ВафляРезка — одно из важных звеньев в производстве силовых полупроводников. Этот этап предназначен для точного отделения отдельных интегральных схем или чипов от полупроводниковых пластин.
ключ квафляРазрез позволяет разделить отдельные микросхемы, обеспечивая при этом сохранность хрупких структур и схем, встроенных в них.вафляне повреждаются. Успех или неудача процесса резки влияет не только на качество разделения и выход стружки, но и напрямую связана с эффективностью всего производственного процесса.
▲Три распространенных типа нарезки вафель | Источник: KLA CHINA
В настоящее время, общийвафляПроцессы резки делятся на следующие категории:
Резка лезвием: недорогой способ, обычно используется для более толстых материалов.вафли
Лазерная резка: дорогостоящий метод, обычно используется для пластин толщиной более 30 мкм.
Плазменная резка: высокая стоимость, больше ограничений, обычно используется для пластин толщиной менее 30 мкм.
Механическая резка лезвием
Резка лезвием — это процесс резки вдоль разметочной линии высокоскоростным вращающимся шлифовальным диском (лезвием). Лезвие обычно изготавливается из абразивного или сверхтонкого алмазного материала, подходящего для нарезки или создания канавок на кремниевых пластинах. Однако, как механический метод резки, резка лезвием основана на физическом удалении материала, что легко может привести к сколам или растрескиванию кромки стружки, тем самым влияя на качество продукции и снижая выход годной продукции.
На качество конечного продукта, получаемого в результате механической распиловки, влияют множество параметров, включая скорость резания, толщину полотна, диаметр полотна и скорость вращения полотна.
Полная резка — это самый простой метод резки с помощью лезвия, при котором заготовка полностью разрезается до неподвижного материала (например, ленты для резки).
▲ Механическая резка лезвием — полный разрез | Источник изображения: сеть
Метод полурезки заключается в создании канавки путем разрезания заготовки до середины. Благодаря непрерывному процессу нарезания канавок можно получить гребенчатые и игольчатые наконечники.
▲ Механическая резка лезвием – полурезка | Источник изображения
Двойная резка — это метод обработки, при котором используется двухпильный станок с двумя шпинделями для выполнения полных или половинных распилов на двух производственных линиях одновременно. Двухпильный станок имеет две оси шпинделя. Благодаря этому процессу достигается высокая производительность.
▲ Механическая резка лезвием — двойная резка | Источник изображения: сеть
Пошаговая резка осуществляется с помощью двухпильного станка с двумя шпинделями, что позволяет выполнять полные и половинные разрезы в два этапа. Для достижения высокого качества обработки используются лезвия, оптимизированные для резки проволочного слоя на поверхности пластины, и лезвия, оптимизированные для резки оставшегося монокристаллического кремния.
▲ Механическая резка лезвием – ступенчатая резка | Источник изображения: сеть
Резка под углом — это метод обработки, при котором лезвие с V-образным лезвием на половине среза разрезается в два этапа в процессе ступенчатой резки. Снятие фаски происходит во время самой резки. Таким образом, достигается высокая прочность пресс-формы и высокое качество обработки.
▲ Механическая резка лезвием – резка под углом | Источник изображения: сеть
Лазерная резка
Лазерная резка — это бесконтактная технология резки пластин, использующая сфокусированный лазерный луч для отделения отдельных чипов от полупроводниковых пластин. Высокоэнергетический лазерный луч фокусируется на поверхности пластины и испаряет или удаляет материал вдоль заданной линии резки посредством процессов абляции или термического разложения.
▲ Схема лазерной резки | Источник изображения: KLA CHINA
В настоящее время широко используются следующие типы лазеров: ультрафиолетовые, инфракрасные и фемтосекундные. Среди них ультрафиолетовые лазеры часто применяются для точной холодной абляции благодаря высокой энергии фотонов и чрезвычайно малой зоне термического воздействия, что позволяет эффективно снизить риск термического повреждения пластины и окружающих её чипов. Инфракрасные лазеры лучше подходят для более толстых пластин, поскольку они могут глубоко проникать в материал. Фемтосекундные лазеры обеспечивают высокоточное и эффективное удаление материала с практически незначительным тепловыделением за счет сверхкоротких световых импульсов.
Лазерная резка имеет существенные преимущества перед традиционной резкой лезвием. Во-первых, будучи бесконтактным процессом, лазерная резка не требует физического давления на пластину, что снижает проблемы фрагментации и растрескивания, характерные для механической резки. Эта особенность делает лазерную резку особенно подходящей для обработки хрупких или сверхтонких пластин, особенно тех, которые имеют сложную структуру или тонкие элементы.
▲ Схема лазерной резки | Источник изображения
Кроме того, высокая точность лазерной резки позволяет фокусировать лазерный луч в чрезвычайно малое пятно, поддерживать сложные схемы резки и обеспечивать минимальное расстояние между микросхемами. Эта особенность особенно важна для современных полупроводниковых устройств с уменьшающимися размерами.
Однако лазерная резка также имеет некоторые ограничения. По сравнению с резкой лезвием, она медленнее и дороже, особенно в крупномасштабном производстве. Кроме того, выбор правильного типа лазера и оптимизация параметров для обеспечения эффективного удаления материала и минимальной зоны термического воздействия могут быть сложной задачей для определенных материалов и толщин.
Лазерная абляционная резка
В процессе лазерной абляции лазерный луч точно фокусируется в заданной точке на поверхности пластины, а энергия лазера направляется в соответствии с заранее определенной схемой резки, постепенно прорезая пластину до самого низа. В зависимости от требований к резке, эта операция выполняется с использованием импульсного или непрерывного лазера. Для предотвращения повреждения пластины из-за чрезмерного локального нагрева лазером используется охлаждающая вода, которая охлаждает и защищает пластину от термического повреждения. В то же время охлаждающая вода эффективно удаляет частицы, образующиеся в процессе резки, предотвращает загрязнение и обеспечивает качество резки.
Лазерная невидимая резка
Лазер также можно сфокусировать для передачи тепла в основную часть пластины — метод, называемый «невидимой лазерной резкой». При этом методе тепло от лазера создает зазоры в линиях разметки. Эти ослабленные участки затем достигают аналогичного эффекта проникновения, разрушаясь при растяжении пластины.
▲Основной процесс лазерной невидимой резки
Процесс невидимой резки представляет собой процесс лазерного поглощения внутри подложки, в отличие от лазерной абляции, при которой лазерный луч поглощается на поверхности. При невидимой резке используется энергия лазерного луча с длиной волны, полупрозрачной для материала подложки. Процесс делится на два основных этапа: один основан на лазерном воздействии, а другой — на механическом разделении.
▲Лазерный луч создает перфорацию под поверхностью пластины, при этом передняя и задняя стороны остаются неповрежденными | Источник изображения
На первом этапе, по мере сканирования пластины лазерным лучом, луч фокусируется на определенной точке внутри пластины, образуя внутри трещину. Энергия луча вызывает образование ряда трещин внутри, которые еще не распространились по всей толщине пластины до верхней и нижней поверхностей.
▲Сравнение кремниевых пластин толщиной 100 мкм, вырезанных методом лезвия и методом невидимой лазерной резки | Источник изображения
На втором этапе лента с чипами в нижней части пластины физически расширяется, что вызывает растягивающее напряжение в трещинах внутри пластины, образованных в процессе лазерной обработки на первом этапе. Это напряжение приводит к тому, что трещины распространяются вертикально к верхней и нижней поверхностям пластины, а затем пластина разделяется на чипы вдоль этих точек разреза. При невидимой резке обычно используется полурезка или полурезка с нижней стороны для облегчения разделения пластин на чипы.
Основные преимущества невидимой лазерной резки по сравнению с лазерной абляцией:
• Охлаждающая жидкость не требуется
• Не образовалось никакого мусора
• Отсутствие зон термического воздействия, которые могли бы повредить чувствительные схемы.
Плазменная резка
Плазменная резка (также известная как плазменное травление или сухое травление) — это передовая технология резки пластин, использующая реактивное ионное травление (РИТ) или глубокое реактивное ионное травление (ГИД) для отделения отдельных чипов от полупроводниковых пластин. Технология обеспечивает резку путем химического удаления материала вдоль заданных линий резки с помощью плазмы.
В процессе плазменной резки полупроводниковая пластина помещается в вакуумную камеру, в камеру подается контролируемая реактивная газовая смесь, и прикладывается электрическое поле для генерации плазмы, содержащей высокую концентрацию реактивных ионов и радикалов. Эти реактивные частицы взаимодействуют с материалом пластины и избирательно удаляют материал пластины вдоль линии разметки посредством сочетания химической реакции и физического распыления.
Главное преимущество плазменной резки заключается в снижении механического напряжения на пластине и чипе, а также в уменьшении потенциальных повреждений, вызванных физическим контактом. Однако этот процесс более сложен и трудоемок, чем другие методы, особенно при работе с более толстыми пластинами или материалами с высокой стойкостью к травлению, поэтому его применение в массовом производстве ограничено.
▲Сеть источников изображений
В полупроводниковом производстве выбор метода резки пластины должен основываться на множестве факторов, включая свойства материала пластины, размер и геометрию чипа, требуемую точность и аккуратность, а также общую себестоимость и эффективность производства.
Дата публикации: 20 сентября 2024 г.