ویفربرش یکی از حلقههای مهم در تولید نیمههادیهای قدرت است. این مرحله برای جداسازی دقیق مدارهای مجتمع یا تراشههای منفرد از ویفرهای نیمههادی طراحی شده است.
کلیدِویفربرش به این معنی است که بتوان تراشههای منفرد را جدا کرد و در عین حال اطمینان حاصل کرد که ساختارها و مدارهای ظریف تعبیه شده درویفرآسیب ندیدهاند. موفقیت یا شکست فرآیند برش نه تنها بر کیفیت جداسازی و بازده تراشه تأثیر میگذارد، بلکه مستقیماً با کارایی کل فرآیند تولید نیز مرتبط است.
▲سه نوع رایج برش ویفر | منبع: KLA CHINA
در حال حاضر، رایجویفرفرآیندهای برش به موارد زیر تقسیم میشوند:
برش با تیغه: کمهزینه، معمولاً برای برشهای ضخیمتر استفاده میشودویفرها
برش لیزری: هزینه بالایی دارد، معمولاً برای ویفرهایی با ضخامت بیش از 30 میکرومتر استفاده میشود
برش پلاسما: هزینه بالا، محدودیتهای بیشتر، معمولاً برای ویفرهایی با ضخامت کمتر از 30 میکرومتر استفاده میشود
برش با تیغه مکانیکی
برش تیغهای فرآیندی است که در آن برش در امتداد خط برش توسط یک دیسک سنگزنی چرخان (تیغه) با سرعت بالا انجام میشود. تیغه معمولاً از جنس ساینده یا الماس فوقالعاده نازک ساخته میشود که برای برش یا شیار زدن روی ویفرهای سیلیکونی مناسب است. با این حال، به عنوان یک روش برش مکانیکی، برش تیغهای به حذف فیزیکی مواد متکی است که میتواند به راحتی منجر به لبپریدگی یا ترک خوردن لبه تراشه شود و در نتیجه بر کیفیت محصول تأثیر بگذارد و بازده را کاهش دهد.
کیفیت محصول نهایی تولید شده توسط فرآیند اره مکانیکی تحت تأثیر پارامترهای متعددی از جمله سرعت برش، ضخامت تیغه، قطر تیغه و سرعت چرخش تیغه قرار دارد.
برش کامل، اساسیترین روش برش با تیغه است که با برش روی یک ماده ثابت (مانند نوار برش) قطعه کار را به طور کامل برش میدهد.
▲ برش تیغه مکانیکی - برش کامل | شبکه منبع تصویر
نیم برش یک روش پردازش است که با برش تا وسط قطعه کار، شیار ایجاد میکند. با انجام مداوم فرآیند شیارزنی، میتوان نقاط شانهای و سوزنی شکل ایجاد کرد.
▲ برش تیغه مکانیکی - برش نیمه | شبکه منبع تصویر
برش دوتایی یک روش پردازش است که از یک اره برش دوتایی با دو اسپیندل برای انجام برشهای کامل یا نیمه در دو خط تولید به طور همزمان استفاده میکند. اره برش دوتایی دارای دو محور اسپیندل است. از طریق این فرآیند میتوان به توان عملیاتی بالایی دست یافت.
▲ برش تیغه مکانیکی - برش دوتایی | شبکه منبع تصویر
برش مرحلهای از یک اره برش دوتایی با دو اسپیندل برای انجام برشهای کامل و نیمه در دو مرحله استفاده میکند. از تیغههای بهینه شده برای برش لایه سیمکشی روی سطح ویفر و تیغههای بهینه شده برای تک کریستال سیلیکونی باقی مانده برای دستیابی به پردازش با کیفیت بالا استفاده کنید.
▲ برش تیغه مکانیکی - برش پلهای | شبکه منبع تصویر
برش اریب یک روش پردازش است که از تیغهای با لبه V شکل در لبه نیمه برش برای برش ویفر در دو مرحله در طول فرآیند برش مرحلهای استفاده میکند. فرآیند پخزنی در طول فرآیند برش انجام میشود. بنابراین، میتوان به استحکام بالای قالب و پردازش با کیفیت بالا دست یافت.
▲ برش تیغه مکانیکی - برش مورب | شبکه منبع تصویر
برش لیزری
برش لیزری یک فناوری برش ویفر بدون تماس است که از پرتو لیزر متمرکز برای جدا کردن تراشههای منفرد از ویفرهای نیمهرسانا استفاده میکند. پرتو لیزر پرانرژی روی سطح ویفر متمرکز شده و از طریق فرآیندهای فرسایش یا تجزیه حرارتی، مواد را در امتداد خط برش از پیش تعیین شده تبخیر یا حذف میکند.
▲ نمودار برش لیزری | منبع تصویر: KLA CHINA
انواع لیزرهایی که در حال حاضر به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرند شامل لیزرهای فرابنفش، لیزرهای مادون قرمز و لیزرهای فمتوثانیه هستند. در میان آنها، لیزرهای فرابنفش به دلیل انرژی فوتون بالا، اغلب برای سایش سرد دقیق استفاده میشوند و منطقه تحت تأثیر گرما بسیار کوچک است که میتواند به طور مؤثر خطر آسیب حرارتی به ویفر و تراشههای اطراف آن را کاهش دهد. لیزرهای مادون قرمز برای ویفرهای ضخیمتر مناسبتر هستند زیرا میتوانند به عمق ماده نفوذ کنند. لیزرهای فمتوثانیه با انتقال حرارت تقریباً ناچیز از طریق پالسهای نوری فوق کوتاه، به حذف مواد با دقت بالا و کارآمد دست مییابند.
برش لیزری مزایای قابل توجهی نسبت به برش سنتی با تیغه دارد. اول، به عنوان یک فرآیند غیر تماسی، برش لیزری نیازی به فشار فیزیکی روی ویفر ندارد و مشکلات تکه تکه شدن و ترک خوردگی رایج در برش مکانیکی را کاهش میدهد. این ویژگی، برش لیزری را به ویژه برای پردازش ویفرهای شکننده یا فوق نازک، به ویژه آنهایی که ساختارهای پیچیده یا ویژگیهای ظریف دارند، مناسب میکند.
▲ نمودار برش لیزری | شبکه منبع تصویر
علاوه بر این، دقت و صحت بالای برش لیزری، آن را قادر میسازد تا پرتو لیزر را در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز کند، از الگوهای برش پیچیده پشتیبانی کند و به جداسازی حداقل فاصله بین تراشهها دست یابد. این ویژگی به ویژه برای دستگاههای نیمههادی پیشرفته با اندازههای کوچک شونده اهمیت دارد.
با این حال، برش لیزری محدودیتهایی نیز دارد. در مقایسه با برش با تیغه، به خصوص در تولید در مقیاس بزرگ، کندتر و گرانتر است. علاوه بر این، انتخاب نوع لیزر مناسب و بهینهسازی پارامترها برای اطمینان از حذف کارآمد مواد و حداقل منطقه تحت تأثیر گرما میتواند برای مواد و ضخامتهای خاص چالش برانگیز باشد.
برش لیزری
در طول برش لیزری، پرتو لیزر دقیقاً روی یک نقطه مشخص روی سطح ویفر متمرکز میشود و انرژی لیزر طبق یک الگوی برش از پیش تعیینشده هدایت میشود و به تدریج ویفر را تا پایین برش میدهد. بسته به نیاز برش، این عملیات با استفاده از لیزر پالسی یا لیزر موج پیوسته انجام میشود. به منظور جلوگیری از آسیب به ویفر به دلیل گرمایش موضعی بیش از حد لیزر، از آب خنککننده برای خنک کردن و محافظت از ویفر در برابر آسیب حرارتی استفاده میشود. در عین حال، آب خنککننده همچنین میتواند ذرات تولید شده در طول فرآیند برش را به طور مؤثر حذف کند، از آلودگی جلوگیری کند و کیفیت برش را تضمین کند.
برش نامرئی لیزری
همچنین میتوان لیزر را طوری متمرکز کرد که گرما را به بدنه اصلی ویفر منتقل کند، روشی که «برش لیزری نامرئی» نامیده میشود. در این روش، گرمای لیزر شکافهایی را در خطوط برش ایجاد میکند. این نواحی ضعیفشده سپس با شکستن ویفر، اثر نفوذ مشابهی ایجاد میکنند.
▲ فرآیند اصلی برش نامرئی لیزری
فرآیند برش نامرئی، یک فرآیند لیزر جذب داخلی است، نه فرسایش لیزری که در آن لیزر روی سطح جذب میشود. در برش نامرئی، از انرژی پرتو لیزر با طول موجی که برای ماده زیرلایه ویفر نیمه شفاف است، استفاده میشود. این فرآیند به دو مرحله اصلی تقسیم میشود، یکی فرآیند مبتنی بر لیزر و دیگری فرآیند جداسازی مکانیکی.
▲پرتو لیزر زیر سطح ویفر سوراخ ایجاد میکند و قسمتهای جلو و عقب تحت تأثیر قرار نمیگیرند | شبکه منبع تصویر
در مرحله اول، همزمان با اسکن ویفر توسط پرتو لیزر، پرتو لیزر بر روی یک نقطه خاص در داخل ویفر متمرکز میشود و یک نقطه ترک خوردگی در داخل آن تشکیل میدهد. انرژی پرتو باعث ایجاد یک سری ترک در داخل میشود که هنوز در کل ضخامت ویفر به سطوح بالایی و پایینی گسترش نیافتهاند.
▲مقایسه ویفرهای سیلیکونی با ضخامت ۱۰۰ میکرومتر که با روش تیغهای و روش برش نامرئی لیزری برش داده شدهاند | شبکه منبع تصویر
در مرحله دوم، نوار تراشه در پایین ویفر به صورت فیزیکی منبسط میشود که باعث ایجاد تنش کششی در ترکهای داخل ویفر میشود که در مرحله اول در فرآیند لیزر القا شدهاند. این تنش باعث میشود ترکها به صورت عمودی به سطوح بالایی و پایینی ویفر گسترش یابند و سپس ویفر را در امتداد این نقاط برش به تراشهها جدا کنند. در برش نامرئی، معمولاً از برش نیمه یا برش نیمه از پایین برای تسهیل جداسازی ویفرها به تراشهها یا برادهها استفاده میشود.
مزایای کلیدی برش لیزری نامرئی نسبت به ابلیشن لیزری:
• بدون نیاز به مایع خنک کننده
• بدون تولید زباله
• بدون مناطق آسیبدیده از گرما که میتوانند به مدارهای حساس آسیب برسانند
برش پلاسما
برش پلاسما (که با نامهای اچینگ پلاسما یا اچینگ خشک نیز شناخته میشود) یک فناوری پیشرفته برش ویفر است که از اچینگ یون واکنشی (RIE) یا اچینگ یون واکنشی عمیق (DRIE) برای جدا کردن تراشههای منفرد از ویفرهای نیمهرسانا استفاده میکند. این فناوری با حذف شیمیایی مواد در امتداد خطوط برش از پیش تعیینشده با استفاده از پلاسما، برش را انجام میدهد.
در طول فرآیند برش پلاسما، ویفر نیمهرسانا در یک محفظه خلاء قرار میگیرد، مخلوط گاز واکنشپذیر کنترلشدهای به داخل محفظه وارد میشود و یک میدان الکتریکی برای تولید پلاسمایی حاوی غلظت بالایی از یونها و رادیکالهای واکنشپذیر اعمال میشود. این گونههای واکنشپذیر با ماده ویفر تعامل دارند و به صورت انتخابی ماده ویفر را در امتداد خط برش از طریق ترکیبی از واکنش شیمیایی و کندوپاش فیزیکی حذف میکنند.
مزیت اصلی برش پلاسما این است که فشار مکانیکی روی ویفر و تراشه را کاهش میدهد و آسیبهای احتمالی ناشی از تماس فیزیکی را کم میکند. با این حال، این فرآیند پیچیدهتر و زمانبرتر از سایر روشها است، به خصوص هنگام کار با ویفرهای ضخیمتر یا موادی با مقاومت بالای حکاکی، بنابراین کاربرد آن در تولید انبوه محدود است.
▲ شبکه منبع تصویر
در تولید نیمههادیها، روش برش ویفر باید بر اساس عوامل زیادی از جمله خواص مواد ویفر، اندازه و هندسه تراشه، دقت و صحت مورد نیاز و هزینه و راندمان کلی تولید انتخاب شود.
زمان ارسال: 20 سپتامبر 2024