Méthode de découpe en dés d'une plaquette de carbure de silicium

1. Traçage de la meule
La machine à découper la meule entraîne la lame à tourner à grande vitesse à travers la broche électrique aérostatique pour obtenir un broyage puissant des matériaux. Les tranchants des lames utilisées sont recouverts de particules de corindon. La dureté Mohs du corindon est de 10, ce qui est à peine supérieur à celle du SiC avec une dureté de 9,5. Le meulage répété à basse vitesse est non seulement long et laborieux, mais entraîne également une usure fréquente de l'outil. Par exemple, il faut 6-8 heures pour découper une tranche de SiC de 100 mm (4 pouces), et il est facile de provoquer des défauts d'écaillage. Par conséquent, cette méthode de traitement traditionnelle et inefficace a été progressivement remplacée par le marquage au laser.
2. Marquage laser complet
Le traçage au laser est le processus consistant à utiliser un faisceau laser à haute énergie pour irradier la surface d'une pièce afin de faire fondre et vaporiser localement la zone irradiée, réalisant ainsi l'enlèvement de matière et le traçage. Le traçage au laser est un traitement sans contact, sans dommages dus aux contraintes mécaniques, avec des méthodes de traitement flexibles, sans perte d'outil ni pollution de l'eau, et avec de faibles coûts de maintenance des équipements. Afin d'éviter d'endommager le film de support lorsque le laser trace à travers la plaquette, un film UV résistant à l'ablation à haute température est utilisé.
À l'heure actuelle, les équipements de traçage laser adoptent des lasers industriels, avec trois longueurs d'onde de 1 064 nm, 532 nm et 355 nm, et des largeurs d'impulsion de nanosecondes, picosecondes et femtosecondes. Théoriquement, plus la longueur d'onde du laser et la largeur d'impulsion sont courtes, plus l'effet thermique du traitement est faible, ce qui est bénéfique pour le traitement de micro-précision, mais le coût est relativement élevé. Le laser nanoseconde ultraviolet de 355 nm est largement utilisé en raison de sa technologie mature, de son faible coût et de son faible effet thermique de traitement. Ces dernières années, la technologie laser picoseconde 1 064 nm s'est développée rapidement et a été appliquée à de nombreux nouveaux domaines avec de bons résultats.
Par exemple, l'effet thermique du traitement au laser ultraviolet de 355 nm est faible, mais les scories incomplètement vaporisées adhèrent et s'accumulent dans la ligne de coupe, ce qui rend la section de coupe non lisse, et les scories attachées tombent facilement au cours du processus ultérieur, affectant le dispositif. performance. Le laser picoseconde de 1 064 nm adopte une puissance plus élevée, une efficacité de traçage élevée, un enlèvement de matière suffisant et une section transversale uniforme, mais l'effet thermique du traitement est trop important et des voies de traçage plus larges doivent être réservées dans la conception des puces.
3. Demi-course laser
Le demi-traçage laser convient au traitement de matériaux offrant une meilleure clivabilité. Le traçage au laser coupe à une certaine profondeur, puis adopte une méthode de division pour générer une contrainte s'étendant longitudinalement le long de la ligne de coupe afin de séparer les copeaux. Cette méthode de traitement présente une efficacité élevée, ne nécessite aucun processus de collage ni de retrait de film et présente un faible coût de traitement. Cependant, le clivage des plaquettes de carbure de silicium est médiocre et il n'est pas facile de les diviser. Le côté fissuré est facile à écailler et le phénomène d'adhérence des scories existe toujours dans la partie rayée.
4. Découpe invisible au laser
Le traçage furtif au laser consiste à concentrer le laser sur l'intérieur du matériau pour former une couche modifiée, puis à séparer la puce en divisant ou en agrandissant le film. Il n'y a aucune pollution par la poussière sur la surface, presque aucune perte de matière et l'efficacité du traitement est élevée. Les deux conditions pour réaliser un traçage furtif sont que le matériau soit transparent au laser et qu'une énergie d'impulsion suffisante produise une absorption multiphotonique.
L'énergie de bande interdite Eg du carbure de silicium à température ambiante est d'environ 3,2 eV, soit 5,13 × 10 -19 J. 1 064 énergie des photons laser E=hc/λ=1 0,87 × 10 -19 J. On peut voir que l'énergie des photons laser de 1 064 nm est plus petite que la bande interdite d'absorption du matériau en carbure de silicium et qu'elle est optiquement transparente, ce qui répond aux conditions d'invisibilité tracer. La transmission réelle est liée à des facteurs tels que les propriétés de la surface du matériau, son épaisseur et les types de dopants. En prenant comme exemple une plaquette de carbure de silicium poli d'une épaisseur de 300 µm, la transmission laser mesurée à 1 064 nm est d'environ 67 %.
Le laser picoseconde avec une largeur d'impulsion extrêmement courte est sélectionné, et l'énergie générée par l'absorption multiphotonique n'est pas convertie en énergie thermique, mais provoque seulement une certaine profondeur de couche modifiée à l'intérieur du matériau. La couche modifiée est la zone de fissure, la zone de fusion ou la zone de changement d'indice de réfraction à l'intérieur du matériau. Ensuite, au cours du processus de division ultérieur, les grains seront séparés le long de la couche modifiée.
La clivabilité du matériau en carbure de silicium est médiocre et la distance entre les couches modifiées ne doit pas être trop grande. Le test utilise une machine à découper automatique JHQ-611 et une plaquette SiC de 350 μm d'épaisseur pour découper 22 couches à une vitesse de coupe de 500 mm/s. Après fissuration, la section est relativement lisse, avec de petits éclats et des bords nets.
5. Découpe laser guidée par l'eau
Le laser à guidage d'eau concentre la lumière laser et la guide dans la micro-colonne d'eau. Le diamètre de la colonne d'eau varie en fonction de l'ouverture de la buse et il existe différentes spécifications de 100-30 μm. Utilisant le principe de réflexion totale entre la colonne d’eau et l’interface air, la lumière laser se propagera dans la direction de la colonne d’eau après avoir été introduite dans la colonne d’eau.
Il peut traiter dans la plage où la colonne d'eau reste stable, et la distance de travail efficace très longue est particulièrement adaptée à la coupe de matériaux épais. Dans la découpe laser traditionnelle, l'accumulation et la conduction de l'énergie sont la principale cause de dommages thermiques des deux côtés de la ligne de découpe, tandis que le laser guidé par eau élimine rapidement la chaleur résiduelle de chaque impulsion sans s'accumuler sur la pièce en raison de l'action. de la colonne d'eau, coupant ainsi le chemin est propre et soigné.
Sur la base de ces avantages, le carbure de silicium de découpe laser conducteur d'eau est un bon choix en théorie, mais la technologie est difficile et la maturité des équipements associés n'est pas élevée. Il est difficile de fabriquer des buses en tant que pièces vulnérables. Si la colonne d'eau fine ne peut pas être contrôlée de manière précise et stable, les gouttelettes d'eau éclaboussées ablatent les copeaux, affectant le rendement. Par conséquent, ce procédé n’a pas encore été appliqué à la production de tranches de carbure de silicium.