T: Ano ang mga pangunahing teknolohiyang ginagamit sa paghiwa at pagproseso ng SiC wafer?
A:Silicon carbide (SiC) ay may katigasan pangalawa lamang sa brilyante at itinuturing na isang napakatigas at malutong na materyal. Ang proseso ng paghiwa, na kinabibilangan ng pagputol ng mga lumaki na kristal sa manipis na mga manipis, ay nakakaubos ng oras at madaling maputol. Bilang unang hakbang saSiCsolong pagpoproseso ng kristal, ang kalidad ng pagpipiraso ay makabuluhang nakakaimpluwensya sa kasunod na paggiling, pagpapakintab, at pagnipis. Ang pagpipiraso ay madalas na nagpapakilala ng mga bitak sa ibabaw at ilalim ng ibabaw, na nagpapataas ng mga rate ng pagkasira ng wafer at mga gastos sa produksyon. Samakatuwid, ang pagkontrol sa pagkasira ng crack sa ibabaw sa panahon ng paghiwa ay mahalaga sa pagsulong ng SiC device fabrication.
Kasalukuyang iniulat na mga paraan ng paghiwa ng SiC ay kinabibilangan ng fixed-abrasive, free-abrasive slicing, laser cutting, layer transfer (cold separation), at electrical discharge slicing. Kabilang sa mga ito, ang reciprocating multi-wire slicing na may fixed diamond abrasives ay ang pinakakaraniwang ginagamit na paraan para sa pagproseso ng SiC single crystals. Gayunpaman, habang umabot sa 8 pulgada pataas ang laki ng ingot, nagiging hindi na praktikal ang tradisyonal na wire sawing dahil sa mataas na pangangailangan ng kagamitan, gastos, at mababang kahusayan. May agarang pangangailangan para sa murang halaga, mababang pagkawala, mataas na kahusayan ng mga teknolohiya sa paghiwa.
Q: Ano ang mga bentahe ng laser slicing sa tradisyonal na multi-wire cutting?
A: Ang tradisyonal na paglalagari ng kawad ay pinuputol angSiC ingotkasama ang isang tiyak na direksyon sa mga hiwa ng ilang daang microns ang kapal. Pagkatapos, ang mga hiwa ay dinidikdik gamit ang mga slurries ng brilyante upang alisin ang mga marka ng lagari at pinsala sa ilalim ng balat, na sinusundan ng chemical mechanical polishing (CMP) upang makamit ang global planarization, at sa wakas ay nililinis upang makakuha ng mga SiC wafer.
Gayunpaman, dahil sa mataas na tigas at brittleness ng SiC, ang mga hakbang na ito ay madaling magdulot ng warping, crack, pagtaas ng rate ng pagkasira, mas mataas na gastos sa produksyon, at magresulta sa mataas na pagkamagaspang at kontaminasyon sa ibabaw (alikabok, wastewater, atbp.). Bukod pa rito, ang paglalagari ng wire ay mabagal at may mababang ani. Ang mga pagtatantya ay nagpapakita na ang tradisyonal na multi-wire slicing ay nakakamit lamang ng humigit-kumulang 50% na paggamit ng materyal, at hanggang sa 75% ng materyal ang nawala pagkatapos ng buli at paggiling. Ipinahiwatig ng maagang data ng produksyon ng dayuhan na maaaring tumagal ng humigit-kumulang 273 araw ng tuluy-tuloy na 24 na oras na produksyon upang makagawa ng 10,000 wafer—napakatagal.
Domestically, maraming SiC crystal growth company ang nakatuon sa pagtaas ng kapasidad ng furnace. Gayunpaman, sa halip na palawakin lamang ang output, mas mahalagang isaalang-alang kung paano bawasan ang mga pagkalugi—lalo na kapag hindi pa optimal ang paglago ng kristal.
Ang mga kagamitan sa paghiwa ng laser ay maaaring makabuluhang bawasan ang pagkawala ng materyal at mapabuti ang ani. Halimbawa, gamit ang isang solong 20 mmSiC ingot:Ang wire sawing ay maaaring magbunga ng humigit-kumulang 30 wafer na may kapal na 350 μm. Ang laser slicing ay maaaring magbunga ng higit sa 50 wafers. Kung ang kapal ng wafer ay nabawasan sa 200 μm, higit sa 80 wafers ang maaaring gawin mula sa parehong ingot. Habang ang wire sawing ay malawakang ginagamit para sa mga wafer na may 8 pulgada at maliliit na wafer 6 pulgada tumagal ng 10–15 araw gamit ang mga tradisyunal na pamamaraan, na nangangailangan ng mga high-end na kagamitan at nagkakaroon ng mataas na gastos na may mababang kahusayan. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, nagiging malinaw ang mga pakinabang ng laser slicing, na ginagawa itong pangunahing teknolohiya sa hinaharap para sa 8-pulgadang mga wafer.
Sa laser cutting, ang oras ng paghiwa sa bawat 8-inch na wafer ay maaaring mas mababa sa 20 minuto, na may pagkawala ng materyal bawat wafer na wala pang 60 μm.
Sa buod, kumpara sa multi-wire cutting, ang laser slicing ay nag-aalok ng mas mataas na bilis, mas mahusay na ani, mas mababang pagkawala ng materyal, at mas malinis na pagproseso.
Q: Ano ang mga pangunahing teknikal na hamon sa SiC laser slicing?
A: Ang proseso ng laser slicing ay nagsasangkot ng dalawang pangunahing hakbang: pagbabago ng laser at paghihiwalay ng wafer.
Ang core ng laser modification ay beam shaping at parameter optimization. Ang mga parameter gaya ng laser power, spot diameter, at scan speed ay nakakaapekto lahat sa kalidad ng material ablation at sa tagumpay ng kasunod na wafer separation. Tinutukoy ng geometry ng binagong zone ang pagkamagaspang sa ibabaw at ang kahirapan ng paghihiwalay. Ang mataas na pagkamagaspang sa ibabaw ay nagpapalubha sa paggiling sa ibang pagkakataon at nagpapataas ng pagkawala ng materyal.
Pagkatapos ng pagbabago, ang paghihiwalay ng wafer ay karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng mga puwersa ng paggugupit, tulad ng malamig na bali o mekanikal na stress. Ang ilang mga domestic system ay gumagamit ng mga ultrasonic transducers upang mahikayat ang mga vibrations para sa paghihiwalay, ngunit ito ay maaaring magdulot ng chipping at mga depekto sa gilid, na nagpapababa sa huling ani.
Bagama't hindi likas na mahirap ang dalawang hakbang na ito, ang mga hindi pagkakapare-pareho sa kalidad ng kristal—dahil sa iba't ibang proseso ng paglago, antas ng doping, at pamamahagi ng panloob na stress—ay makabuluhang nakakaapekto sa kahirapan sa paghiwa, ani, at pagkawala ng materyal. Ang pagtukoy lamang sa mga lugar ng problema at pagsasaayos ng mga zone ng pag-scan ng laser ay maaaring hindi makabuluhang mapabuti ang mga resulta.
Ang susi sa malawakang pag-aampon ay nakasalalay sa pagbuo ng mga makabagong pamamaraan at kagamitan na maaaring umangkop sa isang malawak na hanay ng mga katangian ng kristal mula sa iba't ibang mga tagagawa, pag-optimize ng mga parameter ng proseso, at pagbuo ng mga laser slicing system na may pangkalahatang kakayahang magamit.
T: Maaari bang ilapat ang teknolohiya ng laser slicing sa iba pang materyales ng semiconductor bukod sa SiC?
A: Ang teknolohiya ng pagputol ng laser ay ginamit sa kasaysayan sa isang malawak na hanay ng mga materyales. Sa semiconductor, una itong ginamit para sa wafer dicing at mula noon ay lumawak na sa paghiwa ng malalaking bulk single crystals.
Higit pa sa SiC, maaari ding gamitin ang laser slicing para sa iba pang matigas o malutong na materyales gaya ng brilyante, gallium nitride (GaN), at gallium oxide (Ga₂O₃). Ang mga paunang pag-aaral sa mga materyales na ito ay nagpakita ng pagiging posible at mga pakinabang ng laser slicing para sa mga aplikasyon ng semiconductor.
Q: Mayroon bang kasalukuyang mature na domestic laser slicing equipment na mga produkto? Saang yugto ang iyong pananaliksik?
A: Ang malaking diameter na SiC laser slicing equipment ay malawak na itinuturing na pangunahing kagamitan para sa hinaharap ng 8-inch SiC wafer production. Sa kasalukuyan, ang Japan lamang ang makakapagbigay ng mga ganitong sistema, at ang mga ito ay mahal at napapailalim sa mga paghihigpit sa pag-export.
Ang domestic demand para sa laser slicing/thinning system ay tinatayang humigit-kumulang 1,000 units, batay sa mga plano sa produksyon ng SiC at kasalukuyang kapasidad ng wire saw. Ang mga pangunahing domestic na kumpanya ay namuhunan nang malaki sa pag-unlad, ngunit wala pang mature, komersyal na magagamit na domestic na kagamitan ang nakarating sa industriyal na deployment.
Ang mga pangkat ng pananaliksik ay bumubuo ng proprietary laser lift-off na teknolohiya mula noong 2001 at ngayon ay pinalawig ito sa malaking diameter na SiC laser slicing at thinning. Nakabuo sila ng prototype system at mga proseso ng paghiwa na may kakayahang:Paggupit at pagnipis ng 4–6 pulgadang semi-insulating na SiC waferPaghiwa ng 6–8 pulgadang conductive SiC ingotsMga benchmark ng pagganap:6–8 pulgadang semi-insulating SiC: oras ng paghiwa 10–15 minuto/wafer; pagkawala ng materyal <30 μm6–8 pulgadang conductive SiC: oras ng paghiwa 14–20 minuto/wafer; pagkawala ng materyal <60 μm
Ang tinantyang ani ng wafer ay tumaas ng higit sa 50%
Pagkatapos ng paghiwa, ang mga wafer ay nakakatugon sa mga pambansang pamantayan para sa geometry pagkatapos ng paggiling at pagpapakintab. Ipinapakita rin ng mga pag-aaral na ang mga thermal effect na dulot ng laser ay hindi gaanong nakakaapekto sa stress o geometry sa mga wafer.
Ang parehong kagamitan ay ginamit din upang i-verify ang pagiging posible para sa paghiwa ng brilyante, GaN, at Ga₂O₃ solong kristal.
Oras ng post: Mayo-23-2025