س: فناوری‌های اصلی مورد استفاده در برش و پردازش ویفر SiC چیست؟
A:کاربید سیلیکون (SiC) از نظر سختی پس از الماس در رتبه دوم قرار دارد و ماده‌ای بسیار سخت و شکننده محسوب می‌شود. فرآیند برش، که شامل برش کریستال‌های رشد یافته به ویفرهای نازک است، زمان‌بر و مستعد لب‌پر شدن است. به عنوان اولین قدم درسی سیدر پردازش تک کریستال، کیفیت برش به طور قابل توجهی بر سنگ زنی، صیقل کاری و نازک شدن بعدی تأثیر می گذارد. برش اغلب باعث ایجاد ترک های سطحی و زیرسطحی می شود که باعث افزایش نرخ شکستگی ویفر و هزینه های تولید می شود. بنابراین، کنترل آسیب ترک های سطحی در طول برش برای پیشرفت ساخت دستگاه SiC بسیار مهم است.
روش‌های برش SiC که در حال حاضر گزارش شده‌اند شامل برش با ساینده ثابت، برش بدون ساینده، برش لیزری، انتقال لایه (جداسازی سرد) و برش با تخلیه الکتریکی هستند. در میان این روش‌ها، برش چند سیمی رفت و برگشتی با ساینده‌های الماس ثابت، رایج‌ترین روش مورد استفاده برای پردازش تک بلورهای SiC است. با این حال، با رسیدن اندازه شمش به 8 اینچ و بالاتر، اره سیمی سنتی به دلیل نیاز به تجهیزات بالا، هزینه‌ها و راندمان پایین، کمتر کاربردی می‌شود. نیاز مبرمی به فناوری‌های برش کم‌هزینه، کم‌اتلاف و با راندمان بالا وجود دارد.
س: مزایای برش لیزری نسبت به برش سنتی چند سیمه چیست؟
الف) اره سیمی سنتی، سیم را برش می‌دهدشمش SiCدر امتداد یک جهت خاص به برش‌هایی با ضخامت چند صد میکرون تبدیل می‌شوند. سپس برش‌ها با استفاده از دوغاب الماس ساییده می‌شوند تا رد اره و آسیب‌های زیرسطحی از بین بروند، و پس از آن صیقل‌کاری مکانیکی شیمیایی (CMP) برای دستیابی به مسطح‌سازی سراسری انجام می‌شود و در نهایت برای به دست آوردن ویفرهای SiC تمیز می‌شوند.
با این حال، به دلیل سختی و شکنندگی بالای SiC، این مراحل به راحتی می‌توانند باعث تاب برداشتن، ترک خوردن، افزایش نرخ شکستگی، هزینه‌های تولید بالاتر و در نتیجه زبری سطح بالا و آلودگی (گرد و غبار، فاضلاب و غیره) شوند. علاوه بر این، اره سیمی کند است و بازده کمی دارد. تخمین‌ها نشان می‌دهد که برش چند سیمی سنتی تنها حدود ۵۰٪ از مواد را استفاده می‌کند و تا ۷۵٪ از مواد پس از پولیش و سنگ‌زنی از بین می‌رود. داده‌های اولیه تولید خارجی نشان داد که برای تولید ۱۰۰۰۰ ویفر، تقریباً ۲۷۳ روز تولید ۲۴ ساعته مداوم لازم است - که بسیار زمان‌بر است.
در داخل کشور، بسیاری از شرکت‌های رشد کریستال SiC بر افزایش ظرفیت کوره متمرکز شده‌اند. با این حال، به جای صرفاً افزایش تولید، بررسی چگونگی کاهش تلفات - به ویژه هنگامی که بازده رشد کریستال هنوز بهینه نیست - مهم‌تر است.
تجهیزات برش لیزری می‌توانند به طور قابل توجهی از اتلاف مواد جلوگیری کرده و بازده را بهبود بخشند. به عنوان مثال، با استفاده از یک برش 20 میلی‌متریشمش SiCاره سیمی می‌تواند حدود 30 ویفر با ضخامت 350 میکرومتر تولید کند. برش لیزری می‌تواند بیش از 50 ویفر تولید کند. اگر ضخامت ویفر به 200 میکرومتر کاهش یابد، می‌توان بیش از 80 ویفر از یک شمش تولید کرد. در حالی که اره سیمی به طور گسترده برای ویفرهای 6 اینچی و کوچکتر استفاده می‌شود، برش یک شمش SiC 8 اینچی ممکن است با روش‌های سنتی 10 تا 15 روز طول بکشد، به تجهیزات پیشرفته نیاز دارد و هزینه‌های بالایی را با راندمان پایین متحمل می‌شود. در این شرایط، مزایای برش لیزری آشکار می‌شود و آن را به فناوری اصلی آینده برای ویفرهای 8 اینچی تبدیل می‌کند.
با برش لیزری، زمان برش هر ویفر ۸ اینچی می‌تواند کمتر از ۲۰ دقیقه باشد و میزان اتلاف مواد در هر ویفر کمتر از ۶۰ میکرومتر است.
به طور خلاصه، در مقایسه با برش چند سیمی، برش لیزری سرعت بالاتر، بازده بهتر، اتلاف کمتر مواد و پردازش تمیزتری را ارائه می‌دهد.
س: چالش‌های فنی اصلی در برش لیزری SiC چیست؟
الف) فرآیند برش لیزری شامل دو مرحله اصلی است: اصلاح لیزری و جداسازی ویفر.
هسته اصلی اصلاح لیزری، شکل‌دهی پرتو و بهینه‌سازی پارامترها است. پارامترهایی مانند توان لیزر، قطر نقطه و سرعت اسکن، همگی بر کیفیت فرسایش مواد و موفقیت جداسازی ویفر بعدی تأثیر می‌گذارند. هندسه ناحیه اصلاح‌شده، زبری سطح و دشواری جداسازی را تعیین می‌کند. زبری سطح بالا، سنگ‌زنی بعدی را پیچیده کرده و اتلاف مواد را افزایش می‌دهد.
پس از اصلاح، جداسازی ویفر معمولاً از طریق نیروهای برشی، مانند شکست سرد یا تنش مکانیکی، انجام می‌شود. برخی از سیستم‌های خانگی از مبدل‌های اولتراسونیک برای ایجاد ارتعاشات جهت جداسازی استفاده می‌کنند، اما این می‌تواند باعث لب‌پریدگی و نقص لبه شود و بازده نهایی را کاهش دهد.
اگرچه این دو مرحله ذاتاً دشوار نیستند، اما ناهماهنگی در کیفیت کریستال - به دلیل فرآیندهای رشد متفاوت، سطوح آلایش و توزیع تنش داخلی - به طور قابل توجهی بر دشواری برش، بازده و اتلاف مواد تأثیر می‌گذارد. صرفاً شناسایی نواحی مشکل‌دار و تنظیم مناطق اسکن لیزری ممکن است نتایج را به طور قابل توجهی بهبود نبخشد.
کلید پذیرش گسترده، توسعه روش‌ها و تجهیزات نوآورانه‌ای است که بتوانند با طیف گسترده‌ای از کیفیت‌های کریستال از تولیدکنندگان مختلف سازگار شوند، پارامترهای فرآیند را بهینه کنند و سیستم‌های برش لیزری با کاربرد جهانی بسازند.
س: آیا می‌توان فناوری برش لیزری را علاوه بر SiC برای سایر مواد نیمه‌هادی نیز به کار برد؟
الف) فناوری برش لیزری از لحاظ تاریخی برای طیف وسیعی از مواد به کار رفته است. در نیمه‌هادی‌ها، در ابتدا برای برش ویفر استفاده می‌شد و از آن زمان به برش تک بلورهای بزرگ گسترش یافته است.
فراتر از SiC، برش لیزری می‌تواند برای سایر مواد سخت یا شکننده مانند الماس، نیترید گالیوم (GaN) و اکسید گالیوم (Ga₂O₃) نیز استفاده شود. مطالعات اولیه روی این مواد، امکان‌سنجی و مزایای برش لیزری را برای کاربردهای نیمه‌هادی نشان داده است.
س: آیا در حال حاضر محصولات داخلی بالغی برای تجهیزات برش لیزری وجود دارد؟ تحقیقات شما در چه مرحله‌ای است؟
الف) تجهیزات برش لیزری SiC با قطر بزرگ، به طور گسترده به عنوان تجهیزات اصلی برای آینده تولید ویفر SiC با قطر 8 اینچ در نظر گرفته می‌شوند. در حال حاضر، فقط ژاپن می‌تواند چنین سیستم‌هایی را ارائه دهد و آنها گران هستند و مشمول محدودیت‌های صادراتی می‌باشند.
بر اساس برنامه‌های تولید SiC و ظرفیت موجود اره سیمی، تقاضای داخلی برای سیستم‌های برش/نازک‌سازی لیزری حدود ۱۰۰۰ واحد تخمین زده می‌شود. شرکت‌های بزرگ داخلی سرمایه‌گذاری زیادی در توسعه این سیستم‌ها انجام داده‌اند، اما هنوز هیچ تجهیزات داخلی بالغ و تجاری‌سازی‌شده‌ای به مرحله بهره‌برداری صنعتی نرسیده است.
گروه‌های تحقیقاتی از سال ۲۰۰۱ در حال توسعه فناوری اختصاصی بلند کردن لیزر بوده‌اند و اکنون این فناوری را به برش و نازک‌سازی لیزر SiC با قطر بزرگ گسترش داده‌اند. آنها یک سیستم نمونه اولیه و فرآیندهای برش را توسعه داده‌اند که قادر به موارد زیر است: برش و نازک‌سازی ویفرهای SiC نیمه عایق ۴ تا ۶ اینچی برش شمش‌های SiC رسانا ۶ تا ۸ اینچی معیارهای عملکرد: SiC نیمه عایق ۶ تا ۸ اینچی: زمان برش ۱۰ تا ۱۵ دقیقه برای هر ویفر؛ اتلاف ماده کمتر از ۳۰ میکرومتر SiC رسانا ۶ تا ۸ اینچی: زمان برش ۱۴ تا ۲۰ دقیقه برای هر ویفر؛ اتلاف ماده کمتر از ۶۰ میکرومتر
بازده تخمینی ویفر بیش از 50 درصد افزایش یافته است
پس از برش، ویفرها پس از سنگ‌زنی و صیقل‌کاری، مطابق با استانداردهای ملی برای هندسه ساخته می‌شوند. مطالعات همچنین نشان می‌دهد که اثرات حرارتی ناشی از لیزر، تأثیر قابل توجهی بر تنش یا هندسه ویفرها ندارد.
از همین تجهیزات برای تأیید امکان‌سنجی برش تک بلورهای الماس، GaN و Ga₂O₃ نیز استفاده شده است.
زمان ارسال: ۲۳ مه ۲۰۲۵