VaffelSkjæring er et av de viktigste leddene i produksjon av krafthalvledere. Dette trinnet er utformet for å separere individuelle integrerte kretser eller brikker nøyaktig fra halvlederwafere.
Nøkkelen tilkjeksskjæring er å kunne separere individuelle brikker samtidig som det sikres at de delikate strukturene og kretsene som er innebygd ikjeksblir ikke skadet. Om kutteprosessen lykkes eller ikke, påvirker ikke bare separasjonskvaliteten og utbyttet til flisen, men er også direkte relatert til effektiviteten til hele produksjonsprosessen.
▲Tre vanlige typer waferskjæring | Kilde: KLA CHINA
For tiden er den vanligekjeksSkjæreprosesser er delt inn i:
Bladskjæring: lav kostnad, vanligvis brukt til tykkerevafler
Laserskjæring: høy kostnad, vanligvis brukt til wafere med en tykkelse på mer enn 30 μm
Plasmaskjæring: høy kostnad, flere restriksjoner, vanligvis brukt for wafere med en tykkelse på mindre enn 30 μm
Mekanisk bladskjæring
Bladskjæring er en prosess der man skjærer langs risselinjen med en høyhastighetsroterende slipeskive (blad). Bladet er vanligvis laget av slipende eller ultratynt diamantmateriale, egnet for skiving eller rilling på silisiumskiver. Som en mekanisk skjæremetode er bladskjæring imidlertid avhengig av fysisk materialfjerning, noe som lett kan føre til avskalling eller sprekkdannelse i sponkanten, noe som påvirker produktkvaliteten og reduserer utbyttet.
Kvaliteten på sluttproduktet som produseres av den mekaniske sagprosessen påvirkes av flere parametere, inkludert skjærehastighet, bladtykkelse, bladdiameter og bladrotasjonshastighet.
Fullt kutt er den mest grunnleggende bladskjæremetoden, som kutter arbeidsstykket fullstendig ved å skjære til et fast materiale (for eksempel et skjærebånd).
▲ Mekanisk bladkutting – fullstendig kutt | Bildekildenettverk
Halvsnitt er en bearbeidingsmetode som produserer et spor ved å skjære til midten av arbeidsstykket. Ved å kontinuerlig utføre sporingsprosessen kan kam- og nåleformede spisser produseres.
▲ Mekanisk bladkutting – halvkutt | Bildekildenettverk
Dobbeltkutt er en prosesseringsmetode som bruker en dobbeltkuttersag med to spindler for å utføre hele eller halve kutt på to produksjonslinjer samtidig. Dobbeltkuttersagen har to spindelakser. Høy gjennomstrømning kan oppnås gjennom denne prosessen.
▲ Mekanisk bladkutting – dobbeltkutt | Bildekildenettverk
Stegkutt bruker en dobbel skivesag med to spindler for å utføre hele og halve kutt i to trinn. Bruk blader som er optimalisert for å kutte ledningslaget på overflaten av waferen og blader som er optimalisert for den gjenværende silisium-enkeltkrystallen for å oppnå prosessering av høy kvalitet.
▲ Mekanisk bladskjæring – trinnvis skjæring | Bildekildenettverk
Skråskjæring er en prosesseringsmetode som bruker et blad med en V-formet kant på den halvkuttede kanten for å kutte waferen i to trinn under trinnskjæringsprosessen. Avfasingsprosessen utføres under skjæreprosessen. Dermed kan man oppnå høy formstyrke og høykvalitetsbehandling.
▲ Mekanisk bladskjæring – skråskjæring | Bildekildenettverk
Laserskjæring
Laserskjæring er en kontaktløs waferskjæringsteknologi som bruker en fokusert laserstråle for å separere individuelle brikker fra halvlederwafere. Den høyenergiske laserstrålen fokuseres på overflaten av waferen og fordamper eller fjerner materiale langs den forhåndsbestemte skjærelinjen gjennom ablasjon eller termiske dekomponeringsprosesser.
▲ Laserskjæringsdiagram | Bildekilde: KLA CHINA
Lasertyper som er mye brukt for tiden inkluderer ultrafiolette lasere, infrarøde lasere og femtosekundlasere. Blant disse brukes ultrafiolette lasere ofte til presis kaldeblasjon på grunn av deres høye fotonenergi, og den varmepåvirkede sonen er ekstremt liten, noe som effektivt kan redusere risikoen for termisk skade på waferen og dens omkringliggende brikker. Infrarøde lasere er bedre egnet for tykkere wafere fordi de kan trenge dypt inn i materialet. Femtosekundlasere oppnår høy presisjon og effektiv materialfjerning med nesten ubetydelig varmeoverføring gjennom ultrakorte lyspulser.
Laserskjæring har betydelige fordeler fremfor tradisjonell bladskjæring. For det første krever ikke laserskjæring, som en kontaktfri prosess, fysisk trykk på waferen, noe som reduserer fragmenterings- og sprekkdannelsesproblemene som er vanlige ved mekanisk skjæring. Denne funksjonen gjør laserskjæring spesielt egnet for behandling av skjøre eller ultratynne wafere, spesielt de med komplekse strukturer eller fine egenskaper.
▲ Laserskjæringsdiagram | Bildekildenettverk
I tillegg gjør den høye presisjonen og nøyaktigheten til laserskjæring det mulig å fokusere laserstrålen til en ekstremt liten punktstørrelse, støtte komplekse skjæremønstre og oppnå separasjon med minimal avstand mellom brikker. Denne funksjonen er spesielt viktig for avanserte halvlederkomponenter med krympende størrelser.
Laserskjæring har imidlertid også noen begrensninger. Sammenlignet med bladskjæring er det tregere og dyrere, spesielt i storskalaproduksjon. I tillegg kan det være utfordrende å velge riktig lasertype og optimalisere parametere for å sikre effektiv materialfjerning og minimal varmepåvirket sone for visse materialer og tykkelser.
Laserablasjonsskjæring
Under laserablasjonsskjæring fokuseres laserstrålen presist på et spesifisert sted på overflaten av waferen, og laserenergien styres i henhold til et forhåndsbestemt skjæremønster, og skjærer gradvis gjennom waferen til bunnen. Avhengig av skjærekravene utføres denne operasjonen ved hjelp av en pulserende laser eller en kontinuerlig bølgelaser. For å forhindre skade på waferen på grunn av overdreven lokal oppvarming av laseren, brukes kjølevann for å kjøle ned og beskytte waferen mot termisk skade. Samtidig kan kjølevann også effektivt fjerne partikler som genereres under skjæreprosessen, forhindre forurensning og sikre skjærekvaliteten.
Laser usynlig skjæring
Laseren kan også fokuseres for å overføre varme til hoveddelen av waferen, en metode som kalles «usynlig laserskjæring». I denne metoden skaper varmen fra laseren hull i rissebanene. Disse svekkede områdene oppnår deretter en lignende penetrasjonseffekt ved å brekke når waferen strekkes.
▲ Hovedprosess for usynlig laserskjæring
Den usynlige skjæreprosessen er en intern absorpsjonslaserprosess, snarere enn laserablasjon der laseren absorberes på overflaten. Ved usynlig skjæring brukes laserstråleenergi med en bølgelengde som er semi-transparent for wafersubstratmaterialet. Prosessen er delt inn i to hovedtrinn, det ene er en laserbasert prosess, og det andre er en mekanisk separasjonsprosess.
▲Laserstrålen lager en perforering under waferoverflaten, og for- og baksidene påvirkes ikke | Bildekildenettverk
I det første trinnet, mens laserstrålen skanner waferen, fokuserer laserstrålen på et spesifikt punkt inne i waferen, og danner et sprekkpunkt inni. Stråleenergien forårsaker en serie sprekker på innsiden, som ennå ikke har strukket seg gjennom hele tykkelsen på waferen til topp- og bunnflatene.
▲Sammenligning av 100 μm tykke silisiumskiver kuttet med bladmetoden og usynlig laserskjæremetode | Bildekildenettverk
I det andre trinnet utvides chipbåndet nederst på waferen fysisk, noe som forårsaker strekkspenning i sprekkene inne i waferen, som induseres i laserprosessen i det første trinnet. Denne spenningen fører til at sprekkene strekker seg vertikalt til waferens øvre og nedre overflater, og deretter deler waferen i brikker langs disse skjærepunktene. Ved usynlig skjæring brukes vanligvis halvskjæring eller bunnsidehalvskjæring for å lette separasjonen av wafere i brikker eller brikker.
Viktige fordeler med usynlig laserskjæring fremfor laserablasjon:
• Ingen kjølevæske nødvendig
• Ingen avfall generert
• Ingen varmepåvirkede soner som kan skade sensitive kretser
Plasmaskjæring
Plasmaskjæring (også kjent som plasmaetsing eller tørretsing) er en avansert waferskjæringsteknologi som bruker reaktiv ionetsing (RIE) eller dyp reaktiv ionetsing (DRIE) for å separere individuelle brikker fra halvlederwafere. Teknologien oppnår skjæring ved kjemisk å fjerne materiale langs forhåndsbestemte skjærelinjer ved hjelp av plasma.
Under plasmaskjæringsprosessen plasseres halvlederskiven i et vakuumkammer, en kontrollert reaktiv gassblanding introduseres i kammeret, og et elektrisk felt påføres for å generere et plasma som inneholder en høy konsentrasjon av reaktive ioner og radikaler. Disse reaktive artene samhandler med skivematerialet og fjerner selektivt skivemateriale langs risselinjen gjennom en kombinasjon av kjemisk reaksjon og fysisk sputtering.
Hovedfordelen med plasmaskjæring er at den reduserer mekanisk belastning på waferen og brikken, og potensiell skade forårsaket av fysisk kontakt. Denne prosessen er imidlertid mer kompleks og tidkrevende enn andre metoder, spesielt når man arbeider med tykkere wafere eller materialer med høy etsemotstand, så bruken i masseproduksjon er begrenset.
▲Bildekildenettverk
I halvlederproduksjon må waferskjæremetoden velges basert på mange faktorer, inkludert wafermaterialeegenskaper, brikkestørrelse og geometri, nødvendig presisjon og nøyaktighet, og totale produksjonskostnader og effektivitet.
Publisert: 20. september 2024