Разрезание пластин

Разделение МЭМС устройств, сформированных на матричных кремниевых пластинах, особенно на пластинах КНИ и соединенных пластинах кремний-кремний и кремний-стекло с вытравленными или закругленными элементами, является очень сложной задачей. Наличие тонких и хрупких упругих (подвижных) механических структур (консольных балок, мостиковых, мембранных и шарнирных структур, переключателей и приводов) обусловливает необходимость решения дополнительных сложных проблем, связанных с залипанием таких структур и воздействия на них продуктов, образующихся при разделении, что уменьшает выход годных и повышает стоимость производства. Сочетание малых размеров МЭМС устройств и расстояний между ними на базовой пластине (порядка 100 мкм), требует очень тонких разрезов (не более 20 мкм). Использование при этом традиционных алмазных кругов с водяным охлаждением и очисткой невозможно без принципиального изменения процесса. Наиболее эффективной является так называемое скрытое разделение (stealth dicing) или SD технология. В отличие от традиционной лазерной резки с абляцией материала в SD технологии используется лазер, луч которого фокусируется внутри кремниевой пластины или в области соединения пластин и создает внутреннюю дефектную полосу (надрез). При этом верхняя лицевая и нижняя поверхности пластин остаются практически неповрежденными. Пластины разделяются по надрезам при растяжении технологической подложки (ленты), на которой закреплена пластина (Рис.21). В этой технологии не выделяется стружка и осколки, она является абсолютно сухой и чистой, т.е. экологически безопасной.

Рис. 21. Схемы формирования внутреннего надреза в кремниевой пластине с помощью лазера (а) и самопроизвольного разделения элементов при растяжении технологической подложки (б) в SD технологии.

SD технология разработана японской фирмой Hamamatsu Photonics применительно, в первую очередь, к особо чувствительным МЭМС датчикам, корпусируемым с использованием соединения пластин кремний-кремний. Фирма NEDO разработала аналогичный двухстадийный процесс для соединенных пластин кремний-стекло. В SD технологии фирмы Hamamatsu Photonics используется 150 наносекундный Nd-YAG импульсный лазер c длиной волны 1064 нм, луч которого может проникать сквозь кремниевую пластину. Луч уплотняется с помощью конденсорных линз и фокусируется в точке начала надреза в середине пластины и вблизи границы раздела соединенных пластин. Оптимизацией работы лазера и оптической системы достигается максимальный эффект поглощения лазерного излучения вблизи фокальной плоскости, называемой SD слоем, на заданной глубине внутри одинарной пластины или соединенных пластин, что обеспечивает селективный надрез в этом слое без повреждения наружных поверхностей пластин. На рис.22 показаны две основные стадии процесса (см. также рис. 21): формирование скрытого (внутреннего) надреза (трансформирование слоя кремния и образование соответствующих трещин по обеим сторонам трансформированного слоя) и разделение пластин по надрезам.

Рис.22. Фотографии кремниевой пластины (диаметром 200 мм и толщиной 50 мм) до и после формирования внутренних надрезов для элементов размером 10х10 мм (а) и схема процесса разделения пластины на отдельные элементы в результате растяжения ленты, на которой закреплена кремниевая пластина.

Аналогичным образом осуществляется формирование внутренних надрезов в соединенных пластинах кремний-стекло и качественное разделение на отдельные элементы (Рис.23).

Рис.23.Микрофотографии соединенных пластин кремний-стекло (а) и отдельного элемента после разделения при различном увеличении (б).

Дата добавления: 2014-12-24