Tại sao cần tỉa thưa?

Ở giai đoạn xử lý phía sau,tấm wafer (tấm silicon(Với các mạch ở mặt trước) cần được làm mỏng mặt sau trước khi cắt, hàn và đóng gói tiếp theo để giảm chiều cao lắp đặt gói, giảm thể tích gói chip, cải thiện hiệu quả tản nhiệt, hiệu suất điện, tính chất cơ học của chip và giảm lượng cắt. Mài mặt sau có ưu điểm là hiệu quả cao và chi phí thấp. Nó đã thay thế các quy trình khắc ướt và khắc ion truyền thống để trở thành công nghệ làm mỏng mặt sau quan trọng nhất.

Tấm mỏng

Làm thế nào để giảm cân?

Quy trình chính làm mỏng tấm wafer trong quy trình đóng gói truyền thống

Các bước cụ thể củatấm waferQuy trình làm mỏng bao gồm việc liên kết tấm wafer cần gia công với màng làm mỏng, sau đó sử dụng chân không để hút màng làm mỏng và chip trên đó vào bàn wafer gốm xốp, điều chỉnh đường tâm hình tròn bên trong và bên ngoài của bề mặt làm việc của bánh mài kim cương hình chén sao cho trùng với tâm của tấm wafer silicon, và tấm wafer silicon cùng bánh mài quay quanh trục tương ứng của chúng để mài cắt. Quá trình mài bao gồm ba giai đoạn: mài thô, mài tinh và đánh bóng.

Tấm bán dẫn sau khi ra khỏi nhà máy sản xuất bán dẫn được mài mặt sau để làm mỏng đến độ dày cần thiết cho việc đóng gói. Khi mài tấm bán dẫn, cần dán băng keo lên mặt trước (vùng hoạt động) để bảo vệ vùng mạch, đồng thời mài cả mặt sau. Sau khi mài, gỡ bỏ băng keo và đo độ dày.
Các quy trình mài đã được áp dụng thành công trong việc chuẩn bị tấm wafer silicon bao gồm mài bằng bàn quay,tấm siliconMài quay, mài hai mặt, v.v. Với sự cải thiện hơn nữa các yêu cầu về chất lượng bề mặt của các tấm silicon đơn tinh thể, các công nghệ mài mới liên tục được đề xuất, chẳng hạn như mài TAIKO, mài cơ học hóa học, mài đánh bóng và mài đĩa hành tinh.

Mài bằng bàn xoay:

Mài bàn xoay (mài bàn quay) là một quy trình mài ban đầu được sử dụng trong việc chuẩn bị và làm mỏng mặt sau của tấm silicon. Nguyên lý của nó được thể hiện trong Hình 1. Các tấm silicon được cố định trên các giác hút của bàn xoay và quay đồng bộ với sự dẫn động của bàn xoay. Bản thân các tấm silicon không quay quanh trục của chúng; đá mài được cấp liệu theo trục trong khi quay với tốc độ cao, và đường kính của đá mài lớn hơn đường kính của tấm silicon. Có hai loại mài bàn xoay: mài ăn sâu mặt và mài tiếp tuyến mặt. Trong mài ăn sâu mặt, chiều rộng của đá mài lớn hơn đường kính của tấm silicon, và trục chính của đá mài được cấp liệu liên tục theo hướng trục của nó cho đến khi phần thừa được gia công xong, sau đó tấm silicon được quay dưới sự dẫn động của bàn xoay; trong mài tiếp tuyến mặt, đá mài được cấp liệu theo hướng trục của nó, và tấm silicon được quay liên tục dưới sự dẫn động của đĩa quay, và quá trình mài được hoàn thành bằng cách cấp liệu qua lại (cấp liệu tịnh tiến) hoặc cấp liệu chậm (cấp liệu chậm).

Hình 1, sơ đồ nguyên lý mài bàn xoay (mài tiếp tuyến mặt)

So với phương pháp mài thông thường, mài bàn xoay có ưu điểm là tốc độ loại bỏ vật liệu cao, ít hư hại bề mặt và dễ tự động hóa. Tuy nhiên, diện tích mài thực tế (mài hoạt động) B và góc cắt θ (góc giữa vòng ngoài của đá mài và vòng ngoài của tấm silicon) trong quá trình mài thay đổi theo sự thay đổi vị trí cắt của đá mài, dẫn đến lực mài không ổn định, gây khó khăn trong việc đạt được độ chính xác bề mặt lý tưởng (giá trị TTV cao) và dễ gây ra các khuyết tật như sụp mép và vỡ cạnh. Công nghệ mài bàn xoay chủ yếu được sử dụng để gia công các tấm silicon đơn tinh thể có kích thước dưới 200mm. Sự gia tăng kích thước của các tấm silicon đơn tinh thể đặt ra yêu cầu cao hơn về độ chính xác bề mặt và độ chính xác chuyển động của thiết bị, do đó mài bàn xoay không phù hợp để mài các tấm silicon đơn tinh thể có kích thước trên 300mm.
Để nâng cao hiệu quả mài, thiết bị mài phẳng tiếp tuyến thương mại thường sử dụng cấu trúc nhiều bánh mài. Ví dụ, thiết bị được trang bị một bộ bánh mài thô và một bộ bánh mài tinh, và bàn xoay quay một vòng để thực hiện quá trình mài thô và mài tinh lần lượt. Loại thiết bị này bao gồm máy G-500DS của công ty GTI Mỹ (Hình 2).

Hình 2, Thiết bị mài bàn xoay G-500DS của Công ty GTI tại Hoa Kỳ.

Mài quay tấm silicon:

Để đáp ứng nhu cầu chuẩn bị tấm silicon kích thước lớn và xử lý làm mỏng mặt sau, đồng thời đạt được độ chính xác bề mặt với giá trị TTV tốt, vào năm 1988, học giả người Nhật Matsui đã đề xuất phương pháp mài quay tấm silicon (mài cấp liệu liên tục). Nguyên lý của phương pháp này được thể hiện trong Hình 3. Tấm silicon đơn tinh thể và đá mài kim cương hình cốc được gắn trên bàn làm việc sẽ quay quanh trục tương ứng của chúng, đồng thời đá mài được cấp liệu liên tục dọc theo hướng trục. Trong đó, đường kính của đá mài lớn hơn đường kính của tấm silicon cần gia công, và chu vi của nó đi qua tâm của tấm silicon. Để giảm lực mài và giảm nhiệt lượng sinh ra khi mài, cốc hút chân không thường được cắt gọt thành hình lồi hoặc lõm, hoặc góc giữa trục chính của đá mài và trục chính của cốc hút được điều chỉnh để đảm bảo quá trình mài bán tiếp xúc giữa đá mài và tấm silicon.

Hình 3, Sơ đồ nguyên lý mài quay tấm silicon.

So với mài bàn xoay, mài tấm silicon bằng máy mài quay có những ưu điểm sau: ① Có thể xử lý các tấm silicon kích thước lớn hơn 300mm trong một lần mài; ② Diện tích mài thực tế B và góc cắt θ không đổi, lực mài tương đối ổn định; ③ Bằng cách điều chỉnh góc nghiêng giữa trục bánh mài và trục tấm silicon, hình dạng bề mặt của tấm silicon đơn tinh thể có thể được kiểm soát chủ động để đạt được độ chính xác hình dạng bề mặt tốt hơn. Ngoài ra, diện tích mài và góc cắt θ của máy mài quay silicon còn có ưu điểm là mài với biên độ lớn, dễ dàng phát hiện và kiểm soát độ dày và chất lượng bề mặt trực tuyến, cấu trúc thiết bị nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp mài nhiều trạm và hiệu suất mài cao.
Để nâng cao hiệu quả sản xuất và đáp ứng nhu cầu của dây chuyền sản xuất bán dẫn, thiết bị mài thương mại dựa trên nguyên lý mài quay tấm silicon sử dụng cấu trúc nhiều trục chính, nhiều trạm, có thể hoàn thành quá trình mài thô và mài tinh trong một lần nạp và dỡ. Kết hợp với các thiết bị phụ trợ khác, nó có thể thực hiện quá trình mài hoàn toàn tự động các tấm silicon đơn tinh thể theo kiểu "nạp/tháo" và "từ khay này sang khay khác".

Mài hai mặt:

Khi quá trình mài quay tấm silicon xử lý bề mặt trên và dưới của tấm silicon, phôi cần được lật ngược và thực hiện từng bước, điều này hạn chế hiệu quả. Đồng thời, quá trình mài quay tấm silicon còn có hiện tượng sao chép lỗi bề mặt và vết mài, không thể loại bỏ hiệu quả các khuyết tật như gợn sóng và độ côn trên bề mặt tấm silicon đơn tinh thể sau khi cắt dây (cưa nhiều lưỡi), như thể hiện trong Hình 4. Để khắc phục những nhược điểm trên, công nghệ mài hai mặt (mài hai mặt) xuất hiện vào những năm 1990, nguyên lý hoạt động được thể hiện trong Hình 5. Các kẹp được phân bố đối xứng ở cả hai phía kẹp tấm silicon đơn tinh thể trong vòng giữ và quay chậm nhờ con lăn. Một cặp bánh mài kim cương hình chén được đặt tương đối ở hai bên của tấm silicon đơn tinh thể. Được dẫn động bởi trục chính điện ổ bi khí nén, chúng quay ngược chiều nhau và cấp liệu theo trục để thực hiện mài hai mặt tấm silicon đơn tinh thể. Như hình vẽ cho thấy, mài hai mặt có thể loại bỏ hiệu quả hiện tượng gợn sóng và độ côn trên bề mặt của tấm silicon đơn tinh thể sau khi cắt dây. Tùy thuộc vào hướng bố trí trục của đá mài, mài hai mặt có thể được thực hiện theo chiều ngang và chiều dọc. Trong đó, mài hai mặt theo chiều ngang có thể giảm thiểu hiệu quả ảnh hưởng của biến dạng tấm silicon do trọng lượng chết của tấm silicon gây ra đối với chất lượng mài, đồng thời dễ dàng đảm bảo điều kiện mài ở cả hai mặt của tấm silicon đơn tinh thể là như nhau, và các hạt mài mòn và phoi mài không dễ bám lại trên bề mặt tấm silicon đơn tinh thể. Đây là một phương pháp mài tương đối lý tưởng.

Hình 4, "Bản sao lỗi" và các khuyết tật do mài mòn trong quá trình mài quay tấm silicon.

Hình 5, sơ đồ nguyên lý mài hai mặt

Bảng 1 so sánh quá trình mài và mài hai mặt của ba loại tấm silicon đơn tinh thể nêu trên. Mài hai mặt chủ yếu được sử dụng để gia công tấm silicon có kích thước dưới 200mm và có năng suất tấm cao. Do sử dụng đá mài cố định, quá trình mài tấm silicon đơn tinh thể có thể đạt được chất lượng bề mặt cao hơn nhiều so với mài hai mặt. Vì vậy, cả mài quay và mài hai mặt tấm silicon đều đáp ứng được yêu cầu chất lượng gia công của các tấm silicon 300mm thông dụng và hiện là những phương pháp làm phẳng quan trọng nhất. Khi lựa chọn phương pháp làm phẳng tấm silicon, cần phải xem xét toàn diện các yêu cầu về kích thước đường kính, chất lượng bề mặt và công nghệ gia công đánh bóng tấm silicon đơn tinh thể. Việc làm mỏng mặt sau của tấm chỉ có thể lựa chọn phương pháp gia công một mặt, chẳng hạn như phương pháp mài quay tấm silicon.

Ngoài việc lựa chọn phương pháp mài trong quá trình mài tấm silicon, cần phải xác định các thông số quy trình hợp lý như áp suất dương, kích thước hạt đá mài, chất kết dính đá mài, tốc độ đá mài, tốc độ tấm silicon, độ nhớt và lưu lượng dung dịch mài, v.v., và xác định lộ trình quy trình hợp lý. Thông thường, một quy trình mài phân đoạn bao gồm mài thô, mài bán tinh, mài tinh, mài không tia lửa và mài chậm được sử dụng để thu được các tấm silicon đơn tinh thể có hiệu suất xử lý cao, độ phẳng bề mặt cao và ít hư hại bề mặt.