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      晶圓研磨過程中發生破損問題的分析與解決方法
      發布時間:2021-08-26 點擊數:11529

      晶圓研磨

      “晶圓研磨”又名“晶圓減薄”,主要就是通過背面打磨將晶圓厚度控制在一定范圍內。主要目的是為了滿足后續封裝工藝的要求以及芯片的物理強度、散熱性和尺寸要求等條件。



      晶圓研磨的兩個階段


      第一階段:粗磨

      此階段使用的金剛石砂輪磨粒較粗,每轉進給量大,單顆磨粒的切深大于臨界切削深度。是典型的脆性域磨削。

      采用相對較大的進給速度,主要為提高加工效率,這個階段占總減薄量的94%左右。不過在這個過程會引起較大的晶格損傷與邊緣崩邊。


      第二階段:細磨

      此階段使用的金剛石砂輪磨粒較細,每轉進給量小,一部分部分磨粒的切深度小于臨界切削深度。屬于延性域切削。另一部分的切深大于臨界切削深度,屬于脆性域磨削。

      采用較低的進給速度,主要用于消除前階段粗磨產生的損傷,崩邊等現象,占總磨削量的6%。


      晶圓研磨質量要求

      • 晶圓厚度一致性要求

      • 晶圓表面損傷層厚度(SSD)要求

      • 晶圓表面粗糙度要求

      • 晶圓表面厚度偏差TTV值要求

      • 晶圓厚度精度及超薄化能力要求

      • 晶圓完整性


      晶圓的完整性主要表現在晶圓無破損上

      在晶圓研磨過程中,會有許多造成晶圓破碎的因素存在,如何減小破損產生的機率,需要從現象出發去尋找原因。



      晶圓破碎的幾種形式

      1、沿磨痕方向碎裂。

      “磨痕”指的就是晶圓片背面的磨痕。這種類型的破損發生在這個磨痕上。


      2、沿晶圓紋路碎裂。

      裂紋沿晶體方向呈線性發生。少數情況下,斷裂不沿晶體取向發生,但這種類型的斷裂通常以線性裂紋為特征。


      3、不規則破損。

      指如圖所示的與晶體取向和鋸痕無關的裂紋,或晶圓片分成幾片的情況。


      沿磨痕方向碎裂

      沿磨痕斷裂主要是由于砂輪排屑槽堵塞等磨削缺陷造成的。當砂輪與脫落的磨料顆粒磨削時,會導致晶圓片的高應變而導致斷裂。在最近的趨勢中,當晶圓片有很厚的氧化膜時,沿磨痕的斷裂經常發生。

      這可能是由于晶片與z1軸砂輪不匹配(用于粗磨削),即z1軸砂輪磨削能力不足,因此更換磨削能力更強的砂輪是防止破碎更有效的方法之一。

      特別是當細光面磨削到200μm或更小的時候,由3或4因素造成的破碎的可能性增加了。


      主要因素及對策:

      因素1:Z1-軸砂輪磨削能力不足(粗磨削)(在研磨帶有厚厚的氧化膜等的晶圓片時)

      對策:更換研磨功率更高的砂輪類型(例如,選擇更大的粒度,選擇研磨功率更高的粘結劑)


      因素2:砂輪與輪座之間漏水導致的磨削缺陷。

      對策:檢查輪座安裝表面,如有異物,應排除。


      因素3:由于砂輪排屑槽堵塞而導致的磨削缺陷。

      在細磨過程中,未切割的膠帶或切割的碎片容易與砂輪接觸,從而夾在砂輪的齒間,可能導致排削槽堵塞。

      對策:清除排屑槽內異物或更換砂輪。


      因素4:由于在晶片邊緣拖動晶片裂紋而造成的磨削缺陷。(在薄面磨削過程中,晶圓邊緣容易出現裂紋。在加工過程中,碎裂的碎片可能夾在砂輪和晶圓之間

      對策:調整(減少)輪冷卻液的流量。



      沿晶體方向碎裂

      主要因素及對策

      在沿晶方向發生斷裂的情況下,斷裂通常不是由砂輪引起的,主要是由于外來物質(通常指磨屑)引起,常見影響因素如及對策下表所示:

      序號

      主要影響因素

      對策

      1

      卡盤工作臺上有異物

      清洗卡盤上表面

      2

      膠膜與硅片之間的異物

      更換膠膜

      3

      轉移墊上粘有顆粒和異物

      清潔轉移墊


      不規則碎裂

      主要因素及對策

      序號

      主要影響因素

      對策

      1

      在晶圓處理過程中與外圍機器部件發生碰撞

      檢查情況,調整周邊各部件的安裝位置。

      2

      晶圓強度不足(薄面研磨過程中)

      更換報廢片重復測試設備

      3

      異物的引入

      需仔細檢查晶圓(例如,尋找附著在卡盤上的異物)

      晶圓破碎總解析

      類型

      原因

      對策

      沿磨痕方向碎裂(鋸狀裂紋)

      Z1軸輪研磨能力不足(粗磨)(研磨厚氧化膜的晶圓等

      具有較高磨削力的磨輪類型(例如,選擇較大的磨粒,選擇具有較高磨力的結合劑)

      磨輪與磨輪安裝之間漏水造成的磨削缺陷

      檢查磨輪支座的安裝表面,并消除異物的積聚

      在細磨過程中,排屑槽堵塞造成的磨削缺陷

      清除排屑槽內異物或更換砂輪

      拖動晶片邊緣裂縫造成的研磨缺陷,在薄光潔度研磨過程中,晶片邊緣容易出現開裂,裂紋碎片會夾在車輪和晶片之間

      調整(降低)磨輪冷卻液的流量

      沿晶體方向的斷裂

      卡盤工作臺上存在異物

      清潔工作盤的表面

      膠膜與硅片之間的異物

      膠膜與硅片之間的異物

      傳送板上的顆粒和異物

      清潔傳送板

      不規則的斷裂

      在晶圓處理過程中與設備外圍部件碰撞

      檢查情況,調整各外圍部件的安裝位置

      晶片強度不足(薄、精磨時)

      還有一種情況是,由于因素1和2中引入的因素惡化,需要仔細檢查晶片(例如,尋找粘在工作盤表上的異物)


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