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紫外激光器  激光器  
• 作者：Larry Shi，Coherent公司 DPSS產(chan) 品經理 

        出於(yu) 製造成本考慮，製造商需要生產(chan) 功能更強大、但更小和更節能的設備，因此，激光技術在半導體(ti) 以及微電子製造過程中的作用正在急劇增強。與(yu) 現有的智能手機相比，下一代產(chan) 品需要具備更強大的處理能力和高質量顯示屏，而且這種趨勢日益顯著。零部件製造商已經逐漸轉向具備高分辨率、高能量以及低損傷(shang) 加工特性的紫外（UV）和深紫外（DUV）激光器來實現智能手機的生產(chan) 。

        本文闡釋了激光器應用於(yu) 智能手機製造的實例，並對因應未來需求而研發的新激光技術進行了綜述。
        
        晶片切割

        智能手機所需的小物理尺寸與(yu) 高性能需要較薄的內(nei) 存晶片（用於(yu) 先進的封裝）以及組成低電介質的晶片，以改進功耗。這兩(liang) 種晶片對傳(chuan) 統模具切割（采用鋸）方式提出了挑戰。特別是，低電介質具備高多孔性、柔軟性以及低粘附性，令傳(chuan) 統的鋸切割難以應對。目前， “半切割”的激光劃片已經成為(wei) 用於(yu) 切割低電介質最普遍的方法。 
        
 

       在這一過程中，激光器被用於(yu) 切穿軟質外延層，從(cong) 而使軟質外延層在模具上絕緣，並使其邊緣層相對清潔，沒有損壞。隨後矽片將被機械鋸切而無須擔心外延層與(yu) 鋸片接觸。

        對內(nei) 存晶片而言，機械鋸切在工業(ye) 中仍然居於(yu) 主導地位；但是隨著晶片變薄，機械鋸切會(hui) 產(chan) 生裂縫或斷裂，由此必須較慢地進行，因而降低了產(chan) 能。我們(men) 可以利用激光完全切穿晶片，以避免這些問題。對於(yu) 100 m以下的晶片厚度，可以預期激光切割與(yu) 鋸切之間的總成本相仿；對50 m以及更小晶片所做的激光加工，它將更具優(you) 勢。

        當前，類似Coherent公司AVIA係列355-23-250這樣的半導體(ti) 泵浦固體(ti) 激光器，已經針對晶片劃片做了特殊的設計和優(you) 化，並且成為(wei) 切割應用的首選設備。短波長帶來小的熱影響區域（HAZ），並且調Q激光器的短脈寬（數十納秒）意味著每個(ge) 脈衝(chong) 的熱能被減小到最低限度，並且可以在下一個(ge) 脈衝(chong) 到達之前通過傳(chuan) 導而消散。高重複頻率以及高功率降低了總擁有成本（COO），從(cong) 而促使製造成本下降。

        未來趨勢：采用更高精度切割可以帶來加工簡單化以及精度方麵的益處。近來出現的工業(ye) 用皮秒激光器成為(wei) 了一種有效的解決(jue) 方法。皮秒脈衝(chong) 主要通過稱為(wei) 多光子吸收的光學過程去除材料。這是一個(ge) 相對冷（非熱）的過程，可以帶來比納秒激光器更優(you) 異的邊緣質量，從(cong) 而提高成品率，並且有可能無須進行後續加工。Coherent公司的Talisker係列激光器在355 nm波長下提供了4 W的輸出，脈衝(chong) 寬度為(wei) 15 ps，這種全新的工業(ye) 皮秒激光器已經通過實踐證明了其提供前所未有的超高精度、速度以及可靠性的能力。
 

 激光直接成像

        智能手機中，將更多電路安裝到更小空間的需求導致了越來越多地使用高密度互連（HDI）電路板，而激光直接成像（LDI）在生產(chan) 這種電路板方麵已成為(wei) 一項關(guan) 鍵的技術。在LDI中，鎖模的紫外激光器可將圖案直接成像到塗有光刻膠的麵板上，完全排除了使用傳(chuan) 統的成像工具（即膠片）。LDI最明顯的好處是節省了與(yu) 這些成像工具的生產(chan) 、使用、處理以及存儲(chu) 有關(guan) 的時間和成本。LDI還提供了明顯優(you) 於(yu) 傳(chuan) 統的接觸印刷製備方法的精度。

        Coherent公司的Paladin係列激光器是專(zhuan) 門為(wei) 滿足LDI以及其他需要可靠、高功率紫外激光光源的應用而開發的。Paladin係列是鎖模的半導體(ti) 泵浦三倍頻固體(ti) 激光器，波長355 nm，輸出功率可以高達16 W。Paladin係列的全固態構造堅固耐用、具有高可靠性和長壽命，並且具備卓越的模式質量和極好的指向穩定性、功率穩定性以及噪聲特性。16 W的輸出功率可以在保持足夠的加工產(chan) 能的同時，使用較廉價(jia) 的幹膜。
        
        鑽孔

        製造HDI電路板的另一個(ge) 重要步驟是鑽微孔，這實現了電路板中的各不同層之間的電連接。與(yu) 其他競爭(zheng) 技術相比，激光鑽孔提供了相當大的實用性和成本優(you) 勢，因此激光鑽孔已經成為(wei) 微孔生產(chan) 的首選方法。例如，隨著孔直徑越來越小，直至250 m以下，機械鑽孔變得越來越昂貴，而對於(yu) 150 m以下的孔則幾乎無法勝任。

        大多數用於(yu) 智能手機電路板的微孔鑽孔是利用在100 W至500 W的功率範圍內(nei) 的CO2激光器來完成。其中的一個(ge) 典範是Coherent公司DIAMOND K - 225i，該激光器產(chan) 生9.4 m的波長和高達225 W的功率。由於(yu) 包括FR4、樹脂塗層鋁箔（RCC），聚酰亞(ya) 胺、聚四氟乙烯以及芳綸在內(nei) 的電介質材料在該波長處呈現了顯著高於(yu) 常見的10.6 m的CO2輸出波長的吸收，使得9.4 m波長具有更高的價(jia) 值。另外，Coherent公司DIAMOND K - 225i也證明了高光束質量對於(yu) 在加工表麵達到足夠小的聚焦光斑是必須的。

        未來趨勢：半導體(ti) 泵浦固體(ti) 紫外激光器也用於(yu) 鑽微孔。這些激光器的短波長和高光束質量可提供更小的聚焦尺度。相對於(yu) CO2激光器（能產(chan) 生100 m大小範圍內(nei) 的大多數微孔），小的焦點以及紫外固體(ti) 激光器較低的平均功率（與(yu) CO2相比）使得紫外固體(ti) 激光器處於(yu) 不利地位。然而，隨著設備小型化的趨勢仍在繼續，以及對於(yu) 較小的微孔的需求增加，這些激光器的應用將會(hui) 擴大。表1提供了CO2激光器與(yu) 紫外固體(ti) 激光器在該應用方麵的全麵對比。
 
 

低溫多晶矽淬火

        用於(yu) 諸如iphoness等高端智能手機的顯示屏是基於(yu) 多晶矽，而非大多數平板顯示器所采用的非晶矽。多晶矽具有明顯高於(yu) 非晶矽的電子遷移率。因此，基於(yu) 多晶矽技術的液晶顯示器（LCD）可以提供更高的分辨率和亮度、更寬的視角以及更高的像素刷新率。多晶矽的使用也令在麵板上集成顯示器驅動電路成為(wei) 可能，從(cong) 而促進正在進行中的小型化工藝。#p#分頁標題#e#

        基於(yu) 準分子激光器的低溫多晶矽（LTPS）淬火是目前顯示器製造過程中加工多晶矽層的首選方法。這是因為(wei) 它可以在溫度低至200℃時執行，而無需使用昂貴的石英或熱玻璃襯底。目前，使用最廣泛的LTPS技術被稱為(wei) 準分子激光淬火（ELA）。

        在ELA中，308 nm準分子激光器的矩形光束被光學勻化，並整形為(wei) 一條細長的能量分布高度均勻的直線（典型的大約為(wei) 465 mm×0.4 mm）。這條直線光斑被導引到矽塗層襯底上，然後進行掃描。
        矽可以有效地吸收308 nm的波長，實現對每一個(ge) 脈衝(chong) 幾乎完全的利用。由於(yu) 晶體(ti) 在垂直方向上的生長，導致了在融合矽與(yu) 剩餘(yu) 的未融合矽的界麵處開始的高效結晶化過程。

        ELA需要準分子激光器具有高脈衝(chong) 能量（1J）、達到幾百赫茲(zi) 的高重複頻率以及高能量穩定性。高脈衝(chong) 能量使每個(ge) 脈衝(chong) 能作用在更大的麵積上。而高重複頻率是實現預期產(chan) 能所必需的。傳(chuan) 統的準分子激光器或提供高脈衝(chong) 能量或提供高重複頻率，但兩(liang) 者無法同時實現。Coherent公司為(wei) 滿足ELA需求而提供了在重複頻率為(wei) 300 Hz下提供1J脈衝(chong) 能量的LAMBDA SX。
 

    觸摸屏ITO刻蝕

        在過去幾年中，觸摸屏的成本一直在穩步下降，智能手機的觸摸屏正變得越來越常見。例如，全球觸摸屏銷售額在2007年約為(wei) 12億(yi) 美元，預期在2012年將達到50億(yi) 美元以上。目前，製造觸摸屏主要有三種技術：電阻、電容和表麵聲波技術。電阻和電容技術通常用於(yu) 中小型屏幕智能手機中。雖然電阻技術在市場居於(yu) 主導地位，但是iphoness使用的電容技術允許多點觸摸同時檢測，這項技術受歡迎的程度可望在未來幾年中得以提升。

        典型的觸摸屏麵板包括頂部保護層、粘合層、被刻蝕的透明導電氧化物（一般是ITO）層以及玻璃襯底組成。一些製造商使用半導體(ti) 泵浦固體(ti) 紫外激光器，通過TCO層來刻劃一係列寬度約為(wei) 25 m至50 m的線。在某些情況下，紫外DPSS激光器還用於(yu) 去除TCO，以產(chan) 生穿過裝置正麵的更線性的響應。

        與(yu) 諸如光刻的傳(chuan) 統ITO刻蝕技術相比，紫外激光加工具有若幹優(you) 勢。特別是，基於(yu) 激光的加工提供了更高的產(chan) 能，更高的加工靈活性以及達到較小尺度的能力避免了濕化學物質及其帶來的安全性和環境汙染問題。

        通常用於(yu) 觸摸屏刻蝕的激光器是半導體(ti) 泵浦紫外激光器，例如Coherent公司AVIA355-20在355 nm時輸出超過20 W。這種激光器不僅(jin) 可以輕鬆地提供觸摸屏刻蝕所需的加工尺度，而且更重要的是，短波長不會(hui) 深入襯底，這意味著在脆弱的薄玻璃或塑料襯底上的熱負荷會(hui) 非常小。
        
        結論

        多種紫外激光器已經成為(wei) 各類微電子生產(chan) 應用中的重要工具，這是由於(yu) 他們(men) 可以支持電路尺寸更小的趨勢，而且可以實現比其它技術（尤其是濕化學方法）更環保和更經濟的工藝。隨著個(ge) 人電子設備的小型化和多功能趨勢的延續，我們(men) 預期更多需要激光的新應