Oplatkařezání je jedním z důležitých článků ve výrobě výkonových polovodičů. Tento krok je navržen tak, aby přesně oddělil jednotlivé integrované obvody nebo čipy od polovodičových waferů.
Klíč koplatkařezáním je umět oddělit jednotlivé čipy a zároveň zajistit, aby jemné struktury a obvody vložené dooplatkanejsou poškozené. Úspěch či neúspěch procesu řezání ovlivňuje nejen kvalitu separace a výtěžnost třísky, ale přímo souvisí i s efektivitou celého výrobního procesu.
▲Tři běžné typy řezání plátků | Zdroj: KLA CHINA
V současné době běžnéoplatkařezací procesy se dělí na:
Řezání čepelí: nízké náklady, obvykle se používá pro silnějšíoplatky
Řezání laserem: vysoká cena, obvykle se používá pro wafery o tloušťce větší než 30 μm
Plazmové řezání: vysoké náklady, více omezení, obvykle se používá pro destičky o tloušťce menší než 30 μm
Mechanické řezání čepelí
Řezání čepele je proces řezání podél rysky pomocí vysokorychlostního rotačního brusného kotouče (čepele). Čepel je obvykle vyrobena z abrazivního nebo ultratenkého diamantového materiálu, vhodného pro krájení nebo drážkování na křemíkových plátcích. Avšak jako metoda mechanického řezání se řezání kotoučem spoléhá na fyzické odebírání materiálu, což může snadno vést k odštípnutí nebo prasknutí ostří třísky, což má vliv na kvalitu produktu a snižuje výnos.
Kvalita konečného produktu vyrobeného procesem mechanického řezání je ovlivněna mnoha parametry, včetně řezné rychlosti, tloušťky kotouče, průměru kotouče a rychlosti otáčení kotouče.
Úplný řez je nejzákladnější metoda řezání čepelí, která zcela ořízne obrobek řezáním na pevný materiál (jako je krájecí páska).
▲ Mechanický řez kotoučem - plný řez | Síť zdroje obrazu
Poloviční řez je způsob zpracování, který vytváří drážku řezáním do středu obrobku. Nepřetržitým prováděním procesu drážkování lze vytvářet hřebínkové a jehlové hroty.
▲ Mechanický řezný kotouč - poloviční řez | Síť zdroje obrazu
Dvojitý řez je způsob zpracování, který využívá dvojitou krájecí pilu se dvěma vřeteny k provádění plných nebo polovičních řezů na dvou výrobních linkách současně. Dvojitá nářezová pila má dvě vřetenové osy. Tímto procesem lze dosáhnout vysoké propustnosti.
▲ Mechanické řezání kotouče – dvojitý řez | Síť zdroje obrazu
Krokový řez používá dvojitou krájecí pilu se dvěma vřeteny k provádění plných a polovičních řezů ve dvou fázích. Použijte čepele optimalizované pro řezání vrstvy vodičů na povrchu waferu a čepele optimalizované pro zbývající monokrystal křemíku, abyste dosáhli vysoce kvalitního zpracování.
▲ Mechanické řezání kotoučem – krokové řezání | Síť zdroje obrazu
Úkosové řezání je způsob zpracování, který používá čepel s hranou ve tvaru V na poloviční hraně k řezání plátku ve dvou fázích během procesu krokového řezání. Proces srážení hran se provádí během procesu řezání. Proto lze dosáhnout vysoké pevnosti formy a vysoce kvalitního zpracování.
▲ Mechanické řezání kotoučem – šikmé řezání | Síť zdroje obrazu
Řezání laserem
Řezání laserem je bezkontaktní technologie řezání destiček, která využívá zaostřený laserový paprsek k oddělení jednotlivých čipů od polovodičových destiček. Vysokoenergetický laserový paprsek je zaostřen na povrch plátku a odpařuje nebo odstraňuje materiál podél předem určené linie řezu prostřednictvím procesů ablace nebo tepelného rozkladu.
▲ Schéma řezání laserem | Zdroj obrázku: KLA CHINA
V současnosti široce používané typy laserů zahrnují ultrafialové lasery, infračervené lasery a femtosekundové lasery. Mezi nimi jsou ultrafialové lasery často používány pro přesnou studenou ablaci kvůli jejich vysoké fotonové energii a tepelně ovlivněná zóna je extrémně malá, což může účinně snížit riziko tepelného poškození waferu a jeho okolních čipů. Infračervené lasery jsou vhodnější pro silnější plátky, protože mohou proniknout hluboko do materiálu. Femtosekundové lasery dosahují vysoce přesného a účinného úběru materiálu s téměř zanedbatelným přenosem tepla prostřednictvím ultrakrátkých světelných pulzů.
Řezání laserem má oproti tradičnímu řezání čepelí značné výhody. Za prvé, laserové řezání jako bezkontaktní proces nevyžaduje fyzický tlak na plátek, což snižuje problémy s fragmentací a praskáním běžné při mechanickém řezání. Díky této vlastnosti je řezání laserem zvláště vhodné pro zpracování křehkých nebo ultratenkých plátků, zejména těch se složitou strukturou nebo jemnými prvky.
▲ Schéma řezání laserem | Síť zdroje obrazu
Kromě toho vysoká přesnost a přesnost řezání laserem umožňuje zaostřit laserový paprsek na extrémně malou velikost bodu, podporovat složité řezné vzory a dosáhnout oddělení minimální vzdálenosti mezi třísky. Tato funkce je zvláště důležitá pro pokročilá polovodičová zařízení se zmenšujícími se rozměry.
Řezání laserem má však také určitá omezení. Ve srovnání s řezáním čepelí je pomalejší a dražší, zejména ve velkovýrobě. Navíc výběr správného typu laseru a optimalizace parametrů pro zajištění účinného úběru materiálu a minimální tepelně ovlivněné zóny může být pro určité materiály a tloušťky náročné.
Řezání laserovou ablací
Při řezání laserovou ablací je laserový paprsek přesně zaostřen na zadané místo na povrchu plátku a energie laseru je vedena podle předem stanoveného řezného vzoru a postupně prořezává plátek až ke dnu. V závislosti na požadavcích řezání se tato operace provádí pomocí pulzního laseru nebo laseru s kontinuální vlnou. Aby se zabránilo poškození waferu v důsledku nadměrného lokálního zahřívání laseru, používá se chladicí voda k ochlazení a ochraně waferu před tepelným poškozením. Současně může chladicí voda také účinně odstraňovat částice vznikající při procesu řezání, zabraňovat kontaminaci a zajišťovat kvalitu řezání.
Laserové neviditelné řezání
Laser může být také zaostřen pro přenos tepla do hlavního těla destičky, metoda nazývaná „neviditelné laserové řezání“. U této metody teplo z laseru vytváří mezery v rysovacích drahách. Tyto oslabené oblasti pak dosahují podobného penetračního efektu tím, že se při natahování plátku rozlomí.
▲Hlavní proces laserového neviditelného řezání
Neviditelný proces řezání je proces interního absorpčního laseru, spíše než laserová ablace, kdy je laser absorbován na povrchu. Při neviditelném řezání se využívá energie laserového paprsku s vlnovou délkou, která je polopropustná pro materiál waferového substrátu. Proces je rozdělen do dvou hlavních kroků, jeden je proces založený na laseru a druhý je proces mechanické separace.
▲Laserový paprsek vytváří perforaci pod povrchem plátku a přední a zadní strana nejsou ovlivněny | Síť zdroje obrazu
V prvním kroku, kdy laserový paprsek skenuje plátek, se laserový paprsek zaměří na konkrétní bod uvnitř plátku a vytvoří uvnitř bod prasknutí. Energie paprsku způsobí, že se uvnitř vytvoří řada trhlin, které ještě nepronikly přes celou tloušťku plátku k hornímu a spodnímu povrchu.
▲Porovnání 100μm tlustých křemíkových plátků řezaných čepelovou metodou a metodou laserového neviditelného řezání | Síť zdroje obrazu
Ve druhém kroku se páska třísek na dně waferu fyzicky roztáhne, což způsobí tahové napětí v trhlinách uvnitř waferu, které jsou indukovány v laserovém procesu v prvním kroku. Toto napětí způsobí, že se trhliny rozšíří vertikálně k hornímu a spodnímu povrchu plátku a poté se plátek rozdělí na třísky podél těchto řezných bodů. Při neviditelném řezání se obvykle používá poloviční řezání nebo poloviční řezání na spodní straně pro usnadnění oddělení plátků na třísky nebo třísky.
Klíčové výhody řezání neviditelným laserem oproti laserové ablaci:
• Není potřeba žádná chladicí kapalina
• Nevytvářejí se žádné nečistoty
• Žádné tepelně ovlivněné zóny, které by mohly poškodit citlivé obvody
Plazmové řezání
Plazmové řezání (také známé jako plazmové leptání nebo suché leptání) je pokročilá technologie řezání destiček, která využívá reaktivní iontové leptání (RIE) nebo hluboké reaktivní iontové leptání (DRIE) k oddělení jednotlivých čipů od polovodičových destiček. Technologie dosahuje řezání chemickým úběrem materiálu podél předem stanovených řezných linií pomocí plazmy.
Během procesu řezání plazmou se polovodičový plátek umístí do vakuové komory, do komory se zavede řízená reakční směs plynů a elektrické pole se aplikuje za účelem generování plazmatu obsahujícího vysokou koncentraci reaktivních iontů a radikálů. Tyto reaktivní částice interagují s materiálem destičky a selektivně odstraňují materiál destičky podél rysky prostřednictvím kombinace chemické reakce a fyzikálního rozprašování.
Hlavní výhodou plazmového řezání je, že snižuje mechanické namáhání plátku a třísky a snižuje potenciální poškození způsobené fyzickým kontaktem. Tento proces je však složitější a časově náročnější než jiné metody, zejména při práci s tlustšími pláty nebo materiály s vysokou odolností proti leptání, takže jeho použití v hromadné výrobě je omezené.
▲Síť zdroje obrazu
Při výrobě polovodičů je třeba zvolit způsob řezání destiček na základě mnoha faktorů, včetně vlastností materiálu destičky, velikosti a geometrie čipu, požadované přesnosti a přesnosti a celkových výrobních nákladů a efektivity.
Čas odeslání: 20. září 2024