вафельнийрізання є однією з важливих ланок виробництва силових напівпровідників. Цей крок призначений для точного відділення окремих інтегральних схем або мікросхем від напівпровідникових пластин.
Ключ довафельнийрізання полягає в тому, щоб мати можливість відокремити окремі чіпи, гарантуючи, що делікатні структури та схеми, вбудовані ввафельнийне пошкоджені. Успіх або невдача процесу різання не тільки впливає на якість відділення та вихід стружки, але й безпосередньо пов’язана з ефективністю всього виробничого процесу.
▲Три поширені типи різання вафель | Джерело: KLA CHINA
В даний час загвафельнийпроцеси різання поділяються на:
Різання лезом: низька вартість, зазвичай використовується для товщоговафлі
Лазерне різання: висока вартість, зазвичай використовується для пластин товщиною понад 30 мкм
Плазмове різання: висока вартість, більше обмежень, зазвичай використовується для пластин товщиною менше 30 мкм
Різка механічним лезом
Різання лезом — це процес різання по лінії різця високошвидкісним обертовим шліфувальним диском (лезом). Лезо зазвичай виготовляється з абразивного або ультратонкого алмазного матеріалу, придатного для нарізання або нарізання канавок на кремнієвих пластинах. Однак, як механічний метод різання, різання лезом покладається на фізичне видалення матеріалу, що може легко призвести до відколів або розтріскування краю стружки, таким чином впливаючи на якість продукту та знижуючи врожайність.
На якість кінцевого продукту, отриманого в процесі механічного розпилювання, впливають численні параметри, включаючи швидкість різання, товщину леза, діаметр леза та швидкість обертання леза.
Повний розріз — це найпростіший метод різання лезом, який повністю розрізає заготовку шляхом розрізання на фіксований матеріал (наприклад, стрічку для нарізання).
▲ Механічне різання лезом - повний зріз | Мережа джерела зображень
Напіврозріз — це метод обробки, при якому створюється канавка шляхом розрізання до середини заготовки. Безперервно виконуючи процес рифлення, можна виготовляти гребінчасті та голчасті наконечники.
▲ Механічне лезо, що ріже наполовину | Мережа джерела зображень
Подвійний розріз — це метод обробки, який використовує пилу для подвійного різання з двома шпинделями для виконання повного або половинного розрізу на двох виробничих лініях одночасно. Подвійна різальна пила має дві осі. Завдяки цьому процесу можна досягти високої продуктивності.
▲ Механічне різання лезом-подвійний зріз | Мережа джерела зображень
Покроковий розріз використовує подвійну пилу для нарізки з двома шпинделями для виконання повних і половинних розрізів у два етапи. Використовуйте леза, оптимізовані для розрізання шару проводки на поверхні пластини, і леза, оптимізовані для решти монокристалу кремнію, щоб досягти високоякісної обробки.
▲ Різання механічним лезом – крокове різання | Мережа джерела зображень
Різання з фаскою — це метод обробки, який використовує лезо з V-подібним краєм на половині обрізаного краю для різання пластини в два етапи під час поетапного різання. Процес зняття фаски виконується в процесі різання. Таким чином, можна досягти високої міцності форми та високоякісної обробки.
▲ Різання механічним лезом – скошене різання | Мережа джерела зображень
Лазерне різання
Лазерне різання — це технологія безконтактного різання пластин, яка використовує сфокусований лазерний промінь для відділення окремих мікросхем від напівпровідникових пластин. Лазерний промінь високої енергії фокусується на поверхні пластини та випаровує або видаляє матеріал уздовж попередньо визначеної лінії різання за допомогою процесів абляції або термічного розкладання.
▲ Схема лазерного різання | Джерело зображення: KLA CHINA
Типи лазерів, які зараз широко використовуються, включають ультрафіолетові лазери, інфрачервоні лазери та фемтосекундні лазери. Серед них ультрафіолетові лазери часто використовуються для точної холодної абляції через їх високу енергію фотонів, а зона термічного впливу надзвичайно мала, що може ефективно зменшити ризик термічного пошкодження пластини та оточуючих її мікросхем. Інфрачервоні лазери краще підходять для більш товстих пластин, оскільки вони можуть глибоко проникати в матеріал. Фемтосекундні лазери забезпечують високоточне та ефективне видалення матеріалу з майже незначною передачею тепла через ультракороткі світлові імпульси.
Лазерне різання має значні переваги перед традиційним різанням лезом. По-перше, як безконтактний процес, лазерне різання не вимагає фізичного тиску на пластину, що зменшує проблеми фрагментації та розтріскування, типові для механічного різання. Ця функція робить лазерне різання особливо придатним для обробки крихких або надтонких пластин, особливо зі складною структурою або тонкими деталями.
▲ Схема лазерного різання | Мережа джерела зображень
Крім того, висока точність і точність лазерного різання дає змогу фокусувати лазерний промінь на надзвичайно малий розмір плями, підтримувати складні візерунки різання та досягати мінімального поділу між стружками. Ця функція особливо важлива для вдосконалених напівпровідникових пристроїв зі зменшеними розмірами.
Однак лазерне різання також має деякі обмеження. У порівнянні з різанням лезом, це повільніше та дорожче, особливо у великомасштабному виробництві. Крім того, вибір правильного типу лазера та оптимізація параметрів для забезпечення ефективного видалення матеріалу та мінімальної зони термічного впливу може бути складною для певних матеріалів і товщини.
Лазерна абляційна різка
Під час лазерного абляційного різання лазерний промінь точно фокусується в певному місці на поверхні пластини, а лазерна енергія спрямовується відповідно до заданої схеми різання, поступово прорізаючи пластину до дна. Залежно від вимог різання ця операція виконується за допомогою імпульсного лазера або лазера безперервної хвилі. Щоб запобігти пошкодженню пластини через надмірне локальне нагрівання лазера, для охолодження та захисту пластини від термічного пошкодження використовується охолоджуюча вода. У той же час охолоджуюча вода також може ефективно видаляти частинки, що утворюються під час процесу різання, запобігати забрудненню та забезпечувати якість різання.
Лазерне невидиме різання
Лазер також можна сфокусувати для передачі тепла в основну частину пластини, цей метод називається «невидимим лазерним різанням». Для цього методу тепло від лазера створює проміжки в доріжках для писців. Потім ці ослаблені ділянки досягають подібного ефекту проникнення, розриваючись під час розтягування пластини.
▲ Основний процес лазерного невидимого різання
Процес невидимого різання — це лазерний процес внутрішнього поглинання, а не лазерна абляція, коли лазер поглинається поверхнею. При невидимому різанні використовується енергія лазерного променя з довжиною хвилі, напівпрозорою для матеріалу підкладки пластини. Процес поділяється на два основних етапи: один – це процес на основі лазера, а інший – процес механічного розділення.
▲Лазерний промінь створює перфорацію під поверхнею пластини, а передня та задня сторони не зачіпаються | Мережа джерела зображень
На першому кроці, коли лазерний промінь сканує пластину, лазерний промінь фокусується на певній точці всередині пластини, утворюючи всередині точку розтріскування. Енергія променя спричиняє утворення ряду тріщин усередині, які ще не поширилися через всю товщину пластини до верхньої та нижньої поверхонь.
▲Порівняння кремнієвих пластин товщиною 100 мкм, розрізаних методом леза та методом невидимого лазерного різання | Мережа джерела зображень
На другому етапі стрічка стружки в нижній частині пластини фізично розширюється, що викликає напругу розтягування в тріщинах всередині пластини, які виникають під час лазерного процесу на першому етапі. Ця напруга змушує тріщини поширюватися вертикально до верхньої та нижньої поверхонь пластини, а потім розділяти пластину на стружки вздовж цих точок різання. У невидимому різанні зазвичай використовується напіврозріз або напіврозріз з нижньої сторони, щоб полегшити розділення вафель на стружку або стружку.
Основні переваги невидимого лазерного різання перед лазерною абляцією:
• Охолоджувальна рідина не потрібна
• Не утворюється сміття
• Відсутність зон теплового впливу, які могли б пошкодити чутливі схеми
Плазмова різка
Плазмове різання (також відоме як плазмове травлення або сухе травлення) — це вдосконалена технологія різання пластин, яка використовує реактивне іонне травлення (RIE) або глибоке реактивне іонне травлення (DRIE) для відділення окремих мікросхем від напівпровідникових пластин. Ця технологія забезпечує різання шляхом хімічного видалення матеріалу вздовж заздалегідь визначених ліній різання за допомогою плазми.
Під час процесу плазмового різання напівпровідникова пластина поміщається у вакуумну камеру, в камеру вводиться контрольована реактивна газова суміш, і електричне поле застосовується для генерації плазми, що містить високу концентрацію реакційноздатних іонів і радикалів. Ці реакційноздатні речовини взаємодіють з матеріалом пластини та вибірково видаляють матеріал пластини вздовж лінії різця за допомогою комбінації хімічної реакції та фізичного розпилення.
Основна перевага плазмового різання полягає в тому, що воно зменшує механічне навантаження на пластину та мікросхему та зменшує потенційні пошкодження, спричинені фізичним контактом. Однак цей процес більш складний і трудомісткий, ніж інші методи, особливо при роботі з більш товстими пластинами або матеріалами з високою стійкістю до травлення, тому його застосування в масовому виробництві обмежене.
▲Мережа джерел зображення
У виробництві напівпровідників метод різання пластин потрібно вибирати на основі багатьох факторів, включаючи властивості матеріалу пластини, розмір і геометрію мікросхеми, необхідну точність і точність, а також загальну вартість і ефективність виробництва.
Час публікації: 20 вересня 2024 р