VafeleGriešana ir viena no svarīgākajām jaudas pusvadītāju ražošanas ķēdēm. Šis solis ir paredzēts, lai precīzi atdalītu atsevišķas integrētās shēmas vai mikroshēmas no pusvadītāju plāksnēm.
Atslēga uzvafelegriešanas mērķis ir atdalīt atsevišķas mikroshēmas, vienlaikus nodrošinot, ka tajās iestrādātās smalkās struktūras un shēmasvafelenetiek bojāti. Griešanas procesa panākumi vai neveiksmes ietekmē ne tikai skaidas atdalīšanas kvalitāti un ražu, bet arī ir tieši saistītas ar visa ražošanas procesa efektivitāti.
▲Trīs izplatītākie vafeļu griešanas veidi | Avots: KLA CHINA
Pašlaik kopīgsvafeleGriešanas procesi ir sadalīti:
Griešana ar asmeni: zemas izmaksas, parasti izmanto biezākiem materiāliemvafeles
Lāzergriešana: augstas izmaksas, parasti izmanto plāksnēm, kuru biezums pārsniedz 30 μm
Plazmas griešana: augstas izmaksas, vairāk ierobežojumu, parasti izmanto plāksnēm, kuru biezums ir mazāks par 30 μm
Mehāniskā griešana ar asmeni
Asmens griešana ir griešanas process pa iezīmēto līniju, izmantojot ātrgaitas rotējošu slīpēšanas disku (asmeni). Asmens parasti ir izgatavots no abrazīva vai īpaši plāna dimanta materiāla, kas ir piemērots griešanai vai rievojumu veidošanai uz silīcija plāksnēm. Tomēr, būdama mehāniska griešanas metode, asmens griešana balstās uz fizisku materiāla noņemšanu, kas var viegli izraisīt skaidas malas šķembēšanu vai plaisāšanu, tādējādi ietekmējot produkta kvalitāti un samazinot ražu.
Mehāniskās zāģēšanas procesā iegūtā gala produkta kvalitāti ietekmē vairāki parametri, tostarp griešanas ātrums, asmens biezums, asmens diametrs un asmens griešanās ātrums.
Pilnīga griešana ir visvienkāršākā asmens griešanas metode, kas pilnībā nogriež sagatavi, nogriežot to līdz fiksētam materiālam (piemēram, griešanas lentei).
▲ Mehāniskā griešana ar asmeni — pilns griezums | Attēla avota tīkls
Pusgriešana ir apstrādes metode, kurā rievas tiek veidotas, griežot līdz sagataves vidum. Nepārtraukti veicot rievu veidošanas procesu, var iegūt ķemmes un adatas formas punktus.
▲ Mehāniskā asmens griešana — pusgriešana | Attēla avota tīkls
Dubultā griešana ir apstrādes metode, kurā tiek izmantots dubultās griešanas zāģis ar divām vārpstām, lai vienlaikus veiktu pilnus vai pusgriezumus divās ražošanas līnijās. Dubultās griešanas zāģim ir divas vārpstas asis. Ar šo procesu var panākt augstu caurlaidspēju.
▲ Mehāniskā griešana ar asmeni — dubultgriešana | Attēla avota tīkls
Pakāpeniskā griešana izmanto dubulto griešanas zāģi ar divām vārpstām, lai veiktu pilnus un pusgriezienus divos posmos. Izmantojiet asmeņus, kas ir optimizēti vafeles virsmas stieples slāņa griešanai, un asmeņus, kas ir optimizēti atlikušā silīcija monokristāla griešanai, lai panāktu augstas kvalitātes apstrādi.
▲ Mehāniskā griešana ar asmeni – pakāpeniska griešana | Attēla avota tīkls
Slīpveida griešana ir apstrādes metode, kurā pakāpienveida griešanas procesā vafeļu divos posmos sagriež ar asmeni ar V veida malu uz pusgriezuma malas. Griešanas procesā tiek veikta slīpēšana. Tādējādi var panākt augstu veidnes izturību un augstas kvalitātes apstrādi.
▲ Mehāniskā asmens griešana – slīpgriešana | Attēla avota tīkls
Lāzergriešana
Lāzergriešana ir bezkontakta vafeļu griešanas tehnoloģija, kurā tiek izmantots fokusēts lāzera stars, lai atdalītu atsevišķas mikroshēmas no pusvadītāju vafeļiem. Augstas enerģijas lāzera stars ir fokusēts uz vafeļu virsmas un iztvaicē vai noņem materiālu pa iepriekš noteiktu griešanas līniju, izmantojot ablācijas vai termiskās sadalīšanās procesus.
▲ Lāzergriešanas shēma | Attēla avots: KLA CHINA
Pašlaik plaši izmantotie lāzeru veidi ir ultravioletie lāzeri, infrasarkanie lāzeri un femtosekundes lāzeri. Starp tiem ultravioletie lāzeri bieži tiek izmantoti precīzai aukstajai ablācijai, pateicoties to augstajai fotonu enerģijai, un termiski ietekmētā zona ir ārkārtīgi maza, kas var efektīvi samazināt termisko bojājumu risku plāksnei un tās apkārtējām mikroshēmām. Infrasarkanie lāzeri ir labāk piemēroti biezākām plāksnēm, jo tie var dziļi iekļūt materiālā. Femtosekundes lāzeri panāk augstu precizitāti un efektīvu materiāla noņemšanu ar gandrīz niecīgu siltuma pārnesi, izmantojot īpaši īsus gaismas impulsus.
Lāzergriešanai ir ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar tradicionālo griešanu ar asmeni. Pirmkārt, tā kā lāzergriešana ir bezkontakta process, tai nav nepieciešams fizisks spiediens uz plāksni, tādējādi samazinot mehāniskās griešanas laikā bieži sastopamās fragmentācijas un plaisāšanas problēmas. Šī īpašība padara lāzergriešanu īpaši piemērotu trauslu vai īpaši plānu plākšņu apstrādei, īpaši tām, kurām ir sarežģīta struktūra vai smalkas detaļas.
▲ Lāzergriešanas shēma | Attēlu avota tīkls
Turklāt lāzergriešanas augstā precizitāte un pareizība ļauj fokusēt lāzera staru uz ārkārtīgi mazu punkta izmēru, atbalstīt sarežģītus griešanas modeļus un panākt minimālu atstarpi starp mikroshēmām. Šī funkcija ir īpaši svarīga progresīvām pusvadītāju ierīcēm ar sarūkošiem izmēriem.
Tomēr lāzergriešanai ir arī daži ierobežojumi. Salīdzinot ar griešanu ar asmeni, tā ir lēnāka un dārgāka, īpaši liela mēroga ražošanā. Turklāt pareizā lāzera veida izvēle un parametru optimizēšana, lai nodrošinātu efektīvu materiāla noņemšanu un minimālu termiski ietekmēto zonu, var būt sarežģīta noteiktiem materiāliem un biezumiem.
Lāzera ablācijas griešana
Lāzera ablācijas griešanas laikā lāzera stars tiek precīzi fokusēts uz noteiktu vietu uz vafeles virsmas, un lāzera enerģija tiek virzīta saskaņā ar iepriekš noteiktu griešanas modeli, pakāpeniski griežot cauri vafelei līdz apakšai. Atkarībā no griešanas prasībām šī darbība tiek veikta, izmantojot impulsa lāzeru vai nepārtrauktas darbības lāzeru. Lai novērstu vafeles bojājumus lāzera pārmērīgas lokālas uzkaršanas dēļ, dzesēšanas ūdens tiek izmantots, lai atdzesētu un aizsargātu vafeli no termiskiem bojājumiem. Vienlaikus dzesēšanas ūdens var arī efektīvi noņemt griešanas procesā radušās daļiņas, novērst piesārņojumu un nodrošināt griešanas kvalitāti.
Lāzera neredzamā griešana
Lāzeru var arī fokusēt, lai pārnestu siltumu uz vafeles pamatkorpusu, un šo metodi sauc par “neredzamo lāzergriešanu”. Šajā metodē lāzera radītais siltums rada spraugas zīmēšanas joslās. Šīs novājinātās zonas pēc tam panāk līdzīgu iespiešanās efektu, saplīstot, kad vafele tiek stiepta.
▲Lāzera neredzamās griešanas galvenais process
Neredzamās griešanas process ir iekšējas absorbcijas lāzera process, nevis lāzera ablācija, kur lāzers tiek absorbēts uz virsmas. Neredzamās griešanas procesā tiek izmantota lāzera stara enerģija ar viļņa garumu, kas ir daļēji caurspīdīgs vafeļu substrāta materiālam. Process ir sadalīts divos galvenajos posmos: viens ir uz lāzera bāzes veidots process, bet otrs ir mehāniskas atdalīšanas process.
▲Lāzera stars rada perforāciju zem vafeles virsmas, un priekšējā un aizmugurējā puse netiek ietekmēta | Attēla avota tīkls
Pirmajā solī, lāzera staram skenējot plāksni, tas fokusējas uz noteiktu punktu plāksnītes iekšpusē, veidojot plaisas punktu. Stara enerģija izraisa virkni plaisu, kas vēl nav izplatījušās cauri visam plāksnītes biezumam līdz augšējai un apakšējai virsmai.
▲100 μm biezu silīcija plākšņu, kas grieztas ar asmens metodi un lāzera neredzamās griešanas metodi, salīdzinājums | Attēlu avota tīkls
Otrajā posmā mikroshēmas lente vafeles apakšā tiek fiziski izplesta, kas rada stiepes spriegumu plaisās vafeles iekšpusē, kas rodas lāzera procesā pirmajā posmā. Šis spriegums izraisa plaisu vertikālu izplatīšanos uz vafeles augšējo un apakšējo virsmu, un pēc tam vafele tiek atdalīta šķembās pa šiem griešanas punktiem. Neredzamajā griešanā parasti izmanto pusgriešanu vai apakšējo pusgriešanu, lai atvieglotu vafeles atdalīšanu šķembās vai skaidās.
Neredzamās lāzergriešanas galvenās priekšrocības salīdzinājumā ar lāzera ablāciju:
• Nav nepieciešams dzesēšanas šķidrums
• Nerodas gruveši
• Nav karstuma ietekmētu zonu, kas varētu sabojāt jutīgas ķēdes
Plazmas griešana
Plazmas griešana (pazīstama arī kā plazmas kodināšana vai sausā kodināšana) ir uzlabota plākšņu griešanas tehnoloģija, kurā tiek izmantota reaktīva jonu kodināšana (RIE) vai dziļa reaktīva jonu kodināšana (DRIE), lai atdalītu atsevišķas mikroshēmas no pusvadītāju plāksnēm. Šī tehnoloģija panāk griešanu, ķīmiski noņemot materiālu pa iepriekš noteiktām griešanas līnijām, izmantojot plazmu.
Plazmas griešanas procesa laikā pusvadītāju plāksne tiek ievietota vakuuma kamerā, kamerā tiek ievadīts kontrolēts reaktīvo gāzu maisījums un tiek pielietots elektriskais lauks, lai ģenerētu plazmu, kas satur augstu reaktīvo jonu un radikāļu koncentrāciju. Šīs reaktīvās vielas mijiedarbojas ar plāksnītes materiālu un selektīvi noņem plāksnītes materiālu gar iezīmēto līniju, izmantojot ķīmiskās reakcijas un fizikālās izsmidzināšanas kombināciju.
Plazmas griešanas galvenā priekšrocība ir tā, ka tā samazina mehānisko spriegumu uz plāksnītes un mikroshēmas, kā arī samazina iespējamos bojājumus, ko rada fiziska saskare. Tomēr šis process ir sarežģītāks un laikietilpīgāks nekā citas metodes, īpaši, ja tiek strādāts ar biezākām plāksnītēm vai materiāliem ar augstu kodināšanas izturību, tāpēc tā pielietojums masveida ražošanā ir ierobežots.
▲Attēlu avota tīkls
Pusvadītāju ražošanā vafeļu griešanas metode jāizvēlas, pamatojoties uz daudziem faktoriem, tostarp vafeļu materiāla īpašībām, mikroshēmas izmēru un ģeometriju, nepieciešamo precizitāti un precizitāti, kā arī kopējām ražošanas izmaksām un efektivitāti.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 20. septembris