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Process Technology (Wafer Saw相关)

A.Wafer Dicing (Saw) Process.

1.工程概要.

半导体组装(Assembly)第一道工序,将Wafer Fabrication 工程中所制成出的Wafer

使用Diamond Blade (Wheel) ,并Cutting其后分离为各个Die 的工程.

2. Wafer结构

A. Wafer直径.

-. Wafer由2”,4”,5”,6”等直径,现在逐渐增加其直径,目前流行以8”Wafer为主.

-. Wafer 直径逐渐增加理由为增加Wafer直径时,其Wafer 面积与直径成比例,结果good Die 数量也比例增大而增加.

B. Wafer结构名称.

B. D.I Water 及CO2 Bubbler 原理.

1.概要.

组装IC, LSI, VLSI 等工程中,超纯水(ultra Pure Water) 使用在Wafer Sawing 时所发生的摩擦力的祛除及Cleaning 时的必须品,此时纯水程度(A degree of Purity)尽量接近纯粹的水.

这是另一面祛除不了由于高电阻(17mega-Ohm 左右)而 D.I. Water 喷射孔的high Pressure 和应cleaning的Wafer 之间所发生的叫Crova 的静电.

此静电对chip 内部引起静电损伤及在Bonding Pad 表面由Silicon Dust引起的污染造成Bond Lift 问题等.

并且由流动电位发生而引起Aluminum 膜的部分溶解(电器分解).

根据Customer解决此类问题,超纯水内溶解CO2 (Carbon Dioxide) Gas后适当控制电阻.

特别由Electrostatic Sensitive Device,成品率,品质及信赖度向上而其要求逐渐增加.

2.CO2 Bubbler原理.

CO2 Gas 注入在超纯水(D.I.. Water)时,CO2 被容易溶解,并解离为氢离子和重碳酸离子,其离子作用为控制静电及流动电位的发生.

H2O + CO2 H2CO3

HCO3 H+ + HCO3 -

此时0.1 --- 1.0 mega-Ohm 的Pure Water 电阻防止Static Charge.

注意) 此时在CO2 Gas导入灰尘等不纯物时不可以,并且由CO2 Gas 溶解率太高而CO2注入太多的话,P.H就减少而Aluminum Metal damage 及Wheel 寿命减少.

(如果D.I. Water 电阻为0.1 Mega-ohm/cm 以下时Water 的PH为4.5 ,并其数据

变短Dicing Wheel 寿命,并可能引起VLSI 电路的Corrosion

(腐蚀) 或Erosion (侵蚀).

3.非电阻和CO2 浓度PH 关系.

4. CO2 Bubbler 结构图.

在上室所供给的碳酸GAS 通过膜溶解在下室的超纯水内,但在碳酸GAS 内含有Dust 和很难融化在水中的N ,C 等不纯物,通过上室的右端所排出.

C. Wafer Dicing Technology.

1. 概要.

Wafer Dicing 产业一般使用3种方法, “Scribe and Break ”, “Laser Dicing ” 和 “Diamond Dicing ”等. Diamond Dicing 方法逐渐在生产性,成品率及品质所认证而使用广泛.

出次所使用的 Scribe & Break 方法为在 Die Edge 很难制作成 Square ,并 Die Attach 时,由Crack 或 Handling 发生而 Break 工程增加的低生产性也成为问题.

另一面Laser Dicing 虽然快,但设备采购价及维持费用高贵,并Sawing 时融化的Silicon 的Spatter 问题及由于 Heating 引起的成品率减少缺点,并Breaking 工程增加生产性问题.

现在最普通使用的Diamond Dicing 有 Cleaning Cutting, Straight Street 及根据短工程作业的成品率及生产性增加的优点.

Scribe & Break

Laser Dicing

参考) 硬度比较 (Diamond VS Typical Substrate Material)

2. Saw Blade (Dicing Wheel)

2.1. Blade Drawing & Dimension.

A : Blade Thickness. (管理为MAX 值)

B : Blade Exposure. (管理为MIN 值)

参考) Blade Thickness 减少时, Exposure 值也减少.

D i a m o n S a p p h i r A l u m i n Q u a r t S i l i c o G l a s F e r r i t

2.2 Blade Thickness.

Blade厚度为0.6 mil (+可以加工/- 0.5 mil为止,现在发展到0.5mil Blade.)选择Blade时,允许Saw Street 同时选择有厚度的Blade时最佳.

越薄的Blade (1.0 mil 以下)其寿命越短,并且Blade Exposure 也会缩短.

(0.6 mil Thickness 时,15 mil 左右成Maximum Exposure.)

参考) 最大kerf 幅度= 0.4mil + 4.0x(D.S) + TH

-. DS : Diamond Size

-. TH : Blade Thickness

2.3 Blade Exposure.

-. 定义: Aluminum Wheel Hub 末端到Blade Edge为止的距离.

-. 选择: 选择要Cutting 的深度中再加5 mil 左右长度.

注意) 太多的Blade Exposure 会将Blade变弯,并对Wheel加过度的Stress.

参考) Blade Exposure 与可以Saw的Maximum Wafer Thickness.

-. W.T : Wafer Thickness

-. B.E : Blade Exposure

-. A : Hub Edge开始Wafer Surface为止的距离(通常需要6 mil 左右)

-.B : Blade Exposure 进到Tape 内的深度. (通常1 mil)

Max Wafer Thickness : WT = BE - A – B

则使用Exposure 为35 mil 的Blade时,可Saw 的最大Wafer 厚度为

35 mil-6mil-1mil=28 mil.此时考虑Blade磨损时,25 mil 左右为最大Wafer 厚度.

2.4 Diamond Abrasive Particle Size.

一般Silicon Wafer Cutting 用所使用的blade Diamond 颗粒的大小为4-6 micron (0.16-0.24 mil)

左右.

(GaAs Wafer Sawing 时,Diamond 颗粒大小为2-4 micron 左右)

参考) GaAs Wafer Saw

由于GaAs 在特性上很容易破碎而很难Saw 物质中的其一个.

此物质容易发生Chip Out,但GaAs价格高贵,为了提高Die积蓄度Saw Street

形成为特别狭窄.

另一方面Wafer厚度由很薄而Sawing时需要注意.

随着Sawing 其方面的Blade Grit Size适当2-4 micron 左右,并减少Feed

Rate为减少Chipping的必须项目.

并且Spindle Speed 最小30000 rpm 以上.

2.5 Diamond Concentration(钻石浓缩).

Diamond 浓缩程度在Saw中很重要. 如果Diamond 颗粒太密集时,Coolant 就不会起到作用,并太稀疏时Blade 在Cutting时就不能正常起作用,并寿命也会缩短

.

参考) 对于Silicon Wafer最适合Diamond 浓缩程度为4X105 ---2.5X104 个,并Size为4-6micron.

此要求减少Chipping和最小化Kerf Width ,并最大增加Blade 寿命.

3.Cutting Parameter.

3.1 Feed Rate.

被Cutting 的物质对Blade所动的速度,减少速度而可以延长Blade 寿命,而且可以向上Yield,还可以维持干净的Cutting 表面.

3.2 Speed of Spindle Rotation.

Saw Wheel 每粉旋转数(RPM : Revolution Per Minute),Silicon Cutting时一般使用25,000 –35,000 Rev/Min .坚结Material 时,将Spindle Speed 减少12,000 – 18,000 左右时有效果.

3.3 Blade Height.

Wafer Chuck 表面开始Wheel 末端为止的距离.

3.4 Coolant.

Water, D.I. Water 或Water + Wetting Agent 使用为Coolant,适当量Coolant 适当部位的投入为必须的.如果Wheel Heating 时,增加Chip Out,并Wheel 寿命也会减少,有时还Broken .

而且Coolant还可以祛除Saw 残留物和使干净Saw 表面的作用.

.但,某些Wetting Agent 包含化学成分而引起Contamination 问题的可能性.

3.5 Blade Dressing.

-. 目的: 使用新Blade 时所施行的Initial Running,目的为祛除Wheel 表面高Spot,并将Wheel圓柱调整在Spindle.

-. 步骤: Blade Dressing 时,Depth比Saw 的Wafer 厚度应深2 mil 左右,Feed Rate 从

0.4 inch/sec开始Production Rate 为止逐渐上升.

4.Chipping 的一般原因

5.1 Feed Rate 太快时

5.2 Grit size 太大,并粗糙时

5.3 Coolant 关联.

Coolant 喷射应两侧Side 要同一,并Nozzle尽量接近在Cut 表面.

Nozzle在Cut 表面应接线方向.

4.4震动.

Saw Machine 震动通过Saw Blade传达在Wafer,并其诱发过度的Chipping. 所以设备设置时注意不要震动,并注意Spindle 的Run out 或Chuck Bearing 等磨损状态等.

4.5Mounting Tape.

Mounting Tape 粘性弱的时候

4.6Blade Sharpness.

Blade 使用Dressing 好的,如果磨损的Blade 会发生Chipping

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