вафлярезка — одно из важных звеньев силового полупроводникового производства. Этот шаг предназначен для точного отделения отдельных интегральных схем или микросхем от полупроводниковых пластин.
Ключ квафлярезка заключается в том, чтобы иметь возможность отделять отдельные чипы, гарантируя при этом, что тонкие структуры и схемы, встроенные ввафляне повреждены. Успех или неудача процесса резки не только влияет на качество разделения и выход стружки, но также напрямую связана с эффективностью всего производственного процесса.
▲Три распространенных типа резки пластин | Источник: ОАК КИТАЙ.
В настоящее время общийвафляПроцессы резания подразделяются на:
Резка лезвием: низкая стоимость, обычно используется для более толстыхвафли
Лазерная резка: высокая стоимость, обычно используется для пластин толщиной более 30 мкм.
Плазменная резка: высокая стоимость, больше ограничений, обычно используется для пластин толщиной менее 30 мкм.
Механическая резка лезвием
Лезвийная резка – это процесс резки по разметочной линии высокоскоростно вращающимся шлифовальным диском (лезвием). Лезвие обычно изготавливается из абразивного или ультратонкого алмазного материала, подходящего для резки или прорезания канавок на кремниевых пластинах. Однако, как метод механической резки, резка лезвием основана на физическом удалении материала, что может легко привести к сколам или растрескиванию кромки стружки, что влияет на качество продукции и снижает выход продукции.
На качество конечного продукта, полученного в процессе механической распиловки, влияет множество параметров, включая скорость резания, толщину полотна, диаметр полотна и скорость вращения полотна.
Полный рез — это самый простой метод резки лезвием, при котором заготовка полностью разрезается на фиксированный материал (например, нарезную ленту).
▲ Механическое лезвие для полной резки | Сеть источника изображений
Полуобрез — это метод обработки, при котором паз получается путем разрезания до середины заготовки. Непрерывно выполняя процесс нарезания канавок, можно получить наконечники гребенчатой и игольчатой формы.
▲ Механическое лезвие для полуреза | Сеть источника изображений
Двойной распил — это метод обработки, при котором используется пила для двойной резки с двумя шпинделями для выполнения полного или половинного распила на двух производственных линиях одновременно. Двойная отрезная пила имеет две оси шпинделя. Благодаря этому процессу может быть достигнута высокая пропускная способность.
▲ Механическое лезвие с двойным резом | Сеть источника изображений
При ступенчатой резке используется двойная пила с двумя шпинделями для выполнения полной и половинной резки в два этапа. Используйте лезвия, оптимизированные для резки слоя проводки на поверхности пластины, и лезвия, оптимизированные для остального монокристалла кремния, чтобы добиться высококачественной обработки.
▲ Механическая резка лезвием – ступенчатая резка | Сеть источника изображений
Косая резка — это метод обработки, в котором используется лезвие с V-образной кромкой на полуразрезанной кромке для резки пластины в два этапа в процессе ступенчатой резки. Процесс снятия фаски выполняется в процессе резки. Таким образом, можно достичь высокой прочности формы и качественной обработки.
▲ Механическая резка лезвием – косая резка | Сеть источника изображений
Лазерная резка
Лазерная резка — это технология бесконтактной резки пластин, в которой используется сфокусированный лазерный луч для отделения отдельных чипов от полупроводниковых пластин. Луч высокоэнергетического лазера фокусируется на поверхности пластины и испаряет или удаляет материал вдоль заданной линии разреза посредством процессов абляции или термического разложения.
▲ Схема лазерной резки | Источник изображения: ОАК КИТАЙ
Типы лазеров, широко используемые в настоящее время, включают ультрафиолетовые лазеры, инфракрасные лазеры и фемтосекундные лазеры. Среди них ультрафиолетовые лазеры часто используются для точной холодной абляции из-за их высокой энергии фотонов, а зона термического воздействия чрезвычайно мала, что может эффективно снизить риск термического повреждения пластины и окружающих ее чипов. Инфракрасные лазеры лучше подходят для более толстых пластин, поскольку они могут глубоко проникать в материал. Фемтосекундные лазеры обеспечивают высокоточное и эффективное удаление материала с практически незначительной передачей тепла за счет ультракоротких световых импульсов.
Лазерная резка имеет значительные преимущества перед традиционной резкой лезвием. Во-первых, поскольку лазерная резка является бесконтактным процессом, она не требует физического давления на пластину, что снижает проблемы фрагментации и растрескивания, характерные для механической резки. Эта особенность делает лазерную резку особенно подходящей для обработки хрупких или ультратонких пластин, особенно со сложной структурой или тонкими деталями.
▲ Схема лазерной резки | Сеть источника изображений
Кроме того, высокая точность и аккуратность лазерной резки позволяет фокусировать лазерный луч до чрезвычайно малого размера пятна, поддерживать сложные схемы резки и достигать минимального расстояния между стружками. Эта особенность особенно важна для современных полупроводниковых приборов с уменьшающимися размерами.
Однако лазерная резка также имеет некоторые ограничения. По сравнению с резкой лезвием, она медленнее и дороже, особенно при крупносерийном производстве. Кроме того, выбор правильного типа лазера и оптимизация параметров для обеспечения эффективного удаления материала и минимальной зоны термического воздействия может быть сложной задачей для определенных материалов и толщин.
Лазерная абляционная резка
Во время лазерной абляционной резки лазерный луч точно фокусируется в заданном месте на поверхности пластины, а энергия лазера направляется в соответствии с заранее заданной схемой резки, постепенно прорезая пластину до дна. В зависимости от требований резки эта операция выполняется с использованием импульсного лазера или лазера непрерывного действия. Чтобы предотвратить повреждение пластины из-за чрезмерного локального нагрева лазера, используется охлаждающая вода для охлаждения и защиты пластины от термического повреждения. В то же время охлаждающая вода также может эффективно удалять частицы, образующиеся в процессе резки, предотвращать загрязнение и обеспечивать качество резки.
Лазерная невидимая резка
Лазер также можно сфокусировать для передачи тепла в основную часть пластины — метод, называемый «невидимой лазерной резкой». В этом методе тепло лазера создает зазоры в полосах разметки. Эти ослабленные участки затем достигают аналогичного эффекта проникновения, разрушаясь при растяжении пластины.
▲Основной процесс лазерной невидимой резки
Невидимый процесс резки представляет собой лазерный процесс внутреннего поглощения, а не лазерную абляцию, при которой лазер поглощается поверхностью. При невидимой резке используется энергия лазерного луча с длиной волны, полупрозрачной для материала подложки пластины. Этот процесс разделен на два основных этапа: один — лазерный процесс, а другой — процесс механического разделения.
▲Лазерный луч создает перфорацию под поверхностью пластины, при этом передняя и задняя стороны не затрагиваются | Сеть источника изображений
На первом этапе, когда лазерный луч сканирует пластину, лазерный луч фокусируется на определенной точке внутри пластины, образуя внутри точку растрескивания. Энергия луча приводит к образованию внутри серии трещин, которые еще не распространились на всю толщину пластины до верхней и нижней поверхностей.
▲Сравнение кремниевых пластин толщиной 100 мкм, вырезанных лезвием и методом невидимой лазерной резки | Сеть источника изображений
На втором этапе чип-лента в нижней части пластины физически расширяется, что вызывает растягивающие напряжения в трещинах внутри пластины, которые возникают в результате лазерного процесса на первом этапе. Это напряжение приводит к тому, что трещины распространяются вертикально к верхней и нижней поверхностям пластины, а затем разделяют пластину на сколы вдоль этих точек разреза. При невидимой резке обычно используют полуобрезку или полуобрезку нижней стороны, чтобы облегчить разделение пластин на чипсы или чипсы.
Ключевые преимущества невидимой лазерной резки перед лазерной абляцией:
• Не требуется охлаждающая жидкость
• Никакого мусора не образуется
• Отсутствие зон термического воздействия, которые могут повредить чувствительные схемы.
Плазменная резка
Плазменная резка (также известная как плазменное травление или сухое травление) — это передовая технология резки пластин, в которой используется реактивное ионное травление (RIE) или глубокое реактивное ионное травление (DRIE) для отделения отдельных чипов от полупроводниковых пластин. Технология обеспечивает резку путем химического удаления материала по заданным линиям резки с использованием плазмы.
В процессе плазменной резки полупроводниковая пластина помещается в вакуумную камеру, в камеру вводится контролируемая химически активная газовая смесь и прикладывается электрическое поле для создания плазмы, содержащей высокую концентрацию реакционноспособных ионов и радикалов. Эти реактивные частицы взаимодействуют с материалом пластины и выборочно удаляют материал пластины вдоль линии разметки посредством сочетания химической реакции и физического распыления.
Основное преимущество плазменной резки заключается в том, что она снижает механическое напряжение на пластине и чипе и снижает потенциальный ущерб, вызванный физическим контактом. Однако этот процесс более сложен и трудоемкий, чем другие методы, особенно при работе с более толстыми пластинами или материалами с высокой стойкостью к травлению, поэтому его применение в массовом производстве ограничено.
▲Сеть источников изображений
При производстве полупроводников метод резки пластин необходимо выбирать на основе многих факторов, включая свойства материала пластины, размер и геометрию чипа, требуемую точность и аккуратность, а также общую стоимость и эффективность производства.
Время публикации: 20 сентября 2024 г.