MEMS dan proses pengemasan sensor dapat memerlukan penanganan dan pemrosesan wafer semikonduktor ultra-tipis.Berbagai sistem penanganan wafer tipis yang memerlukan alat penanganan khusus seperti wafer pembawa (atau wafer pendukung) sudah ada di pasaran.Dengan mengikat sementara wafer perangkat ke wafer pembawa, itu dapat ditangani dan diproses dengan aman.Tergantung pada teknik bonding dan de-bonding sementara, ada persyaratan yang berbeda untuk wafer pembawa.Artikel ini merinci persyaratan untuk wafer pembawa sebagai alat penanganan yang diperlukan untuk teknologi pengemasan tingkat wafer 3D.

pengantar

Ada pengurangan ketebalan wafer yang sedang berlangsung di MEMS dan industri semikonduktor.Ini karena permintaan pasar untuk perangkat yang lebih kecil yang mampu meningkatkan jumlah fungsionalitas dengan biaya yang lebih rendah;dan untuk ini, ukuran paket yang lebih kecil perlu direalisasikan.Terutama aplikasi konsumen yang bertanggung jawab atas tren ini, tetapi permintaan untuk ukuran paket yang lebih kecil juga disebabkan oleh keunggulan teknis, misalnya kinerja listrik yang lebih baik atau manajemen termal yang lebih baik.

Ukuran paket yang lebih kecil memerlukan substrat yang sangat tipis untuk membangun perangkat.Substrat tipis dan ultra-tipis tersebut juga memungkinkan pengemasan sensor 3D seperti sensor gambar semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS) dan lainnya.Memproduksi wafer tipis dalam jumlah tinggi menempatkan persyaratan yang menantang pada alat penanganan dan pemrosesan.

Karena ketebalannya yang rendah, wafer tipis rentan terhadap stres dan kerusakan.Pembengkokan wafer selama penanganan dan pemrosesan menyebabkan kehilangan hasil yang tinggi atau bahkan dapat membuat wafer tidak dapat ditangani lagi.Ini berarti diperlukan teknologi penanganan wafer yang tipis dengan tingkat fleksibilitas yang tinggi pada wafer dan ukuran substrat.Wafer pembawa perlu memiliki sifat-sifat tertentu, seperti: ketahanan mekanis;tahan kimia dan suhu tinggi;toleransi yang sangat rendah (variasi ketebalan hingga 1 m);dan ekspansi termal disesuaikan dengan bahan yang digunakan, misalnya galium arsenida (GaAs), Indium phosphide (InP), silikon (Si) atau silikon karbida (SiC).Selain itu, alat penanganan terkadang harus sesuai untuk bahan seperti GaAs dan Si, atau bahkan kompatibel dengan CMOS.

Wafer pembawa kelas atas yang terbuat dari kaca, kuarsa, atau silikon dapat memenuhi persyaratan yang disebutkan di atas.Kaca dan kuarsa adalah bahan yang sangat baik untuk wafer pembawa karena stabilitas termal dan ketahanannya terhadap asam dan bahan kimia lainnya.Ikatan dan pelepasan ikatan dari kaca dan wafer pembawa kuarsa dapat dipantau karena transparan.Selanjutnya, wafer pembawa kaca dapat dibersihkan dan digunakan kembali, sehingga berkontribusi pada pengurangan biaya dan perlindungan lingkungan.

Penanganan wafer tipis

Dalam proses penanganan wafer tipis, wafer perangkat terikat sementara ke wafer pembawa kaku dengan akurasi tinggi menggunakan perekat berbasis polimer.Alur proses umum untuk ikatan sementara ditunjukkan padaGambar 1.Setelah penanganan dan pengolahan wafer perangkat menggunakan alat proses semikonduktor standar, pelepasan (debonding) dilakukan dengan berbagai teknik, yaitu bahan kimia melarutkan perekat, panas menurunkan viskositas perekat atau laser mengurangi kekuatan perekat.

Metode debonding—pembawa yang sesuai untuk berbagai aplikasi

Dalam proses ikatan wafer sementara, wafer pembawa perlu dikeluarkan dari wafer perangkat pada akhir pemrosesan.Tergantung pada karakteristik perangkat dan proses yang digunakan, ada persyaratan spesifikasi yang berbeda untuk wafer pembawa.Berbagai jenis wafer pembawa dengan sifat khusus untuk proses debonding umum dijelaskan di bawah ini.

Wafer pembawa untuk pelepasan laser

Dalam debonding laser, kekuatan perekat dikurangi dengan memaparkannya ke sinar laser (Gambar 2).Metode debonding dapat dilakukan pada suhu kamar.

Untuk proses debonding laser, diperlukan wafer pembawa yang sangat transparan yang mentransmisikan panjang gelombang laser yang relevan.Kaca poles dua sisi atau wafer pembawa kuarsa memiliki kualitas permukaan yang sangat baik dan dengan demikian memenuhi persyaratan proses debonding laser.Setelah paparan laser, wafer perangkat dapat dilepaskan dari wafer pembawa.Akhirnya, wafer pembawa perlu dibersihkan dan kemudian dapat digunakan kembali beberapa kali.Metode laser debonding terutama digunakan dalam pengemasan tingkat wafer fan-out dan proses pengemasan lanjutan.

Wafer pembawa untuk pelepasan bahan kimia

Di sini, de-bonding disebabkan oleh bahan kimia yang melarutkan perekat setelah pemrosesan (termasuk penipisan) wafer perangkat (gambar 3).Wafer pembawa dilubangi untuk memungkinkan pelarut melewatinya dan bersentuhan dengan perekat.Wafer pembawa tersebut dapat diproduksi dengan menggabungkan pembawa kaca kosong dengan teknologi pola terbaru dan toleransi yang ketat.Untuk dapat mendistribusikan kimia secepat mungkin, diperlukan lubang yang sangat kecil dengan kepadatan tinggi.Lebih dari 150.000 lubang tembus dengan ukuran yang sama dapat dibuat, yang memberikan pelepasan ikatan yang mulus dan aman sementara wafer pembawa menahan pengaruh mekanis.

Wafer pembawa untuk pelepasan bahan kimia tersedia pada variasi ketebalan total (TTV) serendah 1 mikron dan dalam banyak bahan yang disesuaikan dengan koefisien ekspansi termal linier (CTE).Wafer pembawa ini dapat digunakan kembali hingga 50 kali.

Wafer pembawa untuk pelepasan termal

Perekat termoplastik digunakan untuk merekatkan wafer perangkat atau chip tunggal ke wafer pembawa.Perekat ini mengalami penurunan viskositas pada suhu yang lebih tinggi (yaitu dari 100˚C), sehingga setelah mengalami proses pemanasan, wafer perangkat dapat digeser dari wafer pembawa (gambar 4).Untuk ini, diperlukan wafer pembawa berlubang atau wafer pembawa dengan kantong tersembunyi.

Wafer pembawa adaptor untuk fleksibilitas luar biasa

Industri semikonduktor dan MEMS memproduksi wafer dengan variasi diameter yang semakin meningkat.Namun, peralatan pemrosesan yang diperlukan untuk diameter wafer atau dimensi substrat yang berbeda tidak terjangkau untuk semua perusahaan.Wafer pembawa adaptor memiliki kantong untuk menampung wafer dengan diameter lebih kecil atau substrat dengan dimensi lebih kecil dan membawanya melalui proses (angka 5).Hal ini memungkinkan penanganan dan pemrosesan berbagai wafer dan ukuran substrat yang berbeda pada peralatan yang ada.

Wafer pembawa adaptor adalah kaca yang diproses permukaan atau wafer silikon dengan kantong berpola atau wafer silikon yang terikat secara permanen pada cincin kaca borosilikat yang telah dipola sesuai dengan dimensi substrat.Kantong yang terbentuk pada wafer dengan diameter luar yang diperlukan memungkinkan pemrosesan wafer dan substrat yang lebih kecil, misalnya, wafer 150 mm pada peralatan 200 mm.Bahkan beberapa substrat kecil dapat ditangani, misalnya, empat wafer 76 mm pada wafer pembawa 200 mm.

Pilihannya adalah:

• wafer pembawa kaca dengan kantong bermotif;
• wafer pembawa silikon dengan kantong berpola;dan
• wafer pembawa silikon terikat secara permanen ke cincin kaca.

Karena bahan yang digunakan, wafer pembawa ini dapat digunakan pada suhu operasi hingga 500˚C.Selain itu, lubang atau alur dapat ditambahkan untuk memungkinkan penggunaan wafer pembawa adaptor dengan chucking vakum.Penandaan unik dengan kode respons cepat (QR) dapat diterapkan untuk pelacakan yang mudah.

Kesimpulan

Wafer pembawa yang terbuat dari kaca, kuarsa, atau silikon adalah alat dasar untuk pengemasan dan sensor level wafer 3D MEMS.Plan Optik memproduksi wafer kaca, kuarsa, dan silikon kelas atas untuk banyak proses terkait MEMS dan semikonduktor.Mereka dapat memberikan, seperti diuraikan di atas, ketahanan kimia dan suhu tinggi, toleransi yang sangat rendah dan ekspansi termal yang disesuaikan dengan silikon atau bahan substrat lainnya.Selain itu, sifat permukaan yang tidak lengket atau lengket dapat digabungkan, dan kualitas permukaan yang sangat baik dapat dicapai melalui pemolesan dua sisi
.