bánh xốpCắt là một trong những khâu quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn điện. Bước này được thiết kế để tách chính xác từng mạch tích hợp hoặc chip khỏi các tấm bán dẫn.
Chìa khóa đểbánh xốpcắt là để có thể tách riêng từng con chip trong khi vẫn đảm bảo các cấu trúc và mạch tinh vi được nhúng trongbánh xốpkhông bị hư hỏng. Sự thành công hay thất bại của quá trình cắt không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng tách và năng suất của phoi mà còn liên quan trực tiếp đến hiệu quả của toàn bộ quá trình sản xuất.
▲Ba loại cắt wafer phổ biến | Nguồn: KLA CHINA
Hiện nay, phổ biếnbánh xốpQuá trình cắt được chia thành:
Lưỡi cắt: chi phí thấp, thường dùng cho vật liệu dày hơnbánh quế
Cắt laser: chi phí cao, thường dùng cho các wafer có độ dày lớn hơn 30μm
Cắt plasma: chi phí cao, nhiều hạn chế, thường dùng cho các wafer có độ dày dưới 30μm
Lưỡi cắt cơ học
Cắt lưỡi là quá trình cắt theo đường khía bằng đĩa mài quay tốc độ cao (lưỡi dao). Lưỡi dao thường được làm bằng vật liệu kim cương mài mòn hoặc siêu mỏng, thích hợp để cắt lát hoặc tạo rãnh trên các tấm silicon. Tuy nhiên, là phương pháp cắt cơ học, cắt lưỡi dựa vào việc loại bỏ vật liệu vật lý, dễ dẫn đến sứt mẻ hoặc nứt cạnh phoi, do đó ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và giảm năng suất.
Chất lượng của sản phẩm cuối cùng được tạo ra bởi quá trình cưa cơ học 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 bằng lưỡi cơ bản nhất, cắt toàn bộ phôi bằng cách cắt vào vật liệu cố định (như băng cắt).
▲ Cắt lưỡi cơ học-cắt toàn bộ | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt một nửa là phương pháp gia công tạo rãnh bằng cách cắt vào giữa phôi. Bằng cách liên tục thực hiện quá trình tạo rãnh, có thể tạo ra các điểm hình lược và hình kim.
▲ Cắt lưỡi dao cơ học-cắt nửa | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt đôi là phương pháp gia công sử dụng máy cưa cắt đôi có hai trục chính để thực hiện cắt toàn bộ hoặc một nửa trên hai dây chuyền sản xuất cùng một lúc. Máy cưa cắt đôi có hai trục chính. Có thể đạt được năng suất cao thông qua quy trình này.
▲ Cắt lưỡi cơ học-cắt đôi | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt bậc thang sử dụng cưa cắt đôi có hai trục chính để thực hiện cắt toàn bộ và một nửa trong hai giai đoạn. Sử dụng lưỡi cắt được tối ưu hóa để cắt lớp dây trên bề mặt của wafer và lưỡi cắt được tối ưu hóa cho tinh thể đơn silicon còn lại để đạt được chất lượng xử lý cao.
▲ Cắt lưỡi cơ học – cắt bậc | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt vát là phương pháp gia công sử dụng lưỡi dao có cạnh hình chữ V ở cạnh cắt một nửa để cắt wafer thành hai giai đoạn trong quá trình cắt bậc. Quá trình vát mép được thực hiện trong quá trình cắt. Do đó, có thể đạt được độ bền khuôn cao và gia công chất lượng cao.
▲ Cắt lưỡi cơ học – cắt vát | Mạng nguồn hình ảnh
Cắt laser
Cắt laser là công nghệ cắt wafer không tiếp xúc sử dụng chùm tia laser tập trung để tách các chip riêng lẻ khỏi các wafer bán dẫn. Chùm tia laser năng lượng cao được tập trung vào bề mặt của wafer và làm bay hơi hoặc loại bỏ vật liệu dọc theo đường cắt được xác định trước thông qua các quá trình cắt bỏ hoặc phân hủy nhiệt.
▲ Sơ đồ cắt laser | Nguồn hình ảnh: KLA CHINA
Các loại laser hiện đang được sử dụng rộng rãi bao gồm laser cực tím, laser hồng ngoại và laser femto giây. Trong số đó, laser cực tím thường được sử dụng để cắt lạnh chính xác do năng lượng photon cao và vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt cực kỳ nhỏ, có thể giảm hiệu quả nguy cơ hư hỏng do nhiệt đối với wafer và các chip xung quanh. Laser hồng ngoại phù hợp hơn với các wafer dày hơn vì chúng có thể xuyên sâu vào vật liệu. Laser femto giây đạt được độ chính xác cao và loại bỏ vật liệu hiệu quả với sự truyền nhiệt gần như không đáng kể thông qua các xung ánh sáng cực ngắn.
Cắt laser có những ưu điểm đáng kể so với cắt bằng lưỡi dao truyền thống. Đầu tiên, là một quy trình không tiếp xúc, cắt laser không yêu cầu áp lực vật lý lên wafer, giảm các vấn đề phân mảnh và nứt thường gặp trong cắt cơ học. Tính năng này làm cho cắt laser đặc biệt phù hợp để xử lý wafer dễ vỡ hoặc siêu mỏng, đặc biệt là những wafer có cấu trúc phức tạp hoặc các đặc điểm tinh xảo.
▲ Sơ đồ cắt laser | Mạng nguồn hình ảnh
Ngoài ra, độ chính xác và độ tin cậy cao của cắt laser cho phép nó tập trung chùm tia laser vào một kích thước 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 có kích thước 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 đúng loại laser và tối ưu hóa các thông số để đảm bảo loại bỏ vật liệu hiệu quả và vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu có thể là thách thức đối với một số vật liệu và độ dày nhất định.
Cắt bằng laser
Trong quá trình cắt bằng laser, chùm tia laser được tập trung chính xác vào một vị trí xác định trên bề mặt của wafer, và năng lượng laser được dẫn hướng theo một mẫu cắt được xác định trước, cắt dần qua 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 wafer do quá trình làm nóng cục bộ của laser quá mức, nước làm mát được sử dụng để làm mát và bảo vệ wafer khỏi hư hỏng 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 laser vô hình
Tia laser cũng có thể được tập trung để truyền nhiệt vào phần thân chính của wafer, một phương pháp được gọi là "cắt laser vô hình". Đối với phương pháp này, nhiệt từ tia laser tạo ra các khoảng trống trong các đường khắc. Các khu vực yếu này sau đó đạt được hiệu ứng thâm nhập tương tự bằng cách phá vỡ khi wafer bị kéo căng.
▲Quy trình chính của cắt laser vô hình
Quá trình cắt vô hình là quá trình laser hấp thụ bên trong, thay vì quá trình cắt laser trong đó laser được hấp thụ trên bề mặt. Với quá trình cắt vô hình, năng lượng chùm tia laser có bước sóng bán trong suốt với vật liệu nền 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.
▲Chùm tia laser tạo ra một lỗ thủng bên dưới bề mặt wafer, mặt trước và mặt sau không bị ảnh hưởng | Mạng nguồn hình ảnh
Trong bước đầu tiên, khi chùm tia laser quét wafer, chùm tia laser tập trung vào một điểm cụ thể bên trong wafer, tạo thành một điểm nứt bên trong. Năng lượng chùm tia khiến một loạt các vết nứt hình thành bên trong, chưa lan rộng qua toàn bộ độ dày của wafer đến bề mặt trên và dưới.
▲So sánh các tấm wafer silicon dày 100μm được cắt bằng phương pháp lưỡi dao và phương pháp cắt vô hình bằng laser | Mạng nguồn hình ảnh
Ở bước thứ hai, băng chip ở đáy wafer được mở rộng về mặt vật lý, gây ra ứng suất kéo trong các vết nứt bên trong wafer, được tạo ra trong quá trình laser ở bước đầu tiên. Ứng suất này khiến các vết nứt kéo dài theo chiều thẳng đứng đến bề mặt trên và dưới của wafer, sau đó tách wafer thành các chip dọc theo các điểm cắt này. Trong quá trình cắt vô hình, cắt một nửa hoặc cắt nửa mặt dưới thường được sử dụng để tạo điều kiện tách các wafer thành chip hoặc chip.
Ưu điểm chính của phương pháp cắt laser vô hình so với phương pháp cắt bằng laser:
• Không cần chất làm mát
• Không tạo ra mảnh vụn
• Không có vùng chịu ảnh hưởng của nhiệt có thể làm hỏng các mạch nhạy cảm
Cắt plasma
Cắt plasma (còn được gọi là khắc plasma hoặc khắc khô) là công nghệ cắt wafer tiên tiến sử dụng khắc ion phản ứng (RIE) hoặc khắc ion phản ứng sâu (DRIE) để tách các chip riêng lẻ khỏi các wafer bán dẫn. Công nghệ này đạt được hiệu quả cắt bằng cách loại bỏ vật liệu theo các đường cắt được xác định trước bằng plasma.
Trong quá trình cắt plasma, wafer bán dẫn được đặt trong một buồng chân không, một hỗn hợp khí phản ứng được kiểm soát được đưa vào buồng và một trường điện được áp dụng để tạo ra plasma chứa nồng độ cao các ion và gốc phản ứng. Các loài phản ứng này tương tác với vật liệu wafer và loại bỏ có chọn lọc vật liệu wafer dọc theo đường vạch thông qua sự kết hợp của phản ứng hóa học và phun vật lý.
Ưu điểm chính của cắt plasma là làm giảm ứng suất cơ học trên wafer và chip và giảm khả năng hư hỏng do tiếp xúc vật lý. Tuy nhiên, quá trình này phức tạp và tốn thời gian hơn các phương pháp khác, đặc biệt là khi xử lý wafer dày hơn hoặc vật liệu có khả năng chống ăn mòn cao, do đó ứng dụng của nó trong sản xuất hàng loạt bị hạn chế.
▲Mạng nguồn hình ảnh
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 cần thiết, cũng như tổng chi phí và hiệu quả sản xuất.
Thời gian đăng: 20-09-2024