炭化ケイ素 (SiC) 基板は、高温、高電圧、放射線に耐えるパワー デバイス、RF デバイス、および検出デバイスを作成するために使用できます。これらは家庭用電化製品、新エネルギー自動車、鉄道輸送、その他の分野で広範な用途が見出され、幅広い用途の見通しと重要な戦略的重要性をもたらします。単結晶 SiC ウェーハの製造プロセスには、主にインゴットの引上げ、インゴットのスライス、およびその他のプロセス ステップが含まれ、一定の厚さの高品質の SiC ウェーハを得ることが目的です。-
しかし、SiC は硬度が非常に高く、脆く、化学的安定性に優れているため、加工が困難です。その結果、SiC 切断技術が現在の研究のホットスポットとなっています。現在、単結晶 SiC ウェーハの主な切断方法には、ダイヤモンド丸鋸ブレード切断、ワイヤ放電加工 (WEDM)、ワイヤソー切断、レーザ熱応力制御破壊切断 (レーザ熱クラッキング)、レーザ ステルス ダイシングなどがあります。-
ブレードダイシング（鋸切断）
ブレード ダイシングでは、高精度のダイシング ソーを使用してウェーハを切断します。{0}サンプルは青いフィルムに貼り付けられ、高速回転するダイヤモンド工具が SiC サンプルに対して研磨されます。-機械的応力により材料に脆性破壊が引き起こされ、分離が起こります。切削中、工具は軸方向の送り圧力が加えられた状態で非常に高速 (通常 30,000 ～ 50,000 rpm) で回転します。この工具は通常、ダイヤモンド砥粒と結合マトリックスで構成され、表面はミクロンサイズのダイヤモンド粒子で覆われています。これらの粒子は、SiC 表面と接触すると非常に高い局所応力を発生させ、材料内部に微小亀裂を引き起こします。ツールが前進し続けると、これらの微小亀裂は特定の結晶面に沿って伝播して相互接続し、最終的には巨視的な亀裂を形成して切断を完了します。切削品質は多くの要因に影響されます。ツールの回転速度、送り速度、クーラントの使用量はすべて、ダイシングの結果に大きく影響します。
ウォータージェット切断
ウォータージェット切断は、高圧ウォータージェットによる加工方法です。水は超高圧に加圧され、小さなオリフィス ノズルを通過して高速ジェットを形成し、材料を切断します。この技術は、純ウォータージェット切断と研磨ウォータージェット切断に分類できます。研磨ウォータージェット切断では、研磨粒子 (ガーネットや酸化アルミニウムなど) をウォーター ジェットに混合し、硬い材料を加工する能力を大幅に高めます。
ウォータージェット切断には注目すべき利点があります。その冷間加工の性質により、熱の影響を受けるゾーンが回避され、熱に弱い材料に適しています。複雑な形状を切断するための高い柔軟性を提供します。無公害で低騒音です。ただし、ウォータージェット切断には限界もあります。比較的遅い切断速度、高額な初期設備投資、SiC などの超硬材料を加工する際の効率の制限、脆性亀裂を引き起こす傾向があります。
ウォータージェットガイドによるレーザー切断
ウォータージェットガイドレーザー切断の原理は、レーザービームの伝達媒体としてウォータージェットを使用することです。ウォータージェットは材料表面に対して垂直に向けられます。レーザービームがウォータージェット内を透過すると、エアジェット界面で全反射が発生します。複数回の反射の後、レーザーのエネルギー分布はワークピースの表面に作用する前にガウス分布からフラットトップ プロファイルに変化します。
ウォータージェット誘導レーザー切断により、レーザーの熱影響が効果的に軽減されます。ただし、この技術にはマイクロ ウォーター ジェットの導入が必要であり、装置の複雑さとコストが増加します。さらに、レーザーとマイクロウォータージェットの間の安定した結合を達成することが難しく、安定した動作時間が短く、メンテナンスコストが高く、操作が難しく、実用性が制限されています。実用性が低く、処理効率も低いため、この方法はウェーハのダイシングに広く採用される可能性は低いです。
レーザーアブレーション切断
レーザーアブレーション切断の動作原理は、レーザービームの焦点を材料の表面に集中させることです。この材料はレーザーエネルギーを吸収し、結晶格子内の原子の強制振動を引き起こし、熱運動を加速して熱を発生します。入力エネルギーが材料のアブレーション閾値を超えると、材料は溶融および蒸発し、それによって除去されます。現在、レーザーアブレーション切断の最大スキャン速度は 1000 mm/s に達し、高い処理速度を実現します。ただし、この方法でも材料の除去に依存しているため、レーザーでスキャンした領域の材料を完全に蒸発させる必要があります。過剰な熱入力は、多くの場合、大きな熱影響部、熱亀裂、その他の熱損傷を引き起こし、切断品質を低下させます。
レーザーステルスダイシング
レーザーステルスダイシングは、光学集光システムを介して特定の波長の半透明レーザービームをウェーハ内の正確な位置に集光し、改質層を形成することに基づいています。この技術には、改質層の形成とチップ分離という 2 つの重要なステップが含まれます。レーザーダイシング段階では、加工される材料の物理的特性に応じてレーザー波長が選択されます。プロセスパラメータを最適化することにより、ウェーハ内部に改質層が作成されます。改質層の形成には、ウェーハの表裏面に向かって伸びる微小亀裂が伴います。特定の厚さのウェーハの場合、レーザーの焦点は複数の深さをスキャンするように調整され、改質された層が相互接続して完全なネットワークを形成できるようになります。レーザー形成された改質層が作成された後、機械的な力を使用してウェーハを分離する必要があります。通常、ローラープレスまたはローラーストレッチを適用して、改質層からウェーハの厚さ全体に微小亀裂を伝播させ、完全なチップ分離を達成します。機械的分離ステップでは、材料の欠けを防ぐために、改質層の均一性と亀裂の制御が重要です。