Rånskärning är en av de viktiga länkarna i krafthalvledarproduktion. Detta steg är utformat för att exakt separera individuella integrerade kretsar eller chips från halvledarskivor.
Nyckeln tillrånskärning är att kunna separera enskilda spån samtidigt som man säkerställer att de känsliga strukturerna och kretsarna som är inbäddade irånär inte skadade. Framgången eller misslyckandet med skärprocessen påverkar inte bara separationskvaliteten och spånets utbyte, utan är också direkt relaterat till effektiviteten i hela produktionsprocessen.
▲Tre vanliga typer av skivskärning | Källa: KLA CHINA
För närvarande är det vanligarånskärprocesser är indelade i:
Bladskärning: låg kostnad, används vanligtvis för tjockareoblat
Laserskärning: hög kostnad, används vanligtvis för wafers med en tjocklek på mer än 30μm
Plasmaskärning: hög kostnad, fler restriktioner, används vanligtvis för wafers med en tjocklek på mindre än 30μm
Mekanisk knivskärning
Bladskärning är en process för att skära längs ritslinjen med en höghastighetsroterande slipskiva (klinga). Bladet är vanligtvis tillverkat av slipande eller ultratunt diamantmaterial, lämpligt för skivning eller rillning på kiselwafers. Men som en mekanisk skärmetod är knivskärning beroende av fysisk borttagning av material, vilket lätt kan leda till flisning eller sprickbildning av spånkanten, vilket påverkar produktkvaliteten och minskar utbytet.
Kvaliteten på den slutliga produkten som produceras av den mekaniska sågprocessen påverkas av flera parametrar, inklusive skärhastighet, bladtjocklek, bladdiameter och bladrotationshastighet.
Full cut är den mest grundläggande knivskärningsmetoden, som helt skär arbetsstycket genom att skära till ett fast material (som en skärtejp).
▲ Mekanisk knivskärning-full skärning | Bildkälla nätverk
Halvskärning är en bearbetningsmetod som ger ett spår genom att skära till mitten av arbetsstycket. Genom att kontinuerligt utföra spårningsprocessen kan kam- och nålformade spetsar framställas.
▲ Mekanisk knivskärning halvskuren | Bildkälla nätverk
Double cut är en bearbetningsmetod som använder en dubbel skärsåg med två spindlar för att utföra hela eller halva snitt på två produktionslinjer samtidigt. Dubbelkapsågen har två spindelaxlar. Hög genomströmning kan uppnås genom denna process.
▲ Mekanisk knivskärning-dubbelskärning | Bildkälla nätverk
Step cut använder en dubbel skärsåg med två spindlar för att utföra hela och halva snitt i två steg. Använd blad som är optimerade för att skära ledningsskiktet på skivans yta och blad som är optimerade för återstående kiselenkristall för att uppnå högkvalitativ bearbetning.
▲ Mekanisk knivskärning – stegskärning | Bildkälla nätverk
Fasskärning är en bearbetningsmetod som använder ett blad med en V-formad kant på den halvskurna kanten för att skära skivan i två steg under stegskärningsprocessen. Fasningsprocessen utförs under kapningsprocessen. Därför kan hög formhållfasthet och högkvalitativ bearbetning uppnås.
▲ Mekanisk knivskärning – fasskärning | Bildkälla nätverk
Laserskärning
Laserskärning är en beröringsfri skivskärningsteknik som använder en fokuserad laserstråle för att separera enskilda chips från halvledarskivor. Högenergilaserstrålen fokuseras på skivans yta och förångar eller tar bort material längs den förutbestämda skärlinjen genom ablations- eller termiska nedbrytningsprocesser.
▲ Laserskärdiagram | Bildkälla: KLA CHINA
De typer av lasrar som för närvarande används i stor utsträckning inkluderar ultravioletta lasrar, infraröda lasrar och femtosekundlasrar. Bland dem används ofta ultravioletta lasrar för exakt kallablation på grund av deras höga fotonenergi, och den värmepåverkade zonen är extremt liten, vilket effektivt kan minska risken för termisk skada på skivan och dess omgivande chips. Infraröda lasrar är bättre lämpade för tjockare wafers eftersom de kan tränga djupt in i materialet. Femtosekundlasrar uppnår hög precision och effektiv materialavlägsning med nästan försumbar värmeöverföring genom ultrakorta ljuspulser.
Laserskärning har betydande fördelar jämfört med traditionell knivskärning. För det första, som en beröringsfri process, kräver laserskärning inte fysiskt tryck på skivan, vilket minskar de fragmenterings- och sprickproblem som är vanliga vid mekanisk skärning. Denna funktion gör laserskärning särskilt lämplig för bearbetning av ömtåliga eller ultratunna wafers, speciellt de med komplexa strukturer eller fina egenskaper.
▲ Laserskärdiagram | Bildkälla nätverk
Dessutom gör laserskärningens höga precision och noggrannhet det möjligt att fokusera laserstrålen till en extremt liten punktstorlek, stödja komplexa skärmönster och uppnå separering av det minsta avståndet mellan chipsen. Denna funktion är särskilt viktig för avancerade halvledarenheter med krympande storlekar.
Men laserskärning har också vissa begränsningar. Jämfört med knivskärning är det långsammare och dyrare, särskilt vid storskalig produktion. Att välja rätt lasertyp och optimera parametrar för att säkerställa effektiv materialborttagning och minimal värmepåverkad zon kan dessutom vara en utmaning för vissa material och tjocklekar.
Laser ablationsskärning
Under laserablationsskärning fokuseras laserstrålen exakt på en specificerad plats på skivans yta, och laserenergin styrs enligt ett förutbestämt skärmönster och skär gradvis genom skivan till botten. Beroende på skärkraven utförs denna operation med en pulsad laser eller en kontinuerlig våglaser. För att förhindra skador på wafern på grund av överdriven lokal uppvärmning av lasern, används kylvatten för att kyla ner och skydda wafern från termiska skador. Samtidigt kan kylvatten också effektivt ta bort partiklar som genereras under skärprocessen, förhindra kontaminering och säkerställa skärkvaliteten.
Laser osynlig skärning
Lasern kan också fokuseras för att överföra värme till skivans huvudkropp, en metod som kallas "osynlig laserskärning". För denna metod skapar värmen från lasern luckor i ritsbanorna. Dessa försvagade områden uppnår sedan en liknande penetrationseffekt genom att gå sönder när wafern sträcks.
▲ Huvudprocess för osynlig laserskärning
Den osynliga skärprocessen är en intern absorptionslaserprocess, snarare än laserablation där lasern absorberas på ytan. Vid osynlig skärning används laserstråleenergi med en våglängd som är halvtransparent för wafersubstratmaterialet. Processen är uppdelad i två huvudsteg, ett är en laserbaserad process och det andra är en mekanisk separationsprocess.
▲Laserstrålen skapar en perforering under skivans yta, och fram- och baksidorna påverkas inte | Bildkälla nätverk
I det första steget, när laserstrålen skannar wafern, fokuserar laserstrålen på en specifik punkt inuti wafern och bildar en sprickpunkt inuti. Strålenergin orsakar att en serie sprickor bildas inuti, som ännu inte har sträckt sig genom hela tjockleken av skivan till topp- och bottenytorna.
▲Jämförelse mellan 100 μm tjocka kiselskivor skurna med bladmetoden och laser osynlig skärningsmetod | Bildkälla nätverk
I det andra steget expanderas chiptejpen i botten av wafern fysiskt, vilket orsakar dragspänningar i sprickorna inuti wafern, som induceras i laserprocessen i det första steget. Denna påkänning gör att sprickorna sträcker sig vertikalt till de övre och nedre ytorna av skivan, och sedan separerar skivan till spån längs dessa skärpunkter. Vid osynlig skärning används vanligtvis halvskärning eller halvskärning på undersidan för att underlätta separeringen av wafers till chips eller chips.
Huvudfördelarna med osynlig laserskärning framför laserablation:
• Ingen kylvätska krävs
• Inget skräp genereras
• Inga värmepåverkade zoner som kan skada känsliga kretsar
Plasmaskärning
Plasmaskärning (även känd som plasmaetsning eller torretsning) är en avancerad waferskärningsteknik som använder reaktiv jonetsning (RIE) eller djupreaktiv jonetsning (DRIE) för att separera enskilda chips från halvledarskivor. Tekniken uppnår skärning genom att kemiskt avlägsna material längs förutbestämda skärlinjer med hjälp av plasma.
Under plasmaskärningsprocessen placeras halvledarskivan i en vakuumkammare, en kontrollerad reaktiv gasblandning införs i kammaren och ett elektriskt fält appliceras för att generera en plasma som innehåller en hög koncentration av reaktiva joner och radikaler. Dessa reaktiva ämnen interagerar med wafermaterialet och avlägsnar selektivt wafermaterial längs ritslinjen genom en kombination av kemisk reaktion och fysikalisk förstoftning.
Den största fördelen med plasmaskärning är att det minskar mekanisk påfrestning på skivan och chipet och minskar potentiell skada orsakad av fysisk kontakt. Denna process är dock mer komplex och tidskrävande än andra metoder, särskilt när det gäller tjockare wafers eller material med hög etsningsbeständighet, så dess tillämpning i massproduktion är begränsad.
▲ Bildkälla nätverk
Vid halvledartillverkning måste skivskärningsmetoden väljas baserat på många faktorer, inklusive wafermaterialegenskaper, spånstorlek och geometri, erforderlig precision och noggrannhet samt total produktionskostnad och effektivitet.
Posttid: 2024-09-20