ویفربرش یکی از حلقه های مهم در تولید نیمه هادی های قدرت است. این مرحله برای جداسازی دقیق مدارهای مجتمع یا تراشه‌ها از ویفرهای نیمه هادی طراحی شده است.
کلید بهویفربرش این است که بتواند تراشه های جداگانه را جدا کند و در عین حال اطمینان حاصل شود که ساختارها و مدارهای ظریف تعبیه شده درویفرآسیب نمی بینند. موفقیت یا شکست فرآیند برش نه تنها بر کیفیت جداسازی و عملکرد تراشه تأثیر می گذارد، بلکه مستقیماً با کارایی کل فرآیند تولید نیز مرتبط است.
▲سه نوع متداول برش ویفر | منبع: KLA چین
در حال حاضر، رایج استویفرفرآیندهای برش به دو دسته تقسیم می شوند:
برش تیغه: کم هزینه، معمولا برای ضخیم تر استفاده می شودویفر
برش لیزری: هزینه بالا، معمولاً برای ویفرهایی با ضخامت بیش از 30 میکرومتر استفاده می شود
برش پلاسما: هزینه بالا، محدودیت‌های بیشتر، معمولاً برای ویفرهایی با ضخامت کمتر از 30 میکرومتر استفاده می‌شود.
برش مکانیکی تیغه
برش تیغه ای فرآیند برش در امتداد خط اسکریپ توسط یک دیسک چرخان با سرعت بالا (تیغه) است. تیغه معمولاً از مواد ساینده یا بسیار نازک الماس ساخته می شود که برای برش یا شیار زدن روی ویفرهای سیلیکونی مناسب است. با این حال، به عنوان یک روش برش مکانیکی، برش تیغه به حذف فیزیکی مواد متکی است، که به راحتی می تواند منجر به بریدگی یا ترک خوردن لبه تراشه شود، بنابراین بر کیفیت محصول و کاهش عملکرد تأثیر می گذارد.
کیفیت محصول نهایی تولید شده توسط فرآیند اره مکانیکی تحت تأثیر پارامترهای متعددی از جمله سرعت برش، ضخامت تیغه، قطر تیغه و سرعت چرخش تیغه است.
برش کامل ابتدایی ترین روش برش تیغه است که با برش دادن به یک ماده ثابت (مانند نوار برش) قطعه کار را به طور کامل برش می دهد.
▲ برش مکانیکی تیغه - برش کامل | شبکه منبع تصویر
نیمه برش یک روش پردازش است که با برش تا وسط قطعه کار، شیار ایجاد می کند. با انجام مداوم فرآیند شیار زنی می توان نقاط شانه ای و سوزنی شکل تولید کرد.
▲ برش مکانیکی تیغه-نیمه برش | شبکه منبع تصویر
برش دوبل یک روش پردازش است که از اره برش دوبل با دو دوک برای انجام برش کامل یا نیمه بر روی دو خط تولید به طور همزمان استفاده می کند. اره برش دوبل دارای دو محور دوک است. از طریق این فرآیند می توان به توان عملیاتی بالا دست یافت.
▲ برش مکانیکی تیغه-برش دوبل | شبکه منبع تصویر
استپ کات از یک اره برش دوبل با دو دوک برای انجام برش کامل و نیمه در دو مرحله استفاده می کند. از تیغه های بهینه شده برای برش لایه سیم کشی روی سطح ویفر و تیغه های بهینه شده برای تک کریستال سیلیکون باقی مانده برای دستیابی به پردازش با کیفیت بالا استفاده کنید.
▲ برش مکانیکی تیغه – برش پله ای | شبکه منبع تصویر
برش اریب یک روش فرآوری است که از تیغه ای با لبه V شکل در لبه نیمه برش داده شده برای برش ویفر در دو مرحله در طول فرآیند برش مرحله ای استفاده می کند. فرآیند پخ زدن در طول فرآیند برش انجام می شود. بنابراین، استحکام قالب بالا و پردازش با کیفیت بالا را می توان به دست آورد.
▲ برش مکانیکی تیغه – برش اریب | شبکه منبع تصویر
برش لیزری
برش لیزری یک فناوری برش ویفر بدون تماس است که از یک پرتو لیزر متمرکز برای جدا کردن تراشه‌های مجزا از ویفرهای نیمه‌رسانا استفاده می‌کند. پرتو لیزر پرانرژی روی سطح ویفر متمرکز شده و مواد را در طول خط برش از پیش تعیین شده از طریق فرسایش یا فرآیندهای تجزیه حرارتی تبخیر یا حذف می کند.
▲ نمودار برش لیزری | منبع تصویر: KLA چین
انواع لیزرهایی که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از: لیزرهای فرابنفش، لیزرهای مادون قرمز و لیزرهای فمتوثانیه. در این میان، لیزرهای فرابنفش به دلیل انرژی زیاد فوتون، اغلب برای فرسایش سرد دقیق استفاده می‌شوند و ناحیه متاثر از گرما بسیار کوچک است که می‌تواند به طور موثری خطر آسیب حرارتی به ویفر و تراشه‌های اطراف آن را کاهش دهد. لیزرهای مادون قرمز برای ویفرهای ضخیم‌تر مناسب‌تر هستند زیرا می‌توانند به عمق مواد نفوذ کنند. لیزرهای فمتوثانیه با انتقال حرارت تقریباً ناچیز از طریق پالس‌های نور فوق‌کوتاه به حذف مواد با دقت بالا و کارآمد می‌رسند.
برش لیزری مزایای قابل توجهی نسبت به برش تیغه ای سنتی دارد. اولاً، برش لیزری به عنوان یک فرآیند غیر تماسی، نیازی به فشار فیزیکی روی ویفر ندارد، و مشکلات تکه تکه شدن و ترک خوردن رایج در برش مکانیکی را کاهش می‌دهد. این ویژگی برش لیزری را به ویژه برای پردازش ویفرهای شکننده یا بسیار نازک، به ویژه آنهایی که ساختار پیچیده یا ویژگی های ظریف دارند، مناسب می کند.
▲ نمودار برش لیزری | شبکه منبع تصویر
علاوه بر این، دقت و دقت بالای برش لیزری آن را قادر می سازد تا پرتو لیزر را به اندازه نقطه بسیار کوچک متمرکز کند، از الگوهای برش پیچیده پشتیبانی کند و حداقل فاصله بین تراشه ها را از هم جدا کند. این ویژگی به ویژه برای دستگاه های نیمه هادی پیشرفته با اندازه های کوچکتر مهم است.
با این حال، برش لیزری نیز محدودیت هایی دارد. در مقایسه با برش تیغه، کندتر و گرانتر است، به خصوص در تولید در مقیاس بزرگ. علاوه بر این، انتخاب نوع لیزر مناسب و بهینه سازی پارامترها برای اطمینان از حذف کارآمد مواد و حداقل منطقه متاثر از حرارت می تواند برای مواد و ضخامت های خاص چالش برانگیز باشد.
برش لیزری
در حین برش لیزر، پرتو لیزر دقیقاً بر روی یک مکان مشخص در سطح ویفر متمرکز می شود و انرژی لیزر بر اساس یک الگوی برش از پیش تعیین شده هدایت می شود و به تدریج از طریق ویفر به سمت پایین می رود. بسته به نیازهای برش، این عمل با استفاده از لیزر پالسی یا لیزر موج پیوسته انجام می شود. به منظور جلوگیری از آسیب دیدن ویفر در اثر گرمایش موضعی بیش از حد لیزر، از آب خنک کننده برای خنک شدن و محافظت از ویفر در برابر آسیب حرارتی استفاده می شود. در عین حال، آب خنک کننده همچنین می تواند به طور موثر ذرات تولید شده در طول فرآیند برش را حذف کند، از آلودگی جلوگیری کند و کیفیت برش را تضمین کند.
برش نامرئی لیزری
لیزر همچنین می تواند برای انتقال گرما به بدنه اصلی ویفر متمرکز شود، روشی به نام "برش لیزر نامرئی". برای این روش، گرمای لیزر، شکاف هایی را در خطوط اسکریپ ایجاد می کند. سپس این نواحی ضعیف شده با شکستن زمانی که ویفر کشیده می شود، به اثر نفوذ مشابهی دست می یابند.
▲ فرآیند اصلی برش نامرئی لیزری
فرآیند برش نامرئی یک فرآیند لیزر جذب داخلی است، به جای فرسایش لیزری که در آن لیزر روی سطح جذب می شود. با برش نامرئی، از انرژی پرتو لیزر با طول موج نیمه شفاف نسبت به مواد بستر ویفر استفاده می شود. این فرآیند به دو مرحله اصلی تقسیم می‌شود، یکی فرآیند مبتنی بر لیزر و دیگری فرآیند جداسازی مکانیکی است.
▲پرتو لیزر سوراخی در زیر سطح ویفر ایجاد می‌کند و دو طرف جلو و عقب تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند | شبکه منبع تصویر
در مرحله اول، هنگامی که پرتو لیزر ویفر را اسکن می کند، پرتو لیزر بر روی یک نقطه خاص در داخل ویفر متمرکز شده و یک نقطه ترک در داخل ویفر ایجاد می کند. انرژی پرتو باعث ایجاد یک سری ترک در داخل می شود که هنوز از تمام ضخامت ویفر به سطوح بالا و پایین امتداد نیافته اند.
▲مقایسه ویفرهای سیلیکونی با ضخامت 100μm برش به روش تیغه و روش برش نامرئی لیزری | شبکه منبع تصویر
در مرحله دوم، نوار تراشه ای در پایین ویفر به صورت فیزیکی منبسط می شود که باعث ایجاد تنش کششی در ترک های داخل ویفر می شود که در مرحله اول در فرآیند لیزر ایجاد می شود. این تنش باعث می شود که ترک ها به صورت عمودی به سطوح بالایی و پایینی ویفر کشیده شوند و سپس ویفر را در امتداد این نقاط برش به تراشه ها جدا کنند. در برش نامرئی، معمولاً از نیمه برش یا نیمه برش از سمت پایین برای تسهیل جداسازی ویفرها به چیپس یا چیپس استفاده می شود.
مزایای کلیدی برش لیزر نامرئی نسبت به فرسایش لیزری:
• بدون نیاز به مایع خنک کننده
• بدون ایجاد زباله
• بدون مناطق متاثر از گرما که می تواند به مدارهای حساس آسیب برساند
برش پلاسما
برش پلاسما (همچنین به عنوان اچ پلاسما یا اچ خشک نیز شناخته می شود) یک فناوری پیشرفته برش ویفر است که از حکاکی یونی راکتیو (RIE) یا حکاکی یون واکنشی عمیق (DRIE) برای جدا کردن تراشه های جداگانه از ویفرهای نیمه هادی استفاده می کند. این فناوری با حذف شیمیایی مواد در امتداد خطوط برش از پیش تعیین شده با استفاده از پلاسما، برش را به دست می آورد.
در طی فرآیند برش پلاسما، ویفر نیمه هادی در یک محفظه خلاء قرار می گیرد، یک مخلوط گاز واکنشی کنترل شده به محفظه وارد می شود و یک میدان الکتریکی برای تولید پلاسما حاوی غلظت بالایی از یون ها و رادیکال های فعال اعمال می شود. این گونه‌های واکنش‌پذیر با مواد ویفر تعامل می‌کنند و به‌طور انتخابی مواد ویفر را از طریق ترکیبی از واکنش شیمیایی و کندوپاش فیزیکی در امتداد خط اسکریپ حذف می‌کنند.
مزیت اصلی برش پلاسما این است که فشار مکانیکی روی ویفر و تراشه را کاهش می دهد و آسیب احتمالی ناشی از تماس فیزیکی را کاهش می دهد. با این حال، این فرآیند نسبت به سایر روش‌ها پیچیده‌تر و زمان‌برتر است، به‌ویژه زمانی که با ویفرهای ضخیم‌تر یا موادی با مقاومت حکاکی بالا سروکار داریم، بنابراین کاربرد آن در تولید انبوه محدود است.
▲شبکه منبع تصویر
در تولید نیمه هادی، روش برش ویفر باید بر اساس عوامل بسیاری از جمله خواص مواد ویفر، اندازه و هندسه تراشه، دقت و دقت مورد نیاز و هزینه و کارایی کلی تولید انتخاب شود.
زمان ارسال: سپتامبر 20-2024