מספר סוגים של תהליכים לחיתוך פרוסות מוליכים למחצה

רָקִיקחיתוך הוא אחד החוליות החשובות בייצור מוליכים למחצה. שלב זה נועד להפריד במדויק בין מעגלים משולבים בודדים או שבבים מפרוסות מוליכים למחצה.

המפתח לרָקִיקחיתוך הוא להיות מסוגל להפריד שבבים בודדים תוך הבטחה שהמבנים והמעגלים העדינים המוטבעים ברָקִיקאינם פגומים. ההצלחה או הכישלון של תהליך החיתוך משפיעים לא רק על איכות ההפרדה ותפוקת השבב, אלא גם קשורה ישירות ליעילות של תהליך הייצור כולו.

▲ שלושה סוגים נפוצים של חיתוך פרוסות | מקור: KLA CHINA
נכון לעכשיו, הנפוץרָקִיקתהליכי חיתוך מחולקים ל:
חיתוך להב: עלות נמוכה, משמש בדרך כלל לעבה יותרופלים
חיתוך בלייזר: עלות גבוהה, משמש בדרך כלל לפרוסות בעובי של יותר מ-30 מיקרומטר
חיתוך פלזמה: עלות גבוהה, יותר הגבלות, משמש בדרך כלל לפרוסות בעובי של פחות מ-30 מיקרומטר

חיתוך להב מכני

חיתוך להב הוא תהליך של חיתוך לאורך קו הכתב על ידי דיסק שחיקה מסתובב במהירות גבוהה (להב). הלהב עשוי בדרך כלל מחומר יהלום שוחק או דק במיוחד, מתאים לחיתוך או לחריץ על פרוסות סיליקון. עם זאת, כשיטת חיתוך מכנית, חיתוך להב מסתמך על הסרת חומר פיזי, אשר יכול בקלות להוביל לשיתוב או פיצוח של קצה השבב, ובכך להשפיע על איכות המוצר ולהפחית את התפוקה.

איכות המוצר הסופי המיוצר בתהליך הניסור המכני מושפעת ממספר פרמטרים, כולל מהירות חיתוך, עובי הלהב, קוטר הלהב ומהירות סיבוב הלהב.

חיתוך מלא היא שיטת חיתוך הלהב הבסיסית ביותר, אשר חותכת לחלוטין את חומר העבודה על ידי חיתוך לחומר קבוע (כגון סרט חיתוך).

▲ חיתוך להב מכני - חיתוך מלא | רשת מקור תמונה

חצי חיתוך היא שיטת עיבוד המייצרת חריץ על ידי חיתוך לאמצע חומר העבודה. על ידי ביצוע רציף של תהליך החריצים, ניתן לייצר נקודות בצורת מסרק ומחט.

▲ חיתוך להב מכני-חצי חיתוך | רשת מקור תמונה

חיתוך כפול היא שיטת עיבוד המשתמשת במסור חיתוך כפול עם שני צירים לביצוע חיתוכים מלאים או למחצה בשני פסי ייצור בו זמנית. למסור החיתוך הכפול שני צירי ציר. ניתן להשיג תפוקה גבוהה באמצעות תהליך זה.

▲ חיתוך להב מכני - חיתוך כפול | רשת מקור תמונה

Step Cut משתמש במסור חיתוך כפול עם שני צירים לביצוע חיתוכים מלאים וחצי בשני שלבים. השתמש בלהבים מותאמים לחיתוך שכבת החיווט על פני הרקיק בלהבים מותאמים לשארית הסיליקון הקריסטל כדי להשיג עיבוד באיכות גבוהה.

▲ חיתוך להב מכני – חיתוך צעד | רשת מקור תמונה

חיתוך שפוע היא שיטת עיבוד המשתמשת בלהב עם קצה בצורת V על הקצה החתוך למחצה כדי לחתוך את הפרוסה בשני שלבים במהלך תהליך החיתוך השלבים. תהליך החיתוך מתבצע במהלך תהליך החיתוך. לכן, ניתן להשיג חוזק עובש גבוה ועיבוד איכותי.

▲ חיתוך להב מכני – חיתוך משופע | רשת מקור תמונה
חיתוך בלייזר

חיתוך לייזר הוא טכנולוגיית חיתוך פרוסות ללא מגע המשתמשת בקרן לייזר ממוקדת כדי להפריד שבבים בודדים מפרוסות מוליכים למחצה. קרן הלייזר בעלת האנרגיה הגבוהה ממוקדת על פני השטח של הפרוסה ומאדה או מסירה חומר לאורך קו החיתוך שנקבע מראש באמצעות אבלציה או תהליכי פירוק תרמי.

▲ דיאגרמת חיתוך בלייזר | מקור תמונה: KLA CHINA

סוגי הלייזרים הנמצאים בשימוש נרחב כיום כוללים לייזרים אולטרה סגולים, לייזרים אינפרא אדום ולייזרי פמט שנייה. ביניהם, לייזרים אולטרה סגולים משמשים לעתים קרובות לאבלציה קרה מדויקת בשל אנרגיית הפוטונים הגבוהה שלהם, והאזור המושפע מחום קטן ביותר, מה שיכול למעשה להפחית את הסיכון לנזק תרמי לפרוסה ולשבבים הסובבים אותה. לייזרים אינפרא אדום מתאימים יותר לפרוסות עבות יותר מכיוון שהם יכולים לחדור לעומק החומר. לייזרים של Femtosecond משיגים הסרת חומר מדויקת ויעילה עם העברת חום כמעט זניחה באמצעות פעימות אור קצרות במיוחד.

לחיתוך בלייזר יתרונות משמעותיים על פני חיתוך להב מסורתי. ראשית, כתהליך ללא מגע, חיתוך לייזר אינו מצריך לחץ פיזי על הפרוסה, מה שמפחית את בעיות הפיצול והפיצוח הנפוצות בחיתוך מכני. תכונה זו הופכת את חיתוך הלייזר למתאים במיוחד לעיבוד פרוסות שבירות או דקות במיוחד, במיוחד כאלה עם מבנים מורכבים או תכונות עדינות.

▲ דיאגרמת חיתוך בלייזר | רשת מקור תמונה

בנוסף, הדיוק והדיוק הגבוהים של חיתוך הלייזר מאפשרים לו למקד את קרן הלייזר לגודל נקודה קטן במיוחד, לתמוך בדפוסי חיתוך מורכבים ולהשיג הפרדה של המרווח המינימלי בין שבבים. תכונה זו חשובה במיוחד עבור התקני מוליכים למחצה מתקדמים עם גדלים מתכווצים.

עם זאת, לחיתוך לייזר יש גם כמה מגבלות. בהשוואה לחיתוך להב, הוא איטי ויקר יותר, במיוחד בייצור בקנה מידה גדול. בנוסף, בחירת סוג הלייזר הנכון ואופטימיזציה של פרמטרים כדי להבטיח הסרת חומרים יעילה ואזור מינימלי מושפע חום יכולים להיות מאתגרים עבור חומרים ועוביים מסוימים.

חיתוך אבלציה בלייזר

במהלך חיתוך אבלציה בלייזר, קרן הלייזר ממוקדת במדויק על מיקום מוגדר על פני השטח של הפרוסה, ואנרגיית הלייזר מונחית על פי תבנית חיתוך קבועה מראש, חותכת בהדרגה דרך הפרוסה לתחתית. בהתאם לדרישות החיתוך, פעולה זו מתבצעת באמצעות לייזר דופק או לייזר גל מתמשך. על מנת למנוע נזק לפרוסה עקב חימום מקומי מוגזם של הלייזר, משתמשים במי קירור לקירור והגנה על הפרוסה מפני נזק תרמי. יחד עם זאת, מי קירור יכולים גם להסיר ביעילות חלקיקים שנוצרו בתהליך החיתוך, למנוע זיהום ולהבטיח איכות חיתוך.

חיתוך בלתי נראה בלייזר

ניתן למקד את הלייזר גם כדי להעביר חום לגוף הראשי של הוואפר, שיטה הנקראת "חיתוך לייזר בלתי נראה". עבור שיטה זו, החום מהלייזר יוצר פערים בנתיבי הסופר. אזורים מוחלשים אלה משיגים אפקט חדירה דומה על ידי שבירה כאשר הפרוסה נמתחת.

▲תהליך עיקרי של חיתוך בלתי נראה בלייזר

תהליך החיתוך הבלתי נראה הוא תהליך לייזר ספיגה פנימי, ולא אבלציה בלייזר שבו הלייזר נספג על פני השטח. עם חיתוך בלתי נראה, נעשה שימוש באנרגיית קרן לייזר עם אורך גל שהוא חצי שקוף לחומר מצע הפרוסות. התהליך מחולק לשני שלבים עיקריים, האחד הוא תהליך מבוסס לייזר, והשני הוא תהליך הפרדה מכני.

▲ קרן הלייזר יוצרת ניקוב מתחת לפני השטח, והצדדים הקדמיים והאחוריים אינם מושפעים | רשת מקור תמונה

בשלב הראשון, כאשר קרן הלייזר סורקת את הפרוסה, קרן הלייזר מתמקדת בנקודה מסוימת בתוך הפרוסה, ויוצרת נקודת פיצוח בפנים. אנרגיית האלומה גורמת לסדרה של סדקים להיווצרות בפנים, שעדיין לא התפשטו דרך כל עובי הפרוסה אל המשטח העליון והתחתון.

▲השוואת פרוסות סיליקון בעובי 100 מיקרומטר חתוכות בשיטת להב ושיטת חיתוך בלתי נראה בלייזר | רשת מקור תמונה

בשלב השני מרחיבים פיזית את סרט הצ'יפ בתחתית הפרוסה, מה שגורם למתח מתיחה בסדקים בתוך הפרוסה, המושרים בתהליך הלייזר בשלב הראשון. לחץ זה גורם לסדקים להתרחב אנכית למשטחים העליונים והתחתונים של הפרוסה, ולאחר מכן להפריד את הפרוסה לשבבים לאורך נקודות החיתוך הללו. בחיתוך בלתי נראה, חצי חיתוך או חצי חיתוך בצד התחתון משמש בדרך כלל כדי להקל על הפרדת פרוסות לשבבים או שבבים.

יתרונות מרכזיים של חיתוך לייזר בלתי נראה על פני אבלציה בלייזר:
• אין צורך בנוזל קירור
• לא נוצרה פסולת
• אין אזורים מושפעי חום שעלולים לפגוע במעגלים רגישים

חיתוך פלזמה
חיתוך פלזמה (ידוע גם בשם תחריט פלזמה או תחריט יבש) הוא טכנולוגיית חיתוך פרוסות מתקדמת המשתמשת בחריטת יונים תגובתיים (RIE) או תחריט יונים תגובתיים עמוקה (DRIE) כדי להפריד שבבים בודדים מפרוסות מוליכים למחצה. הטכנולוגיה משיגה חיתוך על ידי הסרה כימית של חומר לאורך קווי חיתוך קבועים מראש באמצעות פלזמה.

במהלך תהליך חיתוך הפלזמה, פרוסת המוליכים למחצה מונחים בתא ואקום, תערובת גז תגובתית מבוקרת מוכנסת לתא, ומופעל שדה חשמלי ליצירת פלזמה המכילה ריכוז גבוה של יונים ורדיקלים תגובתיים. מינים תגובתיים אלה מקיימים אינטראקציה עם חומר הפרוסות ומסירים באופן סלקטיבי חומר פרוסות לאורך קו הכתב באמצעות שילוב של תגובה כימית וריזור פיזיקלי.

היתרון העיקרי של חיתוך פלזמה הוא בכך שהוא מפחית את הלחץ המכני על הפרוסה והשבב ומפחית את הנזק הפוטנציאלי הנגרם ממגע פיזי. עם זאת, תהליך זה מורכב וגוזל זמן רב יותר משיטות אחרות, במיוחד כאשר עוסקים בפרוסות עבות יותר או בחומרים בעלי עמידות גבוהה לחריטה, ולכן היישום שלו בייצור המוני מוגבל.

▲ רשת מקור תמונה

בייצור מוליכים למחצה, יש לבחור את שיטת חיתוך הפרוסים בהתבסס על גורמים רבים, כולל תכונות חומר הפרוסות, גודל השבב והגיאומטריה, דיוק ודיוק נדרשים ועלות הייצור הכוללת ויעילות.