Wafeltjesnijden is een van de belangrijke schakels in de productie van vermogenshalfgeleiders. Deze stap is bedoeld om individuele geïntegreerde schakelingen of chips nauwkeurig te scheiden van halfgeleiderwafels.
De sleutel totwafeltjesnijden is om individuele chips te kunnen scheiden en er tegelijkertijd voor te zorgen dat de delicate structuren en circuits die in de chips zijn ingebed, behouden blijvenwafeltjezijn niet beschadigd. Het succes of falen van het snijproces heeft niet alleen invloed op de scheidingskwaliteit en opbrengst van de chip, maar houdt ook rechtstreeks verband met de efficiëntie van het gehele productieproces.
▲Drie veel voorkomende soorten wafelsnijden | Bron: KLA CHINA
Momenteel is de gemeenschappelijkewafeltjesnijprocessen zijn onderverdeeld in:
Messnijden: lage kosten, meestal gebruikt voor dikkerwafeltjes
Lasersnijden: hoge kosten, meestal gebruikt voor wafers met een dikte van meer dan 30 μm
Plasmasnijden: hoge kosten, meer beperkingen, meestal gebruikt voor wafers met een dikte van minder dan 30 μm
Mechanisch snijden van het mes
Messnijden is een proces waarbij langs de kraslijn wordt gesneden door een snel roterende slijpschijf (mes). Het blad is meestal gemaakt van schurend of ultradun diamantmateriaal, geschikt voor het snijden of groeven op siliciumwafels. Als mechanische snijmethode is het snijden van messen echter afhankelijk van fysieke materiaalverwijdering, wat gemakkelijk kan leiden tot afbrokkelen of barsten van de spaanrand, waardoor de productkwaliteit wordt beïnvloed en de opbrengst wordt verminderd.
De kwaliteit van het eindproduct dat door het mechanische zaagproces wordt geproduceerd, wordt beïnvloed door meerdere parameters, waaronder snijsnelheid, bladdikte, bladdiameter en bladrotatiesnelheid.
Volledige snede is de meest basale snijmethode voor het mes, waarbij het werkstuk volledig wordt gesneden door in een vast materiaal te snijden (zoals snijtape).
▲ Mechanisch mes dat volledig snijdt | Beeldbronnetwerk
Halve snede is een verwerkingsmethode waarbij een groef ontstaat door in het midden van het werkstuk te snijden. Door het groefproces continu uit te voeren, kunnen kam- en naaldvormige punten worden geproduceerd.
▲ Mechanisch mes dat half snijdt | Beeldbronnetwerk
Double Cut is een verwerkingsmethode waarbij gebruik wordt gemaakt van een dubbele zaagmachine met twee spindels om op twee productielijnen tegelijkertijd volledige of halve sneden uit te voeren. De dubbele zaagmachine heeft twee spindelassen. Door dit proces kan een hoge doorvoer worden bereikt.
▲ Mechanisch mes snijden-dubbele snede | Beeldbronnetwerk
Step Cut maakt gebruik van een dubbele zaagmachine met twee spindels om volledige en halve sneden in twee fasen uit te voeren. Gebruik bladen die zijn geoptimaliseerd voor het doorsnijden van de bedradingslaag op het oppervlak van de wafer en bladen die zijn geoptimaliseerd voor het resterende silicium-monokristal om verwerking van hoge kwaliteit te bereiken.
▲ Mechanisch messnijden – stapsgewijs snijden | Beeldbronnetwerk
Afschuinsnijden is een verwerkingsmethode waarbij een mes met een V-vormige rand op de halfgesneden rand wordt gebruikt om de wafel in twee fasen te snijden tijdens het stapsgewijze snijproces. Het afschuiningsproces wordt uitgevoerd tijdens het snijproces. Daarom kunnen een hoge matrijssterkte en hoogwaardige verwerking worden bereikt.
▲ Mechanisch snijden van messen – schuin snijden | Beeldbronnetwerk
Lasersnijden
Lasersnijden is een contactloze wafersnijtechnologie waarbij gebruik wordt gemaakt van een gerichte laserstraal om individuele chips van halfgeleiderwafels te scheiden. De hoogenergetische laserstraal wordt gefocusseerd op het oppervlak van de wafer en verdampt of verwijdert materiaal langs de vooraf bepaalde snijlijn door middel van ablatie- of thermische ontledingsprocessen.
▲ Lasersnijschema | Bron afbeelding: KLA CHINA
De typen lasers die momenteel veel worden gebruikt, omvatten ultraviolette lasers, infraroodlasers en femtosecondelasers. Onder hen worden ultraviolette lasers vaak gebruikt voor nauwkeurige koude ablatie vanwege hun hoge fotonenenergie, en de door hitte beïnvloede zone is extreem klein, wat het risico op thermische schade aan de wafer en de omringende chips effectief kan verminderen. Infraroodlasers zijn beter geschikt voor dikkere wafers omdat ze diep in het materiaal kunnen doordringen. Femtoseconde-lasers bereiken uiterst nauwkeurige en efficiënte materiaalverwijdering met een vrijwel verwaarloosbare warmteoverdracht door ultrakorte lichtpulsen.
Lasersnijden heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditioneel messnijden. Ten eerste vereist lasersnijden, omdat het een contactloos proces is, geen fysieke druk op de wafer, waardoor de fragmentatie- en scheurproblemen die vaak voorkomen bij mechanisch snijden worden verminderd. Deze eigenschap maakt lasersnijden bijzonder geschikt voor het verwerken van kwetsbare of ultradunne wafels, vooral die met complexe structuren of fijne kenmerken.
▲ Lasersnijschema | Beeldbronnetwerk
Bovendien maakt de hoge precisie en nauwkeurigheid van lasersnijden het mogelijk om de laserstraal te focussen op een extreem kleine puntgrootte, complexe snijpatronen te ondersteunen en een scheiding van de minimale afstand tussen de spanen te bereiken. Deze functie is vooral belangrijk voor geavanceerde halfgeleiderapparaten met krimpende afmetingen.
Lasersnijden kent echter ook enkele beperkingen. Vergeleken met het snijden van messen is het langzamer en duurder, vooral bij grootschalige productie. Bovendien kan het kiezen van het juiste lasertype en het optimaliseren van parameters om een efficiënte materiaalverwijdering en een minimale door hitte beïnvloede zone te garanderen een uitdaging zijn voor bepaalde materialen en diktes.
Laserablatie snijden
Tijdens laserablatiesnijden wordt de laserstraal nauwkeurig gefocusseerd op een specifieke locatie op het oppervlak van de wafel, en wordt de laserenergie geleid volgens een vooraf bepaald snijpatroon, waarbij geleidelijk door de wafel naar de bodem wordt gesneden. Afhankelijk van de snijvereisten wordt deze bewerking uitgevoerd met behulp van een gepulseerde laser of een continue golflaser. Om schade aan de wafer als gevolg van overmatige lokale verwarming van de laser te voorkomen, wordt koelwater gebruikt om de wafer af te koelen en te beschermen tegen thermische schade. Tegelijkertijd kan koelwater ook effectief deeltjes verwijderen die tijdens het snijproces worden gegenereerd, vervuiling voorkomen en de snijkwaliteit garanderen.
Laser onzichtbaar snijden
De laser kan ook worden gefocusseerd om warmte over te brengen naar het hoofdgedeelte van de wafer, een methode die 'onzichtbaar lasersnijden' wordt genoemd. Bij deze methode creëert de hitte van de laser gaten in de krasbanen. Deze verzwakte gebieden bereiken vervolgens een soortgelijk penetratie-effect door te breken wanneer de wafel wordt uitgerekt.
▲ Hoofdproces van onzichtbaar lasersnijden
Het onzichtbare snijproces is een intern absorptielaserproces, in plaats van laserablatie waarbij de laser op het oppervlak wordt geabsorbeerd. Bij onzichtbaar snijden wordt gebruik gemaakt van laserstraalenergie met een golflengte die semi-transparant is voor het wafersubstraatmateriaal. Het proces is verdeeld in twee hoofdstappen: de ene is een lasergebaseerd proces en de andere is een mechanisch scheidingsproces.
▲De laserstraal creëert een perforatie onder het wafeloppervlak, waardoor de voor- en achterkant niet worden aangetast | Beeldbronnetwerk
In de eerste stap, terwijl de laserstraal de wafer scant, concentreert de laserstraal zich op een specifiek punt binnen de wafer, waardoor binnenin een scheurpunt wordt gevormd. De energie van de bundel zorgt ervoor dat er binnenin een reeks scheuren ontstaat, die zich nog niet door de gehele dikte van de wafer naar de boven- en onderoppervlakken hebben uitgebreid.
▲Vergelijking van 100 μm dikke siliciumwafels gesneden met de mesmethode en laser onzichtbare snijmethode | Beeldbronnetwerk
In de tweede stap wordt de chiptape aan de onderkant van de wafer fysiek uitgezet, wat trekspanningen veroorzaakt in de scheuren in de wafer, die tijdens het laserproces in de eerste stap worden veroorzaakt. Deze spanning zorgt ervoor dat de scheuren zich verticaal uitstrekken naar de boven- en onderoppervlakken van de wafel, en vervolgens de wafel langs deze snijpunten in spanen scheiden. Bij onzichtbaar snijden wordt meestal halfsnijden of halfsnijden aan de onderkant gebruikt om de scheiding van wafels in chips of chips te vergemakkelijken.
Belangrijkste voordelen van onzichtbaar lasersnijden ten opzichte van laserablatie:
• Geen koelvloeistof nodig
• Er ontstaat geen vuil
• Geen door hitte beïnvloede zones die gevoelige circuits kunnen beschadigen
Plasmasnijden
Plasmasnijden (ook bekend als plasma-etsen of droog etsen) is een geavanceerde wafersnijtechnologie die gebruik maakt van reactief ionenetsen (RIE) of diep reactief ionenetsen (DRIE) om individuele chips van halfgeleiderwafels te scheiden. De technologie bereikt het snijden door materiaal langs vooraf bepaalde snijlijnen chemisch te verwijderen met behulp van plasma.
Tijdens het plasmasnijproces wordt de halfgeleiderwafel in een vacuümkamer geplaatst, wordt een gecontroleerd reactief gasmengsel in de kamer geïntroduceerd en wordt een elektrisch veld aangelegd om een plasma te genereren dat een hoge concentratie reactieve ionen en radicalen bevat. Deze reactieve soorten hebben een wisselwerking met het wafelmateriaal en verwijderen selectief wafelmateriaal langs de kraslijn door een combinatie van chemische reactie en fysisch sputteren.
Het belangrijkste voordeel van plasmasnijden is dat het de mechanische spanning op de wafer en chip vermindert en de potentiële schade veroorzaakt door fysiek contact vermindert. Dit proces is echter complexer en tijdrovender dan andere methoden, vooral als het gaat om dikkere wafers of materialen met een hoge etsweerstand, waardoor de toepassing ervan in massaproductie beperkt is.
▲Beeldbronnetwerk
Bij de productie van halfgeleiders moet de wafelsnijmethode worden geselecteerd op basis van vele factoren, waaronder de eigenschappen van het wafelmateriaal, de chipgrootte en -geometrie, de vereiste precisie en nauwkeurigheid, en de algehele productiekosten en efficiëntie.
Posttijd: 20 september 2024