VaffelSkæring er et af de vigtige led i produktionen af effekthalvledere. Dette trin er designet til præcist at adskille individuelle integrerede kredsløb eller chips fra halvlederwafere.
Nøglen tilvaffelskæring er at kunne adskille individuelle spåner, samtidig med at det sikres, at de sarte strukturer og kredsløb, der er indlejret ivaffelbliver ikke beskadiget. Skæreprocessens succes eller fiasko påvirker ikke kun separationskvaliteten og spånudbyttet, men er også direkte relateret til effektiviteten af hele produktionsprocessen.
▲Tre almindelige typer waferskæring | Kilde: KLA CHINA
I øjeblikket er den fællesvaffelSkæreprocesser er opdelt i:
Knivskæring: lav pris, bruges normalt til tykkerevafler
Laserskæring: høj pris, bruges normalt til wafere med en tykkelse på mere end 30 μm
Plasmaskæring: høje omkostninger, flere restriktioner, bruges normalt til wafere med en tykkelse på mindre end 30 μm
Mekanisk klingeskæring
Knivskæring er en proces, hvor man skærer langs ridselinjen med en højhastighedsroterende slibeskive (klinge). Klingen er normalt lavet af slibende eller ultratyndt diamantmateriale, der er egnet til skæring eller rilning på siliciumskiver. Da klingskæring er en mekanisk skæremetode, er den dog afhængig af fysisk materialefjernelse, hvilket let kan føre til afskalning eller revner i spånkanten, hvilket påvirker produktkvaliteten og reducerer udbyttet.
Kvaliteten af det endelige produkt, der produceres ved den mekaniske saveproces, påvirkes af flere parametre, herunder skærehastighed, klingetykkelse, klingediameter og klingerotationshastighed.
Fuld snit er den mest basale klingeskæremetode, som skærer emnet fuldstændigt ved at skære til et fast materiale (f.eks. et skærebånd).
▲ Mekanisk klingeskæring - fuldt snit | Billedkildenetværk
Halvskæring er en bearbejdningsmetode, der producerer en rille ved at skære til midten af emnet. Ved kontinuerligt at udføre rilleprocessen kan der produceres kam- og nåleformede spidser.
▲ Mekanisk klingeskæring - halvt snit | Billedkildenetværk
Dobbeltskæring er en bearbejdningsmetode, der bruger en dobbeltskæresav med to spindler til at udføre hele eller halve snit på to produktionslinjer på samme tid. Dobbeltskæresaven har to spindelakser. Høj kapacitet kan opnås gennem denne proces.
▲ Mekanisk klingeskæring - dobbeltsnit | Billedkildenetværk
Trinvis skæring bruger en dobbeltskæresav med to spindler til at udføre hele og halve snit i to trin. Der anvendes klinger, der er optimeret til at skære ledningslaget på overfladen af waferen, og klinger, der er optimeret til den resterende silicium-enkeltkrystal, for at opnå bearbejdning af høj kvalitet.
▲ Mekanisk klingeskæring – trinvis skæring | Billedkildenetværk
Skråskæring er en bearbejdningsmetode, der bruger et blad med en V-formet kant på den halvskårne kant til at skære waferen i to trin under trinskæringsprocessen. Affasningsprocessen udføres under skæreprocessen. Derfor kan der opnås høj formstyrke og bearbejdning af høj kvalitet.
▲ Mekanisk klingeskæring – skråskæring | Billedkildenetværk
Laserskæring
Laserskæring er en berøringsfri waferskæringsteknologi, der bruger en fokuseret laserstråle til at adskille individuelle chips fra halvlederwafere. Den højenergiske laserstråle fokuseres på waferens overflade og fordamper eller fjerner materiale langs den forudbestemte skærelinje gennem ablation eller termisk nedbrydning.
▲ Laserskæringsdiagram | Billedkilde: KLA CHINA
De lasertyper, der i øjeblikket er meget udbredte, omfatter ultraviolette lasere, infrarøde lasere og femtosekundlasere. Blandt dem bruges ultraviolette lasere ofte til præcis koldablation på grund af deres høje fotonenergi, og den varmepåvirkede zone er ekstremt lille, hvilket effektivt kan reducere risikoen for termisk skade på waferen og dens omgivende chips. Infrarøde lasere er bedre egnet til tykkere wafere, fordi de kan trænge dybt ind i materialet. Femtosekundlasere opnår højpræcision og effektiv materialefjernelse med næsten ubetydelig varmeoverførsel gennem ultrakorte lyspulser.
Laserskæring har betydelige fordele i forhold til traditionel klingeskæring. For det første kræver laserskæring, som en kontaktfri proces, ikke fysisk tryk på waferen, hvilket reducerer de fragmenterings- og revneproblemer, der er almindelige ved mekanisk skæring. Denne egenskab gør laserskæring særligt velegnet til bearbejdning af skrøbelige eller ultratynde wafere, især dem med komplekse strukturer eller fine egenskaber.
▲ Laserskæringsdiagram | Billedkildenetværk
Derudover gør laserskæringens høje præcision og nøjagtighed det muligt at fokusere laserstrålen til en ekstremt lille punktstørrelse, understøtte komplekse skæremønstre og opnå en minimal afstand mellem chips. Denne funktion er især vigtig for avancerede halvlederkomponenter med krympende størrelser.
Laserskæring har dog også nogle begrænsninger. Sammenlignet med klingeskæring er det langsommere og dyrere, især i storskalaproduktion. Derudover kan det være udfordrende at vælge den rigtige lasertype og optimere parametre for at sikre effektiv materialefjernelse og minimal varmepåvirket zone for visse materialer og tykkelser.
Laserablationsskæring
Under laserablationsskæring fokuseres laserstrålen præcist på et bestemt sted på waferens overflade, og laserenergien styres i henhold til et forudbestemt skæremønster, der gradvist skærer gennem waferen til bunden. Afhængigt af skærekravene udføres denne operation ved hjælp af en pulserende laser eller en kontinuerlig bølgelaser. For at forhindre beskadigelse af waferen på grund af overdreven lokal opvarmning af laseren bruges kølevand til at køle ned og beskytte waferen mod termisk skade. Samtidig kan kølevand også effektivt fjerne partikler, der genereres under skæreprocessen, forhindre kontaminering og sikre skærekvaliteten.
Usynlig laserskæring
Laseren kan også fokuseres for at overføre varme til waferens hoveddel, en metode kaldet "usynlig laserskæring". Ved denne metode skaber varmen fra laseren huller i ridsebanerne. Disse svækkede områder opnår derefter en lignende penetrationseffekt ved at knække, når waferen strækkes.
▲ Hovedprocessen for usynlig laserskæring
Den usynlige skæreproces er en intern absorptionslaserproces snarere end laserablation, hvor laseren absorberes på overfladen. Ved usynlig skæring anvendes laserstråleenergi med en bølgelængde, der er semitransparent for wafersubstratmaterialet. Processen er opdelt i to hovedtrin, det ene er en laserbaseret proces, og det andet er en mekanisk separationsproces.
▲Laserstrålen skaber en perforering under waferoverfladen, og for- og bagsiderne påvirkes ikke | Billedkildenetværk
I det første trin, når laserstrålen scanner waferen, fokuserer laserstrålen på et specifikt punkt inde i waferen og danner et revnepunkt indeni. Stråleenergien forårsager dannelse af en række revner indeni, som endnu ikke har strakt sig gennem hele waferens tykkelse til top- og bundfladerne.
▲Sammenligning af 100 μm tykke siliciumskiver skåret med bladmetoden og usynlig laserskæringsmetode | Billedkildenetværk
I det andet trin udvides chipbåndet i bunden af waferen fysisk, hvilket forårsager trækspænding i revnerne inde i waferen, som induceres i laserprocessen i det første trin. Denne spænding får revnerne til at strække sig lodret til waferens øvre og nedre overflader og derefter adskille waferen i chips langs disse skærepunkter. Ved usynlig skæring anvendes halvskæring eller bundhalvskæring normalt for at lette adskillelsen af wafere i chips eller chips.
Vigtigste fordele ved usynlig laserskæring i forhold til laserablation:
• Ingen kølevæske nødvendig
• Ingen generering af snavs
• Ingen varmepåvirkede zoner, der kan beskadige følsomme kredsløb
Plasmaskæring
Plasmaskæring (også kendt som plasmaætsning eller tørætsning) er en avanceret waferskæringsteknologi, der bruger reaktiv ionætsning (RIE) eller dyb reaktiv ionætsning (DRIE) til at adskille individuelle chips fra halvlederwafere. Teknologien opnår skæring ved kemisk at fjerne materiale langs forudbestemte skærelinjer ved hjælp af plasma.
Under plasmaskæringsprocessen placeres halvlederwaferen i et vakuumkammer, en kontrolleret reaktiv gasblanding indføres i kammeret, og et elektrisk felt påføres for at generere et plasma, der indeholder en høj koncentration af reaktive ioner og radikaler. Disse reaktive stoffer interagerer med wafermaterialet og fjerner selektivt wafermateriale langs ridselinjen gennem en kombination af kemisk reaktion og fysisk sputtering.
Den største fordel ved plasmaskæring er, at det reducerer mekanisk belastning på waferen og chippen og reducerer potentiel skade forårsaget af fysisk kontakt. Denne proces er dog mere kompleks og tidskrævende end andre metoder, især når man arbejder med tykkere wafere eller materialer med høj ætsningsmodstand, så dens anvendelse i masseproduktion er begrænset.
▲Billedkildenetværk
I halvlederfremstilling skal waferskæremetoden vælges ud fra mange faktorer, herunder wafermaterialeegenskaber, chipstørrelse og geometri, nødvendig præcision og nøjagtighed samt samlede produktionsomkostninger og effektivitet.
Udsendelsestidspunkt: 20. september 2024