運(yùn)用分束器的半導(dǎo)體材料加工技術(shù)

2019年半導(dǎo)體行業(yè)持續(xù)低迷，對(duì)比2018年跌幅超過12%。2020年開始疫情影響全球各行各業(yè)，但半導(dǎo)體行業(yè)卻乘勢(shì)而起，2020年漲幅超過5%，2021年漲幅超過8%，因此造成了“一芯難求“的市場(chǎng)行情。受到供求關(guān)系的影響，芯片的價(jià)格持續(xù)走高，對(duì)芯片的需求越來越大。如何在現(xiàn)有技術(shù)上做提升，提高生產(chǎn)效率，是每個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)和公司研發(fā)組織非常關(guān)注的課題。這不僅僅是出于技術(shù)更新的需要，也是企業(yè)更好生存發(fā)展的要求。

激光加工的應(yīng)用舉例：

那么，激光加工技術(shù)對(duì)于半導(dǎo)體究竟有著什么作用呢？激光器加工的激光源可以是準(zhǔn)分子激光器，也可以是固體激光器；可以是光纖激光器，也可以是半導(dǎo)體激光器。激光對(duì)半導(dǎo)體加工（或芯片加工）的應(yīng)用很廣，主要有激光切割、激光打孔、激光焊接、激光打標(biāo)、激光表面紋理、激光系統(tǒng)測(cè)量等等。

激光打在半導(dǎo)體表面主要存在幾種光電效應(yīng)：熱傳導(dǎo)、載流子耦合擴(kuò)散、光化學(xué)、表面熱蒸發(fā)等等。通過選擇合理的光學(xué)系統(tǒng)加工材料是很重要的。比如，采用飛秒脈沖激光（波長(zhǎng)800nm、90fs、1kHz）燒蝕來誘導(dǎo)產(chǎn)生直徑幾百nm的硅微結(jié)構(gòu)，形成的孔分布均勻，孔徑大約為 400nm～700nm，如下圖。

準(zhǔn)分子激光器有五種常見的波長(zhǎng)的激光器：157nm F?激光器、193nm ArF激光器、248nm KrF激光器、308nm XeCl激光器、351nm XeF激光器。其中氮化鋁AlN（帶隙能量6.3eV）對(duì)193nm(6.4eV)強(qiáng)烈吸收，而藍(lán)寶石（帶隙能量9.9eV）不受影響，可在接觸面進(jìn)行氮化鋁與藍(lán)寶石的激光剝離；氮化鎵（帶隙能量3.3eV）對(duì)248nm強(qiáng)烈吸收，藍(lán)寶石不受影響，可在接觸面進(jìn)行氮化稼與藍(lán)寶石的激光剝離。

激光分束加工系統(tǒng)舉例：

Holoor的激光分束器將一束光源擴(kuò)展成二維點(diǎn)陣排列分布，一個(gè)點(diǎn)就是一個(gè)加工光源，相對(duì)于由普通激光器+聚焦鏡形成的系統(tǒng)來講，極大提高了加工效率。根據(jù)目前已知的技術(shù)，已有可行的技術(shù)方案。包括還應(yīng)用于半導(dǎo)體或鋼材表面的激光表面紋理（表面紋理、激光表面加工）技術(shù)，高效率釬焊（分束釬焊）等。

激光表面織構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)及效果圖如下，主要光學(xué)元件包含光源+透鏡+分束器DOE。

高效率釬焊（分束釬焊）的典型光學(xué)原理如下圖。傳統(tǒng)激光加工光路包含一個(gè)激光源+多個(gè)透光鏡與反光鏡的組合，通過偏振分光原理，在系統(tǒng)上輸出多點(diǎn)光束，一般是一維點(diǎn)陣。缺點(diǎn)是體積較大，系統(tǒng)較復(fù)雜。而激光分束器DOE加工系統(tǒng)光路的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過衍射折射原理，可以用來產(chǎn)生二維點(diǎn)陣排布，應(yīng)用的范圍更廣。

不僅僅于此，分束也可用于顯微領(lǐng)域。比如：多焦點(diǎn)差分非線性光學(xué)顯微成像的方法可以同時(shí)應(yīng)用于雙光子激發(fā)熒光顯微成像 與 二次諧波顯微成像 系統(tǒng)中。這種方法不依賴于樣品特殊的熒光特性，應(yīng)用范圍更為廣泛，理論上可以應(yīng)用于任何基于點(diǎn)掃描方式的顯微成像中。

分束器的應(yīng)用越來越廣泛，因?yàn)椋?/p>

1） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊；

2） 對(duì)入射光的要求不敏感（支持單模或多模和）；

3） 加工效率相對(duì)于傳統(tǒng)加工方法，有很大提高。

結(jié)論：

隨著半導(dǎo)體材料的需求增加，對(duì)半導(dǎo)體材料加工的技術(shù)更新要求越來越高，利用分束器可以提高加光加工效率。