ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวสำหรับการตัดเซมิคอนดักเตอร์

ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวสำหรับการตัดเซมิคอนดักเตอร์
1. คุณสมบัติพื้นฐานของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว (สูตรเคมี SiC) เป็นซิลิคอนคาร์ไบด์ชนิดที่มีความบริสุทธิ์สูง (โดยทั่วไป ≥99%) เมื่อเทียบกับซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีความแข็ง เปราะ และมีความบริสุทธิ์สูงกว่า

• ความแข็งสูงเป็นพิเศษ: ด้วยความแข็งระดับโมห์สประมาณ 9.5 จึงจัดเป็นรองเพียงเพชรและคิวบิกโบรอนไนไตรด์ (CBN) เท่านั้น ทำให้มีประสิทธิภาพในการตัดและเจียรวัสดุแข็งและเปราะ

• ความเปราะบางสูง: เมื่อพิจารณาด้วยกล้องจุลทรรศน์ อนุภาคของมันมีขอบคมและแตกหักง่ายเมื่อถูกแรงกด ซึ่งช่วยให้เกิดคมตัดใหม่ที่มีความคมอย่างต่อเนื่องในระหว่างกระบวนการตัด (หรือที่เรียกว่า “การลับคมด้วยตนเอง”) ช่วยรักษาประสิทธิภาพการตัดในระดับสูง

• การนำความร้อนสูง: ช่วยระบายความร้อนในระหว่างกระบวนการตัด ลดผลกระทบของความเครียดจากความร้อนต่อเวเฟอร์ซิลิกอน

•เสถียรภาพทางเคมี: ที่อุณหภูมิห้อง ไม่ทำปฏิกิริยากับกรดหรือด่าง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงกระบวนการตัดที่บริสุทธิ์ และป้องกันการปนเปื้อนของวัสดุซิลิโคน

2. เหตุใดจึงควรเลือกซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวสำหรับการตัดเซมิคอนดักเตอร์?
การตัดเซมิคอนดักเตอร์ โดยเฉพาะการหั่นแท่งซิลิคอน มีข้อกำหนดด้านวัสดุที่เข้มงวดมาก:

1. วัสดุตัดที่แข็งมาก: ถึงแม้ว่าแท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวจะเปราะ แต่ก็มีความแข็งมาก (ประมาณ 6.5 ตามมาตราโมห์ส) การตัดที่มีประสิทธิภาพจำเป็นต้องใช้สารกัดกร่อนที่แข็งกว่า

2. ข้อกำหนดด้านความแม่นยำและคุณภาพพื้นผิวที่สูงมาก: แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนที่หั่นต้องมีความบางมาก (เช่น 100-200μm) โดยมีความโค้งงอและโก่งน้อยที่สุด และมีชั้นความเสียหายที่ควบคุมได้ คมตัดที่คมกริบของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวช่วยให้สามารถตัดได้ละเอียด

3. ความคุ้มค่า: แม้ว่าเพชรจะเป็นวัสดุที่มีความแข็งกว่า แต่ก็มีราคาสูงกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวอย่างมาก สำหรับการตัดวัสดุซิลิคอน ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างความแข็ง ประสิทธิภาพ และต้นทุน

ด้วยเหตุนี้ซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวจึงกลายเป็นสารกัดกร่อนที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในเทคโนโลยีการตัดด้วยสารละลายแบบดั้งเดิม

3. การใช้งานเฉพาะ: การตัดด้วยสารละลายขัดถูแบบอิสระ
การใช้งานซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวแบบคลาสสิกและเคยเป็นที่นิยมมากที่สุดในการตัดเซมิคอนดักเตอร์คือการใช้เป็นสารกัดกร่อนแบบอิสระในกระบวนการตัดลวด เทคนิคนี้เรียกว่า “การตัดลวดด้วยสารละลาย”

หลักการทำงาน:

1. ลวดโลหะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงที่มีความละเอียดมากและละเอียดมาก (โดยปกติคือลวดเปียโน) จะถูกพันรอบล้อนำทางเพื่อสร้างโครงลวดที่มีความหนาแน่น

2. ผงไมโครคาร์ไบด์ซิลิกอนสีเขียว (ขนาดอนุภาคโดยทั่วไประหว่าง 5-20 μm) ผสมกับของเหลวสำหรับการตัด เช่น โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEG) เพื่อสร้างสารละลายที่มีความหนืด

3. สารละลายจะถูกสูบอย่างต่อเนื่องไปยังโครงลวดที่กำลังเคลื่อนที่

4. โครงลวดทำหน้าที่นำสารละลายเข้าสู่แท่งซิลิคอนที่กำลังป้อน

5. ภายใต้แรงกดดันมหาศาล อนุภาคผงซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียวที่ติดอยู่กับลวดเหล็กจะขูดและตัดแท่งซิลิกอน ทำหน้าที่เหมือน “ฟัน” เล็กๆ นับไม่ถ้วน โดยค่อยๆ สกัดวัสดุซิลิกอนออกไป สุดท้ายจะตัดแท่งซิลิกอนทั้งหมดออกเป็นชิ้นบางๆ หลายร้อยชิ้นพร้อมๆ กัน

4. วิวัฒนาการทางเทคโนโลยีปัจจุบัน: การเพิ่มขึ้นของการตัดลวดเพชรและความท้าทายของซิลิกอนคาร์ไบด์สีเขียว
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และโฟโตโวลตาอิกส์ได้ประสบกับการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีที่สำคัญ: การตัดลวดเพชร (DWS) กำลังมาแทนที่การตัดด้วยสารละลายแบบดั้งเดิมอย่างรวดเร็ว

•ข้อดี:

• ความเร็วในการตัดที่รวดเร็วเป็นพิเศษ: เร็วกว่าการตัดด้วยสารละลาย 3-5 เท่า ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมาก
• เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น: ไม่จำเป็นต้องใช้สารหล่อเย็น PEG และผง SiC ในปริมาณมาก จึงช่วยลดของเสีย