Vohvelileikkaaminen on yksi tärkeimmistä lenkeistä tehopuolijohteiden tuotannossa. Tämä vaihe on suunniteltu erottamaan tarkasti yksittäiset integroidut piirit tai sirut puolijohdekiekoista.
Avain siihenvohvelileikkaus on kyettävä erottamaan yksittäiset lastut varmistaen samalla, että herkät rakenteet ja piirit on upotettuvohvelieivät ole vaurioituneet. Leikkausprosessin onnistuminen tai epäonnistuminen ei vaikuta pelkästään hakkeen erottelun laatuun ja saantoon, vaan se liittyy suoraan myös koko tuotantoprosessin tehokkuuteen.
▲Kolme yleistä kiekkoleikkaustyyppiä | Lähde: KLA CHINA
Tällä hetkellä yleinenvohvelileikkausprosessit on jaettu:
Terän leikkaus: edullinen, käytetään yleensä paksumpaanvohveleita
Laserleikkaus: korkeat kustannukset, käytetään yleensä yli 30 μm:n paksuisiin kiekoihin
Plasmaleikkaus: korkeat kustannukset, enemmän rajoituksia, käytetään yleensä levyille, joiden paksuus on alle 30 μm
Mekaaninen terän leikkaus
Teräleikkaus on prosessi, jossa leikataan viivaviivaa pitkin nopeasti pyörivällä hiomalaikalla (terällä). Terä on yleensä valmistettu hankaavasta tai erittäin ohuesta timanttimateriaalista, joka soveltuu piikiekkojen leikkaamiseen tai urittamiseen. Mekaanisena leikkausmenetelmänä teräleikkaus perustuu kuitenkin fyysiseen materiaalin poistoon, mikä voi helposti johtaa lastun reunan halkeamiseen, mikä vaikuttaa tuotteen laatuun ja pienentää satoa.
Mekaanisella sahausprosessilla tuotetun lopputuotteen laatuun vaikuttavat useat parametrit, kuten leikkausnopeus, terän paksuus, terän halkaisija ja terän pyörimisnopeus.
Täysleikkaus on yksinkertaisin terän leikkausmenetelmä, joka leikkaa työkappaleen kokonaan leikkaamalla kiinteään materiaaliin (kuten viipalointinauhaan).
▲ Mekaaninen teräleikkaus-täysleikkaus | Kuvan lähdeverkko
Puolileikkaus on työstömenetelmä, joka tuottaa uran leikkaamalla työkappaleen keskelle. Jatkuvalla uritusprosessilla saadaan aikaan kampa- ja neulanmuotoisia pisteitä.
▲ Mekaaninen terä leikkaus-puolileikkaus | Kuvan lähdeverkko
Kaksoisleikkaus on prosessointimenetelmä, jossa käytetään kaksinkertaista leikkaussahaa kahdella karalla täys- tai puolileikkausten suorittamiseen kahdella tuotantolinjalla samanaikaisesti. Kaksoisleikkaussahassa on kaksi kara-akselia. Tällä prosessilla voidaan saavuttaa korkea suorituskyky.
▲ Mekaaninen teräleikkaus-kaksoisleikkaus | Kuvan lähdeverkko
Askelleikkaus käyttää kaksinkertaista leikkaussahaa kahdella karalla täys- ja puolileikkausten suorittamiseen kahdessa vaiheessa. Käytä teriä, jotka on optimoitu leikkaamaan johtokerroksen kiekon pinnalla, ja teriä, jotka on optimoitu jäljelle jääville yksikiteisille piikiteille korkealaatuisen käsittelyn saavuttamiseksi.
▲ Mekaaninen teräleikkaus – porrasleikkaus | Kuvan lähdeverkko
Viisteleikkaus on prosessointimenetelmä, jossa käytetään terää, jonka puolileikatussa reunassa on V-muotoinen reuna, leikkaamaan kiekko kahdessa vaiheessa vaiheleikkausprosessin aikana. Viisteusprosessi suoritetaan leikkausprosessin aikana. Siksi voidaan saavuttaa korkea muotilujuus ja korkealaatuinen käsittely.
▲ Mekaaninen teräleikkaus – viisteleikkaus | Kuvan lähdeverkko
Laserleikkaus
Laserleikkaus on kosketukseton kiekkojen leikkaustekniikka, joka käyttää kohdistettua lasersädettä yksittäisten sirujen erottamiseen puolijohdekiekoista. Suurienerginen lasersäde kohdistuu kiekon pintaan ja haihduttaa tai poistaa materiaalia ennalta määrättyä leikkauslinjaa pitkin ablaatio- tai lämpöhajoamisprosessien kautta.
▲ Laserleikkauskaavio | Kuvan lähde: KLA CHINA
Tällä hetkellä laajalti käytettyjä lasertyyppejä ovat ultraviolettilaserit, infrapunalaserit ja femtosekuntilaserit. Niistä ultraviolettilasereita käytetään usein tarkkaan kylmäablaatioon niiden korkean fotonienergian vuoksi, ja lämpövaikutusalue on erittäin pieni, mikä voi tehokkaasti vähentää kiekon ja sitä ympäröivien sirujen lämpövaurioiden riskiä. Infrapunalaserit sopivat paremmin paksummille kiekoille, koska ne voivat tunkeutua syvälle materiaaliin. Femtosekuntilaserit saavuttavat erittäin tarkan ja tehokkaan materiaalinpoiston lähes merkityksettömällä lämmönsiirrolla ultralyhyiden valopulssien avulla.
Laserleikkauksella on merkittäviä etuja perinteiseen teräleikkaukseen verrattuna. Ensinnäkin kosketuksettomana prosessina laserleikkaus ei vaadi kiekkoon kohdistuvaa fyysistä painetta, mikä vähentää mekaanisessa leikkauksessa yleisiä pirstoutumis- ja halkeiluongelmia. Tämä ominaisuus tekee laserleikkauksesta erityisen sopivan hauraiden tai erittäin ohuiden kiekkojen käsittelyyn, erityisesti rakenteeltaan monimutkaisten tai hienoja piirteitä sisältävien kiekkojen käsittelyyn.
▲ Laserleikkauskaavio | Kuvan lähdeverkko
Lisäksi laserleikkauksen korkea tarkkuus ja tarkkuus mahdollistaa lasersäteen fokusoinnin erittäin pieneen pistekokoon, tukee monimutkaisia leikkauskuvioita ja saavuttaa sirujen välisen vähimmäisetäisyyden erottamisen. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä edistyneille puolijohdelaiteille, joiden koko on kutistuva.
Laserleikkauksella on kuitenkin myös joitain rajoituksia. Teräleikkaukseen verrattuna se on hitaampaa ja kalliimpaa erityisesti suurtuotannossa. Lisäksi oikean lasertyypin valitseminen ja parametrien optimointi tehokkaan materiaalinpoiston ja minimaalisen lämpövaikutusalueen varmistamiseksi voi olla haastavaa tietyille materiaaleille ja paksuuksille.
Laser ablaatioleikkaus
Laserablaatioleikkauksen aikana lasersäde kohdistetaan tarkasti määrättyyn kohtaan kiekon pinnalla, ja laserenergiaa ohjataan ennalta määrätyn leikkauskuvion mukaisesti leikkaamalla asteittain kiekon läpi pohjaan. Leikkausvaatimuksista riippuen tämä toimenpide suoritetaan pulssilaserin tai jatkuvan aallon laserin avulla. Estääkseen kiekon vaurioitumisen laserin liiallisesta paikallisesta kuumenemisesta, jäähdytysvettä käytetään kiekon jäähdyttämiseen ja suojaamiseen lämpövaurioilta. Samalla jäähdytysvesi voi myös tehokkaasti poistaa leikkausprosessin aikana syntyneet hiukkaset, estää saastumisen ja varmistaa leikkauslaadun.
Näkymätön laserleikkaus
Laser voidaan myös fokusoida siirtämään lämpöä kiekon päärunkoon, menetelmää kutsutaan "näkymättömäksi laserleikkaukseksi". Tätä menetelmää varten laserin lämpö luo aukkoja piirtokaistoihin. Nämä heikentyneet alueet saavuttavat sitten samanlaisen läpäisyvaikutuksen murtumalla, kun kiekkoa venytetään.
▲ Näkymättömän laserleikkauksen pääprosessi
Näkymätön leikkausprosessi on sisäinen absorptiolaserprosessi eikä laserablaatio, jossa laser absorboituu pinnalle. Näkymättömässä leikkauksessa käytetään lasersäteen energiaa, jonka aallonpituus on puoliläpinäkyvä kiekkosubstraattimateriaalille. Prosessi on jaettu kahteen päävaiheeseen, joista toinen on laserpohjainen prosessi ja toinen mekaaninen erotusprosessi.
▲Lasersäde luo rei'ityksen kiekon pinnan alle, eikä se vaikuta etu- ja takapuolelle | Kuvan lähdeverkko
Ensimmäisessä vaiheessa, kun lasersäde skannaa kiekkoa, lasersäde keskittyy tiettyyn pisteeseen kiekon sisällä muodostaen halkeilupisteen sisällä. Sädeenergia saa aikaan sarjan halkeamia, jotka muodostuvat sisälle, jotka eivät ole vielä ulottuneet kiekon koko paksuudelta ylä- ja alapinnoille.
▲ Terämenetelmällä leikattujen 100 μm paksujen piikiekkojen vertailu ja näkymätön laserleikkausmenetelmä | Kuvan lähdeverkko
Toisessa vaiheessa kiekon pohjassa olevaa sirunauhaa laajennetaan fyysisesti, mikä aiheuttaa vetojännitystä kiekon sisällä oleviin halkeamiin, jotka syntyvät ensimmäisessä vaiheessa laserprosessissa. Tämä jännitys saa halkeamat ulottumaan pystysuunnassa kiekon ylä- ja alapinnoille ja sitten erottamaan kiekon lastuiksi näitä leikkauskohtia pitkin. Näkymättömässä leikkauksessa puolileikkausta tai pohjapuolen puolileikkausta käytetään yleensä helpottamaan kiekkojen erottamista lastuiksi tai lastuiksi.
Näkymättömän laserleikkauksen tärkeimmät edut laserablaatioon verrattuna:
• Jäähdytysnestettä ei tarvita
• Ei muodostunut roskia
• Ei lämpövaikutteisia vyöhykkeitä, jotka voivat vahingoittaa herkkiä piirejä
Plasma leikkaus
Plasmaleikkaus (tunnetaan myös nimellä plasmaetsaus tai kuivaetsaus) on edistynyt kiekkojen leikkaustekniikka, joka käyttää reaktiivista ionietsausta (RIE) tai syväreaktiivista ionietsausta (DRIE) yksittäisten sirujen erottamiseen puolijohdekiekoista. Tekniikka saavuttaa leikkaamisen poistamalla materiaalia kemiallisesti ennalta määrättyjä leikkauslinjoja pitkin plasman avulla.
Plasmaleikkausprosessin aikana puolijohdekiekko sijoitetaan tyhjökammioon, kammioon syötetään kontrolloitu reaktiivinen kaasuseos, ja sähkökenttää käytetään suuren pitoisuuden reaktiivisia ioneja ja radikaaleja sisältävän plasman muodostamiseksi. Nämä reaktiiviset lajit ovat vuorovaikutuksessa kiekkomateriaalin kanssa ja poistavat valikoivasti kiekkomateriaalia viivaviivaa pitkin kemiallisen reaktion ja fysikaalisen sputteroinnin yhdistelmän avulla.
Plasmaleikkauksen tärkein etu on, että se vähentää kiekon ja sirun mekaanista rasitusta ja vähentää mahdollisia fyysisen kosketuksen aiheuttamia vaurioita. Tämä prosessi on kuitenkin monimutkaisempi ja aikaa vievämpi kuin muut menetelmät, erityisesti käytettäessä paksumpia kiekkoja tai materiaaleja, joilla on korkea etsauskestävyys, joten sen käyttö massatuotannossa on rajallinen.
▲ Kuvan lähdeverkko
Puolijohteiden valmistuksessa kiekkojen leikkausmenetelmä on valittava useiden tekijöiden perusteella, mukaan lukien kiekkojen materiaalin ominaisuudet, sirun koko ja geometria, vaadittu tarkkuus ja tarkkuus sekä kokonaistuotantokustannukset ja -tehokkuus.
Postitusaika: 20.9.2024