प्रश्न: SiC वेफर स्लाइसिंग और प्रसंस्करण में प्रयुक्त मुख्य प्रौद्योगिकियां क्या हैं?
A:सिलिकन कार्बाइड (SiC) की कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है और इसे अत्यधिक कठोर और भंगुर पदार्थ माना जाता है। स्लाइसिंग प्रक्रिया, जिसमें विकसित क्रिस्टल को पतले वेफर्स में काटना शामिल है, समय लेने वाली और टूटने की संभावना वाली होती है। पहले चरण के रूप में,सिकएकल क्रिस्टल प्रसंस्करण में, स्लाइसिंग की गुणवत्ता बाद की ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग और थिनिंग को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है। स्लाइसिंग से अक्सर सतह और उपसतह दरारें पड़ जाती हैं, जिससे वेफर टूटने की दर और उत्पादन लागत बढ़ जाती है। इसलिए, स्लाइसिंग के दौरान सतह की दरारों से होने वाले नुकसान को नियंत्रित करना SiC उपकरण निर्माण को आगे बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है।
वर्तमान में ज्ञात SiC स्लाइसिंग विधियों में स्थिर-अपघर्षक, मुक्त-अपघर्षक स्लाइसिंग, लेज़र कटिंग, परत स्थानांतरण (शीत पृथक्करण), और विद्युत डिस्चार्ज स्लाइसिंग शामिल हैं। इनमें से, स्थिर हीरा अपघर्षकों के साथ प्रत्यागामी बहु-तार स्लाइसिंग, SiC एकल क्रिस्टल के प्रसंस्करण के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि है। हालाँकि, जैसे-जैसे पिंडों का आकार 8 इंच और उससे अधिक होता जाता है, उच्च उपकरण आवश्यकताओं, लागत और कम दक्षता के कारण पारंपरिक तार काटने की विधि कम व्यावहारिक होती जाती है। कम लागत, कम हानि, उच्च दक्षता वाली स्लाइसिंग तकनीकों की तत्काल आवश्यकता है।
प्रश्न: पारंपरिक मल्टी-वायर कटिंग की तुलना में लेजर स्लाइसिंग के क्या फायदे हैं?
उत्तर: पारंपरिक तार काटने सेSiC पिंडएक विशिष्ट दिशा में कई सौ माइक्रोन मोटे टुकड़ों में काटा जाता है। फिर इन टुकड़ों को हीरे के घोल से घिसकर आरी के निशान और सतह के नीचे की क्षति को दूर किया जाता है, फिर वैश्विक समतलीकरण प्राप्त करने के लिए रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग (सीएमपी) की जाती है, और अंत में SiC वेफर्स प्राप्त करने के लिए उन्हें साफ किया जाता है।
हालाँकि, SiC की उच्च कठोरता और भंगुरता के कारण, इन चरणों से आसानी से विरूपण, दरारें, टूटने की दर में वृद्धि, उत्पादन लागत में वृद्धि हो सकती है, और परिणामस्वरूप सतह में उच्च खुरदरापन और संदूषण (धूल, अपशिष्ट जल, आदि) हो सकता है। इसके अतिरिक्त, तार काटने की प्रक्रिया धीमी होती है और इसकी उपज कम होती है। अनुमान बताते हैं कि पारंपरिक बहु-तार काटने से केवल लगभग 50% सामग्री का उपयोग होता है, और पॉलिशिंग और पीसने के बाद 75% तक सामग्री नष्ट हो जाती है। प्रारंभिक विदेशी उत्पादन आँकड़ों से संकेत मिलता है कि 10,000 वेफर्स बनाने के लिए लगभग 273 दिनों तक लगातार 24 घंटे उत्पादन करना पड़ सकता है—जो बहुत समय लेने वाला है।
घरेलू स्तर पर, कई SiC क्रिस्टल विकास कंपनियाँ फर्नेस क्षमता बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित कर रही हैं। हालाँकि, केवल उत्पादन बढ़ाने के बजाय, यह विचार करना ज़्यादा ज़रूरी है कि नुकसान कैसे कम किया जाए—खासकर तब जब क्रिस्टल विकास की पैदावार अभी इष्टतम न हो।
लेज़र स्लाइसिंग उपकरण सामग्री की हानि को काफ़ी कम कर सकते हैं और उपज में सुधार कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एक 20 मिमी लेज़र स्लाइसिंग उपकरण का उपयोग करकेSiC पिंडतार काटने से 350 माइक्रोमीटर मोटाई के लगभग 30 वेफ़र प्राप्त हो सकते हैं। लेज़र स्लाइसिंग से 50 से ज़्यादा वेफ़र प्राप्त हो सकते हैं। यदि वेफ़र की मोटाई 200 माइक्रोमीटर तक कम कर दी जाए, तो उसी पिंड से 80 से ज़्यादा वेफ़र बनाए जा सकते हैं। हालाँकि तार काटने का इस्तेमाल 6 इंच और उससे छोटे वेफ़र के लिए व्यापक रूप से किया जाता है, लेकिन पारंपरिक तरीकों से 8 इंच के SiC पिंड को काटने में 10-15 दिन लग सकते हैं, जिसके लिए उच्च-स्तरीय उपकरणों की आवश्यकता होती है और कम दक्षता के साथ उच्च लागत भी लगती है। इन परिस्थितियों में, लेज़र स्लाइसिंग के फ़ायदे स्पष्ट हो जाते हैं, जिससे यह 8 इंच के वेफ़र के लिए भविष्य की मुख्यधारा की तकनीक बन जाती है।
लेजर कटिंग के साथ, 8 इंच वेफर प्रति स्लाइसिंग समय 20 मिनट से कम हो सकता है, तथा प्रति वेफर सामग्री की हानि 60 μm से कम हो सकती है।
संक्षेप में, बहु-तार कटिंग की तुलना में, लेजर स्लाइसिंग उच्च गति, बेहतर उपज, कम सामग्री हानि और स्वच्छ प्रसंस्करण प्रदान करती है।
प्रश्न: SiC लेजर स्लाइसिंग में मुख्य तकनीकी चुनौतियाँ क्या हैं?
उत्तर: लेजर स्लाइसिंग प्रक्रिया में दो मुख्य चरण शामिल हैं: लेजर संशोधन और वेफर पृथक्करण।
लेज़र संशोधन का मूल बीम आकार निर्धारण और पैरामीटर अनुकूलन है। लेज़र शक्ति, बिंदु व्यास और स्कैन गति जैसे पैरामीटर सामग्री पृथक्करण की गुणवत्ता और बाद में वेफर पृथक्करण की सफलता को प्रभावित करते हैं। संशोधित क्षेत्र की ज्यामिति सतह की खुरदरापन और पृथक्करण की कठिनाई को निर्धारित करती है। उच्च सतह खुरदरापन बाद में पीसने को जटिल बनाता है और सामग्री की हानि को बढ़ाता है।
संशोधन के बाद, वेफर पृथक्करण आमतौर पर शीत विभंजन या यांत्रिक तनाव जैसे अपरूपण बलों के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। कुछ घरेलू प्रणालियाँ पृथक्करण के लिए कंपन उत्पन्न करने हेतु अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करती हैं, लेकिन इससे छिलने और किनारों पर दोष उत्पन्न हो सकते हैं, जिससे अंतिम उत्पादन कम हो जाता है।
हालाँकि ये दोनों चरण स्वाभाविक रूप से कठिन नहीं हैं, लेकिन क्रिस्टल की गुणवत्ता में विसंगतियाँ—विभिन्न विकास प्रक्रियाओं, डोपिंग स्तरों और आंतरिक तनाव वितरण के कारण—स्लाइसिंग की कठिनाई, उपज और सामग्री हानि को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती हैं। केवल समस्या वाले क्षेत्रों की पहचान करने और लेज़र स्कैनिंग ज़ोन को समायोजित करने से परिणामों में पर्याप्त सुधार नहीं हो सकता है।
व्यापक रूप से अपनाने की कुंजी नवीन तरीकों और उपकरणों को विकसित करने में निहित है, जो विभिन्न निर्माताओं के क्रिस्टल गुणों की एक विस्तृत श्रृंखला के अनुकूल हो सकें, प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित कर सकें, और सार्वभौमिक प्रयोज्यता के साथ लेजर स्लाइसिंग सिस्टम का निर्माण कर सकें।
प्रश्न: क्या लेजर स्लाइसिंग तकनीक को SiC के अलावा अन्य अर्धचालक पदार्थों पर भी लागू किया जा सकता है?
उत्तर: लेज़र कटिंग तकनीक का ऐतिहासिक रूप से कई प्रकार की सामग्रियों पर उपयोग किया जाता रहा है। अर्धचालकों में, इसका उपयोग शुरू में वेफर डाइसिंग के लिए किया जाता था और बाद में इसका उपयोग बड़े आकार के एकल क्रिस्टल को काटने के लिए भी किया जाने लगा।
SiC के अलावा, लेज़र स्लाइसिंग का उपयोग अन्य कठोर या भंगुर पदार्थों, जैसे हीरा, गैलियम नाइट्राइड (GaN), और गैलियम ऑक्साइड (Ga₂O₃) के लिए भी किया जा सकता है। इन पदार्थों पर किए गए प्रारंभिक अध्ययनों ने अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए लेज़र स्लाइसिंग की व्यवहार्यता और लाभों को प्रदर्शित किया है।
प्रश्न: क्या वर्तमान में घरेलू स्तर पर लेज़र स्लाइसिंग उपकरण विकसित हो रहे हैं? आपका शोध किस चरण में है?
उत्तर: बड़े व्यास वाले SiC लेज़र स्लाइसिंग उपकरण को व्यापक रूप से 8-इंच SiC वेफर उत्पादन के भविष्य के लिए मुख्य उपकरण माना जाता है। वर्तमान में, केवल जापान ही ऐसे सिस्टम उपलब्ध करा सकता है, और ये महंगे हैं और निर्यात प्रतिबंधों के अधीन हैं।
SiC उत्पादन योजनाओं और मौजूदा वायर सॉ क्षमता के आधार पर, लेज़र स्लाइसिंग/थिनिंग प्रणालियों की घरेलू माँग लगभग 1,000 इकाइयों की होने का अनुमान है। प्रमुख घरेलू कंपनियों ने विकास में भारी निवेश किया है, लेकिन कोई भी परिपक्व, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध घरेलू उपकरण अभी तक औद्योगिक उपयोग में नहीं आया है।
अनुसंधान समूह 2001 से ही स्वामित्व वाली लेज़र लिफ्ट-ऑफ तकनीक विकसित कर रहे हैं और अब इसे बड़े व्यास वाले SiC लेज़र स्लाइसिंग और थिनिंग तक विस्तारित कर दिया है। उन्होंने एक प्रोटोटाइप प्रणाली और स्लाइसिंग प्रक्रियाएँ विकसित की हैं जो निम्न में सक्षम हैं: 4-6 इंच के अर्ध-इन्सुलेटिंग SiC वेफर्स को काटना और पतला करना; 6-8 इंच के सुचालक SiC सिल्लियों को काटना; प्रदर्शन मानक: 6-8 इंच के अर्ध-इन्सुलेटिंग SiC: स्लाइसिंग समय 10-15 मिनट/वेफर; सामग्री हानि <30 μm; 6-8 इंच के सुचालक SiC: स्लाइसिंग समय 14-20 मिनट/वेफर; सामग्री हानि <60 μm
अनुमानित वेफर उपज में 50% से अधिक की वृद्धि हुई
स्लाइसिंग के बाद, पीसने और पॉलिश करने के बाद, वेफर्स ज्यामिति के राष्ट्रीय मानकों को पूरा करते हैं। अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि लेज़र-प्रेरित तापीय प्रभाव वेफर्स में तनाव या ज्यामिति पर कोई खास प्रभाव नहीं डालते हैं।
इसी उपकरण का उपयोग हीरा, GaN, और Ga₂O₃ एकल क्रिस्टल को काटने की व्यवहार्यता को सत्यापित करने के लिए भी किया गया है।
पोस्ट करने का समय: 23 मई 2025