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紫外激光器

“零重疊”激光系統(tǒng)加速超薄晶圓切割

星之球激光 來(lái)源:佳工機(jī)電網(wǎng)2011-12-23 我要評(píng)論(0 )   

固態(tài)激光器、光纖激光器和超快激光器繼續(xù)向微電子加工應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)軍,特別是半導(dǎo)體工業(yè)中的硅晶圓切割應(yīng)用,以及光伏產(chǎn)業(yè)中的各種基于激光的切割和光刻應(yīng)用。 然而,大多...

固態(tài)激光器、光纖激光器和超快激光器繼續(xù)向微電子加工應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)軍,特別是半導(dǎo)體工業(yè)中的硅晶圓切割應(yīng)用,以及光伏產(chǎn)業(yè)中的各種基于激光的切割和光刻應(yīng)用。

然而,大多數(shù)基于激光的切割方法都依賴(lài)于激光光束沿襯底的線(xiàn)性移動(dòng)。最近,美國(guó)鐳富電子設(shè)備公司(Electro Scientific Industries,ESI)開(kāi)發(fā)出了一種生產(chǎn)就緒(production-ready)系統(tǒng),該系統(tǒng)將其新的基于激光的“零重疊”技術(shù)應(yīng)用于超?。ê穸刃∮?0μm)硅晶圓切割。通過(guò)保持較高的脈沖能量和高重復(fù)頻率,該系統(tǒng)沿劃片槽對(duì)脈沖進(jìn)行空間分離。與基于激光的線(xiàn)性切割技術(shù)或傳統(tǒng)的機(jī)械切割方法相比,ESI公司提供的整體加工系統(tǒng)可以提高切割產(chǎn)量和超薄晶圓的斷裂強(qiáng)度,同時(shí)也能保證較高的投資效益。

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圖:基于激光的“零重疊”技術(shù)在空間上對(duì)高能激光脈沖進(jìn)行分離,可以更有效地切除材料(a)。通過(guò)調(diào)整激光參數(shù)可以選擇性地優(yōu)化不同層的材料切除速率。激光加工后熱影響區(qū)的少量殘留材料可用干式刻蝕法去除(b)。

超薄晶圓的挑戰(zhàn)

摩爾定律的不斷向前發(fā)展,正在推動(dòng)著半導(dǎo)體工業(yè)向三維(3D)集成的方向發(fā)展,同時(shí)也在推動(dòng)著諸如堆棧存儲(chǔ)與邏輯、以及硅穿孔(TSV)互連等先進(jìn)封裝架構(gòu)技術(shù)的發(fā)展。隨著晶圓變得越來(lái)越薄,機(jī)械晶圓切割技術(shù)由于會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂、剝落以及其他產(chǎn)量和質(zhì)量問(wèn)題,已經(jīng)不能滿(mǎn)足晶圓切割的要求。ESI公司的ESI9900系統(tǒng)使得在一個(gè)集成系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)超薄晶圓的完全切割和劃片邏輯或片上系統(tǒng)(SoC)的芯片貼裝薄膜。由于這些晶圓的最上層往往有精細(xì)、脆弱、低k值的絕緣材料,因此切割這些材料時(shí),不對(duì)晶圓造成損傷是至關(guān)重要的。

“零重疊”技術(shù)

ESI 9900系統(tǒng)的零重疊技術(shù)使用一種基于檢流計(jì)的定位系統(tǒng),可以迅速將商用355nm 紫外激光器(光斑尺寸大約為8μm)產(chǎn)生的熱能,分配到晶圓上沿著所需的劃片槽方向的空間分隔點(diǎn)上。激光重復(fù)頻率大約為240kHz,激光能量通過(guò)多個(gè)空間上獨(dú)立的脈沖傳遞,避免了殘留物、熱累積和基于激光的線(xiàn)性劃片槽方法產(chǎn)生的羽流相互作用??臻g分離允許利用更高的激光能量密度,以實(shí)現(xiàn)比利用激光束的線(xiàn)性移動(dòng)所能達(dá)到的速度更快的晶圓切割速度(每秒數(shù)米)。此外,可對(duì)激光圖案進(jìn)行選擇性?xún)?yōu)化,以控制不同半導(dǎo)體層的材料移除速率(見(jiàn)圖)。

“ESI 9900系統(tǒng)可以對(duì)機(jī)器人夾持晶圓進(jìn)行頂部器件層切割、硅晶圓層和隨后的DAF層切割,干法刻蝕,以及清洗,所有步驟都是在一個(gè)完全自動(dòng)化的過(guò)程中完成的。”ESI公司的產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Matthew Knowles介紹說(shuō)。

盡管ESI公司已經(jīng)展示了這種技術(shù)能夠最大限度地減少被加工襯底的熱影響區(qū)(HAZ),但是他們承認(rèn),任何基于激光的加工過(guò)程都是一個(gè)熱過(guò)程,都會(huì)存在一些熱影響區(qū)。為了最大限度地提高芯片強(qiáng)度,最小化割縫寬度,“零重疊”加工之后還要進(jìn)行傳統(tǒng)的干法刻蝕。目前,在激光切割和刻蝕處理后,ESI公司可以實(shí)現(xiàn)割縫寬度為20μm的潔凈切割。ESI 9900系統(tǒng)的軟件包含根據(jù)加工材料所設(shè)定的獨(dú)有的、為客戶(hù)定制的激光切割參數(shù)。

“目前我們正在與客戶(hù)一道優(yōu)化激光加工和刻蝕過(guò)程,對(duì)于我們正在看到的較高的芯片斷裂強(qiáng)度和高產(chǎn)量,我們備受鼓舞。”ESI公司半導(dǎo)體生產(chǎn)部門(mén)的生產(chǎn)經(jīng)理David Lord說(shuō)道,“我們的目標(biāo)是為客戶(hù)降低擁有成本,使我們的客戶(hù)能夠在大批量制造環(huán)境中充分采用三維集成。”

 

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