固態激光器、光纖激光器和超快激光器繼續向微電子加工應用領域進軍，特別是半導體工業中的硅晶圓切割應用，以及光伏產業中的各種基于激光的切割和光刻應用。
然而，大多數基于激光的切割方法都依賴于激光光束沿襯底的線性移動。最近，美國鐳富電子設備公司（Electro Scientific Industries，ESI）開發出了一種生產就緒（production-ready）系統，該系統將其新的基于激光的“零重疊”技術應用于超薄（厚度小于50μm）硅晶圓切割。通過保持較高的脈沖能量和高重復頻率，該系統沿劃片槽對脈沖進行空間分離。與基于激光的線性切割技術或傳統的機械切割方法相比，ESI公司提供的整體加工系統可以提高切割產量和超薄晶圓的斷裂強度，同時也能保證較高的投資效益。
圖：基于激光的“零重疊”技術在空間上對高能激光脈沖進行分離，可以更有效地切除材料（a）。通過調整激光參數可以選擇性地優化不同層的材料切除速率。激光加工后熱影響區的少量殘留材料可用干式刻蝕法去除（b）。
超薄晶圓的挑戰
摩爾定律的不斷向前發展，正在推動著半導體工業向三維（3D）集成的方向發展，同時也在推動著諸如堆棧存儲與邏輯、以及硅穿孔（TSV）互連等先進封裝架構技術的發展。隨著晶圓變得越來越薄，機械晶圓切割技術由于會產生開裂、剝落以及其他產量和質量問題，已經不能滿足晶圓切割的要求。ESI公司的ESI9900系統使得在一個集成系統中能夠實現超薄晶圓的完全切割和劃片邏輯或片上系統（SoC）的芯片貼裝薄膜。由于這些晶圓的最上層往往有精細、脆弱、低k值的絕緣材料，因此切割這些材料時，不對晶圓造成損傷是至關重要的。
“零重疊”技術
ESI 9900系統的零重疊技術使用一種基于檢流計的定位系統，可以迅速將商用355nm 紫外激光器（光斑尺寸大約為8μm）產生的熱能，分配到晶圓上沿著所需的劃片槽方向的空間分隔點上。激光重復頻率大約為240kHz，激光能量通過多個空間上獨立的脈沖傳遞，避免了殘留物、熱累積和基于激光的線性劃片槽方法產生的羽流相互作用。空間分離允許利用更高的激光能量密度，以實現比利用激光束的線性移動所能達到的速度更快的晶圓切割速度（每秒數米）。此外，可對激光圖案進行選擇性優化，以控制不同半導體層的材料移除速率（見圖）。
“ESI 9900系統可以對機器人夾持晶圓進行頂部器件層切割、硅晶圓層和隨后的DAF層切割，干法刻蝕，以及清洗，所有步驟都是在一個完全自動化的過程中完成的。”ESI公司的產品市場經理Matthew Knowles介紹說。
盡管ESI公司已經展示了這種技術能夠最大限度地減少被加工襯底的熱影響區（HAZ），但是他們承認，任何基于激光的加工過程都是一個熱過程，都會存在一些熱影響區。為了最大限度地提高芯片強度，最小化割縫寬度，“零重疊”加工之后還要進行傳統的干法刻蝕。目前，在激光切割和刻蝕處理后，ESI公司可以實現割縫寬度為20μm的潔凈切割。ESI 9900系統的軟件包含根據加工材料所設定的獨有的、為客戶定制的激光切割參數。
“目前我們正在與客戶一道優化激光加工和刻蝕過程，對于我們正在看到的較高的芯片斷裂強度和高產量，我們備受鼓舞。”ESI公司半導體生產部門的生產經理David Lord說道，“我們的目標是為客戶降低擁有成本，使我們的客戶能夠在大批量制造環境中充分采用三維集成。”
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