有了這項技術，人類科技進步的速度將加快10倍——激光切割機的硅晶圓切割技術

有了這項技術，人類科技進步的速度將加快10倍——激光切割機的硅晶圓切割技術：在硅晶圓切割中，激光切割近年來迅速取代了機械切割。激光切割的使用促進了芯片生產率和批量生產，而機械切割效率低，邊緣切割高，切割盤和切削液等耗材成本非常高，成產成本很高。激光切割是一種非接觸式工藝，在加工中具有許多無與倫比的優勢。激光加工具有環保、高效、低加工等優點。常見的激光切割技術分為閉塞切割和消融切割。

不同的硅片材料對激光設備的要求也因性能的不同而不同。因此，激光加工工藝必須與產品相適應，才能找到最佳解決方案。激光加工以激光光子為能量載體，激光束與材料的相互作用使被加工材料發生一系列物理化學變化，從而實現切割、鉆孔、蝕刻等加工工藝。材料。當激光束延伸并對齊時，在材料表面形成幾微米的焦點，并且通過移動基板可以使每個切口變得靈活。

1.激光切割機

激光切割系統主要由激光系統、道路光傳輸系統、激光聚焦系統、圖像定位系統、運動控制系統等組成。全自動設備還具有自動進出系統。激光系統主要由激光器組成，包括激光頭、控制箱和水冷器（光纖激光器部分為風冷）。目前，主要的激光器是半導體泵浦固體激光器和光纖激光器。波長范圍主要是紅外1064nm、綠光532nm、紫外355nm。道路的光傳輸系統主要包括擴束器系統、傳輸系統、開口等。激光??傳輸系統主要是45度透射鏡或0度反射鏡。功率涂層，以確保激光功率的最小衰減。與用于操作聚焦鏡的機械移動底座一起，將指向切口的隱藏光束放置在要切割的材料中，指向燒蝕切口的光束從表面逐漸向下移動，以確保材料完全去除上面被剪掉了。

2.隱藏的手術技術

隨著微電子工業的發展，器件變得越來越小、越來越輕。還有很多問題：單芯片尺寸減小，盤片厚度變薄，盤片更容易斷裂；為了減少耦合和串擾，IC芯片應該由k值低的材料制成。 ，但低k值材料與硅基板的附著力較差，傳統的切割方法通常會出現薄膜的剝落和開裂，增加了晶圓的復雜性和重量。由于激光邊緣的吸收，激光處理會導致形成微裂紋或受熱區域。為了解決這些問題，日本濱松光學公司發明了隱形立方體技術并申請了專利。激光發射一定波長的激光束，由圓盤中高數值孔徑的透鏡聚焦，改變內部的單晶硅。隱形浸漬技術應用廣泛，從硅片到玻璃、藍寶石和各種晶體，都可以使用隱形浸漬技術。隱藏式激光切割是一種內部轉換過程，其中激光聚焦到材料中以形成成型層。

隱形手術有很大的好處。切割后邊緣效果好，切割光滑無塵。在對單晶硅進行幾次地下切割后，表面不再有裂縫。不同激光下單晶硅隱藏內部的截面形貌，截面粗糙度小，無熔渣。隱藏式遮光罩對自動對焦點的要求很高，因此標準的聚焦鏡無法滿足要求，需要使用數值孔徑大于0.5的鏡頭或具有相同性能的多倍鏡。通常，激光入射點的直徑約為 4mm，聚焦后，該點的直徑接近衍射極限，小于 1 微米。在實際加工中，激光在硅片中形成的改性層似乎在20到100微米之間，這會導致硅片的內應力發生變化。撕裂約為 1-3 微米。根據硅膠材料的透射率和客戶的需求，需要直接或回射激光器。

3. 消融手術技術

燒蝕激光切割的光譜范圍很廣，大致可分為表面雕刻、半切和全切。顧名思義，表面雕刻只是將材料表面的部分材料去除，一半的切削深度達到一半或更多的材料。激光燒蝕處理是指當激光擊中材料時，光子能量被材料吸收，部分光子打斷分子鏈，部分光子轉化為熱能，形成等離子體云。分子鏈斷裂后，材料蒸發和升華，與凈化裝置相互作用，去除等離子體云和碎片進行處理。

激光與物質的相互作用不僅與激光波長、功率密度、脈沖寬度等激光參數有關，還與固有物理性質、照射時間和環境條件等密切相關。材料本身。材料表面在不同激光功率密度值的影響下發生的物理現象。當激光功率密度小于 104W/cm2 時，材料會吸收激光能量，通常只能加熱材料表面而材料保持固態。 , 此步驟主要用于零件的退火和硬化。當激光功率密度在 104 W/cm2 和 106 W/cm2 之間增加時，材料吸收激光能量，損傷區域的材料表面溫度升高到熔點，材料開始熔化，液固分離。界面以一定的速度深入到材料中，這一步主要用于金屬表面的回流、涂層和焊接。當激光功率密度超過 106 W/cm2 時，有源區材料蒸發，有源區積聚的熔融材料繼續吸收能量，導致溫度升高，材料蒸發溫度升高，導致蒸發壓力。 、鉆孔等。當激光功率密度大于108W/cm2時，由于激光照射時間短，熱量不能及時傳遞，應用區域材料局部溫度過高，通過蒸發引起爆炸。并且材料通過蒸發完全去除而不熔化。 ，此步驟適用于放大脈沖激光、穿孔等風險。

當入射激光的能量被物質吸收時，激光與物質的相互作用就開始了。激光與物質相互作用的過程遵循能量守恒定律，即：

E = Er + Ea + Et

式中，E為入射激光輻射的總能量； Is是吸收的激光能量； Ea 是反射的激光能量；一是發射的激光能量；不同材料對激光輻射的吸收是不同的。藍寶石、玻璃等硬而脆的非金屬材料在加工過程中受熱應力的影響，在加工過程中很容易斷裂或斷裂。

4. 激光焦點在硅膠材料中的位置分析

在隱形骰子工藝中，激光會聚在硅材料中。因為硅的折射率與空氣的折射率不同，所以激光是從一種介質發送到另一種介質的。由于不同介質的折射率不同，激光在材料中發生折射，折射現象導致激光焦點發生偏移，也就是我們常說的激光焦點偏移。照射在激光上的介質的良好平整度允許材料與平行薄片同化，在所使用的光學器件中，平行薄片是沒有光學效應的組件。使用 Zemax 仿真分析可以快速達到焦點分布模式。

5、激光切割質量評價

激光切割評價的標準目前還沒有統一，但各家客戶對激光切割的評價可以概括為切割性能和效率的廣泛性。最終目標是實現最佳切割效果的最大切割效率。一般來說，人們會根據自己產品的特點，通過比較現有的機械切削性能或下一道工序所需的性能，制定一套相關的標準。切割質量可以根據切割精度、切割寬度、切割形態（凹坑、塊狀、側面粗糙度、錐度）、比例等來粗略衡量。對于隱形硅膠立方體，切割效果幾乎是理想的，因為它切割后的產品大約1-3微米，切口干凈，直線度好，無熱效應。因此，衡量一個隱蔽切口的切口質量，主要是通過粘在切口側壁上的蛞蝓來判斷的。燒蝕切割一般要求切割精度在1-5m，間隙寬度在10-50m左右，凹坑不大于1-10m。不同的制造商有不同的標準。一般來說，如果要求的精度和熱影響區在20到50微米之間，納秒激光燒蝕切割一般可以滿足要求，如果精度降低到20微米以下，則應以皮秒和飛秒為單位進行.

一般追求減速，假設效果越快越好，但在治療參數方面，效率越高，激光功率越高，頻率越高，峰值功率越高，參數越大. ? 這會導致熱應力增加和切割質量變差。因此，效率的優化必須考慮到削減的影響，需要有針對性的分析實際情況。