隨著碳化矽（SiC）在電動車、電力電子與潔淨能源領域快速崛起，如何精準又高效地加工這種高硬度材料成為業界關注焦點。MKS Spectra-Physics 最新 Application Note 74 深入比較 UV 奈秒雷射 與 IR 飛秒雷射 在 SiC 蝕刻的表現，揭示最佳效率、去除率與表面品質的關鍵差異。

※不同雷射加工下的 SiC 表面品質比較

飛秒雷射（右側）展現更平滑、低熱損的加工效果

📌 文章亮點：

• UV 奈秒雷射：高性價比，適合一般加工需求。
• IR 飛秒雷射：burst 模式效率突破，達到最高 0.28 mm³/min/W，品質極佳。
• 脈衝串列 (burst) 技術：靈活調整效率與熱影響，打造最佳化加工方案。

這份研究為 半導體製造、先進封裝、電力器件加工 提供了清晰的選擇指南，幫助工程師在效率、品質與成本之間找到最佳平衡。

MKS Spectra-Physics 不同雷射效能比較

表格解讀與應用重點

• 不同雷射在「去除效率」與「最大去除速率」之間各有優勢：
• UV 奈秒雷射：具成本效益，適合一般加工需求。
• IR 飛秒雷射：特別是 burst 模式，能兼顧高效率與高品質，適合要求嚴格的精密應用。
• 整體來看，這些數據可作為工程師在 效率、品質與成本 之間做出平衡選擇的依據。

⬇️ Application Note 74 完整報告⬇️
 

在先進半導體製程持續推進至極限曝光製程與阿秒動態分析時代，EUV 技術早已成為未來製程不可逆的核心。Spectra-Physics Solstice® Ace 飛秒放大器結合高穩定性、高單脈衝能量與卓越光束品質，為高次諧波產生（HHG）系統提供了最穩定可靠的泵浦來源。

搭配精密 HHG 儀控模組，Solstice Ace 可產生 13–120 nm EUV 光源，實現高對比、高通量的極紫外波段輸出，完全針對 EUV mask 檢測、前段製程模擬、次奈米缺陷修補技術研發設計，加速您實驗室內完成從光源到製程參數驗證的完整解決方案。

⚡ Solstice® Ace™ — 精準驅動極紫外的心臟

在極紫外（EUV）與超快科學領域，穩定、強大且可持續運行的泵浦雷射，是達成卓越成果的基石。
MKS Solstice® Ace™ 以無與倫比的可靠性與性能，成為推動 XUUS™-5 高次諧波光源的完美核心。

⚡為什麼選擇 Solstice® Ace™？

🔹 極致穩定輸出：
提供 785 nm 高品質泵浦光，確保 HHG 過程重複性佳、能量一致。

🔹 超快脈衝：
輸出 < 40 fs 脈衝，完美匹配尖端應用如自旋動力學、阿秒非線性物理、trARPES 等。

🔹 靈活重複頻率：
從 1 kHz 到 10 kHz 可預選，輕鬆滿足不同實驗條件。

🔹 低泵浦能量啟動 HHG：
僅需 0.5 mJ（氬氣）或 2 mJ（氦氣）即可觸發高通量 EUV 光源。

🔹 商業化與可擴展性：
已廣泛應用於全球頂尖研究單位，與 XUUS™-5 / Arterium™ 無縫整合。

⚡重要性

沒有穩定高效的泵浦雷射，就沒有高品質的 EUV 光源。Solstice® Ace™ 不只是光源的一部分，它是整個系統的「心臟」，直接影響光通量、光譜純淨度與實驗的可重複性。

⚡方案亮點

🚀 推動 EUV 製程的研發革命，從光源開始

選擇 Solstice Ace，不只是選擇一套雷射系統，而是選擇站上次世代製程技術的起跑點。
立即聯繫我們，探索如何為您的 EUV 計畫提供完整飛秒–EUV 解決方案。

隨著全球對高效率太陽能電池模組的需求快速成長，傳統的 PERC ( Passivated Emitter and Rear Contact ) 技術逐漸無法滿足未來需求。而新一代的 TOPCon ( Tunnel Oxide Passivated Contact ) 結構，正逐步成為主流，其高效率、低能量損失與優異的載子收集能力，使其被業界預估將在未來十年內佔據超過 60% 的矽基太陽能電池市場。

然而，TOPCon 技術對銀的使用量大增，導致成本大幅提升並對全球銀資源造成壓力。為此，雷射接觸開孔 Laser contact opening + 鍍銅 製程應運而生，提供一個可擴展、具成本效益且更永續的金屬化解決方案。

圖 1：TOPCon 太陽能電池製造中的 LCO + 電鍍金屬化製程。

專業雷射技術，打造高品質 LCO 製程

Spectra-Physics 所推出的 IceFyre® 系列工業級皮秒雷射，為 TOPCon 太陽能電池中的 LCO 應用提供絕佳效能與精度。其獨特設計結合紫外波長 (UV 355 nm) 與極短脈衝 (<12 ps)，能在極薄的矽氮化層上形成精準且可控的微結構開孔，有效保護底層的隧道氧化層與 poly-Si 層，確保最佳的電池效率。

IceFyre UV50 提供超過 50W 的 UV 輸出功率與可程式化脈衝控制 (TimeShift™ 技術)，支援從單發到 10 MHz 的高重複率操作，並可與高速掃描器 (如多邊形掃描器) 同步，達成極高速與低熱影響的加工條件。

這些特性使 IceFyre 成為業界領先的 LCO 加工雷射解決方案，幫助客戶在高效率、低損耗與高產能之間取得完美平衡。

圖 2：以皮秒 (ps) 和飛秒 (fs) 脈衝處理的雷射接觸開口 (LCO) 特徵範例，以及高斯和準平頂強度分布。

鍍銅三步驟，打造高導電金屬接點

1. 鎳鍍層：形成歐姆接觸與銅擴散阻擋層。
2. 銅鍍層：高導電、低內應力結構，穩固可靠。
3. 錫封裝：提升抗蝕性與焊接性。

此製程不僅降低材料成本，也改善接觸電阻、金屬線寬度與均勻性，大幅提升太陽能電池整體效能。

驗證效能：突破 26.7% 的效率表現

實驗數據顯示，即使在非最佳化條件下，採用 Spectra-Physics 雷射與 Atotech 鍍液的 LCO + 鍍銅製程，已能達到 23.3% 的效率。而其他研究團隊透過最佳化全流程後，更創下 26.7% 的轉換效率，接近 TOPCon 製程的理論極限。此生產過程可以透過多個高速加工頭並行運行，以達到每小時 35,000 片矽晶圓的產能，這使得 LCO + 電鍍技術成為商業化生產 TOPCon 太陽能電池的可行發展方向。

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在尖端材料科學領域，原子針尖斷層影像儀（Atom Probe Tomography, APT）已成為實現原子級 3D 成像與成分分析的關鍵技術。APT 可精確觀測樣品中每一個原子的元素種類與空間分佈，廣泛應用於金屬、半導體、礦物與奈米材料研究。

為了實現這種超高解析度分析，樣品在實驗過程中需於超高真空（UHV）環境下冷卻至低於 80 K，並精準定位至次奈米級位置。這對定位系統的穩定性與精度提出極高要求。

來自德國的 attocube systems AG 提供的 ECSx5050/NUM/UHV 奈米壓電定位平台，正是應對這類極端應用的理想解決方案。該平台具備：

• 適用 UHV 的真空設計
• 閉迴路控制，搭載高解析編碼器
• 可組合為三軸定位系統，實現多樣品切換與高通量分析
• 支援自動化操作，提高研究效率

目前，CAMECA 為唯一的 APT 系統製造商，並選用 attocube 的ECSx5050/NUM/UHV 進行樣品與對電極間的精密定位。attocube systems AG專注於推動高精度運動與定位解決方案，本案例展示ECS系列壓電奈米定位平台的技術如何助力科學家在最極端環境下，實現材料研究的新突破。

圖 1：原子探針顯微鏡的示意圖：樣品（黑色）尖端半徑小於 100 奈米，會施加高電壓，並透過雷射或高壓脈衝照射，以觸發尖端處的電場蒸發。正離子在電場中被加速，其衝擊位置與飛行時間會由具位置感測功能的探測器紀錄下來。

圖 2：APT 系統的配置圖：右側為尖銳樣品。樣品背後與下方可見到支援多軸定位的attocube ECSx5050/NUM/UHV 奈米壓電定位平台。

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我們的應用案例〈利用 Fabry-Pérot 雷射干涉儀實現線型馬達移動平台裝置之位移即時訊號補償回授控制〉獲刊於最新一期《科儀新知》，深入探討如何運用德國 attocube IDS3010 雷射干涉儀，實現亞奈米級高精度定位控制，滿足半導體製程對大範圍與高動態位移量測的嚴苛需求。

👉 期刊哪裡看：《科儀新知》第242期

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📺 想進一步了解 IDS3010 的特色與安裝方式？
歡迎參考我們製作的專題影片，從實際安裝設定步驟出發，介紹 IDS3010 如何突破傳統干涉儀對位複雜的限制，靈活對應各種機台應用需求。影片也說明其支援多種即時輸出格式與開發介面，協助您輕鬆整合高精度量測功能。

IDS3010 提供五種即時訊號輸出格式，並具備高達 25 MHz 的資料傳輸能力，是整合高性能運動控制系統的理想選擇。
本篇實驗案例也驗證，導入 IDS3010 可顯著提升平台的重複定位精度與穩定性，對於半導體製程中的精密控制具有實質助益。

📌 若您對高精度運動平台、半導體製程或雷射干涉量測應用有興趣，千萬別錯過這一期的精彩內容！

在過去的十幾年中，感測器技術的突破改善了汽車的內外部性能。大多數消費者都知道感測器對汽車子系統 (如安全氣囊、自動剎車系統和負載平衡系統) 所帶來的好處。

因此，一級汽車製造供應商必須遵守非常嚴格的質量系統要求，如 Q1 和 QA9000，這些要求強調每次都要第一次就製造出高質量的零件。

隨著新的質量控制實踐 (如過程中檢查和100%零件檢查) 變得越來越普遍，電容非接觸位移和薄間隙傳感器 在汽車製造過程中的應用越來越多。

隨著元件和相關零組件尺寸的縮小，用於測量它們的感測器也必須進行微小化。例如，位移感測器通常必須適應直徑小於1毫米的位置，並測量小至0.009英寸 (0.23毫米) 的間隙。其他環境條件要求包括：

• 工作溫度可達 1832°F (1000°C)
• 總直徑減小至004 英寸 (100 微米)
• 精度達到 8 微英寸 (0.2 微米)
• 抗磁場干擾
• 響應速度高達 200 kHz
• 車載直流模組化電子設備

煞車系統 (碟式和鼓式)

Capacitec 新系列碟式煞車磨損分析感測器的堅固模組化電子設備 (如下方圖1) 能夠在實驗室測功機和測試場地的車輛上進行高溫 (932°F，500°C) 動態煞車系統測量。通過測量運動中煞車轉子的位移變量，可以收集和分析數據，以顯示以下幾個特徵：

• 轉子跳動（TIR）
• 轉子厚度變化
• 轉子錐度
• 熱膨脹
• 板對板的方向（V形，桶形）
• 擺動
• 橢圓度
  
  

圖1：位移感測器可以成對放置在汽車煞車碟盤的兩側，以動態監測各種性能參數。

高溫和高壓條件下，如緊急煞車或長時間下坡減速，會使重型卡車的煞車鼓變形。煞車故障可能由於煞車鼓從正常的圓形變為橢圓形 (如圖2)。

為了進行這種現象的車載測量，Robert Bosch公司安裝了 Capacitec 的非接觸高溫煞車探頭。感測器導線通過車輪鼓並連接到固定在車輪外圓周上的特殊電子設備。這些電子設備能夠承受高速旋轉的高G力和超過 120°F (49°C) 的環境溫度。

圖2：兩個非接觸式電容感測器同步量測，用於測量煞車鼓內徑的橢圓度，以檢測由極端煞車條件引起的變形。

動力傳動系統

改進汽車發動機和變速箱的設計和製造方法需要具備以下功能的先進位移和間隙感測器：

• 非接觸測量
• 能夠承受高溫和高壓
• 不需要因金屬類型的變化而重新校準
• 能在油或變速箱液中運行
• 體積非常小，適合安裝在狹小空間
• 抗磁場干擾
• 高頻響應，用於追蹤快速旋轉或軸向運動

柴油燃油噴射系統

大型發動機中噴油嘴的閉合位置對提高效率和減少引擎噪音至關重要。如果噴油嘴閉合不夠緊，燃油會被浪費；如果閉合過緊，則會產生「振鈴」振動，導致噴油嘴過早失效。

這種位置測量應用因發電機線圈產生的高磁場環境以及噴油嘴桿的高速關節運動而變得更加具有挑戰性，這需要30 kHz的頻率響應。
解決這一問題的感測器探頭能夠抗磁場干擾，並具有專門匹配的磁性外殼，使其能夠在高磁場中完美運行，同時不影響為噴油器本身供電的磁場強度。經過測試和微調的柴油發動機符合美國聯邦燃油經濟性和排放標準，同時受益於噪音減少和故障間隔時間增加。

發動機活塞頭中的環位置

Caterpillar 工程設備製造公司 (Caterpillar | Company History Timeline) 通過長期的發動機測試發現，積碳累積實際上會卡住活塞環，導致機油進入燃燒室並引起排放問題。
解決方案是測量油冷活塞的運動，這需要一個能夠在 482°F2 (50°C) 機油中運行的精確非接觸位移感測器。

為了監測活塞環的上下「拍打」運動，Capacitec 安裝了直徑4毫米的圓柱形傳感器，並配有直徑1毫米的同軸電纜，這些電纜通過“grasshopper link”組件穿過油底殼，然後連接到車載電子設備 (如圖3)。

 圖3：浸沒在機油中，兩個高溫 Capacitec 位移傳感器測量 Caterpillar 拖拉機的活塞環 1.3 微米的運動。

車輛裝配

對車輛外部表面各種間隙進行一致且精確的測量是一個困難的問題，因為間隙位置多種多樣，每個位置都有其特定要求。變量包括：

• 不同的測量材料 (例如金屬、橡膠、複合材料)
• 各種接觸/非接觸要求 (防止刮擦)
• 廣泛的間隙尺寸範圍 (0.23–10毫米)
• 廣泛的目標幾何形狀 (例如，從平面到半徑，從半徑到尖銳邊緣)
• 信號處理差異
• 儀器的便攜性
  
  

基於在航空工業中的經驗，光滑的外部表面對於適當的空氣動力學、安全性、噪音控制和燃油經濟性至關重要，Capacitec 開發了多種接觸和非接觸間隙和平整度傳感器以應用於此。
前者通常適用於非導電或形狀特殊的目標材料；後者則用於目標材料兩側均為導電或對成品表面 (如生產線末端的車輛外部塗漆表面) 有顧慮的情況。

控制汽車天窗中安裝支架與玻璃之間的平整度是一個很好的例子。天窗的曲率需要在玻璃和支架之間使用不同量的黏著劑。這個過程的工作方式是，首先將玻璃定位到包含八個感測器的夾具中，這些傳感器控制玻璃和支架之間的環氧樹脂量，確保每個天窗的幾何形狀一致。
這種間隙和平整度測量系統使美國通用汽車能夠在 0.060英寸 (1.5毫米) 的間隙 上實現 ±0.004英寸 (100微米) 的公差。完成的天窗與車頂齊平，大大減少了噪音，同時有助於空氣動力學和燃油經濟性。

其他相關應用量測

除了在車用領域量測的獨特使用情境外，Capacitec的多元量測套件均可以滿足生產及檢驗過程中的各種維度量測 (如圖4)。


圖4：其他應用領域量測示意圖。

⏬ 點此查看數位式間隙量測儀詳細說明 ⏬

【Spectra-Physics】

📑Application Note 72：
Copper Micromachining Enhanced by Programable UV Nanosecond Pulses
透過可程式化紫外線奈秒脈衝提升銅金屬微加工

隨著醫療設備到先進微電子產品等各行各業對更小、更高精度產品的需求不斷增加，雷射已成為不可或缺的製造工具。雖然超短脈衝 (USP) 雷射以其精度著稱，但在成本和產量方面存在一定的限制。
奈秒 (ns) 脈衝雷射提供更高的去除速率、更低的成本和更好的可靠性。

 
Talon Ace UV100雷射：

由 MKS 的 Spectra-Physics 開發，這種 ns 脈衝雷射提供 100 W 的紫外線功率，用於高通量和高速精密微加工。
具有 TimeShift™ 可程式化脈衝功能，允許 2 到 50 ns 的脈衝寬度和定制輸出，如脈衝成形和脈衝串。

 
實驗結果顯示：

• 在銅板上測試了 Talon Ace 的微加工能力，並比較了單脈衝和串脈衝輸出。
• 結果顯示，較短的脈衝寬度 (2 ns) 提供了更好的去除控制和減少的熱負荷。
• 串模式 (5×2 ns次脈衝) 相比於單脈衝和傳統的 Q-switch 雷射，提供了更高的去除效率。
• 質量分析顯示，單個 2 ns 脈衝的熱影響較小，而串輸出導致更均勻的表面和減少的邊緣毛刺。

應用：

• 在工業應用中顯示出優勢，如銅/聚酰亞胺/銅材料堆疊中的盲孔鑽孔。
• 與單個脈衝相比，串模式在質量和通量方面取得了更優異的結果。