DISCO如何构筑护城河？

技术优势+全套解决方案+完善服务体系，共同构筑起DISCO的“护城河”。

一、划片机——以刀片切割为基，加速布局激光切割、隐形切割

晶圆划片机，或切割机（Dicing Equipment），是一种使用刀片或激光等方式切割晶 片的高精度设备，广泛用于半导体晶圆、光通讯、玻璃、石英、蓝宝石、LED基板、 EMC导线、PCB/FPC、QFN、DFN、IC等各领域特殊材料的划切，是半导体后道封 测中晶圆切割和WLP切割环节的关键设备，晶圆划片机的切割质量与效率直接影响 到芯片的封装质量和生产成本。 目前主要的切割技术有刀片切割、激光切割（包括激光烧蚀切割和激光隐形切割）、 等离子体切割三种。其中，刀片切割是使用最广泛的切割工艺，占市场份额的80%， 用在较厚的晶圆（>100微米）切割，具备效率高、成本低、使用寿命长等优点；激 光切割属于非接触式加工，市场占比约20%，主要适用于切割较薄的晶圆（<100微 米），具有高精度、高效率等特点，且可避免对晶体硅表面造成损伤，Chiplet技术 切割芯粒最重要的设备就是激光划片机；等离子体切割则是利用活性气体进行干法 蚀刻，主要用在厚度不到30um的晶圆，切割速度相比激光切割更快，但由于目前没 有通用的刻蚀气体，所以加工成本过高，还没有实现商用化。

1. 传统机械式刀片切割技术

机械式刀片切割是最早使用的晶圆切割技术，是目前主流的切割方案。刀片划片机 是综合了水气电、空气静压高速主轴、精密机械传动、传感器及自动化控制等技术 的精密数控设备，通过金刚石砂轮实现对材料的强力磨削。刀片切割的主要特征分 为两点：一是通过空气静压主轴带动金刚石砂轮划切刀具高速旋转，沿着晶圆切割 道方向切割或开槽；二是通过砂轮上的金刚石颗粒以撞击的形式撞碎材料，并通过 颗粒间的空隙将已撞碎的部分带出，同时将冷却液带到加工处实现降温。进行切割 的刀片通常为金刚石砂轮划切刀，由三部分组成：磨粒（Grit）、结合剂（Bond）和 孔隙（Pore）。磨粒（Grit）是指砂轮表面布满的细小金刚石颗粒，在打磨工作中起 着 "切削刃 "的作用；结合剂（Bond）负责在砂轮上粘合并固定磨粒；孔隙（Pore） 则负责在切割的过程中捕获并带出飞溅的细小微粒，同时将冷却水储藏在砂轮表面 以此达到冷却效果。刀片切割技术发展至今已经非常成熟和稳定，通过更换刀片类 型可以处理各种物料，是目前业界应用最为广泛的晶圆切割技术。

根据刀片切割加工的方式，可以分为全切割、半切割以及分步切割等。全切割是指 在切割过程中一直切割到固定材料（如底层保护胶带）来确保将工件被完全切割开 来，是晶圆切割最基础的工艺，可以被用于多种材料和多个领域；半切削是指切割 到工件中间停止来形成沟槽，通过连续进行开槽加工，可以生产出梳状和针尖状的 产品，多用于DBG工艺（即首先通过半切削开槽，然后通过研磨同时进行减薄和晶 粒分离，下文会详细介绍）；分步切割是指使用双切割锯分两个阶段进行全切割和 半切割，由于在半导体制造过程中晶片表面会形成布线层，因此需要使用专门用于 切割布线层的刀片和专门用于切割硅单晶的刀片，分两个阶段对晶片进行加工，从 而实现高质量的加工。

DISCO提供的刀片划片机性能属于业内一流水平。根据深圳市电子商会，国际主流 划片设备的参数标准为：X轴的直线度误差控制在1-3μm以内、Y轴的定位精度≤2μm、 Z轴的重复定位精度1μm、均切割速度为600mm/s。目前DISCO在售的刀片划片机有 6款，适用于8英寸和12英寸晶圆片，刀片的最大旋转速度可达60000圈/分钟，X轴均 切割速度600mm/s，Y轴定位精度小于2μm，Z轴重复定位精度1μm，均属于业内一 流的性能表现。

随着芯片特征尺寸的不断缩小和晶圆不断变薄，传统刀片切割也面临相当的局限性。 刀片切割技术发展至今已经非常成熟和稳定，也是目前业界依旧最常用的晶圆切割 技术，但是晶圆厚度的减薄，传统刀片切割技术暴露出以下几个劣势：（1）磨轮划 片采用的是机械力的作用方式，机械力直接作用在晶圆表面，在晶体内部产生应力 损伤，容易产生晶圆崩片及晶片破损，因而磨轮划片具有一定的局限性，对于厚度 在100um以下的晶圆，用刀具进行划片极易导致晶圆破碎。（2）由于磨轮自身具有 一定的厚度，由此切割道宽度较大。金刚石磨轮的切割道宽度通常要达到50-100um。（3）刀片划片速度为8-10mm/s，切割速度较慢。（4）作业过程中需要刀片冷却水 和切割液，均为去离子水（DI纯水），且无论是使用中还是使用完都需要妥善处理， 避免造成环境污染，通常每加工10万片晶圆就需要消耗掉3吨左右DI纯水，增加生产 成本。（5）为提高芯片速度和降低互联电阻电容延迟，低电介常数（Low-k）膜及 铜质材料逐步应用在高速电子元器件上，采用砂轮刀具切割Low-k膜会导致膜层脱落 污染芯片内部。为解决以上问题，激光切割技术逐渐在半导体封装行业中崭露头角。

2. 激光切割技术

自1960年世界上第一台激光机问世后，人们发明出不同种类的激光器并将其广泛应 用至先进制造技术中。激光按波长可以分为紫外激光、绿激光、红外激光、X光、多 波长可调谐等类别，其中最常见的当属红外激光。近年来激光切割之所以能迅速取 代刀片切割，主要是因其加工方式为非接触式加工且激光本身具有高方向性、相干 性、单色性的特质，被加工材料的良品率和加工效率都得到显著提升。 立足刀片切割技术，DISCO加快布局激光切割技术，实现加工场景全覆盖。为了解 决传统刀片切割无法处理的加工场景，DISCO也针对性的提出了激光烧蚀切割和激 光隐形切割两套解决方案。激光烧蚀切割将激光的能量集中在工件表面实现切割的 效果，能适用于逻辑芯片、控制器、BSI(图像传感器)、LED驱动芯片等广泛的应用 场景；激光隐形切割则是将激光能量集中在工件内部，配合裂片机完成晶圆切割， 可以做到更窄的切割间距和全程干燥的加工环境，适用于精密的MEMS、NAND闪存、 Line sensor等芯片切割领域。

激光烧蚀切割是通过在极短的时间内将激光能量集中在微小的区域，从而使固体升 华、蒸发的加工方法。其加工原理主要是通过被加工材料吸收激光，在加工部位聚 焦产生大量热量熔化材料，材料及表面的涂层被融解并蒸发，被加工的区域会产生 一定深度（可调）的横断面，在这个过程中会形成较大的热效应区域。

相比传统刀片切割，激光烧蚀切割技术优势明显。与刀片切割技术相比，激光烧蚀 切割技术拥有许多优势：（1）属于非接触划切，无机械应力，基本无崩边现象，切 口光滑无裂纹，切割质量好，成品率较高。（2）切割精度高，划槽窄，允许晶圆排 列更为紧密，节约成本。（3）可进行线段，圆等异型线型的划切。（4）消耗资源 少，不需要更换刀具，不适用冷却液，不需要去离子水。（5）激光可以切割一些较 复杂的晶圆芯片，如MEMS芯片，六边形管芯等。（6）脆性材料的加工，比如砷化 镓GaAs化合物半导体晶圆和高精度高、可靠性器件的加工。 根据切割工艺，激光烧蚀切割可以分为半切割（开槽）和全切割两类： 半切割（激光开槽）：目前随着半导体制程的不断进步，集成电路的尺寸愈来愈小，为了防止金属互连线之前出现阻容延时现象（RC延时，会影响芯片工作频率），往 往会采用低介电常数材料（Low-k）来制作ILD（Inter Layer Dielectrics，层间电介 质），起到隔离并支撑不同层互连线的作用。而因为Low-k薄膜机械强度较低，金刚 石刀轮直接作用会导致Low-k材料的飞溅和崩缺、裂纹、钝化、金属层掀起等现象。 目前主流的Low-k层去除方式是使用激光开槽技术，通过光路系统将光斑整形成特定 的形貌,将激光聚焦于材料表面达到特定槽型，并利用超快激光极高的峰值功率将 Low-k层瞬间汽化，然后用刀片切割剩余硅片。这种工艺可减少碎裂和层剥离，提高 产量，适用于低Low-k 薄膜、氮化铝 (AlN) 和氧化铝陶瓷等材料的开槽加工。

激光全切割：随着以 SiP（系统级封装）等技术为基础的高集成度趋势的发展，高 强度薄片制造技术已成为必要。然而，随着晶片厚度的变薄，刀片切割的难度也随 之增加，使用现有的金刚石刀片切割化合物半导体（GaAs等）时，进给速度较慢， 难以获得高生产率。 激光全切割技术是采用激光一次或多次完全切透晶圆，主要应用在薄硅晶圆、化合 物半导体、背面附金属膜的晶圆、金属铜、钼等材料。该方法工艺流程简单，可以实 现高速高品质切割。例如，在砷化镓（GaAs）晶片切割过程中，由于GaAs的材料非 常脆，很容易发生断裂和开裂，因此现有的刀片切割很难提高进料速度。而使用激 光全切割机切割时，进料速度可以比刀片切割快十倍，从而提高产量。此外，通过采 用激光全切切割技术，与刀片切割相比，加工后的切口宽度更窄，切口损耗更小，可 以显著减少切口宽度来增加一个晶片可生产的芯片数量。

隐形激光切割包括切割和裂片两个过程。隐形激光切割的原理是从激光器中发出一 束特定波长的激光，通过高数值孔径的透镜将其聚焦在晶圆内部，当晶圆内部焦点 处的能量密度高于改质阈值时会引起局部熔融从而在工件内部产生一层改质层 （Modified layer），后续在崩片作用下改制层分别向晶圆的正反两面产生裂纹，从 而完成裂片的过程。其之所以称为隐形切割，正是因为其切割道就如同了隐形了一 般，人眼无法察觉，只有在经过胶膜扩展，晶圆被分离成所需要的芯片尺寸后，切割 道才真正形成。

隐形切割可以被用在加工要求更高的场景。相比激光烧蚀切割，隐形切割拥有显著 的优点：（1）由于隐形切割是在工件内部改质，因此可以抑制加工屑的产生，适用 于抗污垢性能差的工件；（2）在MEMS芯片的切割中，通常装有复杂微小元件的芯 片及存在中空部结构的芯片对清洗水及加工负荷的承受能力不太强。而隐形切割在 加工、清洗时不使用水，且对芯片正反面基本无损伤，因此有望实现高品质的MEMS加工；（3）隐形切割可以缩小切割道宽度（切割宽度），和通常的切割相比，有望 增加1枚晶片内的芯片制造个数。例如，根据DISCO官网展示，在一块直径200mm 的晶圆片（8英寸）上，传统刀片切割需要在芯片和芯片之间预留0.05mm的间隙， 一块晶圆芯片产量约为3303个，而在相同晶圆大小下，使用隐形切割可以将间隙缩 短到0.01mm，此时一块晶圆芯片产量约为3480个，数量提升达到5.4%。考虑到激 光隐形切割的优势，未来此加工方法有望成为受青睐的一项技术。 激光切割和刀片切割各有优劣，整体上呈现互补关系。虽然采用激光切割可以减少 剥落和裂纹等现象，从而获得更优质的芯片，但当晶圆厚度为100μm以上时，生产 率将大打折扣，同时激光切割设备普遍价值量在刀具切割设备的3-7倍，因此激光切 割技术出现的目的是为了能够补充一些刀片切割难以处理的特殊加工场景（超薄晶 圆片的加工），或是与刀片切割配合来解决更多的复杂场景（例如Low-k材料开槽）， 而非完全取代传统刀片切割技术，绝大部分100微米厚度以上的晶圆加工领域仍然是 刀片切割占优。

DISCO积极布局激光切割领域，设备性能优秀。DISCO目前已经在激光切割领域推 出了适用于DBG＋DAF激光切割、激光全切割加工的设备型号DFL7160（定位精度 3μm，重复定位精度2μm）；适用于Low-k膜开槽加工的DFL7161（定位精度3μm， 重复定位精度2μm）；以及应用于芯片切割的隐形切割设备型号DFL7340（定位精 度3μm，重复定位精度2μm）、DFL7341/DFL7362（定位精度3μm，重复定位精度 1μm），性能水平均处于行业领先地位。

刀片切割和激光切割同步发展，有力支撑DISCO划片机龙头地位。自从DISCO于 2002年推出第一台全自动激光切割机DFL7160起，激光切割作为与刀片切割并重的 Kiru技术支柱，DISCO近年来也倾注了巨大的心力。从DISCO的划片机销售数据来 看，DISCO推出的激光设备没有与刀片划片设备形成竞争关系，两者的销量在过去 进20年里均实现大幅增长。刀片划片作为公司的老牌产品，为业绩提升提供了坚实 保证，激光划片设备作为新一代技术，发展速度更胜一筹，目前可以占到总销量的 35%左右，未来比例有望波动上升。持续保持行业领先的设备性能和全套的硬件方 案共同打造了DISCO在划片机领域的强大竞争力。

2.磨抛工艺——提供创新性的解决方案，持续推动行业技术优化

DISCO通过对各种各样的设备、磨轮以及研削条件进行不同的组合，能够向客户提 供最符合要求的加工条件。随着在移动电话等数字式，移动式小型电器中SiP （System in Package）等电子元件的使用日趋普及，在保持高成品率的条件下，针 对厚度在100µm以下晶片的减薄精加工研削技术正在日益受到市场的瞩目。DISCO 不仅能够提供性能最好的切、磨、抛设备，同时也提出了许多独创的解决方案，旨在 推动行业加工工艺流程优化，尽可能为下游客户带来技术革新和产能提升。

1. 研磨减薄工艺优化

DISCO独创“TAIKO”研磨工艺，以解决传统背部研磨方案的缺陷。TAIKO工艺与 以往的背面研削不同，在对晶圆进行研削时，将保留晶圆外围边缘部分（约3 mm左 右），只对圆内进行研削薄型化。TAIKO工艺相比原先方案有很多优点，首先，原本 背部研磨方案加工的晶圆由于整体极薄，硅晶圆便会变得非常柔软有弹性，无法直 接对其继续进行加工，也很容易在搬运的过程中发生破损。而采用TAIKO工艺可以 减少晶片翘曲、提高晶片强度，去环和划片的任务都可以在一台划片机内部完成，这就大大降低了工序加工机台之间的传送要求及晶圆的破片风险。其次，由于晶片 边缘部分的断面成R形状，在对晶片实施减薄加工后，R形状的边缘部分会形成尖锐 锐角，从而使这部分的机械强度变得非常低。在研削水及加工条件等的影响下，边 缘部分会产生凹凸不平及边缘崩裂的现象，因此可能会引起晶片断裂，影响整片晶 圆的良率。而采用TAIKO工艺研削外围区域梯状的晶片更方便，崩角现象基本为零。

DISCO推出DBG工艺，对减薄划片工艺流程进行了优化。传统的后道工艺流程在拿 到晶圆片后，会先对其进行背部减薄然后进行划片操作。但随着晶圆直径增加至12 英寸，且厚度变也得极薄，很容易在划片过程中出现破损和断裂的现象。DISCO提 供的DBG工艺就是将原来的“背面研削→切割晶片”的工艺程序进行逆向操作，先 对晶片进行半切割加工，然后在晶圆正面覆盖上一层保护膜保护芯片，随后将晶圆 倒置进行背面减薄使晶片分割成芯片。通过运用该技术，可最大限度地抑制分割芯 片时产生的背面崩裂及晶片破损，从而能够顺利地从大尺寸的晶片上切割出芯片； 同时由于大幅度地减少了晶片的背面崩裂现象，所以能够在维持高抗折强度的同时， 对晶片实施超薄加工，从而能够生产出性能更强的芯片。另外，由于整个芯片分离 过程都是在减薄机内实施的，所以可以有效地避免薄型晶片在搬运过程中的破损风 险。

针对更高要求的加工场景，SDBG工艺也随之提出。随着智能手机以及平板电脑的 薄型化、大容量化的发展，市场对闪存(Flash Memory)、内存控制器(Memory Controller)薄型化的要求也不断提升，而此类芯片对加工条件又推出了更严苛的要求。 SDBG工艺流程大体类似DBG工艺，主要区别在于使用隐形切割代替了刀片切割， 且由于DAF膜在低温环境下可以通过芯片分离机进行高品质分割，因此无需在流程 技术后剥离胶膜，可以直接搬运至下一阶段的键合工艺。

SDBG可实现在解决极薄晶片切割崩裂问题的同时，实现增加芯片获取数量和提高 薄型芯片抗弯强度的附加价值。使用隐形切割加工时,刀痕宽度几乎为零,因此对切割 道狭窄化大有贡献，与通常的刀片切割工艺相比，单位晶片可获取的芯片数量有望 增加4.6%。此外，刀片切割工艺在芯片表面、背面造成崩裂以及在晶片侧面留下的 加工痕，都对抗折强度有所影响，而SDBG是使用隐形切割加工在晶圆内部形成变质 层，再以此变质层为起点进行分割，因此SDBG工艺不仅可以减少表面、背面的崩裂， 还可以将芯片的抗折强度提高约2.2倍。

2. 抛光工艺优化

近年来，随着电脑、手机等电子产品中的IC半导体封装元件越来越趋向于小型化、 高集成化，市场也要求半导体封装元件中的电子元器件朝着更小型化、更薄型化方 向发展。但是，由于对电子元件晶片实施研磨减薄的过程中会造成芯片因强度降低 而在组装工序中出现破损，以及因翘曲增大而使层叠式封装元件的接线头接合变得 困难。因此为了消除上述各种不良因素、有效地改善加工质量，可以考虑在研磨减 薄工序后加入抛光工序来除去因研削加工而产生的研削变质层，从而消除应力并进 一步提高晶片的抗折强度。目前主流的抛光方式有干式抛光（Dry Polishing）、湿法 抛光（CMP）和干法刻蚀（Dry Etching）等。干式抛光和湿法抛光依靠抛光磨轮进 行机械接触式抛光，可以实现对晶圆背部的镜面加工；干法刻蚀主要依靠等离子体 （氟化气等）进行刻蚀，抛光精度更高且加工的贴合度更好。

DBG+干法刻蚀可以兼顾芯片背面和侧面的抛光。干式抛光和湿法抛光主要用于晶 圆的背部研磨抛光过程，更多是对整个水平面进行抛光处理。DISCO将干式刻蚀法 与DBG工艺组合使用，不但可以去除芯片背面研磨产生的变质层，还可以去除因划 片刀片切割而造成的芯片侧面加工变质层。与通常的研削机组合使用时相比，DBG+ 干法刻蚀的工艺能够进一步提高芯片的抗折强度。

3.服务体系——坚持客户需求导向，有效增强下游客户粘性

始终坚持客户需求为导向的服务体系，精准解决用户个性化需求。虽然DISCO的设 备带有标准规格，但是微小的环境差异如工件条件、累计加工晶圆数量、设备安装 条件等，都会影响加工结果，所以大多数客户需要根据其特定的加工需求进行定制。 DISCO的工程师们会通过对客户提供的工件（加工材料）进行试切（加工试验）来 调整加工刀具旋转速度、加工工作台运行速度、用于冷却和去除加工颗粒的切削进水速度和温度、供水角度、工件固定材料和方法等，以寻找最能满足客户要求的加 工条件。DISCO每年约有260名应用工程师在全球范围内进行5000多次测试切割， 以此来满足客户对定制化服务的需要。

通过客户满意度调查，DISCO构筑了一套客户满意度和产品研发的正向循环机制。 DISCO自1999年起便一直实行客户满意度调查活动（CS Survey），是了解客户意 见的最重要工具之一。通过分析客户满意度情况，及时了解下游客户需求的现状和 变化趋势，从而研究如何改进现有产品、开发新产品或是提供新服务。聆听客户的 意见和建议为DISCO提供了持续发展的机会，满意度和研发方向之间的正向循环也 使得DISCO总是能够很好的跟踪客户的需求变化，始终提供最具价值的解决方案， 从而有效增强下游客户的粘性。

销售、运维和设备调试工厂遍布各大洲，共同组成DISCO全球服务网。自创社以来， DISCO已经向全世界范围内1000家以上客户供应产品，拥有从产品的研发、制造、试切试磨实验到售后服务的系统化支援体系，组成了强大的DISCO全球网。提供的 服务不仅包括售前的试切割和设备调试，还包括可能的定期设备抽查维修、培训服 务，以及为用户提供机会获得必要的操作/维护技能。截止2024年1月，DISCO在全 球拥有50余处销售、运维以及试切割网点，仅中国大陆分支机构就有14处，并在上 海分公司设有试切割和试运行设备工厂。

积极扩产应对订单积压，产能有望进一步释放。DISCO的3家设备生产工厂全设立在 日本本土，其中2家位于广岛县吴市，1家位于长野县茅野市。由于新能源汽车所需 的功率半导体需求持续增长，带动部分设备需求强劲，DISCO目前现有工厂产能持 续全开。从2023年起，DISCO计划在今后10年内将切割/研磨芯片、电子零件材料的 制造设备产能一下子提高至现行的约3倍，将兴建于广岛县吴市的新工厂投资800亿 日圆，视需求动向将分3期工程依序扩增产能。此外，DISCO也计划在长野事业所茅 野工厂（长野县茅野市）附近取得建厂用地，计划在2025年度兴建新工厂，主要是 应用于新能源汽车等用途的功率半导体需求。

综上所述，回顾DISCO的发展历程，公司深耕半导体切、磨、抛领域近八十载，积 累了成熟的产业化经验，公司龙头地位的取得正是依靠其设备高精准度的技术优势、 引领行业变革的全套解决方案和以客户需求为导向的研发和服务体系。通过持续不 断的技术创新和客户导向的发展策略，DISCO在市场上始终保持了卓越的竞争力， 并为行业的可持续发展做出了积极贡献，并在不断抬高半导体划片机和减薄机行业 门槛的同时构筑起了一道坚实的“护城河”，使其能够成为半导体精密加工设备的 领军者。