Semikonduktor adalah sebahagian daripada kerja dalaman peranti perubatan, menyumbang kepada kekonduksian antara bukan konduktor dan konduktor untuk mengawal arus. Seterusnya, proses pemasangan untuk membuat semikonduktor yang sempurna adalah sangat terperinci, terutamanya kini peranti menjadi lebih kecil dan lebih kecil. Memandangkan semikonduktor diperkecilkan dengan pantas untuk dimuatkan ke dalam peranti yang lebih kecil ini, peranan laser dalam pembuatan semikonduktor telah disesuaikan.
Teknologi laser sering digunakan dalam pembuatan semikonduktor untuk rasuk nipis, tepat, serba boleh dan berkuasa atas pelbagai sebab, termasuk pemotongan, kimpalan, penyingkiran salutan dan penandaan.
Memotong/menulis
Dalam pengeluaran semikonduktor, terdapat pelbagai langkah pemotongan, termasuk memotong wafer daripada blok kristal dan templat daripada filem nipis. Memotong dengan laser memastikan bahawa cip dipotong dengan bersih supaya ia sesuai dengan peranti terakhir. Menggunakan laser membolehkan semikonduktor dipotong kepada banyak bentuk dan corak yang tidak boleh dilakukan menggunakan kaedah dadu lain. Menurut Sekolah Kejuruteraan dan Sains Gunaan Yayasan Fu Columbia University, pemotongan wafer menggunakan kaedah ini mengurangkan haus alat dan kehilangan bahan serta menghasilkan hasil yang lebih tinggi.
Bahan kajian Columbia mengenai pemprosesan laser semikonduktor menyatakan bahawa "kelebihan pemotongan laser termasuk kurang haus alat, mengurangkan kehilangan bahan di sekeliling pemotongan, hasil yang lebih tinggi akibat kurang pecah dan pemulihan yang lebih cepat disebabkan kemudahan pemasangan."
Pilihan lain untuk memotong ialah mencoret - menggerudi satu siri lubang buta yang jaraknya rapat atau bertindih di tengah-tengah bahan. Ini ialah kaedah yang digunakan secara meluas dalam aplikasi pembuatan semikonduktor, seperti memotong substrat aluminium oksida kepada pembawa cip atau mengasingkan wafer silikon menjadi cip. Perlu diingat bahawa jenis laser yang diperlukan untuk menulis bergantung pada bahan yang digunakan.
Universiti itu berkata, "Pencatatan aluminium oksida menggunakan laser CO2, manakala pencatatan silikon menggunakan laser Nd:YAG kerana bahan yang berbeza mempunyai kadar penyerapan yang berbeza pada panjang gelombang yang berbeza."
Motivasi untuk menggunakan scribing berbanding pemotongan bergantung pada kelajuan di mana tindakan itu berlaku di kedai fabrikasi. "Untuk aluminium oksida, iaitu kira-kira 0.025 inci tebal, bahan boleh ditulis pada kadar kira-kira 10 inci sesaat menggunakan laser CO2 kuasa sederhana, manakala untuk laser yang serupa, kadar pemotongan mungkin menjadi pecahan inci sesaat," tulis kakitangan universiti. "Scribing juga menawarkan kelebihan kerana dapat menulis substrat sebelum pemprosesan selesai dan kemudian memisahkannya dengan mudah kepada cip selepas diproses."
Welding
Penyolderan laser atau kimpalan diod laser ialah proses mencairkan bahagian bersebelahan komponen semikonduktor bersama-sama, sama seperti mengamankan wafer pada plat sokongan. Untuk papan sokongan yang sedia untuk diikat (seperti bingkai plumbum), laser meletakkan tanda pengenalan pada bingkai dan kemudian kasar permukaan untuk memastikan kedua-dua bahagian diikat dengan selamat bersama. Setelah diikat bersama, mesin penanda laser mengeluarkan burr yang dihasilkan oleh proses kekasaran.
Penyingkiran Salutan
Memastikan semikonduktor bersih dan bebas daripada kecacatan adalah sebahagian daripada proses pembuatan yang dipanggil penyingkiran salutan. Menggunakan laser (biasanya Nd:YAG), salutan yang tidak diingini boleh dikeluarkan seperti dengan resin atau kuprum, dan seperti salutan filem emas atau nipis. Untuk deburring, laser menggunakan pancaran yang halus dan tepat untuk mengeluarkan bahan berlebihan tanpa menyebabkan kerosakan pada produk.Pembuangan salutanmembolehkan kecacatan dianalisis dengan lebih jelas, menghapuskan keperluan untuk pembongkaran untuk pemeriksaan, yang boleh mengakibatkan kerosakan produk.
Menanda
Penandaan laser bagi semikonduktoradalah penting untuk kebolehkesanan dan kebolehbacaan produk, yang bermaksud bahawa laser mestilah jelas dibaca dalam cetakan yang sangat kecil. Kebolehkesanan produk bermakna produk boleh dijejaki melalui pelbagai langkah pengeluaran serta pengedaran akhir. Ini menjadikannya lebih mudah untuk mencari dan mengasingkan kategori kecacatan tertentu.
Cip yang ditanda juga mesti boleh dibaca, kerana penandaan adalah cara yang berguna untuk menentukan produk yang sesuai untuk aplikasi. Menurut Wafer World, "Laser bukan sahaja memotong ke dalam permukaan wafer tetapi juga menyusun semula zarah permukaan untuk mencipta tanda yang sangat cetek tetapi mudah dibaca."
Terdapat dua jenis penanda yang digunakan pada semikonduktor: penanda etch dan penanda anil. Penanda etch ialah lapisan nipis bahan yang dikeluarkan menggunakan laser, meninggalkan kesan bertekstur kira-kira 12 hingga 25 mikron dalam. Ini sering dirujuk sebagai "tanda keras" kerana terdapat perubahan yang kelihatan pada lapisan permukaan.
Tanda penyepuhlindapan, sebaliknya, menggunakan set laser ke tahap kuasa yang lebih rendah untuk menyusun semula molekul daripada mengekarnya. Ini mencipta kontras pada permukaan cip yang boleh dilihat apabila cahaya dipantulkan.
Jenis laser
Pada masa ini, kebanyakan syarikat menggunakan laser keadaan pepejal untuk fabrikasi cip kerana mereka terkenal dengan kuasa tinggi dan menggunakan bijih sebagai medium laser. Media mineral biasanya terdiri daripada kristal yttrium, aluminium, garnet, atau yttrium vanadate. Contohnya, laser Nd:YAG menggunakan kristal garnet aluminium yttrium doped neodymium sebagai medium. Pancaran laser dijana menggunakan pengayun yang merangsang medium dengan cahaya daripada diod laser.
Satu jenis laser keadaan pepejal yang digunakan untuk menanda cip, mengukir dan memotong dadu ialah laser gentian, kata Keyence, sambil menambah bahawa laser berkelajuan tinggi menggunakan "gentian optik sebagai resonator dan mencipta struktur bertindih melalui pelapisan gentian doped Yb-ion," mengambil perhatian bahawa laser gentiannya dikenali sebagai siri MD-F 3-laser gentian paksi. "Beberapa kegunaan laser gentian termasuk mengeluarkan burr daripada proses pra-pengeluaran, menandakan kod kebolehkesanan, dan mengeluarkan resin untuk analisis kecacatan."
Laser excimer juga digunakan dalam pembuatan semikonduktor. Ini adalah dalamultraungu(UV) laser dengan panjang gelombang antara 126 nm hingga 351 nm yang digunakan terutamanya untuk pemesinan mikro polimer. Pancaran laser UV yang lebih pendek berbanding keadaan pepejal menjadikannya sesuai untuk sebarang jenis bahan, termasuk bahan yang sangat rapuh dan halus, dan membolehkannya berfungsi di kawasan tepat yang sangat kecil dengan titik tindakan yang berkurangan. Apabila digunakan untuk menanda, laser UV mengubah struktur bahan produk pada tahap molekul tanpa menghasilkan haba di kawasan sekitarnya.
Inovasi Laser
Pada masa ini, laser keadaan pepejal dan excimer dilihat sebagai pilihan utama apabila menggunakan pembuatan laser untuk pengeluaran semikonduktor. Walau bagaimanapun, pilihan baharu yang boleh menyaingi klasik mungkin akan tersedia tidak lama lagi. Dalam kajian baru-baru ini yang diterbitkan dalam jurnal Nature, sekumpulan penyelidik dari Universiti Kyoto yang diketuai oleh Susumu Noda menulis bahawa mereka telah mengambil langkah untuk mengatasi batasan kecerahan laser semikonduktor dengan mengubah struktur laser pemancar permukaan kristal fotonik (PCSEL). Menurut Institut Jurutera Elektrik dan Elektronik, kecerahan ialah kelebihan yang merangkumi tahap pemfokusan atau perbezaan pancaran cahaya. PCSEL, walaupun dilihat sebagai pilihan menarik untuk laser kecerahan tinggi, sebelum ini tidak boleh berskala untuk digunakan secara besar-besaran. -operasi berskala kerana cabaran dengan saiz dan kecerahan laser.
Selalunya, masalah dengan PCSEL berpunca daripada keinginan untuk mengembangkan kawasan pemancarnya, yang bermaksud bahawa terdapat ruang untuk cahaya berayun ke arah pelepasan dan dalam arah melintang. "Ayunan melintang ini dikenali sebagai mod tertib lebih tinggi dan boleh memusnahkan kualiti rasuk, " tulis IEEE. "Selain itu, jika laser dikendalikan secara berterusan, haba di dalam laser boleh mengubah indeks biasan peranti, yang membawa kepada kemerosotan lagi kualiti pancaran."
Dalam kajian Alam Semulajadi, para penyelidik menggunakan kristal fotonik yang tertanam dalam laser dan "menyesuaikan reflektor dalaman untuk membenarkan ayunan mod tunggal di kawasan yang lebih luas dan untuk mengimbangi kerosakan haba." Perubahan ini membolehkan laser mengekalkan kualiti pancaran tinggi sepanjang operasi berterusan.
Penyelidik membangunkan PCSEL berdiameter 3-mm dalam kajian mereka, lompatan lipat 10-daripada peranti PCSEL berdiameter 1-mm sebelumnya.
"Untuk laser pemancar permukaan kristal fotonik dengan diameter resonan yang besar 3 mm, kuasa keluaran [gelombang berterusan] lebih daripada 50 W, ayunan mod tunggal tulen dan perbezaan rasuk yang sangat sempit 0.05 ijazah , sepadan dengan lebih daripada 10,000 panjang gelombang dalam bahan, telah dicapai," tulis penyelidik dalam kajian itu. Kecerahan ...... mencapai 1 GW cm-2 sr-1, setanding dengan laser besar sedia ada."
Perlu diingat bahawa dengan "laser volum besar," penyelidik bermaksud keadaan pepejal dan laser excimer yang kini digunakan dalam pembuatan laser semikonduktor.
Sebagai sebahagian daripada proses mewujudkan pusat kecemerlangan 1,000-meter persegi untuk laser pemancar permukaan untuk kristal fotonik di Universiti Kyoto, Noda dan pasukannya juga telah beralih daripada pembuatan kristal fotonik menggunakan litografi rasuk elektron kepada mengarangnya dengan litografi cetakan nano.
"Litografi rasuk-e adalah tepat, tetapi biasanya terlalu perlahan untuk pembuatan berskala besar," kata IEEE. "Litografi cetakan nano pada asasnya menimbulkan corak pada semikonduktor dan berguna untuk mencipta corak yang sangat teratur dengan cepat."
Menurut kajian itu, langkah seterusnya adalah untuk terus mengembangkan diameter laser daripada 3 kepada 10 milimeter - saiz yang dilaporkan menghasilkan 1 kilowatt kuasa output.
