Технология станков для лазерной резки карбида кремния

В последние годы использованиеСтанок для лазерной резкиТехнология становится все более популярной в производстве и обработке полупроводниковых материалов. Принцип этого метода заключается в использовании сфокусированного лазерного луча для модификации подложки с поверхности или внутри материала, тем самым отделяя его. Поскольку это бесконтактный процесс, можно избежать воздействия износа инструмента и механических напряжений. В результате это значительно улучшает шероховатость и точность поверхности пластины, а также устраняет необходимость в последующих процессах полировки, сокращая потери материала, снижая затраты и уменьшая загрязнение окружающей среды, вызванное традиционными процессами шлифования и полировки. Технология лазерной резки уже давно используется для резки слитков кремния, но ее применение в области карбида кремния еще не развито. В настоящее время существуют в основном следующие технологии.

1. Лазерная резка водяных направляющих
Лазерная технология с водным направлением (Laser MicroJet, LMJ), также известная как лазерная микроструйная технология, ее принцип заключается в фокусировке лазерного луча на сопле, когда лазер проходит через полость воды с модулированным давлением; столб воды под низким давлением выбрасывается из сопла. Благодаря показателю преломления на границе раздела воды и воздуха может быть сформирован оптический волновод, позволяющий лазеру распространяться вдоль направления потока воды, тем самым направляя поверхность обрабатываемый материал для резки струей воды под высоким давлением. Основным преимуществом водоводного лазера является качество резки. Поток воды может не только охладить зону резки, уменьшить термическую деформацию и термическое повреждение материала, но и унести обрабатываемый мусор. По сравнению с резкой канатной пилой, ее скорость значительно выше. Однако, поскольку вода в разной степени поглощает лазерное излучение разной длины волны, длина волны лазера ограничена и составляет в основном 1064, 532 и 355 нм.

В 1993 году швейцарский учёный Беруольд Ришерцхаген впервые предложил эту технологию. Основанная им компания Synova специализируется на исследованиях, разработках и индустриализации лазеров с водным наведением. Он занимает лидирующие позиции в области технологий на международном уровне. Отечественная технология относительно отстала. Inno Laser и Shengguang Silicon Research Другие компании активно проводят исследования и разработки.

2. Невидимая резка

Технология Stealth Dicing (SD) фокусирует лазерный свет на внутренней стороне пластины через поверхность карбида кремния, образуя модифицированный слой на необходимой глубине и тем самым отделяя пластину. Поскольку на поверхности пластины нет надрезов, можно достичь высокой точности обработки. Процесс SD с использованием наносекундных импульсных лазеров уже используется в промышленности для разделения кремниевых пластин. Однако во время наносекундной импульсной лазерно-индуцированной обработки карбида кремния SD тепловые эффекты будут возникать, поскольку длительность импульса намного больше, чем время связи между электронами и фононами в карбиде кремния (пикосекундный порядок). Высокое тепловложение пластины не только делает отделение склонным к отклонению от желаемого направления, но также создает большие остаточные напряжения, которые могут привести к трещинам и плохому скалыванию. Поэтому при обработке карбида кремния обычно используется процесс SD ультракороткоимпульсного лазера, при этом тепловой эффект значительно снижается.

Японская компания DISCO разработала технологию лазерной резки под названием «ключевое аморфно-черное повторяющееся поглощение» (KABRA). На примере обработки слитков карбида кремния диаметром 6 дюймов и толщиной 20 мм производительность пластин карбонизированного кремния увеличилась в четыре раза. Процесс KABRA по сути фокусирует лазер внутри карбидокремниевого материала. В результате «аморфного черного повторного поглощения» карбид кремния разлагается на аморфный кремний и аморфный углерод и образует слой, который служит базовой точкой для разделения пластин, то есть черный. Аморфный слой поглощает больше света, позволяя пластинам быть легко отделяется.

Технология Cold Split, разработанная компанией Siltectra, приобретенной Infineon, позволяет не только разделить различные типы слитков на пластины, но и снизить потери каждой пластины до 80 мкм, что снижает потери материала на 90%. Общая стоимость производства конечного устройства снижается до 30%. Технология холодной резки делится на два этапа: сначала кристаллический слиток облучается лазером с образованием отслаивающегося слоя, который расширяет внутренний объем карбидокремниевого материала, тем самым создавая растягивающие напряжения и образуя слой очень узких микротрещин; а затем микротрещины вырезаются на этапе охлаждения полимера. Трещина преобразуется в основную трещину, которая в конечном итоге отделяет пластину от оставшегося слитка. В 2019 году третья сторона провела оценку этой технологии и измерила шероховатость поверхности пластины Ra после сегментации, которая составила менее 3 мкм, при этом лучший результат составил менее 2 мкм.

Модифицированная нарезка кубиками, разработанная китайской компанией JTBYShield Laser, представляет собой лазерную технологию, которая разделяет полупроводниковые пластины на отдельные чипы или матрицы. В этом процессе также используется прецизионный лазерный луч для сканирования внутри пластины с образованием модифицированного слоя, так что пластина может расширяться по пути лазерного сканирования за счет внешнего напряжения для завершения точного разделения.

В настоящее время мы освоили технологию резки карбида кремния раствором, но резка раствором имеет высокие потери, низкую эффективность и серьезное загрязнение. Постепенно внедряется технология резки алмазной проволокой. В то же время преимущества лазерной резки в производительности и эффективности являются выдающимися, что отличается от традиционной механической контактной обработки. Эта технология имеет множество преимуществ, в том числе высокую эффективность обработки, узкий путь скрайбирования и высокую плотность чипов. Он является сильным конкурентом для замены технологии резки алмазной проволокой и открывает новый путь для применения полупроводниковых материалов нового поколения, таких как карбид кремния. С развитием промышленных технологий размер подложек из карбида кремния продолжает увеличиваться, технология резки карбида кремния будет быстро развиваться, а эффективная и качественная лазерная резка станет важной тенденцией в резке карбида кремния в будущем.

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.