T: Ano ang mga pangunahing teknolohiyang ginagamit sa paghiwa at pagproseso ng SiC wafer?
A:Silikon karbida Ang (SiC) ay may tigas na pangalawa lamang sa diyamante at itinuturing na isang napakatigas at malutong na materyal. Ang proseso ng paghiwa, na kinabibilangan ng paghiwa sa mga lumalagong kristal upang maging manipis na mga wafer, ay matagal at madaling mabasag. Bilang unang hakbang saSiCSa pagproseso ng iisang kristal, ang kalidad ng paghiwa ay may malaking impluwensya sa kasunod na paggiling, pagpapakintab, at pagnipis. Ang paghiwa ay kadalasang nagdudulot ng mga bitak sa ibabaw at ilalim ng ibabaw, na nagpapataas ng mga rate ng pagbasag ng wafer at mga gastos sa produksyon. Samakatuwid, ang pagkontrol sa pinsala sa bitak sa ibabaw habang hinihiwa ay mahalaga sa pagsulong ng paggawa ng SiC device.
Kabilang sa mga kasalukuyang naiuulat na pamamaraan ng paghihiwa gamit ang SiC ang fixed-abrasive, free-abrasive slicing, laser cutting, layer transfer (cold separation), at electrical discharge slicing. Kabilang sa mga ito, ang reciprocating multi-wire slicing gamit ang fixed diamond abrasives ang pinakakaraniwang ginagamit na pamamaraan para sa pagproseso ng SiC single crystals. Gayunpaman, dahil umaabot na sa 8 pulgada pataas ang laki ng ingot, nagiging hindi gaanong praktikal ang tradisyonal na wire sawing dahil sa mataas na pangangailangan sa kagamitan, gastos, at mababang kahusayan. Mayroong agarang pangangailangan para sa mga teknolohiya ng paghihiwa na mababa ang gastos, mababa ang pagkawala, at mataas ang kahusayan.
T: Ano ang mga bentahe ng laser slicing kumpara sa tradisyonal na multi-wire cutting?
A: Pinuputol ng tradisyonal na paglalagari ng alambre angSiC ingotsa isang partikular na direksyon patungo sa mga hiwa na ilang daang microns ang kapal. Ang mga hiwa ay dinidikdik gamit ang mga diamond slurries upang maalis ang mga marka ng lagari at pinsala sa ilalim ng lupa, na susundan ng chemical mechanical polishing (CMP) upang makamit ang global planarization, at sa huli ay nililinis upang makakuha ng mga SiC wafer.
Gayunpaman, dahil sa mataas na katigasan at kalupitan ng SiC, ang mga hakbang na ito ay madaling magdulot ng pagbaluktot, pagbibitak, pagtaas ng antas ng pagkabasag, mas mataas na gastos sa produksyon, at magreresulta sa mataas na pagkamagaspang sa ibabaw at kontaminasyon (alikabok, wastewater, atbp.). Bukod pa rito, ang paglalagari ng alambre ay mabagal at may mababang ani. Ipinapakita ng mga pagtatantya na ang tradisyonal na multi-wire slicing ay nakakamit lamang ng humigit-kumulang 50% na paggamit ng materyal, at hanggang 75% ng materyal ang nawawala pagkatapos ng pagpapakintab at paggiling. Ipinahiwatig ng mga naunang datos ng produksyon sa ibang bansa na maaaring tumagal ng humigit-kumulang 273 araw ng tuluy-tuloy na 24-oras na produksyon upang makagawa ng 10,000 wafer—napakatagal.
Sa loob ng bansa, maraming kompanya ng pagpapalago ng kristal na SiC ang nakatuon sa pagpapataas ng kapasidad ng pugon. Gayunpaman, sa halip na palawakin lamang ang output, mas mahalagang isaalang-alang kung paano mabawasan ang mga pagkalugi—lalo na kapag ang ani ng paglaki ng kristal ay hindi pa pinakamainam.
Ang kagamitan sa paghihiwa gamit ang laser ay maaaring makabuluhang bawasan ang pagkawala ng materyal at mapabuti ang ani. Halimbawa, ang paggamit ng isang 20 mmSiC ingotAng paglalagari gamit ang alambre ay maaaring magbunga ng humigit-kumulang 30 wafer na may kapal na 350 μm. Ang paghihiwa gamit ang laser ay maaaring magbunga ng mahigit sa 50 wafer. Kung ang kapal ng wafer ay babawasan sa 200 μm, mahigit sa 80 wafer ang maaaring magawa mula sa iisang ingot. Bagama't malawakang ginagamit ang paghihiwa gamit ang alambre para sa mga wafer na 6 na pulgada at mas maliit, ang paghiwa ng 8-pulgadang SiC ingot ay maaaring tumagal ng 10-15 araw gamit ang mga tradisyonal na pamamaraan, na nangangailangan ng mga high-end na kagamitan at nagdudulot ng mataas na gastos na may mababang kahusayan. Sa ilalim ng mga kundisyong ito, nagiging malinaw ang mga bentahe ng paghihiwa gamit ang laser, na ginagawa itong pangunahing teknolohiya sa hinaharap para sa mga 8-pulgadang wafer.
Sa pamamagitan ng laser cutting, ang oras ng paghiwa sa bawat 8-pulgadang wafer ay maaaring maging wala pang 20 minuto, na may pagkawala ng materyal sa bawat wafer na wala pang 60 μm.
Sa buod, kumpara sa multi-wire cutting, ang laser slicing ay nag-aalok ng mas mabilis, mas mahusay na ani, mas mababang pagkawala ng materyal, at mas malinis na pagproseso.
T: Ano ang mga pangunahing teknikal na hamon sa paghihiwa gamit ang SiC laser?
A: Ang proseso ng paghihiwa gamit ang laser ay kinabibilangan ng dalawang pangunahing hakbang: pagbabago gamit ang laser at paghihiwalay ng wafer.
Ang pangunahing bahagi ng laser modification ay ang beam shaping at parameter optimization. Ang mga parameter tulad ng laser power, spot diameter, at scan speed ay pawang nakakaapekto sa kalidad ng material ablation at sa tagumpay ng kasunod na wafer separation. Ang geometry ng modified zone ang nagtatakda ng surface roughness at ang kahirapan ng paghihiwalay. Ang mataas na surface roughness ay nagpapakomplikado sa paggiling sa hinaharap at nagpapataas ng pagkawala ng materyal.
Pagkatapos ng pagbabago, ang paghihiwalay ng wafer ay karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng mga puwersang shear, tulad ng cold fracture o mechanical stress. Ang ilang mga domestic system ay gumagamit ng ultrasonic transducer upang magdulot ng mga vibrations para sa paghihiwalay, ngunit maaari itong magdulot ng chipping at mga depekto sa gilid, na nagpapababa sa pangwakas na ani.
Bagama't ang dalawang hakbang na ito ay hindi likas na mahirap, ang mga hindi pagkakapare-pareho sa kalidad ng kristal—dahil sa magkakaibang proseso ng paglaki, antas ng doping, at internal stress distributions—ay may malaking epekto sa kahirapan sa paghiwa, ani, at pagkawala ng materyal. Ang pagtukoy lamang sa mga lugar na may problema at pagsasaayos ng mga laser scanning zone ay maaaring hindi lubos na mapabuti ang mga resulta.
Ang susi sa malawakang paggamit ay nakasalalay sa pagbuo ng mga makabagong pamamaraan at kagamitan na maaaring umangkop sa malawak na hanay ng mga katangian ng kristal mula sa iba't ibang tagagawa, pag-optimize ng mga parameter ng proseso, at pagbuo ng mga sistema ng paghiwa ng laser na may pangkalahatang kakayahang magamit.
T: Maaari bang ilapat ang teknolohiya ng laser slicing sa iba pang mga materyales na semiconductor bukod sa SiC?
A: Ang teknolohiya ng pagputol gamit ang laser ay matagal nang ginagamit sa iba't ibang materyales. Sa mga semiconductor, ito ay unang ginamit para sa pagtadtad ng wafer at mula noon ay lumawak na sa paghiwa ng malalaking bulto ng mga kristal.
Bukod sa SiC, ang laser slicing ay maaari ding gamitin para sa iba pang matigas o malutong na materyales tulad ng diamond, gallium nitride (GaN), at gallium oxide (Ga₂O₃). Ipinakita ng mga paunang pag-aaral sa mga materyales na ito ang posibilidad at mga bentahe ng laser slicing para sa mga aplikasyon ng semiconductor.
T: Mayroon bang mga produktong kagamitan sa paghiwa ng laser na pang-domestikong magagamit sa kasalukuyan? Sa anong yugto na ang inyong pananaliksik?
A: Ang kagamitan sa paghiwa ng SiC laser na may malalaking diyametro ay malawakang itinuturing na pangunahing kagamitan para sa hinaharap ng produksyon ng 8-pulgadang SiC wafer. Sa kasalukuyan, tanging ang Japan lamang ang maaaring magbigay ng mga ganitong sistema, at ang mga ito ay mahal at napapailalim sa mga paghihigpit sa pag-export.
Ang lokal na pangangailangan para sa mga sistema ng laser slicing/thinning ay tinatayang nasa humigit-kumulang 1,000 yunit, batay sa mga plano sa produksyon ng SiC at kasalukuyang kapasidad ng wire saw. Malaki ang namuhunan ng mga pangunahing lokal na kumpanya sa pagpapaunlad, ngunit wala pang mga ganap at komersyal na magagamit na lokal na kagamitan ang nakakaabot sa industriyal na pag-deploy.
Ang mga grupo ng pananaliksik ay bumubuo ng proprietary laser lift-off technology simula noong 2001 at ngayon ay pinalawak na ito sa malalaking diameter na SiC laser slicing at thinning. Nakabuo sila ng isang prototype system at mga proseso ng paghiwa na may kakayahang: Pagputol at pagnipis ng 4–6 pulgadang semi-insulating SiC wafersPaghiwa 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
Tinatayang tumaas ng mahigit 50% ang ani ng wafer
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 makabuluhang nakakaapekto sa stress o geometry sa mga wafer.
Ginamit din ang parehong kagamitan upang beripikahin ang posibilidad ng paghiwa ng mga kristal na diyamante, GaN, at Ga₂O₃.
Oras ng pag-post: Mayo-23-2025