Waferskæring er et af de vigtige led i krafthalvlederproduktion. Dette trin er designet til nøjagtigt at adskille individuelle integrerede kredsløb eller chips fra halvlederwafere.
Nøglen tiloblatskæring er at være i stand til at adskille individuelle spåner og samtidig sikre, at de sarte strukturer og kredsløb, der er indlejret ioblater ikke beskadiget. Succesen eller fiaskoen af skæreprocessen påvirker ikke kun separationskvaliteten og udbyttet af spånen, men er også direkte relateret til effektiviteten af hele produktionsprocessen.
▲Tre almindelige typer waferskæring | Kilde: KLA CHINA
I øjeblikket er den fællesoblatskæreprocesser er opdelt i:
Bladskæring: lav pris, bruges normalt til tykkereoblater
Laserskæring: høj pris, normalt brugt til wafere med en tykkelse på mere end 30μm
Plasmaskæring: høje omkostninger, flere restriktioner, normalt brugt til wafers med en tykkelse på mindre end 30μm
Mekanisk knivskæring
Klingeskæring er en proces, hvor man skærer langs skrivelinjen med en højhastighedsroterende slibeskive (klinge). Klingen er normalt lavet af slibende eller ultratyndt diamantmateriale, velegnet til udskæring eller riller på siliciumwafers. Men som en mekanisk skæremetode er knivskæring afhængig af fysisk materialefjernelse, hvilket let kan føre til afhugning eller revnedannelse af spånkanten, hvilket påvirker produktkvaliteten og reducerer udbyttet.
Kvaliteten af det endelige produkt produceret af den mekaniske savproces påvirkes af flere parametre, herunder skærehastighed, klingetykkelse, klingediameter og klingerotationshastighed.
Fuldskæring er den mest grundlæggende skæremetode, som skærer emnet fuldstændigt ved at skære til et fast materiale (såsom et skærebånd).
▲ Mekanisk knivskæring - fuldskæring | Billedkildenetværk
Halvskæring er en forarbejdningsmetode, der producerer en rille ved at skære til midten af emnet. Ved kontinuerligt at udføre rilleprocessen kan der fremstilles kam- og nåleformede spidser.
▲ Mekanisk knivskæring-halvskæring | Billedkildenetværk
Dobbeltskæring er en forarbejdningsmetode, der bruger en dobbeltskæresav med to spindler til at udføre hele eller halve snit på to produktionslinjer på samme tid. Den dobbelte skæresav har to spindelakser. Høj gennemstrømning kan opnås gennem denne proces.
▲ Mekanisk knivskæring-dobbelt snit | Billedkildenetværk
Step cut bruger en dobbelt udskæringssav med to spindler til at udføre hele og halve snit i to trin. Brug klinger, der er optimeret til at skære ledningslaget på overfladen af waferen, og klinger, der er optimeret til den resterende siliciumenkeltkrystal for at opnå højkvalitetsbehandling.
▲ Mekanisk knivskæring – trinskæring | Billedkildenetværk
Skråskæring er en forarbejdningsmetode, der bruger en klinge med en V-formet kant på den halvskårne kant til at skære waferen i to trin under den trinvise skæreproces. Affasningsprocessen udføres under skæreprocessen. Derfor kan høj formstyrke og højkvalitetsbehandling opnås.
▲ Mekanisk knivskæring – skråskæring | Billedkildenetværk
Laserskæring
Laserskæring er en berøringsfri waferskæreteknologi, der bruger en fokuseret laserstråle til at adskille individuelle chips fra halvlederwafere. Højenergilaserstrålen er fokuseret på overfladen af waferen og fordamper eller fjerner materiale langs den forudbestemte skærelinje gennem ablations- eller termiske nedbrydningsprocesser.
▲ Laserskæringsdiagram | Billedkilde: KLA CHINA
De typer af lasere, der i øjeblikket anvendes i vid udstrækning, omfatter ultraviolette lasere, infrarøde lasere og femtosekundlasere. Blandt dem bruges ultraviolette lasere ofte til præcis kold ablation på grund af deres høje fotonenergi, og den varmepåvirkede zone er ekstremt lille, hvilket effektivt kan reducere risikoen for termisk skade på waferen og dens omgivende chips. Infrarøde lasere er bedre egnet til tykkere wafers, fordi de kan trænge dybt ind i materialet. Femtosekundlasere opnår høj præcision og effektiv materialefjernelse med næsten ubetydelig varmeoverførsel gennem ultrakorte lysimpulser.
Laserskæring har betydelige fordele i forhold til traditionel knivskæring. For det første, som en berøringsfri proces, kræver laserskæring ikke fysisk tryk på waferen, hvilket reducerer de fragmenterings- og revneproblemer, der er almindelige ved mekanisk skæring. Denne funktion gør laserskæring særligt velegnet til behandling af skrøbelige eller ultratynde wafere, især dem med komplekse strukturer eller fine funktioner.
▲ Diagram for laserskære | Billedkildenetværk
Derudover gør laserskæringens høje præcision og nøjagtighed det muligt at fokusere laserstrålen til en ekstrem lille pletstørrelse, understøtte komplekse skæremønstre og opnå adskillelse af minimumsafstanden mellem chips. Denne funktion er især vigtig for avancerede halvlederenheder med krympende størrelser.
Laserskæring har dog også nogle begrænsninger. Sammenlignet med knivskæring er det langsommere og dyrere, især i storskalaproduktion. Derudover kan valg af den rigtige lasertype og optimering af parametre for at sikre effektiv materialefjernelse og minimal varmepåvirket zone være udfordrende for visse materialer og tykkelser.
Laser ablationsskæring
Under laserablationsskæring fokuseres laserstrålen præcist på et bestemt sted på overfladen af waferen, og laserenergien styres i overensstemmelse med et forudbestemt skæremønster, der gradvist skærer gennem waferen til bunden. Afhængigt af skærekravene udføres denne operation ved hjælp af en pulserende laser eller en kontinuerlig bølgelaser. For at forhindre beskadigelse af waferen på grund af overdreven lokal opvarmning af laseren, bruges kølevand til at køle ned og beskytte waferen mod termiske skader. Samtidig kan kølevand også effektivt fjerne partikler, der dannes under skæreprocessen, forhindre forurening og sikre skærekvaliteten.
Laser usynlig skæring
Laseren kan også fokuseres til at overføre varme til waferens hoveddel, en metode kaldet "usynlig laserskæring". Til denne metode skaber varmen fra laseren huller i skrivebanerne. Disse svækkede områder opnår derefter en lignende penetrationseffekt ved at knække, når waferen strækkes.
▲ Hovedproces med laser usynlig skæring
Den usynlige skæreproces er en intern absorptionslaserproces, snarere end laserablation, hvor laseren absorberes på overfladen. Ved usynlig skæring anvendes laserstråleenergi med en bølgelængde, der er semi-transparent for wafer-substratmaterialet. Processen er opdelt i to hovedtrin, det ene er en laserbaseret proces, og det andet er en mekanisk separationsproces.
▲Laserstrålen skaber en perforering under waferoverfladen, og for- og bagsiden påvirkes ikke | Billedkildenetværk
I det første trin, når laserstrålen scanner waferen, fokuserer laserstrålen på et specifikt punkt inde i waferen, og danner et revnepunkt indeni. Stråleenergien får en række revner til at dannes indeni, som endnu ikke har strakt sig gennem hele tykkelsen af waferen til top- og bundfladen.
▲Sammenligning af 100μm tykke siliciumwafere skåret efter blademetode og laser usynlig skæremetode | Billedkildenetværk
I andet trin udvides chiptapen i bunden af waferen fysisk, hvilket forårsager trækspænding i revnerne inde i waferen, som induceres i laserprocessen i første trin. Denne spænding får revnerne til at strække sig lodret til de øvre og nedre overflader af waferen og derefter adskille waferen i spåner langs disse skærepunkter. Ved usynlig skæring anvendes sædvanligvis halvskæring eller halvskæring på bundsiden for at lette adskillelsen af wafers til spåner eller spåner.
Vigtigste fordele ved usynlig laserskæring frem for laserablation:
• Der kræves ingen kølevæske
• Intet snavs genereret
• Ingen varmepåvirkede zoner, der kan beskadige følsomme kredsløb
Plasmaskæring
Plasmaskæring (også kendt som plasmaætsning eller tørætsning) er en avanceret waferskæringsteknologi, der bruger reaktiv ionætsning (RIE) eller dyb reaktiv ionætsning (DRIE) til at adskille individuelle chips fra halvlederwafere. Teknologien opnår skæring ved kemisk at fjerne materiale langs forudbestemte skærelinjer ved hjælp af plasma.
Under plasmaskæringsprocessen anbringes halvlederwaferen i et vakuumkammer, en kontrolleret reaktiv gasblanding indføres i kammeret, og et elektrisk felt påføres for at generere et plasma, der indeholder en høj koncentration af reaktive ioner og radikaler. Disse reaktive arter interagerer med wafermaterialet og fjerner selektivt wafermateriale langs rillelinjen gennem en kombination af kemisk reaktion og fysisk sputtering.
Den største fordel ved plasmaskæring er, at det reducerer mekanisk belastning på waferen og chippen og reducerer potentielle skader forårsaget af fysisk kontakt. Denne proces er dog mere kompleks og tidskrævende end andre metoder, især når der er tale om tykkere wafers eller materialer med høj ætsningsmodstand, så dens anvendelse i masseproduktion er begrænset.
▲Billedkildenetværk
Ved halvlederfremstilling skal waferskæringsmetoden vælges baseret på mange faktorer, herunder wafermaterialeegenskaber, spånstørrelse og geometri, krævet præcision og nøjagtighed og samlede produktionsomkostninger og effektivitet.
Indlægstid: 20. september 2024