厚硅片的高速激光切片研究.pdf
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1、第 卷 第期 年 月 光学 精密工程 收稿日期: ; 修订日期: 基金项目: 国家 计划重大项目( ) , 北京市科委重大项目( ) 资助。 文章编号 ( ) 厚硅片的高速激光切片研究 崔建丰 ,赵 晶,樊仲维,赵存华,张 晶, 牛 岗 ,石朝晖,裴 博, 张国新,薛 岩,毕 勇,亓 岩 ( 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 ;中国科学院研究生院, 北京 ; 北京国科世纪激光技术有限公司, 北京 ;中国科学院光电研究院, 北京 ; 有研半导体材料股份有限公司, 北京 ) 摘要:基于激光切片原理的分析, 给出了厚硅片的高速激光切片方法, 采用平凸腔补偿工作物质的热透镜效应,
2、利用 棒本身的自孔径选模作用, 获得了光束质量因子犕等于 的 激光输出。选取合适的扩束倍 数、 重复频率和出气孔直径, 当切割 厚的硅片时, 切片速度达 ; 当切割两层叠放的 厚的硅 片时, 切片速度达到 。切片的切口光滑, 切缝较窄, 重复精度高, 切片质量好, 达到用传统方法难以达到的切 片效果。 关 键 词: 激光技术; 全固体激光器; 声光调犙;激光切片; 硅片 中图分类号: 文献标识码: 犛 狋 狌 犱 狔狅 狀犔 犇 狆 狌 犿 狆 犲 犱犖 犱:犢 犃 犌犾 犪 狊 犲 狉 犮 狌 狋 狋 犲 狉 犳 狅 狉 狊 犻 犾 犻 犮 狅 狀狑 犪 犳 犲 狉 , , , , , ,
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4、 犲 犮 犺 狀 狅 犾 狅 犵 狔犆 狅,犔 狋 犱,犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪; 犃 犮 犪 犱 犲 犿 狔狅 犳犗 狆 狋 狅 犲 犾 犲 犮 狋 狉 狅 狀 犻 犮 狊,犆 犺 犻 狀 犲 狊 犲犃 犮 犪 犱 犲 犿 狔狅 犳犛 犮 犻 犲 狀 犮 犲 狊,犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪; 犌 狉 犻 狀 犿犛 犲 犿 犻 犮 狅 狀 犱 狌 犮 狋 狅 狉犕 犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊犆 狅,犔 狋 犱,犅 犲 犻 犼 犻 狀 犵 ,犆 犺 犻 狀 犪) 犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋: , , , , 犕 , , , ; , , 犓 犲
5、 狔狑 狅 狉 犱 狊: ; ; 犙 ; ; 引 言 在当今全球超过 亿美元的电子通信半 导体市场中, 以上的半导体器件是用硅材料 制作的, 集成电路的 以上是用硅制作的。相 对其它半导体材料而言, 硅具有物博价廉, 易于生 长大尺寸高纯度晶体及热性能与机械性能优良等 优点。目前世界上硅单晶片的年产量已达 , 其中全球 硅片的年需要量已 超过 , 约合 单晶。各国对 硅单晶材料的消耗量反映了各国集成电路制造业 的规模和工艺水平, 而各国的硅单晶材料和硅抛 光片的制造水平也是各国集成电路产业是否独立 自主的重要标志。 我国半导体单晶硅生产能力为 , 产量 约 ; 单晶硅多为 , 其中以 为主,
6、抛光片直径为 , 产量合计为 , 世界抛光硅片的产量约 , 以 和 为主, 我国抛光硅片产 量仅占世界抛光硅片的 , 且直径偏小。单 晶硅抛光片以 为主, 而国际主流产品即 抛光片在我国尚处于试制阶段 。 在硅晶片的生产加工过程中, 把单晶硅锭加 工成抛光片, 通常需要至少六道机械加工、 两道化 学加工和一至两道抛光 工艺, 成品率的高低成 为半导体材料厂家降低成本, 提高产量和市场竞 争力, 扩大市场占有率至关重要的一环。由于目 前国内各半导体材料厂在硅晶片加工过程中存在 相当比例的加工废品, 通过使用本文研制的 抽运 激光切片机将大尺寸废硅片切 割成稍小尺寸的产品, 如将 废硅晶片切割 成
7、 硅晶片或将 废硅晶片切割 成 硅晶片, 解决了传统的金刚石切割、 超 声波切割、 高速旋转圆盘切割造成的切缝宽、 表面 易碎、 速度慢、 良品率低等缺点 , 可以将废晶片 变废为宝, 节约生产厂家成本, 提高资源利用率, 达到挽救半导体材料厂家废品率高、 成本高、 竞争 力低的命运。 激光切片机理 激光切片的实际应用一般来说有两种 : ( ) 划痕切割: 由于硅片是脆性材料, 不需要完全切 透, 只要激光在硅片上打出一系列互相衔接的盲 孔, 孔的深度是硅片厚度的, 并且划线 沿着或垂直于硅片的解理面, 由于应力集中, 稍加 力, 硅片就可以很容易地沿此线折断, 划线速度很 高, 此法适合于高
8、速直线切割。( ) 穿透切割: 当 切片轨迹不沿着或垂直于硅片的解理面时, 一般 就要求实行穿透切割。本文主要讨论穿透切割。 对于厚硅片的激光切割, 国内外尚处于摸索阶段, 能查到的资料只有激光划片或者划痕切割, 而没 有激光切片的报道。而要实现厚硅片的穿透切 割, 就要求在保证高峰值功率的同时, 还要保证小 的聚焦光斑尺寸和长的焦深, 这就要求有高峰值 功率、 高平均功率、 高光束质量的激光器和精心设 计的聚焦光学系统。 硅片或其他类似的脆性材料在脉冲激光的瞬 时作用下, 可被近似地认为吸收的激光能量值产 生基质的汽化及熔化, 而没有辐射、 对流和传导热 损失。则硅片所吸收的激光功率 犘狏
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- 关 键 词:
- 硅片 高速 激光 切片 研究
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