Hvorfor introduseres CO₂ under terningsprosessen?

Introdusere CO₂ i kuttevannet underoblatskjæring er et effektivt prosesstiltak for å undertrykke oppbygging av statisk ladning og redusere forurensningsrisiko, og dermed forbedre terningutbytte og langsiktig chippålitelighet.

1. Undertrykke oppbygging av statisk ladning

I løpet avterninger av oblater, et høyhastighets roterende diamantblad fungerer sammen med høytrykksavioniserte (DI) vannstråler for å utføre kutting, kjøling og rengjøring. Intens friksjon mellom bladet og waferen genererer en stor mengde statisk ladning; samtidig gjennomgår DI-vann lett ionisering under høyhastighets sprøyting og støt, og produserer et lite antall ioner. Siden silisium selv har en tendens til å akkumulere ladning, hvis denne ladningen ikke utlades i tide, kan spenningen stige til 500 V eller mer og utløse elektrostatisk utladning (ESD).

ESD kan ikke bare bryte ned metallforbindelser eller skade dielektriske mellomlag, men også føre til at silisiumstøv fester seg til waferoverflaten gjennom elektrostatisk tiltrekning, noe som fører til partikkeldefekter. I mer alvorlige tilfeller kan det forårsake problemer med bindingsputer som dårlig trådbinding eller bindingsløfting.

Når karbondioksid (CO₂) løses opp i vann, danner det karbonsyre (H₂CO₃), som videre dissosieres til hydrogenioner (H⁺) og bikarbonationer (HCO₃⁻). Dette øker ledningsevnen til kuttevannet betydelig og reduserer resistiviteten. Den høyere ledningsevnen gjør at statisk ladning raskt kan ledes bort gjennom vannstrømmen til bakken, noe som gjør det vanskelig for ladning å samle seg på waferen eller utstyrets overflater.

I tillegg er CO₂ en svakt elektronegativ gass. I et miljø med høy energi kan det ioniseres for å danne ladede arter som CO₂⁺ og O⁻. Disse ionene kan nøytralisere ladningen på waferoverflaten og på luftbårne partikler, noe som ytterligere reduserer risikoen for elektrostatisk tiltrekning og ESD-hendelser.

2. Redusere forurensning og beskytte waferoverflaten

Wafer terninger genererer en stor mengde silisiumstøv. Disse fine partiklene blir lett ladet og fester seg til wafer- eller utstyrsoverflater, og forårsaker partikkelforurensning. Hvis kjølevannet er svakt alkalisk, kan det også fremme metallioner (som Fe, Ni og Cr frigjort fra rustfrie stålfiltre eller rør) for å danne metallhydroksidutfellinger. Disse utfellingene kan avsettes på waferoverflaten eller i skjæringsgatene, noe som kan ha en negativ innvirkning på fliskvaliteten.

Etter å ha introdusert CO₂, på den ene siden, svekker ladningsnøytralisering den elektrostatiske tiltrekningen mellom støv og waferoverflaten; på den annen side hjelper CO₂-gassstrømmen med å spre partikler bort fra terningssonen, noe som reduserer sjansene deres for gjenavsetning i kritiske områder.

Det svakt sure miljøet som dannes av oppløst CO₂ undertrykker også omdannelsen av metallioner til hydroksidutfellinger, og holder metaller i en oppløst tilstand slik at de lettere blir båret bort av vannstrømmen, noe som reduserer rester på waferen og utstyret.

Samtidig er CO₂ inert. Ved å danne en viss beskyttende atmosfære i terningsområdet, kan det redusere direkte kontakt mellom silisiumstøv og oksygen, og redusere risikoen for støvoksidasjon, agglomerering og påfølgende adhesjon til overflater. Dette bidrar til å opprettholde et renere skjæremiljø og mer stabile prosessforhold.

Å introdusere CO₂ i terningsvannet under kutting av skiver kontrollerer ikke bare statisk elektrisitet og ESD-risiko effektivt, men reduserer også støv- og metallforurensning betydelig, noe som gjør det til et viktig middel for å forbedre terningsutbyttet og chippålitelighet.