挑戰(zhàn)

總部位于中國臺灣高雄市的鈦昇科技股份有限公司（ E&R Engineering Corp. ）希望開發(fā)下一代晶圓劃片機(jī)，能夠切割尺寸小于 1 毫米的微型晶片。

E&R 的海外銷售和服務(wù)經(jīng)理Kevin Chang提到：“隨著邏輯晶片的整體尺寸不斷變小，劃片工藝的技術(shù)要求也越來越高。我們的客戶需要從單個晶圓上切割出數(shù)以千計的此類晶粒，而無需使用寬的切割道。因此，劃片過程需精確且相對溫和，以避免對密集的晶圓造成任何熱損壞或物理損壞，因為這可能對良率產(chǎn)生負(fù)面影響。但根本的經(jīng)濟(jì)性考量也決定了對高產(chǎn)出速度的需求。”

E&R公司成立于 1994 年，為多個行業(yè)提供高性能自動化機(jī)器，包括半導(dǎo)體、LED、被動元件和醫(yī)療元件。該公司在美國、歐洲設(shè)有服務(wù)中心，在東南亞設(shè)有多個辦事處，現(xiàn)已成功地成為這些高端設(shè)備半導(dǎo)體 IDM 廠的全球供應(yīng)商，其中許多設(shè)備都使用激光（他們產(chǎn)品組合中的其他技術(shù)包括等離子處理以及機(jī)械沖壓機(jī)）。 

他們的第一批激光器用于打標(biāo)，但現(xiàn)在生產(chǎn)的激光器支持各種微加工應(yīng)用，例如鉆孔、切割、劃片和切槽。這些機(jī)器包括許多 Coherent 高意公司的激光器和 PowerLine 激光打標(biāo)子系統(tǒng)，波長從紫外到紅外，脈沖特性從納秒到飛秒。

解決方案

“由于涉及不同的材料以及整體厚度，復(fù)合材料晶圓劃片通常是兩個步驟的工藝。關(guān)鍵的第一步是用某種類型的激光干凈地切穿晶圓背面的金屬（銅）。這個步驟的一個主要問題是熱影響區(qū) （HAZ）。在劃片步驟之后，用第二種工藝從正面切割大部分晶圓。在這方面，鉆石輪刀一直是標(biāo)準(zhǔn)工具，生產(chǎn)較小晶圓，通常還需要用到等離子內(nèi)雕等其他工藝。”——E&R 的海外銷售和服務(wù)經(jīng)理Kevin Chang 

熱影響區(qū) （HAZ） 大部分是在激光切割或劃片相鄰的區(qū)域，材料在此處以某種方式發(fā)生熱改質(zhì)（例如，熔化、變形或燃燒）。在切割邏輯晶片時，主要風(fēng)險是任何 HAZ 都可能損壞電路并削弱其功能。幸運(yùn)的是，可以通過使用較短的激光脈沖來最大限度減小 HAZ。在這種情況下，大部分激光脈沖能量會被燒蝕材料帶走，而不會擴(kuò)散到基板周圍。

因此， E&R 面臨的一個大問題是使用哪種類型的激光器來加工最新的小型晶圓。過去，機(jī)器制造商必須選擇是使用具有高產(chǎn)出量的激光器（例如紅外或綠光納秒光纖激光器），還是具有超低 HAZ 的激光器（例如超短脈沖 USP 激光器）。雖然以前皮秒脈沖寬度的 USP 激光器很適合這種應(yīng)用，但隨著晶片尺寸的減小，就需要更小的 HAZ ，這就需要使用飛秒激光器。

圖 1. Monaco 激光器可創(chuàng)造高質(zhì)量邊緣，同時 HAZ 小到可以忽略。 

圖片來源：E&R Engineering Corp.

然而，直到最近，飛秒激光器在此類應(yīng)用中還存在三個局限：只能在有限功率下使用，可靠性/壽命存疑，而且每瓦特成本太高。但 Coherent 高意最新的 Monaco 激光器使用可擴(kuò)展功率的光纖技術(shù)成功解決了這些問題，其功率在堅固及簡潔的封裝下高達(dá) 60 W。 Chang 解釋說，在仔細(xì)評估之后， E&R 決定在他們的下一代晶圓劃片機(jī)（例如 WB-300）上，選擇采用 20 W 或 30 W 的 Monaco 型號。

成果

Chang 表示，E&R以及更重要的是他們的客戶對已經(jīng)投入生產(chǎn)的 Coherent Monaco 激光器非常滿意。他指出，他們的 WB-300 機(jī)器使用振鏡掃描技術(shù)來最大限度地提高激光切割速度。Monaco 兼具高功率和高重復(fù)頻率（高達(dá) 50 MHz），因此他們能夠充分利用這一特性，所以該工具實現(xiàn)了高達(dá)單線 5 m/s 的單通劃片速度。重要的是，這些機(jī)器的精度也非常高（3 µm），因此，用戶能夠加工高端晶圓，同時滿足非常窄的切割道要求。

圖 2. E&R 提供的WB-300 機(jī)器可以選裝 20 或 30 W Monaco 飛秒激光器。

圖片來源：E&R Engineering Corp.

Chang 認(rèn)為短脈沖寬度和卓越的光束質(zhì)量是兩個最關(guān)鍵的參數(shù)。由于這些特性，新的 E&R 機(jī)器可以輕松提供寬度 <30 µm 的單線劃片和 30-60 µm 范圍的多線劃片。

“在高價值晶圓的微加工應(yīng)用中，我們提供創(chuàng)新型高性能優(yōu)質(zhì)機(jī)器，享有來之不易的聲譽(yù)。Monaco 當(dāng)然也在所有這些領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。”——E&R 的海外銷售和服務(wù)經(jīng)理Kevin Chang

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