在高掃描速度下，用高重復(fù)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(dǎo)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(dǎo)體芯片（如處理器和存儲器）中的復(fù)雜的材料成份，對封裝技術(shù)提出了新的要求。目前，傳統(tǒng)的機械晶圓切割技術(shù)仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但是當(dāng)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(zhì)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(shù)只能勉強滿足下一代集成電路的生產(chǎn)需求。

在過去十年間，業(yè)界一直在研究激光晶圓切割技術(shù)，以克服傳統(tǒng)的機械晶圓切割技術(shù)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(jìn)行切割時，在產(chǎn)量和可靠性方面都比傳統(tǒng)的機械晶圓切割技術(shù)大為提高。但是，納秒激光切割所產(chǎn)生的熱效應(yīng)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(shù)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(chǎn)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(dǎo)體加工中的許多問題，但是納秒激光切割所產(chǎn)生的熱效應(yīng)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(shù)，晶圓的斷裂壓力通常是650MPa，斷裂壓力與施加力的方向無關(guān)。采用紫外納秒激光技術(shù)，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(shù)晶圓斷裂壓力的一半。[2]當(dāng)切割速度大于100mm/s時，產(chǎn)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(jìn)而降低了整個設(shè)備的壽命。

圖2：用于分析半導(dǎo)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(chǎn)生的熱擴散。[3]但是，切割質(zhì)量的改善通常需要很快的切割速度。研究表明，當(dāng)激光對切割目標(biāo)的影響較小時，可以獲得高質(zhì)量的切割端面。對于傳統(tǒng)的Ti:sapphire飛秒激光系統(tǒng)，若產(chǎn)生能量為1mJ、重復(fù)頻率為1kHz的超短脈沖，輸入脈沖能量必須經(jīng)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]