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。下文圍繞紫外DPSS激光器、準分子激光器、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

DPSS是全固態半導體(ti) 激光器的簡稱。窄脈寬、短波長紫外二極管泵浦固體(ti) 激光器（DPSS）的最新進展促進了工業(ye) 生產(chan) 係統的發展。過去，DPSS激光器比較適用於(yu) 科研而不適於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 。隨著DPSS激光器的進展，現已開辟出很多可能的應用，包括紅外、脈衝(chong) 連續波以及Q開關(guan) 產(chan) 生具有多脈衝(chong) 寬度的脈衝(chong) 光波。與(yu) 其他種類的激光器相比，DPSS激光器在調控脈衝(chong) 形狀、重複頻率和光束質量等方麵具有較大的靈活性，其生成的諧波允許用戶獲得適於(yu) 多種材料加工的較短波長的光束。激光器的選擇不僅(jin) 與(yu) 應用有關(guan) ，而且與(yu) 激光束的特性直接相關(guan) 。例如，用於(yu) 大麵積圖形加工的準分子激光器能發出具有較低脈衝(chong) 重複頻率（一般低於(yu) 1kHz）的較粗光束。準分子能產(chan) 生具有中等脈衝(chong) 重複頻率的高脈衝(chong) 能量的激光束。目前所使用的基於(yu) Nd∶YVO4的DPSS激光器能產(chan) 生大約1?滋m波長的紅外光束，利用諧波振蕩器進行二倍頻（輸出綠光）、三倍頻（輸出近紫外光）或者四倍頻（輸出深紫外光）。

355nm與(yu) 266nm多倍頻DPSS激光器在紫外波段可以輸出數瓦的功率、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激光器對藍光LED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

準分子激光器以準分子為(wei) 工作物質的一類氣體(ti) 激光器件。常用相對論電子束（能量大於(yu) 200千電子伏特）或橫向快速脈衝(chong) 放電來實現激勵。當受激態準分子的不穩定分子鍵斷裂而離解成基態原子時，受激態的能量以激光輻射的形式放出。波長為(wei) 193nm的ArF準分子激光，進行屈光手術的機理就是光化學效應。準分子激光單個(ge) 光子的能量大約是6.4eV,而角膜組織中肽鍵與(yu) 碳分子鍵的結合能量僅(jin) 為(wei) 3.6eV.當其高能量的光子照射到角膜，直接將組織內(nei) 的分子鍵打斷，導致角膜組織碎裂而達到消融切割組織的目的，並且由於(yu) 準分子激光脈寬短（10~20nm），又是光化學效應切除。因此，對切除周圍組織的機械損傷(shang) 和熱損傷(shang) 極小（﹤0.30μm）。