2-1 半導體封裝製程
半導體封裝主要是將IC 晶片包裝起來，以保護晶片不受外界外力破壞、化 學物腐蝕等，並提供晶片與外部電路連接的引腳或接點和散熱能力。
圖 2-1 為半導體覆晶技術(Flip chip)製程流程，其中包含了晶圓研磨(Wafer grinding)、晶圓切割(Wafer saw)、覆晶黏著(Flip chip bond)、銲線(Wire bond)、封 膜(Molding)、植球(Ball mount)、成型(Forming)等。
圖 2-1 半導體覆晶技術(Flip chip)製程流程圖
2-2 前段封裝技術：從晶圓到晶粒
在晶圓到晶粒的過程，需經歷過晶圓正面上膜(Wafer topside taping)、晶圓研 磨(Wafer grinding) 、晶圓背面貼片(Wafer backside mounting)、晶圓切割(Wafer saw) 四道製程，如下圖 2-2。
圖 2-2 從晶圓到晶粒製程流程圖
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2-3 晶圓正面上膜(Wafer topside taping)
在晶圓表面上貼合保護膠帶，避免在研磨過程中對於晶粒正面線路造成損 傷，因為專門使用在背面研磨的膠帶，通稱為BG Tape(Backside grinding tape)，
如 圖 2-3、圖 2-4 所示。
背面研磨膠帶需達到兩種特性：
1. 提供平坦的表面，以及在研磨過程中背面研磨膠帶與晶圓表面的黏著力不 受研磨液、研磨碎屑等浸入。
2. 進行背面研磨膠帶撕離後，晶圓上不殘留膠帶黏著劑。
圖 2-3 正面上膜後的晶圓
圖 2-4 正面上膜後的晶圓(放大)
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2-4 晶圓研磨(Wafer grinding)
主要分為純機械式研磨以及化學機械研磨(Chemical-Mechanical Polishing, CMP)兩種研磨方式，以下主要介紹純機械式研磨。純機械式研磨主要利用研磨 砂輪的切削力對加工物進行橫向刨除矽晶層，藉此降低晶圓整體厚度。
研磨前，機械手臂會翻轉晶圓，此時晶圓正面朝下，晶圓背面朝上，研磨過 程主要分為粗磨、細磨及拋光三個階段。
1. 粗磨：藉由鑽石顆粒大的研磨砂輪快速移除晶圓矽晶層，但對於接觸面會 產生較大的破壞力，形成高粗糙度表面，如圖 2-6。
2. 細磨：藉由鑽石顆粒小的研磨砂輪緩慢移除晶圓矽晶層，對於接觸面會產 生較小的破壞力，形成低粗糙度表面，如圖 2-7。
3. 拋光：使用拋光砂輪對晶圓矽晶層進行表面拋光，去除背面研磨加工後殘 留的細微研磨條痕(消除加工應力) ，如圖 2-8。
圖 2-5 研磨用砂輪(DISCO)
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圖 2-6 粗磨後的晶圓，表面粗糙
圖 2-7 細磨後的晶圓，表面仍有細紋
圖 2-8 拋光後的晶圓，表面光澤
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2-5 晶圓背面貼片(Wafer backside mounting)
研磨後在晶圓背面貼上切割用膠帶，晶圓切割後晶粒可乘載在薄膜上避免造 成晶粒散落。進行晶圓背面貼膜時會將晶圓放置在中空的晶圓框架(Frame)中心，
再貼上切割用膠帶。
目前多數自動化晶圓背面貼膜機台，包含了背面研磨膠帶紫外線解膠、晶圓 背面貼合切割用膠帶以及背面研磨膠帶撕離這三道製程。也有與晶圓背面研磨機 台進行串機功能，避免薄型化晶圓在運送過程中造成晶圓破裂。
切割用膠帶須具備兩種特性：
1. 優良黏著力以固定晶圓，不會發生位移或剝除的問題，並防止切割時水浸 入而飛晶(Fly die)的問題。
2. 進行黏晶粒製程時，剝離不殘留膠帶黏著劑。
圖 2-9 背面貼片後的晶圓
2-6 晶圓切割(Wafer saw)
包含晶圓、晶圓框架、切割用膠帶三者的加工物進行切割。使用鑽石切割刀 輪對於切割道上表面進行刻劃、刨除動作，使晶粒與晶粒分離。切割刀需切完全 穿晶圓，但不完全切穿膠膜。
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切割需切兩個面向：橫向與縱向，切割刀僅會往一個方向橫向切割，切割完 後晶圓轉向90 度再繼續橫向切割，如圖 2-11。
圖 2-10 晶圓切割刀(DISCO)
圖 2-11 切割刀先橫向切割，切割完後晶圓轉向 90 度再繼續橫向切割
切穿方式可分為一次切穿(Single cut)，如圖 2-12，以及二次切穿(Step
cut) ，如圖 2-13。二次切穿主要減少一次切斷而造成晶粒破損的產生，第一次切 割選用較寬的切割刀在晶圓上破口，第二次再使用較窄的切割刀切斷晶圓，切口 會呈現階梯狀切割。
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圖 2-12
一次切穿示意圖
圖 2-13 二次切穿示意圖：先用寬切割刀在晶圓上破口，再用窄切割刀切斷晶圓
2-7 晶圓薄化技術：DBG (Dicing before grinding)
當晶圓需求厚度達到100μm 以下時，因矽晶層厚度不足以支撐整片晶圓，與 晶圓線路層因熱漲冷縮而造成收縮不均勻的時候，產生的內應力大於材料本身的 剛性時，晶圓發生翹曲現象，如圖 2-14，此時的晶圓容易破碎斷裂。
此外，當晶圓越薄的情形下，因切割刀片高速轉動過程中，帶動晶圓背面的 破壞力，容易產生背面崩裂的缺陷使產品失效，如圖 2-15[1]。
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圖 2-14 翹曲的晶圓
圖 2-15 顯微鏡下側面觀察背面崩裂的缺陷
藉由改變製程順序，先進行晶圓切割一定的深度但是不切穿晶圓，釋放晶粒 與晶粒之間的連結，再進行晶圓研磨，可以改善晶圓翹曲現象，而且因為切割破 壞的區域也會被研磨削除掉，改善晶圓背面崩裂的缺陷，故此可達到晶圓薄化效 果。
圖 2-16 晶圓薄型化技術 ： DBG 流程圖
1. DBG-晶圓切割：直接對晶圓進行切割，晶圓切割一定的深度但是不切 穿，所以不須貼合切割膠帶，避免造成晶粒散落圖 2-17。
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2. DBG-晶圓正面上膜：在晶圓正面上膜進行保護，製程方式與前述內容相 同，如圖 2-18。
圖 2-17 DBG-晶圓切割示意圖(不切穿)
圖 2-18 DBG-晶圓正面上膜示意圖
3. DBG-晶圓研磨：製程方式與前述內容相同，經過機器手臂翻面後進行研 磨，但當研磨結束時，因達到之前切割深度位置，所以研磨完已經成為晶粒型 態，如圖 2-19。
4. DBG-晶圓背面貼片：進行晶圓背面貼膜之後，再將背面研磨膠帶撕離，
製程方式與前述內容相同。
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圖 2-19 DBG-晶圓研磨：從開始到結束研磨示意圖
與一般半導體製程流程相比，因製程順序差異，故以下簡稱先研磨後再切割 的技術稱為DAG (Dicing After Grinding)，而先切割後再研磨的技術稱為 DBG (Dicing Before Grinding)。以下表 2-1，為 DAG 與 DBG 兩技術優缺點之比較。
表 2-1 DAG 與 DBG 技術優缺點之比較
製程技術 優點 缺點
先研磨後再切割DAG (Dicing After Grinding)
1.機台成本低廉 (Dicing Before Grinding)
1.可進行晶圓薄化
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圖 2-20 表面粗糙度示意圖
表面粗糙度有相當多的計算參數及方式，一般最常用算術平均數Ra 來評定 表面的粗糙度。在粗糙曲線圖上取樣一段基準長度ℓ 的線段，在中心線到取樣部 分平均線方向為x 軸，與中心線之垂直線方向設 y 軸，則粗糙度曲線用 y = f(x)表 示。以中心線為基準將下方曲線反折，再計算ℓ 長度內曲線與 x 軸所涵蓋之面 積，最後除以測量長度，所得到
以μ m 為單位的數值，即為該
算術平均數Ra。圖 2-21 算術平均數 Ra 示意圖 其數學式表示為：
Ra = ∫ |𝑓𝑓(𝑥𝑥)|𝑑𝑑𝑥𝑥0ℓ (式 2-1) 在量測粗糙度中，最大粗糙高度以Ry 表示，從粗糙曲線圖中取樣一段基準 長度ℓ 的線段，從其樣本線段中的波頂峰線到波谷底線間以縱向方向測量，得到
以μ m 為單位的數值，即為該
最大粗糙高度Ry。15
圖 2-22 最大粗糙高度 Ry 示意圖 其數學式表示為：
Ry = Rp + Rv (式 2-2) 此外為了表示該粗糙面高低起伏的平均程度，以十點平均粗糙高度Rz 來表 示，從粗糙曲線圖中取樣一段基準長度ℓ 的線段，從其樣本線段中以縱向方向測 量，量測最高波頂峰線到第5 高的波頂峰線標高(Yp)其絕對值之平均，以及最低 波谷底線到第5 低的波谷底線標高(Yv)其絕對值之平均，得到
以μ m 為單位的數 值，即為該
十點平均粗糙高度Rz。圖 2-23 十點平均粗糙高度 Rz 示意圖
其數學式表示為：
Rz =�𝑌𝑌𝑝𝑝1+ 𝑌𝑌𝑝𝑝2+ 𝑌𝑌𝑝𝑝3+ 𝑌𝑌𝑝𝑝4+ 𝑌𝑌𝑝𝑝5� + (𝑌𝑌𝑣𝑣1+ 𝑌𝑌𝑣𝑣2+ 𝑌𝑌𝑣𝑣3+ 𝑌𝑌𝑣𝑣4+ 𝑌𝑌𝑣𝑣5)
5 (式 2-3)
目前針對表面粗糙量測儀共分為接觸式與非接觸式兩種，使用接觸式量測儀 器時，檢測器的前端會安裝探針，使用探針直接接觸檢測表面，檢測器往量測方 向移動一段距離後，探針在表面上下垂直運動轉換成電子訊號，經顯示器紀錄及 轉換電子訊號後，將數據呈現在顯示器上。
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圖 2-24 接觸式量測系統
非接觸式儀器使用光學聚焦的方式替代探針，當物體進行對焦且成像清晰 時，才判定回傳該物體的縱向座標值，若未對焦成像模糊則不回傳，檢驗器往量 測方向移動一段距離後，因此可以得到表面粗糙的狀態[4]。
圖 2-25 非接觸式量測系統