Pourquoi faut-il éclaircir ?

Lors de la phase de traitement en arrière-plan, letranche (plaquette de siliciumLes puces comportant des circuits intégrés sur la face avant doivent être amincies sur la face arrière avant les étapes de découpe, de soudage et d'encapsulation. Ceci permet de réduire la hauteur de montage du boîtier, le volume de la puce, d'améliorer son efficacité de diffusion thermique, ses performances électriques et ses propriétés mécaniques, et de limiter le nombre d'étapes de découpe. L'amincissement de la face arrière présente l'avantage d'être à la fois très efficace et peu coûteux. Il a remplacé les procédés traditionnels de gravure chimique et ionique pour devenir la technologie d'amincissement de la face arrière la plus importante.

La plaquette amincie

Comment maigrir ?

Principale étape d'amincissement des plaquettes dans le procédé d'encapsulation traditionnel

Les étapes spécifiques detrancheL'amincissement consiste à coller la plaquette à traiter sur un film d'amincissement, puis à utiliser le vide pour fixer ce film et la puce qu'il contient sur le plateau porte-plaquette en céramique poreuse. Les axes des meules diamantées en forme de coupelle, intérieure et extérieure, sont ensuite alignés sur le centre de la plaquette de silicium. La plaquette et la meule tournent alors autour de leurs axes respectifs pour effectuer la rectification en profondeur. La rectification comprend trois étapes : l'ébauche, la finition et le polissage.

La plaquette sortant de l'usine est meulée sur sa face arrière afin d'obtenir l'épaisseur requise pour le conditionnement. Lors de cette opération, un ruban adhésif est appliqué sur la face avant (zone active) pour protéger la zone du circuit, tandis que la face arrière est meulée simultanément. Après la meulage, le ruban adhésif est retiré et l'épaisseur est mesurée.
Les procédés de broyage qui ont été appliqués avec succès à la préparation des plaquettes de silicium comprennent le broyage sur table rotative,plaquette de siliciumRectification par rotation, rectification double face, etc. Avec l'amélioration constante des exigences de qualité de surface des plaquettes de silicium monocristallin, de nouvelles technologies de rectification sont constamment proposées, telles que la rectification TAIKO, la rectification chimico-mécanique, la rectification par polissage et la rectification par disque planétaire.

Rectification sur table rotative :

Le meulage sur table rotative est un procédé de meulage ancien utilisé pour la préparation et l'amincissement de la face arrière des plaquettes de silicium. Son principe est illustré sur la figure 1. Les plaquettes de silicium sont fixées sur les ventouses de la table rotative et tournent de manière synchrone grâce à celle-ci. Les plaquettes elles-mêmes ne tournent pas autour de leur axe ; la meule est avancée axialement tout en tournant à grande vitesse, et son diamètre est supérieur à celui de la plaquette. Il existe deux types de meulage sur table rotative : le meulage par plongée et le meulage tangentiel. Dans le meulage par plongée, la largeur de la meule est supérieure au diamètre de la plaquette, et la broche de la meule avance en continu axialement jusqu'à ce que l'excédent soit usiné, puis la plaquette est mise en rotation par la table rotative. Dans le meulage tangentiel, la meule avance axialement, et la plaquette est mise en rotation par le disque rotatif. Le meulage est effectué par un mouvement de va-et-vient ou par glissement.

Figure 1, schéma du principe de rectification sur table rotative (face tangentielle)

Comparée à la rectification traditionnelle, la rectification sur table rotative présente l'avantage d'un taux d'enlèvement de matière élevé, de faibles dommages de surface et d'une automatisation aisée. Cependant, la surface de rectification effective (rectification active) B et l'angle de coupe θ (angle entre le cercle extérieur de la meule et le cercle extérieur de la plaquette de silicium) varient en fonction de la position de coupe de la meule, ce qui engendre une force de rectification instable. Il devient alors difficile d'obtenir une précision de surface optimale (valeur TTV élevée) et le risque de défauts tels que l'écaillage et le fendillement des bords est accru. La technologie de rectification sur table rotative est principalement utilisée pour le traitement des plaquettes de silicium monocristallin de moins de 200 mm. L'augmentation de la taille des plaquettes impose des exigences plus élevées en matière de précision de surface et de précision de mouvement de la table de travail ; la rectification sur table rotative n'est donc plus adaptée au traitement des plaquettes de silicium monocristallin de plus de 300 mm.
Afin d'améliorer l'efficacité du meulage, les rectifieuses tangentielles planes commerciales adoptent généralement une structure à plusieurs meules. Par exemple, la machine est équipée d'un jeu de meules d'ébauche et d'un jeu de meules de finition, et la table rotative effectue un tour complet pour réaliser successivement l'ébauche et la finition. Ce type de machine comprend la G-500DS de la société américaine GTI (Figure 2).

Figure 2, rectifieuse à table rotative G-500DS de la société GTI aux États-Unis

Rectification par rotation des plaquettes de silicium :

Afin de répondre aux exigences de préparation et d'amincissement des plaquettes de silicium de grande taille, et d'obtenir une précision de surface avec une bonne valeur TTV, le chercheur japonais Matsui a proposé en 1988 une méthode de rectification rotative des plaquettes de silicium (rectification en marche). Son principe est illustré sur la figure 3. La plaquette de silicium monocristalline et la meule diamantée en forme de coupelle, fixées sur la table de travail, tournent autour de leurs axes respectifs, tandis que la meule est avancée en continu axialement. Le diamètre de la meule est supérieur à celui de la plaquette de silicium à traiter, et sa circonférence passe par le centre de celle-ci. Afin de réduire la force de rectification et la chaleur générée, la ventouse est généralement taillée en forme convexe ou concave, ou l'angle entre l'axe de la meule et celui de la ventouse est ajusté pour assurer une rectification semi-contact entre la meule et la plaquette.

Figure 3, Schéma du principe de meulage rotatif des plaquettes de silicium

Comparée à la rectification sur table rotative, la rectification rotative de plaquettes de silicium présente les avantages suivants : ① La rectification d'une seule plaquette en une seule opération permet de traiter des plaquettes de silicium de grande taille, supérieures à 300 mm ; ② La surface de rectification B et l'angle de coupe θ sont constants, et la force de rectification est relativement stable ; ③ En ajustant l'angle d'inclinaison entre l'axe de la meule et l'axe de la plaquette de silicium, il est possible de contrôler précisément la forme de la surface de la plaquette de silicium monocristallin. De plus, la rectification rotative de plaquettes de silicium offre les avantages suivants : rectification avec de larges marges, contrôle et détection aisés de l'épaisseur et de la qualité de surface en ligne, structure compacte, intégration aisée de plusieurs stations de rectification et rendement élevé.
Afin d'améliorer l'efficacité de la production et de répondre aux besoins des lignes de production de semi-conducteurs, l'équipement de rectification commercial basé sur le principe de la rectification rotative de plaquettes de silicium adopte une structure multibroches et multistations, permettant de réaliser la rectification grossière et la rectification fine en une seule opération de chargement et de déchargement. Associé à d'autres installations auxiliaires, il permet la rectification entièrement automatisée de plaquettes de silicium monocristallin, par cycles de séchage (« sèchement-entrée/sèchement-sortie ») et d'assemblage de cassettes (« cassette à cassette »).

Meulage double face :

Lors du meulage rotatif des plaquettes de silicium, qui consiste à usiner les faces supérieure et inférieure de la plaquette, la pièce doit être retournée et l'opération effectuée par étapes, ce qui limite l'efficacité. De plus, le meulage rotatif présente des défauts de surface dus à la reproduction de défauts (copie) et des marques de meulage. Il est également impossible d'éliminer efficacement les défauts tels que l'ondulation et la conicité présents à la surface de la plaquette de silicium monocristallin après découpe au fil (scie multiple), comme illustré sur la figure 4. Pour pallier ces inconvénients, la technologie de meulage double face est apparue dans les années 1990. Son principe est présenté sur la figure 5. Des mâchoires, réparties symétriquement de part et d'autre de la plaquette, la maintiennent dans un anneau de retenue et sont entraînées par un rouleau qui effectue une rotation lente. Deux meules diamantées en forme de coupelle sont positionnées de chaque côté de la plaquette. Entraînées par une broche électrique à coussin d'air, elles tournent en sens inverse et avancent axialement pour réaliser le meulage double face de la plaquette. Comme le montre la figure, le meulage double face permet d'éliminer efficacement les ondulations et les conicités de la surface d'une plaquette de silicium monocristallin après découpe au fil. Selon l'orientation de l'axe de la meule, le meulage double face peut être horizontal ou vertical. Le meulage double face horizontal réduit l'influence de la déformation de la plaquette due à son propre poids sur la qualité du meulage. De plus, il garantit des conditions de meulage identiques sur les deux faces de la plaquette et limite l'accumulation de particules abrasives et de copeaux. Il s'agit d'une méthode de meulage particulièrement avantageuse.

Figure 4, « Copie d’erreur » et défauts d’usure lors du meulage rotatif de plaquettes de silicium

Figure 5, schéma du principe de meulage double face

Le tableau 1 compare le meulage et le meulage double face des trois types de plaquettes de silicium monocristallin mentionnés ci-dessus. Le meulage double face est principalement utilisé pour le traitement des plaquettes de silicium de moins de 200 mm et offre un rendement élevé. Grâce à l'utilisation de meules abrasives fixes, le meulage des plaquettes de silicium monocristallin permet d'obtenir une qualité de surface nettement supérieure à celle obtenue par meulage double face. Par conséquent, le meulage rotatif et le meulage double face répondent tous deux aux exigences de qualité de traitement des plaquettes de silicium de 300 mm courantes et constituent actuellement les principales méthodes d'aplanissement. Le choix d'une méthode d'aplanissement d'une plaquette de silicium doit prendre en compte l'ensemble des exigences relatives au diamètre, à la qualité de surface et à la technologie de polissage. L'amincissement de la face arrière de la plaquette ne peut être réalisé que par une méthode de traitement unilatérale, telle que le meulage rotatif.

Outre le choix de la méthode de rectification, il est également nécessaire de déterminer des paramètres de procédé optimaux tels que la pression positive, la granulométrie de la meule, le liant de la meule, la vitesse de rotation de la meule et de la plaquette, ainsi que la viscosité et le débit du fluide de rectification, et de définir un parcours de traitement approprié. Généralement, un processus de rectification segmenté, comprenant l'ébauche, la semi-finition, la finition, le polissage sans étincelles et le retrait lent, est utilisé pour obtenir des plaquettes de silicium monocristallines présentant une efficacité de traitement élevée, une planéité de surface élevée et un faible endommagement superficiel.