อุปกรณ์เลเซอร์ไมโครฟลูอิดิกส์สำหรับการประมวลผลเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์

ภาพรวมของอุปกรณ์เทคโนโลยีเลเซอร์ไมโครเจ็ต

เทคโนโลยีเลเซอร์ไมโครเจ็ตเป็นวิธีการไมโครแมชชีนนิ่งแบบไฮบริดขั้นสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งเชื่อมต่อเจ็ทน้ำ “บางเฉียบ” กับลำแสงเลเซอร์ การใช้กลไกการนำทางแบบสะท้อนกลับภายในทั้งหมดคล้ายกับใยแก้วนำแสง เจ็ทน้ำจะส่งพลังงานเลเซอร์ไปยังพื้นผิวชิ้นงานอย่างแม่นยำ ในระหว่างการประมวลผล เจ็ทจะทำความเย็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาอย่างต่อเนื่องและกำจัดเศษผงและผงได้อย่างมีประสิทธิภาพ รองรับกระบวนการที่สะอาดและเสถียรยิ่งขึ้น

ในฐานะที่เป็นกระบวนการเลเซอร์ที่เย็น สะอาด และควบคุมได้สูง เทคโนโลยีเลเซอร์ไมโครเจ็ตช่วยลดปัญหาทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์แบบแห้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวมถึงความเสียหายจากความร้อน การปนเปื้อนและการสะสมใหม่ การเสียรูป การเกิดออกซิเดชัน รอยร้าวขนาดเล็ก และการเรียวของเคิร์ฟ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่แข็งและเปราะ และการใช้งานบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง ซึ่งผลผลิตและความสม่ำเสมอมีความสำคัญอย่างยิ่ง

คำอธิบายพื้นฐานของการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์ไมโครเจ็ต

1) แหล่งกำเนิดเลเซอร์

• เลเซอร์ Nd:YAG แบบโซลิดสเตตที่สูบด้วยไดโอด (DPSS)

• ตัวเลือกความกว้างพัลส์: μs/ns

• ตัวเลือกความยาวคลื่น: 1064 nm / 532 nm / 355 nm

• กำลังเฉลี่ย: 10–200 W (ระดับที่กำหนดทั่วไป: 50/100/200 W)

2) ระบบเจ็ทน้ำ

• น้ำปราศจากไอออน (DI) ที่กรองแล้ว, การจ่ายแรงดันต่ำ/แรงดันสูงตามต้องการ

• การบริโภคทั่วไป: ~1 ลิตร/ชม. (ที่แรงดันตัวแทน 300 บาร์)

• แรงที่ได้มีค่าน้อยมาก: < 0.1 N

3) หัวฉีด

• ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีด: 30–150 μm

• วัสดุหัวฉีด: แซฟไฟร์หรือเพชร

4) ระบบเสริม

• โมดูลปั๊มแรงดันสูง

• ระบบบำบัดน้ำและการกรอง

​

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค (สองการกำหนดค่าอ้างอิง)

ความสามารถในการประมวลผล (อ้างอิง)

• ความหยาบของพื้นผิว: Ra ≤ 1.6 μm (การกำหนดค่า A) / Ra ≤ 1.2 μm (การกำหนดค่า B)

• ความเร็วในการเจาะ/เปิด: ≥ 1.25 มม./วินาที

• ความเร็วในการตัดตามเส้นรอบวง: ≥ 6 มม./วินาที

• ความเร็วในการตัดเชิงเส้น: ≥ 50 มม./วินาที

วัสดุที่ใช้ได้ ได้แก่ คริสตัลแกลเลียมไนไตรด์ (GaN), สารกึ่งตัวนำช่วงกว้างพิเศษ (เช่น เพชร, แกลเลียมออกไซด์), วัสดุพิเศษสำหรับอวกาศ, สับสเตรตคาร์บอนเซรามิก LTCC, วัสดุโฟโตโวลตาอิก, คริสตัลสกินทิลเลเตอร์ และอื่นๆ

การประมวลผลด้วยเลเซอร์ไมโครเจ็ต

การใช้งานอุปกรณ์เทคโนโลยีเลเซอร์ไมโครเจ็ต

1) การตัดเวเฟอร์ (การหั่น)

• วัสดุ: ซิลิคอน (Si), ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC), แกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และเวเฟอร์แข็ง/เปราะอื่นๆ

• มูลค่า: แทนที่การหั่นด้วยใบมีดเพชรและลดการบิ่น

  • การบิ่นขอบ: 20 μm)

• ประสิทธิภาพการทำงาน: ความเร็วในการตัดสามารถเพิ่มขึ้นได้ ~30%

  • ตัวอย่าง: การหั่น SiC สูงสุด 100 มม./วินาที

• การหั่นแบบล่องหน: การปรับเปลี่ยนด้วยเลเซอร์ภายในบวกกับการแยกด้วยเจ็ท เหมาะสำหรับเวเฟอร์บางพิเศษ (< 50 μm)

•  

2) การเจาะชิปและการประมวลผลไมโครโฮล

• การเจาะผ่านซิลิคอน (TSV) สำหรับ 3D IC

• การตัดเฉือนอาร์เรย์ไมโครโฮลแบบความร้อนสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น IGBT

• พารามิเตอร์ทั่วไป:

  • เส้นผ่านศูนย์กลางรู: 10–200 μm

  • อัตราส่วนภาพ: สูงสุด 10:1

  • ความหยาบของผนังด้านข้าง: Ra 2 μm)

3) การบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง

• การเปิดหน้าต่าง RDL: เลเซอร์ + เจ็ทกำจัดแพสซิเวชันและเปิดเผยแผ่น

• การบรรจุภัณฑ์ระดับเวเฟอร์ (WLP): การประมวลผลสารประกอบการขึ้นรูปอีพ็อกซี (EMC) สำหรับแพ็คเกจ Fan-Out

• ข้อดี: ลดการบิดงอที่เกิดจากความเครียดทางกล ผลผลิตสามารถเกิน 99.5%

4) การประมวลผลสารกึ่งตัวนำแบบผสม

• วัสดุ: GaN, SiC และสารกึ่งตัวนำช่วงกว้างอื่นๆ

• กรณีการใช้งาน:

  • การประมวลผลร่อง/รอยบากเกตสำหรับอุปกรณ์ HEMT: การส่งพลังงานที่ควบคุมด้วยเจ็ทช่วยหลีกเลี่ยงการสลายตัวทางความร้อนของ GaN

  • การอบอ่อนด้วยเลเซอร์: ความร้อนเฉพาะที่ช่วยด้วยไมโครเจ็ทเพื่อเปิดใช้งานบริเวณที่ฝังไอออน (เช่น บริเวณแหล่งกำเนิด SiC MOSFET)

5) การซ่อมแซมข้อบกพร่องและการปรับแต่ง

• การหลอม/กำจัดวงจรซ้ำซ้อนด้วยเลเซอร์ในหน่วยความจำ (DRAM/NAND)

• การตัดแต่งอาร์เรย์ไมโครเลนส์สำหรับเซ็นเซอร์ออปติคัล เช่น ToF

• ความแม่นยำ: การควบคุมพลังงาน ±1%; ข้อผิดพลาดตำแหน่งการซ่อมแซม < 0.1 μm

คำถามที่พบบ่อย | อุปกรณ์เทคโนโลยีเลเซอร์ไมโครเจ็ต (นำทางด้วยเจ็ทน้ำ)

Q1: เทคโนโลยีเลเซอร์ไมโครเจ็ตคืออะไร?
A: เป็นกระบวนการไมโครแมชชีนนิ่งด้วยเลเซอร์แบบไฮบริด ซึ่งเจ็ทน้ำบางเฉียบความเร็วสูงจะนำทางลำแสงเลเซอร์ผ่านการสะท้อนกลับภายในทั้งหมด ส่งพลังงานไปยังชิ้นงานอย่างแม่นยำ พร้อมทั้งให้ความเย็นและการกำจัดเศษซากอย่างต่อเนื่อง

Q2: ข้อดีหลักเมื่อเทียบกับการประมวลผลด้วยเลเซอร์แบบแห้งคืออะไร?
A: ลดความเสียหายจากความร้อน ลดการปนเปื้อนและการสะสมใหม่ ลดความเสี่ยงของการเกิดออกซิเดชันและรอยร้าวขนาดเล็ก ลดการเรียวของเคิร์ฟ และปรับปรุงคุณภาพขอบบนวัสดุแข็งและเปราะ

Q3: วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ไมโครเจ็ต?
A: วัสดุแข็งและเปราะ เช่น SiC และ GaN รวมถึงเวเฟอร์ซิลิคอน นอกจากนี้ยังสามารถนำไปใช้กับวัสดุช่วงกว้างพิเศษ (เช่น เพชร แกลเลียมออกไซด์) และสับสเตรตเซรามิกขั้นสูงที่เลือก