वेफर डायसिंग म्हणजे काय?

A वेफरखरी सेमीकंडक्टर चिप बनण्यासाठी तीन बदलांमधून जावे लागते: प्रथम, ब्लॉक-आकाराच्या इंगॉटचे वेफर्समध्ये विभाजन केले जाते; दुसऱ्या प्रक्रियेत, मागील प्रक्रियेद्वारे वेफरच्या पुढील भागावर ट्रान्झिस्टर कोरले जातात; शेवटी, पॅकेजिंग केले जाते, म्हणजेच, कापण्याच्या प्रक्रियेद्वारे,वेफरएक संपूर्ण सेमीकंडक्टर चिप बनते. यावरून असे दिसून येते की पॅकेजिंग प्रक्रिया ही बॅक-एंड प्रक्रियेचा भाग आहे. या प्रक्रियेत, वेफरला अनेक षटकोनी स्वतंत्र चिप्समध्ये कापले जाते. स्वतंत्र चिप्स मिळवण्याच्या या प्रक्रियेला “सिंग्युलेशन” म्हणतात, आणि वेफर बोर्डला स्वतंत्र घनाकृतींमध्ये कापण्याच्या प्रक्रियेला “वेफर कटिंग (डाय सॉइंग)” म्हणतात. अलीकडे, सेमीकंडक्टर इंटिग्रेशनमधील सुधारणांमुळे, जाडी...वेफर्सते अधिकाधिक पातळ होत गेले आहे, ज्यामुळे अर्थातच ‘एकत्रीकरण’ प्रक्रियेत बरीच अडचण येते.

वेफर डायसिंगची उत्क्रांती

फ्रंट-एंड आणि बॅक-एंड प्रक्रिया विविध मार्गांनी परस्परसंवादातून विकसित झाल्या आहेत: बॅक-एंड प्रक्रियेच्या विकासामुळे डायपासून वेगळे केलेल्या षटकोनी लहान चिप्सची रचना आणि स्थिती निश्चित होऊ शकते.वेफरतसेच वेफरवरील पॅड्सची (विद्युत जोडणी मार्ग) रचना आणि स्थिती; याउलट, फ्रंट-एंड प्रक्रियांच्या उत्क्रांतीने प्रक्रिया आणि पद्धत बदलली आहेवेफरबॅक-एंड प्रक्रियेमध्ये बॅक थिनिंग आणि “डाय डायसिंग” केले जाते. त्यामुळे, पॅकेजच्या वाढत्या अत्याधुनिक स्वरूपाचा बॅक-एंड प्रक्रियेवर मोठा परिणाम होईल. शिवाय, पॅकेजच्या स्वरूपातील बदलानुसार डायसिंगची संख्या, प्रक्रिया आणि प्रकार देखील त्यानुसार बदलतील.

स्क्राइब डायसिंग

सुरुवातीच्या काळात, बाह्य शक्ती लावून 'तोडणे' हीच फासे विभागण्याची एकमेव पद्धत होती.वेफरषटकोनी साच्यांमध्ये. तथापि, या पद्धतीचे तोटे म्हणजे लहान चिपच्या कडेला तडे जाणे किंवा ती फुटणे. याव्यतिरिक्त, धातूच्या पृष्ठभागावरील बर्स पूर्णपणे काढले जात नसल्यामुळे, कापलेला पृष्ठभाग देखील खूप खडबडीत असतो.
ही समस्या सोडवण्यासाठी, “स्क्राइबिंग” कटिंग पद्धत अस्तित्वात आली, म्हणजेच, “तोडण्यापूर्वी”, पृष्ठभागवेफरसुमारे अर्ध्या खोलीपर्यंत कापले जाते. नावाप्रमाणेच, “स्क्रायबिंग” म्हणजे इम्पेलरचा वापर करून वेफरची पुढची बाजू अगोदरच करवतीने (अर्धी) कापण्याची क्रिया होय. सुरुवातीच्या काळात, ६ इंचांपेक्षा कमी जाडीच्या बहुतेक वेफर्ससाठी प्रथम चिप्सच्या मध्ये “स्लाइसिंग” (कापण्याची) आणि नंतर “ब्रेकिंग” (तोडण्याची) हीच कापण्याची पद्धत वापरली जात असे.

ब्लेड डायसिंग किंवा ब्लेड सॉइंग

'स्क्राइबिंग' कटिंग पद्धत हळूहळू 'ब्लेड डायसिंग' कटिंग (किंवा सॉइंग) पद्धतीत विकसित झाली, जी एका ब्लेडने सलग दोन किंवा तीन वेळा कापण्याची पद्धत आहे. 'ब्लेड' कटिंग पद्धत 'स्क्राइबिंग'नंतर 'ब्रेकिंग' करताना लहान तुकडे निघून जाण्याच्या समस्येवर उपाय करते आणि 'सिंग्युलेशन' प्रक्रियेदरम्यान लहान तुकड्यांचे संरक्षण करते. 'ब्लेड' कटिंग हे पूर्वीच्या 'डायसिंग' कटिंगपेक्षा वेगळे आहे, म्हणजेच, 'ब्लेड' कटिंगनंतर, ते 'ब्रेकिंग' नसते, तर पुन्हा ब्लेडने कापले जाते. त्यामुळे, याला 'स्टेप डायसिंग' पद्धत असेही म्हटले जाते.

कटिंग प्रक्रियेदरम्यान वेफरला बाह्य नुकसानीपासून वाचवण्यासाठी, अधिक सुरक्षित 'सिंगलिंग' सुनिश्चित करण्याकरिता वेफरवर अगोदरच एक फिल्म लावली जाते. 'बॅक ग्राइंडिंग' प्रक्रियेदरम्यान, ही फिल्म वेफरच्या पुढच्या भागावर लावली जाते. परंतु याउलट, 'ब्लेड' कटिंगमध्ये, ही फिल्म वेफरच्या मागच्या भागावर लावली पाहिजे. युटेक्टिक डाय बाँडिंग (डाय बाँडिंग, म्हणजे वेगळे केलेले चिप्स पीसीबी किंवा स्थिर फ्रेमवर निश्चित करणे) दरम्यान, मागच्या भागावर लावलेली फिल्म आपोआप गळून पडते. कटिंग दरम्यान होणाऱ्या जास्त घर्षणामुळे, सर्व दिशांनी सतत डीआय (DI) पाण्याचा फवारा मारला पाहिजे. याव्यतिरिक्त, इम्पेलरला हिऱ्याचे कण लावले पाहिजेत, जेणेकरून स्लाइस अधिक चांगल्या प्रकारे कापले जातील. यावेळी, काप (ब्लेडची जाडी: ग्रूव्हची रुंदी) एकसमान असणे आवश्यक आहे आणि तो डायसिंग ग्रूव्हच्या रुंदीपेक्षा जास्त नसावा.
बऱ्याच काळापासून, करवतीने कापणे ही सर्वात जास्त वापरली जाणारी पारंपरिक कटिंग पद्धत आहे. याचा सर्वात मोठा फायदा म्हणजे कमी वेळात मोठ्या संख्येने वेफर्स कापता येतात. तथापि, जर स्लाइसचा फीडिंग वेग खूप वाढवला, तर चिपलेटच्या कडा सोलल्या जाण्याची शक्यता वाढते. त्यामुळे, इम्पेलरच्या फिरण्याची संख्या प्रति मिनिट सुमारे ३०,००० वेळा नियंत्रित केली पाहिजे. यावरून असे दिसून येते की, सेमीकंडक्टर प्रक्रियेचे तंत्रज्ञान हे अनेकदा दीर्घकाळच्या संचयनातून आणि प्रयत्न-त्रुटींमधून हळूहळू जमा झालेले एक रहस्य असते (युटेक्टिक बॉन्डिंगवरील पुढील विभागात, आपण कटिंग आणि डीएएफ (DAF) बद्दलच्या सामग्रीवर चर्चा करू).

दळण्यापूर्वी तुकडे करणे (DBG): कापण्याच्या क्रमात पद्धत बदलली आहे.

जेव्हा ८-इंच व्यासाच्या वेफरवर ब्लेड कटिंग केले जाते, तेव्हा चिपलेटच्या कडा सोलण्याची किंवा तडकण्याची चिंता करण्याची गरज नसते. परंतु जेव्हा वेफरचा व्यास २१ इंचांपर्यंत वाढतो आणि जाडी अत्यंत पातळ होते, तेव्हा कडा सोलण्याची आणि तडकण्याची समस्या पुन्हा दिसू लागते. कटिंग प्रक्रियेदरम्यान वेफरवरील भौतिक आघात लक्षणीयरीत्या कमी करण्यासाठी, पारंपरिक कटिंग क्रमाच्या जागी 'डायसिंग बिफोर ग्राइंडिंग' (दळण्यापूर्वी तुकडे करणे) ही डीबीजी (DBG) पद्धत वापरली जाते. सतत कापणाऱ्या पारंपरिक 'ब्लेड' कटिंग पद्धतीच्या विपरीत, डीबीजीमध्ये प्रथम एक 'ब्लेड' कट केला जातो आणि नंतर चिप वेगळी होईपर्यंत मागची बाजू सतत पातळ करून वेफरची जाडी हळूहळू कमी केली जाते. असे म्हणता येईल की डीबीजी ही पूर्वीच्या 'ब्लेड' कटिंग पद्धतीची एक सुधारित आवृत्ती आहे. दुसऱ्या कटचा आघात कमी करू शकत असल्यामुळे, 'वेफर-लेव्हल पॅकेजिंग'मध्ये डीबीजी पद्धत वेगाने लोकप्रिय झाली आहे.

लेझर डायसिंग

वेफर-लेव्हल चिप स्केल पॅकेज (WLCSP) प्रक्रियेमध्ये प्रामुख्याने लेझर कटिंगचा वापर केला जातो. लेझर कटिंगमुळे सोलणे आणि तडे जाणे यांसारख्या समस्या कमी होतात, ज्यामुळे चांगल्या दर्जाच्या चिप्स मिळतात, परंतु जेव्हा वेफरची जाडी १००μm पेक्षा जास्त असते, तेव्हा उत्पादकता मोठ्या प्रमाणात कमी होते. त्यामुळे, याचा वापर बहुतेकदा १००μm पेक्षा कमी जाडीच्या (तुलनेने पातळ) वेफर्सवर केला जातो. लेझर कटिंगमध्ये वेफरच्या स्क्राइब ग्रूव्हवर उच्च-ऊर्जा लेझरचा वापर करून सिलिकॉन कापले जाते. तथापि, पारंपरिक लेझर कटिंग पद्धत वापरताना, वेफरच्या पृष्ठभागावर आधीच एक संरक्षक फिल्म लावावी लागते. कारण लेझरने वेफरचा पृष्ठभाग गरम केल्यामुळे किंवा त्यावर किरणोत्सर्ग केल्यामुळे, या भौतिक संपर्कांमुळे वेफरच्या पृष्ठभागावर खाचा तयार होतात आणि कापलेले सिलिकॉनचे तुकडे देखील पृष्ठभागाला चिकटतात. यावरून असे दिसून येते की पारंपरिक लेझर कटिंग पद्धत देखील थेट वेफरचा पृष्ठभाग कापते आणि या बाबतीत ती "ब्लेड" कटिंग पद्धतीसारखीच आहे.

स्टेल्थ डायसिंग (SD) ही एक अशी पद्धत आहे, ज्यात प्रथम लेझर ऊर्जेने वेफरच्या आतील भाग कापला जातो आणि नंतर मागच्या बाजूला लावलेल्या टेपवर बाह्य दाब देऊन ती तोडली जाते, ज्यामुळे चिप वेगळी होते. जेव्हा मागच्या बाजूच्या टेपवर दाब दिला जातो, तेव्हा टेप ताणली गेल्यामुळे वेफर त्वरित वर उचलली जाते, ज्यामुळे चिप वेगळी होते. पारंपरिक लेझर कटिंग पद्धतीच्या तुलनेत SD चे फायदे असे आहेत: पहिले म्हणजे, सिलिकॉनचे अवशेष शिल्लक राहत नाहीत; दुसरे म्हणजे, केर्फ (केर्फ: कोरलेल्या खाचेची रुंदी) अरुंद असल्यामुळे अधिक चिप्स मिळवता येतात. याव्यतिरिक्त, SD पद्धतीचा वापर केल्याने वेफर सोलली जाण्याची आणि तडकण्याची समस्या मोठ्या प्रमाणात कमी होते, जी कटिंगच्या एकूण गुणवत्तेसाठी अत्यंत महत्त्वाची आहे. त्यामुळे, भविष्यात SD पद्धत ही सर्वात लोकप्रिय तंत्रज्ञान बनण्याची दाट शक्यता आहे.

प्लाझ्मा डायसिंग
प्लाझ्मा कटिंग हे एक अलीकडे विकसित झालेले तंत्रज्ञान आहे, जे उत्पादन (फॅब) प्रक्रियेदरम्यान कापण्यासाठी प्लाझ्मा एचिंगचा वापर करते. प्लाझ्मा कटिंगमध्ये द्रवांऐवजी अर्ध-वायू पदार्थांचा वापर केला जातो, त्यामुळे पर्यावरणावरील परिणाम तुलनेने कमी असतो. तसेच, संपूर्ण वेफर एकाच वेळी कापण्याची पद्धत अवलंबली जाते, त्यामुळे 'कापण्याचा' वेग तुलनेने जास्त असतो. तथापि, प्लाझ्मा पद्धतीमध्ये कच्चा माल म्हणून रासायनिक अभिक्रिया वायूचा वापर केला जातो आणि एचिंग प्रक्रिया खूप गुंतागुंतीची असते, त्यामुळे त्याची प्रक्रिया प्रवाह तुलनेने किचकट असतो. परंतु 'ब्लेड' कटिंग आणि लेझर कटिंगच्या तुलनेत, प्लाझ्मा कटिंगमुळे वेफरच्या पृष्ठभागाला नुकसान होत नाही, त्यामुळे दोषांचे प्रमाण कमी होते आणि अधिक चिप्स मिळतात.

अलीकडे, वेफरची जाडी ३०μm पर्यंत कमी झाल्यामुळे, तांबे (Cu) किंवा कमी डायलेक्ट्रिक स्थिरांक (Low-k) असलेल्या पदार्थांचा मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो. त्यामुळे, बर्स (Burr) टाळण्यासाठी प्लाझ्मा कटिंग पद्धतींनाही प्राधान्य दिले जाईल. अर्थात, प्लाझ्मा कटिंग तंत्रज्ञानही सतत विकसित होत आहे. माझा विश्वास आहे की नजीकच्या भविष्यात, एक दिवस एचिंग करताना विशेष मास्क घालण्याची गरज भासणार नाही, कारण ही प्लाझ्मा कटिंगची एक प्रमुख विकास दिशा आहे.

वेफर्सची जाडी 100μm वरून 50μm आणि नंतर 30μm पर्यंत सतत कमी होत गेल्यामुळे, स्वतंत्र चिप्स मिळवण्याच्या कटिंग पद्धतींमध्येही 'ब्रेकिंग' आणि 'ब्लेड' कटिंगपासून लेझर कटिंग आणि प्लाझ्मा कटिंगपर्यंत बदल आणि विकास होत गेला आहे. जरी या अधिकाधिक प्रगत कटिंग पद्धतींमुळे कटिंग प्रक्रियेचा उत्पादन खर्च वाढला असला तरी, दुसरीकडे, सेमीकंडक्टर चिप कटिंगमध्ये वारंवार होणाऱ्या सोलणे आणि तडे जाणे यांसारख्या अवांछित घटनांमध्ये लक्षणीय घट झाल्यामुळे आणि प्रति युनिट वेफर मिळणाऱ्या चिप्सची संख्या वाढल्यामुळे, एका चिपच्या उत्पादन खर्चात घट होण्याचा कल दिसून आला आहे. अर्थात, वेफरच्या प्रति युनिट क्षेत्रफळामागे मिळणाऱ्या चिप्सच्या संख्येत होणारी वाढ ही डायसिंग स्ट्रीटची रुंदी कमी होण्याशी जवळून संबंधित आहे. 'ब्लेड' कटिंग पद्धतीच्या तुलनेत प्लाझ्मा कटिंग वापरून जवळपास 20% अधिक चिप्स मिळवता येतात, आणि हेच एक प्रमुख कारण आहे ज्यामुळे लोक प्लाझ्मा कटिंग निवडतात. वेफर्स, चिपचे स्वरूप आणि पॅकेजिंग पद्धतींच्या विकास आणि बदलांमुळे, वेफर प्रोसेसिंग टेक्नॉलॉजी आणि डीबीजी (DBG) सारख्या विविध कटिंग प्रक्रिया देखील उदयास येत आहेत.