เวเฟอร์การตัดเป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า ขั้นตอนนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อแยกวงจรรวมหรือชิปแต่ละตัวออกจากเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์อย่างแม่นยำ
กุญแจสำคัญในการเวเฟอร์การตัดจะต้องสามารถแยกชิปแต่ละชิ้นได้ในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างและวงจรอันบอบบางที่ฝังอยู่ในเวเฟอร์ไม่ได้รับความเสียหาย ความสำเร็จหรือความล้มเหลวของกระบวนการตัดไม่เพียงแต่ส่งผลต่อคุณภาพการแยกและผลผลิตของเศษวัสดุเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตทั้งหมดอีกด้วย
▲การตัดเวเฟอร์สามประเภททั่วไป | ที่มา: KLA CHINA
ปัจจุบันนี้ความธรรมดาเวเฟอร์กระบวนการตัดแบ่งออกเป็น:
ใบมีดตัด: ต้นทุนต่ำ มักใช้สำหรับการตัดที่หนากว่าเวเฟอร์
การตัดด้วยเลเซอร์: ต้นทุนสูง มักใช้สำหรับเวเฟอร์ที่มีความหนามากกว่า 30μm
การตัดด้วยพลาสม่า: ต้นทุนสูง มีข้อจำกัดมากกว่า มักใช้กับเวเฟอร์ที่มีความหนาไม่เกิน 30μm
การตัดใบมีดกล
การตัดด้วยใบมีดเป็นกระบวนการตัดตามแนวเส้นขีดด้วยแผ่นเจียร (ใบมีด) ที่หมุนด้วยความเร็วสูง ใบมีดมักทำจากวัสดุเพชรที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือบางพิเศษ เหมาะสำหรับการหั่นหรือทำร่องบนเวเฟอร์ซิลิกอน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเป็นวิธีการตัดทางกล การตัดด้วยใบมีดจึงต้องอาศัยการกำจัดวัสดุทางกายภาพ ซึ่งอาจทำให้ขอบของเศษโลหะแตกหรือบิ่นได้ง่าย จึงส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์และลดผลผลิต
คุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่ผลิตโดยกระบวนการเลื่อยเชิงกลได้รับผลกระทบจากพารามิเตอร์หลายประการ รวมทั้งความเร็วในการตัด ความหนาของใบมีด เส้นผ่านศูนย์กลางใบมีด และความเร็วในการหมุนใบมีด
การตัดแบบเต็มเป็นวิธีการตัดใบมีดพื้นฐานที่สุด ซึ่งจะตัดชิ้นงานอย่างสมบูรณ์โดยการตัดให้เหลือเฉพาะวัสดุคงที่ (เช่น เทปตัด)
▲ ใบมีดตัดแบบกลไก-ตัดเต็ม | แหล่งภาพเครือข่าย
การตัดครึ่งคือวิธีการประมวลผลที่สร้างร่องโดยการตัดตรงกลางชิ้นงาน โดยการทำกระบวนการร่องอย่างต่อเนื่องจึงสามารถผลิตจุดที่มีรูปร่างคล้ายหวีและเข็มได้
▲ ใบมีดตัดแบบกลไก-ตัดครึ่ง | แหล่งภาพเครือข่าย
การตัดแบบคู่เป็นวิธีการประมวลผลที่ใช้เลื่อยตัดแบบคู่ที่มีแกนหมุนสองแกนเพื่อทำการตัดแบบเต็มหรือครึ่งหนึ่งบนสายการผลิตสองสายในเวลาเดียวกัน เลื่อยตัดแบบคู่มีแกนหมุนสองแกน กระบวนการนี้ทำให้สามารถผลิตงานได้สูง
▲ ใบมีดตัดเชิงกล-ตัดคู่ | แหล่งภาพเครือข่าย
การตัดแบบขั้นบันไดใช้เลื่อยตัดสองชิ้นที่มีแกนหมุนสองแกนเพื่อทำการตัดแบบเต็มและครึ่งชิ้นในสองขั้นตอน ใช้ใบมีดที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการตัดชั้นสายไฟบนพื้นผิวของเวเฟอร์และใบมีดที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับซิลิกอนคริสตัลเดี่ยวที่เหลือเพื่อให้ได้การประมวลผลที่มีคุณภาพสูง
▲ การตัดด้วยใบมีดกล – การตัดแบบขั้นบันได | แหล่งภาพเครือข่าย
การตัดแบบเอียงเป็นวิธีการประมวลผลที่ใช้ใบมีดที่มีขอบเป็นรูปตัววีที่ขอบตัดครึ่งหนึ่งเพื่อตัดเวเฟอร์ในสองขั้นตอนในกระบวนการตัดแบบขั้นบันได กระบวนการตัดมุมเฉียงจะดำเนินการในระหว่างกระบวนการตัด ดังนั้นจึงสามารถบรรลุความแข็งแรงของแม่พิมพ์สูงและการประมวลผลคุณภาพสูงได้
▲ การตัดด้วยใบมีดกล – การตัดแบบเอียง | แหล่งที่มาของภาพเครือข่าย
การตัดด้วยเลเซอร์
การตัดด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีการตัดเวเฟอร์แบบไม่สัมผัส ซึ่งใช้ลำแสงเลเซอร์ที่โฟกัสเพื่อแยกชิปแต่ละชิ้นออกจากเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงจะโฟกัสที่พื้นผิวของเวเฟอร์ และระเหยหรือขจัดวัสดุออกไปตามแนวการตัดที่กำหนดไว้ผ่านกระบวนการระเหยหรือการสลายตัวด้วยความร้อน
▲ แผนผังการตัดด้วยเลเซอร์ | แหล่งที่มาของภาพ: KLA CHINA
เลเซอร์ประเภทต่างๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ได้แก่ เลเซอร์อัลตราไวโอเลต เลเซอร์อินฟราเรด และเลเซอร์เฟมโตวินาที โดยเลเซอร์อัลตราไวโอเลตมักใช้สำหรับการกำจัดด้วยความเย็นที่แม่นยำ เนื่องจากมีพลังงานโฟตอนสูง และบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนมีขนาดเล็กมาก ซึ่งสามารถลดความเสี่ยงต่อความเสียหายจากความร้อนต่อเวเฟอร์และชิปโดยรอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ เลเซอร์อินฟราเรดเหมาะสำหรับเวเฟอร์ที่หนากว่า เนื่องจากสามารถเจาะลึกเข้าไปในวัสดุได้ เลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถกำจัดวัสดุได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพ โดยแทบไม่มีการถ่ายเทความร้อนผ่านพัลส์แสงอัลตราสั้น
การตัดด้วยเลเซอร์มีข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือการตัดด้วยใบมีดแบบเดิม ประการแรก เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ไม่ต้องสัมผัส การตัดด้วยเลเซอร์จึงไม่ต้องใช้แรงกดทางกายภาพบนแผ่นเวเฟอร์ จึงลดปัญหาการแตกเป็นเสี่ยงและการแตกร้าวที่มักเกิดขึ้นจากการตัดด้วยกลไก คุณสมบัตินี้ทำให้การตัดด้วยเลเซอร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประมวลผลแผ่นเวเฟอร์ที่เปราะบางหรือบางมาก โดยเฉพาะแผ่นเวเฟอร์ที่มีโครงสร้างซับซ้อนหรือมีลักษณะละเอียดอ่อน
▲ ไดอะแกรมการตัดด้วยเลเซอร์ | เครือข่ายแหล่งที่มาของภาพ
นอกจากนี้ ความแม่นยำและความถูกต้องของการตัดด้วยเลเซอร์ที่สูงยังช่วยให้สามารถโฟกัสลำแสงเลเซอร์ไปยังจุดที่มีขนาดเล็กมาก รองรับรูปแบบการตัดที่ซับซ้อน และแยกระยะห่างระหว่างชิปให้น้อยที่สุด คุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูงที่มีขนาดหดตัว
อย่างไรก็ตาม การตัดด้วยเลเซอร์ก็มีข้อจำกัดอยู่บ้าง เมื่อเทียบกับการตัดด้วยใบมีดแล้ว การตัดด้วยเลเซอร์จะช้ากว่าและมีราคาแพงกว่า โดยเฉพาะในการผลิตขนาดใหญ่ นอกจากนี้ การเลือกประเภทเลเซอร์ที่เหมาะสมและปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถกำจัดวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพและลดโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนให้เหลือน้อยที่สุดอาจเป็นเรื่องท้าทายสำหรับวัสดุและความหนาบางประเภท
การตัดด้วยเลเซอร์
ในระหว่างการตัดด้วยเลเซอร์แบบอะเลชั่น ลำแสงเลเซอร์จะถูกโฟกัสอย่างแม่นยำไปยังตำแหน่งที่กำหนดบนพื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ และพลังงานเลเซอร์จะถูกนำทางตามรูปแบบการตัดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยตัดผ่านแผ่นเวเฟอร์ไปยังด้านล่างอย่างค่อยเป็นค่อยไป ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการตัด การดำเนินการนี้จะดำเนินการโดยใช้เลเซอร์แบบพัลส์หรือเลเซอร์แบบคลื่นต่อเนื่อง เพื่อป้องกันความเสียหายของแผ่นเวเฟอร์อันเนื่องมาจากความร้อนของเลเซอร์ในพื้นที่มากเกินไป จึงใช้น้ำหล่อเย็นเพื่อหล่อเย็นและปกป้องแผ่นเวเฟอร์จากความเสียหายจากความร้อน ในเวลาเดียวกัน น้ำหล่อเย็นยังสามารถขจัดอนุภาคที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันการปนเปื้อน และรับรองคุณภาพการตัด
การตัดด้วยเลเซอร์แบบมองไม่เห็น
นอกจากนี้ ยังสามารถโฟกัสเลเซอร์เพื่อถ่ายเทความร้อนไปยังส่วนหลักของแผ่นเวเฟอร์ได้ ซึ่งเป็นวิธีที่เรียกว่า "การตัดด้วยเลเซอร์แบบมองไม่เห็น" สำหรับวิธีนี้ ความร้อนจากเลเซอร์จะสร้างช่องว่างในเลนของตัวเขียน จากนั้นพื้นที่ที่อ่อนแอเหล่านี้จะให้ผลการเจาะทะลุที่คล้ายคลึงกัน โดยจะแตกเมื่อแผ่นเวเฟอร์ถูกยืดออก
▲กระบวนการหลักของการตัดด้วยเลเซอร์ที่มองไม่เห็น
กระบวนการตัดแบบมองไม่เห็นเป็นกระบวนการเลเซอร์ดูดกลืนภายใน แทนที่จะเป็นการระเหิดด้วยเลเซอร์ โดยเลเซอร์จะถูกดูดกลืนไว้บนพื้นผิว สำหรับการตัดแบบมองไม่เห็นนั้น จะใช้พลังงานลำแสงเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นที่โปร่งแสงต่อวัสดุพื้นผิวเวเฟอร์ กระบวนการนี้แบ่งออกเป็นสองขั้นตอนหลัก หนึ่งคือกระบวนการที่ใช้เลเซอร์ และอีกขั้นตอนหนึ่งคือกระบวนการแยกทางกล
▲ลำแสงเลเซอร์สร้างรูพรุนใต้พื้นผิวเวเฟอร์ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อด้านหน้าและด้านหลัง | แหล่งภาพเครือข่าย
ในขั้นตอนแรก เมื่อลำแสงเลเซอร์สแกนเวเฟอร์ ลำแสงเลเซอร์จะโฟกัสที่จุดเฉพาะภายในเวเฟอร์ ทำให้เกิดจุดแตกร้าวภายใน พลังงานของลำแสงทำให้เกิดรอยแตกร้าวหลายจุดภายใน ซึ่งยังไม่ขยายไปทั่วความหนาของเวเฟอร์ไปจนถึงพื้นผิวด้านบนและด้านล่าง
▲การเปรียบเทียบการตัดเวเฟอร์ซิลิกอนหนา 100μm โดยวิธีใบมีดกับการตัดด้วยเลเซอร์แบบมองไม่เห็น | เครือข่ายแหล่งที่มาของภาพ
ในขั้นตอนที่สอง เทปชิปที่ด้านล่างของเวเฟอร์จะขยายตัวทางกายภาพ ซึ่งทำให้เกิดแรงดึงในรอยแตกภายในเวเฟอร์ ซึ่งถูกเหนี่ยวนำในกระบวนการเลเซอร์ในขั้นตอนแรก แรงดึงนี้ทำให้รอยแตกขยายออกไปในแนวตั้งไปยังพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของเวเฟอร์ จากนั้นจึงแยกเวเฟอร์ออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยตามจุดตัดเหล่านี้ ในการตัดที่มองไม่เห็น มักใช้การตัดครึ่งหรือการตัดครึ่งด้านล่างเพื่ออำนวยความสะดวกในการแยกเวเฟอร์ออกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยหรือชิ้นใหญ่
ข้อได้เปรียบหลักของการตัดด้วยเลเซอร์แบบมองไม่เห็นเมื่อเทียบกับการระเหิดด้วยเลเซอร์:
• ไม่ต้องใช้น้ำยาหล่อเย็น
• ไม่มีเศษขยะเกิดขึ้น
• ไม่มีโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนซึ่งอาจสร้างความเสียหายต่อวงจรที่อ่อนไหวได้
การตัดพลาสม่า
การตัดด้วยพลาสม่า (เรียกอีกอย่างว่าการกัดด้วยพลาสม่าหรือการกัดแบบแห้ง) เป็นเทคโนโลยีการตัดเวเฟอร์ขั้นสูงที่ใช้การกัดด้วยไอออนแบบปฏิกิริยา (RIE) หรือการกัดด้วยไอออนแบบปฏิกิริยาเชิงลึก (DRIE) เพื่อแยกชิปแต่ละชิ้นออกจากเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีนี้ทำการตัดโดยการกำจัดวัสดุทางเคมีตามแนวการตัดที่กำหนดไว้ล่วงหน้าโดยใช้พลาสม่า
ในระหว่างกระบวนการตัดพลาสม่า แผ่นเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกวางไว้ในห้องสุญญากาศ จากนั้นจะใส่ส่วนผสมของก๊าซที่มีปฏิกิริยาควบคุมเข้าไปในห้อง และจะใช้สนามไฟฟ้าเพื่อสร้างพลาสมาที่มีไอออนที่มีปฏิกิริยาและอนุมูลอิสระที่มีความเข้มข้นสูง สิ่งมีชีวิตที่มีปฏิกิริยาเหล่านี้จะโต้ตอบกับวัสดุของแผ่นเวเฟอร์ และกำจัดวัสดุของแผ่นเวเฟอร์ตามเส้นขีดโดยใช้ปฏิกิริยาเคมีร่วมกับการสปัตเตอร์ทางกายภาพ
ข้อดีหลักของการตัดด้วยพลาสม่าคือช่วยลดความเครียดทางกลบนเวเฟอร์และชิป และลดความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสทางกายภาพ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้มีความซับซ้อนและใช้เวลานานกว่าวิธีอื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องจัดการกับเวเฟอร์ที่หนากว่าหรือวัสดุที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง ดังนั้นการนำไปใช้ในการผลิตจำนวนมากจึงมีจำกัด
▲แหล่งที่มาของภาพเครือข่าย
ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ จำเป็นต้องเลือกวิธีการตัดเวเฟอร์โดยพิจารณาจากปัจจัยหลายประการ เช่น คุณสมบัติของวัสดุเวเฟอร์ ขนาดชิปและรูปทรง ความแม่นยำและความถูกต้องที่ต้องการ รวมไปถึงต้นทุนและประสิทธิภาพการผลิตโดยรวม
เวลาโพสต์: 20-9-2024