切割方法，通過高速旋轉(zhuǎn)的金剛石鋸片切割晶圓，并使用冷卻液來減少熱損傷和清除雜質(zhì)。然而，隨著光電和微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代半導(dǎo)體晶圓制造過程中引入了低介電常數(shù)材料（low-k），這些材料與硅襯底的附著力較低，導(dǎo)致傳統(tǒng)金剛石切割容易產(chǎn)生崩缺、裂紋、金屬層掀起等問題，嚴(yán)重影響切割質(zhì)量。此外，金剛石切割還存在切割線寬過大、刀片易磨損、冷卻液需求大和成本高等缺點。

　　傳統(tǒng)的激光劃片切割技術(shù)是一種非接觸式半劃工藝，通過專門的光學(xué)系統(tǒng)將高能量激光束聚焦在晶圓表面，使被照射區(qū)域的材料熔化、氣化，從而實現(xiàn)材料的去除和劃片。通常情況下，這種技術(shù)會在晶圓表面切割出深度為晶圓厚度1/4至1/3的劃痕，隨后通過裂片工藝將晶圓分割成獨立的晶粒。

　　在激光切割過程中，切割速度和切割質(zhì)量是關(guān)鍵考慮因素，這包括切割速度、材料濺射重凝、熱影響區(qū)、裂紋和晶粒強(qiáng)度等。激光波長、脈寬、功率和重復(fù)頻率等參數(shù)的選擇對切割效果有顯著影響。研究表明，使用短波長、低脈寬、低功率和高重復(fù)頻率的激光器，可以提高加工速度，并改善晶圓質(zhì)量和強(qiáng)度，同時減少熱影響區(qū)。

　　固體激光器（DPSS）被廣泛應(yīng)用于晶圓激光切割，但由于其波長較長，容易導(dǎo)致較大的熱影響，進(jìn)而降低晶粒的強(qiáng)度和性能。通過調(diào)整激光功率和掃描速度，可以優(yōu)化切割質(zhì)量，避免因高功率而產(chǎn)生的裂紋和崩邊問題。

　　盡管傳統(tǒng)激光切割技術(shù)相比金剛石切割技術(shù)具有速度快、非接觸式切割無刀具損耗、晶圓利用率高等優(yōu)勢，但其熱效應(yīng)仍然會導(dǎo)致熱影響區(qū)過大，從而減少晶圓的有效使用面積，并且可能產(chǎn)生微裂縫，影響芯片性能。此外，激光聚焦光斑的焦深控制難度較大，限制了劃片深度的精確控制。為了解決這些問題，激光隱形切割技術(shù)應(yīng)運而生，并在這些方面表現(xiàn)出更好的工藝效果。

　　激光隱形切割技術(shù)是為了解決傳統(tǒng)激光切割中由于熱效應(yīng)導(dǎo)致的微裂縫問題而發(fā)明的，尤其是在芯片制造過程中，傳統(tǒng)技術(shù)容易因熔化效應(yīng)造成切縫寬度增加和微裂縫，進(jìn)而影響芯片性能。日本Hamamatsu Photonics公司開發(fā)的激光隱形切割技術(shù)通過改變激光的作用方式，有效避免了這些問題。

　　該技術(shù)利用DPSS激光器，激光束通過聚焦透鏡穿透晶圓表面，直接聚焦在晶圓內(nèi)部，形成高位錯密度層（SD層），這一微裂縫層促進(jìn)晶圓的分割。隨后通過擴(kuò)晶工藝將裂縫擴(kuò)展至晶圓的上下表面，完成切割。與傳統(tǒng)的正面激光切割不同，隱形激光切割從晶圓背面進(jìn)行激光聚焦，避免了正面熱損傷的問題，且切割深度可根據(jù)晶圓厚度調(diào)整，每次掃描的深度大約在25μm至45μm之間。

　　切割效果受激光波長、功率、頻率、速度、光斑重疊率和焦點位置等參數(shù)的影響。通常選擇波長超過1000nm的激光，以確保激光能穿透晶圓表面并在內(nèi)部聚焦。實驗表明，設(shè)置切割速度為300nm/s，頻率為80kHz，功率在0.2W至1.8W之間，可以形成理想的SD層而不破壞晶圓表面。光斑重疊率越大，切割線條的直線度和表面光滑度越好。

　　相比傳統(tǒng)技術(shù)，隱形激光切割大幅減少了微裂縫，切割線寬幾乎為零，提高了單位面積的產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。然而，該技術(shù)的背面聚焦模式增加了操作難度，使得精確控制成為一大挑戰(zhàn)。盡管如此，隱形激光切割仍然展現(xiàn)出其在高效和高質(zhì)量晶圓切割中的巨大潛力。

　　傳統(tǒng)的金剛石切割、傳統(tǒng)激光切割和隱形激光切割技術(shù)都屬于熱切割范疇，這些技術(shù)不可避免地會產(chǎn)生熱效應(yīng)，導(dǎo)致較大的熱影響區(qū)和嚴(yán)重的熱變形。為了減少這些問題，瑞士Synova SA公司開發(fā)了一種微水導(dǎo)激光切割技術(shù)，這是一種冷切割工藝，具有無熱效應(yīng)、無污染、使用成本低等優(yōu)勢。

　　微水導(dǎo)激光切割技術(shù)通過將高壓水流轉(zhuǎn)化為低壓微細(xì)水射流束（直徑約為21μm至85μm），將激光聚焦在噴嘴的出口位置，并通過水柱波導(dǎo)效應(yīng)將激光傳輸?shù)骄A表面，實現(xiàn)材料的切割。由于切割過程中產(chǎn)生的熱量會立即被水流冷卻，因此這種技術(shù)幾乎不存在熱效應(yīng)，熱影響區(qū)極小，同時水流還能帶走切割過程中產(chǎn)生的殘渣，減少污染。

　　切割效果受到多種工藝參數(shù)的影響，如脈寬、水泵壓力、加工距離和單位脈沖能量等。脈寬影響切割的寬度和深度，但過大的脈寬會增加熱損傷，降低加工質(zhì)量。水泵壓力過高會導(dǎo)致水流發(fā)散，影響激光耦合效應(yīng)和切割質(zhì)量。加工距離的選擇需要權(quán)衡積水引起的能量損失與冷卻效果的減弱，而單位脈沖能量則直接影響切割速度和深度，星空體育下載但過高的能量會增加熱影響區(qū)。

　　盡管微水導(dǎo)激光切割技術(shù)具有諸多優(yōu)點，但其耦合難度較大，工藝要求精度高，激光波長的選擇也受到限制。因此，在實際應(yīng)用中，需要精確控制工藝參數(shù)，以充分發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢。

　　整形激光切割技術(shù)基于光波衍射，利用衍射光學(xué)元件將激光沿焦深方向調(diào)整為多個焦點，從而提高加工深度。用單個焦點掃描SD層時需要多次調(diào)整焦深來實現(xiàn)不同深度的多次掃描，如果采用多焦點切割技術(shù)，多個焦點可以同時工作，提高切割效率，而且單焦點多次切割會增加粗糙度，多焦點切割相比而言切割質(zhì)量更好。研究表明，采用整形技術(shù)將激光光斑整形為橢圓形，不僅可以提高切割速度，而且可以得到更加平滑的側(cè)壁表面。

　　第八屆國際碳材料大會暨產(chǎn)業(yè)展覽會（Carbontech 2024），將于12月5-7日在上海新國際展覽中心召開。

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　　第八屆國際碳材料大會暨產(chǎn)業(yè)展覽會（Carbontech 2024）將于12月5-7日在上海新國際博覽中心W1、W2、W3館盛大舉行，本屆展會預(yù)計展出面積40,000m2，匯集超800家全球碳材料產(chǎn)業(yè)鏈上下游廠家。同期舉辦主題論壇9場，閉門研討會1場，吸引來自金剛石、超精密加工、石墨烯、碳納米材料、碳纖維及其復(fù)合材料、碳碳復(fù)合材料、新能源碳材料等領(lǐng)域超50,000國內(nèi)外采購商蒞臨現(xiàn)場，為全球買家打造一個專業(yè)、創(chuàng)新、交流的全產(chǎn)業(yè)鏈合作盛宴。