רָקִיקחיתוך הוא אחת החוליות החשובות בייצור מוליכים למחצה להספק. שלב זה נועד להפריד במדויק מעגלים משולבים או שבבים בודדים מווליים של מוליכים למחצה.
המפתח לרָקִיקחיתוך הוא להיות מסוגל להפריד שבבים בודדים תוך הבטחה שהמבנים והמעגלים העדינים המוטמעים בתוכםרָקִיקאינם ניזוקים. הצלחתו או כישלונו של תהליך החיתוך לא רק משפיעים על איכות ההפרדה ותפוקת השבב, אלא גם קשורים ישירות ליעילות של תהליך הייצור כולו.
▲שלושה סוגים נפוצים של חיתוך ופלים | מקור: KLA CHINA
נכון לעכשיו, המשותףרָקִיקתהליכי החיתוך מחולקים ל:
חיתוך להב: עלות נמוכה, משמש בדרך כלל לחיתוך עבה יותרופלים
חיתוך בלייזר: עלות גבוהה, משמש בדרך כלל עבור פרוסות ופלים בעובי של יותר מ-30 מיקרון
חיתוך פלזמה: עלות גבוהה, יותר מגבלות, משמש בדרך כלל עבור פרוסות עם עובי של פחות מ-30 מיקרון
חיתוך להב מכני
חיתוך להב הוא תהליך של חיתוך לאורך קו החריטה על ידי דיסק השחזה (להב) מסתובב במהירות גבוהה. הלהב עשוי בדרך כלל מחומר שוחק או יהלום דק במיוחד, המתאים לחיתוך או חריצת פרוסות סיליקון. עם זאת, כשיטת חיתוך מכנית, חיתוך להב מסתמך על הסרת חומר פיזית, מה שעלול להוביל בקלות לסדקים או סדקים בקצה השבב, ובכך משפיע על איכות המוצר ומפחית את התפוקה.
איכות המוצר הסופי המיוצר בתהליך הניסור המכני מושפעת מפרמטרים רבים, כולל מהירות חיתוך, עובי הלהב, קוטר הלהב ומהירות סיבוב הלהב.
חיתוך מלא הוא 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 מקורות תמונה
חצי חיתוך היא שיטת עיבוד המייצרת חריץ על ידי חיתוך עד אמצע חומר העבודה. על ידי ביצוע רציף של תהליך החריצים, ניתן לייצר חוד בצורת מסרק ומחט.
▲ חיתוך להב מכני - חצי חיתוך | רשת מקורות תמונה
חיתוך כפול היא שיטת עיבוד המשתמשת במסור חיתוך כפול עם שני צירים לביצוע חיתוכים מלאים או חצאי חיתוכים בשני קווי ייצור בו זמנית. למסור החיתוך הכפול שני צירי ציר. ניתן להשיג תפוקה גבוהה באמצעות תהליך זה.
▲ חיתוך להב מכני - חיתוך כפול | רשת מקורות תמונה
חיתוך מדורג משתמש במסור חיתוך כפול עם שני צירים לביצוע חיתוכים מלאים וחצאי חיתוכים בשני שלבים. נעשה שימוש בלהבים המותאמים לחיתוך שכבת החיווט על פני הוופל ולהבים המותאמים לגביש הסיליקון היחיד הנותר כדי להשיג עיבוד באיכות גבוהה.
▲ חיתוך להב מכני – חיתוך מדורג | רשת מקורות תמונה
חיתוך משופע הוא שיטת עיבוד המשתמשת בלהב בעל קצה בצורת V על הקצה החצי-חיתוך כדי לחתוך את הוופל בשני שלבים במהלך תהליך החיתוך המדורג. תהליך השיוף מתבצע במהלך תהליך החיתוך. לכן ניתן להשיג חוזק עובש גבוה ועיבוד באיכות גבוהה.
▲ חיתוך להב מכני – חיתוך משופע | רשת מקורות תמונה
חיתוך לייזר
חיתוך בלייזר הוא טכנולוגיית חיתוך פרוסות סיליקון ללא מגע המשתמשת בקרן לייזר ממוקדת כדי להפריד שבבים בודדים מווסתים למחצה. קרן הלייזר בעלת האנרגיה הגבוהה ממוקדת על פני הוופל ומאדה או מסירה חומר לאורך קו החיתוך שנקבע מראש באמצעות תהליכי אבלציה או פירוק תרמי.
▲ דיאגרמת חיתוך לייזר | מקור תמונה: KLA CHINA
סוגי הלייזרים הנמצאים כיום בשימוש נרחב כוללים לייזרים אולטרה סגולים, לייזרים אינפרא אדום ולייזרי פמטו-שנייה. ביניהם, לייזרים אולטרה סגולים משמשים לעתים קרובות לאבלציה קרה מדויקת בשל אנרגיית הפוטון הגבוהה שלהם, והאזור המושפע מחום קטן ביותר, מה שיכול להפחית ביעילות את הסיכון לנזק תרמי לפלסטיק ולשבבים הסובבים אותו. לייזרים אינפרא אדום מתאימים יותר לפלסטיק עבה יותר מכיוון שהם יכולים לחדור עמוק לתוך החומר. לייזרים פמטו-שנייה משיגים הסרת חומר בדיוק גבוה ויעילה עם העברת חום כמעט זניחה באמצעות פולסי אור קצרים במיוחד.
לחיתוך בלייזר יתרונות משמעותיים על פני חיתוך מסורתי באמצעות להב. ראשית, כתהליך ללא מגע, חיתוך בלייזר אינו דורש לחץ פיזי על הוופל, מה שמפחית את בעיות הפיצול והסדקים הנפוצות בחיתוך מכני. תכונה זו הופכת את חיתוך הלייזר למתאים במיוחד לעיבוד וופלים שבירים או דקים במיוחד, במיוחד כאלה בעלי מבנים מורכבים או מאפיינים עדינים.
▲ דיאגרמת חיתוך לייזר | רשת מקורות תמונה
בנוסף, הדיוק והדיוק הגבוהים של חיתוך בלייזר מאפשרים לו למקד את קרן הלייזר לגודל נקודה קטן ביותר, לתמוך בדפוסי חיתוך מורכבים ולהשיג הפרדה של המרווח המינימלי בין שבבים. תכונה זו חשובה במיוחד עבור התקני מוליכים למחצה מתקדמים בעלי גדלים מתכווצים.
עם זאת, לחיתוך בלייזר 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 חומר יעילה ואזור מושפע חום מינימלי יכולים להיות מאתגרים עבור חומרים ועוביים מסוימים.
חיתוך אבלציה בלייזר
במהלך חיתוך אבלציה בלייזר, קרן הלייזר ממוקדת במדויק במיקום מוגדר על פני הוופל, ואנרגיית הלייזר מוכוונת בהתאם לתבנית חיתוך קבועה מראש, תוך חיתוך הדרגתי דרך הוופל לתחתית. בהתאם לדרישות החיתוך, פעולה זו מבוצעת באמצעות לייזר פועם או לייזר גל רציף. על מנת למנוע נזק לוופל עקב חימום מקומי מוגזם של הלייזר, משתמשים במי קירור כדי לקרר ולהגן על הוופל מפני נזק תרמי. במקביל, מי קירור יכולים גם להסיר ביעילות חלקיקים שנוצרים במהלך תהליך החיתוך, למנוע זיהום ולהבטיח את איכות החיתוך.
חיתוך בלתי נראה בלייזר
ניתן גם למקד את הלייזר כדי להעביר חום לגוף הראשי של הוופל, שיטה הנקראת "חיתוך לייזר בלתי נראה". בשיטה זו, החום מהלייזר יוצר פערים בנתיבי החריטה. אזורים מוחלשים אלה משיגים אפקט חדירה דומה על ידי שבירה כאשר הוופל נמתח.
▲ התהליך העיקרי של חיתוך בלתי נראה בלייזר
תהליך החיתוך הבלתי נראה הוא תהליך לייזר ספיגה פנימית, ולא אבלציה בלייזר שבו הלייזר נספג על פני השטח. בחיתוך בלתי נראה, נעשה שימוש באנרגיית קרן לייזר באורך גל שהוא שקוף למחצה לחומר מצע הוופל. התהליך מחולק לשני שלבים עיקריים, האחד הוא תהליך מבוסס לייזר, והשני הוא תהליך הפרדה מכני.
▲קרן הלייזר יוצרת ניקוב מתחת לפני השטח של הוופל, והצדדים הקדמיים והאחוריים אינם מושפעים | רשת מקורות תמונה
בשלב הראשון, כאשר קרן הלייזר סורקת את הוופל, קרן הלייזר מתמקדת בנקודה ספציפית בתוך הוופל, ויוצרת נקודת סדק בפנים. אנרגיית הקרן גורמת להיווצרות סדרה של סדקים בפנים, שעדיין לא התפשטו לאורך כל עובי הוופל עד למשטחים העליונים והתחתונים.
▲השוואה בין פרוסות סיליקון בעובי 100 מיקרון שנחתכו בשיטת הלהב לבין שיטת חיתוך בלתי נראה בלייזר | רשת מקורות תמונה
בשלב השני, סרט השבב בתחתית הוופל מתרחב פיזית, מה שגורם למאמץ מתיחה בסדקים בתוך הוופל, אשר נגרמים בתהליך הלייזר בשלב הראשון. מאמץ זה גורם לסדקים להתרחב אנכית למשטחים העליונים והתחתונים של הוופל, ולאחר מכן להפריד את הוופל לשבבים לאורך נקודות חיתוך אלו. בחיתוך בלתי נראה, בדרך כלל משתמשים בחצי חיתוך או בחצי חיתוך תחתון כדי להקל על הפרדת וופל לשבבים או שבבים.
יתרונות עיקריים של חיתוך לייזר בלתי נראה על פני אבלציה בלייזר:
• אין צורך בקירור
• ללא יצירת פסולת
• ללא אזורים מושפעי חום שעלולים לפגוע במעגלים רגישים
חיתוך פלזמה
חיתוך בפלזמה (הידוע גם בשם איכול פלזמה או איכול יבש) היא טכנולוגיית חיתוך פרוסות ופלים מתקדמת המשתמשת באיכול יונים ריאקטיביים (RIE) או איכול יונים ריאקטיביים עמוקים (DRIE) כדי להפריד שבבים בודדים מווליים מוליכים למחצה. הטכנולוגיה משיגה חיתוך על ידי הסרה כימית של חומר לאורך קווי חיתוך קבועים מראש באמצעות פלזמה.
במהלך תהליך חיתוך הפלזמה, פרוסת המוליך למחצה מונחת בתא ואקום, תערובת גז ריאקטיבית מבוקרת מוחדרת לתא, ושדה חשמלי מופעל כדי לייצר פלזמה המכילה ריכוז גבוה של יונים ורדיקלים ריאקטיביים. מינים ריאקטיביים אלה מקיימים אינטראקציה עם חומר הפרוסה ומסירים באופן סלקטיבי את חומר הפרוסה לאורך קו החריטה באמצעות שילוב של תגובה כימית וריסוס פיזיקלי.
היתרון העיקרי של חיתוך בפלזמה הוא שהוא מפחית את הלחץ המכני על הוופל והשבב ומפחית נזק פוטנציאלי הנגרם ממגע פיזי. עם זאת, תהליך זה מורכב וגוזל זמן רב יותר משיטות אחרות, במיוחד כאשר מתמודדים עם ופלים עבים יותר או חומרים בעלי עמידות גבוהה לחריטה, כך שיישומו בייצור המוני מוגבל.
▲רשת מקור תמונה
בייצור מוליכים למחצה, יש לבחור את שיטת חיתוך הפרוסות הפרוסתיות (waples) על סמך גורמים רבים, כולל תכונות חומר הפרוסות, גודל השבב והגיאומטריה שלו, הדיוק והדיוק הנדרשים, ועלות הייצור הכוללת והיעילות שלו.
זמן פרסום: 20 בספטמבר 2024