越來越小，越來越快！幾十年來，小型化和更高的時鐘頻率成為半導(dǎo)體制造的主要趨勢，但機(jī)械方式卻在逐漸達(dá)到極限，所以嶄新的激光時代出現(xiàn)了。

　　全世界都在渴望獲取更多的微芯，并期望它們更小、更快、更便宜。1965年，英特爾聯(lián)合創(chuàng)始人戈登˙摩爾(GordonMoore)對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)大膽預(yù)測：一個芯片上的晶體管數(shù)量大約每18個月就會翻一倍。此后，業(yè)界為爭取每平方納米，付出了幾十億美元的巨大努力。一個現(xiàn)代智能手機(jī)CPU中的晶體管和流感病毒的大小接近，相信很快會和病毒一樣大小。甚至于再過多久，病毒會見到晶體管會打趣地想：“這些面包屑是哪來的？”可實(shí)際上晶體管究竟可以再小到什么程度？極具創(chuàng)新的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)如是給出的答案是肯定的：非常非常小。因此，我們需要更多的激光！

　　根據(jù)阿貝分辨率限制，光源不能使小于其波長的結(jié)構(gòu)成像。同時，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這個規(guī)則可以被擴(kuò)展。當(dāng)前的光刻系統(tǒng)以波長為193納米的光工作，雖然他們使用了一些巧妙的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)小至22納米的膠片尺寸，但不得不承認(rèn)，目前我們使用的光源已經(jīng)達(dá)到極限。為了在芯片的最底層創(chuàng)造最小的膠片，半導(dǎo)體行業(yè)中的主要成員創(chuàng)立了EUV光刻技術(shù)項(xiàng)目。該項(xiàng)目已被啟動并且已經(jīng)運(yùn)行超過15年的時間。他們的目標(biāo)是開發(fā)一個波長為13.5納米的極紫外光源。
    激光脈沖撞擊并電離真空室中的微小錫液滴，這會產(chǎn)生發(fā)射所需波長極紫外光的等離子體。然而要做到這一點(diǎn)，激光必須達(dá)到每秒50000次撞擊的速率。通快公司的激光放大器提供的CO2激光脈沖能實(shí)現(xiàn)這種高科技沖擊。自2012年春季以來，通快公司已經(jīng)向光刻系統(tǒng)制造商運(yùn)送了多個第二代激光系統(tǒng)，其中展現(xiàn)了通快集團(tuán)在高性能CO2激光器的領(lǐng)域30多年歷程中所獲得的每一個突破。極紫外光刻技術(shù)目前正進(jìn)入生產(chǎn)階段，開發(fā)者已經(jīng)將該技術(shù)用于制作13.8納米的片——尺寸只有病毒一半大小，現(xiàn)在可以達(dá)到相當(dāng)于一個DNA鏈直徑大小的尺寸范圍。此前，曾有業(yè)內(nèi)客戶對于將通快的CO2激光器當(dāng)作一個強(qiáng)大的機(jī)器而敬佩不已，而現(xiàn)在，它已然成為了半導(dǎo)體制造業(yè)的未來趨勢的風(fēng)向標(biāo)。

　　更小工具

　　激光極紫外光刻技術(shù)燃起了摩爾定律在未來幾十年將繼續(xù)適用的希望?？s小晶體管，并且縮小上部結(jié)構(gòu)，從而降低了芯片的尺寸。導(dǎo)體層之間已經(jīng)非常接近，制造商必須在它們之間填入低k介質(zhì)材料的絕緣層。然而，一旦涉及到切割（將晶圓鋸切成單個芯片），這種低k介質(zhì)材料就成為了禍端。低k介質(zhì)材料容易引發(fā)各種鋸切問題，有時會因?yàn)榇嘈远扑?，有時會粘住鋸片。在低k介質(zhì)溝槽連接中，開始鋸切之前，激光用于消除只有幾微米厚的低k介質(zhì)層。

　　激光如何促進(jìn)微型半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展？

　　摩爾定律指出，集成電路上的晶體管數(shù)量每18個月會增加一倍。這就是為什么您能把自1960年以來的約2,100個大型電腦裝在褲兜里的原因！但即便如此，留給鋸切的空間比以前更為緊張。過去，小晶片被鋸成一把相對較大的芯片。如今，鋸子只要將更大的晶圓鋸成越來越多的不斷縮小的芯片。在過去各個位置的幾平方毫米從來沒有多大關(guān)系——但現(xiàn)在有關(guān)系了。一個現(xiàn)代的LED芯片比鋸切痕寬了近10倍。而即使使用最薄的鋸片，切痕仍然達(dá)200微米。機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致微裂縫溝槽的任一側(cè)上部區(qū)域的情況更加復(fù)雜。相比之下，TruMicro皮秒激光可以輕松實(shí)現(xiàn)僅40微米的溝槽寬度，而不產(chǎn)生任何損傷。這立即使其能夠匹配的芯片數(shù)量增加50%——同時就意味著增加50％的利潤。

　　當(dāng)然，鋸切也會產(chǎn)生粉塵。在微芯的尺度內(nèi)，這些灰塵顆粒像巨石一樣在晶片上破碎。所以，在晶片上涂上保護(hù)涂層可以確保精微的膠片不被損壞。然后，鋸片以每分鐘10,000轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動并通過半金屬，同時噴射水冷卻工件。鋸切后，必須去除保護(hù)涂層。該工序需要金剛石涂層的陶瓷鋸片（磨損很快），同時也需要有替換品，這樣就進(jìn)一步增加了該工序的成本。紫外激光不需要保護(hù)涂層，不需要水冷卻，并且不需要持續(xù)消耗的工具。然而，與鋸切不同的是，晶圓厚度的持續(xù)減少實(shí)際上對激光器有利，因?yàn)樵诤穸刃∮?00微米時，光切割的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋸切。
三十微米也沒問題

　　元件的不斷縮小也適用于電子產(chǎn)品的生產(chǎn)。過去，印刷電路板(PCB)制造商在毫米級的導(dǎo)電帶鉆數(shù)以千計(jì)的孔，但是現(xiàn)在，它們在半個平米范圍內(nèi)鉆數(shù)以百萬計(jì)的孔，每個孔的直徑為100微米，而深度可以精確到微米。印刷電路板(PCB)已不再是簡單的板?，F(xiàn)在，折疊12層以上的柔性電路是智能手機(jī)的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能，而服務(wù)器已經(jīng)被折疊成多達(dá)40層。充滿電流的幾十萬個孔，使每個新層與其下層接觸。材料也在改變：高頻芯片的制造商正在轉(zhuǎn)向陶瓷芯片，而手機(jī)制造商則青睞柔性箔電路。

　　一般來講，行業(yè)中仍然采用機(jī)械鉆孔方法，但激光的優(yōu)點(diǎn)正嶄露頭角。鉆頭僅能鉆幾千個孔，這表示機(jī)器每3分鐘左右需要1個新的鉆頭。每個鉆頭的成本約1歐元，所以加工過程中所需的耗材是關(guān)鍵的成本因素之一。

　　從其技術(shù)的局限性角度來看，機(jī)械鉆孔也已經(jīng)走到了盡頭?？椎闹睆讲荒苄∮?00微米，并且每秒鉆20個以上的孔是完全不可能的。但市場需要更小、更快的結(jié)果——那正是激光器可以實(shí)現(xiàn)的。CO2激光器可以實(shí)現(xiàn)以每秒100個的速率鉆直徑僅為75微米的孔。一個紅外皮秒激光器鉆直徑僅30微米的孔也沒有問題，并且根據(jù)材料的不同，它可以在任意位置每秒多鉆1,000個的孔。

　　但激光最大的優(yōu)勢也許還是它的精度。為了確保每條帶上面和下面的完美匹配，鉆的孔不能偏離其目標(biāo)位置超過10微米。穿透深度同樣重要，因?yàn)榧词闺娐分械囊粋€不良接觸，就足以使得電路板成為廢品。因此，通快為TruMicro激光器開發(fā)了精確、可靠的控制技術(shù)。其獲得專利的雙反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)監(jiān)視每個單獨(dú)的皮秒脈沖，并保持輸出和脈沖能量在合理的水平，而不考慮任何外界因素的影響。它是通過使用一個外部調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的，該調(diào)制器將增大脈沖從功率調(diào)節(jié)分離，從而確保系統(tǒng)始終提供精確的以及所需水平的功率和脈沖能量，而同時保持恒定的光束質(zhì)量和脈沖持續(xù)時間。