激光剝離專利技術發展與研究

顧艷君 王妍

摘要：激光剝離與傳統的切割工藝相比可以顯著地減少材料損失。本文從專利文獻的視角對激光剝離技術的發展進行了研究，分析了激光剝離的專利申請發展趨勢和技術分支。

關鍵詞：激光剝離;專利申請;技術分支

引言

目前硅晶片等硬脆材料的切割通常借助金剛石或基于研磨液的線鋸工藝來執行。然而，鋸割工藝不僅引起貴重的材料的切縫損失，而且也引起表面粗糙度和在表面下方引起晶體的損壞。

激光剝離工藝流程圖，首先是將對晶錠具有透過性的波長的激光束的聚光點定位在距離該第一面相當于要生成的晶片的厚度的深度，并且使該聚光點和晶錠相對地移動而向該第一面照射該激光束，形成與該第一面平行的改質層和從該改質層延伸的裂紋從而內部形成作為分離起點的改質層;在實施了該分離起點形成步驟之后，從該分離起點起從晶錠中剝離出相當于晶片的厚度的板狀物而生成晶片。采用激光剝離可以很大程度上減少硅晶圓的報廢，在硅晶圓等半導體行業有很大的應用潛力和推廣空間。

隨著激光玻璃技術的發展，其專利申請量也跟著增長，本文針對國內外激光剝離專利技術進行了分析。

1.激光剝離專利發展趨勢分析

激光剝離技術在全球的專利申請總體處于穩步上升趨勢，其中主要以日本申請量為主，大致可分為三個時期：萌芽期（1995-2007），全球的激光剝離專利技術最早出現在1995年，這一時期相關專利剛剛出現，申請量較少，期間主要以日本申請為主;平穩發展期（2007-2013），這期間仍然以日本申請為主;快速增長期（2013-），激光剝離的申請量呈現快速增長趨勢，其中2015年出現了有史以來專利申請量的最大值，達到頂峰，這期間，德國和中國專利申請量開始有所增長。

2.激光剝離專利技術分支

激光剝離技術領域，安照其工藝流程可以分為：前處理、激光剝離以及后處理三個部分。

2.1前處理

前處理是指激光照射前對晶錠或晶圓的表面處理、檢測等。

（1）表面處理

從由形成在晶圓內部的改質層和裂紋構成的分離起點分離晶片時，由于晶片較薄，因此存在晶片破損的問題，JP2015222369A公開了先在第1面上貼合透明的粘合帶41，在第2面上貼合保持部件，因此能夠將具有第1面的SiC基板從具有第2面的SiC基板分離而不會使其破損。為了便于剝離，US201415330981A公開了在激光剝離層生成前，先在鑄錠的側面形成缺口6，在剝離時，以該缺口形成起裂點。

（2）表面測量

當在錠的端面上存在凹凸的起伏時，則跟隨起伏而在切斷預定面上形成改質層，因此生成在正面和背面上具有起伏的晶片，必須通過研磨從正面和背面去除起伏，JP2015078029公開了在實施分離面形成步驟之前，實施對存在于錠的端面上的凹凸的起伏進行測量的端面測量步驟，在分離面形成步驟中，根據形成激光束的聚光點的物鏡的數值孔徑NA、錠的折射率N以及存在于錠的端面的凹凸的起伏而進行控制以便在同一平面上形成分離面，因此即使在錠的端面上存在凹凸的起伏也不會受到起伏的影響，能夠在錠的內部形成平坦的分離面，能夠從錠高效地生成晶片并且減輕廢棄的量。

2.2激光剝離

激光剝離是激光剝離工藝的主要步驟，專利技術主要涉及對激光束的整形以及相關工藝參數的優化。

（1）光束整形

激光偏振作為激光的特性之一，對材料燒蝕具有顯著的作用，CN201811607512通過調整激光光束偏振與材料晶格之間的作用方向提高半導體分離效果和良品率，另外，為了提高加工效率，CN201811607512還公開了將激光光束整形為具有預設圖案的光斑組合陣列。CN201611154276公開了激光源用于發出多束激光，每束激光分別聚焦到SiC錠內的不同深度的位置處，從而實現多片SiC切片的照射。

（2）工藝參數

激光剝離涉及多個工藝參數，不同的工藝參數組合會導致不同的技術效果。JP2016001941A公開了將聚光透鏡的數值孔徑設定為0.45～0.9，將激光束的M2因子實質設定為5～50，將聚光點的直徑設定為φ15-150μm，將聚光點的功率密度設定為（2～3）×105W/cm2。因此即使聚光透鏡的焦點深度淺至5μm以下，也能夠以大的聚光光斑高效穩定地形成良好的分離起點。

2.3后處理

后處理的目的在于使改質層裂紋延伸，便于剝離，主要采用的技術手段熱處理法和超聲法。

（1）熱處理法

CN201910035286 公開了在形成剝離層厚，在預設平面對應高度上，由第二激光光束沿晶圓側表面對經整平面爆點后所生成的剝離區域內進行隱形切割。DE102019003331公開了在具有第一端和第二端的晶錠半導體材料中產生損傷層后，冷卻晶錠的第一端和加熱晶錠的第二端，熱梯度可以形成在晶錠的冷卻的第一端和加熱的第二端之間，并且可以幫助碳化硅晶圓在損傷層處與晶錠分離。

（2）超聲法

超聲振動是剝離時采用的常規操作，JP2017027114A公開了使生成晶片的那側即第一面側浸漬于液體中，使其與超聲波振動板對置，具有與晶錠的固有振動頻率近似的頻率以上的頻率的超聲波從超聲波振動板藉由液體被賦予至晶錠。JP2017225391A在上述技術上進行了進一步改進，增設了噴嘴，其朝向相當于該晶片的部分噴射水而促進該晶片的剝離，因此能夠容易地以剝離層為起點將晶片從錠剝離。

3.結論

本文介紹了激光剝離技術在全球的專利申請情況，對激光剝離技術的技術分支進行了詳細的分析，從而使得相關技術人員可以了解到激光剝離技術的發展路線，從而更好地把握該領域的技術實質，為作出更好的創新發明打下基礎。

參考文獻：

[1] 李海鷗 等. 晶圓激光切割技術的研究進展[J].半導體技術.2017，42（8）：561-568

作者簡介：顧艷君（1987-），女，江蘇常熟人，碩士研究生，現就職于國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，職位：實審審查員，研究方向：激光加工。王妍（1987-），女，江蘇泰州人，碩士研究生，現就職于國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，職位：實審審查員，研究方向：激光加工。