실리콘 카바이드(SiC) 기판은 고온, 고전압 및 방사선에 견딜 수 있는 전력 장치, RF 장치 및 감지 장치를 준비하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 가전제품, 신에너지 차량, 철도 운송 및 기타 분야에서 광범위한 응용 분야를 찾아 광범위한 응용 가능성과 중요한 전략적 중요성을 제공합니다. 단결정{2}}SiC 웨이퍼 제조 공정에는 특정 두께의 고품질 SiC 웨이퍼를 얻는 것을 목표로 주로 잉곳 풀링, 잉곳 슬라이싱 및 기타 공정 단계가 포함됩니다.
그러나 SiC의 매우 높은 경도, 취성 및 우수한 화학적 안정성으로 인해 가공이 어렵습니다. 결과적으로, SiC 절단 기술은 현재 연구 핫스팟이 되었습니다. 현재 단결정{2}}SiC 웨이퍼의 주요 절단 방법에는 다이아몬드 원형 톱날 절단, 와이어 방전 가공(WEDM), 와이어 톱 절단, 레이저 열 응력{3}}제어 파괴 절단(레이저 열 크래킹) 및 레이저 스텔스 다이싱이 포함됩니다.
블레이드 다이싱(소우커팅)
블레이드 다이싱은 고정밀 다이싱 쏘를 사용하여-웨이퍼를 절단합니다. 샘플이 파란색 필름에 부착되고 고속-회전하는 다이아몬드 도구가 SiC 샘플을 연마합니다. 기계적 응력은 재료에 취성 파괴를 유발하여 분리를 달성합니다. 절삭 중에 공구는 축 방향 이송 압력이 적용되어 매우 빠른 속도(일반적으로 30,000~50,000rpm)로 회전합니다. 이 공구는 일반적으로 다이아몬드 입자와 결합 매트릭스로 구성되며 표면은 미크론 크기의 다이아몬드 입자로 덮여 있습니다. 이러한 입자는 SiC 표면과 접촉할 때 매우 높은 국부적 응력을 생성하여 재료 내부에 미세 균열을 일으킵니다. 도구가 계속 발전함에 따라 이러한 미세 균열은 특정 결정 평면과 상호 연결을 따라 전파되어 결국 절단을 완료하는 거시적 균열을 형성합니다. 절단 품질은 공구 회전 속도, 이송 속도, 절삭유 사용 등 다양한 요소의 영향을 받습니다. 모두 다이싱 결과에 큰 영향을 미칩니다.
워터젯 절단
워터젯 절단은 고압 워터젯을 기반으로 한 가공 방법입니다. 물은 매우 높은 수준으로 가압되어 작은 오리피스 노즐을 통과하여 고속 제트를 형성한 다음 재료를 절단합니다. 이 기술은 순수 워터젯 절단과 연마재 워터젯 절단으로 나눌 수 있습니다. 연마재 워터젯 절단은 연마재 입자(예: 석류석 또는 산화알루미늄)를 워터젯에 혼합하여 단단한 재료를 가공하는 능력을 크게 향상시킵니다.
워터젯 절단은 주목할만한 이점을 제공합니다. 냉간 가공 특성으로 인해 열 영향을 받는 영역을 피하므로 열에 민감한 재료에 적합합니다. 복잡한 형상 절단에 높은 유연성을 제공합니다. 저소음으로 무공해입니다. 그러나 워터젯 절단에는 상대적으로 느린 절단 속도, 높은 초기 장비 투자, SiC와 같은 초경질 재료 가공 시 효율성 제한, 부서지기 쉬운 균열 발생 경향 등의 한계도 있습니다.
워터젯 유도 레이저 절단
워터젯 유도 레이저 절단의 원리는 레이저 빔의 전송 매체로 워터젯을 사용하는 것입니다. 워터 제트는 재료 표면에 수직으로 향합니다. 레이저 빔이 워터 제트 내부로 전송되면 에어 제트 인터페이스에서 내부 전반사가 발생합니다. 여러 번 반사된 후 레이저의 에너지 분포는 공작물 표면에 작용하기 전에 가우시안에서 플랫톱 프로파일로 변경됩니다.
워터젯 유도 레이저 절단은 레이저의 열 효과를 효과적으로 줄입니다. 그러나 이 기술에는 마이크로 워터젯의 도입이 필요하므로 장비 복잡성과 비용이 증가합니다. 더욱이 레이저와 마이크로 워터제트 사이의 안정적인 결합이 어렵기 때문에 안정적인 작동 시간이 짧고 유지 관리 비용이 높으며 작동이 어려워 실용성이 제한됩니다. 실용성이 낮고 처리 효율성이 낮기 때문에 이 방법은 웨이퍼 다이싱에 널리 채택될 가능성은 낮습니다.
레이저 절제 절단
레이저 절제 절단의 작동 원리는 레이저 빔을 재료 표면에 집중시키는 것입니다. 이 물질은 레이저 에너지를 흡수하여 결정 격자의 원자에 강제 진동을 일으키고 열 운동을 가속화하고 열을 발생시킵니다. 입력 에너지가 재료의 절제 임계값을 초과하면 재료가 녹아 기화되어 제거됩니다. 현재 레이저 절제 절단의 최대 스캔 속도는 1000mm/s에 달해 높은 처리 속도를 제공합니다. 그러나 이 방법은 여전히 재료 제거에 의존하므로 레이저 스캔 영역에서 재료가 완전히 기화되어야 합니다. 과도한 열 입력으로 인해 열 영향 영역이 커지고 열 균열 및 기타 열 손상이 발생하여 절단 품질이 저하되는 경우가 많습니다.
레이저 스텔스 다이싱
레이저 스텔스 다이싱은 광학 포커싱 시스템을 통해 특정 파장의 반투명 레이저 빔을 웨이퍼 내부의 정확한 위치에 포커싱하여 수정된 레이어를 형성하는 방식을 기반으로 합니다. 이 기술에는 수정된 레이어 형성과 칩 분리라는 두 가지 주요 단계가 포함됩니다. 레이저 다이싱 단계에서는 가공되는 재료의 물리적 특성에 따라 레이저 파장이 선택됩니다. 공정 매개변수를 최적화함으로써 웨이퍼 내부에 수정된 레이어가 생성됩니다. 개질층의 형성은 웨이퍼의 전면과 후면을 향해 확장되는 미세균열을 동반합니다. 특정 두께의 웨이퍼의 경우 레이저 초점이 여러 깊이에서 스캔되도록 조정되어 수정된 레이어가 상호 연결되어 완전한 네트워크를 형성할 수 있습니다. 레이저로 형성된 변형 레이어가 생성된 후에는 기계적 힘을 사용하여 웨이퍼를 분리해야 합니다. 일반적으로 롤러 프레싱 또는 스트레칭을 적용하여 개질된 층의 미세균열을 전체 웨이퍼 두께에 걸쳐 전파시켜 완전한 칩 분리를 달성합니다. 기계적 분리 단계에서 변형된 층의 균일성과 균열 제어는 재료의 치핑을 방지하는 데 중요합니다.