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

　　激光應(yīng)用于材料加工，使制造業(yè)發(fā)生了根本性變化，解決了許多常規(guī)方法無法解決的難題。在航天工業(yè)中，鋁合金用激光焊接的成功被認為是飛機制造業(yè)的一次技術(shù)大革命。激光加工技術(shù)在汽車工業(yè)中的使用，實現(xiàn)了汽車從設(shè)計到制造的大變化，優(yōu)化汽車結(jié)構(gòu)，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促進了微電子工業(yè)的發(fā)展，而且為微型機械制造提供了條件。另外，傳統(tǒng)加工方法大都為力的傳遞，因此加工速度受到限制，而激光加工更多地是光的傳遞，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“未來制造系統(tǒng)共同的加工手段”。總之激光加工技術(shù)在世界范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展正在引起一場新的工業(yè)革命，最終使材料加工業(yè)從目前的電加工時代過渡到光加工時代。

　　2012年在全球經(jīng)濟低迷不振的大環(huán)境下，激光器制造商在“經(jīng)濟余震”中所經(jīng)歷的不確定性和擔憂，在經(jīng)濟大衰退之后的幾年內(nèi)將依然存在。然而從長遠銷售預(yù)期來看，在很多幾乎不受地域或者全球性經(jīng)濟衰退影響的領(lǐng)域，激光正在作為一種成熟的、對經(jīng)濟增長發(fā)揮重要作用的技術(shù)，呈現(xiàn)出上揚態(tài)勢。盡管預(yù)計全球債務(wù)危機將會限制2013年的某些資本設(shè)備支出，但是激光器有望憑借“能實現(xiàn)制造自動化、提高效率、降低能耗，進而使企業(yè)在經(jīng)濟風暴中更具競爭力”的優(yōu)勢脫穎而出。

　　半導(dǎo)體制造業(yè)發(fā)展迅速，“綠色”技術(shù)無疑具有光明的未來，這就要求有新的激光加工工藝與技術(shù)來獲得更高的生產(chǎn)品質(zhì)、成品率和產(chǎn)量。除了激光系統(tǒng)的不斷發(fā)展，新的加工技術(shù)和應(yīng)用、光束傳輸與光學系統(tǒng)的改進、激光光束與材料之間相互作用的新研究，都是保持綠色技術(shù)革新繼續(xù)前進所必須的。2013年激光技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)將會取得怎樣的成績呢?

　　半導(dǎo)體市場：黯然神傷

　　雖然智能電子設(shè)備組件的微加工將繼續(xù)為光纖激光器制造商帶來利好勢頭，但是主要依賴于半導(dǎo)體資本設(shè)備采購的激光器制造商，將在2013年遭遇坎坷。

　　“隨著半導(dǎo)體行業(yè)從45nm轉(zhuǎn)向20nm甚至更高的節(jié)點，需要更多的制造步驟處理更多的層和新材料，這導(dǎo)致資本強度增加。”半導(dǎo)體設(shè)備暨材料協(xié)會(SEMI)行業(yè)研究與統(tǒng)計高級總監(jiān)DanTracy表示，“2010年和2011年，半導(dǎo)體行業(yè)在產(chǎn)能擴充方面實現(xiàn)了堅挺恢復(fù)，同時也轉(zhuǎn)向了更加先進的工藝技術(shù)。而2012年產(chǎn)能擴張的減少，為半導(dǎo)體行業(yè)帶來了更多不確定性，一些分析師預(yù)計2013年半導(dǎo)體行業(yè)的資本支出將出現(xiàn)負增長。”Tracy還補充道，半導(dǎo)體資本設(shè)備市場存在著周期性，最近報道的設(shè)備數(shù)據(jù)反映了2012年下半年更加低迷的行業(yè)狀況。2012年10月的訂單出貨比為0.75，訂單量約比2011年10月下跌20%。

　　“對于微電子行業(yè)來講，2012年將是一分為二的年頭，”相干微電子部門營銷總監(jiān)DavidClark表示，“預(yù)計2013年傳統(tǒng)消費電子產(chǎn)品，如筆記本電腦、PC、數(shù)碼相機、硬盤驅(qū)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(guān)組件將會以驚人的速度增長。這無疑是個好消息，因為這些移動設(shè)備組件很多都是使用相干的激光器制造的，相干的這部分業(yè)務(wù)將會繼續(xù)強勁增長。”Clark補充說，“如果基于Windows8的超級本和平板電腦在企業(yè)市場獲得真正成功，相信這必將刺激2013年IC銷售額的限制增長。”

　　ICInsihts公司也看到了類似趨勢，其預(yù)計2013年電子設(shè)備的銷售額將增長5%，2012年的增長率為3%。Clark對更長遠的趨勢也持樂觀態(tài)度，他表示，“4G-LTE無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、互聯(lián)網(wǎng)流量的持續(xù)增長、云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(nèi)半導(dǎo)體資本支出方面出現(xiàn)重大投資。”

　　相干2012年第四財季(截至2012年9月29日)的銷售額，從上年同期的2.08億美元下降到1.89億美元;與上個季度相比，訂單量下降近23%。相比之下，Newport則由于研發(fā)市場和工業(yè)市場的強勁表現(xiàn)而實現(xiàn)了創(chuàng)紀錄的銷售額;當然半導(dǎo)體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(yè)務(wù)銷售額比上年同期下降了9.7%，降至1.1億美元。

　　作為一家主要為半導(dǎo)體行業(yè)提供光刻光源的供應(yīng)商，Cymer公司2012年第三季度(截至2012年9月30號)的總營收約為1.32億美元，基本與上年同期持平，但低于2012年第二季度1.49億美元的總營收。2012年10月，Cymer公司被荷蘭ASML公司以大約26億美元的價格收購;2012年第三季度，Cymer出貨了27套紫外系統(tǒng)，并向ASML交付了其首款極紫外光源，曝光功率為30W。

　　Cymer公司和日本Gigaphoton公司是業(yè)界領(lǐng)先的極紫外光源制造商，依據(jù)摩爾定律，他們會繼續(xù)享受業(yè)務(wù)增長。但是研究超短、超高功率激光脈沖(如用于光與物質(zhì)相互作用研究的極強光設(shè)施)的激光器制造商，正在尋求超越摩爾定律。

　　“早在2007年，來自美國能源部基礎(chǔ)能源科學顧問委員會的一份報告就顯示，當集成電路制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制。一個基于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(jiān)TimEdwards說，“這使得激光產(chǎn)業(yè)令人興奮不已——沒有激光發(fā)揮舉足輕重的作用，分子尺度的未來將無法實現(xiàn)。飛秒光纖激光器制造商始終致力于提升脈沖到脈沖之間的穩(wěn)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(yīng)用的苛刻要求，所有這些都提供了廣闊的科研激光市場，但是不知為何激光市場并未快速增長。”

　　隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光技術(shù)必將在未來的半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展中扮演越來越重要的角色。接下來為激光技術(shù)在半導(dǎo)體行業(yè)的一些應(yīng)用：

　　1 激光技術(shù)在晶片/芯片加工領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1.1在劃片方面的應(yīng)用

　　劃片工藝隸屬于晶圓加工的封裝部分，它不僅僅是芯片封裝的關(guān)鍵工藝之一，而是從圓片級的加工(即加工工藝針對整片晶圓，晶圓整片被同時加工)過渡為芯片級加工(即加工工藝針對單個芯片)的地標性工序。從功能上來看，劃片工藝通過切割圓片上預(yù)留的切割劃道(street)，將眾多的芯片相互分離開，為后續(xù)正式的芯片封裝做好最后一道準備。

　　目前業(yè)界討論最多的激光劃片技術(shù)主要有幾種，其主要特征都是由激光直接作用于晶圓切割道的表面，以激光的能量使被作用表面的物質(zhì)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產(chǎn)生巨大的能量，并導(dǎo)致對器件本身的熱損傷，甚至會產(chǎn)生熱崩邊(Chipping)，被剝離物的沉積(Deposition)等至今難以有效解決的問題。 與很多先行技術(shù)不同，傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)砂輪式劃片機的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商東京精密公司和日本著名的激光器生產(chǎn)商濱松光學聯(lián)合推出了突破傳統(tǒng)理念的全新概念的激光劃片機MAHOH。其工作原理摒棄了傳統(tǒng)的表面直接作用、直接去除的做法;而采取作用于硅基底內(nèi)的硅晶體，破壞其單晶結(jié)構(gòu)的技術(shù)，在硅基底內(nèi)產(chǎn)生易分離的變形層，然后通過后續(xù)的崩片工藝使芯片間相互分離。從而達到了無應(yīng)力、無崩邊、無熱損傷、無污染、無水化的切割效果。#p#分頁標題#e#

　　1.2在晶片割圓方面的應(yīng)用

　　割圓工藝是晶體加工過程中的一個重要組成部分。早期，該技術(shù)主要用于水平砷化鎵晶片的整形，將水平砷化鎵單晶片稱為圓片。隨著晶體加工各個工序的逐步加工，在各工序?qū)霈F(xiàn)各種類型的廢片，將這些廢片加工成小直徑的晶片，然后再經(jīng)過一些晶片加工工序的加工，使其變成拋光片。

　　傳統(tǒng)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較大，出片量相對較少。隨著激光加工技術(shù)的發(fā)展，一些廠家對激光加工技術(shù)引入到割圓工序，再加上較為成熟的軟件控制，可以在一個晶片上加工出更多的小直徑晶片。

　　2 激光打標技術(shù)

　　激光打標是一種非接觸、無污染、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(shù)的迅速發(fā)展和光學器件的改進，促進了激光打標技術(shù)的發(fā)展。

　　激光打標是利用高能量密度的激光束對目標作用，使目標表面發(fā)生物理或化學的變化，從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面上，使材料迅速汽化，形成凹坑。隨著激光束在材料表面有規(guī)律地移動同時控制激光的開斷，激光束也就在材料表面加工成了一個指定的圖案。激光打標與傳統(tǒng)的標記工藝相比有明顯的優(yōu)點：

　　(a)標記速度快，字跡清晰、永久;

　　(b)非接觸式加工，污染小，無磨損;

　　(c)操作方便，防偽功能強;

　　(d)可以做到高速自動化運行，生產(chǎn)成本低。

　　在晶片加工過程中，在晶片的特定位置制作激光標識碼，可有效增強晶片的可追溯性，同時也為生產(chǎn)管理提供了一定的方便。目前，在晶片上制作激光標識碼是成為一種潛在的行業(yè)標準，廣泛地應(yīng)用于硅材料、鍺材料。

　　3 激光測試技術(shù)

　　3.1激光三角測量術(shù)

　　微凸點晶圓的出現(xiàn)使測量和檢測技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，對該技術(shù)的最基本要求是任一可行的檢測技術(shù)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(jié)距上制作25μm凸點的芯片技術(shù)，目前正在開發(fā)中，更小凸點直徑和更節(jié)距的技術(shù)也在發(fā)展中。另外，當單個芯片上凸點數(shù)量超過10000個時，晶圓檢測系統(tǒng)必須有能力來處理凸點數(shù)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和處理每個晶圓上所存在的數(shù)百萬個凸點的位置和形貌數(shù)據(jù)。

　　在激光三角檢測術(shù)中，用一精細聚焦的激光束來掃描圓片表面，光學系統(tǒng)將反射的激光聚焦到探測器。采用3D激光三角檢測術(shù)來檢測微凸點的形貌時，在精度、速度和可檢測性等方面，它具有明顯的優(yōu)勢。

　　3.2顆粒測試

　　顆料控制是晶片加工過程、器件制造過程中重要的一個環(huán)節(jié)，而顆粒的監(jiān)測也就顯得至關(guān)重要。顆粒測試設(shè)備的工作原理有兩種，一種為光散射法;另一種為消光法。

　　對于懸浮于氣體中的顆粒，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(chǎn)了測試晶片表面顆粒的設(shè)備;而對于液體中的顆粒，這兩種方法均適用。

　　4 激光脈沖退火(LSA)技術(shù)

　　該技術(shù)通過一長波激光器產(chǎn)生的微細激光束掃描硅片表面，在一微秒甚至更短的作用時問內(nèi)產(chǎn)生～個小尺寸的局域熱點。由于只有上表面的薄層被加熱，硅片的整體依然保持低溫，使得此表面層的降溫速率幾乎和它的升溫速率一樣快。從固體可溶性的角度考慮，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。退火處理的作用范圍可以限制在硅片上的特定區(qū)域而不會影響到周圍部位。

　　該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多晶硅柵極的退火，在減少多晶硅的耗盡效應(yīng)方面取得了顯著的效果。K.Adachi等將閃光燈退火和激光脈沖退火處理的MOS管的Ion/Ioff進行了比較，在pMOS-FET和nMOSFET中，采用激光脈沖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于柵電極耗盡效應(yīng)的改善和寄生電阻的減小。