पावर सेमीकंडक्टर वेफर कटिंग के लिए कई प्रकार की प्रक्रियाएँ

वफ़रविद्युत अर्धचालक उत्पादन में कटिंग महत्वपूर्ण कड़ियों में से एक है। यह चरण सेमीकंडक्टर वेफर्स से व्यक्तिगत एकीकृत सर्किट या चिप्स को सटीक रूप से अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

करने के लिए कुंजीवफ़रकटिंग का उद्देश्य अलग-अलग चिप्स को अलग करने में सक्षम होना है, जबकि यह सुनिश्चित करना है कि नाजुक संरचनाएं और सर्किट इसमें अंतर्निहित हैंवफ़रक्षतिग्रस्त नहीं हैं. काटने की प्रक्रिया की सफलता या विफलता न केवल चिप की पृथक्करण गुणवत्ता और उपज को प्रभावित करती है, बल्कि संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया की दक्षता से भी सीधे संबंधित होती है।

▲ वेफर कटिंग के तीन सामान्य प्रकार | स्रोत: केएलए चीन
वर्तमान में, आमवफ़रकाटने की प्रक्रियाओं को इसमें विभाजित किया गया है:
ब्लेड काटना: कम लागत, आमतौर पर मोटाई के लिए उपयोग किया जाता हैवेफर्स
लेजर कटिंग: उच्च लागत, आमतौर पर 30μm से अधिक मोटाई वाले वेफर्स के लिए उपयोग किया जाता है
प्लाज्मा काटना: उच्च लागत, अधिक प्रतिबंध, आमतौर पर 30μm से कम मोटाई वाले वेफर्स के लिए उपयोग किया जाता है

यांत्रिक ब्लेड काटना

ब्लेड कटिंग एक उच्च गति से घूमने वाली ग्राइंडिंग डिस्क (ब्लेड) द्वारा स्क्राइब लाइन के साथ काटने की एक प्रक्रिया है। ब्लेड आमतौर पर अपघर्षक या अति पतली हीरे की सामग्री से बना होता है, जो सिलिकॉन वेफर्स पर स्लाइसिंग या ग्रूविंग के लिए उपयुक्त होता है। हालाँकि, एक यांत्रिक काटने की विधि के रूप में, ब्लेड काटना भौतिक सामग्री को हटाने पर निर्भर करता है, जिससे आसानी से चिप किनारे के छिलने या टूटने का कारण बन सकता है, जिससे उत्पाद की गुणवत्ता प्रभावित होती है और उपज कम हो जाती है।

यांत्रिक काटने की प्रक्रिया द्वारा उत्पादित अंतिम उत्पाद की गुणवत्ता कई मापदंडों से प्रभावित होती है, जिसमें काटने की गति, ब्लेड की मोटाई, ब्लेड का व्यास और ब्लेड के घूमने की गति शामिल है।

पूर्ण कट सबसे बुनियादी ब्लेड काटने की विधि है, जो एक निश्चित सामग्री (जैसे स्लाइसिंग टेप) को काटकर वर्कपीस को पूरी तरह से काट देती है।

▲ मैकेनिकल ब्लेड कटिंग-फुल कट | छवि स्रोत नेटवर्क

हाफ कट एक प्रसंस्करण विधि है जो वर्कपीस के बीच में काटकर एक नाली बनाती है। ग्रूविंग प्रक्रिया को लगातार निष्पादित करके कंघी और सुई के आकार के बिंदु बनाए जा सकते हैं।

▲ मैकेनिकल ब्लेड कटिंग-आधा कट | छवि स्रोत नेटवर्क

डबल कट एक प्रसंस्करण विधि है जो एक ही समय में दो उत्पादन लाइनों पर पूर्ण या आधा कट करने के लिए दो स्पिंडल के साथ डबल स्लाइसिंग आरी का उपयोग करती है। डबल स्लाइसिंग आरी में दो स्पिंडल कुल्हाड़ियाँ होती हैं। इस प्रक्रिया के माध्यम से उच्च थ्रूपुट प्राप्त किया जा सकता है।

▲ मैकेनिकल ब्लेड कटिंग-डबल कट | छवि स्रोत नेटवर्क

स्टेप कट दो चरणों में पूर्ण और आधा कट करने के लिए दो स्पिंडल के साथ एक डबल स्लाइसिंग आरी का उपयोग करता है। उच्च गुणवत्ता वाले प्रसंस्करण को प्राप्त करने के लिए वेफर की सतह पर वायरिंग परत को काटने के लिए अनुकूलित ब्लेड और शेष सिलिकॉन सिंगल क्रिस्टल के लिए अनुकूलित ब्लेड का उपयोग करें।

▲ मैकेनिकल ब्लेड कटिंग - स्टेप कटिंग | छवि स्रोत नेटवर्क

बेवल कटिंग एक प्रसंस्करण विधि है जो स्टेप कटिंग प्रक्रिया के दौरान वेफर को दो चरणों में काटने के लिए आधे कटे किनारे पर वी-आकार के किनारे वाले ब्लेड का उपयोग करती है। चम्फरिंग प्रक्रिया काटने की प्रक्रिया के दौरान की जाती है। इसलिए, उच्च मोल्ड ताकत और उच्च गुणवत्ता वाली प्रसंस्करण प्राप्त की जा सकती है।

▲ मैकेनिकल ब्लेड कटिंग - बेवल कटिंग | छवि स्रोत नेटवर्क
लेजर कटिंग

लेजर कटिंग एक गैर-संपर्क वेफर कटिंग तकनीक है जो सेमीकंडक्टर वेफर्स से अलग-अलग चिप्स को अलग करने के लिए एक केंद्रित लेजर बीम का उपयोग करती है। उच्च-ऊर्जा लेजर बीम वेफर की सतह पर केंद्रित होती है और एब्लेशन या थर्मल अपघटन प्रक्रियाओं के माध्यम से पूर्व निर्धारित कटिंग लाइन के साथ सामग्री को वाष्पित या हटा देती है।

▲ लेजर कटिंग आरेख | छवि स्रोत: केएलए चीन

वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले लेजर के प्रकारों में पराबैंगनी लेजर, इन्फ्रारेड लेजर और फेमटोसेकंड लेजर शामिल हैं। उनमें से, पराबैंगनी लेजर का उपयोग अक्सर उनकी उच्च फोटॉन ऊर्जा के कारण सटीक शीत पृथक्करण के लिए किया जाता है, और गर्मी से प्रभावित क्षेत्र बेहद छोटा होता है, जो वेफर और उसके आसपास के चिप्स को थर्मल क्षति के जोखिम को प्रभावी ढंग से कम कर सकता है। इन्फ्रारेड लेजर मोटे वेफर्स के लिए बेहतर अनुकूल हैं क्योंकि वे सामग्री में गहराई से प्रवेश कर सकते हैं। फेमटोसेकंड लेजर अल्ट्राशॉर्ट प्रकाश दालों के माध्यम से लगभग नगण्य गर्मी हस्तांतरण के साथ उच्च परिशुद्धता और कुशल सामग्री हटाने को प्राप्त करते हैं।

पारंपरिक ब्लेड कटिंग की तुलना में लेजर कटिंग के महत्वपूर्ण फायदे हैं। सबसे पहले, एक गैर-संपर्क प्रक्रिया के रूप में, लेजर कटिंग के लिए वेफर पर भौतिक दबाव की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे यांत्रिक कटिंग में आम विखंडन और क्रैकिंग की समस्याएं कम हो जाती हैं। यह सुविधा लेजर कटिंग को विशेष रूप से नाजुक या अति पतली वेफर्स के प्रसंस्करण के लिए उपयुक्त बनाती है, विशेष रूप से जटिल संरचनाओं या बारीक विशेषताओं वाले।

▲ लेजर कटिंग आरेख | छवि स्रोत नेटवर्क

इसके अलावा, लेजर कटिंग की उच्च परिशुद्धता और सटीकता इसे लेजर बीम को बेहद छोटे स्पॉट आकार पर केंद्रित करने, जटिल कटिंग पैटर्न का समर्थन करने और चिप्स के बीच न्यूनतम अंतर को अलग करने में सक्षम बनाती है। यह सुविधा सिकुड़ते आकार वाले उन्नत अर्धचालक उपकरणों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

हालाँकि, लेजर कटिंग की भी कुछ सीमाएँ हैं। ब्लेड कटिंग की तुलना में, यह धीमी और अधिक महंगी है, खासकर बड़े पैमाने पर उत्पादन में। इसके अलावा, कुशल सामग्री निष्कासन और न्यूनतम गर्मी-प्रभावित क्षेत्र सुनिश्चित करने के लिए सही लेजर प्रकार चुनना और मापदंडों को अनुकूलित करना कुछ सामग्रियों और मोटाई के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है।

लेज़र एब्लेशन कटिंग

लेजर एब्लेशन कटिंग के दौरान, लेजर बीम को वेफर की सतह पर एक निर्दिष्ट स्थान पर सटीक रूप से केंद्रित किया जाता है, और लेजर ऊर्जा को पूर्व निर्धारित कटिंग पैटर्न के अनुसार निर्देशित किया जाता है, धीरे-धीरे वेफर के माध्यम से नीचे तक काटा जाता है। काटने की आवश्यकताओं के आधार पर, यह ऑपरेशन स्पंदित लेजर या निरंतर तरंग लेजर का उपयोग करके किया जाता है। लेजर के अत्यधिक स्थानीय तापन के कारण वेफर को होने वाले नुकसान को रोकने के लिए, वेफर को थर्मल क्षति से बचाने और ठंडा करने के लिए ठंडे पानी का उपयोग किया जाता है। साथ ही, ठंडा पानी काटने की प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न कणों को भी प्रभावी ढंग से हटा सकता है, संदूषण को रोक सकता है और काटने की गुणवत्ता सुनिश्चित कर सकता है।

लेजर अदृश्य कटिंग

लेजर को वेफर के मुख्य भाग में गर्मी स्थानांतरित करने के लिए भी केंद्रित किया जा सकता है, इस विधि को "अदृश्य लेजर कटिंग" कहा जाता है। इस विधि के लिए, लेजर से निकलने वाली गर्मी स्क्राइब लेन में अंतराल पैदा करती है। ये कमजोर क्षेत्र वेफर के खिंचने पर टूटकर समान प्रवेश प्रभाव प्राप्त करते हैं।

लेजर अदृश्य कटिंग की मुख्य प्रक्रिया

अदृश्य काटने की प्रक्रिया लेज़र एब्लेशन के बजाय एक आंतरिक अवशोषण लेज़र प्रक्रिया है, जहाँ लेज़र को सतह पर अवशोषित किया जाता है। अदृश्य कटिंग के साथ, वेफर सब्सट्रेट सामग्री के लिए अर्ध-पारदर्शी तरंग दैर्ध्य के साथ लेजर बीम ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। प्रक्रिया को दो मुख्य चरणों में विभाजित किया गया है, एक लेजर-आधारित प्रक्रिया है, और दूसरी यांत्रिक पृथक्करण प्रक्रिया है।

▲ लेजर बीम वेफर सतह के नीचे एक छिद्र बनाता है, और आगे और पीछे के हिस्से प्रभावित नहीं होते हैं | छवि स्रोत नेटवर्क

पहले चरण में, जैसे ही लेजर बीम वेफर को स्कैन करता है, लेजर बीम वेफर के अंदर एक विशिष्ट बिंदु पर ध्यान केंद्रित करता है, जिससे अंदर एक क्रैकिंग पॉइंट बनता है। बीम ऊर्जा के कारण अंदर दरारों की एक श्रृंखला बन जाती है, जो अभी तक वेफर की पूरी मोटाई से ऊपर और नीचे की सतहों तक विस्तारित नहीं हुई है।

▲ब्लेड विधि और लेजर अदृश्य कटिंग विधि द्वारा काटे गए 100μm मोटे सिलिकॉन वेफर्स की तुलना | छवि स्रोत नेटवर्क

दूसरे चरण में, वेफर के निचले भाग में चिप टेप को भौतिक रूप से विस्तारित किया जाता है, जिससे वेफर के अंदर दरारों में तन्य तनाव पैदा होता है, जो पहले चरण में लेजर प्रक्रिया में प्रेरित होता है। यह तनाव दरारों को वेफर की ऊपरी और निचली सतहों तक लंबवत रूप से विस्तारित करने का कारण बनता है, और फिर इन काटने वाले बिंदुओं के साथ वेफर को चिप्स में अलग कर देता है। अदृश्य कटिंग में, वेफर्स को चिप्स या चिप्स में अलग करने की सुविधा के लिए आमतौर पर आधी-कटिंग या नीचे की तरफ आधी-कटिंग का उपयोग किया जाता है।

लेज़र एब्लेशन की तुलना में अदृश्य लेज़र कटिंग के मुख्य लाभ:
• शीतलक की आवश्यकता नहीं
• कोई मलबा उत्पन्न नहीं हुआ
• कोई गर्मी से प्रभावित क्षेत्र नहीं जो संवेदनशील सर्किट को नुकसान पहुंचा सके

प्लाज्मा काटना
प्लाज़्मा कटिंग (जिसे प्लाज़्मा नक़्क़ाशी या सूखी नक़्क़ाशी के रूप में भी जाना जाता है) एक उन्नत वेफ़र काटने की तकनीक है जो सेमीकंडक्टर वेफर्स से अलग-अलग चिप्स को अलग करने के लिए प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (आरआईई) या गहरी प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (डीआरआईई) का उपयोग करती है। यह तकनीक प्लाज़्मा का उपयोग करके पूर्व निर्धारित कटिंग लाइनों के साथ सामग्री को रासायनिक रूप से हटाकर कटिंग प्राप्त करती है।

प्लाज्मा काटने की प्रक्रिया के दौरान, सेमीकंडक्टर वेफर को एक निर्वात कक्ष में रखा जाता है, एक नियंत्रित प्रतिक्रियाशील गैस मिश्रण को कक्ष में पेश किया जाता है, और प्रतिक्रियाशील आयनों और रेडिकल्स की उच्च सांद्रता वाले प्लाज्मा को उत्पन्न करने के लिए एक विद्युत क्षेत्र लगाया जाता है। ये प्रतिक्रियाशील प्रजातियां वेफर सामग्री के साथ बातचीत करती हैं और रासायनिक प्रतिक्रिया और भौतिक स्पटरिंग के संयोजन के माध्यम से स्क्राइब लाइन के साथ वेफर सामग्री को चुनिंदा रूप से हटा देती हैं।

प्लाज्मा कटिंग का मुख्य लाभ यह है कि यह वेफर और चिप पर यांत्रिक तनाव को कम करता है और भौतिक संपर्क से होने वाली संभावित क्षति को कम करता है। हालाँकि, यह प्रक्रिया अन्य तरीकों की तुलना में अधिक जटिल और समय लेने वाली है, खासकर जब मोटे वेफर्स या उच्च नक़्क़ाशी प्रतिरोध वाली सामग्रियों से निपटते हैं, तो बड़े पैमाने पर उत्पादन में इसका अनुप्रयोग सीमित है।

▲ छवि स्रोत नेटवर्क

सेमीकंडक्टर निर्माण में, वेफर काटने की विधि को कई कारकों के आधार पर चुनने की आवश्यकता होती है, जिसमें वेफर सामग्री गुण, चिप आकार और ज्यामिति, आवश्यक परिशुद्धता और सटीकता, और समग्र उत्पादन लागत और दक्षता शामिल है।