VohveliLeikkaus on yksi tärkeimmistä lenkeistä tehopuolijohteiden tuotannossa. Tämä vaihe on suunniteltu erottamaan tarkasti yksittäiset integroidut piirit tai sirut puolijohdekiekoista.
Avainvohvelileikkaamisen tarkoituksena on erottaa yksittäiset sirut samalla varmistaen, että herkät rakenteet ja piirit, jotka on upotettuvohvelieivät vaurioidu. Leikkausprosessin onnistuminen tai epäonnistuminen ei vaikuta ainoastaan lastun erottelulaatuun ja saantoon, vaan se liittyy myös suoraan koko tuotantoprosessin tehokkuuteen.
▲Kolme yleistä kiekkojen leikkaustyyppiä | Lähde: KLA CHINA
Tällä hetkellä yleinenvohveliLeikkausprosessit jaetaan seuraaviin tyyppeihin:
Teräleikkaus: edullinen, käytetään yleensä paksummillekiekot
Laserleikkaus: korkeat kustannukset, käytetään yleensä yli 30 μm paksuisille kiekoille
Plasmaleikkaus: korkeat kustannukset, enemmän rajoituksia, käytetään yleensä alle 30 μm paksuisille kiekoille
Mekaaninen teräleikkaus
Teräleikkaus on prosessi, jossa hiomalaikka (terä) leikkaa viillon suuntaisesti. Terä on yleensä valmistettu hioma- tai erittäin ohuesta timanttimateriaalista, joka soveltuu piikiekkojen viipalointiin tai uritukseen. Mekaanisena leikkausmenetelmänä teräleikkaus perustuu kuitenkin fyysiseen materiaalinpoistoon, mikä voi helposti johtaa lastun reunan lohkeamiseen tai halkeiluun, mikä vaikuttaa tuotteen laatuun ja vähentää saantoa.
Mekaanisen sahausprosessin tuottaman lopputuotteen laatuun vaikuttavat useat parametrit, kuten leikkausnopeus, terän paksuus, terän halkaisija ja terän pyörimisnopeus.
Täysi leikkaus on terän perusleikkausmenetelmä, jossa työkappale katkaistaan kokonaan kiinteään materiaaliin (kuten viipalointinauhaan).
▲ Mekaaninen teräleikkaus - täysleikkaus | Kuvalähde: verkko
Puolileikkaus on työstömenetelmä, jossa ura luodaan leikkaamalla työkappaleen keskelle. Jatkuvasti suorittamalla uranjyrsintää voidaan tuottaa kampa- ja neulanmuotoisia kärkiä.
▲ Mekaaninen terän leikkaus - puolileikkaus | Kuvalähde: verkko
Kaksoisleikkaus on käsittelymenetelmä, jossa käytetään kahdella karalla varustettua kaksoisviipalointisahaa, jolla voidaan suorittaa täysiä tai puolikkaita leikkauksia kahdella tuotantolinjalla samanaikaisesti. Kaksoisviipalointisahassa on kaksi kara-akselia. Tällä prosessilla voidaan saavuttaa suuri läpimenoteho.
▲ Mekaaninen teräleikkaus - kaksoisleikkaus | Kuvalähde: verkko
Porrasleikkauksessa käytetään kaksikaraista kaksoisviipalesahaa, jolla voidaan suorittaa täys- ja puolileikkaukset kahdessa vaiheessa. Korkealaatuisen prosessoinnin saavuttamiseksi käytetään teriä, jotka on optimoitu kiekon pinnan johdotuskerroksen leikkaamiseen, ja teriä, jotka on optimoitu jäljelle jäävälle piikiteelle.
▲ Mekaaninen teräleikkaus – porrasleikkaus | Kuvalähdeverkko
Viisteleikkaus on käsittelymenetelmä, jossa kiekko leikataan kahdessa vaiheessa terällä, jonka puolileikatussa reunassa on V-muotoinen reuna. Viisteenleikkaus suoritetaan leikkausprosessin aikana. Näin saavutetaan korkea muotin lujuus ja korkealaatuinen työstö.
▲ Mekaaninen teränleikkaus – viisteleikkaus | Kuvalähde: verkko
Laserleikkaus
Laserleikkaus on kosketukseton kiekkojen leikkaustekniikka, jossa käytetään fokusoitua lasersädettä yksittäisten sirujen erottamiseen puolijohdekiekoista. Suurienerginen lasersäde kohdistetaan kiekon pintaan ja haihduttaa tai poistaa materiaalia ennalta määrättyä leikkauslinjaa pitkin ablaatio- tai lämpöhajoamisprosessien avulla.
▲ Laserleikkauskaavio | Kuvalähde: KLA CHINA
Tällä hetkellä laajalti käytettyjä lasereita ovat ultraviolettilaserit, infrapunalaserit ja femtosekuntilaserit. Näistä ultraviolettilasereita käytetään usein tarkkaan kylmäablaatioon niiden korkean fotonienergian vuoksi, ja lämpövaikutusalue on erittäin pieni, mikä voi tehokkaasti vähentää kiekon ja sitä ympäröivien sirujen lämpövaurioiden riskiä. Infrapunalaserit sopivat paremmin paksummille kiekoille, koska ne voivat tunkeutua syvälle materiaaliin. Femtosekuntilaserit saavuttavat erittäin tarkan ja tehokkaan materiaalinpoiston lähes merkityksettömällä lämmönsiirrolla ultralyhyiden valopulssien kautta.
Laserleikkauksella on merkittäviä etuja perinteiseen teräleikkaukseen verrattuna. Ensinnäkin, koska laserleikkaus on kosketukseton prosessi, se ei vaadi fyysistä painetta kiekkoon, mikä vähentää mekaanisessa leikkauksessa yleisiä pirstoutumis- ja halkeiluongelmia. Tämä ominaisuus tekee laserleikkauksesta erityisen sopivan hauraiden tai erittäin ohuiden kiekkojen, erityisesti monimutkaisten rakenteiden tai hienojen ominaisuuksien, käsittelyyn.
▲ Laserleikkauskaavio | Kuvalähdeverkko
Lisäksi laserleikkauksen korkea tarkkuus ja täsmällisyys mahdollistavat lasersäteen kohdistamisen erittäin pieneen pistekokoon, monimutkaisten leikkauskuvioiden tukemisen ja sirujen välisen minimietäisyyden saavuttamisen. Tämä ominaisuus on erityisen tärkeä edistyneille puolijohdelaitteille, joiden koko pienenee.
Laserleikkauksella on kuitenkin myös joitakin rajoituksia. Teräleikkaukseen verrattuna se on hitaampaa ja kalliimpaa, erityisesti laajamittaisessa tuotannossa. Lisäksi oikean lasertyypin valinta ja parametrien optimointi tehokkaan materiaalinpoiston ja lämpövaikutusalueen minimoimiseksi voi olla haastavaa tietyillä materiaaleilla ja paksuuksilla.
Laserablaatioleikkaus
Laserablaatioleikkauksessa lasersäde kohdistetaan tarkasti kiekon pinnalle tiettyyn kohtaan, ja laserenergia ohjataan ennalta määrätyn leikkauskuvion mukaisesti, jolloin kiekko leikataan vähitellen pohjaan asti. Leikkausvaatimuksista riippuen tämä toimenpide suoritetaan pulssilaserilla tai jatkuvatoimisella laserilla. Jäähdytysvettä käytetään kiekon jäähdyttämiseen ja suojaamiseen lämpövaurioilta laserin liiallisen paikallisen kuumenemisen aiheuttamien kiekon vaurioitumisen estämiseksi. Samalla jäähdytysvesi voi myös tehokkaasti poistaa leikkausprosessin aikana syntyviä hiukkasia, estää kontaminaation ja varmistaa leikkauksen laadun.
Laserilla näkymätön leikkaus
Laser voidaan myös kohdistaa siirtämään lämpöä kiekon runkoon, menetelmää kutsutaan "näkymättömäksi laserleikkaukseksi". Tässä menetelmässä laserin lämpö luo rakoja piirtokaistoille. Nämä heikennetyt alueet saavuttavat sitten samanlaisen tunkeutumisvaikutuksen rikkoutumalla kiekon venytyksen yhteydessä.
▲ Laser-näkymättömän leikkauksen pääprosessi
Näkymätön leikkausprosessi on sisäistä absorptiolaserprosessi, eikä laserablaatio, jossa laser absorboituu pintaan. Näkymättömässä leikkauksessa käytetään lasersäteen energiaa, jonka aallonpituus on puoliläpinäkyvä kiekon alustamateriaalille. Prosessi on jaettu kahteen päävaiheeseen: toinen on laserpohjainen prosessi ja toinen on mekaaninen erotusprosessi.
▲Lasersäde luo reiän kiekon pinnan alle, eikä etu- ja takapuoliin kohdistu muutoksia | Kuvalähdeverkko
Ensimmäisessä vaiheessa, kun lasersäde skannaa kiekkoa, lasersäde kohdistaa itsensä tiettyyn pisteeseen kiekon sisällä muodostaen halkeamakohdan sisään. Säteen energia aiheuttaa sarjan halkeamia, jotka eivät ole vielä levinneet kiekon koko paksuuden läpi ylä- ja alapinnoille.
▲ Terämenetelmällä ja laserilla piiloleikkausmenetelmällä leikattujen 100 μm paksujen piikiekkojen vertailu | Kuvalähdeverkko
Toisessa vaiheessa kiekon pohjassa oleva sirunauha laajennetaan fyysisesti, mikä aiheuttaa kiekon sisäisiin halkeamiin vetojännitystä, joka syntyy laserprosessissa ensimmäisessä vaiheessa. Tämä jännitys saa halkeamat ulottumaan pystysuunnassa kiekon ylä- ja alapinnoille, ja sitten kiekko erottuu siruiksi näitä leikkauskohtia pitkin. Näkymättömässä leikkauksessa käytetään yleensä puolileikkausta tai alapuolen puolileikkausta kiekkojen erottamiseksi siruiksi tai lastuiksi.
Näkymättömän laserleikkauksen tärkeimmät edut laserablaatioon verrattuna:
• Jäähdytysnestettä ei tarvita
• Ei synny roskia
• Ei lämpövaikutteisia alueita, jotka voisivat vahingoittaa herkkiä piirejä
Plasmaleikkaus
Plasmaleikkaus (tunnetaan myös plasmaetsauksena tai kuivaetsauksena) on edistynyt kiekkojen leikkaustekniikka, jossa käytetään reaktiivista ionetsausta (RIE) tai syvää reaktiivista ionetsausta (DRIE) yksittäisten sirujen erottamiseen puolijohdekiekoista. Teknologiassa leikkaus tapahtuu poistamalla materiaalia kemiallisesti ennalta määrättyjä leikkauslinjoja pitkin plasman avulla.
Plasmaleikkausprosessissa puolijohdekiekko asetetaan tyhjiökammioon, kammioon johdetaan kontrolloitu reaktiivinen kaasuseos ja sähkökenttä kohdistetaan plasman tuottamiseksi, joka sisältää suuren pitoisuuden reaktiivisia ioneja ja radikaaleja. Nämä reaktiiviset lajit ovat vuorovaikutuksessa kiekkomateriaalin kanssa ja poistavat valikoivasti kiekkomateriaalia viiltoa pitkin kemiallisen reaktion ja fyysisen sputteroinnin yhdistelmällä.
Plasmaleikkauksen tärkein etu on, että se vähentää kiekon ja sirun mekaanista rasitusta ja vähentää fyysisen kosketuksen aiheuttamia mahdollisia vaurioita. Tämä prosessi on kuitenkin monimutkaisempi ja aikaa vievämpi kuin muut menetelmät, erityisesti paksumpien kiekkojen tai korkean etsauskestävyyden omaavien materiaalien käsittelyssä, joten sen soveltaminen massatuotannossa on rajallista.
▲Kuvan lähdeverkko
Puolijohdevalmistuksessa kiekkojen leikkausmenetelmä on valittava useiden tekijöiden perusteella, mukaan lukien kiekkojen materiaaliominaisuudet, sirun koko ja geometria, vaadittu tarkkuus ja täsmällisyys sekä kokonaistuotantokustannukset ja -tehokkuus.
Julkaisun aika: 20. syyskuuta 2024