激光切割晶圓

SPI公司最近發(fā)明了一種能獲得超高切割質(zhì)量的高速晶圓切割方法。用200W連續(xù)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(dāng)平滑的、沒(méi)有任何裂紋的切割邊緣 ，以及寬度40μm的非常平行的無(wú)裂紋切口。即使在晶圓厚度達(dá)1.2mm（0. 05”）時(shí)，仍能以超過(guò)1m/min的速度實(shí)現(xiàn)超高質(zhì)量切割，能與現(xiàn)有的其他切割方法相匹敵。表1中的數(shù)據(jù)表明了光纖激光器在硅晶圓切割應(yīng)用中的競(jìng)爭(zhēng)性優(yōu)勢(shì)。

目前，SPI正在為該加工方法申請(qǐng)專利。該方法可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的切割邊緣質(zhì)量，圖1顯示了用50W連續(xù)光纖激光器獲得的切割質(zhì)量。甚至在切割有圖案的晶圓時(shí)，也能獲得高質(zhì)量的頂部邊緣，無(wú)任何裂紋顯示（見(jiàn)圖2）。這種新的切割方法也可以像現(xiàn)有的金剛石割鋸技術(shù)一樣加工出平直的形狀。

表1：SPI 連續(xù)激光器切割參數(shù)

圖1：50W連續(xù)激光器切割250µm 厚硅帶，切割速度為2.5m/min。

圖2：200W連續(xù)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(shù)設(shè)置為65kHz的重復(fù)頻率和75ns脈沖長(zhǎng)度，可以在200μm厚的晶圓上以200mm/min的速度切割。這就產(chǎn)生了一個(gè)以重新固化的硅結(jié)核為特征的切割邊緣 （見(jiàn)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(fù)頻率25kHz，脈沖長(zhǎng)度200ns。

激光硅晶圓打孔

SPI的脈沖激光器通過(guò)脈沖波形控制實(shí)現(xiàn)了很大的靈活性，能在鉆孔應(yīng)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(chǎn)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(jí)的不同孔徑，能通過(guò)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(gè)孔。

圖 4：20W脈沖激光器參數(shù)設(shè)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(chǎn)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(guò)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(lái)清除。超聲波清洗的好處在于它是在水中進(jìn)行的，這要比起傳統(tǒng)的用酸清洗要溫和得多。

有時(shí)也會(huì)用到盲孔。這種要求實(shí)現(xiàn)一個(gè)平滑的內(nèi)部輪廓。圖5是用20W脈沖激光器在硅片上鉆出的一個(gè)盲孔。

圖5：用20W脈沖激光器在硅片上打出的盲孔。