ВафлаРязането е едно от важните звена в производството на силови полупроводници. Тази стъпка е предназначена за точно отделяне на отделни интегрални схеми или чипове от полупроводникови пластини.
Ключът къмвафлаРязането е да може да се разделят отделните чипове, като същевременно се гарантира, че деликатните структури и схеми, вградени в тяхвафлане са повредени. Успехът или неуспехът на процеса на рязане не само влияе върху качеството на разделяне и добива на стружката, но е пряко свързан и с ефективността на целия производствен процес.
▲Три често срещани вида рязане на вафли | Източник: KLA CHINA
В момента, общотовафлаПроцесите на рязане се разделят на:
Рязане с острие: ниска цена, обикновено се използва за по-дебеливафли
Лазерно рязане: висока цена, обикновено се използва за пластини с дебелина над 30μm
Плазмено рязане: висока цена, повече ограничения, обикновено се използва за пластини с дебелина по-малка от 30μm
Механично рязане с острие
Рязането с острие е процес на рязане по линията на разрязване с високоскоростен въртящ се шлифовъчен диск (нож). Острието обикновено е изработено от абразивен или ултратънък диамантен материал, подходящ за нарязване или нарязване на канали върху силициеви пластини. Въпреки това, като механичен метод на рязане, рязането с острие разчита на физическо отстраняване на материал, което може лесно да доведе до отчупване или напукване на ръба на стружката, като по този начин се отрази на качеството на продукта и намали добива.
Качеството на крайния продукт, произведен чрез механично рязане, се влияе от множество параметри, включително скорост на рязане, дебелина на острието, диаметър на острието и скорост на въртене на острието.
Пълното рязане е най-основният метод за рязане с острие, който напълно отрязва детайла чрез рязане до фиксиран материал (като например режеща лента).
▲ Механично рязане с острие - пълно рязане | Мрежа от източници на изображения
Половинното рязане е метод на обработка, при който се получава жлеб чрез рязане до средата на детайла. Чрез непрекъснато извършване на процеса на нарязване могат да се получат гребеновидни и игловидни върхове.
▲ Механично рязане с острие - половин разрез | Мрежа от източници на изображения
Двойното рязане е метод на обработка, който използва двойно режеща машина с два шпиндела за извършване на пълни или половин разрези на две производствени линии едновременно. Двойно режещата машина има две оси на шпиндела. Чрез този процес може да се постигне висока производителност.
▲ Механично рязане с острие - двойно рязане | Мрежа от източници на изображения
Стъпковото рязане използва двоен режещ трион с два шпиндела за извършване на пълни и половинчати разрези на два етапа. Използвайте остриета, оптимизирани за рязане на слоя с окабеляване върху повърхността на пластината, и остриета, оптимизирани за останалия силициев монокристал, за постигане на висококачествена обработка.
▲ Механично рязане с острие – стъпково рязане | Мрежа от източници на изображения
Рязането с фаска е метод на обработка, при който се използва острие с V-образен ръб на полуотрязания ръб, за да се реже пластината на два етапа по време на стъпковото рязане. Процесът на скосяване се извършва по време на рязането. По този начин може да се постигне висока якост на матрицата и висококачествена обработка.
▲ Рязане с механично острие – рязане под ъгъл | Мрежа от източници на изображения
Лазерно рязане
Лазерното рязане е безконтактна технология за рязане на полупроводникови пластини, която използва фокусиран лазерен лъч за отделяне на отделни чипове от полупроводникови пластини. Високоенергийният лазерен лъч се фокусира върху повърхността на пластината и изпарява или премахва материал по предварително определената линия на рязане чрез процеси на аблация или термично разлагане.
▲ Диаграма за лазерно рязане | Източник на изображението: KLA CHINA
Видовете лазери, които в момента се използват широко, включват ултравиолетови лазери, инфрачервени лазери и фемтосекундни лазери. Сред тях ултравиолетовите лазери често се използват за прецизна студена аблация поради високата им фотонна енергия, а зоната, засегната от топлината, е изключително малка, което може ефективно да намали риска от термично увреждане на пластината и околните чипове. Инфрачервените лазери са по-подходящи за по-дебели пластини, защото могат да проникнат дълбоко в материала. Фемтосекундните лазери постигат високопрецизно и ефективно отстраняване на материал с почти незначителен топлопренос чрез ултракъси светлинни импулси.
Лазерното рязане има значителни предимства пред традиционното рязане с острие. Първо, като безконтактен процес, лазерното рязане не изисква физически натиск върху пластината, което намалява проблемите с фрагментацията и напукването, често срещани при механичното рязане. Тази характеристика прави лазерното рязане особено подходящо за обработка на крехки или ултратънки пластини, особено такива със сложни структури или фини характеристики.
▲ Диаграма за лазерно рязане | Мрежа от източници на изображения
Освен това, високата прецизност и точност на лазерното рязане позволява фокусиране на лазерния лъч до изключително малък размер на точката, поддържане на сложни модели на рязане и постигане на минимално разстояние между чиповете. Тази функция е особено важна за усъвършенствани полупроводникови устройства с намаляващи размери.
Лазерното рязане обаче има и някои ограничения. В сравнение с рязането с острие, то е по-бавно и по-скъпо, особено при мащабно производство. Освен това, изборът на правилния тип лазер и оптимизирането на параметрите, за да се осигури ефективно отстраняване на материал и минимална зона на топлинно въздействие, може да бъде предизвикателство за определени материали и дебелини.
Лазерно аблационно рязане
По време на лазерно аблационно рязане, лазерният лъч се фокусира прецизно върху определено място върху повърхността на пластината и лазерната енергия се насочва съгласно предварително определен модел на рязане, като постепенно преминава през пластината до дъното. В зависимост от изискванията за рязане, тази операция се извършва с помощта на импулсен лазер или лазер с непрекъсната вълна. За да се предотврати повреда на пластината поради прекомерно локално нагряване на лазера, се използва охлаждаща вода за охлаждане и защита на пластината от термично увреждане. В същото време, охлаждащата вода може ефективно да отстрани частиците, генерирани по време на процеса на рязане, да предотврати замърсяване и да гарантира качеството на рязане.
Лазерно невидимо рязане
Лазерът може също да бъде фокусиран, за да пренесе топлина в основното тяло на пластината, метод, наречен „невидимо лазерно рязане“. При този метод топлината от лазера създава пролуки в линиите за рязане. Тези отслабени области след това постигат подобен ефект на проникване чрез счупване при разтягане на пластината.
▲Основен процес на лазерно невидимо рязане
Процесът на невидимо рязане е вътрешен абсорбционен лазерен процес, а не лазерна аблация, при която лазерът се абсорбира от повърхността. При невидимото рязане се използва лазерна лъчева енергия с дължина на вълната, която е полупрозрачна за материала на подложката. Процесът е разделен на две основни стъпки, едната е лазерен процес, а другата е процес на механично разделяне.
▲Лазерният лъч създава перфорация под повърхността на пластината, като предната и задната страна не са засегнати | Мрежа от източници на изображения
В първата стъпка, докато лазерният лъч сканира пластината, той се фокусира върху специфична точка вътре в нея, образувайки пукнатина. Енергията на лъча причинява образуването на серия от пукнатини вътре, които все още не са се разпространили през цялата дебелина на пластината до горната и долната повърхност.
▲Сравнение на силициеви пластини с дебелина 100 μm, изрязани с острие и метод на невидимо лазерно рязане | Мрежа от източници на изображения
Във втората стъпка, чип лентата в долната част на пластината се разширява физически, което причинява опънно напрежение в пукнатините вътре в пластината, които се индуцират в лазерния процес в първата стъпка. Това напрежение кара пукнатините да се простират вертикално към горната и долната повърхност на пластината и след това да разделят пластината на чипове по тези точки на рязане. При невидимо рязане обикновено се използва полурязане или полурязане от долната страна, за да се улесни разделянето на пластините на чипове или чипове.
Основни предимства на невидимото лазерно рязане пред лазерната аблация:
• Не е необходима охлаждаща течност
• Не се генерират отломки
• Няма зони, засегнати от топлина, които биха могли да повредят чувствителни вериги
Плазмено рязане
Плазменото рязане (известно също като плазмено ецване или сухо ецване) е усъвършенствана технология за рязане на пластини, която използва реактивно йонно ецване (RIE) или дълбоко реактивно йонно ецване (DRIE) за отделяне на отделни чипове от полупроводникови пластини. Технологията постига рязане чрез химическо отстраняване на материал по предварително определени линии на рязане с помощта на плазма.
По време на процеса на плазмено рязане, полупроводниковата пластина се поставя във вакуумна камера, в камерата се въвежда контролирана реактивна газова смес и се прилага електрическо поле за генериране на плазма, съдържаща висока концентрация на реактивни йони и радикали. Тези реактивни частици взаимодействат с материала на пластината и селективно го отстраняват по линията на рязане чрез комбинация от химическа реакция и физическо разпрашване.
Основното предимство на плазменото рязане е, че намалява механичното напрежение върху пластината и чипа и намалява потенциалните повреди, причинени от физически контакт. Този процес обаче е по-сложен и отнема много време от другите методи, особено когато се работи с по-дебели пластини или материали с висока устойчивост на ецване, така че приложението му в масовото производство е ограничено.
▲Мрежа от източници на изображения
При производството на полупроводници, методът за рязане на пластини трябва да се избере въз основа на много фактори, включително свойствата на материала на пластината, размера и геометрията на чипа, необходимата прецизност и точност, както и общите производствени разходи и ефективност.
Време на публикуване: 20 септември 2024 г.