Kue waferPemotongan adalah salah satu tahapan penting dalam produksi semikonduktor daya. Langkah ini dirancang untuk memisahkan sirkuit terpadu atau chip individual dari wafer semikonduktor secara akurat.
Kunci untukkue waferPemotongan bertujuan untuk dapat memisahkan serpihan-serpihan individual sambil memastikan bahwa struktur dan sirkuit halus yang tertanam di dalamnya tetap terjaga.kue wafertidak rusak. Keberhasilan atau kegagalan proses pemotongan tidak hanya memengaruhi kualitas pemisahan dan hasil serpihan, tetapi juga berhubungan langsung dengan efisiensi seluruh proses produksi.
▲Tiga jenis pemotongan wafer yang umum | Sumber: KLA CHINA
Saat ini, yang umumkue waferProses pemotongan dibagi menjadi:
Pemotongan dengan pisau: biaya rendah, biasanya digunakan untuk material yang lebih tebal.wafer
Pemotongan laser: biaya tinggi, biasanya digunakan untuk wafer dengan ketebalan lebih dari 30μm.
Pemotongan plasma: biaya tinggi, lebih banyak batasan, biasanya digunakan untuk wafer dengan ketebalan kurang dari 30μm.
Pemotongan pisau mekanis
Pemotongan dengan pisau adalah proses pemotongan sepanjang garis yang telah ditandai menggunakan cakram gerinda (pisau) yang berputar dengan kecepatan tinggi. Pisau biasanya terbuat dari bahan abrasif atau bahan intan ultra tipis, yang cocok untuk mengiris atau membuat alur pada wafer silikon. Namun, sebagai metode pemotongan mekanis, pemotongan dengan pisau bergantung pada penghilangan material secara fisik, yang dapat dengan mudah menyebabkan pengelupasan atau keretakan pada tepi serpihan, sehingga memengaruhi kualitas produk dan mengurangi hasil produksi.
Kualitas produk akhir yang dihasilkan oleh proses penggergajian mekanis dipengaruhi oleh berbagai parameter, termasuk kecepatan pemotongan, ketebalan mata pisau, diameter mata pisau, dan kecepatan putaran mata pisau.
Pemotongan penuh adalah metode pemotongan pisau paling dasar, yang memotong benda kerja sepenuhnya dengan memotong hingga material tetap (seperti pita pemotong).
▲ Pemotongan pisau mekanis - potongan penuh | Sumber gambar: jaringan
Pemotongan setengah adalah metode pemrosesan yang menghasilkan alur dengan memotong hingga ke tengah benda kerja. Dengan melakukan proses pembuatan alur secara terus menerus, dapat dihasilkan ujung berbentuk sisir dan jarum.
▲ Pemotongan pisau mekanis - potongan setengah | Sumber gambar jaringan
Pemotongan ganda adalah metode pemrosesan yang menggunakan gergaji pemotong ganda dengan dua spindel untuk melakukan pemotongan penuh atau setengah pada dua jalur produksi secara bersamaan. Gergaji pemotong ganda memiliki dua sumbu spindel. Hasil produksi yang tinggi dapat dicapai melalui proses ini.
▲ Pemotongan pisau mekanis - pemotongan ganda | Sumber gambar jaringan
Pemotongan bertahap menggunakan gergaji pemotong ganda dengan dua spindel untuk melakukan pemotongan penuh dan setengah dalam dua tahap. Gunakan mata pisau yang dioptimalkan untuk memotong lapisan kawat pada permukaan wafer dan mata pisau yang dioptimalkan untuk kristal tunggal silikon yang tersisa untuk mencapai pemrosesan berkualitas tinggi.
▲ Pemotongan pisau mekanis – pemotongan bertahap | Sumber gambar jaringan
Pemotongan miring (bevel cutting) adalah metode pemrosesan yang menggunakan pisau dengan tepi berbentuk V pada tepi setengah potong untuk memotong wafer dalam dua tahap selama proses pemotongan bertahap. Proses pembentukan bevel dilakukan selama proses pemotongan. Oleh karena itu, kekuatan cetakan yang tinggi dan pemrosesan berkualitas tinggi dapat dicapai.
▲ Pemotongan pisau mekanis – pemotongan miring | Sumber gambar jaringan
Pemotongan laser
Pemotongan laser adalah teknologi pemotongan wafer tanpa kontak yang menggunakan sinar laser terfokus untuk memisahkan chip individual dari wafer semikonduktor. Sinar laser berenergi tinggi difokuskan pada permukaan wafer dan menguapkan atau menghilangkan material di sepanjang garis pemotongan yang telah ditentukan melalui proses ablasi atau dekomposisi termal.
▲ Diagram pemotongan laser | Sumber gambar: KLA CHINA
Jenis laser yang saat ini banyak digunakan meliputi laser ultraviolet, laser inframerah, dan laser femtosecond. Di antara ketiganya, laser ultraviolet sering digunakan untuk ablasi dingin yang presisi karena energi fotonnya yang tinggi, dan zona yang terpengaruh panas sangat kecil, yang dapat secara efektif mengurangi risiko kerusakan termal pada wafer dan chip di sekitarnya. Laser inframerah lebih cocok untuk wafer yang lebih tebal karena dapat menembus jauh ke dalam material. Laser femtosecond mencapai penghilangan material yang presisi dan efisien dengan perpindahan panas yang hampir negligible melalui pulsa cahaya ultra pendek.
Pemotongan laser memiliki keunggulan signifikan dibandingkan pemotongan pisau tradisional. Pertama, sebagai proses non-kontak, pemotongan laser tidak memerlukan tekanan fisik pada wafer, sehingga mengurangi masalah fragmentasi dan retak yang umum terjadi pada pemotongan mekanis. Fitur ini membuat pemotongan laser sangat cocok untuk memproses wafer yang rapuh atau sangat tipis, terutama yang memiliki struktur kompleks atau fitur halus.
▲ Diagram pemotongan laser | Sumber gambar jaringan
Selain itu, presisi dan akurasi pemotongan laser yang tinggi memungkinkan sinar laser difokuskan ke ukuran titik yang sangat kecil, mendukung pola pemotongan yang kompleks, dan mencapai pemisahan dengan jarak minimum antar chip. Fitur ini sangat penting untuk perangkat semikonduktor canggih dengan ukuran yang semakin mengecil.
Namun, pemotongan laser juga memiliki beberapa keterbatasan. Dibandingkan dengan pemotongan menggunakan pisau, pemotongan laser lebih lambat dan lebih mahal, terutama dalam produksi skala besar. Selain itu, memilih jenis laser yang tepat dan mengoptimalkan parameter untuk memastikan penghilangan material yang efisien dan zona yang terkena panas minimal dapat menjadi tantangan untuk material dan ketebalan tertentu.
Pemotongan ablasi laser
Selama pemotongan ablasi laser, sinar laser difokuskan secara tepat pada lokasi tertentu di permukaan wafer, dan energi laser diarahkan sesuai dengan pola pemotongan yang telah ditentukan, secara bertahap memotong wafer hingga ke bagian bawah. Tergantung pada kebutuhan pemotongan, operasi ini dilakukan menggunakan laser pulsa atau laser gelombang kontinu. Untuk mencegah kerusakan pada wafer akibat pemanasan lokal yang berlebihan dari laser, air pendingin digunakan untuk mendinginkan dan melindungi wafer dari kerusakan termal. Pada saat yang sama, air pendingin juga dapat secara efektif menghilangkan partikel yang dihasilkan selama proses pemotongan, mencegah kontaminasi, dan memastikan kualitas pemotongan.
Pemotongan tak terlihat dengan laser
Laser juga dapat difokuskan untuk mentransfer panas ke bagian utama wafer, sebuah metode yang disebut "pemotongan laser tak terlihat". Untuk metode ini, panas dari laser menciptakan celah di jalur goresan. Area yang melemah ini kemudian mencapai efek penetrasi serupa dengan pecah ketika wafer diregangkan.
▲Proses utama pemotongan laser tak terlihat
Proses pemotongan tak terlihat merupakan proses laser penyerapan internal, bukan ablasi laser di mana laser diserap di permukaan. Dengan pemotongan tak terlihat, energi sinar laser dengan panjang gelombang yang semi-transparan terhadap material substrat wafer digunakan. Proses ini dibagi menjadi dua langkah utama, yaitu proses berbasis laser dan proses pemisahan mekanis.
▲Sinar laser menciptakan lubang di bawah permukaan wafer, dan sisi depan serta belakang tidak terpengaruh | Sumber gambar: network
Pada langkah pertama, saat sinar laser memindai wafer, sinar laser terfokus pada titik tertentu di dalam wafer, membentuk titik retakan di dalamnya. Energi sinar menyebabkan serangkaian retakan terbentuk di dalam, yang belum meluas menembus seluruh ketebalan wafer hingga ke permukaan atas dan bawah.
▲Perbandingan wafer silikon setebal 100μm yang dipotong dengan metode pisau dan metode pemotongan tak terlihat laser | Sumber gambar: jaringan
Pada langkah kedua, pita chip di bagian bawah wafer diperluas secara fisik, yang menyebabkan tegangan tarik pada retakan di dalam wafer, yang diinduksi dalam proses laser pada langkah pertama. Tegangan ini menyebabkan retakan memanjang secara vertikal ke permukaan atas dan bawah wafer, dan kemudian memisahkan wafer menjadi chip di sepanjang titik pemotongan ini. Dalam pemotongan tak terlihat, pemotongan setengah atau pemotongan setengah sisi bawah biasanya digunakan untuk mempermudah pemisahan wafer menjadi chip atau kepingan.
Keunggulan utama pemotongan laser tak terlihat dibandingkan ablasi laser:
• Tidak memerlukan cairan pendingin
• Tidak ada puing yang dihasilkan
• Tidak ada zona yang terpengaruh panas yang dapat merusak sirkuit sensitif.
Pemotongan plasma
Pemotongan plasma (juga dikenal sebagai etsa plasma atau etsa kering) adalah teknologi pemotongan wafer canggih yang menggunakan etsa ion reaktif (RIE) atau etsa ion reaktif dalam (DRIE) untuk memisahkan chip individual dari wafer semikonduktor. Teknologi ini mencapai pemotongan dengan menghilangkan material secara kimiawi di sepanjang garis pemotongan yang telah ditentukan menggunakan plasma.
Selama proses pemotongan plasma, wafer semikonduktor ditempatkan dalam ruang vakum, campuran gas reaktif terkontrol dimasukkan ke dalam ruang tersebut, dan medan listrik diterapkan untuk menghasilkan plasma yang mengandung konsentrasi tinggi ion dan radikal reaktif. Spesies reaktif ini berinteraksi dengan material wafer dan secara selektif menghilangkan material wafer di sepanjang garis goresan melalui kombinasi reaksi kimia dan sputtering fisik.
Keunggulan utama pemotongan plasma adalah mengurangi tekanan mekanis pada wafer dan chip serta mengurangi potensi kerusakan yang disebabkan oleh kontak fisik. Namun, proses ini lebih kompleks dan memakan waktu dibandingkan metode lain, terutama saat menangani wafer yang lebih tebal atau material dengan ketahanan etsa yang tinggi, sehingga penerapannya dalam produksi massal terbatas.
▲Sumber gambar jaringan
Dalam manufaktur semikonduktor, metode pemotongan wafer perlu dipilih berdasarkan banyak faktor, termasuk sifat material wafer, ukuran dan geometri chip, presisi dan akurasi yang dibutuhkan, serta biaya dan efisiensi produksi secara keseluruhan.
Waktu posting: 20 September 2024