T: Apa saja teknologi utama yang digunakan dalam pemotongan dan pemrosesan wafer SiC?
A:Silikon karbida (SiC) memiliki kekerasan yang hanya kalah dari intan dan dianggap sebagai material yang sangat keras dan rapuh. Proses pemotongan, yang melibatkan pemotongan kristal yang telah tumbuh menjadi lempengan tipis, memakan waktu dan rentan terhadap kerusakan. Sebagai langkah pertama dalamSiCDalam pemrosesan kristal tunggal, kualitas pemotongan sangat memengaruhi proses penggilingan, pemolesan, dan penipisan selanjutnya. Pemotongan seringkali menimbulkan retakan permukaan dan bawah permukaan, yang meningkatkan tingkat kerusakan wafer dan biaya produksi. Oleh karena itu, mengendalikan kerusakan retakan permukaan selama pemotongan sangat penting untuk memajukan fabrikasi perangkat SiC.
Metode pemotongan SiC yang dilaporkan saat ini meliputi pemotongan dengan abrasif tetap, pemotongan dengan abrasif bebas, pemotongan laser, transfer lapisan (pemisahan dingin), dan pemotongan pelepasan listrik. Di antara metode-metode ini, pemotongan multi-kawat bolak-balik dengan abrasif intan tetap adalah metode yang paling umum digunakan untuk memproses kristal tunggal SiC. Namun, ketika ukuran ingot mencapai 8 inci ke atas, pemotongan kawat tradisional menjadi kurang praktis karena tuntutan peralatan yang tinggi, biaya, dan efisiensi yang rendah. Terdapat kebutuhan mendesak akan teknologi pemotongan berbiaya rendah, kerugian rendah, dan efisiensi tinggi.
T: Apa saja keunggulan pemotongan laser dibandingkan pemotongan multi-kawat tradisional?
A: Pemotongan kawat tradisionalBatangan SiCsepanjang arah tertentu menjadi irisan setebal beberapa ratus mikron. Irisan tersebut kemudian digiling menggunakan bubuk intan untuk menghilangkan bekas gergaji dan kerusakan di bawah permukaan, diikuti dengan pemolesan mekanik kimia (CMP) untuk mencapai planarisasi global, dan akhirnya dibersihkan untuk mendapatkan wafer SiC.
Namun, karena kekerasan dan kerapuhan SiC yang tinggi, langkah-langkah ini dapat dengan mudah menyebabkan pembengkokan, retak, peningkatan tingkat kerusakan, biaya produksi yang lebih tinggi, dan mengakibatkan kekasaran permukaan dan kontaminasi yang tinggi (debu, air limbah, dll.). Selain itu, pemotongan kawat lambat dan memiliki hasil yang rendah. Perkiraan menunjukkan bahwa pemotongan multi-kawat tradisional hanya mencapai sekitar 50% pemanfaatan material, dan hingga 75% material hilang setelah pemolesan dan penggerindaan. Data produksi luar negeri awal menunjukkan bahwa dibutuhkan sekitar 273 hari produksi terus menerus 24 jam untuk menghasilkan 10.000 wafer—sangat memakan waktu.
Di dalam negeri, banyak perusahaan pertumbuhan kristal SiC berfokus pada peningkatan kapasitas tungku. Namun, alih-alih hanya memperluas produksi, lebih penting untuk mempertimbangkan bagaimana mengurangi kerugian—terutama ketika hasil pertumbuhan kristal belum optimal.
Peralatan pemotong laser dapat secara signifikan mengurangi kehilangan material dan meningkatkan hasil produksi. Misalnya, menggunakan satu alat pemotong laser berukuran 20 mm.Batangan SiCPemotongan kawat dapat menghasilkan sekitar 30 wafer dengan ketebalan 350 μm. Pemotongan laser dapat menghasilkan lebih dari 50 wafer. Jika ketebalan wafer dikurangi menjadi 200 μm, lebih dari 80 wafer dapat diproduksi dari ingot yang sama. Meskipun pemotongan kawat banyak digunakan untuk wafer berukuran 6 inci dan lebih kecil, memotong ingot SiC berukuran 8 inci mungkin membutuhkan waktu 10–15 hari dengan metode tradisional, memerlukan peralatan canggih dan menimbulkan biaya tinggi dengan efisiensi rendah. Dalam kondisi ini, keunggulan pemotongan laser menjadi jelas, menjadikannya teknologi masa depan utama untuk wafer 8 inci.
Dengan pemotongan laser, waktu pemotongan per wafer 8 inci dapat kurang dari 20 menit, dengan kehilangan material per wafer kurang dari 60 μm.
Singkatnya, dibandingkan dengan pemotongan multi-kawat, pemotongan laser menawarkan kecepatan lebih tinggi, hasil lebih baik, kehilangan material lebih rendah, dan pemrosesan lebih bersih.
T: Apa saja tantangan teknis utama dalam pemotongan laser SiC?
A: Proses pemotongan laser melibatkan dua langkah utama: modifikasi laser dan pemisahan wafer.
Inti dari modifikasi laser adalah pembentukan berkas dan optimasi parameter. Parameter seperti daya laser, diameter titik, dan kecepatan pemindaian semuanya memengaruhi kualitas ablasi material dan keberhasilan pemisahan wafer selanjutnya. Geometri zona yang dimodifikasi menentukan kekasaran permukaan dan kesulitan pemisahan. Kekasaran permukaan yang tinggi mempersulit penggerindaan selanjutnya dan meningkatkan kehilangan material.
Setelah modifikasi, pemisahan wafer biasanya dicapai melalui gaya geser, seperti fraktur dingin atau tekanan mekanis. Beberapa sistem domestik menggunakan transduser ultrasonik untuk menginduksi getaran untuk pemisahan, tetapi ini dapat menyebabkan pengelupasan dan cacat tepi, sehingga menurunkan hasil akhir.
Meskipun kedua langkah ini pada dasarnya tidak sulit, inkonsistensi dalam kualitas kristal—akibat perbedaan proses pertumbuhan, tingkat doping, dan distribusi tegangan internal—secara signifikan memengaruhi kesulitan pemotongan, hasil, dan kehilangan material. Sekadar mengidentifikasi area masalah dan menyesuaikan zona pemindaian laser mungkin tidak secara substansial meningkatkan hasil.
Kunci keberhasilan adopsi secara luas terletak pada pengembangan metode dan peralatan inovatif yang dapat beradaptasi dengan berbagai kualitas kristal dari berbagai produsen, mengoptimalkan parameter proses, dan membangun sistem pemotongan laser dengan penerapan universal.
T: Dapatkah teknologi pemotongan laser diterapkan pada material semikonduktor lain selain SiC?
A: Teknologi pemotongan laser secara historis telah diterapkan pada berbagai macam material. Dalam semikonduktor, awalnya digunakan untuk memotong wafer dan sejak itu telah berkembang untuk memotong kristal tunggal berukuran besar.
Selain SiC, pemotongan laser juga dapat digunakan untuk material keras atau rapuh lainnya seperti intan, galium nitrida (GaN), dan galium oksida (Ga₂O₃). Studi pendahuluan pada material-material ini telah menunjukkan kelayakan dan keunggulan pemotongan laser untuk aplikasi semikonduktor.
T: Apakah saat ini sudah ada produk peralatan pemotong laser domestik yang matang? Pada tahap apa penelitian Anda?
A: Peralatan pemotong laser SiC berdiameter besar secara luas dianggap sebagai peralatan inti untuk masa depan produksi wafer SiC 8 inci. Saat ini, hanya Jepang yang dapat menyediakan sistem tersebut, dan sistem tersebut mahal serta tunduk pada pembatasan ekspor.
Permintaan domestik untuk sistem pemotongan/penipisan laser diperkirakan sekitar 1.000 unit, berdasarkan rencana produksi SiC dan kapasitas gergaji kawat yang ada. Perusahaan-perusahaan domestik besar telah berinvestasi besar-besaran dalam pengembangan, tetapi belum ada peralatan domestik yang matang dan tersedia secara komersial yang mencapai tahap penerapan industri.
Kelompok penelitian telah mengembangkan teknologi pelepasan laser eksklusif sejak tahun 2001 dan kini telah memperluasnya ke pemotongan dan penipisan laser SiC berdiameter besar. Mereka telah mengembangkan sistem prototipe dan proses pemotongan yang mampu: Memotong dan menipiskan wafer SiC semi-isolasi 4–6 inci; Memotong ingot SiC konduktif 6–8 inci. Tolok ukur kinerja: SiC semi-isolasi 6–8 inci: waktu pemotongan 10–15 menit/wafer; kehilangan material <30 μm; SiC konduktif 6–8 inci: waktu pemotongan 14–20 menit/wafer; kehilangan material <60 μm.
Estimasi hasil produksi wafer meningkat lebih dari 50%.
Setelah dipotong, wafer memenuhi standar nasional untuk geometri setelah penggerindaan dan pemolesan. Studi juga menunjukkan bahwa efek termal yang disebabkan oleh laser tidak secara signifikan memengaruhi tegangan atau geometri pada wafer.
Peralatan yang sama juga telah digunakan untuk memverifikasi kelayakan pemotongan kristal tunggal berlian, GaN, dan Ga₂O₃.
Waktu posting: 23 Mei 2025