การทำให้เวเฟอร์บางลง การตัดแบ่ง และการทำความสะอาดสำหรับชิปบางเฉียบ: คู่มือกระบวนการฉบับสมบูรณ์

หัวใจสำคัญของสมาร์ทโฟนที่บางลง โมดูลพลังงานที่ทรงพลังยิ่งขึ้น และแพ็คเกจ 3 มิติที่หนาแน่นขึ้น คือ... เวเฟอร์บางพิเศษ—มักจะถูกเจียรให้มีความหนาน้อยกว่า 100 ไมโครเมตร การทำให้ได้ความหนาที่น้อยที่สุดเช่นนี้โดยปราศจากรอยแตก การบิดเบี้ยว หรือความเสียหายใต้พื้นผิว จำเป็นต้องมีลำดับขั้นตอนที่บูรณาการอย่างแน่นหนา ตั้งแต่การติดตั้งเวเฟอร์ การเจียรด้านหลัง การทำความสะอาด และการตัดแบ่ง ด้วยการนำไปใช้อย่างรวดเร็วของ ซิลิคอนคาร์ไบด์และแกลนดิน สำหรับอุปกรณ์ในรถยนต์ไฟฟ้าและโครงสร้างพื้นฐาน 5G ความท้าทายยิ่งทวีความรุนแรงขึ้น: วัสดุที่แข็งและเปราะเหล่านี้ต้องการเทคโนโลยีการตัดแบบพิเศษและการควบคุมการปนเปื้อนอย่างเข้มงวด คุณค่าของกี๊ก นำเสนอชุดอุปกรณ์แปรรูปเวเฟอร์ครบวงจร ตั้งแต่เครื่องติดตั้ง เครื่องบด เครื่องเลื่อยตัด ไปจนถึงเครื่องทำความสะอาด ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อมอบผลผลิตสูงในสายการผลิตขนาด 8 นิ้วและ 12 นิ้ว

ขั้นตอนที่ 1: การติดเทปกาวป้องกัน—รากฐานที่ไม่ก่อให้เกิดความเสียหาย

ก่อนทำการตัดแต่งหรือตัดแผ่นเวเฟอร์ จะต้องติดเทปป้องกันรังสียูวีหรือเทปที่ไม่ป้องกันรังสียูวีไว้ที่ด้านหน้าของแผ่นเวเฟอร์ก่อน ฟองอากาศเพียงเล็กน้อยที่ติดอยู่ใต้เทปก็สามารถสร้างจุดรวมความเค้น ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กในระหว่างการเจียรได้ (GeekValue's) เครื่องติดตั้งเวเฟอร์ ใช้โมดูลการเคลือบแบบลูกกลิ้งที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะ ซึ่งควบคุมช่วงแรงดึงได้ตั้งแต่ 0.5 N ถึง 5 N โดยปรับแบบเรียลไทม์ตามความหนาและวัสดุของเวเฟอร์ ระบบวิชั่นจะตรวจสอบส่วนต่อประสานการเคลือบด้วยความละเอียด 10 µm และคัดเวเฟอร์ที่มีฟองอากาศขนาดใหญ่กว่า 50 µm ออก

สำหรับเวเฟอร์บางพิเศษ (ความหนาเป้าหมาย < 50 µm) โดยทั่วไปเราแนะนำให้ใช้กระบวนการสองเทป: เทปป้องกันพื้นผิวที่ด้านหน้าและเทปยึดแข็งหรือแผ่นกระจกที่ด้านหลัง เครื่องติดตั้งของเราสามารถติดเทปทั้งสองชนิดได้ตามลำดับในรอบการทำงานอัตโนมัติเดียวโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงด้วยตนเอง ในการประเมินอิสระโดยโรงงานผลิต MEMS ชั้นนำของยุโรป การติดตั้งด้วยเทปของ GeekValue ช่วยลดการบิ่นของขอบที่เกิดจากการเจียรได้ถึง 34% เมื่อเทียบกับการเคลือบแบบใช้แรงงานคนเป็นเกณฑ์พื้นฐาน

ขั้นตอนที่ 2: การเจียรด้านหลัง—การควบคุม TTV และความเสียหายใต้พื้นผิว

การเจียรเวเฟอร์เป็นการกำจัดซิลิคอน (หรือ SiC/GaN) ส่วนเกินออกจากด้านหลังโดยใช้ล้อเจียรหยาบตามด้วยล้อขัดละเอียด ตัวชี้วัดสำคัญในที่นี้คือ ความแปรผันความหนารวม (TTV)—ความแตกต่างระหว่างจุดที่หนาที่สุดและบางที่สุดของแผ่นเวเฟอร์ สำหรับเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วที่ต้องการความหนาสุดท้าย 80 ไมโครเมตร GeekValue ใช้ค่านี้ จีวี-ดับเบิลยูจี950 เครื่องบดให้ค่า TTV อย่างสม่ำเสมอ ≤ 2.0 µm.

การบดแบบป้อนเข้าโดยตรงเทียบกับการบดแบบป้อนช้า: ควรเลือกแบบไหน?

เครื่องเจียร GeekValue ผสานทั้งสองขั้นตอนไว้ในแกนหมุนเดียว พร้อมระบบเปลี่ยนล้ออัตโนมัติ ทำให้สามารถดำเนินการ "เจียรหยาบ + ขัดละเอียด" ได้โดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ปฏิบัติงาน สำหรับแผ่นเวเฟอร์ SiC ซึ่งมีความแข็งของวัสดุ (Mohs 9.5) ทำให้ล้อมีอายุการใช้งานสั้นลงอย่างมาก เครื่องเจียรของเราจึงใช้ระบบลับคมล้อแบบออนไลน์ที่ช่วยคืนความคมให้กับการตัดทุกๆ 50 แผ่นเวเฟอร์ ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของล้อเพชรได้ประมาณ 40% และรักษาค่า TTV ให้คงที่ตลอดกะการผลิต

ลดความเครียดด้วยการขัดเงาแบบแห้งและการผสานรวม CMP

แม้จะทำการเจียรด้วยเม็ดทรายละเอียดแล้วก็ตาม ชั้นความเสียหายใต้พื้นผิว (โดยทั่วไปคือซิลิคอนอสัณฐานหรือซิลิคอนที่มีรอยแตกขนาดเล็ก) ยังคงหลงเหลืออยู่ หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่แก้ไข จะลดความแข็งแรงในการแตกหักของชิปและอาจทำให้เกิดการบิดเบี้ยวหลังจากการทำให้บางลง โมดูลหลังการเจียรของ GeekValue ใช้ล้อขัดแบบแห้งเพื่อกำจัดวัสดุที่เสียหายประมาณ 1-2 ไมโครเมตร เพื่อคืนความสมบูรณ์ของพื้นผิว สำหรับลูกค้าที่ต้องการความแข็งแรงของชิปสูงสุด (เช่น สำหรับโมดูลพลังงานในรถยนต์) เรามีอินเทอร์เฟซสำหรับเชื่อมต่อกับเครื่องมือ CMP ในขั้นตอนถัดไป พร้อมการจัดการเวเฟอร์ที่ออกแบบมาเพื่อหลีกเลี่ยงการกระแทกที่ขอบ

ขั้นตอนที่ 3: การทำความสะอาดเวเฟอร์—การกำจัดอนุภาคเพื่อให้ได้เวเฟอร์ที่หั่นได้อย่างสมบูรณ์แบบ

หลังจากเจียรแล้ว พื้นผิวเวเฟอร์จะปนเปื้อนด้วยฝุ่นซิลิคอน คราบน้ำยาเจียร และโลหะเจือปน การตัดแบ่งเวเฟอร์ยังทำให้เกิดอนุภาคละเอียดมากขึ้น การทำความสะอาดอย่างละเอียดจึงเป็นสิ่งจำเป็นก่อนการตรวจสอบ การติดชิ้นส่วน หรือการเชื่อมต่อ GeekValue's ระบบทำความสะอาดเวเฟอร์เดี่ยว ใช้การผสมผสานระหว่างการกวนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (1.2 MHz) เจ็ทน้ำ DI แรงดันสูง (สูงสุด 8 MPa) และสารเคมีด่างความเข้มข้นต่ำ (pH 8.5) เพื่อยกและกำจัดอนุภาคลงไปถึงระดับต่ำสุด 0.1 ไมโครเมตร โดยไม่ทำให้แผ่นเวเฟอร์บางๆ ที่เปราะบางนั้นเสียหาย

สูตรการทำความสะอาดของเราสำหรับเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว หนา 100 ไมโครเมตร:

1. ล้างก่อน: ล้างด้วยน้ำ DI เป็นเวลา 15 วินาที ที่ความเร็ว 500 รอบต่อนาที

2. การจ่ายสารเคมี: ทำการสลายด้วย SC-1 เจือจางเป็นเวลา 40 วินาที ที่อุณหภูมิ 40°C โดยเปิดเครื่องเมกะโซนิกไว้

3. การล้างหลัก: ฉีดน้ำ DI เป็นเวลา 60 วินาที ที่ความเร็ว 1,200 รอบต่อนาที โดยเปิดใช้งานหัวฉีดขอบ

4. แห้ง: ปั่นแห้งด้วยไนโตรเจนเป็นเวลา 90 วินาที แล้วเพิ่มความเร็วเป็น 3,000 รอบต่อนาที

การตรวจสอบอนุภาคหลังการทำความสะอาด (โดยใช้ระบบ KLA-Tencor Surfscan) แสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอว่า อนุภาคที่เติมเข้าไปขนาด ≥ 0.2 µm น้อยกว่า 10 อนุภาคต่อแผ่นเวเฟอร์ทำให้พื้นผิวพร้อมสำหรับการกระตุ้นด้วยพลาสมาหรือการยึดติด

ขั้นตอนที่ 4: การตัดแบ่ง – การตัดที่เรียบร้อยบนซิลิคอน, SiC และ GaN

การตัดแบ่งแผ่นเวเฟอร์ออกเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ ความท้าทายจะเพิ่มขึ้นตามวัสดุที่ใช้: ซิลิคอนค่อนข้างทนทาน แต่ SiC และ GaN มีแนวโน้มที่จะแตกหักและรอยร้าวได้ง่าย แพลตฟอร์มเลื่อยตัดแบ่งของ GeekValue... จีวี-ดีเอส650รองรับทั้งการตัดด้วยใบมีดเพชรและการเซาะร่องด้วยเลเซอร์ (โดยใช้โมดูลเลเซอร์เสริม) ครอบคลุมขนาดวัสดุตั้งแต่ 6 นิ้วถึง 12 นิ้วในตัวเครื่องเดียว

การหั่นด้วยใบมีดสำหรับซิลิโคนปริมาณมาก

สำหรับการตัดแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน การตัดด้วยเครื่องตัดสองแกนโดยใช้ใบมีดเพชรยึดด้วยเรซินเป็นวิธีที่คุ้มค่าที่สุด เครื่องตัดของเราสามารถตัดได้แคบมากถึง 30 ไมโครเมตร การใช้ใบมีดขนาด 25 ไมโครเมตร ช่วยลดความกว้างของพื้นที่ที่ต้องการตัดได้อย่างมาก และเพิ่มจำนวนชิ้นส่วนต่อเวเฟอร์โดยรวม กล้อง CCD ที่มีความละเอียด 1 ไมโครเมตร วัดการสึกหรอของใบมีดแบบเรียลไทม์ และปรับความลึกของการตัดโดยอัตโนมัติ ขนาดของการบิ่นบนเวเฟอร์ซิลิคอนหนา 780 ไมโครเมตร ยังคงต่ำกว่า 5 ไมโครเมตร (ด้านบน) แม้หลังจากตัดไปแล้ว 10,000 ครั้ง ซึ่งเป็นค่าความเสถียรที่ได้มาจากการลดแรงสั่นสะเทือนอย่างมีประสิทธิภาพในตัวเรือนแกนหมุน

การเซาะร่องด้วยเลเซอร์และการตัดแบบซ่อนเร้นสำหรับวัสดุแข็งเปราะ

แผ่นเวเฟอร์ SiC และ GaN ต้องการวิธีการที่แตกต่างออกไป ความแข็งสูงทำให้ใบมีดสึกหรอเร็วและเกิดรอยแตกขนาดเล็กตามขอบที่ตัด โมดูลการตัดด้วยเลเซอร์ของ GeekValue ใช้เลเซอร์พัลส์นาโนวินาที (355 นาโนเมตร) เพื่อกัดเซาะร่องลึก 15-20 ไมโครเมตรก่อน จากนั้นจึงใช้ใบมีดตัดเชิงกลแยกชิ้นส่วนออกจากกันด้วยแรงน้อยที่สุด กระบวนการแบบไฮบริดนี้ช่วยลดการแตกหักได้มากกว่า 80% เมื่อเทียบกับการตัดด้วยใบมีดเพียงอย่างเดียว ดังที่แสดงในผลการทดสอบแบบตัวต่อตัวบนแผ่นเวเฟอร์ SiC MOSFET ที่ดำเนินการในห้องปฏิบัติการประยุกต์ของเรา:

ข้อมูลแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าวิธีการใช้เลเซอร์แบบไฮบริดหรือแบบเต็มรูปแบบช่วยเพิ่มความแข็งแรงของชิปได้อย่างมาก ซึ่งเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์กำลังไฟฟ้า SiC ที่ต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตั้งแต่ -40°C ถึง +175°C

การบูรณาการสี่ขั้นตอน: แนวคิดสายการผลิตของ GeekValue

สาเหตุสำคัญที่ทำให้ผลผลิตลดลงคือการส่งต่อที่ไม่ประสานกันระหว่างเครื่องติดเทป เครื่องเจียร เครื่องทำความสะอาด และเลื่อยตัดเวเฟอร์ เวเฟอร์ที่ถูกทิ้งไว้นานเกินไปหลังการเจียรจะดูดซับความชื้น การจัดการมากเกินไปหลังการทำความสะอาดจะทำให้พื้นผิวปนเปื้อนอีกครั้ง สายการผลิตเวเฟอร์ของ GeekValue เชื่อมต่อสถานีทั้งสี่เข้าด้วยกันผ่านอินเทอร์เฟซ SECS/GEM ทั่วไปและสภาพแวดล้อมขนาดเล็กส่วนกลางที่รักษาความสะอาดระดับ ISO Class 3 ตลับ SMIF หรือตลับแบบเปิดจะถูกติดตามด้วย RFID และ MES จะได้รับข้อมูลแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับ TTV จำนวนอนุภาคในการทำความสะอาด และขนาดเศษเวเฟอร์ที่ถูกตัดสำหรับเวเฟอร์แต่ละแผ่น

สำหรับลูกค้าที่ต้องการอัปเกรดจากการผลิตชิป SiC ขนาด 8 นิ้วเป็น 12 นิ้ว เราได้ส่งมอบสายการผลิตที่สมบูรณ์ให้กับลูกค้ารายหนึ่ง ซึ่งได้ผลลัพธ์อัตราผลผลิตในรอบแรกที่สูงถึง 99.2% ภายในสามสัปดาห์หลังการติดตั้ง ซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการควบคุมแบบวงปิดและพารามิเตอร์กระบวนการที่สม่ำเสมอในทุกโมดูล วิศวกรด้านการใช้งานของเราอยู่ประจำไซต์งานตลอดช่วงการตรวจสอบคุณสมบัติ โดยปรับแต่งลำดับเม็ดทรายของล้อเจียรให้เหมาะสมกับโครงสร้างชั้นเอพิแทกเซียล SiC เฉพาะของลูกค้า

การเลือกพันธมิตรด้านอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับการตัดแต่งและหั่นไม้

การประเมินราคาเครื่องเจียรและลดความหนาของเวเฟอร์นั้นไม่ควรพิจารณาแค่ต้นทุนเริ่มต้นเท่านั้น ควรคำนึงถึงต้นทุนของวัสดุสิ้นเปลือง (ล้อเจียร ใบมีดตัด เทป UV) ความเสถียรของค่า TTV ตลอดอายุการใช้งานของล้อเจียร และการสนับสนุนด้านบริการสำหรับโมดูลเลเซอร์หากคุณทำงานกับ SiC หรือ GaN GeekValue นำเสนอโมเดลต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ที่โปร่งใส และรับประกันครอบคลุม 24 เดือนสำหรับอุปกรณ์แปรรูปเวเฟอร์ทั้งหมด ศูนย์อะไหล่ของเราในสิงคโปร์และยุโรปช่วยให้มั่นใจได้ว่าวัสดุสิ้นเปลืองที่สำคัญจะส่งถึงโรงงานของคุณภายใน 48 ชั่วโมง

หากคุณกำลังประสบปัญหาเกี่ยวกับการแตกหักของแผ่นเวเฟอร์บาง ผลผลิตจากการตัดแผ่น GaN หรือความล้มเหลวในการเชื่อมต่อที่เกิดจากอนุภาค ติดต่อทีมงานของเรา สำหรับการรีวิวขั้นตอนการทำงาน หรือการสาธิตการทำงานที่บันทึกไว้ของเครื่องเลื่อยหั่นขนาด 12 นิ้ว และเครื่องทำความสะอาดเวเฟอร์เดี่ยวรุ่นล่าสุดของเรา