Phương pháp thái hạt lựu của wafer silicon cacbua

1. Đá mài vẽ nguệch ngoạc
Máy cắt đá mài điều khiển lưỡi dao quay với tốc độ cao thông qua trục điện tĩnh khí để đạt được khả năng mài vật liệu mạnh mẽ. Các cạnh cắt của lưỡi dao được sử dụng được phủ các hạt corundum. Độ cứng Mohs của corundum là 10, chỉ cao hơn một chút so với SiC có độ cứng 9,5. Việc mài ở tốc độ thấp lặp đi lặp lại không chỉ tốn thời gian và công sức mà còn khiến dụng cụ bị mài mòn thường xuyên. Ví dụ: phải mất 6-8 giờ để cắt tấm wafer SiC 100 mm (4 inch) và rất dễ gây ra lỗi sứt mẻ. Vì vậy, phương pháp xử lý kém hiệu quả truyền thống này đã dần được thay thế bằng phương pháp khắc laser.
2. Đánh dấu bằng laser đầy đủ
Khắc laser là quá trình sử dụng chùm tia laser năng lượng cao để chiếu xạ bề mặt phôi nhằm làm tan chảy cục bộ và làm bay hơi vùng được chiếu xạ, từ đó đạt được khả năng loại bỏ và ghi chép vật liệu. Viết nguệch ngoạc bằng laser là quá trình xử lý không tiếp xúc, không bị hư hỏng do ứng suất cơ học, phương pháp xử lý linh hoạt, không làm thất thoát dụng cụ và ô nhiễm nước cũng như chi phí bảo trì thiết bị thấp. Để tránh làm hỏng màng hỗ trợ khi tia laser truyền qua tấm bán dẫn, người ta sử dụng màng UV có khả năng chống cắt bỏ ở nhiệt độ cao.
Hiện tại, thiết bị ghi chép bằng laser sử dụng tia laser công nghiệp, với ba bước sóng 1064 nm, 532 nm và 355 nm và độ rộng xung là nano giây, pico giây và femto giây. Về mặt lý thuyết, bước sóng laser càng ngắn và độ rộng xung càng ngắn thì hiệu ứng nhiệt khi xử lý càng nhỏ, có lợi cho việc xử lý có độ chính xác vi mô, nhưng chi phí tương đối cao. Laser nano giây tia cực tím 355nm được sử dụng rộng rãi vì công nghệ hoàn thiện, chi phí thấp và hiệu ứng nhiệt xử lý nhỏ. Trong những năm gần đây, công nghệ laser picosecond 1 064 nm đã phát triển nhanh chóng và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực mới với kết quả tốt.
Ví dụ, hiệu ứng nhiệt của quá trình xử lý laser tia cực tím 355nm là nhỏ, nhưng xỉ bay hơi không hoàn toàn sẽ bám dính và tích tụ trong đường cắt, làm cho phần cắt không được trơn tru và xỉ kèm theo dễ rơi ra trong quá trình tiếp theo, ảnh hưởng đến thiết bị. hiệu suất. Laser picosecond 1064nm sử dụng công suất cao hơn, hiệu suất ghi nét cao, loại bỏ đủ vật liệu và mặt cắt ngang đồng đều, nhưng hiệu ứng nhiệt của quá trình xử lý quá lớn và các làn đường ghi nét rộng hơn cần phải được dành riêng trong thiết kế chip.
3. Laser nửa hành trình
Viết nguệch ngoạc bằng laser phù hợp để xử lý các vật liệu có khả năng phân tách tốt hơn. Việc khắc tia laser cắt đến một độ sâu nhất định, sau đó áp dụng phương pháp phân tách để tạo ra ứng suất kéo dài theo chiều dọc dọc theo đường cắt để tách các chip. Phương pháp xử lý này có hiệu quả cao, không cần quá trình dán và loại bỏ màng, chi phí xử lý thấp. Tuy nhiên, khả năng phân tách của tấm silicon cacbua kém và không dễ phân tách. Mặt nứt dễ sứt mẻ, phần bị trầy xước vẫn còn hiện tượng bám xỉ.
4. Cắt laser vô hình
Ghi chép tàng hình bằng laser là tập trung tia laser vào bên trong vật liệu để tạo thành một lớp được sửa đổi, sau đó tách chip bằng cách tách hoặc mở rộng màng. Không có ô nhiễm bụi trên bề mặt, hầu như không mất vật liệu và hiệu quả xử lý cao. Hai điều kiện để đạt được khả năng ghi chép tàng hình là vật liệu trong suốt đối với tia laser và đủ năng lượng xung tạo ra sự hấp thụ đa photon.
Năng lượng vùng cấm Eg của cacbua silic ở nhiệt độ phòng là khoảng 3,2 eV, tức là 5,13×10 -19 J. 1 064 nm năng lượng photon laser E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Có thể thấy rằng năng lượng photon laser của 1 064 nm nhỏ hơn khoảng cách dải hấp thụ của vật liệu cacbua silic và nó trong suốt về mặt quang học, đáp ứng các điều kiện vô hình viết nguệch ngoạc. Độ truyền qua thực tế có liên quan đến các yếu tố như tính chất bề mặt vật liệu, độ dày và loại tạp chất. Lấy một tấm wafer silicon cacbua được đánh bóng có độ dày 300 μm làm ví dụ, độ truyền qua laser 1064 nm đo được là khoảng 67%.
Laser picosecond có độ rộng xung cực ngắn được chọn và năng lượng được tạo ra bởi sự hấp thụ đa photon không được chuyển thành năng lượng nhiệt mà chỉ tạo ra một độ sâu nhất định của lớp biến đổi bên trong vật liệu. Lớp biến tính là vùng vết nứt, vùng nóng chảy hoặc vùng thay đổi chiết suất bên trong vật liệu. Sau đó qua quá trình phân tách tiếp theo, các hạt sẽ được tách dọc theo lớp đã được sửa đổi.
Khả năng phân tách của vật liệu cacbua silic kém và khoảng cách giữa các lớp biến tính không được quá lớn. Thử nghiệm sử dụng máy cắt hạt tự động JHQ-611 và tấm bán dẫn SiC dày 350 μm để cắt 22 lớp với tốc độ cắt 500 mm/s. Sau khi nứt, mặt cắt tương đối nhẵn, có các vết sứt mẻ nhỏ, các cạnh gọn gàng.
5. Cắt laser dẫn hướng bằng nước
Laser dẫn hướng nước tập trung ánh sáng laser và dẫn nó vào cột nước vi mô. Đường kính của cột nước thay đổi tùy theo khẩu độ vòi phun và có nhiều thông số kỹ thuật khác nhau là 100-30 μm. Sử dụng nguyên lý phản xạ toàn phần giữa cột nước và bề mặt không khí, ánh sáng laser sẽ truyền dọc theo hướng của cột nước sau khi được đưa vào cột nước.
Nó có thể xử lý trong phạm vi mà cột nước vẫn ổn định và khoảng cách làm việc hiệu quả siêu dài đặc biệt thích hợp để cắt các vật liệu dày. Trong cắt laser truyền thống, sự tích tụ và dẫn truyền năng lượng là nguyên nhân chính gây ra tổn hại nhiệt ở cả hai phía của đường cắt, trong khi tia laser dẫn nước nhanh chóng lấy đi nhiệt dư của từng xung mà không tích tụ trên phôi do tác động của cột nước nên cắt Đường đi sạch sẽ, gọn gàng.
Dựa trên những ưu điểm này, cacbua silic cắt laser dẫn nước về mặt lý thuyết là một lựa chọn tốt, nhưng công nghệ này khó khăn và độ trưởng thành của các thiết bị liên quan không cao. Rất khó để sản xuất vòi phun như một bộ phận dễ bị tổn thương. Nếu cột nước mịn không thể được kiểm soát chính xác và ổn định, các giọt nước bắn tung tóe sẽ làm bào mòn chip, ảnh hưởng đến năng suất. Do đó, quy trình này vẫn chưa được áp dụng để sản xuất tấm silicon cacbua.