通常來說，硅晶圓是由金剛石鋸切割好的，偶而也有用劃線器和剝裂加工的，但劃線器和剝裂加工具有一定的局限性，它們只能平直劃線，且容易缺邊。隨著激光器技術(shù)的不斷完善發(fā)展，越來越多的硅片加工采用激光技術(shù)，激光器在硅晶圓加工領(lǐng)域的主要應(yīng)用有切割、劃刻、打孔和打標(biāo)等。目前用于硅片加工的主要激光光源為倍頻YVO4綠光、紫外光等，但倍頻YVO4激光器操作費時，且價格昂貴，使其應(yīng)用受到了一定限制。光纖激光器憑借較高的光束質(zhì)量、較寬的脈沖頻率調(diào)節(jié)范圍和較低的成本，使其在硅晶圓加工方面的應(yīng)用日益獲得飛速發(fā)展。
SPI光纖激光器簡介
目前SPI公司的產(chǎn)品主要分為連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器兩大類。連續(xù)光纖激光器包括25～400W系列產(chǎn)品，脈沖光纖激光器包括10～40W系列產(chǎn)品。連續(xù)光纖激光器主要用于硅片切割；脈沖光纖激光器主要用于硅片劃刻、打孔和打標(biāo)等。
G3脈沖激光器——與基于Q開關(guān)技術(shù)的光纖激光器不同的是，SPI公司的10～40W G3（第三代）脈沖激光器采用主振蕩功率放大（MOPA）技術(shù)，由于其輸出頻率是由種子光的頻率決定的，而種子激光的頻率可通過電調(diào)制的方式直接控制，因此該激光器具有連續(xù)輸出（當(dāng)種子光的輸出為連續(xù)輸出時）和脈沖輸出（當(dāng)種子光的輸出為脈沖輸出時） 兩種操作模式。在脈沖模式下，40W脈沖激光器重頻率范圍為1～500kHz，峰值功率可達(dá)20kW，單脈沖能量可達(dá)1.25mJ，脈沖寬度可達(dá)10nm，并且內(nèi)置25種波形可供選擇。平均功率、峰值功率、脈沖頻率和脈沖寬度等參數(shù)可根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整，從而極大地拓寬了G3激光器在硅片加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，極大地提高了加工效率。
R4連續(xù)激光器系統(tǒng)——SPI公司的連續(xù)激光器包括25～200W風(fēng)冷激連續(xù)光器和100～400W水冷連續(xù)激光器，最大調(diào)制頻率為100kHz，輸出功率穩(wěn)定性為±0.5%。
激光切割晶圓
SPI公司最近發(fā)明了一種能獲得超高切割質(zhì)量的高速晶圓切割方法。用200W連續(xù)光纖激光器在200μm （0.008”）厚的多晶硅上以10m/min的速度切割，可以獲得相當(dāng)平滑的、沒有任何裂紋的切割邊緣 ，以及寬度40μm的非常平行的無裂紋切口。即使在晶圓厚度達(dá)1.2mm（0. 05”）時，仍能以超過1m/min的速度實現(xiàn)超高質(zhì)量切割，能與現(xiàn)有的其他切割方法相匹敵。表1中的數(shù)據(jù)表明了光纖激光器在硅晶圓切割應(yīng)用中的競爭性優(yōu)勢。
表1：SPI 連續(xù)激光器切割參數(shù)
目前，SPI正在為該加工方法申請專利。該方法可以實現(xiàn)優(yōu)異的切割邊緣質(zhì)量，圖1顯示了用50W連續(xù)光纖激光器獲得的切割質(zhì)量。甚至在切割有圖案的晶圓時，也能獲得高質(zhì)量的頂部邊緣，無任何裂紋顯示（見圖2）。這種新的切割方法也可以像現(xiàn)有的金剛石割鋸技術(shù)一樣加工出平直的形狀。
圖1：50W連續(xù)激光器切割250μm 厚硅帶，切割速度為2.5m/min。
圖2：200W連續(xù)激光器切割有電路圖的厚度為0.8mm (0.03”)的晶圓，切割速度為3.5m/min。
SPI的脈沖激光器也可以有效地用于硅切割或劃線，用20W的光纖激光器，參數(shù)設(shè)置為65kHz的重復(fù)頻率和75ns脈沖長度，可以在200μm厚的晶圓上以200mm/min的速度切割。這就產(chǎn)生了一個以重新固化的硅結(jié)核為特征的切割邊緣 （見圖3）。
圖 3：20W 光纖激光器切割的樣品：100 μm厚硅片，多次、有效速度250mm/min，重復(fù)頻率25kHz，脈沖長度200ns。
激光硅晶圓打孔
SPI的脈沖激光器通過脈沖波形控制實現(xiàn)了很大的靈活性，能在鉆孔應(yīng)用中大顯身手。更大的振幅意味著更大的峰值功率。波形WF0提供的更高的峰值功率和脈沖能量，能產(chǎn)生更大直徑的孔。改變頻率，峰值功率和脈沖能量隨之改變，孔徑也隨之變化。因此微米級的不同孔徑，能通過激光器的頻率和脈沖特征加以改變。圖4所示為20W 光纖激光器用不同的脈沖特征，在硅片上加工出的幾個孔。
圖 4：20W脈沖激光器參數(shù)設(shè)定：脈沖頻率500 kHz、波形WF5 (上圖)；脈沖頻率25kHz、波形WF0 (下圖)。左圖孔徑為25μm，右圖孔徑為50μm。
從圖4中可以看出，激光鉆孔可以產(chǎn)生寬范圍的孔徑，這也顯示了SPI 20W脈沖激光器的靈活性。采用163mm 焦距和8mm的輸入光束直徑，可以獲得很好的加工效果。
在鉆孔過程中，材料被清除出孔，而碎屑留在表面。但是，碎屑傾向于低粘性，并且可用超聲波來清除。超聲波清洗的好處在于它是在水中進行的，這要比起傳統(tǒng)的用酸清洗要溫和得多。
有時也會用到盲孔。這種要求實現(xiàn)一個平滑的內(nèi)部輪廓。圖5是用20W脈沖激光器在硅片上鉆出的一個盲孔。
圖5：用20W脈沖激光器在硅片上打出的盲孔。
激光硅晶圓劃線
20W HS 脈沖光纖激光器可以用來標(biāo)刻硅。劃線應(yīng)用的要求包括窄線、低HAZ（熱影響區(qū)）、最小化表面碎屑和無鋸痕。在低重復(fù)頻率、高脈沖能量時，會產(chǎn)生很深的劃痕，但HAZ更高，碎屑更多。在高重復(fù)頻率、低脈沖能量時，可以更好地控制輸入熱量，相應(yīng)地減少了HAZ和碎屑的影響。盡管這時劃線不夠深，但可以經(jīng)過多次脈沖保證所需的深度。圖6顯示的是在不同速度下（mm/s）的劃線情況，使用的是焦距163mm、頻率25kHz、WF0和輸入光束直徑6.5mm的20W激光器。
圖6：用20W脈沖激光器在150mm/s、175mm/s和200mm/s的不同速度下進行硅劃線。
圖7顯示了用25kHz、WF0和速度500mm/s的激光器在硅上劃線。劃痕已經(jīng)被超聲波清理過。
圖7：用20W脈沖激光器在硅片上刻槽，激光參數(shù)設(shè)定：速度500mm/s，脈沖頻率25kHz，波形WF0 。刻槽寬度約為35μm。
激光晶圓打標(biāo)
20W HS也能用于硅打標(biāo)。用低能量脈沖可以獲得平滑甚至低蒸發(fā)產(chǎn)生融化的標(biāo)記。圖8顯示了用20W、375kHz的激光器打標(biāo)的優(yōu)異效果。
圖8：用20W脈沖激光器在375kHz脈沖頻率下打標(biāo)所實現(xiàn)的良好效果。
從上面的應(yīng)用實例可以看出，通過對同一臺激光器進行不同設(shè)置，根據(jù)材料的特點，選擇不同的波形、脈沖頻率等參數(shù)，可分步驟地對材料進行精細(xì)加工，從而得到最佳加工效果。
SPI脈沖激光器的最大特點是用戶可對激光輸出的波形、脈沖寬度、脈沖頻率、單脈沖能量，以及平均輸出功率等參數(shù)進行選擇，從而針對不同材料選擇一組最佳參數(shù)組合，以達(dá)到最佳加工效果。#p#分頁標(biāo)題#e#
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