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碳化硅告别传统锯切！凯普林15W皮秒红外激光器助半导体产业腾飞

来源：发布时间：2024-12-16 浏览量：

随着全球半导体行业竞争白热化，以及国产半导体产业迅猛崛起，第三代半导体材料碳化硅（SiC），正日益受到新能源汽车、电子制造、航空航天等诸多领域的热捧。

▲图1：第三代半导体材料碳化硅

15W红外皮秒激光器

碳化硅精准加工利器

与传统硅电子器件相比，碳化硅凭借多重优势，成为一种新型半导体衬底材料。但由于其与硅的材料特性差异明显，现有的IC制备工艺并不能完全适应碳化硅的加工需求。

以晶圆片划切为例，机械锯切虽为传统方法，但在面对碳化硅时却显得力不从心。碳化硅的莫氏硬度超过9，几乎与金刚石相当，这使得锯切过程中不仅会产生大量切屑，还会迅速磨损昂贵的金刚石锯片。此外，锯切速度相对较慢，且产生的热量可能会对材料特性造成不良影响。

▲图2：碳化硅晶圆

然而，非接触式超短脉冲激光切割技术的出现，为碳化硅加工带来了全新解决方案。这种技术能显著减少或消除边缘崩裂，最大程度地降低材料的机械变化（如裂纹、应力等缺陷），实现高效、精准切割；同时，它还能最大限度减小切口宽度，大幅增加每片晶圆的芯片数量，进而降低成本。

在碳化硅晶圆片的切割、划线和薄膜剥离等工序中，皮秒激光技术凭借独特优势已成为行业公认的首选方案，并在材料加工技术革新中扮演更加重要的角色。

凯普林研发的15W皮秒红外激光器，正是这一技术的杰出代表。该产品不仅具备上述所有优点，还可根据客户需求进行个性化定制。其波长为1064 nm，脉宽覆盖10 ps～150 ps，重复频率则在5 kHz～1000 kHz间自由设定，平均功率>15 W@50 kHz。它支持脉冲串数量1~10可选，M²<1.4，发散角 <1mrad，光斑尺寸精准控制于2.5±0.2 mm，指向性 <50 urad，确保每一次加工都精准无误。

▲图3：凯普林15W皮秒红外激光器

实际应用中，凯普林15W皮秒红外激光器优势显著，不仅大幅提升加工速度，更在产品质量的一致性与产出率上实现质的飞跃。通过扫描电子显微镜的图像分析显示，皮秒激光处理的边缘更为光滑，几乎无微裂纹产生。

▲图4：凯普林激光器加工碳化硅效果

应用案例

碳化硅晶圆改质切割

用户需求

为应对高端制造领域对功率芯片日益增长的高需求，许多用户迫切期望提高加工效率和产量。同时，追求极致的加工质量，实现无烧蚀痕迹、直线度优且崩边小的隐形切割效果。此外，减少材料损耗，最大化晶圆的产出率，也是用户关注的重点。

加工难点

碳化硅的高硬度特性，使得传统机械切割方法难以达到理想的加工效果。其次，激光切割过程中的参数控制极为复杂，包括激光单脉冲能量、进给间距、脉冲重复频率、脉冲宽度和扫描速度等参数，对上下表面烧蚀道宽度、崩边尺寸和断面形貌，有显著影响，需要精确调控。再者，由于碳化硅材料对激光的折射率大，焦点位置移动精度要求高，必须增加焦点随动功能，并对焦点变化进行实时监控与补偿。

解决方案

1.多焦点技术：采用相位调制技术，实现焦点的数目、位置、能量的灵活可调，在晶圆内部沿着光轴方向一次生成多个焦点，实现多焦点改质切割，从而成倍提高切割效率，并有效控制轴向裂纹的产生。

2.球差校正技术：针对折射率不匹配导致的球差问题，采用先进的球差校正技术，显著改善激光束能量分布，确保激光能量更加集中，进而提升晶圆切割的质量及效率。

3.焦点随动技术：通过监测加工面起伏引起的焦点变化，进行实时补偿，确保切割过程中焦点位置的稳定性，从而保障切割质量。