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晶圆切割—辅助耗材对品质的影响
发布时间:2020-10-21 点击数:516

前言

随着科学技术的不断发展革新,人们对于电子产品的依赖程度也越来越高。生产出使用功能强、携带方便、品质有保障等特点的高端电子产品一直是企业发展的王牌

成熟的电子产品由不同功能的电子元器件和软件系统所组成,每个有着存储、控制、执行功能的器件都离不开一颗有着强大功能的。在半导体封装阶段,如何能高效率、高质量将一片有着成千上万颗芯片的晶圆分割成单颗芯片呢?除了晶圆本身的设计、构造之外,更重要的就是各类辅助耗材的选配,如:切割刀片、冷却水系统(RO水、DI水、CO2、活化剂)、切割膜等。今天与大家分享切割辅助耗材对产品的影响。

 

01

晶圆切割原理

将晶圆背面贴好切割膜放置在机台工作盘上,选好对应的加工程式,然后刀片在主轴高速运转带动下,以晶圆切割街区为基准,刀口的金刚石颗粒直接接触晶圆并将其击碎,在刀片碎屑口袋(气孔)、刀片冷却水及冲洗水的作用下,被击碎部分的晶圆碎屑及时移除,保障刀片切削能力与产品品质。

 

02

影响因素及改善措施

刀片选型上的差异(不考虑机台参数因素)会导致晶圆在切割过程中出现ChippingCrack、崩角、蛇形等品质异常。在晶圆出厂时,就在表面进行了相应的镀层,切镀层材质、厚度都有所不同,加上切割街区有金属PAD存在,如未合理的进行刀片型号选择,则会直接造成晶圆品质问题。

改善措施:每当新产品导入时,要从产品厚度、切割街区布局(有无金属PAD)、镀层材质、镀层厚度等固量方面考量刀片选取,并经严格的DOE验证。

冷却水系统(RO水、DI水、CO2、活化剂)。业内切割Wafer基本上采用的是传统刀片切割,刀片在主轴高速运转和高压水冲刷的前提下与产品表面直接接触,极易产品静电。静电所产生的瞬时高电压易击穿产品表面电路,导致产品短路而报废。为保障产品品质,对应的冷却水系统(RO水、DI水、CO2、活化剂)必不可少。

▶RO水(反渗透过滤水),去除水中90%以上的细菌和无机盐等杂质,从而得到高度洁净的水,常作用主轴冷却,如水温过高,将直接影响主轴的稳定性,易导致刀片影响产品品质。

▶DI水(超纯水/去离子水),强制将水通过正负离子交换树脂,去除水中的正负离子。而超纯水具有高电阻率,几乎无导电性,很容易在产品表面产生静电,对产品造成静电吸附、放电损伤等不良。

▶CO2气体中和水中PH值:在超纯水中加入CO2能有效减少或避免静电的产生(CO2浓度过高,DIPH值过低,损伤刀片与产品;浓度过低,DI水电阻值过高产生静电危害),电阻值在0.6-1.0MΩ区间。

活化剂润滑作用:Wafer在切割时产生大量的粉尘,设备虽带有冲洗装置,也不能完全将吸附在Wafer表面的粉尘冲洗干净。使用Diamaflow溶液,能有效增加刀片与Wafer表面的润滑,防止残胶与硅粉粘在刀片与产品表面,造成刀片填充与产品表面附着不良。

冷却系统在切割过程中直接影响刀片与产品本身。切割刀片在主轴高速带动下直接与产品接触,在此过程中会产生高温,如水温较高、流量较小、阻值过高、润滑效果不佳,刀片的稳定性将大打折扣,切削能力不足,刀片破损概率越大或直接伤及产品;同时在切割中会产生大量的硅粉碎屑,如不能及时移除会导致刀片过载及硅粉沉淀产品表面,造成产品电路短路等异常。

改善措施

a.建立完整的冷却水系统;

b.水温保持在室温±2℃;

c.DI水阻值范围在0.6-1.0MΩ区间;

d.活化剂装置工作正常;

e.确保冲洗水流量(1.0-1.5L/min)及水压(0.5MPa)供应正常。

Die Saw工序采用胶膜作为Wafer切割的媒介之一,选用不适则易在加工过程中造成产品Free Dicechipping不良。

胶膜造成Free Dice原因

a.产品背面脏污,产品与胶膜之间存在其他外物,减少或隔开了产品与胶膜的直接接触,切割时,在高压冲洗的情况下极易发生Free Dice

b.胶膜与产品粘着面粘力不足:粘力=膜与Die的接触面积X膜对Wafer的粘度,所以当Dice尺寸越小或膜的粘度较低时产生Free Dice的可能性就越大。

改善措施

a.在产品导入时结合DOE验证,选用粘力合适的胶膜;

b.增加胶膜与产品背面的接触面积,可分为预热与贴膜后烘烤。预热:是在贴膜前利用Chuck Table加温,在贴膜时胶层稍软化,达到较好的贴合效果;贴膜后烘烤:Wafer背面在研磨减薄后存在微小的凹面,并非绝对的平面,用烤箱烘烤使胶层软化,达到填充微小凹面的效果,增加胶膜与产品背面的接触面积,防止在切割中造成Free Dice异常。

胶膜造成chipping原因

一般chipping发生时都在Dice的同一边,对Dice而言,第四个切割边是最容易发生chipping的切割边,其他三个切割边都已经存在切痕,第四个切割边就是最后一个支撑边,如没有优良的胶膜作为切割平台,产品极易发生chipping

改善措施

a.使用相同厚度及不可扩展的胶膜;

b.提高胶层强度,在切割时,胶层的作用等同于切割平台,切割平台足够稳定,chipping问题便不易发生。

 

结语

切割作为封装前段工序,如何高效率、高质量生产是每个半导体封装企业所追求的目标。深圳西斯特不仅能提供工艺成熟稳定的切割刀片,同时也能为广大客户群体根据实际需求提供相应的工艺制程方案。目前,西斯特品牌切割刀片在半导体封装切割领域深受业内客户青睐。深圳西斯特科技期待与您长期合作,共同发展!