WaferPemotongan merupakan salah satu penghubung penting dalam pengeluaran semikonduktor kuasa. Langkah ini direka bentuk untuk mengasingkan litar bersepadu atau cip individu daripada wafer semikonduktor dengan tepat.
Kunci kepadawaferpemotongan adalah untuk dapat memisahkan cip individu sambil memastikan struktur dan litar halus yang terbenam dalamwafertidak rosak. Kejayaan atau kegagalan proses pemotongan bukan sahaja mempengaruhi kualiti pemisahan dan hasil cip, tetapi juga berkaitan secara langsung dengan kecekapan keseluruhan proses pengeluaran.
▲Tiga jenis pemotongan wafer yang biasa | Sumber: KLA CHINA
Pada masa ini, perkara biasawaferProses pemotongan dibahagikan kepada:
Pemotongan bilah: kos rendah, biasanya digunakan untuk pemotongan yang lebih tebalwafer
Pemotongan laser: kos tinggi, biasanya digunakan untuk wafer dengan ketebalan lebih daripada 30μm
Pemotongan plasma: kos tinggi, lebih banyak sekatan, biasanya digunakan untuk wafer dengan ketebalan kurang daripada 30μm
Pemotongan bilah mekanikal
Pemotongan bilah ialah proses pemotongan di sepanjang garisan pencungkil dengan cakera pengisar berputar berkelajuan tinggi (bilah). Bilah biasanya diperbuat daripada bahan berlian yang kasar atau ultra nipis, sesuai untuk menghiris atau mengalur pada wafer silikon. Walau bagaimanapun, sebagai kaedah pemotongan mekanikal, pemotongan bilah bergantung pada penyingkiran bahan fizikal, yang boleh menyebabkan keretakan atau keretakan pada tepi cip, sekali gus menjejaskan kualiti produk dan mengurangkan hasil.
Kualiti produk akhir yang dihasilkan melalui proses penggergajian mekanikal dipengaruhi oleh pelbagai parameter, termasuk kelajuan pemotongan, ketebalan bilah, diameter bilah dan kelajuan putaran bilah.
Potongan penuh ialah kaedah pemotongan bilah yang paling asas, yang memotong sepenuhnya benda kerja dengan memotong pada bahan tetap (seperti pita penghiris).
▲ Pemotongan bilah mekanikal-potongan penuh | Rangkaian sumber imej
Potongan separuh merupakan kaedah pemprosesan yang menghasilkan alur dengan memotong ke tengah benda kerja. Dengan melakukan proses alur secara berterusan, titik berbentuk sikat dan jarum dapat dihasilkan.
▲ Pemotongan bilah mekanikal-separuh potong | Rangkaian sumber imej
Potongan berganda ialah kaedah pemprosesan yang menggunakan gergaji penghirisan berganda dengan dua gelendong untuk melakukan pemotongan penuh atau separuh pada dua barisan pengeluaran pada masa yang sama. Gergaji penghirisan berganda mempunyai dua paksi gelendong. Daya pemprosesan yang tinggi boleh dicapai melalui proses ini.
▲ Pemotongan bilah mekanikal-potongan berganda | Rangkaian sumber imej
Pemotongan langkah menggunakan gergaji penghiris berganda dengan dua gelendong untuk melakukan pemotongan penuh dan separuh dalam dua peringkat. Gunakan bilah yang dioptimumkan untuk memotong lapisan pendawaian pada permukaan wafer dan bilah yang dioptimumkan untuk baki hablur tunggal silikon bagi mencapai pemprosesan berkualiti tinggi.
▲ Pemotongan bilah mekanikal – pemotongan langkah | Rangkaian sumber imej
Pemotongan serong merupakan kaedah pemprosesan yang menggunakan bilah dengan tepi berbentuk V pada tepi separuh potongan untuk memotong wafer dalam dua peringkat semasa proses pemotongan langkah. Proses chamfering dilakukan semasa proses pemotongan. Oleh itu, kekuatan acuan yang tinggi dan pemprosesan berkualiti tinggi dapat dicapai.
▲ Pemotongan bilah mekanikal – pemotongan serong | Rangkaian sumber imej
Pemotongan laser
Pemotongan laser ialah teknologi pemotongan wafer tanpa sentuhan yang menggunakan pancaran laser terfokus untuk memisahkan cip individu daripada wafer semikonduktor. Pancaran laser bertenaga tinggi difokuskan pada permukaan wafer dan menyejat atau membuang bahan di sepanjang garis pemotongan yang telah ditentukan melalui proses ablasi atau penguraian terma.
▲ Gambar rajah pemotongan laser | Sumber imej: KLA CHINA
Jenis-jenis laser yang digunakan secara meluas pada masa ini termasuk laser ultraungu, laser inframerah dan laser femtosaat. Antaranya, laser ultraungu sering digunakan untuk ablasi sejuk yang tepat kerana tenaga fotonnya yang tinggi, dan zon yang terjejas haba adalah sangat kecil, yang boleh mengurangkan risiko kerosakan haba pada wafer dan cip di sekelilingnya dengan berkesan. Laser inframerah lebih sesuai untuk wafer yang lebih tebal kerana ia boleh menembusi jauh ke dalam bahan. Laser femtosaat mencapai penyingkiran bahan yang berketepatan tinggi dan cekap dengan pemindahan haba yang hampir boleh diabaikan melalui denyutan cahaya ultrapendek.
Pemotongan laser mempunyai kelebihan yang ketara berbanding pemotongan bilah tradisional. Pertama, sebagai proses tanpa sentuhan, pemotongan laser tidak memerlukan tekanan fizikal pada wafer, sekali gus mengurangkan masalah pemecahan dan keretakan yang biasa berlaku dalam pemotongan mekanikal. Ciri ini menjadikan pemotongan laser amat sesuai untuk memproses wafer yang rapuh atau ultra nipis, terutamanya yang mempunyai struktur kompleks atau ciri-ciri halus.
▲ Gambarajah pemotongan laser | Rangkaian sumber imej
Di samping itu, ketepatan dan kejituan pemotongan laser yang tinggi membolehkannya memfokuskan pancaran laser kepada saiz titik yang sangat kecil, menyokong corak pemotongan yang kompleks dan mencapai pemisahan jarak minimum antara cip. Ciri ini amat penting untuk peranti semikonduktor canggih dengan saiz yang mengecil.
Walau bagaimanapun, pemotongan laser juga mempunyai beberapa batasan. Berbanding dengan pemotongan bilah, ia lebih perlahan dan lebih mahal, terutamanya dalam pengeluaran berskala besar. Di samping itu, memilih jenis laser yang betul dan mengoptimumkan parameter untuk memastikan penyingkiran bahan yang cekap dan zon terjejas haba yang minimum boleh menjadi mencabar untuk bahan dan ketebalan tertentu.
Pemotongan ablasi laser
Semasa pemotongan ablasi laser, pancaran laser difokuskan dengan tepat pada lokasi tertentu pada permukaan wafer, dan tenaga laser dipandu mengikut corak pemotongan yang telah ditentukan, secara beransur-ansur memotong wafer ke bahagian bawah. Bergantung pada keperluan pemotongan, operasi ini dilakukan menggunakan laser berdenyut atau laser gelombang berterusan. Untuk mengelakkan kerosakan pada wafer akibat pemanasan tempatan laser yang berlebihan, air penyejuk digunakan untuk menyejukkan dan melindungi wafer daripada kerosakan haba. Pada masa yang sama, air penyejuk juga boleh membuang zarah yang dihasilkan semasa proses pemotongan dengan berkesan, mencegah pencemaran dan memastikan kualiti pemotongan.
Pemotongan laser yang tidak kelihatan
Laser juga boleh difokuskan untuk memindahkan haba ke dalam badan utama wafer, satu kaedah yang dipanggil "pemotongan laser halimunan". Untuk kaedah ini, haba daripada laser mewujudkan jurang di lorong pencungkil. Kawasan yang lemah ini kemudiannya mencapai kesan penembusan yang serupa dengan pecah apabila wafer diregangkan.
▲Proses utama pemotongan laser yang tidak kelihatan
Proses pemotongan halimunan merupakan proses laser penyerapan dalaman, bukannya ablasi laser di mana laser diserap pada permukaan. Dengan pemotongan halimunan, tenaga pancaran laser dengan panjang gelombang yang separa telus kepada bahan substrat wafer digunakan. Proses ini dibahagikan kepada dua langkah utama, satu adalah proses berasaskan laser, dan yang satu lagi adalah proses pemisahan mekanikal.
▲Pancaran laser menghasilkan perforasi di bawah permukaan wafer, dan bahagian hadapan dan belakang tidak terjejas | Rangkaian sumber imej
Dalam langkah pertama, semasa pancaran laser mengimbas wafer, pancaran laser memfokus pada titik tertentu di dalam wafer, membentuk titik retakan di dalamnya. Tenaga pancaran menyebabkan satu siri retakan terbentuk di dalam, yang belum memanjang melalui keseluruhan ketebalan wafer ke permukaan atas dan bawah.
▲Perbandingan wafer silikon setebal 100μm yang dipotong dengan kaedah bilah dan kaedah pemotongan laser halimunan | Rangkaian sumber imej
Dalam langkah kedua, pita cip di bahagian bawah wafer dikembangkan secara fizikal, yang menyebabkan tegasan tegangan pada retakan di dalam wafer, yang diinduksi dalam proses laser pada langkah pertama. Tegasan ini menyebabkan retakan memanjang secara menegak ke permukaan atas dan bawah wafer, dan kemudian memisahkan wafer menjadi cip di sepanjang titik pemotongan ini. Dalam pemotongan halimunan, pemotongan separuh atau pemotongan separuh bahagian bawah biasanya digunakan untuk memudahkan pemisahan wafer menjadi cip atau cip.
Kelebihan utama pemotongan laser halimunan berbanding ablasi laser:
• Tiada penyejuk diperlukan
• Tiada serpihan yang dihasilkan
• Tiada zon yang terjejas haba yang boleh merosakkan litar sensitif
Pemotongan plasma
Pemotongan plasma (juga dikenali sebagai pengukiran plasma atau pengukiran kering) ialah teknologi pemotongan wafer canggih yang menggunakan pengukiran ion reaktif (RIE) atau pengukiran ion reaktif dalam (DRIE) untuk memisahkan cip individu daripada wafer semikonduktor. Teknologi ini mencapai pemotongan dengan membuang bahan secara kimia di sepanjang garisan pemotongan yang telah ditentukan menggunakan plasma.
Semasa proses pemotongan plasma, wafer semikonduktor diletakkan di dalam ruang vakum, campuran gas reaktif terkawal dimasukkan ke dalam ruang, dan medan elektrik digunakan untuk menghasilkan plasma yang mengandungi kepekatan ion reaktif dan radikal yang tinggi. Spesies reaktif ini berinteraksi dengan bahan wafer dan secara selektif menanggalkan bahan wafer di sepanjang garis pencungkil melalui gabungan tindak balas kimia dan percikan fizikal.
Kelebihan utama pemotongan plasma ialah ia mengurangkan tekanan mekanikal pada wafer dan cip serta mengurangkan potensi kerosakan yang disebabkan oleh sentuhan fizikal. Walau bagaimanapun, proses ini lebih kompleks dan memakan masa berbanding kaedah lain, terutamanya apabila berurusan dengan wafer yang lebih tebal atau bahan dengan rintangan etsa yang tinggi, jadi aplikasinya dalam pengeluaran besar-besaran adalah terhad.
▲Rangkaian sumber imej
Dalam pembuatan semikonduktor, kaedah pemotongan wafer perlu dipilih berdasarkan banyak faktor, termasuk sifat bahan wafer, saiz dan geometri cip, ketepatan dan kejituan yang diperlukan, serta kos dan kecekapan pengeluaran keseluruhan.
Masa siaran: 20-Sep-2024