Sp.: Hverjar eru helstu tæknilegar aðferðir sem notaðar eru við sneiðingu og vinnslu á SiC-skífum?
A:Kísilkarbíð (SiC) hefur næst hörku á eftir demanti og er talið mjög hart og brothætt efni. Sneiðingarferlið, sem felur í sér að skera ræktaða kristalla í þunnar skífur, er tímafrekt og viðkvæmt fyrir flísun. Sem fyrsta skref íSiCVið einkristallavinnslu hefur gæði sneiðingarinnar veruleg áhrif á síðari slípun, fægingu og þynningu. Sneiðing veldur oft sprungum á yfirborði og undir yfirborði, sem eykur brothraða á skífum og framleiðslukostnað. Þess vegna er mikilvægt að stjórna sprunguskemmdum á yfirborði við sneiðingu til að efla framleiðslu á SiC-tækjum.
Núverandi aðferðir til að sneiða SiC eru meðal annars sneiðing með föstum slípiefnum, sneiðing með frjálsum slípiefnum, leysigeislaskurður, lagflutningur (kaldskilnaður) og rafmagnsútskriftarskurður. Meðal þessara er fram- og afturvirk fjölvíra sneiðing með föstum demantsslípiefnum algengasta aðferðin til að vinna úr SiC einkristalla. Hins vegar, þegar stærðir stálstöngva ná 8 tommur og stærri, verður hefðbundin vírsögun minna hagnýt vegna mikillar kröfu um búnað, kostnaðar og lítillar skilvirkni. Brýn þörf er á lággjalda-, lágt-tap- og mjög skilvirkri sneiðingartækni.
Sp.: Hverjir eru kostir þess að skera með leysigeisla umfram hefðbundna fjölvíra skurð?
A: Hefðbundin vírsög skerSiC-stöngeftir ákveðinni átt í sneiðar sem eru nokkur hundruð míkrómetrar þykkar. Sneiðarnar eru síðan slípaðar með demantsslípi til að fjarlægja sagför og skemmdir undir yfirborðinu, síðan efnafræðilega slípaðar (CMP) til að ná heildarfjölfráviki og að lokum hreinsaðar til að fá SiC-skífur.
Hins vegar, vegna mikillar hörku og brothættni SiC, geta þessi skref auðveldlega valdið aflögun, sprungum, aukinni brothraða, hærri framleiðslukostnaði og leitt til mikillar yfirborðsgrófleika og mengunar (ryk, frárennslisvatn o.s.frv.). Að auki er vírsögun hæg og hefur lága afköst. Áætlanir sýna að hefðbundin fjölvíra sneiðing nær aðeins um 50% efnisnýtingu og allt að 75% af efninu tapast eftir fægingu og slípun. Snemmbúnar erlendar framleiðslugögn bentu til þess að það gæti tekið um það bil 273 daga af samfelldri 24 klukkustunda framleiðslu að framleiða 10.000 skífur - mjög tímafrekt.
Innanlands einbeita mörg fyrirtæki sem sérhæfa sig í ræktun SiC-kristalla sér að því að auka afkastagetu ofna. Hins vegar, í stað þess að auka aðeins framleiðsluna, er mikilvægara að íhuga hvernig hægt er að draga úr tapi - sérstaklega þegar uppskera kristalla er ekki enn sem best.
Leysibúnaður getur dregið verulega úr efnistapi og aukið afköst. Til dæmis, með því að nota eina 20 mmSiC-stöngVírsögun getur gefið um 30 skífur með þykkt upp á 350 μm. Leysiskurður getur gefið meira en 50 skífur. Ef þykkt skífunnar er minnkuð niður í 200 μm er hægt að framleiða meira en 80 skífur úr sama stálstönginni. Þó að vírsögun sé mikið notuð fyrir skífur sem eru 6 tommur og minni, getur það tekið 10–15 daga að skera 8 tommu SiC stálstöng með hefðbundnum aðferðum, sem krefst hágæða búnaðar og hefur í för með sér mikinn kostnað með litla skilvirkni. Við þessar aðstæður verða kostir leysiskurðar ljósir, sem gerir hana að meginstraums framtíðartækni fyrir 8 tommu skífur.
Með leysiskurði getur sneiðingartíminn á hverja 8 tommu skífu verið undir 20 mínútum og efnistapið á hverja skífu er undir 60 μm.
Í stuttu máli, samanborið við fjölvíra skurð, býður leysirskurður upp á meiri hraða, betri afköst, minna efnistap og hreinni vinnslu.
Sp.: Hverjar eru helstu tæknilegu áskoranirnar í SiC leysiskurði?
A: Leysiskurðarferlið felur í sér tvö meginskref: leysibreytingu og aðskilnað skífna.
Kjarninn í leysigeislabreytingum er geislamótun og breytubestun. Breytur eins og leysirstyrkur, punktþvermál og skönnunarhraði hafa allir áhrif á gæði efniseyðingar og árangur síðari aðskilnaðar á skífum. Rúmfræði breytta svæðisins ákvarðar yfirborðsgrófleika og erfiðleika við aðskilnað. Mikil yfirborðsgrófleiki flækir síðari slípun og eykur efnistap.
Eftir breytingu er aðskilnaður skífna yfirleitt náð með klippikrafti, svo sem köldbrotum eða vélrænum álagi. Sum heimiliskerfi nota ómskoðunarskynjara til að valda titringi við aðskilnað, en það getur valdið flísun og brúnagöllum, sem lækkar lokaafköstin.
Þó að þessi tvö skref séu ekki í eðli sínu erfið, þá hefur ósamræmi í gæðum kristalsins — vegna mismunandi vaxtarferla, efnablöndunar og innri spennudreifingar — veruleg áhrif á erfiðleika við sneiðingu, afköst og efnistap. Að bera kennsl á vandamálasvæði og aðlaga leysigeislaskönnunarsvæði bætir ekki endilega niðurstöðurnar verulega.
Lykillinn að útbreiddri notkun liggur í því að þróa nýstárlegar aðferðir og búnað sem geta aðlagað sig að fjölbreyttum kristallaeiginleikum frá ýmsum framleiðendum, hámarka ferlabreytur og smíða leysisneiðingarkerfi með alhliða notagildi.
Sp.: Er hægt að nota leysiskurðartækni á önnur hálfleiðaraefni en SiC?
A: Leysiskurðartækni hefur sögulega verið notuð á fjölbreytt efni. Í hálfleiðurum var hún upphaflega notuð til að skera niður skífur og hefur síðan breiðst út til að skera stóra, lausa kristalla.
Auk SiC er einnig hægt að nota leysigeislaskurð fyrir önnur hörð eða brothætt efni eins og demant, gallíumnítríð (GaN) og gallíumoxíð (Ga₂O₃). Forrannsóknir á þessum efnum hafa sýnt fram á hagkvæmni og kosti leysigeislaskurðar fyrir notkun í hálfleiðurum.
Sp.: Eru til þroskaðar vörur fyrir innlenda leysiskurðarvélar? Á hvaða stigi eru rannsóknir ykkar?
A: Stórþvermáls SiC leysigeislaskurðarbúnaður er almennt talinn vera kjarninn í framtíðinni fyrir 8 tommu SiC skífuframleiðslu. Eins og er er það aðeins Japan sem getur boðið upp á slík kerfi og þau eru dýr og háð útflutningstakmörkunum.
Áætlað er að innanlands eftirspurn eftir leysiskurðar-/þynningarkerfum sé um 1.000 einingar, byggt á framleiðsluáætlunum fyrir SiC og núverandi vírsaggetu. Stór innlend fyrirtæki hafa fjárfest mikið í þróun, en enginn fullþroskaður, viðskiptalega fáanlegur búnaður hefur enn náð iðnaðarnotkun.
Rannsóknarhópar hafa þróað sérhæfða leysigeislatækni frá árinu 2001 og hafa nú útvíkkað hana til að skera og þynna SiC með stórum þvermál með leysigeisla. Þeir hafa þróað frumgerðarkerfi og sneiðingarferli sem geta: Skerið og þynnt 4–6 tommu hálfeinangrandi SiC-flögurSneiðið 6–8 tommu leiðandi SiC-stöngurAfkastaviðmið: 6–8 tommu hálfeinangrandi SiC: sneiðingartími 10–15 mínútur/flögu; efnistap <30 μm6–8 tommu leiðandi SiC: sneiðingartími 14–20 mínútur/flögu; efnistap <60 μm
Áætluð skífuframleiðsla jókst um meira en 50%
Eftir sneiðingu uppfylla skífurnar landsstaðla um lögun eftir slípun og fægingu. Rannsóknir sýna einnig að leysigeislaáhrif hafa ekki marktæk áhrif á spennu eða lögun í skífunum.
Sami búnaður hefur einnig verið notaður til að staðfesta hagkvæmni þess að sneiða demant, GaN og Ga₂O₃ einkristalla.
Birtingartími: 23. maí 2025