Metode Pemotongan Wafer Silikon Karbida

1. Pemotongan roda gerinda
Mesin potong dadu roda gerinda menggerakkan bilah untuk berputar dengan kecepatan tinggi melalui spindel listrik aerostatik untuk mencapai penggilingan material yang kuat. Tepi tajam mata pisau yang digunakan dilapisi dengan partikel korundum. Kekerasan Mohs korundum adalah 10, hanya sedikit lebih tinggi dibandingkan SiC dengan kekerasan 9,5. Penggerindaan dengan kecepatan rendah yang berulang-ulang tidak hanya memakan waktu dan tenaga, tetapi juga menyebabkan seringnya keausan pada alat. Misalnya, diperlukan waktu 6-8 jam untuk memotong wafer SiC berukuran 100 mm (4 inci), dan mudah menyebabkan cacat chipping. Oleh karena itu, metode pemrosesan tradisional yang tidak efisien ini secara bertahap telah digantikan oleh pemotongan laser.
2. Penandaan laser penuh
Scribing laser adalah proses menggunakan sinar laser berenergi tinggi untuk menyinari permukaan benda kerja untuk melelehkan dan menguapkan area yang disinari secara lokal, sehingga mencapai penghilangan material dan scribing. Pemotongan laser adalah pemrosesan non-kontak, tanpa kerusakan akibat tekanan mekanis, metode pemrosesan yang fleksibel, tanpa kehilangan alat dan polusi air, serta biaya pemeliharaan peralatan yang rendah. Untuk menghindari kerusakan pada film pendukung saat laser menembus wafer, digunakan film UV yang tahan terhadap ablasi suhu tinggi.
Saat ini, peralatan laser scribing mengadopsi laser industri, dengan tiga panjang gelombang 1064 nm, 532 nm, dan 355 nm, dan lebar pulsa nanodetik, pikodetik, dan femtodetik. Secara teoritis, semakin pendek panjang gelombang laser dan semakin pendek lebar pulsa, semakin kecil efek termal pemrosesan, yang bermanfaat untuk pemrosesan presisi mikro, namun biayanya relatif tinggi. Laser nanodetik ultraviolet 355 nm banyak digunakan karena teknologinya yang matang, biaya rendah, dan efek termal pemrosesan yang kecil. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi laser pikodetik 1 064 nm telah berkembang pesat dan telah diterapkan ke banyak bidang baru dengan hasil yang baik.
Misalnya, efek termal dari pemrosesan laser ultraviolet 355nm kecil, tetapi terak yang tidak menguap sepenuhnya menempel dan terakumulasi di garis pemotongan, membuat bagian pemotongan tidak mulus, dan terak yang menempel mudah rontok pada proses selanjutnya, sehingga mempengaruhi perangkat. pertunjukan. Laser pikodetik 1064 nm mengadopsi daya yang lebih tinggi, efisiensi pemotongan yang tinggi, penghilangan material yang cukup, dan penampang yang seragam, tetapi efek termal dari pemrosesan terlalu besar, dan jalur pemotongan yang lebih lebar perlu disediakan dalam desain chip.
3. Laser setengah pukulan
Pemotongan setengah laser cocok untuk memproses bahan dengan kemampuan pembelahan yang lebih baik. Pemotongan laser memotong hingga kedalaman tertentu, dan kemudian mengadopsi metode pemisahan untuk menghasilkan tegangan memanjang secara longitudinal di sepanjang garis pemotongan untuk memisahkan chip. Metode pemrosesan ini memiliki efisiensi yang tinggi, tidak memerlukan proses pelekatan dan pelepasan film, serta biaya pemrosesan yang rendah. Namun, pembelahan wafer silikon karbida buruk, dan tidak mudah untuk dipecah. Sisi yang retak mudah terkelupas, dan fenomena adhesi terak masih terdapat pada bagian yang tergores.
4. Pemotongan laser yang tidak terlihat
Scribing siluman laser adalah memfokuskan laser pada bagian dalam material untuk membentuk lapisan yang dimodifikasi, dan kemudian memisahkan chip dengan membelah atau memperluas film. Tidak ada polusi debu di permukaan, hampir tidak ada kerugian material, dan efisiensi pemrosesan tinggi. Dua syarat untuk mencapai stealth scribing adalah materialnya transparan terhadap laser, dan energi pulsa yang cukup menghasilkan penyerapan multifoton.
Energi celah pita Eg silikon karbida pada suhu kamar adalah sekitar 3,2 eV, yaitu 5,13×10 -19 J. 1 064 nm energi foton laser E=hc/λ=1 0,87×10 -19 J. Terlihat bahwa energi foton laser sebesar 1 064 nm lebih kecil dari celah pita serapan bahan silikon karbida, dan transparan secara optik, sehingga memenuhi kondisi tak terlihat menulis. Transmisi sebenarnya terkait dengan faktor-faktor seperti sifat permukaan material, ketebalan, dan jenis dopan. Mengambil contoh wafer silikon karbida yang dipoles dengan ketebalan 300 μm, transmisi laser 1064 nm yang diukur adalah sekitar 67%.
Laser pikodetik dengan lebar pulsa yang sangat pendek dipilih, dan energi yang dihasilkan oleh penyerapan multifoton tidak diubah menjadi energi panas, tetapi hanya menyebabkan kedalaman lapisan termodifikasi tertentu di dalam material. Lapisan yang dimodifikasi adalah daerah retak, daerah leleh atau daerah perubahan indeks bias di dalam material. Kemudian melalui proses pembelahan selanjutnya, butiran-butiran tersebut akan dipisahkan sepanjang lapisan yang termodifikasi.
Kemampuan membelah bahan silikon karbida buruk, dan jarak antara lapisan yang dimodifikasi tidak boleh terlalu jauh. Pengujian ini menggunakan mesin potong dadu otomatis JHQ-611 dan wafer SiC setebal 350 μm untuk memotong 22 lapisan dengan kecepatan potong 500 mm/s. Setelah retak, bagian tersebut relatif halus, dengan serpihan kecil dan tepi yang rapi.
5. Pemotongan laser berpemandu air
Laser pemandu air memfokuskan sinar laser dan mengarahkannya ke kolom air mikro. Diameter kolom air bervariasi sesuai dengan bukaan nosel, dan terdapat berbagai spesifikasi 100-30 μm. Menggunakan prinsip pemantulan total antara kolom air dan antarmuka udara, sinar laser akan merambat sepanjang arah kolom air setelah dimasukkan ke dalam kolom air.
Ini dapat memproses dalam kisaran di mana kolom air tetap stabil, dan jarak kerja efektif yang sangat panjang sangat cocok untuk memotong material yang tebal. Dalam pemotongan laser tradisional, akumulasi dan konduksi energi adalah penyebab utama kerusakan termal di kedua sisi garis pemotongan, sedangkan laser yang dipandu air dengan cepat menghilangkan sisa panas dari setiap pulsa tanpa terakumulasi pada benda kerja akibat tindakan tersebut. kolom air, jadi pemotongan Caranya bersih dan rapi.
Berdasarkan keunggulan ini, silikon karbida pemotongan laser penghantar air adalah pilihan yang baik secara teori, tetapi teknologinya sulit, dan kematangan peralatan terkait tidak tinggi. Sulit untuk membuat nozel sebagai bagian yang rentan. Jika kolom air halus tidak dapat dikontrol secara akurat dan stabil, tetesan air yang terciprat akan mengikis chip, sehingga mempengaruhi hasil. Oleh karena itu, proses ini belum diterapkan pada produksi wafer silikon karbida.