运用分束器的半导体材料加工技术

2019年半导体行业持续低迷，对比2018年跌幅超过12%。2020年开始疫情影响全球各行各业，但半导体行业却乘势而起，2020年涨幅超过5%，2021年涨幅超过8%，因此造成了“一芯难求“的市场行情。受到供求关系的影响，芯片的价格持续走高，对芯片的需求越来越大。如何在现有技术上做提升，提高生产效率，是每个研发机构和公司研发组织非常关注的课题。这不仅仅是出于技术更新的需要，也是企业更好生存发展的要求。

激光加工的应用举例：

那么，激光加工技术对于半导体究竟有着什么作用呢？激光器加工的激光源可以是准分子激光器，也可以是固体激光器；可以是光纤激光器，也可以是半导体激光器。激光对半导体加工（或芯片加工）的应用很广，主要有激光切割、激光打孔、激光焊接、激光打标、激光表面纹理、激光系统测量等等。

激光打在半导体表面主要存在几种光电效应：热传导、载流子耦合扩散、光化学、表面热蒸发等等。通过选择合理的光学系统加工材料是很重要的。比如，采用飞秒脉冲激光（波长800nm、90fs、1kHz）烧蚀来诱导产生直径几百nm的硅微结构，形成的孔分布均匀，孔径大约为 400nm～700nm，如下图。

准分子激光器有五种常见的波长的激光器：157nm F₂激光器、193nm ArF激光器、248nm KrF激光器、308nm XeCl激光器、351nm XeF激光器。其中氮化铝AlN（带隙能量6.3eV）对193nm(6.4eV)强烈吸收，而蓝宝石（带隙能量9.9eV）不受影响，可在接触面进行氮化铝与蓝宝石的激光剥离；氮化镓（带隙能量3.3eV）对248nm强烈吸收，蓝宝石不受影响，可在接触面进行氮化稼与蓝宝石的激光剥离。

激光分束加工系统举例：

Holoor的激光分束器将一束光源扩展成二维点阵排列分布，一个点就是一个加工光源，相对于由普通激光器+聚焦镜形成的系统来讲，极大提高了加工效率。根据目前已知的技术，已有可行的技术方案。包括还应用于半导体或钢材表面的激光表面纹理（表面纹理、激光表面加工）技术，高效率钎焊（分束钎焊）等。

激光表面织构的光学系统及效果图如下，主要光学元件包含光源+透镜+分束器DOE。

高效率钎焊（分束钎焊）的典型光学原理如下图。传统激光加工光路包含一个激光源+多个透光镜与反光镜的组合，通过偏振分光原理，在系统上输出多点光束，一般是一维点阵。缺点是体积较大，系统较复杂。而激光分束器DOE加工系统光路的结构比较简单，通过衍射折射原理，可以用来产生二维点阵排布，应用的范围更广。

不仅仅于此，分束也可用于显微领域。比如：多焦点差分非线性光学显微成像的方法可以同时应用于 双光子激发荧光显微成像 与 二次谐波显微成像 系统中。这种方法不依赖于样品特殊的荧光特性，应用范围更为广泛，理论上可以应用于任何基于点扫描方式的显微成像中。

分束器的应用越来越广泛，因为：

1） 系统结构紧凑；

2） 对入射光的要求不敏感（支持单模或多模和）；

3） 加工效率相对于传统加工方法，有很大提高。

结论：

随着半导体材料的需求增加，对半导体材料加工的技术更新要求越来越高，利用分束器可以提高加光加工效率。