Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ на тему:
"Методи розділення пластин і підкладок"
МІНСЬК, 2009
Технологія виробництва інтегральних схем на стадії підготовки кристалів і плат до збірки в корпусах передбачає поділ підлозі провідникової пластини, діелектричної підкладки з функціональними схемами на окремі кристали (плати). Напівпровідникова пластина надходить на операцію поділу і акумулює в собі значні трудові та матеріальні 'витрати, володіє великою вартістю. Ця обставина накладає високу відповідальність на операцію поділу, визначає її важливе місце у всьому технологічному ланцюжку виробництва.
Вимоги до операції поділу пластин формуються відповідно до вимог, висунутими до кристалу. Основними і них є високий відсоток виходу придатних кристалів; геометрична точність кристалів; низький рівень сколів по краях кристалів.
Традиційні методи різання, що застосовуються в металообробної промисловості, Не Завжди можуть бути використані, тому що Напівпровідникові матеріали відрізняються високою твердістю і крихко стио. Крім того, традиційна механічна різання пов'язана <великими втратами дорогого напівпровідникового матеріалу Найбільшого поширення в технології мікроелектроніки отримали наступні способи поділу пластин на кристали:
різання пластин на кристали диском з зовнішньої ріжучої крайкою або із застосуванням абразиву;
різання пластин на Кристали сталевими полотнами і дротом із застосуванням абразиву;
поділ пластин на кристали скрайбування з подальшою ламкою;
ультразвукова різання пластин;
поділ пластин на кристали травленням.
З перерахованих способів найбільше поширення знайшли: різання алмазним ріжучим диском, Скрайбування алмазним різцем і ла зерно Скрайбування з подальшою ламкою.
Різка алмазним ріжучим диском (ДАР) найбільш простий і легко здійсненний у Виробничих умовах спосіб різання напівпровідникових матеріалів. Алмазна кромка диска "володіє високою ріжучою здатністю.
Механізм різання напівпровідникового матеріалу ДАР наступний: кожне алмазне зерно являє собою мікрорезец, який знімає дрібні стружки з оброблюваної поверхні напівпровідникового матеріалу. Різка виробляється на високих швидкостях (близько 5000 об / хв), з одночасною участю у різанні великої кількості алмазних зерен, і внаслідок чого досягається висока продуктивність обробки. При різанні виділяється велика кількість тепла, тому ДАР необхідно охолоджувати водою або спеціальною рідиною, що охолоджує.
На малюнку 1 показана схема різання напівпровідникової пластини диском з зовнішньої алмазної ріжучої крайкою. Диск 1 встановлюється на шпинделі верстата і затискається з двох сторін фланцями 2. У процесі різання алмазний ріжучий диск обертається з великою швидкістю і охолоджується рідиною 3. Розрізаємо напівпровідникову пластину 4 закріплюють клеїть мастикою 5 на підставу 6.
Малюнок 1. Схема різання напівпровідникової пластини диском з зовнішньої алмазної ріжучої крайкою.
Для збільшення продуктивності на шпинделі верстата через прокладку розміщують декілька ДАР (у середньому до 200). Товщину прокладок вибирають в залежності від необхідних розмірів обробки.
Основним недоліком різання диском з зовнішньої ріжучої крайкою була "невисока жорсткість Інструменту (ДАР), що залежить в основному від співвідношення його розмірів (товщини і зовнішнього діаметра). Один із шляхів підвищення жорсткості інструмента (ДАР) - збільшення швидкості його обертання. Виникаючі 'при цьому відцентрові сили спрямовують по радіусу ДАР, надають йому додаткову жорсткість, однак при великій кількості оборотів (понад 10 000 об / хв) виникають вібрації верстата і ріжучого інструменту.
Інший шлях збільшення жорсткості - це застосування більш товсто основи ДАР, однак при цьому виходить велика ширина пропилу, також збільшуються втрати напівпровідникового матеріалу.
Жорсткість інструмента може бути збільшена також за рахунок зменшення різниці зовнішнього діаметра ДАР і притискних фланців або прокладок. Встановлено, що ДАР буде володіти більшою жорсткістю, якщо ріжуча кромка виступає за краї прокладок не більше ніж на 1,5 товщини розрізається матеріалу.
Сучасний ДАР (малюнок 2) являє собою алюмінієвий корпус, на якому електрохімічним методом обложений нікель (в якості сполучного матеріалу) з різними абразивними включеннями (для розділення напівпровідникових пластин, наприклад, використовують дрібні зерна алмазу розміром 3-5 мкм), а потім з частини корпусу нікель вилучений хім1 ческйм травленням для розтину ріжучої Кромки.
1 - притискна прокладка; 2 - адгезійний матеріал; 3 - абразивний шар; 4 - алюмінієвий корпус; b - товщина леза; h - висота леза; d - посадковий діаметр ДАР; p - зовнішній (робочий) діаметр ДАР
При різанні пластин ДАР на швидкостях обертання інструменту вище 6700 про / с внаслідок інтенсифікації гідромеханічних процесів віку величина відколів в зоні різу. Проблема усунення цих явищ була вирішена в конструкції диска, де за рахунок введення тонкого шару алмазно-адгезійного матеріалу між абразивним шаром ріжучої кромки опорним кільцем диска забезпечується поглинання енергії коливань стоячих хвиль в ріжучій кромці і забезпечується більш висока якість юза.
Вдосконаленим варіантом ДАР є конструкція, що представляє собою найтонше лезо у формі кола, основою якого є еластичний компаунд з рівномірно розподіленими в ньому за обсягом алмазними зернами. Гонці лезо затискається між двома обкладинками, що надають йому жорсткість. Такий диск забезпечує отримання ширини різу, що дорівнює його товщині.
Алмазний ріжучий диск - своєрідний абразивний інструмент, і тому бічні площини кристала мають вигляд шліфованої поверхні. Завдяки використанню високих швидкостей руху ДАР можна різати тендітні, тверді та інші матеріми. Якість поділу пластин і зносостійкість дисків визначається, в першу чергу, точністю обладнання і правильним вибором технологічних режимів різання. Вибір оптимального технологічного режиму обробки визначається властивостями оброблюваних матеріалів, глибиною різання і допустимим рівнем сколів.
При поділі напівпровідникових пластин на кристали зі збереженням орієнтації дискову різання проводять на еластичних адгезійних носіях, що представляють собою полімерні стрічки з адгезійним шаром на поверхні, або на жорстких підкладках, у якості яких можуть використовуватися браковані кремнієві пластини, графіт, кераміка та інші матеріали. Для закріплення пластини найчастіше використовують "електронний" віск.
При використанні гнучкого носія пластини надрізаються до мінімальної перемички (~ 10мкм). Операція розламування на кристали, характерна при скрайбуванні, відсутній, а здійснюється безпосередньо на операції монтажу, де кожен з кристалів знімається з адгезійного носія з подколи. Якість цього процесу в значній мірі визначається властивостями адгезійного носія, що забезпечує орієнтацію кристалів при обробці та межоперационной транспортуванні. Адгезійний носій за фізико-хімічними властивостями повинен бути сумісний з кремнієвим, а також мати виняткову рівномірністю клейового покриття, стабільністю адгезійних властивостей у воді (відмивання у воді після різання), високою пластичністю (розтягуватися в 1,5-2 рази) і здатністю зберігати напружене стан при розтягуючих зусиллях.
При виборі типу адгезійного носія необхідно враховувати розміри кристалів: чим більше кристал тим меншою адгезією повинен область носій. Ця вимога визначається необхідністю безперешкодного знімання при монтажі.
Напівпровідникова пластина, наклеєна на адгезійний носій - стрічку для збереження орієнтації розділених кристалів, закріплюється в касеті, що забезпечує натяг стрічки. Такі касети випускаються двох типів в різному конструкторському виконанні кільцеподібні і прямокутні.
Скрайбування є одним з методів розділення пластин на кристали, що полягає в тому, що на поверхню Напівпровідникової пластини різцем, лазерним променем або іншими способами наносять неглибоку ризику (англ. scribe), навколо якої концентруються механічні напруги, що послаблюють матеріали. Основною перевагою методу скрайбування поряд з високою продуктивністю та культурою виробництва є: мала ширина прорізу, а, отже, і відсутність втрат напівпровідникового, матеріалу, яких неможливо уникнути при використанні інших методів розділення пластини на кристали. Найбільш широко Скрайбування використовують в планарної технології виготовлення ІС, коли на пластині вже сформовані напівпровідникові структури.
Поділ здійснюється у дві стадії: спочатку пластини скрайбіруют, для чого ризики наносять між готовими структурами по вільному полю в двох взаємно перпендикулярних напрямках, а потім розламують по ризиках на прямокутні або квадратні кристали. Операція розламування. Виробляється на спеціальному технологічному обладнанні.
Якість скрайбування при механічному створення ризики різцем і подальшої ломки в значній мірі залежить від стану робочої частини алмазного різця. Робота різців із зношеним ріжучим ребром або вершиною призводить до відколів при скрайбуванні та неякісної ломки. Зазвичай Скрайбування виконують різцями, виготовленими з натурального алмазу, які в порівнянні з більш дешевими різцями з синтетичних алмазів мають велику стійкість. Найбільшого поширення набули різці, мають ріжучу частину у формі тригранної або усіченої чотиригранної піраміди, ріжучими елементами якої є ребра піраміди.
Середня стійкість різця (одного різального ребра) при скрайбуванні кремнію становить 25-40 пластин діаметром 100 мм (3500 різів). Після скрайбування 25 - 40 пластин або при появ відколів на пластині різець необхідно проконтролювати під мікроскопом. Як показує досвід, застосовувати різці з зносом різального ребра більше 10-15 мкм недоцільно, так як вони не забезпечують якісного скрайбування. Крім того, при надмірному зносі вершин різального ребра їх відновлення при переточуванні різця утруднено, до швидкого зносу різця призводить Скрайбування пластин з покриттям з оксиду кремнію або іонного діелектрика. На таких пластинах необхідно передбачати спеціальну (без покриття) доріжку напівпровідникового матеріалу шириною 50 - 75 мкм.
Широке застосування націю також лазерне Скрайбування напівпровідникових пластин, при якому надріз (ризику) утворюється не механічним, а електрофізичних способом - шляхом випаровування вузької смуги напівпровідникового матеріалу з поверхні пластини за допомогою сфокусованого лазерного пучка, що має велику потужність випромінювання.
Скрайбування променем лазера має велику перевагу перед скрайбування алмазним різцем: на робочій поверхні пластини не відбувається утворення мікротріщин і відколів внаслідок відсутності механічного контакту "ріжучого інструменту" (лазерного променя) з напівпровідниковим матеріалом; швидкість скрайбування може бути збільшена в декілька разів (до 100 - 200 мм / с) завдяки тому, що промінь лазера завжди контактує з поверхнею пластини; можливо Скрайбування пластин з будь-яким, в тому числі з діелектричним покриттям; можливо не тільки Скрайбування на різну глибину, але і наскрізне поділ пластини (без наступного розламування їх на кристали) .
Розміри ризики - ширина і глибина, зона термічного впливу лазерного променя, а також швидкість скрайбування і рівномірність видалення матеріалу по всій довжині ризики визначається швидкістю переміщення пластин щодо лазерного променя, потужністю, частотою і тривалістю імпульсів лазерного випромінювання, а також розміром сфокусованого плями.
Сучасні установки лазерного скрайбування дозволяють отримувати ризики шириною близько 30 мкм і глибиною не менш 50 мкм при швидкості скрайбування понад 50 - 100 мм / с. Зона термічного впливу лазерного випромінювання становить при цьому не більше 50 - 75 мкм, включаючи ширину ризики. Скрайбування на велику глибину, в тому числі наскрізне поділ (на глибину до 200 мкм), виконують з меншою швидкістю (5-10 мм / с).
До недоліків лазерного скрайбування слід віднести велику складність і вартість обладнання, а також необхідність спеціальних заходів захисту робочої поверхні від продуктів лазерної обробки, що утворюються в процесі випаровування матеріалу під впливом лазерного випромінювання.
Поділ розламуванням. Розламування виконується машинним або ручним способом. Ручне розламування зазвичай дозволяє отримувати більший вихід, ніж машинне. Тому що при використанні Багаторізцеві головки проводиться одночасне Скрайбування всієї пластини, ручне розламування дозволяє, якщо це знадобиться, виробляти розламування в будь-якій послідовності. Звичайне розламування проводиться таким чином, щоб на поділ однієї пластини доводилося найменше число розламів. Однак при ручному розламуванні оператор може "відчути", коли необхідно додаткове зусилля, і потім у відповідності з цим може змінити послідовність. Наприклад, якщо виявляється, що для розламування по одній з довгих ліній необхідно надлишковий тиск, оператор може швидко змінити послідовність і провести спочатку розламування по біліше короткою, лінії. Тому після того, як пластина розколота на малі частини, "важка" лінія буде розділена на частини малої довжини, завдяки чому розламування коротких частин стане простішим. Іншою перевагою ручного розламування є можливість Спостереження оператором кожної лінії в процесі розламування, що дозволяє виявити завчасно лінії неякісного різу.
Лінія реза конічним алмазним різцем повинна, бути дуже слабкою, без слідів освіти візерунка з тріщин. Надмірне навантаження на різець проявляється у вигляді великої кількості відщепленим шматочків пластини. Утворені при цьому тріщини ц відколи утворюють картину, схожу на випадання інею; Залежно від навантаження така картина може виникнути в процесі скрайбування або відразу після нього, а іноді й кількох годин по тому. У результаті при розламуванні лінія відколу Може почати поширюватися уздовж лінії скрайбування, але потім може змінити напрямок і поширитися уздовж будь-якої з тріщин. Тому необхідно, щоб між скрайбування і розламуванням проходило мінімальний час.
Найбільш поширеними є методи розламування проскрайбірованних пластин сферою, напівциліндрів і валиком.
Розламування пластин циліндричних і сферичних (Малюнок 3) опорах дозволяє отримувати кристали зі співвідношенням сторін від 1: 1 до 1: 1,5. Радіус кривизни сфери або напівциліндра для різних розмірів кристалів повинен бути різним.
Більш універсальним є метод розламування валиком (Малюнок 4). Пластину поміщають проскрайбірованной поверхнею на пружну опору і прокочують послідовно в двох взаємно перпендикулярних напрямках твердим валиком діаметром 10 - 30 мм. Зусилля навантаження підбирається в залежності від жорсткості опори. Менший діаметр валика і більш жорсткі опори використовуються при менших відносинах довжини кристала до товщини пластини (1 / Н).
Малюнок 3. Схема пневмогідравлічний ломки напівпровідникових пластин М сферичних (циліндричних) опорах:
а) - вихідне положення, б) - положення після розламування.
При великих значеннях параметрів відносини 1 / Н замість валика застосовують клин з невеликим радіусом заокруглення, який послідовно орієнтують по лініях скрайбування напівпровідникової пластини (Малюнок 5). Зусилля навантаження при розламуванні клином повинно бути програмованим.
Малюнок 4. Розламування пластини валиком.
Малюнок 5. Схема розламування клином.
Різка підкладок. В даний час для підкладок тонкоплівкових схем використовувана кераміка з високим вмістом окису алюмінію, є занадто твердою для звичайного скрайбування і розламування. Для різання керамічних підкладок застосовується розпилювання алмазним диском, яке складається з чотирьох основних етапів: закріплення і орієнтація підкладки, розпилювання, демонтаж та очищення.
Закріплення і орієнтація. Підложки закріплюються на металевих брусках, що підтримують підкладки в результаті розпилювання. Для цього вони приклеюються до брусків за допомогою глікольфталата при нагріванні. Для суміщення підкладка поміщається точно по відношенню до обмежувача на бруску й потенційна лінія різу налаштовується паралельно прямокутним краях бруска. Потім брусок з наклеєною підкладкою монтується на магнітному затискному пристрої установки для різання, У бруску робляться поздовжні канавки, що дозволяє вести різання підкладки наскрізь, не зачіпаючи алмазним диском металу.
Різка. Для операції різання використовується установка для прецизійного різання з магнітними затискними пристроями. На загальній осі набирається кілька алмазних дисків що забезпечує одержання значної кількості паралельних різів. Підгонка відстаней між дисками здійснюється за допомогою металевих прокладок і клинів із пластмаси. Первісна налаштування бруска по відношенню до дисків здійснюється за допомогою підгонки Поперечної подачі столика. Після цього передбачається, що всі бруски точно суміщені, якщо вони точно й надійно встановлюються по відношенню до упору магнітного затискного пристрою. Для зменшення часу настройки використовуються два набори дисків, один з яких налаштовується для різання в одному напрямку і інший - у напрямку, перпендикулярному до першого. .
Зазвичай для отримання максимальної продуктивності потрібні високі швидкості різання. Вибір конкретної швидкості визначається наступними факторами: кількість дисків на осі, розміри і концентрація алмазних кристалів на диску, необхідну якість обробки краю підкладки і бажаний термін служби Диска. Для отримань чистих, близьких до полірованих країв, застосовується різання при малій швидкості з використанням дисків з дрібнозернистим алмазами з високою концентрацією покриття. Збільшення розмірів частинок і швидкості різання приводить до більш глибокої поверхні різу і в Межі може призвести до появи щербин і розтріскування.
Так як загальні розміри схеми повинні точно витримуватися і краю підкладки повинні бути в прийнятній ступеня гладкими з мінімальною кількістю щербин і тріщин, для використання у виробництві необхідно вибирати алмазні диски вищої якості при швидкості різання 100 - 200 об / хв.
Демонтаж та очищення. Після закінчення різання по обох напрямках брусок з підкладкою знімають з магнітного затискного пристрою і поміщають в розчинник. Коли речовина, що клеїть розм'якшиться, підкладка знімається з бруска і залишки речовини, що клеїть видаляються шляхом подальшого відмочування в розчиннику, наприклад, в ацетоні.
ЛІТЕРАТУРА
Черняєв В.М. Технологія виробництва інтегральних мікросхем і мікропроцесорів. Підручник для вузів - М; Радіо і зв'язок, 2007 - 464 с: іл.
Технологія НВІС. У 2 кн. Пер. з англ. / Під ред.С. Зі, - М.: Світ, 2006. -786 С.
Готра З.Ю. Технологія мікроелектронних пристроїв. Довідник. - М.: Радіо і зв'язок, 2001. -528 С.
Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Плівкові струмопровідні системи НВІС. -Мн. Обчислюємо. шк., 2000. -238 С.