Bánh waferCắt là một trong những khâu quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn công suất. Bước này được thiết kế để tách chính xác các mạch tích hợp hoặc chip riêng lẻ khỏi tấm bán dẫn.
Chìa khóa củatấm waferViệc cắt giúp tách rời các chip riêng lẻ đồng thời đảm bảo các cấu trúc và mạch điện tinh tế được nhúng bên trong không bị hư hại.tấm waferkhông bị hư hại. Sự thành công hay thất bại của quá trình cắt không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng phân tách và năng suất phôi vụn, mà còn liên quan trực tiếp đến hiệu quả của toàn bộ quy trình sản xuất.
▲Ba loại cắt wafer phổ biến | Nguồn: KLA CHINA
Hiện nay, điều phổ biến là...tấm waferCác quy trình cắt được chia thành:
Cắt bằng lưỡi dao: chi phí thấp, thường được sử dụng cho vật liệu dày hơn.bánh wafer
Cắt bằng laser: chi phí cao, thường được sử dụng cho các tấm bán dẫn có độ dày hơn 30μm.
Cắt bằng plasma: chi phí cao, nhiều hạn chế hơn, thường được sử dụng cho các tấm bán dẫn có độ dày dưới 30μm.
Cắt bằng lưỡi dao cơ khí
Cắt bằng lưỡi dao là quá trình cắt dọc theo đường kẻ bằng một đĩa mài quay tốc độ cao (lưỡi dao). Lưỡi dao thường được làm bằng vật liệu mài mòn hoặc kim cương siêu mỏng, thích hợp để cắt lát hoặc tạo rãnh trên tấm silicon. Tuy nhiên, là một phương pháp cắt cơ học, cắt bằng lưỡi dao dựa vào việc loại bỏ vật liệu vật lý, dễ dẫn đến sứt mẻ hoặc nứt vỡ cạnh phôi, do đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và giảm năng suất.
Chất lượng của sản phẩm cuối cùng được tạo ra bằng quy trình cưa cơ khí bị ảnh hưởng bởi nhiều thông số, bao gồm tốc độ cắt, độ dày lưỡi cưa, đường kính lưỡi cưa và tốc độ quay của lưỡi cưa.
Cắt toàn phần là phương pháp cắt cơ bản nhất, cắt hoàn toàn phôi bằng cách cắt đến một vật liệu cố định (như băng cắt).
▲ Cắt bằng lưỡi dao cơ khí - cắt toàn bộ | Nguồn ảnh: network
Cắt đôi là một phương pháp gia công tạo ra rãnh bằng cách cắt đến giữa phôi. Bằng cách thực hiện liên tục quá trình tạo rãnh, có thể tạo ra các đầu nhọn hình lược và hình kim.
▲ Cắt bằng lưỡi dao cơ khí - cắt một nửa | Nguồn ảnh: network
Cắt đôi là phương pháp gia công sử dụng máy cưa cắt đôi với hai trục chính để thực hiện cắt toàn bộ hoặc cắt một nửa trên hai dây chuyền sản xuất cùng một lúc. Máy cưa cắt đôi có hai trục chính. Quy trình này có thể đạt được năng suất cao.
▲ Cắt bằng lưỡi dao cơ học - cắt đôi | Nguồn ảnh: network
Phương pháp cắt bậc thang sử dụng cưa cắt đôi với hai trục chính để thực hiện các vết cắt toàn phần và cắt một nửa trong hai giai đoạn. Sử dụng lưỡi cưa được tối ưu hóa để cắt lớp dây dẫn trên bề mặt tấm wafer và lưỡi cưa được tối ưu hóa cho phần tinh thể đơn silicon còn lại để đạt được chất lượng gia công cao.
▲ Cắt bằng lưỡi dao cơ khí – cắt bậc thang | Nguồn ảnh: network
Cắt vát là phương pháp gia công sử dụng lưỡi dao có cạnh hình chữ V ở nửa cạnh cắt để cắt tấm wafer theo hai giai đoạn trong quá trình cắt từng bước. Quá trình vát cạnh được thực hiện trong quá trình cắt. Do đó, có thể đạt được độ bền khuôn cao và chất lượng gia công cao.
▲ Cắt bằng lưỡi dao cơ khí – cắt vát mép | Nguồn hình ảnh: network
Cắt laser
Cắt laser là công nghệ cắt tấm bán dẫn không tiếp xúc, sử dụng chùm tia laser hội tụ để tách các chip riêng lẻ khỏi tấm bán dẫn. Chùm tia laser năng lượng cao được hội tụ trên bề mặt tấm bán dẫn và làm bay hơi hoặc loại bỏ vật liệu dọc theo đường cắt đã được xác định trước thông qua quá trình bào mòn hoặc phân hủy nhiệt.
▲ Sơ đồ cắt laser | Nguồn ảnh: KLA CHINA
Các loại laser hiện đang được sử dụng rộng rãi bao gồm laser tia cực tím, laser hồng ngoại và laser femtô giây. Trong số đó, laser tia cực tím thường được sử dụng để cắt gọt lạnh chính xác nhờ năng lượng photon cao và vùng ảnh hưởng nhiệt cực nhỏ, giúp giảm thiểu hiệu quả nguy cơ hư hỏng do nhiệt đối với tấm bán dẫn và các chip xung quanh. Laser hồng ngoại phù hợp hơn cho các tấm bán dẫn dày hơn vì chúng có thể xuyên sâu vào vật liệu. Laser femtô giây đạt được độ chính xác cao và hiệu quả loại bỏ vật liệu với sự truyền nhiệt gần như không đáng kể thông qua các xung ánh sáng cực ngắn.
Cắt bằng laser có những ưu điểm vượt trội so với phương pháp cắt bằng dao truyền thống. Thứ nhất, là một quy trình không tiếp xúc, cắt bằng laser không cần áp lực vật lý lên tấm wafer, giảm thiểu các vấn đề về vỡ vụn và nứt vỡ thường gặp trong cắt cơ học. Đặc điểm này làm cho cắt bằng laser đặc biệt phù hợp để gia công các tấm wafer dễ vỡ hoặc siêu mỏng, đặc biệt là những tấm có cấu trúc phức tạp hoặc các chi tiết nhỏ.
▲ Sơ đồ cắt laser | Nguồn hình ảnh: network
Ngoài ra, độ chính xác cao của cắt laser cho phép tập trung chùm tia laser vào một điểm cực nhỏ, hỗ trợ các mẫu cắt phức tạp và đạt được khoảng cách tối thiểu giữa các chip. Tính năng này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị bán dẫn tiên tiến với kích thước ngày càng thu nhỏ.
Tuy nhiên, cắt laser cũng có một số hạn chế. So với cắt bằng lưỡi dao, nó chậm hơn và đắt hơn, đặc biệt là trong sản xuất quy mô lớn. Ngoài ra, việc lựa chọn loại laser phù hợp và tối ưu hóa các thông số để đảm bảo loại bỏ vật liệu hiệu quả và giảm thiểu vùng ảnh hưởng nhiệt có thể là một thách thức đối với một số vật liệu và độ dày nhất định.
Cắt bằng tia laser
Trong quá trình cắt bằng laser, chùm tia laser được hội tụ chính xác vào một vị trí xác định trên bề mặt của tấm wafer, và năng lượng laser được dẫn hướng theo một mô hình cắt đã được xác định trước, dần dần cắt xuyên qua tấm wafer đến tận đáy. Tùy thuộc vào yêu cầu cắt, thao tác này được thực hiện bằng laser xung hoặc laser sóng liên tục. Để ngăn ngừa hư hỏng tấm wafer do hiện tượng quá nhiệt cục bộ của laser, nước làm mát được sử dụng để làm nguội và bảo vệ tấm wafer khỏi hư hại do nhiệt. Đồng thời, nước làm mát cũng có thể loại bỏ hiệu quả các hạt sinh ra trong quá trình cắt, ngăn ngừa ô nhiễm và đảm bảo chất lượng cắt.
Cắt bằng laser vô hình
Tia laser cũng có thể được hội tụ để truyền nhiệt vào phần thân chính của tấm bán dẫn, một phương pháp được gọi là "cắt laser vô hình". Với phương pháp này, nhiệt từ tia laser tạo ra các khe hở trong các đường khắc. Những vùng bị suy yếu này sau đó đạt được hiệu ứng xuyên thấu tương tự bằng cách bị vỡ khi tấm bán dẫn bị kéo giãn.
▲Quy trình chính của cắt vô hình bằng laser
Quá trình cắt vô hình là một quá trình hấp thụ laser bên trong, khác với phương pháp khắc laser trong đó laser được hấp thụ trên bề mặt. Với phương pháp cắt vô hình, năng lượng chùm tia laser có bước sóng bán trong suốt đối với vật liệu nền của tấm wafer được sử dụng. Quá trình này được chia thành hai bước chính, một là quá trình dựa trên laser và bước còn lại là quá trình tách cơ học.
▲ Tia laser tạo ra một lỗ thủng bên dưới bề mặt tấm bán dẫn, và mặt trước và mặt sau không bị ảnh hưởng | Nguồn ảnh: network
Bước đầu tiên, khi chùm tia laser quét qua tấm bán dẫn, nó tập trung vào một điểm cụ thể bên trong tấm bán dẫn, tạo thành một điểm nứt bên trong. Năng lượng của chùm tia gây ra một loạt các vết nứt hình thành bên trong, nhưng chưa lan rộng hết toàn bộ độ dày của tấm bán dẫn đến bề mặt trên và dưới.
▲So sánh các tấm silicon dày 100μm được cắt bằng phương pháp lưỡi dao và phương pháp cắt laser vô hình | Nguồn ảnh: network
Ở bước thứ hai, băng chip ở đáy tấm bán dẫn được giãn nở về mặt vật lý, gây ra ứng suất kéo trong các vết nứt bên trong tấm bán dẫn, được tạo ra trong quá trình xử lý laser ở bước đầu tiên. Ứng suất này khiến các vết nứt lan rộng theo chiều dọc lên bề mặt trên và dưới của tấm bán dẫn, sau đó tách tấm bán dẫn thành các chip dọc theo các điểm cắt này. Trong phương pháp cắt vô hình, thường sử dụng phương pháp cắt một nửa hoặc cắt một nửa mặt dưới để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tách tấm bán dẫn thành các chip.
Những ưu điểm chính của phương pháp cắt bằng laser vô hình so với phương pháp khắc laser:
• Không cần chất làm mát
• Không tạo ra mảnh vụn
• Không có vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt có thể làm hỏng các mạch điện nhạy cảm.
Cắt plasma
Cắt bằng plasma (còn được gọi là khắc plasma hoặc khắc khô) là một công nghệ cắt wafer tiên tiến sử dụng phương pháp khắc ion phản ứng (RIE) hoặc khắc ion phản ứng sâu (DRIE) để tách các chip riêng lẻ khỏi wafer bán dẫn. Công nghệ này thực hiện việc cắt bằng cách loại bỏ vật liệu bằng phản ứng hóa học dọc theo các đường cắt đã được xác định trước bằng plasma.
Trong quá trình cắt plasma, tấm bán dẫn được đặt trong buồng chân không, hỗn hợp khí phản ứng được kiểm soát được đưa vào buồng, và một điện trường được áp dụng để tạo ra plasma chứa nồng độ cao các ion và gốc tự do phản ứng. Các chất phản ứng này tương tác với vật liệu của tấm bán dẫn và loại bỏ vật liệu một cách chọn lọc dọc theo đường cắt thông qua sự kết hợp giữa phản ứng hóa học và sự bắn phá vật lý.
Ưu điểm chính của cắt plasma là giảm ứng suất cơ học lên tấm bán dẫn và chip, đồng thời giảm thiểu hư hỏng do tiếp xúc vật lý. Tuy nhiên, quy trình này phức tạp và tốn thời gian hơn các phương pháp khác, đặc biệt khi xử lý các tấm bán dẫn dày hơn hoặc vật liệu có khả năng chống ăn mòn cao, do đó việc ứng dụng nó trong sản xuất hàng loạt bị hạn chế.
▲Nguồn ảnh mạng
Trong sản xuất chất bán dẫn, phương pháp cắt wafer cần được lựa chọn dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm tính chất vật liệu wafer, kích thước và hình dạng chip, độ chính xác yêu cầu, cũng như chi phí và hiệu quả sản xuất tổng thể.
Thời gian đăng bài: 20/09/2024