超短脈衝(chong) 的優(you) 勢
利用超短脈衝(chong) 切割晶圓的前提是激光的重複頻率和平均功率可以改變。飛秒光纖放大器可用於(yu) 改變超短脈衝(chong) 激光的平均功率。高光學增益和高斜率效率，確保了超短脈衝(chong) 激光在單一路徑中保持著較高的平均功率，因而無需再生放大。低工作電壓的全光纖聲光調製器，可用於(yu) 改變超短脈衝(chong) 激光的重複頻率，並且能很容易地獲得數十兆赫茲(zi) 的脈衝(chong) 重複頻率。

美國IMRA公司在一個(ge) 緊湊的封裝中，利用非線性脈衝(chong) 壓縮實現了光纖啁啾脈衝(chong) 放大（FCPA）。[5]以FCPA為(wei) 基礎的飛秒激光器已經非常成熟，其性能和可靠性均能滿足工業(ye) 應用的需求。大纖芯光纖放大器通常輸出單一橫模，光束的傳(chuan) 播取決(jue) 於(yu) 光纖的波導特性，因此其對熱透鏡效應並不敏感。盡管由於(yu) 光纖的模場直徑通常小於(yu) 30µm，致使光纖放大器的最大輸出脈衝(chong) 能量受到非線性效應的限製，但該技術依然能產(chan) 生能量大於(yu) 10μJ的脈衝(chong) ，並且在一個(ge) 沒有水冷的緊湊封裝結構中，輸出功率超過10W。[6]

圖3是厚度為(wei) 50µm的矽晶圓的斷裂壓力隨掃描速度的變化曲線圖，用於(yu) 切割晶圓的超短脈衝(chong) 的脈寬為(wei) 700fs，能量為(wei) 10μJ，重複頻率為(wei) 500kHz，掃描次數正比於(yu) 掃描速度，平均切割速度為(wei) 6mm/s。試驗表明，掃描速度最大時，晶圓的斷裂壓力也最大。當掃描速度為(wei) 4m/s時，斷裂壓力超過機械切割的斷裂壓力（780MPa）。當掃描速度為(wei) 400mm/s時，斷裂壓力降至500MPa以下，與(yu) UV納秒激光切割晶圓的斷裂壓力相當。當掃描速度降至80mm/s時，斷裂壓力降為(wei) 253MPa。

圖3：厚度為(wei) 50µm的矽晶圓的斷裂壓力隨掃描速度的變化曲線圖。用於(yu) 切割晶圓的超短脈衝(chong) 的脈寬為(wei) 700fs，能量為(wei) 10μJ，重複頻率為(wei) 500kHz。斷裂壓力隨掃描速度的增加而增加。

掃描電子顯微鏡（SEM）圖片也顯示：當掃描速度為(wei) 4m/s時，晶圓的端麵質量明顯高於(yu) 掃描速度為(wei) 80mm/s時的端麵質量。此外，高速掃描時產(chan) 生的消融碎片的數量將顯著減少，這也是高速掃描的一個(ge) 重要優(you) 勢。

使用超短脈衝(chong) 切割晶圓具有與(yu) 納秒激光一樣的熱效應。眾(zhong) 所周知，自動點膠機當高重複頻率的超短脈衝(chong) 用於(yu) 材料處理時，熱累積是一個(ge) 非常嚴(yan) 重的問題。[7]為(wei) 了證明晶圓斷裂壓力和切割質量的下降是由瞬時熱沉積造成的，研究人員采用一對時間間隔為(wei) 25ns的超短脈衝(chong) 進行切割試驗，脈衝(chong) 的重複頻率為(wei) 500kHz，能量為(wei) 10μJ，掃描速度為(wei) 4m/s。在雙脈衝(chong) 切割情形下，斷裂壓力減小至390MPa，切割端麵較為(wei) 粗糙，並且產(chan) 生了許多明顯的碎片（見圖4）。因此，使用超短激光脈衝(chong) 切割晶圓時，必須在納秒時間內(nei) 對熱量沉積進行有效控製，並且選擇合適的工藝參數，以避免為(wei) 增加產(chan) 量提高激光重複頻率所導致的熱累積效應。

圖4：SEM圖片表明，當采用“雙脈衝(chong) ”以4m/s的掃描速度切割晶圓時，Reaxys端麵質量較差，同時碎片明顯增加。

研究表明：利用超短脈衝(chong) 光纖激光器，在高速掃描和高脈衝(chong) 重複頻率下切割晶圓，熱效應顯著降低。這是光纖激光器的一個(ge) 明顯優(you) 勢，飛秒激光將在下一代微電子器件製造領域中發揮重要作用。