WaferIl taglio è una delle fasi più importanti nella produzione di semiconduttori di potenza. Questa fase è progettata per separare con precisione i singoli circuiti integrati o chip dai wafer di semiconduttori.
La chiave perwaferil taglio consiste nel poter separare i singoli chip garantendo al contempo che le delicate strutture e i circuiti incorporati nelwafernon vengono danneggiati. Il successo o il fallimento del processo di taglio non influisce solo sulla qualità di 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: a basso costo, solitamente utilizzato per spessori maggioricialde
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 con lama
Il taglio a lama è un processo di taglio lungo la linea di incisione mediante un disco abrasivo rotante ad alta velocità (lama). La lama è solitamente realizzata in materiale abrasivo o diamante ultrasottile, adatto per tagliare o scanalare wafer di silicio. Tuttavia, essendo un metodo di taglio meccanico, il taglio a lama si basa sulla rimozione fisica del materiale, che può facilmente portare a scheggiature o crepe del bordo del truciolo, compromettendo così la qualità del prodotto e riducendo la resa.
La qualità del prodotto finale ottenuto mediante il processo di taglio meccanico 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 fino a un materiale fisso (come un nastro da taglio).
▲ Taglio con lama meccanica - taglio completo | Fonte immagine: rete
La mezza fresatura è un metodo di lavorazione che produce una scanalatura tagliando fino al centro del pezzo. Eseguendo continuamente il processo di scanalatura, è possibile produrre punte a forma di pettine e di ago.
▲ Taglio meccanico con lama - mezzo taglio | Fonte immagine rete
Il doppio taglio è un metodo di lavorazione che utilizza una sega a doppio mandrino per eseguire tagli completi o parziali su due linee di produzione contemporaneamente. La sega a doppio mandrino ha due assi. Questo processo consente di raggiungere un'elevata produttività.
▲ Taglio meccanico con lama - doppio taglio | Fonte immagine: rete
Il taglio a gradini utilizza una sega a doppia lama con due mandrini per eseguire tagli completi e parziali in due fasi. Si utilizzano lame ottimizzate per il taglio dello strato di cablaggio sulla superficie del wafer e lame ottimizzate per il restante monocristallo di silicio, al fine di ottenere una lavorazione di alta qualità.
▲ Taglio meccanico con lama – taglio a gradini | Fonte immagine
Il taglio smussato è un metodo di lavorazione che utilizza una lama con un bordo a V sul bordo di mezzo taglio per tagliare il wafer in due fasi durante il processo di taglio a gradini. Il processo di smussatura viene eseguito durante il taglio. Pertanto, è possibile ottenere un'elevata resistenza dello stampo e una lavorazione di alta qualità.
▲ Taglio meccanico con lama – taglio smussato | Fonte immagine: network
Taglio laser
Il taglio laser è una tecnologia di taglio di wafer senza contatto che utilizza un raggio laser focalizzato per separare i singoli chip dai wafer di semiconduttori. Il raggio laser ad alta energia viene focalizzato sulla superficie del wafer e vaporizza o rimuove il materiale lungo la linea di taglio predeterminata tramite processi di ablazione o decomposizione termica.
▲ Schema di taglio laser | Fonte immagine: KLA CHINA
I tipi di laser attualmente più diffusi includono laser ultravioletti, laser infrarossi e laser a femtosecondi. Tra questi, i laser ultravioletti sono spesso utilizzati per l'ablazione a freddo di precisione grazie all'elevata energia dei fotoni e alla zona termicamente alterata estremamente ridotta, che può ridurre efficacemente il rischio di danni termici al wafer e ai chip circostanti. I laser infrarossi sono più adatti per wafer più spessi perché possono penetrare in profondità nel materiale. I laser a femtosecondi consentono una rimozione del materiale di alta precisione ed efficienza con un trasferimento di calore pressoché trascurabile grazie a impulsi luminosi ultracorti.
Il taglio laser presenta vantaggi significativi rispetto al taglio tradizionale con lama. Innanzitutto, essendo un processo senza contatto, il taglio laser non richiede pressione fisica sul wafer, riducendo i problemi di frammentazione e rottura comuni nel taglio meccanico. Questa caratteristica rende il taglio laser particolarmente adatto alla lavorazione di wafer fragili o ultrasottili, soprattutto quelli con strutture complesse o dettagli fini.
▲ Schema di taglio laser | Rete di fonti immagini
Inoltre, l'elevata precisione e accuratezza del taglio laser consentono di focalizzare il raggio laser su un punto di dimensioni estremamente ridotte, supportare modelli di taglio complessi e ottenere una separazione con spaziatura minima tra i chip. Questa caratteristica è particolarmente importante per i dispositivi a semiconduttore avanzati, caratterizzati da dimensioni sempre più ridotte.
Tuttavia, il taglio laser presenta anche alcune limitazioni. Rispetto al taglio con 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'efficiente rimozione del materiale e una zona termicamente alterata minima possono risultare complesse per determinati materiali e spessori.
taglio mediante ablazione laser
Durante il taglio mediante ablazione laser, il raggio laser viene focalizzato con precisione su un punto specifico della superficie del wafer e l'energia laser viene guidata 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 prevenire 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". Con questo metodo, il calore del laser crea delle interruzioni nelle linee di incisione. Queste aree indebolite raggiungono quindi un effetto di penetrazione simile rompendosi quando il wafer viene allungato.
▲Processo principale del taglio laser invisibile
Il processo di taglio invisibile è un processo laser ad assorbimento interno, a differenza dell'ablazione laser in cui il laser viene assorbito dalla superficie. Con il taglio invisibile, viene utilizzata energia laser con una lunghezza d'onda semitrasparente rispetto al materiale del substrato del wafer. Il processo si articola in due fasi principali: una basata sul laser e l'altra di separazione meccanica.
▲Il raggio laser crea una perforazione al di sotto della superficie del wafer, mentre i lati anteriore e posteriore non vengono interessati | Fonte immagine: rete
Nella prima fase, mentre il raggio laser scansiona il wafer, si focalizza su un punto specifico al suo interno, creando un punto di frattura. L'energia del raggio provoca la formazione di una serie di crepe interne, che non si sono ancora estese attraverso l'intero spessore del wafer fino alle superfici superiore e inferiore.
▲Confronto tra wafer di silicio spessi 100 μm tagliati con il metodo a lama e con il metodo di taglio laser invisibile | Fonte immagine: rete
Nella seconda fase, il nastro adesivo sul fondo del wafer viene espanso fisicamente, causando una sollecitazione di trazione nelle crepe interne al wafer, indotte dal processo laser nella prima fase. Questa sollecitazione fa sì che le crepe si estendano verticalmente verso le superfici superiore e inferiore del wafer, separandolo in chip lungo questi punti di taglio. Nel taglio invisibile, si utilizza solitamente il taglio parziale o il taglio parziale dal lato inferiore per facilitare la separazione dei wafer in chip.
Principali vantaggi del taglio laser invisibile rispetto all'ablazione laser:
• Non è necessario alcun liquido di raffreddamento
• Nessun detrito generato
• Nessuna zona termicamente alterata 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 ionica reattiva (RIE) o l'incisione ionica reattiva profonda (DRIE) per separare i singoli chip dai wafer di semiconduttori. La tecnologia realizza il taglio rimuovendo chimicamente il materiale lungo linee di taglio predeterminate mediante plasma.
Durante il processo di taglio al plasma, il wafer semiconduttore viene posizionato in una camera a vuoto, viene introdotta nella camera una miscela controllata di gas reattivi e viene applicato un campo elettrico per generare un plasma contenente un'elevata concentrazione di ioni e radicali reattivi. Queste specie reattive interagiscono con il materiale del wafer e rimuovono selettivamente il materiale lungo la linea di taglio attraverso una combinazione di reazione chimica e sputtering fisico.
Il principale vantaggio del taglio al plasma è la riduzione dello stress meccanico sul wafer e sul chip, nonché dei potenziali danni causati dal contatto fisico. Tuttavia, questo processo è più complesso e richiede più tempo rispetto ad altri metodi, soprattutto quando si lavora con wafer più spessi o materiali con elevata resistenza all'incisione, pertanto la sua applicazione nella produzione di massa è limitata.
▲Rete di fonti di immagini
Nella produzione di semiconduttori, il metodo di taglio dei wafer deve essere scelto in base a numerosi 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 della produzione.
Data di pubblicazione: 20 settembre 2024