微機電系統（MEMS，Microelectromechanical systems）是一種在微米操作范圍內將微電子技術和機械工程融合到一起的工業技術。其最初產生于1950至1960年代，迄今為止已經經歷了至少三次較大的應用浪潮[1]，分別為孵化階段、汽車應用以及消費類應用。從煙霧傳感器、壓感芯片、測溫芯片，到手機的中的麥克風、陀螺儀等，MEMS已經深入到工業和生活的方方面面，而隨著物聯網的發展，未來對傳感器的需求也將呈指數級上升。
MEMS發展浪潮
MEMS結構屬性需求
MEMS晶粒的機械結構包括但不限于懸臂結構、齒輪結構、鉸鏈結構、橋型結構以及薄膜結構，這些結構宏觀上非常脆弱，但能夠精密地相對運動。在封裝前，MEMS芯片的這些核心結構被直接暴露在外，許多MEMS芯片的物理結構極其敏感（例如薄膜結構）。如果采用傳統刀輪切割技術，加工過程中冷卻水的使用將會使得芯片暴露在外的結構出現污染以及物理損壞；而激光內部改質切割技術全程潔凈干燥且無接觸，自然成為了行業內切割MEMS芯片的最有效方案。
激光內部改質切割技術
激光內部改質切割技術是由紅外激光聚焦到材料內部，經過激光掃描后形成多層改質層，其利用了激光引導熱裂紋的方法原理（LITP, laser induced thermal-crack propagation)，促使材料沿預設切割方向自然裂開的工藝。經過激光內部改質切割的MEMS硅晶圓，可以通過直接擴膜來實現晶粒之間分離。該技術除了前面提及的潔凈干燥優勢，另外在加工時產生的切割損耗（kerf loss）也基本完全消除，從而可減小晶圓片的預設切割道、增加單片晶粒數量，最終提升產品良率、節約制造成本。
激光內部改質切割示意圖
技術創新升級
雖然激光內部改質切割方案在切割過程中不產生碎屑、臟污等污染，但是在擴膜分片過程中，分開的界面處從原理上仍然有可能掉落硅屑，從而影響較敏感產品的良率。大族顯視與半導體針對硅襯底的特點，自主研發出獨特的光學系統，能夠有效優化激光單脈沖的打點幾何形狀、控制裂紋形貌，以此提升裂紋向解理方向擴展的簡易程度；該光學方案有效優化切割后的斷面平整度，減小側壁的表面積，從而在根本上抑制了硅屑的產生。
大族顯視與半導體激光內部改質切割設備加工時產生的引導裂紋形狀比一般激光硅切割設備更銳利，因此可以使用更少的掃描次數來完成裂紋在垂直晶圓面方向上的裂紋接力，從而產生更好的斷面均勻性；切割后的整體直線度在5μm以內，擴膜后無雙晶且沒有產生可見的硅屑。
「MEMS硅晶圓」激光內部改質切割設備
產品加工效果
擴膜后效果
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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