國立高雄大學電機工程學系(研究所)
碩士論文
光學檢驗應用於薄化晶圓切割面之研究
Optical Inspection for Cutting Surface in Wafer Thinning
Process
研究生：郭政佐撰
指導教授：施明昌博士
I
光學檢驗應用於薄化晶圓切割面之研究
指導教授：施明昌 博士 國立高雄大學電機工程所 學生：郭政佐 國立高雄大學電機工程所 摘要 本論文以應用相差光學檢驗方法分析評估上膜-研磨-貼膜-切割(DAG, Dicing After Grinding)技術，與切割-上膜-研磨-貼膜(DBG, Dicing Before Grinding)技術切 割面品質的比較以及不同鑽石粒度對於研磨品質的影響。實驗中先以磨砂紙方式 模擬晶粒研磨中對於側面所破壞的程度差異，得到清晰的研磨刮痕相差光學影 像，再利用迴歸分析對光學影像建立表面粗糙度模型建立，得到不同表面粗糙的 數量化分析結果。並將此方法實際應用於判斷DAG 與 DBG 兩種研磨技術的評 估，結果顯示以相同的切割刀鑽石粒度來說， DAG 技術略優於 DBG 技術；而 在DBG 技術中，比較兩種切割刀鑽石粒度，鑽石粒度#3500 是優於鑽石粒度 #2000，所以在晶粒研磨技術中主要由鑽石粒度決定切割面的平整度。 關鍵字：晶圓薄化、光學檢驗、晶圓切割、表面粗糙度II
Optical Inspection for Cutting Surface in Wafer
Thinning Process
Advisor: Dr. Ming-Chang Shih Institute of Engineering National University of Kaohsiung
Student: Cheng-Tso, Kuo Institute of Engineering National University of Kaohsiung
ABSTRACT
In this thesis a phase contrast imaging method was developed to analyze and evaluate the surface quality in grinding of the upper film-grinding-film-cutting (DAG, dicing after grinding) technology and the comparison with the cutting-film-grinding-paste (DBG, dicing before Grinding) technology. In experiments, samples with surface morphology was created by different grinding papers, a clear optical phase contrast image of different grinding scratches had obtained, and the surface roughness model has been developed using regression analysis to evaluate the roughness of different surfaces obtained. In addition, it was actually applied to evaluate the grinding surface between DAG and DBG process. The result showed that in terms of the same cutting knife diamond granularity, DAG process is slightly better than DBG, and in DBG or DAG process, surface morphology mainly determined by diamond granularity of the cutting knife.
III
誌謝
首先感謝施明昌博士在學生修業期間，對學生不斷地鼓勵與細心地指導，即 使每次不論有多晚，老師總會是不厭其煩地指導學生實驗上碰到的問題，並想方 設法地解決各種問題，讓學生相當感動。 感謝瓊萱以及琬淇兩位助理，在學生求學與工作期間，不斷提醒行政的注意 事項以及幫忙學生任何大大小小的問題。 感謝公司一起工作的夥伴，在公司與學業兩邊都焦頭爛耳的時候，同仁以及 主管都會幫忙協助處理，讓學生可以專心在學業上。 也感謝我的朋友建瑋、秉融、張凱、璨鴻等，陪伴著我度過這段求學期間， 不論歡笑和淚水，讓我感受不到孤單。 在研究所的這段期間，除了在學業理論基礎上更加精進外，也學到主動的思 考模式，學生以前都是處於過於被動的狀態，導致許多機會都無法掌握，藉此學 習到主動的思考和出擊，不論在未來的學習或工作上，都有很大的幫助。 最後，感謝我的父母和兄姊，在我人生的道路上不斷鼓勵學生精進學業，和 提供舒適的家庭環境供我學習， 郭政佐 僅誌於 國立高雄大學電機工程學系 中華民國一零九年七月IV 目錄 中文摘要 ... I 英文摘要 ... II 誌謝 ... III 目錄 ... IV 圖目錄 ... VI 表目錄 ... VIII 第一章 緒論 ... 1 1-1 研究背景 ... 1 1-2 研究動機 ... 2 第二章 半導體封裝技術 ... 3 2-1 半導體封裝製程 ... 3 2-2 前段封裝技術：從晶圓到晶粒 ... 3
2-3 晶圓正面上膜(Wafer topside taping) ... 4
2-4 晶圓研磨(Wafer grinding) ... 5
2-5 晶圓背面貼片(Wafer backside mounting) ... 7
2-6 晶圓切割(Wafer saw) ... 7
2-7 晶圓薄化技術：DBG (Dicing before grinding) ... 9
2-8 鑽石粒度(Grit) ... 12 2-9 晶粒的粗糙度檢驗 ... 13 第三章 光學原理 ... 17 3-1 薄透鏡的通過函數 ... 17 3-2 菲涅耳繞射 ... 18 3-3 漢克爾變換 ... 19 3-4 焦點上的繞射模式 ... 21 3-5 傅氏光學影像系統 ... 22 3-6 相差顯微技術 ... 24 第四章 實驗設計與分析結果 ... 27 4-1 實驗設備 ... 27 4-2 實驗設計 ... 28
V 4-3 DBG 與 DAG 技術的切割面結果與分析 ... 29 4-4 不同粒度砂紙對於薄化晶粒造成切割面結果與分析 ... 33 第五章 結論與未來展望 ... 39 5-1 結論 ... 39 5-2 未來展望 ... 39 參考文獻 ... 40
VI 圖目錄 圖 1-1 2019 年台灣 IC 產業產值（來源：TSIA、工研院產科國際所） ... 1 圖 2-1 半導體覆晶技術(FLIP CHIP)製程流程圖 ... 3 圖 2-2 從晶圓到晶粒製程流程圖 ... 3 圖 2-3 正面上膜後的晶圓 ... 4 圖 2-4 正面上膜後的晶圓(放大) ... 4 圖 2-5 研磨用砂輪(DISCO) ... 5 圖 2-6 粗磨後的晶圓，表面粗糙 ... 6 圖 2-7 細磨後的晶圓，表面仍有細紋 ... 6 圖 2-8 拋光後的晶圓，表面光澤 ... 6 圖 2-9 背面貼片後的晶圓 ... 7 圖 2-10 晶圓切割刀(DISCO) ... 8 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 ... 8 圖 2-12 一次切穿示意圖 ... 9 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 ... 9 圖 2-14 翹曲的晶圓 ... 10 圖 2-15 顯微鏡下側面觀察背面崩裂的缺陷 ... 10 圖 2-16 晶圓薄型化技術 ： DBG 流程圖 ... 10 圖 2-17 DBG-晶圓切割示意圖(不切穿) ... 11 圖 2-18 DBG-晶圓正面上膜示意圖 ... 11 圖 2-19 DBG-晶圓研磨：從開始到結束研磨示意圖 ... 12 圖 2-20 表面粗糙度示意圖 ... 14 圖 2-21 算術平均數 RA示意圖 ... 14 圖 2-22 最大粗糙高度 RY示意圖 ... 15 圖 2-23 十點平均粗糙高度 RZ示意圖 ... 15 圖 2-24 接觸式量測系統 ... 16 圖 2-25 非接觸式量測系統 ... 16 圖 3-1 薄透鏡前後光波分布方別U1𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1和U2𝑥𝑥2, 𝑦𝑦2 ... 17 圖 3-2 繞射方向與觀察方向示意圖 ... 19 圖 3-3 第一類貝索函數的前四階 ... 20 圖 3-4 直射光與繞射光之間的關係圖 ... 22 圖 3-5 透明物體成像光波的向量描述 ... 23 圖 3-6 透明物體成像光波描述 ... 23 圖 3-7 相位差顯微技術的結構 ... 24 圖 3-8 暗對比(逆相位) ... 26 圖 3-9 亮對比(同相位) ... 26 圖 4-1 相差顯微鏡 ... 27
VII 圖 4-2 相差顯微鏡系統架構 ... 27 圖 4-3 晶粒大小為 5MM X 5MM的樣品 ... 28 圖 4-4 側立晶粒後使用儀器檢驗晶粒側面 ... 28 圖 4-5 在砂紙上進行側面研磨 ... 29 圖 4-6 在晶粒畫面中心截取縱向線截面的灰階值 ... 30 圖 4-7 灰階值 0~255 的灰階圖像 ... 32 圖 4-8 實驗A中各組實驗的灰階值 231~255 項目平均數 ... 33 圖 4-9 實驗B中各組實驗的灰階值 231~255 項目平均數 ... 38 圖 4-10 實驗B建立模型預測線 ... 38
VIII 表目錄 表 2-1 DAG 與 DBG 技術優缺點之比較 ... 12 表 2-2 鑽石粒度與粒徑轉換對照表 ... 13 表 4-1 實驗A條件與參數 ... 28 表 4-2 實驗B條件與參數 ... 29 表 4-3 實驗A的結果畫面及中心灰階值 ... 30 表 4-4 實驗A各個灰階值項目數 ... 32 表 4-5 實驗B的結果畫面及中心灰階值 ... 33 表 4-6 實驗B各個灰階值項目數 ... 36
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1.
第一章
緒論
1-1 研究背景 自1965 年的摩爾定律引領之下，半導體產業不斷地推陳出新，至今產品逐 漸朝向輕、薄、短、小、多功能的方向發展。諸如此類產品被不斷地應用在智慧 型手機、穿戴式裝置等產品中。 台灣擁有完整的半導體產業鏈，依台灣半導體產業協會（TSIA）統計，2019 年台灣 IC 業產值達新台幣 2.66 兆元，年增 1.7%，表現遠優於全球半導體產業 衰退 12.1%，代表持續發展半導體已經讓台灣能逆勢成長成為世界的領導羊。 隨著半導體產業不斷發展，各項的新應用不斷地被開發使用在生活的各個層 面上，尤其是新物聯網的時代來臨，智慧型手機、人工智慧、5G 通訊以及雲端 數據等推動下，帶動半導體無限的發展。 2020 年隨著 COVID-19 疫情爆發，各項產業停擺，唯獨宅經濟以及醫療產品 需求量大增，帶動筆電、消費性電子、通訊軟體、溫度感測器與防疫控制晶片等 需求上升，因此各種遠距工作及教學、家用產品、醫療資源也是未來半導體產業 的潛在商機。 圖 1-1 2019 年台灣 IC 產業產值（來源：TSIA、工研院產科國際所）2 1-2 研究動機 電子封裝為了達到輕、薄、短、小特性，不只在半導體晶圓廠需開發更密集 線路的晶圓製程，半導體封裝廠也需將發展新型的研磨以及切割技術。目前半導 體封裝廠多數採用先研磨後切割為主要封裝製程，但當研磨厚度到達100μm 以 下時，晶片破損及切割加工時產生的背面崩裂現象也越容易產生，因此業界發展 新的DBG(Dicing before grinding)技術，藉由先切割來釋放晶體應力後再研磨，達 到降低晶片破損以及背面崩裂現象。因為晶粒厚度薄不容易使用傳統接觸式表面 粗糙度量測儀器，本研究探討利用樣差光學檢驗方式建立晶粒粗糙度量測方法， 並以此分析兩種不同晶圓加工方式的表面粗糙度差異。
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2.
第二章 半導體封裝技術
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。
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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)
5 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
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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]。
10 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。
11 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 2.軟硬體技術成熟 1.進行薄化時晶圓容易 破片 2.切割時容易產生晶粒 背面崩裂 先切割再研磨後DBG (Dicing Before Grinding)
1.可進行晶圓薄化 2.不容易因異物造成晶 圓破裂而損失過多晶粒 1.機台造價昂貴 2-8 鑽石粒度(Grit) 在切割製程中的切割刀與研磨製程中的砂輪，都會使用到鑽石顆粒來消除矽 晶層，一般鑽石顆粒大小稱為粒度或粗細，以篩網目(mesh)的號數表示，即在 25.4mm (1inch)長的直線中擁有的篩孔數目，以鑽石可以通過此篩孔的最大顆粒 表示，例如粒度#60，表示能通過每 25.4mm 長 60 個篩孔的顆粒[2]。
13 當鑽石粒度越小時，代表其鑽石顆粒越大越粗，適用於粗磨作業中，可增加 磨屑產生，加大移除量的作用；當鑽石粒度越大時，其鑽石顆粒小越細，通常會 選用細的鑽石顆粒進行切削或細磨拋光加工作業，降低磨屑產生，減少破壞表面 粗糙程度。 表 2-2 鑽石粒度與粒徑轉換對照表 鑽石粒度(Grit) 粒徑 (μm) 粒徑 (mm) 英制粒徑 (mil) 100 150 0.15 5.9055 240 61 0.061 2.4016 400 38 0.038 1.496 600 23 0.023 0.9055 800 18 0.018 0.7087 1000 13 0.013 0.5118 2000 6.5 0.0065 0.2559 8000 1.6 0.0016 0.063 10000 1.3 0.0013 0.0512 2-9 晶粒的粗糙度檢驗 從晶圓到晶粒的過程中，因需要研磨與切割兩種破壞性製程，此兩種對於晶 粒所造成的表面破壞程度極為重要，當表面切削破壞程度越大時，代表晶粒表面 越粗糙，也越容易因外力而破裂。粗糙度（表面粗糙度）是指加工表面有高度、 間隔、深度各異的波峰與波谷所形成的連續表面所延展的複雜形狀，其中相較之 下週期性較短、間隔比深度小的起伏表面，屬於微觀的幾何形狀誤差，稱之為粗 糙度，當表面粗糙度越小，表面越光滑[3]。
14 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μm 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μm 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μm 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� + (𝑌𝑌5 𝑣𝑣1+ 𝑌𝑌𝑣𝑣2+ 𝑌𝑌𝑣𝑣3+ 𝑌𝑌𝑣𝑣4+ 𝑌𝑌𝑣𝑣5) (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。
16 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
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3.
第三章 光學原理
3-1 薄透鏡的通過函數
當波長為λ 的光通過透鏡的時候，光波振幅會發生變化，可將透鏡通過率函 數t(x, y)表示為
T(x, y) = P(x, y)exp [−iφ(x, y)] (式 3-1) 其中P(x, y)和φ(x, y)對應光的振幅和相位的變化，當該透鏡為薄透鏡且具有 均勻的折射率n 時，透鏡前後光波分布方別為U1(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1)和U2(𝑥𝑥2, 𝑦𝑦2)，由於薄透 鏡忽略其厚度，因此 𝑥𝑥1 = 𝑥𝑥2 = 𝑥𝑥 (式 3-2) 𝑦𝑦1 = 𝑦𝑦2 = 𝑦𝑦 (式 3-3) 透鏡前後曲率分別為R1,R2 的球型表面，如圖 圖 3-1 薄透鏡前後光波分布方別U1(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1)和U2(𝑥𝑥2, 𝑦𝑦2) 透鏡厚度為D，則透鏡上任何一點為D(x, y)，此時 D(x, y) = D −𝑥𝑥2+𝑦𝑦2 2�𝑅𝑅1 1− 1 𝑅𝑅2� (式 3-4) 則透鏡造成的相位延遲為 Φ(𝑥𝑥, 𝑦𝑦) = kn D(x, y) + 𝑘𝑘 ∗ [𝐷𝐷 − D(x, y)] (式 3-5) 其中k =2π λ。 若透鏡的強度透過率為P(x, y)，則透鏡後的光為
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U2(𝑥𝑥, y) = U1(𝑥𝑥, y)P(x, y)exp[−iφ(x, y)] (式 3-6)
將式 3-1-1 到式 3-1-5 帶入，可得
U2(𝑥𝑥, y) = U1(𝑥𝑥, y)P(x, y) exp(−iknD) × exp �ik(n − 1)𝑥𝑥 2+ 𝑦𝑦2 2 � 1 𝑅𝑅1− 1 𝑅𝑅2�� (式 3-7) 令 1 𝑓𝑓= (n − 1) � 1 𝑅𝑅1− 1 𝑅𝑅2� (式 3-8) 其中f 為透鏡的焦距，則透鏡的通過率 T(x, y) =U2(𝑥𝑥,y) U1(𝑥𝑥,y) (式 3-9) 或 T(x, y) = P(x, y) exp(−iknD) exp �𝑖𝑖𝑖𝑖�𝑥𝑥2𝑓𝑓2+𝑦𝑦2�� (式 3-10) 其中exp(−iknD) 為一相移向量可忽略，所以最終透過率函數可寫為 T(x, y) = P(x, y)exp �𝑖𝑖𝑖𝑖�𝑥𝑥2𝑓𝑓2+𝑦𝑦2�� (式 3-11) 當f 為正數時表示形成光波匯聚，為凸透鏡；f 為負數時表示形成光波散射，為凹 透鏡，因此當平面光通過凸透鏡時，光匯聚於透鏡後焦距f 處。但實際上光點並 不式匯聚一個理想點，而是由於光繞射的影響分布[5]。 3-2 菲涅耳繞射 在克希荷夫的邊界條件下，亥姆霍茲方程式的解被稱為克希荷夫繞射公式 U2(𝑥𝑥, y) =𝜆𝜆𝑖𝑖∬ U−∞∞ 1(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1)exp(−𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖)𝑖𝑖 cos(n, r) 𝑑𝑑𝑥𝑥1𝑑𝑑𝑦𝑦1 (式 3-12)
19 圖 3-2 繞射方向與觀察方向示意圖 U1(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1)為繞射面上𝑥𝑥1~𝑦𝑦1上的Q 點光向量，U2(𝑥𝑥2, 𝑦𝑦2)為觀察面𝑥𝑥2~𝑦𝑦2上P 點的光向量，兩平面的距離為z，P 與 Q 的距離為 r，因子exp(−𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖) 𝑖𝑖 代表P 發出被 Q 觀察到的球面波，因子cos(n, r)代表U1(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1)光波方向(n)和觀察方向(r)之間的 夾角的取餘弦。當λ<<r 時， 𝑟𝑟2 = 𝑧𝑧2�1 +(𝑥𝑥2−𝑥𝑥1)2+(𝑦𝑦2−𝑦𝑦1)2 𝑧𝑧2 � (式 3-13) 如果(𝑥𝑥2 − 𝑥𝑥1)2+ (𝑦𝑦2− 𝑦𝑦1)2<< 𝑧𝑧2，可得到 𝑟𝑟 ≈ 𝑧𝑧 �1 +(𝑥𝑥2−𝑥𝑥1)2+(𝑦𝑦2−𝑦𝑦1)2 2𝑧𝑧2 � (式 3-14) 當觀察點靠近z 時，可以認為近似cos(n, r) ≈ 1成立，在此條件下，可得 U2(𝑥𝑥, y) =𝑖𝑖𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒(−𝑖𝑖𝑘𝑘𝑧𝑧)𝜆𝜆𝑧𝑧 � U1(𝑥𝑥1, 𝑦𝑦1) ∞ −∞ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒 �− 𝑖𝑖𝑘𝑘 2𝑧𝑧[(𝑥𝑥2− 𝑥𝑥1)2+ (𝑦𝑦2− 𝑦𝑦1)2]� 𝑑𝑑𝑥𝑥1𝑑𝑑𝑦𝑦1 (式 3-15) 以上稱之為菲涅耳繞射公式[6]。 3-3 漢克爾變換 三維的傅立葉變換可以分解成橫截面兩維的傅立葉變換乘以軸向一維傅立葉 變換，被稱之為圓對稱系統的漢克爾函數。在笛卡兒座標中借助傅立葉變換為 𝐹𝐹(𝑚𝑚, n) ∬ 𝑓𝑓(𝑥𝑥, y)𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒[±2𝜋𝜋𝑖𝑖(𝑥𝑥𝑚𝑚 + 𝑦𝑦𝑦𝑦)]−∞∞ 𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑑𝑑𝑦𝑦 (式 3-16) 導入極座標系統後，函數𝑓𝑓(𝑥𝑥, y)可以表示為𝑓𝑓(𝑟𝑟, φ)：
20 �𝑥𝑥 = 𝑟𝑟 cos 𝜑𝜑𝑦𝑦 = 𝑟𝑟 sin 𝜑𝜑 (式 3-17) 而且 �𝑚𝑚 = 𝑙𝑙 cos 𝜃𝜃𝑦𝑦 = 𝑙𝑙 sin 𝜃𝜃 (式 3-18) 其中𝑟𝑟和𝜑𝜑被稱為在 x-y 座標平面的極座標，而𝑙𝑙和𝜃𝜃是在在 m-n 平面的極座標，因 此可得 𝐹𝐹(𝑙𝑙, θ) = ∫ ∫ 𝑓𝑓(𝑟𝑟, 𝜑𝜑)02𝜋𝜋 0∞ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒[±𝑖𝑖𝜋𝜋𝑟𝑟𝑙𝑙 cos(𝜑𝜑 − 𝜃𝜃)]𝑟𝑟 𝑑𝑑𝑟𝑟 𝑑𝑑𝜑𝜑 (式 3-19) 假如𝑓𝑓(𝑟𝑟, 𝜑𝜑) = 𝑓𝑓(𝑟𝑟)，可以簡化為 𝐹𝐹(𝑙𝑙) = ∫ 𝑓𝑓(𝑟𝑟)0∞ J0(2𝜋𝜋𝑟𝑟𝑙𝑙)2𝜋𝜋𝑟𝑟𝑑𝑑𝑟𝑟 (式 3-20) 該是即為漢克爾變換，其中J0為第一類零階貝索函數，為 J0(𝑥𝑥) =2𝜋𝜋1 ∫ 𝑒𝑒𝑥𝑥𝑒𝑒02𝜋𝜋 (𝑖𝑖𝑥𝑥 cos 𝜑𝜑)𝑑𝑑𝜑𝜑 (式 3-21) 假如𝑓𝑓(𝑟𝑟)y 在圓半徑𝑎𝑎範圍內的透過率為 1，則 𝑓𝑓(r) = �1, 𝑟𝑟 ≤ 𝑎𝑎0, 𝑟𝑟 > 𝑎𝑎 (式 3-22) 因此 𝐹𝐹(𝑙𝑙) = 𝜋𝜋𝑎𝑎2�2J1(2𝜋𝜋𝑎𝑎𝑎𝑎) 2𝜋𝜋𝑎𝑎𝑎𝑎 � (式 3-23) 此處J1第一類一階貝索函數。 圖 3-3 第一類貝索函數的前四階
21 3-4 焦點上的繞射模式 假設透鏡被均勻的平面波照射，則透鏡前的光向量為U0(x1, y1) = U0，可由 式 3-1-11 可知透鏡後的光為 U2(𝑥𝑥, y) = U0 P(x, y)exp �𝑖𝑖𝑖𝑖�𝑥𝑥 2+𝑦𝑦2� 2𝑓𝑓 � (式 3-24) 由菲涅耳公式可得對焦平面z = 𝑓𝑓上的繞射分佈為 U3(𝑥𝑥3, 𝑦𝑦3) =𝑖𝑖U𝜆𝜆𝑓𝑓 � P0 (x, y) ∞ −∞ exp � 𝑖𝑖𝑘𝑘 2𝑓𝑓(𝑥𝑥2 + 𝑦𝑦2)� exp �− 𝑖𝑖𝑘𝑘 2𝑓𝑓(𝑥𝑥32 + 𝑦𝑦32)� × exp �−2𝑓𝑓𝑖𝑖𝑖𝑖(𝑥𝑥2+ 𝑦𝑦2)� exp �𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑓𝑓(𝑥𝑥3𝑥𝑥 + 𝑦𝑦3y)� 𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑑𝑑𝑦𝑦 (式 3-25) 其中菲涅耳繞射帶來的二次項因子抵銷後 U3(x3, y3) =iUλf exp0 (−ikf)exp �−2fik(x32+ y32)� × ∬ P(x, y)−∞∞ exp �ikf (x3x + y3y)� dx dy (式 3-26) 假設透鏡為球對稱，透鏡的瞳孔函數和半徑座標相關，即P(x, y) = P(r)，其 中的𝑟𝑟 = (𝑥𝑥2+ 𝑦𝑦2)1/2，由漢克爾變換並忽略常量U0，可得 U3(𝑟𝑟3) =𝜆𝜆𝑓𝑓𝑖𝑖 exp(−𝑖𝑖𝑘𝑘𝑓𝑓)exp �−𝑖𝑖𝜋𝜋𝑖𝑖3 2 𝜆𝜆𝑓𝑓 � ∫ 𝑃𝑃 ∞ 0 (𝑟𝑟)J0� 2𝜋𝜋𝑖𝑖𝑖𝑖3 𝜆𝜆𝑓𝑓 � 2𝜋𝜋𝑟𝑟d𝑟𝑟 (式 3-27) 其中J0為第一類零階貝索函數，𝑟𝑟3 = (𝑥𝑥32 + 𝑦𝑦32)1/2。若P(r)半徑為𝑎𝑎的均勻圓孔， 則透鏡的瞳孔函數為 P(r) = �1, 𝑟𝑟 ≤ 𝑎𝑎0, 其他情況 (式 3-28) 所以可得出 U3(𝑟𝑟3) =𝑖𝑖𝜋𝜋𝑎𝑎 2 𝜆𝜆𝑓𝑓 exp(−𝑖𝑖𝑘𝑘𝑓𝑓)exp �− 𝑖𝑖𝜋𝜋𝑖𝑖32 𝜆𝜆𝑓𝑓 � � 2J1�2𝜋𝜋𝑟𝑟3𝑎𝑎𝜆𝜆𝑓𝑓 � �2𝜋𝜋𝑟𝑟3𝑎𝑎𝜆𝜆𝑓𝑓 � � (式 3-29) 其中J1為第一類一階貝索函數。
22 3-5 傅氏光學影像系統 當一個照射光束通過樣本時，會被分成兩個分量，一個是直射光波，是指頻 率裡的零階低頻，穿過且圍繞樣本但不交互；其他高頻率的光則是會產生偏轉的 繞射光波，該光波穿過透鏡往多個方向上散射，在離開樣品平面後，直射光波與 繞射的光波會進入物鏡前的透鏡元件，並隨後聚焦於中間平面成像，通過干涉結 合產生合成的成像光，可以敘述為 成像光波=直射光波+繞射光波 圖 3-4 直射光與繞射光之間的關係圖 當光波進入物體時，光被物體吸收一部份後，光波的振幅產生變化，改變光 的振幅的物體可稱為振幅物體，通常為不透明物體。不透明物體通過明場顯微技 術觀察，在其焦點放置光環讓直射光通過達到物體，因物體有對比明顯的差異， 而降低繞射光的訊息。換句話說，從光源的光到達物體表面，因被分成直射光波 而不會被繞射，且物體繞射和繞射光通過物鏡後焦面上的物鏡而生成繞射圖像， 之後干擾圖像平面產生圖像。因光波在此時被物體部分吸收，所以圖像中會出現 亮度和色調的變化。 但是卻無法觀察到透明物體的結構，因圖像樣本的檢測取決於成像光波與直 射光波的相對強度差異，等於取決於振幅幅度。若在中間像成像平面中，振幅物 體的成像光波與直射光波的幅度有顯著不同，則其樣本會獲得較大的對比度，且 容易在顯微鏡中觀察。
23 圖 3-5 透明物體成像光波的向量描述 將直射光波、繞射光波與成像光波以向量的方式表示如圖 3-5，圖中的繞射 光波相對直射光波的相移表示為Φ，其中 Φ = ± 90° + φ/2 (式 3-30) φ為直射光波和粒子成像光波間的相對相位移（即光程差函數）。對於可忽 略的光程差（即沒有相移）的樣本，方程的後一項為零，Φ為±90 度。 透明的物體因其繞射的振幅較小，且有低振幅和較小或是不存在相移繞射光 波，與直射光波的振幅幾乎相等的振幅的成像光波。當直射光波和成像光波具有 相似的幅度時後，不會因此產生對比度，且在與明亮背景疊加下幾乎不可見，由 於人眼與檢測器只能辨別光波強度差，即振幅上的差別，所以透明的物體成像變 得相對困難 [7] 圖 3-6 透明物體成像光波描述
24 3-6 相差顯微技術 當光波進入特定物體時，使相位發生變化的物體被稱為相位物體（通常為透 明無色的樣本，細胞或細菌等）；當光波照射透明物體時，繞射光波的相位會延 遲約1/4 個波長，因此若要克服透明無色物體的觀察，只有使相位差異可視化被 人眼察覺。 因人眼僅能測量光線到達視網膜的能量強度，很難觀察到相位改變，故1934 年由荷蘭物理學家 Frits Zernike 描述相位差顯微鏡，為一種增強對比度的光學技 術，用於生成透明物體的高對比度，圖像光通過非真空介質時，光波的強度會產 生變化，也就是振幅變化。因為非真空介質的不同與結構成分之間的折射率和厚 度的差異，能把通過透明物體不同部分的光程差，進而轉變為振幅（光強度）的 差別。因此光波通過時，波長與振幅並不發生變化，僅相位發生變化（即振幅 差)，這種振幅差在人眼無法觀察。 相差顯微鏡是通過改變這種相位差，利用光波的繞射與干涉現象，把相位差 變為振幅差來進行觀察，即使樣本為相位對象，也與振幅對象的情況一樣，到達 樣本的光波被分成通過無樣本區域的直射光波和照射樣本的光波。所以當樣品為 相位物體時，由於沒有吸收光波，所以直射光波和成像光波的亮度具有相同的幅 度，因此亮度是相同的，但繞射光波的相位被相位物體延遲1/4 個波長。 圖 3-7 相位差顯微技術的結構
25 在相差顯微技術中，最重要兩個元件是環形光闌和相位板，環形光闌的直徑 與孔寬是由不同的物鏡互相匹配的，設計環形光闌所透過的直射光成像恰好落於 物鏡後的焦點平面上的相位板中的不透明處重合。環形光闌為一帶通濾波器，主 要扮演選頻的角色，透明處是根據需要濾波的頻率所設計，讓不想要的頻率無法 穿過環形光闌讀不透明處，當選擇的頻率直射到樣本時，會產生未偏斜的直射光 波與偏斜的繞射光波，而未發生偏斜的直射光波會通過相位板上的相同頻率不透 明處共軛面，所以可明確發現當光線穿過樣本時，除本身選定頻率的直射光以 外，還有別的高頻率的繞射光波。因此環形光闌其作用即是將直射光波所形成的 像從繞射旁像中分出來。 當平面波碰到相位物體時，會有一些光穿過標本時被折射。假設標本不會顯 著改變入射光的幅度，僅改變它們和參考光間的相位關係，新產生的光波從樣本 射出後繞射光波相位將被延遲90°（λ/4）。即繞射光波與直射光波之間存在 90° 的相位差。 為了克服相位差，會將相位板安裝於物鏡的後焦面處，相位板有可吸收光波 的吸收膜與推遲相位的相位膜，除了用來設計推遲或提前直射光波的相位以外， 還有吸收光波使亮度產生變化的作用。直射光波被物鏡匯聚且通過環形相位板不 透明處，所以相位會偏移1/4，同時被此過濾頻率的光波會亮度減弱。 由於繞射光波通過相位板的透明部分，所以相位及亮度不變。最後直射光波 和衍射光波到達圖像平面，並顯示成具有明暗對比的圖像。由此相位差觀察，通 過操作或延遲，使光的直接光相位差與繞射光被設定為1/2 或 0 個波長時，因干 涉的相位變更，使觀察光明和黑暗成為可能。 於正相差中，相位板使所有穿過它的光波的幅度衰減約70%~90%，且將相 位提前90°(λ/4)，由於直射光波與繞射光波的相位差達到 180°(λ/2)，引起相消 干涉。(180°的相移來自兩種光波效果的疊加，繞射光波被相位物體延遲了 90°， 而直射光波被相位板提前了 90°)。當直射光波和繞射光波間的相位差為 1/2，因
26 此成像光波被削弱呈現為黑暗（即繞射光波與直射光波的干涉），背景變得更亮 （直射光波直接在像平面上的部分）。此對比度設置方法稱為暗對比度。 圖 3-8 暗對比(逆相位) 於負相差中，相位板將直射光波相位延遲90°(λ/4)，當直接光波與繞射光波 之間的相位差為0 個波長時，樣品會變成明亮成象，因直接光波與繞射光波建設 性干涉使背景變暗。此設置對比度方式稱為亮對比度。 圖 3-9 亮對比(同相位)
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4.
第四章 實驗設計與分析結果
4-1 實驗設備 本實驗選用相差顯微鏡(廠牌：Nicolet；機型：Nic-plan)進行光學檢驗分析， 外觀如圖 4-1 所示，該顯微鏡有一組上下光源，可以針對穿透式顯微或反射式顯 微對於樣品調整背景光源，系統架構如圖 4-2 所示。並在觀測處裝設 CCD 觀察 樣品經過該檢驗設備後所呈現的影像數據。 圖 4-1 相差顯微鏡 圖 4-2 相差顯微鏡系統架構28 4-2 實驗設計 本實驗主要針對兩部分進行設計及分析，分別為： a. DBG 技術與 DAG 技術的切割面之比較 b. 各種不同粒度砂紙對於薄化晶粒所造成切割面之比較 針對以上實驗，將使用測試片晶圓(Dummy)進行研究分析，準備三片晶圓分 別使用DBG 技術與 DAG 技術製程，實驗 a 樣品完成後各取 3 顆晶粒進行檢驗， 在載玻片上貼雙面膠帶，側立晶粒在雙面膠帶上與載玻片垂直，使用儀器檢驗晶 粒側面，如圖 4-4 所示，其條件與參數如下表 4-1： 表 4-1 實驗 a 條件與參數
實驗組 a-1 a-2 a-3
製程技術 DAG DBG DBG 完成晶粒大小 5mm X 5mm 5mm X 5mm 5mm X 5mm 晶粒完成厚度 100μm 100μm 100μm 切割刀鑽石粒度 #3500 #3500 #2000 樣品數 3 3 3 圖 4-3 晶粒大小為 5mm X 5mm 的樣品 圖 4-4 側立晶粒後使用儀器檢驗晶粒側面
29 實驗a 完成後，取樣實驗組 a-3 樣品進行實驗 b，在不同粒度砂紙上進行側 面研磨，側面研磨如圖 4-5 所示，研磨完後使用儀器檢驗晶粒側面，每組檢驗 3 顆，條件與參數如下表： 表 4-2 實驗 b 條件與參數 實驗組 b-1 b-2 b-3 b-4 b-5 b-6 製程技術 DBG DBG DBG DBG DBG DBG 晶粒大小 5mm X 5mm 5mm X 5mm 5mm X 5mm 5mm X 5mm 5mm X 5mm 5mm X 5mm 晶粒完成 厚度 100 μm 100 μm 100 μm 100 μm 100 μm 100 μm 砂紙粒度 #240 #400 #800 #1000 #1200 #1500 樣品數 3 3 3 32 3 3 圖 4-5 在砂紙上進行側面研磨 4-3 DBG 與 DAG 技術的切割面結果與分析 在相差顯微鏡下，立起晶粒讓側面朝上，調整正面光源，關閉背面光源，使 背景黑暗，其樣品成像清晰，擷取畫面結果，並在晶粒畫面中心截取縱向線截面 灰階值，如圖 4-6 所示：
30 圖 4-6 在晶粒畫面中心截取縱向線截面的灰階值 最後結果得如下表 4-3： 表 4-3 實驗 a 的結果畫面及中心灰階值 實驗組 a-1 製程技術 DAG 切割刀鑽石粒度 #3500 樣品1 樣品2 樣品3 實驗組 a-2 製程技術 DBG 切割刀鑽石粒度 #3500
31 樣品1 樣品2 樣品3 實驗組 a-3 製程技術 DBG 切割刀鑽石粒度 #2000 樣品1 樣品2 樣品3 在灰階值0~255 中，0 代表純黑，255 代表純白，如圖 4-7 所示，在影像畫 面中選用灰階值231~255 為影像最為清晰之圖像，在此情況下，小於 231 的灰階
32 值代表其為表面凹陷處，藉此統計分析該每組圖像灰階值231~255 的項目平均 數，灰階值231~255 項目平均數越高代表表面越平整。 圖 4-7 灰階值 0~255 的灰階圖像 整理如下表 4-4 表 4-4 實驗 a 各個灰階值項目數 實驗組 製程技術 切割刀鑽石粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 1 13 3 17 5.67 51~100 4 34 15 53 17.67 101~150 3 9 12 24 8.00 151~200 41 13 13 67 22.33 201~230 3 19 34 56 18.67 231~255 46 14 26 86 28.67 實驗組 製程技術 切割刀鑽石粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 3 17 5 25 8.33 51~100 25 19 44 88 29.33 101~150 4 23 33 60 20.00 151~200 11 27 3 41 13.67 201~230 14 11 4 29 9.67 231~255 48 12 19 79 26.33 實驗組 製程技術 切割刀鑽石粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 22 9 25 56 18.67 51~100 37 38 23 98 32.67 101~150 26 34 22 82 27.33 151~200 5 10 27 42 14.00 201~230 5 3 3 11 3.67 231~255 16 13 12 41 13.67 a-2 DBG #3500 a-3 DBG #2000 a-1 DAG #3500
33 以灰階值231~255 項目平均數繪製圖 4-8 圖 4-8 實驗 a 中各組實驗的灰階值 231~255 項目平均數 由以上分析得知在側面切割面表現中，在相同鑽石粒度#3500 中，一般工藝 DAG 技術略優於新型工藝 DBG 技術；在新型工藝 DBG 技術中，比較兩種切割 刀鑽石粒度，鑽石粒度#3500 是優於鑽石粒度#2000，所以在新型工藝 DBG 技術 中依然由鑽石粒度取決於切割面的優劣。 4-4 不同粒度砂紙對於薄化晶粒造成切割面結果與分析 使用不同砂紙進行側面研磨之後，如之前方式擷取畫面結果，並在晶粒畫面 中心截取縱向線截面灰階值，如下表： 表 4-5 實驗 b 的結果畫面及中心灰階值 實驗組 b-1 砂紙粒度 #240 樣品1
34 樣品2 樣品3 實驗組 b-2 砂紙粒度 #400 樣品1 樣品2 樣品3 實驗組 b-3 砂紙粒度 #800 樣品1
35 樣品2 樣品3 實驗組 b-4 砂紙粒度 #1000 樣品1 樣品2 樣品3 實驗組 b-5 砂紙粒度 #1200 樣品1
36 樣品2 樣品3 實驗組 b-6 砂紙粒度 #1500 樣品1 樣品2 樣品3 在影像畫面中選用灰階值231~255 為影像最為清晰之圖像，整理如下表 4-6 表 4-6 實驗 b 各個灰階值項目數 實驗組 砂紙粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 20 19 20 59 19.67 51~100 16 10 14 40 13.33 101~150 4 4 6 14 4.67 151~200 4 3 6 13 4.33 201~230 5 2 5 12 4.00 231~255 9 8 12 29 9.67 b-1 #240
37 實驗組 砂紙粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 26 19 27 72 24.00 51~100 9 20 17 46 15.33 101~150 12 6 9 27 9.00 151~200 6 11 11 28 9.33 201~230 4 5 3 12 4.00 231~255 8 12 5 25 8.33 實驗組 砂紙粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 29 17 14 60 20.00 51~100 32 16 15 63 21.00 101~150 9 10 6 25 8.33 151~200 9 12 6 27 9.00 201~230 2 6 0 8 2.67 231~255 9 18 20 47 15.67 實驗組 砂紙粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 19 15 6 40 13.33 51~100 16 14 16 46 15.33 101~150 17 20 20 57 19.00 151~200 13 6 15 34 11.33 201~230 12 5 8 25 8.33 231~255 22 26 11 59 19.67 實驗組 砂紙粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 21 16 11 48 16.00 51~100 22 22 15 59 19.67 101~150 18 14 21 53 17.67 151~200 17 16 25 58 19.33 201~230 4 7 13 24 8.00 231~255 19 30 21 70 23.33 實驗組 砂紙粒度 灰階值 樣品1 樣品2 樣品3 總和 平均 1~50 15 13 8 36 12.00 51~100 26 19 29 74 24.67 101~150 17 14 14 45 15.00 151~200 7 21 11 39 13.00 201~230 12 6 17 35 11.67 231~255 37 35 28 100 33.33 b-5 #1200 b-6 #1500 b-2 #400 b-3 #800 b-4 #1000
38 以灰階值231~255 項目平均數繪製圖 4-9 圖 4-9 實驗 b 中各組實驗的灰階值 231~255 項目平均數 利用迴歸分析的最小方差法重新建立迴歸線，如下圖 4-10 圖 4-10 實驗 b 建立模型預測線 利用灰階值231~255 的項目平均數及砂紙粒度可以建立一條二項式的預測 線，其R-Squared 可達 0.986。因此當砂紙粒度越小時，可以得知其灰階值 231~255 的項目數會越低，代表其表面越粗糙；當砂紙粒度越大時，其灰階值 231~255 的項目數會越高，代表其表面越平整。
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5.
第五章 結論與未來展望
5-1 結論
本研究主要探討在晶圓薄化的技術中，以一般工藝製程：上膜-研磨-貼膜-切 割(DAG, Dicing After Grinding) 技術，與新型工藝：切割-上膜-研磨-貼膜(DBG, Dicing Before Grinding) 技術進行切割所呈現的切割面進行比較，藉由光學檢驗方 式能快速分析出切割面的優劣。以相同的切割刀鑽石粒度來說，一般工藝製程 DAG 技術略優於新型工藝 DBG 技術；而在新型工藝 DBG 技術中，比較兩種切 割刀鑽石粒度，鑽石粒度#3500 是優於鑽石粒度#2000，所以在新型工藝 DBG 技 術中依然由鑽石粒度取決於切割面的優劣。 另外也藉由磨砂紙方式模擬不同鑽石粒度的切割刀，在薄化晶粒中對於側面 所破壞的程度差異，當砂紙粒度越小時，代表其表面越粗糙；當砂紙粒度越大 時，代表其表面越平整，也藉此通過迴歸分析進行建立模型，預測各個不同砂紙 粒度，其表面粗糙的表現程度。 5-2 未來展望 科技發展日新月異，在半導體界趨勢走向輕、薄、短、小的設計之下，新型 的工藝技術被開發，新技術也是未來的趨勢，希望藉由此研究提供晶圓薄化的技 術方向。此外也提供光學檢驗分析切割面方式，可快速評估不同鑽石粒度刀片對 於產品品質的影響，希望未來可以開發自動化光學檢驗系統，即時性的檢驗產 品，降低產品的損耗及風險。
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6.
參考文獻
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