激光切割晶圆

SPI公司最近发明了一种能获得超高切割质量的高速晶圆切割方法。用200W连续光纤激光器在200μm （0.008”）厚的多晶硅上以10m/min的速度切割，可以获得相当平滑的、没有任何裂纹的切割边缘 ，以及宽度40μm的非常平行的无裂纹切口。即使在晶圆厚度达1.2mm（0. 05”）时，仍能以超过1m/min的速度实现超高质量切割，能与现有的其他切割方法相匹敌。表1中的数据表明了光纤激光器在硅晶圆切割应用中的竞争性优势。

目前，SPI正在为该加工方法申请专利。该方法可以实现优异的切割边缘质量，图1显示了用50W连续光纤激光器获得的切割质量。甚至在切割有图案的晶圆时，也能获得高质量的顶部边缘，无任何裂纹显示（见图2）。这种新的切割方法也可以像现有的金刚石割锯技术一样加工出平直的形状。

表1：SPI 连续激光器切割参数

图1：50W连续激光器切割250µm 厚硅带，切割速度为2.5m/min。

图2：200W连续激光器切割有电路图的厚度为0.8mm (0.03”)的晶圆，切割速度为3.5m/min。

SPI的脉冲激光器也可以有效地用于硅切割或划线，用20W的光纤激光器，参数设置为65kHz的重复频率和75ns脉冲长度，可以在200μm厚的晶圆上以200mm/min的速度切割。这就产生了一个以重新固化的硅结核为特征的切割边缘 （见图3）。

图 3：20W 光纤激光器切割的样品：100 µm厚硅片，多次、有效速度250mm/min，重复频率25kHz，脉冲长度200ns。

激光硅晶圆打孔

SPI的脉冲激光器通过脉冲波形控制实现了很大的灵活性，能在钻孔应用中大显身手。更大的振幅意味着更大的峰值功率。波形WF0提供的更高的峰值功率和脉冲能量，能产生更大直径的孔。改变频率，峰值功率和脉冲能量随之改变，孔径也随之变化。因此微米级的不同孔径，能通过激光器的频率和脉冲特征加以改变。图4所示为20W 光纤激光器用不同的脉冲特征，在硅片上加工出的几个孔。

图 4：20W脉冲激光器参数设定：脉冲频率500 kHz、波形WF5 (上图)；脉冲频率25kHz、波形WF0 (下图)。左图孔径为25μm，右图孔径为50μm。

从图4中可以看出，激光钻孔可以产生宽范围的孔径，这也显示了SPI 20W脉冲激光器的灵活性。采用163mm 焦距和8mm的输入光束直径，可以获得很好的加工效果。

在钻孔过程中，材料被清除出孔，而碎屑留在表面。但是，碎屑倾向于低粘性，并且可用超声波来清除。超声波清洗的好处在于它是在水中进行的，这要比起传统的用酸清洗要温和得多。

有时也会用到盲孔。这种要求实现一个平滑的内部轮廓。图5是用20W脉冲激光器在硅片上钻出的一个盲孔。

图5：用20W脉冲激光器在硅片上打出的盲孔。