晶圓劃片工藝流程及原理

劃片工藝流程

晶圓經(jīng)過前道工序后芯片制備完成，還需要經(jīng)過切割使晶圓上的芯片分離下來，最后進(jìn)行封裝。不同厚度晶圓選擇的晶圓切割工藝也不同：

1）厚度100um以上的晶圓一般使用刀片切割；

2）厚度不到100um的晶圓一般使用激光切割，激光切割可以減少剝落和裂紋的問題，但是在100um以上時(shí)，生產(chǎn)效率將大大降低；

3）厚度不到30um的晶圓則使用等離子切割，等離子切割速度快，不會(huì)對(duì)晶圓表面造成損傷，從而提高良率，但是其工藝過程更為復(fù)雜；

刀片切割（Blade dicing or blade sawing）

刀片切割（鋸切）過程中，保護(hù)膜的附著與摘除（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

為了保護(hù)晶圓在切割過程中免受外部損傷，事先會(huì)在晶圓上貼敷膠膜，以便保證更安全的“切單”?！氨趁鏈p?。˙ack Grinding）”過程中，膠膜會(huì)貼在晶圓的正面。但與此相反，在“刀片”切割中，膠膜要貼在晶圓的背面。而在共晶貼片（Die Bonding，把分離的芯片固定在PCB或定架上）過程中，貼會(huì)背面的這一膠膜會(huì)自動(dòng)脫落。切割時(shí)由于摩擦很大，所以要從各個(gè)方向連續(xù)噴灑DI水（去離子水）。而且，葉輪要附有金剛石顆粒，這樣才可以更好地切片。此時(shí)，切口（刀片厚度：凹槽的寬度）必須均勻，不得超過劃片槽的寬度。

很長(zhǎng)一段時(shí)間，鋸切一直是被最廣泛使用的傳統(tǒng)的切割方法，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以在短時(shí)間內(nèi)切割大量的晶圓。然而，如果切片的進(jìn)給速度（Feeding Speed）大幅提高，小芯片邊緣剝落的可能性就會(huì)變大。因此，應(yīng)將葉輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)控制在每分鐘30000次左右。

晶圓劃片機(jī)

晶圓切割時(shí)，經(jīng)常遇到較窄跡道(street)寬度，要求將每一次切割放在跡道中心幾微米范圍內(nèi)的能力。這就要求使用具有高分度軸精度、高光學(xué)放大和先進(jìn)對(duì)準(zhǔn)運(yùn)算的設(shè)備。當(dāng)用窄跡道切割晶圓時(shí)，應(yīng)選擇盡可能最薄的刀片。可是，很薄的刀片(20μm)是非常脆弱的，更容易過早破裂和磨損。結(jié)果，其壽命期望和工藝穩(wěn)定性都比較厚的刀片差。對(duì)于50~76μm跡道的刀片推薦厚度應(yīng)該是20~30μm。

劃片工藝關(guān)鍵點(diǎn)

1）碎片(Chipping)

? 頂面碎片(TSC, top-side chipping)，它發(fā)生晶圓的頂面，變成一個(gè)合格率問題，當(dāng)切片接近芯片的有源區(qū)域時(shí)，主要依靠刀片磨砂粒度、冷卻劑流量和進(jìn)給速度。

? 背面碎片(BSC, back-side chipping)發(fā)生在晶圓的底面，當(dāng)大的、不規(guī)則微小裂紋從切割的底面擴(kuò)散開并匯合到一起的時(shí)候(圖1b)。當(dāng)這些微小裂紋足夠長(zhǎng)而引起不可接受的大顆粒從切口除掉的時(shí)候，BSC變成一個(gè)合格率問題。如果背面碎片的尺寸在10μm以下，忽略不計(jì)。另一方面，當(dāng)尺寸大于25μm時(shí)，可以看作是潛在的受損?？墒牵?0μm的平均大小可以接受，示晶圓的厚度而定。

為了接收新的切片挑戰(zhàn)，切片系統(tǒng)與刀片之間的協(xié)作是必要的。對(duì)于高端(high-end)應(yīng)用特別如此。刀片在工藝優(yōu)化中起主要的作用。

除了尺寸，三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)決定刀片特性：金剛石(磨料)尺寸、金剛石含量和粘結(jié)劑的類型。結(jié)合物是各種金屬和/或其中分布有金剛石磨料的基體。其它因素，諸如進(jìn)給率和心軸速度，也可能影響刀片選擇。

三個(gè)關(guān)鍵的刀片元素(金剛石尺寸、濃度和結(jié)合物硬度)的相對(duì)重要性取決于刀片磨料尺寸和工藝參數(shù)。為了給一個(gè)特定應(yīng)用選擇最適合的刀片，對(duì)這些關(guān)系的理解是必要的。

2）刀片負(fù)載監(jiān)測(cè)(Blade Load Monitering)

在切片或任何其它磨削過程中，在不超出可接受的切削質(zhì)量參數(shù)時(shí)，新一代的切片系統(tǒng)可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)施加在刀片上的負(fù)載，或扭矩。對(duì)于每一套工藝參數(shù)，都有一個(gè)切片質(zhì)量下降和BSC出現(xiàn)的極限扭矩值。切削質(zhì)量與刀片基板相互作用力的相互關(guān)系，和其變量的測(cè)量使得可以決定工藝偏差和損傷的形成。工藝參數(shù)可以實(shí)時(shí)調(diào)整，使得不超過扭矩極限和獲得最大的進(jìn)給速度。

切片工序的關(guān)鍵部分是切割刀片的修整(dressing)。在非監(jiān)測(cè)的切片系統(tǒng)中，修整工序是通過一套反復(fù)試驗(yàn)來建立的。在刀片負(fù)載受監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)中，修整的終點(diǎn)是通過測(cè)量的力量數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)的，它建立最佳的修整程序。這個(gè)方法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：不需要限時(shí)來保證最佳的刀片性能，和沒有合格率損失，該損失是由于用部分修整的刀片切片所造成的質(zhì)量差。

3）冷卻劑流量穩(wěn)定(Coolant Flow Stabilization)

以穩(wěn)定的扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)要求進(jìn)給率、心軸速度和冷卻劑流量的穩(wěn)定。冷卻劑在刀片上施加阻力，它造成扭力。最新一代的切片系統(tǒng)通過控制冷卻劑流量來保持穩(wěn)定的流速和阻力，從而保持冷卻劑扭矩影響穩(wěn)定。

當(dāng)切片機(jī)有穩(wěn)定的冷卻劑流量和所有其它參數(shù)都受控制時(shí)，維持一個(gè)穩(wěn)定的扭矩。如果記錄，從穩(wěn)定扭矩的任何偏離都是由于不受控的因素。這些包括由于噴嘴堵塞的冷卻劑流量變化、噴嘴調(diào)整的變化、刀片對(duì)刀片的變化、刀片情況和操作員錯(cuò)誤。

切片工藝變得越來越且要求高。切割跡道變得越窄，可能充滿測(cè)試用衰耗器(test pad)，并且刀片可能需要切割由不同材料制成的各種涂敷層。在這些條件下達(dá)到最大的切片工藝合格率和生產(chǎn)率要求認(rèn)真的刀片選擇和先進(jìn)的工藝控制能力。

4）UV膜與藍(lán)膜

晶圓在劃片之前，會(huì)在晶圓的背面粘上一層膜，該層膜的作用是將芯片粘在膜上，可以保持晶粒在切割過程中的完整，減少切割過程中所產(chǎn)生的崩碎、位移和掉落等問題。

實(shí)際生產(chǎn)中，用于固定wafer和芯片的膜，一般使用UV膜或藍(lán)膜。

? UV膜：主要用于晶圓減薄工藝；

? 藍(lán)膜：主要用于晶圓劃片工藝；

圖1、UV和藍(lán)膜（http://www.shzhouxing.com/forum/post/10771/）

其產(chǎn)品參數(shù)如下：

UV膠帶（UV膜）是在各種硅片、封裝基板、陶瓷、玻璃、水晶等多種工件的切割工程中使用的膠帶。

產(chǎn)品特點(diǎn)：以具有強(qiáng)等方性伸特性的PO膜為底材，切割產(chǎn)品時(shí)可以堅(jiān)固地固定產(chǎn)品。

用途：UV照射后，膠帶的粘性減弱，切割后產(chǎn)品容易剝離。

Sliontec UV膠帶特點(diǎn)：

1. 品種齊全，膠層有多種厚度(5~25um) ;

2. 減少背崩以及防止飛料，以及芯片飛濺 ;

3.實(shí)現(xiàn)Easy Pick-up(容易剝離) ;

4. 對(duì)EMC(Epoxy Molding Compound半導(dǎo)體環(huán)氧合成高分子封裝材料)等較難接著的工件，也具有優(yōu)質(zhì)的貼附性 ;

5. 防靜電型(選項(xiàng)) 。

Sliontec UV膠帶規(guī)格參數(shù)一覽表：

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藍(lán)膜 / Marubishi Bule tape

主要應(yīng)用：可在半導(dǎo)體晶圓切割過程中使用。

特征：

具有良好的粘合穩(wěn)定性。

具有良好的拾取性能和剝落性能。

PVC 底材薄，膠帶具有良好的擴(kuò)展性。

符合Rohs2.0要求。

建議芯片尺寸為 0.8 mmsq – 5 mmsq。

Marubishi藍(lán)膜參數(shù)規(guī)格一覽表：

UV膜和藍(lán)膜的特性

UV膜與藍(lán)膜均具有粘性，粘性程度一般用粘性剝離度來表示，通常使用單位N/20 mm或者N/25 mm，1 N/20 mm的意義是測(cè)試條寬度為20mm，用180°的剝離角度從測(cè)試版上將其剝離的力是1N。

UV膜是將特殊配方的涂料涂布于PET薄膜基材表面，達(dá)到阻隔紫外光以及短波長(zhǎng)可見光的效果，圖2為通用的UV膜結(jié)構(gòu)圖。一般UV膜有3層構(gòu)成，其基層材質(zhì)為聚乙烯氯化物，粘性層在中間，與粘性層相鄰的為覆層（release film），部分UV膜型號(hào)沒有該覆層。

圖2、UV膜結(jié)構(gòu)圖

UV膜通常叫紫外線照射膠帶，價(jià)格相對(duì)較高，未使用時(shí)有效期較短。分為高粘性、中粘性和低粘性三種。高粘性的UV膜沒有經(jīng)過紫外線照射時(shí)粘性在5000mN/20mm ~ 12000mN/20mm，經(jīng)過紫外線照射后，剝離黏度在1000mN/20mm以下；低粘性的UV膜沒有經(jīng)過紫外線照射的剝離性黏度在1000mN/20mm左右，經(jīng)過紫外線照射后，剝離黏度下降到100mN/20mm左右。低粘性的UV膜經(jīng)過紫外線照射后，wafer表面不會(huì)有殘膠現(xiàn)象，晶粒容易取下。

UV膜有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)張性，在減薄劃片的過程中，水不會(huì)滲入晶粒和膠帶之間。

藍(lán)膜通常叫電子級(jí)膠帶，價(jià)格較低，是一種藍(lán)色的粘性度不變的膜，其粘性剝離度一般在100~3000mN/20mm，受溫度的影響會(huì)產(chǎn)生殘膠。相比之下，UV膜較藍(lán)膜更為穩(wěn)定。

UV膜和藍(lán)膜在生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

通常來說，對(duì)于小芯片減薄劃片時(shí)使用UV膜，對(duì)于大芯片減薄劃片時(shí)使用藍(lán)膜，因?yàn)?，UV膜的粘性可以使用紫外線的照射時(shí)間和強(qiáng)度來控制，防止芯片在抓取的過程中漏抓或者抓崩。若芯片在減薄劃切實(shí)之后，直接上倒封裝標(biāo)簽生產(chǎn)線，那么最好使用UV膜，因?yàn)榈狗庋b生產(chǎn)線的芯片一般比較小，而且設(shè)備的頂針在藍(lán)膜底部將芯片頂起。如果使用較大粘性剝離度的藍(lán)膜，可能使得頂針在頂起芯片的過程中將芯片頂碎。

藍(lán)膜由于受其溫度影響乃粘性度會(huì)發(fā)生變化，而且本身粘性度較高，因此，一般較大面積的芯片或者wafer減薄劃切后直接進(jìn)行后封裝工藝，而非直接進(jìn)行倒封裝工藝做Inlay時(shí)，可以考慮使用藍(lán)膜。

UV膜與藍(lán)膜相比，它的粘性剝離度可變性使得其優(yōu)越性很大，主要作用為：用于wafer減薄過程中對(duì)wafer進(jìn)行固定；wafer劃切過程中，用于保護(hù)芯片，防止其脫落或崩邊；用于wafer的翻轉(zhuǎn)和運(yùn)輸，防止已經(jīng)劃好的芯片發(fā)生脫落。規(guī)范化使用UV膜和藍(lán)膜的各個(gè)參數(shù)，根據(jù)芯片所需要的加工工藝，選擇合適的UV膜或者藍(lán)膜，即可以節(jié)省成本，又可以加進(jìn)芯片產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

編輯：黃飛

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