半導體芯片切割加工品質的評價方法分析

江蘇捷捷微電子股份有限公司 徐 洋

隨著科學技術的迅猛發展，電子信息產業逐漸成為各國主流發展企業投資的對象，所以，作為元器件重要組成部分的半導體芯片的研發和制造也逐漸被重視起來。其中，日本在該領域的科研成果較為突出，通過對日本部分相關著名企業實際生產線的跟進和學習，在對質量控制方法和生產規范等方面進行深入分析后，整理出具有建設性的檢測項目和檢測方法。為檢測關于半導體芯片制造過程中所涉及的新型實驗項目和方法的有效性，通過設計完善且詳盡的切割實驗說明，進行實驗驗證，對比各項指標的出錯率，以實現規范化和標準化的芯片切割加工品質評價過程的開展。同時為優質設計高速切割機和切割工藝提供參考依據。本文通過對半導體芯片的深入研究，結合先進的高速切割設備，以實驗為主要研究形式，對芯片切割加工品質進行評價，同時，為高速切割機的合理化設計及切割工藝的改進提出相應的參考建議，最后得出品質評價方法規范化的標準說明。

世界發展進入電子信息時代，其中，半導體材料是支持電子信息設備不斷創新發展的基礎元件。人們的生活日常也逐漸趨于數字化，例如，數碼相機、各種計算機、各種移動設備等電子產品都需要半導體材料制成的芯片作為底端支撐，才能實現服務為民的理念。隨著科研設備的精進和相關技術的成熟，同時，為滿足人們對電子產品日益增長的需求，半導體集成電路的集成度越來越高，電子設備成品的外形逐漸趨于小巧化，滿足人們出行時的便攜要求。制作高品質的半導體芯片不僅需要先進的技術和精密的儀器做產品支撐，還要有完善合理的芯片切割品質評價方法作為產品品質保障的服務陣地。所以，建立完善的半導體芯片切割品質的評價方法是十分必要的。

1 當前用于評價芯片切割加工品質的方法分析

隨著人們對半導體芯片切割技術的要求不斷提高，對芯片切割加工品質的評價成為人們日益關注的重要環節。為更好地檢測芯片加工品質，人們提出了多種品質評估方法。但到目前為止，各種方法的評價標準仍然不盡相同，各著名企業會根據自身的需求來設計符合當前實際情況的評價標準和規范；但對比中小企業來說，雖然在檢測項目的設定上會向知名企業看齊，選擇比較統一的檢測項目和一些通用的檢測方法，但是，他們的指標值設定仍然存在較鮮明的差異。另外，重要的一點是，選擇不同的檢測方法會直接影響檢測指標的歸類，包括芯片切斷面形狀尺寸的檢測項目和總體外觀的觀測項目兩類。

半導體芯片切割加工品質是產品生產制造過程中需要全程檢測的重要項目。其中，對于芯片整體外觀的檢查與監測是尤為重要的工序，通過該程序的產品相關信息的反饋情況，對比生產過程中的實際標準，總結分析可能出現故障的設備器件，并幫助提供故障原因分析的依據。對于不同的產品，所選擇的檢測項目會略微不同。比如，對于芯片切割新成品來說，就需要對切面表面質量、洗凈度、管腳缺損情況、芯片總體外觀檢測和金屬粘結情況等項目進行檢查。項目檢測過程中需要利用各種顯微鏡進行必要的人眼觀察，但是這種觀察方式容易受多種客觀條件影響，使得最終檢測結果失真嚴重。當然，對于斷面的表面質量而言，就不存在這種問題，因為，在一般情況下，它是采用高精尖行業的檢測手段并依照粗糙度的公式開展的檢測，近而獲得產品相應項目的精準指標值。

與芯片整體外觀的檢測項目相比，檢測芯片切面的尺寸與形狀的觀測較為精細，難度較大，而且檢測項目內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目。不同的項目的檢測要求和測量誤差都有明確的要求。比如，芯片外形尺寸的誤差是根據機械制造業度量的標準設定的，一般不會超0.1mm的誤差范圍；斷面一般具有兩個角度；在切邊垂直度項目檢測時，要注意芯片內外部中心的電路偏移情況，通過測量芯片斷面到邊角小球中心的距離進行數據檢測，同時，保證芯片之間相鄰的垂直誤差在可控范圍內。檢測過程應注意儀器的正確使用方法和數據記錄整理過程。

2 芯片切割實驗所需要條件及實施方法

根據對之前半導體芯片相關科研成果的研究，總結出一些對芯片切割品質全面評價的規律性結論。旨在統一不同切割方式下所產生的檢測方法不一致的情況。在前人總結的理論基礎上，通過設計內容詳盡，條理清晰的實驗規劃書，進行實踐探究，從而得出高效性和可實踐性兼具的新型評價方法。實驗結果顯示，在切割基板的相應底邊，偏低0.1mm，安裝圓形薄片砂輪，效果更顯著。

在實驗過程中，要充分考慮芯片在實際生產過程中的真實工序和相關數據。比如，試驗時的切割機轉速要小于30000r/min，保證實驗環境的安全。對于不同類型的芯片設置相應的進給速度，一般而言有機材料基板的進給速度要高于銅板基板的進給速度。對于兩種不同的基板材料，試驗進給速度與實際進給速度相差較大。對于有機材料基板而言，實驗時的進給速度最高達310mm/s，但在實際生產中，經常選用的是50～80mm/s；銅板材料基板在實驗時，200mm/s，而實際生產中應為20～30mm/s。確定試驗數據后，再根據給定的進給速度與主軸轉速關系，進而完成試驗，分析切割后的各項目。

3 觀測芯片總體外觀的結果

3.1 檢查芯片外觀

芯片切割加工品質的評價包含多個方面，其中，檢查芯片外觀完整度是最基礎的一項。在正常的切割環境中，芯片的切割檢查工作同樣不可忽視，因為，芯片的剝離、變色等情況極其容易引發工作故障且不易發現。同時，要著重注意芯片裂紋的檢查，其誘發因素一般是切割環境潮濕或摻雜了雜質等微小原因。所以，在檢查時要認真細心。經過多次試驗得出，運用熒光液滲透法對細微的裂紋進行檢查，具有良好的效果。

3.2 洗凈度

檢查洗凈度是保障半導體芯片切割工作順利進行的必要環節，因為在進行芯片的高速切割時，會產生許多細小的材料廢物，若不進行清洗會嚴重影響切割精度和成品芯片的品質，更嚴重的會影響芯片的正常運行狀態。在芯片加工時，洗凈工作會同時進行，且操作簡單，洗凈結果比較理想。但是，有些切割過程需要附粘膠帶紙對芯片進行固定，這樣就比較容易產生不易清理的雜質，針對這種情況，必須要及時人為的進行清除。

3.3 金屬粘結

觀測芯片總體外觀的觀測方法中最復雜的是金屬粘結項目的檢測，因為芯片材料本身具有其獨特的化學性質，內部結構比較復雜，所以，就現在所掌握的相關檢測技術而言，還不能給出準確的數據進行判定。一般情況的金屬粘結判定都是以人工檢測為主，所以，進行該項目的檢測人員需要具有豐富的經驗和工齡，以達到高效檢測的目的。同時，金屬粘結還與主軸轉速有一定的聯系，當轉速較高時，粘連度相對較低。

3.4 芯片外形尺寸

芯片外形尺寸大小的檢測是針對芯片切割完成后進行的檢測項目。因為在高速切割的過程中很可能會出現不可避免的傾斜情況出現。所以，對芯片的長度和寬度進行兩端分別檢測是十分必要的。再檢測時要逐一對每一側外形尺寸的相關信息進行記錄，進而判定檢測數據是否符合給定的標準，同時還要計算出兩端的誤差數值，并判斷是否在允許的誤差范圍內。在檢測過程中要謹慎細致，經過多次試驗得出結論，切割速度會影響芯片的外形尺寸，一般情況，對比傳統的芯片切割速度，高主軸轉速進行切割時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要素與基準要素的方向公差，即被側切面與選定的參考面之間的夾角度數。與芯片外形尺寸影響因素相似，在傳統切割速度進行芯片加工時，芯片四邊的垂直度都在允許的誤差角度范圍內，芯片成品合格率較高，但在較低主軸轉速的條件下，或在較高進給速度時進行芯片加工就容易造成產品合格率下降。

3.6 切斷面的角度

切斷面角度是檢測芯片產品工作運行是否可以正常開展的重要參考指標。經過周密的實驗設計和多次實踐檢測研究，最終得出結論，在正常的主軸轉速情況下，保持50～80mm/s之間的有機材料基板的進給速度，得到的切割芯片的切面角度一般都符合對器件的要求。同樣，對于銅板材料基板而言，只是，進給速度稍有不同，實驗結果相差不大。為更加確定這一研究發現，實驗人員由增設多組實驗進行比對，實驗結果顯示，進給速度與主軸轉速同時改變或單一改變都會影響產品的合格率。

結束語：為提升半導體芯片的切割品質，進行規范標準的芯片切割加工品質評價是十分重要的品質跟進方式。在進行品質評價之前，要充分了解半導體芯片加工技術和生產流程，并對影響芯片成品合格率的因素進行探究。通過研究已有資料，進行合理詳盡的實驗組設計，進而得到客觀真實地實驗結果。通過對實驗數據的整理分析，總結出高效可實現的檢測項目和檢測方法，為進行芯片品質評估提供統一的檢測標準。同時，為芯片切割工作提供了改進依據，在切面直角度、崩碎坑等項目的檢測標準上有了更加明確的數據支撐。

根據實驗得出的檢測項目和檢測方法來進行芯片的品質評估，可以大幅度提升芯片切割質量和用戶對產品的滿意度。同時，對實現半導體芯片切割加工品質的評價方法的統一化具有深遠影響。綜上所述，芯片品質評價的標準化是保障產品質量的重要因素，對芯片切割工藝的發展具有較深遠的意義。