RånSkärning är en av de viktiga länkarna i produktionen av krafthalvledare. Detta steg är utformat för att noggrant separera enskilda integrerade kretsar eller chips från halvledarskivor.
Nyckeln tillrånskärning är att kunna separera enskilda flisor samtidigt som man säkerställer att de känsliga strukturerna och kretsarna som är inbäddade irånskadas inte. Huruvida skärprocessen lyckas eller misslyckas påverkar inte bara separationskvaliteten och spånutbytet, utan är också direkt relaterad till effektiviteten i hela produktionsprocessen.
▲Tre vanliga typer av skivskärning | Källa: KLA CHINA
För närvarande är den gemensammarånskärprocesser är indelade i:
Bladskärning: låg kostnad, används vanligtvis för tjockarewafers
Laserskärning: hög kostnad, används vanligtvis för wafers med en tjocklek på mer än 30 μm
Plasmaskärning: hög kostnad, fler begränsningar, används vanligtvis för wafers med en tjocklek på mindre än 30 μm
Mekanisk bladskärning
Bladskärning är en process där man skär längs ritslinjen med en höghastighetsroterande slipskiva (blad). Bladet är vanligtvis tillverkat av slipande eller ultratunt diamantmaterial, lämpligt för skivning eller spårfräsning på kiselskivor. Men som en mekanisk skärmetod förlitar sig bladskärning på fysisk materialborttagning, vilket lätt kan leda till flisning eller sprickbildning i spånkanten, vilket påverkar produktkvaliteten och minskar utbytet.
Kvaliteten på den slutliga produkten som produceras genom den mekaniska sågprocessen påverkas av flera parametrar, inklusive skärhastighet, bladtjocklek, bladdiameter och bladrotationshastighet.
Fullt snitt är den mest grundläggande bladskärningsmetoden, vilken helt skär arbetsstycket genom att skära till ett fast material (till exempel ett skärband).
▲ Mekanisk bladskärning – fullständig skärning | Bildkälla nätverk
Halvskärning är en bearbetningsmetod som producerar ett spår genom att skära till mitten av arbetsstycket. Genom att kontinuerligt utföra spårfräsningsprocessen kan kam- och nålformade spetsar produceras.
▲ Mekanisk bladskärning – halvskärning | Bildkälla nätverk
Dubbelsågning är en bearbetningsmetod som använder en dubbelsåg med två spindlar för att utföra hel- eller halvsågningar på två produktionslinjer samtidigt. Dubbelsågen har två spindelaxlar. Hög genomströmning kan uppnås genom denna process.
▲ Mekanisk bladskärning – dubbelskärning | Bildkälla nätverk
Stegvis skärning använder en dubbelsåg med två spindlar för att utföra hela och halva snitt i två steg. Använd blad som är optimerade för att skära ledningslagret på waferns yta och blad som är optimerade för den återstående kiselkristallen för att uppnå högkvalitativ bearbetning.
▲ Mekanisk bladskärning – stegvis skärning | Bildkälla nätverk
Fasskärning är en bearbetningsmetod som använder ett blad med en V-formad kant på den halvskurna kanten för att skära wafern i två steg under stegvis skärning. Avfasningsprocessen utförs under skärprocessen. Därför kan hög formhållfasthet och högkvalitativ bearbetning uppnås.
▲ Mekanisk bladskärning – fasskärning | Bildkälla nätverk
Laserskärning
Laserskärning är en beröringsfri waferskärningsteknik som använder en fokuserad laserstråle för att separera enskilda chips från halvledarwafers. Den högenergiska laserstrålen fokuseras på waferns yta och avdunstar eller avlägsnar material längs den förutbestämda skärlinjen genom ablation eller termisk nedbrytning.
▲ Laserskärningsdiagram | Bildkälla: KLA CHINA
De lasrar som för närvarande används i stor utsträckning inkluderar ultravioletta lasrar, infraröda lasrar och femtosekundlasrar. Bland dem används ultravioletta lasrar ofta för exakt kall ablation på grund av deras höga fotonenergi, och den värmepåverkade zonen är extremt liten, vilket effektivt kan minska risken för termisk skada på wafern och dess omgivande chip. Infraröda lasrar är bättre lämpade för tjockare wafers eftersom de kan penetrera djupt in i materialet. Femtosekundlasrar uppnår hög precision och effektiv materialborttagning med nästan försumbar värmeöverföring genom ultrakorta ljuspulser.
Laserskärning har betydande fördelar jämfört med traditionell bladskärning. För det första kräver laserskärning, som en kontaktfri process, inte fysiskt tryck på wafern, vilket minskar de fragmenterings- och sprickproblem som är vanliga vid mekanisk skärning. Denna egenskap gör laserskärning särskilt lämplig för bearbetning av ömtåliga eller ultratunna wafers, särskilt de med komplexa strukturer eller fina egenskaper.
▲ Laserskärningsdiagram | Bildkällanätverk
Dessutom möjliggör laserskärningens höga precision och noggrannhet att fokusera laserstrålen till en extremt liten punktstorlek, stödja komplexa skärmönster och uppnå separering med minimalt avstånd mellan chips. Denna funktion är särskilt viktig för avancerade halvledarkomponenter med krympande storlekar.
Laserskärning har dock också vissa begränsningar. Jämfört med bladskärning är det långsammare och dyrare, särskilt vid storskalig produktion. Dessutom kan det vara utmanande att välja rätt lasertyp och optimera parametrar för att säkerställa effektiv materialavverkning och minimal värmepåverkad zon för vissa material och tjocklekar.
Laserablationsskärning
Under laserablationsskärning fokuseras laserstrålen exakt på en specificerad plats på waferns yta, och laserenergin styrs enligt ett förutbestämt skärmönster och skär gradvis genom wafern till botten. Beroende på skärkraven utförs denna operation med en pulserad laser eller en kontinuerlig våglaser. För att förhindra skador på wafern på grund av överdriven lokal uppvärmning av lasern används kylvatten för att kyla ner och skydda wafern från termisk skada. Samtidigt kan kylvatten också effektivt avlägsna partiklar som genereras under skärprocessen, förhindra kontaminering och säkerställa skärkvaliteten.
Laser osynlig skärning
Lasern kan också fokuseras för att överföra värme till skivans huvuddel, en metod som kallas "osynlig laserskärning". Vid denna metod skapar värmen från lasern mellanrum i ritningsbanorna. Dessa försvagade områden uppnår sedan en liknande penetrationseffekt genom att gå sönder när skivan sträcks.
▲Huvudprocessen för osynlig laserskärning
Den osynliga skärprocessen är en intern absorptionslaserprocess, snarare än laserablation där lasern absorberas på ytan. Vid osynlig skärning används laserstråleenergi med en våglängd som är halvtransparent för wafersubstratmaterialet. Processen är uppdelad i två huvudsteg, det ena är en laserbaserad process och det andra är en mekanisk separationsprocess.
▲Laserstrålen skapar en perforering under skivans yta, och fram- och baksidorna påverkas inte | Bildkällanätverk
I det första steget, när laserstrålen skannar wafern, fokuserar laserstrålen på en specifik punkt inuti wafern och bildar en sprickpunkt inuti. Strålenergin orsakar att en serie sprickor bildas inuti, vilka ännu inte har sträckt sig genom hela waferns tjocklek till de övre och nedre ytorna.
▲Jämförelse av 100 μm tjocka kiselskivor skurna med bladmetoden och laserskärningsmetod med osynlig laserskärning | Bildkälla nätverk
I det andra steget expanderas chipbandet längst ner på wafern fysiskt, vilket orsakar dragspänning i sprickorna inuti wafern, vilka induceras i laserprocessen i det första steget. Denna spänning gör att sprickorna sträcker sig vertikalt till waferns övre och nedre ytor, och sedan separerar wafern i chips längs dessa skärpunkter. Vid osynlig skärning används vanligtvis halvskärning eller bottenhalvskärning för att underlätta separeringen av wafers i chips eller chips.
Viktiga fördelar med osynlig laserskärning jämfört med laserablation:
• Ingen kylvätska behövs
• Inget skräp genereras
• Inga värmepåverkade zoner som kan skada känsliga kretsar
Plasmaskärning
Plasmaskärning (även känd som plasmaetsning eller torretsning) är en avancerad waferskärningsteknik som använder reaktiv jonetsning (RIE) eller djupreaktiv jonetsning (DRIE) för att separera enskilda chip från halvledarwafers. Tekniken uppnår skärning genom att kemiskt avlägsna material längs förutbestämda skärlinjer med hjälp av plasma.
Under plasmaskärningsprocessen placeras halvledarskivan i en vakuumkammare, en kontrollerad reaktiv gasblandning införs i kammaren och ett elektriskt fält appliceras för att generera en plasma som innehåller en hög koncentration av reaktiva joner och radikaler. Dessa reaktiva ämnen interagerar med skivmaterialet och avlägsnar selektivt skivmaterial längs ritslinjen genom en kombination av kemisk reaktion och fysisk sputtering.
Den största fördelen med plasmaskärning är att den minskar mekanisk belastning på wafern och chipet och minskar potentiella skador orsakade av fysisk kontakt. Denna process är dock mer komplex och tidskrävande än andra metoder, särskilt när det gäller tjockare wafers eller material med hög etsningsbeständighet, så dess tillämpning i massproduktion är begränsad.
▲Bildkällans nätverk
Vid halvledartillverkning måste waferskärningsmetod väljas baserat på många faktorer, inklusive wafermaterialets egenskaper, chipstorlek och geometri, erforderlig precision och noggrannhet samt total produktionskostnad och effektivitet.
Publiceringstid: 20 sep-2024