Что такое технология нарезки вафель
Являясь ключевым звеном в процессе производства полупроводников, технология резки и нарезки пластин напрямую связана с производительностью чипов, выходом продукции и себестоимостью производства.
#01Предыстория и значение резки пластин
1.1 Определение резки пластин
Резка (или нарезка) пластин — важная часть процесса производства полупроводников, цель которой — разделить пластину в ходе нескольких процессов на несколько независимых зерен. Эти зерна часто содержат полные функции схемы и являются основными компонентами, которые в конечном итоге используются для производства электронных продуктов. С уменьшением сложности и размера конструкции чипов возрастает потребность в точности и эффективности технологии резки пластин.
На практике при резке пластин обычно используются высокоточные режущие инструменты, такие как алмазные диски, чтобы гарантировать, что каждое зерно останется неповрежденным и функциональным. Ключевыми звеньями являются подготовка перед резкой, точный контроль процесса резки и контроль качества после резки. Перед резкой пластину необходимо пометить и расположить так, чтобы траектория резки была точной; В процессе резки необходимо строго контролировать такие параметры, как давление и скорость инструмента, чтобы не повредить пластину. После резки также требуется комплексная проверка качества, чтобы убедиться, что каждая щепа соответствует стандартам производительности.
Основной принцип технологии резки пластин включает не только выбор режущего оборудования и настройку параметров процесса, но также учитывает механические свойства материалов и влияние характеристик материалов на качество резки. Например, кремниевые пластины с диэлектриком с низким содержанием K легко подвергаются воздействию концентрации напряжений во время резки из-за их плохих механических свойств, что приводит к таким проблемам, как растрескивание и растрескивание. Низкая твердость и хрупкость материалов с низким содержанием K делают их более склонными к разрушению конструкции при воздействии механических сил или термического напряжения, особенно во время резки, когда контакт инструмента с поверхностью пластины и высокие температуры еще больше усугубляют концентрацию напряжений.
С развитием материаловедения технология резки пластин применяется не только к традиционным полупроводникам на основе кремния, но и распространяется на новые полупроводниковые материалы, такие как нитрид галлия. Эти новые материалы из-за своей твердости и структурных свойств создают новые проблемы в процессе резки и требуют дальнейшего совершенствования режущих инструментов и технологий.
Резка пластин, как ключевой процесс в полупроводниковой промышленности, все еще оптимизируется по мере изменения спроса и развития технологий, закладывая основу для будущей микроэлектроники и технологии интегральных схем.
Помимо разработки вспомогательных материалов и инструментов, совершенствование технологии резки пластин также охватывает многие аспекты, такие как оптимизация процесса, повышение производительности оборудования и точный контроль параметров резки. Эти улучшения призваны обеспечить высокую точность, высокую эффективность и стабильность процесса резки пластин и удовлетворить спрос полупроводниковой промышленности на меньшие, более интегрированные и более сложные чипы.
1.2 Важность резки пластин
Резка пластин играет ключевую роль в процессе производства полупроводников, напрямую влияя на последующие процессы, а также на качество и производительность конечного продукта. Ниже подробно описывается важность резки пластин с нескольких аспектов.
Первый,точность и последовательность резкиявляются ключом к обеспечению производительности и надежности чипов. В процессе производства пластина проходит несколько процессов, образуя ряд крошечных схемных структур, которые необходимо точно разделить на независимые чипы (зерна). Если ошибка позиционирования или резки в процессе резки велика, это может привести к повреждению схемы, а затем повлиять на работу и надежность чипа. Таким образом, технология высокоточной резки позволяет не только обеспечить целостность каждого чипа, но также избежать повреждения внутренней цепи чипа и повысить выход продукции.
Второй,резка пластин оказывает существенное влияние на эффективность производства и контроль затрат. Резка пластин является важным этапом производственного процесса, и ее эффективность напрямую влияет на ход последующих процессов. За счет оптимизации процесса резки, повышения степени автоматизации и скорости резки оборудования можно значительно повысить общую эффективность производства. С другой стороны, потери материала при резке также являются важной частью контроля затрат предприятий. Использование передовых технологий резки позволяет не только сократить ненужные отходы материала в процессе резки, но и повысить коэффициент использования пластин, тем самым снижая производственные затраты.
С развитием полупроводниковых технологий диаметр пластин увеличивается, а также увеличивается плотность схемы, что предъявляет более высокие требования к технологии резки. Большие пластины требуют более точного контроля траектории резки, особенно в зонах с высокой плотностью схем, где любое небольшое отклонение может привести к выходу из строя нескольких чипов. Кроме того, более крупные пластины означают больше линий резки и более сложные технологические этапы, а технология резки должна и дальше улучшаться.точность, последовательность и эффективностьдля решения этих задач.
1.3 Процесс резки пластин
Технологический процесс резки пластин охватывает от этапа подготовки до окончательной проверки качества, и каждый этап имеет решающее значение для обеспечения качества и производительности чипа после резки. Ниже приводится подробное объяснение различных этапов.
Процесс резки пластин включает в себя очистку, позиционирование, резку, очистку, проверку и сортировку пластин, и каждый этап имеет решающее значение. Благодаря развитию автоматизации, лазерной резки и технологий искусственного интеллекта современные системы резки пластин могут достичь более высокой точности, скорости и меньших потерь. В будущем новые технологии резки, такие как лазер и плазма, постепенно заменят традиционную резку лезвиями, чтобы адаптироваться к более сложным потребностям проектирования микросхем и способствовать дальнейшему развитию процессов производства полупроводников.
#02 Технология резки пластин и ее принцип
На рисунке показаны три распространенных метода резки пластин, а именно:Нарезка кубиками лезвием, лазерная нарезка и плазменная нарезка. Ниже приводится подробный анализ этих трех технологий и дополнительные пояснения:
Резка пластины — ключевой этап процесса производства полупроводников, который требует выбора соответствующего метода резки в зависимости от толщины пластины. Для начала необходимо определить толщину пластины. Если толщина пластины более 100 микрон, для резки можно выбрать ножевой способ резки. Если резка лезвием неприменима, можно обратиться к методу резки переломом, который включает в себя как резку царапинами, так и резку лезвием.
Если толщина пластины составляет от 30 до 100 микрон, рекомендуется использовать метод DBG (Dice Before Grinding). В этом случае вы можете выбрать резку по царапинам, резку лезвием или изменить порядок резки по мере необходимости для достижения наилучших результатов.
Для ультратонких пластин толщиной менее 30 микрон лазерная резка становится предпочтительным методом, поскольку она позволяет точно разрезать тонкие пластины, не причиняя чрезмерных повреждений. Если лазерная резка не может удовлетворить конкретным требованиям, в качестве альтернативы можно использовать методы плазменной резки. Эта блок-схема обеспечивает четкий путь принятия решения, позволяющий гарантировать выбор наиболее подходящей технологии резки пластин для условий различной толщины.
2.1 Технология механической резки
Технология механической резки является традиционным методом резки пластин, ее основной принцип заключается в использовании высокоскоростного вращающегося режущего инструмента с алмазным шлифовальным кругом для резки пластины. Ключевое оборудование включает в себяаэростатические шпинделикоторые приводят в движение инструменты с алмазным кругом на высоких скоростях для точной резки или прорезания пазов по заданной траектории резания. Эта технология широко используется в промышленности из-за ее низкой стоимости, высокой эффективности и широкой применимости.
Преимущество
Высокая твердость и износостойкость алмазных шлифовальных кругов позволяют технологии механической резки адаптироваться к потребностям резки различных пластинчатых материалов, будь то традиционные материалы на основе кремния или новые сложные полупроводники. Простота эксплуатации и относительно низкие технические требования еще больше способствовали его популярности в массовом производстве. Кроме того, по сравнению с другими методами резки, такими как лазерная резка, стоимость более контролируема, что подходит для нужд предприятий массового производства.
Ограничение
Хотя технология механической резки имеет множество преимуществ, нельзя игнорировать ее ограничения. Прежде всего, из-за физического контакта инструмента с пластиной точность ее резки относительно ограничена, и легко допустить отклонение размеров, что влияет на точность последующей упаковки и тестирования чипа. Во-вторых, в процессе механической резки легко образуются трещины, трещины и другие дефекты, которые не только влияют на производительность, но и могут отрицательно сказаться на надежности и сроке службы чипа. Это повреждение, вызванное механическим напряжением, особенно вредно для производства стружки с высокой плотностью обработки, особенно при резке хрупких материалов.
Техническое улучшение
Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи продолжают оптимизировать процесс механической резки. Это важная мера по улучшению точности резки и долговечности за счет улучшения конструкции и выбора материала шлифовального круга. Кроме того, конструкция конструкции и система управления режущим оборудованием оптимизированы для дальнейшего повышения стабильности и уровня автоматизации процесса резки. Эти улучшения уменьшают ошибки, вызванные действиями человека, и повышают стабильность резки. Внедрение передовых технологий обнаружения и контроля качества, мониторинг аномальных условий в процессе резки в режиме реального времени, а также эффективное повышение надежности резки и урожайности.
Будущее развитие и новые технологии
Хотя технология механической резки по-прежнему занимает важное место в области резки пластин, с развитием полупроводниковых процессов быстро развиваются и новые технологии резки. Например, применениетехнология термической лазерной резкиобеспечивает новый способ решения проблем точности и устранения дефектов при механической резке. Этот метод бесконтактной резки может снизить воздействие физического напряжения на пластину, значительно снижая вероятность поломки кромок и трещин, особенно при резке хрупких материалов. В будущем сочетание технологии механической резки и новых технологий резки предоставит более широкий спектр возможностей и гибкость для производства полупроводников, что еще больше повысит эффективность производства и качество чипов.
Подводя итог, можно сказать, что технология механической резки, несмотря на ее недостатки, по-прежнему играет важную роль в производстве полупроводников благодаря постоянному технологическому совершенствованию и сочетанию с новыми технологиями резки, и ожидается, что она сохранит свою конкурентоспособность в будущих процессах.
2.2 Технология лазерной резки
Технология лазерной резки как новый метод резки пластин из-за еевысокая точность, отсутствие механических контактных поврежденийибыстрая резкахарактеристики постепенно получили широкое внимание в полупроводниковой промышленности. Технология использует высокую плотность энергии и фокусирующую способность лазерного луча для создания крошечныхзоны термического воздействияна поверхности материала пластины. Когда лазерный луч воздействует на пластину,термический стрессГенерируемый сигнал заставит материал сломаться в заданном месте, достигая эффекта точной резки.
Преимущества технологии лазерной резки
1.Высокая точность:Способность точного позиционирования лазерного луча позволяет достичь точности резки микронного или даже наноуровня, отвечая требованиям современного высокоточного и плотного производства интегральных схем.
2.Без механического контакта:лазерная резка не требует контакта с пластиной, что позволяет избежать распространенных проблем, таких как поломка кромок и трещин во время механической резки, а также значительно повышает выход стружки и надежность.
3.Высокая скорость резки:Высокая скорость лазерной резки помогает повысить эффективность производства, особенно при крупномасштабном и высокоскоростном производстве.
Проблемы, с которыми пришлось столкнуться
1. Высокая стоимость оборудования: первоначальные инвестиции в оборудование для лазерной резки высоки, особенно для малых и средних производственных предприятий, а продвижение и применение по-прежнему сталкиваются с экономическим давлением.
2. Сложное управление процессом. Лазерная резка требует точного контроля множества параметров, таких как плотность энергии, положение фокуса и скорость резки, и этот процесс очень сложен.
3. Проблема зоны теплового воздействия. Хотя бесконтактные характеристики лазерной резки уменьшают механические повреждения, зона теплового воздействия, вызванная тепловым напряжением, может отрицательно повлиять на характеристики материала пластины, и для уменьшения этого воздействия необходима дальнейшая оптимизация процесса. .
Направление технологического совершенствования
Для решения этих проблем исследователи сосредоточивают свое внимание наснижение затрат на оборудование, повышение эффективности резки и оптимизация технологического процесса.
1.Эффективные лазеры и оптические системы:Благодаря разработке более эффективных лазеров и современных оптических систем можно не только снизить затраты на оборудование, но и повысить точность и скорость резки.
2.Оптимизация параметров процесса:Углубленное изучение взаимодействия лазера и пластинчатого материала, улучшение процесса для уменьшения зоны термического влияния, улучшение качества резки.
3.Интеллектуальная система управления:Разработайте интеллектуальную технологию управления, чтобы реализовать автоматизацию и интеллектуализацию процесса лазерной резки, а также повысить стабильность и последовательность процесса резки.
Технология лазерной резки особенно хорошо работает всверхтонкие пластины и сценарии высокоточной резки. С увеличением размера пластин и плотности схем традиционные методы механической резки все труднее удовлетворяют потребности современного производства полупроводников в высокой точности и высокой эффективности, и лазерная резка постепенно становится первым выбором в этих областях из-за ее уникальных преимуществ.
Хотя технология лазерной резки по-прежнему сталкивается с такими проблемами, как стоимость оборудования и сложность процесса, ее уникальные преимущества в высокой точности и отсутствии контактных повреждений делают ее важным направлением развития в области производства полупроводников. Ожидается, что благодаря постоянному развитию лазерных технологий и интеллектуальных систем управления лазерная резка будет способствовать дальнейшему повышению эффективности и качества резки пластин в будущем и будет способствовать устойчивому развитию полупроводниковой промышленности.
2.3 Технология плазменной резки
Технология плазменной резки, как новый метод резки пластин, в последние годы привлекла большое внимание. В этой технологии используется ионный луч высокой энергии для точной резки пластины и достигается идеальный эффект резки за счет точного контроля энергии, скорости и траектории резки ионного луча.
Принцип работы и преимущества
Процесс плазменной резки пластин основан на оборудовании для производства высокотемпературного ионного луча высокой энергии, который может нагревать материал пластины до состояния плавления или газификации за очень короткое время, чтобы обеспечить быструю резку. По сравнению с традиционной механической или лазерной резкой, плазменная резка происходит быстрее и имеет меньшую зону термического воздействия на пластине, что эффективно уменьшает трещины и повреждения, которые могут возникнуть во время резки.
В практическом применении технология плазменной резки особенно хороша при работе с пластинами сложной формы. Его высокоэнергетический плазменный луч является гибким и регулируемым, что позволяет легко обрабатывать пластины неправильной формы и достигать высокой точности резки. Таким образом, технология показала широкие перспективы применения в сфере производства микроэлектроники, особенно в производстве высокотехнологичных микросхем индивидуального и мелкосерийного производства.
Проблемы и ограничения
Хотя технология плазменной резки имеет множество преимуществ, она также сталкивается с некоторыми проблемами. Прежде всего, процесс сложен и требует высокоточного оборудования и опытных операторов, обеспечивающих точность и стабильность резки. Кроме того, высокая температура и высокие энергетические характеристики изоионного пучка предъявляют более высокие требования к контролю окружающей среды и защите безопасности, что увеличивает сложность и стоимость применения.
Будущее направление развития
Качество резки пластин имеет решающее значение для последующей упаковки чипов, тестирования, а также производительности и надежности конечного продукта. К распространенным проблемам в процессе резки относятся трещины, поломка кромки и отклонение резки, на которые влияют многие факторы.
Улучшение качества резки требует всестороннего учета многих факторов, таких как параметры процесса, выбор оборудования и материалов, контроль и обнаружение процесса. Благодаря постоянному совершенствованию технологии резки и оптимизации технологических процессов можно еще больше улучшить точность и стабильность резки пластин, а также обеспечить более надежную техническую поддержку для промышленности по производству полупроводников.
#03 Обработка и тестирование после резки пластины
3.1 Очистка и сушка
Процесс очистки и сушки после резки пластин необходим для обеспечения качества стружки и плавного хода последующих процессов. В этом процессе необходимо не только тщательно удалять кремниевую стружку, остатки СОЖ и другие загрязняющие вещества, образующиеся при резке, но также следить за тем, чтобы стружка не была повреждена в процессе очистки, а также следить за тем, чтобы на поверхности не оставалось остатков воды. поверхность чипа после высыхания, чтобы предотвратить коррозию или электростатический разряд, вызванный водой.
Процесс очистки и сушки после резки пластин — сложный и деликатный процесс, требующий сочетания факторов для обеспечения конечного эффекта обработки. Благодаря научным методам и строгим процедурам мы можем гарантировать, что каждый чип попадет в последующий процесс упаковки и тестирования в наилучшем состоянии.
3.2 Обнаружение и тестирование
Процесс проверки и тестирования стружки после резки пластин является ключевым шагом для обеспечения качества и надежности продукции. Этот процесс позволяет не только отбирать микросхемы, соответствующие проектным спецификациям, но также своевременно находить и устранять потенциальные проблемы.
Процесс проверки и тестирования стружки после резки пластин охватывает множество аспектов, таких как проверка внешнего вида, измерение размеров, проверка электрических характеристик, функциональные испытания, испытания надежности и испытания на совместимость. Эти шаги взаимосвязаны и дополняют друг друга, а вместе представляют собой прочный барьер на пути обеспечения качества и надежности продукции. Благодаря строгим процессам проверки и тестирования потенциальные проблемы можно выявить и своевременно устранить, гарантируя, что конечный продукт будет соответствовать потребностям и ожиданиям клиентов.
3.3 Упаковка и хранение
Вырезанный из пластины чип является ключевым продуктом процесса производства полупроводников, и его упаковку и хранение нельзя игнорировать. Правильные меры по упаковке и хранению могут не только обеспечить безопасность и стабильность чипа при транспортировке и хранении, но и дать надежную гарантию на последующее производство, тестирование и упаковку.
Упаковка и хранение чипов после резки пластин имеют решающее значение. За счет выбора соответствующих упаковочных материалов и строгого контроля условий хранения можно обеспечить безопасность и стабильность чипа во время транспортировки и хранения. В то же время регулярные проверки и оценочные работы дают надежную гарантию качества и надежности чипа.
#04 Проблемы во время нанесения надписей на пластины
4.1 Микротрещины и проблемы с повреждениями
Проблемы микротрещин и повреждений во время скрайбирования пластин являются актуальными проблемами, которые необходимо решить в производстве полупроводников. Напряжение резания является основной причиной этого явления, которое вызывает появление небольших трещин и повреждений на поверхности пластины, что приводит к увеличению производственных затрат и снижению качества продукции.
Поскольку пластины являются хрупким материалом, внутренняя структура пластин склонна изменяться под воздействием механических, термических или химических напряжений, что приводит к образованию микротрещин. Хотя поначалу эти трещины могут быть незаметны, они могут расширяться и вызывать более серьезные повреждения по мере развития производственного процесса. Из-за изменений температуры и дальнейшего механического напряжения эти микротрещины могут превратиться в явные трещины и даже привести к выходу чипа из строя, особенно в ходе последующего процесса упаковки и испытаний.
Повреждения поверхности пластин также нельзя игнорировать. Эти травмы могут возникнуть в результате неправильного использования режущего инструмента, неправильной настройки параметров резки или дефектов материала самой пластины. Независимо от причины, эти повреждения могут негативно повлиять на производительность и стабильность чипа. Например, повреждение может вызвать изменение значения сопротивления или емкости в цепи, что повлияет на общую производительность.
Для решения этих проблем, с одной стороны, снижается возникновение напряжений в процессе резания за счет оптимизации режущего инструмента и параметров. Например, использование более острого лезвия и регулировка скорости и глубины резания может в определенной степени снизить концентрацию и передачу напряжения. С другой стороны, исследователи также изучают новые технологии резки, такие как лазерная резка и плазменная резка, чтобы еще больше уменьшить повреждение пластины, обеспечивая при этом точность резки.
В целом, проблемы микротрещин и повреждений являются ключевыми проблемами, которые необходимо решить в технологии резки пластин. Только посредством непрерывных исследований и практики в сочетании с различными средствами, такими как технологические инновации и тестирование качества, можно эффективно улучшить качество и рыночную конкурентоспособность полупроводниковой продукции.
4.2 Зоны, подверженные воздействию тепла, и их влияние на производительность
В процессах термической резки, таких как лазерная резка и плазменная резка, из-за высоких температур на поверхности пластины неизбежно образуются зоны термического воздействия. На размер и протяженность этой области влияет ряд факторов, включая скорость резания, мощность и теплопроводность материала. Наличие областей термического влияния оказывает существенное влияние на свойства материала пластины и, следовательно, на производительность конечного чипа.
Воздействие на зоны термического воздействия:
1.Изменение кристаллической структуры:Под действием высокой температуры атомы в материале пластины могут перестраиваться, что приводит к искажению кристаллической структуры. Это искажение снижает механическую прочность и стабильность материала, увеличивая риск выхода чипа из строя во время использования.
2.Изменения электрических характеристик:Под действием высокой температуры концентрация и подвижность носителей в полупроводниковом материале могут измениться, что влияет на проводящие характеристики и эффективность передачи тока чипа. Эти изменения могут привести к снижению производительности чипа или даже к несоответствию проектным требованиям.
Меры борьбы с зонами термического воздействия:
1.Оптимизация параметров процесса резки:За счет снижения скорости резки и снижения мощности можно эффективно уменьшить образование зон термического воздействия.
2.Использование передовых технологий охлаждения:Охлаждение жидким азотом, микрофлюидное охлаждение и другие технологии могут эффективно ограничить диапазон зон теплового воздействия и снизить влияние на характеристики материала пластин.
3.Выбор материала:Исследователи изучают новые материалы, такие как углеродные нанотрубки и графен, которые обладают превосходными свойствами теплопроводности и механической прочностью и могут улучшить производительность чипов при одновременном уменьшении зон термического воздействия.