1 何謂光
我們通常所謂的光，是指由紫外線，可見(jiàn)光，以至紅外線等所組成。波長(zhǎng)較紫外線短的稱(chēng)為X線，γ線，而波長(zhǎng)較紅外線長(zhǎng)的稱(chēng)為電波。所有這些的總稱(chēng)，一般稱(chēng)為電磁波。所以光是電磁波的一部份。
2 何謂激光
激光之英文原名為L(zhǎng)ight Amplification by Simulated Emission of Radiation，簡(jiǎn)稱(chēng)為L(zhǎng)ASER，其中文意義為藉由電磁波之受激發(fā)射所產(chǎn)生之光放大，是近代科學(xué)研究中相當(dāng)重要的發(fā)明。
激光具有高功率密度高單色性，高指向性及高相干性等四大優(yōu)點(diǎn)，故普及應(yīng)用于研發(fā)醫(yī)療、通訊、信息、及工業(yè)等領(lǐng)域，可知激光不僅能造福人類(lèi)，而且可以提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)之整體發(fā)展。
3 激光的發(fā)射原理
在微觀世界（量子力學(xué)的世界），個(gè)別之原子或分子所具有能量（動(dòng)能＋位能）（如圖一所示）僅能處于一系列不連續(xù)且分立的穩(wěn)定狀態(tài)，其中能量最低的狀態(tài)稱(chēng)為基態(tài)（低能狀態(tài)）。
（圖一）微觀粒子的能階
雖然微觀粒子一般處于最低能量的基態(tài)，但若有能量（熱、光、電子）由外部加入于基態(tài)的微觀粒子時(shí)，微觀粒子會(huì)被激發(fā)，而移至高能量狀態(tài)（激態(tài)）。然而此激發(fā)狀態(tài)并不安定，隨后會(huì)有移至低能量狀態(tài)的趨向。例如，進(jìn)行E1→E0轉(zhuǎn)移時(shí)，會(huì)多余出E1→E0的能量。此多余的能量（E1→E0）會(huì)轉(zhuǎn)變成hv（h：蒲朗克常數(shù)，v：光的頻率），也就是所謂的光量子或光子（并不是全部均轉(zhuǎn)換為光，也可能變成熱能）。
位于高能階之原子，因光的受激而掉落至基態(tài)，因而發(fā)射出更強(qiáng)的光。此即激光發(fā)射之基本原理。激光不管是行進(jìn)方向或相位均整齊一致。這些觀念最初是由愛(ài)因斯坦所提出。（如圖二）
圖2 受激發(fā)射過(guò)程
光雖然由少數(shù)的激態(tài)原子受激而發(fā)射出來(lái)，但卻為存在于基態(tài)之大部份原子所吸收，因此受激發(fā)射之比例必須高于吸收之比例才能使激光發(fā)射。也就是說(shuō)高能階之原子（分子）數(shù)要較位于低能階之原子（分子）數(shù)（反轉(zhuǎn)分布）多。（如圖三）一般而言此反轉(zhuǎn)分布若能恒常地進(jìn)行的話，則可產(chǎn)生連續(xù)振蕩的激光（例如He－Ne，氬，二氧化碳?xì)怏w等激光）。又若此反轉(zhuǎn)分布僅能瞬間實(shí)現(xiàn)的話，就成為脈沖振蕩的激光（例如：紅寶石、YAG、玻璃、氮、色素等激光）。激勵(lì)至激態(tài)的動(dòng)作稱(chēng)為『抽運(yùn)』，一般是利用放電、光、電子束、電流、激光等來(lái)進(jìn)行。但實(shí)際上，為能得到高強(qiáng)度的光，必須利用設(shè)置于兩側(cè)之光鏡將激光發(fā)射媒體夾于其間，使受激發(fā)射于此二片之光鏡間往復(fù)地進(jìn)行（共振器），產(chǎn)生出強(qiáng)光后才發(fā)射至外部。
圖三 反轉(zhuǎn)分布與定常數(shù)分布
4 激光加工的特色
(1) 如同電子束加工一樣，加工功率密度達(dá)107 w/㎝2 以上，可加工鉆石及超硬合金等硬脆材料，熱應(yīng)變及材料變質(zhì)微小。
(2) 電射光平行性良好，其點(diǎn)徑在理論上可集束成1μm以下，溫度高達(dá)10000℃以上，可進(jìn)行非常微細(xì)的熱熔化（Melting）及氣化（Vaporization）加工，不會(huì)影響鄰近區(qū)域材料的機(jī)械與熱磁性質(zhì)。
(3) 非接觸加工，不會(huì)污染材料且不會(huì)造成夾具之磨耗與破損，容易自動(dòng)化加工。
(4) 可經(jīng)由透明體加工。
(5) 不需真空，不必防護(hù)X光，因而裝置較簡(jiǎn)便，而且作業(yè)性良好。
(6) 適選加工條件，可進(jìn)行金屬材料之微小孔徑加工、精密熔接、精密切割及表面處理超合金合成，真空濺射及真空鍍膜等。
(7) 除了加工金屬工件外，亦可加工木材、陶瓷、塑料、紙等非金屬材料。
5激光之種類(lèi)，特征與應(yīng)用例
注：(A)單色性 (B)同調(diào)性 (C)聚旋光性
6激光之應(yīng)用領(lǐng)域
(1)測(cè)量 (a)直線基準(zhǔn)(b)測(cè)距裝置(c)劃線
(2)量測(cè) (a)精密的長(zhǎng)度測(cè)定(b)激光雷達(dá)(c)都卜勒流速計(jì)(d)缺陷偵測(cè)(e)平面度測(cè)
(3)通信 光纖電纜通信
(4)信息處理 (a)光內(nèi)存(b)光計(jì)算尺(c)打印機(jī)(d)
顯示器(e)激光盤(pán)
(5)醫(yī)療 (a)激光手術(shù)刀(b)眼睛檢查治療(c)皮膚的治療(d)癌治療
(6)能量 (a)核融合(b)電漿診斷
(7)加工 (a)鉆孔(b)切割(c)焊接(d)熱處理等
如圖所示:
7準(zhǔn)分子激光加工
(1)何謂準(zhǔn)分子激光
準(zhǔn)分子電射的英文為Excimer Laser，Excimer為Excited Dimer 英文的前半部字符所組成，其中文意義為被激發(fā)的雙原子氣體。
準(zhǔn)分子激光的氣體組成為惰性氣體原子，如He、Ne、Ar、Kr等與化學(xué)性質(zhì)較活潑的鹵素(halogen)原子，如F、Cl、Br等，相混合后以放電激發(fā)出高功率的紫外光。
(2)準(zhǔn)分子激光之特性
準(zhǔn)分子激光輸出紫外光，其光子能量（Photon energy）波長(zhǎng)為（157nm~351nm)，以短波長(zhǎng)直接破壞激光照射處的化學(xué)鍵，即工件吸收短波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光后，將材料內(nèi)部的鍵結(jié)直接打斷而完全破壞，與傳統(tǒng)激光的熔化、氣化加工不同。
大部份工作材料的吸收深度為數(shù)百埃（Angstrom 10-10m）因此每一脈沖（pulse）移除深度μm以下的工件材料表層，而多余的激光能量被移除的工件材料帶走，熱影響區(qū)較小，所以準(zhǔn)分子激光加工可視為冷加工。
(3)重要的準(zhǔn)分子激光的種類(lèi)及其波長(zhǎng)
氣體種類(lèi) 波長(zhǎng)（nm）
F2 157
ArF 193
KrCl 222
KrF 248
XeCl 308
XeF 351
(4)準(zhǔn)分子激光之應(yīng)用
準(zhǔn)分子激光在1970年代就已研發(fā)成功，目前已廣泛地應(yīng)用在科學(xué)研究與工業(yè)應(yīng)用方面，如鉆孔、標(biāo)記（marking）、表面處理、激光化學(xué)氣相沉積（C.V.D），物理氣相沉積（P.V.D），磁頭與光學(xué)鏡片和硅晶圓的清潔等方面，目前準(zhǔn)分子激光又是微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）相關(guān)微制造技術(shù)（LIGA）(Lithography + Electroforming + Micro molding 光蝕刻 + 電鑄 + 微成型的組合制程)制程中的替代性光源，以光刻術(shù)制造微組件。
內(nèi)存IC內(nèi)部的線徑與所使用的波長(zhǎng)有0.7的比例關(guān)系，例如波長(zhǎng)248nm的KrF準(zhǔn)分子激光便可以制造0.18μ m線徑的內(nèi)存IC。
半導(dǎo)體工業(yè)若想要往深次微米，甚至奈米級(jí)的制程發(fā)展，那么波長(zhǎng)較短的紫外光激光甚至超紫外光激光被應(yīng)用的機(jī)率會(huì)更大，然而制造微結(jié)構(gòu)組件的紫外光激光通常都是準(zhǔn)分子激光，其價(jià)格相當(dāng)昂貴，因此許多研究人員希望藉由晶體倍頻技術(shù)產(chǎn)生價(jià)格較便宜的紫外光激光。
利用非線性光學(xué)（Nonlinear Optics）晶體將固態(tài)激光加以倍頻，以得到紫外光激光的研究目前相當(dāng)熱門(mén)。
日本三菱電機(jī)于1998年研發(fā)出倍頻紫外光固態(tài)激光，采用紅外光半導(dǎo)體激光做為激發(fā)光源，經(jīng)過(guò)倍頻晶體兩次倍頻后產(chǎn)生266nm的紫外光，其功率為20W，為目前業(yè)界最高水平。
新力（Sony）公司也于1998年發(fā)展出超紫外光激光，系將波長(zhǎng)532nm綠光激光經(jīng)過(guò)晶體倍頻后產(chǎn)生波長(zhǎng)266nm的超紫外光，使用壽命達(dá)到5000小時(shí)。
8 激光清掃法（Laser Broom Technique）
目前的化學(xué)溶液清洗法無(wú)法完全去除0.25μm，0.18μm制程以下所產(chǎn)生余留在芯片表面上的微粒。激光清掃技術(shù)的原理是利用波長(zhǎng)248nm的準(zhǔn)分子激光照射，待清洗芯片之表面，并加入適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)氣體，則污染物會(huì)與氣體發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)（Photo Chemical Reaction），進(jìn)而生成中間產(chǎn)物而揮發(fā)掉。
9 激光三角測(cè)距技術(shù)
激光三角測(cè)距原理（如圖所示）乃是藉由投影點(diǎn)光源至待測(cè)物表面及三角關(guān)系以計(jì)算出待測(cè)物與光源的距離，待測(cè)物在B1時(shí)，其表面上的散射或反射光在位移檢測(cè)器上成像C1，同理，當(dāng)待測(cè)物在B2時(shí)，成像為C2由C1-C2間的距離可以推測(cè)位移量D。目前這種方法常用在精密模具業(yè)或半導(dǎo)體電子業(yè)之IC，SMT電路板檢測(cè)。
激光三角測(cè)距法
Reference：
1. Modern materials and Manufacturing Processes. (高立)
2. Materials and Processes in Manufacturing. （高立）
3. 精密工作便覽（日本精密工學(xué)會(huì)）
4. 準(zhǔn)分子激光加工特性與加工機(jī)規(guī)格王述宜（1997.12 機(jī)械月刊）
5. 激光之發(fā)生及其應(yīng)用陳建銘（1998.9 金屬工業(yè)）
6. 1998年激光與其它光電應(yīng)用產(chǎn)業(yè)及技術(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)查 （1999年國(guó)科會(huì)及光電科技工業(yè)協(xié)進(jìn)會(huì)）
