WaferO corte é uma das etapas importantes na produção de semicondutores de potência. Essa etapa é projetada para separar com precisão os circuitos integrados ou chips individuais dos wafers semicondutores.
A chave parawaferO objetivo do corte é separar os chips individualmente, garantindo a preservação das estruturas e circuitos delicados neles embutidos.wafernão são danificados. O sucesso ou fracasso do processo de corte não afeta apenas a qualidade da separação e o rendimento do cavaco, mas também está diretamente relacionado à eficiência de todo o processo de produção.
▲Três tipos comuns de corte de wafers | Fonte: KLA CHINA
Atualmente, o comumwaferOs processos de corte são divididos em:
Corte com lâmina: baixo custo, geralmente usado para materiais mais espessos.wafers
Corte a laser: alto custo, geralmente usado para wafers com espessura superior a 30 μm.
Corte a plasma: alto custo, mais restrições, geralmente usado para wafers com espessura inferior a 30 μm.
Corte mecânico com lâmina
O corte por lâmina é um processo de corte ao longo da linha de riscagem por um disco de retificação rotativo de alta velocidade (lâmina). A lâmina é geralmente feita de material abrasivo ou diamante ultrafino, adequado para fatiar ou sulcar wafers de silício. No entanto, como um método de corte mecânico, o corte por lâmina depende da remoção física de material, o que pode facilmente levar a lascas ou rachaduras na borda da lasca, afetando assim a qualidade do produto e reduzindo o rendimento.
A qualidade do produto final obtido pelo processo de serragem mecânica é afetada por diversos parâmetros, incluindo velocidade de corte, espessura da lâmina, diâmetro da lâmina e velocidade de rotação da lâmina.
O corte total é o método de corte com lâmina mais básico, que corta completamente a peça de trabalho cortando até um material fixo (como uma fita de corte).
▲ Corte mecânico com lâmina - corte completo | Fonte da imagem: rede
O corte pela metade é um método de usinagem que cria um sulco cortando até o meio da peça. Ao realizar o processo de ranhuramento continuamente, é possível produzir pontas em forma de pente e agulha.
▲ Corte mecânico com lâmina - meio corte | Fonte da imagem: rede
O corte duplo é um método de processamento que utiliza uma serra de corte duplo com dois fusos para realizar cortes totais ou parciais em duas linhas de produção simultaneamente. A serra de corte duplo possui dois eixos de fuso. Esse processo permite alcançar alta produtividade.
▲ Corte mecânico com lâmina - corte duplo | Fonte da imagem: rede
O corte por etapas utiliza uma serra de corte duplo com dois eixos para realizar cortes totais e parciais em duas etapas. Utilizam-se lâminas otimizadas para cortar a camada de fios na superfície do wafer e lâminas otimizadas para o restante do cristal de silício monocristalino, a fim de obter um processamento de alta qualidade.
▲ Corte mecânico com lâmina – corte em degraus | Rede de fontes de imagem
O corte em bisel é um método de processamento que utiliza uma lâmina com borda em forma de V na metade do corte para cortar o wafer em duas etapas durante o processo de corte escalonado. O chanfro é realizado durante o processo de corte. Portanto, é possível obter alta resistência do molde e processamento de alta qualidade.
▲ Corte mecânico com lâmina – corte em bisel | Rede de fontes de imagem
Corte a laser
O corte a laser é uma tecnologia de corte de wafers sem contato que utiliza um feixe de laser focalizado para separar chips individuais de wafers semicondutores. O feixe de laser de alta energia é focalizado na superfície do wafer e evapora ou remove material ao longo da linha de corte predeterminada por meio de processos de ablação ou decomposição térmica.
▲ Diagrama de corte a laser | Fonte da imagem: KLA CHINA
Os tipos de lasers atualmente mais utilizados incluem lasers ultravioleta, lasers infravermelhos e lasers de femtosegundo. Dentre eles, os lasers ultravioleta são frequentemente usados para ablação a frio de precisão devido à sua alta energia fotônica, e a zona afetada pelo calor é extremamente pequena, o que pode reduzir efetivamente o risco de danos térmicos ao wafer e aos chips adjacentes. Os lasers infravermelhos são mais adequados para wafers mais espessos, pois conseguem penetrar profundamente no material. Os lasers de femtosegundo alcançam remoção de material de alta precisão e eficiência com transferência de calor quase desprezível por meio de pulsos de luz ultracurtos.
O corte a laser apresenta vantagens significativas em relação ao corte tradicional com lâmina. Primeiramente, por ser um processo sem contato, o corte a laser não requer pressão física sobre o wafer, reduzindo os problemas de fragmentação e fissuras comuns no corte mecânico. Essa característica torna o corte a laser particularmente adequado para o processamento de wafers frágeis ou ultrafinos, especialmente aqueles com estruturas complexas ou detalhes minuciosos.
▲ Diagrama de corte a laser | Rede de fontes de imagem
Além disso, a alta precisão e exatidão do corte a laser permitem focalizar o feixe de laser em um ponto extremamente pequeno, suportando padrões de corte complexos e alcançando a separação com espaçamento mínimo entre os chips. Essa característica é particularmente importante para dispositivos semicondutores avançados com dimensões cada vez menores.
No entanto, o corte a laser também apresenta algumas limitações. Comparado ao corte com lâmina, é mais lento e mais caro, especialmente em produções de grande escala. Além disso, escolher o tipo de laser adequado e otimizar os parâmetros para garantir a remoção eficiente do material e minimizar a zona afetada pelo calor pode ser um desafio para certos materiais e espessuras.
Corte por ablação a laser
Durante o corte por ablação a laser, o feixe de laser é precisamente focalizado em um local específico na superfície do wafer, e a energia do laser é guiada de acordo com um padrão de corte predeterminado, cortando gradualmente o wafer até a base. Dependendo dos requisitos de corte, essa operação é realizada utilizando um laser pulsado ou um laser de onda contínua. Para evitar danos ao wafer devido ao superaquecimento localizado do laser, utiliza-se água de resfriamento para resfriá-lo e protegê-lo contra danos térmicos. Ao mesmo tempo, a água de resfriamento também remove eficazmente as partículas geradas durante o processo de corte, prevenindo a contaminação e garantindo a qualidade do corte.
Corte a laser invisível
O laser também pode ser focalizado para transferir calor para o corpo principal do wafer, um método chamado "corte a laser invisível". Nesse método, o calor do laser cria lacunas nas linhas de corte. Essas áreas enfraquecidas conseguem, então, um efeito de penetração semelhante ao se romperem quando o wafer é esticado.
▲Processo principal de corte invisível a laser
O processo de corte invisível é um processo a laser de absorção interna, em vez de ablação a laser, onde o laser é absorvido na superfície. No corte invisível, utiliza-se energia de feixe de laser com um comprimento de onda semitransparente ao material do substrato do wafer. O processo é dividido em duas etapas principais: uma baseada em laser e a outra em separação mecânica.
▲O feixe de laser cria uma perfuração abaixo da superfície do wafer, e os lados frontal e traseiro não são afetados | Fonte da imagem: rede
Na primeira etapa, à medida que o feixe de laser varre o wafer, ele se concentra em um ponto específico dentro do wafer, formando uma fissura interna. A energia do feixe provoca uma série de fissuras internas, que ainda não se estenderam por toda a espessura do wafer até as superfícies superior e inferior.
▲Comparação de wafers de silício de 100 μm de espessura cortados pelo método de lâmina e pelo método de corte invisível a laser | Fonte da imagem: rede
Na segunda etapa, a fita de chips na parte inferior do wafer é expandida fisicamente, o que causa tensão de tração nas fissuras internas do wafer, induzidas pelo processo a laser na primeira etapa. Essa tensão faz com que as fissuras se estendam verticalmente até as superfícies superior e inferior do wafer, separando-o em chips ao longo desses pontos de corte. No corte invisível, o corte pela metade ou o corte pela metade na parte inferior são geralmente usados para facilitar a separação dos wafers em chips.
Principais vantagens do corte a laser invisível em relação à ablação a laser:
• Não requer líquido refrigerante
• Sem geração de detritos
• Ausência de zonas afetadas pelo calor que possam danificar circuitos sensíveis.
Corte a plasma
O corte a plasma (também conhecido como gravação a plasma ou gravação a seco) é uma tecnologia avançada de corte de wafers que utiliza gravação iônica reativa (RIE) ou gravação iônica reativa profunda (DRIE) para separar chips individuais de wafers semicondutores. A tecnologia realiza o corte removendo quimicamente o material ao longo de linhas de corte predeterminadas usando plasma.
Durante o processo de corte a plasma, a pastilha semicondutora é colocada em uma câmara de vácuo, uma mistura controlada de gases reativos é introduzida na câmara e um campo elétrico é aplicado para gerar um plasma contendo uma alta concentração de íons e radicais reativos. Essas espécies reativas interagem com o material da pastilha e removem seletivamente o material ao longo da linha de corte por meio de uma combinação de reação química e pulverização catódica.
A principal vantagem do corte a plasma é a redução do estresse mecânico no wafer e no chip, bem como a diminuição de danos potenciais causados por contato físico. No entanto, esse processo é mais complexo e demorado do que outros métodos, especialmente quando se trata de wafers mais espessos ou materiais com alta resistência à corrosão, o que limita sua aplicação na produção em massa.
▲Rede de origem de imagens
Na fabricação de semicondutores, o método de corte do wafer precisa ser selecionado com base em diversos fatores, incluindo as propriedades do material do wafer, o tamanho e a geometria do chip, a precisão e a exatidão necessárias, bem como o custo e a eficiência geral da produção.
Data da publicação: 20 de setembro de 2024