Dlaczego przerzedzanie jest potrzebne?

Na etapie procesu zaplecza,opłatek (płytka krzemowa(z obwodami z przodu) wymaga pocienienia tylnej części przed dalszym cięciem, spawaniem i pakowaniem, aby zmniejszyć wysokość montażu obudowy, zmniejszyć objętość układu scalonego, poprawić wydajność dyfuzji cieplnej układu scalonego, parametry elektryczne, właściwości mechaniczne oraz ograniczyć konieczność cięcia. Szlifowanie tylnej części układu scalonego charakteryzuje się wysoką wydajnością i niskim kosztem. Zastąpiło ono tradycyjne procesy trawienia na mokro i trawienia jonowego, stając się najważniejszą technologią pocieniania tylnej części układu scalonego.

Cienki opłatek

Jak schudnąć?

Główny proces przerzedzania płytek w tradycyjnym procesie pakowania

Konkretne krokiopłatekProces rozcieńczania polega na połączeniu obrabianego wafla z warstwą rozcieńczającą, a następnie na użyciu próżni do adsorpcji warstwy rozcieńczającej i znajdującego się na niej chipa na porowatym stole ceramicznym. Następnie, w celu wyrównania wewnętrznych i zewnętrznych linii środkowych powierzchni roboczej diamentowej tarczy szlifierskiej w kształcie miseczki, wafel krzemowy i tarcza szlifierska obracają się wokół swoich osi, umożliwiając szlifowanie wgłębne. Szlifowanie obejmuje trzy etapy: szlifowanie zgrubne, szlifowanie dokładne i polerowanie.

Wafel opuszczający fabrykę jest szlifowany wstecznie, aby uzyskać grubość wymaganą do pakowania. Podczas szlifowania wafla, należy nałożyć taśmę na przód (obszar aktywny), aby zabezpieczyć obszar obwodu, a jednocześnie szlifować tył. Po szlifowaniu należy zdjąć taśmę i zmierzyć grubość.
Procesy szlifowania, które zostały z powodzeniem zastosowane do przygotowania płytek krzemowych, obejmują szlifowanie na stole obrotowym,płytka krzemowaszlifowanie obrotowe, szlifowanie dwustronne, itp. Wraz z dalszą poprawą wymagań dotyczących jakości powierzchni monokrystalicznych płytek krzemowych, stale proponowane są nowe technologie szlifowania, takie jak szlifowanie TAIKO, szlifowanie chemiczno-mechaniczne, szlifowanie polerujące i szlifowanie tarczami planetarnymi.

Szlifowanie na stole obrotowym:

Szlifowanie na stole obrotowym (obrotowe szlifowanie stołowe) jest wczesnym procesem szlifowania stosowanym w przygotowaniu płytek krzemowych i ścienianiu grzbietu. Jego zasada jest pokazana na rysunku 1. Płytki krzemowe są zamocowane na przyssawkach obrotowego stołu i obracają się synchronicznie napędzane przez obrotowy stół. Same płytki krzemowe nie obracają się wokół własnej osi; ściernica jest podawana osiowo podczas obracania się z dużą prędkością, a średnica ściernicy jest większa niż średnica płytki krzemowej. Istnieją dwa rodzaje szlifowania na stole obrotowym: szlifowanie wgłębne czołowe i szlifowanie styczne czołowe. W szlifowaniu wgłębnym czołowym szerokość ściernicy jest większa niż średnica płytki krzemowej, a wrzeciono ściernicy przesuwa się w sposób ciągły wzdłuż swojego kierunku osiowego, aż do przetworzenia nadmiaru, a następnie płytka krzemowa jest obracana pod napędem stołu obrotowego; w przypadku szlifowania stycznego czołowego, ściernica przesuwa się wzdłuż kierunku osiowego, a płytka krzemowa jest ciągle obracana pod napędem obracającej się tarczy, a szlifowanie jest wykonywane poprzez podawanie posuwisto-zwrotne (reciprocation) lub podawanie pełzające (creepfeed).

Rysunek 1. Schematyczny diagram zasady działania szlifierki obrotowej (stycznej do czoła)

W porównaniu ze szlifowaniem, szlifowanie na stole obrotowym ma zalety wysokiej wydajności usuwania materiału, małych uszkodzeń powierzchni i łatwej automatyzacji. Jednakże, rzeczywisty obszar szlifowania (szlifowanie aktywne) B i kąt natarcia θ (kąt pomiędzy zewnętrznym okręgiem ściernicy a zewnętrznym okręgiem płytki krzemowej) w procesie szlifowania zmieniają się wraz ze zmianą pozycji cięcia ściernicy, co skutkuje niestabilną siłą szlifowania, utrudniając uzyskanie idealnej dokładności powierzchni (wysoka wartość TTV) i łatwo powodując defekty, takie jak załamanie krawędzi i załamanie krawędzi. Technologia szlifowania na stole obrotowym jest stosowana głównie do obróbki monokrystalicznych płytek krzemowych o średnicy poniżej 200 mm. Wzrost rozmiaru monokrystalicznych płytek krzemowych spowodował wyższe wymagania dotyczące dokładności powierzchni i dokładności ruchu stołu roboczego, dlatego szlifowanie na stole obrotowym nie nadaje się do szlifowania monokrystalicznych płytek krzemowych o średnicy powyżej 300 mm.
Aby zwiększyć wydajność szlifowania, komercyjne płaskie szlifierki styczne zazwyczaj wykorzystują konstrukcję wielotarczową. Na przykład, w urządzeniu znajduje się zestaw ściernic do szlifowania zgrubnego i zestaw ściernic do szlifowania dokładnego, a stół obrotowy obraca się o jeden okrąg, wykonując kolejno szlifowanie zgrubne i dokładne. Do tego typu urządzeń należy model G-500DS amerykańskiej firmy GTI (rysunek 2).

Rysunek 2. Urządzenie do szlifowania stołu obrotowego G-500DS firmy GTI w Stanach Zjednoczonych

Obrotowe szlifowanie płytek krzemowych:

Aby sprostać potrzebom związanym z przygotowaniem płytek krzemowych o dużych rozmiarach i obróbką metodą pocieniania wstecznego, a także uzyskać dokładność powierzchni przy dobrej wartości TTV, w 1988 roku japoński uczony Matsui zaproponował metodę szlifowania obrotowego płytek krzemowych (ang. in-feedgrinding). Jej zasada została przedstawiona na rysunku 3. Monokrystaliczna płytka krzemowa i diamentowa ściernica w kształcie miseczki, zaadsorbowane na stole roboczym, obracają się wokół swoich osi, a ściernica jest jednocześnie ciągle podawana wzdłuż kierunku osiowego. Średnica ściernicy jest większa niż średnica obrabianej płytki krzemowej, a jej obwód przechodzi przez środek płytki krzemowej. Aby zmniejszyć siłę szlifowania i temperaturę szlifowania, przyssawka próżniowa jest zazwyczaj przycinana do kształtu wypukłego lub wklęsłego, lub kąt między wrzecionem ściernicy a osią wrzeciona przyssawki jest regulowany w celu zapewnienia szlifowania półkontaktowego między ściernicą a płytką krzemową.

Rysunek 3. Schematyczny diagram zasady mielenia obrotowego płytek krzemowych

W porównaniu ze szlifowaniem na stole obrotowym, szlifowanie płytek krzemowych metodą obrotową ma następujące zalety: ① Jednorazowe szlifowanie pojedynczej płytki umożliwia obróbkę płytek krzemowych o dużych rozmiarach, powyżej 300 mm; ② Rzeczywisty obszar szlifowania B i kąt cięcia θ są stałe, a siła szlifowania jest stosunkowo stabilna; ③ Poprzez regulację kąta nachylenia między osią tarczy szlifierskiej a osią płytki krzemowej, kształt powierzchni monokrystalicznego wafla krzemowego może być aktywnie kontrolowany, co pozwala uzyskać lepszą dokładność kształtu powierzchni. Ponadto, obszar szlifowania i kąt cięcia θ podczas szlifowania płytek krzemowych metodą obrotową mają również zalety szlifowania z dużym marginesem, łatwego pomiaru grubości i jakości powierzchni online oraz kontroli, kompaktowej konstrukcji urządzenia, łatwego zintegrowanego szlifowania wielostanowiskowego oraz wysokiej wydajności szlifowania.
Aby zwiększyć wydajność produkcji i sprostać potrzebom linii produkcyjnych półprzewodników, komercyjne urządzenia do szlifowania oparte na zasadzie rotacyjnego szlifowania płytek krzemowych wykorzystują wielowrzecionową, wielostanowiskową konstrukcję, która umożliwia szlifowanie zgrubne i dokładne w jednym cyklu załadunku i rozładunku. W połączeniu z innymi urządzeniami pomocniczymi, urządzenia te umożliwiają w pełni automatyczne szlifowanie monokrystalicznych płytek krzemowych metodą „suszenie na sucho” i „z kasety do kasety”.

Szlifowanie dwustronne:

Podczas obróbki powierzchni wafli krzemowych metodą szlifowania obrotowego, górna i dolna powierzchnia wafli krzemowych musi być obracana i wykonywana etapami, co ogranicza wydajność. Jednocześnie szlifowanie obrotowe wafli krzemowych powoduje kopiowanie błędów powierzchni (skopiowanie) i ślady szlifowania (ściernica), co uniemożliwia skuteczne usunięcie defektów, takich jak falistość i stożkowatość, na powierzchni monokrystalicznego wafla krzemowego po cięciu drutem (piłą wielopiłową), jak pokazano na rysunku 4. Aby zaradzić powyższym wadom, w latach 90. XX wieku pojawiła się technologia szlifowania dwustronnego (doublesidegrinding), której zasada działania została przedstawiona na rysunku 5. Zaciski, symetrycznie rozmieszczone po obu stronach, zaciskają monokrystaliczny wafel krzemowy w pierścieniu ustalającym i obracają się powoli, napędzane przez rolkę. Para diamentowych tarcz szlifierskich w kształcie miseczek jest rozmieszczona po obu stronach monokrystalicznego wafla krzemowego. Napędzane przez wrzeciono elektryczne z łożyskiem powietrznym, obracają się one w przeciwnych kierunkach i przesuwają osiowo, aby uzyskać dwustronne szlifowanie monokrystalicznej płytki krzemowej. Jak widać na rysunku, dwustronne szlifowanie może skutecznie usunąć falistość i stożkowatość na powierzchni monokrystalicznej płytki krzemowej po cięciu drutem. W zależności od kierunku ustawienia osi ściernicy, dwustronne szlifowanie może być poziome i pionowe. Spośród nich, poziome dwustronne szlifowanie może skutecznie zmniejszyć wpływ odkształcenia płytki krzemowej spowodowanego ciężarem własnym płytki na jakość szlifowania. Łatwo jest również zapewnić, że warunki procesu szlifowania po obu stronach monokrystalicznej płytki krzemowej są takie same, a cząstki ścierne i wióry szlifierskie nie osadzają się łatwo na powierzchni monokrystalicznej płytki krzemowej. Jest to stosunkowo idealna metoda szlifowania.

Rysunek 4. „Kopia błędu” i wady śladów zużycia podczas szlifowania obrotowego płytek krzemowych

Rysunek 5. Schematyczny diagram zasady dwustronnego szlifowania

Tabela 1 przedstawia porównanie szlifowania i szlifowania dwustronnego powyższych trzech rodzajów monokrystalicznych płytek krzemowych. Szlifowanie dwustronne jest stosowane głównie do obróbki płytek krzemowych o średnicy poniżej 200 mm i charakteryzuje się wysoką wydajnością. Dzięki zastosowaniu stałych ściernic, szlifowanie monokrystalicznych płytek krzemowych pozwala uzyskać znacznie wyższą jakość powierzchni niż szlifowanie dwustronne. Dlatego zarówno szlifowanie obrotowe, jak i szlifowanie dwustronne płytek krzemowych może spełnić wymagania jakościowe obróbki popularnych płytek krzemowych o średnicy 300 mm i jest obecnie najważniejszą metodą prostowania. Wybierając metodę prostowania płytek krzemowych, należy kompleksowo uwzględnić wymagania dotyczące średnicy, jakości powierzchni oraz technologii polerowania monokrystalicznej płytki krzemowej. Do pocieniania tylnej warstwy płytki można wybrać jedynie jednostronną metodę obróbki, taką jak szlifowanie obrotowe płytek krzemowych.

Oprócz wyboru metody szlifowania płytek krzemowych, konieczne jest również określenie odpowiednich parametrów procesu, takich jak ciśnienie dodatnie, wielkość ziarna ściernicy, spoiwo ściernicy, prędkość ściernicy, prędkość płytki krzemowej, lepkość i natężenie przepływu cieczy szlifierskiej itp., a także określenie odpowiedniej ścieżki procesu. Zazwyczaj segmentowy proces szlifowania, obejmujący szlifowanie zgrubne, szlifowanie półwykańczające, szlifowanie wykańczające, szlifowanie beziskrowe i powolne podciąganie, jest stosowany w celu uzyskania monokrystalicznych płytek krzemowych o wysokiej wydajności przetwarzania, wysokiej płaskości powierzchni i niskim poziomie uszkodzeń powierzchni.