Brevet FR2794284A1 — publié le 20001201

- 1 PROCEDE ET OUTILLAGE DE COUPE DE PRODUITS SEMICONDUCTEURS La présente invention concerne la fabrication des pro duits semiconducteurs et, plus particulièrement, la découpe de plaquettes semiconductrices pour individualiser les composants ou les circuits qui y ont été fabriqués. La figure 1 représente, de façon très schématique, une plaquette 1 en matériau semiconducteur (par exemple, en silicium) dans un cadre de manipulation 2 servant, en particulier, à mani puler la plaquette dans les étapes finales des procédés de fabri cation et, notamment, après que la plaquette 1 a été amincie, par exemple, par rectification de sa face arrière. Le cadre 2 a géné ralement la forme d'un anneau de diamètre interne légèrement supérieur au diamètre de la plaquette 1. La plaquette 1 est accrochée au cadre 2 par l'intermédiaire d'une feuille 3, collée par sa périphérie sur le cadre 2 et dont la partie centrale adhé sive est destinée à recevoir une des faces de la plaquette 1. Généralement, la face de la plaquette 1 qui est collée sur la feuille 3 est la face avant (celle qui comporte généralement les contacts) afin de la protéger pendant les étapes de découpe et, le cas échéant, de rectification de la face arrière. Une fois la plaquette amincie, celle-ci étant très fra gile, il est souhaitable de la laisser dans le même cadre jusqu'à individualisation des puces qu'elle comprend. La présente invention concerne plus particulièrement une technologie de découpe qui consiste à effectuer, généralement par sciage, une ébauche de découpe depuis une première face de la plaquette, puis à provoquer une cassure de l'épaisseur restante au moyen d'un couteau ou lame venant frapper l'autre face. Ainsi, la présente invention concerne plus particuliè rement la découpe de plaquettes de silicium selon un procédé com prenant essentiellement deux étapes respectivement de sciage et de casse. Ce procédé classique est illustré par les figures 2A et 2B qui sont des vues partielles et en coupe d'une plaquette 1 dans une région de découpe. Selon ce procédé, on effectue dans une première étape (figure 2A) des ébauches 4 de découpe entre les puces qui doivent être séparées. Ces ébauches de découpe sont généralement effec tuées sur une profondeur allant d'un tiers aux deux tiers de l'épaisseur de la plaquette 1. Puis, dans une deuxième étape, la portion restante de silicium dans les régions de découpe est brisée au moyen d'un couteau 5 qui est déplacé verticalement (perpendiculairement au plan de la plaquette) pour venir frapper la feuille adhésive 3 au droit de l'ébauche de découpe 4. On obtient ainsi des fractures 6 le long de tous les chemins de découpe. La dernière étape du pro cédé consiste à décoller, de la feuille adhésive 3, les puces désormais individualisées. Cette technique de découpe en deux étapes présentent de nombreux avantages, en particulier, en évitant que les puces soient ébréchées sur leur face arrière. Toutefois, un tel procédé de découpe pose des problèmes de mise en oeuvre. Un de ces problèmes est lié au caractère cir culaire des plaquettes semiconductrices. En effet, comme les pla quettes sont circulaires, les longueurs des chemins de découpe sont différentes selon que l'on se trouve en périphérie de la plaquette ou vers son centre. Cela conduit à ce que la longueur du couteau 5 doit être au moins égale au diamètre de la plaquette pour permettre de casser celle-ci dans sa partie centrale. La plaquette est en ef f et d 1 abord déplacée (par le déplacement du cadre) pas à pas (selon 1 1 écart entre deux chemins de découpe parallèles) dans une première direction horizontale (flèche f) pour placer successivement les chemins de découpes perpendiculai res à cette première direction à l'aplomb du couteau qui est déplacé verticalement (flèche f2). Puis, la plaquette est tournée dl un quart de tour pour que, avec un même déplacement pas à pas horizontal (flèche f), les ébauches de découpe qui sont parallè les à la première direction soient cassées, les puces étant géné ralement carrées. La figure 3 illustre, par une représentation schémati que en perspective, la mise en oeuvre du procédé de découpe clas sique au moyen d'un couteau 5 dont la longueur est au moins égale au diamètre de la plaquette 1. Comme la plaquette 1 est déplacée latéralement (flèche f) pour avancer de chemin de découpe en chemin de découpe dans le diamètre de la plaquette, il est nécessaire que le support de la plaquette (le cadre 21) soit d'un diamètre suffisant pour permet tre le passage du couteau 5 même en bord de la plaquette 1. Par conséquent, le diamètre du cadre 21 est nettement supérieur au diamètre du cadre (2, figure 1) qui est nécessaire pour les autres étapes de procédé. Le fait de recourir à un cadre 21 de plus grand diamè tre présente plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient est qu'il est nécessaire d'uti liser de plus grands supports et de nouvelles machines différen tes pour manipuler des cadres de plus grand diamètre. Il en résulte la nécessité d'effectuer des investissements importants. Un autre inconvénient est que cela entraîne une sur consommation de feuille adhésive 3, non justifiée par rapport au diamètre de la plaquette. Par exercple, pour traiter des plaquettes d'un diamètre d'environ 15 centimètres (6 pouces), on doit utiliser un couteau 5 d'une longueur supérieure à 15 centimètres. Cela rend néces saire l'utilisation de cadres 21 correspondant, par exen^ple, à ceux autrement utilisés pour les plaquettes d'un diamètre d'envi ron 20 centimètres (8 pouces). La présente invention vise à proposer un nouveau pro cédé de découpe et un outillage adapté qui pallie les inconvé nients ci-dessus. L'invention vise, plus particulièrement, à permettre la découpe de plaquette semiconductrice par un procédé de sciage et de casse qui ne nécessite pas d'augmentation du diamètre des cadres supportant les plaquettes. L'invention vise également à proposer une solution qui soit compatible avec les équipements de découpe actuels. Pour atteindre ces objets, la présente invention pré voit un procédé de découpe d'une plaquette en matériau semi- conducteur, consistant à casser la plaquette le long de chemins de découpe au moyen d'un couteau appliqué par à coup sur une feuille portant la plaquette dans un cadre, en utilisant des couteaux de longueurs différentes selon la région de la plaquette dans laquelle se trouve le chemin de découpe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la plaquette est déplacée pas à pas à l'aplomb d'un porte-outil selon une direction perpendiculaire à la direction des chemins de découpe, et la longueur des différents couteaux est adaptée à l'espace libre disponible à l'intérieur du cadre dans la région correspondante. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la plaquette est préalablement soumise à une découpe par sciage d'ébauches depuis la face opposée à la feuille support, et on utilise le même cadre pour le sciage et la casse. La présente invention prévoit aussi un porte-outil de coupe d'une plaquette semiconductrice par casse de cette plaquette le long de chemin de découpe rectilignes au moyen d'un couteau, comportant des moyens pour recevoir au moins deux couteaux de longueurs différentes et pour être entraîné en rotation pas-à-pas autour d'un axe pour changer le couteau actif vis-à-vis de la découpe de la plaquette. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le porte-outil comporte trois couteaux de longueurs différentes autour d'un noyau cylindrique, les couteaux étant régulièrement répartis angulairement autour du noyau. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque couteau est fixé de façon amovible sur une platine solidaire d'un noyau, propre à être entraîné en rotation autour de son axe. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de mise en oeuvre et de réalisa tion particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1, 2A, 2B et 3 qui ont été décrites précé demment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé ; la figure 4 représente, de façon très schématique et en coupe, une plaquette semiconductrice dans un cadre de découpe, illustrant un mode de mise en oeuvre de la présente invention ; la figure 5 représente, par une vue en perspective, un mode de réalisation d'un outil de coupe selon la présente inven tion ; et les f igures 6A à 6E illustrent un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention au moyen d'un outil de coupe tel qu'illustré par la figure 5. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes réfé rences aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, les représentations des f igures ne sont pas à l'échelle et seuls les éléments qui sont nécessaires à la corrpréhension de l'invention ont été représentés aux f igures et seront décrits par la suite. En particulier, la constitution d'une machine de découpe n'a pas été représentée, l'invention s'adaptant à une machine classique. Pour permettre la découpe, par casse au moyen d'un cou teau, d'une plaquette semiconductrice dans un cadre de diamètre réduit, une première solution serait d'utiliser un couteau dont la longueur serait adaptée à la plus petite dimension. Ce couteau de faible longueur et/ou la plaquette serait alors déplacé dans les deux directions dans la partie centrale de la plaquette de manière à permettre une casse de toute la longueur des chemins de découpe. Cette solution n'est pas pleinement satisfaisante pour plusieurs raisons. Tout d'abord, provoquer la casse de la plaquette en appliquant plusieurs fois un couteau de faible dimension le long d'un même chemin de découpe présente des risques importants de casse hors des chemins de découpe qui ne sont alors pas fracturés d'un seul coup. De plus, la mise en oeuvre d'une telle solution néces siterait une machine particulière qui, notamment, puisse déplacer le cadre contenant la plaquette et/ou le couteau dans les deux directions horizontales. Or, aujourd'hui, les machines classiques déplacent le cadre (donc la plaquette) toujours dans la même direction horizontale, la découpe des chemins perpendiculaires de la plaquette s'effectuant par une rotation d'un quart de tour du cadre support de la plaquette. Une caractéristique de la présente invention est de prévoir un changement de lame en cours de découpe d'une même pla quette. Par conséquent, selon la présente invention, on utilise un couteau de faible longueur quand on est proche de la périphé rie de la plaquette. Puis, on passe à un couteau de longueur supérieure dans une partie intermédiaire pour ensuite utiliser un couteau de plus grande longueur (maximale) au voisinage du centre de la plaquette. L'utilisation de plusieurs couteaux de longueurs diffé- rentes permet d'effectuer la découpe alors que la plaquette est collée sur une feuille associée à un cadre de dimension réduite. La f igure 4 illustre un mode de mise en oeuvre du pro cédé de 1 1 invention. Cette f igure est à rapprocher de la repré sentation de la figure 1. Elle représente, de façon schématique, une plaquette 1 devant être découpée, montée sur une feuille adhésive 3 portée par un cadre 2. A la f igure 4, on suppose que la plaquette 1 a déj à subi la première étape de découpe par sciage (f igure 2A) et doit désormais subir la deuxième étape de casse des ébauches de découpe (non représentées). Selon le mode de mise en oeuvre illustré par la f igure 4, on utilise successivement trois couteaux de longueurs diffé- rentes au fur et à mesure du déplacement horizontal pas à pas de la plaquette devant l'outil de coupe dans une direction perpendi culaire à la direction des chemins de découpe à casser (flèche f). Un premier couteau 10 de faible longueur est utilisé dans une première zone A périphérique de la plaquette 1. Un deuxième cou teau 11 légèrement plus long est utilisé dans une deuxième zone B de la plaquette 1. Un troisième couteau 12 est utilisé dans une troisième zone C de la plaquette comprenant sa partie centrale. Puis, on réutilise le deuxième couteau 11 dans une quatrième zone D où la longueur disponible correspond à celle de la zone B. Enfin, on réutilise le premier couteau 10 dans une cinquième zone E correspondant au deuxième bord de la plaquette dans le sens de la flèche f. Un avantage de la présente invention est que la pla quette reste déplacée à l'aplomb du couteau dans une seule direc tion, ce qui est compatible avec l'utilisation des machines clas siques. Une première solution pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention consiste à changer le couteau du porte-outil d'une machine classique au fur et à mesure que la plaquette se déplace devant le porte-outil dans le diamètre de la plaquette. Toute fois, une telle solution est peu commode et ralentit la durée du processus de découpe. Ainsi, selon un mode de mise en oeuvre préf éré de la présente invention, on utilise un outil de coupe particulier qui sera décrit par la suite en relation avec la f igure 5. Cette figure 5 représente, par une -vue en perspective, un porte-outil caractéristique de l'invention adapté à la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Une caractéristique de ce porte-outil 20 est qu'il porte plusieurs couteaux 10, 11, 12 autour d'un noyau cylindrique 21 propre à être tourné autour de son axe 22. La longueur du noyau cylindrique 21 correspond au moins à la longueur du couteau 12 de plus grande longueur. Dans le mode de réalisation illustré en figure 5, trois platines 23, 231 et 2311 sont pré-vues en saillie de la surface externe du cylindre 21 en étant régulièrement réparties de façon angulaire. Chaque platine 23, 231, 2311 représente, par exemple, une longueur correspondante à la longueur du noyau cylindrique 21 et est destinée à recevoir l'un des couteaux 10, 11, 12. Par exemple, chaque couteau est monté sur le porte-outil 20 en étant visé ou riveté 24 contre l'une des platines 23, 231, 23". Pour passer d'un couteau au couteau suivant lors de la progression linéaire de la plaquette 1 (flèche f, figure 4), le porte-outil 20 est entraîné en rotation d'un tiers ou de deux tiers de tour, par exemple, dans le sens de la flèche fi. Un avantage de la présente invention est que le recours à un porte-outil rotatif 20 tel qu'illustré par la figure 5 opti mise la mise en oeuvre du procédé de découpe. Tout d'abord, un tel porte-outil est compatible avec un déplacement linéaire pas à pas dans une seule direction au moyen de la machine de découpe. De plus, la rotation du porte-outil autour de son axe 22 permet de changer le couteau devant travailler au fur et à mesure de l'avancement de la plaquette devant le porte-outil. L'adaptation d'une machine de découpe classique pour mettre en place le porte-outil de l'invention et son système de rotation autour de l'axe 22 est à la portée de lIh#me du métier. On notera que l'entraînement en rotation du porte-outil sera, de préférence, commandé par un moyen motorisé de façon à permettre son automatisation. Les f igures 6A à 6E illustrent un mode de mise en oeuvre de la présente invention en utilisant un porte-outil 20 tel qu 1 illustré par la f igure 5, pour découper une plaquette 1 dans un support 2 tel qu'illustré par la figure 4. La figure 6A représente le porte-outil 20 dans une pre mière position où la lame 10 la plus courte est utilisée. Ce couteau est utilisé dans une région A de la plaquette corres pondant au bord de celle-ci dans la direction de la flèche f. La figure 6B illustre la position du porte-outil 20 dans la région intermédiaire B où le couteau il de longueur intermédiaire entre les couteaux 10 et 12 est utilisé. Le porte- outil 20 a donc subi une rotation d'un tiers de tour entre les figures 6A et 6B dans le sens de la flèche fi. La figure 6C illustre la position du porte-outil 20 après une rotation supplémentaire d'un tiers de tour par rapport à la figure 6B pour que le couteau 12 soit utilisé dans la région centrale C de la plaquette 1. Les figures 6D et 6E illustrent les positions respec tives de l'outil de coupe 20 dans les régions respectives D et E de la plaquette 1 qui correspondent aux utilisations des couteaux 11 et 10. Entre la région C et la région D, le porte-outil a subi soit deux tiers de tour dans le sens de la f lèche f 1, soit une rotation d'un tiers de tour dans le sens inverse à cette flèche f 1. Entre les f igures 6D et 6E, le porte-outil a, de même, subi soit une rotation de deux tiers de tour dans le sens de la flèche fi, soit une rotation d'un tiers de tour dans le sens inverse. Aux f igures 6A à 6E, les déplacements verticaux du porte-outil 20 pour atteindre la plaquette ont été symbolisés par des flèches f2. Bien qu'elle ait été décrite en relation avec des puces rectangulaires, on notera que l'invention peut également être mise en oeuvre pour la découpe de puces de formes différentes (par exemple, octogonales) , pour-vu que les chemins de découpe soient rectilignes. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'adaptation d'une machine de découpe classique pour mettre en place un outillage prévu par l'invention est à la portée de 1, homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. De plus, on notera que si le recours à trois couteaux de longueurs différentes correspond à un mode de réalisation pré féré pour léquilibre qu'il représente au niveau du porte-outil 20, et le nombre minimal de régions différentes dans la pla quette, un nombre différent de couteaux pourra être utilisé, pourvu que ce nombre soit supérieur à 1. De même, le dimensionnement des couteaux est à la portée de l'homme du métier en fonction du diamètre des plaquettes à traiter et du diamètre interne des cadres support. A titre d'exemple particulier de réalisation, pour des plaquettes d'environ 150 mm de diamètre portées dans des cadres d'un diamètre intérieur d'environ 195 mm, on pourra utili ser trois couteaux 10, li et 12 ayant des longueurs respectives de 100, 135, 155 mm. En outre, les moyens de montage des couteaux sur le porte-outil rotatif 20 ayant été décrits à titre d'exemple pour ront être remplacés par des moyens analogues, pourvu qu'ils pré servent un changement de couteau par rotation du porte-outil. Enfin, on notera que, si le déplacement de la plaquette à l'aplomb du couteau constitue un mode de réalisation habituel, on peut aussi déplacer le porte-outil dans un plan parallèle au plan de la plaquette. REVENDICATIONS 1. Procédé de découpe d'une plaquette (1) en matériau semiconducteur, consistant à casser la plaquette le long de che mins de découpe au moyen d'un couteau (10, 11, 12) appliqué par à coup sur une feuille (3) portant la plaquette dans un cadre (2), caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des couteaux de lon gueurs différentes selon la région (A, B, C, D, E) de la pla quette dans laquelle se trouve le chemin de découpe. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la plaquette (1) est déplacée pas à pas à l'aplomb d'un porte-outil (20) selon une direction (f) perpendiculaire à la direction des chemins de découpe, caractérisé en ce que la longueur des diffé- rents couteaux (10, 11, 12) est adaptée à l'espace libre disponi ble à l'intérieur du cadre (2) dans la région correspondante. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la plaquette (1) est préalablement soumise à une découpe par sciage d'ébauches (4) depuis la face opposée à la feuille support (3), caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser le même cadre (2) pour le sciage et la casse. 4. Porte-outil de coupe (20) d'une plaquette semi- conductrice par casse de cette plaquette (1) le long de chemin de découpe rectilignes au moyen d'un couteau, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour recevoir au moins deux couteaux (10, 11, 12) de longueurs différentes et pour être entraîné en rotation pas-à-pas autour d'un axe (22) pour changer le couteau actif vis-à-vis de la découpe de la plaquette. 5. Porte-outil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte trois couteaux (10, 11, 12) de longueurs diffé- rentes autour d'un noyau cylindrique (21), les couteaux étant régulièrement répartis angulairement autour du noyau (21). 6. Porte-outil selon la revendication 4 ou 5, caracté risé en ce que chaque couteau (10, 11, 12), est fixé de façon amovible (24) sur une platine (23, 231, 2311) solidaire d'un noyau (21), propre à être entraîné en rotation autour de son axe (22).