半導體制造業(yè)發(fā)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技術來獲得更高的生產品質、成品率和產量。除了激光系統的不斷發(fā)展，新的加工技術和應用、光束傳輸與光學系統的改進、激光光束與材料之間相互作用的新研究，都是保持綠色技術革新繼續(xù)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行業(yè)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(tài)半導體激光器的簡稱。窄脈寬、短波長紫外二極管泵浦固體激光器（DPSS）的最新進展促進了工業(yè)生產系統的發(fā)展。過去，DPSS激光器比較適用于科研而不適于工業(yè)生產。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、脈沖連續(xù)波以及Q開關產生具有多脈沖寬度的脈沖光波。與其他種類的激光器相比，DPSS激光器在調控脈沖形狀、重復頻率和光束質量等方面具有較大的靈活性，其生成的諧波允許用戶獲得適于多種材料加工的較短波長的光束。激光器的選擇不僅與應用有關，而且與激光束的特性直接相關。例如，用于大面積圖形加工的準分子激光器能發(fā)出具有較低脈沖重復頻率（一般低于1kHz）的較粗光束。準分子能產生具有中等脈沖重復頻率的高脈沖能量的激光束。目前所使用的基于Nd∶YVO4的DPSS激光器能產生大約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量級高重復頻率、高脈沖能量的激光，短脈沖的光束經過聚焦后可以產生極高的功率密度，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小點，然后移到晶片材料上。不同的材料由于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(jié)優(yōu)化光強時不夠靈活，光強過強或過弱都會影響激光劃片效果。而且通常的激光劃片局限于獲得最小的聚焦光斑，后者決定了劃片的分辨率。

圖1、氮化鎵-藍寶石晶圓激光劃片的切口寬度為2.5微米。

要達到理想的加工效果，優(yōu)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(fā)了一種有效的光束整形與傳遞的光學系統，該系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(jié)優(yōu)化激光強度，大大提高了半導體晶圓劃片的速度，同時降低了對材料過度加熱與附帶損傷的程度。這種新的激光加工工藝與技術可以獲得更高的生產品質、更高的成品率和產量。

圖2、248nm激光剝離示意圖 

圖3、248nm激光剝離藍寶石上的氮化鎵（一個脈沖激光光斑一次覆蓋9個芯片）。

JPSA對不同波長的激光進行開發(fā)，使它們特別適合于晶圓切割應用，采用266nm的DPSS激光器對藍光LED藍寶石晶圓的氮化鎵正面進行劃片，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?。ㄐ∮?m）。激光工藝具有產能高、對LED性能影響小的特點，容許晶圓的形變和彎曲，其切割速度遠高于傳統機械切割方法。

除了藍寶石之外，碳化硅也可以用來作為藍光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4.6eV和3.5eV）可用于碳化硅（帶隙能量為2.8eV）劃片。JPSA通過持續(xù)研發(fā)背切劃片的激光吸收增強等新技術，研發(fā)了雙面劃片功能，355nm的DPSS激光器可以從LED的藍寶石面進行背切劃片，實現了劃片速度高達150mm/s的高產量背切劃片，無碎片并且不損壞外延層。對于第III-V主族半導體，例如砷化鎵（GaAs）、磷化鎵（GaP）和磷化銦（InP），典型的切口深度為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3D微加工、LED剝離中的應用

準分子激光器以準分子為工作物質的一類氣體激光器件。常用相對論電子束（能量大于200千電子伏特）或橫向快速脈沖放電來實現激勵。當受激態(tài)準分子的不穩(wěn)定分子鍵斷裂而離解成基態(tài)原子時，受激態(tài)的能量以激光輻射的形式放出。波長為193nm的ArF準分子激光，進行屈光手術的機理就是光化學效應。準分子激光單個光子的能量大約是6.4eV,而角膜組織中肽鍵與碳分子鍵的結合能量僅為3.6eV.當其高能量的光子照射到角膜，直接將組織內的分子鍵打斷，導致角膜組織碎裂而達到消融切割組織的目的，并且由于準分子激光脈寬短（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和熱損傷極?。ī?.30μm）。