激光技術應用于硅晶圓切割分粒已有數年歷史，而且這個應用還在不斷地增長。隨著硅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(yōu)勢凸顯出來，人們也很自然的會問一個問題：什么激光最適合晶元分粒技術？

答案并不簡單。對于不同的脈沖激光器而言，即使具有相同平均功率和重復頻率，晶元分粒的速度與質量也會有非常大的差異，原因在于除平均功率和重復頻率之外，其他的激光參數比如脈沖寬度和激光波長等對于工藝的影響非常顯著。比如，較長脈沖寬度與激光波長會提高切割的速度，但是也會造成過度的材料熔化與開裂，相對而言短脈沖寬度（皮秒、飛秒）、短波長（紫外、深紫外）激光器會帶來最小的加工熱影響區(qū)（HAZ）；最佳的加工質量與更高的單個晶粒的強度，但是這種選擇的成本較高，且產能并不高。

基于上述因素考慮，實際半導體工業(yè)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、左側刻度）、能量密度（紅色、右側刻度）與切割速度的關系

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，關鍵問題在于如何將激光器功率與脈沖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(yè)激光應用試驗室，我們通過實驗驗證了線狀聚焦光斑在晶元分粒高效率方面的優(yōu)勢，證實了采用短脈沖、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

超短脈沖寬度帶來的低激光融化閾值與優(yōu)化的線狀聚焦光斑，充分發(fā)揮了短脈沖、短波長帶來的高切割質量，與工業(yè)級加工速度的優(yōu)勢。

圖2. Pulseo激光器經過扁長形光束聚焦后作用在硅晶圓表面上的單脈沖熔化點

激光加工硅晶圓分粒方面有著眾多的文獻，研究了從長脈寬到短脈寬、激光波長與加工質量與速度的關系。最近在薄硅晶圓采用納秒脈沖的355nm調Q激光器分粒與傳統(tǒng)的金剛石鋸片分粒在速度的比較方面也有文獻發(fā)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(yōu)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晶元厚度的關系

不僅實在切割速度方面，線聚焦光斑加工技術結合光譜-物理Pulseo激光器的短脈寬與短波長在加工過程中獲得的非常小的熱影響區(qū)域（HAZ），是獲得高質量晶元分粒的至關重要的因素。扁長的線聚焦光斑作用在材料表面脈沖重疊率更高，切縫處受激光脈沖作用更加平均，切割效果非常整齊、平滑，切割側壁精度更高。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測試表明側壁粗糙度可達RMS<0.5μm ，Ra<0.4μm。

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

Spectra-Physics Pulseo 激光器產品：

Pulseo 355-20激光器是Spectra-Physics功率最高的調Q紫外激光器。大于200μJ的激光脈沖每秒鐘可重復10萬次，從而保證了高產能；小于23nm的脈沖持續(xù)時間，使得高品質加工成為現實—這得力于本產品超高的峰值功率。