水导激光加工技术在微电子和半导体制造领域的应用

01前言

    随着制造业对高精度和高效率加工技术的需求不断增长，水导激光加工技术的市场潜力逐渐凸显。尤其在微电子和半导体制造领域，对材料加工质量和精度的要求极高，传统加工方法难以满足这些需求，而水导激光加工技术凭借其独特优势，成为理想的解决方案。水导激光这种激光与水射流耦合的加工方法会产生平行于切口断面的切缝，其不仅可以保证精密的加工精度，水的冷却作用还可以减少激光加工过程中的热效应，防止了微电子元件的热损坏，从而提高了产品的可靠性和性能。

02激光打孔

    关于水导激光打孔技术，国外较国内先转化为现实应用。SYNOVA司与GE公司合作开发了能够运用于涡轮叶片气膜孔的加工技术。国内的技术主要是围绕在基础理论上的研究，还未成熟到可以实际应用。图1通过对比两种激光打孔技术效果，可以看出，通过传统激光打孔技术获得的孔，边缘比通过水导激光获得的孔的边缘更加粗糙，若要获得更精细的孔，还需进一步的加工处理。通过水导激光加工得到的孔边缘圆滑，没有毛刺，获得了更好的加工质量，具有明显的技术优势。

图1.（ａ）传统激光打孔；（ｂ）水导激光打孔

03激光切割

    在加工硬脆性或有毒半导体材料时，常常面临着工件漂移、毒性气溶胶污染等严重问题。采用水导激光加工技术，不仅能有效提升加工质量、生产效率，还能避免环境污染。Dushkina等对比了水导激光和传统精密锯切工艺切割砷化镓(GaAs)晶片的表面质量,如图2所示。水导激光切割得到的切缝更整齐,无毛刺和碎屑,且切割速度比锯切高7-10倍;同时水射流的存在避免了有毒砷化镓颗粒向空气中扩散,保证了生产环境的安全。

图2.精密锯切和水导激光切割砷化镓(GaAs)晶片的前表面质量对比

04激光加工微结构

    精确控制水导激光的划切轨迹可以加工出周期性的微小三维结构。B.Richerzhage等在硅晶片上采用水导激光通过由内向外的螺旋轨迹划切出了周期性的螺旋槽结构，如图3a所示，其槽道内部没有熔渣，整体加工质量较好，槽宽约80μm。图3b是通过间距相等的纵横直线轨迹直接加工出呈金字塔形的三维结构，其顶部尺寸只有10×10μm。

图3.水导激光加工微结构

05总结

    水导激光加工的性能和效率优势突出，与传统的激光加工技术相比具有许多优点，包括加工效率高、加工质量高、切屑密度高等，为碳化硅等下一代半导体材料的应用开辟了条新途径。随着工业技术的发展，高效高质量的水导激光加工技术将在微电子和半导体制造领域发挥重要作用。