在半導體領(lǐng)域，隨著芯片制造工藝的不斷進步，對于加工技術(shù)的精度、效率和質(zhì)量要求愈發(fā)嚴苛。從晶圓切割到微結(jié)構(gòu)制造，每一個環(huán)節(jié)都需要高度精密且可靠的加工手段。水導激光加工技術(shù)作為一種先進的精密加工方法，通過將激光與水射流相結(jié)合，為半導體加工帶來了創(chuàng)新性的解決方案。它能夠在實現(xiàn)高精度加工的同時，有效避免傳統(tǒng)加工方式中常見的熱損傷、微裂紋以及污染等問題，從而在半導體制造中發(fā)揮著越來越重要的作用，接下來將詳細介紹其在該領(lǐng)域的應用案例。
一、水導激光加工技術(shù)在半導體領(lǐng)域的應用案例
（1）硅片切割
在半導體芯片制造中，硅片切割是至關(guān)重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。水導激光技術(shù)在硅片切割方面展現(xiàn)出了卓越的性能。通過精確控制激光束與水射流的各項參數(shù)，能夠使硅片切割的切縫更加整齊，無毛刺和碎屑殘留。與傳統(tǒng)鋸切工藝相比，其切割速度可快 7 - 10 倍，這極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。同時，水射流的冷卻作用避免了硅片在切割過程中產(chǎn)生熱損傷和微裂紋，從而提高了硅片的切割質(zhì)量，為后續(xù)的芯片制造工藝提供了可靠的基礎(chǔ)。例如，在某知名半導體制造企業(yè)的生產(chǎn)線上，采用水導激光切割技術(shù)后，硅片的良品率顯著提升，生產(chǎn)效率大幅提高，有力地推動了芯片的大規(guī)模生產(chǎn)和技術(shù)進步。
（2）激光打孔
SYNOVA 司與 GE 公司合作開發(fā)的水導激光打孔技術(shù)，最初應用于渦輪葉片氣膜孔的加工，隨后在半導體器件制造中也發(fā)揮了重要作用。在半導體器件中，常常需要制造各種微小孔洞，如芯片中的微孔、通孔等，這些孔洞的精度和質(zhì)量對器件的性能有著關(guān)鍵影響。水導激光打孔技術(shù)打出的孔邊緣圓滑，沒有毛刺，相比傳統(tǒng)激光打孔技術(shù)，加工質(zhì)量更高。傳統(tǒng)激光打孔可能會導致孔邊緣粗糙、存在重熔層和微裂紋等問題，而水導激光打孔通過水射流的冷卻和沖刷作用，有效地解決了這些問題，能夠滿足半導體器件對微小孔洞的高精度要求，為半導體器件的性能提升提供了有力支持。
（3）加工微結(jié)構(gòu)
B.Richerzhage 等在硅晶片上的研究成果為微電子技術(shù)的發(fā)展帶來了新的契機。他們采用水導激光通過由內(nèi)向外的螺旋軌跡劃切出了周期性的螺旋槽結(jié)構(gòu)，槽道內(nèi)部沒有熔渣，整體加工質(zhì)量較好，槽寬約 80μm；還通過間距相等的縱橫直線軌跡直接加工出呈金字塔形的三維結(jié)構(gòu)，其頂部尺寸只有 10×10μm。這些復雜而精密的微結(jié)構(gòu)在微電子器件中具有重要應用價值，例如在微傳感器、微處理器等芯片中，這些微納結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)特定的物理性能和功能，而水導激光加工技術(shù)為其提供了一種有效的制造方法，有助于推動微電子技術(shù)朝著更高精度、更復雜結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展，滿足了現(xiàn)代電子產(chǎn)品不斷小型化、高性能化的需求。
（4）砷化鎵晶片切割
砷化鎵（GaAs）作為一種重要的半導體材料，在加工過程中面臨著一些特殊的挑戰(zhàn)，如工件漂移、毒性氣溶膠污染等問題。Dushkina 等對比了水導激光和傳統(tǒng)精密鋸切工藝切割砷化鎵晶片的情況，結(jié)果顯示水導激光切割得到的切縫更整齊，無毛刺和碎屑，且切割速度比鋸切高 7 - 10 倍，同時水射流的存在避免了有毒砷化鎵顆粒向空氣中擴散，保證了生產(chǎn)環(huán)境的安全。這不僅解決了加工硬脆性或有毒半導體材料時的環(huán)境污染問題，還提高了加工質(zhì)量和效率，為砷化鎵基半導體器件的制造提供了可靠的加工方法，使得在半導體制造過程中能夠更加安全、高效地利用砷化鎵材料，推動了相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和應用。
（5）金剛石切片加工
庫維激光的水導激光加工設(shè)備在金剛石切片加工方面取得了令人矚目的成果。例如，對不同尺寸的金剛石進行切片加工，切片厚度 0.5mm 時，其切割表面粗糙度、切縫寬度、錐度等指標均達到客戶需求，成品精度高，切面光滑平整無錐度，并且實現(xiàn)了低損耗、高效率、高質(zhì)量加工。金剛石因其機械硬度極高、熱導率優(yōu)異、化學惰性強等特點，傳統(tǒng)加工方法效率低且容易產(chǎn)生氧化燒蝕層等問題，而水導激光加工技術(shù)將微水射流與激光相結(jié)合，集激光的高效率與水的高比熱容于一身，有效解決了金剛石加工的難題，提高了材料利用率，降低了加工成本，為金剛石在半導體等領(lǐng)域的應用拓寬了道路，展示了水導激光技術(shù)在加工高硬度材料方面的獨特優(yōu)勢和巨大潛力。
二、水導激光加工技術(shù)在半導體領(lǐng)域也有一個不錯的發(fā)展前景
（1）與納米技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)更加精細的納米級加工，為量子芯片等前沿領(lǐng)域的發(fā)展提供技術(shù)支持；
（2）與人工智能技術(shù)結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)加工過程的智能優(yōu)化和自動化控制，通過對加工參數(shù)的實時監(jiān)測和調(diào)整，進一步提高加工質(zhì)量和效率，減少人為因素的干擾，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)的靈活性和適應性，滿足市場多樣化的需求；
（3）隨著半導體材料的不斷創(chuàng)新和多樣化，水導激光加工技術(shù)將不斷拓展其應用范圍，能夠更好地應對新型半導體材料的加工挑戰(zhàn)，如二維材料、寬禁帶半導體等。
水導激光加工技術(shù)在半導體領(lǐng)域的應用已經(jīng)展現(xiàn)出了令人矚目的成果，從硅片切割到微結(jié)構(gòu)制造，從普通半導體材料到硬脆性或有毒材料，它都以其高精度、高效率、高質(zhì)量以及環(huán)保等優(yōu)勢，為半導體制造帶來了新的生機與活力。通過不斷地技術(shù)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，該技術(shù)有望在未來進一步突破現(xiàn)有的局限，解決面臨的挑戰(zhàn)，從而在半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中扮演更加關(guān)鍵的角色，推動整個行業(yè)朝著更加先進、高效、智能的方向邁進，為我們的科技生活帶來更多的驚喜和變革，值得我們持續(xù)關(guān)注和深入研究，以充分挖掘其潛力，助力半導體技術(shù)攀登新的高峰，為全球科技進步貢獻力量。
