પાવર સેમિકન્ડક્ટર વેફર કટીંગ માટે વિવિધ પ્રકારની પ્રક્રિયાઓ

વેફરપાવર સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં કટીંગ એ એક મહત્વપૂર્ણ કડી છે. આ પગલું સેમિકન્ડક્ટર વેફર્સથી વ્યક્તિગત ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટ અથવા ચિપ્સને ચોક્કસ રીતે અલગ કરવા માટે રચાયેલ છે.

ની ચાવીવેફરકટીંગ એ સુનિશ્ચિત કરતી વખતે વ્યક્તિગત ચિપ્સને અલગ કરવા માટે સક્ષમ છે કે નાજુક માળખાં અને સર્કિટવેફરનુકસાન થતું નથી. કટીંગ પ્રક્રિયાની સફળતા અથવા નિષ્ફળતા માત્ર ચિપની અલગતા ગુણવત્તા અને ઉપજને જ અસર કરતી નથી, પરંતુ તે સમગ્ર ઉત્પાદન પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા સાથે પણ સીધી રીતે સંબંધિત છે.

▲વેફર કટીંગના ત્રણ સામાન્ય પ્રકાર | સ્ત્રોત: KLA ચીન
હાલમાં, સામાન્યવેફરકટીંગ પ્રક્રિયાઓ આમાં વહેંચાયેલી છે:
બ્લેડ કટીંગ: ઓછી કિંમત, સામાન્ય રીતે જાડા માટે વપરાય છેવેફર્સ
લેસર કટીંગ: ઊંચી કિંમત, સામાન્ય રીતે 30μm થી વધુ જાડાઈ સાથે વેફર માટે વપરાય છે
પ્લાઝમા કટીંગ: ઊંચી કિંમત, વધુ પ્રતિબંધો, સામાન્ય રીતે 30μm કરતાં ઓછી જાડાઈ સાથે વેફર માટે વપરાય છે

યાંત્રિક બ્લેડ કટીંગ

બ્લેડ કટીંગ એ હાઇ-સ્પીડ રોટેટિંગ ગ્રાઇન્ડીંગ ડિસ્ક (બ્લેડ) દ્વારા સ્ક્રાઇબ લાઇન સાથે કાપવાની પ્રક્રિયા છે. બ્લેડ સામાન્ય રીતે ઘર્ષક અથવા અતિ-પાતળા હીરાની સામગ્રીથી બનેલી હોય છે, જે સિલિકોન વેફર પર કાપવા અથવા ગ્રુવિંગ માટે યોગ્ય હોય છે. જો કે, યાંત્રિક કટીંગ પદ્ધતિ તરીકે, બ્લેડ કટીંગ ભૌતિક સામગ્રીને દૂર કરવા પર આધાર રાખે છે, જે સરળતાથી ચીપની ધારને ચીપીંગ અથવા ક્રેકીંગ તરફ દોરી શકે છે, આમ ઉત્પાદનની ગુણવત્તાને અસર કરે છે અને ઉપજમાં ઘટાડો થાય છે.

યાંત્રિક સોઇંગ પ્રક્રિયા દ્વારા ઉત્પાદિત અંતિમ ઉત્પાદનની ગુણવત્તા કટીંગ સ્પીડ, બ્લેડની જાડાઈ, બ્લેડનો વ્યાસ અને બ્લેડ રોટેશન સ્પીડ સહિતના બહુવિધ પરિમાણો દ્વારા પ્રભાવિત થાય છે.

ફુલ કટ એ સૌથી મૂળભૂત બ્લેડ કાપવાની પદ્ધતિ છે, જે નિશ્ચિત સામગ્રી (જેમ કે સ્લાઇસિંગ ટેપ) પર કાપીને વર્કપીસને સંપૂર્ણપણે કાપી નાખે છે.

▲ યાંત્રિક બ્લેડ કટીંગ-ફુલ કટ | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

હાફ કટ એ પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ છે જે વર્કપીસની મધ્યમાં કાપીને ગ્રુવ બનાવે છે. ગ્રુવિંગ પ્રક્રિયા સતત કરવાથી કાંસકો અને સોયના આકારના બિંદુઓ ઉત્પન્ન કરી શકાય છે.

▲ યાંત્રિક બ્લેડ કટીંગ-અડધો કટ | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

ડબલ કટ એ પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ છે જે એક જ સમયે બે પ્રોડક્શન લાઇન પર સંપૂર્ણ અથવા અડધા કટ કરવા માટે બે સ્પિન્ડલ સાથે ડબલ સ્લાઇસિંગ સોનો ઉપયોગ કરે છે. ડબલ સ્લાઈસિંગ કરવતમાં બે સ્પિન્ડલ એક્સેસ છે. આ પ્રક્રિયા દ્વારા ઉચ્ચ થ્રુપુટ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

▲ યાંત્રિક બ્લેડ કટીંગ-ડબલ કટ | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

સ્ટેપ કટ બે તબક્કામાં સંપૂર્ણ અને અડધા કટ કરવા માટે બે સ્પિન્ડલ સાથે ડબલ સ્લાઇસિંગ સોનો ઉપયોગ કરે છે. વેફરની સપાટી પર વાયરિંગ લેયરને કાપવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલ બ્લેડનો ઉપયોગ કરો અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાની પ્રક્રિયા પ્રાપ્ત કરવા માટે બાકીના સિલિકોન સિંગલ ક્રિસ્ટલ માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરેલ બ્લેડનો ઉપયોગ કરો.

▲ યાંત્રિક બ્લેડ કટીંગ – સ્ટેપ કટિંગ | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

બેવલ કટિંગ એ પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ છે જે સ્ટેપ કટીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન વેફરને બે તબક્કામાં કાપવા માટે અડધા કટની ધાર પર વી આકારની ધાર સાથે બ્લેડનો ઉપયોગ કરે છે. ચેમ્ફરિંગ પ્રક્રિયા કટીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન કરવામાં આવે છે. તેથી, ઉચ્ચ મોલ્ડ તાકાત અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાની પ્રક્રિયા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

▲ યાંત્રિક બ્લેડ કટીંગ – બેવલ કટીંગ | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક
લેસર કટીંગ

લેસર કટીંગ એ બિન-સંપર્ક વેફર કટીંગ ટેક્નોલોજી છે જે સેમિકન્ડક્ટર વેફર્સથી વ્યક્તિગત ચિપ્સને અલગ કરવા માટે કેન્દ્રિત લેસર બીમનો ઉપયોગ કરે છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા લેસર બીમ વેફરની સપાટી પર કેન્દ્રિત હોય છે અને એબ્લેશન અથવા થર્મલ વિઘટન પ્રક્રિયાઓ દ્વારા પૂર્વનિર્ધારિત કટીંગ લાઇન સાથે સામગ્રીને બાષ્પીભવન કરે છે અથવા દૂર કરે છે.

▲ લેસર કટીંગ ડાયાગ્રામ | છબી સ્ત્રોત: KLA ચીન

હાલમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતા લેસરોના પ્રકારોમાં અલ્ટ્રાવાયોલેટ લેસરો, ઇન્ફ્રારેડ લેસરો અને ફેમટોસેકન્ડ લેસરોનો સમાવેશ થાય છે. તેમાંથી, અલ્ટ્રાવાયોલેટ લેસરોનો ઉપયોગ તેમની ઉચ્ચ ફોટોન ઉર્જાને કારણે ચોક્કસ કોલ્ડ એબ્લેશન માટે કરવામાં આવે છે, અને ગરમીથી પ્રભાવિત ઝોન અત્યંત નાનો છે, જે વેફર અને તેની આસપાસની ચિપ્સને થર્મલ નુકસાનના જોખમને અસરકારક રીતે ઘટાડી શકે છે. ઇન્ફ્રારેડ લેસરો જાડા વેફર માટે વધુ યોગ્ય છે કારણ કે તે સામગ્રીમાં ઊંડે સુધી પ્રવેશ કરી શકે છે. ફેમટોસેકન્ડ લેસરો અલ્ટ્રાશોર્ટ લાઇટ પલ્સ દ્વારા લગભગ નગણ્ય હીટ ટ્રાન્સફર સાથે ઉચ્ચ-ચોકસાઇ અને કાર્યક્ષમ સામગ્રી દૂર કરે છે.

પરંપરાગત બ્લેડ કટીંગ કરતાં લેસર કટીંગના નોંધપાત્ર ફાયદા છે. પ્રથમ, બિન-સંપર્ક પ્રક્રિયા તરીકે, લેસર કટીંગને વેફર પર ભૌતિક દબાણની જરૂર પડતી નથી, જે યાંત્રિક કટીંગમાં સામાન્ય ફ્રેગમેન્ટેશન અને ક્રેકીંગ સમસ્યાઓ ઘટાડે છે. આ લક્ષણ લેસર કટીંગને ખાસ કરીને નાજુક અથવા અતિ-પાતળા વેફર પર પ્રક્રિયા કરવા માટે ખાસ કરીને યોગ્ય બનાવે છે, ખાસ કરીને જટિલ રચનાઓ અથવા ઝીણા લક્ષણોવાળા.

▲ લેસર કટીંગ ડાયાગ્રામ | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

વધુમાં, લેસર કટીંગની ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને સચોટતા તેને લેસર બીમને અત્યંત નાના સ્પોટ સાઇઝ પર ફોકસ કરવા, જટિલ કટીંગ પેટર્નને ટેકો આપવા અને ચિપ્સ વચ્ચે લઘુત્તમ અંતરને અલગ કરવા માટે સક્ષમ બનાવે છે. આ લક્ષણ ખાસ કરીને અદ્યતન સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો માટે ઘટતા કદ સાથે મહત્વપૂર્ણ છે.

જો કે, લેસર કટીંગની પણ કેટલીક મર્યાદાઓ છે. બ્લેડ કટીંગની તુલનામાં, તે ધીમી અને વધુ ખર્ચાળ છે, ખાસ કરીને મોટા પાયે ઉત્પાદનમાં. વધુમાં, યોગ્ય લેસર પ્રકાર પસંદ કરવાનું અને કાર્યક્ષમ સામગ્રી દૂર કરવાની ખાતરી કરવા અને ન્યૂનતમ ગરમી-અસરગ્રસ્ત ઝોનની ખાતરી કરવા પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવું એ ચોક્કસ સામગ્રી અને જાડાઈ માટે પડકારરૂપ બની શકે છે.

લેસર એબ્લેશન કટીંગ

લેસર એબ્લેશન કટીંગ દરમિયાન, લેસર બીમ વેફરની સપાટી પરના ચોક્કસ સ્થાન પર ચોક્કસ ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, અને લેસર ઉર્જાને પૂર્વનિર્ધારિત કટીંગ પેટર્ન અનુસાર માર્ગદર્શન આપવામાં આવે છે, ધીમે ધીમે વેફર દ્વારા તળિયે કાપવામાં આવે છે. કટીંગ જરૂરિયાતો પર આધાર રાખીને, આ ઓપરેશન સ્પંદિત લેસર અથવા સતત વેવ લેસરનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે. લેસરની વધુ પડતી સ્થાનિક ગરમીને કારણે વેફરને થતા નુકસાનને રોકવા માટે, ઠંડકનું પાણી ઠંડું કરવા અને વેફરને થર્મલ નુકસાનથી બચાવવા માટે વપરાય છે. તે જ સમયે, ઠંડકનું પાણી કટીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉત્પન્ન થતા કણોને અસરકારક રીતે દૂર કરી શકે છે, દૂષિતતાને અટકાવી શકે છે અને કટીંગ ગુણવત્તાને સુનિશ્ચિત કરી શકે છે.

લેસર અદ્રશ્ય કટીંગ

લેસરને વેફરના મુખ્ય ભાગમાં ગરમી સ્થાનાંતરિત કરવા માટે પણ કેન્દ્રિત કરી શકાય છે, એક પદ્ધતિ જેને "અદ્રશ્ય લેસર કટીંગ" કહેવાય છે. આ પદ્ધતિ માટે, લેસરની ગરમી સ્ક્રાઇબ લેનમાં ગાબડા બનાવે છે. આ નબળા વિસ્તારો પછી વેફરને ખેંચવામાં આવે ત્યારે તોડીને સમાન ઘૂંસપેંઠ અસર પ્રાપ્ત કરે છે.

▲લેસર અદ્રશ્ય કટીંગની મુખ્ય પ્રક્રિયા

અદ્રશ્ય કટીંગ પ્રક્રિયા એ લેસર એબ્લેશનને બદલે આંતરિક શોષણ લેસર પ્રક્રિયા છે જ્યાં લેસર સપાટી પર શોષાય છે. અદ્રશ્ય કટિંગ સાથે, વેફર સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી માટે અર્ધ-પારદર્શક તરંગલંબાઇ સાથે લેસર બીમ ઊર્જાનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રક્રિયાને બે મુખ્ય તબક્કામાં વહેંચવામાં આવી છે, એક લેસર આધારિત પ્રક્રિયા છે, અને બીજી યાંત્રિક વિભાજન પ્રક્રિયા છે.

▲લેસર બીમ વેફર સપાટીની નીચે એક છિદ્ર બનાવે છે, અને આગળ અને પાછળની બાજુઓને અસર થતી નથી | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

પ્રથમ પગલામાં, જેમ કે લેસર બીમ વેફરને સ્કેન કરે છે, લેસર બીમ વેફરની અંદરના ચોક્કસ બિંદુ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, જે અંદર એક ક્રેકીંગ પોઈન્ટ બનાવે છે. બીમ ઉર્જા અંદર તિરાડોની શ્રેણીનું કારણ બને છે, જે હજુ સુધી વેફરની સમગ્ર જાડાઈથી ઉપર અને નીચેની સપાટી સુધી વિસ્તરી નથી.

▲બ્લેડ પદ્ધતિ અને લેસર અદ્રશ્ય કટીંગ પદ્ધતિ દ્વારા કાપવામાં આવેલ 100μm જાડા સિલિકોન વેફરની સરખામણી | છબી સ્ત્રોત નેટવર્ક

બીજા પગલામાં, વેફરના તળિયેની ચિપ ટેપ ભૌતિક રીતે વિસ્તૃત થાય છે, જે વેફરની અંદરની તિરાડોમાં તાણયુક્ત તણાવનું કારણ બને છે, જે પ્રથમ પગલામાં લેસર પ્રક્રિયામાં પ્રેરિત થાય છે. આ તાણ વેફરની ઉપરની અને નીચેની સપાટીઓ સુધી તિરાડોને ઊભી રીતે વિસ્તરે છે અને પછી વેફરને આ કટીંગ પોઈન્ટ્સ સાથે ચિપ્સમાં અલગ કરે છે. અદ્રશ્ય કટીંગમાં, હાફ-કટીંગ અથવા બોટમ-સાઇડ હાફ-કટીંગનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે વેફરને ચિપ્સ અથવા ચિપ્સમાં અલગ કરવાની સુવિધા માટે કરવામાં આવે છે.

લેસર એબ્લેશન પર અદ્રશ્ય લેસર કટીંગના મુખ્ય ફાયદા:
• કોઈ શીતકની જરૂર નથી
• કોઈ કચરો પેદા થયો નથી
• સંવેદનશીલ સર્કિટને નુકસાન પહોંચાડી શકે તેવા ગરમી-અસરગ્રસ્ત વિસ્તારો નથી

પ્લાઝ્મા કટીંગ
પ્લાઝમા કટીંગ (પ્લાઝમા એચીંગ અથવા ડ્રાય ઈચીંગ તરીકે પણ ઓળખાય છે) એ એક અદ્યતન વેફર કટીંગ ટેકનોલોજી છે જે સેમીકન્ડક્ટર વેફર્સમાંથી વ્યક્તિગત ચિપ્સને અલગ કરવા માટે રીએક્ટિવ આયન ઈચીંગ (RIE) અથવા ડીપ રીએક્ટિવ આયન ઈચીંગ (DRIE) નો ઉપયોગ કરે છે. ટેક્નોલોજી પ્લાઝમાનો ઉપયોગ કરીને પૂર્વનિર્ધારિત કટીંગ લાઇન સાથે રાસાયણિક રીતે સામગ્રીને દૂર કરીને કટીંગ પ્રાપ્ત કરે છે.

પ્લાઝ્મા કટીંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન, સેમિકન્ડક્ટર વેફરને વેક્યૂમ ચેમ્બરમાં મૂકવામાં આવે છે, ચેમ્બરમાં નિયંત્રિત પ્રતિક્રિયાશીલ ગેસ મિશ્રણ દાખલ કરવામાં આવે છે, અને પ્રતિક્રિયાશીલ આયનો અને રેડિકલની ઉચ્ચ સાંદ્રતા ધરાવતા પ્લાઝ્મા બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ લાગુ કરવામાં આવે છે. આ પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રજાતિઓ વેફર સામગ્રી સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા અને ભૌતિક સ્પટરિંગના સંયોજન દ્વારા સ્ક્રાઇબ લાઇન સાથે વેફર સામગ્રીને પસંદગીપૂર્વક દૂર કરે છે.

પ્લાઝ્મા કટીંગનો મુખ્ય ફાયદો એ છે કે તે વેફર અને ચિપ પરના યાંત્રિક તાણને ઘટાડે છે અને શારીરિક સંપર્કને કારણે થતા સંભવિત નુકસાનને ઘટાડે છે. જો કે, આ પ્રક્રિયા અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ જટિલ અને સમય માંગી લે તેવી છે, ખાસ કરીને જ્યારે જાડા વેફર્સ અથવા ઉચ્ચ એચિંગ પ્રતિકાર સાથેની સામગ્રી સાથે કામ કરતી વખતે, તેથી મોટા પાયે ઉત્પાદનમાં તેનો ઉપયોગ મર્યાદિત છે.

▲ઇમેજ સ્ત્રોત નેટવર્ક

સેમિકન્ડક્ટર મેન્યુફેક્ચરિંગમાં, વેફર સામગ્રીના ગુણધર્મો, ચિપનું કદ અને ભૂમિતિ, જરૂરી ચોકસાઇ અને ચોકસાઈ અને એકંદર ઉત્પાદન ખર્ચ અને કાર્યક્ષમતા સહિતના ઘણા પરિબળોના આધારે વેફર કટીંગ પદ્ધતિ પસંદ કરવાની જરૂર છે.