紫外激光加工稱為“光蝕”效應(yīng)，高能量的光子通過“冷處理”直接破壞材料的化學(xué)鍵，所加工出來的部件具有光滑的邊緣和zui低限度的炭化。加之紫外激光能被大多數(shù)材料有效地吸收和具有良好的聚焦性能，因此其可在很小的空間區(qū)域進行精細(xì)微加工，從而有著非常高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。 

紫外激光晶圓劃片工藝 

用紫外（UV）激光對晶圓進行精密劃片是晶圓 - 尤其是易碎的化合物半導(dǎo)體晶圓如薄硅晶圓 - 劃片裂片的替代工藝。二極管泵浦固態(tài)（DPSS）激光能對所有第III-V主族材料包括第IV主族材料如硅（Si）和鍺（Ge）的晶圓進行快速工藝處理。無論是薄的還是厚的晶圓片，切口寬度均小于3微米，切口邊緣平直、、光滑，沒有邊緣碎片，尤其砷化鎵（GaAs）晶圓更是如此。砷化鎵晶圓價格昂貴，所以晶圓面積價值非常高。采用紫外激光劃片工藝使得切口更緊密、更精細(xì)并且更光滑，能夠在每片晶圓上分裂出更多數(shù)量的裸片，并因為損壞的裸片非常少而獲得更高的成品率。 

采用砷化鎵（GaAs）芯片的高頻電子線路要求芯片在電路板上有的幾何位置布局，以減少氣橋和阻抗失配。整齊、的芯片要求裸片的位置布局更、整體封裝更好以及電氣性能更佳。 

在巿場需求驅(qū)動下，裸片成本不斷降低，尺寸越來越小。裸片尺寸的減小正在給劃片-裂片工藝帶來新的問題。劃片槽寬度從100微米降到30微米，裸片尺寸也隨之減小。30微米的尺寸超出了傳統(tǒng)鋸片切割工藝允許的極限。采用激光劃片工藝后，劃片槽寬度進一步降低到15 - 20微米。另外，被稱為“拉練”（用于阻止表面裂紋發(fā)生）的區(qū)域也被省掉了。由于劃片槽寬度的減小、“拉練”空間的節(jié)省以及下列所述的設(shè)計規(guī)則的緣故，每個裸片的每個邊都要節(jié)省約24微米的晶圓區(qū)域。整個晶圓因此而節(jié)省了很大的面積。 

對于砷化鎵（GaAs）晶圓，裂片工藝有兩種：非接觸式（裸露的氣橋）和接觸式。每一種裂片方法都有一個寬高比參數(shù)，是由設(shè)備制造商標(biāo)示的，定義為裸片厚度斷面的長度/寬度。一個特定的晶圓切割機劃片-裂片系統(tǒng)標(biāo)示的寬高比，對于非接觸式裂片方法為7:1，接觸式裂片為3:1。 

裸片尺寸的減小已經(jīng)把某些產(chǎn)品的寬高比降低到2:1，有效地提高了機械式劃片-裂片系統(tǒng)的額定能力的極限。有時候因為不需要裂片而使芯片獲得較高的成品率。晶圓切割機速度低，能造成裸片邊緣的破碎，有時還可能因此而毀掉裸片。狹窄（30微米寬）的劃片槽要求鋸片有非常薄的厚度，而這又使得鋸片很容易磨損。 

紫外激光帶來更高的成品率 

短波長（157-248 nm）準(zhǔn)分子和紫外DPSS激光的應(yīng)用已經(jīng)提高了裸片的成品率，并且證明了激光工藝比傳統(tǒng)金剛石劃片工藝更具*性。紫外激光工藝的切口（在劃片時材料損失的部分）比其他技術(shù)的更窄。再加上前端工藝的應(yīng)用，紫外激光工藝增加了單位晶圓上所分裂出的合格裸片的數(shù)量。 

新型窄脈寬、短波長紫外DPSS激光提供了極大的工藝靈活性，它可以調(diào)整脈沖形狀、重復(fù)率、色譜、光束質(zhì)量等等。諧波生成技術(shù)使更短波長的激光能夠用于處理各種不同的材料。DPSS激光具有*的光束質(zhì)量和zui高的重復(fù)率，并具有精細(xì)工藝所要求的zui小光束直徑。典型地，JPSA使用的DPSS激光是釩酸鹽（Nd:YVO4）基激光器產(chǎn)生的。所輸出的紅外（IR）激光的光束直徑約為1μm。的頻率轉(zhuǎn)換能力使輸出激光在355nm和266nm波長處，有數(shù)瓦的可用輸出功率。 

對這些不同波長的激光所進行的開發(fā)，使它們特別適合于晶圓切割應(yīng)用。這些激光在JPSA上用于切割藍色LED（發(fā)光二極管）和藍寶石晶圓，其速度為75mm/s。每小時晶圓處理能力超過9片（標(biāo)準(zhǔn)2英寸晶圓，裸片尺寸350μm × 350μm），切口卻很?。ī?μm）。激光工藝具有產(chǎn)能高、對LED性能影響小的特點，容許晶圓的形變和彎曲，其切割速度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機械切割方法。對于第III-V主族半導(dǎo)體，例如砷化鎵（GaAs）和磷化銦（InP），典型的切口深度為40μm，切割速度為150mm/s以上。 

在所有窄帶紫外光源中*所提供的功率zui大、波長zui短（351，308，248，193，以及157nm）。準(zhǔn)分子激光的光子成本低于DPSS激光，但是，其系統(tǒng)的復(fù)雜度較高且存在維護難和其他問題，因此并不是晶圓切割工藝的理想選擇。準(zhǔn)分子激光的優(yōu)勢在于微機械加工、大面積圖案轉(zhuǎn)移和大量平行區(qū)域的分步重復(fù)工藝。而紫外DPSS 激光則更適于晶圓劃片應(yīng)用。借助于準(zhǔn)分子激光（193nm），JPSA 能在一個小時內(nèi)處理3片晶圓，每片成本為8美元，系統(tǒng)正常運行時間為97%。這是*所能達到的非常好的性能狀態(tài)。而一個優(yōu)化的紫外DPSS激光（266nm）系統(tǒng)每小時能處理7到10 片晶圓，每片成本低于1.50美元，正常運行時間﹥99.9%。這兩種工藝已經(jīng)在多臺設(shè)備上，每周7天/每天24小時地連續(xù)運行了一年半并通過測試，*的單獨測試時間甚至更長。 

材料的去除工藝被稱為激光剝蝕，這是一種以微量材料吸收高能激光峰值的工藝。 

一個重要的誤解是，在激光劃片之后進行“折斷”時，比金剛石劃片工藝需要更大的晶圓彎曲形變，從而會造成裸片邊緣的不“整齊”。實際上，金剛石劃片工藝在整個工藝過程中會產(chǎn)生機械應(yīng)力。而非機械式的、無熱能的激光劃片工藝在材料內(nèi)部根本不產(chǎn)生任何應(yīng)力。紫外激光所產(chǎn)生的陡峭的V形切口會在其產(chǎn)生很強的應(yīng)力集中，但這種應(yīng)力很容易消除。 

激光工藝的優(yōu)點 

在劃片-裂片工藝中，PCM圖形必須設(shè)計有直通式劃片槽。金剛石劃片工藝不能通過PCM圖形進行連續(xù)劃片。因而PCM圖形必須設(shè)計有劃片槽。這就帶來了PCM圖形測試的問題。但是，對于激光劃片工藝，PCM圖形設(shè)計已不再是一個問題了。PCM圖形可以設(shè)計成有助于當(dāng)前正在完成的測試項目，而不是有助于裂片方法的要求。即使沒有劃片槽，激光劃片工藝也不會中斷。 

采用傳統(tǒng)方法裂片時，劃片槽上不能有藍膜或金屬殘留。采用鋸片切割工藝時，劃片槽上的藍膜/金屬殘留會增加鋸片的磨損，縮短鋸片的使用壽命，或者可能在切割時“燒壞”鋸片。在劃片-裂片工藝中，劃片槽上的藍膜或金屬殘留能引起金剛石刀具的跳躍或反彈，從而使某些區(qū)域沒有產(chǎn)生實際劃片操作。這些區(qū)域因而不會在裂片工藝中分裂，這將使晶圓的其余部分不能沿著刀具劃過的線條分裂。劃片槽上的藍膜或金屬殘留不會影響激光劃片工藝的正常進行。激光工藝能夠在藍膜上劃片，這還可以增加光學(xué)加工的產(chǎn)能。 

傳統(tǒng)的裂片工藝花費的時間較多。例如，裸片尺寸為0.300 mm x 0.360 mm x 4 mil時，一片晶圓可以切割出大約55,000只裸片。如果使用鋸片（鋸片速度 = 6.5 mm/s）切割這樣一片晶圓，則需要花費大約4個小時；若采用劃片-裂片工藝（劃片速度 = 12.8 mm/s），則需要大約2個小時；但如果采用激光劃片工藝（劃片速度 = 150mm/s），則僅需要大約3分鍾。因而，一套激光劃片系統(tǒng)的產(chǎn)能可以取代并*現(xiàn)有的裂片工具產(chǎn)能的總和。 

激光劃片工藝能夠在zui后的晶圓自動測試工序中提高產(chǎn)能。目前，晶圓必須在流片帶上伸展開，以防止因裸片相互摩擦而可能發(fā)生的芯片丟失。如果裸片不能均勻地伸展開，則會使測試時間變長，因為必須對每一個裸片進行單獨的對準(zhǔn)操作以保證自動測試的正確進行。有時會因為裸片沒有對準(zhǔn)而對成品率發(fā)生影響。激光劃片工藝允許晶圓在薄膜片上進行測試，這就大大地縮短了測試時間，使所有的裸片都能通過自動測試工序。 

結(jié)論：相對于機械式劃片工藝，紫外激光工藝具有更多優(yōu)點。這些優(yōu)點包括消耗成本低、維護費用少、產(chǎn)能高、晶圓面積利用率高等。激光工藝更易于進行自動化操作，從而降低人力成本。紫外激光技術(shù)還有很大的待開發(fā)潛能，因而該工藝將會繼續(xù)發(fā)展。我們預(yù)言激光工藝將在單位晶圓裸片數(shù)量和縮短投資回收期方面有進一步的發(fā)展。