Wafer Üretimi için Büyük Çaplı Silikon Kütüklerin Tel Kesme ile Karelenmesi ve Uçlarının Kesilmesi

Yarı iletken levha üretiminde dikkatin büyük kısmı dilimleme adımına gider — levha kalınlığı, TTV, yüzey kalitesi. Dilimleme başlamadan önce yapılan hazırlık kesimleri ise daha az dikkat çeker, fakat sonraki tüm süreçlerin şartlarını belirler.

Czochralski yöntemiyle büyütülen bir silikon kütük, kristal çekiciden hafif düzensiz yüzey profiline sahip bir silindir biçiminde, bir tohum ucu ve bir kuyruk ucu ile çıkar. Wafer’lara dilimlenmeden önce birkaç işlem gereklidir: tohum ve kuyruk kısımları kesilerek çıkarılır (uç kesimi), silindirik gövde sabit bir çapa taşlanır ve kütük, kristalografik yönlenmeyi tanımlamak için ya karelenir ya da referans yüzeyleri açılır. Bunların hiçbiri, birkaç kilogram ağırlığında 200mm veya 300mm çapında bir kütükte basit işlemler değildir. Bu işlemleri gerçekleştiren ekipmanın, uygulanan kesme kuvvetleri altında pozisyonunu koruyacak kadar rijit ve üretilen referans kesimlerin sonraki tüm dilimlere hata taşımayacak kadar hassas olması gerekir.

Bu projede devam eden bir levha üretim programı kapsamında büyük çaplı monokristal silikon kütüklerin karelenmesi ve ucunun kesilmesi işlemleri gerçekleştirildi. Kütükler yaklaşık 200mm çapa sahipti — bu iş parçası boyutunda tek geçişte uygulanan kesme kuvvetleri oldukça büyüktür ve yük altındaki sapma direkt olarak kesik yüzeyde boyutsal hataya yol açar.

200mm çapında bir kareleme kesimi, yoğun monokristal silikon içinde uzun bir hat boyunca ilerler. Kesme kuvveti kesit boyunca sabit değildir — kesme derinliğine ve telin, kütük geometrisine göre konumuna bağlı olarak değişir. Yük altındaki değişken kuvvetlere karşı sapan ekipman, bir ucu düz diğer ucu eğri olan bir kesik yüzeye sebep olur. Kütükte eğimli bir referans yüzü, vücut boyunca alınan her dilime taşınan sistematik bir yönleme hatası oluşturur ve bu, ilave malzeme çıkarılmadan düzeltilmez.

Bir silikon kütükteki düz veya yönlenme kesimi sadece bir kolaylık değildir — dilimleme makinesinin kütüğü kesim programı için hizalayacağı referanstır. Referans yüzey tolerans dışı bir düzlemde kalırsa, serideki her wafer’da sistematik bir yönleme sapması olur. Kütük başına birkaç yüz wafer’lık üretimde, referans kesimdeki küçük bir açısal hata bile tüm seride önemli bir verim kaybına yol açar.

Bir silikon kütüğün tohum ve kuyruk bölümleri wafer üretimi için kullanılamaz ve çıkarılmalıdır. Uç kesme pozisyonu önemlidir: fazla korumacı kesimle kullanılmaz bölgeyi gövdede bırakmak veya fazla agresif kesimle üretim kalitesinde kristal çıkarmak mümkündür. Büyük çaplı kütüklerde düşük kaliteli kristal ile üretim kalitesindeki kristalin geçişi belirli bir uzunlukta olur ve doğru uç kesim pozisyonu direkt verim değişkenidir.

Bu projede hem kareleme hem de uç kesimi işlemleri için elmas tel kesme yöntemi seçilmiştir. Gerekçe açıktır: tel kesme, kesme kuvvetini bir noktada değil, tel temas uzunluğu boyunca sürekli olarak uygular ve doğru yapılandırılmış bir portal tel kesme makinasının sistem rijitliği, büyük çaplı bir kütüğün tüm genişliğinde bir geçişte yüzey düzlüğünü koruyacak seviyededir.

Kareleme kesimleri için CNC programı referans düzlem geometrisini tanımladı ve tel, kütüğe bu tanımlı pozisyondan iletildi. Portal yapının rijitliği, tel yolunu tüm kesim genişliği boyunca tutarlı kılarak — yakın yüzeydeki ile uzak yüzeydeki pozisyonun aynı olmasını sağladı. Referans yüzeylerin düzlüğü, kesim sonrası kontrol edilmiş ve sonraki dilimleme makinesi hizalaması için gerekli tolerans içinde kalmıştır.

Uç kesimleri için, kesim pozisyonu, kütük boyunca alınan direnç ve kristal kalitesi ölçümlerinden elde edilen karakterizasyon verisine göre belirlendi. Elmas tel kesme makinası, belirlenen pozisyonlarda kesimleri, karakterizasyon verisine uygun boyutsal hassasiyette, ek bir yüzey işleme ihtiyacı olmadan gerçekleştirdi.

Alternatif yöntemlerle karşılaştırmalı bir not: aşındırıcı şerit testereler ve ID testereler genellikle kütük ucu kesiminde kullanılır. Daha küçük çaplı kütüklerde kesik yüzey kalitesi açısından aradaki fark minimumdur. 200mm ve üzeri kütüklerde, tel testerenin şerit testerelere göre rijitlik üstünlüğü belirleyicidir — büyük kesitlerde şerit testere bıçağının sapması, yukarıda açıklanan yönleme sorunlarına yol açan eğimli yüzeyler üretir.

Kareleme ve uç kesimi işlemleri, program kapsamındaki kütük serisinin tamamında gerçekleştirildi. Öne çıkan bazı noktalar:

Tüm işlenen kütüklerde referans yüzey düzlüğü, sonraki dilimleme makinesi hizalaması için belirlenen spesifikasyon dahilinde kaldı. Hiçbir kütükte, dilimleme programına alınmadan önce referans yüzeylerinde ek yüzey işleme gereksinimi olmadı — tel kesmeden çıkan yüzeyler doğrudan kullanıldı.

Uç kesim pozisyonları, karakterizasyon verisinden belirlenen noktalara göre korundu. Her kütükten elde edilen kullanılabilir gövde malzeme miktarı, karakterizasyonun öngördüğüyle tutarlı çıktı — fazla kesimle üretim kalitesindeki kristalde kayıp olmadı ve kullanılmaz malzeme, dilimleme programına aktarılmadı.

Programda kurulan proses tekrarlanabilirdi: Aynı kesme parametreleri, aynı malzeme ve çapta sonraki üretimlerde de hiçbir yeni onaya gerek kalmaksızın aynı referans yüzey kalitesinde sonuç verdi. Haftada çoklu kütük işlenen bir üretim programında, bu tekrarlanabilirlik, tek bir kesimin kalitesi kadar kritiktir.

Kütük karakterizasyon verileri, spesifik uç kesim pozisyonları ve üretim hacimleri her programa özgü olup gizlilikle ele alınmaktadır. Burada açıklanan bu işlem sınıfına yönelik teknik yaklaşım ve performans karakteristikleridir.

Büyük çapta kütüklerde tel ile kareleme ve uç kesimi, alternatif yöntemlerin yukarıda anlatılan düzlük ve yönlenme sorunlarını üretmeye başladığı noktada en verimli çözümdür — kareleme için yaklaşık 150mm ve üzeri çaplar, ya da kesik yüzey kalitesinin sonraki hizalamayı etkilediği durumlar. Böyle bir ölçekte kütük işliyorsanız, Dinosaw Machine ile doğrudan iletişime geçmeniz faydalı olacaktır.

Kütük çapı, malzeme türü ve üretim akışınızdaki ön işlem operasyonları ile iletişime geçin.