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采用線狀聚焦光斑的激光高速硅晶圓分粒
技術(shù)應(yīng)用于硅晶圓切割分粒已有數(shù)年歷史，而且這個(gè)應(yīng)用還在不斷地增長(zhǎng)。隨著硅晶圓的厚度不斷減小以及激光器性能的提高，激光晶元分粒的優(yōu)勢(shì)凸顯出來，人們也很自然的會(huì)問一個(gè)問題：什么激光晶元分粒技術(shù)？
答案并不簡(jiǎn)單。對(duì)于不同的脈沖激光器而言，即使具有相同平均功率和重復(fù)頻率，晶元分粒的速度與質(zhì)量也會(huì)有非常大的差異，原因在于除平均功率和重復(fù)頻率之外，其他的激光參數(shù)比如脈沖寬度和激光波長(zhǎng)等對(duì)于工藝的影響非常顯著。比如，較長(zhǎng)脈沖寬度與激光波長(zhǎng)會(huì)提高切割的速度，但是也會(huì)造成過度的材料熔化與開裂，相對(duì)而言短脈沖寬度（皮秒、飛秒）、短波長(zhǎng)（紫外、深紫外）激光器會(huì)帶來zui小的加工熱影響區(qū)（HAZ）；*的加工質(zhì)量與更高的單個(gè)晶粒的強(qiáng)度，但是這種選擇的成本較高，且產(chǎn)能并不高。
基于上述因素考慮，實(shí)際半導(dǎo)體工業(yè)中納秒級(jí)的355nm調(diào)Q激光器是晶元刻劃、分粒應(yīng)用的*選擇。
圖1. 融化深度（藍(lán)色、左側(cè)刻度）、能量密度（紅色、右側(cè)刻度）與切割速度的關(guān)系
當(dāng)今，商用激光器的功率級(jí)別不斷提高，這在納秒級(jí)窄脈寬355nm紫外激光器上也同樣如此，在這種趨勢(shì)下，關(guān)鍵問題在于如何將激光器功率與脈沖能量的提高盡可能充分而的利用到晶元刻劃工藝中。在光譜-物理工業(yè)激光應(yīng)用試驗(yàn)室，我們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了線狀聚焦光斑在晶元分粒率方面的優(yōu)勢(shì)，證實(shí)了采用短脈沖、短波長(zhǎng)的激光刻劃工藝不但可以得到*的切割質(zhì)量，還能達(dá)到較高的切割速度，如下表。
超短脈沖寬度帶來的低激光融化閾值與優(yōu)化的線狀聚焦光斑，充分發(fā)揮了短脈沖、短波長(zhǎng)帶來的高切割質(zhì)量，與工業(yè)級(jí)加工速度的優(yōu)勢(shì)。
圖2. Pulseo激光器經(jīng)過扁長(zhǎng)形光束聚焦后作用在硅晶圓表面上的單脈沖熔化點(diǎn)
激光加工硅晶圓分粒方面有著眾多的文獻(xiàn)，研究了從長(zhǎng)脈寬到短脈寬、激光波長(zhǎng)與加工質(zhì)量與速度的關(guān)系。zui近在薄硅晶圓采用納秒脈沖的355nm調(diào)Q激光器分粒與傳統(tǒng)的金剛石鋸片分粒在速度的比較方面也有文獻(xiàn)發(fā)表。對(duì)照這些文獻(xiàn)中提及的結(jié)果，光譜-物理Pulseo 355nm 20W激光器采用線狀優(yōu)化聚焦光斑技術(shù)得到的數(shù)據(jù)有著非常顯著的提高——使加工速度從100mm/s的量級(jí)提高到m/s的量級(jí)。
圖3. 不同工藝下切割速度與晶元厚度的關(guān)系
不僅實(shí)在切割速度方面，線聚焦光斑加工技術(shù)結(jié)合光譜-物理Pulseo激光器的短脈寬與短波長(zhǎng)在加工過程中獲得的非常小的熱影響區(qū)域（HAZ），是獲得高質(zhì)量晶元分粒的至關(guān)重要的因素。扁長(zhǎng)的線聚焦光斑作用在材料表面脈沖重疊率更高，切縫處受激光脈沖作用更加平均，切割效果非常整齊、平滑，切割側(cè)壁精度更高。線狀聚焦光斑的Pulseo 355 激光器在400mm/s的切割速度獲得的樣品，97μm的切割深度處光學(xué)輪廓儀測(cè)試表明側(cè)壁粗糙度可達(dá)RMS<0.5