رقاقةيعد القطع أحد الروابط المهمة في إنتاج أشباه موصلات الطاقة. تم تصميم هذه الخطوة لفصل الدوائر أو الرقائق المتكاملة الفردية بدقة عن رقائق أشباه الموصلات.
المفتاح لرقاقةالقطع هو أن تكون قادرًا على فصل الرقائق الفردية مع التأكد من أن الهياكل والدوائر الدقيقة المضمنة فيرقاقةليست معطوبة. لا يؤثر نجاح أو فشل عملية القطع على جودة الفصل وإنتاجية الشريحة فحسب، بل يرتبط أيضًا بشكل مباشر بكفاءة عملية الإنتاج بأكملها.
▲ثلاثة أنواع شائعة من قطع الويفر | المصدر: جيش تحرير كوسوفو الصين
حاليا المشتركةرقاقةوتنقسم عمليات القطع إلى:
القطع بالشفرة: منخفض التكلفة، ويستخدم عادةً للقطع الأكثر سمكًارقائق
القطع بالليزر: تكلفة عالية، وعادة ما يستخدم للرقائق التي يزيد سمكها عن 30 ميكرومتر
القطع بالبلازما: تكلفة عالية، وقيود أكثر، وعادة ما يستخدم للرقائق التي يقل سمكها عن 30 ميكرومتر
قطع الشفرة الميكانيكية
القطع بالشفرة هي عملية قطع على طول خط الكاتب بواسطة قرص طحن دوار عالي السرعة (شفرة). عادةً ما تكون الشفرة مصنوعة من مادة ماسية كاشطة أو رقيقة جدًا، مناسبة للتقطيع أو الحز على رقائق السيليكون. ومع ذلك، كطريقة قطع ميكانيكية، يعتمد القطع بالشفرة على إزالة المواد المادية، والتي يمكن أن تؤدي بسهولة إلى تقطيع أو تشقق حافة الشريحة، وبالتالي التأثير على جودة المنتج وتقليل الإنتاجية.
تتأثر جودة المنتج النهائي الناتج عن عملية النشر الميكانيكية بمعلمات متعددة، بما في ذلك سرعة القطع، وسمك الشفرة، وقطر الشفرة، وسرعة دوران الشفرة.
القطع الكامل هو أسلوب القطع الأساسي بالشفرة، والذي يقطع قطعة العمل بالكامل عن طريق القطع إلى مادة ثابتة (مثل شريط التقطيع).
▲ قطع الشفرة الميكانيكية - قطع كامل | شبكة مصدر الصورة
القطع النصفي عبارة عن طريقة معالجة تنتج أخدودًا عن طريق القطع إلى منتصف قطعة العمل. من خلال إجراء عملية الحز بشكل مستمر، يمكن إنتاج نقاط على شكل مشط وإبرة.
▲ شفرة ميكانيكية مقطوعة نصف مقطوعة | شبكة مصدر الصورة
القطع المزدوج عبارة عن طريقة معالجة تستخدم منشار تقطيع مزدوج مع مغزلين لإجراء عمليات قطع كاملة أو نصفية على خطي إنتاج في نفس الوقت. منشار التقطيع المزدوج له محورين مغزليين. يمكن تحقيق إنتاجية عالية من خلال هذه العملية.
▲ قطع الشفرة الميكانيكية - قطع مزدوج | شبكة مصدر الصورة
يستخدم القطع المتدرج منشار تقطيع مزدوج مع مغزلين لإجراء عمليات قطع كاملة ونصف على مرحلتين. استخدم الشفرات المُحسّنة لقطع طبقة الأسلاك على سطح الرقاقة والشفرات المُحسّنة لبلورة السيليكون المفردة المتبقية لتحقيق معالجة عالية الجودة.
▲ القطع الميكانيكي بالشفرة – القطع المتدرج | شبكة مصدر الصورة
القطع المائل هو طريقة معالجة تستخدم شفرة ذات حافة على شكل حرف V على الحافة نصف المقطوعة لقطع الرقاقة على مرحلتين أثناء عملية القطع المرحلية. تتم عملية الشطب أثناء عملية القطع. لذلك، يمكن تحقيق قوة العفن العالية والمعالجة ذات الجودة العالية.
▲ قطع الشفرة الميكانيكية – القطع المائل | شبكة مصدر الصورة
القطع بالليزر
القطع بالليزر عبارة عن تقنية قطع الرقاقات غير المتصلة التي تستخدم شعاع ليزر مركّزًا لفصل الرقائق الفردية عن رقائق أشباه الموصلات. يركز شعاع الليزر عالي الطاقة على سطح الرقاقة ويبخر أو يزيل المواد على طول خط القطع المحدد مسبقًا من خلال عمليات الاجتثاث أو التحلل الحراري.
▲ مخطط القطع بالليزر | مصدر الصورة: جيش تحرير كوسوفو الصين
تشمل أنواع الليزر المستخدمة حاليًا على نطاق واسع الليزر فوق البنفسجي، وليزر الأشعة تحت الحمراء، وليزر الفيمتو ثانية. من بينها، غالبًا ما يتم استخدام الليزر فوق البنفسجي للاستئصال البارد الدقيق نظرًا لطاقة الفوتون العالية، وتكون المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة للغاية، مما يمكن أن يقلل بشكل فعال من خطر الضرر الحراري للرقاقة والرقائق المحيطة بها. تعتبر أشعة الليزر تحت الحمراء أكثر ملاءمة للرقائق السميكة لأنها يمكن أن تخترق المادة بعمق. يحقق ليزر الفيمتو ثانية إزالة المواد بدقة وكفاءة عالية مع نقل حرارة لا يكاد يذكر من خلال نبضات ضوئية فائقة القصر.
يتمتع القطع بالليزر بمزايا كبيرة مقارنة بالقطع التقليدي بالشفرة. أولاً، كعملية عدم تلامس، لا يتطلب القطع بالليزر ضغطًا ماديًا على الرقاقة، مما يقلل من مشاكل التجزئة والتكسير الشائعة في القطع الميكانيكي. تجعل هذه الميزة القطع بالليزر مناسبًا بشكل خاص لمعالجة الرقائق الهشة أو الرفيعة جدًا، خاصة تلك ذات الهياكل المعقدة أو الميزات الدقيقة.
▲ مخطط القطع بالليزر | شبكة مصدر الصورة
بالإضافة إلى ذلك، فإن الدقة العالية والدقة في القطع بالليزر تمكنها من تركيز شعاع الليزر على حجم بقعة صغير للغاية، ودعم أنماط القطع المعقدة، وتحقيق الحد الأدنى من التباعد بين الرقائق. هذه الميزة مهمة بشكل خاص لأجهزة أشباه الموصلات المتقدمة ذات الأحجام المتقلصة.
ومع ذلك، فإن القطع بالليزر له أيضًا بعض القيود. بالمقارنة مع القطع بالشفرة، فهي أبطأ وأكثر تكلفة، خاصة في الإنتاج على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك، فإن اختيار نوع الليزر المناسب وتحسين المعلمات لضمان إزالة المواد بكفاءة والحد الأدنى من المنطقة المتأثرة بالحرارة يمكن أن يمثل تحديًا بالنسبة لبعض المواد والسماكات.
قطع الاجتثاث بالليزر
أثناء القطع بالليزر، يتم تركيز شعاع الليزر بدقة على موقع محدد على سطح الرقاقة، ويتم توجيه طاقة الليزر وفقًا لنمط القطع المحدد مسبقًا، مما يؤدي إلى قطع الرقاقة تدريجيًا إلى الأسفل. اعتمادًا على متطلبات القطع، يتم تنفيذ هذه العملية باستخدام الليزر النبضي أو الليزر الموجي المستمر. من أجل منع تلف الرقاقة بسبب التسخين المحلي الزائد لليزر، يتم استخدام مياه التبريد لتبريد الرقاقة وحمايتها من التلف الحراري. وفي الوقت نفسه، يمكن لمياه التبريد أيضًا إزالة الجزيئات المتولدة أثناء عملية القطع بشكل فعال، ومنع التلوث وضمان جودة القطع.
قطع غير مرئي بالليزر
يمكن أيضًا تركيز الليزر لنقل الحرارة إلى الجسم الرئيسي للرقاقة، وهي طريقة تسمى "القطع بالليزر غير المرئي". في هذه الطريقة، تخلق حرارة الليزر فجوات في ممرات الكاتب. تحقق هذه المناطق الضعيفة بعد ذلك تأثير اختراق مماثل عن طريق الكسر عند تمدد الرقاقة.
▲العملية الرئيسية للقطع غير المرئي بالليزر
عملية القطع غير المرئية هي عملية ليزر امتصاص داخلي، وليست عملية استئصال بالليزر حيث يتم امتصاص الليزر على السطح. مع القطع غير المرئي، يتم استخدام طاقة شعاع الليزر ذات الطول الموجي شبه الشفاف للمادة الأساسية للرقاقة. وتنقسم العملية إلى خطوتين رئيسيتين، إحداهما عملية تعتمد على الليزر، والأخرى عملية فصل ميكانيكية.
▲يُنشئ شعاع الليزر ثقبًا أسفل سطح الرقاقة، ولا يتأثر الجانبان الأمامي والخلفي | شبكة مصدر الصورة
في الخطوة الأولى، عندما يقوم شعاع الليزر بمسح الرقاقة، يركز شعاع الليزر على نقطة محددة داخل الرقاقة، مما يشكل نقطة تشقق بالداخل. تتسبب طاقة الشعاع في تكوين سلسلة من الشقوق في الداخل، والتي لم تمتد بعد عبر سمك الرقاقة بالكامل إلى الأسطح العلوية والسفلية.
▲مقارنة بين رقائق السيليكون بسمك 100 ميكرومتر المقطوعة بطريقة الشفرة وطريقة القطع غير المرئية بالليزر | شبكة مصدر الصورة
في الخطوة الثانية، يتم توسيع شريط الرقاقة الموجود في الجزء السفلي من الرقاقة فعليًا، مما يسبب إجهاد الشد في الشقوق داخل الرقاقة، والتي يتم إحداثها في عملية الليزر في الخطوة الأولى. يؤدي هذا الضغط إلى امتداد الشقوق عموديًا إلى الأسطح العلوية والسفلية للرقاقة، ثم فصل الرقاقة إلى شرائح على طول نقاط القطع هذه. في القطع غير المرئي، عادةً ما يتم استخدام نصف القطع أو نصف القطع من الجانب السفلي لتسهيل فصل الرقاقات إلى رقائق أو رقائق.
المزايا الرئيسية للقطع بالليزر غير المرئي مقارنة بالاستئصال بالليزر:
• لا حاجة إلى سائل تبريد
• لم يتم إنشاء أي حطام
• عدم وجود مناطق متأثرة بالحرارة قد تؤدي إلى تلف الدوائر الحساسة
قطع البلازما
القطع بالبلازما (المعروف أيضًا باسم حفر البلازما أو النقش الجاف) عبارة عن تقنية متقدمة لقطع الرقاقات تستخدم النقش الأيوني التفاعلي (RIE) أو النقش الأيوني التفاعلي العميق (DRIE) لفصل الرقائق الفردية عن رقائق أشباه الموصلات. تحقق هذه التقنية عملية القطع عن طريق إزالة المواد كيميائيًا على طول خطوط قطع محددة مسبقًا باستخدام البلازما.
أثناء عملية قطع البلازما، يتم وضع رقاقة أشباه الموصلات في غرفة مفرغة، ويتم إدخال خليط غاز تفاعلي متحكم فيه إلى الغرفة، ويتم تطبيق مجال كهربائي لتوليد بلازما تحتوي على تركيز عالٍ من الأيونات التفاعلية والجذور. تتفاعل هذه الأنواع التفاعلية مع مادة الرقاقة وتزيل بشكل انتقائي مادة الرقاقة على طول خط الكاتب من خلال مزيج من التفاعل الكيميائي والرش الفيزيائي.
الميزة الرئيسية لقطع البلازما هي أنه يقلل من الضغط الميكانيكي على الرقاقة والرقاقة ويقلل من الأضرار المحتملة الناجمة عن الاتصال الجسدي. ومع ذلك، فإن هذه العملية أكثر تعقيدًا وتستغرق وقتًا طويلاً من الطرق الأخرى، خاصة عند التعامل مع رقائق أكثر سمكًا أو مواد ذات مقاومة عالية للحفر، لذا فإن تطبيقها في الإنتاج الضخم محدود.
▲شبكة مصدر الصورة
في تصنيع أشباه الموصلات، يجب اختيار طريقة قطع الرقاقة بناءً على العديد من العوامل، بما في ذلك خصائص مادة الرقاقة، وحجم الرقاقة وهندستها، والدقة والدقة المطلوبة، وتكلفة الإنتاج الإجمالية وكفاءته.
وقت النشر: 20 سبتمبر 2024