Terwijl halfgeleiderapparaten blijven evolueren in de richting van dunnere wafers, kwetsbaardere structuren en een hogere integratiedichtheid, worden conventionele technologieën voor het in blokjes snijden van wafers steeds meer uitgedaagd. MEMS-apparaten, geheugenchips, vermogenshalfgeleiders en ultradunne pakketten vereisen een hogere chipsterkte, minimale vervuiling en superieure opbrengststabiliteit.

Stealth Dicing™-technologie introduceert een fundamenteel andere benadering van wafelscheiding. In tegenstelling tot blade dicing of oppervlaktelaserablatie, maakt Stealth Dicing gebruik van een intern lasermodificatieproces om gecontroleerde breuken in de wafer te initiëren. De wafel wordt vervolgens gescheiden door externe trekspanning uit te oefenen, waardoor oppervlakteschade, vuil en kerfverlies worden geëlimineerd.

Dit droge, contactloze proces biedt aanzienlijke voordelen op het gebied van opbrengst, sterkte, zuiverheid en verwerkingsefficiëntie, waardoor het een sleuteltechnologie is voor de productie van halfgeleiders van de volgende generatie.

1. Beperkingen van conventionele methoden voor het snijden van wafels

1.1 In blokjes snijden van messen

Bij het snijden van messen wordt gebruik gemaakt van een snel roterend diamantzaagblad om fysiek door de wafel te snijden. Hoewel deze mechanische benadering breed wordt toegepast in de industrie, brengt deze een aantal inherente uitdagingen met zich mee:

• Mechanische trillingen veroorzaken spanning op het apparaat

• Er is koelwater nodig, waardoor het besmettingsrisico toeneemt

• Afbrokkeling vindt plaats langs de snijranden

• Kerfverlies vermindert het bruikbare waferoppervlak

• Puin en deeltjes kunnen kwetsbare structuren beschadigen

• De opbrengst wordt beperkt door de randkwaliteit

• De verwerkingssnelheid wordt beperkt door slijtage van de messen

Voor geavanceerde MEMS-apparaten of ultradunne wafers worden deze problemen nog belangrijker.

1.2 Ablatielasersnijden

Laserablatie-in blokjes snijden focust een laserstraal op het wafeloppervlak om materiaal te smelten en te verdampen, waardoor groeven worden gevormd die de wafel scheiden.

Hoewel het mechanisch contact elimineert, introduceert het thermische effecten:

• Door hitte beïnvloede zone (HAZ) vermindert de materiaalsterkte

• Het smelten van het oppervlak kan metaallagen beschadigen

• Verspreide deeltjes vervuilen apparaten

• Er kunnen aanvullende beschermende coatingprocessen nodig zijn

• De spaansterkte wordt verminderd als gevolg van thermische spanning

• De doorvoer wordt beperkt door de materiaalverwijderingssnelheid

Naarmate de geometrie van apparaten kwetsbaarder wordt, brengen verwijderingsmethoden op basis van oppervlakken steeds meer risico's met zich mee.

2. Principe van Stealth Dicing™-technologie

Stealth Dicing werkt op een heel ander fysiek principe:interne modificatie in plaats van verwijdering van oppervlaktemateriaal.

Het proces bestaat uit twee hoofdfasen:

1. Laserbestralingsproces (SD-laagvorming)

2. Expansieproces (gecontroleerde scheiding)

2.1 Laserbestralingsproces – Vorming van de SD-laag

Een laserstraal met een golflengte die in staat is het wafelmateriaal te penetreren, wordt gefocusseerd in de wafel in plaats van op het oppervlak ervan.

Op het brandpunt wordt een gemodificeerde laag gecreëerd binnen de kristalstructuur. Dit intern gemodificeerde gebied wordt hetStealth Dicing-laag (SD-laag).

Belangrijkste kenmerken:

• Geen oppervlakte-ablatie

• Geen materiaalverwijdering

• Initiatie van interne microscheuren

• Gecontroleerde scheurvoortplanting langs geplande snijlijnen

Scheuren strekken zich uit vanaf de SD-laag naar zowel het boven- als het onderoppervlak. Door de laser langs het beoogde snijpad te scannen, wordt een continu intern breukvlak gevormd.

Voor dikke wafers of MEMS-apparaten kunnen meerdere SD-lagen langs de dikterichting worden gemaakt om volledige scheidingscontrole te garanderen.

2.2 Vier SD-laagmodi

Afhankelijk van de wafeldikte, de apparaatstructuur en de aanwezigheid van metaalfilms worden verschillende SD-laagconfiguraties gebruikt:

Door deze modi te selecteren en te combineren kunnen optimale verwerkingsomstandigheden worden bereikt voor verschillende halfgeleiderstructuren.

2.3 Expansieproces – door stress veroorzaakte scheiding

Na vorming van de SD-laag wordt de wafer op expansietape gemonteerd. De tape wordt radiaal naar buiten uitgerekt.

De uitgeoefende trekspanning zorgt ervoor dat de interne scheuren zich op natuurlijke wijze uitstrekken tot de wafeloppervlakken, waardoor individuele chips worden gescheiden.

Scheiding vindt plaats door gecontroleerde scheurvoortplanting in plaats van materiaalverwijdering.

Dit biedt verschillende voordelen:

• Geen mechanische impact op apparaten

• Geen thermische stress

• Geen chippen

• Geen puingeneratie

• Geen zaagverlies

3. Technische voordelen van Stealth Dicing™

Stealth Dicing lost fundamenteel de problemen op die gepaard gaan met het snijden van messen en ablatie.

3.1 Volledig droog proces

In tegenstelling tot het in blokjes snijden van messen is er geen koelwater nodig. Dit elimineert:

• Waterverontreiniging

• Herafzetting van deeltjes

• Droogprocessen

• Secundaire reinigingsstappen

Het proces is schoon en milieuvriendelijk.

3.2 Geen Kerf-verlies

Bij traditioneel snijden wordt materiaal verwijderd om een ​​snijstraat te creëren. Dit vermindert het bruikbare waferoppervlak.

Stealth Dicing vormt een intern breukvlak zonder materiaal te verwijderen, wat betekent:

• Maximaal wafelgebruik

• Hoger chipaantal per wafer

• Verbeterde kostenefficiëntie

3.3 Geen chippen en geen gevaar

Omdat er geen sprake is van oppervlakteslijpen of smelten:

• Geen randchips

• Geen door hitte beïnvloede zone

• Geen krachtverlies

• Superieure buigsterkte

Dit is vooral belangrijk voor ultradunne wafers van minder dan 50 μm.

3.4 Hogere spaanopbrengst

Door vuil, spanning en thermische schade te elimineren:

• De betrouwbaarheid van het apparaat verbetert

• De opbrengst neemt toe

• Breekbare MEMS-membraanstructuren blijven intact

• Metaal en beschermfolies blijven onaangetast

3.5 Verbeterde doorvoer

Geavanceerde optische systemen zoals Laser Beam Adjuster (LBA) verbeteren de straalvorming en doorvoer.

Bovendien maakt SDBG (Stealth Dicing Before Grinding) de verwerking van ultradunne apparaten mogelijk door de SD-laag te vormen voorafgaand aan het verdunnen.

Deze verbeteringen verbeteren de productiviteit bij de productie van grote volumes aanzienlijk.

4. Vergelijking van dobbelsteentechnologieën

5. Toepassingen

Stealth Dicing wordt veel gebruikt bij:

• MEMS-sensoren met kwetsbare membraanstructuren

• NAND- en DRAM-geheugenapparaten

• Vermogenshalfgeleiderapparaten

• CMOS-logische apparaten

• Optische apparaten

• Wafels met metaal of beschermende films

• Ultradunne pakketten (<50 μm)

De technologie is vooral voordelig voor hoogwaardige en structureel gevoelige apparaten.

6. Industrietrends en toekomstperspectieven

Terwijl de productie van halfgeleiders zich ontwikkelt in de richting van:

• Geavanceerde verpakking

• Chiplet-architecturen

• Integratie met hoge dichtheid

• Ultradunne matrijzenstapeling

• Materialen met brede bandafstand (SiC, GaN)

Schadevrije waferscheiding wordt steeds belangrijker.

Stealth Dicing wordt gepositioneerd als een sleuteltechnologie voor de verwerking van halfgeleiders van de volgende generatie.

Het droge proceskarakter ondersteunt ook milieuverantwoorde productie-initiatieven door het waterverbruik en de afvalproductie te verminderen.

Conclusie

Stealth Dicing™ vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in de technologie voor wafelscheiding.

Door mechanisch snijden en oppervlakte-ablatie te vervangen door interne lasermodificatie en spanningsgecontroleerde breuken, worden chippen, vuil, thermische schade en kerfverlies geëlimineerd.

Het resultaat is:

• Hogere spaansterkte

• Verbeterde opbrengst

• Schonere verwerking

• Betere geschiktheid voor ultradunne en kwetsbare apparaten

• Verbeterde productie-efficiëntie

Voor halfgeleiderfabrikanten die op zoek zijn naar hogere betrouwbaarheid, betere prestaties en verbeterde kostenefficiëntie, biedt Stealth Dicing een krachtige en toekomstbestendige oplossing.