ถาม: เทคโนโลยีหลักที่ใช้ในการตัดและประมวลผลเวเฟอร์ SiC มีอะไรบ้าง
A:ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC) มีความแข็งรองจากเพชรเท่านั้น และถือเป็นวัสดุที่มีความแข็งและเปราะมาก กระบวนการหั่นซึ่งเกี่ยวข้องกับการตัดผลึกที่ปลูกเป็นแผ่นเวเฟอร์บางๆ ใช้เวลานานและมีแนวโน้มที่จะแตกเป็นเสี่ยงๆ ขั้นตอนแรกในการตัดซิลิคอนคาร์ไบด์การประมวลผลด้วยผลึกเดี่ยว คุณภาพของการตัดจะส่งผลอย่างมากต่อการบด การขัด และการทำให้บางลงในภายหลัง การตัดมักจะทำให้เกิดรอยแตกร้าวที่ผิวและใต้ผิว ส่งผลให้เวเฟอร์แตกเร็วขึ้นและมีต้นทุนการผลิตสูงขึ้น ดังนั้น การควบคุมความเสียหายของรอยแตกร้าวที่ผิวระหว่างการตัดจึงมีความสำคัญต่อการพัฒนาการผลิตอุปกรณ์ SiC
วิธีการตัด SiC ที่มีการรายงานในปัจจุบัน ได้แก่ การหั่นด้วยสารกัดกร่อนคงที่ การหั่นด้วยสารกัดกร่อนอิสระ การตัดด้วยเลเซอร์ การถ่ายโอนเลเยอร์ (การแยกเย็น) และการหั่นด้วยการปล่อยประจุไฟฟ้า ในบรรดาวิธีการเหล่านี้ การหั่นลวดหลายเส้นแบบลูกสูบด้วยสารกัดกร่อนเพชรคงที่เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปที่สุดในการประมวลผลผลึกเดี่ยว SiC อย่างไรก็ตาม เมื่อขนาดของแท่งโลหะถึง 8 นิ้วขึ้นไป การเลื่อยลวดแบบเดิมก็จะไม่สามารถใช้งานได้จริงอีกต่อไป เนื่องจากความต้องการอุปกรณ์ที่สูง ต้นทุนสูง และประสิทธิภาพต่ำ จึงมีความจำเป็นอย่างเร่งด่วนสำหรับเทคโนโลยีการหั่นที่มีต้นทุนต่ำ การสูญเสียต่ำ และประสิทธิภาพสูง
ถาม: การตัดด้วยเลเซอร์มีข้อดีมากกว่าการตัดลวดหลายเส้นแบบดั้งเดิมอย่างไร?
A: การเลื่อยลวดแบบดั้งเดิมจะตัดแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์ตามทิศทางที่กำหนดเป็นแผ่นหนาหลายร้อยไมครอน จากนั้นบดแผ่นโดยใช้สารละลายเพชรเพื่อขจัดรอยเลื่อยและความเสียหายใต้ผิว จากนั้นจึงขัดด้วยสารเคมีเชิงกล (CMP) เพื่อให้ได้แผ่นเวเฟอร์ SiC ทั่วแผ่น และสุดท้ายทำความสะอาดเพื่อให้ได้เวเฟอร์ SiC
อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก SiC มีความแข็งและเปราะบางสูง ขั้นตอนเหล่านี้จึงอาจทำให้เกิดการบิดงอ แตกร้าว อัตราการแตกหักเพิ่มขึ้น ต้นทุนการผลิตที่สูงขึ้น และส่งผลให้พื้นผิวมีความหยาบและปนเปื้อนสูง (ฝุ่น น้ำเสีย ฯลฯ) นอกจากนี้ การเลื่อยลวดยังช้าและให้ผลผลิตต่ำ การประมาณการแสดงให้เห็นว่าการตัดลวดหลายเส้นแบบดั้งเดิมนั้นใช้ทรัพยากรวัสดุได้เพียงประมาณ 50% และวัสดุจะสูญเสียไปมากถึง 75% หลังจากการขัดและบด ข้อมูลการผลิตในต่างประเทศในช่วงแรกระบุว่าอาจต้องใช้เวลาในการผลิตต่อเนื่อง 24 ชั่วโมงประมาณ 273 วันเพื่อผลิตเวเฟอร์ 10,000 ชิ้น ซึ่งใช้เวลานานมาก
ในประเทศ บริษัทผู้ผลิตผลึก SiC จำนวนมากมุ่งเน้นที่การเพิ่มกำลังการผลิตของเตาเผา อย่างไรก็ตาม แทนที่จะขยายผลผลิตเพียงอย่างเดียว สิ่งที่สำคัญกว่าคือการพิจารณาว่าจะลดการสูญเสียได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผลผลิตของผลึกที่เติบโตยังไม่เหมาะสมที่สุด
อุปกรณ์ตัดด้วยเลเซอร์สามารถลดการสูญเสียวัสดุและเพิ่มผลผลิตได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องตัดเลเซอร์ขนาด 20 มม. เพียงอันเดียวแท่งซิลิคอนคาร์ไบด์:การเลื่อยลวดสามารถผลิตเวเฟอร์ได้ประมาณ 30 แผ่น โดยแผ่นเวเฟอร์จะมีความหนา 350 μm การหั่นด้วยเลเซอร์สามารถผลิตเวเฟอร์ได้มากกว่า 50 แผ่น หากลดความหนาของเวเฟอร์ลงเหลือ 200 μm ก็จะสามารถผลิตเวเฟอร์ได้มากกว่า 80 แผ่นจากแท่งเดียวกัน แม้ว่าการเลื่อยลวดจะใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเวเฟอร์ขนาด 6 นิ้วหรือเล็กกว่า แต่การตัดแท่ง SiC ขนาด 8 นิ้วอาจใช้เวลา 10–15 วันด้วยวิธีการดั้งเดิม ซึ่งต้องใช้อุปกรณ์ระดับไฮเอนด์และมีต้นทุนสูงแต่มีประสิทธิภาพต่ำ ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ข้อได้เปรียบของการหั่นด้วยเลเซอร์จะชัดเจนขึ้น ทำให้กลายเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักในอนาคตสำหรับเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้ว
ด้วยการตัดด้วยเลเซอร์ เวลาในการตัดเวเฟอร์ขนาด 8 นิ้วสามารถอยู่ที่ต่ำกว่า 20 นาที โดยสูญเสียวัสดุต่อเวเฟอร์ต่ำกว่า 60 μm
โดยสรุป เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดด้วยลวดหลายเส้น การตัดด้วยเลเซอร์จะให้ความเร็วที่สูงกว่า ผลผลิตที่ดีกว่า สูญเสียวัสดุต่ำกว่า และประมวลผลได้สะอาดกว่า
ถาม: ความท้าทายทางเทคนิคหลักในการตัดด้วยเลเซอร์ SiC คืออะไร
A: กระบวนการตัดด้วยเลเซอร์ประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก: การปรับเปลี่ยนด้วยเลเซอร์และการแยกเวเฟอร์
หัวใจสำคัญของการปรับเปลี่ยนเลเซอร์คือการสร้างรูปร่างลำแสงและการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสม พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กำลังของเลเซอร์ เส้นผ่านศูนย์กลางจุด และความเร็วในการสแกน ล้วนส่งผลต่อคุณภาพของการขจัดวัสดุและความสำเร็จของการแยกเวเฟอร์ในภายหลัง รูปทรงเรขาคณิตของโซนที่ปรับเปลี่ยนจะกำหนดความหยาบของพื้นผิวและความยากของการแยก ความหยาบของพื้นผิวที่สูงจะทำให้การบดในภายหลังมีความซับซ้อนและสูญเสียวัสดุมากขึ้น
หลังจากการดัดแปลง การแยกเวเฟอร์มักจะทำได้โดยใช้แรงเฉือน เช่น การแตกแบบเย็นหรือความเค้นเชิงกล ระบบภายในบ้านบางระบบใช้ตัวแปลงคลื่นอัลตราโซนิกเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการสั่นสะเทือนเพื่อแยก แต่สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการแตกและขอบมีตำหนิ ทำให้ผลผลิตขั้นสุดท้ายลดลง
แม้ว่าสองขั้นตอนนี้จะไม่ยากโดยเนื้อแท้ แต่ความไม่สม่ำเสมอในคุณภาพของผลึกอันเนื่องมาจากกระบวนการเติบโต ระดับการเจือปน และการกระจายความเค้นภายในที่แตกต่างกัน จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อความยากในการหั่น ผลผลิต และการสูญเสียวัสดุ การระบุพื้นที่ที่มีปัญหาและปรับโซนการสแกนด้วยเลเซอร์เพียงอย่างเดียวอาจไม่ช่วยปรับปรุงผลลัพธ์ได้มากนัก
กุญแจสำคัญในการนำไปใช้อย่างแพร่หลายอยู่ที่การพัฒนาวิธีการและอุปกรณ์เชิงนวัตกรรมที่สามารถปรับให้เข้ากับคุณภาพผลึกที่หลากหลายจากผู้ผลิตหลายราย การปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม และการสร้างระบบการตัดด้วยเลเซอร์ที่มีการใช้งานสากล
ถาม: เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์สามารถนำไปใช้กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์อื่นนอกเหนือจาก SiC ได้หรือไม่
A: เทคโนโลยีการตัดด้วยเลเซอร์ได้รับการนำมาใช้กับวัสดุหลายประเภทมาโดยตลอด ในเซมิคอนดักเตอร์ เทคโนโลยีนี้ใช้ครั้งแรกในการตัดแผ่นเวเฟอร์ และต่อมาก็ได้ขยายขอบเขตไปสู่การตัดผลึกเดี่ยวจำนวนมาก
นอกเหนือจาก SiC แล้ว การตัดด้วยเลเซอร์ยังสามารถใช้กับวัสดุแข็งหรือเปราะบางอื่นๆ เช่น เพชร แกเลียมไนไตรด์ (GaN) และแกเลียมออกไซด์ (Ga₂O₃) ได้อีกด้วย การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้ได้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้และข้อดีของการตัดด้วยเลเซอร์สำหรับการใช้งานเซมิคอนดักเตอร์
ถาม: ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์เครื่องเลเซอร์สไลซ์ในประเทศที่โตเต็มที่หรือไม่ การวิจัยของคุณอยู่ในขั้นตอนใด
A: อุปกรณ์ตัดเลเซอร์ SiC ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ถือเป็นอุปกรณ์หลักสำหรับการผลิตเวเฟอร์ SiC ขนาด 8 นิ้วในอนาคต ปัจจุบัน มีเพียงญี่ปุ่นเท่านั้นที่สามารถจัดหาระบบดังกล่าวได้ และมีราคาแพงและมีข้อจำกัดในการส่งออก
คาดว่าความต้องการระบบตัด/ทำให้บางด้วยเลเซอร์ในประเทศจะอยู่ที่ประมาณ 1,000 หน่วย โดยอิงตามแผนการผลิต SiC และกำลังการผลิตเลื่อยลวดที่มีอยู่ บริษัทใหญ่ๆ ในประเทศได้ลงทุนอย่างหนักในการพัฒนา แต่ยังไม่มีอุปกรณ์ในประเทศที่พร้อมจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ที่ครบถ้วนสมบูรณ์เข้าสู่การใช้งานในระดับอุตสาหกรรม
กลุ่มวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยีการยกด้วยเลเซอร์ที่เป็นกรรมสิทธิ์มาตั้งแต่ปี 2544 และปัจจุบันได้ขยายเทคโนโลยีนี้ไปสู่การตัดและทำให้บางด้วยเลเซอร์ SiC ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ พวกเขาได้พัฒนาระบบต้นแบบและกระบวนการตัดที่สามารถ: ตัดและทำให้บางเวเฟอร์ SiC กึ่งฉนวนขนาด 4–6 นิ้ว ตัดแท่ง SiC ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าขนาด 6–8 นิ้ว เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพ: SiC กึ่งฉนวนขนาด 6–8 นิ้ว: เวลาตัด 10–15 นาที/เวเฟอร์; สูญเสียวัสดุ <30 μmSiC ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าขนาด 6–8 นิ้ว: เวลาตัด 14–20 นาที/เวเฟอร์; สูญเสียวัสดุ <60 μm
คาดว่าผลผลิตเวเฟอร์จะเพิ่มขึ้นมากกว่า 50%
หลังจากหั่นแล้ว เวเฟอร์จะผ่านมาตรฐานระดับชาติสำหรับรูปทรงหลังจากการบดและการขัด การศึกษาแสดงให้เห็นว่าผลกระทบจากความร้อนที่เกิดจากเลเซอร์ไม่มีผลกระทบต่อความเครียดหรือรูปทรงในเวเฟอร์มากนัก
อุปกรณ์เดียวกันนี้ยังใช้เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ในการหั่นผลึกเดี่ยวเพชร GaN และ Ga₂O₃
เวลาโพสต์ : 23 พ.ค. 2568