Por que é necessário o desbaste?

Na etapa de processamento de back-end, owafer (pastilha de silícioOs chips (com circuitos na parte frontal) precisam ser adelgaçados na parte traseira antes dos processos subsequentes de corte, soldagem e encapsulamento para reduzir a altura de montagem do encapsulamento, diminuir o volume do chip, melhorar a eficiência de difusão térmica, o desempenho elétrico e as propriedades mecânicas, além de reduzir a quantidade de cortes. O desbaste da parte traseira apresenta as vantagens de alta eficiência e baixo custo, substituindo os processos tradicionais de corrosão úmida e corrosão iônica, tornando-se a tecnologia de adelgaçamento da parte traseira mais importante.

A pastilha adelgaçada

Como emagrecer?

Principal processo de adelgaçamento de wafers no processo de encapsulamento tradicional.

Os passos específicos dewaferO processo de adelgaçamento consiste em unir a pastilha a ser processada à película de adelgaçamento e, em seguida, utilizar vácuo para adsorver a película de adelgaçamento e o chip sobre ela à mesa de pastilhas de cerâmica porosa. Ajustar as linhas centrais circulares internas e externas da superfície de trabalho da rebolo diamantada em forma de copo ao centro da pastilha de silício, e a pastilha de silício e a rebolo giram em torno de seus respectivos eixos para realizar o desbaste. O desbaste compreende três etapas: desbaste, desbaste fino e polimento.

O wafer que sai da fábrica passa por um processo de retificação na parte traseira para atingir a espessura necessária para a embalagem. Durante a retificação, é preciso aplicar fita adesiva na parte frontal (área ativa) para proteger o circuito, enquanto a parte traseira é retificada simultaneamente. Após a retificação, a fita é removida e a espessura é medida.
Os processos de retificação que têm sido aplicados com sucesso na preparação de wafers de silício incluem a retificação em mesa rotativa,pastilha de silícioRetificação rotativa, retificação dupla face, etc. Com o aprimoramento contínuo dos requisitos de qualidade superficial de wafers de silício monocristalino, novas tecnologias de retificação são constantemente propostas, como a retificação TAIKO, a retificação químico-mecânica, a retificação por polimento e a retificação planetária de discos.

Retificação em mesa rotativa:

A retificação em mesa rotativa (ou retificação em mesa rotativa) é um processo de retificação antigo usado na preparação e no afinamento posterior de wafers de silício. Seu princípio é mostrado na Figura 1. Os wafers de silício são fixados nas ventosas da mesa rotativa e giram sincronizadamente, impulsionados pela rotação da mesa. Os próprios wafers de silício não giram em torno de seu eixo; o rebolo é alimentado axialmente enquanto gira em alta velocidade, e o diâmetro do rebolo é maior que o diâmetro do wafer de silício. Existem dois tipos de retificação em mesa rotativa: retificação por penetração e retificação tangencial. Na retificação por penetração, a largura do rebolo é maior que o diâmetro do wafer de silício, e o eixo do rebolo avança continuamente ao longo de sua direção axial até que o excesso seja removido, e então o wafer de silício é girado sob o acionamento da mesa rotativa; Na retificação tangencial de face, o rebolo avança ao longo de sua direção axial, e a pastilha de silício é continuamente girada sob o acionamento do disco rotativo, e a retificação é concluída por avanço alternativo (reciprocation) ou avanço lento (creepfeed).

Figura 1, diagrama esquemático do princípio de retificação em mesa rotativa (tangencial à face).

Em comparação com o método de retificação tradicional, a retificação em mesa rotativa apresenta vantagens como alta taxa de remoção de material, menor dano superficial e fácil automação. No entanto, a área de retificação efetiva (área de retificação ativa) B e o ângulo de corte θ (ângulo entre o círculo externo da rebolo e o círculo externo da pastilha de silício) variam com a posição de corte da rebolo durante o processo de retificação, resultando em uma força de retificação instável. Isso dificulta a obtenção da precisão superficial ideal (alto valor de TTV) e facilita a ocorrência de defeitos como quebra e deformação das bordas. A tecnologia de retificação em mesa rotativa é utilizada principalmente para o processamento de pastilhas de silício monocristalino com dimensões inferiores a 200 mm. O aumento no tamanho das pastilhas de silício monocristalino impôs maiores exigências em relação à precisão superficial e à precisão de movimento do equipamento, tornando a retificação em mesa rotativa inadequada para a retificação de pastilhas de silício monocristalino com dimensões superiores a 300 mm.
Para melhorar a eficiência da retificação, os equipamentos comerciais de retificação tangencial plana geralmente adotam uma estrutura com múltiplas rebolos. Por exemplo, um conjunto de rebolos para desbaste e um conjunto de rebolos para acabamento são instalados no equipamento, e a mesa rotativa gira uma volta completa para realizar o desbaste e o acabamento alternadamente. Esse tipo de equipamento inclui o G-500DS da empresa americana GTI (Figura 2).

Figura 2, equipamento de retificação de mesa rotativa G-500DS da empresa GTI nos Estados Unidos.

Retificação rotativa de wafers de silício:

Para atender às necessidades de preparação de wafers de silício de grande porte e processamento de adelgaçamento posterior, e obter precisão superficial com bom valor de TTV (variação total de tempo), o pesquisador japonês Matsui propôs, em 1988, um método de retificação rotativa de wafers de silício (retificação com alimentação contínua). Seu princípio é mostrado na Figura 3. O wafer de silício monocristalino e o rebolo diamantado em formato de copo, fixados na bancada, giram em torno de seus respectivos eixos, e o rebolo é alimentado continuamente ao longo da direção axial. O diâmetro do rebolo é maior que o diâmetro do wafer de silício processado, e sua circunferência passa pelo centro do wafer. Para reduzir a força de retificação e o calor gerado, a ventosa a vácuo é geralmente moldada em um formato convexo ou côncavo, ou o ângulo entre o eixo do rebolo e o eixo da ventosa é ajustado para garantir a retificação semicontato entre o rebolo e o wafer de silício.

Figura 3. Diagrama esquemático do princípio de retificação rotativa de wafers de silício.

Em comparação com a retificação em mesa rotativa, a retificação rotativa de wafers de silício apresenta as seguintes vantagens: ① A retificação de um único wafer permite o processamento de wafers de silício de grandes dimensões, acima de 300 mm; ② A área de retificação efetiva (B) e o ângulo de corte (θ) são constantes, resultando em uma força de retificação relativamente estável; ③ Através do ajuste do ângulo de inclinação entre o eixo da rebolo e o eixo do wafer de silício, é possível controlar ativamente a forma da superfície do wafer de silício monocristalino, obtendo-se assim maior precisão dimensional. Além disso, a área de retificação e o ângulo de corte (θ) da retificação rotativa de wafers de silício também oferecem vantagens como ampla margem de retificação, facilidade de detecção e controle online da espessura e da qualidade da superfície, estrutura compacta do equipamento, facilidade de retificação integrada em múltiplas estações e alta eficiência de retificação.
Para melhorar a eficiência da produção e atender às necessidades das linhas de produção de semicondutores, o equipamento comercial de retificação baseado no princípio da retificação rotativa de wafers de silício adota uma estrutura multiespindles e multiestação, que permite realizar a retificação de desbaste e o acabamento em uma única operação de carga e descarga. Combinado com outros equipamentos auxiliares, possibilita a retificação totalmente automática de wafers de silício monocristalino nos processos de "entrada/saída a seco" e "cassete a cassete".

Retificação em ambos os lados:

Quando o processo de retificação rotativa de wafers de silício envolve as superfícies superior e inferior do wafer, a peça precisa ser girada e o processo realizado em etapas, o que limita a eficiência. Além disso, a retificação rotativa de wafers de silício apresenta erros de superfície (cópia) e marcas de retificação, sendo impossível remover eficazmente defeitos como ondulações e conicidades na superfície do wafer de silício monocristalino após o corte por fio (serra múltipla), conforme mostrado na Figura 4. Para superar esses defeitos, surgiu na década de 1990 a tecnologia de retificação dupla face (retificação dupla face), cujo princípio é ilustrado na Figura 5. Fixadores simetricamente distribuídos em ambos os lados prendem o wafer de silício monocristalino no anel de retenção e giram lentamente, acionados por um rolo. Um par de rebolos diamantados em formato de copo, posicionados em lados opostos do wafer de silício monocristalino, giram em direções opostas e avançam axialmente para realizar a retificação dupla face do wafer. Como pode ser observado na figura, a retificação em ambos os lados remove eficazmente as ondulações e irregularidades na superfície da pastilha de silício monocristalino após o corte por fio. De acordo com a direção do eixo do rebolo, a retificação em ambos os lados pode ser horizontal ou vertical. A retificação horizontal em ambos os lados reduz significativamente a influência da deformação da pastilha de silício causada pelo seu próprio peso na qualidade da retificação, além de garantir que as condições do processo de retificação sejam as mesmas em ambos os lados da pastilha, evitando que partículas abrasivas e cavacos se acumulem na superfície. Trata-se, portanto, de um método de retificação relativamente ideal.

Figura 4, Defeitos de "cópia com erro" e marcas de desgaste na retificação rotativa de wafers de silício.

Figura 5, diagrama esquemático do princípio de retificação de dupla face.

A Tabela 1 mostra a comparação entre a retificação rotativa e a retificação dupla dos três tipos de wafers de silício monocristalino mencionados. A retificação dupla é utilizada principalmente para o processamento de wafers de silício com diâmetro inferior a 200 mm e apresenta alto rendimento. Devido ao uso de rebolos abrasivos fixos, a retificação de wafers de silício monocristalino permite obter uma qualidade de superfície muito superior à da retificação dupla. Portanto, tanto a retificação rotativa quanto a retificação dupla atendem aos requisitos de qualidade de processamento dos wafers de silício de 300 mm mais comuns e são atualmente os métodos de aplainamento mais importantes. Ao selecionar um método de aplainamento de wafer de silício, é necessário considerar de forma abrangente os requisitos de diâmetro, qualidade da superfície e tecnologia de polimento do wafer de silício monocristalino. O afinamento da parte traseira do wafer requer, no entanto, um método de processamento unilateral, como a retificação rotativa.

Além de selecionar o método de retificação na retificação de wafers de silício, também é necessário determinar a seleção de parâmetros de processo adequados, como pressão positiva, tamanho do grão da rebolo, aglomerante da rebolo, velocidade da rebolo, velocidade do wafer de silício, viscosidade e vazão do fluido de retificação, etc., e definir uma rota de processo adequada. Normalmente, um processo de retificação segmentado, incluindo retificação de desbaste, retificação de semiacabamento, retificação de acabamento, retificação sem faíscas e retrocesso lento, é utilizado para obter wafers de silício monocristalino com alta eficiência de processamento, alta planicidade superficial e baixo dano superficial.