OplatkaŘezání je jedním z důležitých článků ve výrobě výkonových polovodičů. Tento krok je navržen tak, aby přesně oddělil jednotlivé integrované obvody nebo čipy od polovodičových destiček.
Klíč koplatkařezání má umožnit oddělení jednotlivých třísek a zároveň zajistit, aby jemné struktury a obvody zabudované dooplatkanejsou poškozeny. Úspěch nebo neúspěch procesu řezání ovlivňuje nejen kvalitu separace a výtěžnost třísky, ale také přímo souvisí s efektivitou celého výrobního procesu.
▲Tři běžné typy řezání oplatek | Zdroj: KLA CHINA
V současné době je běžnéoplatkaProcesy řezání se dělí na:
Řezání čepelí: nízké náklady, obvykle se používá pro silnějšíoplatky
Řezání laserem: vysoké náklady, obvykle se používá pro destičky o tloušťce větší než 30 μm
Plazmové řezání: vysoké náklady, více omezení, obvykle se používá pro destičky o tloušťce menší než 30 μm
Mechanické řezání čepelí
Řezání čepelí je proces řezání podél linie rýhování vysokorychlostním rotujícím brusným kotoučem (čepelí). Čepel je obvykle vyrobena z abrazivního nebo ultratenkého diamantového materiálu, vhodného pro řezání nebo drážkování křemíkových destiček. Nicméně, jako mechanická metoda řezání, řezání čepelí závisí na fyzickém odstraňování materiálu, což může snadno vést k odštípnutí nebo praskání hrany třísky, což ovlivňuje kvalitu produktu a snižuje výtěžnost.
Kvalita konečného produktu vyrobeného mechanickým řezáním je ovlivněna několika parametry, včetně řezné rychlosti, tloušťky kotouče, průměru kotouče a rychlosti otáčení kotouče.
Plné řezání je nejzákladnější metoda řezání kotoučem, která kompletně řeže obrobek řezáním na pevný materiál (například řezací pásku).
▲ Řezání mechanickou čepelí - plný řez | Zdroj obrázku síť
Poloviční řez je metoda obrábění, která vytváří drážku řezáním do středu obrobku. Kontinuálním prováděním procesu drážkování lze vytvářet hřebenové a jehlovité hroty.
▲ Mechanická čepel - poloviční řez | Zdroj obrázku - síť
Dvojitý řez je metoda zpracování, která využívá dvojitou řezací pilu se dvěma vřeteny k provádění plných nebo poloviční řezy na dvou výrobních linkách současně. Dvojitá řezací pila má dvě osy vřetena. Tímto procesem lze dosáhnout vysoké propustnosti.
▲ Řezání mechanickou čepelí - dvojitý řez | Zdrojová síť obrázků
Krokové řezání využívá dvojitou řezací pilu se dvěma vřeteny k provádění plných a polovičních řezů ve dvou fázích. Pro dosažení vysoce kvalitního zpracování používejte kotouče optimalizované pro řezání vrstvy vodičů na povrchu destičky a kotouče optimalizované pro zbývající křemíkový monokrystal.
▲ Řezání mechanickým nožem – stupňovité řezání | Zdrojová síť obrázků
Zkosené řezání je metoda zpracování, která využívá čepel s ostřím ve tvaru V na polovině řezu k řezání destičky ve dvou fázích během procesu stupňovitého řezání. Proces zkosení se provádí během procesu řezání. Tím lze dosáhnout vysoké pevnosti formy a vysoce kvalitního zpracování.
▲ Řezání mechanickým nožem – zkosené řezání | Zdroj obrázku síť
Řezání laserem
Laserové řezání je bezkontaktní technologie řezání destiček, která využívá zaostřený laserový paprsek k oddělení jednotlivých čipů od polovodičových destiček. Vysokoenergetický laserový paprsek je zaostřen na povrch destičky a odpařuje nebo odstraňuje materiál podél předem určené linie řezu pomocí ablace nebo tepelného rozkladu.
▲ Diagram laserového řezání | Zdroj obrázku: KLA CHINA
Mezi v současnosti široce používané typy laserů patří ultrafialové lasery, infračervené lasery a femtosekundové lasery. Ultrafialové lasery se mezi nimi často používají pro přesnou studenou ablaci díky své vysoké energii fotonů a tepelně ovlivněná zóna je extrémně malá, což může účinně snížit riziko tepelného poškození destičky a jejích okolních čipů. Infračervené lasery jsou vhodnější pro silnější destičky, protože mohou pronikat hluboko do materiálu. Femtosekundové lasery dosahují vysoce přesného a efektivního odstraňování materiálu s téměř zanedbatelným přenosem tepla prostřednictvím ultrakrátkých světelných pulzů.
Laserové řezání má oproti tradičnímu řezání nožem významné výhody. Zaprvé, jako bezkontaktní proces, laserové řezání nevyžaduje fyzický tlak na destičku, což snižuje problémy s fragmentací a praskáním, které jsou běžné při mechanickém řezání. Díky této vlastnosti je laserové řezání obzvláště vhodné pro zpracování křehkých nebo ultratenkých destiček, zejména těch se složitou strukturou nebo jemnými prvky.
▲ Diagram laserového řezání | Zdrojová síť obrazu
Vysoká přesnost a správnost laserového řezání navíc umožňuje zaostřit laserový paprsek na extrémně malou velikost bodu, podporovat složité řezné vzory a dosáhnout separace s minimální vzdáleností mezi čipy. Tato vlastnost je obzvláště důležitá pro pokročilé polovodičové součástky se zmenšujícími se rozměry.
Řezání laserem má však i určitá omezení. Ve srovnání s řezáním kotoučem je pomalejší a dražší, zejména ve velkovýrobě. Kromě toho může být u určitých materiálů a tlouštěk náročný výběr správného typu laseru a optimalizace parametrů pro zajištění efektivního úběru materiálu a minimální tepelně ovlivněné zóny.
Laserové ablační řezání
Během laserového ablačního řezání je laserový paprsek přesně zaostřen na specifikované místo na povrchu destičky a laserová energie je vedena podle předem stanoveného řezacího vzoru a postupně prořezává destičku až na dno. V závislosti na požadavcích na řezání se tato operace provádí pomocí pulzního laseru nebo laseru s kontinuální vlnou. Aby se zabránilo poškození destičky v důsledku nadměrného lokálního ohřevu laseru, používá se chladicí voda k ochlazení a ochraně destičky před tepelným poškozením. Zároveň může chladicí voda účinně odstraňovat částice vznikající během procesu řezání, zabránit kontaminaci a zajistit kvalitu řezu.
Neviditelné řezání laserem
Laser lze také zaostřit tak, aby přenášel teplo do hlavního tělesa destičky, což je metoda zvaná „neviditelné laserové řezání“. U této metody teplo z laseru vytváří mezery v rýhovaných drahách. Tyto zeslabené oblasti pak dosahují podobného penetračního efektu tím, že se při natahování destičky lámou.
▲Hlavní proces laserového neviditelného řezání
Proces neviditelného řezání je proces vnitřní absorpce laserem, nikoli laserová ablace, kde je laser absorbován na povrchu. Při neviditelném řezání se používá energie laserového paprsku s vlnovou délkou, která je poloprůhledná pro materiál substrátu destičky. Proces je rozdělen do dvou hlavních kroků, jeden je proces založený na laseru a druhý je proces mechanické separace.
▲Laserový paprsek vytváří perforaci pod povrchem destičky a přední a zadní strana nejsou ovlivněny | Zdroj obrázku síť
V prvním kroku se laserový paprsek při skenování destičky zaměří na specifický bod uvnitř destičky a vytvoří uvnitř trhlinu. Energie paprsku způsobí, že se uvnitř vytvoří řada trhlin, které se ještě nerozšířily celou tloušťkou destičky až k hornímu a spodnímu povrchu.
▲Porovnání 100μm silných křemíkových destiček řezaných čepelí a metodou neviditelného laserového řezání | Image source network
Ve druhém kroku se čipová páska na spodní straně destičky fyzicky roztáhne, což způsobí tahové napětí v trhlinách uvnitř destičky, které vznikají v prvním kroku laserovým procesem. Toto napětí způsobí, že se trhliny rozprostírají svisle k hornímu a spodnímu povrchu destičky a poté se destička podél těchto řezných bodů oddělí na třísky. Při neviditelném řezání se obvykle používá poloviční řezání nebo poloviční řezání ze spodní strany, které usnadňuje oddělení destiček na třísky nebo třísky.
Klíčové výhody neviditelného laserového řezání oproti laserové ablaci:
• Není potřeba žádná chladicí kapalina
• Nevytváří se žádné nečistoty
• Žádné tepelně ovlivněné zóny, které by mohly poškodit citlivé obvody
Plazmové řezání
Plazmové řezání (také známé jako plazmové leptání nebo suché leptání) je pokročilá technologie řezání destiček, která využívá reaktivní iontové leptání (RIE) nebo hluboké reaktivní iontové leptání (DRIE) k oddělení jednotlivých čipů od polovodičových destiček. Technologie dosahuje řezání chemickým odstraňováním materiálu podél předem stanovených linií řezu pomocí plazmy.
Během procesu plazmového řezání je polovodičový destičkový materiál umístěn do vakuové komory, do komory je zaváděna řízená směs reaktivních plynů a je aplikováno elektrické pole, které generuje plazma obsahující vysokou koncentraci reaktivních iontů a radikálů. Tyto reaktivní částice interagují s materiálem destičky a selektivně jej odstraňují podél linie rýhování kombinací chemické reakce a fyzikálního naprašování.
Hlavní výhodou plazmového řezání je snížení mechanického namáhání destičky a čipu a snížení potenciálního poškození způsobeného fyzickým kontaktem. Tento proces je však složitější a časově náročnější než jiné metody, zejména při práci s tlustšími destičkami nebo materiály s vysokou odolností proti leptání, takže jeho použití v hromadné výrobě je omezené.
▲Síť zdroje obrazu
Při výrobě polovodičů je třeba metodu řezání destiček volit na základě mnoha faktorů, včetně vlastností materiálu destiček, velikosti a geometrie čipu, požadované přesnosti a správnosti a celkových výrobních nákladů a efektivity.
Čas zveřejnění: 20. září 2024