Виды разделения пластины на кристаллы

Скрайбирование является одним из методов разделения пластин на кристаллы, заключающееся в том, что на поверхность полупроводни­ковой пластины резцом, лазерным лучом или другими способами наносят неглубокую риску (англ. scribe), вокруг которой концентрируются механи­ческие напряжения, ослабляющие материалы. Основным достоинством ме­тода скрайбирования наряду с высокой производительностью и культу­рой производства является: малая ширина прорези, а, следовательно, и отсутствие потерь полупроводникового, материала, которых невозможно избежать при использовании других методов разделения пластины на кри­сталлы. Наиболее широко скрайбирование используют в планарной техно­логии изготовления ИС, когда на пластине уже сформированы полупровод­никовые структуры.

Разделение осуществляется в две стадии: вначале пластины скрайбируют, для чего риски наносят между готовыми структурами по свободному полю в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а затем разламыва­ют по рискам на прямоугольные или квадратные кристаллы. Операция разламывания производится на специальном технологическом обору­довании.

Качество скрайбирования при механическом создании риски резцом и последующей ломки в значительной степени зависит от состояния рабо­чей части алмазного резца. Работа резцов с изношенным режущим реб­ром или вершиной приводит к сколам при скрайбировании и некачествен­ной ломке. Обычно скрайбирование выполняют резцами, изготовленными из натурального алмаза, которые по сравнению с более дешёвыми резцами из синтетических алмазов имеют большую стойкость. Наибольшее распространение получили резцы, имеющие режущую часть в форме трёхгранной или усеченной четырёхгранной пирамиды, режущими элементами которой являются ребра пирамиды.

Средняя стойкость резца (одного режущего ребра) при скрайбировании кремния составляет 25-40 пластин диаметром 100 мм (3500 резов). После скрайбирования 25 - 40пластин или при появлений сколов на пластине резец необходимо проконтролировать под микроскопом. Как пока­зывает опыт, применять резцы с износом режущего ребра более 10-15 мкм нецелесообразно, так как они не обеспечивают качественного скрайбирования. Кроме того, при чрезмерном износе вершин режущего ребра их восстановление при переточке резца затруднено, к быстрому износу резца приводит скрайбирование пластин с покрытием из окисла кремния или ионного диэлектрика. На таких пластинах необходимо предусматривать специальную (без покрытия) дорожку полупроводникового материала шири­ной 50 - 75 мкм.

Широкое применение нацию также лазерное скрайбирование полупро­водниковых пластин, при котором надрез (риска) образуется не механиче­ским, а электрофизическим способом - путём испарения узкой полосы полупроводникового материала с поверхности пластины с помощью сфо­кусированного лазерного пучка, имеющего большую мощность излучения.

Скрайбирование лучом лазера имеет большое преимущество перед скрайбированием алмазным резцом: на рабочей поверхности пластины не происходит образования микротрещин и сколов вследствие отсутствия механического контакта "режущего инструмента" (лазерного луча) с полупроводниковым материалом; скорость скрайбирования может быть увеличена в несколько раз (до 100 - 200 мм/с) благодаря тому, что луч ла­зера всегда контактирует с поверхностью пластины; возможно скрайбиро­вание пластин с любым, в том числе с диэлектрическим покрытием; воз­можно не только скрайбирование на различную глубину, но и сквозное разделение пластины (без последующего разламывания их на кристаллы).

Размеры риски - ширина и глубина, зона термического влияния лазер­ного луча, а также скорость скрайбирования и равномерность удаления ма­териала по всей длине риски определяется скоростью перемещения пла­стин относительно лазерного луча, мощностью, частотой и длительностью импульсов лазерного излучения, а также размером сфокусированного пят­на.

Современные установки лазерного скрайбирования позволяют по­лучать риски шириной около 30 мкм и глубиной не менее 50 мкм при скорости скрайбирования свыше 50 - 100 мм/с. Зона термического воздей­ствия лазерного излучения составляет при этом не более 50 - 75 мкм, вклю­чая ширину риски. Скрайбирование на большую глубину, в том числе сквозное разделение (на глубину до 200 мкм), выполняют с меньшей ско­ростью (5-10 мм/с).

К недостаткам лазерного скрайбирования следует отнести большую сложность и стоимость оборудования, а также необходимость специальных мер защиты рабочей поверхности от продуктов лазерной обработки, обра­зующихся в процессе испарения материала под воздействием лазерного излучения.

^ Разделение разламыванием. Разламывание выполняется машинным или ручным способом. Руч­ное разламывание обычно позволяет получать больший выход, чем машин­ное. Так как при использовании многорезцовой головки производится одновременное скрайбирование всей пластины, ручное разламывание по­зволяет, если это понадобится, производить разламывание в любой по­следовательности. Обычное разламывание производится таким образом, чтобы на разделение одной пластины приходилось наименьшее число раз­ламываний. Однако при ручном разламывании оператор может "почувст­вовать", когда необходимо дополнительное усилие, и затем в соответст­вии с этим может изменить последовательность. Например, если оказыва­ется, что для разламывания по одной из длинных линий необходимо из­быточное давление, оператор может быстро изменить последовательность и произвести сначала разламывание по белее короткой, линии. Поэтому по­сле того, как пластина расколота на малые части, "трудная" линия будет разделена на части малой длины, благодаря чему разламывание корот­ких частей станет более простым. Другим преимуществом ручного разламывания является возможность Наблюдения оператором каждой линии в процессе разламывания, что позволяет обнаружить заблаговременно линии некачественного реза.

Линия реза коническим алмазным резцом должна, быть очень слабой, без следов образования узора из трещин. Избыточная нагрузка на резец проявляется в виде большого количества отщеплённых кусочков пла­стины. Образующиеся при этом трещины ц сколы образуют картину, по­хожую на выпадение инея; В зависимости от нагрузки такая картина может возникнуть в процессе скрайбирования либо сразу после него, а иногда и нескольких часов спустя. В результате при разламывании линия скола Может начать распространяться вдоль линии скрайбирования, но затем может изменить направление и распространиться вдоль любой из трещин. Поэтому необходимо, чтобы между скрайбйрованием и разламы­ванием проходило минимальное время.

Наиболее распространенными являются методы разламывания проскрайбированных пластин сферой, полуцилиндром и валиком.

Разламывание пластин цилиндрических и сферических (Рисунок 8.1.3) опо­рах позволяет получать кристаллы с соотношением сторон от 1:1 до 1:1,5. Радиус кривизны сферы или полуцилиндра для различных размеров кри­сталлов должен быть различным.

Более универсальным является метод разламывания валиком (Рисунок 8.1.4). Пластину помещают проскрайбированной поверхностью на упругую опору и прокатывают последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях твердым валиком диаметром 10 – 30 мм. Усилие нагружения подбирается взависимости от жесткости опоры. Меньший диаметр валика и более жесткие опоры используются при меньших отношениях длины кристалла к толщине пластины (1/Н).

^ Рисунок 8.1.3 Схема пневмогидравлической ломки полупровод­никовых пластин М сферических (цилиндрических) опорах: