在早期半导体产业（如6英寸及以下晶圆时代），晶圆的定位依赖一条平直的边缘（Flat）。这种设计简单直观，但随着晶圆尺寸增大（8英寸、12英寸），平边的缺点逐渐暴露：

1.空间浪费：平边占据晶圆边缘的直线部分，导致边缘区域无法排布芯片（如图形化切割时平边附近无法放置有效电路），而大尺寸晶圆边缘面积占比更高，浪费更显著。

2.机械强度问题：平边在高速旋转或高温工艺中可能引发应力集中，导致晶圆破裂风险增加。

3.自动化兼容性差：机械臂抓取时，平边的方向识别精度较低，尤其在多工艺步骤中容易累积误差。

Notch的诞生：为了解决这些问题，行业在20世纪90年代逐步推广凹口设计，尤其在300mm（12英寸）晶圆成为主流后，Notch几乎完全取代了Flat。其优势在于：

1.最小化空间占用：凹口仅为一个V形或U形缺口（深度约1-2mm），几乎不损失晶圆边缘的有效面积，可多切割出数十个芯片。
2.高精度定位：凹口可通过激光传感器或光学系统快速识别，定位精度可达微米级，满足纳米制程的需求。

二、Notch的四大核心功能与技术实现

1. 晶体方向标识：硅的“分子级导航”

硅晶圆是单晶结构，其原子排列方向（如<100>、<111>）直接影响芯片性能。例如：

（1）<100>晶向：常用于CMOS工艺，因其氧化层质量高，适合制造逻辑芯片。
（2）<111>晶向：在MEMS传感器中更常见，因其机械特性更优。

Notch与晶向的对应关系：  

Notch的位置严格对应晶体的特定方向。例如，在<100>晶向的晶圆上，Notch通常指向晶体的主参考轴，光刻机需根据这一方向调整掩膜版的对准角度。若方向偏差超过0.1度，可能导致晶体管沟道迁移率下降，最终影响芯片速度与功耗。

2. 工艺防呆设计：避免“一错毁所有”

在半导体制造中，晶圆需经历光刻、刻蚀、离子注入等数百道工序，任何一步方向错误都会导致整片晶圆报废。Notch的防呆机制通过两种方式实现：

（1）机械防呆：设备载具设计为仅允许晶圆以特定方向（Notch朝固定位置）放入，类似“钥匙与锁”的匹配原理。
（2）光学校验：高分辨率摄像头实时扫描Notch位置，与数据库中的预设坐标比对，若偏差超限则触发报警停机。

典型案例：在极紫外光刻（EUV）中，掩膜版与晶圆的对准精度需达到纳米级，Notch的定位数据会被提前输入光刻机的校准系统，确保图形投射方向与晶体结构严格一致。

3. 切割与封装基准：从“整片”到“单颗”的精准分割

晶圆完成制造后，需通过划片机（Dicing Saw）或激光切割将其分割为单个芯片（Die）。Notch在此环节的关键作用包括：

（1）坐标系建立：切割路径以Notch为原点，结合晶圆边缘曲率数据，生成切割轨迹。若使用平边，边缘直线区域可能导致坐标系倾斜。
（2）补偿热膨胀：在高温工艺后，晶圆可能发生微米级形变。切割机通过扫描Notch位置，动态调整切割参数，避免因形变导致切穿芯片或残留未切断材料。

经济效益：一片12英寸晶圆可产出数千颗芯片，若切割偏差导致1%的损失，直接成本损失可达数万美元。Notch的精准对齐可将切割良率提升至99.9%以上。

4. 晶圆身份标识：生产线的“隐形条形码”

现代晶圆厂中，同一生产线可能并行处理多种工艺（如逻辑芯片、存储器、车规级芯片），不同晶圆的工艺参数（温度、时间、气体浓度等）差异极大。Notch可通过以下方式传递信息：

（1）位置编码：Notch的角度偏移可代表不同产品型号（例如，Notch位于30°代表逻辑芯片，45°代表存储器）。
（2）深度与形状编码：通过激光加工不同深度或形状的Notch（如V形、U形），可嵌入更多信息（如客户代码、工艺版本）。

自动化流程示例：  
1. 机械臂抓取晶圆 → 2. 传感器扫描Notch位置与形状 → 3. 系统调取对应工艺配方 → 4. 载入指定反应腔室。  
全程无需人工干预，避免混料风险。

三、Notch的未来挑战与创新方向

1. 超薄晶圆与柔性基板的定位难题

随着芯片向3D封装和柔性电子发展，晶圆厚度从775μm（12英寸）降至50μm以下，传统Notch可能因机械强度不足导致晶圆破损。解决方案包括：

（1）隐形Notch：通过离子注入在晶圆内部形成应力标记点，表面不留物理缺口。
（2）光学编码：在晶圆边缘印刷荧光标记，通过紫外光识别。

2. 人工智能与Notch的协同优化

AI技术正在改变Notch的应用场景：
（1）动态校准：利用机器学习分析历史数据，预测晶圆热膨胀趋势，实时调整切割路径。
（2）缺陷预测：通过Notch周围的微裂纹图像训练AI模型，提前预警晶圆断裂风险。

四、从Notch看半导体工业的“细节哲学”

半导体制造是“失之毫厘，谬以千里”的行业。一个仅几毫米的Notch，背后是材料科学、机械工程、光学检测等多学科的融合。它的存在提醒我们：技术的进步往往始于对“微小问题”的极致优化。无论是光刻机的波长缩短，还是Notch的精度提升，本质上都是在挑战物理极限，将不可能变为可能。