Dans la fabrication des semi-conducteurs, la préparation des tranches définit non seulement l'utilisation des matériaux, mais aussi le rendement global des processus en aval. À mesure que la taille et les performances des dispositifs en silicium, en carbure de silicium (SiC) et en semi-conducteurs composés augmentent, les méthodes de tranchage traditionnelles se heurtent à des limites en termes de perte de kerf, d'endommagement des bords et de rendement. Coupe sans fin au fil diamanté (EDW), qui utilise une boucle de fil continu revêtu de diamant, s'impose comme une technologie fiable et efficace pour le tranchage des lingots et le redimensionnement des plaquettes.
Cet article explore les principes techniques de l'EDW, ses avantages par rapport aux scies conventionnelles et son rôle dans l'amélioration de l'efficacité et du rendement de la production de semi-conducteurs.
Comment fonctionne la coupe sans fin au fil diamanté
L'EDW repose sur une boucle continue de fil diamanté, entraînée à une vitesse linéaire élevée sous une tension contrôlée. Contrairement aux scies à fil à mouvement alternatif ou aux lames à diamètre interne, la boucle sans fin garantit une qualité de coupe optimale. une force de coupe constante et un mouvement uniformeminimisant les vibrations et les fluctuations thermiques.
Les principaux paramètres de fonctionnement sont les suivants
- Vitesse du fil: Typiquement jusqu'à 60-80 m/s pour les substrats durs.
- Tension: Contrôlé pour éviter la dérive du fil et maintenir l'uniformité de l'épaisseur.
- Taille des grains abrasifs: Les diamants fins minimisent les dommages sous la surface ; les grains plus grossiers augmentent le taux d'enlèvement.
- Liquide de refroidissement et filtration: Essentiel pour éliminer les débris, réduire la chaleur et prévenir la contamination.
Avantages techniques dans la fabrication des semi-conducteurs
1. Réduction de la perte d'élasticité
Les scies ID conventionnelles ou les systèmes à mouvement alternatif produisent des largeurs de trait de scie plus importantes, ce qui entraîne des pertes de matériau significatives. L'EDW permet d'obtenir des largeurs de trait de scie aussi étroites que 0,35-0,40 mmCe qui permet d'augmenter directement le nombre de plaquettes par lingot et de réduire le coût par plaquette.
2. Dommages souterrains inférieurs (SSD)
Grâce à une action de coupe continue, l'EDW réduit l'amorçage des fissures et la profondeur de la SSD, ce qui, à son tour, diminue la résistance à l'usure. budget d'enlèvement par polissage chimique et mécanique (CMP). La réduction du temps de polissage se traduit par une diminution de l'utilisation des consommables et une augmentation du rendement.
3. Qualité et fiabilité des bords
Les bords des plaquettes sont sujets à l'écaillage, aux fissures et aux micro-fractures. La charge mécanique régulière de l'EDW produit bords plus lissesréduisant ainsi les ruptures de matrices liées aux arêtes lors de la découpe ou de l'emballage. Cela améliore directement la résistance de la matrice et le rendement final.
4. Compatibilité avec les matériaux durs et fragiles
Matériaux tels que SiC, GaN et saphir présentent des défis uniques en raison de leur dureté et de leur fragilité. L'EDW, associé à des spécifications optimisées en matière de liquide de refroidissement et d'abrasif, permet d'obtenir des performances de tranchage stables, même sur ces substrats exigeants.
Applications dans la chaîne de valeur des semi-conducteurs
Tranchage des lingots
L'EDW est utilisé pour découper des boules de silicium et de SiC en plaquettes avec une épaisseur précise et une perte de matière minimale. Pour les matériaux coûteux comme le SiC, les avantages économiques de la réduction du trait de scie sont particulièrement importants.
Redimensionnement et carottage des plaquettes de silicium
Les usines de recherche et les ateliers spécialisés ont souvent besoin de plaquettes redimensionnées ou de noyaux de diamètres plus petits pour les lignes pilotes. L'EDW permet un redimensionnement précis, une nouvelle encoche et une conformité des bords aux normes SEMI.
Préparation des bords
L'EDW peut être intégré avec biseautage et arrondi des bords garantissant la conformité des plaquettes aux spécifications SEMI M1. Des bords plus solides et plus nets réduisent la défectuosité dans les emballages avancés et la manipulation des plaquettes minces.
Amélioration du rendement après traitement
En réduisant la SSD et en améliorant la résistance des bords, l'EDW réduit les défaillances lors du CMP, de la lithographie et du découpage en aval. Cela améliore à la fois le rendement de la ligne et l'efficacité globale de l'équipement (OEE).
Considérations sur le coût de possession
Lors de l'évaluation de nouvelles technologies de tranchage, les fabs évaluent à la fois l'investissement en capital et les coûts d'exploitation. L'EDW offre :
- Économies de matériaux: Plus de plaquettes par lingot grâce à un trait de scie plus étroit.
- Efficacité des consommables: Durée de vie du fil plus longue que celle des lames, et réduction des consommables CMP.
- Débit: Processus stable avec réduction des retouches et des déchets.
- Impact sur le rendement: Moins de fissures, des bords plus résistants et une plus faible défectuosité.
Pour les matériaux de grande valeur comme le SiC, ces facteurs se combinent pour offrir un avantage indéniable en termes de coût de propriété.
Exemple de cas : Traitement des plaquettes SiC
Dans le cadre d'une évaluation pilote, l'EDW a été appliqué à des plaquettes de SiC de 150 mm pour le redimensionnement et la préparation des bords. Les résultats ont montré :
- 35% réduction de l'écaillage des bords par rapport au carottage mécanique.
- 10-15% budget réduit pour l'enlèvement des CMP.
- 20% augmentation de la résistance moyenne à l'enfoncement.
- 1,5-2% amélioration du rendement brut dans des lots pilotes.
Ces résultats mettent en évidence le potentiel de l'EDW à passer des laboratoires de R&D à la production de masse.
Conclusion
La découpe au fil diamanté sans fin est plus qu'une amélioration incrémentielle : c'est une technologie transformatrice pour la fabrication des plaques de semi-conducteurs. En permettant des kerfs plus fins, en réduisant les dommages sous la surface et en améliorant la qualité des bords, l'EDW aide les usines à extraire plus de valeur de chaque lingot tout en préservant le rendement en aval.
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