半導體(ti) 製造業(ye) 發展迅速，“綠色”技術無疑具有光明的未來，這就要求有新的激光加工(laser oem)工藝與(yu) 技術來獲得更高的生產(chan) 品質、成品率和產(chan) 量。除了激光係統的不斷發展，新的加工技術和應用、光束傳(chuan) 輸與(yu) 光學係統的改進、激光光束與(yu) 材料之間相互作用的新研究，都是保持綠色技術革新繼續前進所必須的。下文圍繞紫外DPSS激光器、準分子激光器器、光纖激光器在半導體(ti) 行業(ye) 中的加工應用，展開論述。      

        紫外DPSS激光器在LED晶圓劃片中的應用 

        紫外二極管泵浦固體(ti) （DPSS）激光器係統具有可靠性高、加工重複性好等特點，廣泛應用於(yu) 微加工、表麵處理與(yu) 材料加工等領域。這種UV DPSS激光加工(laser oem)方法優(you) 於(yu) 其它的激光加工(laser oem)方法或機械、化學加工方法，在半導體(ti) 與(yu) 其它工業(ye) 應用中具有很大的發展潛力。 

        在劃片、切割、結構構造、過孔鑽孔等微加工領域廣泛使用DPSS激光器對以下材料進行加工：、藍寶石、CVD化學氣相沉積鑽石、III-V族半導體(ti) （砷化稼、磷化銦、磷化鉀）與(yu) III族氮化物（氮化稼、氮化鋁）等。DPSS激光器也被用於(yu) 陶瓷、塑料與(yu) 金屬材料的微加工。 

        355nm與(yu) 266nm多倍頻DPSS激光器在紫外波段可以輸出數瓦的、kHz量級高重複頻率、高脈衝(chong) 能量的激光，短脈衝(chong) 的光束經過聚焦後可以產(chan) 生極高的功率密度，在晶圓劃片中可以使材料迅速氣化。在通常的激光劃片過程中，采用了一種遠場成像的簡易技術將光束聚焦到一個(ge) 小點，然後移到晶片材料上。不同的材料由於(yu) 吸收光的特性不一樣，因此需要的光強也不一樣，但是這種遠場成像的聚焦光斑在調節優(you) 化光強時不夠靈活，光強過強或過弱都會(hui) 影響激光劃片效果。而且通常的激光劃片局限於(yu) 獲得最小的聚焦光斑，後者決(jue) 定了劃片的分辨率。 

圖1、氮化镓-藍寶石晶圓激光劃片的切口寬度為(wei) 2.5微米。

        要達到理想的加工效果，優(you) 化激光光強就很重要了，因此需要一種新的激光劃片方法來克服現有技術的缺陷。美國JPSA公司的技術人員開發了一種有效的光束整形與(yu) 傳(chuan) 遞的光學係統，該係統可以獲得很狹窄的2.5微米切口寬度，可以在保證最小聚焦光斑的同時調節優(you) 化激光強度，大大提高了半導體(ti) 晶圓劃片的速度，同時降低了對材料過度加熱與(yu) 附帶損傷(shang) 的程度。這種新的激光加工(laser oem)工藝與(yu) 技術可以獲得更高的生產(chan) 品質、更高的成品率和產(chan) 量。 

圖2、248nm激光剝離示意圖 

圖3、248nm激光剝離藍寶石上的氮化镓（一個(ge) 脈衝(chong) 激光光斑一次覆蓋9個(ge) 芯片）。

        JPSA對不同波長的激光進行開發，使它們(men) 特別適合於(yu) 晶圓切割應用，采用266nm的DPSS激光器對藍寶石晶圓的氮化镓正麵進行劃片，正切劃片速度可達150mm/s，每小時可加工大約15片晶圓（標準2英寸晶圓，裸片尺寸350m×350m），切口卻很小（小於(yu) 3m）。激光工藝具有產(chan) 能高、對LED性能影響小的特點，容許晶圓的形變和彎曲，其切割速度遠高於(yu) 傳(chuan) 統機械切割方法。 

        除了藍寶石之外，碳化矽也可以用來作為(wei) 藍光LED薄片的外延生長基板。266nm和355nm紫外DPSS激光器（帶隙能量分別為(wei) 4.6eV和3.5eV）可用於(yu) 碳化矽（帶隙能量為(wei) 2.8eV）劃片。JPSA通過持續研發背切劃片的激光吸收增強等新技術，研發了雙麵劃片功能，355nm的DPSS激光器可以從(cong) LED的藍寶石麵進行背切劃片，實現了劃片速度高達150mm/s的高產(chan) 量背切劃片，無碎片並且不損壞外延層。對於(yu) 第III-V主族半導體(ti) ，例如砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）和磷化銦（InP），典型的切口深度為(wei) 40m，250微米厚的晶圓劃片速度高達300mm/s。 

        準分子激光器在2D圖案成形與(yu) 3D微加工、LED剝離中的應用 

        準分子激光器工業(ye) 加工係統具有波長短（351、308、248、193與(yu) 157nm等紫外波段）、功率高（50～100瓦）、能量大、光斑麵積大、光斑分布比較均勻等特點。因此準分子激光器適合大麵積圖案加工、3D微加工、微加工、紫外激光光刻、TFT平板激光退火、LED激光剝離等應用。 

        2D圖案成形與(yu) 3D微加工 準分子激光器可以產(chan) 生大麵積方形或矩形的光斑，特別適合大麵積圖案成形工藝與(yu) 3D微加工。準分子激光器可以在相對較大的聚焦平麵範圍內(nei) 高效地加工材料，例如500mJ的UV光束在能量密度為(wei) 1 J/cm2時光斑的麵積達到7×7mm。大麵積的準分子激光束可以投射到光刻掩模上，微加工特殊的形狀和圖案；這些被稱為(wei) 近場成像。通過掩膜板與(yu) 加工工件的協調運動，可以微加工得到較大的複雜圖案。     

圖4、薄膜太陽能電池的P1、P2、P3三層材料需要多光路激光劃片係統先後進行三次劃片。

        LED激光剝離（LLO） LED激光剝離的基本原理是利用外延層材料與(yu) 藍寶石材料對紫外激光具有不同的吸收效率。藍寶石具有較高的帶隙能量（9.9eV），所以藍寶石對於(yu) 248nm的氟化氪（K）準分子激光（5eV）是透明的，而氮化镓（約3.3eV的帶隙能量）則會(hui) 強烈吸收248nm激光的能量。正如圖2所示，激光穿過藍寶石到達氮化镓緩衝(chong) 層，產(chan) 生一個(ge) 局部的爆炸衝(chong) 擊波，在氮化镓與(yu) 藍寶石的接觸麵進行激光剝離。基於(yu) 同樣的原理，193nm的氟化氬（ArF）準分子激光可以用於(yu) 分離氮化鋁（AlN）與(yu) 藍寶石。具有6.3eV帶隙能量的氮化鋁可以吸收6.4eV的ArF激光輻射，而9.9eV帶隙能量的藍寶石對於(yu) ArF準分子激光則是透明的。 

        光束均勻性和晶圓製備對於(yu) 實現成功剝離都很重要。JPSA公司采用創新的光束均勻化專(zhuan) 利技術使得準分子激光束在晶圓上可以產(chan) 生最大麵積達5×5毫米的均勻能量密度分布的平頂光束。設計人員通過激光剝離（LLO）工藝可以實現垂直結構的LED，它克服了傳(chuan) 統的橫向結構的各種缺陷。垂直結構LED可以提供更大的電流，消除電流擁擠問題以及器件內(nei) 的瓶頸問題，顯著提高LED的最大輸出與(yu) 最大效率。圖3展示了一個(ge) 典型的剝離效果。 

圖5、JPSA薄膜太陽能電池優(you) 化劃片（左）與(yu) 非JPSA薄膜太陽能電池劃片（右）的比較。

        DPSS激光器與(yu) 光纖激光器在薄膜太陽能電池劃片中的應用 

        DPSS激光器與(yu) 光纖激光器具有體(ti) 積小、功率大、倍頻波長範圍多等特點，適合在太陽能電池劃片中的應用。 

        由於(yu) 矽材料的成本增加，很多光伏（PV）平板製造商從(cong) 製造第一代的矽晶太陽能電池轉為(wei) 製造第二代的薄膜太陽能電池。薄膜太陽能電池包括非晶矽（a-Si）太陽能電池、碲化鎘（CdTe）和銅銦镓硒（CIGS）化合物半導體(ti) 電池。相比矽晶電池的幾百微米矽晶厚度，薄膜太陽能電池薄膜厚度隻有幾個(ge) 微米，大大降低了材料的成本。薄膜太陽能電池具有材料用量少、加工工序少、有彈性、半透明、製造成本低等優(you) 點。 #p#分頁標題#e#

        JPSA設計的薄膜太陽能電池激光劃片加工係統采用創新的光束均勻化專(zhuan) 利技術使得DPSS激光束產(chan) 生均勻能量密度分布的平頂光束，根據加工材料可選擇1064nm、352nm、355nm或266nm波長的激光，多光路快速加工，可以對非平麵玻璃板薄膜自動聚焦，無HAZ熱影響區，可以高產(chan) 量、高效地進行薄膜太陽能電池的P1、P2、P3劃片與(yu) P4邊緣隔離，掃描速度可達1.5米/秒。（作者：Jerey P. Sercel，JPSA公司 譯者：王川，東(dong) 隆科技有限公司） 
         
        Jeffrey P. Sercel是美國J. P. Sercel Asiates公司（JPSA）的董事長和首席技術官，電郵：jsercel@jpsalaser.com。JPSA公司已於(yu) 2008年與(yu) 東(dong) 隆科技有限公司聯合成立中國第一個(ge) JPSA售後服務中心。