WaferIl taglio è uno degli anelli chiave nella produzione di semiconduttori di potenza. Questa fase è progettata per separare con precisione i singoli circuiti integrati o chip dai wafer di semiconduttore.
La chiave perwaferil taglio consiste nell'essere in grado di separare i singoli chip assicurando al contempo che le delicate strutture e i circuiti incorporati nelwafernon siano danneggiati. Il successo o il fallimento del processo di taglio non influisce solo sulla qualità della separazione e sulla resa del truciolo, ma è anche direttamente correlato all'efficienza dell'intero processo produttivo.
▲Tre tipi comuni di taglio dei wafer | Fonte: KLA CHINA
Attualmente, il comunewaferi processi di taglio si dividono in:
Taglio a lama: basso costo, solitamente utilizzato per pezzi più spessicialde
Taglio laser: costo elevato, solitamente utilizzato per wafer con spessore superiore a 30 μm
Taglio al plasma: costi elevati, maggiori restrizioni, solitamente utilizzato per wafer con spessore inferiore a 30 μm
Taglio meccanico della lama
Il taglio a lama è un processo di taglio lungo la linea di incisione mediante un disco di rettifica rotante ad alta velocità (lama). La lama è solitamente realizzata in materiale abrasivo o diamantato ultrasottile, adatto per il taglio o la scanalatura di wafer di silicio. Tuttavia, essendo un metodo di taglio meccanico, il taglio a lama si basa sulla rimozione fisica del materiale, che può facilmente causare scheggiature o crepe sul bordo del chip, compromettendo così la qualità del prodotto e riducendo la resa.
La qualità del prodotto finale ottenuto dal processo di segatura meccanica è influenzata da molteplici parametri, tra cui la velocità di taglio, lo spessore della lama, il diametro della lama e la velocità di rotazione della lama.
Il taglio completo è il metodo di taglio con lama più elementare, che taglia completamente il pezzo in lavorazione tagliando un materiale fisso (ad esempio un nastro da taglio).
▲ Taglio meccanico con lama - taglio completo | Fonte immagine rete
Il mezzo taglio è un metodo di lavorazione che produce una scanalatura tagliando fino al centro del pezzo. Eseguendo il processo di scanalatura in modo continuo, è possibile ottenere punte a forma di pettine e aghi.
▲ Taglio meccanico della lama - mezzo taglio | Fonte immagine rete
Il taglio doppio è un metodo di lavorazione che utilizza una sega a doppio taglio con due mandrini per eseguire tagli completi o parziali su due linee di produzione contemporaneamente. La sega a doppio taglio ha due assi di mandrino. Questo processo consente di ottenere un'elevata produttività.
▲ Taglio meccanico a lama - doppio taglio | Fonte immagine rete
Il taglio a gradini utilizza una sega a doppio taglio con due mandrini per eseguire tagli completi e mezzi tagli in due fasi. Utilizza lame ottimizzate per il taglio dello strato di cablaggio sulla superficie del wafer e lame ottimizzate per il restante monocristallo di silicio per ottenere una lavorazione di alta qualità.
▲ Taglio meccanico con lama – taglio a gradini | Fonte immagine: rete
Il taglio smussato è un metodo di lavorazione che utilizza una lama con un bordo a V sul bordo tagliato a metà per tagliare il wafer in due fasi durante il processo di taglio a gradini. La smussatura viene eseguita durante il taglio. In questo modo è possibile ottenere un'elevata resistenza dello stampo e una lavorazione di alta qualità.
▲ Taglio meccanico con lama – taglio smussato | Fonte immagine: rete
Taglio laser
Il taglio laser è una tecnologia di taglio senza contatto per wafer che utilizza un raggio laser focalizzato per separare i singoli chip dai wafer semiconduttori. Il raggio laser ad alta energia viene focalizzato sulla superficie del wafer e fa evaporare o rimuovere il materiale lungo la linea di taglio predeterminata attraverso processi di ablazione o decomposizione termica.
▲ Schema di taglio laser | Fonte immagine: KLA CHINA
I tipi di laser attualmente più utilizzati includono laser ultravioletti, laser a infrarossi e laser a femtosecondi. Tra questi, i laser ultravioletti sono spesso utilizzati per un'ablazione a freddo precisa grazie alla loro elevata energia fotonica e alla zona termicamente alterata estremamente ridotta, il che può ridurre efficacemente il rischio di danni termici al wafer e ai chip circostanti. I laser a infrarossi sono più adatti per wafer più spessi perché possono penetrare in profondità nel materiale. I laser a femtosecondi consentono una rimozione del materiale efficiente e ad alta precisione con un trasferimento di calore pressoché trascurabile attraverso impulsi luminosi ultracorti.
Il taglio laser offre vantaggi significativi rispetto al taglio tradizionale con lama. Innanzitutto, essendo un processo senza contatto, non richiede pressione fisica sul wafer, riducendo i problemi di frammentazione e rottura tipici del taglio meccanico. Questa caratteristica rende il taglio laser particolarmente adatto alla lavorazione di wafer fragili o ultrasottili, in particolare quelli con strutture complesse o dettagli fini.
▲ Schema di taglio laser | Fonte immagine: rete
Inoltre, l'elevata precisione e accuratezza del taglio laser consente di focalizzare il raggio laser su uno spot estremamente piccolo, supportare schemi di taglio complessi e ottenere una separazione minima tra i chip. Questa caratteristica è particolarmente importante per i dispositivi a semiconduttore avanzati con dimensioni sempre più ridotte.
Tuttavia, il taglio laser presenta anche alcune limitazioni. Rispetto al taglio a lama, è più lento e costoso, soprattutto nella produzione su larga scala. Inoltre, la scelta del tipo di laser più adatto e l'ottimizzazione dei parametri per garantire un'asportazione efficiente del materiale e una zona termicamente alterata minima possono essere complesse per determinati materiali e spessori.
Taglio con ablazione laser
Durante il taglio per ablazione laser, il raggio laser viene focalizzato con precisione su un punto specifico della superficie del wafer e l'energia laser viene indirizzata secondo uno schema di taglio predeterminato, tagliando gradualmente il wafer fino al fondo. A seconda delle esigenze di taglio, questa operazione viene eseguita utilizzando un laser pulsato o un laser a onda continua. Per evitare danni al wafer dovuti a un eccessivo riscaldamento locale del laser, viene utilizzata acqua di raffreddamento per raffreddare e proteggere il wafer da danni termici. Allo stesso tempo, l'acqua di raffreddamento può anche rimuovere efficacemente le particelle generate durante il processo di taglio, prevenire la contaminazione e garantire la qualità del taglio.
Taglio laser invisibile
Il laser può anche essere focalizzato per trasferire calore al corpo principale del wafer, un metodo chiamato "taglio laser invisibile". In questo caso, il calore del laser crea delle fessure nelle corsie di incisione. Queste aree indebolite ottengono quindi un effetto di penetrazione simile rompendosi quando il wafer viene stirato.
▲Processo principale del taglio laser invisibile
Il processo di taglio invisibile è un processo laser ad assorbimento interno, anziché un processo di ablazione laser in cui il laser viene assorbito in superficie. Con il taglio invisibile, viene utilizzata l'energia del raggio laser con una lunghezza d'onda semitrasparente rispetto al materiale del substrato del wafer. Il processo si divide in due fasi principali: una basata sul laser e l'altra sulla separazione meccanica.
▲Il raggio laser crea una perforazione sotto la superficie del wafer, senza che i lati anteriore e posteriore vengano toccati | Fonte immagine: rete
Nella prima fase, mentre il raggio laser scansiona il wafer, si concentra su un punto specifico al suo interno, formando una fessura. L'energia del raggio provoca la formazione di una serie di crepe all'interno, che non si sono ancora estese per tutto lo spessore del wafer fino alle superfici superiore e inferiore.
▲Confronto tra wafer di silicio spessi 100 μm tagliati con il metodo della lama e il metodo del taglio laser invisibile | Fonte immagine: rete
Nella seconda fase, il nastro di chip sul fondo del wafer viene espanso fisicamente, causando uno stress di trazione nelle crepe interne al wafer, indotte dal processo laser nella prima fase. Questo stress fa sì che le crepe si estendano verticalmente fino alle superfici superiore e inferiore del wafer, separando quindi il wafer in chip lungo questi punti di taglio. Nel taglio invisibile, si utilizza solitamente il taglio a metà o il taglio a metà sul lato inferiore per facilitare la separazione dei wafer in chip o chip.
Principali vantaggi del taglio laser invisibile rispetto all'ablazione laser:
• Non è richiesto alcun refrigerante
• Nessun detrito generato
• Nessuna zona interessata dal calore che potrebbe danneggiare i circuiti sensibili
Taglio al plasma
Il taglio al plasma (noto anche come incisione al plasma o incisione a secco) è una tecnologia avanzata di taglio dei wafer che utilizza l'incisione a ioni reattivi (RIE) o l'incisione a ioni reattivi profondi (DRIE) per separare i singoli chip dai wafer semiconduttori. La tecnologia consente il taglio rimuovendo chimicamente il materiale lungo linee di taglio predeterminate utilizzando il plasma.
Durante il processo di taglio al plasma, il wafer semiconduttore viene posizionato in una camera a vuoto, dove viene introdotta una miscela di gas reattivi controllata e viene applicato un campo elettrico per generare un plasma contenente un'alta concentrazione di ioni e radicali reattivi. Queste specie reattive interagiscono con il materiale del wafer e lo rimuovono selettivamente lungo la linea di incisione attraverso una combinazione di reazione chimica e sputtering fisico.
Il vantaggio principale del taglio al plasma è la riduzione dello stress meccanico su wafer e chip, riducendo i potenziali danni causati dal contatto fisico. Tuttavia, questo processo è più complesso e dispendioso in termini di tempo rispetto ad altri metodi, soprattutto quando si lavora con wafer più spessi o materiali con elevata resistenza all'incisione, quindi la sua applicazione nella produzione di massa è limitata.
▲Rete sorgente immagine
Nella produzione di semiconduttori, il metodo di taglio dei wafer deve essere selezionato in base a molti fattori, tra cui le proprietà del materiale del wafer, le dimensioni e la geometria del chip, la precisione e l'accuratezza richieste, nonché i costi e l'efficienza complessivi di produzione.
Data di pubblicazione: 20 settembre 2024