Waferil taglio è uno degli anelli importanti nella produzione di semiconduttori di potenza. Questo passaggio è progettato per separare accuratamente i singoli circuiti integrati o chip dai wafer semiconduttori.
La chiave perwaferil taglio significa essere in grado di separare i singoli chip garantendo al tempo stesso che le delicate strutture e i circuiti incorporati nelwafernon sono danneggiati. Il successo o il fallimento del processo di taglio non influisce solo sulla qualità di separazione e sulla resa del truciolo, ma è anche direttamente correlato all'efficienza dell'intero processo produttivo.
▲Tre tipi comuni di taglio dei wafer | Fonte: KLA CINA
Attualmente, il comunewaferi processi di taglio si dividono in:
Taglio a lama: a basso costo, solitamente utilizzato per spessiwafer
Taglio laser: costo elevato, solitamente utilizzato per wafer con spessore superiore a 30μm
Taglio al plasma: costo elevato, maggiori restrizioni, solitamente utilizzato per wafer con spessore inferiore a 30μm
Taglio meccanico della lama
Il taglio con lama è un processo di taglio lungo la linea di tracciatura mediante un disco abrasivo rotante ad alta velocità (lama). La lama è solitamente realizzata in materiale abrasivo o diamantato ultrasottile, adatto per affettare o scanalare su wafer di silicio. Tuttavia, come metodo di taglio meccanico, il taglio con lama si basa sulla rimozione fisica del materiale, che può facilmente portare a scheggiature o screpolature del bordo del truciolo, influenzando così la qualità del prodotto e riducendo la resa.
La qualità del prodotto finale ottenuto dal processo di segatura meccanica è influenzata da molteplici parametri, tra cui velocità di taglio, spessore della lama, diametro della lama e velocità di rotazione della lama.
Il taglio completo è il metodo di taglio con lama più semplice, che taglia completamente il pezzo tagliandolo su un materiale fisso (come un nastro per affettare).
▲ Taglio meccanico con lama a taglio completo | Rete di origine immagine
Il taglio a metà è un metodo di lavorazione che produce una scanalatura tagliando al centro del pezzo. Eseguendo in continuo il processo di scanalatura è possibile produrre punte a pettine e ad ago.
▲ Lama meccanica di taglio mezzo taglio | Rete di origine immagine
Il doppio taglio è un metodo di lavorazione che utilizza una sega doppia tranciante a due mandrini per eseguire tagli completi o mezzi tagli su due linee di produzione contemporaneamente. La sega doppia è dotata di due assi del mandrino. Attraverso questo processo è possibile ottenere un rendimento elevato.
▲ Taglio meccanico della lama-doppio taglio | Rete di origine immagine
Il taglio a gradini utilizza una sega doppia da taglio con due mandrini per eseguire tagli completi e mezzi tagli in due fasi. Utilizzare lame ottimizzate per tagliare lo strato di cablaggio sulla superficie del wafer e lame ottimizzate per il rimanente monocristallo di silicio per ottenere una lavorazione di alta qualità.
▲ Taglio meccanico con lama – taglio a gradini | Rete di origine immagine
Il taglio inclinato è un metodo di lavorazione che utilizza una lama con un bordo a forma di V sul bordo tagliato a metà per tagliare il wafer in due fasi durante il processo di taglio a gradini. Il processo di smussatura viene eseguito durante il processo di taglio. Pertanto, è possibile ottenere un'elevata resistenza dello stampo e una lavorazione di alta qualità.
▲ Taglio meccanico con lama – taglio inclinato | Rete di origine immagine
Taglio laser
Il taglio laser è una tecnologia di taglio dei wafer senza contatto che utilizza un raggio laser focalizzato per separare i singoli chip dai wafer semiconduttori. Il raggio laser ad alta energia viene focalizzato sulla superficie del wafer ed evapora o rimuove materiale lungo la linea di taglio predeterminata attraverso processi di ablazione o decomposizione termica.
▲ Schema di taglio laser | Fonte immagine: KLA CINA
I tipi di laser attualmente ampiamente utilizzati includono laser ultravioletti, laser infrarossi e laser a femtosecondi. Tra questi, i laser ultravioletti sono spesso utilizzati per una precisa ablazione a freddo grazie alla loro elevata energia fotonica e alla zona influenzata dal calore è estremamente piccola, il che può ridurre efficacemente il rischio di danni termici al wafer e ai chip circostanti. I laser a infrarossi sono più adatti per wafer più spessi perché possono penetrare in profondità nel materiale. I laser a femtosecondi raggiungono una rimozione del materiale efficiente e di alta precisione con un trasferimento di calore quasi trascurabile attraverso impulsi luminosi ultracorti.
Il taglio laser presenta notevoli vantaggi rispetto al tradizionale taglio a lama. Innanzitutto, essendo un processo senza contatto, il taglio laser non richiede pressione fisica sul wafer, riducendo i problemi di frammentazione e fessurazione comuni nel taglio meccanico. Questa caratteristica rende il taglio laser particolarmente adatto alla lavorazione di wafer fragili o ultrasottili, soprattutto quelli con strutture complesse o caratteristiche fini.
▲ Schema di taglio laser | Rete di origine immagine
Inoltre, l'elevata precisione e accuratezza del taglio laser consente di focalizzare il raggio laser su uno spot di dimensioni estremamente ridotte, supportare modelli di taglio complessi e ottenere una separazione con una spaziatura minima tra i trucioli. Questa caratteristica è particolarmente importante per i dispositivi a semiconduttore avanzati con dimensioni restringenti.
Tuttavia, il taglio laser presenta anche alcune limitazioni. Rispetto al taglio a lama è più lento e più costoso, soprattutto nelle produzioni su larga scala. Inoltre, scegliere il giusto tipo di laser e ottimizzare i parametri per garantire un'efficace rimozione del materiale e una zona interessata dal calore minima può essere difficile per determinati materiali e spessori.
Taglio per ablazione laser
Durante il taglio con ablazione laser, il raggio laser viene focalizzato con precisione su una posizione specifica sulla superficie del wafer e l'energia laser viene guidata secondo uno schema di taglio predeterminato, tagliando gradualmente il wafer fino al fondo. A seconda delle esigenze di taglio, questa operazione viene eseguita utilizzando un laser pulsato o un laser ad onda continua. Per evitare danni al wafer dovuti a un eccessivo riscaldamento locale del laser, viene utilizzata acqua di raffreddamento per raffreddare e proteggere il wafer da danni termici. Allo stesso tempo, l'acqua di raffreddamento può anche rimuovere efficacemente le particelle generate durante il processo di taglio, prevenire la contaminazione e garantire la qualità del taglio.
Taglio laser invisibile
Il laser può anche essere focalizzato per trasferire il calore nel corpo principale del wafer, un metodo chiamato “taglio laser invisibile”. Per questo metodo, il calore del laser crea spazi vuoti nelle corsie dello scriba. Queste aree indebolite ottengono quindi un effetto di penetrazione simile rompendosi quando il wafer viene allungato.
▲Processo principale di taglio laser invisibile
Il processo di taglio invisibile è un processo laser ad assorbimento interno, piuttosto che un'ablazione laser in cui il laser viene assorbito sulla superficie. Con il taglio invisibile, viene utilizzata l'energia del raggio laser con una lunghezza d'onda semitrasparente rispetto al materiale del substrato del wafer. Il processo è diviso in due fasi principali, una è un processo basato sul laser e l'altra è un processo di separazione meccanica.
▲Il raggio laser crea una perforazione sotto la superficie del wafer e i lati anteriore e posteriore non vengono interessati | Rete di origine immagine
Nella prima fase, mentre il raggio laser scansiona il wafer, il raggio laser si concentra su un punto specifico all'interno del wafer, formando un punto di rottura all'interno. L'energia del raggio provoca la formazione di una serie di crepe all'interno, che non si sono ancora estese attraverso l'intero spessore del wafer fino alle superfici superiore e inferiore.
▲Confronto tra wafer di silicio spessi 100μm tagliati con metodo a lama e metodo di taglio invisibile al laser | Rete di origine immagine
Nella seconda fase, il nastro di chip sul fondo del wafer viene espanso fisicamente, provocando tensioni di trazione nelle fessure all'interno del wafer, che vengono indotte nel processo laser nella prima fase. Questa sollecitazione fa sì che le crepe si estendano verticalmente alle superfici superiore e inferiore del wafer, e quindi separino il wafer in trucioli lungo questi punti di taglio. Nel taglio invisibile, viene solitamente utilizzato il mezzo taglio o il mezzo taglio sul lato inferiore per facilitare la separazione dei wafer in chip o chip.
Principali vantaggi del taglio laser invisibile rispetto all’ablazione laser:
• Non è necessario alcun refrigerante
• Nessun detrito generato
• Nessuna zona interessata dal calore che potrebbe danneggiare i circuiti sensibili
Taglio al plasma
Il taglio al plasma (noto anche come incisione al plasma o incisione a secco) è una tecnologia avanzata di taglio dei wafer che utilizza l'incisione con ioni reattivi (RIE) o l'incisione con ioni reattivi profondi (DRIE) per separare i singoli chip dai wafer semiconduttori. La tecnologia ottiene il taglio rimuovendo chimicamente il materiale lungo linee di taglio predeterminate utilizzando il plasma.
Durante il processo di taglio al plasma, il wafer semiconduttore viene posizionato in una camera a vuoto, nella camera viene introdotta una miscela di gas reattivo controllato e viene applicato un campo elettrico per generare un plasma contenente un'elevata concentrazione di ioni reattivi e radicali. Queste specie reattive interagiscono con il materiale del wafer e rimuovono selettivamente il materiale del wafer lungo la linea di scrittura attraverso una combinazione di reazione chimica e sputtering fisico.
Il vantaggio principale del taglio al plasma è che riduce lo stress meccanico sul wafer e sul chip e riduce i potenziali danni causati dal contatto fisico. Tuttavia, questo processo è più complesso e dispendioso in termini di tempo rispetto ad altri metodi, soprattutto quando si ha a che fare con wafer più spessi o materiali con elevata resistenza all’incisione, quindi la sua applicazione nella produzione di massa è limitata.
▲Rete sorgente immagine
Nella produzione di semiconduttori, il metodo di taglio del wafer deve essere selezionato in base a molti fattori, tra cui le proprietà del materiale del wafer, la dimensione e la geometria del chip, la precisione e l'accuratezza richieste, nonché il costo e l'efficienza di produzione complessivi.
Orario di pubblicazione: 20 settembre 2024