De technologie voor het in blokjes snijden van wafels is een cruciale stap in het productieproces van halfgeleiders en houdt rechtstreeks verband met de chipprestaties, opbrengst en productiekosten.
#01 Achtergrond en betekenis van wafelblokjes
1.1 Definitie van wafelblokjes
Het in blokjes snijden van wafers (ook bekend als scriben) is een essentiële stap in de productie van halfgeleiders, gericht op het verdelen van verwerkte wafers in meerdere individuele matrijzen. Deze matrijzen bevatten doorgaans volledige circuitfunctionaliteit en zijn de kerncomponenten die uiteindelijk worden gebruikt bij de productie van elektronische apparaten. Naarmate chipontwerpen complexer worden en de afmetingen steeds kleiner worden, worden de precisie- en efficiëntie-eisen voor de technologie voor het in blokjes snijden van wafels steeds strenger.
Bij praktische bewerkingen wordt bij het snijden van wafels doorgaans gebruik gemaakt van uiterst nauwkeurig gereedschap, zoals diamantbladen, om ervoor te zorgen dat elke matrijs intact en volledig functioneel blijft. Belangrijke stappen zijn onder meer de voorbereiding vóór het snijden, de nauwkeurige controle tijdens het snijproces en de kwaliteitscontrole na het snijden.
Vóór het snijden moet de wafer worden gemarkeerd en gepositioneerd om nauwkeurige snijpaden te garanderen. Tijdens het snijden moeten parameters zoals gereedschapsdruk en snelheid strikt worden gecontroleerd om schade aan de wafer te voorkomen. Na het snijden worden uitgebreide kwaliteitsinspecties uitgevoerd om ervoor te zorgen dat elke chip aan de prestatienormen voldoet.
De fundamentele principes van de technologie voor het snijden van wafels omvatten niet alleen de selectie van snijapparatuur en het instellen van procesparameters, maar ook de invloed van de mechanische eigenschappen en kenmerken van materialen op de snijkwaliteit. Diëlektrische siliciumwafels met een lage k zijn bijvoorbeeld vanwege hun inferieure mechanische eigenschappen zeer gevoelig voor spanningsconcentratie tijdens het snijden, wat leidt tot storingen zoals afbrokkelen en barsten. De lage hardheid en brosheid van materialen met een lage k maken ze gevoeliger voor structurele schade onder mechanische kracht of thermische spanning, vooral tijdens het snijden. Het contact tussen het gereedschap en het wafeloppervlak, in combinatie met hoge temperaturen, kan de spanningsconcentratie verder verergeren.
Met de vooruitgang in de materiaalkunde is de technologie voor het in blokjes snijden van wafels verder uitgebreid dan de traditionele op silicium gebaseerde halfgeleiders en omvat nu ook nieuwe materialen zoals galliumnitride (GaN). Deze nieuwe materialen vormen vanwege hun hardheid en structurele eigenschappen nieuwe uitdagingen voor het snijproces, waardoor verdere verbeteringen in snijgereedschappen en -technieken nodig zijn.
Als een cruciaal proces in de halfgeleiderindustrie wordt het in blokjes snijden van wafers voortdurend geoptimaliseerd als reactie op de veranderende eisen en technologische vooruitgang, waardoor de basis wordt gelegd voor toekomstige micro-elektronica en geïntegreerde circuittechnologieën.
Verbeteringen in de technologie voor het in blokjes snijden van wafels gaan verder dan de ontwikkeling van hulpmaterialen en gereedschappen. Ze omvatten ook procesoptimalisatie, verbeteringen in de prestaties van de apparatuur en nauwkeurige controle van de snijparameters. Deze verbeteringen zijn gericht op het garanderen van hoge precisie, efficiëntie en stabiliteit in het wafer-snijproces, en voldoen daarmee aan de behoefte van de halfgeleiderindustrie aan kleinere afmetingen, hogere integratie en complexere chipstructuren.
| verbetering gebied | Specifieke maatregelen | Effecten |
| Procesoptimalisatie | - Verbeter de initiële voorbereidingen, zoals een nauwkeurigere waferpositionering en padplanning. | - Verminder snijfouten en verbeter de stabiliteit. |
| - Minimaliseer snijfouten en verbeter de stabiliteit. | - Pas realtime monitoring- en feedbackmechanismen toe om de gereedschapsdruk, snelheid en temperatuur aan te passen. | |
| - Lagere waferbreukpercentages en verbetering van de chipkwaliteit. | ||
| Prestatieverbetering van apparatuur | - Maak gebruik van uiterst nauwkeurige mechanische systemen en geavanceerde automatiseringsbesturingstechnologie. | - Verbeter de snijnauwkeurigheid en verminder materiaalverspilling. |
| - Introduceer lasersnijtechnologie die geschikt is voor materiaalwafels met een hoge hardheid. | - Verbeter de productie-efficiëntie en verminder handmatige fouten. | |
| - Vergroot de automatisering van apparatuur voor automatische monitoring en aanpassingen. | ||
| Nauwkeurige parametercontrole | - Pas parameters zoals snijdiepte, snelheid, gereedschapstype en koelmethoden nauwkeurig aan. | - Garandeer de matrijsintegriteit en elektrische prestaties. |
| - Pas parameters aan op basis van wafermateriaal, dikte en structuur. | - Verhoog de opbrengst, verminder materiaalverspilling en verlaag de productiekosten. | |
| Strategische betekenis | - Voortdurend nieuwe technologische paden verkennen, processen optimaliseren en de mogelijkheden van apparatuur verbeteren om aan de marktvraag te voldoen. | - Verbeter de opbrengst en prestaties van de chipproductie, ter ondersteuning van de ontwikkeling van nieuwe materialen en geavanceerde chipontwerpen. |
1.2 Het belang van het in blokjes snijden van wafels
Het in blokjes snijden van wafels speelt een cruciale rol in het productieproces van halfgeleiders en heeft een directe invloed op de daaropvolgende stappen, evenals op de kwaliteit en prestaties van het eindproduct. Het belang ervan kan als volgt worden gedetailleerd:
Ten eerste zijn de nauwkeurigheid en consistentie van het snijden van cruciaal belang voor het garanderen van de chipopbrengst en betrouwbaarheid. Tijdens de productie ondergaan wafers meerdere verwerkingsstappen om talloze ingewikkelde circuitstructuren te vormen, die nauwkeurig moeten worden verdeeld in individuele chips (dies). Als er aanzienlijke fouten optreden bij het uitlijnen of snijden tijdens het snijproces, kunnen de circuits beschadigd raken, wat de functionaliteit en betrouwbaarheid van de chip beïnvloedt. Daarom garandeert de uiterst nauwkeurige dicing-technologie niet alleen de integriteit van elke chip, maar voorkomt ook schade aan interne circuits, waardoor de algehele opbrengst wordt verbeterd.
Ten tweede heeft het in blokjes snijden van wafels een aanzienlijke impact op de productie-efficiëntie en kostenbeheersing. Als cruciale stap in het productieproces heeft de efficiëntie ervan rechtstreeks invloed op de voortgang van de volgende stappen. Door het proces van snijden te optimaliseren, de automatiseringsniveaus te verhogen en de snijsnelheden te verbeteren, kan de algehele productie-efficiëntie aanzienlijk worden verbeterd.
Aan de andere kant is materiaalverspilling tijdens het in blokjes snijden een kritische factor bij het kostenbeheer. Het gebruik van geavanceerde snijtechnologieën vermindert niet alleen onnodige materiaalverliezen tijdens het snijproces, maar verhoogt ook het gebruik van wafels, waardoor de productiekosten worden verlaagd.
Met de vooruitgang in de halfgeleidertechnologie blijven de waferdiameters toenemen en stijgen de circuitdichtheden dienovereenkomstig, waardoor hogere eisen worden gesteld aan de dicing-technologie. Grotere wafers vereisen een nauwkeurigere controle van de snijpaden, vooral in circuitgebieden met een hoge dichtheid, waar zelfs kleine afwijkingen ervoor kunnen zorgen dat meerdere chips defect raken. Bovendien brengen grotere wafels meer snijlijnen en complexere processtappen met zich mee, waardoor verdere verbeteringen in de precisie, consistentie en efficiëntie van de snijtechnologieën nodig zijn om deze uitdagingen het hoofd te bieden.
1.3 Proces voor het snijden van wafels
Het proces voor het in blokjes snijden van wafels omvat alle stappen, van de voorbereidingsfase tot de uiteindelijke kwaliteitscontrole, waarbij elke fase van cruciaal belang is voor het garanderen van de kwaliteit en prestaties van de in blokjes gesneden chips. Hieronder vindt u een gedetailleerde uitleg van elke fase.
| Fase | Gedetailleerde beschrijving |
| Voorbereidingsfase | -Wafelreiniging: Gebruik zeer zuiver water en speciale reinigingsmiddelen, gecombineerd met ultrasoon of mechanisch schrobben, om onzuiverheden, deeltjes en verontreinigingen te verwijderen, zodat een schoon oppervlak wordt gegarandeerd. -Nauwkeurige positionering: Gebruik uiterst nauwkeurige apparatuur om ervoor te zorgen dat de wafel nauwkeurig wordt verdeeld langs de ontworpen snijpaden. -Wafer-fixatie: Bevestig de wafer op een tapeframe om de stabiliteit tijdens het snijden te behouden en schade door trillingen of beweging te voorkomen. |
| Snijfase | -Mes in blokjes snijden: Gebruik snel roterende messen met diamantcoating voor fysiek snijden, geschikt voor materialen op siliciumbasis en kosteneffectief. -Lasersnijden: Maak gebruik van hoogenergetische laserstralen voor contactloos snijden, ideaal voor brosse of hoge hardheidsmaterialen zoals galliumnitride, wat een hogere precisie en minder materiaalverlies biedt. -Nieuwe technologieën: Introduceer laser- en plasmasnijtechnologieën om de efficiëntie en precisie verder te verbeteren en tegelijkertijd de door hitte beïnvloede zones te minimaliseren. |
| Reinigingsfase | - Gebruik gedeïoniseerd water (DI-water) en speciale reinigingsmiddelen, gecombineerd met ultrasone reiniging of sproeireiniging, om vuil en stof dat tijdens het snijden ontstaat te verwijderen, zodat wordt voorkomen dat resten de daaropvolgende processen beïnvloeden of de elektrische prestaties verstoren. - Zeer zuiver DI-water vermijdt de introductie van nieuwe verontreinigingen, waardoor een schone waferomgeving wordt gegarandeerd. |
| Inspectiefase | -Optische inspectie: Gebruik optische detectiesystemen in combinatie met AI-algoritmen om defecten snel te identificeren, ervoor te zorgen dat er geen barsten of stukjes afbrokkelen in de in blokjes gesneden chips, de inspectie-efficiëntie te verbeteren en menselijke fouten te verminderen. -Afmeting Meting: Controleer of de chipafmetingen voldoen aan de ontwerpspecificaties. -Testen van elektrische prestaties: Zorg ervoor dat de elektrische prestaties van kritische chips voldoen aan de normen, waardoor betrouwbaarheid in volgende toepassingen wordt gegarandeerd. |
| Sorteerfase | - Gebruik robotarmen of vacuümzuignappen om gekwalificeerde spanen van het tapeframe te scheiden en deze automatisch te sorteren op basis van prestaties, waardoor de productie-efficiëntie en flexibiliteit worden gewaarborgd en de precisie wordt verbeterd. |
Het wafelsnijproces omvat het reinigen, positioneren, snijden, reinigen, inspecteren en sorteren van wafels, waarbij elke stap van cruciaal belang is. Met de vooruitgang op het gebied van automatisering, lasersnijden en AI-inspectietechnologieën kunnen moderne wafersnijsystemen een hogere precisie, snelheid en minder materiaalverlies bereiken. In de toekomst zullen nieuwe snijtechnologieën zoals laser en plasma geleidelijk het traditionele messnijden vervangen om tegemoet te komen aan de behoeften van steeds complexere chipontwerpen, waardoor de ontwikkeling van halfgeleiderproductieprocessen verder zal worden gestimuleerd.
Wafersnijtechnologie en zijn principes
De afbeelding illustreert drie veel voorkomende technologieën voor het snijden van wafels:Mes in blokjes snijden,Lasersnijden, EnPlasma in blokjes snijden. Hieronder vindt u een gedetailleerde analyse en aanvullende uitleg van deze drie technieken:
Bij de productie van halfgeleiders is het snijden van wafels een cruciale stap waarbij de juiste snijmethode moet worden geselecteerd op basis van de dikte van de wafel. De eerste stap is het bepalen van de dikte van de wafel. Als de wafeldikte groter is dan 100 micron, kan het in blokjes snijden van de messen als snijmethode worden gekozen. Als het in blokjes snijden van het mes niet geschikt is, kan de methode voor het in blokjes snijden van de breuk worden gebruikt, die zowel technieken voor het snijden van de kras als het in blokjes snijden van de messen omvat.
Wanneer de wafeldikte tussen de 30 en 100 micron ligt, wordt de DBG-methode (Dice Before Grinding) aanbevolen. In dit geval kunt u ervoor kiezen om de snijvolgorde aan te passen, de messen in blokjes te snijden of de snijvolgorde naar behoefte aan te passen om de beste resultaten te bereiken.
Voor ultradunne wafels met een dikte van minder dan 30 micron wordt lasersnijden de voorkeursmethode vanwege het vermogen om dunne wafels nauwkeurig te snijden zonder overmatige schade te veroorzaken. Indien lasersnijden niet aan specifieke eisen kan voldoen, kan plasmasnijden als alternatief worden ingezet. Dit stroomschema biedt een duidelijk besluitvormingspad om ervoor te zorgen dat de meest geschikte wafersnijtechnologie wordt gekozen onder verschillende dikteomstandigheden.
2.1 Mechanische snijtechnologie
Mechanische snijtechnologie is de traditionele methode bij het in blokjes snijden van wafels. Het kernprincipe is het gebruik van een snel roterend diamantslijpwiel als snijgereedschap om de wafel te snijden. De belangrijkste uitrusting omvat een luchtgelagerde spindel, die de diamantslijpschijf met hoge snelheid aandrijft om nauwkeurig te snijden of te groeven langs een vooraf gedefinieerd snijpad. Deze technologie wordt veel gebruikt in de industrie vanwege de lage kosten, hoge efficiëntie en brede toepasbaarheid.
Voordelen
De hoge hardheid en slijtvastheid van diamantslijpschijfgereedschappen maken het mogelijk dat de mechanische snijtechnologie zich aanpast aan de snijbehoeften van verschillende wafermaterialen, of het nu gaat om traditionele materialen op siliciumbasis of nieuwere samengestelde halfgeleiders. De werking ervan is eenvoudig, met relatief lage technische vereisten, wat de populariteit ervan in massaproductie verder bevordert. Bovendien heeft mechanisch snijden, vergeleken met andere snijmethoden zoals lasersnijden, beter beheersbare kosten, waardoor het geschikt is voor productiebehoeften met grote volumes.
Beperkingen
Ondanks de vele voordelen heeft de mechanische snijtechnologie ook beperkingen. Ten eerste is de snijprecisie, vanwege het fysieke contact tussen het gereedschap en de wafer, relatief beperkt, wat vaak leidt tot maatafwijkingen die de nauwkeurigheid van het daaropvolgende verpakken en testen van de chip kunnen beïnvloeden. Ten tweede kunnen tijdens het mechanische snijproces gemakkelijk defecten zoals afbrokkeling en scheuren optreden, wat niet alleen de opbrengst beïnvloedt, maar ook een negatieve invloed kan hebben op de betrouwbaarheid en levensduur van de spanen. De door mechanische spanning veroorzaakte schade is vooral schadelijk voor de productie van chips met hoge dichtheid, vooral bij het snijden van brosse materialen, waar deze problemen prominenter aanwezig zijn.
Technologische verbeteringen
Om deze beperkingen te overwinnen, optimaliseren onderzoekers voortdurend het mechanische snijproces. Belangrijke verbeteringen zijn onder meer het verbeteren van het ontwerp en de materiaalkeuze van slijpschijven om de snijprecisie en duurzaamheid te verbeteren. Bovendien heeft het optimaliseren van het structurele ontwerp en de controlesystemen van snijapparatuur de stabiliteit en automatisering van het snijproces verder verbeterd. Deze verbeteringen verminderen het aantal fouten veroorzaakt door menselijke handelingen en verbeteren de consistentie van de bezuinigingen. De introductie van geavanceerde inspectie- en kwaliteitscontroletechnologieën voor realtime monitoring van afwijkingen tijdens het snijproces heeft ook de snijbetrouwbaarheid en -opbrengst aanzienlijk verbeterd.
Toekomstige ontwikkeling en nieuwe technologieën
Hoewel mechanische snijtechnologie nog steeds een belangrijke positie inneemt bij het snijden van wafels, ontwikkelen nieuwe snijtechnologieën zich snel naarmate halfgeleiderprocessen zich ontwikkelen. De toepassing van thermische lasersnijtechnologie biedt bijvoorbeeld nieuwe oplossingen voor de precisie- en defectproblemen bij mechanisch snijden. Deze contactloze snijmethode vermindert de fysieke spanning op de wafer, waardoor de kans op afbrokkelen en barsten aanzienlijk wordt verminderd, vooral bij het snijden van brosse materialen. In de toekomst zal de integratie van mechanische snijtechnologie met opkomende snijtechnieken de productie van halfgeleiders meer opties en flexibiliteit bieden, waardoor de productie-efficiëntie en chipkwaliteit verder worden verbeterd.
Concluderend: hoewel mechanische snijtechnologie bepaalde nadelen heeft, zorgen voortdurende technologische verbeteringen en de integratie ervan met nieuwe snijtechnieken ervoor dat deze technologie nog steeds een belangrijke rol kan spelen in de productie van halfgeleiders en zijn concurrentievermogen in toekomstige processen kan behouden.
2.2 Lasersnijtechnologie
Lasersnijtechnologie, als nieuwe methode voor het snijden van wafels, heeft geleidelijk brede aandacht gekregen in de halfgeleiderindustrie vanwege de hoge precisie, het ontbreken van mechanische contactschade en de snelle snijmogelijkheden. Deze technologie maakt gebruik van de hoge energiedichtheid en het focusvermogen van een laserstraal om een kleine, door warmte beïnvloede zone op het oppervlak van het wafelmateriaal te creëren. Wanneer de laserstraal op de wafer wordt toegepast, zorgt de gegenereerde thermische spanning ervoor dat het materiaal op de aangewezen locatie breekt, waardoor nauwkeurig snijden wordt bereikt.
Voordelen van lasersnijtechnologie
• Hoge precisie: Het nauwkeurige positioneringsvermogen van de laserstraal maakt snijprecisie op micron- of zelfs nanometerniveau mogelijk, wat voldoet aan de eisen van moderne, uiterst nauwkeurige productie van geïntegreerde schakelingen met hoge dichtheid.
• Geen mechanisch contact: Lasersnijden vermijdt fysiek contact met de wafer, waardoor veelvoorkomende problemen bij mechanisch snijden, zoals afbrokkelen en barsten, worden voorkomen, waardoor de opbrengst en de betrouwbaarheid van de spanen aanzienlijk worden verbeterd.
• Hoge snijsnelheid: De hoge snelheid van lasersnijden draagt bij aan een verhoogde productie-efficiëntie, waardoor het bijzonder geschikt is voor grootschalige productiescenario's met hoge snelheid.
Uitdagingen
• Hoge uitrustingskosten: De initiële investering voor lasersnijapparatuur is hoog, wat economische druk met zich meebrengt, vooral voor kleine tot middelgrote productiebedrijven.
• Complexe procesbeheersing: Lasersnijden vereist nauwkeurige controle van verschillende parameters, waaronder energiedichtheid, focuspositie en snijsnelheid, wat het proces complex maakt.
• Problemen met door hitte beïnvloede zones: Hoewel het contactloze karakter van lasersnijden mechanische schade vermindert, kan de thermische spanning veroorzaakt door de door hitte beïnvloede zone (HAZ) een negatieve invloed hebben op de eigenschappen van het wafelmateriaal. Om dit effect te minimaliseren is verdere optimalisatie van het proces nodig.
Technologische verbeteringsrichtingen
Om deze uitdagingen aan te pakken, richten onderzoekers zich op het verlagen van de apparatuurkosten, het verbeteren van de snij-efficiëntie en het optimaliseren van de processtroom.
• Efficiënte lasers en optische systemen: Door efficiëntere lasers en geavanceerde optische systemen te ontwikkelen, is het mogelijk de apparatuurkosten te verlagen en tegelijkertijd de snijprecisie en -snelheid te verbeteren.
• Optimaliseren van procesparameters: Er wordt diepgaand onderzoek gedaan naar de interactie tussen lasers en wafermaterialen om processen te verbeteren die de door hitte beïnvloede zone verkleinen, waardoor de snijkwaliteit verbetert.
• Intelligente besturingssystemen: De ontwikkeling van intelligente besturingstechnologieën heeft tot doel het lasersnijproces te automatiseren en optimaliseren, waardoor de stabiliteit en consistentie ervan worden verbeterd.
Lasersnijtechnologie is vooral effectief in ultradunne wafers en snijscenario's met hoge precisie. Naarmate de wafelgroottes toenemen en de circuitdichtheid toeneemt, hebben traditionele mechanische snijmethoden moeite om te voldoen aan de hoge precisie- en efficiëntie-eisen van de moderne halfgeleiderproductie. Vanwege de unieke voordelen wordt lasersnijden de voorkeursoplossing op deze gebieden.
Hoewel lasersnijtechnologie nog steeds met uitdagingen wordt geconfronteerd, zoals hoge apparatuurkosten en procescomplexiteit, maken de unieke voordelen op het gebied van hoge precisie en contactloze schade het tot een belangrijke richting voor de ontwikkeling van de halfgeleiderproductie. Naarmate lasertechnologie en intelligente besturingssystemen zich blijven ontwikkelen, wordt verwacht dat lasersnijden de efficiëntie en kwaliteit van het snijden van wafels verder zal verbeteren, wat de voortdurende ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie zal stimuleren.
2.3 Plasmasnijtechnologie
Plasmasnijtechnologie, als opkomende methode voor het in blokjes snijden van wafels, heeft de afgelopen jaren veel aandacht gekregen. Deze technologie maakt gebruik van hoogenergetische plasmastralen om wafels nauwkeurig te snijden door de energie, snelheid en het snijpad van de plasmastraal te regelen, waardoor optimale snijresultaten worden bereikt.
Werkingsprincipe en voordelen
Het proces van plasmasnijden is afhankelijk van een plasmastraal met hoge temperatuur en hoge energie die door de apparatuur wordt gegenereerd. Deze straal kan het wafelmateriaal in zeer korte tijd tot het smelt- of verdampingspunt verwarmen, waardoor snel snijden mogelijk is. Vergeleken met traditioneel mechanisch of lasersnijden is plasmasnijden sneller en produceert het een kleinere, door hitte beïnvloede zone, waardoor het optreden van scheuren en schade tijdens het snijden effectief wordt verminderd.
In praktische toepassingen is de plasmasnijtechnologie bijzonder bedreven in het hanteren van wafels met complexe vormen. De hoogenergetische, verstelbare plasmastraal kan onregelmatig gevormde wafels gemakkelijk en met hoge precisie snijden. Daarom is deze technologie bij de productie van micro-elektronica, vooral bij de productie van hoogwaardige chips op maat en in kleine batches, veelbelovend voor wijdverbreid gebruik.
Uitdagingen en beperkingen
Ondanks de vele voordelen van de plasmasnijtechnologie kent deze ook enkele uitdagingen.
• Complex proces: Het plasmasnijproces is complex en vereist uiterst nauwkeurige apparatuur en ervaren operatorsnauwkeurigheid en stabiliteit bij het snijden.
• Milieucontrole en veiligheid: De hoge temperatuur en hoge energie van de plasmabundel vereist strenge omgevingscontrole en veiligheidsmaatregelen, wat de complexiteit en de kosten van de implementatie vergroot.
Toekomstige ontwikkelingsrichtingen
Met de technologische vooruitgang zullen de uitdagingen die gepaard gaan met plasmasnijden naar verwachting geleidelijk worden overwonnen. Door slimmere en stabielere snijapparatuur te ontwikkelen, kan de afhankelijkheid van handmatige handelingen worden verminderd, waardoor de productie-efficiëntie wordt verbeterd. Tegelijkertijd zal het optimaliseren van procesparameters en de snijomgeving de veiligheidsrisico's en operationele kosten helpen verlagen.
In de halfgeleiderindustrie zijn innovaties op het gebied van het snijden en in blokjes snijden van wafels cruciaal voor het stimuleren van de ontwikkeling van de industrie. Plasmasnijtechnologie, met zijn hoge precisie, efficiëntie en vermogen om complexe wafelvormen te verwerken, is een belangrijke nieuwe speler op dit gebied geworden. Hoewel er nog enkele uitdagingen blijven bestaan, zullen deze kwesties geleidelijk worden aangepakt met voortdurende technologische innovatie, waardoor meer mogelijkheden en kansen voor de halfgeleiderproductie ontstaan.
De toepassingsmogelijkheden van plasmasnijtechnologie zijn enorm en er wordt verwacht dat deze in de toekomst een belangrijkere rol zal spelen in de productie van halfgeleiders. Door voortdurende technologische innovatie en optimalisatie zal plasmasnijden niet alleen bestaande uitdagingen aanpakken, maar ook een krachtige motor worden voor de groei van de halfgeleiderindustrie.
2.4 Snijkwaliteit en beïnvloedende factoren
De snijkwaliteit van de wafels is van cruciaal belang voor de daaropvolgende chipverpakking, het testen en de algehele prestaties en betrouwbaarheid van het eindproduct. Veelvoorkomende problemen tijdens het zagen zijn scheuren, afbrokkelen en snijafwijkingen. Deze problemen worden beïnvloed door verschillende factoren die samenwerken.
| Categorie | Inhoud | Invloed |
| Procesparameters | Snijsnelheid, voedingssnelheid en snijdiepte hebben rechtstreeks invloed op de stabiliteit en precisie van het snijproces. Onjuiste instellingen kunnen leiden tot spanningsconcentratie en een overmatig door hitte beïnvloede zone, wat kan leiden tot scheuren en afbrokkelen. Het op de juiste manier aanpassen van parameters op basis van wafermateriaal, dikte en snijvereisten is de sleutel tot het bereiken van de gewenste snijresultaten. | De juiste procesparameters zorgen voor nauwkeurig snijden en verminderen het risico op defecten zoals scheuren en afbrokkelen. |
| Apparatuur en materiaalfactoren | -Bladkwaliteit: Het materiaal, de hardheid en de slijtvastheid van het mes beïnvloeden de soepelheid van het snijproces en de vlakheid van het snijoppervlak. Messen van slechte kwaliteit verhogen de wrijving en thermische spanning, wat mogelijk kan leiden tot scheuren of afbrokkelen. Het kiezen van het juiste mesmateriaal is cruciaal. -Koelvloeistofprestaties: Koelvloeistoffen helpen de snijtemperatuur te verlagen, wrijving te minimaliseren en vuil te verwijderen. Ineffectief koelmiddel kan leiden tot hoge temperaturen en vuilophoping, wat de snijkwaliteit en efficiëntie beïnvloedt. Het selecteren van efficiënte en milieuvriendelijke koelmiddelen is van cruciaal belang. | De kwaliteit van het mes heeft invloed op de precisie en gladheid van de snede. Ineffectief koelmiddel kan leiden tot slechte snijkwaliteit en efficiëntie, wat de noodzaak van optimaal koelmiddelgebruik benadrukt. |
| Procescontrole en kwaliteitsinspectie | -Procesbeheersing: Real-time monitoring en aanpassing van de belangrijkste snijparameters om stabiliteit en consistentie in het snijproces te garanderen. -Kwaliteitsinspectie: Controles op het uiterlijk na het snijden, maatmetingen en tests van elektrische prestaties helpen kwaliteitsproblemen snel te identificeren en aan te pakken, waardoor de snijnauwkeurigheid en consistentie worden verbeterd. | Een goede procescontrole en kwaliteitscontrole zorgen voor consistente snijresultaten van hoge kwaliteit en vroegtijdige detectie van potentiële problemen. |
Verbetering van de snijkwaliteit
Het verbeteren van de snijkwaliteit vereist een alomvattende aanpak die rekening houdt met procesparameters, apparatuur- en materiaalkeuze, procescontrole en inspectie. Door de snijtechnologieën voortdurend te verfijnen en procesmethoden te optimaliseren, kunnen de precisie en stabiliteit van het snijden van wafers verder worden verbeterd, waardoor een betrouwbaardere technische ondersteuning voor de halfgeleiderindustrie wordt geboden.
#03 Behandeling en testen na het snijden
3.1 Reinigen en drogen
De reinigings- en droogstappen na het snijden van de wafer zijn van cruciaal belang voor het garanderen van de chipkwaliteit en de soepele voortgang van de daaropvolgende processen. Tijdens deze fase is het essentieel om siliciumresten, koelmiddelresten en andere verontreinigingen die tijdens het snijden ontstaan grondig te verwijderen. Het is net zo belangrijk om ervoor te zorgen dat de spanen tijdens het reinigingsproces niet worden beschadigd, en dat er na het drogen geen vocht op het spanoppervlak achterblijft om problemen zoals corrosie of elektrostatische ontlading te voorkomen.
Behandeling na het snijden: reinigings- en droogproces
| Processtap | Inhoud | Invloed |
| Reinigingsproces | -Methode: Gebruik voor het reinigen speciale reinigingsmiddelen en zuiver water, gecombineerd met ultrasone of mechanische borsteltechnieken. | Zorgt voor een grondige verwijdering van verontreinigingen en voorkomt schade aan de spanen tijdens het reinigen. |
| -Selectie van reinigingsmiddelen: Kies op basis van wafermateriaal en type verontreiniging om een effectieve reiniging te garanderen zonder de chip te beschadigen. | Een juiste keuze van middelen is essentieel voor een effectieve reiniging en bescherming tegen spaanders. | |
| -Parametercontrole: Houd de reinigingstemperatuur, -tijd en -concentratie strikt in de gaten om kwaliteitsproblemen als gevolg van onjuiste reiniging te voorkomen. | Controles helpen voorkomen dat de wafer wordt beschadigd of dat er verontreinigingen achterblijven, waardoor een consistente kwaliteit wordt gegarandeerd. | |
| Droogproces | -Traditionele methoden: Natuurlijke luchtdroging en heteluchtdroging, die een laag rendement hebben en kunnen leiden tot de opbouw van statische elektriciteit. | Kan leiden tot langzamere droogtijden en mogelijke statische problemen. |
| -Moderne technologieën: Gebruik geavanceerde technologieën zoals vacuümdrogen en infrarooddrogen om ervoor te zorgen dat de spanen snel drogen en schadelijke effecten voorkomen. | Sneller en efficiënter droogproces, waardoor het risico op statische ontlading of vochtgerelateerde problemen wordt verminderd. | |
| Apparatuurselectie en onderhoud | -Apparatuurselectie: Hoogwaardige reinigings- en droogmachines verbeteren de verwerkingsefficiëntie en beheersen potentiële problemen tijdens het hanteren nauwkeurig. | Hoogwaardige machines zorgen voor een betere verwerking en verkleinen de kans op fouten tijdens het reinigen en drogen. |
| -Onderhoud van apparatuur: Regelmatige inspectie en onderhoud van apparatuur zorgen ervoor dat deze in optimale staat blijft, waardoor de chipkwaliteit wordt gegarandeerd. | Goed onderhoud voorkomt apparatuurstoringen en zorgt voor een betrouwbare en hoogwaardige verwerking. |
Reinigen en drogen na het snijden
De reinigings- en droogstappen na het snijden van de wafel zijn complexe en delicate processen waarbij zorgvuldig rekening moet worden gehouden met meerdere factoren om het uiteindelijke verwerkingsresultaat te garanderen. Door gebruik te maken van wetenschappelijke methoden en strenge procedures is het mogelijk ervoor te zorgen dat elke chip in optimale staat de volgende verpakkings- en testfasen ingaat.
Inspectie en testen na het snijden
| Stap | Inhoud | Invloed |
| Inspectie Stap | 1.Visuele inspectie: Gebruik visuele of geautomatiseerde inspectieapparatuur om te controleren op zichtbare defecten zoals scheuren, chippen of vervuiling op het chipoppervlak. Identificeer snel fysiek beschadigde chips om verspilling te voorkomen. | Helpt bij het identificeren en elimineren van defecte chips in een vroeg stadium van het proces, waardoor materiaalverlies wordt verminderd. |
| 2.Maatmeting: Gebruik precisiemeetapparatuur om de afmetingen van de spaanders nauwkeurig te meten, zodat de snijgrootte voldoet aan de ontwerpspecificaties en prestatieproblemen of verpakkingsproblemen worden voorkomen. | Zorgt ervoor dat de chips zich binnen de vereiste groottelimieten bevinden, waardoor prestatievermindering of montageproblemen worden voorkomen. | |
| 3.Testen van elektrische prestaties: Evalueer belangrijke elektrische parameters zoals weerstand, capaciteit en inductie, om niet-conforme chips te identificeren en ervoor te zorgen dat alleen prestatiegekwalificeerde chips naar de volgende fase gaan. | Zorgt ervoor dat alleen functionele en prestatiegeteste chips vooruit gaan in het proces, waardoor het risico op storingen in latere fasen wordt verkleind. | |
| Test stap | 1.Functioneel testen: Controleren of de basisfunctionaliteit van de chip werkt zoals bedoeld, waarbij chips met functionele afwijkingen worden geïdentificeerd en geëlimineerd. | Zorgt ervoor dat chips voldoen aan de operationele basisvereisten voordat ze doorgaan naar latere fasen. |
| 2.Betrouwbaarheid testen: Evalueer de stabiliteit van de chipprestaties bij langdurig gebruik of onder zware omstandigheden, waarbij doorgaans veroudering bij hoge temperaturen, tests bij lage temperaturen en vochtigheidstests betrokken zijn om extreme omstandigheden in de echte wereld te simuleren. | Zorgt ervoor dat chips betrouwbaar kunnen functioneren onder een reeks omgevingsomstandigheden, waardoor de levensduur en stabiliteit van het product worden verbeterd. | |
| 3.Compatibiliteitstesten: Controleer of de chip goed werkt met andere componenten of systemen, en zorg ervoor dat er geen fouten of prestatievermindering zijn als gevolg van incompatibiliteit. | Zorgt voor een soepele werking in echte toepassingen door compatibiliteitsproblemen te voorkomen. |
3.3 Verpakking en opslag
Na het snijden van wafers zijn de chips een cruciaal product van het halfgeleiderproductieproces, en hun verpakkings- en opslagfasen zijn even belangrijk. Goede verpakkings- en opslagmaatregelen zijn niet alleen essentieel om de veiligheid en stabiliteit van de chips tijdens transport en opslag te garanderen, maar ook om krachtige ondersteuning te bieden voor de daaropvolgende productie-, test- en verpakkingsfasen.
Samenvatting van de inspectie- en testfasen:
De inspectie- en teststappen voor chips na het snijden van wafers omvatten een reeks aspecten, waaronder visuele inspectie, maatmeting, elektrische prestatietests, functionele tests, betrouwbaarheidstests en compatibiliteitstests. Deze stappen zijn onderling verbonden en complementair en vormen een stevige barrière om de productkwaliteit en betrouwbaarheid te garanderen. Door strikte inspectie- en testprocedures kunnen potentiële problemen snel worden geïdentificeerd en opgelost, zodat het eindproduct voldoet aan de eisen en verwachtingen van de klant.
| Aspect | Inhoud |
| Verpakkingsmaatregelen | 1.Antistatisch: Verpakkingsmaterialen moeten uitstekende antistatische eigenschappen hebben om te voorkomen dat statische elektriciteit de apparaten beschadigt of hun prestaties beïnvloedt. |
| 2.Vochtbestendig: Verpakkingsmaterialen moeten een goede vochtbestendigheid hebben om corrosie en verslechtering van de elektrische prestaties veroorzaakt door vochtigheid te voorkomen. | |
| 3.Schokbestendig: Verpakkingsmaterialen moeten een effectieve schokabsorptie bieden om de spanen tijdens transport te beschermen tegen trillingen en stoten. | |
| Opslagomgeving | 1.Vochtigheidscontrole: Controleer de luchtvochtigheid strikt binnen een passend bereik om vochtabsorptie en corrosie veroorzaakt door overmatige luchtvochtigheid of statische problemen veroorzaakt door lage luchtvochtigheid te voorkomen. |
| 2.Netheid: Zorg voor een schone opslagomgeving om besmetting van spanen door stof en onzuiverheden te voorkomen. | |
| 3.Temperatuurregeling: Stel een redelijk temperatuurbereik in en handhaaf een temperatuurstabiliteit om versnelde veroudering als gevolg van overmatige hitte of condensatieproblemen veroorzaakt door lage temperaturen te voorkomen. | |
| Regelmatige inspectie | Inspecteer en evalueer regelmatig opgeslagen chips, met behulp van visuele inspecties, maatmetingen en elektrische prestatietests om potentiële problemen tijdig te identificeren en aan te pakken. Plan op basis van de opslagtijd en -omstandigheden het gebruik van chips om ervoor te zorgen dat ze in optimale staat worden gebruikt. |
Het probleem van microscheuren en schade tijdens het in blokjes snijden van wafers is een belangrijke uitdaging bij de productie van halfgeleiders. De snijspanning is de belangrijkste oorzaak van dit fenomeen, omdat het kleine scheurtjes en schade aan het waferoppervlak veroorzaakt, wat leidt tot hogere productiekosten en een afname van de productkwaliteit.
Om deze uitdaging aan te gaan, is het van cruciaal belang om de snijspanning te minimaliseren en geoptimaliseerde snijtechnieken, gereedschappen en omstandigheden te implementeren. Zorgvuldige aandacht voor factoren zoals bladmateriaal, snijsnelheid, druk en koelmethoden kunnen de vorming van microscheuren helpen verminderen en de algehele opbrengst van het proces verbeteren. Bovendien onderzoekt lopend onderzoek naar meer geavanceerde snijtechnologieën, zoals lasersnijden, manieren om deze problemen verder te verminderen.
Omdat het een kwetsbaar materiaal is, zijn wafers gevoelig voor interne structurele veranderingen wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische, thermische of chemische spanning, wat leidt tot de vorming van microscheuren. Hoewel deze scheuren misschien niet onmiddellijk merkbaar zijn, kunnen ze groter worden en ernstigere schade veroorzaken naarmate het productieproces vordert. Dit probleem wordt vooral problematisch tijdens de daaropvolgende verpakkings- en testfasen, waar temperatuurschommelingen en extra mechanische spanningen ervoor kunnen zorgen dat deze microscheurtjes zich ontwikkelen tot zichtbare breuken, wat mogelijk kan leiden tot chipfalen.
Om dit risico te beperken is het essentieel om het snijproces zorgvuldig te controleren door parameters zoals snijsnelheid, druk en temperatuur te optimaliseren. Het gebruik van minder agressieve snijmethoden, zoals lasersnijden, kan de mechanische spanning op de wafer verminderen en de vorming van microscheuren minimaliseren. Bovendien kan het implementeren van geavanceerde inspectiemethoden, zoals infraroodscannen of röntgenfoto's tijdens het in blokjes snijden van wafers, deze scheuren in een vroeg stadium helpen detecteren voordat ze verdere schade veroorzaken.
De schade aan het waferoppervlak is een groot probleem bij het snijproces, omdat dit een directe invloed kan hebben op de prestaties en betrouwbaarheid van de chip. Dergelijke schade kan worden veroorzaakt door onjuist gebruik van snijgereedschappen, onjuiste snijparameters of materiaaldefecten die inherent zijn aan de wafer zelf. Ongeacht de oorzaak kunnen deze schades leiden tot veranderingen in de elektrische weerstand of capaciteit van het circuit, waardoor de algehele prestaties worden beïnvloed.
Om deze problemen aan te pakken, worden twee belangrijke strategieën onderzocht:
1. Optimalisatie van snijgereedschappen en parameters: Door scherpere messen te gebruiken, de snijsnelheid aan te passen en de snijdiepte aan te passen, kan de spanningsconcentratie tijdens het snijproces tot een minimum worden beperkt, waardoor de kans op schade wordt verminderd.
2.Het verkennen van nieuwe snijtechnologieën: Geavanceerde technieken zoals lasersnijden en plasmasnijden bieden verbeterde precisie en verminderen mogelijk de mate van schade aan de wafer. Deze technologieën worden bestudeerd om manieren te vinden om een hoge snijnauwkeurigheid te bereiken en tegelijkertijd de thermische en mechanische spanning op de wafer te minimaliseren.
Thermisch impactgebied en de effecten ervan op de prestaties
Bij thermische snijprocessen zoals laser- en plasmasnijden creëren hoge temperaturen onvermijdelijk een thermische impactzone op het oppervlak van de wafer. Dit gebied, waar de temperatuurgradiënt aanzienlijk is, kan de eigenschappen van het materiaal veranderen, waardoor de uiteindelijke prestaties van de chip worden beïnvloed.
Impact van de thermisch getroffen zone (TAZ):
Veranderingen in de kristalstructuur: Bij hoge temperaturen kunnen de atomen in het wafermateriaal zich herschikken, waardoor vervormingen in de kristalstructuur ontstaan. Deze vervorming verzwakt het materiaal, waardoor de mechanische sterkte en stabiliteit ervan afnemen, waardoor het risico op chipfalen tijdens gebruik toeneemt.
Veranderingen in elektrische eigenschappen: Hoge temperaturen kunnen de concentratie en mobiliteit van de drager in halfgeleidermaterialen veranderen, waardoor de elektrische geleidbaarheid en de stroomtransmissie-efficiëntie van de chip worden beïnvloed. Deze veranderingen kunnen leiden tot een afname van de chipprestaties, waardoor deze mogelijk ongeschikt wordt voor het beoogde doel.
Om deze effecten te verzachten, zijn het beheersen van de temperatuur tijdens het snijden, het optimaliseren van de snijparameters en het onderzoeken van methoden zoals koelstralen of nabewerkingsbehandelingen essentiële strategieën om de omvang van de thermische impact te verminderen en de materiaalintegriteit te behouden.
Over het geheel genomen zijn zowel microscheuren als thermische impactzones cruciale uitdagingen bij het in blokjes snijden van wafels. Voortgezet onderzoek zal, naast technologische vooruitgang en kwaliteitscontrolemaatregelen, nodig zijn om de kwaliteit van halfgeleiderproducten te verbeteren en hun concurrentievermogen op de markt te vergroten.
Maatregelen om de thermische impactzone te beheersen:
Optimalisatie van snijprocesparameters: Het verminderen van de snijsnelheid en het vermogen kan de grootte van de thermische impactzone (TAZ) effectief minimaliseren. Dit helpt bij het beheersen van de hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd tijdens het snijproces, wat een directe invloed heeft op de materiaaleigenschappen van de wafel.
Geavanceerde koeltechnologieën: De toepassing van technologieën zoals koeling met vloeibare stikstof en microfluïdische koeling kan het bereik van de thermische impactzone aanzienlijk beperken. Deze koelmethoden helpen de warmte efficiënter af te voeren, waardoor de materiaaleigenschappen van de wafel behouden blijven en thermische schade tot een minimum wordt beperkt.
Materiaalkeuze: Onderzoekers onderzoeken nieuwe materialen, zoals koolstofnanobuisjes en grafeen, die een uitstekende thermische geleidbaarheid en mechanische sterkte bezitten. Deze materialen kunnen de thermische impactzone verkleinen en tegelijkertijd de algehele prestaties van de chips verbeteren.
Samenvattend: hoewel de thermische impactzone een onvermijdelijk gevolg is van thermische snijtechnologieën, kan deze effectief worden gecontroleerd door middel van geoptimaliseerde verwerkingstechnieken en materiaalkeuze. Toekomstig onderzoek zal zich waarschijnlijk richten op het verfijnen en automatiseren van thermische snijprocessen om een efficiëntere en nauwkeurigere wafelversnijden te bereiken.
Evenwichtsstrategie:
Het bereiken van de optimale balans tussen wafelopbrengst en productie-efficiëntie is een voortdurende uitdaging in de technologie voor het in blokjes snijden van wafels. Fabrikanten moeten rekening houden met meerdere factoren, zoals de marktvraag, productiekosten en productkwaliteit, om een rationele productiestrategie en procesparameters te ontwikkelen. Tegelijkertijd zijn de introductie van geavanceerde snijapparatuur, het verbeteren van de vaardigheden van operators en het verbeteren van de kwaliteitscontrole van grondstoffen essentieel om de opbrengst te behouden of zelfs te verbeteren en tegelijkertijd de productie-efficiëntie te verhogen.
Toekomstige uitdagingen en kansen:
Met de vooruitgang van de halfgeleidertechnologie wordt het snijden van wafers geconfronteerd met nieuwe uitdagingen en kansen. Naarmate de spaanafmetingen kleiner worden en de integratie toeneemt, worden de eisen aan snijprecisie en -kwaliteit aanzienlijk groter. Tegelijkertijd bieden opkomende technologieën nieuwe ideeën voor de ontwikkeling van wafelsnijtechnieken. Fabrikanten moeten afgestemd blijven op de marktdynamiek en technologische trends, en voortdurend productiestrategieën en procesparameters aanpassen en optimaliseren om aan marktveranderingen en technologische eisen te voldoen.
Concluderend kunnen fabrikanten, door overwegingen van marktvraag, productiekosten en productkwaliteit te integreren, en door geavanceerde apparatuur en technologie te introduceren, de vaardigheden van operators te verbeteren en de controle over grondstoffen te versterken, de beste balans bereiken tussen wafelopbrengst en productie-efficiëntie tijdens het in blokjes snijden van wafels. , wat leidt tot een efficiënte en hoogwaardige productie van halfgeleiderproducten.
Toekomstperspectief:
Door de snelle technologische vooruitgang ontwikkelt de halfgeleidertechnologie zich in een ongekend tempo. Als cruciale stap in de productie van halfgeleiders staat de wafersnijtechnologie klaar voor spannende nieuwe ontwikkelingen. Vooruitkijkend zal de technologie voor het snijden van wafers naar verwachting aanzienlijke verbeteringen opleveren op het gebied van precisie, efficiëntie en kosten, waardoor nieuwe vitaliteit wordt geïnjecteerd in de aanhoudende groei van de halfgeleiderindustrie.
Precisie verhogen:
In het streven naar hogere precisie zal de wafersnijtechnologie voortdurend de grenzen van bestaande processen verleggen. Door de fysische en chemische mechanismen van het snijproces diepgaand te bestuderen en de snijparameters nauwkeurig te controleren, zullen fijnere snijresultaten worden bereikt om te voldoen aan de steeds complexere vereisten voor circuitontwerp. Bovendien zal de verkenning van nieuwe materialen en snijmethoden de opbrengst en kwaliteit aanzienlijk verbeteren.
Verbetering van de efficiëntie:
Nieuwe wafersnijapparatuur zal zich richten op slim en geautomatiseerd ontwerp. De introductie van geavanceerde besturingssystemen en algoritmen zal het mogelijk maken dat apparatuur de snijparameters automatisch aanpast aan verschillende materialen en ontwerpvereisten, waardoor de productie-efficiëntie aanzienlijk wordt verbeterd. Innovaties zoals multi-wafer-snijtechnologie en snelle mesvervangingssystemen zullen een cruciale rol spelen bij het verbeteren van de efficiëntie.
Kosten verlagen:
Het verlagen van de kosten is een belangrijke richting voor de ontwikkeling van wafersnijtechnologie. Naarmate er nieuwe materialen en snijmethoden worden ontwikkeld, wordt verwacht dat de uitrustingskosten en onderhoudskosten effectief onder controle kunnen worden gehouden. Bovendien zal het optimaliseren van productieprocessen en het terugdringen van de afvalpercentages de verspilling tijdens de productie verder verminderen, wat leidt tot een verlaging van de totale productiekosten.
Slimme productie en IoT:
De integratie van slimme productie en de Internet of Things (IoT)-technologieën zullen transformatieve veranderingen in de wafersnijtechnologie met zich meebrengen. Door interconnectiviteit en het delen van gegevens tussen apparaten kan elke stap van het productieproces in realtime worden gemonitord en geoptimaliseerd. Dit verbetert niet alleen de productie-efficiëntie en productkwaliteit, maar biedt bedrijven ook nauwkeurigere marktvoorspellingen en ondersteuning bij de besluitvorming.
In de toekomst zal de wafersnijtechnologie opmerkelijke vooruitgang boeken op het gebied van precisie, efficiëntie en kosten. Deze ontwikkelingen zullen de voortdurende ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie stimuleren en meer technologische innovaties en gemakken voor de menselijke samenleving brengen.
Posttijd: 19 november 2024