ש: מהן הטכנולוגיות העיקריות המשמשות בחיתוך ועיבוד פרוסות SiC?
A:סיליקון קרביד (SiC) בעל קשיות שנייה רק ליהלום והוא נחשב לחומר קשה ושביר ביותר. תהליך החיתוך, הכולל חיתוך גבישים גדולים לפלים דקים, גוזל זמן ונוטה להתקלף. כצעד הראשון ב...סיליקה קרבידבעיבוד גביש יחיד, איכות החיתוך משפיעה באופן משמעותי על השחזה, הליטוש והדילול שלאחר מכן. חיתוך לעיתים קרובות גורם לסדקים על פני השטח ובתת-השטח, מה שמגדיל את שיעורי שבירת פרוסות סיליקון ואת עלויות הייצור. לכן, שליטה על נזקי סדקים על פני השטח במהלך החיתוך היא קריטית לקידום ייצור התקני SiC.
שיטות חיתוך SiC המדווחות כיום כוללות חיתוך בחומרי שיוף קבועים, חיתוך חופשיים, חיתוך בלייזר, העברת שכבות (הפרדה קרה) וחיתוך בפריקה חשמלית. מבין אלה, חיתוך רב-חוטי הדדי עם חומרי שיוף יהלום קבועים היא השיטה הנפוצה ביותר לעיבוד גבישים יחידים של SiC. עם זאת, ככל שגדלי המטילים מגיעים ל-8 אינץ' ומעלה, ניסור תיל מסורתי הופך פחות פרקטי עקב דרישות גבוהות לציוד, עלויות ויעילות נמוכה. קיים צורך דחוף בטכנולוגיות חיתוך בעלות עלות נמוכה, הפסדים נמוכים ויעילות גבוהה.
ש: מהם היתרונות של חיתוך בלייזר על פני חיתוך רב-חוטי מסורתי?
א: ניסור תיל מסורתי חותך אתמטיל SiCלאורך כיוון מסוים לפרוסות בעובי של כמה מאות מיקרון. לאחר מכן הפרוסות מושחזות באמצעות תרחיף יהלום כדי להסיר סימני ניסור ונזקים מתחת לפני השטח, ולאחר מכן ליטוש כימי מכני (CMP) כדי להשיג פלנריזציה גלובלית, ולבסוף ניקוי כדי לקבל פרוסות SiC.
עם זאת, בשל קשיותו ושבירותו הגבוהות של ה-SiC, שלבים אלה עלולים בקלות לגרום לעיוות, סדקים, שיעורי שבירה מוגברים, עלויות ייצור גבוהות יותר, ולגרום לחספוס פני השטח גבוהים וזיהום (אבק, מי שפכים וכו'). בנוסף, ניסור תיל הוא איטי ובעל תפוקה נמוכה. הערכות מראות כי חיתוך רב-תיל מסורתי משיג רק כ-50% ניצול החומר, ועד 75% מהחומר אובד לאחר ליטוש והשחזה. נתוני ייצור מוקדמים מחו"ל הצביעו על כך שייתכן שייקח כ-273 ימים של ייצור רציף של 24 שעות כדי לייצר 10,000 ופלים - תהליך גוזל זמן רב מאוד.
מבחינה מקומית, חברות רבות לגידול גבישים של SiC מתמקדות בהגדלת קיבולת הכבשן. עם זאת, במקום רק להרחיב את התפוקה, חשוב יותר לשקול כיצד להפחית הפסדים - במיוחד כאשר תפוקות גידול הגבישים עדיין אינן אופטימליות.
ציוד חיתוך בלייזר יכול להפחית משמעותית את אובדן החומר ולשפר את התפוקה. לדוגמה, שימוש בלייזר יחיד בקוטר 20 מ"ממטיל SiCניסור תיל יכול להניב כ-30 ופלים בעובי של 350 מיקרון. חיתוך בלייזר יכול להניב יותר מ-50 ופלים. אם עובי הופלה מצטמצם ל-200 מיקרון, ניתן לייצר יותר מ-80 ופלים מאותו מטיל. בעוד שניסור תיל נמצא בשימוש נרחב עבור ופלים בגודל 6 אינץ' ומטה, חיתוך מטיל SiC בגודל 8 אינץ' עשוי להימשך 10-15 ימים בשיטות מסורתיות, דבר הדורש ציוד מתקדם וכרוך בעלויות גבוהות ויעילות נמוכה. בתנאים אלה, יתרונות חיתוך הלייזר מתבהרים, מה שהופך אותו לטכנולוגיית העתיד המרכזית עבור ופלים בגודל 8 אינץ'.
עם חיתוך בלייזר, זמן החיתוך לכל פרוסה בגודל 8 אינץ' יכול להיות פחות מ-20 דקות, עם אובדן חומר לכל פרוסה של פחות מ-60 מיקרון.
לסיכום, בהשוואה לחיתוך רב-חוטי, חיתוך בלייזר מציע מהירות גבוהה יותר, תפוקה טובה יותר, אובדן חומר נמוך יותר ועיבוד נקי יותר.
ש: מהם האתגרים הטכניים העיקריים בחיתוך לייזר SiC?
א: תהליך חיתוך הלייזר כולל שני שלבים עיקריים: שינוי לייזר והפרדת פרוסות סיליקון.
ליבת שינוי הלייזר היא עיצוב הקרן ואופטימיזציה של פרמטרים. פרמטרים כמו עוצמת הלייזר, קוטר הנקודה ומהירות הסריקה משפיעים כולם על איכות אבלציה של החומר ועל הצלחת הפרדת הוופלים לאחר מכן. הגיאומטריה של האזור המותאם קובעת את חספוס פני השטח ואת קושי ההפרדה. חספוס פני השטח גבוה מסבך את השחיקה המאוחרת ומגביר את אובדן החומר.
לאחר השינוי, הפרדת פרוסות סיליקון מושגת בדרך כלל באמצעות כוחות גזירה, כגון שבר קר או מאמץ מכני. חלק מהמערכות הביתיות משתמשות במתמרים אולטרסאונד כדי לגרום לרעידות לצורך ההפרדה, אך זה יכול לגרום לסדקים ופגמים בקצוות, ולהוריד את התפוקה הסופית.
בעוד ששני שלבים אלה אינם קשים מטבעם, חוסר עקביות באיכות הגביש - עקב תהליכי גידול שונים, רמות סימום והתפלגות מתח פנימית - משפיעים באופן משמעותי על קושי החיתוך, התשואה ואובדן החומר. זיהוי אזורים בעייתיים בלבד והתאמת אזורי סריקת לייזר עשויים לא לשפר את התוצאות באופן משמעותי.
המפתח לאימוץ נרחב טמון בפיתוח שיטות וציוד חדשניים שיכולים להסתגל למגוון רחב של איכויות גביש מיצרנים שונים, אופטימיזציה של פרמטרי התהליך ובניית מערכות חיתוך לייזר בעלות תחולה אוניברסלית.
ש: האם ניתן ליישם את טכנולוגיית חיתוך הלייזר על חומרי מוליכים למחצה אחרים מלבד SiC?
א: טכנולוגיית חיתוך לייזר יושמה באופן היסטורי על מגוון רחב של חומרים. במוליכים למחצה, היא שימשה בתחילה לחיתוך פרוסות ופלים ומאז התרחבה לחיתוך גבישים בודדים גדולים.
מעבר ל-SiC, ניתן להשתמש בחיתוך בלייזר גם עבור חומרים קשים או שבירים אחרים כגון יהלום, גליום ניטריד (GaN) ותחמוצת גליום (Ga₂O₃). מחקרים ראשוניים על חומרים אלה הדגימו את ההיתכנות והיתרונות של חיתוך בלייזר עבור יישומי מוליכים למחצה.
ש: האם קיימים כיום מוצרים ביתיים בוגרים לחיתוך בלייזר? באיזה שלב נמצא המחקר שלכם?
א: ציוד חיתוך לייזר SiC בקוטר גדול נחשב באופן נרחב לציוד ליבה לעתיד ייצור פרוסות SiC בגודל 8 אינץ'. נכון לעכשיו, רק יפן יכולה לספק מערכות כאלה, והן יקרות וכפופות למגבלות יצוא.
הביקוש המקומי למערכות חיתוך/דילול בלייזר מוערך בכ-1,000 יחידות, בהתבסס על תוכניות ייצור SiC ויכולת חיתוך תיל קיימת. חברות מקומיות גדולות השקיעו רבות בפיתוח, אך עדיין לא הגיע ציוד ביתי בוגר וזמין מסחרית לפריסה תעשייתית.
קבוצות מחקר פיתחו טכנולוגיית לייזר קניינית להרמה מאז 2001 וכעת הרחיבו אותה לחיתוך ודילול בלייזר SiC בקוטר גדול. הם פיתחו מערכת אב טיפוס ותהליכי חיתוך המסוגלים: חיתוך ודילול פרוסות SiC מבודדות למחצה בגודל 4-6 אינץ' חיתוך מטילי SiC מוליכים בגודל 6-8 אינץ' מדדי ביצועים: SiC מבודד למחצה בגודל 6-8 אינץ': זמן חיתוך 10-15 דקות/פרוסה; אובדן חומר <30 מיקרומטר SiC מוליך בגודל 6-8 אינץ': זמן חיתוך 14-20 דקות/פרוסה; אובדן חומר <60 מיקרומטר
תפוקת הוופלים המשוערת גדלה ביותר מ-50%
לאחר החיתוך, הוופלים עומדים בתקנים הלאומיים לגיאומטריה לאחר השחזה וליטוש. מחקרים מראים גם כי השפעות תרמיות המושרות על ידי לייזר אינן משפיעות באופן משמעותי על המאמץ או הגיאומטריה בוופלים.
אותו ציוד שימש גם לאימות היתכנות של חיתוך גבישים יחידים של יהלומים, GaN ו-Ga₂O₃.
זמן פרסום: 23 במאי 2025