Semikonduktor adalah bagian integral dari bagian dalam perangkat medis, berkontribusi pada konduktivitas antara non-konduktor dan konduktor untuk mengontrol arus. Pada gilirannya, proses perakitan untuk membuat semikonduktor yang sempurna sangat detail, terutama sekarang perangkat menjadi semakin kecil. Karena semikonduktor dengan cepat diperkecil agar sesuai dengan perangkat yang lebih kecil ini, peran laser dalam manufaktur semikonduktor telah diadaptasi.
Teknologi laser sering digunakan dalam pembuatan semikonduktor untuk sinarnya yang tipis, presisi, serbaguna, dan kuat karena berbagai alasan, termasuk pemotongan, pengelasan, pelepasan lapisan, dan penandaan.
Pemotongan / Pencoretan
Dalam produksi semikonduktor, ada berbagai langkah pembuatan dadu, termasuk memotong wafer dari balok kristal dan templat dari film tipis. Memotong dengan laser memastikan bahwa chip dipotong dengan bersih sehingga pas dengan perangkat akhir. Menggunakan laser memungkinkan semikonduktor dipotong menjadi banyak bentuk dan pola yang tidak mungkin dilakukan menggunakan metode dicing lainnya. Menurut Fu Foundation School of Engineering and Applied Science, Columbia University, pemotongan wafer menggunakan metode ini mengurangi keausan perkakas dan kehilangan material serta menghasilkan hasil yang lebih tinggi.
Materi studi Columbia tentang pemrosesan laser semikonduktor menyatakan bahwa "keuntungan dari pemotongan laser termasuk keausan alat yang lebih sedikit, kehilangan material yang berkurang di sekitar pemotongan, hasil yang lebih tinggi karena kerusakan yang lebih sedikit, dan perputaran yang lebih cepat karena kemudahan pemasangan."
Pilihan lain untuk memotong adalah memotong - mengebor serangkaian lubang buta yang berjarak dekat atau tumpang tindih di tengah bahan. Ini adalah metode yang banyak digunakan dalam aplikasi pembuatan semikonduktor, seperti memotong substrat aluminium oksida menjadi pembawa chip atau memisahkan wafer silikon menjadi chip. Perlu dicatat bahwa jenis laser yang diperlukan untuk memotong tergantung pada bahan yang digunakan.
Universitas mengatakan, "Pencacahan aluminium oksida menggunakan laser CO2, sedangkan pencabutan silikon menggunakan laser Nd:YAG karena bahan yang berbeda memiliki tingkat penyerapan yang berbeda pada panjang gelombang yang berbeda."
Motivasi untuk menggunakan penggorengan versus pemotongan bergantung pada kecepatan terjadinya tindakan di bengkel fabrikasi. "Untuk aluminium oksida, yang tebalnya sekitar 0.025 inci, bahan dapat digoreskan dengan kecepatan sekitar 10 inci per detik menggunakan laser CO2 berkekuatan sedang, sedangkan untuk laser serupa, kecepatan pemotongan mungkin menjadi sepersekian inci per detik," tulis staf universitas. "Scribing juga menawarkan keuntungan untuk dapat mencoret substrat sebelum pemrosesan selesai dan kemudian dengan mudah memisahkannya menjadi chip setelah pemrosesan."
Pematerian
Penyolderan laser atau pengelasan dioda laser adalah proses peleburan bagian yang berdekatan dari komponen semikonduktor secara bersamaan, seperti mengamankan wafer ke papan pendukung. Untuk papan penopang yang siap untuk direkatkan, seperti rangka timah, laser menempatkan tanda pengenal pada rangka dan kemudian mengeraskan permukaan untuk memastikan bahwa kedua bagian telah direkatkan dengan aman. Setelah diikat menjadi satu, mesin penandaan laser menghilangkan gerinda yang dibuat oleh proses pengasaran.
Penghapusan Lapisan
Memastikan semikonduktor bersih dan bebas dari cacat adalah bagian dari proses pembuatan yang disebut penghilangan lapisan. Dengan menggunakan laser (biasanya Nd:YAG), lapisan yang tidak diinginkan dapat dihilangkan seolah-olah itu adalah resin atau tembaga, dan seolah-olah itu adalah lapisan film emas atau tipis. Untuk deburring, laser menggunakan sinarnya yang halus dan presisi untuk membuang material berlebih tanpa menyebabkan kerusakan pada produk. Penghapusan lapisan memungkinkan cacat untuk dianalisis dengan lebih jelas, menghilangkan kebutuhan pembongkaran untuk pemeriksaan, yang dapat mengakibatkan kerusakan produk.
Menandai
Penandaan laser pada semikonduktor penting untuk ketertelusuran dan keterbacaan produk, yang berarti bahwa laser harus dapat terbaca dengan jelas dalam cetakan yang sangat kecil. Ketertelusuran produk berarti bahwa produk dapat dilacak melalui berbagai langkah produksi serta distribusi akhir. Ini membuatnya lebih mudah untuk menemukan dan mengisolasi kategori cacat tertentu.
Keripik yang ditandai juga harus dapat dibaca, karena penandaan adalah cara yang berguna untuk menentukan produk mana yang cocok untuk suatu aplikasi. Menurut Wafer World, "Laser tidak hanya memotong permukaan wafer, tetapi juga menata ulang partikel permukaan untuk membuat tanda yang sangat dangkal namun mudah dibaca."
Ada dua jenis penanda yang digunakan pada semikonduktor: penanda etsa dan penanda anil. Penanda etsa adalah lapisan tipis bahan yang dihilangkan menggunakan laser, meninggalkan tanda bertekstur sedalam 12 hingga 25 mikron. Ini sering disebut sebagai "tanda keras" karena ada perubahan yang terlihat pada lapisan permukaan.
Tanda anil, di sisi lain, menggunakan set laser ke tingkat daya yang lebih rendah untuk mengatur ulang molekul daripada menggoresnya. Ini menciptakan kontras pada permukaan chip yang terlihat saat cahaya dipantulkan.
Jenis laser
Saat ini, sebagian besar perusahaan menggunakan laser solid-state untuk fabrikasi chip karena dikenal dengan daya tinggi dan menggunakan bijih sebagai media laser. Media bijih biasanya terdiri dari kristal yttrium, aluminium, garnet, atau yttrium vanadate. Misalnya, laser Nd:YAG menggunakan kristal garnet aluminium yttrium yang didoping neodymium sebagai medianya. Sinar laser dihasilkan menggunakan osilator yang merangsang media dengan cahaya dari dioda laser.
Salah satu jenis laser solid-state yang digunakan untuk penandaan, pengukiran, dan pemotongan chip adalah laser serat, kata Keyence, menambahkan bahwa laser berkecepatan tinggi menggunakan "serat optik sebagai resonator dan membuat struktur yang tumpang tindih melalui kelongsong serat yang didoping Yb-ion," mencatat bahwa laser seratnya dikenal sebagai seri MD-F dari 3-laser serat sumbu. "Beberapa penggunaan laser serat termasuk menghilangkan gerinda dari proses pra-produksi, menandai kode ketertelusuran, dan menghilangkan resin untuk analisis cacat."
Laser excimer juga digunakan dalam manufaktur semikonduktor. Ini adalah laser ultraviolet (UV) dalam dengan panjang gelombang mulai dari 126 nm hingga 351 nm yang terutama digunakan untuk pemesinan mikro polimer. Sinar laser UV yang lebih pendek dibandingkan dengan keadaan padat membuatnya cocok untuk semua jenis bahan, termasuk bahan yang sangat rapuh dan halus, dan memungkinkannya bekerja di area presisi yang sangat kecil dengan titik aksi yang berkurang. Saat digunakan untuk penandaan, laser UV mengubah struktur bahan produk pada tingkat molekuler tanpa menghasilkan panas di area sekitarnya.
Inovasi Laser
Saat ini, laser solid-state dan excimer dipandang sebagai opsi utama saat menggunakan manufaktur laser untuk produksi semikonduktor. Namun, opsi baru yang dapat menyaingi klasik akan segera tersedia. Dalam studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Nature, tim peneliti dari Universitas Kyoto yang dipimpin oleh Susumu Noda menulis bahwa mereka telah mengambil langkah-langkah untuk mengatasi keterbatasan kecerahan laser semikonduktor dengan mengubah struktur laser pemancar permukaan kristal fotonik (PCSEL). Menurut Institute of Electrical and Electronics Engineers, kecerahan adalah keunggulan yang mencakup tingkat pemfokusan atau divergensi berkas cahaya. PCSEL, meskipun dipandang sebagai opsi yang menarik untuk laser kecerahan tinggi, sebelumnya tidak dapat diskalakan untuk digunakan dalam jumlah besar operasi -skala karena tantangan dengan ukuran dan kecerahan laser.
Seringkali, masalah dengan PCSEL berasal dari keinginan untuk memperluas area pancarannya, yang berarti ada ruang bagi cahaya untuk berosilasi ke arah pancaran dan ke arah melintang. "Osilasi transversal ini dikenal sebagai mode tingkat tinggi dan dapat merusak kualitas pancaran," tulis IEEE. "Selain itu, jika laser dioperasikan terus menerus, panas di dalam laser dapat mengubah indeks bias perangkat, yang menyebabkan penurunan kualitas sinar lebih lanjut."
Dalam studi Alam, para peneliti menggunakan kristal fotonik yang tertanam dalam laser dan "menyesuaikan reflektor internal untuk memungkinkan osilasi mode tunggal di area yang lebih luas dan untuk mengkompensasi kerusakan termal." Perubahan ini memungkinkan laser mempertahankan kualitas sinar tinggi selama operasi berkelanjutan.
Para peneliti mengembangkan PCSEL berdiameter 3-mm dalam studi mereka, lompatan 10-kali lipat dari perangkat PCSEL berdiameter 1-mm sebelumnya.
"Untuk laser pemancar permukaan kristal fotonik dengan diameter resonansi besar 3 mm, daya output [gelombang kontinu] lebih dari 50 W, osilasi mode tunggal murni, dan divergensi sinar yang sangat sempit sebesar 0,05 degree , sesuai dengan lebih dari 10,000 panjang gelombang dalam materi, telah tercapai," tulis para peneliti dalam penelitian tersebut. Kecerahannya ...... mencapai 1 GW cm-2 sr-1, sebanding dengan laser besar yang ada."
Perlu dicatat bahwa dengan "laser volume besar", para peneliti memaksudkan laser solid-state dan excimer yang saat ini digunakan dalam pembuatan laser semikonduktor.
Sebagai bagian dari proses pembentukan pusat keunggulan seluas 1,000-meter persegi untuk laser pemancar permukaan untuk kristal fotonik di Universitas Kyoto, Noda dan timnya juga telah beralih dari pembuatan kristal fotonik menggunakan litografi berkas elektron ke mengarangnya dengan litografi nanoimprint.
"Litografi E-beam tepat, tetapi biasanya terlalu lambat untuk pembuatan skala besar," kata IEEE. "Litografi nanoimprint pada dasarnya membentuk pola ke semikonduktor dan berguna untuk membuat pola yang sangat teratur dengan cepat."
Langkah selanjutnya, menurut penelitian, adalah terus memperluas diameter laser dari 3 menjadi 10 milimeter - ukuran yang kabarnya menghasilkan daya output 1 kilowatt.
Diterjemahkan dengan www.DeepL.com/Translator (versi gratis)
