徐 磊，吳文濤，王振亞，賈 潔

(南京電子器件研究所，江蘇南京，210016)

ADT 7100砂輪劃片機工作臺與刀盤座的參數(shù)分析

徐 磊，吳文濤，王振亞，賈 潔

(南京電子器件研究所，江蘇南京，210016)

對于金剛石砂輪劃片機，工作臺與刀盤座的質(zhì)量和它們之間定位對劃片質(zhì)量有著重要的影響?；谝陨蠥DT公司的產(chǎn)品ADT7100劃片機，介紹了工作臺的平面度、刀盤端面的跳動誤差以及刀盤端面與X軸的平行度等參數(shù)，分析了這些參數(shù)對劃片質(zhì)量和砂輪刀的影響；并結(jié)合實際，提出了針對這些參數(shù)的測量方法和超過標準的解決方法。

劃片機；工作臺；刀盤座

金剛石砂輪劃片機是圓片分離設(shè)備的一種，它采用高速旋轉(zhuǎn)的金剛石砂輪將已做好元器件的晶圓分割成獨立的單元。工作臺固定晶圓，刀盤座是固定砂輪，這兩者的屬性和它們之間的位置關(guān)系對劃片質(zhì)量有著直接的影響。其中工作臺平面度差使劃切量不一致；刀盤端面的端面圓跳動、刀盤座上安裝金剛石砂輪并與之接觸的平面（如圖1所示，本文簡稱：刀盤端面）與X軸的平行度不合要求會產(chǎn)生劃痕寬、崩邊、刀具使用壽命減少等不良影響。本文將以色列ADT公司產(chǎn)品ADT7100金剛石砂輪劃片機作為研究實例，結(jié)合工藝使用及設(shè)備維修實際，在研究工作臺平面度、刀盤端面的跳動誤差以及X軸與刀盤端面的平行度等技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，提出針對這些參數(shù)可能出現(xiàn)故障的解決方法。

本文涉及到測量時需要使用的千分表精度為1 μm。測量前需要注意以下兩點事項：（1）在做有關(guān)刀盤端面測量時，包括本文涉及到的刀盤端面的端面圓跳動、X軸與刀盤端面的平行度測量，需要使用酒精清理刀盤座，因為刀盤座上可能存在的微小顆粒就會導致測量結(jié)果遠大于實際情況；（2）必需保證工作臺與導軌之間是緊密貼合，不能有晃動。因為工作臺與導軌之間的間隙會導致測量以及劃片過程中有工作臺的振動和晃動，對進行工作臺的相關(guān)測量結(jié)果有影響，另外也會對劃片質(zhì)量有不良影響。因此，在測量前必需檢查并消除工作臺與導軌之間的異常間隙。

圖1 刀盤座結(jié)構(gòu)及相關(guān)的測試點

1 工作臺的平面度

1.1 不平整的不良效果

工作臺作為固定晶圓的夾具，是保證每個芯片之間、芯片與工作臺之間不會發(fā)生相對位移的關(guān)鍵裝置。工作臺采用的是微孔陶瓷吸盤，在安裝晶圓時，晶圓被粘在繃于框架上的黏膜，安裝了晶圓的框架被機械機構(gòu)固定在工作臺上，并使用真空透過工作臺上微孔吸緊黏膜，使得劃切過程中，芯片和黏膜緊貼著工作臺，芯片與工作臺不會發(fā)生相對位移。

在劃片過程中，如果安裝于工作臺上的黏膜不平整，那么為了保證劃切開整個晶圓，就必須增加切削量，使用略小于黏膜上表面的最低點作為劃切預(yù)留高度。但是劃切量的增大，會劃切更多的黏膜，會導致兩個主要不良效果。第一，砂輪上粘著黏膜上的膠使得刀具不鋒利，影響劃片質(zhì)量及刀具使用壽命；第二，脫落的膠粘在芯片上會污染晶圓。所以，理想的劃切效果是既可以切開晶圓，又劃切較少的黏膜。如果黏膜平整，其上表面高度一致，那么使用略小于黏膜厚度的劃切預(yù)留高度，就可以達到理想的劃切效果，比如：針對厚度為100 μm的黏膜，可以使用85 μm的劃切預(yù)留高度。保證工作臺平整是保證黏膜平整的前提條件。

1.2 平面度的測量方法

圖2 工作臺平面度測量

工作臺的平面度是衡量工作臺平整的標準。ADT7100直徑為200 mm的工作臺平面度公差為：10 μm。使用千分表測出工作臺的平整度，測量方法如圖2所示，首先，將主軸和工作臺移動到合適位置，千分表安裝于主軸安裝架上，工作臺旋轉(zhuǎn)至在晶圓上劃切角的度，本文為機器位置的45°和135°方向，即晶圓位置的0°和90°方向；然后，調(diào)整測頭接觸工作臺 x方向靠近邊緣一端；最后，X方向以10 mm/s速度移動工作臺，將千分表測頭接觸到工作臺的另一端，測出平整度。

1.3 不平整的處理方法

如果測量結(jié)果超出范圍，則可以通過重新安裝工作臺或更換工作臺的方式處理。重新安裝的目的是使得工作臺與θ平臺充分貼合，不會產(chǎn)生間隙。如圖3所示，工作臺下底面與θ平臺的密封面之間的包括顆粒在內(nèi)的異物，可能是導致工作臺與θ平臺產(chǎn)生間隙的原因。所以重新安裝工作臺前，需要清潔工作臺下底面與θ平臺的密封面，把可能存在的異物清理干凈；安裝工作臺時，用力下壓工作臺，使工作臺下底面與θ平臺密封面充分接觸，然后打開工作臺真空控制閥鎖緊工作臺；最后，檢測是否符合平面度要求。如果是其他原因?qū)е鹿ぷ髋_平整度超過要求，比如：工作臺面出現(xiàn)凹凸點，重新安裝工作臺仍然達不到平面度要求時，則需要更換工作臺。

圖3 工作臺與θ平臺之間的間隙導致平面度不滿足要求

2 刀盤端面的端面圓跳動

2.1 刀刃運動方向與晶圓運動方向之間的關(guān)系

正常劃片時，刀刃運動方向與晶圓運動方向應(yīng)該保持平行，保證刀刃的側(cè)面不受力。如果不平行，一方面會影響劃片質(zhì)量：芯片崩邊、劃痕粗糙且更寬（如圖4）、芯片上的殘余應(yīng)力變大等；另一方面，刀刃的側(cè)面受力，降低了刀具使用壽命。刀刃運動方向與晶圓運動方向的平行由兩個因素保障：（1）刀刃旋轉(zhuǎn)時在一個平面內(nèi)，即需要保證刀刃面垂直于主軸；（2）刀刃面與晶圓運動方向平行。

2.2 端面圓跳動影響刀刃運動軌跡

刀盤座是連接主軸和刀具裝置，一個質(zhì)量合格的刀盤座是保證刀具在高速旋轉(zhuǎn)的情況下達到理想劃切狀態(tài)的前提條件。為了保證刀刃面垂直于主軸，一方面，安裝金剛石砂輪的刀盤端面需要垂直于主軸，刀盤座在出廠時就已經(jīng)安裝在主軸上，已經(jīng)做好包括垂直度在內(nèi)的校準，如果需要更換刀盤座或主軸，它們是作為整體一起更換，所以，垂直度能夠由出廠檢驗保證；另一方面，如果刀盤端面出現(xiàn)毛刺或出現(xiàn)毛刺后的修理磨損較大，使得刀盤端面不平整，那么安裝上的刀具的刃面可能不平行于刀盤端面，使得刃面不垂直于主軸，如圖4所示，主軸旋轉(zhuǎn)時刃面軌跡不在一個平面內(nèi)，這種情況，就要進行檢測和修復。刀盤端面的跳動公差是保證刃面與主軸垂直的重要參數(shù)。使用千分表等工具測量刀盤端面的端面圓跳動，其公差為：1 μm。

圖4 刀刃面與主軸、工作臺運動方向的關(guān)系

2.3 端面圓跳動的測量

刀盤端面的端面圓跳動測量、X軸與刀盤端面的平行度測量時千分表的安裝方式一樣，如圖6所示：在工作臺上鋪著黏膜，在黏膜上放置100 mm×100 mm×10 mm的方箱，千分表固定在方箱上，放置黏膜是為了防止方箱壓損工作臺。然后將測頭調(diào)整于圖1所示的刀盤端面測試點，手動旋轉(zhuǎn)主軸，測出端面圓跳動。

2.4 端面圓跳動超過標準的處理方法

毛刺是導致刀盤端面跳動誤差超過范圍的主要原因。而裝刀和卸刀中的不規(guī)范操作會導致刀盤座產(chǎn)生毛刺的主因。裝刀或卸刀時，軸上與刀具內(nèi)圈中間的微小顆粒，經(jīng)過摩擦會導致刀架上的鋁質(zhì)材料粘在安裝軸上，形成毛刺。這些毛刺可能使得裝刀、卸刀困難，并進一步損傷刀盤座，也會導致裝刀不到位；顆粒、長期使用或反復修復的磨損等因素也會導致刀盤端面不平。工藝和維修人員可以使用合適的手段預(yù)防和解決這些故障。更換刀具時，正確使用裝刀、卸刀工具，酒精擦拭刀盤座，清理刀盤座上可能存在的顆粒；裝刀遇到異常阻力時，應(yīng)該停止裝刀，減少對刀盤端面和軸的損傷，并及時修復；針對已經(jīng)出現(xiàn)的毛刺，使用細顆粒油石或砂紙進行修復；必要時，更換主軸和刀盤座。

3 X軸與刀盤端面的平行度

3.1 X軸與刀盤端面不平行的不良效果

劃切時，晶圓被固定在工作臺上，沿X方向運動。在保證刀刃面與主軸垂直的前提下，刀刃面平行于刀盤端面。所以，晶圓運動方向與刀刃面的平行度，即為X軸與刀盤端面的平行度。ADT7100劃片機的X軸與刀盤端面的平行度公差為：2.5 μm/40 mm。超過平行度要求，會帶來上述的芯片崩邊、劃痕變寬、劃痕粗糙、芯片殘余應(yīng)力大，刀具使用壽命降低的不良結(jié)果。但不平行導致的崩邊現(xiàn)象與其他故障導致的崩邊現(xiàn)象有所不同：前者劃痕如圖5所示，一邊崩邊厲害，另一邊相對平滑；后者的劃痕，兩邊崩邊特征相似。

圖5 平行度差，劃痕的其中一邊崩邊，另一邊平滑

3.2 平行度的測量方法

如圖6所示，安裝千分表。然后，在手動模式下，將工作臺和主軸移動到合適位置，如圖1所示，測頭檢測兩點A、B位于安裝軸的下方，手動模式控制工作臺沿x方向慢速運動，使測頭從A點移動到B點，并且保證在運動過程不碰到安裝軸，測量A、B兩點的差值，即為平行度。

圖6 X軸與刀盤端面的平行度測量

3.3 平行度的調(diào)整方法

X軸與刀盤端面平行度超出范圍的調(diào)整方法：主軸被固定在主軸安裝架上，主軸安裝架由兩只螺釘固定在Y/Z軸平臺上，稍微松開主軸安裝架螺釘后，調(diào)整主軸安裝架的角度，使得平行度X軸與刀盤端面的平行度滿足要求。調(diào)整時，一邊測量，一邊緊螺釘，并根據(jù)結(jié)果及時的進行修正，逐步將螺釘鎖緊，最后使主軸鎖緊于正確位置。

4 小 結(jié)

本文分析了ADT7100劃片機的工作臺的平面度、刀盤端面的跳動、X軸與刀盤端面的平行度，對劃片質(zhì)量帶來的不同影響。工作臺的平面度差會帶來劃切量不一致；刀盤端面的跳動、刀盤座刀架接觸面與X軸方向的平行度不合要求會產(chǎn)生劃痕寬，崩邊等現(xiàn)象，同時減少刀具使用壽命。由于本文基于某一特定機型，因此文中有部分內(nèi)容具有一定的局限性，某些故障的處理方法僅適用于該設(shè)備，其他廠家設(shè)備或者該廠家的其他機型，還需要根據(jù)實際情況進行具體分析和處理。

[1] 閆啟亮.砂輪劃片機主軸系統(tǒng)裝配精度對劃切槽質(zhì)量的影響[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2011，40(6)：20-23.

[2] 甄萬財.砂輪劃片機劃切硬脆材料的工藝研究[D].華中科技大學碩士論文，2006.10

[3] 夸克，瑟達.半導體制造技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.534-535.

[4] Advanced Dicing Technologies Ltd.，ADT 7100 Dicing Series Vectus/Fortis Model Types Maintenance Manual [Z].Advanced Dicing Technologies Ltd.，2004.

[5] Kulicke&Soffa Industries，K&S Model 7100 Semi-Automatic Workpiece Dicing System Maintenance Manual[Z]. Kulicke&Soffa Industries，2002.

Analysis on the Parameters of the Chuck and the Wheel Mount of ADT 7100 Dicing

XU Lei,WU Wentao,WANG Zhenya,JIA Jie

(Nanjing Electronic Devices Institute,Nanjing 210016,China)

To the dicing,there are many different influences with the dicing quality,by the tolerances of the chuck and the wheel mount,and by the location-deviation between the chuck and the wheel mount.Based on the product of ADT company of Israel－ADT7100,this paper introduces some parameters of this machine,including flatness of the chuck,run out of the wheel mount,parallelism of the wheel mount to the X axis.It analyzes the bad results of cutting effects and disadvantages to cutting wheel when some of these parameters are out of their tolerances.And also,it tells how to measure the parameters and troubleshoot the probable problems.

Dicing；Chuck；Wheel mount

TN305

B

1004-4507(2016)12-0034-05

2016-11-23