超短脈沖的優勢
利用超短脈沖切割晶圓的前提是激光的重復頻率和平均功率可以改變。飛秒光纖放大器可用于改變超短脈沖激光的平均功率。高光學增益和高斜率效率，確保了超短脈沖激光在單一路徑中保持著較高的平均功率，因而無需再生放大。低工作電壓的全光纖聲光調制器，可用于改變超短脈沖激光的重復頻率，并且能很容易地獲得數十兆赫茲的脈沖重復頻率。
美國IMRA公司在一個緊湊的封裝中，利用非線性脈沖壓縮實現了光纖啁啾脈沖放大（FCPA）。[5]以FCPA為基礎的飛秒激光器已經非常成熟，其性能和可靠性均能滿足工業應用的需求。大纖芯光纖放大器通常輸出單一橫模，光束的傳播取決于光纖的波導特性，因此其對熱透鏡效應并不敏感。盡管由于光纖的模場直徑通常小于30µm，致使光纖放大器的最大輸出脈沖能量受到非線性效應的限制，但該技術依然能產生能量大于10μJ的脈沖，并且在一個沒有水冷的緊湊封裝結構中，輸出功率超過10W。[6]
圖3是厚度為50µm的硅晶圓的斷裂壓力隨掃描速度的變化曲線圖，用于切割晶圓的超短脈沖的脈寬為700fs，能量為10μJ，重復頻率為500kHz，掃描次數正比于掃描速度，平均切割速度為6mm/s。試驗表明，掃描速度最大時，晶圓的斷裂壓力也最大。當掃描速度為4m/s時，斷裂壓力超過機械切割的斷裂壓力（780MPa）。當掃描速度為400mm/s時，斷裂壓力降至500MPa以下，與UV納秒激光切割晶圓的斷裂壓力相當。當掃描速度降至80mm/s時，斷裂壓力降為253MPa。
圖3：厚度為50µm的硅晶圓的斷裂壓力隨掃描速度的變化曲線圖。用于切割晶圓的超短脈沖的脈寬為700fs，能量為10μJ，重復頻率為500kHz。斷裂壓力隨掃描速度的增加而增加。
掃描電子顯微鏡（SEM）圖片也顯示：當掃描速度為4m/s時，晶圓的端面質量明顯高于掃描速度為80mm/s時的端面質量。此外，高速掃描時產生的消融碎片的數量將顯著減少，這也是高速掃描的一個重要優勢。
使用超短脈沖切割晶圓具有與納秒激光一樣的熱效應。眾所周知，自動點膠機當高重復頻率的超短脈沖用于材料處理時，熱累積是一個非常嚴重的問題。[7]為了證明晶圓斷裂壓力和切割質量的下降是由瞬時熱沉積造成的，研究人員采用一對時間間隔為25ns的超短脈沖進行切割試驗，脈沖的重復頻率為500kHz，能量為10μJ，掃描速度為4m/s。在雙脈沖切割情形下，斷裂壓力減小至390MPa，切割端面較為粗糙，并且產生了許多明顯的碎片（見圖4）。因此，使用超短激光脈沖切割晶圓時，必須在納秒時間內對熱量沉積進行有效控制，并且選擇合適的工藝參數，以避免為增加產量提高激光重復頻率所導致的熱累積效應。
圖4：SEM圖片表明，當采用“雙脈沖”以4m/s的掃描速度切割晶圓時，Reaxys端面質量較差，同時碎片明顯增加。
研究表明：利用超短脈沖光纖激光器，在高速掃描和高脈沖重復頻率下切割晶圓，熱效應顯著降低。這是光纖激光器的一個明顯優勢，飛秒激光將在下一代微電子器件制造領域中發揮重要作用。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
