bánh xốpcắt là một trong những mắt xích quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn điện. Bước này được thiết kế để phân tách chính xác các mạch hoặc chip tích hợp riêng lẻ khỏi các tấm bán dẫn.
Chìa khóa đểbánh xốpviệc cắt là có thể tách riêng từng con chip trong khi vẫn đảm bảo rằng các cấu trúc và mạch điện tinh vi được nhúng trongbánh xốpkhông bị hư hỏng. Sự thành công hay thất bại của quá trình cắt không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng tách và năng suất của chip mà còn liên quan trực tiếp đến hiệu quả của toàn bộ quá trình sản xuất.
▲ Ba kiểu cắt wafer phổ biến | Nguồn: KLA TRUNG QUỐC
Hiện nay, phổ biếnbánh xốpquá trình cắt được chia thành:
Cắt lưỡi: chi phí thấp, thường được sử dụng cho dày hơnbánh xốp
Cắt laser: giá thành cao, thường dùng cho tấm wafer có độ dày trên 30μm
Cắt plasma: giá thành cao, hạn chế hơn, thường dùng cho tấm wafer có độ dày dưới 30μm
Cắt lưỡi cơ khí
Cắt lưỡi là quá trình cắt dọc theo đường mũi nhọn bằng đĩa mài (lưỡi dao) quay tốc độ cao. Lưỡi dao thường được làm bằng vật liệu kim cương mài mòn hoặc siêu mỏng, thích hợp để cắt hoặc tạo rãnh trên tấm silicon. Tuy nhiên, là một phương pháp cắt cơ học, việc cắt bằng lưỡi phụ thuộc vào việc loại bỏ vật liệu vật lý, điều này dễ dẫn đến sứt mẻ hoặc nứt mép phoi, do đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và giảm năng suất.
Chất lượng của sản phẩm cuối cùng được tạo ra bởi quá trình cưa cơ học bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số, bao gồm tốc độ cắt, độ dày lưỡi cắt, đường kính lưỡi cắt và tốc độ quay của lưỡi cắt.
Cắt toàn bộ là phương pháp cắt bằng lưỡi cơ bản nhất, cắt hoàn toàn phôi bằng cách cắt trên một vật liệu cố định (chẳng hạn như băng cắt).
▲ Lưỡi cắt cơ khí cắt toàn bộ | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt một nửa là phương pháp xử lý tạo ra rãnh bằng cách cắt đến giữa phôi. Bằng cách thực hiện liên tục quá trình tạo rãnh, có thể tạo ra các mũi lược và mũi kim.
▲ Cơ khí cắt nửa lưỡi | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt đôi là phương pháp xử lý sử dụng máy cưa đôi có hai trục xoay để thực hiện cắt toàn bộ hoặc cắt một nửa trên hai dây chuyền sản xuất cùng một lúc. Máy cưa cắt đôi có hai trục chính. Thông lượng cao có thể đạt được thông qua quá trình này.
▲ Cắt lưỡi cơ khí-cắt đôi | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt từng bước sử dụng cưa cắt đôi có hai trục xoay để thực hiện cắt toàn bộ và cắt một nửa trong hai giai đoạn. Sử dụng các lưỡi dao được tối ưu hóa để cắt lớp dây điện trên bề mặt tấm bán dẫn và các lưỡi dao được tối ưu hóa cho tinh thể silicon đơn còn lại để đạt được chất lượng xử lý cao.
▲ Cắt lưỡi cơ khí – cắt từng bước | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt vát là phương pháp xử lý sử dụng lưỡi dao có cạnh hình chữ V trên cạnh cắt một nửa để cắt wafer thành hai giai đoạn trong quá trình cắt từng bước. Quá trình vát cạnh được thực hiện trong quá trình cắt. Do đó, có thể đạt được độ bền khuôn cao và quá trình xử lý chất lượng cao.
▲ Cắt lưỡi cơ khí – cắt vát | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt laze
Cắt laser là công nghệ cắt tấm bán dẫn không tiếp xúc, sử dụng chùm tia laser tập trung để tách từng chip ra khỏi tấm bán dẫn. Chùm tia laser năng lượng cao được tập trung vào bề mặt của wafer và làm bay hơi hoặc loại bỏ vật liệu dọc theo đường cắt được xác định trước thông qua quá trình cắt bỏ hoặc phân hủy nhiệt.
▲ Sơ đồ cắt laser | Nguồn ảnh: KLA TRUNG QUỐC
Các loại laser hiện được sử dụng rộng rãi bao gồm laser cực tím, laser hồng ngoại và laser femto giây. Trong số đó, tia cực tím thường được sử dụng để cắt bỏ lạnh chính xác do năng lượng photon cao và vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt cực kỳ nhỏ, điều này có thể làm giảm hiệu quả nguy cơ hư hỏng nhiệt đối với wafer và các chip xung quanh. Laser hồng ngoại phù hợp hơn với các tấm wafer dày hơn vì chúng có thể xuyên sâu vào vật liệu. Laser Femto giây đạt được khả năng loại bỏ vật liệu hiệu quả và có độ chính xác cao với khả năng truyền nhiệt gần như không đáng kể thông qua các xung ánh sáng cực ngắn.
Cắt laser có lợi thế đáng kể so với cắt lưỡi truyền thống. Đầu tiên, là một quá trình không tiếp xúc, cắt laser không yêu cầu áp lực vật lý lên tấm wafer, làm giảm các vấn đề phân mảnh và nứt thường gặp trong cắt cơ học. Tính năng này làm cho việc cắt laser đặc biệt thích hợp để xử lý các tấm wafer mỏng hoặc siêu mỏng, đặc biệt là những tấm có cấu trúc phức tạp hoặc các tính năng tốt.
▲ Sơ đồ cắt laser | Mạng nguồn hình ảnh
Ngoài ra, độ chính xác và độ chính xác cao của việc cắt laser cho phép nó tập trung chùm tia laser đến kích thước điểm cực nhỏ, hỗ trợ các mẫu cắt phức tạp và đạt được khoảng cách tối thiểu giữa các chip. Tính năng này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị bán dẫn tiên tiến có kích thước thu nhỏ.
Tuy nhiên, cắt laser cũng có một số hạn chế. So với việc cắt bằng lưỡi dao, nó chậm hơn và đắt hơn, đặc biệt là trong sản xuất quy mô lớn. Ngoài ra, việc chọn loại laser phù hợp và tối ưu hóa các thông số để đảm bảo loại bỏ vật liệu hiệu quả và giảm thiểu vùng ảnh hưởng nhiệt có thể là thách thức đối với một số vật liệu và độ dày nhất định.
Cắt bỏ bằng laser
Trong quá trình cắt cắt bằng laser, chùm tia laser được tập trung chính xác vào một vị trí xác định trên bề mặt của tấm wafer và năng lượng laser được dẫn hướng theo kiểu cắt định trước, cắt dần dần xuyên qua tấm wafer xuống phía dưới. Tùy thuộc vào yêu cầu cắt, thao tác này được thực hiện bằng laser xung hoặc laser sóng liên tục. Để ngăn ngừa hư hỏng tấm bán dẫn do tia laser đốt nóng cục bộ quá mức, nước làm mát được sử dụng để làm mát và bảo vệ tấm bán dẫn khỏi bị hư hại do nhiệt. Đồng thời, nước làm mát còn có thể loại bỏ hiệu quả các hạt sinh ra trong quá trình cắt, ngăn ngừa ô nhiễm và đảm bảo chất lượng cắt.
Cắt laser vô hình
Tia laser cũng có thể được tập trung để truyền nhiệt vào phần thân chính của tấm bán dẫn, một phương pháp được gọi là “cắt laser vô hình”. Đối với phương pháp này, nhiệt từ tia laser tạo ra những khoảng trống trên các làn đường ghi chép. Sau đó, những vùng bị suy yếu này đạt được hiệu ứng xuyên thấu tương tự bằng cách vỡ ra khi tấm bán dẫn bị kéo căng.
▲Quy trình chính của quá trình cắt vô hình bằng laser
Quá trình cắt vô hình là một quá trình laser hấp thụ bên trong, chứ không phải là cắt bỏ bằng laser trong đó tia laser được hấp thụ trên bề mặt. Với khả năng cắt vô hình, năng lượng chùm tia laze có bước sóng bán trong suốt đối với vật liệu nền wafer được sử dụng. Quá trình này được chia thành hai bước chính, một là quy trình dựa trên tia laser và bước còn lại là quy trình tách cơ học.
▲Chùm tia laze tạo ra một lỗ thủng bên dưới bề mặt wafer, mặt trước và mặt sau không bị ảnh hưởng | Mạng nguồn hình ảnh
Ở bước đầu tiên, khi chùm tia laser quét tấm bán dẫn, chùm tia laser tập trung vào một điểm cụ thể bên trong tấm bán dẫn, tạo thành một điểm nứt bên trong. Năng lượng chùm tia gây ra một loạt vết nứt hình thành bên trong, những vết nứt này chưa kéo dài qua toàn bộ độ dày của tấm bán dẫn đến bề mặt trên và dưới.
▲So sánh tấm silicon dày 100μm được cắt bằng phương pháp lưỡi cắt và phương pháp cắt vô hình bằng laser | Mạng nguồn hình ảnh
Ở bước thứ hai, băng chip ở dưới cùng của tấm bán dẫn được giãn nở về mặt vật lý, gây ra ứng suất kéo ở các vết nứt bên trong tấm bán dẫn, hiện tượng này được tạo ra trong quá trình chiếu tia laser ở bước đầu tiên. Ứng suất này làm cho các vết nứt mở rộng theo chiều dọc đến bề mặt trên và dưới của tấm bán dẫn, sau đó tách tấm bán dẫn thành các mảnh dọc theo các điểm cắt này. Trong quá trình cắt vô hình, cắt nửa hoặc cắt nửa mặt dưới thường được sử dụng để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách các tấm wafer thành phoi hoặc phoi.
Ưu điểm chính của việc cắt laser vô hình so với cắt bỏ bằng laser:
• Không cần chất làm mát
• Không tạo ra mảnh vụn
• Không có vùng chịu ảnh hưởng nhiệt có thể làm hỏng các mạch nhạy cảm
Cắt plasma
Cắt plasma (còn được gọi là khắc plasma hoặc khắc khô) là công nghệ cắt wafer tiên tiến sử dụng phương pháp khắc ion phản ứng (RIE) hoặc khắc ion phản ứng sâu (DRIE) để tách từng chip ra khỏi tấm bán dẫn. Công nghệ đạt được khả năng cắt bằng cách loại bỏ vật liệu bằng phương pháp hóa học dọc theo các đường cắt được xác định trước bằng cách sử dụng plasma.
Trong quá trình cắt plasma, tấm bán dẫn được đặt trong buồng chân không, hỗn hợp khí phản ứng được kiểm soát được đưa vào buồng và một điện trường được áp dụng để tạo ra plasma chứa nồng độ cao các ion phản ứng và gốc. Các chất phản ứng này tương tác với vật liệu bán dẫn và loại bỏ có chọn lọc vật liệu bán dẫn dọc theo đường ghi thông qua sự kết hợp giữa phản ứng hóa học và phún xạ vật lý.
Ưu điểm chính của việc cắt plasma là nó làm giảm ứng suất cơ học lên tấm wafer và chip, đồng thời giảm thiệt hại tiềm ẩn do tiếp xúc vật lý. Tuy nhiên, quá trình này phức tạp và tốn thời gian hơn các phương pháp khác, đặc biệt khi xử lý các tấm wafer dày hơn hoặc các vật liệu có khả năng chống ăn mòn cao nên việc ứng dụng trong sản xuất hàng loạt còn hạn chế.
▲Mạng nguồn hình ảnh
Trong sản xuất chất bán dẫn, phương pháp cắt tấm bán dẫn cần được lựa chọn dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm đặc tính vật liệu tấm bán dẫn, kích thước và hình dạng chip, độ chính xác và độ chính xác cần thiết cũng như chi phí và hiệu quả sản xuất tổng thể.
Thời gian đăng: 20-09-2024