微電子元件制造商利用激光來(lái)提高技術(shù)水平。
        
        便攜性是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在，消費(fèi)電子產(chǎn)品，如筆記本電腦、PDA和MP3播放器隨處可見(jiàn)。隨著人們對(duì)于小型化，更大的存儲(chǔ)器容量，更快的處理速度，數(shù)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(zhǎng)，微電子工業(yè)的技術(shù)也呈指數(shù)式提高。
        
        所取得的許多進(jìn)展是由于工業(yè)生產(chǎn)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(méi)有那些促使微電子元件制造商使用先進(jìn)光學(xué)技術(shù)取代許多電學(xué)、機(jī)械以及化學(xué)工藝過(guò)程的突破性發(fā)展，這些進(jìn)展也不可能發(fā)生。不妨考慮一個(gè)典型的筆記本電腦（如圖1）。事實(shí)上，目前每個(gè)元件的制造都至少受益于一項(xiàng)激光應(yīng)用，激光技術(shù)改變了這些元件的生產(chǎn)方式。
        

        微電子設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)是生產(chǎn)更快、更小的元件。對(duì)于在加工過(guò)程中使用的激光器來(lái)說(shuō)，要得到更高的生產(chǎn)量就必須提高脈沖的重復(fù)頻率，要得到更小的特征尺寸就必須有更小的光斑大?。锤痰牟ㄩL(zhǎng)）。固態(tài)激光器的發(fā)展致力于滿足這些要求，它對(duì)微電子工業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，其應(yīng)用范圍包括了計(jì)量學(xué)、存儲(chǔ)器修復(fù)、電路微調(diào)、鉆孔、硬盤紋理加工和子部件標(biāo)記。光是平板顯示器（FPD）的生產(chǎn)就包括了幾項(xiàng)激光器應(yīng)用，包括激光退火，玻璃分離和打標(biāo)。調(diào)Q二極管泵浦固態(tài)（DPSS）激光器已經(jīng)成為在許多應(yīng)用方面的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗闹貜?fù)頻率得到了提高，也更容易得到可靠的固態(tài)紫外激光光源。
        
        現(xiàn)在，隨著激光器從研究工具和重型機(jī)械設(shè)備的角色發(fā)展成為在大范圍的微型工業(yè)加工領(lǐng)域內(nèi)的可行技術(shù)，人們更多的認(rèn)識(shí)到了光學(xué)在工業(yè)應(yīng)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(jīng)進(jìn)行了四十年的激光器和光學(xué)元件開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在它們?cè)谖㈦娮庸I(yè)領(lǐng)域扮演著越來(lái)越重要的角色，因?yàn)樗鼈兡軌驗(yàn)橄到y(tǒng)集成器和主要設(shè)備的供應(yīng)商把穩(wěn)固的固態(tài)激光器光源和振蕩控制設(shè)備、光學(xué)-機(jī)械設(shè)備、及激光定位設(shè)備結(jié)合到原始設(shè)備供應(yīng)商的局部裝配中。
        
        生產(chǎn)制造中的DPSS激光器
        
        以基于激光的方案來(lái)替代化學(xué)和機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了幾項(xiàng)與傳統(tǒng)技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì)。DPSS激光器已經(jīng)成為一種有力的生產(chǎn)工具，這是由于它們的小型化、穩(wěn)固性、光束質(zhì)量，以及重復(fù)頻率和波長(zhǎng)的可變性。當(dāng)前，紫外（UV）波長(zhǎng)（主要是355 nm和266 nm）在微電子制造中變得更為重要，這是因?yàn)樗鼈冇懈〉墓獍叱叽纭?
        
        激光微加工是一個(gè)非接觸的過(guò)程：不需要使用水，幾乎不會(huì)產(chǎn)生灰塵顆粒，沒(méi)有必要使用有毒的化學(xué)物。隨著基于激光的生產(chǎn)更多地取代濕式化學(xué)工藝，生產(chǎn)步驟變得更“干凈”，而他們也使得生產(chǎn)過(guò)程得到更好的控制。激光刻繪，紋理加工和標(biāo)記，使得在一個(gè)單獨(dú)的元件內(nèi)，所用的空間更少，排列更規(guī)范，尺寸更小，結(jié)構(gòu)更精確。這帶來(lái)了質(zhì)量控制的改善，成品率更高，產(chǎn)量更大。此外，還有一些基于激光的制造應(yīng)用是其他技術(shù)無(wú)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(xué)應(yīng)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(qū)動(dòng)器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（DRAM）、鍵盤、PCB和平板顯示器的生產(chǎn)加工。
        
        在筆記本電腦的制造中，有許多單獨(dú)的元件被加工。激光對(duì)這些元件進(jìn)行標(biāo)記，就為它們標(biāo)上了日期時(shí)間或者其它的字母和數(shù)字符號(hào)。這個(gè)過(guò)程沒(méi)有使用染料，通常使用它來(lái)對(duì)電子元件封裝和鍵盤進(jìn)行標(biāo)記。類似的，半導(dǎo)體晶圓的標(biāo)記是利用了綠光（532 nm）調(diào)Q激光器。這里，光源被作用在在晶圓的背面，以避免對(duì)于有效面的損壞可能，同時(shí)，它對(duì)晶圓上每個(gè)芯片都加了獨(dú)特的記號(hào)。 
        
nextpage        打標(biāo)，或說(shuō)“印上標(biāo)志”，也被用來(lái)幫助跟蹤平板顯示器（FPD）。在這項(xiàng)應(yīng)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(yè)領(lǐng)域，有許多不同的激光標(biāo)記技術(shù)得到應(yīng)用。在一些情況下，玻璃被覆蓋上了一層感應(yīng)紫外光的材料，而其他制造商可能利用激光對(duì)玻璃表面或者表面以下進(jìn)行直接標(biāo)記。
        
        硬盤紋理加工產(chǎn)生了一個(gè)有紋理的，或者“粗糙”的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域用來(lái)作為硬盤上的一個(gè)磁頭停放區(qū)（如圖2）。若沒(méi)有使用這項(xiàng)技術(shù)，高度拋光的表面將導(dǎo)致讀-寫磁頭對(duì)硬盤的附著。在計(jì)算機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)磁盤開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，讀-寫磁頭可能會(huì)破壞沒(méi)有紋理的元件。在過(guò)去，硬盤制造商不得不依靠金剛石研磨劑來(lái)對(duì)表面進(jìn)行研磨。然而，在幾年中，使用激光器來(lái)產(chǎn)生紋理就取代了這項(xiàng)濕式加工。
        
        利用激光對(duì)磁盤進(jìn)行紋理加工，就要求有高脈沖重復(fù)頻率以提高加工的產(chǎn)量。同時(shí)，要求有高度可靠性以降低生產(chǎn)的停工時(shí)間，要求有脈沖之間穩(wěn)定度高，并且對(duì)脈寬有精確的控制，以確?？芍貜?fù)的結(jié)構(gòu)成型。高重復(fù)頻率還意味著能夠產(chǎn)生更密集的磁頭停放區(qū)，因?yàn)橛懈嘟Y(jié)構(gòu)可以在相同的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。目前，在磁盤驅(qū)動(dòng)器工業(yè)內(nèi)的紋理加工技術(shù)是利用調(diào)Q的DPSS激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如由光譜物理（Spectra Physics）公司生產(chǎn)的V系列激光器，這類激光器可以產(chǎn)生的平均功率達(dá)到8W（波長(zhǎng)為1064 nm），同時(shí)，脈沖之間的穩(wěn)定性很好，重復(fù)頻率高達(dá)300 kHz。激光光束接近衍射極限（TEM00），這就能夠重復(fù)產(chǎn)生圓形的“隆起”。這類激光器目前已成為業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，在硬盤制造工業(yè)內(nèi)占了總市場(chǎng)份額的90%。 #p#分頁(yè)標(biāo)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(biāo)記，存儲(chǔ)器修復(fù)，硅晶圓的切片和電阻器的微修整。
        
        PC板上的組件會(huì)收縮，在許多情況下，在直接的制造過(guò)程中，無(wú)法得到元件的阻抗和容抗的準(zhǔn)確值。取而代之的是，在兩步（包括在線測(cè)量和修整）的加工中，電阻率被優(yōu)化了。小型精確電阻和電容的制造商們通過(guò)有選擇性的去除塊狀物質(zhì)（即激光調(diào)阻技術(shù)）來(lái)得到準(zhǔn)確的值，這是以“L”形（如圖3）來(lái)加工，它使用了紅外調(diào)Q的DPSS激光器，如光譜物理（Spectra Physics）公司的Navigator系列。激光微調(diào)技術(shù)要求有一致的脈寬和很好的光束質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)高效和可重復(fù)的加工。
        
        在優(yōu)化元件后，激光器被用來(lái)對(duì)陶瓷的基底進(jìn)行打孔和劃線工作，以便將單獨(dú)的芯片分開(kāi)。劃線是一個(gè)局部的切割或者打孔。在加工的后期，利用了機(jī)械加壓來(lái)分離單獨(dú)的元件（如圖4）。
        
        類似的，半導(dǎo)體晶圓也利用了激光器來(lái)劃線和切片。利用激光進(jìn)行晶圓切片與可用的金剛石鋸切相比有幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。以傳統(tǒng)的方法，葉片會(huì)變鈍，需要更換，有時(shí)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(shí)間，將導(dǎo)致額外的加工成本。激光切片是一個(gè)非接觸的工程，不需要消耗性工具。非接觸方法幾乎不產(chǎn)生灰塵，并且切割的邊緣更加干凈；邊緣質(zhì)量的提高使得損壞減少，產(chǎn)品質(zhì)量更好。此外，使用傳統(tǒng)的機(jī)械鋸無(wú)法切割薄的半導(dǎo)體晶圓，而紫外激光器或者紅外激光器對(duì)于在半導(dǎo)體晶圓上分離單獨(dú)的芯片來(lái)說(shuō)尤為重要。
        
        存儲(chǔ)器修復(fù)
        
        在存儲(chǔ)器芯片的生產(chǎn)中，芯片有許多的扇區(qū)會(huì)被破壞或者是多余的。激光光束被用來(lái)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(chǔ)器扇區(qū)，這帶來(lái)了更高的成品率。傳統(tǒng)上存儲(chǔ)器修復(fù)是由紅外激光器實(shí)現(xiàn)的，但是，可靠的固態(tài)綠光（532 nm）和紫外（355 nm）光源的發(fā)展提供了所需要的更小的光斑尺寸（它能夠?qū)崿F(xiàn)在更小或者更稠密壓縮的存儲(chǔ)器扇區(qū)中選擇性的除去更小的引線），這就使得微電子工業(yè)內(nèi)的進(jìn)一步小型化成為可能。目前的工業(yè)加工要求單脈沖工藝，這就要求激光器脈沖之間的穩(wěn)定性很好，并且有輪廓分明的圓形光束。
        
        下一個(gè)步驟
        
        隨著微電子加工的發(fā)展，更多目前使用紅外或可見(jiàn)波段的制造過(guò)程將改變方案和材料以利用紫外波長(zhǎng)，因?yàn)樗哂懈」獍叱叽?。更高的重?fù)頻率可以提高產(chǎn)量，但是還有其他可能的手段。通過(guò)改變工業(yè)加工過(guò)程，使用單個(gè)的高功率激光器作為單個(gè)光源（“光引擎”）來(lái)為多個(gè)工作站提供光，這就實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。
        
        激光的不斷發(fā)展，以更小的封裝實(shí)現(xiàn)了更高的功率，并且使得人們能夠在工業(yè)應(yīng)用中更廣泛地利用光子技術(shù)。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，毫無(wú)疑問(wèn)，它將給微電子行業(yè)帶來(lái)前所未有的提高。
        
        隨著更小、更快、功率更強(qiáng)、更靈活、更可靠光源的發(fā)展，激光器和激光系統(tǒng)公司提供的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗟財(cái)U(kuò)大。分系統(tǒng)（包括光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)械控制系統(tǒng)和振動(dòng)隔離方案）的不斷發(fā)展，將提供完整的“光引擎”分系統(tǒng)。這一系統(tǒng)將被系統(tǒng)集成器和主要設(shè)備制造商利用來(lái)進(jìn)一步提高他們自己的技術(shù)和應(yīng)用。
        
        Arnd Krueger (arnd.krueger@spectra-physics.com)是光譜物理（Spectra Physics）公司產(chǎn)品市場(chǎng)部的高級(jí)主管。Wolfgang Juchmann是該公司固態(tài)激光器的產(chǎn)品經(jīng)理。