MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）即微電子機械係統，一般由微機械結構、微傳(chuan) 感器、微執行器和控製電路組成，MEMS是通過半導體(ti) 工藝實現不同能量形式之間的轉換的一種芯片。根據能量轉換形式的不同，一般分為(wei) 傳(chuan) 感器和執行器兩(liang) 類，傳(chuan) 感器即感測到外界信號並將其轉換成所需的信號（一般是電信號）進行處理，應用有：慣性傳(chuan) 感器、矽麥克風等；執行器即將控製信號（一般是電信號）轉化為(wei) 其他形式的能量（一般是機械能）輸出，應用有：光學係統、RF MEMS等。

    MEMS的製造主要采用Si材料，它與(yu) IC的不同在於(yu) ，IC是電信號的傳(chuan) 輸、轉換及處理，而MEMS是電信號和其他形式能量間的轉換（以機械能為(wei) 典型），所以在MEMS製造中往往需要利用半導體(ti) 工藝在Si上製作懸梁、薄膜、空腔、密封洞、針尖、微彈簧等複雜的機械結構，這些微機械結構容易因機械接觸而損壞、因暴露而沾汙，能承受的機械強度遠遠小於(yu) IC芯片。基於(yu) 這樣的特點，MEMS晶圓的劃片方法不同於(yu) 典型IC的劃片。典型IC砂輪劃片是通過砂輪刀片高速旋轉來完成材料的去除，從(cong) 而實現芯片切割。由於(yu) 刀片的高速旋轉，往往需要使用純水進行冷卻和衝(chong) 洗，那麽(me) 刀片高速旋轉產(chan) 生的壓力和扭力，純水的衝(chong) 洗產(chan) 生的衝(chong) 擊力以及切割下來的Si屑造成的汙染都容易對MEMS芯片中機械微結構造成不可逆的破壞。所以典型IC的砂輪劃片不適用MEMS晶圓的劃片。
 

圖1 激光隱形切割在玻璃中的應用切割示意圖

    激光隱形切割作為(wei) 激光切割晶圓的一種方案，很好的避免了砂輪劃片存在的問題。如圖1所示，激光隱形切割是通過將脈衝(chong) 激光的單個(ge) 脈衝(chong) 通過光學整形，讓其透過材料表麵在材料內(nei) 部聚焦，在焦點區域能量密度較高，形成多光子吸收非線性吸收效應，使得材料改性形成裂紋。每一個(ge) 激光脈衝(chong) 等距作用，形成等距的損傷(shang) 即可在材料內(nei) 部形成一個(ge) 改質層。在改質層位置材料的分子鍵被破壞，材料的連接變的脆弱而易於(yu) 分開。切割完成後通過拉伸承載膜的方式，將產(chan) 品充分分開，並使得芯片與(yu) 芯片之間產(chan) 生間隙。這樣的加工方式避免了機械的直接接觸和純水的衝(chong) 洗造成的破壞。目前激光隱形切割技術可應用於(yu) 藍寶石/玻璃/矽以及多種化合物半導體(ti) 晶圓。

圖2 矽材料透射光譜的特性

    矽材料透射光譜的特性，見圖2，矽材料對紅外透過率很高，所以矽的隱形切割設備，通過選用短脈衝(chong) 紅外激光器，將激光脈衝(chong) 聚焦到矽襯底內(nei) 部，實現隱形切割。激光隱形切割是非接觸式切割，解決(jue) 了砂輪切割引入外力衝(chong) 擊對產(chan) 品破壞的問題。不過一般設備的激光隱形切割形成的改質層區域會(hui) 使材料變得酥脆，還是會(hui) 形成少量細小矽碎屑掉落，雖然碎屑數量遠少於(yu) 砂輪切割，如前文所述，MEMS晶圓因為(wei) 無法通過清洗的方法去除細小矽碎屑，故這些碎屑將對芯片造成破壞，影響良率。德龍激光生產(chan) 的矽晶圓激光切割設備，見圖3，選用自製的紅外激光器和自主開發的激光加工係統，實現矽晶圓的隱形切割，該設備能夠很好的控製隱形切割後碎屑的產(chan) 生，從(cong) 而滿足高品質MEMS晶圓切割的要求，保證切割良率。德龍激光的矽晶圓激光切割設備自推向市場後，得到了國內(nei) 多家量產(chan) 客戶的認可和好評，設備在多個(ge) MEMS製造廠內(nei) 批量切割諸如矽麥克風/電熱堆/陀螺儀(yi) 等MEMS產(chan) 品。實物切割效果圖見圖4。

圖3 德龍矽晶圓激光切割設備外觀圖

圖4 MEMS產(chan) 品切割效果圖