UV 分束器如何提升半導體封裝的雷射開槽效率
UV 分束器如何提升半導體封裝的雷射開槽效率
簡介：UV 分束器如何提升半導體封裝的雷射開槽效率
半導體封裝是UV雷射日益增長的應用領域，特別是針對超短脈衝 (USP) UV雷射的需求尤為顯著。雷射 UV 開槽製程通常用作半導體產業中鋸切切割的初步步驟，以防止敏感結構在切割過程中因剪力而損壞。
在本文中，我們回顧了繞射UV分束器（也稱為多點 DOE）如何在半導體封裝產業中實現高吞吐量的晶圓開槽。
背景：雷射開槽的需求
隨著先進封裝中主動層堆疊不斷增加，因總厚度通常受限於封裝規格，故矽基板厚度設計須變薄，使晶粒在切割分離後對機械強度的要求大幅提升，以確保整體製程良率。
同時，隨著微凸塊互連等先進製程逐步取代傳統打線封裝，側邊毛邊必須嚴格控制在 1–2 µm 以下，對加工品質提出更高標準。
為滿足這些挑戰，半導體封裝產業對雷射製程的精準度提出前所未有的要求，包含偏振控制、波長選擇，以及最佳化的能量分佈設計。
UV分光光學元件正是在此關鍵製程中發揮核心價值，協助客戶實現穩定、高良率且符合先進封裝需求的雷射加工解決方案。
什麼是UV雷射分束器
繞射UV雷射分束器是在熔融石英中蝕刻的透射相位元件，可產生具有預先設計的分離角度的光束陣列。這些 DOE 與 UV 板分束器或立方體分束器不同，後者只能透過使用客製化塗層將光線分成兩個等級（以 90 度透射和反射）。相反，這些繞射光學元件是多階達曼光柵型元件，可以產生一維線狀光斑陣列、二維方形或六邊形陣列，甚至更複雜的圖案，例如由兩行光斑逐漸組成的V型陣列。
繞射UV分束器與其他光學分光鏡相比的優點
- 分裂成任意數量的光束
- 對偏振不敏感
- 對入射光束傾斜的敏感度較弱，最大可達約 10 度
- 角度公差幾乎可忽略（對入射角度不敏感、好安裝）
UV分束器對半導體封裝的貢獻
雷射開槽製程通常包含一個預加工階段，即在主槽邊緣預先切割出兩個溝槽，然後再使用最大雷射功率切割主槽。這樣做是為了防止熱量損壞靠近切割槽的緻密結構。
透過使用特殊的繞射UV分光鏡，可以調整照明模式，從而在一次切割中完成這兩個步驟：首先生成兩排光斑形成溝槽，然後生成中心一排主光斑形成主槽。為了防止槽側邊緣出現毛刺，通常將分光鏡功能與光束整形功能結合，產生多個邊緣銳利的平頂光斑。雷射光束通常在光斑中心強度最大（高斯分佈），這會導致切割出的溝槽邊緣傾斜，並可能產生毛邊。透過將光斑整形為平頂光斑，可以切割出側毛邊更少、垂直邊緣更清晰的溝槽，從而實現更先進的晶片鍵合。以上討論的雷射開槽製程主要與溝槽品質和晶片強度相關。繞射UV分束器改善半導體封裝的另一種方法是透過實現平行開槽來提高吞吐量，我們將在下一段中討論這一點。
使用繞射UV分束器提高雷射開槽速度
繞射UV分束器在雷射開槽中最常見的應用之一是實現平行凹槽的創建，以受控的間隔將雷射功率分散到多個點上。分束器可以設計為具有精確的分離，並且可以透過相對於掃描方向稍微傾斜光斑的分割線來補償其他系統公差（例如透鏡 EFL）。這允許可調節的凹槽間隔，可以與分割後所需的晶片尺寸精確匹配。
結論：
UV分束器是繞射光學元件(DOE)系列，在半導體封裝的雷射開槽製程有許多應用。這些應用包括透過多個通道的平行開槽來提高製程吞吐量、透過一次掃描中同一點的多次燒蝕來提高凹槽品質和晶片強度，甚至減少邊緣毛刺，從而實現晶片透過平面接合到分割點的成形。與僅限於兩束光束的標準分束器光學元件不同，這些UV分束器可以產生近乎絕對精度的任何光束陣列，使其成為半導體封裝和許多其他工業應用中雷射機整合商的多功能工具。
參考
使用 UV-USP 雷射進行高速晶圓開槽 – Biesheuvel、Hubers – 2024 – PhotonicsViews – Wiley 線上圖書館
問答摘要
什麼是UV雷射開槽？為什麼要用在半導體封裝上？
UV雷射開槽是一種雷射工藝，可從矽晶圓上的通道中去除緻密結構，隨後將矽晶圓切割成晶片，以防止結構因切割步驟而分層。UV雷射，尤其是超短脈衝雷射，由於其在大多數晶圓層中的強吸收性及其非熱燒蝕行為而被最常用。
什麼是繞射UV分束器？
用於UV波長的繞射分束器是透射式熔融石英元件，可將入射雷射光束分成具有受控間隔的子光束陣列。各種分裂方案都是可能的，包括一維陣列、二維陣列以及甚至將斑點的形狀組合成平頂強度圖案的陣列。
分束器如何用於雷射開槽？
UV分束器在開槽製程中有許多應用 - 從開槽與開槽相結合，到透過創建平行凹槽來提高凹槽品質和提高開槽速度。光學靈活性繞射分束器使它們能夠為許多基於雷射的半導體製程做出重大貢獻。
繞射UV分束器和分束立方體或分束板有什麼區別？
繞射分束器產生一系列光束，所有光束均以受控的分離角向前傳播，從而在系統焦點處形成一系列光點。標準分光光學元件僅產生兩束彼此成 90 度的光束，因此不適合雷射開槽應用。
Holoor的優勢在哪?
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特性 |
一維 (1D) 分束器 |
二維 (2D) 分束器 |
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排列方式 |
直線或橫線 (1 X N) |
矩陣格式 (M X N ) |
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最適合製程 |
長條切割道開槽 |
區域性移除、打孔矩陣 |
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產能優勢 |
同時處理多條線 |
同時處理一個面 |
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技術複雜度 |
較低，容易校準對齊 |
較高，需考慮行列能量一致性，避免局部熱損傷 |
· 1D Beam Splitter： 用於晶圓開槽（Grooving），可實現 1XN 多線並行加工，是提升 Throughput 的核心組件。
· 2D Beam Splitter： 多用於矩陣式微孔加工或大面積材料移除。