微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS，Microelectromechanical systems）是一種在微米操作范圍內(nèi)將微電子技術(shù)和機(jī)械工程融合到一起的工業(yè)技術(shù)。其最初產(chǎn)生于1950至1960年代，迄今為止已經(jīng)經(jīng)歷了至少三次較大的應(yīng)用浪潮[1]，分別為孵化階段、汽車應(yīng)用以及消費(fèi)類應(yīng)用。從煙霧傳感器、壓感芯片、測(cè)溫芯片，到手機(jī)的中的麥克風(fēng)、陀螺儀等，MEMS已經(jīng)深入到工業(yè)和生活的方方面面，而隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來對(duì)傳感器的需求也將呈指數(shù)級(jí)上升。
MEMS發(fā)展浪潮
MEMS結(jié)構(gòu)屬性需求
MEMS晶粒的機(jī)械結(jié)構(gòu)包括但不限于懸臂結(jié)構(gòu)、齒輪結(jié)構(gòu)、鉸鏈結(jié)構(gòu)、橋型結(jié)構(gòu)以及薄膜結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)宏觀上非常脆弱，但能夠精密地相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在封裝前，MEMS芯片的這些核心結(jié)構(gòu)被直接暴露在外，許多MEMS芯片的物理結(jié)構(gòu)極其敏感（例如薄膜結(jié)構(gòu)）。如果采用傳統(tǒng)刀輪切割技術(shù)，加工過程中冷卻水的使用將會(huì)使得芯片暴露在外的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)污染以及物理損壞；而激光內(nèi)部改質(zhì)切割技術(shù)全程潔凈干燥且無接觸，自然成為了行業(yè)內(nèi)切割MEMS芯片的最有效方案。
激光內(nèi)部改質(zhì)切割技術(shù)
激光內(nèi)部改質(zhì)切割技術(shù)是由紅外激光聚焦到材料內(nèi)部，經(jīng)過激光掃描后形成多層改質(zhì)層，其利用了激光引導(dǎo)熱裂紋的方法原理（LITP, laser induced thermal-crack propagation)，促使材料沿預(yù)設(shè)切割方向自然裂開的工藝。經(jīng)過激光內(nèi)部改質(zhì)切割的MEMS硅晶圓，可以通過直接擴(kuò)膜來實(shí)現(xiàn)晶粒之間分離。該技術(shù)除了前面提及的潔凈干燥優(yōu)勢(shì)，另外在加工時(shí)產(chǎn)生的切割損耗（kerf loss）也基本完全消除，從而可減小晶圓片的預(yù)設(shè)切割道、增加單片晶粒數(shù)量，最終提升產(chǎn)品良率、節(jié)約制造成本。
激光內(nèi)部改質(zhì)切割示意圖
技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)
雖然激光內(nèi)部改質(zhì)切割方案在切割過程中不產(chǎn)生碎屑、臟污等污染，但是在擴(kuò)膜分片過程中，分開的界面處從原理上仍然有可能掉落硅屑，從而影響較敏感產(chǎn)品的良率。大族顯視與半導(dǎo)體針對(duì)硅襯底的特點(diǎn)，自主研發(fā)出獨(dú)特的光學(xué)系統(tǒng)，能夠有效優(yōu)化激光單脈沖的打點(diǎn)幾何形狀、控制裂紋形貌，以此提升裂紋向解理方向擴(kuò)展的簡(jiǎn)易程度；該光學(xué)方案有效優(yōu)化切割后的斷面平整度，減小側(cè)壁的表面積，從而在根本上抑制了硅屑的產(chǎn)生。
大族顯視與半導(dǎo)體激光內(nèi)部改質(zhì)切割設(shè)備加工時(shí)產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋形狀比一般激光硅切割設(shè)備更銳利，因此可以使用更少的掃描次數(shù)來完成裂紋在垂直晶圓面方向上的裂紋接力，從而產(chǎn)生更好的斷面均勻性；切割后的整體直線度在5μm以內(nèi)，擴(kuò)膜后無雙晶且沒有產(chǎn)生可見的硅屑。
「MEMS硅晶圓」激光內(nèi)部改質(zhì)切割設(shè)備
產(chǎn)品加工效果
擴(kuò)膜后效果
Reference
[1] R. Bogue, Recent developments in MEMS sensors: a review of applications, markets and technologies, Sens. Rev. 33 (4) (2013) 300304.
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