半導体マルチワイヤソー: 動作原理、仕様、および選択ガイド

半導体マルチワイヤーソーとは何ですか?またその仕組みは何ですか?

半導体マルチワイヤソーは精密機械であり、溝付きガイドローラーのセットに伸びた何百もの平行な細いワイヤーで動作し、単一のインゴットを多数のウェーハに同時にスライスします。マルチワイヤソーは、一度に 1 つのウェーハを生成するシングルワイヤソー ¤ とは異なります。 ¤ マルチワイヤソーは、単一のワイヤウェブに 500 ～ 2000 のワイヤスパンを含むことができ、サイクルごとに 300 以上のスライスを生成します。.

マルチワイヤーソーの仕組みは簡単です 連続したワイヤー (研磨スラリーが供給されたダイヤモンドコーティングまたは裸のワイヤー) が1 つまたは複数のワイヤーガイドローラーの周りにループされ、ワークピース全体に鋸引きワイヤーの平行な「ウェブ」を形成しますインゴットは、エポキシ接着剤を利用してフィードテーブルによってワイヤーウェブ上に押し下げられ、しっかりと取り付けられます フィード速度は制御され、ワイヤーウェブが毎秒10-25 メートルの速度で進むにつれて、ワイヤーは研磨的にワークピースを通って摩耗し、均一な特性を持つウェーハが生成され、無駄な材料はほとんどありません。.

5 つのコアコンポーネントがマシンアーキテクチャを定義します:

• ワイヤ ガイド ローラー = ワイヤ ピッチ (精度 ±2 μm) を導くマイクロ溝を備えた精密研削シリンダー
• ワイヤー ウェブ (Wire web) = 平行切断ワイヤーのアレイとその中の正しく張られたワイヤー
• 送りテーブル (Feed table) = ワークを保持し、毎分0.2mmという低い送り速度を示すテーブル (シリコン)
• 冷却システム - 温度制御された流体をカットゾーンに供給し、破片を洗い流し、熱負荷を除去します
• 張力制御ユニット - 垂れ下がったり破損したりしないように、すべてのワイヤ スパンにわたって一貫した張力を確保します

この平行切断技術は、すべてのウェッジ スライシング技術に共通の原理です。この特性により、マルチワイヤーワイヤーソーイングは半導体製造と太陽電池製造の両方で認められた業界標準となっています。.

ダイヤモンド ワイヤー対スラリー: 比較される 2 つの切断方法

半導体製造の場合、単線鋸は 4 ～ 6 時間かけて 200 mm のインゴットをスライスし、1 つのウェーハを生成します。多線鋸はこのサイクル全体を同時に実行して、同じ時間枠で数百のスライスを生成します。.

単一のワイヤまたは多数の細いワイヤを使用するウェーハ スライシングには、ダイヤモンド ワイヤ ソーイング、DWS、およびスラリー ベースのワイヤ ソーイング、SWS の 2 つの主な方法があります。次の表は、実際の生産データに基づいた 2 つの比較です。.

DWS は現在、シリコンおよび炭化ケイ素ウェーハ製造の最高の技術として引用されています。 Procedia Manufacturing に掲載された論文では、DWS が材料の無駄を大幅に減らし、環境への影響を最小限に抑えるという点で、スラリーベースの切断に代わるより持続可能な代替手段を提供することが実証されています。したがって、スラリーベースの切断と比較して、生産性が高く(スループットが 2 ～ 3 倍高速)、カーフロスが低いため、各インゴット相当の貴重な半導体原料から収集されるウェーハの数が大幅に増加するという、有利なメリットとなるはずです。.

スラリーベースの切断は依然として部品半導体に使用される主要な方法です。GaAs と InP はシリコンよりも柔らかく壊れやすく、スラリーの自由研磨作用によりこれらの材料に対する表面下の損傷が少なくなります。光学ガラス用途では、スラリーは切断後の研磨ステップを減らすために必要なより滑らかな表面仕上げも提供します。.

ウェーハ品質に影響を与える主な仕様

DONGHE オファー マルチワイヤーソー装置 スラリーとダイヤモンドワイヤーの両方のアプリケーションをサポートします。.

ワイヤ張力の均一性 (ワイヤウェブ全体を超えて) は、ウェハの品質に影響を与える唯一の最も重要な要因です。閉ループ張力制御システムでのワイヤ力測定を使用すると、ワイヤウェブ全体に沿った張力を測定し、ワイヤの伸びと熱変化による調整を行う必要があります。そうでない場合、ワイヤウェブの端間の厚さの変化は通常 20 m を超える可能性があります (これは、研磨されたシリコンウェハのカテゴリでは SEMI M1 仕様から大きく外れています)。.

半導体をスライスするダイヤモンド ワイヤー ソーを選択するときは、機械に閉ループ張力制御システム、0.5°C以内に制御される冷却剤、およびピッチ精度 2 m 未満のガイド ローラーが搭載されていることを確認することが重要です。.

マルチワイヤーソー缶加工の材料

マルチワイヤーソーは、エンジニアリング、エレクトロニクス、太陽光発電加工、先端セラミック産業の分野で最も硬く、機械加工が最も困難なアイテムの多くを切断するために設計された多用途の装置です。以下にリストされているアイテムは、主要なアプリケーション モジュールと材料です。.

• シリコン(単結晶および多結晶)シリコンは、太陽電池および半導体ウェーハの基礎です。単結晶および多結晶の両方のインゴットが標準で指定されています。.
• 炭化ケイ素 (SiC) パワー半導体と電気自動車用インバーター。 sic (Mohs 9.5) の非常に硬い性質により、ダイヤモンド ワイヤが唯一の適切な切断ワイヤとして位置づけられています。市場アナリストは、SiC ウェーハの需要が 2025 年の 16 億 9,000 万米ドルから 2032 年には 64 億米ドルに増加し、CAGR は 21.3% になると予測しています。.
• サファイア基板&光学窓。 mohs 9 のために研磨剤に必要なダイヤモンドワイヤー。.
• 窒化ガリウム (GaN) RF デバイス パワーエレクトロニクスおよび化合物半導体。.
• ガリウムヒ素(GaAs)の光学およびテレコム伝送。通常、表面の損傷を軽減するためにスラリー線で切断されます。.
• 石英 ―― 光学部品と共振器.
• テクニカルセラミックスアルミナ、ジルコニア、ピエゾセラミックス工業、医療。.
• グラファイト ⁄ 電極およびるつぼコンポーネント.
• 光学ガラス ――精密レンズとプリズムブランク。.

EVパワーモジュールのSiCと5GインフラストラクチャのGaNに対する需要の高まりにより、ますます多くの需要が引き起こされています マルチワイヤーソー装置 これらのアプリケーション向けに実装されています。 DONGHE が提供する機械はすべて、シリコン、SiC、サファイア、セラミック加工用に構成されており、材料の種類ごとにワイヤ張力と送り速度を調整できます。.

一般的な課題とその解決方法

生産規模でのワイヤーソー切断では、3 つの一般的な問題が発生します。それぞれは既知の根本原因で簡単に診断でき、それに対して工学的ソリューションをテストできます。.

1.ワイヤー破損

ワイヤーの破損 ワイヤーがスナップすると発生し、数秒以内にすぐに切断を停止してバッチ全体を台無しにします 出典には、摩耗したドライブベルト、ワイヤー入口での冷却剤の流れのずれ、または加熱とよじれによるワイヤー疲労によって引き起こされる張力スパイクが含まれます。ワイヤーソー摩耗効果(PMC)の研究では、ダイヤモンドグリットが枯渇すると、摩耗速度は、特定の走行でワイヤーによって切断されたインチ数の比例曲線を使用したカウントに従い、壊滅的な故障の前にワイヤーの一部をスケジュールアウトできると述べています。.

解決策: ダイヤモンドワイヤー管理システム (DWMS) を設置して、摩耗をリアルタイムで測定します。深さの最初の5 mmの入口送り速度を下げて切断します。3か月ごとにドライブベルトの張力を確認します。ワイヤーの張力を記録し、設定値の5%を超えるスパイクを記録します。.

2.地下損傷(SSD)

表面下損傷 (SSD). micro-cracksが1-30 mウェーハの上面の下に伸びたときに発生します. 要因としては、過剰な送り速度、粗いダイヤモンドグリット、振動などがあります.その後の電子機器の処理では、余分な研削、ラッピング、研磨が必要となるため、損傷層が深すぎるとコストが高くなり、歩留まりが低下します。.

解決策: 脆性材料 (SiCおよびサファイア) を切断する際の送り速度を低減する より細かいグリットサイズ (切断仕上げに10-20 m、粗切断に30-40 m) のグラインダーを使用する 振動と熱ひずみを低減するために冷却水の流れが最適であることを確認する 業界の慣行では、Siでは5 m未満のSSDが実現可能であると述べられています。.

3.ウェーハの厚さが一貫していない

バッチ全体の厚さの変動は、ワイヤーウェブとガイドローラーの膨張、多くのプルにわたるワイヤー張力の不均一な分布、またはガイドローラーの溝の摩耗によって引き起こされる可能性があります。 8-10 時間の連続切断にわたる熱ドリフトにより、上面が 5-10 m ずれる可能性があります。.

解決策: 温度制御された冷却剤で0.5 Cの精度で冷却する 複数のゲージポイントをワイヤ全体に分散して、閉ループワイヤ張力制御を使用する ローラ溝の毎月の測定と再研磨をスケジュールする 8-10 時間のアクティブ切断ごとにワイヤを回転させます。.

適切なマルチワイヤーソーの選び方

チェックリストを使用して、マルチワイヤーソーマシンにどのような仕様を選択するかを決定するには、ここをクリックしてください。.

勺の選択チェックリスト:

1. 材料タイプ ーワイヤー タイプ、グリットのサイズおよび送り速度の範囲を指示します。 sapphireおよび炭化ケイ素は専用のダイヤモンド ワイヤーを必要とします; GaAsはスラリーの切断容量を要求できます。.
2. ウェーハ サイズ (機械サイズ) は、最大ウェーハ直径 150 mm、200 mm、または 300 mm の定格です。冷却ステーションと洗浄ステーションが選択した仕様に適合することを確認します。.
3. 生産量 = 研究開発グループには、最小限のセットアップで単一のインゴットを切断する機械が必要です。生産グループには、高スループットと高一貫性を備えた完全自動機械が必要です。.
4. シリコンと III-V の両方の切断ワイヤと、両方を処理する場合はスラリー切断の両方をサポートする必要があります。.
5. 自動 HMI (自動レシピ制御および機器メッセージング ネットワーク (SECS/GEM)) は、実稼働環境の標準です。.
6. スポットバイは、名目部品コストを評価します。 - 在庫ポリシー、スペアパーツの在庫と入手可能性、エンジニアのトレーニング、およびテクニカルサポートの応答時間。過剰な投資がなければ、ダウンタイムコストは半導体製造で 1 時間あたり $10,000 以上になることが容易になります。.

DONGHE (上海Donghe科学及び技術Co.、株式会社に基盤を置いて下さい)の製造業の経験10 年以上過します 精密ワイヤーソー切断機 半導体産業向け。 DONGHE は、ISO 9001:2015 CE 認証、35 件の特許、および 300 社を超える顧客向けに記録された 10,000 件を超える切断インシデントを使用して、お客様の材料およびウェーハ仕様要件に機械構成を適合させるための製造装置とアプリケーション エンジニアリング サポートの両方を提供します。.

よくある質問frequently Asked Questions

半導体の鋸引き工程とは?

半導体ソーイングは、半導体インゴットをエポキシまたはワックスで供給テーブルに固定し、次に毎秒10-25 メートルでガイドローラーを横切って走る多くの炭素またはベリリウム/銅線のウェブにゆっくりと降ろすことで、ダイヤモンド駆動ワイヤーまたはスラリー供給ワイヤーは通過する物質を粉砕し、1 回の操作で数百枚のウェーハに分割します。ソーイング中に連続冷却剤を循環させて熱の蓄積を防ぎ、破片を持ち去ります。.

半導体がウェーハに鋸で切り上げられたら、洗浄、ラッピング、研磨による処理が継続され、その後、ウェーハはデバイス製造の基板として使用できます。.

マルチワイヤーソーはどのようにしてウェーハの厚さを安定させるのでしょうか?

一貫したウェーハ厚さは、繰り返し可能な厚さを達成するために3 制御システムに依存します 第一に、閉ループワイヤ張力制御は、プロセス中の様々なワイヤスパンの過張力またはたるみを防止し、第二に、温度制御された冷却剤 (通常は0.5 °C以内の精度) は、熱によるワイヤウェブおよびガイドローラセットの膨張を防止します。.

第三に、信頼性が高く、正確に間隔をあけたガイドローラーは、溝ピッチ精度が2 m未満で、個々のワイヤを正確にスペースするために使用されます。これらすべてのシステムは、生産で10 m未満、高精度マルチワイヤソーで5 m未満のTTVを達成するために統合されています。.

マルチワイヤーソーはシリコン以外にどのような材料を切断できますか?

材料: SiC、サファイア、GaAs、GaN、石英、セラミック、グラファイト、光学ガラスなど。最も硬い基板にはダイヤモンド ワイヤが使用され、より柔らかい III ～ V 化合物にはスラリーがよく使用されます。.

切断ワイヤーの典型的な寿命は何ですか?

良好なダイヤモンドワイヤ寿命は、切断される材料の硬度とワイヤの直径に依存します シリコンインゴットの場合、ダイヤモンドワイヤの1 スプール (通常直径80-120 mm) は、ダイヤモンドグリットの直径が有効切断レベルを下回るところまで800-1500 のウエハを切り取ります SiCの場合、ダイヤモンドワイヤ寿命は、材料の極端な硬度のために、ワイヤのスプールあたり200-400 のウエハまで低くなる可能性があります (Mohs 9.5)。.

一般的に、アクティブな切断の8-10 時間ごとにワイヤを翻訳し、張力を適切に制御することが良い習慣です。一部の生産者は、ワイヤの総摩耗をリアルタイムで監視し、ワイヤのショットの可能性が高くなる前に動作するように警告するダイヤモンドワイヤ管理システム(DWMS)を採用します。.

マルチワイヤーソーは既存の生産ラインに統合できますか?

はい。最新のマルチワイヤソーマシンのほぼすべてが、適切に統合された MES システムの業界標準 SECS/GEM プロトコルを容易にします。 DONGHE マルチワイヤソーには、データロギング用の自動操作レシピ値を設定可能な I/O があります。.