WafeltjeHet snijden is een van de belangrijkste stappen in de productie van vermogenshalfgeleiders. Deze stap is bedoeld om individuele geïntegreerde schakelingen of chips nauwkeurig van halfgeleiderwafers te scheiden.
De sleutel totwafeltjeHet doel van snijden is om individuele chips te kunnen scheiden, terwijl ervoor wordt gezorgd dat de delicate structuren en circuits die erin zijn ingebed, intact blijven.wafeltjeworden niet beschadigd. Het succes of falen van het snijproces beïnvloedt niet alleen de scheidingskwaliteit en de opbrengst van de spanen, maar is ook direct gerelateerd aan de efficiëntie van het gehele productieproces.
▲Drie veelvoorkomende soorten wafer-snijden | Bron: KLA CHINA
Momenteel is de gangbarewafeltjeSnijprocessen worden onderverdeeld in:
Snijbladen: lage kosten, meestal gebruikt voor dikker materiaal.wafers
Lasersnijden: hoge kosten, meestal gebruikt voor wafers met een dikte van meer dan 30 μm.
Plasmasnijden: hoge kosten, meer beperkingen, meestal gebruikt voor wafers met een dikte van minder dan 30 μm.
Mechanisch snijden met messen
Bij het snijden met een mes wordt langs een afgetekende lijn gesneden met een snel roterende slijpschijf (mes). Het mes is meestal gemaakt van schurend materiaal of ultradun diamant, geschikt voor het snijden of groeven van siliciumwafers. Omdat het echter een mechanische snijmethode is die afhankelijk is van fysieke materiaalverwijdering, kan dit gemakkelijk leiden tot afbrokkeling of scheuren aan de rand van de spaan, waardoor de productkwaliteit wordt beïnvloed en de opbrengst afneemt.
De kwaliteit van het eindproduct dat door mechanisch zagen wordt geproduceerd, wordt beïnvloed door meerdere parameters, waaronder zaagsnelheid, zaagbladdikte, zaagbladdiameter en zaagbladrotatiesnelheid.
Volledig doorsnijden is de meest basale snijmethode met een mes, waarbij het werkstuk volledig wordt doorgesneden tot aan een vast materiaal (zoals een snijband).
▲ Mechanisch mes snijden - volledige snede | Afbeeldingsbron netwerk
Halfsnijden is een bewerkingsmethode waarbij een groef wordt gemaakt door tot het midden van het werkstuk te snijden. Door het groefproces continu uit te voeren, kunnen kam- en naaldvormige punten worden geproduceerd.
▲ Mechanisch mes - halve snede | Afbeeldingsbron: netwerk
Dubbelsnijden is een bewerkingsmethode waarbij een dubbelsnijdende zaag met twee spindels wordt gebruikt om volledige of halve sneden te maken op twee productielijnen tegelijk. De dubbelsnijdende zaag heeft twee spindelasassen. Met dit proces kan een hoge doorvoer worden bereikt.
▲ Mechanisch snijden met een dubbel mes | Afbeeldingsbron: netwerk
Bij de stapsgewijze snede wordt een dubbele snijzaag met twee spindels gebruikt om volledige en halve sneden in twee fasen uit te voeren. Gebruik zaagbladen die geoptimaliseerd zijn voor het snijden van de bedradingslaag op het oppervlak van de wafer en zaagbladen die geoptimaliseerd zijn voor het resterende silicium-eenkristal om een hoogwaardige verwerking te bereiken.
▲ Mechanisch snijden met een mes – trapsgewijs snijden | Afbeeldingennetwerk
Schuine snede is een bewerkingsmethode waarbij een mes met een V-vormige rand aan de halfdoorgesneden kant wordt gebruikt om de wafer in twee fasen te snijden tijdens het stapsgewijze snijproces. Het afschuinen gebeurt tijdens het snijproces. Hierdoor kunnen een hoge matrijssterkte en een hoogwaardige bewerking worden bereikt.
▲ Mechanisch snijden met een mes – schuin snijden | Afbeeldingennetwerk
Lasersnijden
Lasersnijden is een contactloze technologie voor het snijden van wafers, waarbij een gefocusseerde laserstraal wordt gebruikt om individuele chips van halfgeleiderwafers te scheiden. De hoogenergetische laserstraal wordt op het oppervlak van de wafer gericht en verdampt of verwijdert materiaal langs de vooraf bepaalde snijlijn door middel van ablatie of thermische ontleding.
▲ Lasersnijdiagram | Afbeeldingbron: KLA CHINA
De meest gebruikte lasertypes zijn ultravioletlasers, infraroodlasers en femtosecondelasers. Ultravioletlasers worden vaak gebruikt voor nauwkeurige koude ablatie vanwege hun hoge fotonenergie en de extreem kleine warmtebeïnvloede zone, waardoor het risico op thermische schade aan de wafer en de omliggende chips effectief wordt verminderd. Infraroodlasers zijn beter geschikt voor dikkere wafers omdat ze diep in het materiaal kunnen doordringen. Femtosecondelasers maken zeer nauwkeurige en efficiënte materiaalverwijdering mogelijk met een vrijwel verwaarloosbare warmteoverdracht door middel van ultrakorte lichtpulsen.
Lasersnijden heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditioneel snijden met een mes. Ten eerste is lasersnijden een contactloos proces, waardoor er geen fysieke druk op de wafer nodig is. Dit vermindert de problemen met fragmentatie en scheuren die vaak voorkomen bij mechanisch snijden. Deze eigenschap maakt lasersnijden bijzonder geschikt voor de bewerking van fragiele of ultradunne wafers, met name wafers met complexe structuren of fijne details.
▲ Diagram van lasersnijden | Afbeeldingennetwerk
Daarnaast maakt de hoge precisie en nauwkeurigheid van lasersnijden het mogelijk om de laserstraal te focussen tot een extreem kleine puntgrootte, complexe snijpatronen te ondersteunen en de minimale tussenruimte tussen chips te realiseren. Deze eigenschap is met name belangrijk voor geavanceerde halfgeleidercomponenten met steeds kleinere afmetingen.
Lasersnijden kent echter ook enkele beperkingen. Vergeleken met snijden met een mes is het langzamer en duurder, vooral bij grootschalige productie. Bovendien kan het kiezen van het juiste lasertype en het optimaliseren van de parameters om een efficiënte materiaalafvoer en een minimale warmte-beïnvloede zone te garanderen, een uitdaging vormen voor bepaalde materialen en diktes.
Laserablatie snijden
Bij laserablatie wordt de laserstraal nauwkeurig gefocust op een specifieke locatie op het oppervlak van de wafer. De laserenergie wordt vervolgens volgens een vooraf bepaald snijpatroon geleid, waardoor de wafer geleidelijk tot de bodem wordt doorgesneden. Afhankelijk van de snijvereisten wordt deze bewerking uitgevoerd met een gepulseerde laser of een continue golflaser. Om schade aan de wafer door overmatige lokale verhitting van de laser te voorkomen, wordt koelwater gebruikt om de wafer af te koelen en te beschermen tegen thermische schade. Tegelijkertijd verwijdert het koelwater ook effectief de deeltjes die tijdens het snijproces ontstaan, waardoor vervuiling wordt voorkomen en de snijkwaliteit wordt gewaarborgd.
Laser onzichtbaar snijden
De laser kan ook worden gefocust om warmte over te brengen naar het hoofdgedeelte van de wafer, een methode die "onzichtbaar lasersnijden" wordt genoemd. Bij deze methode creëert de warmte van de laser openingen in de graveerlijnen. Deze verzwakte plekken bereiken vervolgens een vergelijkbaar penetratie-effect doordat ze breken wanneer de wafer wordt uitgerekt.
▲Hoofdproces van onzichtbaar lasersnijden
Het onzichtbaar snijden is een laserproces met interne absorptie, in tegenstelling tot laserablatie waarbij de laser aan het oppervlak wordt geabsorbeerd. Bij onzichtbaar snijden wordt laserenergie gebruikt met een golflengte die semi-transparant is voor het wafer-substraatmateriaal. Het proces bestaat uit twee hoofdstappen: een laserproces en een mechanisch scheidingsproces.
▲De laserstraal creëert een perforatie onder het oppervlak van de wafer, de voor- en achterkant blijven onaangetast | Afbeeldingsbron netwerk
In de eerste stap, terwijl de laserstraal de wafer scant, focust deze zich op een specifiek punt in de wafer, waardoor een scheurpunt ontstaat. De energie van de straal veroorzaakt een reeks scheuren in de wafer, die zich nog niet door de volledige dikte van de wafer naar de boven- en onderkant hebben uitgebreid.
▲Vergelijking van 100 μm dikke siliciumwafers gesneden met de mesmethode en de onzichtbare lasersnijmethode | Afbeeldingsbron netwerk
In de tweede stap wordt de chiptape aan de onderkant van de wafer fysiek uitgerekt, waardoor er trekspanning ontstaat in de scheuren in de wafer die in de eerste stap tijdens het laserproces zijn ontstaan. Deze spanning zorgt ervoor dat de scheuren zich verticaal uitbreiden naar de boven- en onderkant van de wafer, waardoor de wafer langs deze snijpunten in chips wordt verdeeld. Bij onzichtbaar snijden wordt meestal halfsnijden of halfsnijden aan de onderkant gebruikt om het scheiden van wafers in chips te vergemakkelijken.
Belangrijkste voordelen van onzichtbaar lasersnijden ten opzichte van laserablatie:
• Geen koelvloeistof nodig
• Geen afval gegenereerd
• Geen door hitte beïnvloede zones die gevoelige circuits kunnen beschadigen
Plasmasnijden
Plasmasnijden (ook bekend als plasma-etsen of droogetsen) is een geavanceerde technologie voor het snijden van wafers die gebruikmaakt van reactief ionenetsen (RIE) of diep reactief ionenetsen (DRIE) om individuele chips van halfgeleiderwafers te scheiden. De technologie bereikt het snijden door chemisch materiaal te verwijderen langs vooraf bepaalde snijlijnen met behulp van plasma.
Tijdens het plasmasnijproces wordt de halfgeleiderwafer in een vacuümkamer geplaatst. Een gecontroleerd reactief gasmengsel wordt in de kamer gebracht en een elektrisch veld wordt aangelegd om een plasma te genereren met een hoge concentratie reactieve ionen en radicalen. Deze reactieve deeltjes reageren met het wafermateriaal en verwijderen selectief wafermateriaal langs de snijlijn door een combinatie van chemische reactie en fysisch sputteren.
Het belangrijkste voordeel van plasmasnijden is dat het de mechanische spanning op de wafer en chip vermindert en potentiële schade door fysiek contact minimaliseert. Dit proces is echter complexer en tijdrovender dan andere methoden, met name bij dikkere wafers of materialen met een hoge etsweerstand, waardoor de toepassing ervan in massaproductie beperkt is.
▲Afbeeldingsbronnetwerk
Bij de productie van halfgeleiders moet de snijmethode voor wafers worden gekozen op basis van vele factoren, waaronder de materiaaleigenschappen van de wafer, de chipgrootte en -geometrie, de vereiste precisie en nauwkeurigheid, en de totale productiekosten en -efficiëntie.
Geplaatst op: 20-09-2024