Что такое скол пластины и как его решить?

Нарезка пластин является важнейшим процессом в производстве полупроводников и оказывает прямое влияние на качество и производительность конечного чипа. В реальном производствеоткалывание пластин-особенносколы на лицевой сторонеисколы с обратной стороны— частый и серьезный дефект, существенно ограничивающий эффективность производства и выход продукции. Сколы не только ухудшают внешний вид чипов, но также могут привести к необратимому повреждению их электрических характеристик и механической надежности.

Определение и виды сколов пластин

Откалывание пластины относится ктрещины или поломка материала по краям стружки в процессе нарезки кубиками. Обычно его подразделяют насколы на лицевой сторонеисколы с обратной стороны:

• Сколы на лицевой сторонепроисходит на активной поверхности чипа, содержащей схемы. Если сколы проникают в область схемы, это может серьезно ухудшить электрические характеристики и долгосрочную надежность.

• Сколы с обратной стороныобычно возникает после утончения пластины, когда появляются трещины в грунте или поврежденный слой на обратной стороне.

С структурной точки зрения,сколы на лицевой стороне часто возникают в результате трещин в эпитаксиальных или поверхностных слоях., покаСколы на обратной стороне возникают из-за поврежденных слоев, образовавшихся при утончении пластины и удалении материала подложки..

Сколы на лицевой стороне можно разделить на три типа:

1. Начальное дробление– обычно происходит на этапе предварительной резки, когда устанавливается новое лезвие, и характеризуется неравномерным повреждением кромки.

2. Периодическое (циклическое) скалывание– появляется неоднократно и регулярно во время непрерывной резки.

3. Аномальное сколы– вызвано биением лезвия, неправильной скоростью подачи, чрезмерной глубиной резания, смещением или деформацией пластины.

Основные причины сколов пластин

1. Причины первоначального скола

• Недостаточная точность установки лезвия

• Лезвие неправильно выровнено до идеальной круглой формы.

• Неполное раскрытие алмазного зерна

Если лезвие установлено с небольшим наклоном, возникают неравномерные силы резания. Новое лезвие, которое не заточено должным образом, будет иметь плохую концентричность, что приведет к отклонению траектории резания. Если алмазные зерна не полностью обнажены на этапе предварительной резки, эффективное пространство для стружки не образуется, что увеличивает вероятность сколов.

2. Причины периодического скола

• Поверхностное повреждение лезвия при ударе

• Выступающие негабаритные алмазные частицы

• Прилипание инородных частиц (смола, металлический мусор и т. д.)

Во время резки из-за ударов стружки могут образовываться микронасечки. Крупные выступающие алмазные зерна концентрируют местные напряжения, а остатки или посторонние загрязнения на поверхности лезвия могут нарушить стабильность резки.

3. Причины аномального скола

• Биение лезвия из-за плохой динамической балансировки на высокой скорости.

• Неправильная скорость подачи или чрезмерная глубина резания.

• Смещение или деформация пластины во время резки

Эти факторы приводят к нестабильным силам резания и отклонению от заданной траектории нарезки кубиками, что непосредственно приводит к поломке кромки.

4. Причины сколов на обратной стороне

Сколы на обратной стороне в основном возникают в результатенакопление напряжений при утончении и короблении пластин.

При утонении на обратной стороне образуется поврежденный слой, нарушающий кристаллическую структуру и создающий внутренние напряжения. Во время нарезки кубиками снятие напряжений приводит к возникновению микротрещин, которые постепенно перерастают в крупные трещины на задней стороне. По мере уменьшения толщины пластины ее устойчивость к нагрузкам ослабевает, а коробление увеличивается, что повышает вероятность сколов на обратной стороне.

Влияние сколов на чипы и меры противодействия

Влияние на производительность чипа

Чипирование значительно снижаетмеханическая прочность. Даже крошечные трещины на краях могут продолжать распространяться во время упаковки или фактического использования, что в конечном итоге приводит к разрушению чипа и электрическому отказу. Если сколы на передней стороне проникают в области схемы, это напрямую ухудшает электрические характеристики и долгосрочную надежность устройства.

Эффективные решения для чипирования пластин

1. Оптимизация параметров процесса

Скорость резания, подача и глубина резания должны динамически регулироваться в зависимости от площади пластины, типа материала, толщины и хода резки, чтобы минимизировать концентрацию напряжений.
Интегрируямашинное зрение и мониторинг на основе искусственного интеллектаВ режиме реального времени можно определить состояние лезвия и поведение сколов, а параметры процесса автоматически корректировать для точного контроля.

2. Техническое обслуживание и управление оборудованием

Регулярное техническое обслуживание нарезной машины необходимо для обеспечения:

• Точность шпинделя

• Стабильность системы трансмиссии

• Эффективность системы охлаждения

Должна быть внедрена система контроля срока службы лезвий, чтобы обеспечить замену сильно изношенных лезвий до того, как снижение производительности приведет к сколам.

3. Выбор и оптимизация лезвия

Свойства лезвия, такие какразмер алмазного зерна, твердость связи и плотность зернаоказывают сильное влияние на поведение сколов:

• Более крупные алмазные зерна увеличивают сколы на передней стороне.

• Зерна меньшего размера уменьшают образование сколов, но снижают эффективность резания.

• Более низкая плотность зерна уменьшает выкрашивание, но сокращает срок службы инструмента.

• Более мягкие связующие материалы уменьшают скалывание, но ускоряют износ.

Для устройств на основе кремния:размер алмазного зерна является наиболее важным фактором. Выбор высококачественных полотен с минимальным содержанием крупных зерен и строгим контролем размера зерен эффективно подавляет сколы на передней стороне, сохраняя при этом затраты под контролем.

4. Меры по контролю выкрашивания на обратной стороне

Ключевые стратегии включают в себя:

• Оптимизация скорости шпинделя

• Выбор мелкозернистого алмазного абразива

• Использование материалов с мягкой связкой и низкой концентрацией абразива.

• Обеспечение точной установки полотна и стабильной вибрации шпинделя.

Как слишком высокая, так и низкая скорость вращения увеличивают риск перелома задней поверхности. Наклон лезвия или вибрация шпинделя могут привести к образованию сколов на задней стороне большой площади. Для ультратонких пластинпоследующая обработка, такая как CMP (химико-механическая полировка), сухое травление и влажное химическое травление.помогают удалить остаточные слои повреждений, снять внутреннее напряжение, уменьшить коробление и значительно повысить прочность стружки.

5. Передовые технологии резки.

Новые методы бесконтактной резки с низким напряжением предлагают дальнейшее совершенствование:

• Лазерная нарезка кубикамисводит к минимуму механический контакт и уменьшает сколы за счет обработки с высокой плотностью энергии.

• Водоструйная нарезка кубикамииспользует воду под высоким давлением, смешанную с микроабразивами, что значительно снижает термические и механические нагрузки.

Усиление контроля и инспекций качества

Должна быть установлена ​​строгая система контроля качества по всей производственной цепочке — от проверки сырья до проверки конечной продукции. Высокоточное инспекционное оборудование, такое какоптические микроскопы и сканирующие электронные микроскопы (СЭМ)следует использовать для тщательного исследования пластин после нарезки, что позволяет на ранней стадии обнаружить и исправить дефекты сколов.

Заключение

Сколы пластин – это сложный многофакторный дефект, включающийпараметры процесса, состояние оборудования, свойства лопаток, напряжение пластины и управление качеством. Только посредством систематической оптимизации во всех этих областях можно эффективно контролировать измельчение, тем самым улучшаяпроизводительность, надежность чипа и общая производительность устройства.