晶圓怎麼切成一顆顆晶片？研磨減薄與切割

晶圓要變成一顆一顆的晶片，得先在封測廠從背面研磨減薄，再沿著晶片之間留好的細縫（切割道）切開。這一步英文叫 wafer dicing，中文叫晶圓切割，一片常切出上千顆。切法主要有兩類：用很薄的鑽石刀片切，或用雷射。

切割在整個流程的哪一步？

晶片在晶圓廠做好之後，整片送到封測廠（見「OSAT 是什麼？」）。順序大致是：先測，再磨薄、切開，然後黏晶、打線、封膠，最後成品測試。這篇講「磨薄、切開」這一段；後面怎麼包，見「封裝是什麼？」。也有的封裝是整片一起包好、最後才切（見「扇出型封裝是什麼？」）。

一步一步：從一整片到一顆一顆

第 1 步：先知道哪一顆是好的

• 做什麼：切開之前，先用探針卡的細針把每一顆晶片通電測過（針測），結果照位置記成晶圓圖。
• 為什麼：切開之後，上千顆長得一模一樣，好壞要靠這張圖分。
• 不這樣會怎樣：壞的也被拿去包，白花錢。怎麼測，見「晶片怎麼測試？」和「探針卡是什麼？」。

第 2 步：正面貼一層保護膠帶

• 做什麼：在有電路的那一面貼上保護膠帶，翻過來正面朝下。
• 為什麼：下一步要壓著磨、一直沖水，正面的電路怕刮傷，也怕矽粉和水滲進去。
• 不這樣會怎樣：正面一刮傷、一沾髒，那幾顆晶片就壞了。

第 3 步：從背面磨薄

• 做什麼：用鑲著鑽石顆粒的砂輪，一邊轉、一邊沖水，把背面的矽一層一層磨掉，先粗磨求快、再細磨求平。晶圓原本七百多微米厚（一微米是千分之一公釐），常磨到幾十到一百微米左右，大約原本的十分之一，跟一張紙差不多。
• 為什麼：晶片薄，封裝才做得又小又薄，塞得進手機、耳機；熱要穿過的矽變短，比較好散；要把好幾顆疊起來，每一顆都得更薄（見「TSV（矽穿孔）是什麼？」）。
• 不這樣會怎樣：太厚，封裝塞不下；磨太薄也不行，矽跟玻璃一樣又硬又脆，越薄越容易翹、越容易裂。所以要磨得很薄時，常先貼在另一片撐著的晶圓或玻璃上再磨。

為什麼不一開始就把晶圓做薄？因為它在晶圓廠要走幾百道步驟、進出高溫，太薄會翹、會破，所以最後才磨。

第 4 步：去掉研磨留下的損傷層

• 做什麼：砂輪磨過的背面，表面底下有一層看不見的細小裂痕，還留著應力（材料裡互相拉扯的力）。再用拋光或蝕刻這類方法，把這一層薄薄地去掉。
• 為什麼：細小的裂痕是晶片最容易斷開的地方，應力也會讓磨薄的晶圓翹起來。
• 不這樣會怎樣：晶片比較脆，之後一受力就可能裂。

第 5 步：貼到框架上的切割膠帶

• 做什麼：在晶圓背面貼一張有黏性的膠膜，膠膜外圈撐在一個金屬框上，再撕掉正面的保護膠帶。
• 為什麼：切開之後，晶片要整整齊齊黏在原位，才對得上晶圓圖；有框，機器才好拿。
• 不這樣會怎樣：一切開就四散，哪一顆是好的，再也對不起來。

第 6 步：沿著切割道切開

晶片像棋盤一樣排著，中間留著一條條沒有電路的細縫，叫切割道，寬大約幾十到一百微米，差不多一根頭髮粗。量測用的小結構（測試鍵）和對準記號也放在這裡，切的時候跟著切掉。機台先用相機找出切割道、把晶圓轉正；切偏了切進電路，那一顆就壞了。常見的切法有三種：

• 用刀片切：刀片是很薄的圓片，邊緣鑲著鑽石顆粒，厚度只有幾十微米，每分鐘轉上萬圈。晶圓在刀片底下走一趟就切一刀，切穿晶圓、只切進膠膜一點點，一個方向切完轉 90 度再切。一邊切一邊沖純水，幫刀片降溫，也把矽粉沖走。好處是最成熟、最常用、成本低；限制是刀子真的碰到矽，邊上會掉小角，刀片也越用越鈍，晶圓越薄越容易切裂。
• 用雷射燒開：雷射沿著切割道，把材料加熱到熔化、變成氣體。刀子不碰晶圓，比較不會崩角，適合薄的晶圓；也常先用雷射燒開表面那幾層，再用刀片切下去。限制是切口旁會留下一圈受熱變質的地方和噴濺的碎渣，晶片可能比較不耐受力。
• 先在裡面打一層，再撐開：矽對某些紅外光幾乎是透明的。把這種雷射的焦點對在晶圓裡面，沿著切割道打出一排細小的變質點，表面幾乎看不出來；再把膠膜往外撐，晶圓就沿著這一排裂開，像先在餅乾上壓一道痕再掰開。好處是不用水、幾乎沒切掉東西，也就幾乎沒有碎屑；限制是焦點要對得很準。

也有的作法反過來：先從正面切到一半深，再從背面磨，磨到切口時，晶片就自己分開了。這樣就不用切已經很薄、很脆的晶圓。

第 7 步：洗乾淨，檢查崩邊

• 做什麼：切完的晶圓一邊高速旋轉、一邊噴水，沖掉殘留的矽粉，再吹乾；接著檢查有沒有崩邊、裂痕、切歪。
• 為什麼：矽粉黏在晶片上會弄髒接點；邊上掉了一角、咬進電路的晶片不能用。
• 不這樣會怎樣：壞的混著往下走，包好才發現，封裝的錢也賠進去。

第 8 步：撐開膠膜，只拿好的晶片

• 做什麼：把膠膜往外撐，讓晶片之間的縫拉開一點；有的膠膜照了紫外光，黏性會變弱。黏晶機讀進晶圓圖，底下的細針把一顆好的晶片頂起來，上面的吸嘴吸走、放到底板上；壞的留在膠膜上。
• 為什麼：縫太窄，吸起一顆會擦到隔壁；黏得太牢，薄薄的晶片一拉就可能裂。
• 不這樣會怎樣：碰壞好的，或把壞的也拿去包。接著怎麼接到外面，見「打線是什麼？」和「覆晶是什麼？」。

崩邊和切割的水，要怎麼處理？

• 崩邊：切的時候晶片邊上掉了一小塊，英文叫 chipping。刀片鈍了、切得太快，比較容易發生。對策是照用量換刀、切慢一點、挑合適的刀片。崩多大還能接受，事先訂好標準；碰到電路的，一定不能用。
• 水：沖的是去掉雜質的純水。用過的水混著矽粉，要處理過才能排出去（見「晶圓廠用過的水去哪裡？」）。

在 fab24hr 裡

按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「封測廠」，左右滑到封裝製程工程師，會照裝置上的時間排到一個班。早上那一班在切割機前面：技術員小郭拿出放大的照片，要你點出哪一顆的缺角咬進了電路；接著決定現在換新刀（機台要停大約二十分鐘），還是先降速撐著；到了黏晶機，再決定只在邊上缺角的晶片要不要留。

主線「晶片的一生」第 11 章「球掀起來了」也從切割機旁邊開始：線長淑惠姐說，螢火的晶圓切開了，針測判成好的才會往下走。封裝線上點黏晶機，說明卡寫著：晶圓測試判成壞的，不會被吸起來。想看刀片一刀一刀切，可以打開晶圓切割機，按「看它怎麼動」。

遊戲裡沒有磨晶圓背面的研磨機，也沒有雷射切割機。封測廠、螢火、人物和停機的時間都是虛構的；研磨減薄和切割怎麼做，照公開的一般資料寫。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。