Technologie des machines de découpe laser au carbure de silicium

Ces dernières années, l'utilisation deMachine à découper au laserCette technologie est devenue de plus en plus populaire dans la production et le traitement de matériaux semi-conducteurs. Le principe de cette méthode est d'utiliser un faisceau laser focalisé pour modifier le substrat depuis la surface ou l'intérieur du matériau, le séparant ainsi. Puisqu’il s’agit d’un processus sans contact, les effets de l’usure des outils et des contraintes mécaniques sont évités. En conséquence, il améliore considérablement la rugosité et la précision de la surface de la plaquette et élimine également le besoin de processus de polissage ultérieurs, réduisant ainsi la perte de matériaux, les coûts et la pollution environnementale causée par les processus de meulage et de polissage traditionnels. La technologie de découpe laser est utilisée depuis longtemps pour découper des lingots de silicium, mais son application dans le domaine du carbure de silicium n’est pas encore mature. À l'heure actuelle, il existe principalement les technologies suivantes.

1. Découpe laser à guide d'eau
Technologie laser guidée par l'eau (Laser MicroJet, LMJ), également appelée technologie laser microjet, son principe est de focaliser le faisceau laser sur une buse lorsque le laser traverse une cavité d'eau modulée en pression ; une colonne d'eau à basse pression est éjectée de la buse. En raison de l'indice de réfraction, un guide d'onde optique peut être formé à l'interface entre l'eau et l'air, permettant au laser de se propager dans la direction de l'écoulement de l'eau, guidant ainsi la surface de le matériau traité pour être découpé au jet d'eau à haute pression. Le principal avantage du laser guidé par l’eau est la qualité de découpe. Le débit d'eau peut non seulement refroidir la zone de coupe, réduire la déformation thermique et les dommages thermiques du matériau, mais également éliminer les débris de traitement. Par rapport à la coupe à la scie à fil, sa vitesse est nettement plus rapide. Cependant, comme l'eau absorbe la lumière laser de différentes longueurs d'onde à différents degrés, la longueur d'onde du laser est limitée, principalement 1 064 nm, 532 nm et 355 nm.

En 1993, le scientifique suisse Beruold Richerzhagen a proposé pour la première fois cette technologie. L'entreprise qu'il a fondée, Synova, est spécialisée dans la recherche, le développement et l'industrialisation de lasers guidés par l'eau. Elle occupe une position de leader technologique au niveau international. La technologie nationale est relativement arriérée. Inno Laser et Shengguang Silicon Research D'autres sociétés recherchent et développent activement.

2. Coupe invisible

Stealth Dicing (SD) concentre la lumière laser sur l'intérieur de la tranche à travers la surface du carbure de silicium pour former une couche modifiée à la profondeur requise, décollant ainsi la tranche. Puisqu’il n’y a aucune coupure sur la surface de la tranche, une précision de traitement élevée peut être obtenue. Le procédé SD utilisant des lasers pulsés nanosecondes est déjà utilisé dans l'industrie pour séparer des tranches de silicium. Cependant, lors du traitement SD du carbure de silicium induit par un laser à impulsion nanoseconde, des effets thermiques se produiront car la durée de l'impulsion est beaucoup plus longue que le temps de couplage entre les électrons et les phonons dans le carbure de silicium (ordre picoseconde). Un apport de chaleur élevé dans la tranche rend non seulement la séparation sujette à une déviation dans la direction souhaitée, mais crée également d'importantes contraintes résiduelles pouvant conduire à des fractures et à un mauvais clivage. Par conséquent, lors du traitement du carbure de silicium, le processus SD du laser à impulsions ultra-courtes est généralement utilisé et l'effet thermique est considérablement réduit.

La société japonaise DISCO a développé une technologie de découpe laser appelée absorption répétitive clé amorphe-noir (KABRA). En prenant comme exemple le traitement de lingots de carbure de silicium d'un diamètre de 6 pouces et d'une épaisseur de 20 mm, la productivité des plaquettes de silicium carbonisées a quadruplé. Le procédé KABRA concentre essentiellement le laser à l'intérieur du matériau en carbure de silicium. Grâce à « l'absorption répétée noire amorphe », le carbure de silicium est décomposé en silicium amorphe et en carbone amorphe, et forme une couche qui sert de point de base pour la séparation des tranches, c'est-à-dire noire. La couche amorphe absorbe plus de lumière, permettant aux tranches d'être facilement séparés.

La technologie de tranche Cold Split développée par Siltectra, acquise par Infineon, peut non seulement diviser différents types de lingots en tranches, mais également réduire la perte de chaque tranche jusqu'à 80 μm, réduisant ainsi la perte de matière de 90 %. Le coût total de production du dispositif final est réduit jusqu'à 30 %. La technologie de découpe à froid est divisée en deux étapes : premièrement, le lingot de cristal est irradié au laser pour former une couche de pelage, qui élargit le volume interne du matériau en carbure de silicium, générant ainsi une contrainte de traction et formant une couche de microfissures très étroites ; puis les microfissures sont découpées lors de l'étape de refroidissement du polymère. La fissure est transformée en une fissure principale qui sépare finalement la tranche du lingot restant. En 2019, un tiers a évalué cette technologie et mesuré la rugosité de surface Ra de la plaquette après segmentation comme étant inférieure à 3 µm, le meilleur résultat étant inférieur à 2 µm.

Le découpage en dés modifié développé par la Chine JTBYShield Laser est une technologie laser qui sépare les tranches semi-conductrices en puces ou matrices individuelles. Ce processus utilise également un faisceau laser de précision pour balayer l'intérieur de la tranche afin de former une couche modifiée, de sorte que la tranche puisse se dilater le long du trajet de balayage laser sous l'effet d'une contrainte externe pour réaliser une séparation précise.

À l'heure actuelle, nous maîtrisons la technologie de coupe du mortier au carbure de silicium, mais la coupe du mortier entraîne des pertes élevées, une faible efficacité et une pollution grave. Il est progressivement itéré par la technologie de coupe au fil diamanté. Dans le même temps, les avantages en termes de performances et d'efficacité de la découpe laser sont exceptionnels, ce qui est différent du traitement par contact mécanique traditionnel. La technologie présente de nombreux avantages, notamment une efficacité de traitement élevée, un chemin de traçage étroit et une densité de copeaux élevée. Il s'agit d'un concurrent sérieux pour remplacer la technologie de coupe au fil diamanté et ouvre une nouvelle voie pour l'application de matériaux semi-conducteurs de nouvelle génération tels que le carbure de silicium. Avec le développement de la technologie industrielle, la taille des substrats en carbure de silicium continue d'augmenter, la technologie de découpe au carbure de silicium se développera rapidement et la découpe laser efficace et de haute qualité constituera une tendance importante dans la découpe au carbure de silicium à l'avenir.

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