Wafer Chipping คืออะไรและจะแก้ไขได้อย่างไร

การตัด Wafer เป็นกระบวนการที่สำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และมีผลกระทบโดยตรงต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของชิปขั้นสุดท้าย ในการผลิตจริง Wafer Chipping—โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Front-side Chipping และ Back-side Chipping—เป็นข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งและร้ายแรง ซึ่งจำกัดประสิทธิภาพและผลผลิตในการผลิตอย่างมาก Chipping ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อรูปลักษณ์ของชิปเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดความเสียหายที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือทางกลไกอีกด้วย

คำจำกัดความและประเภทของ Wafer Chipping

Wafer Chipping หมายถึง รอยแตกหรือการแตกของวัสดุที่ขอบของชิประหว่างกระบวนการตัด. โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น Front-side Chipping และ Back-side Chipping:

• Front-side Chipping เกิดขึ้นบนพื้นผิวที่ใช้งานของชิปที่มีรูปแบบวงจร หากการบิ่นขยายเข้าไปในบริเวณวงจร อาจทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือในระยะยาวเสื่อมลงอย่างรุนแรง

• Back-side Chipping มักเกิดขึ้นหลังจากการทำให้ Wafer บางลง โดยที่รอยแตกปรากฏในชั้นพื้นดินหรือชั้นที่เสียหายที่ด้านหลัง

จากมุมมองเชิงโครงสร้าง Front-side Chipping มักเกิดจากรอยแตกในชั้น epitaxial หรือชั้นผิว, ในขณะที่ Back-side Chipping เกิดจากชั้นความเสียหายที่เกิดขึ้นระหว่างการทำให้ Wafer บางลงและการกำจัดวัสดุพื้นผิว.

Front-side Chipping สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท:

1. Initial Chipping – มักเกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการตัดล่วงหน้าเมื่อติดตั้งใบมีดใหม่ โดยมีลักษณะเป็นความเสียหายที่ขอบไม่สม่ำเสมอ

2. Periodic (cyclic) Chipping – ปรากฏซ้ำๆ และเป็นประจำระหว่างการตัดอย่างต่อเนื่อง

3. Abnormal Chipping – เกิดจากการวิ่งออกของใบมีด อัตราการป้อนที่ไม่เหมาะสม ความลึกในการตัดมากเกินไป การเคลื่อนที่หรือการเสียรูปของ Wafer

สาเหตุหลักของ Wafer Chipping

1. สาเหตุของ Initial Chipping

• ความแม่นยำในการติดตั้งใบมีดไม่เพียงพอ

• ใบมีดไม่ได้ถูกปรับให้เป็นรูปวงกลมที่สมบูรณ์แบบ

• การสัมผัสของเม็ดเพชรไม่สมบูรณ์

หากติดตั้งใบมีดโดยมีการเอียงเล็กน้อย จะเกิดแรงตัดที่ไม่สม่ำเสมอ ใบมีดใหม่ที่ไม่ได้รับการแต่งตัวอย่างเหมาะสมจะแสดงความเยื้องศูนย์ที่ไม่ดี ซึ่งนำไปสู่การเบี่ยงเบนของเส้นทางการตัด หากเม็ดเพชรไม่ถูกเปิดเผยอย่างเต็มที่ในระหว่างขั้นตอนการตัดล่วงหน้า ช่องว่างของชิปที่มีประสิทธิภาพจะไม่ก่อตัวขึ้น ซึ่งจะเพิ่มโอกาสในการบิ่น

2. สาเหตุของ Periodic Chipping

• ความเสียหายจากการกระแทกพื้นผิวของใบมีด

• อนุภาคเพชรขนาดใหญ่ที่ยื่นออกมา

• การยึดเกาะของอนุภาคแปลกปลอม (เรซิน เศษโลหะ ฯลฯ)

ในระหว่างการตัด รอยบากขนาดเล็กสามารถพัฒนาได้เนื่องจากการกระแทกของชิป เม็ดเพชรขนาดใหญ่ที่ยื่นออกมาจะทำให้ความเครียดในท้องถิ่นเข้มข้นขึ้น ในขณะที่สารตกค้างหรือสิ่งปนเปื้อนแปลกปลอมบนพื้นผิวใบมีดสามารถรบกวนเสถียรภาพในการตัดได้

3. สาเหตุของ Abnormal Chipping

• ใบมีดวิ่งออกจากการทรงตัวแบบไดนามิกที่ไม่ดีด้วยความเร็วสูง

• อัตราการป้อนที่ไม่เหมาะสมหรือความลึกในการตัดมากเกินไป

• การเคลื่อนที่หรือการเสียรูปของ Wafer ระหว่างการตัด

ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดแรงตัดที่ไม่เสถียรและการเบี่ยงเบนจากเส้นทางการตัดที่ตั้งไว้ล่วงหน้า ซึ่งทำให้เกิดการแตกหักของขอบโดยตรง

4. สาเหตุของ Back-Side Chipping

Back-side Chipping ส่วนใหญ่มาจาก การสะสมความเครียดระหว่างการทำให้ Wafer บางลงและการบิดงอของ Wafer.

ในระหว่างการทำให้บางลง ชั้นที่เสียหายจะก่อตัวขึ้นที่ด้านหลัง ทำให้โครงสร้างคริสตัลเสียหายและสร้างความเครียดภายใน ในระหว่างการตัด การคลายความเครียดนำไปสู่การเริ่มต้นของรอยร้าวขนาดเล็ก ซึ่งค่อยๆ แพร่กระจายไปสู่รอยแตกขนาดใหญ่ที่ด้านหลัง เมื่อความหนาของ Wafer ลดลง ความต้านทานต่อความเครียดจะอ่อนลง และการบิดงอจะเพิ่มขึ้น—ทำให้ Back-side Chipping มีแนวโน้มมากขึ้น

ผลกระทบของการบิ่นต่อชิปและมาตรการรับมือ

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพของชิป

การบิ่นช่วยลด ความแข็งแรงทางกลไก. แม้แต่รอยร้าวเล็กๆ ที่ขอบอาจยังคงแพร่กระจายต่อไปในระหว่างการบรรจุหีบห่อหรือการใช้งานจริง ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะนำไปสู่การแตกหักของชิปและความล้มเหลวทางไฟฟ้า หาก Front-side Chipping บุกรุกพื้นที่วงจร จะทำให้ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ในระยะยาวลดลงโดยตรง

วิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพสำหรับ Wafer Chipping

1. การปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม

ความเร็วในการตัด อัตราการป้อน และความลึกในการตัดควรได้รับการปรับเปลี่ยนแบบไดนามิกตามพื้นที่ Wafer ประเภทวัสดุ ความหนา และความคืบหน้าในการตัด เพื่อลดความเข้มข้นของความเครียด
ด้วยการรวม วิสัยทัศน์ของเครื่องจักรและการตรวจสอบโดยใช้ AI สภาพใบมีดและพฤติกรรมการบิ่นแบบเรียลไทม์สามารถตรวจจับได้ และพารามิเตอร์กระบวนการจะถูกปรับโดยอัตโนมัติเพื่อการควบคุมที่แม่นยำ

2. การบำรุงรักษาและการจัดการอุปกรณ์

การบำรุงรักษาเครื่องตัดเป็นประจำมีความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่า:

• ความแม่นยำของแกนหมุน

• เสถียรภาพของระบบส่งกำลัง

• ประสิทธิภาพของระบบระบายความร้อน

ควรใช้ระบบตรวจสอบอายุการใช้งานของใบมีดเพื่อให้แน่ใจว่าใบมีดที่สึกหรออย่างรุนแรงจะถูกเปลี่ยนก่อนที่ประสิทธิภาพจะลดลงทำให้เกิดการบิ่น

3. การเลือกและการปรับใบมีดให้เหมาะสม

คุณสมบัติของใบมีด เช่น ขนาดเม็ดเพชร ความแข็งของพันธะ และความหนาแน่นของเม็ด มีอิทธิพลอย่างมากต่อพฤติกรรมการบิ่น:

• เม็ดเพชรขนาดใหญ่เพิ่ม Front-side Chipping

• เม็ดเล็กช่วยลดการบิ่นแต่ลดประสิทธิภาพในการตัด

• ความหนาแน่นของเม็ดต่ำช่วยลดการบิ่นแต่ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องมือสั้นลง

• วัสดุพันธะที่อ่อนนุ่มช่วยลดการบิ่นแต่เร่งการสึกหรอ

สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอน ขนาดเม็ดเพชรเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด. การเลือกใบมีดคุณภาพสูงที่มีปริมาณเม็ดใหญ่ขั้นต่ำและการควบคุมขนาดเม็ดอย่างเข้มงวดจะช่วยลด Front-side Chipping ได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ควบคุมต้นทุน

4. มาตรการควบคุม Back-Side Chipping

กลยุทธ์หลัก ได้แก่:

• การปรับความเร็วของแกนหมุนให้เหมาะสม

• การเลือกสารกัดกร่อนเพชรชนิดละเอียด

• การใช้วัสดุพันธะอ่อนและสารกัดกร่อนความเข้มข้นต่ำ

• การติดตั้งใบมีดที่แม่นยำและการสั่นสะเทือนของแกนหมุนที่เสถียร

ความเร็วในการหมุนที่สูงหรือต่ำเกินไปทำให้ความเสี่ยงในการแตกหักที่ด้านหลังเพิ่มขึ้น ใบมีดเอียงหรือการสั่นสะเทือนของแกนหมุนอาจทำให้เกิดการบิ่นที่ด้านหลังในบริเวณกว้าง สำหรับ Wafer บางพิเศษ การบำบัดหลังการรักษา เช่น CMP (Chemical Mechanical Polishing), การแกะสลักแบบแห้ง และการแกะสลักทางเคมีแบบเปียก ช่วยขจัดชั้นความเสียหายที่เหลืออยู่ ปล่อยความเครียดภายใน ลดการบิดงอ และเพิ่มความแข็งแรงของชิปอย่างมาก

5. เทคโนโลยีการตัดขั้นสูง

วิธีการตัดแบบไม่สัมผัสและแรงดันต่ำที่เกิดขึ้นใหม่ช่วยปรับปรุงเพิ่มเติม:

• การตัดด้วยเลเซอร์ ลดการสัมผัสทางกลไกและลดการบิ่นผ่านการประมวลผลความหนาแน่นพลังงานสูง

• การตัดด้วยเจ็ทน้ำ ใช้แรงดันน้ำสูงผสมกับสารกัดกร่อนขนาดเล็ก ซึ่งช่วยลดความเครียดจากความร้อนและกลไกได้อย่างมาก

การเสริมสร้างการควบคุมคุณภาพและการตรวจสอบ

ควรกำหนดระบบควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดตลอดห่วงโซ่การผลิตทั้งหมด—ตั้งแต่การตรวจสอบวัตถุดิบไปจนถึงการตรวจสอบผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ควรใช้อุปกรณ์ตรวจสอบที่มีความแม่นยำสูง เช่น กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) เพื่อตรวจสอบ Wafer หลังการตัดอย่างละเอียด ทำให้สามารถตรวจจับและแก้ไขข้อบกพร่องในการบิ่นได้ตั้งแต่เนิ่นๆ

บทสรุป

Wafer Chipping เป็นข้อบกพร่องหลายปัจจัยที่ซับซ้อนซึ่งเกี่ยวข้องกับ พารามิเตอร์กระบวนการ สภาพอุปกรณ์ คุณสมบัติของใบมีด ความเครียดของ Wafer และการจัดการคุณภาพ. เฉพาะผ่านการปรับให้เหมาะสมอย่างเป็นระบบในทุกด้านเหล่านี้เท่านั้นจึงจะสามารถควบคุมการบิ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ—จึงช่วยปรับปรุง ผลผลิตในการผลิต ความน่าเชื่อถือของชิป และประสิทธิภาพโดยรวมของอุปกรณ์.