半導(dǎo)體芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法分析

江蘇捷捷微電子股份有限公司 徐 洋

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子信息產(chǎn)業(yè)逐漸成為各國(guó)主流發(fā)展企業(yè)投資的對(duì)象，所以，作為元器件重要組成部分的半導(dǎo)體芯片的研發(fā)和制造也逐漸被重視起來。其中，日本在該領(lǐng)域的科研成果較為突出，通過對(duì)日本部分相關(guān)著名企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)線的跟進(jìn)和學(xué)習(xí)，在對(duì)質(zhì)量控制方法和生產(chǎn)規(guī)范等方面進(jìn)行深入分析后，整理出具有建設(shè)性的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法。為檢測(cè)關(guān)于半導(dǎo)體芯片制造過程中所涉及的新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和方法的有效性，通過設(shè)計(jì)完善且詳盡的切割實(shí)驗(yàn)說明，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)的出錯(cuò)率，以實(shí)現(xiàn)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的芯片切割加工品質(zhì)評(píng)價(jià)過程的開展。同時(shí)為優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)高速切割機(jī)和切割工藝提供參考依據(jù)。本文通過對(duì)半導(dǎo)體芯片的深入研究，結(jié)合先進(jìn)的高速切割設(shè)備，以實(shí)驗(yàn)為主要研究形式，對(duì)芯片切割加工品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)，為高速切割機(jī)的合理化設(shè)計(jì)及切割工藝的改進(jìn)提出相應(yīng)的參考建議，最后得出品質(zhì)評(píng)價(jià)方法規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)說明。

世界發(fā)展進(jìn)入電子信息時(shí)代，其中，半導(dǎo)體材料是支持電子信息設(shè)備不斷創(chuàng)新發(fā)展的基礎(chǔ)元件。人們的生活日常也逐漸趨于數(shù)字化，例如，數(shù)碼相機(jī)、各種計(jì)算機(jī)、各種移動(dòng)設(shè)備等電子產(chǎn)品都需要半導(dǎo)體材料制成的芯片作為底端支撐，才能實(shí)現(xiàn)服務(wù)為民的理念。隨著科研設(shè)備的精進(jìn)和相關(guān)技術(shù)的成熟，同時(shí)，為滿足人們對(duì)電子產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，半導(dǎo)體集成電路的集成度越來越高，電子設(shè)備成品的外形逐漸趨于小巧化，滿足人們出行時(shí)的便攜要求。制作高品質(zhì)的半導(dǎo)體芯片不僅需要先進(jìn)的技術(shù)和精密的儀器做產(chǎn)品支撐，還要有完善合理的芯片切割品質(zhì)評(píng)價(jià)方法作為產(chǎn)品品質(zhì)保障的服務(wù)陣地。所以，建立完善的半導(dǎo)體芯片切割品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法是十分必要的。

1 當(dāng)前用于評(píng)價(jià)芯片切割加工品質(zhì)的方法分析

隨著人們對(duì)半導(dǎo)體芯片切割技術(shù)的要求不斷提高，對(duì)芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的重要環(huán)節(jié)。為更好地檢測(cè)芯片加工品質(zhì)，人們提出了多種品質(zhì)評(píng)估方法。但到目前為止，各種方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍然不盡相同，各著名企業(yè)會(huì)根據(jù)自身的需求來設(shè)計(jì)符合當(dāng)前實(shí)際情況的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；但對(duì)比中小企業(yè)來說，雖然在檢測(cè)項(xiàng)目的設(shè)定上會(huì)向知名企業(yè)看齊，選擇比較統(tǒng)一的檢測(cè)項(xiàng)目和一些通用的檢測(cè)方法，但是，他們的指標(biāo)值設(shè)定仍然存在較鮮明的差異。另外，重要的一點(diǎn)是，選擇不同的檢測(cè)方法會(huì)直接影響檢測(cè)指標(biāo)的歸類，包括芯片切斷面形狀尺寸的檢測(cè)項(xiàng)目和總體外觀的觀測(cè)項(xiàng)目?jī)深悺?/p>

半導(dǎo)體芯片切割加工品質(zhì)是產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中需要全程檢測(cè)的重要項(xiàng)目。其中，對(duì)于芯片整體外觀的檢查與監(jiān)測(cè)是尤為重要的工序，通過該程序的產(chǎn)品相關(guān)信息的反饋情況，對(duì)比生產(chǎn)過程中的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)分析可能出現(xiàn)故障的設(shè)備器件，并幫助提供故障原因分析的依據(jù)。對(duì)于不同的產(chǎn)品，所選擇的檢測(cè)項(xiàng)目會(huì)略微不同。比如，對(duì)于芯片切割新成品來說，就需要對(duì)切面表面質(zhì)量、洗凈度、管腳缺損情況、芯片總體外觀檢測(cè)和金屬粘結(jié)情況等項(xiàng)目進(jìn)行檢查。項(xiàng)目檢測(cè)過程中需要利用各種顯微鏡進(jìn)行必要的人眼觀察，但是這種觀察方式容易受多種客觀條件影響，使得最終檢測(cè)結(jié)果失真嚴(yán)重。當(dāng)然，對(duì)于斷面的表面質(zhì)量而言，就不存在這種問題，因?yàn)?，在一般情況下，它是采用高精尖行業(yè)的檢測(cè)手段并依照粗糙度的公式開展的檢測(cè)，近而獲得產(chǎn)品相應(yīng)項(xiàng)目的精準(zhǔn)指標(biāo)值。

與芯片整體外觀的檢測(cè)項(xiàng)目相比，檢測(cè)芯片切面的尺寸與形狀的觀測(cè)較為精細(xì)，難度較大，而且檢測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及方式都有較大的差異。一般包括斷面角度、切邊垂直度、大小尺寸及崩碎坑大小定位等項(xiàng)目。不同的項(xiàng)目的檢測(cè)要求和測(cè)量誤差都有明確的要求。比如，芯片外形尺寸的誤差是根據(jù)機(jī)械制造業(yè)度量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的，一般不會(huì)超0.1mm的誤差范圍；斷面一般具有兩個(gè)角度；在切邊垂直度項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，要注意芯片內(nèi)外部中心的電路偏移情況，通過測(cè)量芯片斷面到邊角小球中心的距離進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)，同時(shí)，保證芯片之間相鄰的垂直誤差在可控范圍內(nèi)。檢測(cè)過程應(yīng)注意儀器的正確使用方法和數(shù)據(jù)記錄整理過程。

2 芯片切割實(shí)驗(yàn)所需要條件及實(shí)施方法

根據(jù)對(duì)之前半導(dǎo)體芯片相關(guān)科研成果的研究，總結(jié)出一些對(duì)芯片切割品質(zhì)全面評(píng)價(jià)的規(guī)律性結(jié)論。旨在統(tǒng)一不同切割方式下所產(chǎn)生的檢測(cè)方法不一致的情況。在前人總結(jié)的理論基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)內(nèi)容詳盡，條理清晰的實(shí)驗(yàn)規(guī)劃書，進(jìn)行實(shí)踐探究，從而得出高效性和可實(shí)踐性兼具的新型評(píng)價(jià)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在切割基板的相應(yīng)底邊，偏低0.1mm，安裝圓形薄片砂輪，效果更顯著。

在實(shí)驗(yàn)過程中，要充分考慮芯片在實(shí)際生產(chǎn)過程中的真實(shí)工序和相關(guān)數(shù)據(jù)。比如，試驗(yàn)時(shí)的切割機(jī)轉(zhuǎn)速要小于30000r/min，保證實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安全。對(duì)于不同類型的芯片設(shè)置相應(yīng)的進(jìn)給速度，一般而言有機(jī)材料基板的進(jìn)給速度要高于銅板基板的進(jìn)給速度。對(duì)于兩種不同的基板材料，試驗(yàn)進(jìn)給速度與實(shí)際進(jìn)給速度相差較大。對(duì)于有機(jī)材料基板而言，實(shí)驗(yàn)時(shí)的進(jìn)給速度最高達(dá)310mm/s，但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常選用的是50～80mm/s；銅板材料基板在實(shí)驗(yàn)時(shí)，200mm/s，而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)為20～30mm/s。確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，再根據(jù)給定的進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速關(guān)系，進(jìn)而完成試驗(yàn)，分析切割后的各項(xiàng)目。

3 觀測(cè)芯片總體外觀的結(jié)果

3.1 檢查芯片外觀

芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)包含多個(gè)方面，其中，檢查芯片外觀完整度是最基礎(chǔ)的一項(xiàng)。在正常的切割環(huán)境中，芯片的切割檢查工作同樣不可忽視，因?yàn)?，芯片的剝離、變色等情況極其容易引發(fā)工作故障且不易發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，要著重注意芯片裂紋的檢查，其誘發(fā)因素一般是切割環(huán)境潮濕或摻雜了雜質(zhì)等微小原因。所以，在檢查時(shí)要認(rèn)真細(xì)心。經(jīng)過多次試驗(yàn)得出，運(yùn)用熒光液滲透法對(duì)細(xì)微的裂紋進(jìn)行檢查，具有良好的效果。

3.2 洗凈度

檢查洗凈度是保障半導(dǎo)體芯片切割工作順利進(jìn)行的必要環(huán)節(jié)，因?yàn)樵谶M(jìn)行芯片的高速切割時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多細(xì)小的材料廢物，若不進(jìn)行清洗會(huì)嚴(yán)重影響切割精度和成品芯片的品質(zhì)，更嚴(yán)重的會(huì)影響芯片的正常運(yùn)行狀態(tài)。在芯片加工時(shí)，洗凈工作會(huì)同時(shí)進(jìn)行，且操作簡(jiǎn)單，洗凈結(jié)果比較理想。但是，有些切割過程需要附粘膠帶紙對(duì)芯片進(jìn)行固定，這樣就比較容易產(chǎn)生不易清理的雜質(zhì)，針對(duì)這種情況，必須要及時(shí)人為的進(jìn)行清除。

3.3 金屬粘結(jié)

觀測(cè)芯片總體外觀的觀測(cè)方法中最復(fù)雜的是金屬粘結(jié)項(xiàng)目的檢測(cè)，因?yàn)樾酒牧媳旧砭哂衅洫?dú)特的化學(xué)性質(zhì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以，就現(xiàn)在所掌握的相關(guān)檢測(cè)技術(shù)而言，還不能給出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。一般情況的金屬粘結(jié)判定都是以人工檢測(cè)為主，所以，進(jìn)行該項(xiàng)目的檢測(cè)人員需要具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和工齡，以達(dá)到高效檢測(cè)的目的。同時(shí)，金屬粘結(jié)還與主軸轉(zhuǎn)速有一定的聯(lián)系，當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，粘連度相對(duì)較低。

3.4 芯片外形尺寸

芯片外形尺寸大小的檢測(cè)是針對(duì)芯片切割完成后進(jìn)行的檢測(cè)項(xiàng)目。因?yàn)樵诟咚偾懈畹倪^程中很可能會(huì)出現(xiàn)不可避免的傾斜情況出現(xiàn)。所以，對(duì)芯片的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行兩端分別檢測(cè)是十分必要的。再檢測(cè)時(shí)要逐一對(duì)每一側(cè)外形尺寸的相關(guān)信息進(jìn)行記錄，進(jìn)而判定檢測(cè)數(shù)據(jù)是否符合給定的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還要計(jì)算出兩端的誤差數(shù)值，并判斷是否在允許的誤差范圍內(nèi)。在檢測(cè)過程中要謹(jǐn)慎細(xì)致，經(jīng)過多次試驗(yàn)得出結(jié)論，切割速度會(huì)影響芯片的外形尺寸，一般情況，對(duì)比傳統(tǒng)的芯片切割速度，高主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行切割時(shí)更容易造成芯片的損壞率上升。

3.5 切邊的垂直度

切邊的垂直度指的是被測(cè)要素與基準(zhǔn)要素的方向公差，即被側(cè)切面與選定的參考面之間的夾角度數(shù)。與芯片外形尺寸影響因素相似，在傳統(tǒng)切割速度進(jìn)行芯片加工時(shí)，芯片四邊的垂直度都在允許的誤差角度范圍內(nèi)，芯片成品合格率較高，但在較低主軸轉(zhuǎn)速的條件下，或在較高進(jìn)給速度時(shí)進(jìn)行芯片加工就容易造成產(chǎn)品合格率下降。

3.6 切斷面的角度

切斷面角度是檢測(cè)芯片產(chǎn)品工作運(yùn)行是否可以正常開展的重要參考指標(biāo)。經(jīng)過周密的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和多次實(shí)踐檢測(cè)研究，最終得出結(jié)論，在正常的主軸轉(zhuǎn)速情況下，保持50～80mm/s之間的有機(jī)材料基板的進(jìn)給速度，得到的切割芯片的切面角度一般都符合對(duì)器件的要求。同樣，對(duì)于銅板材料基板而言，只是，進(jìn)給速度稍有不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大。為更加確定這一研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)人員由增設(shè)多組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速同時(shí)改變或單一改變都會(huì)影響產(chǎn)品的合格率。

結(jié)束語：為提升半導(dǎo)體芯片的切割品質(zhì)，進(jìn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的芯片切割加工品質(zhì)評(píng)價(jià)是十分重要的品質(zhì)跟進(jìn)方式。在進(jìn)行品質(zhì)評(píng)價(jià)之前，要充分了解半導(dǎo)體芯片加工技術(shù)和生產(chǎn)流程，并對(duì)影響芯片成品合格率的因素進(jìn)行探究。通過研究已有資料，進(jìn)行合理詳盡的實(shí)驗(yàn)組設(shè)計(jì)，進(jìn)而得到客觀真實(shí)地實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理分析，總結(jié)出高效可實(shí)現(xiàn)的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法，為進(jìn)行芯片品質(zhì)評(píng)估提供統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為芯片切割工作提供了改進(jìn)依據(jù)，在切面直角度、崩碎坑等項(xiàng)目的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上有了更加明確的數(shù)據(jù)支撐。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的檢測(cè)項(xiàng)目和檢測(cè)方法來進(jìn)行芯片的品質(zhì)評(píng)估，可以大幅度提升芯片切割質(zhì)量和用戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度。同時(shí)，對(duì)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片切割加工品質(zhì)的評(píng)價(jià)方法的統(tǒng)一化具有深遠(yuǎn)影響。綜上所述，芯片品質(zhì)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)化是保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，對(duì)芯片切割工藝的發(fā)展具有較深遠(yuǎn)的意義。