실리콘 카바이드 웨이퍼의 다이싱 방법

1. 그라인딩 휠 스크라이빙
연삭 휠 다이싱 머신은 공기정역학적 전기 스핀들을 통해 블레이드를 고속으로 회전시켜 재료를 강력하게 연삭하는 기계입니다. 사용된 칼날의 절단면은 커런덤 입자로 코팅되어 있습니다. 커런덤의 모스 경도는 10으로, 경도가 9.5인 SiC보다 약간 높을 뿐입니다. 반복적인 저속 연삭은 시간이 많이 걸리고 힘들 뿐만 아니라 공구의 빈번한 마모를 유발합니다. 예를 들어 100mm(4인치) SiC 웨이퍼를 절단하는 데는 6-8시간이 걸리고, 치핑 불량이 발생하기 쉽습니다. 따라서 이러한 전통적인 비효율적인 가공 방법은 점차 레이저 스크라이빙으로 대체되었습니다.
2. 풀 레이저 마킹
레이저 스크라이빙은 고에너지 레이저 빔을 사용하여 가공물의 표면에 조사하여 조사된 부분을 국부적으로 용융 및 기화시켜 재료 제거 및 스크라이빙을 수행하는 공정입니다. 레이저 스크라이빙은 기계적 응력 손상이 없고 유연한 가공 방법, 도구 손실 및 수질 오염이 없고 장비 유지 관리 비용이 낮은 비접촉 가공입니다. 레이저로 웨이퍼를 스크라이브할 때 지지 필름의 손상을 방지하기 위해 고온 제거에 강한 UV 필름이 사용됩니다.
현재 레이저 스크라이빙 장비는 1064nm, 532nm, 355nm의 세 가지 파장과 나노초, 피코초, 펨토초의 펄스 폭을 갖는 산업용 레이저를 채택하고 있습니다. 이론적으로 레이저 파장이 짧고 펄스 폭이 짧을수록 가공의 열 효과가 작아져 미세 정밀 가공에 유리하지만 비용이 상대적으로 높습니다. 355 nm 자외선 나노초 레이저는 성숙한 기술, 저렴한 비용 및 작은 가공 열 효과로 인해 널리 사용됩니다. 최근 몇 년 동안 1 064 nm 피코초 레이저 기술이 빠르게 발전하여 많은 새로운 분야에 적용되어 좋은 결과를 얻었습니다.
예를 들어, 355nm 자외선 레이저 가공의 열 효과는 작지만 불완전하게 기화된 슬래그가 절단 라인에 부착, 축적되어 절단 단면이 원활하지 않게 되고, 부착된 슬래그가 후속 공정에서 떨어지기 쉬워 장비에 영향을 미치게 됩니다. 성능. 1064nm 피코초 레이저는 더 높은 출력, 높은 스크라이빙 효율성, 충분한 재료 제거 및 균일한 단면을 채택하지만 가공의 열 효과가 너무 커서 칩 설계에 더 넓은 스크라이빙 레인을 확보해야 합니다.
3. 레이저 하프 스트로크
레이저 하프 스크라이빙은 절단 가능성이 더 높은 재료를 가공하는 데 적합합니다. 레이저 스크라이빙은 일정 깊이로 절단한 후 분할 방식을 채택하여 절단선을 따라 세로로 연장되는 응력을 발생시켜 칩을 분리합니다. 이 가공 방법은 효율성이 높고 필름 부착 및 필름 제거 공정이 필요 없으며 가공 비용이 저렴합니다. 그러나 탄화규소 웨이퍼의 절단은 불량하고 절단이 쉽지 않습니다. 갈라진 부분은 칩이 생기기 쉽고, 긁힌 부분에는 여전히 슬래그 부착 현상이 존재합니다.
4. 레이저 보이지 않는 절단
레이저 스텔스 스크라이빙은 재료 내부에 레이저를 집중시켜 변형된 층을 형성한 뒤 필름을 쪼개거나 팽창시켜 칩을 분리하는 방식이다. 표면에 먼지 오염이 없고 재료 손실이 거의 없으며 처리 효율이 높습니다. 스텔스 스크라이빙을 달성하기 위한 두 가지 조건은 재료가 레이저에 투명하고 충분한 펄스 에너지가 다광자 흡수를 생성한다는 것입니다.
실온에서 탄화규소의 밴드 갭 에너지 Eg는 약 3.2eV이며 이는 5.13×10 -19 J입니다. 1 064 nm 레이저 광자 에너지 E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. 1 064nm의 레이저 광자 에너지가 탄화규소 재료의 흡수 밴드 갭보다 작으며 광학적으로 투명하여 보이지 않는 조건을 충족함을 알 수 있습니다. 스크라이빙. 실제 투과율은 재료 표면 특성, 두께, 도펀트 유형과 같은 요소와 관련이 있습니다. 300μm 두께의 연마된 탄화규소 웨이퍼를 예로 들면, 측정된 1064nm 레이저 투과율은 약 67%입니다.
펄스 폭이 매우 짧은 피코초 레이저가 선택되며, 다광자 흡수에 의해 생성된 에너지는 열에너지로 변환되지 않고 재료 내부에 특정 깊이의 개질된 층만 발생시킵니다. 개질층은 재료 내부의 균열 영역, 용융 영역 또는 굴절률 변화 영역입니다. 그런 다음 후속 분할 공정을 통해 입자가 수정된 레이어를 따라 분리됩니다.
탄화규소 재료의 절단성은 좋지 않으며 개질된 층 사이의 거리가 너무 커서는 안 됩니다. 테스트에서는 JHQ-611 자동 다이싱 기계와 350μm 두께의 SiC 웨이퍼를 사용하여 500mm/s의 절단 속도로 22개 층을 절단합니다. 균열 후 단면은 상대적으로 매끄러우며 작은 조각이 있고 가장자리가 깔끔합니다.
5. 물 유도 레이저 절단
워터 가이드 레이저는 레이저 빛을 집중시켜 마이크로 워터 컬럼으로 안내합니다. 물기둥의 직경은 노즐 구경에 따라 달라지며, 100-30μm의 다양한 사양이 있습니다. 물기둥과 공기 경계면 사이의 전반사 원리를 사용하여 레이저 광은 물기둥에 유입된 후 물기둥 방향을 따라 전파됩니다.
물기둥이 안정적으로 유지되는 범위 내에서 처리할 수 있으며, 매우 긴 유효 작업 거리가 특히 두꺼운 재료를 절단하는 데 적합합니다. 기존 레이저 절단에서는 에너지의 축적과 전도가 절단선 양쪽의 열 손상의 주요 원인인 반면, 워터 가이드 레이저는 작용으로 인해 공작물에 축적되지 않고 각 펄스의 잔열을 빠르게 빼앗아갑니다. 물기둥의 절단 방식이므로 길이 깨끗하고 깔끔합니다.
이러한 장점을 바탕으로 물 전도성 레이저 절단 실리콘 카바이드는 이론적으로는 좋은 선택이지만 기술이 어렵고 관련 장비의 성숙도도 높지 않습니다. 노즐은 취약부품으로 제작이 어렵습니다. 미세한 물기둥을 정확하고 안정적으로 제어할 수 없는 경우 튀는 물방울이 칩을 융삭시켜 수율에 영향을 미칩니다. 따라서 이 공정은 아직 탄화규소 웨이퍼 생산에 적용되지 않았습니다.