ВафляРізання є однією з важливих ланок у виробництві силових напівпровідників. Цей етап призначений для точного відділення окремих інтегральних схем або мікросхем від напівпровідникових пластин.
Ключ довафляРізання полягає в тому, щоб мати можливість розділяти окремі чіпи, забезпечуючи при цьому збереження делікатних структур та схем, вбудованих увафляне пошкоджені. Успіх чи невдача процесу різання впливає не лише на якість відділення та вихід стружки, але й безпосередньо пов'язаний з ефективністю всього виробничого процесу.
▲Три поширені типи різання пластин | Джерело: KLA CHINA
Наразі поширенимвафляПроцеси різання поділяються на:
Різання лезом: низька вартість, зазвичай використовується для товстішихвафлі
Лазерне різання: висока вартість, зазвичай використовується для пластин товщиною понад 30 мкм
Плазмове різання: висока вартість, більше обмежень, зазвичай використовується для пластин товщиною менше 30 мкм
Механічне різання лезом
Різання лезом – це процес різання вздовж лінії надрізу за допомогою високошвидкісного обертового шліфувального диска (леза). Лезо зазвичай виготовлене з абразивного або надтонкого алмазного матеріалу, придатного для нарізання або нарізання канавок на кремнієвих пластинах. Однак, як механічний метод різання, різання лезом залежить від фізичного видалення матеріалу, що може легко призвести до відколів або розтріскування кромки стружки, що впливає на якість продукції та знижує вихід продукції.
На якість кінцевого продукту, виготовленого методом механічного розпилювання, впливає кілька параметрів, включаючи швидкість різання, товщину леза, діаметр леза та швидкість обертання леза.
Повний розріз – це найпростіший метод різання лезом, який повністю розрізає заготовку, розрізаючи її до фіксованого матеріалу (наприклад, ріжучої стрічки).
▲ Механічне лезо для різання - повний розріз | Мережа джерел зображення
Напіврізання – це метод обробки, який створює паз шляхом різання до середини заготовки. Завдяки безперервному виконанню процесу нарізання канавок можна отримати гребінчасті та голкоподібні наконечники.
▲ Механічне лезо для різання наполовину | Мережа джерел зображення
Подвійне різання – це метод обробки, в якому використовується подвійна різальна пилка з двома шпинделями для виконання повних або половинних розрізів на двох виробничих лініях одночасно. Подвійна різальна пилка має дві осі шпинделя. Завдяки цьому процесу можна досягти високої продуктивності.
▲ Механічне різання лезом - подвійний розріз | Мережа джерела зображення
Для ступінчастого різання використовується подвійна ріжуча пилка з двома шпинделями для виконання повних та половинних розрізів у два етапи. Використовуються леза, оптимізовані для різання шару проводів на поверхні пластини, та леза, оптимізовані для решти монокристала кремнію для досягнення високоякісної обробки.
▲ Різання механічним лезом – ступінчасте різання | Мережа джерел зображення
Фасочне різання – це метод обробки, в якому використовується лезо з V-подібним краєм на половині зрізаного краю для розрізання пластини у два етапи під час ступінчастого різання. Процес зняття фаски виконується під час різання. Таким чином, можна досягти високої міцності форми та високої якості обробки.
▲ Механічне різання лезом – скошене різання | Мережа джерел зображення
Лазерне різання
Лазерне різання — це технологія безконтактного різання пластин, яка використовує сфокусований лазерний промінь для відділення окремих мікросхем від напівпровідникових пластин. Високоенергетичний лазерний промінь фокусується на поверхні пластини та випаровує або видаляє матеріал вздовж заданої лінії різу за допомогою процесів абляції або термічного розкладання.
▲ Схема лазерного різання | Джерело зображення: KLA CHINA
Типи лазерів, що зараз широко використовуються, включають ультрафіолетові лазери, інфрачервоні лазери та фемтосекундні лазери. Серед них ультрафіолетові лазери часто використовуються для точної холодної абляції завдяки високій енергії фотонів, а зона теплового впливу надзвичайно мала, що може ефективно зменшити ризик термічного пошкодження пластини та навколишніх її мікросхем. Інфрачервоні лазери краще підходять для товстіших пластин, оскільки вони можуть глибоко проникати в матеріал. Фемтосекундні лазери досягають високоточного та ефективного видалення матеріалу з майже незначною теплопередачею завдяки ультракоротким світловим імпульсам.
Лазерне різання має значні переваги порівняно з традиційним різанням лезом. По-перше, як безконтактний процес, лазерне різання не вимагає фізичного тиску на пластину, що зменшує проблеми фрагментації та розтріскування, поширені під час механічного різання. Ця особливість робить лазерне різання особливо придатним для обробки крихких або надтонких пластин, особливо тих, що мають складну структуру або дрібні деталі.
▲ Схема лазерного різання | Мережа джерела зображення
Крім того, висока точність лазерного різання дозволяє фокусувати лазерний промінь на надзвичайно малий розмір плями, підтримувати складні схеми різання та досягати мінімальної відстані між чіпами. Ця функція особливо важлива для сучасних напівпровідникових приладів зі зменшуваними розмірами.
Однак лазерне різання також має деякі обмеження. Порівняно з різанням лезом, воно повільніше та дорожче, особливо у великосерійному виробництві. Крім того, вибір правильного типу лазера та оптимізація параметрів для забезпечення ефективного видалення матеріалу та мінімальної зони термічного впливу може бути складним завданням для певних матеріалів та товщин.
Лазерне абляційне різання
Під час лазерного абляційного різання лазерний промінь точно фокусується на певному місці на поверхні пластини, а лазерна енергія спрямовується відповідно до заздалегідь визначеного шаблону різання, поступово прорізаючи пластину до дна. Залежно від вимог до різання, ця операція виконується за допомогою імпульсного лазера або лазера безперервної хвилі. Щоб запобігти пошкодженню пластини через надмірне локальне нагрівання лазера, для охолодження та захисту пластини від термічного пошкодження використовується охолоджувальна вода. Водночас охолоджувальна вода також може ефективно видаляти частинки, що утворюються під час процесу різання, запобігати забрудненню та забезпечувати якість різання.
Лазерне невидиме різання
Лазер також можна сфокусувати для передачі тепла в основну частину пластини, метод, який називається «невидиме лазерне різання». У цьому методі тепло від лазера створює зазори в смугах розрізу. Ці ослаблені ділянки потім досягають подібного ефекту проникнення, ламаючись при розтягуванні пластини.
▲Основний процес лазерного невидимого різання
Процес невидимого різання – це процес внутрішнього абсорбційного лазера, а не лазерна абляція, де лазер поглинається поверхнею. При невидимому різанні використовується енергія лазерного променя з довжиною хвилі, яка є напівпрозорою для матеріалу підкладки пластини. Процес поділяється на два основні етапи: один – лазерний процес, а інший – процес механічного розділення.
▲Лазерний промінь створює перфорацію під поверхнею пластини, при цьому передня та задня сторони не зазнають впливу | Мережа джерела зображення
На першому етапі, коли лазерний промінь сканує пластину, він фокусується на певній точці всередині пластини, утворюючи всередині точку розтріскування. Енергія променя викликає утворення серії тріщин всередині, які ще не поширилися через всю товщину пластини до верхньої та нижньої поверхонь.
▲Порівняння кремнієвих пластин товщиною 100 мкм, вирізаних методом леза та методом невидимого лазерного різання | Мережа джерел зображення
На другому етапі стрічка мікрочіпів у нижній частині пластини фізично розширюється, що викликає розтягувальні напруги в тріщинах всередині пластини, які виникають під час лазерного процесу на першому етапі. Ці напруги змушують тріщини поширюватися вертикально до верхньої та нижньої поверхонь пластини, а потім розділяти пластину на мікрочіпи вздовж цих точок різання. При невидимому різанні зазвичай використовується напіврізання або напіврізання з нижньої сторони для полегшення розділення пластин на мікрочіпи або мікросхеми.
Основні переваги невидимого лазерного різання над лазерною абляцією:
• Не потрібна охолоджувальна рідина
• Не утворюється сміття
• Відсутність зон впливу тепла, які можуть пошкодити чутливі схеми
Плазмове різання
Плазмове різання (також відоме як плазмове травлення або сухе травлення) – це передова технологія різання пластин, яка використовує реактивне іонне травлення (RIE) або глибоке реактивне іонне травлення (DRIE) для відділення окремих мікросхем від напівпровідникових пластин. Технологія забезпечує різання шляхом хімічного видалення матеріалу вздовж заданих ліній різання за допомогою плазми.
Під час процесу плазмового різання напівпровідникова пластина поміщається у вакуумну камеру, в камеру вводиться контрольована реакційноздатна газова суміш, і застосовується електричне поле для створення плазми, що містить високу концентрацію реакційноздатних іонів та радикалів. Ці реакційноздатні частинки взаємодіють з матеріалом пластини та вибірково видаляють його вздовж лінії надрізу шляхом комбінації хімічної реакції та фізичного розпилення.
Головною перевагою плазмового різання є зменшення механічного навантаження на пластину та чіп, а також потенційних пошкоджень, спричинених фізичним контактом. Однак цей процес є складнішим та трудомісткішим, ніж інші методи, особливо при роботі з товстішими пластинами або матеріалами з високою стійкістю до травлення, тому його застосування в масовому виробництві обмежене.
▲Мережа джерела зображень
У виробництві напівпровідників метод різання пластин необхідно вибирати на основі багатьох факторів, включаючи властивості матеріалу пластини, розмір і геометрію чіпа, необхідну точність і правильність, а також загальну вартість і ефективність виробництва.
Час публікації: 20 вересня 2024 р.