CN111081593A - 一种用于单芯片减薄的工装及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于单芯片减薄的工装，包括单晶硅片和减薄膜，单晶硅片中心加工有圆孔，待减薄的单颗芯片通过减薄膜固定在圆孔内部；单晶硅片的厚度为待减薄芯片厚度±5μm，圆孔的直径小于90mm，且大于等于待减薄芯片对角线的2倍。本发明进一步公开了一种用于单芯片减薄的方法，首先制备工装，然后利用工装固定芯片，设置减薄机粗磨和精磨参数，实现粗磨减薄和精磨减薄，保证减薄后的芯片厚度、TTV和自身强度满足设计要求。利用本发明中的工装及方法，可高效、稳定的完成单颗芯片的减薄，实现对MPW拼版圆片上不同厚度要求芯片的减薄，方法简单实用、易于实现，可操作性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于单芯片减薄的工装及方法，属于集成电路芯片减薄技术领域，所述的单芯片指圆片划片后产生的单颗芯片。
背景技术
在集成电路设计方案定型前，需要对基础设计方案进行多次优化改进。为验证各阶段方案，必须进行多次工程流片，如果当次设计存在缺陷，便会导致当次流片圆片全部报废。每一次从设计到圆片的转变，都伴随着高昂的流片费用发生，对于设计公司而言，工程流片费用是一种高风险投入。
MPW(多项目圆片)是将相同工艺的多种芯片，拼版在同一圆片上的流片方式。通过MPW方式进行工程流片，流片费用可以由参加MPW拼版的所有项目共同承担，极大的降低了单个项目设计的成本。目前，MPW流片方式广泛应用于电路设计阶段的工程流片。
在芯片封装过程中，由于不同芯片的封装尺寸、散热等要求不同，对芯片厚度提出不同的要求。如果利用常规的整张圆片减薄的方式，则得到的芯片厚度全部相同，显然不能满足要求。
发明内容
本发明技术解决的问题是：为克服现有技术的不足，提供一种用于单颗芯片减薄的工装及方法，实现对MPW拼版圆片上不同厚度要求芯片的减薄，保证完成减薄的单颗芯片目标厚度、TTV以及自身强度满足设计要求。
本发明的技术解决方案是：
一种用于单芯片减薄的工装，所述工装包括单晶硅片和减薄膜，单晶硅片中心加工有圆孔，待减薄的单颗芯片通过减薄膜固定在圆孔内部；
所述单晶硅片的厚度为待减薄芯片厚度±5μm，所述圆孔的直径小于90mm，且大于等于待减薄芯片对角线的2倍。
所述单晶硅片的TTV和平整度均不大于5μm，保证工装平整且厚度均匀。
所述单晶硅片的直径为5inch或6inch，避免使用大直径硅片时，在传递过程中，由于其自身重量较大造成硅片碎裂。
所述圆孔采用低应力激光切割方式加工，以减小圆孔边缘损伤层厚度，减小加工带来的残余应力，保证工装强度。
所述减薄膜基材材料为聚烯烃，厚度不小于150um，保证减薄膜对芯片的支撑能力；胶层材料为丙烯酸，厚度不大于40um，保证芯片在减薄过程的稳定性.
减薄膜具有UV解胶的特性，UV前粘性不小于6000mN/25mm，UV后粘性不大于60mN/25mm。
一种用于单芯片减薄的方法，包括如下步骤：
(1)工装制备
选择与待减薄芯片厚度偏差不超过5μm的单晶硅片，在其中心利用低应力激光切割的方式加工圆孔，圆孔直径大于等于待减薄芯片的对角线的2倍，且小于90mm；
选取具有UV解胶特性的减薄膜，基材材料为聚烯烃，厚度不小于150um，保证减薄膜对芯片的支撑能力；胶层材料为丙烯酸，厚度不大于40um，减薄膜；UV前粘性不小于6000mN/25mm，UV后粘性不大于60mN/25mm。
(2)固定芯片
将步骤(1)中心开孔的单晶硅片放置在5inch或6inch减薄贴膜机工作台上，芯片图形面向上放置在圆环内部，开启工作台真空，按照减薄贴膜的方法，在工装和芯片图形面上正常贴附步骤(1)选取好的减薄膜；
(3)设置减薄机减薄参数
(4)减薄
开启减薄机手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始粗磨减薄；当粗磨减薄去除厚度达到待去除厚度的2/3时，进行精磨减薄，减薄到目标厚度后，手动取出工装，进行UV照射解胶，将完成减薄的芯片和工装分离。
所述步骤(3)中，减薄机粗磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000-4500r/min，减薄机工作台转速设置为50-200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.5-1μm/s，P2：0.3-0.5μm/s，P3：0.1-0.3μm/s。
所述步骤(3)中，减薄机精磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000-4500r/min，减薄机工作台转速设置为50-200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.3-0.5μm/s，P2：0.2-0.3μm/s，P3：0.1-0.2μm/s。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)利用本发明中的工装及方法，可以利用全自动减薄机实现单颗芯片的减薄，实现对MPW拼版圆片上不同厚度要求芯片的减薄，保证完成减薄的单颗芯片目标厚度。相比于传统的芯片减薄方法，不用进行减薄工作台改造，可以利用圆片减薄工作台对芯片进行减薄，节约了工作台改造成本，提升了效率。
(2)本发明能够对工装厚度实时测量，实现对单颗芯片厚度的监测，提高减薄精度，一次性减薄芯片厚度偏差能够控制到±1um内，保证减薄后芯片的目标厚度、TTV满足设计要求，避免传统“盲减”时，由于经验不足，致使减薄精度不够，需要往复多次减薄的问题发生。
(3)本发明减薄时，通过粗磨和精磨两步减薄控制芯片的残余应力，保证减薄后的芯片自身强度满足设计要求。
(4)利用本发明中的工装及方法，可高效、稳定的完成单颗芯片的减薄，方法简单实用、易于实现，可操作性强。
附图说明
图1为本发明工装示意图；
图2为单芯片减薄工艺流程图；
图3为单芯片减薄示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
本发明利用特制工装，使用常规圆片减薄机，通过优化减薄工艺参数，实现符合设计要求的单颗芯片的减薄。
如图1所示，本发明工装通过单晶硅片1加工所得，单晶硅片1中心加工有圆孔2，待减薄的单颗芯片通过减薄膜4固定在圆孔2内部。
单晶硅片的厚度为待减薄芯片厚度±5μm，实现工装与芯片同步减薄。
单晶硅片的TTV、平整度不大于5μm，保证工装平整且厚度均匀。
单晶硅片的直径为5inch或6inch，避免使用大直径硅片时，在传递过程中，由于其自身重量较大造成硅片碎裂。
圆孔的加工方法为低应力激光切割，减小圆孔边缘损伤层厚度，减小加工带来的残余应力，保证工装强度。
其中圆孔的直径小于90mm，一方面保证圆环工装强度，另一方面保证测高装置能够接触工装，进行实时测高，通过工装厚度检测芯片厚度；同时圆孔直径不小于待减薄芯片的对角线的2倍，保证待减薄芯片安装尺寸。
减薄膜4基材材料为聚烯烃，厚度不小于150um，保证减薄膜4对芯片的支撑能力；胶层材料为丙烯酸，厚度不大于40um，保证芯片在减薄过程的稳定性。减薄膜具有UV解胶的特性，UV前粘性不小于6000mN/25mm，UV后粘性不大于60mN/25mm。
圆片减薄机为圆片减薄专用设备，不适用于单颗芯片减薄，利用其进行单颗芯片减薄时，必须对常规圆片减薄工艺参数进行优化，减薄机主要的工艺参数有主轴转速、工作台转速以及主轴进给速度(P1,P2,P3)。
本发明将减薄机粗磨、精磨的关键工艺参数进行优化：
粗磨、精磨主轴转速优化为4000-4500r/min,设备能力允许范围内，降低磨轮每转去除量，减小磨削力，保证芯片减薄过程中不掉落；
粗磨、精磨工作台转速优化为50-200r/min,方向与主轴旋转方向相同，减小磨削力，保证芯片减薄过程中不掉落；
粗磨主轴进给速度优化为P1：0.5-1μm/s，P2：0.3-0.5μm/s，P3：0.1-0.3μm/s；
精磨主轴进给速度优化为P1 0.3-0.5μm/s，P2 0.2-0.3μm/s，P3 0.1-0.2μm/s，降低单位时间去除量，减小磨削力，保证芯片减薄过程中不掉落。
如图2所示，本发明提出一种用于单芯片减薄的方法，具体步骤为：
(1)工装制备
选择与待减薄芯片厚度偏差不超过5μm的单晶硅片1，在其中心利用低应力激光切割的方式加工圆孔2，圆孔直径大于等于待减薄芯片的对角线的2倍，且小于90mm；
选取具有UV解胶特性的减薄膜4，基材材料为聚烯烃，厚度不小于150um，保证减薄膜对芯片的支撑能力；胶层材料为丙烯酸，厚度不大于40um，减薄膜4UV前粘性不小于6000mN/25mm，UV后粘性不大于60mN/25mm。
(2)固定芯片
将制备好的单晶硅片放置在5inch或6inch减薄贴膜机工作台上，芯片图形面向上放置在圆环内部，开启工作台真空，按照减薄贴膜的方法，正常贴膜。
(3)减薄参数调整
减薄机粗磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000-4500r/min，减薄机工作台转速设置为50-200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.5-1μm/s，P2：0.3-0.5μm/s，P3：0.1-0.3μm/s；
减薄机精磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000-4500r/min，减薄机工作台转速设置为50-200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.3-0.5μm/s，P2：0.2-0.3μm/s，P3：0.1-0.2μm/s。
(4)减薄
开启减薄机手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始粗磨减薄；当粗磨减薄去除厚度达到待去除厚度的2/3时，进行精磨减薄，减薄到目标厚度后，手动取出工装，进行UV照射解胶，将完成减薄的芯片和工装分离。
图3为单芯片减薄示意图。
实施例1：
设待减薄芯片厚度为400μm，芯片对角线长度为10mm。
一种用于单芯片减薄的方法，具体步骤为：
(1)工装制备
将原始厚度的5inch单晶硅片减薄至400μm(厚度偏差2μm)，利用低应力激光切割的方式，在硅片中央切割一个与硅片同圆心，直径20mm的圆孔。
选取减薄膜，基材材料为聚烯烃，厚度为150um，胶层材料为丙烯酸，厚度为30um。减薄膜具有UV解胶的特性，UV前粘性6000mN/25mm，UV后粘性50mN/25mm。
(2)芯片固定
在温度为20～30℃，湿度35％～45％的环境下，将制备好的单晶硅片放置在5inch减薄贴膜机工作台上，芯片图形面向上放置在圆环内部，开启工作台真空，按照减薄贴膜的方法，在工装和芯片图形面上正常贴附步骤(1)选取好的减薄膜。
(3)减薄参数调整
减薄机粗磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000r/min，减薄机工作台转速设置为50r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.5μm/s，P2：0.3μm/s，P3：0.1μm/s；
减薄机精磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000r/min，减薄机工作台转速设置为50r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.3μm/s，P2：0.2μm/s，P3：0.1μm/s。
(4)减薄
开启设备手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始粗磨减薄，当粗磨减薄去除厚度达到待去除厚度的2/3时，进行精磨减薄。完成减薄后，手动取出完成减薄的工装及芯片，进行UV照射解胶，从工装上取下完成减薄的芯片，正面向上放入芯片盒中。
经过实验验证，该实施例一次性减薄芯片目标厚度偏差控制在±1um内，片内厚度偏差TTV控制在±1um内，背面损伤层厚度控制在10um内，残余应力较小，强度较高。
实施例2：
设待减薄芯片厚度为400μm，芯片对角线长度为10mm。
一种用于单芯片减薄的方法，具体步骤为：
(1)工装制备
将原始厚度的5inch单晶硅片减薄至400μm(厚度偏差2μm)，利用低应力激光切割的方式，在硅片中央切割一个与硅片同圆心，直径70mm的圆孔。
选取减薄膜，基材材料为聚烯烃，厚度为170um，胶层材料为丙烯酸，厚度为30um。减薄膜具有UV解胶的特性，UV前粘性7500mN/25mm，UV后粘性50mN/25mm。
(2)芯片固定
在温度为20～30℃，湿度35％～45％的环境下，将制备好的单晶硅片放置在5inch减薄贴膜机工作台上，芯片图形面向上放置在圆环内部，开启工作台真空，按照减薄贴膜的方法，在工装和芯片图形面上正常贴附步骤(1)选取好的减薄膜。
(3)减薄参数调整
减薄机粗磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4200r/min,工作台转速设置为60r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同，主轴进给速度设置为P1 0.6μm/s，P2 0.4μm/s，P30.2μm/s；
减薄机精磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4200r/min,工作台转速设置为60r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同，主轴进给速度设置为P1 0.4μm/s，P2 0.25μm/s，P30.15μm/s。
(4)减薄
开启设备手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始粗磨减薄，当粗磨减薄去除厚度达到待去除厚度的2/3时，进行精磨减薄。完成减薄后，手动取出完成减薄的工装及芯片，进行UV照射解胶，从工装上取下完成减薄的芯片，正面向上放入芯片盒中。
经过实验验证，该实施例一次性减薄芯片目标厚度偏差控制在±1um内，片内厚度偏差TTV控制在±1um内，背面损伤层厚度控制在10um内，残余应力较小，强度较高。
实施例3：
设待减薄芯片厚度为400μm，芯片对角线长度为10mm。
一种用于单芯片减薄的方法，具体步骤为：
(1)工装制备
将原始厚度的6inch单晶硅片减薄至400μm(厚度偏差2μm)，利用低应力激光切割的方式，在硅片中央切割一个与硅片同圆心，直径90mm的圆孔。
选取减薄膜，基材材料为聚烯烃，厚度为170um，胶层材料为丙烯酸，厚度为40um。减薄膜具有UV解胶的特性，UV前粘性7500mN/25mm，UV后粘性60mN/25mm。
(2)芯片固定
在温度为20～30℃，湿度35％～45％的环境下，将制备好的单晶硅片放置在6inch减薄贴膜机工作台上，芯片图形面向上放置在圆环内部，开启工作台真空，按照减薄贴膜的方法，在工装和芯片图形面上正常贴附步骤(1)选取好的减薄膜。
(3)减薄参数调整
减薄机粗磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4500r/min，减薄机工作台转速设置为200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：1μm/s，P2：0.5μm/s，P3：0.3μm/s；
减薄机精磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4500r/min，减薄机工作台转速设置为200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.5μm/s，P2：0.3μm/s，P3：0.2μm/s。
(4)减薄
开启设备手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始减薄。完成减薄后，手动取出完成减薄的工装及芯片，进行UV照射解胶，从工装上取下完成减薄的芯片，正面向上放入芯片盒中。
(4)减薄
开启设备手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始粗磨减薄，当粗磨减薄去除厚度达到待去除厚度的2/3时，进行精磨减薄。完成减薄后，手动取出完成减薄的工装及芯片，进行UV照射解胶，从工装上取下完成减薄的芯片，正面向上放入芯片盒中。
经过实验验证，该实施例一次性减薄芯片目标厚度偏差控制在±1um内，片内厚度偏差TTV控制在±1um内，背面损伤层厚度控制在10um内，残余应力较小，强度较高。
本说明书中未详细描述的内容是本领域技术人员公知常识。
Claims (9)
1.一种用于单芯片减薄的工装，其特征在于：所述工装包括单晶硅片(1)和减薄膜(4)，单晶硅片(1)中心加工有圆孔(2)，待减薄的单颗芯片(3)通过减薄膜(4)固定在圆孔(2)内部；
所述单晶硅片(1)的厚度为待减薄芯片厚度±5μm，所述圆孔(2)的直径小于90mm，且大于等于待减薄芯片对角线的2倍。
2.如权利要求1所述的一种用于单芯片减薄的工装，其特征在于：所述单晶硅片(1)的TTV和平整度均不大于5μm，保证工装平整且厚度均匀。
3.如权利要求1所述的一种用于单芯片减薄的工装，其特征在于：所述单晶硅片(1)的直径为5inch或6inch，避免使用大直径硅片时，在传递过程中，由于其自身重量较大造成硅片碎裂。
4.如权利要求1所述的一种用于单芯片减薄的工装，其特征在于：所述圆孔(2)采用低应力激光切割方式加工，以减小圆孔边缘损伤层厚度，减小加工带来的残余应力，保证工装强度。
5.如权利要求1所述的一种用于单芯片减薄的工装，其特征在于：所述减薄膜(4)基材材料为聚烯烃，厚度不小于150um，保证减薄膜对芯片的支撑能力；胶层材料为丙烯酸，厚度不大于40um，保证芯片在减薄过程的稳定性。
6.如权利要求5所述的一种用于单芯片减薄的工装，其特征在于：减薄膜具有UV解胶的特性，UV前粘性不小于6000mN/25mm，UV后粘性不大于60mN/25mm。
7.一种用于单芯片减薄的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)工装制备
选择与待减薄芯片厚度偏差不超过5μm的单晶硅片(1)，在其中心利用低应力激光切割的方式加工圆孔(2)，圆孔直径大于等于待减薄芯片的对角线的2倍，且小于90mm；
选取具有UV解胶特性的减薄膜(4)，基材材料为聚烯烃，厚度不小于150um，保证减薄膜对芯片的支撑能力；胶层材料为丙烯酸，厚度不大于40um，减薄膜(4)；UV前粘性不小于6000mN/25mm，UV后粘性不大于60mN/25mm；
(2)固定芯片
将步骤(1)中心开孔的单晶硅片放置在5inch或6inch减薄贴膜机工作台上，芯片图形面向上放置在圆环内部，开启工作台真空，按照减薄贴膜的方法，在工装和芯片图形面上正常贴附步骤(1)选取好的减薄膜(4)；
(3)设置减薄机减薄参数
(4)减薄
开启减薄机手动上料模式，将通过减薄膜固定在一起的芯片和工装放置在减薄机工作台上，此时减薄膜面向下吸附在减薄机工作台上，打开接触式测高，开始粗磨减薄；当粗磨减薄去除厚度达到待去除厚度的2/3时，进行精磨减薄，减薄到目标厚度后，手动取出工装，进行UV照射解胶，将完成减薄的芯片和工装分离。
8.根据权利要求7所述的一种用于单芯片减薄的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，减薄机粗磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000-4500r/min，减薄机工作台转速设置为50-200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.5-1μm/s，P2：0.3-0.5μm/s，P3：0.1-0.3μm/s。
9.根据权利要求7所述的一种用于单芯片减薄的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，减薄机精磨减薄参数设置如下：
减薄机主轴转速设置为4000-4500r/min，减薄机工作台转速设置为50-200r/min,旋转方向与主轴旋转方向相同；减薄机主轴进给速度设置为P1：0.3-0.5μm/s，P2：0.2-0.3μm/s，P3：0.1-0.2μm/s。
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| CN101308778A (zh) * | 2008-06-06 | 2008-11-19 | 无锡中微高科电子有限公司 | 一种半导体芯片的减薄方法 |
| CN106584263A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-04-26 | 清华大学 | 基于纳米金刚石颗粒的大规模芯片减薄方法 |
| JP2018060912A (ja) * | 2016-10-05 | 2018-04-12 | 株式会社ディスコ | 加工方法 |
-
2019
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