Swali: Ni teknolojia gani kuu zinazotumika katika kukata na kusindika wafer ya SiC?
A:Kabidi ya silikoni (SiC) ina ugumu wa pili baada ya almasi na inachukuliwa kuwa nyenzo ngumu na inayoweza kuvunjika. Mchakato wa kukata, unaohusisha kukata fuwele zilizokua kuwa vipande vyembamba, unachukua muda mrefu na unakabiliwa na kuvunjika. Kama hatua ya kwanza katikaSiCUsindikaji wa fuwele moja, ubora wa kukata huathiri kwa kiasi kikubwa kusaga, kung'arisha, na kukonda baadae. Kukata mara nyingi huleta nyufa za uso na chini ya uso, na kuongeza viwango vya kuvunjika kwa wafer na gharama za uzalishaji. Kwa hivyo, kudhibiti uharibifu wa nyufa za uso wakati wa kukata ni muhimu kwa kuendeleza utengenezaji wa kifaa cha SiC.
Mbinu za kukata SiC zinazoripotiwa kwa sasa ni pamoja na kukata kwa kutumia waya zisizo na mvuke, kukata kwa kutumia leza, kuhamisha tabaka (kutenganisha kwa baridi), na kukata kwa kutumia umeme. Miongoni mwa hizi, kukata kwa kutumia waya nyingi kwa kutumia abrasives zisizo na mvuke ndiyo njia inayotumika sana kwa ajili ya kusindika fuwele za SiC. Hata hivyo, kadri ukubwa wa ingot unavyofikia inchi 8 na zaidi, kukata kwa waya kwa njia ya jadi kunakuwa si rahisi kutokana na mahitaji makubwa ya vifaa, gharama, na ufanisi mdogo. Kuna hitaji la haraka la teknolojia za kukata kwa gharama nafuu, hasara ndogo, na ufanisi mkubwa.
Swali: Je, ni faida gani za kukata kwa leza kuliko kukata kwa waya nyingi kwa njia ya kitamaduni?
J: Kukata waya wa jadiingot ya SiCkando ya mwelekeo maalum hadi vipande vyenye unene wa mikroni mia kadhaa. Kisha vipande hivyo husagwa kwa kutumia tope la almasi ili kuondoa alama za msumeno na uharibifu wa chini ya ardhi, ikifuatiwa na kung'arishwa kwa kemikali (CMP) ili kufikia mpangilio wa kimataifa, na hatimaye kusafishwa ili kupata wafers za SiC.
Hata hivyo, kutokana na ugumu na udhaifu mkubwa wa SiC, hatua hizi zinaweza kusababisha kupotoka, kupasuka, kuongezeka kwa viwango vya kuvunjika, gharama kubwa za uzalishaji, na kusababisha ukali mkubwa wa uso na uchafuzi (vumbi, maji machafu, n.k.). Zaidi ya hayo, kukata waya ni polepole na kuna mavuno ya chini. Makadirio yanaonyesha kuwa kukata kwa kawaida kwa waya nyingi hufikia takriban 50% ya matumizi ya nyenzo, na hadi 75% ya nyenzo hupotea baada ya kung'arishwa na kusaga. Data ya awali ya uzalishaji wa kigeni ilionyesha kuwa inaweza kuchukua takriban siku 273 za uzalishaji endelevu wa saa 24 ili kutoa wafers 10,000—inachukua muda mwingi.
Ndani ya nchi, kampuni nyingi za ukuaji wa fuwele za SiC zinalenga kuongeza uwezo wa tanuru. Hata hivyo, badala ya kupanua tu uzalishaji, ni muhimu zaidi kuzingatia jinsi ya kupunguza hasara—hasa wakati mavuno ya ukuaji wa fuwele bado hayajawa bora.
Vifaa vya kukata kwa leza vinaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa upotevu wa nyenzo na kuboresha mavuno. Kwa mfano, kutumia kifaa kimoja cha 20 mmingot ya SiC:Kukata waya kunaweza kutoa takriban wafers 30 zenye unene wa 350 μm.Kukata kwa leza kunaweza kutoa zaidi ya wafers 50.Ikiwa unene wa wafer umepunguzwa hadi 200 μm, zaidi ya wafers 80 zinaweza kuzalishwa kutoka kwa ingot hiyo hiyo.Ingawa kukata waya kunatumika sana kwa wafers zenye inchi 6 na ndogo, kukata ingot ya SiC ya inchi 8 kunaweza kuchukua siku 10-15 kwa njia za kitamaduni, kuhitaji vifaa vya hali ya juu na kupata gharama kubwa kwa ufanisi mdogo. Chini ya hali hizi, faida za kukata kwa leza zinaonekana wazi, na kuifanya kuwa teknolojia kuu ya siku zijazo kwa wafers zenye inchi 8.
Kwa kukata kwa leza, muda wa kukata kwa kila wafer ya inchi 8 unaweza kuwa chini ya dakika 20, huku upotevu wa nyenzo kwa kila wafer chini ya 60 μm.
Kwa muhtasari, ikilinganishwa na kukata kwa waya nyingi, kukata kwa leza hutoa kasi ya juu, mavuno bora, upotevu mdogo wa nyenzo, na usindikaji safi zaidi.
Swali: Ni changamoto gani kuu za kiufundi katika kukata kwa leza ya SiC?
J: Mchakato wa kukata kwa leza unahusisha hatua mbili kuu: urekebishaji wa leza na utenganishaji wa wafer.
Kiini cha urekebishaji wa leza ni uundaji wa boriti na uboreshaji wa vigezo. Vigezo kama vile nguvu ya leza, kipenyo cha doa, na kasi ya kuchanganua vyote huathiri ubora wa uondoaji wa nyenzo na mafanikio ya utenganishaji wa wafer unaofuata. Jiometri ya eneo lililobadilishwa huamua ukali wa uso na ugumu wa utenganishaji. Ukali mkubwa wa uso huchanganya kusaga baadaye na huongeza upotevu wa nyenzo.
Baada ya marekebisho, utenganishaji wa wafer kwa kawaida hupatikana kupitia nguvu za kukata, kama vile kuvunjika kwa baridi au mkazo wa mitambo. Baadhi ya mifumo ya ndani hutumia vibadilishaji vya ultrasonic kusababisha mitetemo ya kutenganisha, lakini hii inaweza kusababisha kasoro za kuchimba na ukingo, na kupunguza mavuno ya mwisho.
Ingawa hatua hizi mbili si ngumu kiasili, kutofautiana katika ubora wa fuwele—kutokana na michakato tofauti ya ukuaji, viwango vya dawa za kulevya, na usambazaji wa msongo wa ndani—kunaathiri kwa kiasi kikubwa ugumu wa kukata, mavuno, na upotevu wa nyenzo. Kutambua tu maeneo ya tatizo na kurekebisha maeneo ya skanning ya leza kunaweza kusiboreshe matokeo kwa kiasi kikubwa.
Ufunguo wa matumizi mengi upo katika kutengeneza mbinu na vifaa bunifu ambavyo vinaweza kuzoea sifa mbalimbali za fuwele kutoka kwa watengenezaji mbalimbali, kuboresha vigezo vya mchakato, na kujenga mifumo ya kukata leza yenye matumizi ya jumla.
Swali: Je, teknolojia ya kukata kwa leza inaweza kutumika kwa vifaa vingine vya nusu-semiconductor badala ya SiC?
J: Teknolojia ya kukata kwa leza imetumika kihistoria kwa aina mbalimbali za vifaa. Katika semiconductors, hapo awali ilitumika kwa kukata vipande vya wafer na tangu wakati huo imepanuka hadi kukata fuwele kubwa zenye ukubwa mmoja.
Zaidi ya SiC, kukata kwa leza kunaweza pia kutumika kwa vifaa vingine vigumu au vilivyovunjika kama vile almasi, gallium nitride (GaN), na gallium oxide (Ga₂O₃). Uchunguzi wa awali kuhusu vifaa hivi umeonyesha uwezekano na faida za kukata kwa leza kwa matumizi ya nusu nusu.
Swali: Je, kuna bidhaa za vifaa vya kukata leza vya ndani vilivyokomaa kwa sasa? Utafiti wako uko katika hatua gani?
J: Vifaa vya kukata leza vya SiC vyenye kipenyo kikubwa vinachukuliwa sana kama vifaa vya msingi kwa ajili ya uzalishaji wa wafer wa SiC wa inchi 8 katika siku zijazo. Hivi sasa, ni Japani pekee inayoweza kutoa mifumo kama hiyo, na ni ghali na inakabiliwa na vikwazo vya usafirishaji nje.
Mahitaji ya ndani ya mifumo ya kukata/kupunguza kwa leza yanakadiriwa kuwa takriban vitengo 1,000, kulingana na mipango ya uzalishaji wa SiC na uwezo uliopo wa msumeno wa waya. Makampuni makubwa ya ndani yamewekeza sana katika maendeleo, lakini hakuna vifaa vya ndani vilivyokomaa na vinavyopatikana kibiashara ambavyo vimefikia kiwango cha viwanda.
Vikundi vya utafiti vimekuwa vikitengeneza teknolojia ya kipekee ya kuinua leza tangu 2001 na sasa vimepanua hii hadi kukata na kupunguza kwa leza ya SiC yenye kipenyo kikubwa. Wameunda mfumo wa mfano na michakato ya kukata yenye uwezo wa: Kukata na kupunguza vipande vya SiC vya inchi 4-6 vya nusu-insulation Kukata ingots za SiC zinazopitisha inchi 6-8 Vipimo vya utendaji: inchi 6-8 za nusu-insulation SiC: muda wa kukata dakika 10-15/wafer; upotevu wa nyenzo <30 μm 6-8 za insulation SiC: muda wa kukata dakika 14-20/wafer; upotevu wa nyenzo <60 μm
Makadirio ya mavuno ya kaferi yaliongezeka kwa zaidi ya 50%
Baada ya kukata, wafers hukidhi viwango vya kitaifa vya jiometri baada ya kusaga na kung'arisha. Uchunguzi pia unaonyesha kuwa athari za joto zinazosababishwa na leza haziathiri sana msongo au jiometri katika wafers.
Vifaa hivyo pia vimetumika kuthibitisha uwezekano wa kukata almasi, GaN, na fuwele moja za Ga₂O₃.
Muda wa chapisho: Mei-23-2025