प्रश्न: SiC वेफर की स्लाइसिंग और प्रोसेसिंग में मुख्य रूप से कौन सी प्रौद्योगिकियां उपयोग की जाती हैं?
A:सिलिकन कार्बाइड (SiC) की कठोरता हीरे के बाद दूसरे स्थान पर है और इसे एक अत्यंत कठोर और भंगुर पदार्थ माना जाता है। स्लाइसिंग प्रक्रिया, जिसमें विकसित क्रिस्टलों को पतली परतों में काटा जाता है, समय लेने वाली और टूटने की संभावना वाली होती है। पहले चरण के रूप मेंसिकएकल क्रिस्टल प्रसंस्करण में, स्लाइसिंग की गुणवत्ता बाद में होने वाली ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग और थिनिंग को काफी हद तक प्रभावित करती है। स्लाइसिंग के दौरान अक्सर सतह और उपसतह दरारें उत्पन्न हो 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 अत्यंत महत्वपूर्ण है।
वर्तमान में रिपोर्ट की गई SiC स्लाइसिंग विधियों में स्थिर अपघर्षक, अपघर्षक मुक्त स्लाइसिंग, लेजर कटिंग, परत स्थानांतरण (शीत पृथक्करण) और विद्युत निर्वहन स्लाइसिंग शामिल हैं। इनमें से, स्थिर हीरा अपघर्षकों के साथ प्रत्यावर्ती बहु-तार स्लाइसिंग SiC एकल क्रिस्टल के प्रसंस्करण के लिए सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि है। हालांकि, जब पिंडों का आकार 8 इंच और उससे अधिक हो जाता है, तो उपकरण की उच्च आवश्यकता, लागत और कम दक्षता के कारण पारंपरिक तार काटने की विधि कम व्यावहारिक हो जाती है। कम लागत, कम हानि और उच्च दक्षता वाली स्लाइसिंग तकनीकों की तत्काल आवश्यकता है।
प्रश्न: पारंपरिक मल्टी-वायर कटिंग की तुलना में लेजर स्लाइसिंग के क्या फायदे हैं?
ए: पारंपरिक तार काटने की विधि से काटा जाता हैSiC पिंडएक विशिष्ट दिशा में सैकड़ों माइक्रोन मोटी स्लाइस में काटा जाता है। फिर इन स्लाइस को डायमंड स्लरी का उपयोग करके पीसा जाता है ताकि आरी के निशान और सतह के नीचे की क्षति को हटाया जा सके, इसके बाद पूरी तरह से समतल करने के लिए रासायनिक यांत्रिक पॉलिशिंग (सीएमपी) की जाती है, और अंत में SiC वेफर्स प्राप्त करने के लिए इन्हें साफ किया जाता है।
हालांकि, SiC की उच्च कठोरता और भंगुरता के कारण, इन चरणों से आसानी से विकृति, दरारें, टूटने की दर में वृद्धि, उत्पादन लागत में वृद्धि और सतह की खुरदरापन और संदूषण (धूल, अपशिष्ट जल आदि) जैसी समस्याएं हो सकती हैं। इसके अलावा, वायर सॉइंग धीमी होती है और इसकी उपज कम होती है। अनुमान बताते हैं कि पारंपरिक मल्टी-वायर स्लाइसिंग से केवल लगभग 50% सामग्री का उपयोग होता है, और पॉलिशिंग और ग्राइंडिंग के बाद 75% तक सामग्री नष्ट हो जाती है। शुरुआती विदेशी उत्पादन आंकड़ों से पता चला कि 10,000 वेफर्स के उत्पादन में लगातार 24 घंटे उत्पादन के लगभग 273 दिन लग सकते हैं—जो कि बहुत समय लेने वाली प्रक्रिया है।
घरेलू स्तर पर, कई SiC क्रिस्टल विकास कंपनियां भट्टी की क्षमता बढ़ाने पर ध्यान केंद्रित कर रही हैं। हालांकि, केवल उत्पादन बढ़ाने के बजाय, नुकसान को कम करने के तरीकों पर विचार करना अधिक महत्वपूर्ण है—विशेष रूप से तब जब क्रिस्टल विकास की पैदावार अभी तक इष्टतम स्तर पर नहीं है।
लेजर स्लाइसिंग उपकरण सामग्री की बर्बादी को काफी हद तक कम कर सकता है और उत्पादन बढ़ा सकता है। उदाहरण के लिए, एक 20 मिमी के टुकड़े का उपयोग करकेSiC पिंडवायर सॉइंग से 350 माइक्रोमीटर मोटाई के लगभग 30 वेफर प्राप्त किए जा सकते हैं। लेजर स्लाइसिंग से 50 से अधिक वेफर प्राप्त किए जा सकते हैं। यदि वेफर की मोटाई घटाकर 200 माइक्रोमीटर कर दी जाए, तो उसी पिंड से 80 से अधिक वेफर बनाए जा सकते हैं। हालांकि वायर सॉइंग का उपयोग 6 इंच और उससे छोटे वेफरों 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 लागत भी अधिक आती है। इन परिस्थितियों में, लेजर स्लाइसिंग के फायदे स्पष्ट हो जाते हैं, जिससे यह 8 इंच के वेफरों के लिए भविष्य की प्रमुख तकनीक बन जाती है।
लेजर कटिंग से, 8 इंच के वेफर को काटने में लगने वाला समय 20 मिनट से कम हो सकता है, और प्रति वेफर सामग्री की हानि 60 μm से कम होती है।
संक्षेप में, मल्टी-वायर कटिंग की तुलना में लेजर स्लाइसिंग अधिक गति, बेहतर उपज, कम सामग्री हानि और स्वच्छ प्रसंस्करण प्रदान करती है।
प्रश्न: SiC लेजर स्लाइसिंग में मुख्य तकनीकी चुनौतियाँ क्या हैं?
ए: लेजर स्लाइसिंग प्रक्रिया में दो मुख्य चरण शामिल हैं: लेजर संशोधन और वेफर पृथक्करण।
लेजर संशोधन का मूल आधार बीम शेपिंग और पैरामीटर ऑप्टिमाइजेशन है। लेजर पावर, स्पॉट व्यास और स्कैन गति जैसे पैरामीटर सामग्री के क्षरण 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 ग्राइंडिंग को जटिल बनाता है और सामग्री की हानि को बढ़ाता है।
संशोधन के बाद, वेफर पृथक्करण आमतौर पर कतरनी बलों, जैसे कि कोल्ड फ्रैक्चर या यांत्रिक तनाव 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 चिपिंग और किनारे की खराबी हो सकती है, जिससे अंतिम उपज कम हो जाती है।
हालांकि ये दोनों चरण स्वाभाविक रूप से कठिन नहीं हैं, लेकिन विभिन्न विकास प्रक्रियाओं, डोपिंग स्तरों और आंतरिक तनाव वितरण के कारण क्रिस्टल की गुणवत्ता में असमानताएँ स्लाइसिंग की कठिनाई, उपज और सामग्री की हानि को काफी हद तक प्रभावित करती हैं। केवल समस्या वाले क्षेत्रों की पहचान करना और लेजर स्कैनिंग ज़ोन को समायोजित करना परिणामों में उल्लेखनीय सुधार नहीं ला सकता है।
व्यापक रूप से अपनाने की कुंजी विभिन्न निर्माताओं से क्रिस्टल की गुणवत्ता की एक विस्तृत श्रृंखला के अनुकूल होने वाली नवीन विधियों और उपकरणों को विकसित करने, प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करने और सार्वभौमिक प्रयोज्यता वाले लेजर स्लाइसिंग सिस्टम का निर्माण करने में निहित है।
प्रश्न: क्या लेजर स्लाइसिंग तकनीक को SiC के अलावा अन्य अर्धचालक पदार्थों पर भी लागू किया जा सकता है?
ए: लेजर कटिंग तकनीक का प्रयोग ऐतिहासिक रूप से विभिन्न प्रकार की सामग्रियों पर किया जाता रहा है। सेमीकंडक्टरों में, इसका उपयोग शुरू में वेफर डाइसिंग के लिए किया जाता था और तब से इसका विस्तार बड़े बल्क सिंगल क्रिस्टल की स्लाइसिंग तक हो गया है।
SiC के अलावा, लेजर स्लाइसिंग का उपयोग हीरे, गैलियम नाइट्राइड (GaN) और गैलियम ऑक्साइड (Ga₂O₃) जैसी अन्य कठोर या भंगुर सामग्रियों के लिए भी किया जा सकता है। इन सामग्रियों पर किए गए प्रारंभिक अध्ययनों ने अर्धचालक अनुप्रयोगों के लिए लेजर स्लाइसिंग की व्यवहार्यता और लाभों को प्रदर्शित किया है।
प्रश्न: क्या वर्तमान में घरेलू स्तर पर लेजर स्लाइसिंग उपकरण के परिपक्व उत्पाद उपलब्ध हैं? आपका शोध किस चरण में है?
ए: बड़े व्यास वाले SiC लेजर स्लाइसिंग उपकरण को 8-इंच SiC वेफर उत्पादन के भविष्य के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण माना जाता है। वर्तमान में, केवल जापान ही ऐसे सिस्टम उपलब्ध करा सकता है, और ये महंगे होने के साथ-साथ निर्यात प्रतिबंधों के अधीन भी हैं।
SiC उत्पादन योजनाओं और मौजूदा वायर सॉ क्षमता के आधार पर, लेजर स्लाइसिंग/थिनिंग सिस्टम की घरेलू मांग लगभग 1,000 यूनिट होने का अनुमान है। प्रमुख घरेलू कंपनियों ने विकास में भारी निवेश किया है, लेकिन अभी तक कोई भी परिपक्व, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध घरेलू उपकरण औद्योगिक उपयोग में नहीं आया है।
अनुसंधान समूह 2001 से ही लेजर लिफ्ट-ऑफ तकनीक विकसित कर रहे हैं और अब उन्होंने इसे बड़े व्यास वाले SiC की लेजर स्लाइसिंग और थिनिंग तक विस्तारित कर दिया है। उन्होंने एक प्रोटोटाइप सिस्टम और स्लाइसिंग प्रक्रियाएं विकसित की हैं जो निम्नलिखित कार्य करने में सक्षम हैं: 4-6 इंच के अर्ध-अरोधक SiC वेफर्स की कटिंग और थिनिंग, और 6-8 इंच के प्रवाहकीय SiC पिंडों की स्लाइसिंग। प्रदर्शन मानक: 6-8 इंच के अर्ध-अरोधक SiC: स्लाइसिंग समय 10-15 मिनट/वेफर; सामग्री हानि <30 μm; 6-8 इंच के प्रवाहकीय SiC: स्लाइसिंग समय 14-20 मिनट/वेफर; सामग्री हानि <60 μm
वेफर उत्पादन का अनुमान 50% से अधिक बढ़ गया।
स्लाइसिंग के बाद, ग्राइंडिंग और पॉलिशिंग के बाद वेफर्स ज्यामिति के लिए राष्ट्रीय मानकों को पूरा करते हैं। अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि लेजर-प्रेरित थर्मल प्रभाव वेफर्स में तनाव या ज्यामिति को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करते हैं।
इसी उपकरण का उपयोग हीरे, GaN और Ga₂O₃ के एकल क्रिस्टलों को काटने की व्यवहार्यता को सत्यापित करने के लिए भी किया गया है।
पोस्ट करने का समय: 23 मई 2025