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Coherent 高意MONACO 飞秒激光器助力先进晶圆划片
材料来源:Coherent高意激光           录入时间:2023/1/13 16:47:18

挑战

总部位于中国台湾高雄市的鈦昇科技股份有限公司( E&R Engineering Corp. )希望开发下一代晶圆划片机,能够切割尺寸小于 1 毫米的微型晶片。

E&R 的海外销售和服务经理Kevin Chang提到:“随着逻辑晶片的整体尺寸不断变小,划片工艺的技术要求也越来越高。我们的客户需要从单个晶圆上切割出数以千计的此类晶粒,而无需使用宽的切割道。因此,划片过程需精确且相对温和,以避免对密集的晶圆造成任何热损坏或物理损坏,因为这可能对良率产生负面影响。但根本的经济性考量也决定了对高产出速度的需求。”

E&R公司成立于 1994 年,为多个行业提供高性能自动化机器,包括半导体、LED、被动元件和医疗元件。该公司在美国、欧洲设有服务中心,在东南亚设有多个办事处,现已成功地成为这些高端设备半导体 IDM 厂的全球供应商,其中许多设备都使用激光(他们产品组合中的其他技术包括等离子处理以及机械冲压机)。 

他们的第一批激光器用于打标,但现在生产的激光器支持各种微加工应用,例如钻孔、切割、划片和切槽。这些机器包括许多 Coherent 高意公司的激光器和 PowerLine 激光打标子系统,波长从紫外到红外,脉冲特性从纳秒到飞秒。


解决方案

“由于涉及不同的材料以及整体厚度,复合材料晶圆划片通常是两个步骤的工艺。关键的第一步是用某种类型的激光干净地切穿晶圆背面的金属(铜)。这个步骤的一个主要问题是热影响区 (HAZ)。在划片步骤之后,用第二种工艺从正面切割大部分晶圆。在这方面,钻石轮刀一直是标准工具,生产较小晶圆,通常还需要用到等离子内雕等其他工艺。”——E&R 的海外销售和服务经理Kevin Chang 

热影响区 (HAZ) 大部分是在激光切割或划片相邻的区域,材料在此处以某种方式发生热改质(例如,熔化、变形或燃烧)。在切割逻辑晶片时,主要风险是任何 HAZ 都可能损坏电路并削弱其功能。幸运的是,可以通过使用较短的激光脉冲来最大限度减小 HAZ。在这种情况下,大部分激光脉冲能量会被烧蚀材料带走,而不会扩散到基板周围。

因此, E&R 面临的一个大问题是使用哪种类型的激光器来加工最新的小型晶圆。过去,机器制造商必须选择是使用具有高产出量的激光器(例如红外或绿光纳秒光纤激光器),还是具有超低 HAZ 的激光器(例如超短脉冲 USP 激光器)。虽然以前皮秒脉冲宽度的 USP 激光器很适合这种应用,但随着晶片尺寸的减小,就需要更小的 HAZ ,这就需要使用飞秒激光器。

图 1. Monaco 激光器可创造高质量边缘,同时 HAZ 小到可以忽略。 

图片来源:E&R Engineering Corp.

然而,直到最近,飞秒激光器在此类应用中还存在三个局限:只能在有限功率下使用,可靠性/寿命存疑,而且每瓦特成本太高。但 Coherent 高意最新的 Monaco 激光器使用可扩展功率的光纤技术成功解决了这些问题,其功率在坚固及简洁的封装下高达 60 W。 Chang 解释说,在仔细评估之后, E&R 决定在他们的下一代晶圆划片机(例如 WB-300)上,选择采用 20 W 或 30 W 的 Monaco 型号。

成果

Chang 表示,E&R以及更重要的是他们的客户对已经投入生产的 Coherent Monaco 激光器非常满意。他指出,他们的 WB-300 机器使用振镜扫描技术来最大限度地提高激光切割速度。Monaco 兼具高功率和高重复频率(高达 50 MHz),因此他们能够充分利用这一特性,所以该工具实现了高达单线 5 m/s 的单通划片速度。重要的是,这些机器的精度也非常高(3 µm),因此,用户能够加工高端晶圆,同时满足非常窄的切割道要求。

图 2. E&R 提供的WB-300 机器可以选装 20 或 30 W Monaco 飞秒激光器。

图片来源:E&R Engineering Corp.

Chang 认为短脉冲宽度和卓越的光束质量是两个最关键的参数。由于这些特性,新的 E&R 机器可以轻松提供宽度 <30 µm 的单线划片和 30-60 µm 范围的多线划片。

“在高价值晶圆的微加工应用中,我们提供创新型高性能优质机器,享有来之不易的声誉。Monaco 当然也在所有这些领域做出了贡献。”——E&R 的海外销售和服务经理Kevin Chang

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