เทคโนโลยีเลเซอร์นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการแปรรูปพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์

 

1. ภาพรวมของพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์เทคโนโลยีการประมวลผล

ปัจจุบันพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ ขั้นตอนการแปรรูปประกอบด้วย: การเจียรขอบวงกลมด้านนอก การตัด การลบคม การเจียร การขัดเงา การทำความสะอาด ฯลฯ การตัดเป็นขั้นตอนสำคัญในการแปรรูปพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์และเป็นขั้นตอนสำคัญในการเปลี่ยนแท่งโลหะให้เป็นพื้นผิว ปัจจุบัน การตัดแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์โดยหลักแล้วคือการตัดด้วยลวด การตัดด้วยลวดหลายเส้นแบบใช้สารละลายเป็นวิธีการตัดด้วยลวดที่ดีที่สุดในปัจจุบัน แต่ก็ยังมีปัญหาเรื่องคุณภาพการตัดที่ไม่ดีและการสูญเสียจากการตัดมาก การสูญเสียจากการตัดด้วยลวดจะเพิ่มขึ้นตามขนาดของวัสดุที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งไม่เอื้ออำนวยต่อ...พื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์ผู้ผลิตมุ่งมั่นที่จะลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ ในกระบวนการตัดแต่งซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว สารตั้งต้นรูปทรงพื้นผิวของวัสดุรองรับที่ได้จากการตัดด้วยลวดนั้นไม่ดี และคุณลักษณะเชิงตัวเลข เช่น การบิดเบี้ยวและการโก่งงอ ก็ไม่ดีเช่นกัน

การตัดเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตแผ่นรองพื้นเซมิคอนดักเตอร์ อุตสาหกรรมกำลังพยายามหาวิธีการตัดใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง เช่น การตัดด้วยลวดเพชรและการตัดด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ได้รับความสนใจอย่างมากในปัจจุบัน การนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ช่วยลดการสูญเสียจากการตัดและเพิ่มประสิทธิภาพการตัดจากหลักการทางเทคนิค โซลูชันการตัดด้วยเลเซอร์มีความต้องการสูงในด้านระดับของระบบอัตโนมัติและต้องใช้เทคโนโลยีการทำให้บางร่วมด้วย ซึ่งสอดคล้องกับทิศทางการพัฒนาในอนาคตของการแปรรูปแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ ผลผลิตต่อชิ้นของการตัดด้วยลวดแบบดั้งเดิมโดยทั่วไปอยู่ที่ 1.5-1.6 การนำเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์มาใช้สามารถเพิ่มผลผลิตต่อชิ้นได้ประมาณ 2.0 (อ้างอิงจากอุปกรณ์ DISCO) ในอนาคต เมื่อเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์มีความสมบูรณ์มากขึ้น ผลผลิตต่อชิ้นอาจได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้นไปอีก ในขณะเดียวกัน การตัดด้วยเลเซอร์ยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการตัดได้อย่างมาก จากการวิจัยตลาดพบว่า DISCO ซึ่งเป็นผู้นำในอุตสาหกรรม สามารถตัดได้หนึ่งชิ้นในเวลาประมาณ 10-15 นาที ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าการตัดด้วยลวดแบบดั้งเดิมในปัจจุบันที่ใช้เวลา 60 นาทีต่อชิ้นมาก

ขั้นตอนการตัดด้วยลวดแบบดั้งเดิมของแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ประกอบด้วย: การตัดด้วยลวด - การเจียรหยาบ - การเจียรละเอียด - การขัดหยาบ และการขัดละเอียด หลังจากที่กระบวนการลอกด้วยเลเซอร์เข้ามาแทนที่การตัดด้วยลวดแล้ว กระบวนการทำให้บางลงจะถูกนำมาใช้แทนที่กระบวนการเจียร ซึ่งช่วยลดการสูญเสียชิ้นงานและเพิ่มประสิทธิภาพในการประมวลผล กระบวนการลอกด้วยเลเซอร์ในการตัด เจียร และขัดเงาแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์แบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การสแกนพื้นผิวด้วยเลเซอร์ - การลอกแผ่นรองพื้น - การปรับพื้นผิวแท่งโลหะให้เรียบ: การสแกนพื้นผิวด้วยเลเซอร์คือการใช้พัลส์เลเซอร์ความเร็วสูงพิเศษในการประมวลผลพื้นผิวของแท่งโลหะเพื่อสร้างชั้นดัดแปลงภายในแท่งโลหะ การลอกแผ่นรองพื้นคือการแยกแผ่นรองพื้นเหนือชั้นดัดแปลงออกจากแท่งโลหะด้วยวิธีการทางกายภาพ การปรับพื้นผิวแท่งโลหะให้เรียบคือการกำจัดชั้นดัดแปลงบนพื้นผิวของแท่งโลหะเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นผิวของแท่งโลหะเรียบ
กระบวนการลอกด้วยเลเซอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์

 

2. ความก้าวหน้าในระดับนานาชาติของเทคโนโลยีการลอกด้วยเลเซอร์และบริษัทที่เกี่ยวข้องในอุตสาหกรรม

กระบวนการลอกแผ่นเวเฟอร์ด้วยเลเซอร์ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยบริษัทต่างประเทศ: ในปี 2016 บริษัท DISCO ของญี่ปุ่นได้พัฒนาเทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์แบบใหม่ชื่อ KABRA ซึ่งสร้างชั้นแยกและแยกแผ่นเวเฟอร์ที่ความลึกที่กำหนดโดยการฉายแสงเลเซอร์อย่างต่อเนื่องไปยังแท่งโลหะ ซึ่งสามารถใช้ได้กับแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์หลายประเภท ในเดือนพฤศจิกายน 2018 บริษัท Infineon Technologies ได้เข้าซื้อกิจการ Siltectra GmbH ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ทอัพด้านการตัดแผ่นเวเฟอร์ ในราคา 124 ล้านยูโร บริษัทหลังนี้ได้พัฒนา กระบวนการ Cold Split ซึ่งใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ที่จดสิทธิบัตรแล้วในการกำหนดช่วงการแยก เคลือบวัสดุโพลีเมอร์พิเศษ ควบคุมความเครียดที่เกิดจากการระบายความร้อนของระบบ แยกวัสดุอย่างแม่นยำ และทำการเจียรและทำความสะอาดเพื่อให้ได้แผ่นเวเฟอร์ที่ตัดแล้ว

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทในประเทศบางแห่งได้เข้าสู่ธุรกิจอุปกรณ์ลอกสีด้วยเลเซอร์เช่นกัน บริษัทหลักๆ ได้แก่ Han's Laser, Delong Laser, West Lake Instrument, Universal Intelligence, China Electronics Technology Group Corporation และสถาบันเซมิคอนดักเตอร์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน ในจำนวนนี้ บริษัทที่จดทะเบียนในตลาดหลักทรัพย์อย่าง Han's Laser และ Delong Laser ได้วางแผนมาเป็นเวลานานแล้ว และผลิตภัณฑ์ของพวกเขากำลังได้รับการตรวจสอบจากลูกค้า แต่บริษัทเหล่านี้มีสายผลิตภัณฑ์มากมาย และอุปกรณ์ลอกสีด้วยเลเซอร์เป็นเพียงหนึ่งในธุรกิจของพวกเขาเท่านั้น ส่วนผลิตภัณฑ์ของบริษัทดาวรุ่งอย่าง West Lake Instrument นั้น ได้รับการจัดส่งคำสั่งซื้ออย่างเป็นทางการแล้ว Universal Intelligence, China Electronics Technology Group Corporation 2, สถาบันเซมิคอนดักเตอร์แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์จีน และบริษัทอื่นๆ ก็ได้เปิดเผยความคืบหน้าของอุปกรณ์เช่นกัน

 

3. ปัจจัยขับเคลื่อนการพัฒนาเทคโนโลยีการลอกสีด้วยเลเซอร์และจังหวะการนำออกสู่ตลาด

การลดลงของราคาแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 6 นิ้ว ช่วยกระตุ้นการพัฒนาเทคโนโลยีการลอกด้วยเลเซอร์: ปัจจุบัน ราคาแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 6 นิ้วลดลงต่ำกว่า 4,000 หยวนต่อชิ้น ใกล้เคียงกับต้นทุนการผลิตของผู้ผลิตบางราย กระบวนการลอกด้วยเลเซอร์มีอัตราผลผลิตสูงและกำไรดี ซึ่งผลักดันให้การใช้งานเทคโนโลยีการลอกด้วยเลเซอร์เพิ่มสูงขึ้น

การลดความหนาของแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว เป็นแรงผลักดันให้เกิดการพัฒนาเทคโนโลยีการลอกด้วยเลเซอร์: ปัจจุบันความหนาของแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้วอยู่ที่ 500 ไมโครเมตร และกำลังพัฒนาไปสู่ความหนา 350 ไมโครเมตร กระบวนการตัดด้วยลวดไม่มีประสิทธิภาพในการแปรรูปซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 8 นิ้ว (พื้นผิวของแผ่นรองพื้นไม่ดี) และค่า BOW และ WARP ก็แย่ลงอย่างมาก การลอกด้วยเลเซอร์จึงถือเป็นเทคโนโลยีการแปรรูปที่จำเป็นสำหรับการแปรรูปแผ่นรองพื้นซิลิคอนคาร์ไบด์ขนาด 350 ไมโครเมตร ซึ่งเป็นแรงผลักดันให้การใช้งานเทคโนโลยีการลอกด้วยเลเซอร์เพิ่มสูงขึ้น

ความคาดหวังของตลาด: อุปกรณ์ลอกเลเซอร์บนพื้นผิว SiC จะได้รับประโยชน์จากการขยายตัวของ SiC ขนาด 8 นิ้ว และการลดต้นทุนของ SiC ขนาด 6 นิ้ว จุดเปลี่ยนสำคัญของอุตสาหกรรมกำลังใกล้เข้ามา และการพัฒนาของอุตสาหกรรมจะเร่งตัวขึ้นอย่างมาก