晶圓切割追求刀片與工藝的雙重優(yōu)化

在過去四十年間，刀片(blade)與劃片(dicing)系統(tǒng)不斷改進以應(yīng)對工藝的挑戰(zhàn)，滿足不同類型材料切割的要求。行業(yè)不斷研究刀片、切割工藝參數(shù)等對切割品質(zhì)的影響，使切割能夠滿足日新月異的晶圓材質(zhì)變化。

劃片機制(The Dicing Mechanism)

硅晶圓劃片工藝是“后端”封裝制程工藝中的第一步。該工藝將晶圓分成獨立帶有電氣性能的芯片，用于隨后的芯片粘合(die bonding)、引線焊接(wire bonding)和測試。劃片機空氣靜壓主軸以每分鐘30000~60000rpm的速度(83~175m/sec的線性速度)轉(zhuǎn)動刀片。該刀片由嵌入電鍍鎳矩陣結(jié)合劑中的研磨金剛石制成。

在晶圓切割過程中，刀片碾碎基礎(chǔ)材料，同時去掉所產(chǎn)生的碎屑，冷卻水(通常是去離子水)用于冷卻刀片并改善切割品質(zhì)，通過幫助去掉碎屑而延長刀片壽命。

關(guān)鍵工藝參數(shù)

晶圓切割追求生產(chǎn)效率和合格率最大化，同時投入的成本最小。但是，面臨的挑戰(zhàn)是，生產(chǎn)效率增加往往導(dǎo)致合格率降低，反之亦然。隨著進給速度增加，切割品質(zhì)會下降，同時也影響刀片壽命。

晶圓切割經(jīng)常遇到較窄的切割槽，要求設(shè)備能將每一次切割都精準放在切割槽中心幾微米范圍內(nèi)。這不僅需要非常高的設(shè)備精度，更需要一款高精度超薄劃片刀。

可是，越薄的刀片(比如：10μm)越脆弱，更容易過早破裂和磨損，導(dǎo)致其壽命和工藝穩(wěn)定性較之稍厚的刀片差。對于50~76μm切割槽的刀片一般推薦刀片厚度應(yīng)該是20~30μm。

崩邊(Chipping)

正崩(TSC, top-side chipping)，發(fā)生在晶圓的表面，當(dāng)劃片刀接近晶圓的有源區(qū)域時，主要依靠主軸轉(zhuǎn)速、金剛石粒度、金剛石濃度、冷卻水流量和進給速度等因素控制。

背崩(BSC, back-side chipping)，發(fā)生在晶圓的背面，當(dāng)不規(guī)則微小裂紋從晶圓的背面擴散開并匯合到一起時，這些微小裂紋足夠長而引起較大顆粒從切口掉出，背崩就會影響到產(chǎn)品合格率。通常，切割硅晶圓的質(zhì)量判定標準是：如果背面崩缺尺寸在10μm以下，忽略不計；當(dāng)尺寸大于25μm時，可以看作是潛在的受損；一般，50μm以內(nèi)的平均大小在可接受范圍內(nèi)，具體要求可示晶圓的厚度來定。

可以用來控制崩邊的的方法和技術(shù)，主要是優(yōu)化刀片，以及優(yōu)化工藝參數(shù)。

刀片優(yōu)化(Blade Optimization)

除了尺寸，有三個關(guān)鍵元素決定刀片特性：金剛石(磨料)尺寸、金剛石含量和粘結(jié)劑的類型。這些元素的結(jié)合效果決定刀片的壽命和切割品質(zhì)(TSC與BSC)。改變?nèi)魏我粋€參數(shù)都將直接影響刀片性能。

為一個既定的劃片工藝選擇最佳刀片，要求在刀片壽命與切割品質(zhì)之間作出平衡。高壽命，品質(zhì)降低；高品質(zhì)，壽命降低。劃片刀所用金剛石越細，對工藝參數(shù)的變化越敏感。

其它因素，諸如進給速度和主軸轉(zhuǎn)速，也可能影響刀片選擇。切割參數(shù)對材料去除率有直接影響，它反過來會影響刀片的性能和工藝效率。刀片廠家（例如：深圳西斯特）會對這些規(guī)律做深入研究，以應(yīng)對市場諸多材料精密劃切過程中面臨的多樣需求。

為了選擇一款合適的刀片，重要的還是要理解刀片外表硬度的影響，刀片外表硬度通常叫做基體硬度?；w硬度通過金剛石尺寸、濃度和粘合物硬度來決定。通常，較細的磨料尺寸、較高的金剛石濃度和較硬的粘合物將得到相對增加的基體硬度。通常建議，與其它因素綜合考慮，較硬的材料需要較軟的(基體)刀片來切，反之亦然。例如，砷化鎵(GaAs)晶圓一般要求較細的金剛砂尺寸(較硬的刀片)，而鉭酸鋰(LiTaO3)晶圓最適合用較粗的金剛砂尺寸和較低的金剛石濃度(較軟的刀片)。

結(jié)語

總而言之，劃片工藝變得越來越精良且要求高。切割跡道變得越來越窄，且跡道內(nèi)可能充滿測試用的衰耗器(test pad)，并且刀片可能還需要切割由不同材料制成的各種涂敷層。在這些條件下達到最大的劃片工藝合格率和生產(chǎn)率，要求有精準選刀能力與先進工藝控制能力。