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。隨著激光器技術的不斷完善發展，越來越多的硅片加工采用激光技術，激光器在硅晶圓加工領域的主要應用有切割、劃刻、打孔和打標等。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，使其應用受到了一定限制。光纖激光器憑借較高的光束質量、較寬的脈沖頻率調節范圍和較低的成本，使其在硅晶圓加工方面的應用日益獲得飛速發展。

SPI光纖激光器簡介

　　目前SPI公司的產品主要分為連續光纖激光器和脈沖光纖激光器兩大類。連續光纖激光器包括25～400W系列產品，脈沖光纖激光器包括10～40W系列產品。連續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、打孔和打標等。

　　G3脈沖激光器——與基于Q開關技術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，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制的方式直接控制，因此該激光器具有連續輸出（當種子光的輸出為連續輸出時）和脈沖輸出（當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20kW，單脈沖能量可達1.25mJ，脈沖寬度可達10nm，并且內置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可根據應用需求調整，從而極大地拓寬了G3激光器在硅片加工領域的應用范圍，極大地提高了加工效率。

　　R4連續激光器系統——SPI公司的連續激光器包括25～200W風冷激連續光器和100～400W水冷連續激光器，最大調制頻率為100kHz，輸出功率穩定性為±0.5%。

激光切割晶圓

　　SPI公司最近發明了一種能獲得超高切割質量的高速晶圓切割方法。用200W連續光纖激光器在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1.2mm（0. 05”）時，仍能以超過1m/min的速度實現超高質量切割，能與現有的其他切割方法相匹敵。表1中的數據表明了光纖激光器在硅晶圓切割應用中的競爭性優勢。

表1：SPI 連續激光器切割參數

　　目前，SPI正在為該加工方法申請專利。該方法可以實現優異的切割邊緣質量，圖1顯示了用50W連續光纖激光器獲得的切割質量。甚至在切割有圖案的晶圓時，也能獲得高質量的頂部邊緣，無任何裂紋顯示（見圖2）。這種新的切割方法也可以像現有的金剛石割鋸技術一樣加工出平直的形狀。

圖1：50W連續激光器切割250μm 厚硅帶，切割速度為2.5m/min。

圖2：200W連續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，參數設置為65kHz的重復頻率和75ns脈沖長度，可以在200μm厚的晶圓上以200mm/min的速度切割。這就產生了一個以重新固化的硅結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了很大的靈活性，能在鉆孔應用中大顯身手。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脈沖激光器參數設定：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，這要比起傳統的用酸清洗要溫和得多。

　　有時也會用到盲孔。這種要求實現一個平滑的內部輪廓。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刻硅。劃線應用的要求包括窄線、低HAZ（熱影響區）、最小化表面碎屑和無鋸痕。在低重復頻率、高脈沖能量時，會產生很深的劃痕，但HAZ更高，碎屑更多。在高重復頻率、低脈沖能量時，可以更好地控制輸入熱量，相應地減少了HAZ和碎屑的影響。盡管這時劃線不夠深，但可以經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，激光參數設定：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

　　20W HS也能用于硅打標。用低能量脈沖可以獲得平滑甚至低蒸發產生融化的標記。圖8顯示了用20W、375kHz的激光器打標的優異效果。

圖8：用20W脈沖激光器在375kHz脈沖頻率下打標所實現的良好效果。

　　從上面的應用實例可以看出，通過對同一臺激光器進行不同設置，根據材料的特點，選擇不同的波形、脈沖頻率等參數，可分步驟地對材料進行精細加工，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進行選擇，從而針對不同材料選擇一組最佳參數組合，以達到最佳加工效果。#p#分頁標題#e#