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微電子元件制造商利用激光來提高技術(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。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)于在加工過程中使用的激光器來說，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)元件開發(fā)，現(xiàn)在它們?cè)谖㈦娮庸I(yè)領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色，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替代化學(xué)和機(jī)械的生產(chǎn)過程帶來了幾項(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)非接觸的過程：不需要使用水，幾乎不會(huì)產(chǎn)生灰塵顆粒，沒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)過程沒有使用染料，通常使用它來對(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“印上標(biāo)志”，也被用來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)域用來作為硬盤上的一個(gè)磁頭停放區(qū)（如圖2）。若沒有使用這項(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)過程中，當(dāng)磁盤開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，讀-寫磁頭可能會(huì)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(duì)表面進(jìn)行研磨。然而，在幾年中，使用激光器來產(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，以確保可重復(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，在直接的制造過程中，無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有選擇性的去除塊狀物質(zhì)（即激光調(diào)阻技術(shù)）來得到準(zhǔn)確的值，這是以“L”形（如圖3）來加工，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。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)的芯片來說尤為重要。
        
        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波段的制造過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。通過改變工業(yè)加工過程，使用單個(gè)的高功率激光器作為單個(gè)光源（“光引擎”）來為多個(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，毫無疑問，它將給微電子行業(yè)帶來前所未有的提高。
        
        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)備制造商利用來進(jìn)一步提高他們自己的技術(shù)和應(yīng)用。
        
        Arnd Krueger ([email protected])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。