Waferkutting er et av de viktige leddene i krafthalvlederproduksjon. Dette trinnet er designet for å nøyaktig skille individuelle integrerte kretser eller brikker fra halvlederskiver.
Nøkkelen tiloblatskjæring er å kunne separere individuelle spon samtidig som man sikrer at de delikate strukturene og kretsene som er innebygd ioblater ikke skadet. Suksessen eller fiaskoen til skjæreprosessen påvirker ikke bare separasjonskvaliteten og utbyttet av brikken, men er også direkte relatert til effektiviteten til hele produksjonsprosessen.
▲Tre vanlige typer oblatskjæring | Kilde: KLA KINA
Foreløpig den vanligeoblatkutteprosesser er delt inn i:
Bladskjæring: lav pris, vanligvis brukt for tykkereoblater
Laserskjæring: høy kostnad, vanligvis brukt for wafere med en tykkelse på mer enn 30μm
Plasmaskjæring: høy kostnad, flere begrensninger, vanligvis brukt for wafere med en tykkelse på mindre enn 30μm
Mekanisk knivskjæring
Bladskjæring er en prosess for å skjære langs ritslinjen med en høyhastighets roterende slipeskive (blad). Bladet er vanligvis laget av slipende eller ultratynt diamantmateriale, egnet for skjæring eller rilling på silisiumskiver. Som en mekanisk skjæremetode er imidlertid knivskjæring avhengig av fysisk materialfjerning, noe som lett kan føre til flising eller sprekkdannelse av sponkanten, og dermed påvirke produktkvaliteten og redusere utbyttet.
Kvaliteten på sluttproduktet produsert av den mekaniske sageprosessen påvirkes av flere parametere, inkludert skjærehastighet, bladtykkelse, bladdiameter og bladrotasjonshastighet.
Full cut er den mest grunnleggende knivskjæremetoden, som skjærer arbeidsstykket fullstendig ved å kutte til et fast materiale (for eksempel en skjæretape).
▲ Mekanisk knivskjæring-full kutt | Bildekildenettverk
Halvskjæring er en bearbeidingsmetode som produserer et spor ved å kutte til midten av arbeidsstykket. Ved kontinuerlig å utføre rilleprosessen kan det produseres kam- og nåleformede spisser.
▲ Mekanisk knivskjæring-halvkuttet | Bildekildenettverk
Double cut er en prosessmetode som bruker en dobbel kuttesag med to spindler for å utføre hele eller halve kutt på to produksjonslinjer samtidig. Den doble skjæresagen har to spindelakser. Høy gjennomstrømning kan oppnås gjennom denne prosessen.
▲ Mekanisk knivskjæring-dobbelt kutt | Bildekildenettverk
Step cut bruker en dobbel kuttesag med to spindler for å utføre hele og halve kutt i to trinn. Bruk blader som er optimalisert for å kutte ledningslaget på overflaten av waferen og blader som er optimalisert for gjenværende silisium-enkrystall for å oppnå høykvalitetsbehandling.
▲ Mekanisk knivskjæring – trinnskjæring | Bildekildenettverk
Fasskjæring er en prosesseringsmetode som bruker et blad med en V-formet kant på den halvkuttede kanten for å kutte waferen i to trinn under trinnskjæringsprosessen. Avfasingsprosessen utføres under skjæreprosessen. Derfor kan høy formstyrke og høykvalitetsbehandling oppnås.
▲ Mekanisk knivskjæring – skråskjæring | Bildekildenettverk
Laserskjæring
Laserskjæring er en berøringsfri waferskjæringsteknologi som bruker en fokusert laserstråle for å skille individuelle brikker fra halvlederskiver. Høyenergilaserstrålen er fokusert på overflaten av waferen og fordamper eller fjerner materiale langs den forhåndsbestemte skjærelinjen gjennom ablasjons- eller termiske dekomponeringsprosesser.
▲ Laserskjærediagram | Bildekilde: KLA CHINA
De typer lasere som for tiden er mye brukt inkluderer ultrafiolette lasere, infrarøde lasere og femtosekundlasere. Blant dem brukes ofte ultrafiolette lasere til presis kaldablasjon på grunn av deres høye fotonenergi, og den varmepåvirkede sonen er ekstremt liten, noe som effektivt kan redusere risikoen for termisk skade på waferen og dens omkringliggende brikker. Infrarøde lasere er bedre egnet for tykkere wafere fordi de kan trenge dypt inn i materialet. Femtosekundlasere oppnår høy presisjon og effektiv materialfjerning med nesten ubetydelig varmeoverføring gjennom ultrakorte lyspulser.
Laserskjæring har betydelige fordeler i forhold til tradisjonell knivskjæring. For det første, som en berøringsfri prosess, krever ikke laserskjæring fysisk trykk på skiven, noe som reduserer fragmenterings- og sprekkproblemene som er vanlige ved mekanisk skjæring. Denne funksjonen gjør laserskjæring spesielt egnet for behandling av skjøre eller ultratynne wafere, spesielt de med komplekse strukturer eller fine egenskaper.
▲ Diagram for laserskjæring | Bildekildenettverk
I tillegg gjør den høye presisjonen og nøyaktigheten til laserskjæring den i stand til å fokusere laserstrålen til en ekstremt liten punktstørrelse, støtte komplekse skjæremønstre og oppnå separasjon av minimumsavstanden mellom brikkene. Denne funksjonen er spesielt viktig for avanserte halvlederenheter med krympende størrelser.
Men laserskjæring har også noen begrensninger. Sammenlignet med knivskjæring er det tregere og dyrere, spesielt i storskala produksjon. I tillegg kan det være utfordrende å velge riktig lasertype og optimalisere parametere for å sikre effektiv materialfjerning og minimal varmepåvirket sone for visse materialer og tykkelser.
Laserablasjonsskjæring
Under laserablasjonsskjæring fokuseres laserstrålen nøyaktig på et spesifisert sted på overflaten av skiven, og laserenergien styres i henhold til et forhåndsbestemt skjæremønster, og skjærer gradvis gjennom skiven til bunnen. Avhengig av skjærekravene utføres denne operasjonen ved hjelp av en pulserende laser eller en kontinuerlig bølgelaser. For å forhindre skade på waferen på grunn av overdreven lokal oppvarming av laseren, brukes kjølevann for å kjøle ned og beskytte waferen mot termisk skade. Samtidig kan kjølevann også effektivt fjerne partikler som genereres under skjæreprosessen, forhindre forurensning og sikre skjærekvalitet.
Laser usynlig skjæring
Laseren kan også fokuseres for å overføre varme til hoveddelen av waferen, en metode som kalles "usynlig laserskjæring". For denne metoden skaper varmen fra laseren hull i skrivebanene. Disse svekkede områdene oppnår deretter en lignende penetrasjonseffekt ved å knekke når waferen strekkes.
▲ Hovedprosess med laser usynlig skjæring
Den usynlige kutteprosessen er en intern absorpsjonslaserprosess, snarere enn laserablasjon der laseren absorberes på overflaten. Ved usynlig skjæring brukes laserstråleenergi med en bølgelengde som er semi-transparent for wafersubstratmaterialet. Prosessen er delt inn i to hovedtrinn, det ene er en laserbasert prosess, og det andre er en mekanisk separasjonsprosess.
▲Laserstrålen skaper en perforering under waferoverflaten, og for- og baksiden påvirkes ikke | Bildekildenettverk
I det første trinnet, mens laserstrålen skanner waferen, fokuserer laserstrålen på et spesifikt punkt inne i waferen, og danner et sprekkpunkt på innsiden. Stråleenergien fører til at det dannes en rekke sprekker på innsiden, som ennå ikke har strukket seg gjennom hele tykkelsen av skiven til topp- og bunnflaten.
▲Sammenligning av 100μm tykke silisiumskiver kuttet etter bladmetode og laser usynlig kuttemetode | Bildekildenettverk
I det andre trinnet utvides chiptapen i bunnen av waferen fysisk, noe som forårsaker strekkspenning i sprekkene inne i waferen, som induseres i laserprosessen i første trinn. Denne spenningen fører til at sprekkene strekker seg vertikalt til de øvre og nedre overflatene av waferen, og deretter skiller waferen til flis langs disse skjærepunktene. Ved usynlig skjæring brukes vanligvis halvskjæring eller halvskjæring på undersiden for å lette separasjonen av wafere til flis eller flis.
Viktige fordeler med usynlig laserskjæring fremfor laserablasjon:
• Ingen kjølevæske nødvendig
• Ingen rusk generert
• Ingen varmepåvirkede soner som kan skade følsomme kretser
Plasmaskjæring
Plasmaskjæring (også kjent som plasmaetsing eller tørretsing) er en avansert waferskjæringsteknologi som bruker reaktiv ionetsing (RIE) eller dypreaktiv ionetsing (DRIE) for å skille individuelle brikker fra halvlederskiver. Teknologien oppnår skjæring ved å kjemisk fjerne materiale langs forhåndsbestemte skjærelinjer ved bruk av plasma.
Under plasmaskjæringsprosessen plasseres halvlederplaten i et vakuumkammer, en kontrollert reaktiv gassblanding innføres i kammeret, og et elektrisk felt påføres for å generere et plasma som inneholder en høy konsentrasjon av reaktive ioner og radikaler. Disse reaktive artene samhandler med wafermaterialet og fjerner selektivt wafermateriale langs ripslinjen gjennom en kombinasjon av kjemisk reaksjon og fysisk sputtering.
Den største fordelen med plasmaskjæring er at det reduserer mekanisk belastning på skiven og brikken og reduserer potensiell skade forårsaket av fysisk kontakt. Imidlertid er denne prosessen mer kompleks og tidkrevende enn andre metoder, spesielt når du arbeider med tykkere wafere eller materialer med høy etsemotstand, så bruken i masseproduksjon er begrenset.
▲ Bildekildenettverk
I halvlederproduksjon må waferskjæringsmetoden velges basert på mange faktorer, inkludert egenskaper for wafermateriale, brikkestørrelse og geometri, nødvendig presisjon og nøyaktighet, og total produksjonskostnad og effektivitet.
Innleggstid: 20. september 2024