单晶硅属于半导体脆性材料,广泛用于微电子行业,传统的机械加工难以满足目前的市场需求,而单纯的激光加工往往会出现大量的热累积和熔渣堆积问题。水下激光加工技术能减少切槽重铸层和热累积的缺陷,但仍存在水层波动、气泡和碎屑干扰等问题。水射流辅助激光加工技术能一定程度提升加工效果。激光扫描方向与水射流方向相反的划切方法,本文定义为反向刻蚀。此方法能够在加工区域形成连续且更稳定流动的薄水层,而此种刻蚀方式少见报道。为了提高激光加工质量和能量利用率,本文利用水射流冲击形成的薄水层辅助激光划切单晶硅片,并采用反向刻蚀方式探索水射流辅助激光加工方法及其加工效果,具体研究如下:(1)探讨激光烧蚀水下基材存在的物理现象及其作用机理,主要分析激光烧蚀水下基材产生的等离子体冲击和空泡冲击过程。此外,对水射流冲击壁面形成的壁面射流区进行分析,研究壁面射流区的壁面切应力和平均对流换热系数,分析其对激光加工的影响。(2)利用Fluent软件模拟两种带切槽的水射流冲击过程,结果表明,反向刻蚀模型在激光辐照点处的流速更大,而同向刻蚀在切槽内部具备更大的冲击力。然后,模拟并分析水速和靶距变化对无槽壁面压力和壁面剪切应力的影响,仿真结果表明,当水速增加时,X向壁面压力和Z方向的壁面剪切应力均有明显的增加;靶距变化对底部壁面的冲击压力影响较小。(3)开展反向刻蚀的实验研究,并与同向刻蚀方法进行结果对比。实验结果表明,反向刻蚀得到的切槽上表面无凹坑损伤,具有更小的粗糙度、更整齐的切槽边线和更大的深宽比。然后,利用控制变量方法分别研究激光功率、扫描速度、喷嘴靶距和水射流速度对切槽形貌的影响,并分析工艺参数变化对两种刻蚀结果的影响差异,结果表明,反向刻蚀获得的切槽表面具有更高的表面质量和能量利用率。(4)建立反向刻蚀所得切槽宽度和深度的预测模型,通过方差分析验证模型的准确性。模型的预测结果与实验结果基本吻合,对应槽宽和槽深的误差分别为7.04%和2.61%。