П: Које су главне технологије које се користе у сечењу и обради SiC плочица?
A:Силицијум карбид (SiC) има тврдоћу другу после дијаманта и сматра се веома тврдим и крхким материјалом. Процес сечења, који подразумева сечење узгајаних кристала на танке плочице, одузима много времена и склон је крзању. Као први корак уSiCКод обраде монокристала, квалитет сечења значајно утиче на накнадно брушење, полирање и стањивање. Сечење често уводи површинске и подповршинске пукотине, повећавајући стопу ломљења плочице и трошкове производње. Стога је контрола оштећења површинских пукотина током сечења кључна за унапређење израде SiC уређаја.
Тренутно пријављене методе сечења SiC укључују сечење фиксним абразивом, сечење слободним абразивом, ласерско сечење, пренос слојева (хладно одвајање) и сечење електричним пражњењем. Међу њима, клипно сечење више жица са фиксним дијамантским абразивима је најчешће коришћена метода за обраду монокристала SiC. Међутим, како величине ингота достижу 8 инча и више, традиционално сечење жицом постаје мање практично због високих захтева за опремом, трошкова и ниске ефикасности. Постоји хитна потреба за јефтиним, нискогубиним и високоефикасним технологијама сечења.
П: Које су предности ласерског сечења у односу на традиционално сечење више жица?
A: Традиционално сечење жицом сечеSiC инготдуж одређеног правца на кришке дебљине неколико стотина микрона. Кришке се затим бруше дијамантским суспензијама како би се уклонили трагови тестере и оштећења под површином, након чега следи хемијско-механичко полирање (CMP) ради постизања глобалне планаризације и на крају чишћење да би се добиле SiC плочице.
Међутим, због високе тврдоће и кртости SiC-а, ови кораци могу лако изазвати савијање, пуцање, повећану стопу ломљења, веће трошкове производње и резултирати великом храпавошћу површине и контаминацијом (прашина, отпадне воде итд.). Поред тога, сечење жицом је споро и има низак принос. Процене показују да традиционално сечење више жица постиже само око 50% искоришћења материјала, а до 75% материјала се губи након полирања и брушења. Рани подаци о производњи у иностранству указивали су на то да би могло бити потребно приближно 273 дана континуиране 24-часовне производње да би се произвело 10.000 плочица – што је веома дуготрајно.
На домаћем тржишту, многе компаније за раст SiC кристала фокусиране су на повећање капацитета пећи. Међутим, уместо самог проширења производње, важније је размотрити како смањити губитке – посебно када приноси раста кристала још увек нису оптимални.
Опрема за ласерско сечење може значајно смањити губитак материјала и побољшати принос. На пример, коришћење једне плоче од 20 ммSiC инготЖичано сечење може дати око 30 плочица дебљине 350 μм. Ласерско сечење може дати више од 50 плочица. Ако се дебљина плочице смањи на 200 μм, из истог ингота може се произвести више од 80 плочица. Док се жичано сечење широко користи за плочице величине 6 инча и мање, сечење SiC ингота величине 8 инча може трајати 10–15 дана традиционалним методама, што захтева врхунску опрему и ствара високе трошкове уз ниску ефикасност. Под овим условима, предности ласерског сечења постају јасне, што га чини главном будућом технологијом за плочице величине 8 инча.
Са ласерским сечењем, време сечења по плочици од 8 инча може бити мање од 20 минута, са губитком материјала по плочици мањим од 60 μм.
Укратко, у поређењу са вишежичним сечењем, ласерско сечење нуди већу брзину, бољи принос, мањи губитак материјала и чистију обраду.
П: Који су главни технички изазови у ласерском сечењу SiC-а?
A: Процес ласерског сечења укључује два главна корака: ласерску модификацију и одвајање плочице.
Суштина ласерске модификације је обликовање снопа и оптимизација параметара. Параметри као што су снага ласера, пречник тачке и брзина скенирања утичу на квалитет аблације материјала и успех накнадног раздвајања плочице. Геометрија модификоване зоне одређује храпавост површине и тешкоћу раздвајања. Висока храпавост површине компликује касније брушење и повећава губитак материјала.
Након модификације, раздвајање плочица се обично постиже силама смицања, као што су хладни лом или механичко напрезање. Неки кућни системи користе ултразвучне претвараче за индуковање вибрација ради раздвајања, али то може изазвати крзање и дефекте на ивицама, смањујући коначни принос.
Иако ова два корака нису сама по себи тешка, недоследности у квалитету кристала – због различитих процеса раста, нивоа допирања и расподеле унутрашњег напона – значајно утичу на тешкоћу сечења, принос и губитак материјала. Само идентификовање проблематичних подручја и подешавање зона ласерског скенирања можда неће значајно побољшати резултате.
Кључ широког усвајања лежи у развоју иновативних метода и опреме која се може прилагодити широком спектру кристалних квалитета различитих произвођача, оптимизацији параметара процеса и изградњи система за ласерско сечење са универзалном применљивошћу.
П: Да ли се технологија ласерског сечења може применити на друге полупроводничке материјале осим SiC-а?
A: Технологија ласерског сечења се историјски примењивала на широк спектар материјала. Код полупроводника, првобитно се користила за сечење плочица, а од тада се проширила на сечење великих монокристала.
Поред SiC-а, ласерско сечење се може користити и за друге тврде или крхке материјале као што су дијамант, галијум нитрид (GaN) и галијум оксид (Ga₂O₃). Прелиминарне студије ових материјала показале су изводљивост и предности ласерског сечења за полупроводничке примене.
П: Да ли тренутно постоје зрели домаћи производи за опрему за ласерско сечење? У којој је фази ваше истраживање?
О: Опрема за ласерско сечење SiC великог пречника се широко сматра основном опремом за будућност производње SiC плочица од 8 инча. Тренутно, само Јапан може да обезбеди такве системе, а они су скупи и подложни су ограничењима извоза.
Процењује се да је домаћа потражња за системима за ласерско сечење/тањење око 1.000 јединица, на основу планова производње SiC-а и постојећих капацитета жичаних тестера. Велике домаће компаније су уложиле значајна средства у развој, али још увек ниједна зрела, комерцијално доступна домаћа опрема није достигла индустријску примену.
Истраживачке групе развијају сопствену технологију ласерског одвајања од 2001. године и сада су је прошириле на ласерско сечење и стањивање SiC-а великог пречника. Развили су прототип система и процесе сечења способне за: Сечење и стањивање полуизолационих SiC плочица од 4–6 инча Сечење проводљивих SiC ингота од 6–8 инча Референтне вредности перформанси: Полуизолациони SiC од 6–8 инча: време сечења 10–15 минута/плочици; губитак материјала <30 μм Проводни SiC од 6–8 инча: време сечења 14–20 минута/плочици; губитак материјала <60 μм
Процењени принос вафла повећан је за преко 50%
Након сечења, плочице испуњавају националне стандарде за геометрију након брушења и полирања. Студије такође показују да термички ефекти изазвани ласером не утичу значајно на напрезање или геометрију у плочицама.
Иста опрема је такође коришћена за проверу изводљивости сечења монокристала дијаманта, GaN и Ga₂O₃.
Време објаве: 23. мај 2025.