Método de corte em cubos de wafer de carboneto de silício

1. Marcação de rebolo
A máquina de corte em cubos de rebolo aciona a lâmina para girar em alta velocidade através do fuso elétrico aerostático para obter uma forte moagem de materiais. As arestas de corte das lâminas utilizadas são revestidas com partículas de corindo. A dureza Mohs do corindo é 10, que é apenas ligeiramente superior à do SiC com dureza de 9,5. O desbaste repetido em baixa velocidade não é apenas demorado e trabalhoso, mas também causa desgaste frequente da ferramenta. Por exemplo, são necessárias 6-8 horas para cortar um wafer de SiC de 100 mm (4 polegadas) e é fácil causar defeitos de lascamento. Portanto, este método tradicional de processamento ineficiente foi gradualmente substituído pela gravação a laser.
2. Marcação a laser completa
A marcação a laser é o processo de usar um feixe de laser de alta energia para irradiar a superfície de uma peça de trabalho para derreter e vaporizar localmente a área irradiada, conseguindo assim a remoção do material e a marcação. A gravação a laser é um processamento sem contato, sem danos por estresse mecânico, métodos de processamento flexíveis, sem perda de ferramentas e poluição da água e baixos custos de manutenção do equipamento. Para evitar danos ao filme de suporte quando o laser atravessa o wafer, é utilizado um filme UV resistente à ablação em alta temperatura.
Atualmente, o equipamento de gravação a laser adota lasers industriais, com três comprimentos de onda de 1.064 nm, 532 nm e 355 nm, e larguras de pulso de nanossegundos, picossegundos e femtossegundos. Teoricamente, quanto menor o comprimento de onda do laser e menor a largura do pulso, menor será o efeito térmico do processamento, o que é benéfico para o processamento de microprecisão, mas o custo é relativamente alto. O laser ultravioleta de nanossegundos de 355 nm é amplamente utilizado devido à sua tecnologia madura, baixo custo e pequeno efeito térmico de processamento. Nos últimos anos, a tecnologia de laser de picossegundos 1 064 nm desenvolveu-se rapidamente e foi aplicada a muitos novos campos com bons resultados.
Por exemplo, o efeito térmico do processamento a laser ultravioleta de 355 nm é pequeno, mas a escória vaporizada de forma incompleta adere e se acumula na linha de corte, tornando a seção de corte não lisa, e a escória anexada é fácil de cair no processo subsequente, afetando o dispositivo desempenho. O laser de picossegundo de 1064 nm adota maior potência, alta eficiência de traçado, remoção de material suficiente e seção transversal uniforme, mas o efeito térmico do processamento é muito grande e faixas de traçado mais largas precisam ser reservadas no design do chip.
3. Meio curso do laser
A meia marcação a laser é adequada para processar materiais com melhor clivabilidade. A gravação a laser corta até uma certa profundidade e, em seguida, adota um método de divisão para gerar tensão que se estende longitudinalmente ao longo da linha de corte para separar os cavacos. Este método de processamento tem alta eficiência, não há necessidade de processo de colagem e remoção de filme e baixo custo de processamento. No entanto, a clivagem das pastilhas de carboneto de silício é fraca e não é fácil de dividir. O lado rachado é fácil de lascar e o fenômeno de adesão da escória ainda existe na parte arranhada.
4. Corte invisível a laser
A marcação furtiva a laser consiste em focar o laser no interior do material para formar uma camada modificada e, em seguida, separar o chip dividindo ou expandindo o filme. Não há poluição por poeira na superfície, quase nenhuma perda de material e a eficiência de processamento é alta. As duas condições para obter uma gravação furtiva são que o material seja transparente ao laser e que a energia de pulso suficiente produza absorção multifóton.
A energia do gap, por exemplo, do carboneto de silício à temperatura ambiente é de cerca de 3,2 eV, que é 5,13×10 -19 J. 1 064 energia do fóton laser nm E=hc/λ=1 0,87 × 10 -19 J. Pode-se observar que a energia do fóton do laser de 1 064 nm é menor do que o gap de banda de absorção do material de carboneto de silício e é opticamente transparente, o que atende às condições de invisível escrevendo. A transmitância real está relacionada a fatores como propriedades da superfície do material, espessura e tipos de dopantes. Tomando como exemplo um wafer de carboneto de silício polido com espessura de 300 μm, a transmitância medida do laser de 1064 nm é de cerca de 67%.
O laser de picossegundos com largura de pulso extremamente curta é selecionado, e a energia gerada pela absorção multifóton não é convertida em energia térmica, mas apenas causa uma certa profundidade de camada modificada dentro do material. A camada modificada é a área de fissura, área de fusão ou área de mudança do índice de refração dentro do material. Então, através do processo de divisão subsequente, os grãos serão separados ao longo da camada modificada.
A clivabilidade do material de carboneto de silício é fraca e a distância entre as camadas modificadas não deve ser muito grande. O teste usa uma máquina automática de corte em cubos JHQ-611 e um wafer de SiC de 350 μm de espessura para cortar 22 camadas a uma velocidade de corte de 500 mm/s. Após a fissuração, a seção fica relativamente lisa, com pequenas lascas e bordas bem definidas.
5. Corte a laser guiado por água
O laser guia de água focaliza a luz do laser e a guia para a microcoluna de água. O diâmetro da coluna de água varia de acordo com a abertura do bico, e existem várias especificações de 100-30 μm. Usando o princípio da reflexão total entre a coluna d'água e a interface do ar, a luz do laser se propagará ao longo da direção da coluna d'água após ser introduzida na coluna d'água.
Ela pode processar dentro da faixa onde a coluna de água permanece estável e a distância efetiva de trabalho superlonga é especialmente adequada para cortar materiais espessos. No corte a laser tradicional, o acúmulo e condução de energia é a principal causa de danos térmicos em ambos os lados da linha de corte, enquanto o laser guiado por água retira rapidamente o calor residual de cada pulso sem acumulá-lo na peça devido à ação da coluna de água, então o corte do caminho é limpo e arrumado.
Com base nessas vantagens, o corte a laser condutor de água de carboneto de silício é uma boa escolha em teoria, mas a tecnologia é difícil e a maturidade dos equipamentos relacionados não é alta. É difícil fabricar bicos como peças vulneráveis. Se a coluna de água fina não puder ser controlada com precisão e estabilidade, as gotas de água espirradas eliminam o cavaco, afetando o rendimento. Portanto, este processo ainda não foi aplicado à produção de pastilhas de carboneto de silício.