Qu’est-ce que l’écaillage des plaquettes et comment peut-il être résolu ?

Le découpage des tranches est un processus critique dans la fabrication de semi-conducteurs et a un impact direct sur la qualité et les performances finales de la puce. En production réelle,écaillage de plaquettes-en particulierécaillage frontaletécaillage à l'arrière— est un défaut fréquent et grave qui limite considérablement l’efficacité et le rendement de la production. L'écaillage affecte non seulement l'apparence des copeaux, mais peut également causer des dommages irréversibles à leurs performances électriques et à leur fiabilité mécanique.

Définition et types d’écaillage des plaquettes

L'écaillage des plaquettes fait référence àfissures ou bris de matériau sur les bords des copeaux pendant le processus de découpage en dés. Il est généralement classé enécaillage frontaletécaillage à l'arrière:

• Écaillage frontalse produit sur la surface active de la puce qui contient des motifs de circuit. Si l'écaillage s'étend dans la zone du circuit, il peut gravement dégrader les performances électriques et la fiabilité à long terme.

• Écaillage à l'arrièrese produit généralement après un amincissement de la tranche, où des fractures apparaissent dans le sol ou une couche endommagée à l'arrière.

D'un point de vue structurel,l'écaillage sur la face avant résulte souvent de fractures dans les couches épitaxiales ou superficielles, alors quel'écaillage à l'arrière provient des couches endommagées formées lors de l'amincissement de la tranche et du retrait du matériau du substrat.

L’écaillage frontal peut être classé en trois types :

1. Écaillage initial– se produit généralement pendant la phase de prédécoupe, lorsqu'une nouvelle lame est installée, caractérisée par des dommages irréguliers sur les bords.

2. Écaillage périodique (cyclique)– apparaît de manière répétée et régulière lors d’opérations de coupe continues.

3. Écaillage anormal– causés par un faux-rond de la lame, une avance inappropriée, une profondeur de coupe excessive, un déplacement de la tranche ou une déformation.

Causes profondes de l’écaillage des plaquettes

1. Causes de l'écaillage initial

• Précision d'installation de la lame insuffisante

• Lame mal affûtée pour obtenir une forme circulaire parfaite

• Exposition incomplète du grain de diamant

Si la lame est installée avec une légère inclinaison, des forces de coupe inégales se produisent. Une nouvelle lame mal dressée présentera une mauvaise concentricité, ce qui entraînera une déviation de la trajectoire de coupe. Si les grains de diamant ne sont pas entièrement exposés pendant la phase de prédécoupe, des espaces efficaces ne se forment pas, ce qui augmente le risque d'écaillage.

2. Causes des éclats périodiques

• Dommages causés par un impact superficiel à la lame

• Particules de diamant surdimensionnées en saillie

• Adhésion de particules étrangères (résine, débris métalliques, etc.)

Lors de la coupe, des micro-entailles peuvent se développer en raison de l'impact des copeaux. Les gros grains de diamant saillants concentrent les contraintes locales, tandis que les résidus ou les contaminants étrangers sur la surface de la lame peuvent perturber la stabilité de la coupe.

3. Causes d'écaillage anormal

• Voile de lame dû à un mauvais équilibre dynamique à grande vitesse

• Avance incorrecte ou profondeur de coupe excessive

• Déplacement ou déformation de la plaquette lors de la découpe

Ces facteurs conduisent à des forces de coupe instables et à un écart par rapport à la trajectoire de découpe prédéfinie, provoquant directement une rupture des bords.

4. Causes de l'écaillage arrière

L'écaillage à l'arrière provient principalementaccumulation de contraintes lors de l'amincissement et du gauchissement des plaquettes.

Lors de l’amincissement, une couche endommagée se forme à l’arrière, perturbant la structure cristalline et générant des contraintes internes. Lors du découpage en dés, la libération des contraintes entraîne l'apparition de microfissures, qui se propagent progressivement vers de grandes fractures à l'arrière. À mesure que l’épaisseur de la tranche diminue, sa résistance aux contraintes s’affaiblit et le gauchissement augmente, ce qui rend plus probable l’écaillage de l’arrière.

Impact de l'écaillage sur les copeaux et contre-mesures

Impact sur les performances de la puce

L'écaillage réduit considérablementrésistance mécanique. Même de minuscules fissures sur les bords peuvent continuer à se propager pendant l'emballage ou l'utilisation réelle, conduisant finalement à une fracture des copeaux et à une panne électrique. Si l’écaillage frontal envahit les zones du circuit, il compromet directement les performances électriques et la fiabilité à long terme des appareils.

Solutions efficaces pour l'écaillage des plaquettes

1. Optimisation des paramètres de processus

La vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe doivent être ajustées dynamiquement en fonction de la surface de la plaquette, du type de matériau, de l'épaisseur et de la progression de la coupe afin de minimiser la concentration des contraintes.
En intégrantvision industrielle et surveillance basée sur l'IA, l'état de la lame et le comportement d'écaillage en temps réel peuvent être détectés et les paramètres du processus ajustés automatiquement pour un contrôle précis.

2. Entretien et gestion des équipements

Un entretien régulier de la machine à découper est essentiel pour garantir :

• Précision de la broche

• Stabilité du système de transmission

• Efficacité du système de refroidissement

Un système de surveillance de la durée de vie des lames doit être mis en œuvre pour garantir que les lames très usées sont remplacées avant que les baisses de performances ne provoquent un écaillage.

3. Sélection et optimisation des lames

Propriétés de la lame telles quetaille des grains de diamant, dureté de liaison et densité des grainsont une forte influence sur le comportement de déchiquetage :

• Les grains de diamant plus gros augmentent l’écaillage sur la face avant.

• Des grains plus petits réduisent l’écaillage mais diminuent l’efficacité de coupe.

• Une densité de grain plus faible réduit l'écaillage mais raccourcit la durée de vie de l'outil.

• Les matériaux de liaison plus souples réduisent l’écaillage mais accélèrent l’usure.

Pour les appareils à base de silicium,la taille des grains du diamant est le facteur le plus critique. La sélection de lames de haute qualité avec une teneur minimale en gros grains et un contrôle strict de la taille des grains supprime efficacement l'écaillage frontal tout en gardant les coûts sous contrôle.

4. Mesures de contrôle de l’écaillage par l’arrière

Les stratégies clés comprennent :

• Optimisation de la vitesse de broche

• Sélection d'abrasifs diamantés à grains fins

• Utilisation de matériaux à liant souple et à faible concentration abrasive

• Assurer une installation précise de la lame et une vibration stable de la broche

Des vitesses de rotation excessivement élevées ou faibles augmentent toutes deux le risque de fracture de la face arrière. L’inclinaison de la lame ou les vibrations de la broche peuvent provoquer un écaillage arrière sur une grande surface. Pour les plaquettes ultra fines,post-traitements tels que CMP (polissage chimique-mécanique), gravure sèche et gravure chimique humideaider à éliminer les couches de dommages résiduels, à libérer les contraintes internes, à réduire le gauchissement et à améliorer considérablement la résistance des copeaux.

5. Technologies de coupe avancées

Les nouvelles méthodes de coupe sans contact et à faible contrainte offrent des améliorations supplémentaires :

• Découpe au laserminimise le contact mécanique et réduit l’écaillage grâce à un traitement à haute densité énergétique.

• Découpe au jet d'eauutilise de l'eau à haute pression mélangée à des micro-abrasifs, réduisant considérablement les contraintes thermiques et mécaniques.

Renforcer le contrôle qualité et l’inspection

Un système de contrôle de qualité strict doit être établi tout au long de la chaîne de production, de l'inspection des matières premières à la vérification du produit final. Équipement d'inspection de haute précision tel quemicroscopes optiques et microscopes électroniques à balayage (MEB)doit être utilisé pour examiner minutieusement les plaquettes après découpage, permettant une détection précoce et une correction des défauts d’écaillage.

Conclusion

L'écaillage des plaquettes est un défaut complexe et multifactoriel impliquantparamètres de processus, état de l'équipement, propriétés des lames, contraintes sur les plaquettes et gestion de la qualité. Seule une optimisation systématique dans tous ces domaines permettra de contrôler efficacement l'écaillage, améliorant ainsirendement de production, fiabilité des puces et performances globales de l'appareil.