WafeltjeSnijden is een van de belangrijkste schakels in de productie van vermogenshalfgeleiders. Deze stap is ontworpen om individuele geïntegreerde schakelingen of chips nauwkeurig van halfgeleiderwafers te scheiden.
De sleutel totwafeltjesnijden is het kunnen scheiden van individuele chips, terwijl de delicate structuren en circuits die in de chip zijn ingebed, behouden blijven.wafeltjeniet beschadigd raken. Het succes of falen van het snijproces heeft niet alleen invloed op de scheidingskwaliteit en -opbrengst van de spaanders, maar hangt ook direct samen met de efficiëntie van het gehele productieproces.
▲Drie veelvoorkomende soorten wafersnijden | Bron: KLA CHINA
Momenteel is de gemeenschappelijkewafeltjeSnijprocessen worden onderverdeeld in:
Messnijden: lage kosten, meestal gebruikt voor dikkerewafels
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 mes snijden
Messnijden is een proces waarbij langs de aftekenlijn wordt gesneden met behulp van een snel roterende slijpschijf (mes). Het mes is meestal gemaakt van abrasief of ultradun diamantmateriaal, geschikt voor het snijden of groeven van siliciumwafers. Als mechanische snijmethode is messnijden echter afhankelijk van fysieke materiaalverwijdering, wat gemakkelijk kan leiden tot afbrokkeling of barsten van de spaanrand, wat de productkwaliteit beïnvloedt en de opbrengst vermindert.
De kwaliteit van het eindproduct dat door het mechanische zaagproces wordt geproduceerd, wordt beïnvloed door meerdere parameters, waaronder de zaagsnelheid, de dikte van het zaagblad, de diameter van het zaagblad en de rotatiesnelheid van het zaagblad.
Full cut is de meest basale snijmethode met een mes, waarbij het werkstuk volledig wordt doorgesneden door in een vast materiaal te snijden (zoals een snijlint).
▲ Mechanisch mes snijden - volledige snede | Bronnetwerk van afbeeldingen
Half cut is een bewerkingsmethode waarbij een groef wordt gemaakt door tot het midden van het werkstuk te snijden. Door het continu uitvoeren van het groefproces kunnen kam- en naaldvormige punten worden geproduceerd.
▲ Mechanisch mes snijden - halve snede | Bronnetwerk van afbeeldingen
Dubbelsnijden is een verwerkingsmethode waarbij een dubbele snijzaag met twee spindels wordt gebruikt om volledige of halve sneden op twee productielijnen tegelijk uit te voeren. De dubbele snijzaag heeft twee spindelassen. Met dit proces kan een hoge doorvoersnelheid worden bereikt.
▲ Mechanisch mes snijden - dubbele snede | Bronnetwerk van afbeeldingen
Bij stapsgewijs snijden wordt een dubbele snijzaag met twee spindels gebruikt om volledige en halve sneden in twee fasen uit te voeren. Gebruik bladen die geoptimaliseerd zijn voor het snijden van de bedradingslaag op het oppervlak van de wafer en bladen die geoptimaliseerd zijn voor het resterende siliciumkristal om een hoogwaardige bewerking te bereiken.
▲ Mechanisch snijden met een mes – stapsgewijs snijden | Bronnetwerk van afbeeldingen
Afschuinen is een bewerkingsmethode waarbij een mes met een V-vormige rand aan de halfgesneden kant de wafer in twee fasen snijdt tijdens het stapsgewijze snijproces. Het afschuinen vindt plaats tijdens het snijproces. Hierdoor kunnen een hoge matrijssterkte en een hoogwaardige verwerking worden bereikt.
▲ Mechanisch zaagblad snijden – schuin snijden | Bronnetwerk van afbeeldingen
Lasersnijden
Lasersnijden is een contactloze wafersnijtechnologie die gebruikmaakt van een gefocusseerde laserstraal om individuele chips van halfgeleiderwafers te scheiden. De hoogenergetische laserstraal wordt op het oppervlak van de wafer gefocusseerd en verdampt of verwijdert materiaal langs de vooraf bepaalde snijlijn door middel van ablatie of thermische ontleding.
▲ Lasersnijdiagram | Beeldbron: KLA CHINA
De soorten lasers die momenteel veel worden gebruikt, zijn onder andere ultraviolette lasers, infraroodlasers en femtosecondelasers. Ultraviolette lasers worden vaak gebruikt voor nauwkeurige koude ablatie vanwege hun hoge fotonenergie en de extreem kleine warmte-beïnvloede zone, wat het risico op thermische schade aan de wafer en de omliggende chips effectief kan verminderen. Infraroodlasers zijn beter geschikt voor dikkere wafers omdat ze diep in het materiaal kunnen doordringen. Femtosecondelasers bereiken een zeer nauwkeurige en efficiënte materiaalverwijdering met een vrijwel verwaarloosbare warmteoverdracht via ultrakorte lichtpulsen.
Lasersnijden heeft aanzienlijke voordelen ten opzichte van traditioneel snijden met een mes. Ten eerste vereist lasersnijden, omdat het een contactloos proces is, geen fysieke druk op de wafer, waardoor de problemen met fragmentatie en scheurvorming die vaak voorkomen bij mechanisch snijden, worden verminderd. Deze eigenschap maakt lasersnijden bijzonder geschikt voor het bewerken van kwetsbare of ultradunne wafers, met name wafers met complexe structuren of fijne details.
▲ Lasersnijdiagram | Bronnetwerk van afbeeldingen
Bovendien zorgt de hoge precisie en nauwkeurigheid van lasersnijden ervoor dat de laserstraal op een extreem kleine puntgrootte kan worden gefocust, complexe snijpatronen kunnen worden ondersteund en de minimale afstand tussen chips kan worden bereikt. Deze eigenschap is met name belangrijk voor geavanceerde halfgeleiderapparaten 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 parameters om een efficiënte materiaalverwijdering en een minimale warmtebeïnvloede zone te garanderen, een uitdaging zijn voor bepaalde materialen en diktes.
Laserablatiesnijden
Bij laserablatiesnijden wordt de laserstraal nauwkeurig op een specifieke locatie op het oppervlak van de wafer gericht en wordt de laserenergie volgens een vooraf bepaald snijpatroon geleid, waarbij de wafer geleidelijk tot aan de onderkant wordt gesneden. Afhankelijk van de snijvereisten wordt deze bewerking uitgevoerd met een gepulste laser of een continue laser. 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 kan koelwater ook effectief deeltjes verwijderen die tijdens het snijproces ontstaan, verontreiniging voorkomen en de snijkwaliteit waarborgen.
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 scribe lanes. Deze verzwakte gebieden bereiken vervolgens een vergelijkbaar penetratie-effect door te breken wanneer de wafer wordt uitgerekt.
▲Hoofdproces van onzichtbaar lasersnijden
Het onzichtbare snijproces is een laserproces met interne absorptie, in plaats van laserablatie waarbij de laser op het oppervlak wordt geabsorbeerd. Bij onzichtbaar snijden wordt laserenergie gebruikt met een golflengte die semi-transparant is voor het wafersubstraatmateriaal. Het proces is verdeeld in twee hoofdstappen: een lasergebaseerd proces en een mechanisch scheidingsproces.
▲De laserstraal creëert een perforatie onder het waferoppervlak, en de voor- en achterkant worden niet beïnvloed | Bronnetwerk van afbeeldingen
In de eerste stap, wanneer de laserstraal de wafer scant, richt de laserstraal zich op een specifiek punt in de wafer, waardoor er een scheurpunt ontstaat. De energie van de straal veroorzaakt een reeks scheuren binnenin, die zich nog niet door de volledige dikte van de wafer tot aan de boven- en onderkant hebben verspreid.
▲Vergelijking van 100 μm dikke siliciumwafers gesneden met behulp van een mesmethode en een onzichtbare lasersnijmethode | Bron van afbeeldingnetwerk
In de tweede stap wordt de chiptape aan de onderkant van de wafer fysiek uitgezet, wat trekspanning veroorzaakt in de scheuren in de wafer, die tijdens het laserproces in de eerste stap worden geïnduceerd. Deze spanning zorgt ervoor dat de scheuren zich verticaal uitstrekken tot aan de boven- en onderkant van de wafer, waarna de wafer langs deze snijpunten in chips wordt gescheiden. 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 koelmiddel nodig
• Geen afval gegenereerd
• Geen hittebeïnvloede zones die gevoelige circuits zouden kunnen beschadigen
Plasmasnijden
Plasmasnijden (ook wel plasma-etsen of droogetsen genoemd) is een geavanceerde wafersnijtechnologie die gebruikmaakt van reactief ionenetsen (RIE) of diep reactief ionenetsen (DRIE) om individuele chips van halfgeleiderwafers te scheiden. Deze technologie snijdt door materiaal chemisch te verwijderen langs vooraf bepaalde snijlijnen met behulp van plasma.
Tijdens het plasmasnijproces wordt de halfgeleiderwafer in een vacuümkamer geplaatst, wordt een gecontroleerd reactief gasmengsel in de kamer gebracht en wordt een elektrisch veld aangelegd om een plasma te genereren met een hoge concentratie reactieve ionen en radicalen. Deze reactieve deeltjes interageren met het wafermateriaal en verwijderen selectief wafermateriaal langs de kraslijn 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 mogelijke schade door fysiek contact vermindert. Dit proces is echter complexer en tijdrovender dan andere methoden, vooral bij dikkere wafers of materialen met een hoge etsweerstand, waardoor de toepassing in massaproductie beperkt is.
▲Afbeeldingbronnetwerk
Bij de productie van halfgeleiders moet de wafersnijmethode worden geselecteerd op basis van veel factoren, waaronder de eigenschappen van het wafermateriaal, de grootte en geometrie van de chip, de vereiste precisie en nauwkeurigheid, en de algehele productiekosten en -efficiëntie.
Plaatsingstijd: 20-09-2024