УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, В УСТАНОВКАХ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИХ НА КРИСТАЛЛЫ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/68 H01L21/78 

Изобретение относится к электроадгезионным захватам и предназначено для фиксации пластин и подложек из электропроводящих и диэлектрических материалов при обработке, ориентированном разделении на отдельные кристаллы, подготовке к операциям сборки и монтажа.

Развитие современной промышленности, максимальная автоматизация производственных процессов обусловили увеличение объемов производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, являющихся одним из основных компонентов автоматизированных вычислительных и информационных систем управления.

Кристаллы основные элементы полупроводниковых приборов и интегральных микросхем получают надрезанием и последующим разламыванием пластин из полупроводникового материала со структурами на их поверхности, сформированными групповым методом.

Потребность в таких кристаллах составляет многие миллионы единиц в год, причем эта потребность из года в год интенсивно возрастает. Увеличение объемов производства кристаллов достигается повышением количества обрабатывающего оборудования либо путем увеличения его производительности за счет возрастания диаметра обрабатываемых пластин и уменьшения брака при надрезании и разламывании пластин.

Известно устройство, содержащее корпус, опору для размещения пластин из полупроводникового материала, которое предназначено для разделения пластин на отдельные кристаллы.

Конструкция этого устройства предусматривает использование дополнительной подвижной механической системы, содержащей валик, непосредственно прокатываемый по пластине и, передающий на нее механические нагрузки, от воздействия которых целостность пластин нарушается в зонах, предварительно выполненных на пластине рисок или надрезов.

Недостатком устройства при такой обработке является длительность процесса разделения пластин на отдельные кристаллы, так как воздействие производства последовательным прокатыванием валика по взаимно перпендикулярным направлениям на поверхности пластины.

При этом нагрузка, прикладываемая к пластине, может не совпадать с направлением рисок, так как валик прокатывается по обратной стороне пластины и его установка параллельно направлению рисок затруднена, что создает возможность разламывания пластин не по рискам. Это приводит к уменьшению выхода годных кристаллов. К произвольному разламыванию приводят также попеременные силы и изгибающий момент, прикладываемые к пластине и действующие на нее в зоне нанесенных рисок. Также использование этого устройства для разламывания пластин на кристаллы с соотношением сторон, равным или большим 1,4:1 приводит к увеличению неправильно разделенных кристаллов. Кроме того, перед обработкой на пластину наносят липкую пленку, клеящий слой которой удалить с поверхности полученных кристаллов затруднительно. Однако в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем к чистоте поверхности пластин и кристаллов предъявляются особе жесткие требования, так как этим фактором в значительной степени определяются качество, надежность и долговечность работы приборов. Поэтому все операции, требующие использования клеевых соединений, сопровождаются тщательной очисткой пластин и кристаллов от остатков клея.

В настоящее время качество процессов очистки достигло уровня, при котором все более критичными становятся причины загрязнения, считавшиеся ранее второстепенными, а именно побочные эффекты технологического цикла, вызывающие даже самые незначительные загрязнения пластин и кристаллов. Качество обратной стороны пластины и кристаллов также существенно при изготовлении приборов по планарной технологии. Важное значение имеет очистка и на конечных стадиях производства полупроводниковых приборов при сборке, монтаже, герметизации и упаковке с точки зрения возможного загрязнения внутреннего объема корпуса прибора.

На операции сборки и монтажа после съема кристалла подколом очистка поверхности от остатков клея не производится. Это может явиться причиной скрытых дефектов и низкой надежности приборов.

В малом объеме внутренней полости корпуса даже небольшие количества летучих веществ вызывают внезапные или постепенные отказы микросхем. При циклическом нагреве и охлаждении в условиях производства и при эксплуатации выделение летучих веществ остатков адгезионного слоя и их конденсация на активных частях микросхем приводит к утечкам, коротким замыканиям, коррозионным разрушениям.

Наиболее близким техническим решением является известное устройство, содержащее корпус, опору. При разламывании пластин из полупроводникового материала на отдельные кристаллы ее закрепляют на липкой адгезионной пленке и после этого воздействуют на пластину при помощи дополнительного элемента, выполненного в виде мембраны, которая прижимает к опоре с искривленной поверхностью пластину. При этом на пластину действует изгибающий момент, и она разламывается на отдельные кристаллы в местах, где на ее поверхности предварительно выполнены царапины или надрезы. Недостатком упомянутого устройства является то, что при разламывании пластин, диаметр которых превышает 60 мм, увеличивается брак, т.е. уменьшается выход годных кристаллов по отношению к площади разламываемой пластины.

Липкий материал с адгезивной пленки вместе с кристаллом поступает в корпус полупроводникового прибора. В малом объеме внутренней полости корпуса даже небольшие количества летучих веществ вызывают внезапные или постепенные отказы микросхем. При циклическом нагреве и охлаждении в условиях производства и при эксплуатации выделение летучих веществ, остатков адгезивного слоя и их конденсация на активных частях микросхем приводит к утечкам, коротким замыканиям, коррозионным разрушениям.

Цель изобретения устранение упомянутых недостатков, повышение производительности устройства, повышение надежности работы устройства при массовой обработке пластин из полупроводникового материала, улучшение эксплуатационных характеристик за счет увеличения ресурса работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что электроадгезионное закрепляющее устройство, содержащее корпус, соединенный с корпусом механизм для закрепления полимерного пленочного материала, соединенную с корпусом опору, с выполненными в ней отверстиями, соединенные с опорой электроды с токоподводами, размещенные с возможностью перемещения в отверстиях, выполненных в опоре, толкатели, соединенные с толкателями электроды с токоподводами, снабжено пьезоэлементом с токоподводами для подключения к источнику напряжения, штоком, один конец которого соединен с толкателями пружинным элементом, причем базовая поверхность пьезоэлемента соединена с корпусом, а рабочая поверхность пьезоэлемента соединена с другим концом упомянутого штока, при этом пружинный элемент одним концом соединен с корпусом, другим концом соединен с вторым концом штока и предварительно напряжен.

Пружинный элемент выполнен в виде шейки в стержне шпильки, один конец которой соединен с корпусом, а другой с штоком.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем: повышена точность перемещения толкателей и, следовательно, надежность работы устройства; повышен ресурс работы устройства.

На фиг.1 изображена структурная схема электроадгезионного закрепляющего устройства; на фиг.2 и 3 структурная схема пружинного элемента и его взаимодействия с корпусом, штоком и пьезоэлементом; на фиг.4 фрагмент структурной схемы, поясняющий соединение толкателей с штоком; на фиг.5 устройство, вид сверху; на фиг.6 фрагмент вида на устройство; на фиг.7 вид сверху на устройство при косоугольном пересечении рядов электродов на опоре и толкателях; на фиг. 8 фрагмент вида сверху на устройство при косоугольном пересечении рядов электродов на опоре и толкателях; на фиг.9 чертеж, поясняющий соединение с устройством обрабатываемой пластины; на фиг.10 чертеж, поясняющий соединение с устройством обрабатываемой пластины, с выполненными в ней прорезями; на фиг. 11 (а-в) схема, поясняющая разлом пластины на отдельные кристаллы; на фиг.12 (а,б) временные диаграммы, подтверждающие работу устройства.

Электроадгезионное закрепляющее устройство для разделения пластин из полупроводникового материала на отдельные кристаллы содержит корпус 1, выполненный в виде тела вращения, механизм 2 для натяжения полимерного пленочного материала 3, опору 4, соединенную с корпусом 1 при помощи полимерного клея, электроды 5, соединенные с опорой 4 с токоподводами 6, проходящие через отверстия 7, выполненные в опоре 4, толкатели 8, соединенные с толкателями 8 электроды 9 с токоподводами 10.

Электроды 5 и 9 расположены взаимно пересекающимися рядами таким образом, что каждый электрод 5 окружен электродами 9, а каждый электрод 9 окружен электродами 5.

Устройство снабжено штоком 11, пьезоэлементом 12 с токоподводами 13 для подключения через коммутатор 14 к источнику 15 напряжения, базовая поверхность 16 пьезоэлемента 12 соединена с корпусом 1, рабочая поверхность 17 пьезоэлемента 12 соединена с концом 18 штока 11, толкатели 8 соединены с концом 19 штока 11.

Устройство снабжено пружинным элементом 20, который концом 21 соединен с корпусом 1, а концом 22 соединен с штоком 11. Также пружинный элемент 20 выполнен в виде шейки, образованной в стержне 23 шпильки 24, путем выполнения в стержне 23 концентрической канавки 25. Конец 26 шпильки 24 ввернут в резьбовое отверстие 27, выполненное в штоке 11, до упора в шарик 28. Конец 29 шпильки 24 проходит через отверстие 30, выполненное в корпусе 1 и при помощи гайки 31 соединен с корпусом 1. Предварительное напряжение пружинного элемента 20 осуществлено путем передачи растягивающего усилия от гайки 31, взаимодействующей с корпусом 1 на стержень 23. Это усилие имеет наперед заданную величину и образуется при заворачивании гайки 31 тарированным ключом.

Пружинный элемент 20 предварительно напряжен таким образом, что система шток 11 пружинный элемент 20 корпус 1 оказывает на пьезоэлемент 12 сжимающее усилие с наперед заданной величиной, при этом выбираются зазоры между взаимодействующими поверхностями штока 11 и пьезоэлемента 12, взаимодействующими поверхностями корпуса 1 и пьезоэлемента 11. Опора 4 выполнена из диэлектрического материала. Размеры электродов 5 выбраны таким образом, что между электродами 5, соединенными с опорой 4 и электродами 9, соединенными с толкателями 8, образованы зазоры 32, препятствующие электрическому пробою при работе устройства.

Токоподводы 6 электродов 5 и токоподводы 10 электродов 9 через коммутатор 33 соединены с источником 34 электрической энергии. Обрабатываемая пластина 35 из полупроводникового материала устанавливается на поверхность полимерного пленочного материала 3, при этом разделительные полосы 36 между сформированными на пластине 35 интегральными схемами 37 совмещаются с зазорами 32 между электродами 5 и 9. На электроды 5 и 9 подается напряжение от источника 34 электрической энергии. При этом в электростимулированном электроадгезионном контакте электроды 5 и 9 полимерный пленочный материал 3 пластина 35 возникает сила электростатического взаимодействия. Таким образом пластина 35 надежно фиксируется на поверхности опоры 4. Затем производится надрезание пластины 35 на требуемую глубину. Надрезание пластины 35 производится по разделительным полосам 36. После надрезания пластины 35 от источника 15 напряжения через коммутатор 14 токоподводы 13 на пьезоэлемент 12 подается разность потенциалов. Коммутатором 14 производится изменение подключения токоподводов 13 к полюсам источника 15 напряжения.

Под воздействием приложенного электрического напряжения от источника 15 пьезоэлемент 12 увеличивается или уменьшается в размерах в направлении, указанном стрелкой. Это изменение размеров регулируется значением напряжения, приложенного через токоподводы 13 к пьезоэлементу 12 от единиц до десятков единиц мкм.

При увеличении размеров пьезоэлемента 12 усилие от пьезоэлемента 12 через корпус 1 и шток 11 стержень 23 шпильки 24 передается на пружинный элемент 20. Пружинный элемент 20 растягивается. Шток 11 с соединенными с ним толкателями 8 перемещается относительно корпуса 1, при этом толкатели 8 через электроды 9, полимерный пленочный материал 3 передают усилие на пластину 35. Пластина 35 деформируется и в местах, где произведены надрезы, изгибается. В местах изгиба пластины 35 возникают наибольшие механические напряжения. При многократном изменении полярности приложенного электрического напряжения от источника 15 к токоподводам 13 пьезоэлемента 12 происходит (колебание) многократное изменение радиуса кривизны пластины 35 в надрезах, что, в свою очередь, приводит к многократному изменению механических напряжений по величине и знаку и последующему возникновению трещин, которые распространяются по всей длине надрезов, произведенных в пластине 35. Таким образом, пластина 35 разделяется на отдельные кристаллы 39. После разделения пластины 35 на кристаллы 39 источники 34 и 15 коммутаторами 33 и 14 отключаются, а пластина с разделенными, но сохраняющими свою ориентацию на спутнике-носителе кристаллами, снимается с устройства.

Таким образом, благодаря повышению надежности работы устройства за счет осуществления постоянного взаимодействия элементов устройства без трения поверхностей толкателей о поверхности элементов привода удалось увеличить ресурс работы и производительность устройства при ориентированном разделении пластин на кристаллы.

Изобретение используется для фиксации пластин из полупроводникового материала при обработке и разделении их на отдельные кристаллы. Цель: повышение производительности, повышение надежности работы. Сущность изобретения: с корпусом 1 электроадгезионного закрепляющего устройства соединен механизм 2 для закрепления полимерного пленочного материала 3, опора с отверстиями 7, пьезоэлемент 12, через отверстия 7 проходят толкатели 8, соединенные с штоком 11, который взаимодействует с пьезоэлементов 12. Шток 11 соединен предварительно растянутым пружинным элементом 20 с корпусом 1 таким образом, что система корпус 1 пружинный элемент 20 шток 11 передает сжимающее усилие от пружинного элемента 20 на пьезоэлемент 12. 1 з. п. ф-лы, 12 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, В УСТАНОВКАХ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ИХ НА КРИСТАЛЛЫ, содержащее корпус, в котором закреплена пленка из полимерного материала, механизм натяжения пленки, соединенную с корпусом опору с отверстиями, соединенные с опорой электроды с токоподводами, установленные в отверстиях опоры, и механизм перемещения электродов, отличающееся тем, что оно снабжено пьезоэлементом с токоподводами для подключения к источнику напряжения, штоком и пружинным элементом, причем базовая поверхность пьезоэлемента соединена с корпусом, а рабочая поверхность пьезоэлемента соединена с одним из концов штока, механизм перемещения электродов выполнен в виде толкателей, размещенных в отверстиях опоры и соединенных с другим концом штока, при этом пружинный элемент одним концом соединен с корпусом, а другим канцом с концом штока со стороны размещения пьезоэлемента. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пружинный элемент выполнен в виде шейки, образованной в шпильке, один конец которой соединен с корпусом, а другой конец со штоком.