E&R： 使用 Monaco 飞秒激光器进行先进晶圆划片

挑战

总部位于中国台湾高雄市的 E&R Engineering Corp. 希望开发下一代划片机，能够切割尺寸小于 1 毫米的微型芯片。E&R 的销售和服务经理 Kevin Chang 解释说：“随着逻辑芯片的整体尺寸不断变小，划片工艺的技术要求也越来越高。 客户需要从单个晶圆上切割出数千枚此类芯片，且无需使用划片槽。因此划片过程必须精准且温和，避免对密集排列的芯片造成任何热损伤或物理损伤——这些损伤可能导致良品率下降。但根本的经济因素同样决定了对高产出速度的需求。"

该公司成立于1994年，为多个行业提供高性能自动化机器，包括半导体、LED、无源元件和医疗器械。该公司在美国设有服务中心，在东南亚设有多个办事处，现已成为这些高端机器的成功全球供应商，其中许多机器都使用激光技术。（其产品组合中的其他技术还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 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

张表示，由于涉及不同材料及整体厚度，多材料晶圆划片通常采用两步工艺。他补充道："关键的第一步是用某种激光干净地切穿晶圆背面的金属（铜）。该步骤的主要问题在于热影响区（HAZ）"。他解释说，划片步骤后，需通过第二道工艺从正面切割大部分晶圆。 在此领域，金刚石锯片始终是标准工具，但制造更小芯片时，通常还需采用等离子内雕等其他工艺。

热影响区 (HAZ) 是与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性（例如，熔化、变形或燃烧）。 在切割逻辑芯片时，主要风险在于任何热影响区都可能损坏电路并削弱其功能。所幸可通过采用较短的激光脉冲来最大限度缩小热影响区。在此情况下，大部分激光脉冲能量会被烧蚀材料带走，而不会流入周围基板。

因此，E&R面临的一个重大问题是：该选用哪种类型的激光器来加工最新的小型芯片。 过去，设备制造商必须在高吞吐量激光器（如红外或绿光纳秒光纤激光器）与超低热影响区（HAZ）激光器（如超短脉冲（USP）激光器）之间做出选择。虽然早期皮秒脉冲宽度的USP激光器曾适用于此类应用，但随着芯片尺寸不断缩小，对HAZ的要求也日益严苛，这使得飞秒激光器成为必然选择。

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 公司最新的 Monaco 激光器使用功率可扩展的光纤技术成功解决了这些问题，其功率高达 60 瓦，封装紧凑坚固。 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-300FGS）上，选择采用 20 W 或 30 W 的 Monaco 型号。 

成果

Chang 表示，E&R，更重要的是他们的客户，对Coherent 公司已经投入生产的 Monaco 激光器非常满意。 他指出，他们的 WB-300FGS 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 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。

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 微米的单通划片和 30-60 微米范围的多通划片。

他总结道：“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。”

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