01 Inngangur
Skurðhögg er mikilvægt skref í framleiðslu á hálfleiðurum. Skurðaraðferðin og gæðin hafa bein áhrif á þykkt, grófleika, mál og framleiðslukostnað skúffunnar og hafa veruleg áhrif á framleiðslu tækisins. Kísilkarbíð, sem þriðju-kynslóð hálfleiðaraefnis, er mikilvægt efni til að stuðla að rafbyltingunni. Framleiðslukostnaður hágæða kristallaðs kísilkarbíðs er afar hár og oft er löngun til að skera stóra kísilkarbíðhleif í eins mörg þunn kísilkarbíðskífa undirlag og mögulegt er. Á sama tíma hefur iðnaðarþróun leitt til aukinnar oblátastærðar, sem eykur kröfur um skurðferla. Hins vegar hefur kísilkarbíð efni afar mikla hörku, með Mohs hörku upp á 9,5, næst á eftir harðasta demanti í heimi (10), og það hefur einnig viðkvæmni kristalla, sem gerir það erfitt að skera. Sem stendur notar iðnaðurinn venjulega slurry vírklippingu eða demantvírsög. Við klippingu er föst vírsög staðsett með jöfnu millibili í kringum kísilkarbíðhleifinn og með því að spenna vírsögina eru kísilkarbíðplötur skornar út. Það tekur um 100 klukkustundir að nota vírsagaraðferðina til að aðskilja oblátur frá 6-tommu þvermáli. Blárnar sem myndast hafa ekki aðeins tiltölulega stóran skurð heldur einnig meiri yfirborðsgrófleika, sem leiðir til efnistaps allt að 46%. Þetta eykur kostnað við að nota kísilkarbíðefni og takmarkar þróun þess í hálfleiðaraiðnaðinum, sem gerir rannsóknir á nýrri skurðartækni fyrir kísilkarbíðþynnur aðkallandi.Á undanförnum árum hefur notkun leysiskurðartækni orðið sífellt vinsælli við framleiðslu og vinnslu á hálfleiðaraefnum. Meginreglan í þessari aðferð er að nota einbeittan leysigeisla til að breyta undirlaginu frá yfirborði efnisins eða innvortis og þannig aðskilja það. Vegna þess að þetta er snertilaust ferli, forðast það áhrif slits á verkfærum og vélrænni streitu. Þess vegna bætir það gróft yfirborð og nákvæmni skúffunnar til muna, útilokar þörfina fyrir síðari fægjaferla, dregur úr efnistapi, lækkar kostnað og lágmarkar umhverfismengun af völdum hefðbundinna slípu- og fægjaferla. Laserskurðartækni hefur lengi verið beitt við skurð á kísilhleifum, en notkun hennar á kísilkarbíðsviðinu er enn ekki þroskuð, með nokkrum helstu tækni sem nú er tiltæk.
2Vatns-leiðsögn leysisskurðar
Vatns-leidd leysitækni (Laser MicroJet, LMJ), einnig þekkt sem leysismíkrójettækni, starfar á þeirri meginreglu að fókusa leysigeisla á stút þegar leysirinn fer í gegnum þrýstings-mótað vatnshólf; vatnsstraumur með lágan-þrýstingi kastast út úr stútnum. Á snertifleti vatns og lofts, vegna mismunar á brotstuðulum, myndast ljósbylgjuleiðari sem gerir leysinum kleift að dreifa sér meðfram stefnu vatnsflæðisins og ná þannig að klippa yfirborð efnisins með háþrýstivatnsstýringu. Helsti kostur vatns-stýrðra leysira liggur í skurðgæðum; vatnsrennslið kælir ekki aðeins skurðarsvæðið, dregur úr hitauppstreymi efnis og skemmdum, heldur flytur einnig vinnslu rusl. Í samanburði við vírsagarskurð er hraði hans verulega aukinn. Hins vegar er frásog mismunandi bylgjulengda af vatni mismunandi, sem takmarkar leysibylgjulengdirnar sem notaðar eru aðallega við 1064nm, 532nm og 355nm. Árið 1993 lagði svissneski vísindamaðurinn Beruold Richerzhagen fyrst fram þessa tækni og fyrirtæki hans, Synova, sérhæfir sig í rannsóknum og iðnvæðingu á alþjóðlegum sviðum leysis, á meðan innlend tækni er tiltölulega á eftir, þar sem fyrirtæki eins og Inno Laser og Shengguang Silicon Research eru í virkri þróun.
03Stealth Dicing
Stealth Dicing (SD) felur í sér að fókusa leysir í gegnum yfirborð kísilkarbíðs inn í flísina og búa til breytt lag á æskilegu dýpi til að ná aðskilnaði obláta. Þar sem engin skurður er á yfirborði skúffunnar er hægt að ná meiri vinnslunákvæmni. SD ferlið sem notar nanósekúndu púls leysira hefur verið notað í iðnaði til að aðskilja kísilplötur. Hins vegar, meðan á SD vinnslu kísilkarbíðs framkallað af nanósekúndu púls leysir, eiga sér stað hitaáhrif vegna þess að púlstíminn er mun lengri en tengitími milli rafeinda og hljóðnema í kísilkarbíði (í stærðargráðunni píkósekúndur). Hátt hitauppstreymi til oblátunnar veldur því ekki aðeins að aðskilnaðurinn hefur tilhneigingu til að víkja frá æskilegri átt, heldur myndar hún einnig verulega afgangsálag, sem leiðir til brota og lélegrar klofnings. Þess vegna eru ofur-stutt púls leysir SD ferli almennt notuð við vinnslu kísilkarbíðs, sem dregur verulega úr hitauppstreymi.
Japanska fyrirtækið DISCO hefur þróað leysiskurðartækni sem kallast Key Amorphous-Black Repetitive Absorption (KABRA), með því að nota dæmi um að vinna úr kísilkarbíð kristalhleifi með 6 tommu þvermál og 20 mm þykkt, sem hefur aukið framleiðsluhraða kísilkarbíðþynna um fjórfalt. Kjarninn í KABRA ferlinu einbeitir sér að leysinum inni í kísilkarbíðefninu, sundrar kísilkarbíðinu í myndlaust kísil og myndlaust kolefni með „formlausu-svörtu endurteknu frásogi“ og myndar lag sem aðskilnaðarpunkt fyrir skífuna, þ.
Köldu klofningstæknin sem Siltectra hefur þróað, keypt af Infineon, gerir ekki aðeins kleift að skipta ýmsum gerðum af hleifum í oblátur heldur leiðir það einnig til taps upp á allt að 80μm á hverja oblátu, sem dregur úr efnistapi um 90%, sem lækkar að lokum heildarframleiðslukostnað tækjanna um allt að 30%. Kaldaskurðartæknin felur í sér tvö þrep: Í fyrsta lagi myndar leysir útsetning aflögunarlag á hleifnum, sem veldur því að kísilkarbíðefnið stækkar að rúmmáli, sem skapar togspennu og myndar mjög þröngt ör-sprungulag; síðan, í gegnum fjölliða kæliþrep, eru þessar ör-sprungur unnar í aðalsprungu, sem að lokum skilur oblátuna frá hleifinni sem eftir er. Árið 2019 mældi mat þriðju-aðila á þessari tækni að yfirborðsgrófleiki Ra á klofnuðu skífunum væri minni en 3µm, með bestu niðurstöðurnar undir 2µm.
Hin breytta leysiskurður sem þróuð er af innlendu stórfjölskylduleysisfyrirtæki er leysitækni sem aðskilur hálfleiðaraplötur í einstaka flís eða korn. Þetta ferli felur einnig í sér að skanna skífuna innvortis með nákvæmni leysigeisla til að mynda breytt lag, sem gerir skífunni kleift að stækka meðfram leysiskönnunarleiðinni undir álagðri álagi, til að ná nákvæmri aðskilnað.
Eins og er, hafa innlendir framleiðendur náð tökum á tækninni við að klippa kísilkarbíð með steypuhræra, en skurðartapið er mikið, skilvirkni er lítil og mengun er alvarleg, sem smám saman er skipt út fyrir demantursvírskurðartækni. Á sama tíma eru frammistöðu- og hagkvæmnikostir leysisskurðar áberandi, sem býður upp á marga kosti samanborið við hefðbundna vélrænni snertivinnslutækni, þar á meðal mikil vinnsluskilvirkni, þröngir sneiðarleiðir og hár flísþéttleiki, sem gerir það að sterkum keppinauti að skipta um demantvíraskurðartækni og opna nýja leið fyrir notkun næstu-kísilkarbísefnis eins og hálfgerð kísilefnis. Með þróun iðnaðartækni heldur stærð kísilkarbíð hvarfefna áfram að aukast og kísilkarbíð skurðartækni mun þróast hratt; skilvirk og hágæða leysiskurður verður mikilvægur stefna í kísilkarbíðskurði í framtíðinni.
