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。 我们的客户需要从单个晶圆上切割出数以千计的此类芯片，而无需使用划片槽。 因此，划片过程需精确且相对温和，以避免对密集的芯片造成任何热损坏或物理损坏，因为这可能对良品率产生负面影响。 但根本的经济因素也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。 （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 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

Chang 说，由于涉及不同的材料以及整体厚度，多材料晶圆划片通常是一种两步工艺。 他补充道，“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)。”他解释说，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，金刚石锯片一直是标准工具，但要制造较小芯片，通常还需要用到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，而不会流入周围基板。

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芯片。 过去，机器制造商必须选择是使用具有高吞吐量的激光器（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，但随着芯片尺寸的减小，就需要更小的 HAZ，这就需要使用飞秒激光器。

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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