T: Apa saja teknologi utama yang digunakan dalam pemotongan dan pemrosesan wafer SiC?
A:silikon karbida (SiC) memiliki kekerasan kedua setelah berlian dan dianggap sebagai material yang sangat keras dan rapuh. Proses pengirisan, yang melibatkan pemotongan kristal yang telah tumbuh menjadi wafer tipis, memakan waktu dan rentan terhadap keretakan. Sebagai langkah pertama dalamBahan Kimia SiCDalam pemrosesan kristal tunggal, kualitas pemotongan secara signifikan memengaruhi penggilingan, pemolesan, dan penipisan selanjutnya. Pemotongan sering kali menimbulkan retakan permukaan dan bawah permukaan, yang meningkatkan tingkat kerusakan wafer dan biaya produksi. Oleh karena itu, pengendalian kerusakan retakan permukaan selama pemotongan sangat penting untuk memajukan fabrikasi perangkat SiC.
Metode pemotongan SiC yang saat ini dilaporkan meliputi pemotongan abrasif tetap, pemotongan abrasif bebas, pemotongan laser, pemindahan lapisan (pemisahan dingin), dan pemotongan pelepasan listrik. Di antara metode ini, pemotongan multi-kawat bolak-balik dengan abrasif berlian tetap merupakan metode yang paling umum digunakan untuk memproses kristal tunggal SiC. Namun, karena ukuran ingot mencapai 8 inci ke atas, pemotongan kawat tradisional menjadi kurang praktis karena tingginya permintaan peralatan, biaya, dan efisiensi yang rendah. Ada kebutuhan mendesak untuk teknologi pemotongan berbiaya rendah, kerugian rendah, dan efisiensi tinggi.
T: Apa keuntungan pemotongan laser dibandingkan pemotongan multi-kawat tradisional?
A: Pemotongan kawat tradisional memotongBatangan SiCIrisan-irisan tersebut kemudian digiling menggunakan bubur berlian untuk menghilangkan bekas gergaji dan kerusakan di bawah permukaan, dilanjutkan dengan pemolesan mekanis kimia (CMP) untuk mencapai planarisasi global, dan terakhir dibersihkan untuk mendapatkan wafer SiC.
Namun, karena kekerasan dan kerapuhan SiC yang tinggi, langkah-langkah ini dapat dengan mudah menyebabkan lengkungan, keretakan, peningkatan tingkat kerusakan, biaya produksi yang lebih tinggi, dan mengakibatkan kekasaran permukaan yang tinggi serta kontaminasi (debu, air limbah, dll.). Selain itu, penggergajian kawat berlangsung 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 penggilingan. Data produksi asing awal menunjukkan bahwa dibutuhkan sekitar 273 hari produksi 24 jam terus-menerus 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 meningkatkan produksi, lebih penting untuk mempertimbangkan cara mengurangi kerugian—terutama ketika hasil pertumbuhan kristal belum optimal.
Peralatan pengiris laser dapat secara signifikan mengurangi kehilangan material dan meningkatkan hasil. Misalnya, menggunakan satu mesin pemotong laser 20 mmBatangan SiC:Penggergajian kawat dapat menghasilkan sekitar 30 wafer dengan ketebalan 350 μm.Pengirisan 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 penggergajian kawat banyak digunakan untuk wafer berukuran 6 inci dan lebih kecil, mengiris ingot SiC berukuran 8 inci dapat memakan waktu 10–15 hari dengan metode tradisional, yang memerlukan peralatan canggih dan menimbulkan biaya tinggi dengan efisiensi rendah. Dalam kondisi ini, keunggulan pengirisan laser menjadi jelas, menjadikannya teknologi masa depan yang umum untuk wafer berukuran 8 inci.
Dengan pemotongan laser, waktu pemotongan per wafer 8 inci dapat mencapai kurang dari 20 menit, dengan kehilangan material per wafer di bawah 60 μm.
Singkatnya, dibandingkan dengan pemotongan multi-kawat, pemotongan laser menawarkan kecepatan yang lebih tinggi, hasil yang lebih baik, kehilangan material yang lebih rendah, dan pemrosesan yang 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 sinar dan pengoptimalan parameter. Parameter seperti daya laser, diameter titik, dan kecepatan pemindaian semuanya memengaruhi kualitas ablasi material dan keberhasilan pemisahan wafer berikutnya. Geometri zona yang dimodifikasi menentukan kekasaran permukaan dan kesulitan pemisahan. Kekasaran permukaan yang tinggi mempersulit penggilingan selanjutnya dan meningkatkan kehilangan material.
Setelah modifikasi, pemisahan wafer biasanya dicapai melalui gaya geser, seperti fraktur dingin atau tekanan mekanis. Beberapa sistem rumah tangga menggunakan transduser ultrasonik untuk menghasilkan getaran guna memisahkan wafer, tetapi hal ini dapat menyebabkan keretakan dan cacat tepi, sehingga menurunkan hasil akhir.
Meskipun kedua langkah ini pada dasarnya tidak sulit, inkonsistensi kualitas kristal—akibat perbedaan proses pertumbuhan, tingkat doping, dan distribusi tegangan internal—secara signifikan memengaruhi kesulitan pemotongan, hasil, dan kehilangan material. Sekadar mengidentifikasi area bermasalah dan menyesuaikan zona pemindaian laser mungkin tidak meningkatkan hasil secara substansial.
Kunci untuk adopsi yang 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 diaplikasikan pada bahan semikonduktor lain selain SiC?
A: Teknologi pemotongan laser secara historis telah diterapkan pada berbagai macam material. Dalam semikonduktor, teknologi ini awalnya digunakan untuk pemotongan wafer dan kini telah meluas hingga pemotongan kristal tunggal berukuran besar.
Selain SiC, pemotongan laser juga dapat digunakan untuk material keras atau getas lainnya seperti intan, galium nitrida (GaN), dan galium oksida (Ga₂O₃). Studi awal pada material-material ini telah menunjukkan kelayakan dan keunggulan pemotongan laser untuk aplikasi semikonduktor.
T: Apakah saat ini sudah ada produk peralatan pengiris laser domestik yang matang? Penelitian Anda sudah sampai pada tahap apa?
A: Peralatan pengiris 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 harganya mahal serta tunduk pada pembatasan ekspor.
Permintaan domestik untuk sistem pengiris/pengencer laser diperkirakan sekitar 1.000 unit, berdasarkan rencana produksi SiC dan kapasitas gergaji kawat yang ada. Perusahaan-perusahaan domestik besar telah berinvestasi besar dalam pengembangan, tetapi belum ada peralatan domestik yang matang dan tersedia secara komersial yang telah mencapai tahap penggunaan industri.
Kelompok peneliti telah mengembangkan teknologi laser lift-off yang dipatenkan 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 berukuran 4–6 inciMemotong ingot SiC konduktif berukuran 6–8 inciTolok ukur kinerja:SiC semi-isolasi berukuran 6–8 inci: waktu pemotongan 10–15 menit/wafer; kehilangan material <30 μmSiC konduktif berukuran 6–8 inci: waktu pemotongan 14–20 menit/wafer; kehilangan material <60 μm
Estimasi hasil wafer meningkat lebih dari 50%
Setelah diiris, wafer memenuhi standar geometri nasional setelah penggilingan dan pemolesan. Studi juga menunjukkan bahwa efek termal yang diinduksi laser tidak berdampak signifikan terhadap tegangan atau geometri wafer.
Peralatan yang sama juga telah digunakan untuk memverifikasi kelayakan pemotongan kristal tunggal berlian, GaN, dan Ga₂O₃.
Waktu posting: 23-Mei-2025