E&R: Monaco 펨토초 레이저를 사용한 고급 웨이퍼 스크라이빙

과제

E&R Engineering Corp.(대만 가오슝시 소재)은 1mm 미만의 소형 다이를 단일화할 수 있는 차세대 스크라이빙 머신을 개발하고자 했습니다. E&R의 영업 및 서비스 관리자인 Kevin Chang은 "일부 로직 칩의 전체 치수가 계속 작아짐에 따라 스크라이빙 공정이 기술적으로 더욱 까다로워지고 있습니다. 고객들은 넓은 거리의 사용에 의존하지 않고 단일 웨이퍼에서 수천 개의 다이를 절단해야 합니다. 따라서 스크라이빙 공정은 정확하고 비교적 안전해야 수율에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 좁은 공간의 다이에 대한 열 또는 물리적 손상을 방지할 수 있습니다. 그러나 근본적인 경제성이 빠른 처리 속도에 대한 필요성을 결정하기도 합니다."라고 설명했습니다.

1994년에 설립된 이 회사는 반도체, LED, 수동 부품 및 의료장비를 비롯한 여러 산업에 고성능 자동화 기계를 제공합니다. 미국과 동남아시아 여러 지역에 서비스 센터를 두고 있는 이 회사는 이제 레이저를 기반으로 하는 이러한 고급 기계의 성공적인 글로벌 공급업체로 자리 잡았습니다. (포트폴리오의 다른 기술에는 플라스마 처리, 기계적 펀치 및 프레스 기계가 포함됩니다.) 

이 회사의 첫 번째 레이저 기계는 마킹을 목표로 했지만, 현재는 드릴링, 절단, 스크라이빙, 그루빙과 같은 모든 종류의 미세가공 응용 분야를 지원합니다. 이러한 기계에는 UV에서 IR에 이르는 파장과 나노초에서 펨토초까지의 펄스 특성을 가진 수많은 Coherent 레이저와 PowerLine 레이저 마커가 포함됩니다. 

솔루션

Chang은 복합 재료 웨이퍼 절단은 관련된 재료뿐만 아니라 전체 두께 때문에 보통 2단계 공정이라고 말합니다. 그는 "첫 번째 핵심 단계는 일부 유형의 레이저를 사용하여 웨이퍼 뒷면에 있는 금속(구리)을 깨끗하게 절단하는 것입니다. 여기서 주요 관심사는 열영향부(HAZ)입니다."라며, 이 스크라이빙 단계 후에 전면에서 대량의 웨이퍼를 절단하기 위해 두 번째 공정이 사용된다고 덧붙였습니다. 다이아몬드 톱날은 이를 위한 표준 작업 도구였지만 더 작은 다이는 종종 플라즈마 에칭과 같은 다른 것을 필요로 합니다."

열영향부(HAZ)는 재료가 어떤 식으로든 열변형(예: 용융, 변형 또는 연소)이 되는 레이저 절단 또는 스크라이빙에 인접한 영역입니다. 웨이퍼 절단 로직 칩의 경우, 주요 위험은 모든 HAZ가 회로를 손상시키고 기능을 손상시킬 수 있다는 것입니다. 다행히도 HAZ는 레이저 펄스 에너지의 대부분이 주변 기판으로 흐르기 전에 절삭된 재료에 의해 제거되는 짧은 레이저 펄스를 사용하여 최소화할 수 있습니다.

따라서 E&R의 가장 큰 문제는 "최신 소형 다이 작업에 어떤 유형의 레이저를 사용할 것인가?"였습니다. 과거에는 기계 제작자들이 적외선 또는 녹색 나노초 파이버 레이저와 같이 처리량이 높은 레이저와 초단파 펄스(USP) 레이저와 같이 HAZ가 매우 낮은 레이저 중에서 선택해야 했습니다. 이전에는 피코초 펄스 폭의 USP 레이저가 이 응용 분야에 적합했지만 더 작은 다이로의 전환으로 인해 훨씬 더 작은 HAZ, 즉 펨토초 레이저가 필요하게 되었습니다.

그러나 최근까지 펨토초 레이저는 이러한 유형의 적용에 대해 세 가지 한계가 있었습니다. 즉, 제한된 전력으로만 사용할 수 있었고 신뢰성/수명이 의심스러웠으며 와트당 비용이 너무 높았습니다. 그러나 Coherent의 최신 Monaco 레이저는 전력 확장이 가능한 파이버 기술을 사용하여 견고한 소형 패키지에서 최대 60와트에 달하는 전력으로 이러한 문제를 성공적으로 해결할 수 있습니다. Chang은 또한 신중한 평가를 거쳐 E&R은 WB-300FGS와 같은 차세대 웨이퍼 스크라이빙 기계를 20W 또는 30W 모나코 모델 중에서 선택하여 제공하기로 결정했다고 설명했습니다. 

결과

Chang은 E&R과 그 소중한 고객들이 이미 Coherent Monaco 레이저의 작업 결과에 매우 만족하고 있다고 덧붙였습니다. 그는 WB-300FGS 기계가 레이저 절단 속도를 극대화하기 위해 갈보 스캐닝 기술을 사용한다고 설명했습니다. Monaco의 높은 전력과 높은 반복률(최대 50MHz)의 조합을 통해 이 기능을 최대한 활용할 수 있으며 이 도구는 최대 5m/s의 단일 패스 스크라이빙 속도를 달성합니다. 중요한 것은 이 기계들이 매우 높은(3µm) 정확도를 제공하여 사용자가 아주 좁은 톱 레인의 요구 사항을 충족하면서 고급 웨이퍼를 처리할 수 있다는 것입니다.

Chang은 가장 중요한 두 가지 매개변수로 짧은 펄스 폭과 우수한 빔 품질을 꼽습니다. 이러한 기능 덕분에 새로운 E&R 기계는 폭이 30미크론 미만인 단일 패스 스크라이빙과 30~60미크론 범위의 다중 패스 스크라이빙을 쉽게 전달하고 있습니다. 

그는 "당사는 고부가 웨이퍼에 대한 미세가공 응용 분야에서 혁신과 고성능을 특징으로 하는 프리미엄 품질의 기계 공급업체로서의 명성을 이어가고 있습니다. 또한 Monaco는 확실히 이 모든 영역에서도 기대를 충족합니다."라고 설명을 마무리했습니다.

성공 사례 더 보기