Công nghệ cắt vi mạch tàng hình bằng laser

Release Date :27/Th3/20241 Views : 113

Trong quá trình sản xuất chip bán dẫn, kỹ thuật cắt lát các tấm wafer là yếu tố quan trọng. Tuy nhiên, việc cắt bằng lưỡi kim cương và cắt bằng đá mài truyền thống có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho vật liệu bán dẫn, dẫn đến các vấn đề như phân mảnh wafer và suy giảm chất lượng chip. Do đó, sự phát triển của các công nghệ cắt tiên tiến có ý nghĩa to lớn trong việc giảm chi phí và nâng cao hiệu quả trong ngành sản xuất chip bán dẫn. Hiện nay, phương pháp cắt bằng laser công suất cao và công suất thấp tập trung đang dần trở thành công nghệ cắt vi mạch chính.

kỹ thuật cắt wafer

Hình 1: Kỹ thuật cắt wafer
(a) Cắt bằng lưỡi kim cương (b) Cắt bằng đá mài (c) Công nghệ cắt hạt tàng hình (SD)

Giới thiệu về phương pháp cắt vi mạch tàng hình

Bằng cách tập trung tia laser để tạo thành một vùng đốm sáng nhỏ, phương pháp cắt vi mạch tàng hình có thể tạo ra mật độ năng lượng khổng lồ, từ đó đạt được khả năng cắt wafer.

Là một quy trình khô, cắt vi mạch tàng hình mang lại những ưu điểm như tốc độ cao, chất lượng cao (không có hoặc rất ít chip) và tổn thất đường cắt thấp. Quá trình cụ thể có thể được chia thành hai bước:

cắt laser tàng hình

Hình 2: Quy trình cắt vi mạch tàng hình

(1) Xuyên thủng bằng laser: Như được hiển thị trong Hình 2, một chùm tia laser xung có thể đi qua tấm bán dẫn được hệ thống quang học tập trung bên dưới bề mặt tấm bán dẫn. Khi mật độ năng lượng laser tại điểm lấy nét này đạt đến đỉnh điểm, một lỗ thủng sẽ được hình thành và tại thời điểm này, các chip trên tấm bán dẫn vẫn chưa tách rời.

(2) Tách chip: Sau khi mở màng màu xanh lam đặt trên wafer, do ứng suất kéo và nén lớn xuất hiện gần lỗ thủng bằng laser, các vết nứt được tạo ra dọc theo đường đi của laser trong wafer từ đó có thể tách chip.

Ứng dụng của phương pháp cắt vi mạch tàng hình

Công nghệ cắt laser tàng hình hiện đã được áp dụng trong nhiều tình huống cắt wafer khác nhau, chẳng hạn như:

(1) Cắt tấm silicon: Khi sử dụng lưỡi kim cương thông thường để cắt silicon, độ dày, độ chi tiết, độ quay và tốc độ cắt của lưỡi dao ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng vết cắt. Bất chấp nhiều năm cải tiến kỹ thuật, chiều rộng cắt rộng (kerf) do lưỡi dao gây ra vẫn dẫn đến lãng phí vật liệu.

Ngoài ra, việc tạo ra các mảnh vụn và mài mòn lưỡi cắt làm tăng chi phí cắt. Tuy nhiên, sử dụng công nghệ cắt laser tàng hình với đường cắt cực hẹp có thể loại bỏ các vấn đề chi phí liên quan đến việc dọn dẹp phoi và lãng phí vật liệu bổ sung, từ đó cải thiện chất lượng chip. Hơn nữa, bằng cách tránh thiệt hại do nhiệt, công nghệ cắt laser tàng hình có thể nâng cao hơn nữa năng suất sản xuất chip.

(2) Cắt cacbua silic: Cacbua silic là một vật liệu siêu cứng, chỉ đứng sau kim cương về độ cứng nên cực kỳ khó gia công. Khi chuẩn bị vật liệu nền tinh thể cacbua silic kích thước lớn (6 inch trở lên), công nghệ cắt laser tàng hình, so với công nghệ cắt dây mài mòn cố định (mạ điện kim cương trên dây thép), có thể cải thiện hiệu quả cắt từ 3 đến 5 lần.

Do vấn đề tiêu thụ vật liệu đáng kể, công nghệ cắt laser tàng hình cũng có thể tăng hơn 30% hiệu suất đầu ra của tấm silicon cacbua.

(3) Cắt tấm wafer đặc biệt: Khi sử dụng công nghệ cắt laser tàng hình để cắt các tấm wafer đặc biệt (ví dụ: tấm wafer có màng mỏng gắn chip hoặc làm bằng vật liệu k thấp), có thể tránh được việc tạo ra các vết nứt và đạt được cắt wafer hiệu quả cao, độ chính xác cao.

Cải thiện công nghệ cắt laser tàng hình

Mặc dù công nghệ cắt tàng hình bằng laser có nhiều ưu điểm nhưng vẫn còn một số vấn đề cản trở quá trình cắt. Như được hiển thị trong Hình 3, độ cong vênh bề mặt tấm bán dẫn và các vấn đề trong việc quản lý mật độ năng lượng laser có thể ngăn tiêu điểm laser hạ cánh chính xác trên các lớp mỏng cụ thể bên trong tấm bán dẫn, cản trở việc cải thiện độ chính xác cắt và chất lượng chip.

cắt vi mạch tàng hình

 

Hình 3: (a) Sự cong vênh bề mặt wafer ảnh hưởng đến độ chính xác cắt, (b) Tác động của tia laser không đồng đều dẫn đến gia công quá mức.

Do khó khăn trong việc áp dụng chùm tia laze đồng đều trong các giai đoạn tăng tốc, giảm tốc và vào cua nên các vấn đề xử lý quá mức có thể dễ dàng xảy ra. Ngoài ra, các vấn đề như nhiễu tương tự, phi tuyến tính tương tự, độ lệch tương tự hoặc độ trễ trong vòng dòng điều khiển sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và khả năng phản hồi của nền tảng cắt laser.

Để giải quyết những vấn đề này, các chuyên gia đã đề xuất một số giải pháp cụ thể như:

(1) Kiểm soát chiều cao theo thời gian thực: Trong quá trình cắt wafer, cảm biến dịch chuyển đo sự dao động chiều cao từng phút trên bề mặt sản phẩm trong thời gian thực và những dao động này được bù theo thời gian thực với trục Z nơi đặt tia laser, đảm bảo rằng tiêu điểm tia laser tiếp cận chính xác trên một lớp mỏng cụ thể trong tấm bán dẫn.

(2) Kiểm soát đầu ra so sánh vị trí tốc độ cao: Phát triển thuật toán theo chiều cao giúp tránh một cách hiệu quả các vấn đề gia công quá mức trong quá trình tăng tốc, giảm tốc và vào cua bằng laser, đảm bảo rằng tia laser hoạt động đồng đều trên phôi.

(3) Công nghệ điều khiển PLC (Điều chế độ rộng xung): Bằng cách xuất trực tiếp tín hiệu chuyển đổi kỹ thuật số từ bộ điều khiển, sau đó khuếch đại để điều khiển trực tiếp vòng dòng động cơ, tăng cường nhanh hơn và trực tiếp hơn, giúp quá trình cắt laser đạt tốc độ đáp ứng nhanh và độ chính xác cao.

Lời kết

So với các công nghệ cắt truyền thống, công nghệ cắt vi mạch tàng hình bằng laser có những ưu điểm đáng chú ý trong các ứng dụng thực tế, bao gồm hiệu suất cao hơn đáng kể, chất lượng vượt trội và tổn thất thấp hơn. Bằng cách tối ưu hóa và khám phá hơn nữa công nghệ cắt hạt tàng hình bằng laser, chẳng hạn như thông qua việc điều chỉnh năng lượng chùm tia trong quá trình cắt hạt tàng hình để đạt được độ nhám bề mặt của chip quang tử hoặc nâng cao hiệu quả của việc cắt hạt tàng hình bằng laser, công nghệ này chắc chắn sẽ dẫn đầu trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn mạch tích hợp, cũng như các lĩnh vực mới khác.

Hotline Zalo Messenger Up