Sobald der Wafer fertiggestellt ist und die einzelnen ICs getestet und eventuell in Leistungskategorien sortiert wurden, gibt es zwei mechanische Schritte, bevor es vollständig in die Back-End-Prüfung und Verpackung geht.
Einer dieser Schritte ist das backgrinding, der andere die Vereinzelung. Diese Schritte können heute in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, obwohl die historische Praxis darin bestand, den wafer erst zu schleifen und dann zu vereinzeln. Heute werden jedoch beide Verfahren angewandt. Das Backgrinding des Wafers hat den Vorteil, dass der Vorgang in einem einzigen Schritt abgeschlossen werden kann, allerdings ist der Wafer am Ende des Prozesses zerbrechlicher, so dass zusätzliche Unterstützung erforderlich sein kann. Das Rückschleifen einzelner ICs (oder Dies) hat den Vorteil, dass ein kleinerer und mechanisch robusterer Chip übrig bleibt. Während des Backgrinding ist es wichtig, dass eventuell aufgetretene Binning im Auge zu behalten.
Beim eigentlichen Vereinzelungs-Vorgang geht es darum, den Wafer sauber zu schneiden, ohne dass einer der Chips auf dem Wafer beschädigt wird. Die Vereinzelungs-Spuren dienen dazu, die einzelnen Komponenten zu trennen und einen gewissen Spielraum für die Schnittfuge (Material, das beim Schneiden entfernt wird und daher verloren geht) und Toleranzen zu lassen.
Derzeit gibt es drei Haupttechniken für das Vereinzelns von Wafern:
Mechanisches Vereinzeln
Am weitesten verbreitet ist das mechanische Vereinzelung, auch bekannt als Blade Dicing, bei dem Metallscheiben mit Diamanten oder kubischem Bornitrid (CBN) verwendet werden, die mit den dünnen Metallscheiben verbunden sind. Diese Schneidscheiben rotieren mit hoher Geschwindigkeit (30.000 U/min) und entfernen physisch Silizium und andere Schichten des Wafers, um einzelne Würfel zu erzeugen. Es sind Schnitte in zwei Richtungen erforderlich, in der Regel nacheinander. So kann ein 300-mm-Wafer mit einem kleinen Bauteil-„die“ viele Schnitte benötigen, um fertiggestellt zu werden. Jede erfolgreich geschnittene Vereinzelungsspur wird als Straße bezeichnet.
Mechanisches Schneiden ist kostengünstig, kann aber die Chips durch Abplatzen, Absplittern oder Zerbrechen (Cracken) des Wafers physisch beschädigen. Beim Schneiden kann auch Wärme entstehen, die den Chip beschädigen oder eine Verformung des Wafers bewirken kann, wodurch nachfolgende Schnitte erschwert werden. Vibrationen des Wafers, die durch das Schneiden verursacht werden, können die physikalischen Komponenten der MEM-Chips beeinträchtigen.
Schließlich können metallische Bestandteile des Rades oder der Scheibe, an die die Schleifdiamanten oder CBN gebunden sind, den Wafer verunreinigen und die ordnungsgemäße Funktion des Geräts beeinträchtigen oder verhindern. Diese Arten von Schäden führen in der Regel zu einen geringeren Erstertrag. Metallische Verunreinigungen und mechanische Beschädigungen können auch die Ergebnisse früherer Prüfsonden ungültig machen, was zu einem unangemessenen “Binning“ führen kann.
Plasma-Vereinzeln
Plasma-Vereinzeln ist eine in jüngerer Zeit eingeführte Technik, bei der die Fähigkeit des Plasmas genutzt wird, selektiv Material von Wafern zu entfernen, einschließlich der Bildung tiefer Gräben, wodurch der Wafer effektiv zerschnitten wird. Zu den Vorteilen des Plasmas gehören die minimale oder gar keine Beschädigung des Wafers und die Möglichkeit, das Vereinzeln mit höherer Geschwindigkeit durchzuführen, da Geräte zum gleichzeitigen Plasmaätzen (Schneiden) mehrerer Vereinzelungs-Lanes zur Verfügung stehen (manchmal auch als „paralleles Dicing“ bezeichnet).
Das Plasmaschnittverfahren hat auch den Vorteil, dass keine nennenswerte Wärme auf dem Wafer erzeugt wird, wodurch Verformungen vermieden werden, was insbesondere bei dünnen, leicht verformbaren Wafern von Vorteil ist. Mit dem Plasma-Vereinzeln lassen sich kleinere Schnittlinienbreiten erzielen als mit der typischen Spotgröße beim Laser- Vereinzeln. (Zum Zeitpunkt der Abfassung dieses Artikels liegen die Laserspots in dieser Anwendung häufig bei ca. 10 µm).
Plasma-Vereinzeln verursacht keine Vibrationen. Es muss jedoch geprüft werden, ob die hergestellten MEM-Chips mit dem (in der Regel fluorbasierten) Plasma kompatibel sind.
Das Plasma-Vereinzeln hat auch einige Nachteile, die sich aus den Kosten für die Ausrüstung, der Notwendigkeit der Gasabsaugung von verdampftem Material und verbrauchtem Plasmagas und dem Erfordernis eines angemessenen Vakuumniveaus ergeben, um eine genaue Kontrolle des Plasmas zu ermöglichen. Für den Transport von Wafern und die Einhaltung enger Toleranzen ist eine Investition in Kammer-Ausrüstung erforderlich, die mit den Vakuum- und Plasmabedingungen kompatibel sind. Die Möbel müssen mit engen Toleranzen gefertigt werden, damit sie den Vereinzelungs-Lanes genau folgen.
Ein einzelner Plasmadurchlauf ist in der Regel auch langsamer als ein einzelner Laserdurchlauf. Vor dem Trennen wird zusätzliche Zeit für den Aufbau eines bescheidenen Vakuums benötigt. Dieser Vakuumschritt ist beim Laser- oder mechanischen Vereinzeln nicht erforderlich. Je nach Anzahl der zu trennenden Bahnen können beide Verfahren schneller sein, wobei bei kleineren Bauteilen und größeren Wafern das Plasmaverfahren bevorzugt wird (höhere Bauteildichte). Größere Chips auf kleineren Wafern sind dagegen besser für das Laser-Vereinzeln geeignet.
Laser-Vereinzeln
Beim Laser-Vereinzeln wird ein Hochleistungslaser mit hoher Dichte verwendet, in der Regel ein YAG-Laser (Yttrium-Aluminium-Garnett), der bei 1064 nm im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums strahlt. Dies liegt in der Nähe der beiden Absorptionslinien von Silizium bei 1193 und 1194 nm. Beim Laser-Vereinzeln wird durch diese hochkonzentrierte Energie Silizium abgetragen, wodurch Material in der Vereinzelungs-Spur entfernt wird und getrennte Straßen entstehen.
Das Laser-Vereinzeln hat den Vorteil, dass es berührungslos ist und keine Vibrationen verursacht. Die Laserschneidgeschwindigkeiten können hoch sein.
Beim Laser-Vereinzeln entsteht jedoch örtlich begrenzte Wärme, die zu einer Verformung der Wafer führen kann. Abgetragenes Material kann partikelförmiger sein als Material, das von einem Plasma bewegt wird, das tendenziell eher atomar ist. Diese zusätzlichen Partikel könnten zu einer Verunreinigung des Wafers und einen geringeren Ertrag führen.
Das Laser-Vereinzeln ist die am häufigsten eingesetzte Technik in der modernen 300mm-Halbleiterfertigung, während das Plasma-Vereinzeln die am weitesten entwickelte Technologie ist.
Wie kann Ducoya® den Vereinzelungsprozess unterstützen?
Mechanisches Vereinzeln
Ducoya ist ein leichtes, hochfestes Bindemittel für Schleifmittel wie Diamant und CBN. Ducoya hat einen weichen, aber starken Halt auf diesen Schleifpartikeln; weich genug, um das Schleifmittel freizulegen, ohne zu „verstopfen“, aber stark genug, um die Schleifpartikel fest zu halten und der Trennscheibe eine lange Lebensdauer zu verleihen. Ducoya verfügt außerdem über ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften, die die Vibrationen beim Schneiden minimieren und so zu höheren Erträgen führen können.
Plasma-Vereinzeln
Ducoya zeigt ein ausgezeichnetes Verhalten in einer Plasmaumgebung. Weitere Informationen finden Sie unter Plasmaätzen. Ducoya kann bei der Einrichtung von Plasmakammern hilfreich sein, da es plasmabeständig ist, eine hohe Reinheit aufweist, um eine Kontamination durch Kontakt zu vermeiden, und mit engen Toleranzen für eine genaue Positionierung des Wafers hergestellt werden kann. Ducoya hat außerdem eine geringe Wasseraufnahme und keine flüchtigen Ausgasungen, was die Abpumpzeiten der Plasmakammer minimiert.
Laser-Vereinzeln
Laseranwendungen von Ducoya sind eher am Anfang als etabliert. Wir möchten mit OEMs, die neue oder verbesserte Aspekte dieser Technologie entwickeln, in einen Dialog treten, um herauszufinden, ob Ducoya aufgrund seiner zahlreichen interessanten und kombinierbaren Eigenschaften einen Mehrwert für den Prozess darstellen kann.
