Perché è necessario diradare?

Nella fase di elaborazione back-end, ilwafer (wafer di silicioI chip con circuiti sul lato anteriore devono essere assottigliati sul lato posteriore prima delle successive fasi di taglio, saldatura e confezionamento, al fine di ridurre l'altezza di montaggio del package, il volume del package, migliorare l'efficienza di diffusione termica, le prestazioni elettriche e le proprietà meccaniche del chip, nonché ridurre la quantità di taglio. La rettifica posteriore offre i vantaggi di un'elevata efficienza e di un basso costo. Ha sostituito i tradizionali processi di incisione chimica a umido e incisione ionica, diventando la tecnologia di assottigliamento posteriore più importante.

La cialda assottigliata

Come diradare i capelli?

Principale processo di assottigliamento dei wafer nel processo di confezionamento tradizionale

Le fasi specifiche diwaferIl processo di assottigliamento prevede di incollare il wafer da lavorare alla pellicola di assottigliamento, quindi di utilizzare il vuoto per far aderire la pellicola di assottigliamento e il chip su di essa al piano poroso del wafer in ceramica, di allineare le linee centrali circolari interne ed esterne della superficie di lavoro della mola diamantata a forma di coppa al centro del wafer di silicio, e di far ruotare il wafer di silicio e la mola attorno ai rispettivi assi per la molatura di taglio. La molatura comprende tre fasi: molatura grossolana, molatura fine e lucidatura.

Il wafer che esce dalla fabbrica viene rettificato sul retro per assottigliarlo fino allo spessore richiesto per il confezionamento. Durante la rettifica, è necessario applicare del nastro adesivo sulla parte anteriore (area attiva) per proteggere l'area del circuito, mentre il lato posteriore viene rettificato contemporaneamente. Dopo la rettifica, si rimuove il nastro e si misura lo spessore.
I processi di macinazione che sono stati applicati con successo alla preparazione dei wafer di silicio includono la macinazione su tavola rotante,wafer di silicioRettifica rotativa, rettifica su entrambi i lati, ecc. Con il continuo miglioramento dei requisiti di qualità superficiale dei wafer di silicio monocristallino, vengono costantemente proposte nuove tecnologie di rettifica, come la rettifica TAIKO, la rettifica chimico-meccanica, la rettifica lucidante e la rettifica a disco planetario.

Rettifica su tavola rotante:

La rettifica su tavola rotante è un processo di rettifica utilizzato nelle prime fasi della preparazione e dell'assottigliamento posteriore dei wafer di silicio. Il suo principio è illustrato nella Figura 1. I wafer di silicio sono fissati alle ventose della tavola rotante e ruotano sincronicamente grazie al movimento della tavola stessa. I wafer di silicio non ruotano attorno al proprio asse; la mola viene alimentata assialmente ruotando ad alta velocità e il suo diametro è maggiore del diametro del wafer di silicio. Esistono due tipi di rettifica su tavola rotante: rettifica a immersione frontale e rettifica tangenziale frontale. Nella rettifica a immersione frontale, la larghezza della mola è maggiore del diametro del wafer di silicio e il mandrino della mola avanza continuamente lungo il suo asse fino a quando il materiale in eccesso non è stato rimosso; successivamente, il wafer di silicio viene ruotato sotto l'azione della tavola rotante. Nella rettifica tangenziale frontale, la mola avanza lungo il suo asse e il wafer di silicio viene ruotato continuamente sotto l'azione del disco rotante, completando la rettifica mediante avanzamento alternato o avanzamento lento.

Figura 1, schema del principio di rettifica (tangenziale alla superficie) della tavola rotante

Rispetto al metodo di rettifica tradizionale, la rettifica a tavola rotante presenta i vantaggi di un'elevata velocità di asportazione del materiale, un danno superficiale minimo e una facile automazione. Tuttavia, l'area di rettifica effettiva (rettifica attiva) B e l'angolo di taglio θ (l'angolo tra il cerchio esterno della mola e il cerchio esterno del wafer di silicio) durante il processo di rettifica variano al variare della posizione di taglio della mola, con conseguente forza di rettifica instabile, che rende difficile ottenere la precisione superficiale ideale (valore TTV elevato) e causa facilmente difetti come cedimenti e deformazioni dei bordi. La tecnologia di rettifica a tavola rotante è utilizzata principalmente per la lavorazione di wafer di silicio monocristallino di dimensioni inferiori a 200 mm. L'aumento delle dimensioni dei wafer di silicio monocristallino ha imposto requisiti più elevati per la precisione superficiale e la precisione di movimento del banco di lavoro, pertanto la rettifica a tavola rotante non è adatta alla rettifica di wafer di silicio monocristallino di dimensioni superiori a 300 mm.
Per migliorare l'efficienza della rettifica, le rettificatrici tangenziali per superfici piane di tipo commerciale adottano solitamente una struttura a più mole abrasive. Ad esempio, l'apparecchiatura è dotata di un set di mole per la sgrossatura e di un set di mole per la finitura, e la tavola rotante compie un giro completo per eseguire alternativamente la sgrossatura e la finitura. Questo tipo di apparecchiatura è incluso nel modello G-500DS dell'azienda americana GTI (Figura 2).

Figura 2, Attrezzatura di rettifica a tavola rotante G-500DS dell'azienda GTI negli Stati Uniti

Rettifica rotazionale di wafer di silicio:

Al fine di soddisfare le esigenze di preparazione di wafer di silicio di grandi dimensioni e di assottigliamento posteriore, e ottenere una precisione superficiale con un buon valore TTV, nel 1988 lo studioso giapponese Matsui ha proposto un metodo di rettifica rotazionale (in-feedgrinding) per wafer di silicio. Il suo principio è illustrato nella Figura 3. Il wafer di silicio monocristallino e la mola diamantata a forma di coppa, adsorbita sul banco di lavoro, ruotano attorno ai rispettivi assi, e la mola viene alimentata continuamente lungo la direzione assiale. Il diametro della mola è maggiore del diametro del wafer di silicio da lavorare e la sua circonferenza passa attraverso il centro del wafer. Per ridurre la forza di rettifica e il calore generato, la ventosa a vuoto viene solitamente sagomata in una forma convessa o concava, oppure l'angolo tra il mandrino della mola e l'asse del mandrino della ventosa viene regolato per garantire una rettifica a semicontatto tra la mola e il wafer di silicio.

Figura 3, Schema del principio di rettifica rotativa dei wafer di silicio

Rispetto alla rettifica su tavola rotante, la rettifica rotativa di wafer di silicio presenta i seguenti vantaggi: ① La rettifica di un singolo wafer in un'unica operazione consente di lavorare wafer di silicio di grandi dimensioni, superiori a 300 mm; ② L'area di rettifica effettiva B e l'angolo di taglio θ sono costanti e la forza di rettifica è relativamente stabile; ③ Regolando l'angolo di inclinazione tra l'asse della mola e l'asse del wafer di silicio, è possibile controllare attivamente la forma della superficie del wafer di silicio monocristallino per ottenere una maggiore precisione della forma superficiale. Inoltre, l'area di rettifica e l'angolo di taglio θ della rettifica rotativa di wafer di silicio offrono anche i vantaggi di una rettifica con ampio margine, un facile rilevamento e controllo online dello spessore e della qualità superficiale, una struttura compatta dell'apparecchiatura, una facile integrazione in più stazioni di rettifica e un'elevata efficienza di rettifica.
Al fine di migliorare l'efficienza produttiva e soddisfare le esigenze delle linee di produzione di semiconduttori, le apparecchiature di rettifica commerciali basate sul principio della rettifica rotativa di wafer di silicio adottano una struttura multi-mandrino e multi-stazione, in grado di completare la rettifica grossolana e la rettifica fine in un'unica operazione di carico e scarico. In combinazione con altre attrezzature ausiliarie, è possibile realizzare la rettifica completamente automatica di wafer di silicio monocristallino "a secco" (dry-in/dry-out) e "da cassetta a cassetta".

Rettifica su entrambi i lati:

Quando la rettifica rotativa dei wafer di silicio lavora le superfici superiore e inferiore del wafer, il pezzo deve essere capovolto e lavorato a fasi, il che limita l'efficienza. Allo stesso tempo, la rettifica rotativa dei wafer di silicio presenta errori di copiatura (copia) e segni di rettifica (griddingmark), ed è impossibile rimuovere efficacemente difetti come ondulazioni e conicità sulla superficie del wafer di silicio monocristallino dopo il taglio a filo (multi-saw), come mostrato in Figura 4. Per superare i difetti sopra menzionati, negli anni '90 è apparsa la tecnologia di rettifica su entrambi i lati (doublesidegrinding), il cui principio è mostrato in Figura 5. I morsetti distribuiti simmetricamente su entrambi i lati bloccano il wafer di silicio monocristallino nell'anello di ritegno e ruotano lentamente azionati da un rullo. Una coppia di mole diamantate a forma di coppa è posizionata rispettivamente su entrambi i lati del wafer di silicio monocristallino. Azionate da un mandrino elettrico con cuscinetti ad aria, ruotano in direzioni opposte e avanzano assialmente per ottenere la rettifica su entrambi i lati del wafer di silicio monocristallino. Come si può osservare dalla figura, la rettifica su entrambi i lati può rimuovere efficacemente le ondulazioni e le conicità sulla superficie del wafer di silicio monocristallino dopo il taglio a filo. A seconda della direzione di orientamento dell'asse della mola, la rettifica su entrambi i lati può essere orizzontale o verticale. Tra queste, la rettifica orizzontale su entrambi i lati può ridurre efficacemente l'influenza della deformazione del wafer di silicio causata dal suo peso sulla qualità della rettifica, e garantisce facilmente che le condizioni del processo di rettifica siano identiche su entrambi i lati del wafer di silicio monocristallino, impedendo che le particelle abrasive e i trucioli si depositino sulla superficie del wafer. Si tratta quindi di un metodo di rettifica relativamente ideale.

Figura 4, Difetti di "copia errata" e segni di usura nella rettifica rotazionale di wafer di silicio

Figura 5, schema del principio di rettifica a doppia faccia

La Tabella 1 mostra il confronto tra la rettifica e la rettifica su entrambi i lati dei tre tipi di wafer di silicio monocristallino sopra menzionati. La rettifica su entrambi i lati è utilizzata principalmente per la lavorazione di wafer di silicio di dimensioni inferiori a 200 mm e presenta un'elevata resa. Grazie all'utilizzo di mole abrasive fisse, la rettifica dei wafer di silicio monocristallino consente di ottenere una qualità superficiale molto superiore rispetto alla rettifica su entrambi i lati. Pertanto, sia la rettifica rotativa che la rettifica su entrambi i lati dei wafer di silicio possono soddisfare i requisiti di qualità di lavorazione dei wafer di silicio da 300 mm più diffusi e rappresentano attualmente i metodi di spianatura più importanti. Nella scelta del metodo di spianatura dei wafer di silicio, è necessario considerare in modo completo i requisiti relativi al diametro, alla qualità superficiale e alla tecnologia di lucidatura del wafer di silicio monocristallino. Per l'assottigliamento posteriore del wafer è possibile utilizzare solo un metodo di lavorazione su un solo lato, come ad esempio la rettifica rotativa.

Oltre alla selezione del metodo di rettifica per la lavorazione dei wafer di silicio, è necessario determinare anche i parametri di processo più appropriati, come la pressione positiva, la granulometria della mola, il legante della mola, la velocità della mola, la velocità del wafer di silicio, la viscosità e la portata del fluido di rettifica, ecc., e definire un percorso di processo adeguato. Solitamente, per ottenere wafer di silicio monocristallino con elevata efficienza di lavorazione, elevata planarità superficiale e ridotto danneggiamento della superficie, si utilizza un processo di rettifica segmentato che comprende rettifica di sgrossatura, rettifica di semifinitura, rettifica di finitura, rettifica senza scintille e riavvolgimento lento.