УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ КРИСТАЛЛОВ ДЛЯ УТОНЕНИЯ

Область применения
Полезная модель относится к области обработки интегральных микросхем перед корпусированием и предназначена для крепления кремниевых пластин или их частей, а также отдельных кристаллов в установке для утонения.
Уровень техники
В настоящее время процессы корпусирования интегральных микросхем являются довольно хорошо исследованным и отработанным процессом. В классическом случае технология корпусирования состоит из нескольких процессов - предварительной подготовки, монтаж кристаллов на подложку, создание электрических соединений, создание слоя компаунда для электрической и физической защиты чувствительных элементов схемы кристалла, создание шариковых выводов с обратной стороны для крепления к печатной плате, разделение подложки на отдельные модули, а также их тестирование, маркировка и упаковка.
Процесс предварительной подготовки (Pre-Assembly) кремниевых пластин является одним из основных этапов корпусирования интегральных микросхем и включает в себя технологические операции утонения кремниевых пластин и резки на отдельные кристаллы. Существует два основных подхода к данному процессу - утонение перед резкой (Grinding before Dicing, GBD) и резка перед утонением (Dicing before Grinding, DBG). Первый подход (GBD) подразумевает операции: ламинирования пластин с лицевой стороны защитной пленкой; утонение с обратной стороны; монтирование утоненной пластины тыльной стороной на рамку с пленкой; удаление защитной пленки с лицевой стороны; резка пластины на отдельные кристаллы на рамке с пленкой. При DBG подходе пластины надрезаются с лицевой стороны до определенной глубины, после чего утоняются с обратной до разделения кристаллов.
Современные промышленные установки для утонения предназначены для шлифовки и последующей полировки кремниевых пластин фиксированного диаметра. Рабочий столик установки для утонения имеет диаметр, соответствующий диаметру используемых пластин: 100, 150, 250, 300, 400, 500 мм и др. Тенденция к увеличению диаметра пластин обуславливается увеличением количества кристаллов на одной пластине и, соответственно, снижением себестоимости отдельных кристаллов. Крепление пластин к столику объектов в установке, как правило, обеспечивается посредством вакуумного прижима. Прижим может обеспечиваться вакуумным держателем, включающим ряд отверстий, в том числе с контролируемой конфигурацией для различных форм и диаметров пластин. Однако, при работе с тонкими и сверхтонкими (менее 100 мкм) пластинами отверстия вакуумного держателя могут повредить кристаллы. Поэтому наиболее распространенным вариантом вакуумного прижима является пористый керамический держатель, содержащий микропористый материал, обеспечивающий равномерный прижим по всей площади столика объектов.
Следует отметить, что существует проблема утонения пластин нестандартного диаметра, частей пластин или отдельных кристаллов. Для этого могут создаваться специализированные устройства или оснастка оборудования, позволяющая закреплять такие объекты.
Известно устройство крепления кристаллов для утонения, представленное в патенте [1]. Устройство состоит из основания, клея, пластины-шаблона и слоя, ограничивающего травление (etch stop). Основание состоит из твердого полупроводникового материала и является основой, на которую наносится слой, ограничивающий травление, который используется для дальнейшего процесса корпусирования кристаллов. На данный слой наносится клей, с помощью которого к основанию присоединяется пластина-шаблон и кремниевые кристаллы. Пластина-шаблон состоит из твердого полупроводникового материала, должна быть по размерам равна основанию и иметь несколько отверстий, размеры которых больше, по крайней мере, одного кристалла. Кремниевые кристаллы монтируются лицевой стороной вниз и располагаются в окнах, образуемых пластиной-шаблоном. После этого все полости между пластиной-шаблоном и кристаллами заполняются клеем, чтобы планаризовать шлифуемую поверхность. Затем происходит процесс утонения кристаллов со стороны пластины-шаблона до требуемой толщины. После этого все крепежное устройство монтируется на еще одну положку для дальнейшего процесса корпусирования.
К недостаткам данного устройства можно отнести сложность конструкции с использованием жесткого основания, клея, пластины-шаблона и слоя, ограничивающего травление. Кроме того, для монтажа кристаллов на основание требуется две стадии нанесения клеевого слоя: сперва для монтажа пластины шаблона и кристаллов, а затем для планаризации конструкции.
Также известно устройство крепления кристаллов, представленное в патенте [2]. Устройство состоит из основания, клея, фоторезиста и пленки. Основание состоит из кремния и является основой, на которую с помощью клея монтируются кристаллы лицевой стороной вверх. Затем поверх кристаллов и основания наносится фоторезист, который служит для уменьшения загрязнения лицевой стороны кристалла удаляемым материалом в ходе процесса утонения. Поверх фоторезиста наносится пленка, предотвращающая механическое повреждение лицевой стороны кристалла. Затем устройство для крепления кристаллов помещается в установку для утонения, причем утонение осуществляется со стороны кремниевого основания. В ходе утонения сначала кремниевое основание полностью удаляется абразивом, а только потом начинается утонение кристаллов до требуемой толщины. После утонения кристаллы монтируются на пленку тыльной стороной, а фоторезист и пленка, которые находятся с лицевой стороны кристалла, удаляются.
Основными недостатками данного устройства также является сложность конструкции с использованием жесткого основания, клея, фоторезиста и пленки, при том, что в ходе утонения основание сшлифовывается полностью. Также к недостаткам устройства можно отнести использование клеевого слоя для крепления кристаллов к основанию и необходимость использования специального оборудования, осуществляющего такое крепление.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и выбранным за прототип является устройство, представленное в патенте [3]. Устройство крепления кристаллов для утонения состоит из основания, пленки и клея. Основание состоит из твердого материала, например, боросиликатного стекла, и предоставляет механическую поддержку для утоняемых кристаллов. Монтаж кристаллов на основание осуществляется с помощью пленки и клея. На первом этапе кристаллы монтируются на пленку тыльной стороной. Затем на лицевую сторону кристаллов наносится клей, после чего кристаллы монтируются передней стороной на основание. В ходе монтажа кристаллов на основание может применяться вакуум для удаления воздуха из пространства между пленкой и основанием. После этого основание с кристаллами и пленкой устанавливается в зажимное устройство для дальнейшего утонения. Утонение осуществляется со стороны пленки, часть которой удаляется на начальных ее этапах. После утонения клеевой слой удаляется жидким растворителем и кристаллы отделяются от основания с помощью с помощью вакуумного захвата.
К основным недостаткам данного устройства относится сложность конструкции и большое количество операций при подготовке к утонению и полировке с использованием основания, клеевого слоя, пленки и использование специального оборудования, осуществляющего крепление пленки с кристаллами к основанию. Кроме того, при отделении пластин нестандартной формы и большой площади от жесткого основания после утонения возможны механические повреждения пластин.
Технический результат предлагаемого устройства состоит в упрощении конструкции устройства и повышении удобства эксплуатации за счет снижения количества операций для подготовки как пластин нестандартной формы и размеров, так и отдельных кристаллов для операции утонения.
Достигается технический результат за счет того, что основание с клеевым слоем выполнено в виде гибкой пленки, закрепленной на жесткую рамку с магнитными держателями. При этом механическая жесткость конструкции достигается за счет прижатия пленки к вакуумному столику установки по утонению и натяжения пленки на устройстве крепления за счет магнитных держателей.
Перечень фигур
Устройство пояснено на чертежах, где фиг. 1 - устройство крепления для утонения кристаллов (изометрия); фиг. 2 - устройство крепления для утонения кристаллов с расколотой пластиной, нестандартной формы и размеров, установленное на столике объектов (изометрия); фиг. 3 - устройство крепления для утонения кристаллов, установленное на столике объектов (вид сбоку).
Устройство крепления кристаллов для утонения состоит из основания 3 с клеевым слоем, на котором располагаются кристаллы 4 лицевой стороной вниз. Основание 3 с клеевым слоем выполнено в виде гибкой пленки, закрепленной на жесткую рамку 1 с магнитными держателями 2. Жесткая рамка 1 с магнитными держателями 2 имеет внутренний диаметр больше диаметра пористого керамического держателя 7, расположенного на столике объектов 6 установки для утонения.
Устройство используется следующим образом. Монтирование пластин 5 нестандартной формы и размеров или отдельных кристаллов 4, происходит на установке для монтажа на рамку. Кристаллы монтируются на пленку 3 с клеевым слоем лицевой стороной вниз, которая при помощи клеевого слоя закрепляется на жесткой рамке 1. Устройство крепления кристаллов для утонения при помощи магнитных держателей 2 закрепляется на металлическом столике объектов 6, тем самым натягивая пленку 3 с клеевым слоем на поверхность пористого керамического держателя 7. Механическая жесткость крепления как пластин 5 нестандартной формы и размеров, так и отдельных кристаллов 4 во время шлифовки и полировки достигается за счет вакуумного прижатия пленки 3 по всей площади к пористому керамическому держателю 7, расположенному на столике объектов 6.
БИБЛИОГРАФИЯ
[1] Mountain D.J., Method of thinning integrated circuits received in die form, US Patent No 6013534 A, 11.01.2000.
[2] Hampton K.W., Die thinning methods, US Patent No. 6861336 B1, 01.03.2005.
[3] Thompson J.C., Tepolt G.B., Racz L.M., Die thinning processes and structures, US Patent
No. 7960247 B2, 14.06.2011.