Eensafirwafelde meeste van zijn belangrijkste kenmerken erft voordat het snijden, slijpen of polijsten begint.scheuren en residuele spanning zijn al aanwezig in de saffierbol en kunnen bepalen of de verwerking stroomafwaarts prima wafers of overmatig schroot oplevert.

Het inspecteren van de bol voor het snijden en snijden helpt de fabrikant om defecte delen te verwerken, de juiste snijrichting te kiezen en het werkelijke aantal bruikbare wafers te schatten.

In dit artikel worden de belangrijkste inspectiepunten voor saffierbolen, de gebruikelijke inspectiemethoden en de relatie tussen de kwaliteit van de bol en de uiteindelijke waferopbrengst uitgelegd.

Waarom saffieren inspecteren voordat ze worden verwerkt?

Synthetische saffier is een enkelkristallijn aluminium oxide, Al2O3. Het combineert hoge hardheid, chemische weerstand, thermische stabiliteit en optische transmissie, waardoor het geschikt is voor:

• LED-epitaxiale substraten;
• met een vermogen van meer dan 50 W;
• optische ramen;
• onderdelen voor horloges;
• Lasersystemen;
• Sensorbescherming;
• SOS- en RF-toepassingen;
• Hoogtemperatuurwaarnemingscomponenten.

Het verbouwen van een groot saffierkristal garandeert niet dat de hele bol kan worden omgezet in bruikbare wafers.verplaatsingen of oriëntatieafwijkingen.

Onderzoek naar grote saffierbolletjes heeft aangetoond dat bubbels, inclusie en stress-twee-brekingsvermogen zich in de buurt van perifere gebieden kunnen concentreren in plaats van gelijkmatig over het hele kristal te worden verdeeld.Dit maakt ruimtelijke inspectie en defect mapping nuttiger dan een enkel pass/fail resultaatOnderzoek naar de groei van grote saffierbolen en de verdeling van defecten

De inspectie voorafgaand aan de verwerking stelt de fabrikanten in staat:

• Bevestig de kristallografische richting;
• Selecteer de beste plaats voor de kernbewerking;
• Defecte randgebieden worden uitgesloten;
• Het detecteren van scheuren vóór mechanisch snijden;
• Identificeer bubbel- en inclusieclusters;
• evalueren van de resterende spanning;
• Schatting van het bruikbare bolvolume;
• Verbeteren van het snij- en polijstrendement;
• Vergelijk verschillende bolregio's met verschillende productklassen.

Van saffierboule tot afgewerkte wafer

Een vereenvoudigde productie-stroom van saffierwafers omvat:

1. Sapfierkristallen groeien;
2. Boule-koeling en gluren;
3. Reiniging van de buitenkant;
4. visuele en optische inspectie;
5. meting van de oriëntatie van de kristallen;
6. Defect- en stresskaarten;
7. met een vermogen van meer dan 50 W;
8. markering van eindpunten en oriëntatie;
9. Snijden;
10. het slijpen van randen;
11. Lapping;
12. warmtebehandeling, indien nodig;
13. Polieren en CMP;
14. Laatste waferinspectie.

De beslissingen die worden genomen tijdens de boule-inspectie hebben invloed op bijna elke latere fase.Als een interne scheur wordt gemist, kan het zich tijdens het snijden verspreiden en meerdere wafers vernietigen.

Bevestiging van de kristallenoriëntatie

De oriëntatie van de kristallen is een van de eerste parameters die moet worden bevestigd voordat de kern wordt gevormd of gesneden.

Safir heeft een trigonale kristallenstructuur en is anisotrope.

• Epitaxiale filmgroei;
• oppervlakte-atomstructuur;
• slijp- en poetssnelheid;
• Splitsing en fracturen;
• optische twee-breuk;
• thermische uitbreiding;
• Wafersterkte;
• Eindprestaties van het apparaat.

Gemeenschappelijke oriëntatie van saffierwafels

C-vlak saffier wordt veel gebruikt voor GaN-gebaseerde LED en halfgeleider epitaxy.terwijl A-vlak en M-vlak worden gebruikt in toepassingen die profiteren van niet-polaire kristaloppervlakken.

Oriëntatie-inspectiemethoden

De oriëntatie van kristallen wordt over het algemeen gemeten met behulp van röntgentechnieken.

De meest voorkomende methoden zijn:

• röntgendiffractie;
• Laue achteruitstraling;
• röntgengoniometrie;
• Oriëntatie in meerdere ballenposities.

Een enkele oriëntatie-meting is mogelijk niet voldoende voor een grote bol.Midden- en staartpunt kunnen helpen bij het identificeren van oriëntatieverschuiving of gebieden die worden beïnvloed door lage hoekgrenzen.

Georiënteerde tolerantie

De aanvaardbare oriëntatie-tolerantie is afhankelijk van de eindtoepassing.

Het inspectieverslag moet onderscheid maken tussen:

• Nominaal kristalvlak;
• het daadwerkelijk gemeten vlak;
• de hoek van het afsnijden;
• de richting van de afslag;
• Meetspiegels
• Oriëntatie variatie over de bol.

Twee wafers met dezelfde afskortingsgrootte kunnen zich anders gedragen als de kanteling anders is.

Bubbeldefecten in saffierbolen

Blazen zijn interne leegte-achtige defecten die zich kunnen vormen tijdens de groei van saffierkristallen.

Onderzoek naar de productie van saffieren wijst uit dat bubbelinclusie, vervorming en laaghoekige korrelgrenzen belangrijke bulkk-kristaldefecten zijn.Hun vorming hangt nauw samen met de smeltomstandigheden en de vorm en stabiliteit van de smelt-kristalinterface.. Overzicht van de smeltkristalinterface in de zaffirproductie

Waarom zich belletjes vormen

De vorming van belletjes kan worden beïnvloed door:

• Gas gevangen in de smelt;
• verontreiniging door grondstoffen;
• de atmosfeer van de oven;
• Groei van kristallen;
• Temperatuurschommelingen;
• Convectie van het smelten;
• Interfacevorm;
• de toestand van de smeltkroes;
• Lokale instabiliteit tijdens het verhardingsproces.

Het exacte mechanisme is afhankelijk van de groeiwijze van de kristallen en de omstandigheden in de oven.

Waarom ze belangrijk zijn

Een bubbel kan zowel optische als halfgeleiderwafels beïnvloeden.

Mogelijke gevolgen zijn:

• lichtverspreiding;
• verminderde optische transmissie;
• Plaatselijke spanningsconcentratie;
• scheuren tijdens het snijden;
• oppervlakteputten na slijpen of polijsten;
• afwijzing tijdens geautomatiseerde optische inspectie;
• Verminderd helder diafragma;
• Epitaxy-afwijkingen als de bubbel het oppervlak van de wafer doorsneedt.

Een diep begraven bubbel lijkt onschadelijk in de bol, maar wordt na het snijden van de bol een open put.

Beoordelingsmethoden voor bubbels

Afhankelijk van de grootte van de bol en de optische conditie kan bij de borrelinspectie worden gebruikt:

• licht in helder veld;
• verlichting met donker veld;
• Collimatie van het doorgevoerde licht;
• Laserverspreiding;
• zijdeverlichting;
• optische microscopie;
• Geautomatiseerde beeldvorming en foutkaarten.

Een eenvoudige verklaring zoals "geen zichtbare bubbels" is moeilijk te controleren tenzij de verlichtingsomstandigheden en de detectiedrempel zijn gedefinieerd.

Inclusie en vreemd materiaal

Inklusies zijn vaste vreemde fasen of gebieden met een andere samenstelling dan het omringende saffierkristal.

Potentiële bronnen zijn:

• verontreiniging door grondstoffen;
• Verontreiniging door smeltkroes;
• vuurvaste deeltjes;
• niet-gesmolten alumina;
• de afbraak van de componenten van de oven;
• Lokale chemische segregatie.

Inklusies kunnen verschijnen als donkere punten, reflecterende deeltjes, bewolkte gebieden of verstrooiingscentra.

Zelfs kleine insluitselingen kunnen tijdens het snijden en polijsten een oorzaak van storing worden, omdat saffier hard maar broos is.Lokale verschillen in thermische uitbreiding of mechanische eigenschappen creëren spanning rond de opname.

Voor optische saffieren verminderen de inclusies de transmissie en de kwaliteit van het diafragma.

Scheuren en ondergrondse schade

Sapfierballen kunnen scheuren ontwikkelen tijdens groei, koeling, gloeien, transport of voorbewerking.

Algemene soorten scheuren

• oppervlakte scheuren;
• Radiële scheuren;
• Axiële scheuren;
• Rampen aan de rand;
• interne scheuren;
• thermische schokkraken;
• Ondergrondse scheuren veroorzaakt door slijpen.

Sommige scheuren zijn gemakkelijk zichtbaar, terwijl andere alleen onder richtingsverlichting of niet-destructieve tests kunnen worden gedetecteerd.

Waarom kleine scheuren gevaarlijk zijn

Een kleine scheur in de buurt van de bolrand kan zich verspreiden tijdens:

• met een vermogen van niet meer dan 10 kW
• met een vermogen van meer dan 50 W
• het snijden van draad;
• Ultrasone reiniging;
• Lapping;
• Thermische verwerking.

Als een scheur het geplande kerngebied bereikt, moet het omringende volume worden uitgesloten of aan een minder veeleisend product worden toegewezen.

Door een scheur te snijden zonder eerst een kaart te maken, kan de snijdraad beschadigen, de wafer breken en de verwerkingsapparatuur met fragmenten vervuilen.

Residuele stress en stress-bifringentie

Residuele spanning is een andere kritische kwaliteitsparameter van de bol.

Stress kan ontstaan door:

• Grote thermische gradiënten;
• niet-uniforme koeling;
• a. "technische apparatuur" voor de "ontwikkeling" of "ontwikkeling" van "technische apparatuur" voor de "ontwikkeling" van "technische apparatuur";
• veranderingen in de kristaldiameter;
• Instabiliteit van de groei;
• Begrenzingen voor het zaaien;
• Defecten en insluitsels;
• Onvoldoende gluren.

Effecten van reststress

Reststress kan leiden tot:

• een vermogen van niet meer dan 50 W;
• Waferboog en warp;
• een afwijking van de dikte na het lappen;
• ongelijkmatig polijsten;
• een afmeting van de randen;
• lokale optische twee-breuk;
• Dimensionaire instabiliteit tijdens verwarming;
• Verminderde mechanische sterkte.

Onderzoek heeft aangetoond dat onregelmatige slijtage tijdens de vroege safirwaferverwerking de mechanisch gevormde waferboog kan beïnvloeden.Boule-stress en verwerkingsstress moeten derhalve als afzonderlijke maar samenwerkende factoren worden behandeld.. Onderzoek naar de boogvorming bij de verwerking van saffierwafels

Polarisatie-lichtcontrole

Sapfieren zijn optisch anisotrope stoffen, waardoor de spanningsbeoordeling een inspectieconfiguratie vereist die geschikt is voor de gekozen kristallografische richting.

Een polaroscoop of een cross-polarizer-installatie kan opstressgerelateerde optische patronen onthullen.

Het inspectiesysteem moet de volgende bepalingen omschrijven:

• lichtgolflengte;
• oriëntatie van de polarisator;
• Boule-oriëntatie;
• optische padlengte;
• Geometrie van de beeldvorming;
• Acceptatie standaard.

Qualitatieve polarisatieluchtinspectie is nuttig voor screening, maar kwantitatieve spanningsbeoordeling kan kalibreerde foto-elastische metingen, Raman spectroscopie of andere gespecialiseerde technieken vereisen..

Grens van de korrel met lage hoek

Een bol die bedoeld is om een enkel kristal te zijn, kan naburige gebieden bevatten met een kleine kristallografische misoriëntatie.

Ze kunnen moeilijk te identificeren zijn met een gewoon visuele inspectie, maar kunnen gevolgen hebben voor:

• Eenvormige oriëntatie;
• Mechanische sterkte;
• platte wafers;
• Polijstgedrag;
• Epitaxiale uniformiteit;
• De apparaat geeft uit.

X-ray topografie, oriëntatie-kaarten of etseringsmethoden kunnen helpen bij het opsporen van deze grenzen.

Als een laaghoekgrens de geplande kern overschrijdt, kunnen wafers die uit dat gebied zijn gesneden, verschillende kristallenoriëntatie op een enkel oppervlak vertonen.Dergelijke wafers kunnen niet geschikt zijn voor veeleisende epitaxiale toepassingen, zelfs wanneer ze optisch helder lijken.

Verplaatsingen en kristalkwaliteit

Verplasingen zijn lijndefecten in het kristallenrooster. Hun dichtheid en verdeling zijn afhankelijk van de groeiomstandigheden van het kristal, de thermische spanning en de groeimethode.

Verplaatsingen kunnen gevolgen hebben voor:

• Mechanische sterkte;
• de dichtheid van de oetgaten;
• optische kwaliteit;
• oppervlaktevoorbereiding;
• Epitaxiale film gedrag.

Onder de inspectiemethoden kunnen worden verstaan:

• röntgentopografie;
• selectief chemisch etsen;
• meting van de dichtheid van de etch-pit;
• optische microscopie;
• Synchrotron- of laboratorium-röntgenbeeldvorming.

Optische ramen, LED-substraten en onderzoekswafers kunnen verschillende aanvaardingscriteria hebben.

Dimensionele inspectie van de boule

Voordat de opbrengst wordt berekend, moeten de fysieke afmetingen van de bolen nauwkeurig worden gemeten.

Belangrijke afmetingen zijn:

• maximale en minimale diameter;
• totale lengte;
• een rechte bruikbare lengte;
• Taper;
• ronde vorm;
• Onregelmatigheden op het oppervlak;
• Uitzondering van de beginnende fase;
• uitsluiting van het achterste gedeelte;
• Diepte van randdefect.

Grote nominale bol afmetingen kunnen misleidend zijn als een aanzienlijke buitenzone moet worden verwijderd om aan de beoogde kerndiameter te voldoen.

Een diameterkaart langs de lengte van de bol helpt om te bepalen waar een volgrote cilindrische kern kan worden gewonnen.

Het in kaart brengen van de boule voor het koren

Een praktische bolkaart combineert dimensionale, kristallografische en defectinformatie.

Elk defect kan worden geregistreerd met behulp van:

• Axialpositie;
• Radiële positie;
• omtrekpositie;
• Het type defect;
• Defectgrootte;
• inspectiemethode;
• Vertrouwensniveau;
• Vereiste uitsluitingsmarge.

Deze kaart stelt ingenieurs in staat de kernlocatie en de snijrichting te kiezen die het bruikbare materiaal maximaliseren.

In sommige gevallen is het resultaat met de hoogste waarde niet één grote kern. Een bol met gelokaliseerde defecten kan meer waarde opleveren wanneer deze wordt verdeeld in verschillende kleinere kernen of optische componenten.

Berekening van de theoretische waferopbrengst

Een eenvoudig theoretisch aantal wafers kan worden geschat met behulp van:

Het is niet mogelijk om de waarde van de waarde te bepalen.

waar:

• In theoretischeis het theoretische aantal plakjes;
• Gebruikbaaris de bruikbare kernlengte;
• - Ik heb het nodig.is de aanvankelijke stukdikte;
• Ik heb het niet gedaan.is het materiaal dat tijdens elke snijpartij verloren gaat.

De aanvankelijke plakdikte moet voldoende ruimte bieden voor:

• Lapping;
• het slijpen;
• poleren;
• CMP;
• De definitieve dikte-tolerantie;
• Boog en warp correctie.

Deze formule geeft slechts een schatting van de planning en omvat geen breuken, randbuitenvallen, oriëntatieverwijzingen of oppervlakkige kwaliteitsverliezen.

Schatting van de bruikbare opbrengst

Een realistischer schatting kan als volgt worden uitgedrukt:

Yusable=Ycore×Yslice×Ylap×Ypolish×Yfinal inspectionY_\text{usable}= Y_\text{core} \times Y_\text{slice} \times Y_\text{lap} \times Y_\text{polish} \times Y_\text{final inspection}

Elke procesopbrengst moet gebaseerd zijn op de werkelijke productiegegevens voor de bolklasse, de waferdiameter, de oriëntatie en de vereiste specificatie.

De belangrijkste oorzaken van verlies van opbrengst

De gebruikbare opbrengst moet worden gemeten als het aantal wafers dat aan de definitieve specificatie voldoet, niet alleen het aantal geproduceerde plakjes.

Voorbeeld van opbrengstplanning

Veronderstel dat een saffierkern een gemeten bruikbare lengte heeft van 120 mm na aftrek van de zaad-, staart- en defectgebieden.

Als de geplande dikte van het gesneden materiaal 0,75 mm bedraagt en het effectieve snijverlies 0,20 mm bedraagt, is de theoretische output:

Het is een theoretische=1200.75+0.20≈126N_\text{theoretical}= \frac{120}{0.75+0.20} \approx126

Indien de gecombineerde afzet stroomafwaarts 85% bedraagt, wordt het geschatte aantal aanvaardbare wafers ongeveer:

126 × 0,85≈107126 \ tijden 0,85 \ ongeveer 107

Dit is slechts een illustratieve berekening: de werkelijke afmeting, de verwerkingsmogelijkheid en de opbrengst downstream zijn afhankelijk van de snijapparatuur, de waferdiameter, de kristallenoriëntatie en de definitieve specificatie.

Inspectiemethoden en hun rol

Een betrouwbaar inspectieplan combineert complementaire methoden.

Aanbevolen boule-inspectie-workflow

Stap 1: Herziening van de traceerbaarheid

Bevestig:

• groeipartij;
• Groeimethode;
• batch van grondstoffen;
• Overnage;
• Verliesgeschiedenis;
• georiënteerd op zaden;
• Eerdere inspectiegegevens.

Stap 2: Maak de boule schoon

Verwijder oppervlakteverontreiniging die kan worden verward met een interne insluiting of scheur.

Stap 3: Meet de externe geometrie

Registratie van de lengte, de diameter, de conische en zichtbare oppervlaktefouten.

Stap 4: Bevestig de aanpak

Meten van de kristallografische richting op meerdere plaatsen en bepalen van het beoogde snijvlak.

Stap 5: Controleer interne gebreken

Gebruik overgedragen licht, beeldvorming met donker veld of laserverspreiding om bubbels en insluitingen in kaart te brengen.

Stap 6: Beoordeel stress

Controleer de bol onder gecontroleerde omstandigheden van gepolariseerd licht en identificeer gebieden met een hoge spanning.

Stap 7: Controleer de kristalcontinuïteit

Gebruik röntgenmethoden wanneer de toepassing de controle van de korrelgrenzen, de uniformiteit van de oriëntatie of de ontwrichtingsstructuur vereist.

Stap 8: Maak de snijkaart

Merk de kernpositie, uitgesloten gebieden, oriëntatierichting en snijvolgorde.

Stap 9: Schatting van de opbrengst

Bereken theoretische delen, en pas dan historische procesopbrengstfactoren toe.

Wat moet worden opgenomen in een inspectieverslag voor saffierboule

Een volledig verslag moet de volgende gegevens bevatten:

• Boule-identificatienummer;
• Groeimethode;
• Nominale kristaloriëntatie;
• gemeten oriëntatie en tolerantie;
• Boule afmetingen;
• Bubbel- en inclusie kaart;
• Krakenkaart;
• beelden van inspanningsinspecties;
• Bevindingen op de korrelgrens;
• kernopstelling;
• Uitzondering van de eerste en de laatste categorie;
• Geschatte bruikbare lengte;
• de geplande diameter van de wafer;
• Geschatte theoretische aantal plakjes;
• geraamde eindgebruikbare opbrengst;
• inspectieapparatuur en detectiegrenzen;
• Inspecteur en datum van inspectie.

De afbeeldingen moeten plaatsverwijzingen bevatten, zodat elk defect tijdens het koren of snijden opnieuw kan worden gevonden.

Aankoopcontrolelist

Bij aankoop van een saffierbol of aanvraag van de bewerking van wafers:

• vereiste groeimethode, indien van toepassing;
• de oriëntatie van het doelplaatje;
• afkoppelingshoek en -richting;