01
परिचय
वेफर डाइसिंग सेमीकंडक्टर उपकरण निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। डाइसिंग विधि और गुणवत्ता सीधे वेफर की मोटाई, खुरदरापन, आयाम और उत्पादन लागत को प्रभावित करती है, और डिवाइस निर्माण पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है। सिलिकॉन कार्बाइड, तीसरी पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थ के रूप में, विद्युत क्रांति को चलाने वाला एक महत्वपूर्ण पदार्थ है। उच्च गुणवत्ता वाले क्रिस्टलीय सिलिकॉन कार्बाइड की उत्पादन लागत बहुत अधिक है, और लोग आम तौर पर एक बड़े सिलिकॉन कार्बाइड पिंड को जितना संभव हो उतने पतले सिलिकॉन कार्बाइड वेफर सब्सट्रेट में काटने की उम्मीद करते हैं। साथ ही, उद्योग की वृद्धि ने वेफर आकारों को उत्तरोत्तर बड़ा कर दिया है, जिससे डाइसिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकताएं बढ़ गई हैं। हालाँकि, सिलिकॉन कार्बाइड अत्यंत कठोर होता है, जिसकी मोह कठोरता 9.5 है, जो हीरे (10) के बाद दूसरे स्थान पर है, और यह भंगुर भी है, जिससे इसे काटना मुश्किल हो जाता है। वर्तमान में, औद्योगिक तरीकों में आमतौर पर स्लरी वायर सॉइंग या डायमंड वायर सॉइंग का उपयोग किया जाता है। काटने के दौरान, समान दूरी पर स्थिर तार आरी को सिलिकॉन कार्बाइड पिंड के चारों ओर रखा जाता है, और पिंड को खिंचे हुए तार आरी का उपयोग करके काटा जाता है। तार आरा विधि का उपयोग करके, 6 इंच व्यास वाले पिंड से वेफर्स को अलग करने में लगभग 100 घंटे लगते हैं। परिणामी वेफर्स में अपेक्षाकृत चौड़ी किर्फ़, खुरदरी सतह और सामग्री की हानि 46% तक होती है। इससे सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रियों के उपयोग की लागत बढ़ जाती है और सेमीकंडक्टर उद्योग में उनके विकास को सीमित कर दिया जाता है, जिससे नई सिलिकॉन कार्बाइड वेफर डाइसिंग प्रौद्योगिकियों में अनुसंधान की तत्काल आवश्यकता पर प्रकाश पड़ता है।
हाल के वर्षों में, सेमीकंडक्टर सामग्री निर्माण में लेजर कटिंग तकनीक का उपयोग तेजी से लोकप्रिय हो गया है। यह विधि सामग्री की सतह या आंतरिक भाग को संशोधित करने के लिए एक केंद्रित लेजर बीम का उपयोग करके काम करती है, जिससे इसे अलग किया जाता है। एक गैर-संपर्क प्रक्रिया के रूप में, यह उपकरण को घिसाव और यांत्रिक तनाव से बचाता है। इसलिए, यह वेफर सतह की खुरदरापन और परिशुद्धता में काफी सुधार करता है, बाद की पॉलिशिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता को समाप्त करता है, सामग्री के नुकसान को कम करता है, लागत को कम करता है, और पारंपरिक पीसने और पॉलिशिंग के कारण होने वाले पर्यावरण प्रदूषण को कम करता है। लेजर कटिंग तकनीक लंबे समय से सिलिकॉन इनगॉट डाइसिंग पर लागू की गई है, लेकिन सिलिकॉन कार्बाइड क्षेत्र में इसका अनुप्रयोग अभी भी अपरिपक्व है। वर्तमान में, कई मुख्य तकनीकें हैं।
02
पानी-गाइडेड लेजर कटिंग
जल निर्देशित लेजर तकनीक (लेजर माइक्रोजेट, एलएमजे), जिसे लेजर माइक्रो जेट तकनीक के रूप में भी जाना जाता है, एक लेजर बीम को नोजल पर केंद्रित करने के सिद्धांत पर काम करती है क्योंकि यह एक दबाव मॉड्यूलेटेड जल कक्ष से गुजरती है। एक कम दबाव वाले पानी के जेट को नोजल से बाहर निकाला जाता है, और पानी के वायु इंटरफ़ेस पर अपवर्तक सूचकांक में अंतर के कारण, एक प्रकाश तरंग गाइड बनता है, जिससे लेजर को पानी के प्रवाह की दिशा में फैलने की अनुमति मिलती है। यह सामग्री की सतह को संसाधित करने और काटने के लिए एक उच्च दबाव वाले जल जेट का मार्गदर्शन करता है। जल निर्देशित लेजर कटिंग का मुख्य लाभ इसकी कटिंग गुणवत्ता में निहित है। जल प्रवाह न केवल काटने वाले क्षेत्र को ठंडा करता है, सामग्री को थर्मल विरूपण और थर्मल क्षति को कम करता है, बल्कि प्रसंस्करण मलबे को भी हटा देता है। तार आरी से काटने की तुलना में, यह काफी तेज है। हालाँकि, क्योंकि पानी अलग-अलग लेजर तरंग दैर्ध्य को अलग-अलग डिग्री तक अवशोषित करता है, लेजर तरंग दैर्ध्य सीमित है, मुख्य रूप से 1064 एनएम, 532 एनएम और 355 एनएम तक।
1993 में स्विस वैज्ञानिक बेरुओल्ड रिचरज़ेगन ने सबसे पहले इस तकनीक का प्रस्ताव रखा था। उन्होंने जल निर्देशित लेजर तकनीक के अनुसंधान, विकास और व्यावसायीकरण के लिए समर्पित कंपनी सिनोवा की स्थापना की, जो अंतरराष्ट्रीय स्तर पर सबसे आगे है। घरेलू तकनीक अपेक्षाकृत पीछे है, लेकिन इनोलाइट और शेंगगुआंग सिलिकॉन रिसर्च जैसी कंपनियां इसे सक्रिय रूप से विकसित कर रही हैं।
03
चुपके से डाइसिंग
स्टील्थ डाइसिंग (एसडी) एक ऐसी तकनीक है जहां एक लेजर को सिलिकॉन कार्बाइड वेफर के अंदर उसकी सतह के माध्यम से वांछित गहराई पर एक संशोधित परत बनाने के लिए केंद्रित किया जाता है, जिससे वेफर पृथक्करण सक्षम हो जाता है। चूंकि वेफर सतह पर कोई कट नहीं है, इसलिए उच्च प्रसंस्करण परिशुद्धता प्राप्त की जा सकती है। नैनोसेकंड पल्स लेजर के साथ एसडी प्रक्रिया का उपयोग सिलिकॉन वेफर्स को अलग करने के लिए पहले से ही औद्योगिक रूप से किया जा चुका है। हालाँकि, नैनोसेकंड पल्स लेजर द्वारा प्रेरित सिलिकॉन कार्बाइड के एसडी प्रसंस्करण के दौरान, पल्स अवधि सिलिकॉन कार्बाइड (पिकोसेकंड स्केल पर) में इलेक्ट्रॉनों और फोनन के बीच युग्मन समय की तुलना में बहुत अधिक लंबी होती है, जिसके परिणामस्वरूप थर्मल प्रभाव होता है। वेफर पर उच्च तापीय इनपुट न केवल अलगाव को वांछित दिशा से भटकने का कारण बनता है, बल्कि महत्वपूर्ण अवशिष्ट तनाव भी उत्पन्न करता है, जिससे फ्रैक्चर और खराब दरार होती है। इसलिए, सिलिकॉन कार्बाइड को संसाधित करते समय, एसडी प्रक्रिया आमतौर पर अल्ट्राशॉर्ट पल्स लेजर का उपयोग करती है, जो थर्मल प्रभाव को काफी कम कर देती है।
जापानी कंपनी DISCO ने की अमोर्फस-ब्लैक रिपिटिटिव एब्जॉर्प्शन (KABRA) नामक लेजर कटिंग तकनीक विकसित की है। उदाहरण के लिए, 6{6}}इंच व्यास, 20 मिमी मोटे सिलिकॉन कार्बाइड सिल्लियों के प्रसंस्करण में, इसने सिलिकॉन कार्बाइड वेफर्स की उत्पादकता को चार गुना बढ़ा दिया। काबरा प्रक्रिया अनिवार्य रूप से सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री के अंदर लेजर को केंद्रित करती है। 'अनाकार-काले दोहराव अवशोषण' के माध्यम से, सिलिकॉन कार्बाइड अनाकार सिलिकॉन और अनाकार कार्बन में विघटित हो जाता है, जिससे एक परत बनती है जो वेफर पृथक्करण बिंदु के रूप में कार्य करती है, जिसे काली अनाकार परत के रूप में जाना जाता है, जो अधिक प्रकाश को अवशोषित करती है, जिससे वेफर्स को अलग करना बहुत आसान हो जाता है।
सिल्टेक्ट्रा द्वारा विकसित कोल्ड स्प्लिट वेफर तकनीक, जिसे इनफिनियन द्वारा अधिग्रहित किया गया था, न केवल विभिन्न प्रकार के सिल्लियों को वेफर्स में विभाजित कर सकती है, बल्कि सामग्री हानि को 90% तक कम कर देती है, प्रत्येक वेफर में 80µm जितनी कम हानि होती है, जिससे अंततः कुल डिवाइस उत्पादन लागत 30% तक कम हो जाती है। कोल्ड स्प्लिट तकनीक में दो चरण शामिल हैं: पहला, एक लेजर एक प्रदूषण परत बनाने के लिए पिंड को विकिरणित करता है, जिससे सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री में आंतरिक मात्रा का विस्तार होता है, जो तन्य तनाव उत्पन्न करता है और एक बहुत ही संकीर्ण सूक्ष्म दरार बनाता है; फिर, एक पॉलिमर शीतलन चरण सूक्ष्म दरार को मुख्य दरार में बदल देता है, अंततः वेफर को शेष पिंड से अलग कर देता है। 2019 में, एक तीसरे पक्ष ने इस तकनीक का मूल्यांकन किया और विभाजित वेफर्स की सतह खुरदरापन रा को 3µm से कम मापा, जिसके सर्वोत्तम परिणाम 2µm से कम थे।
चीनी कंपनी हैन्स लेजर द्वारा विकसित संशोधित लेजर डाइसिंग एक लेजर तकनीक है जिसका उपयोग सेमीकंडक्टर वेफर्स को अलग-अलग चिप्स या डाई में अलग करने के लिए किया जाता है। यह प्रक्रिया वेफर के अंदर एक संशोधित परत को स्कैन करने और बनाने के लिए एक सटीक लेजर बीम का भी उपयोग करती है, जिससे वेफर को लागू तनाव के तहत लेजर स्कैन पथ के साथ क्रैक करने की अनुमति मिलती है, जिससे सटीक पृथक्करण प्राप्त होता है।
चित्र 5. संशोधित लेजर डाइसिंग प्रक्रिया प्रवाह
वर्तमान में, घरेलू निर्माताओं ने स्लरी आधारित सिलिकॉन कार्बाइड डाइसिंग तकनीक में महारत हासिल कर ली है। हालाँकि, स्लरी डाइसिंग में उच्च सामग्री हानि, कम दक्षता और गंभीर प्रदूषण होता है, और धीरे-धीरे इसे डायमंड वायर डाइसिंग तकनीक द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। साथ ही, लेज़र डाइसिंग अपने प्रदर्शन और दक्षता लाभों के कारण सबसे अलग है। पारंपरिक यांत्रिक संपर्क प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों की तुलना में, यह उच्च प्रसंस्करण दक्षता, संकीर्ण स्क्राइब लाइनें और उच्च केर्फ़ घनत्व सहित कई लाभ प्रदान करता है, जो इसे डायमंड वायर डाइसिंग को बदलने के लिए एक मजबूत प्रतियोगी बनाता है। यह सिलिकॉन कार्बाइड जैसी अगली पीढ़ी के अर्धचालक पदार्थों के अनुप्रयोग के लिए एक नया रास्ता खोलता है। औद्योगिक प्रौद्योगिकी की प्रगति और सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट आकार में निरंतर वृद्धि के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड डाइसिंग तकनीक तेजी से विकसित होगी, और कुशल, उच्च गुणवत्ता वाली लेजर डाइसिंग भविष्य में सिलिकॉन कार्बाइड काटने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रवृत्ति होगी।
