晶圆的分层划片过程

硅片划片方法主要有金刚石砂轮划片、激光划片。激光划片是利用高能激光束聚焦产生的高温使照射局部范围内的硅材料瞬间气化，完成硅片分离，但高温会使切缝周围产生热应力，导致硅片边缘崩裂，且只适合薄晶圆的划片。超薄金刚石砂轮划片，由于划切产生的切削力小，且划切成本低，是目前应用最广泛的划片工艺。 由于硅片的脆硬特性，划片过程容易产生崩边、微裂纹、分层等缺陷，直接影响硅片的机械性能。同时，由于硅片硬度高、韧性低、导热系数低，划片过程产生的摩擦热难于快速传导出去，易造成刀片中的金刚石颗粒碳化及热破裂，使刀具磨损严重，严重影响划切质量。 国内外学者对硅片划片技术做了大量的研究。张红春等通过建立振动量与划切工艺参数之间的回归方程，采用遗传学算法得出对应小振动量下的最佳工艺参数，并通过试验验证了最佳工艺参数组合可以有效降低主轴振动量，得到更好的划切效果。李振材等研究发现采用超声振动辅助划片产生的锯切力比无超声辅助的单晶硅划片产生的锯切力小，并通过硅片划片试验验证了超声振动降低锯切力可以抑制硅片的崩边。日本 Disco 公司针对 low-K 介质硅晶圆难以使用普通金刚石刀片进行划切加工的问题，开发一种激光开槽加工工艺，即先在划切道内开2 条细槽，再使用刀片在两条细槽之间实施全划片加工，通过该项工艺能够提高生产效率，减小崩边、分层等不良因素造成的质量缺陷。复旦大学陆雄等采用先激光开槽后机械刀片划片工艺划切 low-k 介质硅晶圆材料，相比于直接刀片划片，芯片结构完整且无金属层脱落、翻起现象，但工艺过程繁琐，划片成本高。Yu Zhang 等发现通过提高刀片旋转过程的阻尼比，一定程度上可降低刀具高速旋转过程中的振动现象，从而提高开槽性能，减小崩边尺寸，但是没有进行深入研究。

单次划片，即一次完全划切硅片，划片深度到UV 膜厚度 1/2 的位置，如图4所示。该方法工艺过程简单，适合超薄材料划片，但在划片过程中刀具磨损严重，划片刀边缘易产生崩边、微裂纹，切缝边缘表面形貌差。

分层划片工艺，如图5所示。根据划片材料的厚度，在划片深度方向采用分层进给的方式进行划片。首先进行开槽划片，采用比较小的进给深度，以保证刀具受力小，降低刀具磨损，减小划片刀崩边，然后再划片到 UV 膜厚度 1/2 的位置。