藍光LED晶圓激光劃片

　　傳(chuan) 統的製造商仍在繼續供應橫向結構的藍光LED，激光劃片是加工這種結構的晶圓的理想選擇。藍寶石的極高硬度給鋸片切割與(yu) 金剛石劃片帶來芯片成品率低、產(chan) 量低和成本高等諸多問題。

　　與(yu) 傳(chuan) 統的鑽石劃片方式相比，紫外（UV）二極管泵浦固體(ti) （DPSS）激光劃片方式的芯片成品率和晶圓產(chan) 量大幅增加，並且LED晶圓的亮度沒有明顯損耗。短波長激光在氮化镓和藍寶石層的吸收率都增加了，這樣可以降低劃片所需的輻射光功率，同時減小了切口寬度。

　　劃片寬度、速度和加工產(chan) 量是保持低加工成本與(yu) 晶圓高產(chan) 量的主要參數。JPSA已開發出一種專(zhuan) 利的光束傳(chuan) 輸係統，該係統可以獲得很狹窄的2.5微米切口寬度（圖5），並提供特有的表麵保護液以盡量減少碎片。在聚焦的激光束下方移動晶圓進行一次非常狹窄的V形切割，從(cong) 外延麵開始擴展到藍寶石層，通常劃片深度為(wei) 20到30微米。激光劃片之後，用標準的裂片機在V形激光切縫處集中應力進行裂片加工。

圖5. 氮化镓-藍寶石晶圓激光劃片的切口寬度2.5微米。

　　266nm激光正切劃片的切口寬度越窄，每片晶圓生產(chan) 的可用芯片數目就越多，從(cong) 而可以增加加工總產(chan) 量。

　　可以用普通的2英寸直徑、250 × 250微米芯片的藍光LED藍寶石晶圓做一個(ge) 簡單的比較。用傳(chuan) 統的鑽石劃片的切割劃道寬度通常為(wei) 50微米（300微米芯片間距），這樣每片晶圓上大約有22,500粒芯片。傳(chuan) 統鑽石劃片的成品率通常為(wei) 百分之九十，即每片晶圓上可用的芯片數為(wei) 20,250。

       采用紫外激光劃片，劃道寬度可以減少到20微米（270微米芯片間距），這樣每片晶圓上芯片數量增加到27,800左右（增了百分之二十三）。隨著成品率增加，這種方式得到的可用芯片數約為(wei) 27,500，這樣每片晶圓的可用芯片數總共增加了百分之三十五。

　　自1996年以來，JPSA一直采用266nm的DPSS激光器對藍光LED藍寶石晶圓的氮化镓正麵進行劃片，正切劃片速度可達150 mm/s，這樣每小時可加工大約15片晶圓（標準的2英寸直徑晶圓，芯片尺寸350× 350微米）。這種方式的產(chan) 量高，對LED性能的影響小，允許晶圓翹曲，比傳(chuan) 統機械方式的劃片速度要快得多。

碳化矽（SiC）劃片

　　除了藍寶石之外，碳化矽也可以用來作為(wei) 藍光LED薄片的外延生長基板。266nm和355nm紫外DPSS激光器（帶隙能量分別為(wei) 4.6 eV和3.5 eV）可用於(yu) 碳化矽（帶隙能量為(wei) 2.8 eV）劃片。因為(wei) 光子能量很高，增強了耦合效率，便於(yu) 進行高速劃片與(yu) 裂片。氮化镓與(yu) 氮化鋁等III族氮化物厚片也可使用紫外DPSS激光器進行劃片。200到400微米厚的氮化镓或氮化鋁的劃片速度相比藍寶石或碳化矽上外延薄片的劃片速度要明顯降低，但是其劃片質量優(you) 良，裂片簡便。

　　對於(yu) 垂直結構的高功率LED，激光剝離（LLO）工藝將藍寶石分離後，外延膜仍然與(yu) 銅、銅鎢、鉬或矽等高導電率基板保持鍵合。對於(yu) 矽晶圓，在300 mm/s、150 mm/s、100 mm/s的劃片速度時劃片深度分別為(wei) 100μm、150μm和200μm。光束傳(chuan) 輸技術在一定的激光功率下保證了這些劃片速度/深度，並且減少了熱影響。金屬基板的晶圓劃片具有挑戰性，因為(wei) 金屬的熱傳(chuan) 導率高，通常導致底焊效應。此外，當分離非常柔韌的材料時往往需要全切。JPSA已經開發了這些先進的劃片技術，可以成功的刻劃厚度高達200微米的基板，這對於(yu) 高亮度LED產(chan) 業(ye) 極其重要。
 

圖6. LED藍寶石對紫外激光的吸收曲線。

雙麵劃片功能

　　355nm的DPSS激光器可以從(cong) LED的藍寶石麵進行背切劃片。可以使用多個(ge) 檢測相機從(cong) 正麵或背麵進行晶圓對準操作，當藍寶石有金屬反射層時這一點很重要。此外，外延層沒有直接接受激光輻射，可以降低光損。355nm波長的激光相對於(yu) 266nm激光被藍寶石吸收的效率要低（圖6）。因此，通常需要更高的功率，從(cong) 而導致更大的切口寬度和劃道寬度。此外，背切劃片隻適用於(yu) 厚度<150微米的藍寶石晶圓，而正切劃片還可以適用於(yu) 厚度更大的晶圓，劃片後可對晶圓研磨使其厚度變薄到裂片所需的最終厚度。 

圖7. 355nm二極管泵浦固體(ti) 激光器對氮化镓晶圓的藍寶石麵進行背切劃片的截麵圖。

　　JPSA通過持續研發背切劃片的激光吸收增強等新技術，實現了劃片速度高達150mm/s的高產(chan) 量背切劃片，無碎片並且不損壞外延層（圖7）。

III-V族半導體(ti) 晶圓劃片

　　使用紫外DPSS激光器還可以將砷化镓（GaAs）、磷化銦（InP）、磷化镓（GaP）晶圓的易碎化合物半導體(ti) 材料進行分離，可以進行快速精確、整齊清潔的劃片，切口寬度約3微米，對III-V材料無崩邊（圖8）。通常情況下，250微米厚的晶圓劃片速度在300mm/s，並且適合裂片（圖9）。III - V族晶片價(jia) 格較貴，所以晶圓基板不能浪費。紫外激光劃片越緊湊、越清潔、切口越窄，每片晶圓的芯片數就越多，與(yu) 傳(chuan) 統鋸片切割法相比損壞的芯片數更少，成品率就越高。

圖8. 砷化镓晶片劃片後的邊緣清潔並且清晰。

 圖9. 磷化镓晶圓劃片速度300 mm/s，劃片深度30 μm，深度足夠使250 μm厚的晶圓裂片。

展望

　　LED技術因為(wei) 追求更高的效率和更低的製造成本，其發展日新月異。這種“綠色”技術無疑具有光明的未來，但是也麵臨(lin) 著很多挑戰。

　　目前全球對於(yu) LED的需求急速增長，這就要求有新的激光加工工藝與(yu) 技術來獲得更高的生產(chan) 品質，更高的成品率和產(chan) 量。除了激光係統的不斷發展，新的加工技術和應用，光束傳(chuan) 輸與(yu) 光學係統的改進，激光光束與(yu) 材料之間相互作用的新研究，這些都是要保持這個(ge) 綠色技術革新能夠繼續前進所必須的。

　　設備工程師麵臨(lin) 的挑戰是要建立靈活的操作工具。自動盒式裝卸功能、邊緣檢測功能和自動聚焦功能等選項實現了最先進的激光劃片解決(jue) 方案。JPSA公司持續研發激光前沿技術，以滿足LED製造業(ye) 的市場需求。