კითხვა: რა ძირითადი ტექნოლოგიები გამოიყენება SiC ვაფლის დაჭრასა და დამუშავებაში?
A:სილიციუმის კარბიდი (SiC)-ს სიმტკიცე ალმასის შემდეგ მეორეა და ძლიერ მყარ და მყიფე მასალად ითვლება. დაჭრის პროცესი, რომელიც გულისხმობს გაზრდილი კრისტალების თხელ ვაფლებად დაჭრას, დიდ დროს მოითხოვს და მიდრეკილია დაქუცმაცებისკენ. როგორც პირველი ნაბიჯიSiCმონოკრისტალის დამუშავებისას, დაჭრის ხარისხი მნიშვნელოვნად მოქმედებს შემდგომ დაფქვაზე, გაპრიალებასა და გათხელებაზე. დაჭრა ხშირად იწვევს ზედაპირულ და ზედაპირქვეშა ბზარებს, რაც ზრდის ვაფლის მსხვრევის მაჩვენებელს და წარმოების ხარჯებს. ამიტომ, დაჭრის დროს ზედაპირული ბზარების დაზიანების კონტროლი გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა SiC მოწყობილობების წარმოების წინსვლისთვის.
ამჟამად აღწერილი SiC დაჭრის მეთოდები მოიცავს ფიქსირებულ-აბრაზიულ, თავისუფლად-აბრაზიულ დაჭრას, ლაზერულ ჭრას, ფენების გადატანას (ცივი გამოყოფა) და ელექტრული განმუხტვის მეთოდით დაჭრას. მათ შორის, ფიქსირებული ალმასის აბრაზივით ორმხრივი მრავალმავთულიანი დაჭრა SiC მონოკრისტალების დასამუშავებლად ყველაზე ხშირად გამოყენებული მეთოდია. თუმცა, რადგან ზოდების ზომები 8 ინჩს და მეტს აღწევს, ტრადიციული მავთულის ხერხვა ნაკლებად პრაქტიკული ხდება აღჭურვილობის მაღალი მოთხოვნების, ხარჯების და დაბალი ეფექტურობის გამო. არსებობს დაბალი ღირებულების, დაბალი დანაკარგების, მაღალი ეფექტურობის დაჭრის ტექნოლოგიების გადაუდებელი საჭიროება.
კითხვა: რა უპირატესობები აქვს ლაზერულ ჭრას ტრადიციულ მრავალმავთულიან ჭრასთან შედარებით?
A: ტრადიციული მავთულის ხერხი ჭრისSiC ზოდიკონკრეტული მიმართულებით რამდენიმე ასეული მიკრონის სისქის ნაჭრებად იჭრება. შემდეგ ნაჭრები იფქვება ბრილიანტის სუსპენზიით ხერხის კვალისა და მიწისქვეშა დაზიანების მოსაშორებლად, რასაც მოჰყვება ქიმიური მექანიკური გაპრიალება (CMP) გლობალური პლანარიზაციის მისაღწევად და ბოლოს იწმინდება SiC ვაფლების მისაღებად.
თუმცა, SiC-ის მაღალი სიმტკიცისა და სიმყიფის გამო, ამ ეტაპებმა შეიძლება ადვილად გამოიწვიოს დეფორმაცია, ბზარები, მსხვრევის სიჩქარის ზრდა, წარმოების ხარჯების ზრდა და გამოიწვიოს ზედაპირის მაღალი უხეშობა და დაბინძურება (მტვერი, ჩამდინარე წყლები და ა.შ.). გარდა ამისა, მავთულის ხერხვა ნელია და დაბალი მოსავლიანობა აქვს. შეფასებები აჩვენებს, რომ ტრადიციული მრავალმავთულიანი დაჭრა მასალის მხოლოდ დაახლოებით 50%-იან გამოყენებას აღწევს, ხოლო გაპრიალების და დაფქვის შემდეგ მასალის 75%-მდე იკარგება. უცხოური წარმოების ადრეული მონაცემები მიუთითებს, რომ 10,000 ვაფლის წარმოებისთვის შეიძლება დასჭირდეს დაახლოებით 273 დღე უწყვეტი 24-საათიანი წარმოება, რაც ძალიან შრომატევადი დროა.
ქვეყნის შიგნით, SiC კრისტალების მოყვანის მრავალი კომპანია ღუმელის სიმძლავრის გაზრდაზეა ორიენტირებული. თუმცა, მხოლოდ წარმოების გაფართოების ნაცვლად, უფრო მნიშვნელოვანია დანაკარგების შემცირების გზების განხილვა, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც კრისტალების მოყვანის მოსავლიანობა ჯერ კიდევ არ არის ოპტიმალური.
ლაზერული დაჭრის მოწყობილობას შეუძლია მნიშვნელოვნად შეამციროს მასალის დანაკარგი და გააუმჯობესოს მოსავლიანობა. მაგალითად, ერთი 20 მმ-იანიSiC ზოდიმავთულის ხერხით შესაძლებელია დაახლოებით 30 ვაფლის მიღება 350 მკმ სისქით. ლაზერული დაჭრით შესაძლებელია 50-ზე მეტი ვაფლის მიღება. თუ ვაფლის სისქე 200 მკმ-მდე შემცირდება, ერთი და იგივე ზოდიდან 80-ზე მეტი ვაფლის წარმოება იქნება შესაძლებელი. მიუხედავად იმისა, რომ მავთულის ხერხით 6 ინჩის და უფრო პატარა ვაფლებისთვის ფართოდ გამოიყენება, ტრადიციული მეთოდებით 8 ინჩიანი SiC ზოდის დაჭრას შეიძლება 10-15 დღე დასჭირდეს, რაც მოითხოვს მაღალი დონის აღჭურვილობას და დაბალი ეფექტურობით მაღალ ხარჯებს. ასეთ პირობებში, ლაზერული დაჭრის უპირატესობები აშკარა ხდება, რაც მას 8 ინჩიანი ვაფლების მომავლის მთავარ ტექნოლოგიად აქცევს.
ლაზერული ჭრის შემთხვევაში, 8 დიუმიან ვაფლზე დაჭრის დრო შეიძლება 20 წუთზე ნაკლები იყოს, ხოლო მასალის დანაკარგი თითო ვაფლზე 60 მკმ-ზე ნაკლები.
შეჯამებისთვის, მრავალმავთულიან ჭრასთან შედარებით, ლაზერული ჭრა გთავაზობთ უფრო მაღალ სიჩქარეს, უკეთეს მოსავლიანობას, მასალის დაბალ დანაკარგს და უფრო სუფთა დამუშავებას.
კითხვა: რა არის SiC ლაზერული დაჭრის ძირითადი ტექნიკური გამოწვევები?
A: ლაზერული დაჭრის პროცესი ორ ძირითად ეტაპს მოიცავს: ლაზერული მოდიფიკაცია და ვაფლის გამოყოფა.
ლაზერული მოდიფიკაციის ძირითადი ნაწილი სხივის ფორმირება და პარამეტრების ოპტიმიზაციაა. ისეთი პარამეტრები, როგორიცაა ლაზერის სიმძლავრე, ლაქის დიამეტრი და სკანირების სიჩქარე, გავლენას ახდენს მასალის აბლაციის ხარისხზე და შემდგომი ვაფლის გამოყოფის წარმატებაზე. მოდიფიცირებული ზონის გეომეტრია განსაზღვრავს ზედაპირის უხეშობას და გამოყოფის სირთულეს. ზედაპირის მაღალი უხეშობა ართულებს შემდგომ დაფქვას და ზრდის მასალის დანაკარგს.
მოდიფიკაციის შემდეგ, ვაფლის გამოყოფა, როგორც წესი, მიიღწევა ძვრის ძალებით, როგორიცაა ცივი მოტეხილობა ან მექანიკური სტრესი. ზოგიერთი საყოფაცხოვრებო სისტემა იყენებს ულტრაბგერით გადამყვანებს გამოყოფისთვის ვიბრაციების გამოსაწვევად, მაგრამ ამან შეიძლება გამოიწვიოს ნაპრალები და კიდეების დეფექტები, რაც ამცირებს საბოლოო მოსავლიანობას.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს ორი ეტაპი თავისთავად რთული არ არის, კრისტალის ხარისხის შეუსაბამობები - განსხვავებული ზრდის პროცესების, დოპირების დონისა და შიდა სტრესის განაწილების გამო - მნიშვნელოვნად მოქმედებს დაჭრის სირთულეზე, მოსავლიანობასა და მასალის დანაკარგზე. მხოლოდ პრობლემური უბნების იდენტიფიცირება და ლაზერული სკანირების ზონების რეგულირება შესაძლოა მნიშვნელოვნად არ გააუმჯობესოს შედეგები.
ფართოდ გავრცელების გასაღები მდგომარეობს ინოვაციური მეთოდებისა და აღჭურვილობის შემუშავებაში, რომლებსაც შეუძლიათ სხვადასხვა მწარმოებლის კრისტალების ფართო სპექტრის თვისებების ადაპტირება, პროცესის პარამეტრების ოპტიმიზაციასა და უნივერსალური გამოყენების მქონე ლაზერული დაჭრის სისტემების შექმნაში.
კითხვა: შესაძლებელია თუ არა ლაზერული დაჭრის ტექნოლოგიის გამოყენება SiC-ის გარდა სხვა ნახევარგამტარულ მასალებზე?
ლაზერული ჭრის ტექნოლოგია ისტორიულად გამოიყენება მასალების ფართო სპექტრზე. ნახევარგამტარებში ის თავდაპირველად გამოიყენებოდა ვაფლის დაჭრისთვის და მას შემდეგ გაფართოვდა დიდი მოცულობითი მონოკრისტალების დაჭრამდე.
SiC-ის გარდა, ლაზერული დაჭრა ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა მყარი ან მყიფე მასალებისთვის, როგორიცაა ბრილიანტი, გალიუმის ნიტრიდი (GaN) და გალიუმის ოქსიდი (Ga₂O₃). ამ მასალების წინასწარმა კვლევებმა აჩვენა ლაზერული დაჭრის მიზანშეწონილობა და უპირატესობები ნახევარგამტარული გამოყენებისთვის.
კ: არსებობს თუ არა ამჟამად ადგილობრივი წარმოების ლაზერული ჭრის აპარატურა? რა ეტაპზეა თქვენი კვლევა?
A: დიდი დიამეტრის SiC ლაზერული დაჭრის მოწყობილობა ფართოდ განიხილება, როგორც 8 დიუმიანი SiC ვაფლის წარმოების მომავლის ძირითადი მოწყობილობა. ამჟამად, ასეთი სისტემების მიწოდება მხოლოდ იაპონიას შეუძლია და ისინი ძვირია და ექვემდებარება ექსპორტზე შეზღუდვებს.
ლაზერული დაჭრის/გათხელების სისტემების შიდა მოთხოვნა, SiC-ის წარმოების გეგმებისა და არსებული მავთულის ხერხის სიმძლავრის მიხედვით, დაახლოებით 1000 ერთეულს შეადგენს. მსხვილმა ადგილობრივმა კომპანიებმა დიდი ინვესტიციები ჩადეს განვითარებაში, მაგრამ არცერთი სრულყოფილი, კომერციულად ხელმისაწვდომი საყოფაცხოვრებო ტექნიკა ჯერ არ არის სამრეწველო დანერგვამდე.
კვლევითი ჯგუფები 2001 წლიდან ავითარებენ ლაზერული აწევის საკუთრების ტექნოლოგიას და ამჟამად ეს ტექნოლოგია გაფართოვდა დიდი დიამეტრის SiC ლაზერულ დაჭრასა და გათხელებაზე. მათ შეიმუშავეს პროტოტიპის სისტემა და დაჭრის პროცესები, რომლებსაც შეუძლიათ: 4-6 დიუმიანი ნახევრად იზოლირებული SiC ვაფლების დაჭრა და გათხელება; 6-8 დიუმიანი გამტარი SiC ზოდების დაჭრა; შესრულების სტანდარტები: 6-8 დიუმიანი ნახევრად იზოლირებული SiC: დაჭრის დრო 10-15 წუთი/ვაფლზე; მასალის დანაკარგი <30 μm; 6-8 დიუმიანი გამტარი SiC: დაჭრის დრო 14-20 წუთი/ვაფლზე; მასალის დანაკარგი <60 μm.
ვაფლის სავარაუდო მოსავლიანობა 50%-ზე მეტით გაიზარდა
დაჭრის შემდეგ, დაფქვისა და გაპრიალების შემდეგ, ვაფლები აკმაყოფილებს გეომეტრიის ეროვნულ სტანდარტებს. კვლევები ასევე აჩვენებს, რომ ლაზერით გამოწვეული თერმული ეფექტები მნიშვნელოვნად არ მოქმედებს ვაფლების დაძაბულობაზე ან გეომეტრიაზე.
იგივე აღჭურვილობა ასევე გამოყენებული იქნა ბრილიანტის, GaN-ის და Ga₂O₃ მონოკრისტალების დაჭრის მიზანშეწონილობის დასადასტურებლად.
გამოქვეყნების დრო: 23 მაისი-2025