激光剥离专利技术发展与研究

顾艳君 王妍

摘要：激光剥离与传统的切割工艺相比可以显著地减少材料损失。本文从专利文献的视角对激光剥离技术的发展进行了研究，分析了激光剥离的专利申请发展趋势和技术分支。

关键词：激光剥离;专利申请;技术分支

引言

目前硅晶片等硬脆材料的切割通常借助金刚石或基于研磨液的线锯工艺来执行。然而，锯割工艺不仅引起贵重的材料的切缝损失，而且也引起表面粗糙度和在表面下方引起晶体的损坏。

激光剥离工艺流程图，首先是将对晶锭具有透过性的波长的激光束的聚光点定位在距离该第一面相当于要生成的晶片的厚度的深度，并且使该聚光点和晶锭相对地移动而向该第一面照射该激光束，形成与该第一面平行的改质层和从该改质层延伸的裂纹从而内部形成作为分离起点的改质层;在实施了该分离起点形成步骤之后，从该分离起点起从晶锭中剥离出相当于晶片的厚度的板状物而生成晶片。采用激光剥离可以很大程度上减少硅晶圆的报废，在硅晶圆等半导体行业有很大的应用潜力和推广空间。

随着激光玻璃技术的发展，其专利申请量也跟着增长，本文针对国内外激光剥离专利技术进行了分析。

1.激光剥离专利发展趋势分析

激光剥离技术在全球的专利申请总体处于稳步上升趋势，其中主要以日本申请量为主，大致可分为三个时期：萌芽期（1995-2007），全球的激光剥离专利技术最早出现在1995年，这一时期相关专利刚刚出现，申请量较少，期间主要以日本申请为主;平稳发展期（2007-2013），这期间仍然以日本申请为主;快速增长期（2013-），激光剥离的申请量呈现快速增长趋势，其中2015年出现了有史以来专利申请量的最大值，达到顶峰，这期间，德国和中国专利申请量开始有所增长。

2.激光剥离专利技术分支

激光剥离技术领域，安照其工艺流程可以分为：前处理、激光剥离以及后处理三个部分。

2.1前处理

前处理是指激光照射前对晶锭或晶圆的表面处理、检测等。

（1）表面处理

从由形成在晶圆内部的改质层和裂纹构成的分离起点分离晶片时，由于晶片较薄，因此存在晶片破损的问题，JP2015222369A公开了先在第1面上贴合透明的粘合带41，在第2面上贴合保持部件，因此能够将具有第1面的SiC基板从具有第2面的SiC基板分离而不会使其破损。为了便于剥离，US201415330981A公开了在激光剥离层生成前，先在铸锭的侧面形成缺口6，在剥离时，以该缺口形成起裂点。

（2）表面测量

当在锭的端面上存在凹凸的起伏时，则跟随起伏而在切断预定面上形成改质层，因此生成在正面和背面上具有起伏的晶片，必须通过研磨从正面和背面去除起伏，JP2015078029公开了在实施分离面形成步骤之前，实施对存在于锭的端面上的凹凸的起伏进行测量的端面测量步骤，在分离面形成步骤中，根据形成激光束的聚光点的物镜的数值孔径NA、锭的折射率N以及存在于锭的端面的凹凸的起伏而进行控制以便在同一平面上形成分离面，因此即使在锭的端面上存在凹凸的起伏也不会受到起伏的影响，能够在锭的内部形成平坦的分离面，能够从锭高效地生成晶片并且减轻废弃的量。

2.2激光剥离

激光剥离是激光剥离工艺的主要步骤，专利技术主要涉及对激光束的整形以及相关工艺参数的优化。

（1）光束整形

激光偏振作为激光的特性之一，对材料烧蚀具有显著的作用，CN201811607512通过调整激光光束偏振与材料晶格之间的作用方向提高半导体分离效果和良品率，另外，为了提高加工效率，CN201811607512还公开了将激光光束整形为具有预设图案的光斑组合阵列。CN201611154276公开了激光源用于发出多束激光，每束激光分别聚焦到SiC锭内的不同深度的位置处，从而实现多片SiC切片的照射。

（2）工艺参数

激光剥离涉及多個工艺参数，不同的工艺参数组合会导致不同的技术效果。JP2016001941A公开了将聚光透镜的数值孔径设定为0.45～0.9，将激光束的M2因子实质设定为5～50，将聚光点的直径设定为φ15-150μm，将聚光点的功率密度设定为（2～3）×105W/cm2。因此即使聚光透镜的焦点深度浅至5μm以下，也能够以大的聚光光斑高效稳定地形成良好的分离起点。

2.3后处理

后处理的目的在于使改质层裂纹延伸，便于剥离，主要采用的技术手段热处理法和超声法。

（1）热处理法

CN201910035286 公开了在形成剥离层厚，在预设平面对应高度上，由第二激光光束沿晶圆侧表面对经整平面爆点后所生成的剥离区域内进行隐形切割。DE102019003331公开了在具有第一端和第二端的晶锭半导体材料中产生损伤层后，冷却晶锭的第一端和加热晶锭的第二端，热梯度可以形成在晶锭的冷却的第一端和加热的第二端之间，并且可以帮助碳化硅晶圆在损伤层处与晶锭分离。

（2）超声法

超声振动是剥离时采用的常规操作，JP2017027114A公开了使生成晶片的那侧即第一面侧浸渍于液体中，使其与超声波振动板对置，具有与晶锭的固有振动频率近似的频率以上的频率的超声波从超声波振动板藉由液体被赋予至晶锭。JP2017225391A在上述技术上进行了进一步改进，增设了喷嘴，其朝向相当于该晶片的部分喷射水而促进该晶片的剥离，因此能够容易地以剥离层为起点将晶片从锭剥离。

3.结论

本文介绍了激光剥离技术在全球的专利申请情况，对激光剥离技术的技术分支进行了详细的分析，从而使得相关技术人员可以了解到激光剥离技术的发展路线，从而更好地把握该领域的技术实质，为作出更好的创新发明打下基础。

参考文献：

[1] 李海鸥 等. 晶圆激光切割技术的研究进展[J].半导体技术.2017，42（8）：561-568

作者简介：顾艳君（1987-），女，江苏常熟人，硕士研究生，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，职位：实审审查员，研究方向：激光加工。王妍（1987-），女，江苏泰州人，硕士研究生，现就职于国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，职位：实审审查员，研究方向：激光加工。