激光技術應用於(yu) 矽晶圓切割分粒已有數年曆史，而且這個(ge) 應用還在不斷地增長。隨著矽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(you) 勢凸顯出來，人們(men) 也很自然的會(hui) 問一個(ge) 問題：什麽(me) 激光最適合晶元分粒技術？

答案並不簡單。對於(yu) 不同的脈衝(chong) 激光器而言，即使具有相同平均功率和重複頻率，晶元分粒的速度與(yu) 質量也會(hui) 有非常大的差異，原因在於(yu) 除平均功率和重複頻率之外，其他的激光參數比如脈衝(chong) 寬度和激光波長等對於(yu) 工藝的影響非常顯著。比如，較長脈衝(chong) 寬度與(yu) 激光波長會(hui) 提高切割的速度，但是也會(hui) 造成過度的材料熔化與(yu) 開裂，相對而言短脈衝(chong) 寬度（皮秒、飛秒）、短波長（紫外、深紫外）激光器會(hui) 帶來最小的加工熱影響區（HAZ）；最佳的加工質量與(yu) 更高的單個(ge) 晶粒的強度，但是這種選擇的成本較高，且產(chan) 能並不高。

基於(yu) 上述因素考慮，實際半導體(ti) 工業(ye) 中納秒級的355nm調Q激光器是晶元刻劃、分粒應用的最佳選擇。

圖1. 融化深度（藍色、左側(ce) 刻度）、能量密度（紅色、右側(ce) 刻度）與(yu) 切割速度的關(guan) 係

當今，商用激光器的功率級別不斷提高，這在納秒級窄脈寬355nm紫外激光器上也同樣如此，在這種趨勢下，關(guan) 鍵問題在於(yu) 如何將激光器功率與(yu) 脈衝(chong) 能量的提高盡可能充分而高效的利用到晶元刻劃工藝中。在光譜-物理工業(ye) 激光應用試驗室，我們(men) 通過實驗驗證了線狀聚焦光斑在晶元分粒高效率方麵的優(you) 勢，證實了采用短脈衝(chong) 、短波長的激光刻劃工藝不但可以得到最佳的切割質量，還能達到較高的切割速度，如下表。

表1. 晶圓厚度對應的切割速度

超短脈衝(chong) 寬度帶來的低激光融化閾值與(yu) 優(you) 化的線狀聚焦光斑，充分發揮了短脈衝(chong) 、短波長帶來的高切割質量，與(yu) 工業(ye) 級加工速度的優(you) 勢。

圖2. Pulseo激光器經過扁長形光束聚焦後作用在矽晶圓表麵上的單脈衝(chong) 熔化點

激光加工矽晶圓分粒方麵有著眾(zhong) 多的文獻，研究了從(cong) 長脈寬到短脈寬、激光波長與(yu) 加工質量與(yu) 速度的關(guan) 係。最近在薄矽晶圓采用納秒脈衝(chong) 的355nm調Q激光器分粒與(yu) 傳(chuan) 統的金剛石鋸片分粒在速度的比較方麵也有文獻發表。對照這些文獻中提及的結果，光譜-物理Pulseo 355nm 20W激光器采用線狀優(you) 化聚焦光斑技術得到的數據有著非常顯著的提高——使加工速度從(cong) 100mm/s的量級提高到m/s的量級。

圖3. 不同工藝下切割速度與(yu) 晶元厚度的關(guan) 係

不僅(jin) 實在切割速度方麵，線聚焦光斑加工技術結合光譜-物理Pulseo激光器的短脈寬與(yu) 短波長在加工過程中獲得的非常小的熱影響區域（HAZ），是獲得高質量晶元分粒的至關(guan) 重要的因素。扁長的線聚焦光斑作用在材料表麵脈衝(chong) 重疊率更高，切縫處受激光脈衝(chong) 作用更加平均，切割效果非常整齊、平滑，切割側(ce) 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的切割深度處光學輪廓儀(yi) 測試表明側(ce) 壁粗糙度可達RMS<0.5μm ，Ra<0.4μm。

圖4. 采用優(you) 化的線狀光斑聚焦後的Pulseo 355激光器得到的晶元切割粗糙度

Spectra-Physics Pulseo 激光器產(chan) 品：

Pulseo 355-20激光器是Spectra-Physics功率最高的調Q紫外激光器。大於(yu) 200μJ的激光脈衝(chong) 每秒鍾可重複10萬(wan) 次，從(cong) 而保證了高產(chan) 能；小於(yu) 23nm的脈衝(chong) 持續時間，使得高品質加工成為(wei) 現實—這得力於(yu) 本產(chan) 品超高的峰值功率。

Model	Wavelength	Peak Power	Average Power	Pulse Width	Repetition Rate (nominal)
Pulseo 355-20	355 nm	~10 kW	>20 W	< 23 ns at 100 kHz	100 kHz
Pulseo 355-10	355 nm	~5 kW	>10 W	<23 ns at 90 kHz	90 kHz