Що таке відкол пластини та як це можна вирішити?

Нарізка пластин є критично важливим процесом у виробництві напівпровідників і має прямий вплив на якість та продуктивність кінцевого чіпа. У реальному виробництві...відколювання пластини— особливовідколи з передньої сторониівідколи на зворотному боці— це частий і серйозний дефект, який суттєво обмежує ефективність виробництва та вихід продукції. Відколювання не тільки впливає на зовнішній вигляд чіпів, але й може завдати незворотної шкоди їхнім електричним характеристикам та механічній надійності.

Визначення та типи відколів пластин

Відколювання пластини стосуєтьсятріщини або поломки матеріалу на краях чіпсів під час процесу нарізання кубикамиЗазвичай його класифікують навідколи з передньої сторониівідколи на зворотному боці:

• Відколи з лицьової сторонивідбувається на активній поверхні мікросхеми, яка містить схеми. Якщо відкол поширюється в область схеми, це може серйозно погіршити електричні характеристики та довгострокову надійність.

• Відколювання зворотного бокузазвичай відбувається після стоншення пластини, де з'являються тріщини в ґрунті або пошкодженому шарі на зворотному боці.

Зі структурної точки зору,Відколи на передній стороні часто виникають внаслідок тріщин в епітаксійних або поверхневих шарах, покиВідколи на зворотному боці виникають через пошкоджені шари, що утворюються під час стоншення пластини та видалення матеріалу підкладки..

Відколи на лицьовій стороні можна додатково класифікувати на три типи:

1. Початкове відколювання– зазвичай виникає на етапі попереднього різання, коли встановлюється нове лезо, характеризується нерівномірним пошкодженням кромки.

2. Періодичне (циклічне) сколювання– з’являється неодноразово та регулярно під час безперервного різання.

3. Аномальне відколювання– спричинені биттям леза, неправильною швидкістю подачі, надмірною глибиною різання, зміщенням пластини або деформацією.

Корінні причини відколів пластини

1. Причини початкового відколювання

• Недостатня точність встановлення лопатей

• Лезо не вирівняне належним чином, щоб воно мало ідеальну круглу форму

• Неповне оголення алмазного зерна

Якщо лезо встановлено з невеликим нахилом, виникають нерівномірні сили різання. Нове лезо, яке не має належного оброблення, демонструватиме погану концентричність, що призведе до відхилення від траєкторії різання. Якщо алмазні зерна не повністю оголені на етапі попереднього різання, ефективні проміжки для сколів не утворюються, що збільшує ймовірність відколів.

2. Причини періодичного відколювання

• Пошкодження леза внаслідок удару поверхнею

• Виступаючи збільшені алмазні частинки

• Адгезія сторонніх частинок (смола, металеві уламки тощо)

Під час різання внаслідок удару стружки можуть утворюватися мікронадрізи. Великі виступаючі алмазні зерна концентрують локальне напруження, тоді як залишки або сторонні забруднення на поверхні леза можуть порушити стабільність різання.

3. Причини аномального відколу

• Биття лопаті через поганий динамічний баланс на високій швидкості

• Неправильна швидкість подачі або надмірна глибина різання

• Зміщення або деформація пластини під час різання

Ці фактори призводять до нестабільних сил різання та відхилення від заданої траєкторії нарізання, що безпосередньо спричиняє поломку краю.

4. Причини відколів на зворотному боці

Відколи на зворотному боці в основному виникають внаслідокнакопичення напружень під час витончення пластини та деформації пластини.

Під час стоншування на зворотному боці утворюється пошкоджений шар, який порушує кристалічну структуру та створює внутрішню напругу. Під час нарізання пластини звільнення напруги призводить до виникнення мікротріщин, які поступово поширюються на великі розтріскування на зворотному боці. Зі зменшенням товщини пластини її опір напруженням послаблюється, а деформація збільшується, що підвищує ймовірність відколів на зворотному боці.

Вплив відколів на чіпи та контрзаходи

Вплив на продуктивність чіпа

Відколювання значно зменшуємеханічна міцністьНавіть крихітні тріщини на краях можуть продовжувати поширюватися під час упаковки або фактичного використання, що зрештою призводить до руйнування мікросхеми та електричної несправності. Якщо відколи на передній стороні потрапляють в області схеми, це безпосередньо знижує електричні характеристики та довгострокову надійність пристрою.

Ефективні рішення для відколювання пластин

1. Оптимізація параметрів процесу

Швидкість різання, швидкість подачі та глибина різання повинні динамічно регулюватися залежно від площі пластини, типу матеріалу, товщини та процесу різання, щоб мінімізувати концентрацію напружень.
Інтегруючимашинний зір та моніторинг на основі штучного інтелекту, стан леза та поведінка щодо відколювання можуть бути виявлені в режимі реального часу, а параметри процесу автоматично налаштовані для точного контролю.

2. Технічне обслуговування та управління обладнанням

Регулярне обслуговування машини для нарізки кубиками є важливим для забезпечення:

• Точність шпинделя

• Стабільність системи передачі

• Ефективність системи охолодження

Слід впровадити систему моніторингу терміну служби лез, щоб забезпечити заміну сильно зношених лез до того, як зниження продуктивності спричинить викришування.

3. Вибір та оптимізація лопатей

Властивості леза, такі якрозмір алмазного зерна, твердість зв'язки та щільність зернамають сильний вплив на поведінку при відколюванні:

• Більші алмазні зерна збільшують відколювання на лицьовій стороні.

• Менші зерна зменшують викришування, але знижують ефективність різання.

• Менша щільність зерна зменшує викришування, але скорочує термін служби інструменту.

• М'якші зв'язувальні матеріали зменшують викришування, але прискорюють знос.

Для пристроїв на основі кремнію,Розмір алмазного зерна є найважливішим факторомВибір високоякісних лез з мінімальним вмістом великої зернистості та суворий контроль розміру зерна ефективно пригнічує викришування на передній стороні, контролюючи при цьому витрати.

4. Заходи щодо контролю відколів на задній стороні

Ключові стратегії включають:

• Оптимізація швидкості шпинделя

• Вибір дрібнозернистих алмазних абразивів

• Використання м'яких зв'язувальних матеріалів та низької концентрації абразиву

• Забезпечення точного встановлення леза та стабільної вібрації шпинделя

Надмірно висока або низька швидкість обертання збільшує ризик руйнування зворотного боку. Нахил лопаті або вібрація шпинделя можуть спричинити відколювання зворотного боку великої площі. Для надтонких пластин,подальша обробка, така як хіміко-механічне полірування (ХМП), сухе травлення та мокре хімічне травленнядопомагають видалити залишкові шари пошкоджень, зняти внутрішню напругу, зменшити деформацію та значно підвищити міцність стружки.

5. Передові технології різання

Новітні безконтактні та низьконапружні методи різання пропонують подальше вдосконалення:

• Лазерне нарізання кубикамимінімізує механічний контакт та зменшує відколювання завдяки обробці з високою щільністю енергії.

• Нарізка кубиками водоструминним струменемвикористовує воду під високим тиском, змішану з мікроабразивами, що значно зменшує термічне та механічне напруження.

Посилення контролю та інспекції якості

Слід запровадити сувору систему контролю якості на всьому виробничому ланцюжку — від перевірки сировини до перевірки готової продукції. Високоточне контрольне обладнання, таке якоптичні мікроскопи та скануючі електронні мікроскопи (СЕМ)слід використовувати для ретельного огляду пластин після нарізки, що дозволяє раннє виявлення та виправлення дефектів відколів.

Висновок

Відколювання пластини – це складний багатофакторний дефект, що включаєпараметри процесу, стан обладнання, властивості лопатей, напруження пластини та управління якістюТільки завдяки систематичній оптимізації в усіх цих областях можна ефективно контролювати відколювання, тим самим покращуючивиробнича потужність, надійність мікросхем та загальна продуктивність пристрою.