Bij geavanceerde verpakkingen op waferniveau en achterzijdeverwerking is tijdelijke binding en ontbinding geëvolueerd van een ondersteunende stap naar een rendementkritieke procesmodule.

Bij deze diktes wordt de mechanische integriteit van silicium fundamenteel veranderd.de wafer gedraagt zich minder als een stijf substraat en meer als een flexibel membraanEen overmatige thermische belasting, mechanische scheer of onevenwichtige spanning tijdens de ontbinding kan rechtstreeks leiden tot:

• Wafers en waven

• Micro-cracking en breuk

• Delaminatie van metalen

• Schade aan dielectrieken met een lage k-waarde en Cu-interconnecties

In dit verband is laserontbinding uitgegroeid tot een van de meest gecontroleerde en laagspanningsseparatietechnieken voor geavanceerde high-endverpakkingen.

1. Fundamenteel concept van laser ontbinding

De definitieve eigenschap van laserontbinding is ruimtelijk selectieve energie-afgifte.

In tegenstelling tot thermische, chemische of mechanische ontbinding, waarbij energie of kracht wordt toegepast op de hele waferstapel, beperkt laserontbinding de afzetting van energie tot een vooraf gedefinieerd interfaceregion.

Het concept is gebaseerd op drie essentiële voorwaarden:

1. een lasertransparant dragerwafer

   • Meestal glas, gesmolten silica of doorzichtige keramiek

2. een laserresponsieve tijdelijke bindlaag

   • met een gewicht van niet meer dan 10 kg

3. Laserbestraling van de dragerzijde

   • Het apparaat wafer is nooit rechtstreeks blootgesteld aan de laserstraal

In de praktijk gaat de laser door de drager, werkt alleen met de bindlaag of bindinterface en start de scheiding zonder de wafer van het apparaat rechtstreeks te verwarmen of te belasten.

2. Typische laser ontbinding proces stroom

Met een glazen drager als voorbeeld is een standaardprocesstroom als volgt:

1. Tijdelijke banden

   • Een apparaat waarop een wafer is gebonden aan een transparante drager met behulp van een lijm met laservrijstelling

   • Lage bindingspanning en goede vlakheid

2. Afdunnen van wafers

   • Terugschleuren en CMP

   • Einddikte gewoonlijk 20 ‰ 50 μm

3. Terugverwerking

   • TSV-vorming

   • Herverdeling lagen (RDL)

   • Achterzijde metallisatie

   • Reiniging, etsen en afzetting

4. Laserafbinding

   • Laserscans van de dragerzijde

   • Energie wordt afgezet op de kleeflaag of het interface

5. Afscheiding van wafers

   • Aansluitingsvermogen instort

   • De wafer van het apparaat scheidt met minimale of geen externe kracht

6. Reiniging na schulden

   • Verwijdering van residuele lijm, indien nodig

3Fysische en chemische mechanismen van laserontbinding

Laser ontbinding wordt niet beheerst door één enkel mechanisme. Afhankelijk van de kleefstof chemie, laser golflengte, en puls parameters, kunnen verschillende mechanismen onafhankelijk of gelijktijdig werken.

3.1 Fotothermische ontbinding

De meest gebruikte methode is de fotothermische ontbinding in productieomgevingen.

• De lijm absorbeert laserenergie sterk

• Lokale, voorbijgaande verwarming optreedt op de interface

• Polymerketens ondergaan thermische ontbinding of carbonisering

• De hechtingssterkte neemt snel af

Belangrijkste kenmerken:

• Energie is beperkt tot micrometerschaal gebieden

• Verwarmingsduur is extreem kort (nsμs)

• Wereldwijde temperatuurstijging is verwaarloosbaar

3.2 Scheiding van fotochemische bindingen

Sommige geavanceerde kleefstoffen zijn ontworpen om rechtstreekse fotochemische reacties te ondergaan onder specifieke lasergolflengten (vaak UV).

• Laserfotonen breken polymer ruggengraatbindingen

• Moleculair netwerk stort in

• Kleefstof verliest structurele integriteit

Dit mechanisme is minder afhankelijk van temperatuurstijging en meer van scheiding van chemische bindingen, waardoor het bijzonder geschikt is voor:

• Ultradunne wafers

• Temperatuurgevoelige apparaatstructuren

3.3 Ablatie van het oppervlak en micro-drukvrijstelling

Bij hogere energiedichten kan laserbestraling:

• Lokale ablatie of snelle gasvorming

• Productie van druk op microschaal aan de interface

• Eenvormige scheiding over het gecontroleerde gebied

Wanneer dit mechanisme goed wordt beheerd, produceert het een vlakke en zachte scheiding, in plaats van een catastrofale afsplijting.

4Voordelen van laser ontbinding

In vergelijking met thermische, chemische en mechanische ontbindingstechnieken biedt laserontbinding een aantal doorslaggevende voordelen.

4.1 Ultralage mechanische spanning

• Geen glijden

• Geen schillen.

• Minimale externe kracht

Dit maakt laserontbinding bijzonder geschikt voor wafers dunner dan 50 μm.

4.2 Minimale hitte-afgeperste zone (HAZ)

• De afzetting van energie is lokaal en voorbijgaand.

• De wafer van het apparaat ondergaat een verwaarloosbare thermische belasting

• Veilig voor Cu-interconnecties en low-k-materialen

4.3 Hoge beheersbaarheid van het proces

• Lasergolflengte, pulsenergie, herhalingsfrequentie en scanpatroon zijn programmeerbaar

• Eenvormigheid over 300 mm-wafers is haalbaar

• Uitstekende herhaalbaarheid

4.4 Schone scheiding en hoge opbrengst

• Geen verontreiniging door oplosmiddelen

• Overgebleven lijm dun en controleerbaar

• Vergemakkelijkt zuiveren na aftrek van obligaties

5Ingenieursbeperkingen en beperkingen

Ondanks de voordelen is laserontbinding niet universeel toepasbaar.

Belangrijkste beperkingen zijn:

• Vereiste voor transparante draagwafels

• Kleefstoffen moeten laser-compatibel zijn

• Hoger kapitaalbedrag en complexiteit van het systeem

• Strakke integratie tussen laserparameters en de chemie van de lijm

Als gevolg hiervan wordt laserdebonding meestal ingezet in toepassingen met een hoge waarde en rendementgevoelige toepassingen in plaats van op kosten gebaseerde legacy-processen.

6. Toepassingsdomeinen

Laser ontbinding wordt gewoonlijk gebruikt in:

• Geavanceerde logische verpakkingen

• 3D-IC en TSV-integratie

• Heterogene integratie

• High-bandwidth memory (HBM)

• AI en hoogwaardige computerapparatuur

7Technologische ontwikkelingen en vooruitzichten

Aangezien de waferdikte blijft afnemen en de integratie-dichtheid toeneemt, gaat de ontbinding van een secundaire operatie over op een primaire opbrengstdeterminant.

De huidige trends wijzen erop:

• Migratie van mechanisch → thermisch → laser ontbinding

• Toenemende co-ontwerp van kleefstofchemie × laserfysica × dragermaterialen

• Laserontbinding wordt de standaardoplossing voor ultradunne wafers

8Samenvatting

Laser ontbinding gaat niet over het verwijderen van de lijm, het gaat om het nauwkeurig controleren waar en hoe de scheiding plaatsvindt.

In geavanceerde verpakkingen is de echte uitdaging niet langer om wafers aan elkaar te binden, maar om ze schoon, zacht en precies op de beoogde interface te scheiden.

Laser ontbinding is een van de meest verfijnde oplossingen voor deze uitdaging. Het combineert materiaalwetenschappen, optica en procestechniek in één elegante stap.