เหตุใดจึงต้องทำการเจือจาง?

ในขั้นตอนกระบวนการแบ็คเอนด์เวเฟอร์ (เวเฟอร์ซิลิคอนด้วยวงจรที่ด้านหน้า) จำเป็นต้องทำให้บางลงที่ด้านหลังก่อนการหั่น การเชื่อม และการบรรจุภัณฑ์ในภายหลัง เพื่อลดความสูงในการติดบรรจุภัณฑ์ ลดปริมาตรของบรรจุภัณฑ์ชิป ปรับปรุงประสิทธิภาพการแพร่กระจายความร้อนของชิป ประสิทธิภาพไฟฟ้า คุณสมบัติเชิงกล และลดปริมาณการหั่น การเจียรด้านหลังมีข้อดีคือมีประสิทธิภาพสูงและต้นทุนต่ำ ซึ่งได้เข้ามาแทนที่กระบวนการกัดแบบเปียกและกัดด้วยไอออนแบบดั้งเดิม จนกลายมาเป็นเทคโนโลยีการทำให้บางลงที่ด้านหลังที่สำคัญที่สุด

แผ่นเวเฟอร์ที่บางลง

ผอมลงยังไง?

กระบวนการหลักในการทำให้แผ่นเวเฟอร์บางลงในกระบวนการบรรจุภัณฑ์แบบดั้งเดิม

ขั้นตอนที่เฉพาะเจาะจงของเวเฟอร์การทำให้บางลงคือการยึดเวเฟอร์ที่จะประมวลผลเข้ากับฟิล์มทำให้บางลง จากนั้นใช้สุญญากาศเพื่อดูดซับฟิล์มทำให้บางลงและชิปบนนั้นเข้ากับโต๊ะเวเฟอร์เซรามิกที่มีรูพรุน ปรับเส้นศูนย์กลางเรือวงกลมด้านในและด้านนอกของพื้นผิวการทำงานของล้อเจียรเพชรรูปถ้วยให้ตรงกับศูนย์กลางของเวเฟอร์ซิลิกอน จากนั้นเวเฟอร์ซิลิกอนและล้อเจียรจะหมุนรอบแกนที่เกี่ยวข้องเพื่อเจียรตัดเข้า การเจียรประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การเจียรหยาบ การเจียรละเอียด และการขัด

แผ่นเวเฟอร์ที่ออกมาจากโรงงานผลิตแผ่นเวเฟอร์จะถูกบดกลับเพื่อให้แผ่นเวเฟอร์บางลงตามความหนาที่ต้องการสำหรับการบรรจุหีบห่อ เมื่อบดแผ่นเวเฟอร์ จะต้องติดเทปที่ด้านหน้า (พื้นที่ใช้งาน) เพื่อปกป้องพื้นที่วงจร และบดด้านหลังในเวลาเดียวกัน หลังจากบดแล้ว ให้ดึงเทปออกและวัดความหนา
กระบวนการบดที่ประสบความสำเร็จในการนำมาประยุกต์ใช้ในการเตรียมเวเฟอร์ซิลิคอน ได้แก่ การบดโต๊ะหมุนเวเฟอร์ซิลิคอนการเจียรแบบหมุน การเจียรสองด้าน เป็นต้น ด้วยการปรับปรุงข้อกำหนดคุณภาพพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอนผลึกเดี่ยวให้ดียิ่งขึ้น เทคโนโลยีการเจียรใหม่ๆ ได้ถูกนำเสนออย่างต่อเนื่อง เช่น การเจียร TAIKO การเจียรแบบเคมีกล การเจียรแบบขัดเงา และการเจียรแบบจานหมุน

การเจียรโต๊ะหมุน:

การบดโต๊ะหมุน (การบดโต๊ะหมุน) เป็นกระบวนการบดขั้นต้นที่ใช้ในการเตรียมเวเฟอร์ซิลิกอนและการทำให้บางลงด้านหลัง หลักการของมันแสดงไว้ในรูปที่ 1 เวเฟอร์ซิลิกอนจะยึดกับถ้วยดูดของโต๊ะหมุนและหมุนโดยขับเคลื่อนโดยโต๊ะหมุนอย่างซิงโครนัส เวเฟอร์ซิลิกอนเองไม่ได้หมุนรอบแกนของมัน ล้อเจียรจะถูกป้อนตามแนวแกนในขณะที่หมุนด้วยความเร็วสูง และเส้นผ่านศูนย์กลางของล้อเจียรจะใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ซิลิกอน การบดโต๊ะหมุนมีสองประเภท: การบดแบบจุ่มหน้าและการบดแบบสัมผัสหน้า ในการบดแบบจุ่มหน้า ความกว้างของล้อเจียรจะใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ซิลิกอน และแกนของล้อเจียรจะป้อนอย่างต่อเนื่องไปตามทิศทางแกนของมันจนกว่าจะประมวลผลส่วนเกิน จากนั้นเวเฟอร์ซิลิกอนจะหมุนภายใต้การขับเคลื่อนของโต๊ะหมุน ในการเจียรแบบสัมผัส ล้อเจียรจะป้อนไปตามทิศทางแกน และเวเฟอร์ซิลิกอนจะหมุนอย่างต่อเนื่องภายใต้การขับเคลื่อนของดิสก์หมุน และการเจียรจะเสร็จสมบูรณ์ด้วยการป้อนแบบลูกสูบ (reciprocation) หรือการป้อนแบบคืบ (creepfeed)

รูปที่ 1 แผนผังหลักการเจียรโต๊ะหมุน (หน้าสัมผัส)

เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเจียร การเจียรด้วยโต๊ะหมุนมีข้อดีคืออัตราการขจัดออกสูง ความเสียหายต่อพื้นผิวน้อย และระบบอัตโนมัติที่ง่ายดาย อย่างไรก็ตาม พื้นที่เจียรจริง (การเจียรแบบแอ็คทีฟ) B และมุมตัดเข้า θ (มุมระหว่างวงกลมด้านนอกของล้อเจียรและวงกลมด้านนอกของเวเฟอร์ซิลิกอน) ในกระบวนการเจียรจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งการตัดของล้อเจียร ส่งผลให้แรงเจียรไม่เสถียร ทำให้ยากต่อการได้ความแม่นยำของพื้นผิวที่เหมาะสม (ค่า TTV สูง) และอาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ขอบยุบและขอบยุบได้ง่าย เทคโนโลยีการเจียรด้วยโต๊ะหมุนส่วนใหญ่ใช้สำหรับการประมวลผลเวเฟอร์ซิลิกอนผลึกเดี่ยวที่มีขนาดต่ำกว่า 200 มม. การเพิ่มขนาดของเวเฟอร์ซิลิกอนผลึกเดี่ยวทำให้มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความแม่นยำของพื้นผิวและความแม่นยำในการเคลื่อนที่ของโต๊ะทำงานอุปกรณ์ ดังนั้นการเจียรด้วยโต๊ะหมุนจึงไม่เหมาะสำหรับการเจียรเวเฟอร์ซิลิกอนผลึกเดี่ยวที่มีขนาดสูงกว่า 300 มม.
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการเจียร อุปกรณ์เจียรแนวสัมผัสแบบระนาบเชิงพาณิชย์มักใช้โครงสร้างล้อเจียรหลายล้อ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์จะติดตั้งล้อเจียรหยาบและล้อเจียรละเอียดไว้หนึ่งชุด และโต๊ะหมุนจะหมุนหนึ่งวงกลมเพื่อเจียรหยาบและเจียรละเอียดตามลำดับ อุปกรณ์ประเภทนี้ได้แก่ G-500DS ของบริษัท GTI ของอเมริกา (รูปที่ 2)

รูปที่ 2 อุปกรณ์บดโต๊ะหมุนรุ่น G-500DS ของบริษัท GTI ในประเทศสหรัฐอเมริกา

การบดแบบหมุนเวเฟอร์ซิลิกอน:

เพื่อตอบสนองความต้องการในการเตรียมเวเฟอร์ซิลิกอนขนาดใหญ่และการประมวลผลการทำให้บางกลับ และให้ได้ความแม่นยำของพื้นผิวด้วยค่า TTV ที่ดี ในปี 1988 นักวิชาการชาวญี่ปุ่น Matsui ได้เสนอวิธีการบดแบบหมุนเวเฟอร์ซิลิกอน (การบดแบบป้อนเข้า) หลักการของมันแสดงอยู่ในรูปที่ 3 เวเฟอร์ซิลิกอนผลึกเดี่ยวและล้อเจียรเพชรรูปถ้วยที่ดูดซับบนโต๊ะทำงานหมุนรอบแกนที่เกี่ยวข้อง และล้อเจียรจะถูกป้อนอย่างต่อเนื่องไปตามทิศทางแกนในเวลาเดียวกัน ในจำนวนนั้น เส้นผ่านศูนย์กลางของล้อเจียรจะใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ซิลิกอนที่ผ่านการประมวลผล และเส้นรอบวงของล้อเจียรจะผ่านศูนย์กลางของเวเฟอร์ซิลิกอน เพื่อลดแรงบดและลดความร้อนในการบด ถ้วยดูดสูญญากาศมักจะถูกตัดให้มีลักษณะนูนหรือเว้า หรือปรับมุมระหว่างแกนหมุนของล้อเจียรและแกนของถ้วยดูดเพื่อให้แน่ใจว่ามีการบดแบบกึ่งสัมผัสระหว่างล้อเจียรและเวเฟอร์ซิลิกอน

รูปที่ 3 แผนผังหลักการบดแบบหมุนของเวเฟอร์ซิลิคอน

เมื่อเปรียบเทียบกับการบดแบบโต๊ะหมุน การบดแบบหมุนของเวเฟอร์ซิลิคอนมีข้อดีดังต่อไปนี้: ① การบดแบบหมุนครั้งเดียวสามารถประมวลผลเวเฟอร์ซิลิคอนขนาดใหญ่กว่า 300 มม. ได้ ② พื้นที่การบดจริง B และมุมการตัด θ คงที่ และแรงในการบดค่อนข้างเสถียร ③ โดยการปรับมุมเอียงระหว่างแกนของล้อเจียรและแกนของเวเฟอร์ซิลิคอน สามารถควบคุมรูปร่างพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวได้อย่างแข็งขันเพื่อให้ได้ความแม่นยำของรูปร่างพื้นผิวที่ดีขึ้น นอกจากนี้ พื้นที่การเจียรและมุมการตัด θ ของการบดแบบหมุนของเวเฟอร์ซิลิคอนยังมีข้อดีคือ การเจียรขอบขนาดใหญ่ การตรวจจับและควบคุมความหนาและคุณภาพพื้นผิวออนไลน์ที่ง่ายดาย โครงสร้างอุปกรณ์ที่กะทัดรัด การเจียรแบบบูรณาการหลายสถานีที่ง่ายดาย และประสิทธิภาพการเจียรสูง
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและตอบสนองความต้องการของสายการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ อุปกรณ์บดเชิงพาณิชย์ที่ใช้หลักการบดแบบโรตารีสำหรับเวเฟอร์ซิลิคอนใช้โครงสร้างสถานีหลายแกนหมุนซึ่งสามารถบดหยาบและละเอียดได้ในขั้นตอนการโหลดและขนถ่ายครั้งเดียว เมื่อรวมกับสิ่งอำนวยความสะดวกเสริมอื่นๆ ก็สามารถบดเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวแบบ "แห้งเข้า/แห้งออก" และ "ตลับต่อตลับ" ได้โดยอัตโนมัติ

การเจียรสองด้าน:

เมื่อการเจียรแบบหมุนของเวเฟอร์ซิลิคอนประมวลผลพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของเวเฟอร์ซิลิคอน ชิ้นงานจะต้องถูกพลิกกลับและดำเนินการเป็นขั้นตอน ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพ ในเวลาเดียวกัน การเจียรแบบหมุนของเวเฟอร์ซิลิคอนมีข้อผิดพลาดที่พื้นผิว (คัดลอก) และรอยเจียร (รอยเจียร) และเป็นไปไม่ได้ที่จะขจัดข้อบกพร่อง เช่น ความเป็นคลื่นและความเรียวบนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากการตัดลวด (เลื่อยหลายใบ) ดังที่แสดงในรูปที่ 4 เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องดังกล่าว เทคโนโลยีการเจียรสองด้าน (การเจียรสองด้าน) ปรากฏขึ้นในปี 1990 และหลักการของมันแสดงอยู่ในรูปที่ 5 แคลมป์ที่กระจายอย่างสมมาตรทั้งสองด้านจะยึดเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวในวงแหวนยึดและหมุนช้าๆ โดยขับเคลื่อนด้วยลูกกลิ้ง ล้อเจียรเพชรรูปถ้วยคู่หนึ่งตั้งอยู่ค่อนข้างทั้งสองด้านของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว ขับเคลื่อนด้วยแกนหมุนไฟฟ้าแบบมีแบริ่งอากาศ พวกมันหมุนไปในทิศทางตรงข้ามและป้อนตามแนวแกนเพื่อให้เกิดการเจียรสองด้านของเวเฟอร์ซิลิกอนคริสตัลเดี่ยว ดังที่เห็นได้จากภาพ การเจียรสองด้านสามารถขจัดความหยักและความเรียวบนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากการตัดลวด ตามทิศทางการจัดเรียงของแกนล้อเจียร การเจียรสองด้านสามารถเป็นแนวนอนและแนวตั้งได้ ในจำนวนนี้ การเจียรสองด้านในแนวนอนสามารถลดอิทธิพลของการเสียรูปของเวเฟอร์ซิลิกอนที่เกิดจากน้ำหนักตายของเวเฟอร์ซิลิกอนที่มีต่อคุณภาพการเจียรได้อย่างมีประสิทธิภาพ และง่ายต่อการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเงื่อนไขของกระบวนการเจียรทั้งสองด้านของเวเฟอร์ซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวเหมือนกัน และอนุภาคขัดและเศษเจียรจะไม่เกาะอยู่บนพื้นผิวของเวเฟอร์ซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวได้ง่าย นี่เป็นวิธีการเจียรที่ค่อนข้างเหมาะสม

รูปที่ 4 "การคัดลอกที่ผิดพลาด" และรอยสึกหรอที่เกิดจากการบดแบบหมุนของเวเฟอร์ซิลิกอน

รูปที่ 5 แผนผังหลักการเจียรสองด้าน

ตารางที่ 1 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างการเจียรและการเจียรสองด้านของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวสามประเภทข้างต้น การเจียรสองด้านส่วนใหญ่ใช้สำหรับการประมวลผลเวเฟอร์ซิลิคอนที่มีขนาดต่ำกว่า 200 มม. และให้ผลผลิตเวเฟอร์สูง เนื่องจากการใช้ล้อเจียรแบบคงที่ การเจียรเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวจึงสามารถให้คุณภาพพื้นผิวที่สูงกว่าการเจียรสองด้านได้มาก ดังนั้น การเจียรแบบหมุนเวเฟอร์ซิลิคอนและการเจียรสองด้านจึงสามารถตอบสนองข้อกำหนดคุณภาพการประมวลผลของเวเฟอร์ซิลิคอนกระแสหลักขนาด 300 มม. ได้ และเป็นวิธีการประมวลผลการทำให้แบนที่สำคัญที่สุดในปัจจุบัน เมื่อเลือกวิธีการประมวลผลการทำให้แบนเวเฟอร์ซิลิคอน จำเป็นต้องพิจารณาข้อกำหนดของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง คุณภาพพื้นผิว และเทคโนโลยีการประมวลผลเวเฟอร์ขัดเงาของเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวอย่างครอบคลุม การทำให้เวเฟอร์บางด้านหลังสามารถเลือกวิธีการประมวลผลด้านเดียวได้ เช่น วิธีการเจียรแบบหมุนเวเฟอร์ซิลิคอน

นอกจากการเลือกวิธีการบดในการบดเวเฟอร์ซิลิคอนแล้ว ยังจำเป็นต้องกำหนดการเลือกพารามิเตอร์กระบวนการที่เหมาะสม เช่น แรงดันบวก ขนาดเมล็ดของล้อบด สารยึดเกาะของล้อบด ความเร็วของล้อบด ความเร็วของเวเฟอร์ซิลิคอน ความหนืดของของเหลวบดและอัตราการไหล เป็นต้น และกำหนดเส้นทางกระบวนการที่เหมาะสม โดยทั่วไป กระบวนการบดแบบแบ่งส่วน ได้แก่ การบดหยาบ การบดกึ่งสำเร็จรูป การบดละเอียด การบดปราศจากประกายไฟ และการรองรับแบบช้า จะใช้เพื่อให้ได้เวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวที่มีประสิทธิภาพในการประมวลผลสูง ความเรียบของพื้นผิวสูง และความเสียหายของพื้นผิวต่ำ