紫外激光晶圆划片及其优点介绍
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激光划片工艺能够在最后的晶圆自动测试 工序中提高产能。目前,晶圆必须在流片带上伸 展开,以防止因裸片相互摩擦而可能发生的芯片 丢失。如果裸片不能均匀地伸展开,则会使测试
力夹在了那本书里，还给了袁慕野。木子不再是那个什么不懂的小女孩了，Leabharlann Baidu知
时间变长,因为必须对每一个裸片进行单独的对 准操作以保证自动测试的正确进行。有时会因为 裸片没有对准而对成品率发生影响。激光划片工 艺允许晶圆在薄膜片上进行测试,这就大大地缩 短了测试时间,使所有的裸片都能通过自动测试 工序。
采用砷化镓(GaAs)芯片的高频电子线路要 求芯片在电路板上有精确的几何位置布局,以减 少气桥和阻抗失配。整齐、精确的芯片要求裸片
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的位置布局更精确、整体封装更好以及电气性能 更佳。
在巿场需求驱动下,裸片成本不断降低,尺 寸越来越小。裸片尺寸的减小正在给划片-裂片 工艺带来新的问题。划片槽宽度从 100 微米降到 30 微米,裸片尺寸也随之减小。30 微米的尺寸超 出了传统锯片切割工艺允许的极限。采用激光划 片工艺后,划片槽宽度进一步降低到 15-20 微米。 另外,被称为“拉练”(用于阻止表面裂纹发生) 的区域也被省掉了。由于划片槽宽度的减小“、 拉 练”空间的节省以及下列所述的设计规则的缘故, 每个裸片的每个边都要节省约 24 微米的晶圆区
结论:相对于机械式划片工艺,紫外激光工 艺具有更多优点。这些优点包括消耗成本低、维 护费用少、产能高、晶圆面积利用率高等。激光 工艺更易于进行自动化操作,从而降低人力成 本。紫外激光技术还有很大的待开发潜能,因而 该工艺将会继续发展。我们预言激光工艺将在单
位晶圆裸片数量和缩短投资回收期方面有进一 步的发展。
力集中,但这种应力很容易消除。
激光工艺的优点
在划片-裂片工艺中,PCM 图形必须设计有直 通式划片槽。金刚石划片工艺不能通过 PCM 图形 进行连续划片。因而 PCM 图形必须设计有划片槽。 这就带来了 PCM 图形测试的问题。但是,对于激 光划片工艺,PCM 图形设计已不再是一个问题了。 PCM 图形可以设计成有助于当前正在完成的测试 项目,而不是有助于裂片方法的要求。即使没有 划片槽,激光划片工艺也不会中断。
采用传统方法裂片时,划片槽上不能有蓝膜
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或金属残留。采用锯片切割工艺时,划片槽上的 蓝膜/金属残留会增加锯片的磨损,缩短锯片的 使用寿命,或者可能在切割时“烧坏”锯片。在 划片-裂片工艺中,划片槽上的蓝膜或金属残留 能引起金刚石刀具的跳跃或反弹,从而使某些区 域没有产生实际划片操作。这些区域因而不会在 裂片工艺中分裂,这将使晶圆的其余部分不能沿 着刀具划过的线条分裂。划片槽上的蓝膜或金属 残留不会影响激光划片工艺的正常进行。激光工 艺能够在蓝膜上划片,这还可以增加光学加工的 产能。
新型窄脉宽、短波长紫外 DPSS 激光提供了 极大的工艺灵活性,它可以调整脉冲形状、重复 率、色谱、光束质量等等。谐波生成技术使更短 波长的激光能够用于处理各种不同的材料。DPSS 激光具有极好的光束质量和最高的重复率,并具 有精细工艺所要求的最小光束直径。典型 地,JPSA 使用的 DPSS 激光是钒酸盐(Nd:YVO4)基 激光器产生的。所输出的红外(IR)激光的光束直 径约为 1μ m。高效的频率转换能力使输出激光在 355nm 和 266nm 波长处,有数瓦的可用输出功率。
1ci0f6c7b 金世豪http://www.jin321.com/
传统的裂片工艺花费的时间较多。例如,裸
片尺寸为 0.300mmx0.360mmx4mil时,一片晶圆可 以切割出大约 55,000 只裸片。如果使用锯片(锯 片速度=6.5mm/s)切割这样一片晶圆,则需要花 费大约 4 个小时;若采用划片-裂片工艺(划片速 度=12.8mm/s),则需要大约 2 个小时;但如果采用 激光划片工艺(划片速度=150mm/s),则仅需要大 约 3 分锺。因而,一套激光划片系统的产能可以 取代并超过所有现有的裂片工具产能的总和。
对这些不同波长的激光所进行的开发,使它 们特别适合于晶圆切割应用。这些激光在 JPSA
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上用于切割蓝色 LED(发光二极管)和蓝宝石晶圆, 其速度为 75mm/s。每小时晶圆处理能力超过 9 片 (标准 2 英寸晶圆,裸片尺寸 350μ m×350μ m), 切口却很小(﹤3μ m)。激光工艺具有产能高、对 LED 性能影响小的特点,容许晶圆的形变和弯曲, 其切割速度远高于传统机械切割方法。对于第 III-V 主族半导体,例如砷化镓(GaAs)和磷化铟 (InP),典型的切口深度为 40μ m,切割速度为 150mm/s 以上。
裸片尺寸的减小已经把某些产品的宽高比 降低到 2:1,有效地提高了机械式划片-裂片系统 的额定能力的极限。有时候因为不需要裂片而使 芯片获得较高的成品率。晶圆切割机速度低,能
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造成裸片边缘的破碎,有时还可能因此而毁掉裸 片。狭窄(30 微米宽)的划片槽要求锯片有非常薄 的厚度,而这又使得锯片很容易磨损。
在所有窄带紫外光源中准分子激光器所提 供的功率最大、波长最短(351,308,248,193,以 及 157nm)。准分子激光的光子成本低于 DPSS 激
光,但是,其系统的复杂度较高且存在维护难和 其他问题,因此并不是晶圆切割工艺的理想选 择。准分子激光的优势在于微机械加工、大面积 图案转移和大量平行区域的分步重复工艺。而紫 外 DPSS 激光则更适于晶圆划片应用。借助于准 分子激光(193nm),JPSA能在一个小时内处理3片 晶圆,每片成本为 8 美元,系统正常运行时间为 97%。这是准分子激光系统所能达到的非常好的 性能状态。而一个优化的紫外 DPSS 激光(266nm) 系统每小时能处理 7 到 10 片晶圆,每片成本低于 1.50 美元,正常运行时间﹥99.9%。这两种工艺已 经在多台设备上,每周 7 天/每天 24 小时地连续
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运行了一年半并通过测试,准分子激光系统的单 独测试时间甚至更长。
材料的去除工艺被称为激光剥蚀,这是一种 以微量材料吸收高能激光峰值的工艺。
一个重要的误解是,在激光划片之后进行 “折断”时,比金刚石划片工艺需要更大的晶圆 弯曲形变,从而会造成裸片边缘的不“整齐”。实 际上,金刚石划片工艺在整个工艺过程中会产生 机械应力。而非机械式的、无热能的激光划片工 艺在材料内部根本不产生任何应力。紫外激光所 产生的陡峭的 V 形切口会在其尖端产生很强的应
紫外激光带来更高的成品率
短波长(157-248nm)准分子和紫外 DPSS 激光 的应用已经提高了裸片的成品率,并且证明了激 光工艺比传统金刚石划片工艺更具优越性。紫外 激光工艺的切口(在划片时材料损失的部分)比 其他技术的更窄。再加上前端工艺的应用,紫外 激光工艺增加了单位晶圆上所分裂出的合格裸 片的数量。
紫外激光加工称为“光蚀”效应,高能量的 光子通过“冷处理”直接破坏材料的化学键,所 加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的 炭化。加之紫外激光能被大多数材料有效地吸收 和具有良好的聚焦性能,因此其可在很小的空间 区域进行精细微加工,从而有着非常高的研究价 值和广阔的应用前景。
紫外激光晶圆划片工艺
用紫外(UV)激光对晶圆进行精密划片是晶 圆-尤其是易碎的化合物半导体晶圆如薄硅晶圆 -划片裂片的替代工艺。二极管泵浦固态(DPSS)
域。整个晶圆因此而节省了很大的面积。
对于砷化镓(GaAs)晶圆,裂片工艺有两种: 非接触式(裸露的气桥)和接触式。每一种裂片方 法都有一个宽高比参数,是由设备制造商标示的, 定义为裸片厚度断面的长度/宽度。一个特定的 晶圆切割机划片-裂片系统标示的宽高比,对于 非接触式裂片方法为 7:1,接触式裂片为 3:1。
激光能对所有第 III-V 主族材料包括第 IV 主族 材料如硅(Si)和锗(Ge)的晶圆进行快速工艺处 理。无论是薄的还是厚的晶圆片,切口宽度均小 于 3 微米,切口边缘平直、精准、光滑,没有边缘 碎片,尤其砷化镓(GaAs)晶圆更是如此。砷化镓 晶圆昂贵,所以晶圆面积价值非常高。采用紫外 激光划片工艺使得切口更紧密、更精细并且更光 滑,能够在每片晶圆上分裂出更多数量的裸片, 并因为损坏的裸片非常少而获得更高的成品率。
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时间变长,因为必须对每一个裸片进行单独的对 准操作以保证自动测试的正确进行。有时会因为 裸片没有对准而对成品率发生影响。激光划片工 艺允许晶圆在薄膜片上进行测试,这就大大地缩 短了测试时间,使所有的裸片都能通过自动测试 工序。
采用砷化镓(GaAs)芯片的高频电子线路要 求芯片在电路板上有精确的几何位置布局,以减 少气桥和阻抗失配。整齐、精确的芯片要求裸片
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的位置布局更精确、整体封装更好以及电气性能 更佳。
在巿场需求驱动下,裸片成本不断降低,尺 寸越来越小。裸片尺寸的减小正在给划片-裂片 工艺带来新的问题。划片槽宽度从 100 微米降到 30 微米,裸片尺寸也随之减小。30 微米的尺寸超 出了传统锯片切割工艺允许的极限。采用激光划 片工艺后,划片槽宽度进一步降低到 15-20 微米。 另外,被称为“拉练”(用于阻止表面裂纹发生) 的区域也被省掉了。由于划片槽宽度的减小“、 拉 练”空间的节省以及下列所述的设计规则的缘故, 每个裸片的每个边都要节省约 24 微米的晶圆区
结论:相对于机械式划片工艺,紫外激光工 艺具有更多优点。这些优点包括消耗成本低、维 护费用少、产能高、晶圆面积利用率高等。激光 工艺更易于进行自动化操作,从而降低人力成 本。紫外激光技术还有很大的待开发潜能,因而 该工艺将会继续发展。我们预言激光工艺将在单
位晶圆裸片数量和缩短投资回收期方面有进一 步的发展。
力集中,但这种应力很容易消除。
激光工艺的优点
在划片-裂片工艺中,PCM 图形必须设计有直 通式划片槽。金刚石划片工艺不能通过 PCM 图形 进行连续划片。因而 PCM 图形必须设计有划片槽。 这就带来了 PCM 图形测试的问题。但是,对于激 光划片工艺,PCM 图形设计已不再是一个问题了。 PCM 图形可以设计成有助于当前正在完成的测试 项目,而不是有助于裂片方法的要求。即使没有 划片槽,激光划片工艺也不会中断。
采用传统方法裂片时,划片槽上不能有蓝膜
力夹在了那本书里，还给了袁慕野。木子不再是那个什么不懂的小女孩了，她知
或金属残留。采用锯片切割工艺时,划片槽上的 蓝膜/金属残留会增加锯片的磨损,缩短锯片的 使用寿命,或者可能在切割时“烧坏”锯片。在 划片-裂片工艺中,划片槽上的蓝膜或金属残留 能引起金刚石刀具的跳跃或反弹,从而使某些区 域没有产生实际划片操作。这些区域因而不会在 裂片工艺中分裂,这将使晶圆的其余部分不能沿 着刀具划过的线条分裂。划片槽上的蓝膜或金属 残留不会影响激光划片工艺的正常进行。激光工 艺能够在蓝膜上划片,这还可以增加光学加工的 产能。
新型窄脉宽、短波长紫外 DPSS 激光提供了 极大的工艺灵活性,它可以调整脉冲形状、重复 率、色谱、光束质量等等。谐波生成技术使更短 波长的激光能够用于处理各种不同的材料。DPSS 激光具有极好的光束质量和最高的重复率,并具 有精细工艺所要求的最小光束直径。典型 地,JPSA 使用的 DPSS 激光是钒酸盐(Nd:YVO4)基 激光器产生的。所输出的红外(IR)激光的光束直 径约为 1μ m。高效的频率转换能力使输出激光在 355nm 和 266nm 波长处,有数瓦的可用输出功率。
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传统的裂片工艺花费的时间较多。例如,裸
片尺寸为 0.300mmx0.360mmx4mil时,一片晶圆可 以切割出大约 55,000 只裸片。如果使用锯片(锯 片速度=6.5mm/s)切割这样一片晶圆,则需要花 费大约 4 个小时;若采用划片-裂片工艺(划片速 度=12.8mm/s),则需要大约 2 个小时;但如果采用 激光划片工艺(划片速度=150mm/s),则仅需要大 约 3 分锺。因而,一套激光划片系统的产能可以 取代并超过所有现有的裂片工具产能的总和。
对这些不同波长的激光所进行的开发,使它 们特别适合于晶圆切割应用。这些激光在 JPSA
力夹在了那本书里，还给了袁慕野。木子不再是那个什么不懂的小女孩了，她知
上用于切割蓝色 LED(发光二极管)和蓝宝石晶圆, 其速度为 75mm/s。每小时晶圆处理能力超过 9 片 (标准 2 英寸晶圆,裸片尺寸 350μ m×350μ m), 切口却很小(﹤3μ m)。激光工艺具有产能高、对 LED 性能影响小的特点,容许晶圆的形变和弯曲, 其切割速度远高于传统机械切割方法。对于第 III-V 主族半导体,例如砷化镓(GaAs)和磷化铟 (InP),典型的切口深度为 40μ m,切割速度为 150mm/s 以上。
裸片尺寸的减小已经把某些产品的宽高比 降低到 2:1,有效地提高了机械式划片-裂片系统 的额定能力的极限。有时候因为不需要裂片而使 芯片获得较高的成品率。晶圆切割机速度低,能
力夹在了那本书里，还给了袁慕野。木子不再是那个什么不懂的小女孩了，她知
造成裸片边缘的破碎,有时还可能因此而毁掉裸 片。狭窄(30 微米宽)的划片槽要求锯片有非常薄 的厚度,而这又使得锯片很容易磨损。
在所有窄带紫外光源中准分子激光器所提 供的功率最大、波长最短(351,308,248,193,以 及 157nm)。准分子激光的光子成本低于 DPSS 激
光,但是,其系统的复杂度较高且存在维护难和 其他问题,因此并不是晶圆切割工艺的理想选 择。准分子激光的优势在于微机械加工、大面积 图案转移和大量平行区域的分步重复工艺。而紫 外 DPSS 激光则更适于晶圆划片应用。借助于准 分子激光(193nm),JPSA能在一个小时内处理3片 晶圆,每片成本为 8 美元,系统正常运行时间为 97%。这是准分子激光系统所能达到的非常好的 性能状态。而一个优化的紫外 DPSS 激光(266nm) 系统每小时能处理 7 到 10 片晶圆,每片成本低于 1.50 美元,正常运行时间﹥99.9%。这两种工艺已 经在多台设备上,每周 7 天/每天 24 小时地连续
力夹在了那本书里，还给了袁慕野。木子不再是那个什么不懂的小女孩了，她知
运行了一年半并通过测试,准分子激光系统的单 独测试时间甚至更长。
材料的去除工艺被称为激光剥蚀,这是一种 以微量材料吸收高能激光峰值的工艺。
一个重要的误解是,在激光划片之后进行 “折断”时,比金刚石划片工艺需要更大的晶圆 弯曲形变,从而会造成裸片边缘的不“整齐”。实 际上,金刚石划片工艺在整个工艺过程中会产生 机械应力。而非机械式的、无热能的激光划片工 艺在材料内部根本不产生任何应力。紫外激光所 产生的陡峭的 V 形切口会在其尖端产生很强的应
紫外激光带来更高的成品率
短波长(157-248nm)准分子和紫外 DPSS 激光 的应用已经提高了裸片的成品率,并且证明了激 光工艺比传统金刚石划片工艺更具优越性。紫外 激光工艺的切口(在划片时材料损失的部分)比 其他技术的更窄。再加上前端工艺的应用,紫外 激光工艺增加了单位晶圆上所分裂出的合格裸 片的数量。
紫外激光加工称为“光蚀”效应,高能量的 光子通过“冷处理”直接破坏材料的化学键,所 加工出来的部件具有光滑的边缘和最低限度的 炭化。加之紫外激光能被大多数材料有效地吸收 和具有良好的聚焦性能,因此其可在很小的空间 区域进行精细微加工,从而有着非常高的研究价 值和广阔的应用前景。
紫外激光晶圆划片工艺
用紫外(UV)激光对晶圆进行精密划片是晶 圆-尤其是易碎的化合物半导体晶圆如薄硅晶圆 -划片裂片的替代工艺。二极管泵浦固态(DPSS)
域。整个晶圆因此而节省了很大的面积。
对于砷化镓(GaAs)晶圆,裂片工艺有两种: 非接触式(裸露的气桥)和接触式。每一种裂片方 法都有一个宽高比参数,是由设备制造商标示的, 定义为裸片厚度断面的长度/宽度。一个特定的 晶圆切割机划片-裂片系统标示的宽高比,对于 非接触式裂片方法为 7:1,接触式裂片为 3:1。
激光能对所有第 III-V 主族材料包括第 IV 主族 材料如硅(Si)和锗(Ge)的晶圆进行快速工艺处 理。无论是薄的还是厚的晶圆片,切口宽度均小 于 3 微米,切口边缘平直、精准、光滑,没有边缘 碎片,尤其砷化镓(GaAs)晶圆更是如此。砷化镓 晶圆昂贵,所以晶圆面积价值非常高。采用紫外 激光划片工艺使得切口更紧密、更精细并且更光 滑,能够在每片晶圆上分裂出更多数量的裸片, 并因为损坏的裸片非常少而获得更高的成品率。