激光切割水射流外文翻译文献.docx

中英文资料外文翻译（文档含英文原文和中文翻译）附录1英文翻译水射流与激光结合加工在半导体中的应用摘要最近几年，半导体晶圆已经占据了市场的很大一部分，它在复合材料 的生产中超过其他硅产品的知名度由于这些III/V半导体材料的加工工 艺要求高，因此产生了许多与传统加工不同的加工工艺和方法不同的切 割方法之间存在着显著差异在传统切割中，由于存在严重的热损失，使 工件的切口处产生结晶体现在，有了让人满意的解决方法---与激光微 射流（lmj）这一成果，一个革命性耦合激光和水射流的技术这是一 种比其他加工方法更快捷和清洁的加工方法，并且能产生很高的加工精度 此外，它可以切割任意的形状，这在其他传统加工方法中是不可能的最 后，安全问题不应该忘记事实上，由于融入了水射流，在加工过程的检 测中没有发现产生有毒气体关键词：激光切割，水射流引导激光，砷化镓，化合物半导体1. 导言硅占半导体晶圆市场已经超过三十年然而，持续的要求，更高的速 度和增加小型化带动无线电和宽带通讯行业的发展，使III/V半导体材料， 如砷化镓（GaAs）的和磷化铟（InP）的需求量增大事实上，这些材 料的电学性比纯硅更具有优势，它们在高频率的运作，改善信号接收效果， 更好的处理信号在拥挤的频带，和增大大的功率效率更有优势。

根据“IC的 洞察”的市场研究（公司总部设在斯科茨代尔，亚利桑那州），在2002年 占市场87 %的份额的化合物半导体集成电路仍然主要是基于砷化镓半导体市场已经把他们生产的产品定在这个方向IC的洞察”调查，在2002 年到2007年化合物半导体每年平均的增长率为22%相较之下，比同一时 期的IC市场增长率为10 %在2000年该化合物半导体IC市场的高峰 24.2亿美元，但在2002年下跌至16.9亿美元IC的洞察”预测增长 强劲，在随后的岁月，与不断扩大到2007年，当市场将会扩大一倍以上， 达46.5亿美元今天，砷化镓市场已不再被认为是为特定盈利市场最重要的应用不光 是无线通信业，砷化镓是揭示了它的潜力在光电电子应用在军事，医疗， 特别是LED照明领域标准的生产技术仍然需要变得更加适应这一新的高 增长的市场减少芯片尺寸低于500um的规定，使用更薄的晶圆比100um 的，缩小晶圆厚度也有其优点，可以降低其温度梯度由于砷化镓是非常脆弱，改善方法是用树脂叶片这需要提高切削速 度和质量此外，考虑制造晶圆的切割过程是精密的，这需要使用新的切 割方法，达到高生产率此外，砷化镓的价格昂贵也是需要考虑的。

另一 个不如忽视的重要方面是：制造和加工的化合物半导体，尤其是砷化镓， 对安全有严重的威胁砷化镓气体有毒，是引起人类致癌物质这些事实 提出了很多的关注，从环境，健康和安全的立场2. 比较不同的切割方法目前有三种加工方法，用来加工砷化镓晶圆，即砂轮切断，刨切，和 激光引导水射流切割由于砷化镓的特定属性，缺点不容忽视，当切割 硅晶片，因为划片砷化镓在加工时有很多缺点传统的切割方法在加工 半导体时会遇到很多问题激光引导水射流切割主要优势切割硅晶圆时 的切缝质量高如果是传统的切割方法的话，由于硅晶圆非常的脆，加 工出高质量的切缝是很难实现的刨切宽度较大的砷化镓时，加工面面 要拓宽，从而减少芯片数量的百分之晶圆此外，由于机械的限制，导 致工件的边缘往往容易破碎，从而使该件无法使用在一般情况下，要 达到一个符合条件的切割质量，切削速度要在3到12mm/s之间，这主要 取决于晶圆的厚度，从而大大减缓了整个加工效率表1显示的是3种 切割方法的比较Dicing methodMinimal street widthTinw to process a waferDice shape limitationMechanical problemsAbrasive Saw*0呻50 minutesLinearNo size limitChipping Broken comersScribe and BreakLinear At least 1 x 1 mmBroken wafersLaser Micrqjet40pm\ 5 minutesFree-shapcAt least 0.5x0.5mmNo chippingNo broken cornersTable 1: Comparison of the three dicing methods for a typical GaAs wafer - 400 cuts, 8 inches. 200pm thick水射流切割可以在同样的毛配件中切削出更多的工件，既节约材料降低 成本。

在加工一个昂贵的复合材料，这是一个真正的优势举例来说，晶 圆并不总是沿内切线这往往是晶圆破损的主要原因这意味着，要清楚 处理大量的废弃晶圆时间和精力利用激光引导水射流，不需要将它与一 个标准的激光看待，可以增加砷化镓晶圆的切削速度，提高切缝质量此 外，它可以切割任意形状，包括多项目晶圆，这在传统切割中是不可能的3. 水射流引导激光加工激光引导水射流采用了薄水射流作为一个引导件，以指导工件加工（参 见图1）除了引导激光，水射流冷却作用正是它的优势所在，它可以降 低切削时的温度，也就消除了材料的熔融事实上，在激光引导水射流是 一个低温切割系统，在任何切削过程中检测的工作的切削温度不会超过 160 ° C 的［2 ］Luxet i'ttiilcil hy mw!Uiifcr chan] bet'3big. 1. Principle of the Laser Microjei dicing techniqueg i心喝I*心AM危Nh向*匝eWitter jet这种水射流很安全，在晶圆在切割中不存在由于机械和热而产生的损 失（见图2）该水射流提供了一个不断切缝宽度等于直径的射流，因此， 特别是对非常脆和难以加工材料如砷化镓，即使厚度小25 p m也可加工， （25至75 p m的根据该喷嘴直径）。

另一个明显的优势，这种水射流 对于此特定的应用是当工件变薄时它的切削速度和质量会增加，而在传统 切割中，这是刚好相反薄砷化镓晶圆，可实现非常高切割速度Fig.2. GaAs wafer dicing （100|im thick）传统的激光切割砷化镓时产生大量的碎片，很难消除，甚至可以破坏 附近的活性成分在水射流切割中，这个问题已经克服使用一种特殊的 薄水膜，新技术的具体不断晶圆清洁和免费的粒子由此产生的水平芯片 的污染，比传统的切削方法要小得多任意形状的切割，在薄晶圆加工中已变得日益重要，为各种应用在微 电子学和医学，在其中的任意形状使用传统技术不能提供所需的灵活性 和两维自由度图3介绍了水射流全方位的定向切割左图的砷化镓晶圆 厚175p m，切缝宽75p m的，所取得的速度15mm/s（点表面上是没有残留） 该切削的晶圆（右侧）是250p m厚，切削速度2mm/s4. 安全关于安全问题，多次对水射流测试表明在切割过程中空气里没有发现 存在砷化氢的气体，切割砷化镓晶圆[3 ]，一个重要的差异，以传统激 光切割为例（见表2）PELDetected during the testRecommandationsArsine gas |ppm]TLV=0.05Not detectedAir concentration of As10 (OSHA cancer hazard)130 (in cutting chamber 4 (outside cutting chamber)Exhaust system with a particulate filterWater concentration of As |pg/IJ<2062700Closed recycling, Arsenic filterArsenic in the human bodyBE1=3550 (ERA)5.2 (before)9.4 (after)Gloves and a HEPA filterWipe sample results [pg/cni']130 (in cutting chamber) 0.062 (next to machine)Post-cleaningTable 2: Results from the GaAs safety tests这是不得不令人惊讶，因为激光引导水射流是水射流和再加上在一个 很短激光脉冲（约450ns）相互作用的雷射光与物质。

由于有水的存在， 在切割时不会产生有毒气体，而是是有毒气体溶解到水中因为废水中砷 的浓度很高，所以废水应当适当的过滤或循环与传统切割相比，激光引 导水射流切割砷化镓不需要任何额外的保安系统5 .结论总括而言，较传统的切割方法，水射流切割展示了无可争议的优势 100 Mm厚的晶圆可以切割在六60mm/ s和卓越的品质是达成共识甚至， 尽管传统方法已有所改善所做，多年来，他们将很快取代晶圆变薄和聘用 更多的成本和关键材料参考[1 ] “2003年麦卡琳报告”，新闻稿，IC的洞察，2003年[2] N. Dushkina, B. Richerzhagen: “划片砷化镓晶圆与思诺瓦激 光微-挑战，改善和安全[3] N. Dushkina “安全切割砷化镓晶圆与雷射器”，技术文件的工业标准结构，第一卷438，175-183 ，2003英文原文口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口ABSTRACTFor a few years now the semiconductor wafer market has turned a substantial part of its production towards compound materials, faster than the well-known silicon. The mechanical and chemical properties of these III/V semiconductor materials (of which the most used being gallium arsenide, GaAs) require new specialized technologies. In particular, the singulation process is proved to be delicate. Different dicing methods exist, but important differences in results can be observed. The saw creates consequent chipping as well as broken edges. Conventional lasers should be avoided because of important heat damages. The scribe and break method can create cracks that tend to。