半导体材料激光切割相关附属装置的专利技术浅析

王立美

摘要：分析了截止2016年10月10日、涉及半导体加工中激光切割相关附属装置的专利申请，分别针对除尘净化装置、冷却循环装置、夹具相关专利申请的国内外来华申请量趋势、技术发展脉络等内容进行分析，以便于大众掌握和了解半导体加工中附属装置于激光切割技术中的专利技术的布局和发展情况。

关键词：半导体 激光切割 附属装置 专利 分析

1、引言

半导体材料的切割技术不仅是芯片制造技术也是其他集成电路和信息通信设备的关键制造技术。随着小型电子产品和微电子器件需求量的日益增长，以及半导体的激光切割技术中技术障碍的克服，半导体切割技术中激光切割技术已成为主流切割技术。

虽然与传统半导体材料的切割技术相比，激光切割半导体技术优势明显，但仍然存在材料重凝、热影响区较大、熔屑和易产生裂纹等问题，而半导体材料切割后的应用领域决定了其对切割质量的高标准、严要求。切缝质量、切割速度、辅助气体压力等一直是半导体材料激光切割中重要的工艺参数。影响半导体材料最终切割质量的因素众多，在排除激光器本身及对焦过程等因素的干扰后，必须采用其他附属装置保障材料的有效切割。在切割的过程中, 熔体的溅射是不可控制的, 少许熔融的高温小颗粒以极高的速度从切割道中溅射出来, 附着在切割道两旁的半导体材料表面上, 在冷却的过程中会和半导体材料熔为一体, 破坏了半导体材料表面的结构,使之成为不可用的废品。而半导体材料一般为脆性材料，切割后的半导体材料相对微小，对于该材料的不当夹持、支撑，可能使其边缘破损、表面污染，因此必须采取相应的保护措施。针对上述情况，各国申请人在技术研发中对适宜的冷却装置、除尘净化装置、夹具夹持装置等附属装置进行研发，以期确保半导体材料切割的成品质量。

2、专利分析

在中国专利文献检索系统CNABS 中，检索到截至2016年10月10日的、涉及切割半导体的附属装置的关键技术，其申请量达249件，其中包含夹具148件、冷却循环装置32件、除尘净化装置32件。在这一数据基础上从年代分布、国内外主要申请人分布、技术发展趋势等角度对切割半导体的附属装置的专利进行分析。

2.1申请趋势分布分析

图1 净化除尘装置国内和国外来华申请量趋势图

如1显示，90年代国外申请人就开始在中国进行了该领域的专利布局，直至2007年，中国申请人才在该领域逐步加强专利布局。2007年后，国内申请人的申请量超过国外来华申请人的申请量，呈现大幅增长的态势。

图2冷却循环装置国内和国外来华申请量趋势图

图2所示，一直以来，国外申请人在中国进行的该领域的专利布局均较国内申请人的布局多，直至2007年，中国申请人才在该领域逐步进行专利布局。2001-2004年，国外申请人来华申请的专利量相对较多。

图 3夹具的国内和国外来华申请量趋势图

图3显示了在半导体的激光切割技术中夹具领域中国申请人与国外来华申请人申请总量随年代变化的趋势。由于半导体的激光切割技术中，夹具是必不可少的结构之一，因此，可以从侧面了解到，从1994年开始至今，国外申请人一直没有间断在我国进行半导体激光切割领域的专利布局。而我国申请人从2006年开始，才逐步加强在该领域的专利布局。

2.2技术发展路线分析

从工件表面净化和除尘结构两方面的技术发展表明了除尘净化装置专利申请的技术发展脉络。2005年以前，国外来华申请人以工件表面净化技术的不断完善逐步实施在华专利布局，即从1992年激光辐射结合惰性气氛去除杂质，到2004年射流除渣，再到2005年采用保护膜的形式对工件表面进行净化。2007年至2015年，此方面的技术发展转变为对后续引入物的去除进行研究，并采用吹吸除杂、射流负压等方式进行净化，并有针对性的对前述技术进行改进。而对于除尘结构方面的专利布局，一直是装置整体除尘技术方面的专利文献量较多，并集中在抽吸结构的改进。期间，针对激光切割装置外围部件的除尘也进行了研发发展。

从冷却与切缝质量、冷却空间结构、流体冷却技术等三方面的技术发展表明了冷却循环装置专利申请的技术发展脉络。大部分申请均是对冷却与切缝质量之间的关系进行深层次挖掘，最终改善切缝质量、切割速度等。2005年以后，逐步转变为从智能控制切割、射流速度、压力、流量等方面的改进。

在该领域中的重点申请人侧重的技术研发发展随时间变化的技术脉络中可以发现迪思科在半导体的激光切割技术中，从2002年至今，基本采用最传统的吸附卡(转)盘对工件进行夹持。三星钻石在2007年提出了多孔吸附浮起机构，该技术进一步减少了工件在夹持加工过程中的损坏和污染。而应用材料公司在2008年提出了方位定位夹持、无接触支撑技术；2013年提出准确定位的技术方案；2014年采用压力反馈等方式控制真空吸附的夹持力，均取得了相应好地成果。我国申请人中，深圳大族激光在激光领域名列前茅，其在2007年提出了三点定位支撑的技术；2009年又提出了气垫支撑的专利；2014年，对吸附支撑进行进一步改进，采用吸附腔支撑结合负压抽气的方式进行工件定位。实际上，从上图中也可以看到，该领域中，半导体工件夹具的发展主流是吸附夹持，并结合加工路径进行改进，在2001年到2015年间，也有一些创新技术被布局在我国，比如日东电工的辅助环类定位结构。而我国申请人在此方面也进行了一些有益尝试，比如在2010年隆达电子提出的关于微凸起承载结构的专利申请；2011年武汉帝尔激光提出的负压吸附气浮平台；2014年信阳师范学院提出的在工作台下铺牺牲层吸收残留激光；2015年北京工业大学提出的橡胶压头固定工件等等。

3、小结

激光切割中的附属装置对切割质量的影响巨大，研发成本相较激光器与激光工艺技术也较低，建议国内一些中小激光企业可将此类专利研发方向进行适当关注，在兼顾成本的情况下，以此为突破口提升激光加工设备的整机竞争力。