在高掃描速度下，用高重復頻率的飛秒光纖激光器切割晶圓，明顯比用納秒激光器切割的晶圓具有更高的斷裂強度。

半導體芯片和封裝正在向更高密度的互連方向發(fā)展。融入半導體芯片（如處理器和存儲器）中的復雜的材料成份，對封裝技術提出了新的要求。目前，傳統(tǒng)的機械晶圓切割技術仍占據(jù)主導地位，但是當切割厚度小于100µm的晶圓時，機械晶圓切割方法會受到一定的限制。隨著芯片中的線寬越來越窄，以及低k電介質絕緣薄膜的使用日益增多，傳統(tǒng)的光纖激光器機械晶圓切割技術只能勉強滿足下一代集成電路的生產需求。

在過去十年間，業(yè)界一直在研究激光晶圓切割技術，以克服傳統(tǒng)的機械晶圓切割技術的局限性。研究發(fā)現(xiàn)，紫外（UV）納秒激光器對具有脆弱的后端互連的晶圓進行切割時，在產量和可靠性方面都比傳統(tǒng)的機械晶圓切割技術大為提高。但是，納秒激光切割所產生的熱效應將降低晶圓的斷裂強度，從而降低了最終器件的壽命和可靠性。[1]為了解決這些問題，美國IMRA公司利用超短脈沖光纖激光器切割晶圓，與傳統(tǒng)的機械切割技術相比，這種方法獲得了更高的晶圓斷裂強度，同時還能滿足業(yè)界對產能和成本的要求（見圖1）。

圖1：利用飛秒激光器在高掃描速度下切割晶圓，切割效果因掃描速度的不同而不同。左、右兩張圖分別是以4m/s和80mm/s的掃描速度切割晶圓的效果圖，很顯然，掃描速度越高，切割效果越好。

切割挑戰(zhàn)

盡管二極管泵浦固態(tài)（DPSS）紫外納秒激光系統(tǒng)克服了半導體加工中的許多問題，但是納秒激光切割所產生的熱效應大大降低了晶圓的斷裂強度。

晶圓的斷裂壓力為σ=3FL/2bh2，其中F為施加的壓力或張力，L為跨度，b為晶圓的寬度，h為晶圓的厚度。利用圖2所示的三點彎曲試驗裝置測量斷裂壓力，采用機械切割技術，晶圓的斷裂壓力通常是650MPa，斷裂壓力與施加力的方向無關。采用紫外納秒激光技術，晶圓的斷裂壓力顯著降低至440MPa（施加壓力）和200MPa（施加張力）。使用三點或四點彎曲試驗裝置，激光切割晶圓在壓力或張力情況下的斷裂壓力差減少，施加壓力時斷裂壓力是250MPa，施加張力時斷裂壓力是174MPa，小于采用機械切割技術晶圓斷裂壓力的一半。[2]當切割速度大于100mm/s時，產量顯著提高，但是斷裂壓力也隨之顯著降低，從而影響器件的封裝，進而降低了整個設備的壽命。

圖2：用于分析半導體晶圓斷裂壓力的三點彎曲試驗裝置

超短脈沖激光器可以消除納秒激光脈沖在切割區(qū)域外所產生的熱擴散。[3]但是，切割質量的改善通常需要很快的切割速度。研究表明，當激光對切割目標的影響較小時，可以獲得高質量的切割端面。對于傳統(tǒng)的Ti:sapphire飛秒激光系統(tǒng)，若產生能量為1mJ、重復頻率為1kHz的超短脈沖，輸入脈沖能量必須經過衰減或者使能量分布呈線聚焦。然而，即便Ti:sapphire飛秒激光系統(tǒng)處于最佳運行條件，切割厚度為50µm的硅晶圓時，其最高切割速度也只有5mm/s。[4]