微電子元件制造商利用激光來提高技術水平。
        
        便攜性是計算機領域的工業標準。現在，消費電子產品，如筆記本電腦、PDA和MP3播放器隨處可見。隨著人們對于小型化，更大的存儲器容量，更快的處理速度，數字資料更好的可視化性能，和更好的通信能力的要求不斷增長，微電子工業的技術也呈指數式提高。
        
        所取得的許多進展是由于工業生產制造量的提高以及磁盤和芯片空間更有效的利用。然而，如果沒有那些促使微電子元件制造商使用先進光學技術取代許多電學、機械以及化學工藝過程的突破性發展，這些進展也不可能發生。不妨考慮一個典型的筆記本電腦（如圖1）。事實上，目前每個元件的制造都至少受益于一項激光應用，激光技術改變了這些元件的生產方式。
        

        微電子設計的兩個主要標準是生產更快、更小的元件。對于在加工過程中使用的激光器來說，要得到更高的生產量就必須提高脈沖的重復頻率，要得到更小的特征尺寸就必須有更小的光斑大小（即更短的波長）。固態激光器的發展致力于滿足這些要求，它對微電子工業產生了巨大的影響，其應用范圍包括了計量學、存儲器修復、電路微調、鉆孔、硬盤紋理加工和子部件標記。光是平板顯示器（FPD）的生產就包括了幾項激光器應用，包括激光退火，玻璃分離和打標。調Q二極管泵浦固態（DPSS）激光器已經成為在許多應用方面的工業標準，因為它的重復頻率得到了提高，也更容易得到可靠的固態紫外激光光源。
        
        現在，隨著激光器從研究工具和重型機械設備的角色發展成為在大范圍的微型工業加工領域內的可行技術，人們更多的認識到了光學在工業應用方面的潛力。許多公司，如Newport公司(www.newport.com) 和它下屬的光譜物理激光公司(www.spectra-physics.com)，已經進行了四十年的激光器和光學元件開發，現在它們在微電子工業領域扮演著越來越重要的角色，因為它們能夠為系統集成器和主要設備的供應商把穩固的固態激光器光源和振蕩控制設備、光學-機械設備、及激光定位設備結合到原始設備供應商的局部裝配中。
        
        生產制造中的DPSS激光器
        
        以基于激光的方案來替代化學和機械的生產過程帶來了幾項與傳統技術相比的優勢。DPSS激光器已經成為一種有力的生產工具，這是由于它們的小型化、穩固性、光束質量，以及重復頻率和波長的可變性。當前，紫外（UV）波長（主要是355 nm和266 nm）在微電子制造中變得更為重要，這是因為它們有更小的光斑尺寸。
        
        激光微加工是一個非接觸的過程：不需要使用水，幾乎不會產生灰塵顆粒，沒有必要使用有毒的化學物。隨著基于激光的生產更多地取代濕式化學工藝，生產步驟變得更“干凈”，而他們也使得生產過程得到更好的控制。激光刻繪，紋理加工和標記，使得在一個單獨的元件內，所用的空間更少，排列更規范，尺寸更小，結構更精確。這帶來了質量控制的改善，成品率更高，產量更大。此外，還有一些基于激光的制造應用是其他技術無法完成的，比如高分辨率的光刻法。
        
        筆記本電腦
        
        為了表明在微電子制造中光學應用的重要性，我們以筆記本電腦為例。并且我們大致給出目前基于激光加工的一些制造步驟，包括硬盤驅動器、動態隨機存取存儲器（DRAM）、鍵盤、PCB和平板顯示器的生產加工。
        
        在筆記本電腦的制造中，有許多單獨的元件被加工。激光對這些元件進行標記，就為它們標上了日期時間或者其它的字母和數字符號。這個過程沒有使用染料，通常使用它來對電子元件封裝和鍵盤進行標記。類似的，半導體晶圓的標記是利用了綠光（532 nm）調Q激光器。這里，光源被作用在在晶圓的背面，以避免對于有效面的損壞可能，同時，它對晶圓上每個芯片都加了獨特的記號。 
        
nextpage        打標，或說“印上標志”，也被用來幫助跟蹤平板顯示器（FPD）。在這項應用中，制造商要求解決方案必須能盡可能減小在FPD表面的面積。因此，許多公司都使用紫外激光器，這是由于它能夠得到目前最小的光斑尺寸。在FPD工業領域，有許多不同的激光標記技術得到應用。在一些情況下，玻璃被覆蓋上了一層感應紫外光的材料，而其他制造商可能利用激光對玻璃表面或者表面以下進行直接標記。
        
        硬盤紋理加工產生了一個有紋理的，或者“粗糙”的區域，這個區域用來作為硬盤上的一個磁頭停放區（如圖2）。若沒有使用這項技術，高度拋光的表面將導致讀-寫磁頭對硬盤的附著。在計算機的啟動過程中，當磁盤開始旋轉時，讀-寫磁頭可能會破壞沒有紋理的元件。在過去，硬盤制造商不得不依靠金剛石研磨劑來對表面進行研磨。然而，在幾年中，使用激光器來產生紋理就取代了這項濕式加工。
        
        利用激光對磁盤進行紋理加工，就要求有高脈沖重復頻率以提高加工的產量。同時，要求有高度可靠性以降低生產的停工時間，要求有脈沖之間穩定度高，并且對脈寬有精確的控制，以確?？芍貜偷慕Y構成型。高重復頻率還意味著能夠產生更密集的磁頭停放區，因為有更多結構可以在相同的時間內產生。目前，在磁盤驅動器工業內的紋理加工技術是利用調Q的DPSS激光器來實現，例如由光譜物理（Spectra Physics）公司生產的V系列激光器，這類激光器可以產生的平均功率達到8W（波長為1064 nm），同時，脈沖之間的穩定性很好，重復頻率高達300 kHz。激光光束接近衍射極限（TEM00），這就能夠重復產生圓形的“隆起”。這類激光器目前已成為業內標準，在硬盤制造工業內占了總市場份額的90%。 #p#分頁標題#e#
        
        PC板的制造
        
        PC板的制造中有許多步驟采用了激光工藝，包括集成電路標記，存儲器修復，硅晶圓的切片和電阻器的微修整。
        
        PC板上的組件會收縮，在許多情況下，在直接的制造過程中，無法得到元件的阻抗和容抗的準確值。取而代之的是，在兩步（包括在線測量和修整）的加工中，電阻率被優化了。小型精確電阻和電容的制造商們通過有選擇性的去除塊狀物質（即激光調阻技術）來得到準確的值，這是以“L”形（如圖3）來加工，它使用了紅外調Q的DPSS激光器，如光譜物理（Spectra Physics）公司的Navigator系列。激光微調技術要求有一致的脈寬和很好的光束質量，以實現高效和可重復的加工。
        
        在優化元件后，激光器被用來對陶瓷的基底進行打孔和劃線工作，以便將單獨的芯片分開。劃線是一個局部的切割或者打孔。在加工的后期，利用了機械加壓來分離單獨的元件（如圖4）。
        
        類似的，半導體晶圓也利用了激光器來劃線和切片。利用激光進行晶圓切片與可用的金剛石鋸切相比有幾項優勢。以傳統的方法，葉片會變鈍，需要更換，有時候只加工了一到兩塊晶圓就要換了。由于葉片的更換和大量的停工時間，將導致額外的加工成本。激光切片是一個非接觸的工程，不需要消耗性工具。非接觸方法幾乎不產生灰塵，并且切割的邊緣更加干凈；邊緣質量的提高使得損壞減少，產品質量更好。此外，使用傳統的機械鋸無法切割薄的半導體晶圓，而紫外激光器或者紅外激光器對于在半導體晶圓上分離單獨的芯片來說尤為重要。
        
        存儲器修復
        
        在存儲器芯片的生產中，芯片有許多的扇區會被破壞或者是多余的。激光光束被用來切斷特定的電路或者引線，這樣就隔離或者禁用了被破壞的存儲器扇區，這帶來了更高的成品率。傳統上存儲器修復是由紅外激光器實現的，但是，可靠的固態綠光（532 nm）和紫外（355 nm）光源的發展提供了所需要的更小的光斑尺寸（它能夠實現在更小或者更稠密壓縮的存儲器扇區中選擇性的除去更小的引線），這就使得微電子工業內的進一步小型化成為可能。目前的工業加工要求單脈沖工藝，這就要求激光器脈沖之間的穩定性很好，并且有輪廓分明的圓形光束。
        
        下一個步驟
        
        隨著微電子加工的發展，更多目前使用紅外或可見波段的制造過程將改變方案和材料以利用紫外波長，因為它具有更小光斑尺寸。更高的重復頻率可以提高產量，但是還有其他可能的手段。通過改變工業加工過程，使用單個的高功率激光器作為單個光源（“光引擎”）來為多個工作站提供光，這就實現了產量的進一步提高。
        
        激光的不斷發展，以更小的封裝實現了更高的功率，并且使得人們能夠在工業應用中更廣泛地利用光子技術。隨著激光技術的發展，毫無疑問，它將給微電子行業帶來前所未有的提高。
        
        隨著更小、更快、功率更強、更靈活、更可靠光源的發展，激光器和激光系統公司提供的應用領域將不斷地擴大。分系統（包括光學系統、機械控制系統和振動隔離方案）的不斷發展，將提供完整的“光引擎”分系統。這一系統將被系統集成器和主要設備制造商利用來進一步提高他們自己的技術和應用。
        
        Arnd Krueger (arnd.krueger@spectra-physics.com)是光譜物理（Spectra Physics）公司產品市場部的高級主管。Wolfgang Juchmann是該公司固態激光器的產品經理。