Kue waferpemotongan adalah salah satu mata rantai penting dalam produksi semikonduktor daya. Langkah ini dirancang untuk secara akurat memisahkan masing-masing sirkuit atau chip terintegrasi dari wafer semikonduktor.
Kuncinyakue waferpemotongan adalah untuk dapat memisahkan masing-masing chip sambil memastikan bahwa struktur dan sirkuit halus tertanam di dalamnyakue wafertidak rusak. Berhasil tidaknya proses pemotongan tidak hanya mempengaruhi kualitas pemisahan dan rendemen chip, tetapi juga berhubungan langsung dengan efisiensi seluruh proses produksi.
▲Tiga jenis pemotongan wafer yang umum | Sumber: KLA CHINA
Saat ini, yang umumkue waferproses pemotongan dibagi menjadi:
Pemotongan pisau: biaya rendah, biasanya digunakan untuk yang lebih tebalwafer
Pemotongan laser: biaya tinggi, biasanya digunakan untuk wafer dengan ketebalan lebih dari 30μm
Pemotongan plasma: biaya tinggi, lebih banyak batasan, biasanya digunakan untuk wafer dengan ketebalan kurang dari 30μm
Pemotongan pisau mekanis
Pemotongan pisau adalah proses pemotongan sepanjang garis pencungkil dengan menggunakan piringan gerinda (pisau) yang berputar dengan kecepatan tinggi. Bilahnya biasanya terbuat dari bahan berlian yang abrasif atau sangat tipis, cocok untuk mengiris atau membuat alur pada wafer silikon. Namun, sebagai metode pemotongan mekanis, pemotongan dengan pisau bergantung pada penghilangan material secara fisik, yang dapat dengan mudah menyebabkan tepi serpihan terkelupas atau retak, sehingga memengaruhi kualitas produk dan mengurangi hasil.
Kualitas produk akhir yang dihasilkan oleh proses penggergajian mekanis dipengaruhi oleh beberapa parameter, termasuk kecepatan potong, ketebalan mata pisau, diameter mata pisau, dan kecepatan putaran mata pisau.
Pemotongan penuh adalah metode pemotongan pisau paling dasar, yang memotong seluruh benda kerja dengan memotong ke bahan tetap (seperti pita pengiris).
▲ Pemotongan pisau mekanis-pemotongan penuh | Jaringan sumber gambar
Half cut merupakan metode pengolahan yang menghasilkan alur dengan cara memotong hingga bagian tengah benda kerja. Dengan melakukan proses grooving secara terus menerus, dapat dihasilkan titik-titik berbentuk sisir dan jarum.
▲ Pemotongan pisau mekanis-setengah | Jaringan sumber gambar
Pemotongan ganda adalah metode pemrosesan yang menggunakan gergaji pengiris ganda dengan dua spindel untuk melakukan pemotongan penuh atau setengah pada dua jalur produksi secara bersamaan. Gergaji pengiris ganda memiliki dua sumbu spindel. Throughput tinggi dapat dicapai melalui proses ini.
▲ Pemotongan pisau mekanis-pemotongan ganda | Jaringan sumber gambar
Pemotongan bertahap menggunakan gergaji pengiris ganda dengan dua spindel untuk melakukan pemotongan penuh dan setengah dalam dua tahap. Gunakan bilah yang dioptimalkan untuk memotong lapisan kabel pada permukaan wafer dan bilah yang dioptimalkan untuk sisa kristal tunggal silikon untuk mencapai pemrosesan berkualitas tinggi.
▲ Pemotongan pisau mekanis – pemotongan bertahap | Jaringan sumber gambar
Pemotongan bevel adalah metode pemrosesan yang menggunakan pisau dengan tepi berbentuk V pada tepi setengah potong untuk memotong wafer dalam dua tahap selama proses pemotongan bertahap. Proses chamfering dilakukan pada saat proses pemotongan. Oleh karena itu, kekuatan cetakan yang tinggi dan pemrosesan berkualitas tinggi dapat dicapai.
▲ Pemotongan pisau mekanis – pemotongan miring | Jaringan sumber gambar
Pemotongan laser
Pemotongan laser adalah teknologi pemotongan wafer non-kontak yang menggunakan sinar laser terfokus untuk memisahkan masing-masing chip dari wafer semikonduktor. Sinar laser berenergi tinggi difokuskan pada permukaan wafer dan menguapkan atau menghilangkan material di sepanjang garis pemotongan yang telah ditentukan melalui proses ablasi atau dekomposisi termal.
▲ Diagram pemotongan laser | Sumber gambar: KLA CHINA
Jenis laser yang saat ini banyak digunakan antara lain laser ultraviolet, laser infra merah, dan laser femtosecond. Diantaranya, laser ultraviolet sering digunakan untuk ablasi dingin yang tepat karena energi fotonnya yang tinggi, dan zona yang terkena panas sangat kecil, yang secara efektif dapat mengurangi risiko kerusakan termal pada wafer dan chip di sekitarnya. Laser inframerah lebih cocok untuk wafer yang lebih tebal karena dapat menembus jauh ke dalam bahan. Laser Femtosecond mencapai penghilangan material dengan presisi tinggi dan efisien dengan perpindahan panas yang hampir dapat diabaikan melalui pulsa cahaya ultrapendek.
Pemotongan laser memiliki keunggulan signifikan dibandingkan pemotongan pisau tradisional. Pertama, sebagai proses non-kontak, pemotongan laser tidak memerlukan tekanan fisik pada wafer, sehingga mengurangi masalah fragmentasi dan retak yang umum terjadi pada pemotongan mekanis. Fitur ini membuat pemotongan laser sangat cocok untuk memproses wafer yang rapuh atau sangat tipis, terutama wafer dengan struktur kompleks atau fitur halus.
▲ Diagram pemotongan laser | Jaringan sumber gambar
Selain itu, presisi dan keakuratan pemotongan laser yang tinggi memungkinkannya memfokuskan sinar laser ke ukuran titik yang sangat kecil, mendukung pola pemotongan yang rumit, dan mencapai pemisahan jarak minimum antar chip. Fitur ini sangat penting untuk perangkat semikonduktor canggih dengan ukuran yang menyusut.
Namun, pemotongan laser juga memiliki beberapa keterbatasan. Dibandingkan dengan pemotongan dengan pisau, ini lebih lambat dan lebih mahal, terutama dalam produksi skala besar. Selain itu, memilih jenis laser yang tepat dan mengoptimalkan parameter untuk memastikan penghilangan material yang efisien dan zona yang terkena dampak panas minimal dapat menjadi tantangan untuk material dan ketebalan tertentu.
Pemotongan ablasi laser
Selama pemotongan ablasi laser, sinar laser difokuskan secara tepat pada lokasi tertentu di permukaan wafer, dan energi laser dipandu sesuai dengan pola pemotongan yang telah ditentukan, secara bertahap memotong wafer hingga ke bawah. Tergantung pada kebutuhan pemotongan, operasi ini dilakukan menggunakan laser berdenyut atau laser gelombang kontinu. Untuk mencegah kerusakan pada wafer akibat pemanasan lokal laser yang berlebihan, air pendingin digunakan untuk mendinginkan dan melindungi wafer dari kerusakan termal. Pada saat yang sama, air pendingin juga dapat secara efektif menghilangkan partikel yang dihasilkan selama proses pemotongan, mencegah kontaminasi, dan memastikan kualitas pemotongan.
Pemotongan laser yang tidak terlihat
Laser juga dapat difokuskan untuk mentransfer panas ke bagian utama wafer, sebuah metode yang disebut “pemotongan laser tak terlihat”. Untuk metode ini, panas dari laser menciptakan celah pada jalur juru tulis. Area yang melemah ini kemudian mencapai efek penetrasi serupa dengan pecahnya wafer saat diregangkan.
▲ Proses utama pemotongan laser yang tidak terlihat
Proses pemotongan tak kasat mata merupakan proses laser serapan internal, bukan ablasi laser yang mana laser diserap pada permukaan. Dengan pemotongan tak terlihat, energi sinar laser dengan panjang gelombang yang semi-transparan terhadap bahan substrat wafer digunakan. Proses ini dibagi menjadi dua langkah utama, satu adalah proses berbasis laser, dan yang lainnya adalah proses pemisahan mekanis.
▲ Sinar laser membuat lubang di bawah permukaan wafer, dan sisi depan dan belakang tidak terpengaruh | Jaringan sumber gambar
Pada langkah pertama, saat sinar laser memindai wafer, sinar laser berfokus pada titik tertentu di dalam wafer, membentuk titik retakan di dalamnya. Energi pancaran menyebabkan terbentuknya serangkaian retakan di dalam, yang belum meluas melalui seluruh ketebalan wafer ke permukaan atas dan bawah.
▲Perbandingan wafer silikon setebal 100μm yang dipotong dengan metode pisau dan metode pemotongan laser yang tidak terlihat | Jaringan sumber gambar
Pada langkah kedua, pita chip di bagian bawah wafer diperluas secara fisik, yang menyebabkan tegangan tarik pada retakan di dalam wafer, yang diinduksi dalam proses laser pada langkah pertama. Tekanan ini menyebabkan retakan meluas secara vertikal ke permukaan atas dan bawah wafer, dan kemudian memisahkan wafer menjadi serpihan di sepanjang titik pemotongan tersebut. Dalam pemotongan tak terlihat, setengah pemotongan atau setengah pemotongan sisi bawah biasanya digunakan untuk memfasilitasi pemisahan wafer menjadi keripik atau keripik.
Keuntungan utama pemotongan laser tak kasat mata dibandingkan ablasi laser:
• Tidak diperlukan cairan pendingin
• Tidak ada puing-puing yang dihasilkan
• Tidak ada zona yang terkena panas yang dapat merusak sirkuit sensitif
Pemotongan plasma
Pemotongan plasma (juga dikenal sebagai etsa plasma atau etsa kering) adalah teknologi pemotongan wafer canggih yang menggunakan etsa ion reaktif (RIE) atau etsa ion reaktif dalam (DRIE) untuk memisahkan masing-masing chip dari wafer semikonduktor. Teknologi ini mencapai pemotongan dengan menghilangkan material secara kimia di sepanjang garis pemotongan yang telah ditentukan menggunakan plasma.
Selama proses pemotongan plasma, wafer semikonduktor ditempatkan dalam ruang vakum, campuran gas reaktif terkontrol dimasukkan ke dalam ruang, dan medan listrik diterapkan untuk menghasilkan plasma yang mengandung ion reaktif dan radikal konsentrasi tinggi. Spesies reaktif ini berinteraksi dengan bahan wafer dan secara selektif menghilangkan bahan wafer di sepanjang garis juru tulis melalui kombinasi reaksi kimia dan sputtering fisik.
Keuntungan utama pemotongan plasma adalah mengurangi tekanan mekanis pada wafer dan chip serta mengurangi potensi kerusakan akibat kontak fisik. Namun, proses ini lebih kompleks dan memakan waktu dibandingkan metode lainnya, terutama jika menangani wafer yang lebih tebal atau bahan dengan ketahanan etsa yang tinggi, sehingga penerapannya dalam produksi massal terbatas.
▲ Jaringan sumber gambar
Dalam manufaktur semikonduktor, metode pemotongan wafer perlu dipilih berdasarkan banyak faktor, termasuk sifat bahan wafer, ukuran dan geometri chip, presisi dan akurasi yang diperlukan, serta biaya dan efisiensi produksi secara keseluruhan.
Waktu posting: 20 Sep-2024