Ապագայում լազերային կտրումը կդառնա 8 դյույմանոց սիլիցիումի կարբիդի կտրման հիմնական տեխնոլոգիան: Հարց ու պատասխանի հավաքածու

Հարց. Որո՞նք են SiC վաֆլի կտրատման և մշակման մեջ օգտագործվող հիմնական տեխնոլոգիաները:

A:Սիլիցիումի կարբիդ (SiC)-ը կարծրությամբ երկրորդն է միայն ադամանդից հետո և համարվում է խիստ կարծր և փխրուն նյութ։ Կտրատման գործընթացը, որը ներառում է աճեցված բյուրեղները բարակ թիթեղների կտրելը, ժամանակատար է և հակված է ճաքերի։ Որպես առաջին քայլ՝SiCՄիաբյուրեղային մշակման դեպքում կտրատման որակը զգալիորեն ազդում է հետագա հղկման, հղկման և նոսրացման վրա: Կտրատումը հաճախ առաջացնում է մակերեսային և ենթամակերեսային ճաքեր, մեծացնելով թիթեղների կոտրման արագությունը և արտադրական ծախսերը: Հետևաբար, կտրատման ընթացքում մակերեսային ճաքերի վնասման վերահսկումը կարևոր է SiC սարքերի արտադրության առաջխաղացման համար:

                                                 

Ներկայումս հաղորդվում է SiC կտրատման մեթոդների մասին, որոնք ներառում են ֆիքսված-հղկող, ազատ-հղկող կտրատում, լազերային կտրում, շերտային փոխանցում (սառը բաժանում) և էլեկտրական պարպումով կտրատում: Դրանց թվում, ֆիքսված ադամանդե հղկող նյութերով փոխադարձ բազմալար կտրատումը SiC միաբյուրեղների մշակման ամենատարածված մեթոդն է: Այնուամենայնիվ, քանի որ ձուլակտորների չափերը հասնում են 8 դյույմի և ավելիի, ավանդական մետաղալարով սղոցումը դառնում է պակաս գործնական՝ սարքավորումների բարձր պահանջարկի, ծախսերի և ցածր արդյունավետության պատճառով: Կա ցածր գնով, ցածր կորուստներով, բարձր արդյունավետությամբ կտրատման տեխնոլոգիաների անհապաղ անհրաժեշտություն:

 

Հարց. Որո՞նք են լազերային կտրման առավելությունները ավանդական բազմալար կտրման համեմատ:

Ա. Ավանդական մետաղալարով սղոցումը կտրում էSiC ձուլակտորորոշակի ուղղությամբ կտրատվում են մի քանի հարյուր միկրոն հաստությամբ կտորների։ Այնուհետև կտորները մանրացվում են ադամանդե խառնուրդով՝ սղոցի հետքերը և ենթամակերեսային վնասվածքները հեռացնելու համար, որին հաջորդում է քիմիական մեխանիկական հղկումը (CMP)՝ գլոբալ հարթեցում ստանալու համար, և վերջապես մաքրվում՝ SiC թիթեղներ ստանալու համար։

 

Սակայն, SiC-ի բարձր կարծրության և փխրունության պատճառով, այս քայլերը կարող են հեշտությամբ առաջացնել ծռում, ճաքեր, կոտրման արագության աճ, արտադրական ծախսերի բարձրացում և հանգեցնել մակերեսի բարձր կոպտության և աղտոտման (փոշի, կեղտաջրեր և այլն): Բացի այդ, մետաղալարով սղոցումը դանդաղ է և ունի ցածր արտադրողականություն: Գնահատականները ցույց են տալիս, որ ավանդական բազմալարով կտրատումը ապահովում է նյութի միայն մոտ 50% օգտագործում, և մինչև 75%-ը կորչում է հղկումից և հղկումից հետո: Արտասահմանյան արտադրության վաղ տվյալները ցույց են տվել, որ 10,000 թիթեղ արտադրելու համար կարող է պահանջվել մոտավորապես 273 օր անընդմեջ 24-ժամյա արտադրություն, ինչը շատ ժամանակատար է:

 

Ներքին շուկայում SiC բյուրեղների աճեցման շատ ընկերություններ կենտրոնացած են վառարանի հզորությունը մեծացնելու վրա: Այնուամենայնիվ, պարզապես արտադրությունը ընդլայնելու փոխարեն, ավելի կարևոր է մտածել կորուստները կրճատելու մասին, հատկապես, երբ բյուրեղների աճի արտադրողականությունը դեռևս օպտիմալ չէ:

 

Լազերային կտրման սարքավորումները կարող են զգալիորեն կրճատել նյութի կորուստը և բարելավել արտադրողականությունը: Օրինակ՝ մեկ 20 մմ կտրող սարք օգտագործելըSiC ձուլակտորՄետաղալարով կտրումը կարող է տալ մոտ 30 թիթեղ՝ 350 մկմ հաստությամբ։ Լազերային կտրումը կարող է տալ ավելի քան 50 թիթեղ։ Եթե թիթեղների հաստությունը նվազեցվի մինչև 200 մկմ, նույն ձուլակտորից կարելի է արտադրել ավելի քան 80 թիթեղ։ Մինչդեռ մետաղալարով կտրումը լայնորեն օգտագործվում է 6 դյույմ և ավելի փոքր թիթեղների համար, 8 դյույմանոց SiC ձուլակտորի կտրումը կարող է տևել 10-15 օր ավանդական մեթոդներով, ինչը պահանջում է բարձրակարգ սարքավորումներ և ենթադրում է բարձր ծախսեր՝ ցածր արդյունավետությամբ։ Այս պայմաններում լազերային կտրման առավելությունները դառնում են ակնհայտ, ինչը այն դարձնում է 8 դյույմանոց թիթեղների ապագայի հիմնական տեխնոլոգիա։

 

Լազերային կտրման դեպքում, 8 դյույմանոց վաֆլիի համար կտրատման ժամանակը կարող է լինել 20 րոպեից պակաս, իսկ նյութի կորուստը՝ 60 մկմ-ից պակաս։

 

Ամփոփելով՝ բազմալար կտրման համեմատ, լազերային կտրումն առաջարկում է ավելի բարձր արագություն, ավելի լավ արտադրողականություն, ավելի քիչ նյութական կորուստ և ավելի մաքուր մշակում։

 

Հարց. Որո՞նք են SiC լազերային կտրման հիմնական տեխնիկական մարտահրավերները:

Ա. Լազերային կտրման գործընթացը ներառում է երկու հիմնական քայլ՝ լազերային մոդիֆիկացիա և վաֆլիների բաժանում:

 

Լազերային մոդիֆիկացիայի հիմնական սկզբունքը ճառագայթի ձևավորումն ու պարամետրերի օպտիմալացումն է: Լազերի հզորության, կետի տրամագծի և սկանավորման արագության նման պարամետրերը ազդում են նյութի աբլյացիայի որակի և հետագա թիթեղների բաժանման հաջողության վրա: Փոփոխված գոտու երկրաչափությունը որոշում է մակերեսի կոպտությունը և բաժանման դժվարությունը: Բարձր մակերեսային կոպտությունը բարդացնում է հետագա հղկումը և մեծացնում նյութի կորուստը:

 

Փոփոխությունից հետո, թիթեղների բաժանումը սովորաբար իրականացվում է կտրող ուժերի միջոցով, ինչպիսիք են սառը կոտրվածքը կամ մեխանիկական լարվածությունը: Որոշ կենցաղային համակարգեր օգտագործում են ուլտրաձայնային փոխակերպիչներ՝ բաժանման համար տատանումներ առաջացնելու համար, սակայն դա կարող է առաջացնել չիպերի և եզրերի արատներ, ինչը կնվազեցնի վերջնական արտադրողականությունը:

 

Թեև այս երկու քայլերը բնույթով դժվար չեն, բյուրեղների որակի անհամապատասխանությունները՝ պայմանավորված տարբեր աճի գործընթացներով, խառնուրդների մակարդակներով և ներքին լարվածության բաշխմամբ, զգալիորեն ազդում են կտրման դժվարության, բերքատվության և նյութի կորստի վրա: Միայն խնդրահարույց տարածքների բացահայտումը և լազերային սկանավորման գոտիների կարգավորումը կարող է էապես չբարելավել արդյունքները:

 

Լայն տարածման բանալին կայանում է տարբեր արտադրողների բյուրեղների լայն տեսականիին հարմարվողական նորարարական մեթոդների և սարքավորումների մշակման, գործընթացի պարամետրերի օպտիմալացման և համընդհանուր կիրառելիությամբ լազերային կտրատման համակարգերի կառուցման մեջ։

 

Հարց. Կարո՞ղ է լազերային կտրման տեխնոլոգիան կիրառվել SiC-ից բացի այլ կիսահաղորդչային նյութերի վրա:

Ա. Լազերային կտրման տեխնոլոգիան պատմականորեն կիրառվել է նյութերի լայն շրջանակի վրա: Կիսահաղորդիչներում այն ​​սկզբնապես օգտագործվել է վաֆլիի կտրատման համար, իսկ հետագայում ընդլայնվել է՝ ներառելով մեծ ծավալի միաբյուրեղների կտրատումը:

 

SiC-ից բացի, լազերային կտրատումը կարող է օգտագործվել նաև այլ կոշտ կամ փխրուն նյութերի համար, ինչպիսիք են ադամանդը, գալիումի նիտրիդը (GaN) և գալիումի օքսիդը (Ga₂O₃): Այս նյութերի վերաբերյալ նախնական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել լազերային կտրատման հնարավորությունը և առավելությունները կիսահաղորդչային կիրառությունների համար:

 

Հարց. Արդյո՞ք ներկայումս կան հասուն տեղական լազերային կտրատման սարքավորումներ: Ի՞նչ փուլում է ձեր հետազոտությունը:

Ա. Մեծ տրամագծով SiC լազերային կտրատման սարքավորումները լայնորեն համարվում են 8 դյույմանոց SiC վաֆլի արտադրության ապագայի հիմնական սարքավորումներ: Ներկայումս միայն Ճապոնիան կարող է մատակարարել նման համակարգեր, և դրանք թանկ են և ենթակա են արտահանման սահմանափակումների:

 

Լազերային կտրատման/նոսրացման համակարգերի ներքին պահանջարկը գնահատվում է մոտ 1000 միավոր՝ հիմնվելով SiC արտադրության պլանների և մետաղալարե սղոցի առկա հզորությունների վրա: Խոշոր տեղական ընկերությունները մեծ ներդրումներ են կատարել մշակման մեջ, սակայն դեռևս արդյունաբերական կիրառման չեն հասել որևէ հասուն, առևտրային առումով մատչելի կենցաղային սարքավորում:

 

Հետազոտական ​​խմբերը 2001 թվականից ի վեր մշակում են սեփական լազերային բարձրացման տեխնոլոգիա և այժմ այն ​​ընդլայնել են նաև մեծ տրամագծով SiC լազերային կտրատման և նոսրացման համար։ Նրանք մշակել են նախատիպային համակարգ և կտրատման գործընթացներ, որոնք ընդունակ են. Կտրել և նոսրացնել 4-6 դյույմանոց կիսամեկուսիչ SiC թիթեղներ, Կտրել 6-8 դյույմանոց հաղորդիչ SiC ձուլակտորներ։ Արդյունավետության չափանիշներ՝ 6-8 դյույմանոց կիսամեկուսիչ SiC. կտրատման ժամանակ՝ 10-15 րոպե/թիթեղ, նյութի կորուստ՝ <30 մկմ, 6-8 դյույմանոց հաղորդիչ SiC. կտրատման ժամանակ՝ 14-20 րոպե/թիթեղ, նյութի կորուստ՝ <60 մկմ։

 

Վաֆլիի կանխատեսվող բերքատվությունն աճել է ավելի քան 50%-ով

 

Կտրատումից հետո, հղկումից և փայլեցումից հետո, վաֆլիները համապատասխանում են երկրաչափության ազգային ստանդարտներին: Ուսումնասիրությունները նաև ցույց են տալիս, որ լազերային ջերմային ազդեցությունները էականորեն չեն ազդում վաֆլիների լարվածության կամ երկրաչափության վրա:

 

Նույն սարքավորումն օգտագործվել է նաև ադամանդի, GaN-ի և Ga₂O₃ միաբյուրեղների կտրման հնարավորությունը ստուգելու համար։