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激光技术应用于硅晶圆切割分粒已有数年历史，而且这个应用还在不断地增长。随着硅晶圆的厚度不断减小以及激光器性能的提高，激光晶元分粒的优势凸显出来，人们也很自然的会问一个问题：什么激光最适合晶元分粒技术？
答案并不简单。对于不同的脉冲激光器而言，即使具有相同平均功率和重复频率，晶元分粒的速度与质量也会有非常大的差异，原因在于除平均功率和重复频率之外，其他的激光参数比如脉冲宽度和激光波长等对于工艺的影响非常显著。比如，较长脉冲宽度与激光波长会提高切割的速度，但是也会造成过度的材料熔化与开裂，相对而言短脉冲宽度（皮秒、飞秒）、短波长（紫外、深紫外）激光器会带来最小的加工热影响区（HAZ）；最佳的加工质量与更高的单个晶粒的强度，但是这种选择的成本较高，且产能并不高。
基于上述因素考虑，实际半导体工业中纳秒级的355nm调Q激光器是晶元刻划、分粒应用的最佳选择。 （图片）
图1. 融化深度（蓝色、左侧刻度）、能量密度（红色、右侧刻度）与切割速度的关系 当今，商用激光器的功率级别不断提高，这在纳秒级窄脉宽355nm紫外激光器上也同样如此，在这种趋势下，关键问题在于如何将激光器功率与脉冲能量的提高尽可能充分而高效的利用到晶元刻划工艺中。在光谱-物理工业激光应用试验室，我们通过实验验证了线状聚焦光斑在晶元分粒高效率方面的优势，证实了采用短脉冲、短波长的激光刻划工艺不但可以得到最佳的切割质量，还能达到较高的切割速度，如下表。（图片） 超短脉冲宽度带来的低激光融化阈值与优化的线状聚焦光斑，充分发挥了短脉冲、短波长带来的高切割质量，与工业级加工速度的优势。（图片）
图2. Pulseo激光器经过扁长形光束聚焦后作用在硅晶圆表面上的单脉冲熔化点 激光加工硅晶圆分粒方面有着众多的文献，研究了从长脉宽到短脉宽、激光波长与加工质量与速度的关系。最近在薄硅晶圆采用纳秒脉冲的355nm调Q激光器分粒与传统的金刚石锯片分粒在速度的比较方面也有文献发表。对照这些文献中提及的结果，光谱-物理Pulseo 355nm 20W激光器采用线状优化聚焦光斑技术得到的数据有着非常显著的提高——使加工速度从100mm/s的量级提高到m/s的量级。（图片）
图3. 不同工艺下切割速度与晶元厚度的关系
不仅实在切割速度方面，线聚焦光斑加工技术结合光谱-物理Pulseo激光器的短脉宽与短波长在加工过程中获得的非常小的热影响区域（HAZ），是获得高质量晶元分粒的至关重要的因素。扁长的线聚焦光斑作用在材料表面脉冲重叠率更高，切缝处受激光脉冲作用更加平均，切割效果非常整齐、平滑，切割侧壁精度更高。线状聚焦光斑的Pulseo 355 激光器在400mm/s的切割速度获得的样品，97μm的切割深度处光学轮廓仪测试表明侧壁粗糙度可达RMS<0.5μm ，Ra<0.4μm。（图片）
图4. 采用优化的线状光斑聚焦后的Pulseo 355激光器得到的晶元切割粗糙度 Spectra-Physics Pulseo 激光器产品：
Pulseo 355-20激光器是Spectra-Physics功率最高的调Q紫外激光器。大于200μJ的激光脉冲每秒钟可重复10万次，从而保证了高产能；小于23nm的脉冲持续时间，使得高品质加工成为现实—这得力于本产品超高的峰值功率。
8/16/2011
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