第5期 蔡黎明等:水射流导引激光在微细加工中的应用 的,在300Pa压力下每一小时只用去1L水。当然磨料水射 流对于磨料的使用就不会像水那样轻松了。对于传统的加工 方式,在切割硅晶圆的试验中表明磨料锯片的成本为 20.38欧元/h7,是激光微射流1.18欧元/h的两倍。 因此水射流导引激光技术在微细加工中不仅保证了加工 质量,大大降低了废品率,而且在技术应用和设备维护上也明 显的价低了成本。较传统的加工方式有着不可比拟的优 越性。 图7徵晶片断裂强度试验 4结论 信任区间 目前在晶圆切片,半导体材料以及电子元件封装材料的 加工,主要依赖于金刚石锯片切割。许多器件需要曲线切槽 但剧片加工只能进行线形切槽。另一方面,在微小器件的加 工时,由于切口的反作用力,会引起塑性变形,从而引起切边 质量和几何形状精度的降低。再者,由于加工件微小,因此 工件夹持方法变的异常困难。因工件微小,靠真空吸附夹持 激光微射流研磨前加工研磨后加工 工件对锯片加工来说已经不现实了。水射流导引激光加工方 (DAG) 法对薄晶圆(50μm-~75Hm)加工有着明显优势。它不仅适 8激光微射流与磨料锯片加工的韦伯强度特性(正面)用于半导体(如砷化镓)加工,也用于各种微加工工艺,具有良 同样在对于薄片晶圆的刻蚀加工后进行的3点挠度测试好的应用前景。 实验后发现经激光微射流加工后的材料断裂强度要比磨料锯 片高出1.3倍多。 参考文献: 由三组独立的对比实验可以得出一致的结论水射流导[1] Sibailly O, Wagner F, Richerzhagen B. Laser micro 引激光切割可以大幅提高微器件的断裂强度。 machining in microelectro 3.4激光微射流的损耗及成本 laser[J].SPIE,2004,5339:258-264 水射流导引激光技术实现了无机械接触式的加工方式,2 Ogawa P, Perrottet D, Wagner F,ctal. Chipping-free 避免了刀具的磨损和更换,很大程度上节省了成本,同时提高 dicing of Ill/V semiconductor materials with the water jet 了加工装置使用周期。对于价格昂贵且唯一有损耗可能的喷 guidedlaser[Eb/oL].http://www.synova 嘴而言,由于使用透视联合装置,使得光和喷嘴组合位置被控 2004 LPM GaAs.pdf,2004-06-09 制在低光照强度,减少了在喷嘴敏感边缘的光照强度。并且[3] Dushkina N, Richerzhagen B. Dicing of GaAs wafers with 使用低压纯水作为引导介质不但时时降低了喷嘴温度,而且 SynovaLaserMicrojet[Eb/oL].htTp://www.synova.ch 对喷嘴无任何损害。如果高的光照强度打在喷嘴的边缘它将 pdf/2002. lcaleo Dicing GaAs. pdf, 2002-06-09 被损坏因此对于传统的纯激光加工而言是很不利的。同样[4] Liang W M. Thin Wafer Dicing Issues and New Techno- 对于无刀具接触的磨料水射流来讲,由于高压水和硬质磨料 logy Cost of Ownership[ J]. Future Fab Internationa 的影响,喷嘴的损耗速度显得更快,有的每十或二十分钟就需 2005,(19):146-153 要更换(图9)。对于如头发丝细的脱气水消耗量是微乎其微5]工研院资金中心, Electronic Trend Publication砷化镓 之市场占有率[R].TS计划整理,2004 [6] Dushkina N M, Richerzhagen B. Dicing of gallium an ide(GaAs)wafers with the laser microJet[ J].Technical [7] Mai T A, Richerzhagen B. Laser- microject dicing of thin compound wafers and low-k wafers [J].Future Fab 100μm Delphine, Buchilly J M, Richerzhaoen B. Wa 测试前喷嘴图像 b測试后喷嘴磨损图像 jet-guided laser achieves highest die fracture strength[J] 图9磨料水射流喷嘴在磨损试验中的电子显微图 Future Fab International, 2005,(18): 323-328第 5期 蔡黎明等：水射流导引激光在微细加工中的应用 63 目 ＼ 啦 骥 雹 舴 O 图 7 微 晶片断裂强度试验 激 光微射流 研磨前加工 研 磨后加工 (fMJ) (DBG) (DAG) 图 8 激光微射流与磨料锯片加工的韦伯强度特性(正面) 同样在对 于薄片晶圆的刻蚀 加工后进行 的 3点挠度测 试 实验后发现经激光微射 流加 工后的材料断裂强度要 比磨料 锯 片高 出 I．3倍多 。 由三组独立 的对 比实验 可以得 出一致 的结论 ：水 射流 导 引激光切割可 以大 幅提 高微 器件的断裂强度 。 3．4 激光微 射流的损耗及成本 水射流导引激光技术实现了无机械接触式的加工方式， 避免了刀具的磨损和更换 ，很大程度上节省了成本 ，同时提高 了加工装置使用周期 。对于价格 昂贵且唯一有损耗可能 的喷 嘴而言 ，由于使用透视联合装 置 ，使得 光和喷嘴组合位置被控 制在低光照强度 ，减 少 了在 喷 嘴敏感边缘 的光 照强 度。并且 使用 低压 纯水作为引导 介质不 但时 时降低 了喷 嘴温度 ，而且 对喷嘴无任何损害。如果高的光照强度打在喷嘴的边缘它将 被损 坏 ，因此对于传 统的纯 激光加 工而 言是很 不利 的。同样 对于无刀具接触的磨料水射流来讲，由于高压水和硬质磨料 的影 响 ，喷嘴的损耗速度显得更快 ，有 的每 十或二十分钟就需 要 更换 (图9)。对于如头发丝细的脱气水消耗量是微乎其微 1O0 u I“ a测试 前喷嘴图像 b测 试后喷嘴磨损 图像 图 9 磨料水射流喷嘴在磨损试验中的电子显微图 的，在 300Pa压力下每一小时只用去 1L水。当然磨料水射 流对于磨料的使用就不会像水那样轻松了。对于传统的加工 方式，在 切 割硅 晶 圆的 试验 中表 明磨 料锯 片 的成 本 为 20．38欧元／h[ ，是激光 微射 流 11．18欧元 ／h的两倍 。 因此水 射流导引激光技术在微细加工 中不仅保证 了加工 质量 ，大大降低了废品率 ，而且在技术应用和设备维护上也明 显的价低 了成本。较传统 的加工方式有着不 可比拟 的优 越性 。 4 结 论 目前在 晶圆切片 ，半导 体材料 以及 电子元件封装 材料 的 加工，主要依赖于金刚石锯片切割。许多器件需要曲线切槽 ， 但剧片加工只能进行线形切槽。另一方面，在微小器件的加 工 时 ，由于切 口的反作 用力 ，会 引起塑性 变形 ，从 而引起切 边 质 量和几何 形状精度 的降低 。再 者 ，由于加 工件微 小 ，因此 ， 工件夹 持方 法变的异 常 困难 。因工件微 小 ，靠 真空 吸附夹 持 工件对 锯片加工来说 已经不现实 了。水射流导 引激光加工 方 法对薄 晶圆(50,um～75p．m)加 工有 着 明显优 势。它不 仅适 用于半导体(如砷化镓)加工，也用于各种微加工工艺，具有 良 好 的应用前 景。 参考 文献 ： [1] SibaillyO，WagnerF，RicherzhagenB．Lasermicro— machininginmicroelectronicindustrybywaterjetguided laser[J]．SPIE，2004，5339：258—264． [2J OgawaP，PerrottetD，WagnerF，eta1．Chipping-free dicingofIII／Vsemiconductormaterialswiththewaterjet guided laser[EB／OL] ．http：／／www．synova．ch／pdf／ 2004．LPM．GaAs．pdf，2004—06—09． [3] DushkinaN，RicherzhagenB．DicingofGaAswaferswith SynovaLaserMicrojet[EB／OL]．http：／／www．synova．ch／ pdf／2002．Icaleo_ Dicing_GaAs．0df，2002—06—09． [4] LiangW M．ThinWaferDicingIssuesandNew Teehno— logyCostofOwnership[JJ．FutureFabInternational， 2005，(19)：146—153． [5] 工研院资金中心 ．ElectronicTrendPublication砷化镓 之市场 占有率 [R]．ITIS计划整理 ，2004． [6] DushkinaN M，RicherzhagenB．Dicingofgalium arsen— ide(GaAs)wa~rswiththelasermicroJet[J]．Technical PapersofISA，2003，438：175— 183． [7] MaiTA，RicherzhagenB．Laser-microjectdicingofthin compoundwa~rsand low一 wafers[J]．Future Fab International，2005，(19)：189—195． [8] PerrottetDelphine，BuehillyJM，RicherzhaoenB．Water￾jet—guidedlaserachieveshighestdiefracturestrength[JJ￾FutureFabInternational，2005，(18)：323—328． 1|_ 一—I I