激光剝離專利技術(shù)發(fā)展與研究

顧艷君 王妍

摘要：激光剝離與傳統(tǒng)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(xiàn)的視角對(duì)激光剝離技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了研究，分析了激光剝離的專利申請(qǐng)發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)分支。

關(guān)鍵詞：激光剝離;專利申請(qǐng);技術(shù)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(zhí)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(duì)晶錠具有透過性的波長的激光束的聚光點(diǎn)定位在距離該第一面相當(dāng)于要生成的晶片的厚度的深度，并且使該聚光點(diǎn)和晶錠相對(duì)地移動(dòng)而向該第一面照射該激光束，形成與該第一面平行的改質(zhì)層和從該改質(zhì)層延伸的裂紋從而內(nèi)部形成作為分離起點(diǎn)的改質(zhì)層;在實(shí)施了該分離起點(diǎn)形成步驟之后，從該分離起點(diǎn)起從晶錠中剝離出相當(dāng)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(bào)廢，在硅晶圓等半導(dǎo)體行業(yè)有很大的應(yīng)用潛力和推廣空間。

隨著激光玻璃技術(shù)的發(fā)展，其專利申請(qǐng)量也跟著增長，本文針對(duì)國內(nèi)外激光剝離專利技術(shù)進(jìn)行了分析。

1.激光剝離專利發(fā)展趨勢(shì)分析

激光剝離技術(shù)在全球的專利申請(qǐng)總體處于穩(wěn)步上升趨勢(shì)，其中主要以日本申請(qǐng)量為主，大致可分為三個(gè)時(shí)期：萌芽期（1995-2007），全球的激光剝離專利技術(shù)最早出現(xiàn)在1995年，這一時(shí)期相關(guān)專利剛剛出現(xiàn)，申請(qǐng)量較少，期間主要以日本申請(qǐng)為主;平穩(wěn)發(fā)展期（2007-2013），這期間仍然以日本申請(qǐng)為主;快速增長期（2013-），激光剝離的申請(qǐng)量呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)，其中2015年出現(xiàn)了有史以來專利申請(qǐng)量的最大值，達(dá)到頂峰，這期間，德國和中國專利申請(qǐng)量開始有所增長。

2.激光剝離專利技術(shù)分支

激光剝離技術(shù)領(lǐng)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(gè)部分。

2.1前處理

前處理是指激光照射前對(duì)晶錠或晶圓的表面處理、檢測(cè)等。

（1）表面處理

從由形成在晶圓內(nèi)部的改質(zhì)層和裂紋構(gòu)成的分離起點(diǎn)分離晶片時(shí)，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?qū)⒕哂械?面的SiC基板從具有第2面的SiC基板分離而不會(huì)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(cè)面形成缺口6，在剝離時(shí)，以該缺口形成起裂點(diǎn)。

（2）表面測(cè)量

當(dāng)在錠的端面上存在凹凸的起伏時(shí)，則跟隨起伏而在切斷預(yù)定面上形成改質(zhì)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(shí)施分離面形成步驟之前，實(shí)施對(duì)存在于錠的端面上的凹凸的起伏進(jìn)行測(cè)量的端面測(cè)量步驟，在分離面形成步驟中，根據(jù)形成激光束的聚光點(diǎn)的物鏡的數(shù)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(jìn)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(huì)受到起伏的影響，能夠在錠的內(nèi)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(shù)主要涉及對(duì)激光束的整形以及相關(guān)工藝參數(shù)的優(yōu)化。

（1）光束整形

激光偏振作為激光的特性之一，對(duì)材料燒蝕具有顯著的作用，CN201811607512通過調(diào)整激光光束偏振與材料晶格之間的作用方向提高半導(dǎo)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(yù)設(shè)圖案的光斑組合陣列。CN201611154276公開了激光源用于發(fā)出多束激光，每束激光分別聚焦到SiC錠內(nèi)的不同深度的位置處，從而實(shí)現(xiàn)多片SiC切片的照射。

（2）工藝參數(shù)

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

2.3后處理

后處理的目的在于使改質(zhì)層裂紋延伸，便于剝離，主要采用的技術(shù)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(yù)設(shè)平面對(duì)應(yīng)高度上，由第二激光光束沿晶圓側(cè)表面對(duì)經(jīng)整平面爆點(diǎn)后所生成的剝離區(qū)域內(nèi)進(jìn)行隱形切割。DE102019003331公開了在具有第一端和第二端的晶錠半導(dǎo)體材料中產(chǎn)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(dòng)是剝離時(shí)采用的常規(guī)操作，JP2017027114A公開了使生成晶片的那側(cè)即第一面?zhèn)冉n于液體中，使其與超聲波振動(dòng)板對(duì)置，具有與晶錠的固有振動(dòng)頻率近似的頻率以上的頻率的超聲波從超聲波振動(dòng)板藉由液體被賦予至晶錠。JP2017225391A在上述技術(shù)上進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，增設(shè)了噴嘴，其朝向相當(dāng)于該晶片的部分噴射水而促進(jìn)該晶片的剝離，因此能夠容易地以剝離層為起點(diǎn)將晶片從錠剝離。

3.結(jié)論

本文介紹了激光剝離技術(shù)在全球的專利申請(qǐng)情況，對(duì)激光剝離技術(shù)的技術(shù)分支進(jìn)行了詳細(xì)的分析，從而使得相關(guān)技術(shù)人員可以了解到激光剝離技術(shù)的發(fā)展路線，從而更好地把握該領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)質(zhì)，為作出更好的創(chuàng)新發(fā)明打下基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李海鷗 等. 晶圓激光切割技術(shù)的研究進(jìn)展[J].半導(dǎo)體技術(shù).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(xiàn)就職于國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，職位：實(shí)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(xiàn)就職于國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，職位：實(shí)審審查員，研究方向：激光加工。