厚硅片的高速激光切片研究

830光学精密工程第14卷Experimental results show that the cross section is fine in narrow groove and excellent repeatabilityprecision,it is more better than that of other conventional cutting methods.Key words:laser technology;all solid-state-laser;acoustooptical Q-modulation;laser cutter;silicon chip1引言2激光切片机理在当今全球超过2000亿美元的电子通信半激光切片的实际应用一般来说有两种[)：(1)导体市场中，95%以上的半导体器件是用硅材料划痕切割：由于硅片是脆性材料，不需要完全切制作的，集成电路的99%以上是用硅制作的。相透，只要激光在硅片上打出一系列互相衔接的盲对其它半导体材料而言，硅具有物博价廉，易于生孔，孔的深度是硅片厚度的1/3~1/4，并且划线长大尺寸高纯度晶体及热性能与机械性能优良等沿着或垂直于硅片的解理面，由于应力集中，稍加优点。目前世界上硅单晶片的年产量已达3.87力，硅片就可以很容易地沿此线折断，划线速度很×10ocm2,其中全球$20cm硅片的年需要量已高，此法适合于高速直线切割。(2)穿透切割：当超过1.87×101ocm2,约合5800t单晶。各国对切片轨迹不沿着或垂直于硅片的解理面时，一般硅单晶材料的消耗量反映了各国集成电路制造业就要求实行穿透切割。本文主要讨论穿透切割。的规模和工艺水平，而各国的硅单晶材料和硅抛对于厚硅片的激光切割，国内外尚处于摸索阶段，光片的制造水平也是各国集成电路产业是否独立能查到的资料只有激光划片或者划痕切割，而没自主的重要标志。有激光切片的报道。而要实现厚硅片的穿透切我国半导体单晶硅生产能力为300t/a,产量割，就要求在保证高峰值功率的同时，还要保证小约260t/a;单晶硅多为5~20cm,其中以10cm的聚焦光斑尺寸和长的焦深，这就要求有高峰值为主，抛光片直径为5~15cm,产量合计为1.29功率、高平均功率、高光束质量的激光器和精心设×103cm2,世界抛光硅片的产量约2.58×101o计的聚焦光学系统。cm2,以15cm和φ20cm为主，我国抛光硅片产硅片或其他类似的脆性材料在脉冲激光的瞬量仅占世界抛光硅片的0.5%，且直径偏小。单时作用下，可被近似地认为吸收的激光能量值产晶硅抛光片以10cm为主，而国际主流产品即生基质的汽化及熔化，而没有辐射、对流和传导热20cm抛光片在我国尚处于试制阶段[)。损失。则硅片所吸收的激光功率的在硅晶片的生产加工过程中，把单晶硅锭加P/d=ow(Cp△T+Lr+mLv)，(1)工成抛光片，通常需要至少六道机械加工、两道化式中吸收功率P=P:(1一r)学加工和一至两道抛光]工艺，成品率的高低成P:人射功率；r:反射率；：过程效率；v:切割速为半导体材料厂家降低成本，提高产量和市场竞度：切缝宽度；d:切缝深度；P:硅片基质密度；争力，扩大市场占有率至关重要的一环。由于目Cp:硅片比热，△T:升至熔点Tm的温度差值；前国内各半导体材料厂在硅晶片加工过程中存在L:熔化潜热；m:熔化后再汽化的质量百分比；相当比例的加工废品，通过使用本文研制的LDLw:汽化潜热。抽运Nd：YAG激光切片机将大尺寸废硅片切对每一批硅片，式(1)左边可当作常数，即P/割成稍小尺寸的产品，如将15cm废硅晶片切割vd=常数。成中12.5cm硅晶片或将φ12.5cm废硅晶片切割因此，决定切片速度和切片深度的主要因素成10cm硅晶片，解决了传统的金刚石切割、超是激光功率和材料性能。切片速度与有效功率密声波切割、高速旋转圆盘切割造成的切缝宽、表面度成正比（有效功率密度又与光斑模式和光斑尺易碎、速度慢、良品率低等缺点[)，可以将废晶片寸有关)，与材料密度成反比，与划缝深度成反比，变废为宝，节约生产厂家成本，提高资源利用率，其中激光器系统是整个切片装置的核心。只有保达到挽救半导体材料厂家废品率高、成本高、竞争证高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光力低的命运。器，才有可能实现高切片速度、高切片厚度、相对