激光是20世紀60年代發展起來的一門新興(xing) 科學。它是一種具有亮度高、方向性好、單色性好等特點的相幹光。

　　激光應用於(yu) 材料加工，使製造業(ye) 發生了根本性變化，解決(jue) 了許多常規方法無法解決(jue) 的難題。在航天工業(ye) 中，鋁合金用激光焊接的成功被認為(wei) 是飛機製造業(ye) 的一次技術大革命。激光加工技術在汽車工業(ye) 中的使用，實現了汽車從(cong) 設計到製造的大變化，優(you) 化汽車結構，減輕了汽車自重，最終使汽車性能提高，耗油量降低。激光精加工和激光微加工不僅(jin) 促進了微電子工業(ye) 的發展，而且為(wei) 微型機械製造提供了條件。另外，傳(chuan) 統加工方法大都為(wei) 力的傳(chuan) 遞，因此加工速度受到限製，而激光加工更多地是光的傳(chuan) 遞，慣性小，柔性大，而且激光能量密度高，加工速度可以很快，激光加工被譽為(wei) “未來製造係統共同的加工手段”。總之激光加工技術在世界範圍內(nei) 的迅猛發展正在引起一場新的工業(ye) 革命，最終使材料加工業(ye) 從(cong) 目前的電加工時代過渡到光加工時代。

　　2012年在全球經濟低迷不振的大環境下，激光器製造商在“經濟餘(yu) 震”中所經曆的不確定性和擔憂，在經濟大衰退之後的幾年內(nei) 將依然存在。然而從(cong) 長遠銷售預期來看，在很多幾乎不受地域或者全球性經濟衰退影響的領域，激光正在作為(wei) 一種成熟的、對經濟增長發揮重要作用的技術，呈現出上揚態勢。盡管預計全球債(zhai) 務危機將會(hui) 限製2013年的某些資本設備支出，但是激光器有望憑借“能實現製造自動化、提高效率、降低能耗，進而使企業(ye) 在經濟風暴中更具競爭(zheng) 力”的優(you) 勢脫穎而出。

　　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。2013年激光技術在半導體(ti) 行業(ye) 將會(hui) 取得怎樣的成績呢?

　　半導體(ti) 市場：黯然神傷(shang)

　　雖然智能電子設備組件的微加工將繼續為(wei) 光纖激光器製造商帶來利好勢頭，但是主要依賴於(yu) 半導體(ti) 資本設備采購的激光器製造商，將在2013年遭遇坎坷。

　　“隨著半導體(ti) 行業(ye) 從(cong) 45nm轉向20nm甚至更高的節點，需要更多的製造步驟處理更多的層和新材料，這導致資本強度增加。”半導體(ti) 設備暨材料協會(hui) (SEMI)行業(ye) 研究與(yu) 統計高級總監DanTracy表示，“2010年和2011年，半導體(ti) 行業(ye) 在產(chan) 能擴充方麵實現了堅挺恢複，同時也轉向了更加先進的工藝技術。而2012年產(chan) 能擴張的減少，為(wei) 半導體(ti) 行業(ye) 帶來了更多不確定性，一些分析師預計2013年半導體(ti) 行業(ye) 的資本支出將出現負增長。”Tracy還補充道，半導體(ti) 資本設備市場存在著周期性，最近報道的設備數據反映了2012年下半年更加低迷的行業(ye) 狀況。2012年10月的訂單出貨比為(wei) 0.75，訂單量約比2011年10月下跌20%。

　　“對於(yu) 微電子行業(ye) 來講，2012年將是一分為(wei) 二的年頭，”相幹微電子部門營銷總監DavidClark表示，“預計2013年傳(chuan) 統消費電子產(chan) 品，如筆記本電腦、PC、數碼相機、硬盤驅動器和電視機將非常不景氣，但是平板電腦和智能手機以及相關(guan) 組件將會(hui) 以驚人的速度增長。這無疑是個(ge) 好消息，因為(wei) 這些移動設備組件很多都是使用相幹的激光器製造的，相幹的這部分業(ye) 務將會(hui) 繼續強勁增長。”Clark補充說，“如果基於(yu) Windows8的超級本和平板電腦在企業(ye) 市場獲得真正成功，相信這必將刺激2013年IC銷售額的限製增長。”

　　ICInsihts公司也看到了類似趨勢，其預計2013年電子設備的銷售額將增長5%，2012年的增長率為(wei) 3%。Clark對更長遠的趨勢也持樂(le) 觀態度，他表示，“4G-LTE無線網絡建設、互聯網流量的持續增長、雲(yun) 計算的采用一級即將向450nm晶圓的遷移，所有這些都將促使未來幾年內(nei) 半導體(ti) 資本支出方麵出現重大投資。”

　　相幹2012年第四財季(截至2012年9月29日)的銷售額，從(cong) 上年同期的2.08億(yi) 美元下降到1.89億(yi) 美元;與(yu) 上個(ge) 季度相比，訂單量下降近23%。相比之下，Newport則由於(yu) 研發市場和工業(ye) 市場的強勁表現而實現了創紀錄的銷售額;當然半導體(ti) 資本支出的疲軟也使其受到了一定影響，其第四財季(截至2012年9月29日)微電子業(ye) 務銷售額比上年同期下降了9.7%，降至1.1億(yi) 美元。

　　作為(wei) 一家主要為(wei) 半導體(ti) 行業(ye) 提供光刻光源的供應商，Cymer公司2012年第三季度(截至2012年9月30號)的總營收約為(wei) 1.32億(yi) 美元，基本與(yu) 上年同期持平，但低於(yu) 2012年第二季度1.49億(yi) 美元的總營收。2012年10月，Cymer公司被荷蘭(lan) ASML公司以大約26億(yi) 美元的價(jia) 格收購;2012年第三季度，Cymer出貨了27套紫外係統，並向ASML交付了其首款極紫外光源，曝光功率為(wei) 30W。

　　Cymer公司和日本Gigaphoton公司是業(ye) 界領先的極紫外光源製造商，依據摩爾定律，他們(men) 會(hui) 繼續享受業(ye) 務增長。但是研究超短、超高功率激光脈衝(chong) (如用於(yu) 光與(yu) 物質相互作用研究的極強光設施)的激光器製造商，正在尋求超越摩爾定律。

　　“早在2007年，來自美國能源部基礎能源科學顧問委員會(hui) 的一份報告就顯示，當集成電路製造達到分子級或納米級的時候，其將遠遠超越摩爾定律的限製。一個(ge) 基於(yu) 納米芯片的超級計算機，可以舒適地握在掌中，且耗電極低。”CalmarLaser公司營銷總監TimEdwards說，“這使得激光產(chan) 業(ye) 令人興(xing) 奮不已——沒有激光發揮舉(ju) 足輕重的作用，分子尺度的未來將無法實現。飛秒光纖激光器製造商始終致力於(yu) 提升脈衝(chong) 到脈衝(chong) 之間的穩定性，以滿足眼科、光譜、DNA分析、分子成像、薄膜太陽能電池加工以及計量等應用的苛刻要求，所有這些都提供了廣闊的科研激光市場，但是不知為(wei) 何激光市場並未快速增長。”

　　隨著激光技術的發展，激光技術必將在未來的半導體(ti) 行業(ye) 發展中扮演越來越重要的角色。接下來為(wei) 激光技術在半導體(ti) 行業(ye) 的一些應用：

　　1 激光技術在晶片/芯片加工領域的應用

　　1.1在劃片方麵的應用

　　劃片工藝隸屬於(yu) 晶圓加工的封裝部分，它不僅(jin) 僅(jin) 是芯片封裝的關(guan) 鍵工藝之一，而是從(cong) 圓片級的加工(即加工工藝針對整片晶圓，晶圓整片被同時加工)過渡為(wei) 芯片級加工(即加工工藝針對單個(ge) 芯片)的地標性工序。從(cong) 功能上來看，劃片工藝通過切割圓片上預留的切割劃道(street)，將眾(zhong) 多的芯片相互分離開，為(wei) 後續正式的芯片封裝做好最後一道準備。

　　目前業(ye) 界討論最多的激光劃片技術主要有幾種，其主要特征都是由激光直接作用於(yu) 晶圓切割道的表麵，以激光的能量使被作用表麵的物質脫離，達到去除和切割的目的。但是這種工藝在工作過程中會(hui) 產(chan) 生巨大的能量，並導致對器件本身的熱損傷(shang) ，甚至會(hui) 產(chan) 生熱崩邊(Chipping)，被剝離物的沉積(Deposition)等至今難以有效解決(jue) 的問題。 與(yu) 很多先行技術不同，傳(chuan) 統旋轉砂輪式劃片機的全球領導廠商東(dong) 京精密公司和日本著名的激光器生產(chan) 商濱鬆光學聯合推出了突破傳(chuan) 統理念的全新概念的激光劃片機MAHOH。其工作原理摒棄了傳(chuan) 統的表麵直接作用、直接去除的做法;而采取作用於(yu) 矽基底內(nei) 的矽晶體(ti) ，破壞其單晶結構的技術，在矽基底內(nei) 產(chan) 生易分離的變形層，然後通過後續的崩片工藝使芯片間相互分離。從(cong) 而達到了無應力、無崩邊、無熱損傷(shang) 、無汙染、無水化的切割效果。#p#分頁標題#e#

　　1.2在晶片割圓方麵的應用

　　割圓工藝是晶體(ti) 加工過程中的一個(ge) 重要組成部分。早期，該技術主要用於(yu) 水平砷化镓晶片的整形，將水平砷化镓單晶片稱為(wei) 圓片。隨著晶體(ti) 加工各個(ge) 工序的逐步加工，在各工序將會(hui) 出現各種類型的廢片，將這些廢片加工成小直徑的晶片，然後再經過一些晶片加工工序的加工，使其變成拋光片。

　　傳(chuan) 統的割圓加工方法有立刀割圓法、掏圓法、噴砂法等。這些方法在加工過程中對晶片造成的損傷(shang) 較大，出片量相對較少。隨著激光加工技術的發展，一些廠家對激光加工技術引入到割圓工序，再加上較為(wei) 成熟的軟件控製，可以在一個(ge) 晶片上加工出更多的小直徑晶片。

　　2 激光打標技術

　　激光打標是一種非接觸、無汙染、無磨損的新標記工藝。近年來，隨著激光器的可靠性和實用性的提高，加上計算機技術的迅速發展和光學器件的改進，促進了激光打標技術的發展。

　　激光打標是利用高能量密度的激光束對目標作用，使目標表麵發生物理或化學的變化，從(cong) 而獲得可見圖案的標記方式。高能量的激光束聚焦在材料表麵上，使材料迅速汽化，形成凹坑。隨著激光束在材料表麵有規律地移動同時控製激光的開斷，激光束也就在材料表麵加工成了一個(ge) 指定的圖案。激光打標與(yu) 傳(chuan) 統的標記工藝相比有明顯的優(you) 點：

　　(a)標記速度快，字跡清晰、永久;

　　(b)非接觸式加工，汙染小，無磨損;

　　(c)操作方便，防偽(wei) 功能強;

　　(d)可以做到高速自動化運行，生產(chan) 成本低。

　　在晶片加工過程中，在晶片的特定位置製作激光標識碼，可有效增強晶片的可追溯性，同時也為(wei) 生產(chan) 管理提供了一定的方便。目前，在晶片上製作激光標識碼是成為(wei) 一種潛在的行業(ye) 標準，廣泛地應用於(yu) 矽材料、鍺材料。

　　3 激光測試技術

　　3.1激光三角測量術

　　微凸點晶圓的出現使測量和檢測技術麵臨(lin) 著巨大的挑戰，對該技術的最基本要求是任一可行的檢測技術必須能達到測量微凸點特征尺寸所需的分辨率和靈敏度。在50μm節距上製作25μm凸點的芯片技術，目前正在開發中，更小凸點直徑和更節距的技術也在發展中。另外，當單個(ge) 芯片上凸點數量超過10000個(ge) 時，晶圓檢測係統必須有能力來處理凸點數迅速增加的芯片和晶圓。分析軟件和計算機硬件必須擁有足夠高的性能來存儲(chu) 和處理每個(ge) 晶圓上所存在的數百萬(wan) 個(ge) 凸點的位置和形貌數據。

　　在激光三角檢測術中，用一精細聚焦的激光束來掃描圓片表麵，光學係統將反射的激光聚焦到探測器。采用3D激光三角檢測術來檢測微凸點的形貌時，在精度、速度和可檢測性等方麵，它具有明顯的優(you) 勢。

　　3.2顆粒測試

　　顆料控製是晶片加工過程、器件製造過程中重要的一個(ge) 環節，而顆粒的監測也就顯得至關(guan) 重要。顆粒測試設備的工作原理有兩(liang) 種，一種為(wei) 光散射法;另一種為(wei) 消光法。

　　對於(yu) 懸浮於(yu) 氣體(ti) 中的顆粒，通常采用光散射法進行測試，同時某些廠家利用這種工作原理生產(chan) 了測試晶片表麵顆粒的設備;而對於(yu) 液體(ti) 中的顆粒，這兩(liang) 種方法均適用。

　　4 激光脈衝(chong) 退火(LSA)技術

　　該技術通過一長波激光器產(chan) 生的微細激光束掃描矽片表麵，在一微秒甚至更短的作用時問內(nei) 產(chan) 生～個(ge) 小尺寸的局域熱點。由於(yu) 隻有上表麵的薄層被加熱，矽片的整體(ti) 依然保持低溫，使得此表麵層的降溫速率幾乎和它的升溫速率一樣快。從(cong) 固體(ti) 可溶性的角度考慮，高峰值溫度能夠激活更多的摻雜原子，此外正如65nm及以下工藝所求的那樣，較短的作用時間可以使摻雜原子的擴散降到最低。退火處理的作用範圍可以限製在矽片上的特定區域而不會(hui) 影響到周圍部位。

　　該技術已經應用於(yu) 多晶矽柵極的退火，在減少多晶矽的耗盡效應方麵取得了顯著的效果。K.Adachi等將閃光燈退火和激光脈衝(chong) 退火處理的MOS管的Ion/Ioff進行了比較，在pMOS-FET和nMOSFET中，采用激光脈衝(chong) 退火處理的器件的漏極電流要大10%，器件性能的增強可以直接歸因於(yu) 柵電極耗盡效應的改善和寄生電阻的減小。