Вафларязането е едно от важните звена в производството на силови полупроводници. Тази стъпка е предназначена за точно отделяне на отделни интегрални схеми или чипове от полупроводникови пластини.
Ключът къмвафларязането е да можете да отделяте отделни чипове, като същевременно гарантирате, че деликатните структури и вериги, вградени ввафлане са повредени. Успехът или неуспехът на процеса на рязане не само влияе върху качеството на разделяне и добива на чипа, но също така е пряко свързан с ефективността на целия производствен процес.
▲Три често срещани вида рязане на вафли | Източник: KLA CHINA
В момента, общвафлапроцесите на рязане се разделят на:
Рязане с ножове: ниска цена, обикновено се използва за по-дебеливафли
Лазерно рязане: висока цена, обикновено се използва за вафли с дебелина над 30 μm
Плазмено рязане: висока цена, повече ограничения, обикновено се използва за вафли с дебелина под 30 μm
Механично рязане с ножове
Рязането с острие е процес на рязане по протежение на линията с високоскоростен въртящ се шлифовъчен диск (острие). Острието обикновено е направено от абразивен или ултратънък диамантен материал, подходящ за рязане или набраздяване на силициеви пластини. Въпреки това, като механичен метод на рязане, рязането с ножове разчита на физическо отстраняване на материала, което може лесно да доведе до отчупване или напукване на ръба на чипа, като по този начин се отразява на качеството на продукта и намалява добива.
Качеството на крайния продукт, произведен чрез процеса на механично рязане, се влияе от множество параметри, включително скорост на рязане, дебелина на острието, диаметър на острието и скорост на въртене на острието.
Пълното рязане е най-основният метод за рязане с острието, който напълно реже детайла чрез рязане до фиксиран материал (като лента за рязане).
▲ Рязане с механично острие-цяло рязане | Мрежа източник на изображения
Половин разрез е метод на обработка, който създава жлеб чрез изрязване до средата на детайла. Чрез непрекъснато извършване на процеса на набраздяване могат да се произвеждат гребенови и игловидни върхове.
▲ Механично режещо острие-наполовина рязане | Мрежа източник на изображения
Двойното рязане е метод на обработка, който използва трион за двойно рязане с два шпиндела за извършване на пълни или половин разрези на две производствени линии едновременно. Трионът за двойно рязане има две шпинделни оси. Чрез този процес може да се постигне висока производителност.
▲ Механично рязане с ножове - двойно рязане | Мрежа източник на изображения
Стъпаловидно рязане използва трион за двойно рязане с два шпиндела за извършване на пълно и половин разрязване на два етапа. Използвайте остриета, оптимизирани за рязане на кабелния слой на повърхността на пластината, и остриета, оптимизирани за оставащия монокристал на силиций, за да постигнете висококачествена обработка.
▲ Рязане с механични ножове – стъпаловидно рязане | Мрежа източник на изображения
Скосеното рязане е метод на обработка, който използва острие с V-образен ръб на полусрязания ръб за рязане на пластината на два етапа по време на процеса на стъпаловидно рязане. Процесът на скосяване се извършва по време на процеса на рязане. Следователно може да се постигне висока якост на формата и висококачествена обработка.
▲ Механично рязане с ножове – скосено рязане | Мрежа източник на изображения
Лазерно рязане
Лазерното рязане е технология за безконтактно рязане на пластини, която използва фокусиран лазерен лъч за отделяне на отделни чипове от полупроводникови пластини. Високоенергийният лазерен лъч се фокусира върху повърхността на пластината и изпарява или отстранява материала по предварително определената линия на рязане чрез процеси на аблация или термично разлагане.
▲ Диаграма за лазерно рязане | Източник на изображението: KLA CHINA
Типовете лазери, широко използвани в момента, включват ултравиолетови лазери, инфрачервени лазери и фемтосекундни лазери. Сред тях ултравиолетовите лазери често се използват за прецизна студена аблация поради тяхната висока фотонна енергия, а засегнатата от топлина зона е изключително малка, което може ефективно да намали риска от термично увреждане на пластината и заобикалящите я чипове. Инфрачервените лазери са по-подходящи за по-дебели вафли, защото могат да проникнат дълбоко в материала. Фемтосекундните лазери постигат високопрецизно и ефективно отстраняване на материал с почти незначителен топлопренос чрез ултракъси светлинни импулси.
Лазерното рязане има значителни предимства пред традиционното рязане с ножове. Първо, като безконтактен процес, лазерното рязане не изисква физически натиск върху пластината, намалявайки проблемите с фрагментацията и напукването, често срещани при механичното рязане. Тази функция прави лазерното рязане особено подходящо за обработка на крехки или ултратънки вафли, особено тези със сложна структура или фини характеристики.
▲ Диаграма за лазерно рязане | Мрежа източник на изображения
В допълнение, високата прецизност и точност на лазерното рязане му позволява да фокусира лазерния лъч върху изключително малък размер на петна, да поддържа сложни модели на рязане и да постигне разделяне на минимално разстояние между чиповете. Тази функция е особено важна за усъвършенствани полупроводникови устройства с намаляващи размери.
Лазерното рязане обаче има и някои ограничения. В сравнение с рязането с ножове, то е по-бавно и по-скъпо, особено при широкомащабно производство. В допълнение, изборът на правилния тип лазер и оптимизирането на параметрите за осигуряване на ефективно отстраняване на материал и минимална зона, засегната от топлина, може да бъде предизвикателство за определени материали и дебелини.
Рязане с лазерна аблация
По време на рязане с лазерна аблация, лазерният лъч се фокусира точно върху определено място на повърхността на пластината и лазерната енергия се насочва според предварително определен модел на рязане, като постепенно прорязва пластината до дъното. В зависимост от изискванията за рязане тази операция се извършва с помощта на импулсен лазер или лазер с непрекъсната вълна. За да се предотврати повреда на пластината поради прекомерно локално нагряване на лазера, се използва охлаждаща вода за охлаждане и защита на пластината от термично увреждане. В същото време охлаждащата вода може също така ефективно да премахне частиците, генерирани по време на процеса на рязане, да предотврати замърсяване и да гарантира качеството на рязане.
Лазерно невидимо рязане
Лазерът може също да бъде фокусиран за пренос на топлина в основното тяло на пластината, метод, наречен „невидимо лазерно рязане“. При този метод топлината от лазера създава празнини в лентите за писане. След това тези отслабени зони постигат подобен ефект на проникване чрез счупване при разтягане на пластината.
▲ Основен процес на лазерно невидимо рязане
Процесът на невидимо рязане е лазерен процес с вътрешна абсорбция, а не лазерна аблация, при която лазерът се абсорбира от повърхността. При невидимо рязане се използва енергия на лазерен лъч с дължина на вълната, която е полупрозрачна за материала на субстрата на пластината. Процесът е разделен на две основни стъпки, едната е лазерно базиран процес, а другата е механичен процес на разделяне.
▲Лазерният лъч създава перфорация под повърхността на вафлата, като предната и задната страна не се засягат | Мрежа източник на изображения
В първата стъпка, докато лазерният лъч сканира пластината, лазерният лъч се фокусира върху определена точка вътре в пластината, образувайки точка на напукване вътре. Енергията на лъча предизвиква образуването на поредица от пукнатини вътре, които все още не са се разширили през цялата дебелина на пластината до горната и долната повърхност.
▲Сравнение на силициеви пластини с дебелина 100 μm, изрязани чрез метод на острие и метод на лазерно невидимо рязане | Мрежа източник на изображения
Във втората стъпка лентата с чипове в долната част на пластината се разширява физически, което причинява напрежение на опън в пукнатините във вътрешността на пластината, които се индуцират в лазерния процес в първата стъпка. Това напрежение кара пукнатините да се простират вертикално до горната и долната повърхност на пластината и след това разделят пластината на стружки по тези точки на рязане. При невидимо рязане обикновено се използва половин рязане или полурязане от долната страна, за да се улесни разделянето на вафлите на чипове или чипове.
Основни предимства на невидимото лазерно рязане пред лазерната аблация:
• Не е необходима охлаждаща течност
• Не се генерират отпадъци
• Няма зони, засегнати от топлината, които биха могли да повредят чувствителните вериги
Плазмено рязане
Плазменото рязане (известно още като плазмено ецване или сухо ецване) е усъвършенствана технология за рязане на пластини, която използва реактивно йонно ецване (RIE) или дълбоко реактивно йонно ецване (DRIE) за отделяне на отделни чипове от полупроводникови пластини. Технологията постига рязане чрез химическо отстраняване на материала по предварително определени линии на рязане с помощта на плазма.
По време на процеса на плазмено рязане полупроводниковата пластина се поставя във вакуумна камера, в камерата се въвежда контролирана реактивна газова смес и се прилага електрическо поле за генериране на плазма, съдържаща висока концентрация на реактивни йони и радикали. Тези реактивни видове взаимодействат с материала на пластината и селективно отстраняват материала на пластината по протежение на линията чрез комбинация от химическа реакция и физическо разпръскване.
Основното предимство на плазменото рязане е, че намалява механичното напрежение върху пластината и чипа и намалява потенциалните щети, причинени от физически контакт. Въпреки това, този процес е по-сложен и отнема много време от други методи, особено когато се работи с по-дебели вафли или материали с висока устойчивост на ецване, така че приложението му в масовото производство е ограничено.
▲Мрежа източник на изображения
При производството на полупроводници методът за рязане на пластини трябва да бъде избран въз основа на много фактори, включително свойства на материала на пластините, размер и геометрия на чипа, изисквана прецизност и точност и цялостни производствени разходи и ефективност.
Време на публикуване: 20 септември 2024 г