在半导体制造的复杂流程中,晶圆历经前道工序完成芯片制备后,划片工艺成为将芯片从晶圆上分离的关键环节,为后续封装奠定基础。由于不同厚度的晶圆具有各异的物理特性,因此需匹配不同的切割工艺,以确保切割效果与芯片质量。
1、厚度 100um 以上的晶圆 - 刀片切割
对于厚度超过 100um 的晶圆,刀片切割(Blade dicing or blade sawing)是常用的方法。这种方法在长期的实践中展现出高效切割大量晶圆的能力,能够满足大规模生产的需求。在刀片切割过程中,诸多细节关乎切割质量。为保护晶圆免受外部损伤,需事先在晶圆上贴敷胶膜。与 “背面减薄” 过程中胶膜贴在晶圆正面不同,刀片切割时胶膜要贴在晶圆背面,而在后续的共晶贴片(Die Bonding)过程中,这层贴在背面的胶膜会自动脱落。切割时,因刀片与晶圆间摩擦剧烈,需从各个方向连续喷洒 DI 水(去离子水),以降低摩擦产生的热量并冲走切割碎屑。
同时,为实现更好的切片效果,叶轮上会附有金刚石颗粒。值得注意的是,切口(即刀片厚度与凹槽宽度)必须均匀,且不得超过划片槽的宽度,以保证切割精度。然而,刀片切割并非毫无挑战。若切片的进给速度大幅提高,小芯片边缘剥落的风险将显著增加。因此,通常需将叶轮的旋转次数控制在每分钟 30000 次左右,以平衡切割效率与切割质量。此外,在切割较窄迹道(street)宽度的晶圆时,对设备精度要求极高。需要使用具有高分度轴精度、高光学放大和先进对准运算的设备,以确保每次切割都能精确落在迹道中心几微米范围内。而且,选择刀片厚度也需谨慎权衡。虽窄迹道切割应尽量选用最薄的刀片,但很薄的刀片(如 20µm)极为脆弱,容易过早破裂和磨损,导致其寿命期望和工艺稳定性较厚刀片差。对于 50 - 76µm 迹道的刀片,推荐厚度为 20 - 30µm。
2、厚度不到 100um 的晶圆 - 激光切割
当晶圆厚度不足 100um 时,激光切割成为更为适宜的选择。激光切割利用高能量密度的激光束瞬间熔化或气化被切割材料,从而实现晶圆的分离。这种方法的显著优势在于能够有效减少剥落和裂纹问题,尤其适用于对芯片边缘质量要求较高的场景。然而,激光切割在处理 100um 以上厚度的晶圆时,生产效率会大大降低,这限制了其在厚晶圆切割中的应用。
3、厚度不到 30um 的晶圆 - 等离子切割
对于厚度小于 30um 的超薄晶圆,等离子切割展现出独特的优势。等离子切割通过高温、高速的等离子体射流将材料熔化并吹离,实现切割目的。该工艺速度快,且不会对晶圆表面造成损伤,能够有效提高良率。但等离子切割工艺过程更为复杂,对设备和操作要求较高,需要专业的技术人员和精密的设备来确保切割的准确性和稳定性。