EP0334751A1 - Procédé et dispositif de clivage d'une plaquette de silicium - Google Patents
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- B28D5/0052—Means for supporting or holding work during breaking
Definitions
- the invention relates to the field of cleavage of silicon wafers intended to be used as integrated circuit supports.
- the invention relates to both a method and a device for cleaving such a wafer.
- Cleavage that is to say the action of splitting an object in the direction of the layers which constitute it, is necessary at different stages of the manufacture of silicon wafers. Indeed, it is essential to carry out, during manufacture, several analyzes on these silicon wafers, in order to monitor and verify their correct manufacture. Observations and verifications under the microscope are generally always practiced. For this purpose, it is therefore necessary to take samples of platelets by splitting them. Currently, these verifications are carried out by operators, either manually with all the uncertainties that this represents, or by means of different equipment. Grinding wheels, diamond saws can be used to perform the cutting, but have many disadvantages. These are among others, a high cost, long production times, polluting work.
- the object of the invention is to overcome these drawbacks.
- a first main object of the invention is a method of cleavage of a silicon wafer having at least one flat machined on the circumference of said wafer and oriented at 90 ° relative to the cleavage lines of the wafer, the method being characterized in that it comprises the following stages: - positioning of the plate relative to a constraint tool in a determined position, - fixing of the plate in said position determined at using fixing means, and - Cleavage of the wafer by controlled action on the wafer of said constraint tool which consists of a tip of a material of great hardness.
- the latter advantageously consists of a diamond point.
- the positioning of the plate is also carried out using at least one flat, and relative to the fixing means which are themselves positioned relative to the constraint tool.
- a particular embodiment of the invention provides that the fixing means have a means for separating the plate from the two sides of the cleavage line on which the pressure is applied and perpendicular to the flat used for positioning.
- the method according to the invention makes it possible, once a first cleavage has been carried out, to effect a second by using, for positioning the wafer, either a second flat, or the first cleavage.
- a second main object of the invention is a cleavage device using the method described above, and characterized in that: the positioning means consist of a jack actuating a support for the wafer and a base constituting a bearing surface on which the wafer is positioned, -
- the fixing means consist of the base and a flange, means for bringing this base and this flange closer together are provided for fixing the plate, the constraint tool is movable parallel to the support for its positioning and is movable perpendicular to the support for its action on the wafer, and in that it comprises a mobile optical sighting device parallel to the support for precisely positioning the wafer on the support.
- a particular embodiment of the device according to the invention provides that the base of the fixing means comprises a "V" edge, thus constituting the means for separating the wafer.
- the insert support can be moved horizontally and perpendicular to the horizontal movement of the tool, thanks to a micrometric screw.
- the tightening of the wafer by tightening the flange towards the base, and in particular towards the "V" of the base, can be carried out by means of the jack actuating the support of the wafer vertically.
- a silicon wafer 2 is shown, placed on a support 4, against a base 6.
- a silicon wafer of this type has at minus one flat, two flat 8 have been shown here. It is by bringing a flat 8 into contact with the base 6 that we position along an axis XX ′ perpendicular to the contact surface of the base, the silicon wafer 2. Its positioning along an axis YY ′, perpendicular to the first axis XX ′ is ensured by a displacement of the support 4 along this axis YY ′.
- the silicon wafers have, because of their crystal structure, cleavage lines, identified in this figure, generally oriented at 90 ° relative to each other. This orientation is identified by the two flats 8 machined on the circumference of the silicon wafer 2. It will be recalled that mechanical stresses exist inside the silicon wafer, and are arranged in the axis of the cleavage lines. They allow instant breakage of the wafer, when a slight pressure is exerted on these stresses, using a tip of a material of very high hardness, for example a diamond tip.
- the means for positioning the silicon wafer 2 are completed by a first small-sized jack 12, called a micro jack, which actuates the support 4 of the wafer 2 vertically.
- the transverse displacement of the wafer along the axis YY ′ is obtained using a micrometric screw 32 which drives the micro-jack 12 and the support 4. This movement makes it possible to bring the wafer on the axis XX ′ of the figure 1.
- the method according to the invention uses a constraint tool 14 to exert pressure on the wafer.
- This constraint tool 14 should preferably act perpendicular to the surface of the silicon wafer 2. It consists of a point made of a material of very high hardness, preferably a diamond point.
- this constraint tool 14 is carried by a tool holder 16 which is mounted movable in translation along the axis XX ′ previously defined, and this by means of two guide bars 18.
- an aiming device 20 is used, also mounted in translation on the two guide bars 18.
- Fixing means are used for this purpose, which here consist mainly of the base 6 previously used for positioning the wafer. The clamping of the latter against the base 6 is ensured by a flange 22.
- the clamping lugs 24 of the flange 22 can be lowered against the silicon wafer 2, which is in abutment against the base 6.
- a means for separating the latter from the two sides of the cleavage line on which the pressure is applied are provided.
- a V-shaped edge 26 is provided on the base 6, the point of the "V” being oriented upwards and constituting a support for the plate. This "V" point 26 is oriented along the cleavage line which will be used during the cleavage, that is to say perpendicular to the flat 8 bearing against the base.
- This “V” point 26 furthermore makes it possible to prevent the flange 22 from flaking during cleavage, or even in certain cases, breaking the silicon wafer 2. On the other hand, it eliminates parasitic stresses and allows the symmetrical distribution of the tensions created by the flange 22.
- a possible embodiment of the tightening can be controlled by the micro-jack 12 used for positioning the support 4.
- an arm 30 is used which is integral with the movable piston of the jack and carrying a rod 28, placed vertically, so as to come to bear below the flange 22.
- the support is also in the high position, as is this rod 28.
- the plate of silicon 2 is in the cleavage position, and the flange 22 is raised by the rod 28, the fixing means being in the loosened position.
- the mobile piston of the micro-jack 12 is lowered, as well as the support 4 and the rod 28.
- the flange 22 can therefore descend to come and tighten the silicon wafer 2.
- the force of this tightening is calibrated and can be obtained by means of a second cylinder 34.
- the following operation consists in putting the constraint tool 14 in position for cleavage.
- the latter is located as close as possible to the base 6, between the two clamping tabs 24 of the flange 22.
- the constraint tool is as close as possible to the silicon wafer 2, the cleavage can take place.
- the method according to the invention provides that the pressure action exerted by the constraint tool on the wafer is controlled, and calibrated.
- This pressure action is not carried out by the operator but is applied for example by a calibrated spring, housed in the tool holder 16 of the constraint tool 14.
- This pressure is preferably perpendicular to the plane of the insert.
- the cleavage of the silicon wafer is instantaneous and is carried out along the cleavage line perpendicular to the flat surface 8 for positioning against the base 6.
- the method according to the invention allows, after a first cleavage, to carry out a second. Indeed, and for this purpose, one can use a second flat, perpendicular to the first in the case where one wants to perform a cleavage perpendicular to the first. If we want to make this second cleavage parallel to the first, it is possible to use as flat positioning the new edge created by the previous cleavage.
- the method and the device according to the invention offer the following advantages.
- the state of the wafer after cleavage allows direct control of the sample taken.
- the system according to the invention makes it possible to eliminate polishing and cleaning operations.
- the limitation or absence of machining permitted by the use of the device according to the invention eliminates or limits the splashing of splinters which are, in certain machining cases, a danger for the operator.
- the device according to the invention In the case of a circuit very advanced in its production, the device according to the invention remains of rapid use, although reduced operations of polishing and cleaning are in this case necessary.
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Abstract
- positionner la plaquette (2) sur un support (4) par rapport à un outil de contrainte (14) dans une position déterminée,
- fixer la plaquette (2) dans cette position,
- cliver la plaquette (2) par action contrôlée de l'outil, grâce aux contraintes de clivage permettant la rupture instantanée de la plaquette (2). Le dispositif de clivage comporte également un dispositif de visée (20) mobile en translation de même que l'outil de contrainte (14).
Description
- L'invention concerne le domaine du clivage des plaquettes de silicium destinées à être utilisées en tant que supports de circuits intégrés.
- L'invention a trait à la fois à un procédé et à un dispositif de clivage d'une telle plaquette.
- Le clivage, c'est-à-dire l'action de fendre un objet suivant la direction des couches qui le constituent, est nécessaire à différents stades de la fabrication des plaquettes de silicium. En effet, il est indispensable d'effectuer, en cours de fabrication, plusieurs analyses sur ces plaquettes de silicium, pour en surveiller et vérifier la correcte fabrication. Des observations et vérifications au microscope sont généralement toujours pratiquées. Dans ce but, il faut donc prélever des échantillons de plaquettes en fendant ces dernières. Actuellement, ces vérifications sont effectuées par des opérateurs, soit manuellement avec toutes les incertitudes que cela représente, soit par l'intermédiaire de différents appareillages. Des meules, des scies-diamant peuvent être utilisées pour effectuer le découpage, mais présentent de nombreux inconvénients. Ces derniers sont entre autres, un coût élevé, des temps de réalisation longs, un travail polluant.
- Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients.
- A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé de clivage d'une plaquette de silicium possédant au moins un méplat usiné sur la circonférence de ladite plaquette et orienté à 90° par rapport aux lignes de clivage de la plaquette, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- positionnement de la plaquette par rapport à un outil de contrainte dans une position déterminée,
- fixation de la plaquette dans ladite position déterminée à l'aide de moyens de fixation, et
- clivage de la plaquette par action contrôlée sur la plaquette dudit outil de contrainte qui est constitué d'une pointe en un matériau de grande dureté. - En effet, la structure d'une telle plaquette est telle que des contraintes mécaniques sont disposées dans l'axe des lignes de clivage. Ces contraintes permettent la rupture instantanée de la plaquette, lorsque, à l'aide d'un outil approprié on exerce une légère pression au niveau de ces contraintes.
- Dans le procédé selon l'invention, il est prévu de positionner la plaquette perpendiculairement à l'outil de contrainte. Ce dernier est avantageusement constitué d'une pointe diamantée.
- Le positionnement de la plaquette s'effectue également à l'aide d'au moins un méplat, et par rapport aux moyens de fixation qui sont eux-mêmes positionnés par rapport à l'outil de contrainte.
- Une réalisation particulière de l'invention prévoit que les moyens de fixation possèdent un moyen de séparation de la plaquette des deux côtés de la ligne de clivage sur laquelle on applique la pression et perpendiculaire au méplat utilisé pour le positionnement.
- Le procédé selon l'invention permet, une fois un premier clivage effectué, d'en effectuer un second en utilisant pour le positionnement de la plaquette, soit un deuxième méplat, soit le premier clivage.
- Un deuxième principal objet de l'invention est un dispositif de clivage utilisant le procédé précédemment décrit, et caractérisé en ce que :
- les moyens de positionnement sont constitués d'un vérin actionnant un support de la plaquette et d'une embase constituant une surface d'appui sur laquelle la plaquette est positionnée,
- les moyens de fixation sont constitués de l'embase et d'une bride, des moyens de rapprochement de cette embase et de cette bride étant prévus pour fixer la plaquette,
- l'outil de contrainte est mobile parallèlement au support pour son positionnement et est mobile perpendiculairement au support pour son action sur la plaquette,
et en ce qu'il comprend un dispositif de visée optique mobile parallèlement au support pour positionner de façon précise la plaquette sur le support. - Une réalisation particulière du dispositif selon l'invention, prévoit que l'embase des moyens de fixation comprend une arête en "V", constituant ainsi le moyen de séparation de la plaquette.
- On peut prévoir que le dispositif de visée et l'outil de contrainte puissent être déplacés parallèlement au support de la plaquette à l'aide des mêmes guides. Le support de plaquette peut être mobile horizontalement et perpendiculairement au déplacement horizontal de l'outil, grâce à une vis micrométrique.
- D'une façon avantageuse, le serrage de la plaquette, par resserrement de la bride vers l'embase, et en particulier vers le "V" de l'embase, peut être effectué grâce au vérin actionnant verticalement le support de la plaquette.
- L'invention et ses caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit, et qui est annexée des quatre figures suivantes représentant :
- - la figure 1, un schéma d'une plaquette positionnée par rapport à ses lignes de clivage,
- - la figure 2, le dispositif selon l'invention pendant la phase de positionnement de la plaquette,
- - la figure 3, une réalisation possible des moyens de fixation du dispositif selon l'invention, et
- - la figure 4, le dispositif selon l'invention pendant la phase de clivage.
- Sur la figure 1, est représentée une plaquette de silicium 2, placée sur un support 4, contre une embase 6. De manière générale, une plaquette de silicium de ce type possède au moins un méplat, deux méplats 8 ont été ici représentés. C'est en mettant en contact un méplat 8 avec l'embase 6 que l'on positionne selon un axe XX′ perpendiculaire à la surface de contact de l'embase, la plaquette de silicium 2. Son positionnement selon un axe YY′, perpendiculaire au premier axe XX′ est assuré par un déplacement du support 4 le long de cet axe YY′.
- Les plaquettes de silicium possèdent, de par leur structure cristalline, des lignes de clivage, repérées 10 sur cette figure, orientées généralement à 90° les unes par rapport aux autres. Cette orientation est repérée par les deux méplats 8 usinés sur la circonférence de la plaquette de silicium 2. On rappelle que des contraintes mécaniques existent à l'intérieur de la plaquette de silicium, et sont disposées dans l'axe des lignes de clivage. Elles permettent la rupture instantanée de la plaquette, lorsqu'on exerce une légère pression au niveau de ces contraintes, à l'aide d'une pointe d'un matériau de très grande dureté, par exemple une pointe diamantée.
- En se référant maintenant à la figure 2, les moyens de positionnement de la plaquette de silicium 2 sont complétés d'un premier vérin 12 de petites dimensions, appelé micro-vérin, qui actionne verticalement le support 4 de la plaquette 2. Le déplacement transversal de la plaquette selon l'axe YY′ est obtenu à l'aide d'une vis micrométrique 32 qui entraîne le micro-vérin 12 et le support 4. Ce déplacement permet d'amener la plaquette sur l'axe XX′ de la figure 1. Pour effectuer le clivage, le procédé selon l'invention utilise un outil de contrainte 14 pour exercer une pression sur la plaquette. Cet outil de contrainte 14 doit agir de préférence perpendiculairement à la surface de la plaquette de silicium 2. Il est constitué d'une pointe en un matériau de très grande dureté, de préférence une pointe diamantée.
- Dans la réalisation représentée par la figure 2, cet outil de contrainte 14 est porté par un porte-outil 16 qui est monté mobile en translation selon l'axe XX′ précédemment défini, et ceci à l'aide de deux barres de guidage 18. Dans ce cas, et pour faciliter le positionnement de la plaquette de silicium 2, on utilise un dispositif de visée 20, monté également en translation sur les deux barres de guidage 18.
- Une fois la plaquette de silicium 2 positionnée, il est nécessaire de la fixer dans la position déterminée. On utilise à cet effet des moyens de fixation, qui sont ici constitués principalement de l'embase 6 précédemment utilisée pour le positionnement de la plaquette. Le serrage de celle-ci contre l'embase 6 est assuré par une bride 22.
- Ce serrage est mieux représenté sur la figure 3, où l'on voit la bride 22 montée pivotante en rotation autour d'un axe ZZ′, placée dans le même plan que celui de la plaquette de silicium 2 et perpendiculaire à l'axe transversal XX′.
- Par rotation de cette bride 22 autour de l'axe ZZ′, on peut abaisser les pattes de serrage 24 de la bride 22 contre la plaquette de silicium 2, qui est en appui contre l'embase 6. Pour faciliter la séparation de la plaquette de silicium 2 pendant le clivage, on prévoit d'utiliser un moyen de séparation de celle-ci des deux côtés de la ligne de clivage sur laquelle on applique la pression. Pour réaliser ces moyens de séparation, on a prévu sur l'embase 6 une arête en "V" 26, la pointe du "V" étant orientée vers le haut et constituant un appui pour la plaquette. Cette pointe en "V" 26 est orientée selon la ligne de clivage qui va être exploitée pendant le clivage, c'est-à-dire perpendiculairement au méplat 8 en appui contre l'embase. Cette pointe en "V" 26 permet en outre d'éviter que, lors du clivage, la bride 22 ne puisse écailler, ou même dans certains cas, casser la plaquette de silicium 2. D'autre part, elle élimine les contraintes parasites et permet la répartition symétrique des tensions créées par la bride 22.
- En référence aux figures 2 et 4, une réalisation possible du serrage peut être commandée par le micro-vérin 12 utilisé pour le positionnement du support 4. On utilise dans ce cas un bras 30 solidaire du piston mobile du vérin et portant une tige 28, placée verticalement, de façon à venir en appui en-dessous de la bride 22. Lorsque le piston mobile du micro-vérin 12 est monté, le support est également en position haute, de même que cette tige 28. La plaquette de silicium 2 se trouve dans la position de clivage, et la bride 22 se trouve soulevée par la tige 28, les moyens de fixation étant en position désserrée.
- Comme le montre la figure 4, dans la position de serrage, le piston mobile du micro-vérin 12 est descendu, de même que le support 4 et la tige 28. La bride 22 peut donc descendre pour venir serrer la plaquette de silicium 2. La force de ce serrage est calibrée et peut être obtenue par l'intermédiaire d'un deuxième vérin 34.
- L'opération suivante consiste à mettre l'outil de contrainte 14 en position pour le clivage. Cette dernière se situe au plus près de l'embase 6, entre les deux pattes de serrage 24 de la bride 22. Quand l'outil de contrainte est au plus près de la plaquette de silicium 2, le clivage peut avoir lieu.
- Le procédé selon l'invention prévoit que l'action de pression exercée par l'outil de contrainte sur la plaquette est contrôlée, et calibrée. Cette action de pression n'est pas effectuée par l'opérateur mais est appliquée par exemple par un ressort taré, logé dans le porte-outil 16 de l'outil de contrainte 14. Cette pression est de préférence perpendiculaire au plan de la plaquette de silicium 2. On utilise comme outil de contrainte 14, de préférence, une pointe diamantée. Le clivage de la plaquette de silicium est instantané et est effectué suivant la ligne de clivage perpendiculaire au méplat 8 de positionnement contre l'embase 6.
- Le procédé selon l'invention permet, après un premier clivage, d'en effectuer un deuxième. En effet, et dans ce but, on peut utiliser un deuxième méplat, perpendiculaire au premier dans le cas où l'on veut effectuer un clivage perpendiculaire au premier. Si on veut effectuer ce deuxième clivage parallèlement au premier, il est possible d'utiliser comme méplat de positionnement le nouveau bord créé par le clivage précédent.
- Le procédé et le dispositif selon l'invention offrent les avantages suivants.
- Selon l'avancement de la réalisation des circuits sur la plaquette de silicium, l'état de la tranche après clivage, permet un contrôle direct de l'échantillon prélevé.
- Divers défauts d'usinage inhérents aux dispositifs et systèmes de l'art antérieur, tels que les écailles, la forte pente, ainsi que des pollutions dues à l'abrasion disparaissent.
- Le système selon l'invention permet de supprimer des opérations de polissage et de nettoyage. De plus, la limitation ou l'absence d'usinage permise par l'emploi du dispositif selon l'invention supprime ou limite les projections d'éclats qui sont, dans certains cas d'usinage, un danger pour l'opérateur.
- Dans le cas d'un circuit très avancé dans sa réalisation, le dispositif selon l'invention reste d'un emploi rapide, bien que des opérations réduites de polissage et de nettoyage soient dans ce cas nécessaires.
- On remarque également que, par rapport au système utilisant des opérateurs en permanence, le coût du système selon l'invention est diminué.
Claims (11)
- positionnement de la plaquette (2) par rapport à un outil de contrainte (14),
- fixation de la plaquette (2) dans ladite position déterminée à l'aide de moyens de fixation (6, 22),
- clivage de la plaquette (2) par action contrôlée sur la plaquette (2) dudit outil de contrainte (14) qui est constitué d'une pointe en un matériau de grande dureté.
- les moyens de positionnement sont constitués d'un micro-vérin (12) actionnant un support (4) de la plaquette (2) et d'une embase (6) contre une surface d'appui de laquelle la plaquette (2) est positionnée,
- les moyens de fixation sont constitués de l'embase (6), d'une bride (22), et de moyens de rapprochement de cette embase (6) et de cette bride (22) pour fixer la plaquette (2),
- l'outil de contrainte (14) est mobile perpendiculairement à ladite surface d'appui de l'embase (6) pour son positionnement et mobile perpendiculairement au support (4) pour son action sur la plaquette (2),
et en ce qu'il comprend un dispositif de visée optique (20) mobile parallèlement au support (4) pour positionner de façon précise la plaquette (2) sur le support (4).
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Publications (2)
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| EP0334751A1 true EP0334751A1 (fr) | 1989-09-27 |
| EP0334751B1 EP0334751B1 (fr) | 1992-05-20 |
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Country Status (3)
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| FR (1) | FR2629008B1 (fr) |
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