先聊聊切割中最关键的耗材刀片(Blade)。刀片厚度的选择决定于晶粒间距和路缘宽度(kerf width),刀刃厚度(blade exposure)是指可用于切割部分,较厚的刀刃可以延长叶片寿命,而较短刀刃可以在较高的转速下姿态保持更稳定。刀片网格(Blade mesh)是指组成刀片所用金刚石的相对尺寸,较小的blade mesh代表所用金刚石尺寸更小。较大的钻石有更多的切割力,但可能会加剧DIE chipping,而较小的金刚石可以使切割后的边缘更光滑。但是,如果所选的网格太细,刀片可能无法将晶圆切开。当然刀片也不全是由金刚石组成,大家可以图1所示,金刚石的占比大约只占25%左右。 图1 ZH05-SD2000刀片边缘显微镜图:金刚石在表面分布 图2 ZH05-SD3500刀片边缘显微镜图:金刚石在表面分布 晶圆切割当前主流仍采用Disco开发的匿痕切割(Stealth Dicing, SD)法,该法的特点是使用高功率激光来破坏硅基的晶格,然后用切刀进行切割,最后再通过膨胀(拉伸)Dicing tape 使得晶粒分开。该方法可以最大程度的较少DIE chipping发生的可能性。可以简单理解为在物理刀片切割前,先由激光进行预切割,在切割路径上预先破坏晶圆。从而减少物理刀片切割时产生的DIE chipping。激光通常会通过聚焦,聚集在需要切割的路径上,而激光的波长决定了激光聚焦后斑点的大小。激光的波长又由激光的类型决定。较厚的晶片可能需要在不同的深度进行多次的激光预切割。眼科手术中常用的飞秒激光,也被应用于该领域。 图3 DIE chipping 崩角;a) 由晶圆上方开始出现的裂纹;b)头发丝裂纹 根据wafer晶圆布线不同,切割形式有多种多样。如图4和图5所示。还有一种完全由激光切割的方法,但是由于激光强度太大,很容易在切割边缘产生如图6所示的缺陷:(1)金属熔化产生的高低不平的边缘和(2)硅熔化产生的的不规则体。 图4 Step1: 晶圆制备时自带隔离区,Step2:匿痕切割,Step3:扩膜将晶粒分开 图5 激光通切示意图 图6 激光通切产生的缺陷 在介于“激光通切”和“激光+刀片切割”之间还有一种叫做Laser Scribing (Grooving)的方法。该方法示意图如图7所示,先进行激光开槽,然后在两道激光中间用刀片进行切割。当然还有更复杂的切割方法如图8所示,将多种切割方法混合进行切割。当然万变不离其宗,最终的目的都是为了减少DIE edge的chipping和分层等缺陷。 图7 Laser Scribing (Grooving) 示意图 图8 混合切割法 跳出激光和切刀的束缚,还有一种等离子切割法(Plasma Dicing)。该方法借鉴了晶圆生产工艺中干刻蚀的工艺,使用深度活性离子蚀刻(deep reactive ion etch,DRIE)。这种技术在切割过程中不会对晶片产生机械应力,不会产生碎片,不会产生正反面chipping,也不会在DIE的侧壁产生应力,从而大大的提高了良率。 图9 松下公司的等离子切割样品 图10 等离子切割示意图
当然各种切割工艺都不是完美的,需要根据产品的特性进行选择。就拿等离子切割为例,其虽然有前文描述的种种优势,但是切割效率低,设备昂贵,工艺复杂(特别是掩膜,去膜步骤),总成本高等明显的缺点。 表1 不同厂家切割机性能对比 最后,我们再简单了解一下主流切割装备的选择及厂商选择。切割机与其它半导体设备所要考虑的参数没有太大区别,需要考虑定位精度,切割精度,工作范围,最大行程,移动分辨率,重复精度,最大旋转角度,刀片转速,额定扭矩和清洗方式等。我们对比了国内外三家晶圆切割机,可以看到在技术指标上,除了Disco在Z轴的移动分辨率可以做到0.00005mm一个参数比较突出外,其它公布参数本身没有太大差异。但是参数归参数,加工过程中设备的可控性及稳定性等都会极大的影响最终产品良率。最后,不得不说目前切割机技术最强还属Disco。国内的和研和光力科技也都是强有力的跟随者,特别是在传统封装中,国产设备基本完全可以满足。 屹立芯创 · 除泡品类开创者
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