晶背研磨機(Back Grinder)是研削半導體晶圓中與形成電路之正面相反的背面,使晶圓薄化的後段製程設備。將元件完成後的晶圓(完成後厚度通常為750~780μm)薄化至50~150μm,可實現封裝薄型化、提升散熱性,並因應晶片堆疊(3D 堆疊)。隨著智慧型手機、穿戴裝置與記憶體的薄型化需求,進一步薄化到極薄(20~50μm)的要求日益提高。
晶背研磨製程由「背面研磨(back lapping)」→「精細拋光」→「應力消除(stress relief)」3個階段構成。第1階段的粗研削(Coarse Grinding)使用鑽石砂輪高速去除材料,第2階段的精研削(Fine Grinding)降低表面粗糙度。最後階段以電漿蝕刻或化學機械研磨(CMP)去除研削損傷層,確保晶片強度。研削前必須貼上晶背研磨膠帶(BG 膠帶)以保護晶圓正面。
晶背研磨機市場由迪思科(DISCO)居全球之首,東京精密(Tokyo Seimitsu,ACCRETECH)、岡本工作機械(Okamoto)等日本廠商緊追在後。東京精密以結合晶圓針測機的整合解決方案,與半導體廠商建立了深厚的客戶關係。迪思科(DISCO)也提供背面研削設備,作為整個後段製程的解決方案供應商發揮其優勢。
隨著3D NAND 記憶體、HBM 堆疊與先進封裝(CoWoS、SoIC 等)的普及,晶背研磨的重要性快速提升。在 TSV(矽穿孔)形成中,TSV 之後需要薄化到200μm 以下。此外,「DBG(Dicing Before Grinding,先切割後研磨)」製程是先以切割刻出溝槽,再以晶背研磨分割成晶片,因此能同時兼顧降低晶粒破裂風險與薄化。
SiC(碳化矽)功率半導體的普及也對晶背研磨機市場帶來很大影響。SiC 比矽更硬(莫氏硬度9.5),使用一般 Si 用的砂輪,研削效率會大幅下降。SiC 專用的超硬鑽石砂輪、研削條件最佳化以及研削後表面品質的確保都是課題,在電動車與電力基礎設施需求擴大的背景下,SiC 用晶背研磨機的開發競爭仍在持續。