Thiết bị cắt lát laser độ chính xác cao dành cho tấm wafer SiC 8 inch: Công nghệ cốt lõi cho quá trình xử lý wafer SiC trong tương lai

Silicon carbide (SiC) không chỉ là công nghệ quan trọng đối với quốc phòng mà còn là vật liệu then chốt cho ngành công nghiệp ô tô và năng lượng toàn cầu. Là bước quan trọng đầu tiên trong quá trình xử lý tinh thể đơn SiC, việc cắt lát wafer quyết định trực tiếp chất lượng của các bước làm mỏng và đánh bóng tiếp theo. Các phương pháp cắt lát truyền thống thường gây ra các vết nứt trên bề mặt và dưới bề mặt, làm tăng tỷ lệ vỡ wafer và chi phí sản xuất. Do đó, kiểm soát hư hại do nứt bề mặt là rất quan trọng để thúc đẩy sản xuất thiết bị SiC.

Hiện nay, việc cắt lát phôi SiC đang đối mặt với hai thách thức lớn:

1. Mức hao phí vật liệu cao trong phương pháp cưa nhiều dây truyền thống:Độ cứng và độ giòn cực cao của SiC khiến nó dễ bị cong vênh và nứt vỡ trong quá trình cắt, mài và đánh bóng. Theo dữ liệu của Infineon, phương pháp cưa đa dây liên kết nhựa kim cương truyền thống chỉ đạt được hiệu suất sử dụng vật liệu 50% trong quá trình cắt, với tổng lượng vật liệu bị mất trên một tấm wafer duy nhất lên tới ~250 μm sau khi đánh bóng, chỉ còn lại lượng vật liệu có thể sử dụng rất ít.
2. Hiệu suất thấp và chu kỳ sản xuất dài:Số liệu thống kê sản xuất quốc tế cho thấy, sản xuất 10.000 tấm wafer bằng phương pháp cưa đa dây liên tục 24 giờ mất khoảng 273 ngày. Phương pháp này đòi hỏi thiết bị và vật tư tiêu hao lớn, đồng thời tạo ra bề mặt nhám cao và gây ô nhiễm (bụi, nước thải).

Để giải quyết những vấn đề này, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Xiu Xiangqian tại Đại học Nam Kinh đã phát triển thiết bị cắt lát laser độ chính xác cao cho SiC, tận dụng công nghệ laser siêu nhanh để giảm thiểu khuyết tật và tăng năng suất. Đối với một thỏi SiC 20 mm, công nghệ này giúp tăng gấp đôi sản lượng wafer so với phương pháp cưa dây truyền thống. Ngoài ra, các wafer được cắt lát bằng laser thể hiện độ đồng nhất hình học vượt trội, cho phép giảm độ dày xuống còn 200 μm mỗi wafer và tăng sản lượng hơn nữa.

Ưu điểm chính:

• Hoàn thành nghiên cứu và phát triển thiết bị nguyên mẫu quy mô lớn, được kiểm định khả năng cắt lát các tấm wafer SiC bán cách điện 4-6 inch và các thỏi SiC dẫn điện 6 inch.
• Quá trình cắt phôi thép 8 inch đang được kiểm chứng.
• Thời gian cắt lát ngắn hơn đáng kể, sản lượng hàng năm cao hơn và năng suất được cải thiện hơn 50%.

Chất nền SiC loại 4H-N của XKH

Tiềm năng thị trường:

Thiết bị này có tiềm năng trở thành giải pháp cốt lõi cho việc cắt lát phôi SiC 8 inch, hiện đang bị chi phối bởi hàng nhập khẩu từ Nhật Bản với chi phí cao và các hạn chế xuất khẩu. Nhu cầu trong nước đối với thiết bị cắt/làm mỏng bằng laser vượt quá 1.000 đơn vị, nhưng hiện chưa có sản phẩm thay thế nào hoàn thiện do Trung Quốc sản xuất. Công nghệ của Đại học Nam Kinh sở hữu giá trị thị trường và tiềm năng kinh tế to lớn.

Khả năng tương thích với nhiều chất liệu:

Ngoài SiC, thiết bị này còn hỗ trợ xử lý laser các vật liệu như gallium nitride (GaN), nhôm oxit (Al₂O₃) và kim cương, mở rộng phạm vi ứng dụng công nghiệp của nó.

Bằng cách cách mạng hóa quy trình xử lý tấm wafer SiC, sự đổi mới này giải quyết các nút thắt quan trọng trong sản xuất chất bán dẫn đồng thời phù hợp với xu hướng toàn cầu hướng tới các vật liệu hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng.

Kết luận

Là một công ty hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất chất nền silicon carbide (SiC), XKH chuyên cung cấp các chất nền SiC kích thước đầy đủ từ 2 đến 12 inch (bao gồm loại 4H-N/SEMI, 4H/6H/3C) được thiết kế riêng cho các lĩnh vực tăng trưởng cao như xe năng lượng mới (NEV), lưu trữ năng lượng quang điện (PV) và truyền thông 5G. Bằng cách tận dụng công nghệ cắt lát wafer kích thước lớn tổn thất thấp và công nghệ xử lý độ chính xác cao, chúng tôi đã đạt được sản xuất hàng loạt chất nền 8 inch và những đột phá trong công nghệ nuôi cấy tinh thể SiC dẫn điện 12 inch, giảm đáng kể chi phí trên mỗi chip. Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục tối ưu hóa quy trình cắt lát laser cấp phôi và quy trình kiểm soát ứng suất thông minh để nâng cao năng suất chất nền 12 inch lên mức cạnh tranh toàn cầu, giúp ngành công nghiệp SiC trong nước phá vỡ thế độc quyền quốc tế và đẩy nhanh các ứng dụng có thể mở rộng trong các lĩnh vực cao cấp như chip cấp ô tô và nguồn điện máy chủ AI.

Chất nền SiC loại 4H-N của XKH