Powerchips geven lasersnijmachines Alsi impuls
ASMPT ontwikkelde in Beuningen een lasersnijproces, specifiek voor het scheiden van harde halfgeleidermaterialen. Dit proces draait op het LASER1205-systeem en is gericht op het separeren van siliciumcarbide (SiC) en galliumnitride (GaN). Beide materialen zijn momenteel sterk in opkomst in sterkstroom-toepassingen vanwege hun superieure eigenschappen voor efficiënte energieomzetting. Automotive fabrikanten stappen voor de power train van hun elektrische voertuigen momenteel allemaal over naar deze high bandgap semiconductors.
ASMPT speelt met zijn laserseparatieproces in op de trends in vermogens-chips voor auto’s. ‘In de power automotive-industrie draait het om kwaliteit en betrouwbaarheid’, zegt Patrick Huberts, die bij ASMPT-dochter Alsi de business en marketing leidt. ‘Vertaald naar onze waferprocessen betekent dit dat de sterkte van de die (de chip, red.) na separatie hoog moet zijn en dat de randen minimale bramen bevatten.’
De automotive-industrie stapt steeds meer over van silicium naar siliciumcarbide en galliumnitride wafers nu deze materialen grootschaliger beschikbaar komen. De industrie werkt bijvoorbeeld aan het in productie nemen van 300 millimeter SiC-wafers, wat geen sinecure is gezien de hoge smelttemperatuur (2730 graden C) en hardheid van het materiaal. GaN-circuits worden op veel kleinere plakken gemaakt of op een 200 mm silicium ondergrond. Ook daar werkt men aan de transitie van 200 naar 300 mm silicium basiswafers.
Verder is er een trend om steeds dunnere wafers te gebruiken. ‘Siliciumcarbide waferdiktes gaan van 360 micrometer naar 180 micron en zelfs 100 micron’, constateert Huberts. De trend om steeds dunnere wafers te gebruiken werkt ook in het voordeel van laserseparatie, want je hoeft minder materiaal weg te nemen. Daarnaast is er het bekende voordeel: ‘Met een laser kun je smallere banen snijden waardoor de onderlinge afstand tussen de dies kleiner kan worden. Daarmee passen er meer op een wafer’, aldus Huberts.
Het koste Alsi jaren om in de backend-semiconmarkt door te dringen met zijn lasersnijmachines. De industrie gebruikt al decennialang diamantzagen om chips te scheiden. Met de harde materialen als SiC en GaN slijten de zaagbladen echter veel sneller, wat leidt tot een lagere productiviteit. ‘Dat resulteert in hoge vervangingskosten en het verkorten van de bezettingstijd van de machines’, zegt Huberts.
Daarnaast geeft traditioneel zagen een veel groter breukrisico van de chips zelf. ‘Laser-ablatie is contactloos en daardoor beter controleerbaar’, zegt Huberts. Door de acceptatie van laserseparatie in geavanceerde toepassingen krijgt de industrie ook meer interesse om deze technologie in te zetten voor silicium wafers.
Bij laserseparatie zit het geheim van de smid in het proces. ‘Een machine maken kan iedereen, maar daarop een proces ontwikkelen is de echte uitdaging’, zegt Denis Deriga, senior proces development engineer bij Alsi. Deriga is onderdeel van het team dat separatiestrategieën ontwikkelt op basis van klanteisen. Daarbij houdt hij rekening met waferkarakteristieken (zoals materiaal, waferdikte en laagopbouw). Voor elk applicatie is een specifieke set Diffractieve Optische Elementen (DOE’s) nodig om de juiste energie op de juiste plaats te doseren.
Alsi ontwikkelde een uniek multibeam-laserconcept dat met de V-DOE-technology de laserspotenergie goed controleert. Het is daarbij de uitdaging om materiaal weg te nemen zonder de chips te beïnvloeden. Dat betekent in de praktijk ervoor zorgen dat de laserspots een minimale hittezone creëren. Huberts: ‘We werken met één laser, die we afhankelijk van het DOE-design splitsen tot wel een paar honderd kleine spots. Als het nodig is variëren we ook de spotenergie.’ De spots worden met verschillende frequenties gepulst om in een of meerdere snijstappen de chips van elkaar te scheiden.’ Het doel is om een hoge materiaalsterkte te handhaven en daarvoor moet de warmtezone bij het snijden minimaal blijven.
Een decennium geleden was de dominantie van van zaagmachines voor chips nog onaantastbaar, maar dat nadert ras een kantelpunt, zegt Huberts. ‘Een waferzaagmachine is goedkoper, maar de totale cost of ownership van lasersnijden is veel lager. Hierdoor groeit het marktaandeel van lasersingulatiesystemen ten opzichte van zaagsystemen. Met onze gepatenteerde multibeam-technology nemen we een unieke positie in’, aldus Huberts.
