CN113508002A - 用于分割结晶材料的激光辅助方法 - Google Patents

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Abstract

一种结晶材料处理方法，包括在第一平均深度位置形成表面下激光损坏以在基材内部形成从至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的裂纹，随后成像基材的顶表面，分析图像以确定指示基材内的未断裂区的存在的条件，以及响应于该分析进行一个或多个动作。一个动作包括改变用于产生随后的激光损坏(在第二或随后的平均深度位置处)的指令集，而不必在第一深度位置处形成额外的损坏。另一动作包括在第一深度位置处形成额外的表面下激光损坏。用漫射光源照射基材表面，该漫射光源垂直于主基材平坦部布置并位于基材的第一侧，并且用位于基材的相对的第二侧的成像设备成像基材表面。

Description

用于分割结晶材料的激光辅助方法
相关申请的引证
本申请要求于2019年5月13日提交的美国专利申请号16/410487、于2019年2月8日提交的美国临时专利申请号62/803340、于2019年2月12日提交的美国专利申请号16/274064和于2018年12月29日提交的美国临时专利申请号62/786333的优先权，其中前述申请的全部公开内容通过引证结合在此。本申请还通过引证结合了于2019年2月12日提交的美国专利申请号16/274045的全部公开内容。
技术领域：
本公开涉及用于处理结晶材料的方法，更具体地涉及用于从基质(如晶锭或晶片)分割或去除相对薄的结晶材料层的激光辅助方法。
背景技术
各种微电子、光电和微制造应用需要薄结晶材料层作为用于制造各种有用系统的起始结构。用于从结晶材料的大直径结晶锭切割薄层(例如晶片)的传统方法涉及使用线锯。线锯切割技术已经应用于各种结晶材料，如硅、蓝宝石和碳化硅。线锯切割工具包括通过一个或多个导辊的凹槽的超细钢丝(通常具有0.2mm或更小的直径)。存在两种切片方法，即松散目切片和固定目切片。松散目切片涉及将浆料(通常是目在油中的悬浮液)施加到高速运行的钢丝上，由此钢丝与工件之间的目的滚动导致锭的切割。不幸的是，浆料受环境的影响是相当大的。为了减少这种影响，固定有金刚石目的线可以用于仅需要水溶性冷却剂液体(不是浆料)的固定目切片方法中。高效率的平行切片允许在单个切片过程中生产大量的晶片。图1示出了传统的线锯切割工具1，其包括在辊4A-4C之间延伸并布置成将锭2同时锯成多个薄段(例如晶片8A-8G)的平行线段3，每个薄段具有基本上平行于锭2的端面6的面。在锯切过程期间，可以在向下方向5上朝向锭2下面的支架7压制由辊4A-4C支撑的线材部分3。如果端面6平行于锭2的结晶c平面，并且线段3平行于端面6锯穿锭2，则每个所得晶片8A-8G将具有平行于结晶c平面的“同轴”端面6’。
还可以生产具有不平行于结晶c平面的端面的相邻(也称为斜切(offcut)或“离轴”)晶片。具有4度斜切的相邻晶片(例如SiC的)经常被用作用于其他材料(例如AlN和其他III族氮化物)的高质量外延生长的生长基材。可以通过在远离c轴的方向上生长锭(例如在相邻晶种材料上生长)并垂直于锭侧壁锯切锭来生产相邻晶片，或通过以同轴晶种材料开始生长锭并以偏离垂直于锭侧壁的角度锯切锭来生产相邻晶片。
半导体材料的线锯切割涉及各种限制。基于每次切割去除的材料的宽度的截口损失是锯切割固有的，并且代表半导体材料的显著损失。线锯切割向晶片施加适度高的应力，导致非零的弯曲和翘曲特性。单个晶锭(或锭)的处理时间非常长，并且像丝线断裂的事件可能增加处理时间并且导致不希望的材料损失。晶片强度可通过在晶片的切割表面上剥落和断裂而降低。在线锯切割过程结束时，必须清除所得晶片上的碎屑。
在具有高耐磨性(以及与金刚石和氮化硼相当的硬度)的碳化硅(SiC)的情况下，线锯可能需要大量的时间和资源，从而需要大量的生产成本。SiC基材使得能够制造期望功率的电子、射频和光电子器件。SiC存在于被称为多型体的许多不同的晶体结构中，其中某些多型体(例如4H-SiC和6H-SIC)具有六方晶体结构。
图2是示出了如4H-SiC的六方晶体的坐标系的第一透视图晶体平面图，其中c平面((0001)平面，对应于外延结晶生长的[0001](竖直)方向)垂直于m平面(
Figure BDA0003235538130000021
平面)和a平面(
Figure BDA0003235538130000022
平面)，
Figure BDA0003235538130000023
平面垂直于
Figure BDA0003235538130000024
方向，
Figure BDA0003235538130000025
平面垂直于
Figure BDA0003235538130000026
方向。图3是六方晶体的第二透视图晶体平面图，示出不平行于c平面的相邻平面9，其中向量10(与相邻平面9垂直)以(略微)朝向
Figure BDA0003235538130000027
方向倾斜的倾角β远离[0001]方向倾斜。图4A是示出相邻晶片11A相对于c平面((0001)平面)的取向的透视图晶片取向图，其中向量10A(与晶片面9A垂直)以[0001]方向倾斜了倾角β。该倾角β与在(0001)平面和晶片面9A的投影12A之间跨越的正交的倾斜(或偏向角)β相等。图4B是叠置在从中限定相邻晶片11A的锭14A(例如具有平行于(0001)平面的端面6A的同轴锭)的一部分上的相邻晶片11A的简化横截面图。图4B示出相邻晶片11A的晶片面9A相对于(0001)平面错开倾角β。
图5是示例性SiC晶片25的俯视平面图，其包括上面26(例如平行于(0001)平面(c-平面)并且垂直于[0001]方向)并且由大致圆形边缘27(具有直径D)横向地界定，该大致圆形的边缘包括垂直于
Figure BDA0003235538130000031
平面并且平行于
Figure BDA0003235538130000032
方向的主平坦部28(具有长度LF)。SiC晶片可以包括与c平面不对准(例如相对于c平面以倾角离轴)的外表面。
由于与制造和处理SiC有关的困难，SiC器件晶片相对于各种其他半导体材料的晶片成本高。从线锯切割SiC获得的典型截口损失可以是每个晶片大约250微米或更大，考虑到由线锯切割过程产生的晶片可以是大约350微米厚并随后变薄(通过研磨)至大约100至180微米的最终厚度(取决于最终用途)，这是相当显著的。根据线锯切割和器件制造问题，将晶片切成薄于约350微米是不切实际的。
为了寻求解决与线锯切割有关的限制，已经开发了用于从块状晶体去除半导体材料薄层的替代技术。在Kim等人的“4H-SiC wafer slicing by using femtosecond laserdouble pulses,”Optical Materials Express 2450,vol.7,no.7(2017)中描述了涉及从较大晶体中去除碳化硅层的技术。这种技术涉及通过在碳化硅上冲击激光脉冲以引起表面下损坏来形成激光写入的轨迹，随后将晶体粘附到锁定夹具并施加张力以实现沿着表面下损坏区的断裂。使用激光来弱化材料中的特定区域，随后在这些区域之间断裂减少了激光扫描时间。
Disco Corporation的美国专利号9,925,619和10,155,323公开了其他的涉及形成激光表面下损坏的技术，其中应用脉冲激光束在SiC锭上以及随后通过施加超声波振动诱导断裂。在Siltectra GmbH的美国专利申请公开号2018/0126484A1中公开了用于从块状晶体去除半导体材料的薄层的其他技术。
在半导体材料中形成激光表面下损坏的工具是本领域已知的，并且可从如DiscoCorporation(Tokyo，Japan)的各种供应商商购获得。这种工具允许激光发射聚焦在结晶基材的内部，并且使得激光能够相对于基材横向移动。典型的激光损坏图案包括形成平行线，所述平行线在结晶材料基材内的深度处相对于彼此横向间隔开。可以调整如聚焦深度、激光功率、平移速度等参数以赋予激光损坏，但是某些因素的调整涉及折衷。增加激光功率倾向于赋予更大的表面下损坏，这可能增加易断裂性(例如通过减小完成断裂所需的应力)，但是更大的表面下损坏增加了沿着通过断裂暴露的表面的表面不规则性，使得可能需要额外的处理来使得此类表面足够光滑以用于随后的加工(例如用于结合到电子器件中)。减小表面下激光损坏线之间的横向间距还可能增加易断裂性，但减小激光损坏线之间的间距增加基材和激光之间的平移通过的数量，从而降低工具产量。此外，通过激光处理获得的结果可以在基材内变化，这取决于在特定垂直位置处的横向或径向位置，和/或取决于基材表面相对于其作为锭的一部分的原始生长位置的垂直位置。
厚基材(如SiC锭)内的材料和/或光学性质的变化以及相同组成的不同锭之间的材料和/或光学性质的变化使得通过激光处理和随后的断裂容易地制造具有可重复均匀厚度的晶片，同时避免不必要的材料损失具有挑战性。
因此，本领域继续寻求改进的激光辅助方法，用于从基材分割或去除相对薄的结晶(例如半导体)材料层，以解决与传统方法相关的问题。
发明内容
本公开在各个方面中涉及用于处理结晶材料基材的方法及材料处理装置。在基材中形成表面下激光损坏之后的未断裂区的成像和分析用作指示，以确定何时在第一深度位置处需要另外的激光基材损坏和/或何时应改变用于在随后的深度位置处形成表面下激光损坏的指令集，从而解决各基材之间的激光损坏形成要求(例如激光功率、激光聚焦深度、损坏形成的次数)以及单个基材内的不同深度位置处的变化。结晶材料处理方法包括在结晶材料的区域中在第一平均深度位置处生成表面下激光损坏部位，以促进在基材内部形成裂纹，所述裂纹从表面下激光损坏图案向外扩展，对基材顶表面成像，分析图像以确定指示基材内存在未断裂区的条件，以及响应于该分析(例如在达到适当条件时)进行一个或多个动作。一种可能的动作包括在第一平均深度位置处形成补充的表面下激光损坏，以促进在未断裂区中形成额外的裂纹，用于形成基材(例如第一晶片)的第一厚度减小部分。另一种可能的动作包括改变用于产生随后的表面下激光损坏形成(在第二或随后的平均深度位置处，用于形成基材的第二和任何的厚度减小的部分)的指令集，而不必在第一平均深度位置处形成额外的损坏。激光损坏促进随后的基材断裂以产生厚度减小的多个基材部分。一种材料处理装置包括：具有激光器的激光处理台，至少一个位移平台，布置为位于基材的第一侧面的漫射光源，和位于基材的相对的第二侧面的成像设备。光源可以定位为基本垂直于基材的主平坦部和/或在基材的六方晶体结构的<1120>方向的±5度以内，以增强穿过基材的顶表面的未断裂区的可见度。
在一个方面，本公开涉及结晶材料处理方法，包括：提供沿着基材的结晶材料内部中的第一平均深度位置的聚焦的激光发射，以及进行激光和基材之间的相对横向移动，以形成具有至少一个表面下激光损坏图案的表面下激光损坏，其中至少一个表面下激光损坏图案配置为促进在基材内部形成基本上从至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的至少一个多条裂纹；在形成至少一个表面下激光损坏图案之后，生成基材的顶表面的至少一个图像；分析至少一个图像以确定指示在基材的内部存在未断裂区的条件；以及响应于分析，进行以下步骤(i)或(ii)中的至少一个：(i)进行激光和基材之间的相对移动，同时至少在未断裂区中提供聚焦在基材内部内的激光发射，以形成补充的表面下激光损坏，以补充至少一个表面下激光损坏图案，以及促进沿着或靠近第一平均深度位置在未断裂区中形成额外的裂纹，以形成基材的第一厚度减小部分；或(ii)当在基材中的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置产生表面下激光损坏图案时，改变与基材有关的用于形成表面下激光损坏的指令集，从而形成基材的至少一个其他厚度减小部分。
在某些实施方式中，分析包括量化基材的内部中的一个或多个未断裂区的顶部区域性质，以及将顶部区域性质与至少一个预定阈值区域性质进行比较。
在某些实施方式中，至少一个预定阈值区域性质包括第一预定阈值区域性质和第二预定阈值区域性质，其中第二预定阈值区域性质大于第一预定阈值区域性质，以及该方法包括：如果顶部区域性质至少与该第一预定阈值区域性质一样大，则进行步骤(ii)；以及如果顶部区域性质至少与第二预定阈值区域性质一样大，则进行步骤(i)。
在某些实施方式中，该方法包括响应于该分析而进行步骤(i)和(ii)两者。
在某些实施方式中，步骤(ii)包括当在基材中的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置产生表面下激光损坏图案时，调整(a)平均激光功率，(b)相对于基材的暴露表面的激光聚焦深度或(c)激光损坏形成次数中的至少一种。
在某些实施方式中，根据步骤(ii)改变指令集包括将平均激光功率增加0.15至0.35瓦特的范围内的值。
在某些实施方式中，步骤(i)包括当产生补充的表面下激光损坏时，相对于基材的暴露表面调整(a)平均激光功率或(b)激光聚焦深度中的至少一种，以补充至少一个表面下激光损坏图案以及促进沿着或靠近第一平均深度位置在未断裂区中形成额外的裂纹。
在某些实施方式中，基材包括具有主平坦部的大致圆形的边缘，以及生成至少一个图像包括(a)用由漫射光源产生的漫射光照射顶表面，该漫射光源布置在基材的第一侧面上并且布置为基本上垂直于主平坦部，以及且(b)用布置在基材的相对的第二侧面的成像设备捕获至少一个图像。
在某些实施方式中，结晶材料包括六方晶体结构；以及生成至少一个图像包括：(a)利用由漫射光源生成的漫射光照射顶表面，漫射光源布置在基材的第一侧面并且布置在垂直于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000061
方向的±5度内；以及(b)利用布置在基材的与第一侧面相对的第二侧面的成像设备来捕获至少一个图像。
在某些实施方式中，至少一个表面下激光损坏图案包括第一表面下激光损坏图案和在第一表面下激光损坏图案之后形成的第二表面下激光损坏图案；第一表面下激光损坏图案包括第一多条基本上平行的线和第二表面下激光损坏图案；第二多条基本上平行的线中的线散布在第一多条基本上平行的线中的线之间；且第二多条基本上平行的线中的至少一些线不与第一多条基本上平行的线中的任何线交叉。
在某些实施方式中，第二多条基本上平行的线中的每条线布置在第一多条基本上平行的线中的不同对的相邻线之间。
在某些实施方式中，第一多条基本上平行的线中的每条线和第二多条基本上平行的线中的每条线在垂直于结晶材料的六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000071
方向的±5度内并且基本上平行于基材的表面。
在某些实施方式中，至少一个表面下激光损坏图案包括第一表面下激光损坏图案和在第一表面下激光损坏图案之后形成的第二表面下激光损坏图案；至少一个多条基本上平行的线包括第一多条基本上平行的线和第二多条基本上平行的线；第一多条基本上平行的线中的线不平行于第二多条基本上平行的线中的线；第二多条基本上平行的线中的线的角度方向与第一多条基本上平行的线中的线的角度方向相差不超过10度；且第二多条基本上平行的线中的至少一些线不与第一多条基本上平行的线中的任何线交叉。
在某些实施方式中，至少一个表面下激光损坏图案进一步包括在第二表面下激光损坏图案之后形成的第三表面下激光损坏图案；至少一个多条基本上平行的线进一步包括第三多条基本上平行的线；至少一个多条裂纹包括第一、第二和第三多条裂纹；第一表面下激光损坏图案在基材的内部形成第一多条裂纹，所述第一多条裂纹从第一多条基本上平行的线中的线横向向外扩展；第二表面下激光损坏图案在基材的内部形成第二多条裂纹，所述第二多条裂纹从第二多条基本平行线的线横向向外扩展，并且第二多条裂纹与第一多条裂纹不连接；以及第三表面下激光损坏图案在基材的内部形成第三多条裂纹，第三多条裂纹从第三多条基本上平行的线中的线横向向外扩展，其中第三多条裂纹中的至少一些裂纹与第一多条裂纹中的至少一些裂纹连接并且与第二多条裂纹中的至少一些裂纹连接。
在某些实施方式中，方法进一步包括：检测指示结晶材料在基材的至少一部分表面上的非均匀掺杂的条件，非均匀掺杂包括第一掺杂区和第二掺杂区；以及响应于指示结晶材料的非均匀掺杂的条件的检测，进行以下步骤(A)或(B)中的至少一个：(A)在形成至少一个表面下激光损坏图案期间，改变激光功率以在第一掺杂区中形成表面下激光损坏时以第一功率水平提供激光发射，以及在第二掺杂区中形成表面下激光损坏时以第二功率水平提供激光发射；或(B)当在第一掺杂区或第二掺杂区之一中形成表面下激光损坏时，改变在基材中形成表面下激光损坏的平均深度。
在某些实施方式中，方法进一步包括基本上沿着至少一个表面下激光损坏图案来断裂结晶材料，以产生第一和第二结晶材料部分，每个结晶材料部分相对于基材具有减小的厚度，但与基材具有基本相同的长度和宽度。
在某些实施方式中，基材包括碳化硅。在某些实施方式中，基材包括具有至少150mm的直径的锭。
在另一方面，本公开涉及材料处理装置，该装置包括激光处理台，配置为处理结晶材料的基材，该激光处理台包括：激光器，配置为在基材的内部形成表面下激光损坏区；至少一个位移平台，配置为进行激光与基材之间的相对移动；漫射光源，配置为照射基材的顶表面，其中漫射光源布置为位于基材的第一侧面上；以及成像设备，配置为生成基材的顶表面的至少一个图像，其中成像设备配置为位于基材的与第一侧面相对的第二侧面。
在某些实施方式中，基材包括具有主平坦部的大致圆形边缘，以及漫射光源布置为位于基材的第一侧面并且基本上垂直于主平坦部。
在某些实施方式中，结晶材料包括六方晶体结构，漫射光源布置为位于基材的第一侧面并且垂直于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000081
方向的±5度内。
在某些实施方式中，材料处理装置进一步包括计算设备，计算设备配置为分析至少一个图像以确定指示基材内部存在未断裂区的条件。
在某些实施方式中，计算设备还配置为响应计算设备的分析进行以下步骤(i)或(ii)中的至少一个：(i)进行激光和基材之间的相对移动，同时在至少未断裂区中提供聚焦在基材内部内的激光发射，以在基材中形成补充的表面下激光损坏，以及促进在未断裂区中沿着或靠近第一平均深度位置形成额外的裂纹，以形成基材的第一厚度减小部分；或(ii)当在基材中的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置产生表面下激光损坏图案时，改变与基材有关的用于形成表面下激光损坏的指令集，从而形成基材的第二和任何随后的厚度减小部分。
在某些实施方式中，由计算设备进行的分析包括量化基材的内部中的一个或多个未断裂区域的顶部区域性质，以及将顶部区域性质与至少一个预定阈值区域性质相比较。
在某些实施方式中，至少一个预定阈值区域性质包括第一预定阈值区域性质和第二预定阈值区域性质，第二预定阈值区域性质大于第一预定阈值区域性质；该计算设备配置为如果顶部区域性质至少与第一预定阈值区域性质一样大，则控制材料处理装置进行步骤(ii)；以及计算设备配置为如果顶部区域性质至少与第二预定阈值区域性质一样大，则控制材料处理装置进行步骤(i)。
在某些实施方式中，材料处理装置进一步包括存储器，该存储器配置为存储与基材有关的用于在基材中形成表面下激光损坏的指令集，其中存储器可由计算设备访问。
在某些实施方式中，材料处理装置进一步包括断裂台，配置为从激光处理台接收基材。
在另一方面，前述方面中的任一个、和/或如在此描述的不同分开的方面和特征可以组合用于另外的优点。如本文公开的各种特征和元件中的任何一个可以与一个或多个其他公开的特征和元件组合，除非本文相反地指出。
本公开的其他方面、特征和实施方式将由随后的公开和所附权利要求中更加显而易见。
附图说明
结合在本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干方面，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1包括第一框和第二框，第一框提供由常规线锯工具接收并经受线锯切割处理的锭的透视图，第二框提供通过线锯切割处理获得的多个晶片的透视图。
图2是示出如4H-SiC的六方晶体的坐标系的第一透视晶体平面图。
图3是六方晶体的第二透视晶体平面图，示出了不平行于c平面的相邻平面。
图4A是示出相邻晶片相对于c平面的取向的晶片取向透视图。
图4B是叠置在锭的一部分上的图4A的相邻晶片的简化截面图。
图5是示例性SiC晶片的俯视平面图，其中叠加的箭头显示结晶取向。
图6A是结晶材料的同轴锭的侧视示意图。
图6B是图6A旋转4度的锭的侧视示意图，具有用于切割锭的端部的叠加图案。
图6C是除去端部以提供不垂直于c方向的端面后的锭的侧视示意图。
图7是配置为将激光发射聚焦在结晶材料内部以形成表面下损坏的可移动激光工具的示意性透视图。
图8A和8B提供了相对于结晶材料的示例性激光工具行进路径，其用于在结晶材料内形成表面下损坏，图8B包括叠加箭头，其示出表面下损坏线相对于结晶材料的六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000101
方向的取向。
图9是断裂之后但在平滑化之前的离轴(相对于c轴)或相邻4H-SiC结晶的表面结构的示意性透视图，断裂的表面表现出梯形和台阶。
图10A-10D分别是通过将激光发射聚焦到裸基材中、通过由载体支撑的基材的表面、通过载体和粘合剂层进入基材中以及通过载体进入基材中而在结晶材料的基材中形成表面下激光损坏的横截面示意图。
图11A提供了根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面图，该基材包括其中限定的散布的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，每个损坏图案包括垂直于
Figure BDA0003235538130000102
方向(并且基本上垂直于主基材平坦部)的多条基本上平行的线，并且激光损坏图案组合形成多个三线组，其通过组间间距彼此分开，所述间距超过每个三线组中相邻线之间的间距。
图11B是在形成第一表面下激光损坏图案之后的制造过程中图11A的结晶材料基材的俯视平面示意图，示出了基材内部内的第一多个裂纹从第一多条基本上平行的线横向向外扩展。
图11C是在第一表面下激光损坏图案之后形成第二表面下激光损坏图案时的图11B的结晶材料基材的俯视平面图，示出了基材内部内的第二多个裂纹从第二多条基本上平行的线横向向外扩展但不接触第一多个裂纹。
图11D是第一和第二表面下激光损坏图案之后形成第三表面下激光损坏图案时的图11C的结晶材料基材的俯视图，示出了基材内部内的第三多个裂纹从第三多条基本上平行的线横向向外扩展并连接第一多个和第二多个裂纹中的裂纹。
图12是根据类似于图11A所示的一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，其包括散布的其中限定的第一至第三表面下激光损坏图案，每个损坏图案包括相对于垂直于沿着基材表面的
Figure BDA0003235538130000111
方向(且基本上垂直于主基材平坦部)偏离三度的多条基本上平行的线，且激光损坏图案组合形成多个三线组，三线组通过组间间距彼此分开，所述间距超过每个三线组中相邻线之间的间距。
图13是结晶材料基材的俯视平面示意图，其包括散布的第一至第四激光损坏图案，其中所有线彼此平行且垂直于沿着基材表面的
Figure BDA0003235538130000112
方向(且基本上垂直于主基材平坦部)。
图14是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，该基材包括散布的其中限定的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中第一和第二组线各自相互平行并且垂直于沿着基材表面的
Figure BDA0003235538130000113
方向(并且基本上垂直于主基材平坦部)，并且第三组线不平行于第一和第二组线，但不与基材内的第一和第二组线的线交叉。
图15是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，该基材包括散布的其中限定的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中第一和第二组线各自相互平行并从垂直于沿着基材表面的
Figure BDA0003235538130000114
方向(且基本上垂直于主基材平坦部)偏离约3度，且第三组线垂直于主基材平坦部但不与基材内的第一和第二组线的线交叉。
图16是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，该基材包括散布的其中限定的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中所有激光损坏线彼此平行，且激光损坏线的组间间距在基材的至少一部分上不均匀。
图17是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，其包括散布的其中限定的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中所有激光损坏线彼此平行，且激光损坏线表现出组内间隔、组间间隔和组的组成的变化。
图18是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，其包括依次形成的其中限定的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中第一和第二组激光损坏线彼此平行，而第三组激光损坏线不平行于第一和第二组激光损坏线并且与第一和第二组激光损坏线交叉。
图19是包括依次形成的第一、第二和第三表面下激光损坏图案的结晶材料基材的俯视平面示意图，其中各组激光损坏线包括平行线，且各组激光损坏线与其他各组激光损坏线不平行。
图20A是结晶材料基材的俯视图，示出其中可以形成激光损坏区的不重叠的第一、第二和第三区域。
图20B是在第一至第三区域中形成第一多个表面下激光损坏区之后图20A的结晶材料基材的俯视平面图。
图20C是在第一至第三区域中形成第二多个表面下激光损坏区之后图20B的结晶材料基材的俯视平面图。
图20D是在第一至第三区域中形成第三多个表面下激光损坏区之后图20C的结晶材料基材的俯视平面图。
图21是激光处理设备的支架的俯视平面示意图，其布置为保持四个基材，其中可以用一个或多个激光器形成表面下激光损坏。
图22A是单个基材的俯视平面示意图，其用分裂激光束处理以根据第一表面下激光损坏图案在基材的两个部分中同时形成表面下激光损坏。
图22B是两个基材的俯视平面示意图，其用分裂激光束处理以根据第一表面下激光损坏图案在两个基材中同时形成表面下激光损坏。
图23A是包含以第一深度为中心的第一表面下激光损坏图案的结晶材料基材的横截面示意图。
图23B是在形成以第二深度为中心并与第一表面下激光损坏图案对齐的第二表面下激光损坏图案之后，具有第一和第二损坏图案的重叠竖直范围的图23A的基材的横截面示意图。
图24A是根据本文描述的方法从热塑性胶粘合的蓝宝石载体分离之后的SiC晶片的透视图照片。
图24B是分离了图24A的SiC晶片的蓝宝石载体的透视图照片。
图24C是图24A的SiC晶片照片的部分色调反转版本，以强调晶片的中心掺杂环与环形外部之间的对比。
图24D示出用虚线椭圆注释的图24C的图像，以表示中心掺杂环和晶片的环形外部之间的边界。
图25是在晶种上生长的SiC锭的侧截面示意图，示出了从晶种向上延伸通过锭的沿其中心部分的整个厚度的圆柱形掺杂区。
图26是沿着图25的SiC锭的所示薄截面部分的源自图25的SiC锭的SiC锭晶片的俯视示意图。
图27是在晶种上生长的SiC锭的侧截面示意图，示出了从晶种向上延伸通过沿其中心部分的锭的整个厚度的截头圆锥形(frustoconically shaped)掺杂区。
图28是在相邻(例如斜切)晶种上生长的SiC锭的侧截面示意图，示出了在偏离晶种中心的点处从晶种向上延伸并且向上穿过锭的整个厚度的截头圆锥形掺杂区。
图29是通过包括形成表面下激光损坏和随后的分离的过程而从锭分离的SiC晶片的Si接面的透视图照片，其中插图部分(右上)描绘SiC晶片的碎片，碎片包括在随后的扫描电子显微镜(SEM)图像中描绘的边缘。
图30A是在15度倾角下获取的图29的SiC晶片碎片的一部分的45倍放大SEM图像，其中叠加箭头示出
Figure BDA0003235538130000131
和
Figure BDA0003235538130000132
晶面的方向。
图30B是在15度倾角下获得的图29的SiC晶片碎片的一部分的1300倍放大SEM图像。
图30C是在15度倾角下获得的图29的SiC晶片碎片的一部分的350倍放大SEM图像。
图30D是在2度倾角下获得的图29的SiC晶片碎片的一部分的100倍放大SEM图像。
图30E是在2度倾角下获得的图29的SiC晶片碎片的一部分的1000倍放大SEM图像。
图31A是图29的SiC晶片的小的中心部分的共焦激光扫描显微图像，具有通过激光扫描形成的“沟槽”的叠加十字线标记位置。
图31B是图31A的SiC晶片的部分的表面轮廓图。
图32A是图29的SiC晶片的较大的顶部附近(如图所示)部分的共焦激光扫描显微图像，具有通过激光扫描形成的“沟槽”的叠加十字线标记位置。
图32B是图32A的SiC晶片的顶部附近部分的表面轮廓图。
图33A是图29的SiC晶片的较大的底部附近(如图所示)部分的共焦激光扫描显微图像，具有通过激光扫描形成的“沟槽”的叠加十字线标记位置。
图33B是图33A的SiC晶片的底部附近部分的表面轮廓图。
图34A是具有结合到其表面的粘合剂材料的固体载体的侧横截面示意图。
图34B是包括结合到结晶材料基材的图34A的固体载体和粘合剂材料的组件的横截面示意图，该结晶材料基材具有接近粘合剂材料凸缘的表面下激光损坏区。
图34C是图34B的组件的横截面示意图，其中固体载体的表面定位在液冷卡盘(chuck)形式的冷却设备上。
图34D是在沿着表面下激光损坏区断裂结晶材料之后，从包括固体载体和从基材去除的结晶材料的一部分的粘结的组件(在液冷卡盘顶上)分离的结晶材料基材的大部分的横截面示意图。
图34E是从液冷卡盘移除之后的图34D的粘结的组件的横截面示意图，其中向上表面存在残余激光损坏。
图34F是由加热的真空卡盘支撑的结晶材料部分的横截面示意图，其中固体载体和粘合剂材料在粘合剂材料热软化和释放之后横向平移远离结晶材料部分。
图35是具有表面下激光损坏且结合到刚性载体的结晶材料的横截面示意图，其中结晶材料和载体布置在超声波发生器的液浴中。
图36A-36C是横截面示意图，示出了断裂具有表面下激光损坏的结晶材料的步骤，包括在载体的一个边缘附近施加机械力以在载体的至少一部分中赋予弯曲力矩。
图37A-37O是示出器件晶片分裂过程的步骤的横截面示意图，根据该过程，厚晶片从结晶材料断裂，至少一个外延层生长在厚晶片上，以及厚晶片断裂以形成第一和第二粘结的组件，每个粘结的组件包括载体和从厚晶片分离的薄晶片，第一粘结的组件包括作为操作的基于半导体的器件的一部分的至少一个外延层。
图38是流程图，其示意地示出产生表面下激光损坏和将刚性载体结合到结晶(例如SiC)材料锭的步骤，随后激光分离包括载体和一部分结晶材料的粘结的组件，随后进一步处理粘结的组件并在器件晶片上形成外延层，其中锭和刚性载体返回到过程开始步骤。
图39是图38的结晶材料基材的一部分的横截面示意图，示出了表面下激光损坏，叠加的虚线标识了归因于激光损坏和随后的表面处理(例如研磨和平坦化)的预期截口损失材料区域。
图40是根据一个实施方式的材料处理设备的示意图，包括激光处理台、材料断裂台、平行布置的多个粗磨台、精磨台和CMP台。
图41是根据与图40类似的一个实施方式的材料处理设备的示意图，但是边缘研磨台布置在精磨台和粗磨台之间。
图42是根据一个实施方式的材料处理设备的示意图，包括激光处理台、材料断裂台、平行布置的多个粗磨台、精磨台、表面涂覆台、边缘研磨台、涂层去除台和CMP台。
图43A是根据一个实施方式的用于保持锭的第一设备的示意性侧视截面图，该锭具有不垂直于其侧壁的端面。
图43B是根据一个实施方式的用于保持锭的第二设备的示意性侧视截面图，该锭具有不垂直于其侧壁的端面。
图44是用透镜聚焦入射水平光束的常规激光聚焦装置的示意性侧截面图，该装置形成具有束腰图案的出射光束，该束腰图案在对应于透镜焦距的下游位置处具有最小宽度。
图45是表现出结晶材料内的束腰的竖直定向的聚焦激光束的示意性侧视截面图，示出了相对于束腰在不同竖直位置处的分解阈值点。
图46A-46C提供了分别源自三个SiC锭的晶片的激光功率相对于顺序晶片识别的图表，示出了激光功率随晶片识别号的增加。
图47是具有叠加多项式拟合的SiC锭生产的50个晶片的电阻率(欧姆-厘米)相对于片数的图表，示出了电阻率随片数减小，其中增加的片数表示增加与其上生长锭(例如经由物理蒸汽传输(PVT)方法)的晶种的接近度。
图48是从图47的SiC锭生产的晶片的激光功率(瓦特)相对于电阻率的图表，叠加的多项式拟合示出了随着电阻率值的增加而实现所需的激光功率的减小。
图49A和49B分别提供邻近激光处理台内的基材布置的漫射光源和成像设备的示意性侧视截面图和俯视平面图。
图50A是具有表面下激光损坏的结晶SiC基材的顶表面的图像，其示出不同颜色的区域和对应于基材内的未断裂区的不规则形状的暗区域。
图50B是基材代表的示意图，其示出在虚线区域内的图50A的不规则形状的暗区，其基本上对应于图50A的基材的顶表面的不同颜色区域之间的边界。
图50C是图50A-50B的不规则形状的暗区的放大视图，其中在单个区周围添加矩形框。
图51是根据一个实施方式的材料处理装置的示意图，该装置包括包括激光器的激光处理台、至少一个位移平台、配置为照射基材的顶表面的漫射光源和配置为生成基材的顶表面的至少一张图像的成像设备。
图52是示出第一结晶材料处理方法中的步骤的流程图，该方法包括生成具有表面下激光损坏的基材的顶表面的图像，分析图像以确定指示一个或多个未断裂区的条件的存在，将未断裂区的一个或多个性质与第一和第二阈值比较，以及响应于该比较进行动作(即(A)在基本相同的深度位置进行额外的激光进程来形成补充的激光损坏，可选地调整一个或多个激光参数和/或(B)调整一个或多个激光参数以在第二和随后的的深度位置形成表面下激光损坏)以增强从基材产生基材部分(例如晶片)的可靠性。
图53是示出第二结晶材料处理方法中的步骤的流程图，该方法包括生成具有表面下激光损坏的基材的顶表面的图像，分析图像以量化一个或多个未断裂区的顶部区域性质，将顶部区域性质与第一和第二阈值区域性质相比较，并响应于该比较而进行动作(即在相同的深度位置进行其他激光进程和/或在随后的深度位置调整表面下激光损坏的功率)以增强从基材产生基材部分(例如晶片)的可靠性。
图54是可以包括在本文公开的系统或方法中的任何组件中的计算机系统的一般化代表的示意图。
具体实施方式
本公开在各个方面中涉及用于处理结晶材料基材的方法及材料处理装置。结晶材料处理方法包括在结晶材料的区域中在第一平均深度位置处生成表面下激光损坏部位，以促进在基材内部中形成裂纹，所述裂纹从表面下激光损坏图案向外扩展，对基材顶表面成像，分析图像以确定指示基材内存在未断裂区的条件，以及响应于该分析(例如在达到适当条件时)进行一个或多个动作。一种可能的动作包括在第一平均深度位置处形成补充的表面下激光损坏，以促进在未断裂区中形成额外的裂纹，用于形成基材的第一厚度减小部分(例如第一晶片)。另一种可能的动作包括改变用于产生随后的激光损坏形成(在第二或随后的平均深度位置处，用于形成基材的第二和任何厚度减小的部分)的指令集，而不必在第一平均深度位置处形成额外的损坏。激光损坏促进随后的基材断裂以产生厚度减小的多个基材部分。
在某些实施方式中，分析包括量化基材的内部中的一个或多个未断裂区的顶部区域性质，以及将顶部区域性质与至少一个预定阈值区域性质进行比较。在某些实施方式中，如果超过第一阈值区域性质，则在随后的激光损坏形成步骤中递增地增加平均激光功率(即在第二或随后的平均深度位置处，用于形成第二和随后的厚度减小的基材部分)，而不必在第一平均深度位置处形成额外的损坏。作为增加激光功率的替代或补充，在用于进行第二和随后的激光损坏形成步骤的指令集中，可以改变相对于顶表面的激光聚焦深度和/或可以改变激光损坏形成次数。如果超过第二(更大)的阈值区域性质(表明未断裂区可能足够大以阻止断裂)，则在第一平均深度位置形成补充的表面下激光损坏，以补充至少一个表面下激光损坏图案并促进在未断裂区中沿着或靠近第一平均深度位置形成额外的裂纹，从而形成基材的厚度减小的部分。此补充损坏可以在基材从激光处理台移除之前形成，由此通过避免多余的基材拆卸与重新安装步骤而增强激光处理台的产量。
在其他方面中，本公开涉及材料处理装置，其包括配置为处理结晶材料的基材的激光处理台，该激光处理台包括：激光器，配置为在基材的内部内形成表面下激光损坏区；至少一个位移平台，配置为进行激光与基材之间的相对移动；漫射光源，配置为照射基材的顶表面，其中漫射光源布置为位于基材的第一侧面上；以及成像设备，配置为生成基材的顶表面的至少一个图像，其中成像设备配置为位于基材的与第一侧面相对的第二侧面。这种装置导致基材内部内的邻近表面下激光损坏的未断裂区在其表面处作为基材顶表面上的暗(例如黑色或几乎黑色)斑点是可见的。这种装置还导致表面下激光损坏区域中具有不同断裂程度的区在基材的顶表面呈现不同的颜色。由于暗点通常首先出现在刻面(facet)区域(对应于掺杂环)中，因此在某些实施方式中，可以分离刻面区域。
如前所述，厚基材(如SiC锭)内的材料和/或光学性质的变化以及相同组成的不同锭之间的材料和/或光学性质的变化使得通过激光处理容易且可再现地制造均匀厚度的晶片同时避免不必要的材料损失具有挑战性。申请人已经发现，当通过形成表面下激光损坏然后断裂来由SiC锭顺序地形成晶片时，需要随着在深度位置上的损坏形成进程而增加激光功率以使得能够成功断裂。(重申，当由SiC锭形成多个晶片时，在形成在较低平均激光功率下产生的激光损坏之后，可以成功分割远离晶种的初始晶片，但随着分割的晶片的生长位置变得更接近晶种，逐渐更高的激光功率水平对于用来分割随后的晶片的激光损坏变得必要。)这种行为被认为主要由块体光学吸收的变化驱动，但是也可能受到晶格中的其他变化的影响。对于这个问题的一个理论解决方案是在形成表面下损坏时简单地在每个连续的深度位置处使用高激光功率，但是这将在锭中“早期”产生损坏时(例如在远离晶种的前几个深度位置处)导致不必要的材料损失，并且还将由于损坏深度和相对于激光束腰(由束聚焦光学器件的焦距引起)达到分解的点的变化而显著地增加各晶片之间的厚度分散。由于由激光分离方法产生的粗糙表面引起的测量不准确性，以及由于激光深度和所需激光功率之间的关系，试图持续调整晶片厚度既不实际也不准确。
在详述前述方法及装置的特定特征之前(其中结合图45至51描述特定实施方式)，将引入用于处理结晶材料基材的装置和方法。
术语和定义
应理解，尽管术语第一、第二等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不背离本公开的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，并且类似地，第二元件可被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个有关的所列项目的任何和所有组合。
应当理解，当如层、区或基材的元件被称为在另一元件“上(on)”或延伸到另一元件“上(onto)”时，其可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在中间元件。同样地，将理解的是，当如层、区或基材的元件被称为在另一元件“上方”或在另一元件“上方”延伸时，其可以直接在另一元件上方或直接在另一元件上方延伸，或也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上方”或“直接在另一元件上方”延伸时，不存在中间元件。还将理解的是，当元件被称为连接或耦接至另一个元件时，其可以直接“连接”或“耦接”至另一个元件或可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，不存在中间元件。
如“下方”或“下方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相对术语可在本文中用于描述如附图中所示的一个元件、层或区与另一元件、层或区的关系。将理解，这些术语和上文所讨论的那些术语旨在涵盖除了附图中所描绘的取向之外的设备的不同取向。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”、和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。将进一步理解，当在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
除非另外定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解，在此使用的术语应被解释为具有与它们在本说明书以及相关领域的背景下的含义一致的含义，并且将不会以理想化或过于正式的意义进行解释，除非在此明确地如此定义。
如本文中所使用的，“基材”是指结晶材料(如单晶半导体材料)，可选地包括锭或晶片，所述结晶材料可分成至少两个较薄部分，所述至少两个较薄部分具有与基材基本上相同的横向尺寸(例如直径或长度和宽度)并且具有足够的厚度(i)以被表面处理(例如研磨和抛光)来支持一个或多个半导体材料层的外延沉积，以及可选地(ii)如果并且当与刚性载体分离时是独立的。在某些实施方式中，基材可以具有总体上圆柱形的形状，和/或可以具有至少约一个或多个以下厚度的厚度：300μm、350μm、500μm、750μm、1mm、2mm、3mm、5mm、1cm、2cm、5cm、10cm、20cm、30cm或更大。在某些实施方式中，基材可以包括较厚的晶片，其可分成两个较薄的晶片。在某些实施方式中，基材可以是较厚晶片的一部分，该较厚晶片具有布置在其上的一个或多个外延层(可选地与一个或多个金属接触件结合)作为具有多个电操作器件的器件晶片的一部分。可以根据本公开内容的方面划分器件晶片以产生较薄的器件晶片和在其上可以随后形成一个或多个外延层(可选地与一个或多个金属接触结合)的第二较薄的晶片。在某些实施方式中，基材可以包括150mm或更大或200mm或更大的直径。在某些实施方式中，基材可以包括4H-SiC，具有150mm、200mm或更大的直径以及在100至1000微米范围内、或在100至800微米范围内、或在100至600微米范围内、或在150至500微米范围内、或在150至400微米范围内、或在200至500微米范围内、或在任何其他厚度范围内或具有在此指定的任何其他厚度值的厚度。
如在此所使用的术语“第一平均深度位置”、“第二平均深度位置”和“随后的平均深度位置”是指如从基材的初始顶表面测量的基材内的用于形成基材的厚度减小的部分的深度位置(例如水平平面)。例如，第一平均深度位置可以对应于用于从锭形成第一晶片的表面下激光损坏位置，第二平均深度位置可以对应于用于从锭形成第二晶片的表面下激光损坏位置等等。在某些实施方式中，源自基材的每个厚度减小部分具有相同或基本相同的厚度。使用术语“平均深度位置”代替深度位置，以认识到以下事实：在某些实施方式中，激光聚焦深度可以在遍次之间或甚至在用于形成激光损坏图案的单次遍次内经受小差异，该激光损坏图案用于形成基材(例如一个晶片)的单个减小厚度部分，其中这样的小差异优选地在1至10微米、或2至8微米、或2至6微米的范围内。这与第一和第二平均深度位置之间大得多的差异相区别，其通常在至少100微米(或至少150微米、200微米、300微米、400微米、500微米或更大)的范围内。
以下阐述的实施方式表示使本领域技术人员能够实践实施方式并且示出实践实施方式的最佳模式的必要信息。当根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将理解本公开的概念，并且将认识到本文未具体解决的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落在本公开和所附权利要求的范围内。
材料
本文所公开的方法可以应用于各种结晶材料的基材，单晶和多晶种类的基材。在某些实施方式中，本文公开的方法可以利用立方、六方和其他晶体结构，并且可能涉及具有同轴和离轴结晶取向的结晶材料。在某些实施方式中，本文公开的方法可以应用于半导体材料和/或宽带隙材料。示例性材料包括但不限于Si、GaAs和金刚石。在某些实施方式中，这样的方法可以利用具有六方晶体结构的单晶半导体材料，如4H-SiC、6H-SIC或III族氮化物材料(例如GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN)。下文描述的各种说明性实施方式通常提及SiC或特别地提及4H-SiC，但是应当理解，可以使用任何合适的结晶材料。在各种SiC多型体中，4H-SiC多型体由于其高导热性、宽带隙和各向同性的电子迁移率对于功率电子器件是特别有吸引力的。块状SiC可以同轴生长(即与其c平面没有有意的角度偏差，适合于形成未掺杂的或半绝缘材料)或在轴外生长(通常从生长轴(如c轴)偏离非零角度，通常在从0.5至10度的范围内(或其子范围，如2至6度或另一子范围)，如可能适合于形成N掺杂的或高导电材料的)。本文公开的实施方式可以应用于同轴和离轴结晶材料，以及掺杂的和无意掺杂的结晶半导体材料。掺杂的半导体材料(例如N掺杂的SiC)表现出一些红外吸收，因此需要使用比未掺杂的材料更高的激光功率来赋予表面下激光损坏。在某些实施方式中，结晶材料可以包括单晶材料，并且还可以包括单晶半导体材料。本文公开的某些实施方式可以利用具有1至10度、或2至6度、或约4度范围内的截止值的同轴4H-SiC或相邻(离轴)4H-SiC。
本文中的某些实施方式可以使用掺杂或未掺杂SiC的基材，如SiC锭(也称为晶锭(boules))，其可通过物理气相输运(PVT)或其他常规锭制造方法生长。如果使用掺杂的SiC，则这种掺杂可以使SiC具有N型或半绝缘的特性。在某些实施方式中，有意地用氮掺杂N型SiC锭。在某些实施方式中，N型SiC锭包括0.015至0.028Ohm-cm范围内的电阻率值。在某些实施方式中，SiC锭可以具有随竖直位置变化的电阻率值，使得不同的基材部分(例如晶片)具有不同的电阻率值，这可能是由于锭生长期间块体掺杂水平的变化。在某些实施方式中，SiC锭可以具有从接近锭中心的较高掺杂区到接近其横向边缘的较低掺杂水平水平变化的掺杂水平。相对于竖直和水平位置的锭掺杂和电阻率的变化可以使得有必要调整激光损坏形成参数，用于形成基材(例如锭)的不同减小厚度部分(例如晶片)和/或形成基材的单个减小厚度部分。在某些实施方式中，电阻率在靠近锭的暴露表面处最大，并且在靠近生长晶种处最低。电阻率的降低对应于掺杂增加和激光吸收增加。
图6A和6C示意性地示出了可以与本文所公开的方法一起使用的锭形式的同轴和离轴结晶基材。图6A是具有垂直于c方向(即六方晶体结构材料如4H-SiC的[0001]方向)的第一端面16和第二端面17的结晶材料的同轴锭15的侧视示意图。图6B是图6A的锭15旋转四度的侧视示意图，具有用于切割和去除锭15靠近端面16、17的端部的叠加图案18(虚线所示)。图6C是由图6B的锭15形成的离轴锭15A的侧视示意图，其是在除去端部以提供不垂直于c方向的新端面16A、17A之后。如果通过锭15的端面16提供第一深度的激光发射以形成表面下激光损坏，载体(未示出)结合到端面16，并且锭15沿着表面下激光损坏断裂，则可以形成同轴晶片。相反，如果通过离轴锭15A的端面16A提供第一深度的激光发射以形成表面下激光损坏，载体(未示出)结合到端面16A，并且锭15A沿着表面下激光损坏断裂，则可以形成离轴晶片。
表面下激光损坏形成
处理结晶材料基材以形成表面下激光损坏的多个图案促进基材的随后的断裂，以产生基材的厚度减小的第一结晶材料部分和第二结晶材料部分。某些方法涉及分别散布多个表面下激光损坏图案的多个连续形成的多条基本上平行的线，其中第二(例如随后形成)多条线中的至少一些线不与第一多条线中的线交叉。某些方法涉及形成初始和随后的表面下激光损坏图案，每个图案包括在结晶材料基材中的多条基本上平行的线，初始和随后的多条基本上平行的线中的线彼此不平行，其中随后的多条基本上平行的线中的线的角度方向与初始的多条基本上平行的线中的线的角度方向相差不超过10度，以及随后的多条基本上平行的线中的至少一些线不与初始的多条基本上平行的线中的任何线相交。某些方法涉及形成基本以基材的结晶材料内部的初始深度为中心的初始的表面下激光损坏图案，和形成基本以基材内的随后的深度(不同于初始深度)为中心的随后的表面下激光损坏图案，其中随后的表面下激光损坏图案基本上与初始的表面下激光损坏图案对准，并且初始的表面下激光损坏图案和表面下激光损坏图案的至少部分的竖直范围重叠。
认为依次形成在结晶材料上分布的散布或交错的表面下激光损坏图案有益地维持结晶材料内的足够应力，以利用本文中的方法促进随后的材料断裂，同时使得高激光工具产量结合适度的材料损坏和伴随的低截口损失。原则上，使用高激光功率并扫描几乎整个结晶材料以促进沿激光损坏线断裂将是简单的。这种方法可以可靠地将结晶材料的薄层与块状基材(例如锭)分离，但是高激光功率倾向于增加材料损坏，从而需要显著的表面处理(例如研磨和平坦化)来去除损坏。激光损坏线之间的紧密间隔将有助于促进断裂，但代价是显著降低激光处理工具的产量。用于形成表面下激光损坏的传统方法涉及在结晶材料的向前方向上形成表面下激光损坏线，随后在材料和激光之间的横向方向上相对标引，随后在向后方向上形成表面下激光损坏线，随后在相同横向方向上横向标引等等。这种方法通常需要更高的激光功率或依次形成的激光损坏线之间的更近的间隔，这将倾向于降低产量或赋予更大程度的损坏，从而增加截口损失，这是由于需要从激光处理的表面去除其他材料以去除激光损坏。该常规方法不涉及形成第一分布的表面下激光损坏图案(例如涉及在基材的多个非重叠区域上形成第一多个激光损坏区)，然后形成第二分布的表面下激光损坏图案(例如涉及在基材的相同多个非重叠区域上形成第二多个激光损坏区)，第二表面下激光损坏图案交错或散布在第一表面下激光损坏图案中。
本文所公开的各个实施方式解决了促进结晶材料的薄层(例如晶片)与基材的可靠分离而没有过高的激光功率，同时实现高激光工具产量并提供低截口损失的问题。本文的某些实施方式涉及在结晶材料基材中形成初始分布的表面下激光损坏图案(例如在基材的多个非重叠区域的每个区域上)，然后在同一基材中形成至少一个随后的分布的表面下激光损坏图案(例如在相同的多个非重叠区域的每个区域上)，其中至少一个随后的激光损坏图案的至少部分(例如线)布置在初始的激光损坏图案的激光损坏线之间的间隙中，从而提供散布或交错的表面下激光损坏图案。在某些实施方式中，至少一个随后形成的激光损坏图案的至少一些(或全部)激光损坏线不与初始的表面下激光损坏图案的激光损坏线交叉。认为激光损坏图案的非交叉可以有利地避免局部应力消散。在某些实施方式中，第一和第二散布的表面下激光损坏图案以防止其间的局部表面下裂纹扩展的方式形成，但是第三(或随后的)散布的表面下激光损坏图案的施加将导致局部表面下裂纹在结晶材料基材的整个内平面上以基本连续的方式扩展和连接，从而易于进行使用本文公开的技术的沿着激光损坏区随后的断裂。已观察到根据本文所述方法形成散布的表面下激光损坏允许结晶材料的薄层从基材可靠地分离，其中每个层去除较少数量的激光损坏线，有利地在提供低水平的激光损坏(实现低截口损失)的同时提供增加的激光工具产量。
各种实施方式涉及激光表面下损坏，包括相对于基材的晶体结构取向的线。在某些实施方式中，基材包括具有六方晶体结构的结晶材料，其中激光损坏线的取向垂直于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000251
方向或在垂直于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000252
方向的±5度内，并平行或基本上平行于(例如，在±5度、±3度或±1度内)基材的表面。虽然常规4H-SiC晶片上的主平坦部旨在平行于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000254
方向取向，但是由于制造上的变化，主平坦部可能不是真正平行于该方向。各种SiC晶片制造商为六方晶体结构的平行于
Figure BDA0003235538130000253
方向的±5度的主平坦部取向提供了公开的规范。因此，优选使用X射线衍射(XRD)数据而不是晶片平面对齐，以确定用于形成表面下激光损坏的合适的激光取向。
用于在结晶材料中形成激光表面下损坏的工具是本领域已知的，并且可以从各种供应商如Disco Corporation(Tokyo Japan)商购获得。这种工具允许激光发射聚焦在结晶材料基材的内部内，并且使得激光能够相对于基材横向移动。本领域中典型的激光损坏图案包括形成平行线，所述平行线在结晶基材内的一深度处相对于彼此横向间隔开。可以调整如聚焦深度、激光功率、平移速度和表面下损坏线间距的参数以赋予激光损坏，但是某些因素的调整涉及折衷。增加激光功率倾向于赋予更大的表面下损坏，这可能增强易断裂性(例如通过减小完成断裂所需的应力)，但是更大的表面下损坏会增加沿着通过断裂暴露的表面的表面不规则性，使得可能需要额外的处理来使得这样的表面足够平滑以用于随后的处理(例如用于结合到电子器件中)，并且额外的处理导致额外的切口损失。减小表面下激光损坏线之间的横向间距也可能增强易断裂性，但激光损坏线之间的间距的减小增加了基材和激光之间的平移通过的数量，从而降低了工具产量。
图7是激光工具29的一个实例的透视示意图，其配置为将激光发射聚焦在结晶材料30内部以形成表面下损坏40。结晶材料30包括上表面32和相对的下表面34，并且表面下损坏40形成在结晶材料30的内部中，位于上表面32和下表面34之间。激光发射36用透镜组件35聚焦以产生聚焦光束38，其焦点在结晶材料30的内部。这样的激光发射36可以以任何合适的频率(通常在纳秒、皮秒或飞秒范围内)和光束强度脉动，其波长低于结晶材料30的带隙，以允许激光发射36聚焦在其表面以下的目标深度处。在焦点处，光束大小和短脉冲宽度导致能量密度高到足以导致形成表面下损坏的非常局部化的吸收。可以改变透镜组件35的一个或多个性质，以将聚焦光束38的焦点调节到结晶材料30内的期望深度。可以实现透镜组件35和结晶材料30之间的相对横向运动(例如横向平移)，以沿所需方向传播表面下损坏40，如虚线44示意性所示。这种横向移动可以以各种图案重复，包括下文所述的图案。
图8A和8B提供了相对于结晶材料的示例性激光工具行进路径，用于在结晶材料内形成表面下损坏。在某些实施方式中，激光工具部分(例如包括透镜组件)可以配置为在结晶材料静止时移动；在其他实施方式中，激光工具部分可以保持静止，而结晶材料相对于工具部分移动。图8A示出适于在第一结晶材料45A内以横向间隔的平行线的图案形成表面下损坏的反向y方向线性扫描移动46。图8B示出在结晶材料45B的整个表面上方(且超出整个表面)的y方向线性扫描移动48(在y方向上每次反转时在x方向上略微前进)，足以形成分布在整个结晶材料45B中的平行表面下激光损坏线。如所示的，激光损坏线沿着结晶材料45B的表面垂直于结晶材料45B的六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000261
方向，并且基本上平行于结晶材料45B的表面。
用沿y方向形成的激光线覆盖结晶材料的整个表面，在每个y方向反转之后在x方向上单向前进，可以称为激光损坏形成的单次进程。在某些实施方式中，可以在两次、三次、四次、五次、六次、七次或八次进程或任何其他合适次数的进程中进行对结晶材料的激光处理以形成表面下损坏。增加在较低激光功率下的进程次数可以减少切口损失。为了实现材料损失与加工速度的期望的平衡，发现在进行断裂步骤之前，期望数量的激光表面下损坏形成进程是2至5次或3至4次。
在某些实施方式中，相邻激光表面下损坏线之间的横向间距(无论是单程或多程形成)可以是80至400微米、或100至300微米、或125至250微米。相邻激光表面下损坏线之间的横向间距影响激光处理时间、易断裂性和(取决于c平面取向或偏向)有效激光损坏深度。
已观察到，在结晶材料中形成表面下激光损坏线导致在材料内部形成从激光损坏线向外(例如横向向外)扩展的小裂纹。这种裂纹似乎基本上或主要地沿着C平面延伸。此类裂纹的长度似乎与激光功率水平(其可计算为脉冲频率乘以每脉冲能量的乘积)在功能上相关。对于隔开特定距离的相邻激光表面下损坏线，已观察到在形成此类激光表面下损坏线时增加激光功率趋于增加裂纹在激光表面下损坏线之间连接或结合的能力，这有利于促进易断裂性。
如果经受激光损坏形成的结晶材料包括离轴(即非c平面)取向(例如在0.5-10度、1-5度或另一种偏向的范围内)，则这种偏向可影响期望的激光损坏线间隔。
SiC基材可以包括未对准(例如相对于c平面以倾角离轴)的表面。离轴基材也可以称为相邻基材。在断裂这样的基材之后，如此断裂的表面可以包括梯形面和台阶(此后可以通过表面处理如研磨和抛光来使其平滑)。图9是断裂之后但在平滑化之前的离轴4H-SiC晶体50(相对于c轴基面具有角度A)的表面结构的示意性透视图。断裂表面相对于c轴基面56具有台阶52和梯形面54。对于4度离轴表面，对于250微米的平台宽度，台阶理论上具有约17微米的高度。对于具有表面下激光损坏的4H-SiC晶体，激光线之间的250微米间隔形成250微米宽度的梯形面。在断裂之后，台阶表面经受研磨光滑、平坦化和抛光，以准备在其上的一个或多个层的外延生长。
当在结晶材料(例如SiC)中形成表面下激光损坏时，并且如果表面下激光损坏线取向为远离垂直于基材平面(即不垂直于
Figure BDA0003235538130000271
方向)，则这种激光损坏线以等同于离轴半导体材料的方式延伸通过多个台阶和梯形面。出于随后的讨论的目的，术语“离轴激光表面下损坏线”将用于指不垂直于
Figure BDA0003235538130000272
方向的激光表面下损坏线。
在相邻表面下激光损坏线之间提供太大的间隔抑制了结晶材料的断裂。在相邻表面下激光损坏线之间提供太小的间隔倾向于减小台阶高度，但增加竖直台阶的数量，并且增加竖直台阶的数量通常需要更大的分离力来完成断裂。
将相邻激光损坏线之间的间隔减小到太小的距离可产生减小的返回并显著增加处理时间和成本。SiC分解需要最小激光能量阈值。如果这个最小能级在间隔约100微米的两条激光线之间产生连接裂纹，那么将激光线间隔减小到低于这个阈值在减小切口损失方面可能提供很小的益处。
由于断裂而暴露的结晶材料的表面粗糙度不仅会影响随后的处理如机器人真空，而且还会影响研磨轮磨损，这是主要的消耗费用。粗糙度受到表面下激光损坏线的间隔和这种表面下损坏线相对于半导体材料的晶体结构的取向的影响。减小表面下损坏线之间的间隙简单地减小潜在的台阶高度。提供离轴激光表面下损坏线倾向于打破否则将存在于激光损坏区的长的平行台阶，并且其还有助于减轻来自C平面斜率或曲率的至少一些影响。当激光线垂直于基材的平面时，平行于沿着C平面的激光线的解理面从平面延伸至晶片的相对弯曲端部约150mm。C平面斜率或曲率中的微小偏差(其对于SiC基材是常见的)可以在断裂表面中产生显著变化，因为其迫使平面在断裂扩展时跳跃。提供离轴激光表面下损坏线的缺点是这种表面下损坏线通常需要增加激光功率以在相邻激光线之间形成连接的裂纹。因此，在某些实施方式中，形成同轴表面下激光损坏线(其垂直于主平坦部)和离轴激光表面下损坏线的组合提供了避免断裂表面的过度可变性而不需要过度增加的激光功率来在相邻激光线之间形成连接裂纹之间的良好平衡。
在某些实施方式中，具有1064nm波长的激光可以用于实现本文所公开的方法，发明人已经在4H-SiC的处理中获得经验。尽管在某些实施方式中可以使用宽范围的脉冲频率，但是已经成功地采用120kHz至150kHz的脉冲频率。已成功利用激光器与待处理基材之间的936mm/s的平移平台速度；然而，在某些实施方式中可以使用更高或更低的平移台速度，其中适当地调节激光频率以维持期望的激光脉冲重叠。在掺杂的SiC材料中形成表面下激光损坏的平均激光功率范围为3W至8W，对于未掺杂的SiC材料为1W至4W。激光脉冲能量可以计算为功率除以频率。可以使用3ns到4ns的激光脉冲宽度，但在其他实施方式中可以使用其他脉冲宽度。在某些实施方式中，可以使用在0.3至0.8范围内的激光透镜数值孔径(NA)。对于涉及SiC处理的实施方式，给定从空气(约1)到SiC(约2.6)的折射率变化，在待处理的SiC材料内部经历了折射角的显著变化，使得激光透镜NA和像差校正对于实现期望的结果很重要。
切口损失的主要驱动因素之一是锭侧的主要断裂区域下方的表面下激光损坏。通常，表面下激光损坏的增加增加了切口损失。表面下激光损坏增加的一个潜在原因是不能充分补偿结晶材料的光学特性。在某些实施方式中，光学参数优化可以在基材中形成表面下激光损坏之前周期性地进行(例如每次将结晶材料基材(例如锭)提供到激光工具时)。这种优化可以利用可变高度调节来实现初始状态，其中激光束的最佳焦点形成在结晶材料基材的上表面上，然后根据随后的状态对应于结晶材料中的表面下激光损坏的所需形成深度来调节激光工具的孔和/或校正套环调节环。
在某些实施方式中，结晶材料基材可以表现出相对于横跨基材的主表面(例如面)的位置(例如横向和/或直径)而变化的掺杂。在SiC{0001}晶片的中心区域中，掺杂物密度通常较高，如通过该区域中较深的颜色可观察到。这种增加的掺杂物密度是由于在面生长期间发生的增强的杂质结合。在SiC{0001}锭的生长期间，{0001}面出现在锭的中心附近。在{0001}面，发生快速螺旋生长，但是沿着＜0001>方向的晶体生长速率相对较慢。因此，沿着{0001}面区的杂质浓度提高。在SiC晶片的中心(即面区)处的掺杂物密度可以比该区外部的掺杂物密度高20％至50％。在图14A、14C和14D中示出了SiC中掺杂物浓度增加的掺杂环区域的形成。这种区表现出更高的激光吸收和略微改变的折射率，其中上述两种现象都影响了激光发射在基片中的聚焦深度。相对于将聚焦激光发射射入掺杂环区外的材料时所使用的功率，增加将聚焦激光发射射入掺杂环区时的激光功率可以补偿掺杂环区的不同性质。在某些实施方式中，可以检测指示基材的至少一部分表面的结晶材料的非均匀掺杂的条件的存在，以确定至少一个第一掺杂区和至少一个第二掺杂区的存在。(用于检测不同掺杂条件的方法包括但不限于干涉测量、电阻率测量、吸收或反射率测量以及本领域技术人员已知的其他技术)。之后，响应于指示结晶材料非均匀掺杂的条件的检测，在形成表面下激光损坏图案期间可以改变激光功率，以在第一掺杂区中形成表面下激光损坏时以第一平均功率提供激光发射，并在第二掺杂区中形成表面下激光损坏时以第二平均功率提供激光发射，其中第一平均功率水平和第二平均功率水平彼此不同。可替代的或另外，当形成表面下激光损坏时，可以改变第一掺杂区或第二掺杂区之一中用于在基材中形成表面下激光损坏的深度(即相对于基材的暴露表面)。在某些实施方式中，用于形成基材(例如一个晶片)的单个厚度减小部分的第一和第二掺杂区之间的激光聚焦深度的差异可以在1至15微米、或1至10微米、或2至8微米、或4至6微米的范围内。
在某些实施方式中，结晶材料基材可以表现出相对于基材中(例如锭内)的垂直位置而变化的激光吸收水平，尤其对于有意掺杂的材料。激光吸收水平也可以因基材而异(例如因锭而异)。认为这种变化可能归因于掺杂变化。在某些实施方式中，较低的平均激光功率(例如3W)可以用于在远离生长晶种的基材区中形成表面下激光损坏，较高的平均激光功率(例如5.5W)可以用于在相邻生长晶种的基材区中形成表面下激光损坏。
在某些实施方式中，对于激光表面下损坏相对于结晶材料基材的表面的正确深度的初始设置，可以进行半导体材料中的激光聚焦深度的光学测量(例如考虑半导体材料/空气折射率变化)，以及可以在扫描基材的整个表面之前响应于这种测量调整激光损坏的设置(例如激光功率、激光焦点和/或激光损伤形成进程的次数)。在某些实施方式中，激光聚焦深度的光学测量可以每锭进行一次，或每次在锭的一部分断裂和去除之后(即在通过随后的断裂去除的每个基材层的表面下激光损坏图案的形成之前)进行。
在某些实施方式中，如本文所公开的半导体材料处理方法可以包括以下项目和/或步骤中的一些或全部。第二载体晶片可以附接到结晶材料基材(例如锭)的底侧。此后，结晶材料基材的顶侧可以经研磨或抛光，如提供小于约5纳米的平均表面粗糙度Ra，以制备用于传输激光能量的表面。然后，可以在结晶材料基材内所需的一个或多个深度处施加激光损坏，其中激光损坏轨迹的间隔和方向视情况取决于结晶材料基材的晶体取向。第一载体可以结合到结晶材料基材的顶侧。链接至第一载体的识别码或其他信息与从结晶材料基材得到的晶片有关。可替代地，可以在分离之前对晶片(不是载体)施加激光标记，以促进制造期间及制造之后的晶片的可追溯性。然后沿着表面下激光损坏区使结晶材料基材断裂(使用本文公开的一种或多种方法)，以提供与第一载体结合的半导体材料基材的一部分，以及与第二载体结合的结晶材料基材的剩余部分。半导体材料基材的被去除的部分和半导体材料基材的其余部分都被研磨光滑，并且根据需要清洁以去除残留的表面下激光损坏。可以使半导体材料基材的去除的部分与载体分离。之后，可以使用半导体材料基材的剩余部分来重复该过程。
虽然SiC晶片的线锯切割通常需要每个晶片至少约250微米的切口损失，但是本文所公开的并应用于SiC的激光辅助分离方法和载体辅助分离方法可以实现每个晶片在从80至140微米的范围内的切口损失。
在某些实施方式中，可以在将基材结合至刚性载体之前在结晶材料基材中形成激光表面下损坏。在某些实施方式中，在形成表面下激光损坏之前，可以将对期望波长的激光发射透明的刚性载体结合到结晶材料基材。在该实施方式中，激光发射可以可选地透射穿过刚性载体并进入结晶材料基材的内部。在图10A-10D中示出不同的载体-基材表面下激光形成构造。图10A是激光发射61通过裸基材62的表面聚集以在基材62内形成表面下激光损坏63的示意图，由此在形成表面下激光损坏之后，可以将刚性载体固定到基材62。图10B是激光发射61穿过基材62的表面聚集而形成基材62内的表面下激光损坏63的示意图，其中基材62先前已使用粘合剂材料64结合到刚性载体66。图10C是激光发射61通过刚性载体66和粘合剂64聚集以在先前结合到刚性载体66的基材62内形成表面下激光损坏63的示意图。在某些实施方式中，基材62的远离刚性载体66的表面可以包括一个或多个外延层和/或金属化层，其中在形成表面下激光损坏63之前，基材62实施操作性电子器件。图10D是激光发射61通过刚性载体66聚焦到基材62(没有介入的粘合剂层)中以在先前结合(例如经由阳极结合或其他无粘附手段)到刚性载体66的基材62内形成表面下激光损坏63的示意图。
散布的表面下激光损坏
在某些实施方式中，可以通过连续形成多个散布的激光损坏图案来在结晶材料中形成表面下激光损坏，其中每个表面下激光损坏图案包括多条基本上平行的线。在某些实施方式中，各表面下激光损坏图案可以在基本上整个长度(例如垂直于基材平面)上延伸，并包括分布在结晶材料基材的基本上整个宽度上的间隔开的线。在某些实施方式中，散布的损坏图案可以包括依次形成的第一和第二、或第一至第三、或第一至第四表面下激光损坏图案，每个表面下激光损坏图案包括多条平行线。据信，以散布的方式依次形成多个表面下激光损坏图案(例如形成第一表面下损坏图案，然后形成第二表面下损坏图案，然后形成任何随后的表面下损坏图案，每个损坏图案的不同线分布在其他损坏图案中)优选地形成相同轨迹而不散布，以促进沿着表面下激光损坏区或与表面下激光损坏区相邻的结晶材料的易断裂性。不希望受任何特定理论的束缚，因为通过将表面下激光损坏图案散布在结晶材料中获得的改进的断裂结果，据信，散布的表面下激光损坏图案的连续形成可以保留半导体材料内更大程度的内部应力，以促进从不同表面下激光损坏线发出的裂纹的横向扩展。
在某些实施方式中，结晶材料中的第一表面下激光损坏图案包括第一多条平行线和结晶材料内部的第一多个裂纹，所述第一多个裂纹从第一多条基本上平行的线中的线横向向外(例如主要或基本上沿着c平面)扩展，其中从每条线发散的裂纹与从每条相邻线发散的裂纹不相连。在某些实施方式中，在形成第一表面下激光损坏图案之后，在结晶材料中形成包括第二多条平行线的第二表面下激光损坏图案，其中第二表面下激光损坏图案包括在结晶材料内部从第二多条基本上平行的线中的线横向向外扩展的第二多个裂纹，并且第二多个裂纹中的至少一些裂纹与从第一多条线的两条相邻线发散的裂纹连接(例如形成连续裂纹)。
在某些实施方式中，第一、第二和第三表面下激光损坏图案在结晶材料中依次形成，每个表面下激光损坏图案包括多条平行线，且每个表面下激光损坏图案的线分布在其他表面下激光损坏图案的线之间。在某些实施方式中，第一表面下激光损坏图案包括在结晶材料内部从第一多条基本上平行的线中的线横向向外扩展的第一多个裂纹；第二表面下激光损坏图案包括在结晶材料内部从第二多条基本上平行的线中的线横向向外扩展的第二多个裂纹，第二多个裂纹与第一多个裂纹不连接；以及第三表面下激光损坏图案包括在结晶材料内部从第三多条基本上平行的线中的线横向向外扩展的第三多个裂纹。在该实施方式中，第三多个裂纹中的至少一些裂纹与(i)第一多个裂纹中的至少一些裂纹以及(ii)第二多个裂纹中的至少一些裂纹连接(例如形成连续裂纹)。在某些实施方式中，可以在第一到第三表面下激光损坏图案之后形成第四表面下激光损坏图案，第四表面下激光损坏图案用于进一步连接从第一、第二或第三线中的任意两条或更多条线发出的裂纹。在某些实施方式中，可以提供三个、四个、五个或更多个散布的表面下激光损坏图案。
在某些实施方式中，基材的一个或多个部分可以包括散布的表面下激光损坏图案，而基材的其他部分可以包括非散布的激光损坏图案。在某些实施方式中，可以在同一基材上提供不同的表面下激光损坏的散布图案。例如，单个基材上的表面下激光损坏的散布图案可以包括在第一区域中的五条损坏线、在第二区域中的四条损坏线、在第三区域中的三条损坏线、在第四区域中的两条损坏线、在第五区域中的一条损坏线(即没有散布)、在第六区域中的零个损坏图案、或前述中的两种或三种的任意组合，可选地其中上述各区具有大致相同的单位面积。在某些实施方式中，散布的损坏线的规则(例如规则重复)图案可以存在于基材的至少一个区中，且散布的损坏线或非散布的损坏线的不规则(例如缺少规则重复)图案可以存在于基材的至少一个其他区中。
图11A提供了根据一个实施方式的结晶材料基材70的俯视平面图，该基材包括限定在其中的散布的第一、第二和第三表面下激光损坏图案。第一、第二和第三表面下损坏图案分别包括第一、第二和第三多条平行线71、72、73，其垂直于主基材平坦部78(并垂直于
Figure BDA0003235538130000331
方向)延伸。三个激光损坏图案组合形成多个三线组74，其以超过每个三线组74中的相邻线之间的间距76、77的组间间距75彼此分开。为了清楚起见，图11A中未示出由第一、第二和第三多条平行线71、72、73形成的裂纹。在某些实施方式中，第一多条平行线71在第一进程中形成，第二多条平行线72在第二进程中形成，以及第三多条平行线73在第三进程中形成。第三进程可以用于连接最初从第一平行线71和/或第二平行线72中的任一个发出的裂纹。
继续参考图11A，在一个实施方式中，第一多条平行线71可以形成为具有500微米节距(即线之间的间距)，以及第二多条平行线72可以形成为具有500微米节距和相对于第一多条平行线71的250微米的偏移。其后，第三多条平行线73可以形成为具有500微米节距和相对于第一多条平行线71的125微米的偏移。该布置产生多个三线组74，它们通过250微米的间隙与各个三线组分隔，每个三线组内的相邻线通过125微米的间隙彼此分隔。
发明人已发现，结合图11A所述的三进程激光损坏形成过程的顺序是重要的。如果改变进程顺序以依次形成第一、第三和第二多条表面下激光损坏线，则需要更高的激光功率来完成跨250微米组间间距75的裂纹。认为这可能归因于当使用原始(第一、第二、第三进程)连续顺序时在第二进程上125微米间隔的线之间发生的裂纹，其中在第三进程中形成的裂纹的尺寸足以连接从第二表面下损坏线发出的横跨第二125微米间隙77的裂纹。当进程的顺序为第一、第三、第二时，则除非激光功率增加，否则不会观察到横跨组间间距75的裂纹，但是激光功率增加通常会增加切口损失。因此，根据其中进程的顺序为第一、第二、第三的某些实施方式，可能希望在第一和第二进程中形成的裂纹不彼此连接，然后在第三进程中形成的裂纹产生横跨125微米间隙76、77和250微米组间间距75的连接的裂纹。
在某些实施方式中，每个三线组74的边界可以视为界定基材70的损坏承载区域，并且每个三线组74的损坏承载区域与每个其他三线组的损坏承载区域间隔开(即通过组间间距75)。值得注意的是，如图11D所示，由表面下激光损坏形成的裂纹可以在相邻的三线组74之间横跨组间间距75扩展。
图11B-11D示出了图11A的结晶材料基材70的制造。图11B示出在形成具有节距(或线间间距)71B并形成第一表面下激光损坏图案71A的第一多个表面下激光损坏线71(垂直于基材70的平面78)之后的基材70。裂纹71C从第一多个表面下激光损坏线71横向向外扩展，但从不同表面下激光损坏线71发出的裂纹不相互连接。
图11B示出在形成具有节距(或线间间距)72B并形成第二表面激光损坏图案72A的第二多个表面下激光损坏线72(垂直于基材70的平面78)之后的基材70。裂纹72C从第二多个表面下激光损坏线71横向向外扩展，但从不同表面下激光损坏线71发出的裂纹不相互连接。
图11C示出了在形成具有节距(或线间间距)73B并形成第三表面下激光损坏图案73A的第三多个表面下激光损坏线73(垂直于基材70的平面78)之后的基材70。裂纹73C从第三多个表面下激光损坏线73横向向外扩展，这种裂纹73C足以连接由第一和第二表面下激光损坏线71、72形成的裂纹71C、72C。如所示的，第一多个表面下损坏线、第二多个表面下损坏线和第三多个表面下损坏线之间的裂纹的连接也足以导致裂纹进一步扩展并连接跨过组间间距75。
在某些实施方式中，形成第三表面下损坏图案的第三激光进程在比前两次进程更高的激光功率水平下进行，以帮助延伸裂纹以跨过组间间距75连接，其比每个三线组74内的线之间的间距76、77更宽。发明人发现，在第三进程期间增加激光功率足以不仅连接分开125μm的激光表面下损坏线之间的裂纹，还连接分开250μm的激光表面下损坏线之间的裂纹(例如图11D所示)。这产生了大约25％的工具产量增加，小的切口损失(例如大约110μm的切口损失而不是100μm)。
在某些实施方式中，所有激光表面下损坏线可以不垂直于主基材平坦部(和
Figure BDA0003235538130000351
方向)，与垂直线成约1度至5度的范围。例如，图12是结晶材料基材80的俯视平面示意图，其包括基材平面88和第一、第二和第三多条基本平行的表面下激光损坏线81-83，它们相互之间散布或交错以形成第一至第三表面下激光损坏图案。多个基本上平行的表面下激光损坏线81-83中的每个相对于垂直于主基材平坦部(和
Figure BDA0003235538130000352
方向)偏离三度，激光损坏图案组合形成多个三线组89，其以组间间距85彼此分开，组间间距85超过每个三线组89中相邻线之间的间距(或间隙)86、87。在一个实施方式中，第一多条平行线81可以形成为具有500微米节距(即线之间的间距)，以及第二多条平行线82可以形成为具有500微米节距和相对于第一多条平行线81的250微米的偏移。其后，第三多条平行线83可以形成为具有500微米节距和相对于第一多条平行线81的125微米的偏移。该布置产生多个三线组89，它们通过250微米的间隙与每个三线组分隔，每个三线组内的相邻线通过125微米的间隙彼此分隔。如所示的，各组的平行表面下激光损坏线81-83彼此平行。
图13是结晶材料基材90的俯视平面示意图，其包括基材平面98和第一至第四多条基本平行的表面下激光损坏线91-94，它们相互之间散布或交错以形成第一至第四表面下激光损坏图案，其中所有线相互平行并垂直于基材平面98(和
Figure BDA0003235538130000361
方向)。在某些实施方式中，第一至第四多条表面下激光损坏线91-94可以各自包括节距为500nm的线，其中第二多条线92从第一多条线91偏移250微米，第三多条线从第一多条线91偏移125微米，以及第四多条线从第一多条线91偏移375微米。最终结果是在第一多条线91至第四多条线94的每条线之间提供125微米的间隙。四线重复组95由第一至第四线91-94组成。
形成类似于图13所示基材90的结晶材料基材的替代方法包括使用四次激光表面下损坏形成，其中每次形成线具有500微米节距。在第一次之后，由第二次形成的线与第一次的线偏移125微米，然后第三次的线与第一次的线偏移250微米，然后第四次的线与第一次的线偏移375微米。
图14是结晶材料基材100的俯视平面示意图，其包括基材平面108，且包括散布的第一至第三多条表面下激光损坏线101、103，其形成第一、第二和第三表面下激光损坏图案。第一和第二多条线101、102各自彼此平行并且垂直于主基材平坦部108(并且垂直于[1120]方向)，而第三多条线103不平行于第一和第二多条线101、102(例如具有1至5度的范围内的角度差)，但是不与基材100内的第一和第二线101、102中的任一条相交。在某些实施方式中，首先形成第一和第二多条平行线101、102，并且随后形成第三多条平行线103。在某些实施方式中，第一和第二多条平行线101、102各自具有500微米的节距，第二多条平行线102相对于第一多条平行线101偏移250微米。多线重复组104由第一至第三线101-103组成。
虽然图14中的表面下激光损坏线是不交叉的，但是在一些实施方式中，一条或多条表面下激光损坏线(例如在随后的激光损坏形成过程中形成)可以与一条或多条其他表面下损坏线(例如在先前或初始激光损坏形成过程中形成)交叉。在某些实施方式中，交叉的表面下激光损坏线之间的相对角度可以为4至30度、或5至20度、或5至15度、或5至10度。
图15是结晶材料基材110的俯视平面示意图，其包括基材平面118，且包括散布的第一至第三多条表面下激光损坏线111-113，其形成第一表面下激光损坏图案至第三表面下激光损坏图案。第一和第二多条线111、112各自彼此平行并且不垂直于主基材平坦部108(例如具有1度至5度的范围内的角度差)，而第三多条线113垂直于主基材平坦部118但其中的至少一些(或全部)线不与基材110内的第一和第二组线111、112的线相交。在某些实施方式中，第一和第二多条平行线111、112各自具有510微米的节距，其中第二多条平行线112相对于第一多条平行线111偏移250微米。三线重复组114由第一至第三线111-113组成。
图16是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，该基材包括限定在其中的散布的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中所有激光损坏线彼此平行，且激光损坏线的组间间距在基材的至少一部分上不均匀。
图17是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，该基材包括限定在其中的散布的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中所有激光损坏线彼此平行，且激光损坏线表现出组内间隔、组间间隔和组组成的变化。
图18是根据一个实施方式的结晶材料基材的俯视平面示意图，该基材包括依次形成的在其中限定的第一、第二和第三表面下激光损坏图案，其中第一和第二组激光损坏线彼此平行，而第三组激光损坏线不平行于第一和第二组激光损坏线并且与第一和第二组激光损坏线交叉。
图19是包括依次形成的第一、第二和第三表面下激光损坏图案的结晶材料基材的俯视平面示意图，其中各组激光损坏线包括平行线，且各组激光损坏线彼此不平行。虽然图11A-19示出了包括三组或四组多个表面下激光损坏线的实施方式，但是应理解，可以提供任意合适数量的表面下激光损坏线组。例如，在某些实施方式中，在没有第三和/或第四多条表面下激光损坏线的情况下，第一和第二多条表面下激光损坏线可以散布。在某些实施方式中，可以分别在第一次和第二次中形成第一多条表面下激光损坏线和第二多条表面下激光损坏线，其中每一多条激光损坏线具有250微米的节距，且第二多条激光损坏线相对于第一多条激光损坏线偏移125微米。
在某些实施方式中，通过在结晶材料的非重叠的第一和第二区域中形成第一组表面下激光损坏部位，随后在第一和第二区域中形成第二组表面下激光损坏部位，使表面下激光损坏分布在结晶材料的多个非重叠区域中，其中在非重叠区域中形成第二组表面下激光损坏部位的至少一些(或所有)部位不与第一组表面下激光损坏部位的部位交叉。随后可以形成一组或多组其他表面下激光损坏部位，并使其分布在结晶材料的相同的不重叠的第一区域和第二区域中。尽管已经描述了第一区域和第二区域，但是应当理解，可以定义任何合适数量的非重叠区域(例如，三个、四个、五个、六个或更多个区域)。在某些实施方式中，这样的区域不仅可以缺乏任何重叠，而且可以以非接触关系彼此间隔开(例如横向间隔开)。
图20A是结晶材料基材150的俯视平面图，示出其中可以形成激光损坏区的不重叠的第一、第二和第三区域150A-150C。尽管为了说明的目的已经向第一和第三区域150A、150C添加阴影以强调第一至第三区域150A-150C之间的边界，但是应当理解，实际的结晶材料基材150的颜色通常是均匀的。每个区域150A-150C接触基材150的主平坦部150’的一部分。虽然在图20A-20D中示出了三个区域150A-150C，但是设想了任何合适数量的区域，如两个、三个、四个、五个、六个或更多个，并且此类区域可以以任何合适的构造布置，如以一维阵列、二维阵列、从中心点延伸的区段(例如楔形区段)等。
图20B是在第一至第三区域150A-150C中形成第一多个表面下激光损坏区151之后图20A的结晶材料基材150的俯视平面图。如所示，激光损坏区151设置为基本上平行的线，其基本上垂直于基材150的主平坦部150’。多个激光损坏区151设置在第一至第三区域150A-150C的每一个中。虽然图20B中未示出，但应理解横向延伸的裂纹(例如图11B所示)可以从激光损坏区151散发，但优选不连接相邻的激光损坏区151。在某些实施方式中，多个表面下激光损坏区151的表面下激光损坏区151可以在第一区域150A中形成，然后在第二区域150B中形成，最后在第三区域150C中形成。
图20C是在第一至第三区域150A-150C中形成第二多个表面下激光损坏区152之后图20B的结晶材料基材150的俯视平面图。如所示，第二多个表面下激光损坏区152的激光损坏区152设置为基本上平行的线，其基本上垂直于主平坦部150’，且在第一至第三区域150A-150C的每一个中设置多个激光损坏区152。此外，第二多个表面下激光损坏区152的每个激光损坏区152基本上平行于第一多个表面下激光损坏区151。虽然图20C中未显示，但应理解横向延伸的裂纹可以从各激光损坏区151，152发散，但此类裂纹优选在相邻激光损坏区151，152之间不连接。在某些实施方式中，多个表面下激光损坏区152中的表面下激光损坏区152可以与第一表面下激光损坏区151相同的顺序形成(例如表面下激光损坏区152可以在第一区域150A中形成，然后在第二区域150B中形成，最后在第三区域150C中形成)。以这种方式，第二多个表面下激光损坏区152的激光损坏区152散布在第一多个表面下激光损坏区151的激光损坏区151之间。
图20D是在第一至第三区域150A-150C中形成第三多个表面下激光损坏区153之后的图20C的结晶材料基材的俯视平面图。如所示，第三多个表面下激光损坏区153的激光损坏区153设置为基本上平行的线，其基本上垂直于主平坦部150’，并且第三多个表面下激光损坏区153的多个激光损坏区153设置在第一至第三区域150A-150C的每一个中。第三多个表面下激光损坏区153的每个激光损坏区153可以基本上平行于第一和第二多个表面下激光损坏区151、152。由第一至第三表面下激光损坏区151-153提供的表面下激光损坏图案形成多个三线组154，其以组间间距154’彼此间隔开，该组间间距154’超过每个三线组154中相邻的激光损坏区151-153之间的间距。虽然图20C中未示出，但应理解横向延伸的裂纹可从各激光损坏区151-153发散，裂纹在所有激光损坏区151-153之间横向延伸(例如图11D所示)，以促进随后从基材150的其余部分断裂基材150的上部部分。在某些实施方式中，多个表面下激光损坏区152中的表面下激光损坏区153可按照与第一和第二表面下激光损坏区151，152相同的顺序形成(例如表面下激光损坏区153可在第一区域150A中形成，然后在第二区域150B中形成，最后在第三区域150C中形成)。以这种方式，第三多个表面下激光损坏区153的激光损坏区153散布在第一和第二多个表面下激光损坏区151、152的激光损坏区151、152之间。
平行处理和/或激光束分离
在某些实施方式中，可以同时处理一个基材的多个区域以在多个基材区域中形成表面下激光损坏，和/或可以在单个工具内布置多个基材以用于同时或基本上同时的激光处理，以增强工具产量。在某些实施方式中，可以使用一个或多个分束器将一个激光器的输出光束分成多个光束，可以将光束的各个光束提供给不同基材或单个基材的不同区域，以利用本文所公开的方法在其中形成表面下激光损坏。在某些实施方式中，多个激光器可用于同时向多个基材或单个基材的多个区域提供光束，以利用本文所公开的方法在其中形成表面下激光损坏。
图21是激光处理设备的支架163的俯视平面示意图，该支架设置成保持四个基材155A-155D，其中可以利用一个或多个激光器形成表面下激光损坏。如所示，每个基材155A-155D包括限定在其中的表面下激光损坏图案，这种图案包括第一、第二和第三多条基本上平行的线156-158。三个激光损坏图案组合形成多个三线组156，其以组间间距160彼此分开，组间间距160超过每个三线组159中的相邻线之间的间距161、162。在某些实施方式中，可以用第一激光器或第一分离激光束部分在第一基材155A和第三基材155C中形成激光损坏图案，并且可用第二激光器或第二分离激光束部分在第二基材155B和第四基材155D中形成激光损坏图案。在某些实施方式中，承载基材155A-155D的支架163配置为移动(例如在两个(x，y)横向方向上)，同时限制一或多个激光器和/或其聚集光学器件横向移动(但可以经受竖直(z方向)移动)。
图22A是用激光束处理的单个基材164的俯视平面示意图，所述激光束分成多个部分以根据基材164的多个区域中的第一表面下激光损坏图案同时形成表面下激光损坏区。如所示，基材164包括多个区域164A-164C(例如类似于图20A-20C中所描绘的区域150A-150C)。初始的激光损坏形成步骤包括冲击两个分离的激光束部分以在第一和第二区域164A、164B中同时形成激光损坏区165’。基材164可以相对于激光横向标引(例如在与向右箭头相反的方向上)，随后的激光损坏形成步骤包括冲击两个分离的激光束部分以同时在第一和第二区域164A、164B中形成激光损坏区165”。重复该过程以在第一和第二区域164A、164B中形成其他激光损坏区165”’、165””，并最终覆盖第一、第二和第三区域164A-164C以形成第一表面下激光损坏图案。之后，可以重复该过程以分别形成第二和第三表面下激光损坏图案，它们与第一表面下激光损坏图案散布。第一和第二分离激光束部分可以用于在可以由单个未分离的激光束形成图案的一半时间内形成分布在整个基材164上的表面下激光损坏图案。图22B是两个基材166A、166B的俯视平面示意图，所述基材由支架168支撑并用激光束处理，激光束分成两个部分以根据两个基材166A、166B中的至少一个表面下激光损坏图案同时形成表面下激光损坏。初始激光损坏形成步骤包括冲击两个分裂激光束部分以在第一和第二基材166A、166B中同时形成激光损坏区167’。承载基材166A、166B的支架可以相对于激光横向标引(例如在与向右箭头相反的方向上)，且随后的激光损坏形成步骤包括撞击两个分裂激光束部分以同时在第一和第二基材166A、166B中形成激光损坏区167”。重复该过程以在第一和第二基材166A、166B中形成额外的激光损坏区167”’、167””，并最终覆盖第一和第二基材166A、166B以在其中形成第一表面下激光损坏图案。其后，可重复该过程以分别在基材166A、166B中形成第二和第三表面下激光损坏图案，它们与第一表面下激光损坏图案散布。
在不同深度处形成重叠的表面下激光损坏
在某些实施方式中，可以在结晶材料基材的内部形成以第一深度为中心的初始的表面下激光损坏，以及可以在基材的内部形成以第二深度为中心的其他表面下激光损坏，其中其他表面下激光损坏基本上与初始的表面下激光损坏对准，以及其他表面下激光损坏的至少一部分的竖直范围与初始的激光损坏的至少一部分的竖直范围重叠。重申，配置为在不同深度处赋予激光损坏的一个或多个随后的进程可以添加到一个或多个先前进程的顶部，以提供具有重叠竖直范围的表面下激光损坏。在某些实施方式中，可以响应于断裂之前的确定(例如通过光学分析)进行一个或多个先前的表面下激光损坏形成步骤不完整的重叠表面下损坏的添加。在某些实施方式中，用于形成基材的单个降低厚度部分(例如一个晶片)的第一和第二激光损坏图案之间的激光聚焦深度的差可以在1至10微米、或2至9微米、或2至6微米范围内。在不同深度形成重叠的表面下激光损坏可结合本文中任何其他方法步骤进行，包括(但不限于)形成多个散布的表面下激光损坏图案。
图23A是结晶材料基材170的横截面示意图，该基材包括相对于基材1770的第一表面171以第一深度为中心的第一表面下激光损坏图案173，其中表面下损坏图案173由激光179的聚焦发射产生。第一表面下激光损坏图案173具有竖直范围174，其保留在第一表面171和相对的第二表面172之间的基材170的内部。图23B是在形成以第二深度为中心并与第一表面下激光损坏图案173对齐的第二表面下激光损坏图案175之后图23A的基材的横截面示意图，其中第二损坏图案175的竖直延伸部176在损坏重叠区177中与第一损坏图案173的竖直延伸部174重叠。在某些实施方式中，可以沿着或通过损坏重叠区177进行结晶材料170的随后的断裂。在不同深度处形成非重叠的表面下激光损坏
在某些实施方式中，可以在基材中的不同深度形成表面下激光损坏线，而不与其他(例如先前形成的)表面下激光损坏线对齐，和/或不使初始和随后的激光损坏的竖直范围在特征上重叠。在某些实施方式中，表面下激光损坏的散布图案可以包括激光线组，其中不同的组聚焦在相对于基材表面的不同深度处。在某些实施方式中，在基材的内部内的激光发射的聚焦深度在不同的激光线组(例如第一和第二组、第一至第三组、第一至第四组等的至少两个不同的组)之间相差在从约2微米至约5微米(即约2μm至约5μm)的范围内的距离。
激光工具校准
切口损失的主要驱动因素之一是锭侧的主要断裂区域下方的表面下激光损坏。通常，表面下激光损坏的增加增加了切口损失。表面下激光损坏增加的一个潜在原因是不能充分补偿结晶材料的光学特性。
在某些实施方式中，在激光工具中形成表面下激光损坏之前，每次向激光工具提供结晶材料基材(例如锭)时，可以进行激光校准。这种校准可以利用可变高度调整以在形成结晶材料基材的上表面的激光束的最佳焦点处实现初始状态，随后根据随后的状态调整激光工具的孔或校正环圈，该孔或校正环圈对应于结晶材料中的表面下激光损坏的所需形成深度。
显示掺杂区(也称掺杂环)的晶片照片
图24A是使用本文所述的热致断裂方法从载体(即图24B中所示的热塑性胶粘合的蓝宝石载体181)分离之后的SiC晶片180的透视图照片。晶片180和载体181均具有150mm的直径。热致断裂后没有观察到晶片断裂。图24C是图24A的SiC晶片照片的部分色调反转版本，以强调SiC晶片180的中心掺杂环182与环形外部部分183之间的对比。图24D示出用虚线椭圆注释的图24C的图像，以表示中央掺杂环182和SiC晶片180的环形外部183之间的边界。掺杂环182表示相对于SiC晶片的环形外部部分183具有增加的掺杂的区域。由于掺杂的半导体材料(例如SiC)展现出增加的IR波长吸收，因此当寻求在掺杂环182中的SiC晶片中形成表面下激光损坏时，与环形外部部分183相比，较高的激光功率可能是有益的。在某些实施方式中，可以检测指示基材的至少一部分表面上的结晶材料的不均匀掺杂的条件的存在，如通过用光学手段检测光反射或吸收的变化以确定至少一个第一掺杂区和至少一个第二掺杂区(例如掺杂环182和环形外部部分183)的存在。之后，响应于指示结晶材料的非均匀掺杂的条件的检测，在形成表面下激光损坏图案期间可以改变激光功率，以在第一掺杂区(例如掺杂环182)中形成表面下激光损坏时以第一平均功率提供激光发射，并在第二掺杂区(例如环形外部183)中形成表面下激光损坏时以第二平均功率提供激光发射，其中第一平均功率水平和第二平均功率水平彼此不同。
表现出掺杂环的锭的示意图
图25是在晶种185上生长的SiC锭184的侧横截面示意图，示出了从晶种185(在锭184的第一或底表面185’处)向上延伸穿过锭184的整个厚度(沿其中心部分)的大致圆柱形掺杂区187，其中掺杂区187存在于锭184的第二或顶表面186’。掺杂区187被通常为环形形状的未掺杂(例如较低掺杂或无意掺杂的)区186横向包围。在第一表面185’和第二表面186’之间截取的锭184的薄截面部分189可以限定晶片189A，如图26所示。晶片189A包括中心掺杂区187和大致环形的未掺杂区186，其部分地由主平坦部189’界定。在某些实施方式中，晶片189A可以使用本文所述的激光辅助分离方法由锭184中产生。
尽管图26将掺杂区187的尺寸(例如宽度或直径)示出为在锭184的整个厚度上基本恒定，但本发明人已观察到掺杂区的尺寸可随着锭中的竖直位置而变化(例如通常在更靠近晶种的宽度或直径上较大，且随着距晶种的距离增加而较小)。还观察到，掺杂区内的掺杂幅度可以随着锭中的竖直位置而变化。
图27是生长在晶种185A上的SiC锭184A的侧截面示意图，示出了从晶种185A(在锭184A的第一或底表面185A’)向上延伸穿过沿其中心部分的锭184A的整个厚度的截头圆锥形掺杂区187A。如所示，掺杂区187A存在于锭184A的第二或顶表面186A’处，但是掺杂区187A在第二表面186A’处的宽度或直径小于在第一表面185A’处的宽度或直径。掺杂区187A被通常为环形形状的未掺杂(例如较低掺杂或无意掺杂的)区186A横向包围。在某些实施方式中，掺杂区187A可以具有随相对于晶种185A的垂直位置而变化的宽度和掺杂水平。
发明人还观察到，如果相邻(例如斜切不平行于c平面的角度)晶种用于SiC锭的生长，则掺杂区的横向位置和形状相对于图27中所示的配置可以不同。例如，如果使用相邻晶种，则掺杂区的形状可以比圆形更椭圆，和/或可以相对于锭的中心横向偏移。
图28是在相邻的(例如斜切的)晶种185B上生长的SiC锭184B的侧截面示意图，示出了在偏离晶种185B的中心的点处从晶种185B向上延伸并且向上穿过锭184B的整个厚度的截头圆锥形掺杂区187B。如所示，掺杂区187B存在于锭184B的第二或顶表面186B’处，但是掺杂区187B在第二表面186B’处的宽度或直径小于在第一表面185B’处的宽度或直径。当从上方观察时，掺杂区187B可以具有大体上椭圆形的形状。掺杂区187B被未掺杂的(例如较低掺杂的或无意掺杂的)区域186B横向包围。在某些实施方式中，掺杂区187B可以具有随相对于晶种185B的竖直位置而变化的形状、宽度和/或掺杂水平。
放大的晶片照片
图29是通过涉及形成表面下激光损坏和随后的分离的过程从锭分离的SiC晶片的Si面的透视照片，其中插图部分(右上)描绘SiC晶片的有意分离的碎片，包括随后的扫描电子显微镜(SEM)图像中描绘的边缘。
图30A是在15度倾角下获取的图29的SiC晶片段的一部分的45倍放大SEM图像，其中叠加箭头示出
Figure BDA0003235538130000441
和
Figure BDA0003235538130000442
晶面的方向。激光线垂直于
Figure BDA0003235538130000451
方向，其间间隔约250微米。图30B是在15度倾角下获得的图29的SiC晶片碎片的一部分的1300倍放大SEM图像。图30C是图29的SiC晶片碎片的一部分的以15度倾角获取的350倍放大SEM图像。如图30C所示，离轴解理平面大致与激光间距相关，但在整个晶片表面上不一致。这可至少部分归因于解理平面上激光线位置的变化。在该晶片中，在多晶内含物处引发断裂。
图30D是图29的SiC晶片碎片的一部分的在2度倾角下获取的100倍放大SEM图像。图30E是在2度倾角下获得的图29的SiC晶片碎片的一部分的1000倍放大SEM图像。图30D和30E示出与沿着断裂区的表面特征相比，激光损坏相当浅。所得断裂损坏的变化是可见的，特别是在图30E的中心部分。
图31A是图29的SiC晶片的小的中心部分的共焦激光扫描显微图像，具有通过激光扫描形成的“沟槽”的叠加十字线标记位置。图31B是图31A的SiC晶片的部分的表面轮廓图。参考图31B，可以观察到相对于SiC解理面的激光线位置的变化。
图32A是图35的SiC晶片的较大的顶部附近(如图所示)部分的共焦激光扫描显微图像，具有通过激光扫描形成的“沟槽”或线的叠加十字线标记位置。图32B是图32A的SiC晶片的顶部附近部分的表面轮廓图。在图32B中，对应于激光损坏的第一对线(表示为椭圆200内的十字线)分开超过30微米的深度，且对应于激光损坏的第二对线(表示为椭圆201内的十字线)分开超过20微米的深度。图32A和32B示出激光线之间的不规则间距，其中第一对线内(椭圆200内)的单独线彼此更靠近，而第二对线内(椭圆201内)的单独线比其他所示的激光损坏线彼此更靠近。
图33A是图29的SiC晶片的较大的底部附近(如图所示)部分的共焦激光扫描显微图像，具有通过激光扫描形成的“沟槽”的叠加十字线标记位置。图33B是图33A的SiC晶片的底部附近部分的表面轮廓图。图33B显示相邻激光损坏线对之间的横向距离变化，一对间隔334微米，另一对间隔196微米，但最大深度变化为13微米。
形成表面下激光损坏之后基材的断裂
如本文先前讨论的，可以在结晶材料基材内形成表面下激光损坏以制备用于断裂的基材以从基材移除至少一个薄层结晶材料(例如晶片)。虽然下文描述了具体断裂技术的实例(例如冷却与基材结合的CTE不匹配载体，在基材上冲击超声波，或在安装于基材的载体上施加弯曲力矩)，但是应当理解，本文所述的各种表面下激光损坏形成技术可以用于任何合适的断裂技术，包括本领域技术人员已知的断裂技术。
通过冷却具有载体/基材CTE不匹配的刚性载体断裂
图34A-34F示出根据本公开的一个实施方式的用于断裂结晶材料的载体辅助方法的步骤，该方法利用具有比结合到结晶材料的结晶材料更大的CTE的刚性载体。图34A是具有结合到刚性载体202的第一表面203的粘合剂材料层198并且具有与第一表面203相对的第二表面204的刚性载体202的侧横截面示意图。
图34B是包含图34A的刚性载体202和粘合剂材料198的组件188的横截面示意图，该组件结合到其中具有表面下激光损坏区196的结晶材料基材190。刚性载体202具有比基材190更大的直径或横向范围。基材190包括靠近粘合剂材料198的第一表面192，并包括相对的第二表面194，表面下激光损坏196更靠近第一表面192而不是第二表面194。粘合剂材料198在结晶基材190的第一表面192与刚性载体202的第一表面203之间延伸。粘合剂材料198可以根据选择的结合方法(例如热压粘合剂结合、压缩辅助UV结合、化学反应性结合等)的要求来固化。在某些实施方式中，第二载体(未示出)可以结合至基材190的第二表面194，其中第二载体可选地不宽于基材190和/或CTE匹配基材。
图34C是在将刚性载体202的第二表面204定位在冷却设备的支撑表面208上之后的图34B的组件的横截面示意图，该冷却设备配置为接收冷却液体的冷却卡盘206的形式。刚性载体202和冷却的卡盘206之间的接触使得热量从刚性载体202传递到冷却的卡盘206。在冷却过程期间，由于载体202的CTE大于基材190，刚性载体202将横向收缩到比结晶材料基材190大的程度，使得载体202在基材190上施加剪切应力。由于在将刚性载体202结合到基材190的粘合剂层198附近存在表面下激光损坏196，在基材190上施加剪切应力导致结晶材料沿着或靠近表面下激光损坏区196断裂。
在某些实施方式中，冷却的卡盘206具有比刚性载体202的直径更小的直径。虽然冷却的卡盘206可以供应有冷却液体，但是刚性载体202没有必要达到液氮温度(-160℃)来成功地完成结晶材料基材190的热致断裂。使用维持在-70℃的冷却卡盘断裂由单晶蓝宝石基材支撑的单晶SiC材料已经获得了有利的分离结果。可以使用从两相泵送的蒸发冷却系统接收的各种冷却液体，例如液体甲醇(其在-97℃在其冰点以上保持可流动)来维持这样的温度。通过在维持在-20℃的冰箱中冷却载体、粘合剂和基材也已经获得了有利的分离结果，其中这样的温度可以使用单相蒸发冷却系统来维持。使用单相蒸发冷却系统或双相泵送蒸发冷却系统而不是液氮的能力显著降低了操作成本。
图34D是在结晶材料沿着表面下激光损坏区断裂之后，从包括刚性载体202、粘合剂材料198和从基材190A的其余部分去除的结晶材料210的一部分的粘结的组件分离的结晶材料基材190A的其余部分的横截面示意图。结晶材料基材190A的其余部分由与第二表面194相对的新的第一表面193(具有残余的激光损坏196A)界定。相应地，结晶材料210的去除部分由与第一表面192相对的新的第二表面212(具有残余激光损坏196B)界定。其后，包括刚性载体202、粘合剂材料198和结晶材料160的移除部分的粘结的组件215可以从冷却的卡盘206撤出。
图34E是从液冷卡盘206撤出之后的图34D的粘结的组件215的横截面示意图。保持附接到刚性载体202的结晶材料210的去除部分有利地为结晶材料210的去除部分提供机械支撑，以允许在新表面212上进行一个或多个表面处理步骤(例如研磨、抛光等)，以去除残余激光损坏196B并实现结晶材料210的期望厚度(例如经由研磨，可选地随后化学机械平坦化和/或抛光步骤)。在某些实施方式中，激光损坏去除和减薄可以包括顺序研磨/抛光操作，以及为随后的操作(例如表面注入、激光标记(例如沿着晶片平面)、外延层的形成、金属化等)准备新表面212的任何合适的抛光和清洁步骤。
图34F是由加热的真空吸盘216的上表面218支撑的结晶材料210的去除的部分的横截面示意图，其中在升高的温度软化和释放粘合剂材料198之后，刚性载体202和粘合剂材料198横向平移远离结晶材料212的去除的部分。即加热的真空卡盘216可以将粘合剂材料198加热到足够的温度以软化和/或流动，使得在向刚性载体202的第二表面204施加外部剪切应力时，允许刚性载体202横向平移远离结晶材料212的被移除部分，其由加热的真空吸盘216临时保持在一个位置。此后，可以关闭加热的真空吸盘216，并且结晶材料212的移除部分体现为自支撑材料。如果需要，可以从刚性载体202的第一表面203去除和清洁来自粘合剂198的任何残留物，并且刚性载体202可选地可以再用于另一断裂操作。去除的结晶材料然后可以用作用于沉积一个或多个外延层和导电金属层的生长基材，以形成器件晶片，然后被单片化以形成分立的半导体器件。
由超声波能量引起的断裂
用于沿着结合到刚性载体的结晶材料的激光诱导表面下损坏区实现断裂的另一种方法涉及在处于结合状态时向结晶材料施加超声能量。图35是组件188A的横截面示意图，其包括具有表面下激光损坏196A的结晶材料190A，并使用介入的粘合剂材料198A粘合到刚性载体202A，其中组件188A布置在超声波发生器设备220的液池225中。设备220还包括容器222，其布置成与超声产生元件224接触，容器222容纳液体浴225。刚性载体202A的存在可以减少或消除结晶材料190A在受到超声能量时的断裂，特别是如果在分离之前残留应力残留在刚性载体202A和结晶材料190A之间(例如由于CTE不匹配)。这种残余应力可减少引发结晶材料断裂所需的超声能量的量，从而降低材料断裂的可能性。
由机械力引起的断裂
在某些实施方式中，可以通过(i)在载体的至少一个边缘附近施加机械力(例如可选地定位在一个或多个点处)来促进结合到刚性载体的结晶材料的断裂。这种力可以在载体的至少一部分中赋予弯曲力矩，这种弯曲力矩被传递到表面下激光损坏区以引发断裂。图36A-36C示出了示例性实施例。
图36A-36C是截面示意图，其示出通过在载体238的一个边缘附近施加机械力而使具有表面下激光损坏233的结晶材料基材236断裂的步骤，基材236结合到载体。粘结的组件包括结晶材料基材236，其具有结合在刚性载体238、238’之间的表面下激光损坏区233。每个刚性载体238、238’包括与基材236的平坦部235对准的横向突出的凸出部分239、239’，从而提供限定凹槽231的局部增大的边界区域，工具219可以插入到该凹槽中。图36A示出将工具219插入凹部191之前的状态。图36B示出了当工具216向上倾斜时在工具219插入凹部中之后的状态，由此在趋向于促进刚性支架238、238’之间的分离的方向上施加牵拉力，由此在至少一个支架238上施加弯曲力矩M。在某些实施方式中，基材236包括具有六方晶体结构的材料(例如4H-SiC)，并且弯曲力矩M取向在垂直于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000491
方向的±5度内(或等效地在平行于[1-100]方向的±5度内)。图36C显示沿着表面下激光损坏区233初始断裂结晶基材236之后的状态，由此结晶材料的上部236保持结合到上载体238，且结晶材料的下部236B保持结合到下载体238’，且上载体238相对于下载体238’向上倾斜。这种断裂产生与第二粘结的组件229B(包括结晶材料的下载体238’和下部分236B)分离的第一粘结的组件229A(包括结晶材料的上载体238和上部分236A)。在某些实施方式中，可以在基材结合的刚性载体的相对边缘附近施加机械力，以促进结合至载体的具有表面下激光损坏的结晶材料的断裂。
应注意，特别考虑结合两种或更多种断裂技术(例如CTE不匹配和超声诱导的断裂；或CTE不匹配和机械诱导的断裂；或超声诱导和机械诱导断裂)。在某些实施方式中，超声浴的液体可以在施加超声能量之前或期间冷却。完成断裂所需的机械力的量可能受到基材与载体之间的CTE差异的影响。在某些实施方式中，可以组合CTE差和机械力。如果载体和基材之间的CTE差较小或不存在(即匹配的CTE)，则可能需要更多的机械力来完成断裂。相反，如果CTE不匹配较大，则可能需要减小的机械力或不需要机械力来完成断裂。
器件晶片分离过程
在某些实施方式中，可以在结晶材料上形成至少一个外延层(以及可选地至少一个金属层)之后，将激光和载体辅助分离方法应用于结晶材料，作为操作的基于半导体的器件的一部分。此器件晶片分离过程对于通过显著减少在器件形成之后研磨掉基材材料的需要而增加结晶材料的产率(且减少浪费)的能力特别有利。
图37A-37O是示出器件晶片分离过程的步骤的横截面示意图，根据该过程，厚晶片从结晶材料断裂，至少一个外延层生长在厚晶片上，并且厚晶片断裂以形成第一和第二粘结的组件，每个粘结的组件包括载体和从厚晶片分离的薄晶片，其中第一粘结的组件包括作为操作的基于半导体的器件的一部分的至少一个外延层。
图37A示出结晶材料基材240，其具有第一表面241和相对于第一表面布置在一定深度的表面下激光损坏243。图37B示出了在第一表面241之上添加粘合剂材料244之后的图37A的基材240。图37C示出了在使用粘合剂材料244将刚性载体246结合到基材240上之后图37B中所描绘的项目。图37D示出了在沿着表面下激光损坏243断裂基材240(例如，使用本文公开的一种或多种方法)之后产生基材240的剩余部分的图37D的项目，该剩余部分从包括载体246、粘合剂材料244和从基材240去除的结晶材料部分(例如厚晶片)242的粘结的组件分离。在某些实施方式中，厚晶片242可以具有约350至750微米的范围内的厚度。厚晶片242的暴露表面243A、243B和基材240的其余部分可分别呈现表面不规则性，其可以通过如研磨、CMP、抛光等的表面处理步骤来减少。图37E示出了在从载体246脱离和移除之后的厚晶片242，其中厚晶片242包括垂直边缘轮廓。晶片的垂直边缘容易断裂，在晶片处理期间产生不可接受的边缘碎片和颗粒。为了降低断裂的风险，晶片边缘可以被边缘研磨以产生具有斜面或圆形边缘的非垂直晶片边缘。图37F示出了厚晶片242，其被支撑在转台的相对的上和下抓持部分248A、248B之间，该转台靠近旋转轮廓研磨工具249，其具有凹形切削表面249A(例如浸有金刚石颗粒)，该凹形切削表面被配置为赋予厚晶片242圆形边缘轮廓247。图37G示出了在边缘研磨(也称为边缘成型)之后的厚晶片242，其中该厚晶片包括圆形边缘247，其提供第一和第二晶片表面251、252之间的边界。
图37H示出了在厚晶片251的第一表面251上或上方沉积一个或多个外延层253之后的图37G的厚晶片242。由于粘合剂与外延固有的高温的不相容性，图37D所示的载体不存在。图371示出了在外延层253上方形成导电(例如金属)接触件254以形成至少一个操作半导体器件之后的图37H的结构，其中厚晶片242仍具有圆形边缘247。常规地，研磨将在第二表面252上进行以将厚晶片242减薄至对于所得器件而言适当的厚度(例如对于肖特基二极管或MOSFET而言100至200微米)。本文公开的方法减少了对晶片研磨的需要，而是利用激光和载体辅助分离来去除厚晶片的一部分，从而厚晶片可以被表面精整并用于制造另一操作半导体器件。
发明人已发现，厚晶片242上圆形边缘247的存在抑制了相邻边缘247的表面下激光损坏的受控形成，因为圆形轮廓负面地影响激光聚集和深度控制。为了解决这个问题，可以在进一步激光处理之前去除厚晶片242的圆形边缘247。图37J示出了图37I的结构，该结构经受使用边缘研磨机256的研磨以研磨掉圆形的边缘247并且赋予在厚晶片242的第一和第二表面251、252之间延伸的基本上垂直的边缘255，其中外延层253和接触件254布置在第一表面251上。
图37K示出了在厚晶片242的第一表面251、外延层253和接触件254之上添加临时粘合剂材料257之后图37J的结构，其准备接收和粘合第一载体。图37L示出了在临时粘合剂材料257上添加第一载体258之后并且在通过穿过厚晶片242的第二表面252入射聚焦的激光发射而在厚晶片242内形成表面下激光损坏259之后的图37K的结构。图37M示出了在将刚性第二载体260结合到厚晶片242的第二表面252上靠近表面下激光损坏259之后的图37L的结构。为了分离的目的，刚性第二载体260将充当旨在去除厚晶片242的一部分(即层)的前侧载体。
在某些实施方式中，激光发射可以应用于独立设备厚晶片，且第一和第二载体可基本上同时结合到厚晶片的正面和背面。在某些实施方式中，可以在载体或晶片上针对前侧和后侧中的一者或两者施加粘合剂材料。
图37N示出了在应用如本文公开的至少一个断裂过程以沿着表面下激光损坏259断裂厚晶片242以产生第一和第二结合子组件262A、262B之后的图37M的项目。第一结合子组件262A包括第一薄晶片部分242A(与图37M的厚晶片242分离)、外延层253、接触件254、临时粘合剂材料和第一载体258。第二结合子组件262B包括第二薄晶片部分242B(与图37M的厚晶片242分离)和第二载体260。薄晶片部分242A、242B的暴露表面259A、259B可能由于激光损坏和/或断裂而呈现表面不规则，其可通过常规表面处理步骤(例如研磨、CMP和/或抛光)来减少。图37O示出了通过移除临时粘合剂257和第一载板258从第一结合子组件262A得到的可操作半导体器件264。在移除第二载体260之后，此图还有第二薄晶片部分242B，以制备第二薄晶片部分242B以供进一步处理(例如，外延生长)。
包括重新使用载体晶片的示例性方法
图38是示意性示出根据本发明的方法的步骤的流程图。从左上开始，激光器266可以将激光发射聚焦在厚结晶材料基材270(例如SiC锭)的第一表面272下方，以产生表面下激光损坏区268。其后，载体晶片224可以结合到结晶材料基材270的第一表面272，载体晶片274包括第一表面276(相邻基材270的第一表面272)和与载体晶片274的第一表面276相对的第二表面278。载体晶片278与结晶材料基材270之间的这种结合可通过本文公开的任何方法(如粘合剂结合或阳极结合)来进行。关于结晶材料基材与载体之间的阳极结合的细节公开于美国专利申请公开号2016/0189954，其中此公开的内容通过引用结合在此。之后，施加如本文公开的断裂过程(例如冷却CTE不匹配的载体、施加超声能量和/或施加机械力)以沿着表面下激光损坏区218断裂结晶材料270，使得结合到载体晶片278的结晶材料部分280与结晶材料基材270A的剩余部分分离。具有残余激光损坏的结晶材料基材270A的其余部分的新暴露表面282A被研磨光滑且清洁，并且返回到该过程的开始处(在图38的左上部)。而且，去除的结晶材料280的新暴露表面284在附着到载体274的同时被研磨成光滑的。其后，载体晶片274可以从结晶材料280的去除的部分分离，并且结晶材料280可以经受一个或多个层的外延生长以形成外延器件280’，同时载体晶片274被清洁并且返回到过程的开始(在图38的左上部)以实现结晶材料基材270的另一个相对薄的部分的去除。
图39是图38的结晶材料基材(例如SiC锭)270的一部分的横截面示意图，示出了表面下激光损坏268，其中叠加的虚线标识预期的切口损失材料区域290。预期的切口损失材料区域290包括激光损坏268，加上要从结晶材料部分280(例如SiC晶片)的下表面288(例如Si终止表面)机械地移除(例如通过研磨和抛光)以与基材270分离的材料284，加上要从基材270的剩余部分270A的上表面282A(例如，C终止)表面机械地移除(例如通过研磨和抛光)的材料286。结晶材料部分280的下表面288与其上表面272相对。在某些实施方式中，对于SiC，整个切口损失材料区域可具有在80-120微米范围内的厚度，以提供足以进行进一步处理的基材上表面282A和晶片下表面288。
通过多个研磨台/步骤的材料处理
在某些实施方式中，经受激光处理和断裂的结晶材料可以进一步用多个表面研磨步骤处理以去除表面下损坏和边缘研磨以赋予斜面或圆形的边缘轮廓，其中选择研磨步骤的顺序和/或使用保护性表面涂层来降低赋予额外表面损坏的可能性并使结晶材料晶片准备好用于化学机械平坦化。这些步骤可以例如使用根据本文公开的实施方式的材料处理设备来进行，其中示例性设备包括激光处理台、断裂台、在断裂台下游平行布置的多个粗磨台、以及在粗磨台下游布置的至少一个细磨台。当处理通过线锯切割的晶片时，通常在表面研磨或抛光之前进行边缘研磨以去除线锯切割表面损坏。然而，发明人已发现，具有激光损坏结合断裂损坏的基材部分(例如晶片)的边缘研磨增加了基材部分开裂的可能性。虽然不希望受关于这种现象的原因的任何特定理论的束缚，但认为如果在至少一些表面处理(研磨和/或抛光)之前进行边缘研磨，则由表面断裂产生的暴露的解理平面使得表面易于开裂。为此，已发现在边缘研磨之前执行至少一些表面处理(例如研磨和/或抛光)是有益的。
已经发现，粗磨步骤(即沿着基材部分和块体基材的断裂表面去除激光损坏和断裂损坏)倾向于需要比先前的激光处理和断裂步骤显著更长的时间来完成，并且比随后的的细磨步骤显著更长的时间来完成。为此，平行设置多个粗磨台，以从块状结晶材料(例如锭)中消除多个晶片的制造中的瓶颈。在某些实施方式中，机器人处理机可布置在多个粗磨台的上游和下游，以控制基材部分的装载和卸载。在某些实施方式中，载体结合台可设置在激光处理台和断裂台之间，并且载体去除台可设置在边缘研磨台的上游(直接或间接)。载体可理想地在至少一些表面研磨步骤期间保持结合至基材部分以降低断裂的可能性，特别是对于薄基材部分(例如晶片)；然而，优选在边缘研磨之前(或在边缘研磨之前用保护涂层涂覆晶片之前)移除载体。
在某些实施方式中，载体结合台可以使用预涂覆有临时结合介质的载体，将载体对准并按压到基材表面，以及使结合介质经受必要的条件(例如热和压力)以实现载体和基材之间的结合。可替代地，载体结合台可以包括可根据需要用来涂覆载体或基材的涂覆台。
图40是根据一个实施方式的材料处理设备300的示意图，包括激光处理台302、载体结合台303、材料断裂台304、平行布置的多个粗磨台308A、308B、精磨台312、载体去除台313和CMP台314。激光处理台302包括至少一个激光器和用于至少一个基材的支架，所述支架布置成接收用于在结晶材料(例如锭)中形成表面下激光损坏的至少一个激光束。载体结合台303构造成将结晶材料(在其中具有表面下激光损坏)结合到至少一个刚性载体。断裂台304布置成从载体结合台303接收一个或多个组件(每个组件包括结合到刚性载体的基材)，并沿着表面下激光损坏区断裂至少一个基材以去除基材部分(其可类似于结合到载体的晶片)。第一和第二粗磨台308A、308B平行布置在断裂台304的下游，其中第一机械处理器306设置成将从断裂台304接收的基材部分(作为粘结的组件的一部分)交替地输送至第一粗磨台308A或第二粗磨台3048B。在第一和第二粗磨台308A、308B的下游，提供第二机械处理器310以将粗研磨的基材部分(作为粘结的组件的一部分)输送到精磨台312。载体去除台313设置在精磨台312的下游，并用于将研磨的基材部分与载体分离。化学机械平坦化(CMP)台314设置在载体去除台313的下游，以制备基材部分以供进一步处理，如清洁与外延生长。CMP台314用于除去精磨后残留的损害，其本身除去粗磨后残留的损害。在某些实施方式中，每个粗磨台308A、308B包括具有小于5000目的研磨表面的至少一个研磨轮，并且精磨台312包括具有至少5000目的研磨表面的至少一个研磨轮。在某些实施方式中，每个粗磨台308A、308B经设置以从结晶材料部分(例如晶片)移除20微米至100微米的结晶材料的厚度，且精磨台312经设置以移除3微米至15微米的结晶材料的厚度。在某些实施方式中，每个粗磨台308A、308B和/或精磨台312可以包括多个研磨子台，其中，不同的子台包括不同目的研磨轮。
可以改善根据图40的设备的设备以适应边缘研磨，以赋予结晶基材部分(如晶片)的圆形或斜面边缘轮廓。这种边缘轮廓将降低晶片边缘断裂的风险。当基材部分结合至载体时，可以不执行边缘研磨；因此，载体去除台可以布置在边缘研磨台的上游(直接或间接)。
图41示出根据类似于图40的一个实施方式的材料处理设备320，但结合了边缘研磨台332。材料处理设备320包括激光处理台322、载体结合台323、材料断裂台324、第一机械处理器326、平行布置的多个粗磨台328A、328B、第二机械处理器328、载体去除台331、边缘研磨台332、精磨台334和CMP台336。示例性边缘研磨台332可布置成在转台的上夹持部与下夹持部之间夹持晶片，所述转台布置成靠近在表面期间具有凹形的旋转研磨工具(例如如图37G所示)。以这种方式夹持晶片可能不希望地对晶片表面(例如SiC晶片的Si终止表面)造成损坏。为此，图41所示的边缘研磨台332布置在精磨台334的上游，以允许在精磨台334中去除由边缘研磨台332产生的任何表面损坏。虽然精磨台334可去除小程度的厚度的晶片，从而改变由边缘研磨台332产生的圆角或斜角边缘轮廓，但是将保留足够程度的圆形或斜切边缘轮廓以抑制晶片边缘的断裂。
根据图41的设备320可以用于进行用于处理结晶材料晶片的方法，结晶材料晶片包括在其上具有表面损坏的第一表面，其中第一表面由边缘界定。该方法包括用至少一个第一研磨设备研磨第一表面以去除表面损坏的第一部分；在用至少一个第一研磨设备研磨第一表面之后，对边缘进行边缘研磨以形成斜面或圆形的边缘轮廓；以及在边缘研磨之后，用至少一个第二研磨设备研磨第一表面，以去除表面损坏的第二部分，该第二部分足以使第一表面适于通过化学机械平坦化进行进一步处理。在某些实施方式中，第一研磨设备可实施在粗磨台328A、328B中，边缘研磨可由边缘研磨台332进行，并且第二研磨设备可实施在寻找研磨台312中。在某些实施方式中，可在用至少一个第一研磨设备研磨第一表面之后且在边缘研磨边缘以形成斜面或圆形边缘轮廓之前，进行载体移除步骤。
在某些实施方式中，可以采用保护性表面涂层来降低在边缘研磨期间赋予额外的表面损坏的可能性，并使结晶材料晶片准备好用于化学机械平坦化。这种表面涂层可以包括光刻胶或任何其他合适的涂层材料，可在边缘研磨之前施加，并且可在边缘研磨之后移除。
图42是根据与图40相似的一个实施方式的材料处理设备340的示意图，但是在精磨台352和边缘研磨台356之间结合了表面涂覆台354，以及在边缘研磨台356和CMP台360之间结合了涂层去除台358。材料处理设备340还包括激光处理台342、材料断裂台344、第一机械处理器346、平行布置的多个粗磨台348A、348B、以及精磨台352上游的第二机械处理器348。涂覆台354可经配置以通过例如旋涂、浸涂、喷涂等方法施加保护涂层(例如光刻胶)。保护涂层应具有足够的厚度和坚固性，以吸收边缘研磨台365可能产生的任何损坏。对于SiC晶片，Si端面可以涂覆有保护涂层，因为Si端面通常是在其上执行外延生长的表面。涂层去除台358可配置为通过化学、热和/或机械手段剥离涂层。
根据图42的设备340可以用于进行用于处理结晶材料晶片的方法，所述结晶材料晶片包括在其上具有表面损坏的第一表面，第一表面由边缘界定。该方法包括用至少一个第一研磨设备(例如粗磨台348A、348B)研磨第一表面以去除表面损坏的第一部分；然后用至少一个第二研磨设备(例如精磨台352)研磨第一表面，以去除表面损坏的第二部分，其足以使第一表面适于通过化学机械平坦化进行进一步处理；此后在第一表面上形成保护性涂层(例如使用表面涂覆台354)；然后(例如使用边缘研磨台356)对边缘进行边缘研磨以形成斜面或圆形的边缘轮廓；以及之后从第一表面去除保护涂层(例如使用涂层去除台)。此后可以通过化学机械平坦化(例如通过CMP台360)来处理第一表面，从而使第一表面(例如晶片的Si端表面)准备好进行随后的处理，如表面清洁和外延生长。
在某些实施方式中，夹持设备可以配置为用于保持锭，该锭具有与其侧壁不垂直的端面，以允许用激光处理端面以形成表面下损坏。在某些实施方式中，夹持效应器可以符合当从上方观察时具有圆形截面的倾斜侧壁。在某些实施方式中，夹持效应器可以包括允许夹持效应器符合倾斜侧壁的接头。
图43A是根据一个实施方式的用于保持锭364的第一夹持设备362的示意性侧视横截面图，该锭具有不垂直于其侧壁370的端面366、368。上端面366水平布置，以接收激光束376。下端面368可以具有附接至下端面368的载体372，其中卡盘374(例如真空卡盘)保持载体372。提供具有非垂直面的夹持效应器378以夹持锭364的侧壁370，其中夹持效应器378相对于水平致动杆380以非垂直角度A1、A2布置。如图所示，使用夹持设备362保持锭364(例如靠近锭的底部)使得上端面366和侧壁370的上部可用于使用本文所公开的方法进行处理。
图43B是根据一个实施方式的用于保持锭364’的第二夹持设备362’的示意性侧视横截面图，该锭具有不垂直于其侧壁370’的端面366’、368’。上端面366’水平设置以接收激光束376，而下端面368’可以具有与其连接的载体372’，载体372’由卡盘374’保持。提供具有非垂直面的夹持效应器378’，以夹持锭364’的侧壁370’，其中夹持效应器378’相对于水平致动杆380’以非垂直角度A1、A2布置。枢轴接头382’设置在致动杆380’与夹持效应器378’之间，从而便于夹持效应器378’与锭364’的侧壁370’之间的自动对准。
在一个实施方式中，厚度大于10mm的150mm直径的单晶SiC基材(锭)用作生产厚度355微米的SiC晶片的起始材料。激光发射通过SiC基材的C端接上表面照射以形成表面下激光损坏。使用本文公开的热塑性粘合剂材料将蓝宝石载体结合到SiC基材的上表面，并且执行热致断裂以将SiC的上(晶片)部分与锭的剩余部分分离。使用2000目研磨轮(例如金属、玻璃体或树脂结合型研磨轮)粗研磨分离的晶片部分的Si端面和锭剩余物的C端面，以去除所有可见的激光和断裂损坏。其后，分离的晶片部分的Si端面和锭剩余物的C端面都用7000或更高目(例如高达30000目或更高)精细研磨(例如使用玻璃体研磨表面)，以产生更光滑的表面，优选地小于4nm的平均粗糙度(Ra)，更优选地在1-2nm的Ra的范围内。在锭剩余物上，需要光滑的表面以避免对随后的激光处理的任何影响。该晶片准备好CMP并且具有足够的光滑度以最小化所需的CMP去除量，因为CMP典型地是更高成本的方法。在细磨处理期间典型的材料去除可以在5至10微米的厚度范围内，以从粗磨中去除所有残留的表面下损坏和任何剩余的激光损坏(肉眼可见和不可见)。其后，锭剩余物返回到激光器用于进一步处理，晶片被边缘研磨并经受化学机械平坦化(CMP)以准备用于外延生长。可在粗糙和精细表面研磨之间执行边缘研磨，以避免划伤精密研磨的Si面的任何风险。CMP期间的材料移除可在约2微米的厚度范围内。从基材(锭)消耗的总材料可小于475微米。给定355微米的最终晶片厚度，切口损失小于120微米。
受激光功率和晶体变化影响的晶片间厚度的变化性
如本文前面所述，逐渐更高的激光功率水平对于形成足以通过断裂来分离结晶材料的激光损坏是必要的，在远离晶种的位置处开始并且在逐渐接近晶种的截面位置处获得晶片。当形成表面下损坏时，在每个连续的深度位置使用高激光功率将引起不必要的材料损失，并且由于损坏深度和相对于激光束腰部达到分解的点的变化，也将显著增加晶片到晶片厚度扩散。参考图44和45可以理解此概念。
图44是用透镜404沿传播方向聚焦入射水平束400的常规激光聚焦装置的示意性侧截面图，形成具有束腰图案的出射束402，其在对应于透镜404的焦距f的位置406处具有最小宽度Wf。在此位置406的下游，光束宽度加宽至较宽区408。图45是竖直定向的聚焦激光束402的示意性侧截面图，聚焦激光束402可被引导到结晶材料中并呈现束腰图案(在对应于透镜(未示出)的焦距的位置406处具有最小宽度)，之后束宽度变宽到较宽区408。当聚焦的激光束402被引导在结晶材料(例如，如SiC锭的基材)内时，根据如激光功率、结晶材料对辐射的吸收程度(其可能受到掺杂物的存在或不存在和/或可能随基材内的深度(和宽度)位置而变化的晶体缺陷的影响)和根据竖直位置的聚焦程度等因素，结晶材料将在不同的阈值点(即深度)处热分解。图45中示出了三个不同的分解阈值点410A-410C。
本文所公开的方法和装置允许通过对具有表面下激光损坏的结晶材料基材的顶表面成像来检测基材内的未断裂区、分析一个或多个图像以确定指示基材内未断裂区的存在的条件、以及响应于该分析(例如在达到适当条件时)进行一个或多个动作来解决上述问题。这样的动作可以包括在相同的深度位置处进行其他激光进程和/或改变用于在随后的深度位置处产生表面下激光损坏的指令集。这样的方法和装置有利于均匀厚度的基材部分的生产，而没有不必要的材料损失。
图46A-46C提供了分别源自三个SiC锭的晶片(即1至55的连续晶片标识(ID)号)的激光功率与连续晶片标识的图表，其中在每个情况下，与晶种的接近度随着晶片ID号的增加而增加(即切片1离晶种最远)。图46A示出了第一SiC锭的结果，其中第一晶片组411A在以约3.75W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂，第二晶片组412A在以约4W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂，第三晶片组413A在以约4.25W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂，第四晶片组414A在以约4.5W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂，以及第五晶片组415A在以约4.6W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂。图46B示出了第二SiC锭的结果，其中第一晶片组411B在以低于3.2W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂，第二晶片组412B在以约3.4W的激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂，以及第三至第五晶片组413B-415B在以比最后一个高约0.25W的更高激光功率水平形成表面下激光损坏之后断裂。图46C示出，根据晶片组411C-420C，在不同的晶片组411C-420C之间在约4W至约5.5W范围内的激光功率水平，需要十个不同的激光功率水平来成功地形成从单个SiC锭(通过形成表面下激光损坏然后断裂)依次分割的5五个晶片。因此，图46A-46C示出各锭之间以及各锭内的激光功率需求的显著变化，以通过激光辅助分离形成厚度基本相同的多个晶片。
图47是电阻率(Ohm-cm)与每锭50个晶片的切片数的图表，每锭50个晶片由约五十(50)个SiC锭生产，叠加的多项式拟合示出电阻率随切片数降低。在每个实例中，增加的切片数代表与其上外延生长锭的晶种的增加的接近度，其中切片1代表距晶种最远的锭的顶部。尽管电阻率范围在锭与锭之间显著变化，但是随着与晶种的接近度增加，电阻率在每个锭中持续降低。图47的y轴的电阻率值范围与N型SiC一致。电阻率的降低对应于掺杂增加和激光吸收增加。
图48是激光功率(瓦特)相对于由约50个SiC锭制造的晶片的电阻率的曲线图，具有叠加的多项式拟合，激光功率代表通过本文所述的方法实现成功的激光辅助分离(在表面下激光损坏形成之后断裂)所需的值。图48示出尽管激光功率要求在锭与锭之间显著变化，但实现成功分离所需的激光功率水平随着锭的电阻率水平的增加而降低。
包括漫射光源和成像设备的装置
在某些实施方式中，材料处理装置包括激光处理台，激光处理台配置为处理结晶材料基材以在其中形成表面下激光损坏，激光处理台包括照射和成像设备，照射和成像设备配置为允许检测指示在结晶材料内部存在未断裂区的条件。使用未断裂区作为可见指示来确定何时在第一平均深度位置处需要额外的激光基材损坏(用于形成基材的第一减小厚度部分，如从锭得到的第一晶片)和/或何时在随后的平均深度位置处需要额外的激光功率用于形成激光损坏(用于形成基材的随后的减小厚度部分，如从锭得到的随后的晶片)，就晶片厚度分布而言可以提供稳定且可重复的激光分离方法，同时避免不必要的截口损失。在此背景下使用术语“平均深度位置”，因为激光聚焦深度位置的轻微变化(例如典型地10微米或更小)可以在用于形成基材的相同厚度减小部分的表面下激光损坏形成遍次之间和/或在单次激光损坏形成内(例如以解决增加的掺杂区(如掺杂环)的存在)使用。
优选地，照射和成像设备定位成允许基材表面成像，同时基材由激光处理卡盘保持。这种能力允许检查(例如以自动方式成像和分析)基材，以快速评估在断裂之前是否可能需要额外的激光处理，而不需要将基材移除并重新安装在激光处理卡盘中。当存在于激光处理台中时，对基材的这种原位检查通过避免停机时间而增加了激光处理工具的利用率，由此增强了激光分离方法的产量。在某些实施方式中，可以将激光移动远离由激光处理夹盘保持的基材，以允许在无激光阻挡基材表面的照射或成像的情况下进行成像。
图49A和49B分别提供了漫射光源438和成像设备442的示意性侧截面图和俯视平面图，漫射光源和成像设备布置在激光处理台425内的结晶材料基材430附近。参考图49A，结晶材料基材430包括顶表面433和布置在顶表面433下方的基材430的内部的表面下激光损坏434。如果基材具有六方晶体结构，则表面下激光损坏434在平行于＜11-20>方向的方向上可以大致类似于不规则的锯齿图案。基材430包括中心轴436。漫射光源438相对于中心轴线436在第一方向437A上横向移位，并且成像设备442相对于中心轴线436在相反的第二方向437B上横向移位。漫射光源438和成像设备442两者可以相对于基材430的顶表面433向上移位。另外，漫射光源438可以布置在基材430的第一侧面431，成像设备442可以布置在基材430的相对的第二侧面432。在某些实施方式中，可以在漫射光源438的发光表面与成像设备442的光接收表面之间限定的角度(可选地可表示为离开漫射光源438的光束440与由成像设备442接收的入射光束444之间的角度)可以在约100度与约170度之间的范围内。在某些实施方式中，漫射光源438可以包括任何合适的一个或多个发光设备(例如发光二极管)，其中漫射器布置在发光设备与离开漫射光源438的光束440之间。在某些实施方式中，成像设备442可以包括一个或多个电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，可选地布置在阵列中。
图49B提供了与图49A中所描绘的相同元件的俯视平面图。基材430可以包括基本平行于＜11-20>方向(图49A所示)的主平坦部435(图49B所示)。发明人已发现漫射光源438和成像设备442相对于基材430的取向对于辅助表面下激光损坏的成像是重要的。在某些实施方式中，光源可以基本垂直于基材430的主平坦部435和/或垂直于基材430的六方晶体结构的
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方向的±5度以内定位，以增强通过基材430的顶表面433的未断裂区的可视性。
图50A是具有表面下激光损坏的结晶SiC基材450的顶表面的图像，并用类似于图49A-49B中所示的装置成像。图50A的基材450包括不同颜色的三个区451-453(在原始图像中)和对应于基材450内的未断裂区的不规则形状的暗区456。在原始图像中，最外面的近似环形区451(包括主平坦部455)主要为绿色，中间的近似环形区452主要为红色，并且中心的近似圆形区453主要为金色。在中心区453内，不规则形状的黑色区456是可见的。黑色区456对应于沿着基材450的上表面下方的表面下激光损坏的存在的未断裂区。认为不同区451-453的不同颜色(绿色、红色和金色)对应于断裂损坏的程度。在某些实施方式中，本文公开的方法包括分析图像的至少一种性质以识别具有不同程度的裂纹损坏的区域，和调整一个或多个激光损坏形成参数(例如激光功率、激光聚焦深度、激光脉冲持续时间和/或激光损坏形成进程次数等)以在相同的(例如第一)平均深度位置形成补充表面下激光损坏(以形成基材的第一厚度减小部分，例如第一晶片)和/或在不同的(例如第二或随后的)平均深度位置形成随后的表面下激光损坏(以形成基材的第二和随后的厚度减小部分，例如第二和随后的晶片)以解决基材性质差异，所述基材性质差异可以随基材内的竖直(深度)位置和/或水平位置而变化。
尽管图49A-49B示出了沿着基材的相对侧面布置的漫射光源438和成像设备442的应用，但是在某些实施方式中，可以使用其他配置和/或类型的光源和成像设备。在某些实施方式中，可以用至少一个显微镜(如光学显微镜、共焦显微镜、扫描电子显微镜和/或透射电子显微镜)扫描基材的顶表面的一个或多个部分(或整体)，其中基材与显微镜之间存在相对平移。
图50B是基材代表450A的示意图，其示出在虚线区451A-453A(其最外区域453A包围主平坦部455A)内的图50A的不规则形状的暗区456，其基本上对应于图50A的基材450的顶表面的不同颜色区域451-453之间的边界。在某些实施方式中，可以从捕获的图像中移除暗区456之外的所有区以有利于暗区456的一或多个区域性质的分析。
图50C是图50A-50B中所示的不规则形状的暗区456的放大视图，但连续暗区各自编号456A-456D，且在各个区456A-456D周围添加矩形框。每一暗区456A-456D具有分别对应于L1-L4及W1-W4的最大长度及最大宽度。在某些实施方式中，源自基材的图像的分析包括确定指示结晶材料内部存在未断裂区(例如在某些实施方式中为暗区和/或黑色区)的条件，和量化内部一个或多个未断裂区的顶部区域性质(或至少一个顶部区域性质)。在某些实施方式中，量化的顶部区域性质包括所有未断裂区的聚焦的顶部区域。在某些实施方式中，量化的顶部区域性质包括单独确定任何连续未断裂区，以及量化每个连续未断裂区的顶部区域和/或量化连续未断裂区的最大长度和宽度尺寸和/或确定连续未断裂区的长度/宽度纵横比。在某些实施方式中，长度和宽度可以相对于基材的结晶方向和/或主平坦部来确定(例如长度垂直于主平坦部，宽度平行于主平坦部)。发明人已经发现，给定顶部区域的大的连续未断裂区的存在可以比相同聚焦顶部区域的许多不连续未断裂区的存在更容易地抑制断裂。此外，发明人发现连续未断裂区的取向和/或纵横比可以影响断裂抑制。指示未断裂区的小的局部黑色区通常不妨碍通过断裂的分离，但随着黑色区的尺寸增加(特别是在大致平行于主平坦部和/或大致垂直于激光损坏线的宽度方向上)，此类区域可以确定在相同平均深度位置增加另一激光损坏形成进程和/或当在随后的平均深度位置形成激光损坏区域时增加激光功率的需要。与具有大宽度的未断裂区相比，具有大长度(例如在垂直于主平坦部的方向上)的未断裂区在抑制断裂方面的问题可能较小。
图51是根据一个实施方式的材料处理装置458的示意图，包括激光处理台459，该激光处理台包括激光器465、至少一个位移平台466(例如优选地x-y-z位移平台)，该位移平台配置为用于促进激光器465与基材460之间的相对移动，漫射光源468，配置为用于照射基材460的顶表面463，以及成像设备472，配置为用于生成基材460的顶表面463的至少一个图像。基材460布置在支撑件464上方，支撑件可以包括激光工具卡盘。材料处理装置458内的不同物品与具有相关联存储器476的至少一个计算设备474电通信。计算设备474可以控制漫射光源468、成像设备472、激光器465和位移平台466的操作。存储器476可以进一步存储可在个别基材基础上使用和修改的基材特定指令集(例如制造配方)。在某些实施方式中，计算设备474和存储器476可以用于进行本文所公开的方法的各个步骤，包括但不限于分析基材图像以确定指示基材内部存在未断裂区的条件，量化未断裂区的一个或多个顶部区域性质，以及将顶部区域性质与一个或多个预定阈值区域性质进行比较。在某些实施方式中，计算设备474可以进一步用于分析图像和检测不同颜色区域的存在(例如除黑色或暗点的存在之外)，且响应于此分析而调整激光器465的操作以补偿激光面污染。在某些实施方式中，计算设备474可以进一步用于检测在基材的不同区中不同掺杂条件的存在，并响应地改变激光功率输送。在某些实施方式中，响应于指示结晶材料非均匀掺杂的条件的存在，在形成表面下激光损坏图案期间可以改变激光功率，以在第一掺杂区中形成表面下激光损坏时以第一平均功率水平提供激光发射，并在第二掺杂区中形成表面下激光损坏时以第二平均功率水平提供激光发射，其中第一平均功率电平和第二平均功率电平彼此不同。
包括成像、比较和激光/功率调整的方法
图52是示出第一结晶材料处理方法中的步骤的流程图480，该方法通常包括生成具有表面下激光损坏的基材的顶表面的图像，分析图像以确定指示一个或多个未断裂区的条件的存在，将未断裂区的一个或多个性质与第一阈值和第二阈值比较，以及响应于比较进行动作(即(A)在基本相同的深度位置处进行额外的激光进程来形成补充的激光损坏，可选地调整一个或多个激光参数和/或(B)调整一个或多个激光参数以在第二深度位置和随后的深度位置处形成表面下激光损坏)。该方法在框482处开始。转到框484，第一步骤包括在结晶材料基材中形成表面下激光损坏，该结晶材料基材具有沿着基材顶表面下方的第一(或新的)深度位置的至少一个表面下激光损坏图案(可选地包括如本文所公开的至少一条基本上平行的线)，其中至少一个表面下激光损坏图案配置为促进在结晶材料的内部形成从至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的至少一个多条裂纹。进行到框486，第二步骤包括生成基材的顶表面的至少一个图像。在某些实施方式中，图像生成步骤包括用漫射光源照射顶表面，漫射光源布置在基材的第一侧面(优选地布置为基本上垂直于基材的主平坦部和/或垂直于六方晶体结构的[1120]方向的±5度内)，并且用布置在基材的与第一侧面相对的第二侧面的成像设备捕获至少一个图像。在某些实施方式中，可以使用如本文公开的一种或多种替代性或另外的成像方法。
进行到框488，进一步的步骤包括分析至少一个图像以确定指示在结晶材料的内部存在未断裂区(例如在某些实施方式中为暗和/或黑色区)的条件。可选地，可以量化该内部中的一个或多个未断裂区的至少一个顶部区域性质，其中量化的顶部区域性质可以可选地包括所有未断裂区的聚焦的顶部区域。在某些实施方式中，量化的顶部区域性质包括任何连续未断裂区的单独识别，并且量化每个连续未断裂区的顶部区域和/或量化连续未断裂区的最大长度和宽度尺寸和/或识别连续未断裂区的长度/宽度纵横比。在某些实施方式中，长度和宽度可以相对于基材的结晶方向和/或主平坦部来建立(例如长度垂直于主平坦部，宽度平行于主平坦部)。发明人已经发现，给定顶部区域的大的连续未断裂区的存在可以比相同聚焦体顶部区域的许多不连续未断裂区的存在更容易地抑制断裂。此外，发明人发现连续未断裂区的取向和/或纵横比可以影响断裂抑制。指示未断裂区的小的局部黑色区通常不妨碍通过断裂的分离，但随着黑色区域的尺寸增加(特别是在大致平行于主平坦部和/或大致垂直于激光损坏线的宽度方向上)，此类区域可以确定在相同平均深度位置增加另一激光损坏形成进程和/或当在随后的平均深度位置形成激光损坏区域时增加激光功率的需要。与具有大宽度的未断裂区相比，具有大长度(例如在垂直于主平坦部的方向上)的未断裂区在抑制断裂方面的问题可能较小。
继续到判定框490，将一个或多个未断裂区的一个或多个性质(可选地包括至少一个量化的顶部区域性质)与至少一个第一预定阈值进行比较。第一阈值可以包括(不一定限于)以下中的任何一个或多个：连续未断裂区顶部区阈值、总的未断裂顶部区阈值、最大未断裂宽度阈值、最大长度/宽度纵横比阈值等。如果一个或多个未断裂区的至少一个性质没有超过至少一个第一预定阈值，则方法进行到框498，根据该方法，将基材转移到断裂台，以产生厚度通常对应于第一平均深度位置的基材的第一厚度减小部分(例如来自锭的第一晶片)。相反，如果一个或多个未断裂区的至少一个性质超过至少一个第一预定阈值，那么方法前进到框492，根据该框，通过在基材中的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置处产生表面下激光损坏图案时(例如用于形成基材的至少一个其他减小厚度部分，如来自锭的第二晶片和随后的晶片)，递增地调整用于形成表面下激光损坏的至少一个激光参数，来修改与基材有关的指令集(例如制造配方)。可以调整的激光参数包括激光功率、激光聚焦深度、激光进程次数、激光进程间隔、激光脉冲宽度等中的任何一个或多个。在涉及改变激光功率的某些实施方式中，修改指令集以使平均激光功率增加从0.10至0.50瓦、或从0.15至0.35瓦、或从0.20至0.30瓦的范围内的值，或增加约0.25瓦的值。用于在第二和随后的平均深度位置形成随后的激光损坏的一个或多个激光参数的调整之后不一定是在先前建立的第一平均深度位置形成其他损坏。在判定框494处，确定在第一平均深度位置处的其他激光损坏是否可能是促进断裂所必需的。
判定框494包括将一个或多个未断裂区的一个或多个性质(可选地包括至少一个量化的顶部区域性质)与至少一个第二预定阈值进行比较的步骤。在某些实施方式中，第二预定阈值大于第一预定阈值。第二阈值可以包括(未必限于)以下中的任何一个或多个：连续未断裂区顶部区域阈值、总计未断裂顶部区域阈值、最大未断裂宽度阈值、最大长度/宽度纵横比阈值等。如果未断裂区的至少一个性质不超过至少一个第二预定阈值，则方法进行到框498，根据该步骤，将基材转移到断裂台，因为认为额外的激光损坏对于支持基材沿着第一平均深度位置的断裂是不必要的。相反，如果未断裂区的至少一个性质超过至少一个第二预定阈值，则方法进行到框496，根据该框496，沿着第一平均深度位置形成其他表面下激光损坏。在某些实施方式中，这需要进行激光和基材之间的相对移动，同时至少在未断裂区中，但可选地在整个基材上提供聚焦在基材内部之内的激光发射，以在第一平均深度位置或靠近第一平均深度位置形成补充的表面下激光损坏图案，以补充至少一个表面下激光损坏图案，并促进在从补充的至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的结晶材料内部中形成额外的裂纹。在形成这种补充的表面下激光损坏之后，该方法进行到框498，根据该框将基材转移到断裂台。
转到框500，在某些实施方式中，可以在断裂台处将载体粘结到基材上以形成粘结的组件。之后，根据框502，结晶材料沿着第一深度位置断裂，以将粘结的组件(包括载体和基材的移除部分)与基材的剩余部分分离，其中此步骤用以暴露基材的新的顶表面。之后，根据框504，可以将基材返回至激光处理台(可选地在表面处理如研磨和/或抛光新暴露的基材表面之后)，以根据框484进行另一表面下激光损坏步骤。若根据框492修改与基材有关的指令集以增加平均激光功率，则修改的指令集将用于在进行框484的步骤时形成表面下损坏。该修改的指令集优选地存储在存储器中并与特定基材相关联(例如在关系数据库的记录中，该关系数据库包括用于在基材内形成表面下激光损坏的基材标识和参数)。以此方式，维持用于形成表面下激光损坏的基材特定配方，且可动态地更新基材特定配方。
在框502处从基材断裂粘结的组件之后，可以将粘结的组件转移至一个或多个表面处理台(根据框506)以改变附接至载体的基材部分。可以进行的表面处理步骤的实例包括分别根据框508、510、512和514的粗磨、边缘研磨、精磨和清洁。之后，经处理的基材部分可以准备好用于进行外延生长。
图53是示出第二结晶材料处理方法中的步骤的流程图520，该方法通常包括生成具有表面下激光损坏的基材的顶表面的图像，分析图像以量化一个或多个未断裂区的顶部区域性质，将顶部区域性质与第一阈值区域性质和第二阈值区域性质进行比较，以及响应于比较而进行动作(即在相同深度位置处进行其他激光进程和/或在随后的深度位置处调整表面下激光损坏的功率)，以增强从基材产生基材部分(例如晶片)的可靠性。在框522处开始该方法。继续到块524，第一步骤包括在结晶材料基材中形成表面下激光损坏，该结晶材料基材具有沿着基材顶表面下方的(新的)第一深度位置的至少一个表面下激光损坏图案(可选地包括至少一条基本上平行的线)，其中至少一个表面下激光损坏图案配置为促进在基本上从至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的结晶材料内部形成至少一个多条裂纹。进行到框526，第二步骤包括生成基材的顶表面的至少一个图像。在某些实施方式中，图像生成步骤包括用漫射光源照射顶表面，漫射光源布置在基材的第一侧面(优选地布置为基本上垂直于基材的主平坦部和/或垂直于六方晶体结构的
Figure BDA0003235538130000671
方向的±5度内)，以及用布置在基材的与第一侧面相对的第二侧面的成像设备捕获至少一个图像。在某些实施方式中，可以使用如本文公开的一种或多种替代性或另外的成像方法。
继续到框528，进一步的步骤包括分析至少一个图像以确定指示在结晶材料的内部存在未断裂区(例如在某些实施方式中为暗和/或黑色区)的条件，以及量化内部中的一个或多个未断裂区的顶部区域性质(或至少一个顶部区域性质)。在某些实施方式中，量化的顶部区域性质包括所有未断裂区的聚焦的顶部区域。在某些实施方式中，量化的顶部区域性质包括任何连续未断裂区的单独识别，以及量化每个连续未断裂区的顶部区域和/或量化连续未断裂区的最大长度和宽度尺寸和/或识别连续未断裂区的长度/宽度纵横比。在某些实施方式中，长度和宽度可以相对于基材的结晶方向和/或主平坦部来建立(例如长度垂直于主平坦部，宽度平行于主平坦部)。
前进到判定框530，将至少一个量化的顶部区域性质与至少一个第一预定区域(或区域性质)阈值进行比较。第一阈值可以包括以下各项中的任何一项或多项：连续未断裂区顶部区域阈值、总计未断裂顶部区域阈值、最大未断裂宽度阈值、最大长度/宽度纵横比阈值等。如果该至少一种量化的顶部区域性质没有超过该至少一种第一预定阈值区域性质，则该方法进行到框538，根据该框将该基材转移到断裂台。相反，如果至少一个量化的顶部区域性质超过至少一个第一预定阈值区域性质，则方法进行到框532，根据该框，当在基材中的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置处产生表面下激光损坏图案时，通过递增地增加用于形成表面下激光损坏的平均激光功率来修改与基材有关的指令集(例如制造配方)。(可以调整的激光参数可以另外地或可替代地包括激光聚焦深度、激光进程次数、激光进程间隔、激光脉冲宽度等中的任何一个或多个)在某些实施方式中，指令集被修改为使平均激光功率增加在从0.10至0.50瓦、或从0.15至0.35瓦、或从0.20至0.30瓦的范围内的值，或增加约0.25瓦的值。用于在第二和随后的平均深度位置形成随后的激光损坏的激光功率的增加之后不一定是在先前建立的第一平均深度位置形成额外损坏。在判定框534处进行确定是否可能需要其他激光损坏来促进断裂。
判定框534包括将至少一个量化的顶部区域性质与至少一个第二预定阈值区域性质进行比较的步骤。在某些实施方式中，第二预定阈值区域性质大于第一预定阈值区域性质。第二阈值区域性质可以包括以下中的任何一个或多个：连续未断裂区顶部区域阈值、总计未断裂顶部区域阈值、最大未断裂宽度阈值、最大长度/宽度纵横比阈值等。如果至少一个量化的顶部区域性质没有超过至少一个第二预定阈值区域性质，则方法进行到框538，根据该框，将基材转移到断裂台，因为认为额外的激光损坏对于支持基材沿着第一平均深度位置的断裂是不必要的。相反，如果至少一个量化的顶部区域性质超过至少一个第二预定阈值区域性质，则方法进行到框536，根据该框536，沿着第一平均深度位置形成补充的表面下激光损坏。在某些实施方式中，这需要进行激光和基材之间的相对移动，同时提供聚焦在基材内部之内的激光器的发射，以在第一平均深度位置或接近第一平均深度位置形成补充的表面下激光损坏，以补充至少一个表面下激光损坏图案，并促进在从补充的至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的结晶材料内部中形成额外的裂纹。在形成这种补充的表面下激光损坏之后，该方法进行到框538，根据该框将基材转移到断裂台。
前进至框540，在某些实施方式中，载体可以在断裂台处粘结到基材以形成粘结的组件。之后，根据框542，结晶材料沿着第一深度位置断裂，以分离粘结的组件(包括载体和基材的移除部分)和基材的剩余部分，此步骤用于暴露基材的新顶表面。之后，根据框544，可以将基材返回至激光处理台(可选地在表面处理如研磨及/或抛光新暴露的基材表面之后)，以根据框524进行另一表面下激光损坏步骤。如果根据框532修改与基材有关的指令集以增加平均激光功率，则在进行框524的步骤时，修改的指令集将用于形成表面下损坏。该修改的指令集优选地存储在存储器中并与特定基材相关联，如存储在关系数据库的记录中，该关系数据库包括用于在基材内形成表面下激光损坏的基材标识符和参数。
在框542处从基材断裂粘结的组件之后，可以将粘结的组件移送至一个或多个表面处理台(根据框546)以改变附接至载体的基材部分。可以进行的表面处理步骤的实例包括分别根据框548、550、552及554的粗磨、边缘研磨、细磨及清洁。之后，经处理的基材部分可以准备好用于进行外延生长。
可与系统和方法一起使用的代表性计算机系统
图54是可以包括在本文公开的系统或方法的任何组件中的计算机系统600(可选地在计算设备中体现)的一般化代表的示意图。在此方面，计算机系统600适于进行来自计算机可读介质的指令以进行本文所述的这些和/或任何功能或处理。在此方面，图54中的计算机系统600可以包括可被执行以编程和配置用于支持受支持的通信服务的缩放的可编程数字信号处理电路的一组指令。计算机系统600可以连接(例如联网)到LAN、内联网、外联网或互联网中的其他机器。虽然仅示出了单个设备，但术语“设备”还应被视为包括单独或共同进行一组(或多组)指令以进行在此讨论的方法中的任何一种或多种方法的设备的任何集合。计算机系统600可以为包含于电子板卡中的一个或多个电路，例如印刷电路板(PCB)、服务器、个人计算机、桌上型计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、计算板、移动设备或任何其他设备，且可以表示例如服务器或用户的计算机。
在该实施方式中，计算机系统600包括处理设备或处理器602、主存储器604(例如只读存储器(ROM)、闪存、如同步DRAM(SDRAM)的动态随机存取存储器(DRAM)等)和静态存储器606(例如闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)，其可以经由数据总线608彼此通信。可替代地，处理设备602可以直接或经由一些其他连接装置连接到主存储器604和/或静态存储器606。处理设备602可以是控制器，以及主存储器604或静态存储器606可以是任何类型的存储器。
处理设备602代表一个或多个通用处理设备，如微处理器、中央处理单元等。更具体地，处理设备602可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器或实现指令集的组合的其他处理器。处理设备602配置为进行指令中的处理逻辑，用于进行本文所讨论的操作和步骤。
计算机系统600可以进一步包括网络接口设备610。计算机系统600还可以包括或可以不包括输入端612，该输入端配置为用于接收输入和当进行指令时有待传达至计算机系统600的选择。计算机系统600还可以包括或可以不包括输出614，包括但不限于显示器、视频显示单元(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入设备(例如键盘)和/或光标控制设备(例如鼠标)。
计算机系统600可以包括或可以不包括数据存储设备，该数据存储设备包括存储在计算机可读介质618中的指令616。在由计算机系统600进行指令616期间，指令616还可完全或至少部分驻留在主存储器604内和/或处理设备602内，主存储器604和处理设备602也构成计算机可读介质。指令616可进一步经由网络接口设备610经由网络620发射或接收。
虽然计算机可读介质618在一个实施方式中被示出为单个介质，但术语“计算机可读介质”应被视为包括存储一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“计算机可读介质”还应当被视为包括能够存储、编码或携带指令集的任何介质，所述指令集用于由处理设备进行并且使处理设备进行本文公开的实施方式的方法中的任何一种或多种方法。术语“计算机可读介质”应相应地被认为包括但不限于固态存储器、光学介质和磁性介质。
本文公开的实施方式包括各种步骤。本文公开的实施方式的步骤可以由硬件组件进行或进行，或可以在机器可进行指令中体现，所述机器可进行指令可以用于使编程有指令的通用或专用处理器进行步骤。可替代地，这些步骤可以通过硬件和软件的组合来进行。
本文公开的实施方式可以作为计算机程序产品或软件来提供，所述计算机程序产品或软件可以包括其上存储有指令的机器可读介质(或计算机可读介质)，所述指令可用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程以进行根据本文公开的实施方式的过程。机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机构。例如，机器可读介质包括机器可读存储介质(例如ROM、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备等)等。
除非另有具体说明并且从之前的讨论中显而易见，应了解贯穿本说明书，利用术语如“分析”、“处理”、“计算”、“确定”、“显示”等的讨论是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和处理，该动作和处理将表示为计算机系统的寄存器内的物理(电子)量的数据和存储器操纵和转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输、或显示装置内的物理量的其他数据。
本文中所呈现的算法和显示并非固有地涉及任何特定计算机或其他装置。各种系统可以与根据本文的教导的程序一起使用，或可以证明构造更专门的装置以进行所需的方法步骤是方便的。在上文的描述中公开了用于各种这些系统的所需结构。此外，本文描述的实施方式不参考任何特定编程语言来描述。将了解，各种编程语言可以用于实现如本文中所描述的各实施方式的教导。
所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文中所公开的实施方式而描述的不同说明性逻辑框、模块、电路和算法可实施为电子硬件、存储在存储器或另一计算机可读介质中且由处理器或其他处理设备进行的指令，或两者的组合。作为实例，本文中所描述的系统的组件可用于任何电路、硬件组件、集成电路(IC)或IC芯片中。本文公开的存储器可以是任何类型和大小的存储器并且可以配置为用于存储任何类型的所希望的信息。为了清楚地说明此可互换性，上文已大体上依据其功能性来描述不同说明性组件、框、模块、电路和步骤。如何实现这样的功能取决于特定应用、设计选择和/或强加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式实施所描述的功能性，但此类实施判定不应被解释为致使脱离本实施例的范围。
结合本文中所公开的实施方式描述的不同说明性逻辑框、模块和电路可用经设计以进行本文中所描述的功能的处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或进行。此外，控制器可以是处理器。处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算设备的组合(例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器，或任何其他此类配置)。
本文公开的实施方式可体现在硬件中和存储在硬件中的指令中，并且可驻留在例如RAM、闪存、ROM、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的计算机可读介质中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息和将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可集成到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在远程台中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻留在远程台、基台或服务器中。
还应注意的是，本文的任何实施方式中所描述的操作步骤被描述为提供实例和讨论。所描述的操作可以按除了所示序列之外的许多不同序列来进行。此外，在单个操作步骤中描述的操作实际上可以在多个不同的步骤中进行。另外，可以组合实施例中所讨论的一个或多个操作步骤。所属领域的技术人员还将理解，可使用多种技术和技术中的任一者来表示信息和信号。例如，贯穿以上描述可参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片可由电压、电流、电磁波、磁场、粒子、光场或其任何组合来表示。
除非另外明确说明，否则决不旨在将在此阐述的任何方法解释为要求其步骤以特定顺序进行。因此，在方法根据权利要求实际上没有叙述其步骤所遵循的顺序的情况下，或在根据权利要求书或说明书中没有另外具体声明这些步骤将限于特定顺序的情况下，决不旨在推断任何特定顺序。
在此考虑了本文公开的任何一个或多个实施例的任何一个或多个特征或特性可以与其他实施方式的那些特征或特性组合，除非在此明确指出是相反的。
通过本公开的一个或多个实施方式可以获得的技术益处可以包括：通过激光处理和随后的断裂从结晶材料基材(例如，锭块)制造具有均匀厚度的晶片的增强的再现性，同时避免不必要的材料损失；当进行激光辅助分离方法时，解决不同基材之间以及单一基材中不同深度位置处的激光功率需求的变化；增强对具有表面下激光损坏的结晶材料基材内的未断裂区的检测；与线锯相比减少的结晶材料截口损失；与线锯相比，结晶材料晶片和所得器件的处理时间减少并且产量增加；与现有的基于激光的方法相比，减少了激光处理时间；沿着激光损坏区域实现断裂所需的力减小；减少对分离后表面平滑化以去除分离之后的激光损坏的需要；和/或减少的结晶材料弯曲和断裂。
本领域的技术人员将认识到对本公开的优选实施方式的改进和修改。所有这些改进和修改都被认为在本文公开的概念和随后的根据权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种结晶材料处理方法，包括：
提供沿着基材的结晶材料的内部之内的第一平均深度位置聚焦的激光发射，以及进行所述激光和所述基材之间的相对横向移动，以形成具有至少一个表面下激光损坏图案的表面下激光损坏，其中所述至少一个表面下激光损坏图案配置为促进在所述基材的内部形成从所述至少一个表面下激光损坏图案向外扩展的至少一个多条裂纹；
在形成所述至少一个表面下激光损坏图案之后，在所述基材的顶表面生成至少一个图像；
分析所述至少一个图像以确定指示所述基材的内部的未断裂区的存在的条件，其中所述分析包括量化所述基材的内部的一个或多个未断裂区的顶部区域性质，以及比较所述顶部区域性质与至少一个预定阈值区域性质；以及
响应于所述分析，进行以下步骤(i)或(ii)中的至少一个：
(i)进行所述激光和所述基材之间的相对移动，同时至少在所述未断裂区提供聚焦在所述基材的内部之内的激光发射，以形成补充的表面下激光损坏来补充所述至少一个表面下激光损坏图案，以及促进沿着或靠近所述第一平均深度位置在所述未断裂区中促进形成额外的裂纹，用于形成所述基材的第一厚度减小的部分；
(ii)当在所述基材的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置产生表面下激光损坏图案时，改变与所述基材有关的用于形成表面下激光损坏的指令集，用于形成所述基材的至少一个另外的厚度减小的部分。
2.根据权利要求1所述的结晶材料处理方法，其中，所述至少一个预定阈值区域性质包括第一预定阈值区域性质和第二预定阈值区域性质，其中所述第二预定阈值区域性质大于所述第一预定阈值区域性质，并且所述方法包括：
如果所述顶部区域性质至少与所述第一预定阈值区域性质一样大，则进行步骤(i)，然后进行步骤(ii)；以及
如果所述顶部区域性质至少与所述第二预定阈值区域性质一样大，则进行步骤(i)。
3.根据权利要求1所述的结晶材料处理方法，包括响应于所述分析进行步骤(i)和(ii)两者。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的结晶材料处理方法，其中，步骤(ii)包括当在所述基材的所述第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置产生表面下激光损坏图案时，调整(a)平均激光功率、(b)相对于所述基材的暴露表面的激光聚焦深度或(c)激光损坏形成进程的次数中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的结晶材料处理方法，其中，根据步骤(ii)改变所述指令集包括将平均激光功率增加0.15至0.35瓦特范围内的值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的结晶材料处理方法，其中，步骤(i)包括当产生所述补充的表面下激光损坏时，调整(a)平均激光功率或(b)相对于所述基材的暴露表面的激光聚焦深度中的至少一种，以补充所述至少一个表面下激光损坏图案以及促进沿着或靠近所述第一平均深度位置在所述未断裂区中形成额外的裂纹。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的结晶材料处理方法，其中，所述基材包括具有主平坦部的大致圆形的边缘，并且生成所述至少一个图像包括：(a)利用由漫射光源生成的漫射光照射所述顶表面，所述漫射光源布置在所述基材的第一侧面并且布置为基本上垂直于所述主平坦部，以及(b)利用布置在所述基材的相对的第二侧面的成像设备捕获所述至少一个图像。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的结晶材料处理方法，其中：
所述结晶材料包括六方晶体结构；并且生成所述至少一个图像包括：(a)利用由漫射光源生成的漫射光照射所述顶表面，所述漫射光源布置在所述基材的第一侧面并且布置在垂直于所述六方晶体结构的
Figure FDA0003235538120000031
方向的±5度以内，以及(b)利用布置在与所述第一侧面相对的所述基材的第二侧面的成像设备来捕获所述至少一个图像。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的结晶材料处理方法，其中：
所述至少一个表面下激光损坏图案包括第一表面下激光损坏图案和在所述第一表面下激光损坏图案之后形成的第二表面下激光损坏图案；
所述第一表面下激光损坏图案包括第一多条基本上平行的线，并且所述第二表面下激光损坏图案包括第二多条基本上平行的线；
所述第二多条基本上平行的线中的线散布在所述第一多条基本上平行的线中的线之间；并且
所述第二多条基本上平行的线中的至少一些线不与所述第一多条基本上平行的线中的任何线交叉。
10.根据权利要求9所述的结晶材料处理方法，其中，所述第二多条基本上平行的线中的每条线布置在所述第一多条基本上平行的线中的不同对的相邻线之间。
11.根据权利要求9所述的结晶材料处理方法，其中：
所述结晶材料包括六方晶体结构；并且
所述第一多条基本上平行的线中的每条线和所述第二多条基本上平行的线中的每条线在垂直于所述六方晶体结构的
Figure FDA0003235538120000041
方向的±5度内并且基本上平行于所述基材的表面。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的结晶材料处理方法，其中：
所述至少一个表面下激光损坏图案包括第一表面下激光损坏图案和在所述第一表面下激光损坏图案之后形成的第二表面下激光损坏图案；
所述至少一个多条基本上平行的线包括第一多条基本上平行的线和第二多条基本上平行的线；
所述第一多条基本上平行的线中的线不平行于所述第二多条基本上平行的线中的线；
所述第二多条基本上平行的线中的线的角度方向与所述第一多条基本上平行的线中的线的角度方向相差不超过10度；并且
所述第二多条基本上平行的线中的至少一些线不与所述第一多条基本上平行的线中的任何线交叉。
13.根据权利要求12所述的结晶材料处理方法，其中：
所述至少一个表面下激光损坏图案进一步包括在所述第二表面下激光损坏图案之后形成的第三表面下激光损坏图案；
所述至少一个多条基本上平行的线进一步包括第三多条基本上平行的线；
所述至少一个多条裂纹包括第一、第二和第三多条裂纹；
所述第一表面下激光损坏图案在所述基材的内部形成第一多条裂纹，所述第一多条裂纹从所述第一多条基本上平行的线中的线横向向外扩展；
所述第二表面下激光损坏图案在所述基材的内部形成第二多条裂纹，所述第二多条裂纹从所述第二多条基本上平行的线中的线横向向外扩展，并且所述第二多条裂纹与所述第一多条裂纹不连接；并且
所述第三表面下激光损坏图案在所述基材的内部形成第三多条裂纹，所述第三多条裂纹从所述第三多条基本上平行的线中的线横向向外扩展，其中所述第三多条裂纹中的至少一些裂纹与所述第一多条裂纹中的至少一些裂纹以及所述第二多条裂纹中的至少一些裂纹连接。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的结晶材料处理方法，进一步包括：
横跨所述基材的表面的至少一部分检测指示所述结晶材料的非均匀掺杂的条件，所述非均匀掺杂包括第一掺杂区和第二掺杂区；并且
响应于指示所述结晶材料的非均匀掺杂的所述条件的检测，进行以下步骤(A)或(B)中的至少一个：
(A)在形成所述至少一个表面下激光损坏图案期间，改变激光功率以在所述第一掺杂区中形成表面下激光损坏时以第一功率水平提供激光发射，以及在所述第二掺杂区中形成表面下激光损坏时以第二功率水平提供激光发射；或者
(B)当在所述第一掺杂区或所述第二掺杂区中的一个中形成表面下激光损坏时，改变在所述基材中形成表面下激光损坏的平均深度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的结晶材料处理方法，进一步包括基本上沿着所述至少一个表面下激光损坏图案断裂所述结晶材料，以产生第一和第二结晶材料部分，所述第一和第二结晶材料部分各自具有相对于所述基材减小的厚度，但具有与所述基材基本上相同的长度和宽度。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的结晶材料处理方法，其中，所述基材包括碳化硅。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的结晶材料处理方法，其中，所述基材包括具有至少150mm的直径的锭。
18.一种材料处理装置，包括：
激光处理台，配置为处理结晶材料的基材，所述激光处理台包括：
激光器，配置为在所述基材的内部之内形成表面下激光损坏区域；
至少一个位移平台，配置为进行所述激光器和所述基材之间的相对移动；
漫射光源，配置为照射所述基材的顶表面，其中所述漫射光源配置为位于所述基材的第一侧面；和
成像设备，配置为生成所述基材的所述顶表面的至少一个图像，其中所述成像设备配置为位于与所述第一侧面相对的所述基材的第二侧面。
19.根据权利要求18所述的材料处理装置，其中：
所述基材包括具有主平坦部的大致圆形的边缘；并且
所述漫射光源布置为位于所述基材的第一侧面并且基本上垂直于所述主平坦部。
20.根据权利要求18或19所述的材料处理装置，其中：
所述结晶材料包括六方晶体结构；并且
所述漫射光源布置为位于所述基材的第一侧面并且在垂直于所述六方晶体结构的
Figure FDA0003235538120000071
方向的±5度内。
21.根据权利要求18或19所述的材料处理装置，进一步包括计算设备，所述计算设备配置为分析所述至少一个图像以确定指示所述基材的内部的未断裂区的存在的条件。
22.根据权利要求21所述的材料处理装置，其中，所述计算设备进一步配置为响应于所述计算设备的分析而进行以下步骤(i)或(ii)中的至少一个：
(i)进行所述激光器和所述基材之间的相对移动，同时在至少所述未断裂区中提供聚焦在所述基材的内部内的激光发射以形成补充的表面下激光损坏，以补充所述基材中的至少一个表面下激光损坏图案，以及促进沿着或靠近第一平均深度位置在所述未断裂区中形成额外的裂纹，以形成所述基材的第一厚度减小的部分；或者
(ii)当在所述基材中的第二平均深度位置和任何随后的平均深度位置产生表面下激光损坏图案时，改变与所述基材有关的用于形成表面下激光损坏的指令集，以形成所述基材的至少一个另外的厚度减小的部分。
23.根据权利要求22所述的材料处理装置，其中，所述计算设备进行的分析包括在所述基材的内部定量一个或多个未断裂区的顶部区域性质，以及比较所述顶部区域性质与至少一个预定阈值区域性质。
24.根据权利要求23所述的材料处理装置，其中：
所述至少一个预定阈值区域性质包括第一预定阈值区域性质和第二预定阈值区域性质，所述第二预定阈值区域性质大于所述第一预定阈值区域性质；
所述计算设备配置为如果所述顶部区域性质至少与所述第一预定阈值区域性质一样大，则控制所述材料处理装置进行步骤(ii)；并且
所述计算设备配置为如果所述顶部区域性质至少与所述第二预定阈值区域性质一样大，则控制所述材料处理装置进行步骤(i)。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的材料处理装置，进一步包括配置为存储与所述基材有关的用于在所述基材中形成表面下激光损坏的所述指令集的存储器，其中所述存储器是由所述计算设备可访问的。
26.根据权利要求18至25中任一项所述的材料处理装置，进一步包括断裂台，所述断裂台配置为从所述激光处理台接收所述基材。
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