Silicio nitrido zondo plokščių apdirbimo iššūkių sprendimas naudojant femtosekundinius lazerius

Silicio nitridas (Si₃N₄) tapo svarbia medžiaga pažangioms puslaidininkinėms zondų plokštėms dėl išskirtinio kietumo, didelio terminio stabilumo ir puikios elektros izoliacijos.

Tačiau dėl tų pačių savybių jį itin sunku apdirbti.

Tradicinis mechaninis gręžimas ir nanosekundinis lazerinis apdirbimas dažnai sukelia katastrofiškus defektus dirbant su trapia keramika, dėl kurių atsiranda kraštų nuskilinėjimas, mikroįtrūkimai ir perliejami sluoksniai. Puslaidininkinių zondų plokščių atveju net mikroskopinis defektas gali sukelti zondų kaiščių prilipimą, dėl ko gali būti nestabilus elektrinis kontaktas ir sumažėti plokštelių bandymų našumas.

Kodėl zondo kortelės mikroskylėms reikalingas ypatingas tikslumas

Šiuolaikinėms zondavimo plokštėms dažnai reikia tūkstančių didelio tikslumo mikroskylučių, kurių žingsnis mažesnis nei 100 mikronų. Kiekviena skylutė turi atitikti šiuos reikalavimus:

• Idealus geometrinis nuoseklumas (tikra kvadratinė arba apskritimo morfologija)
• Submikroninis matmenų vienodumas visame substrate
• Be šerpetojančių vidinių sienelių, kad būtų išvengta kaiščių trinties
• Minimali terminė deformacija

Net ir nedideli nukrypimai gali lemti zondo kaiščių užstrigimą, iškrypimą arba išlyginimo praradimą bandymo metu. Tai gali tiesiogiai lemti:

• Nestabilūs elektriniai signalai
• Sumažintas bandymų tikslumas
• Mažesnis plokštelių derlius
• Padidėjusios gamybos sąnaudos

Jei vidinė sienelė yra šiurkšti arba mechaniškai įtempta, zondo kaiščiai greitai rūšiuojant plokšteles išsikreips arba praras savo lygiavimą. Puslaidininkiniams įtaisams toliau traukiantis, apdirbimo paklaidų tolerancija tampa praktiškai lygi nuliui.

Kodėl tradiciniai lazeriai sunkiai veikia su silicio nitridu?

Įprastos nanosekundinių lazerių sistemos naudoja fototerminę energiją medžiagai išlydyti ir išgarinti. Apdorojant trapią keramiką, pavyzdžiui, silicio nitridą, ši per didelė šilumos difuzija sukuria intensyvų lokalizuotą terminį įtempį aplink pjovimo briauną, dažnai sukeldamas mikroįtrūkimus.

Palyginti su tradiciniu lazeriniu apdorojimu, femtosekundinė lazerinė technologija turi didelių pranašumų:

Kaip femtosekundinė lazerinė šaltoji abliacija išsprendžia problemą

Femtosekundinio lazerio apdirbimas naudoja itin trumpus impulsus femtosekundžių diapazone (10⁻¹⁵ s), kad pašalintų medžiagą prieš šilumai pasklindant į aplinkinius regionus.

Šis procesas paprastai vadinamas šaltuoju plovimu.

Kadangi impulso trukmė yra trumpesnė nei silicio nitrido elektronų ir fononų relaksacijos laikas, lazerio energija nusodinama prieš įvykstant reikšmingam šilumos laidumui. Dėl to medžiagą galima pašalinti su itin maža karščio paveikta zona (HAZ).

Įprasti apdorojimo bangos ilgiai apie 1030–1035 nm leidžia stabiliai absorbuoti daugiafotonius elementus Si₃N₄ medžiagose, nepaisant jų santykinai plataus draudžiamojo tarpo (~5 eV).

Naudojant femtosekundinius impulsus, medžiaga tiesiogiai pereina iš kietos būsenos į plazminę fazę, todėl medžiagą galima pašalinti beveik be jokios terminės žalos. Šis šaltosios abliacijos procesas užtikrina:

• Nulinio atplaišų kvadratinių mikro skylių apdirbimas
• Minimalus kraštų nulupimas
• Itin lygios vidinės sienelės
• Sumažintas terminis įtempis
• Išskirtinis matmenų pastovumas
• Didelis pakartojamumas dideliuose masyvuose

Dėl to femtosekundiniai lazeriai ypač tinkami trapioms keraminėms medžiagoms, naudojamoms puslaidininkių gamyboje.

Zondų kortelių taikymuose lygesnės vidinės sienelės padeda sumažinti zondų kaiščių strigimą ir pagerina ilgalaikį plokštelių bandymo stabilumą.

Be zondų kortelių: papildomos silicio nitrido taikymo sritys

Femtosekundinio lazerinio tikslaus apdirbimo patikimumas jau buvo įrodytas įvairiose pažangiose srityse.

Integruota fotonika

Femtosekundiniai lazeriai gali optimizuoti silicio nitrido bangolaidžių rezonatorius, sumažindami paviršiaus šiurkštumą ir pagerindami optinius Q koeficientus.

Nanoporų gamyba

Ši technologija taip pat palaiko labai lokalizuotą nanoporų gamybą itin plonose Si₃N₄ membranose, įskaitant struktūras, kurių skersmuo mažesnis nei 500 nm.

Tikslus keramikos mikroapdirbimas

Papildomos programos apima:

• Keraminis mikrogręžimas
• MEMS gamyba
• Bio-mikrofluidinės struktūros
• Puslaidininkių pakuotės
• Plonasluoksnis tikslus apdorojimas

Šios programos dar labiau parodo femtosekundinio lazerinio apdorojimo technologijos mastelio keitimą ir pramoninį brandumą.

Kodėl puslaidininkių gamintojai renkasi „Monofslaser“?

„Monofslaser“ specializuojamės pramoniniame femtosekundiniame lazeriniame tiksliame mikroapdirbime puslaidininkių ir pažangių keramikos gaminių srityje.

Užuot tiekę tik atskirą įrangą, teikiame integruotus gamybos sprendimus, pritaikytus didelio tikslumo pramoninei gamybai.

Mūsų galimybės apima:

• Individualių femtosekundinių lazerinių įrenginių kūrimas
• Silicio nitrido zondo kortelės apdorojimas
• Greitas prototipų kūrimas ir mėginių patvirtinimas
• Optinės ir SEM patikros palaikymas
• Proceso optimizavimas keičiamo masto gamybai

Mes teikiame paramą tiek prototipų kūrimui, tiek didelio masto gamybai pažangioms puslaidininkių programoms.

Palyginti su tradiciniais apdorojimo metodais, femtosekundinė lazerinė šaltoji abliacija žymiai sumažina papildomo apdorojimo reikalavimus, tuo pačiu pagerindama apdirbimo nuoseklumą ir pirmojo praėjimo našumą.

Išvada

Silicio nitrido kietumas ir trapumas tradicinius apdirbimo metodus išstumia peržengti jų fizines ribas. Femtosekundinio lazerio šaltosios abliacijos technologija elegantiškai išsprendžia šias gamybos kliūtis, užtikrindama submikrono tikslumą, nulinius vidinius paviršius ir mikroįtrūkimų neturinčias skylių matricas. Pažangioje puslaidininkinių zondų plokščių gamyboje tai yra patikimiausias būdas pasiekti didelio našumo plokštelių bandymo rezultatus.

DUK