CN114985990A - 双激光裂片方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双激光裂片方法和装置，该方法和装置为对脆性材料进行裂片的方法和装置，利用超短脉冲激光束的高峰值功率和“冷加工”的特点在材料非线性吸收，使得材料的局部位置发生爆破，形成微裂纹实现材料改质，然后利用短脉冲激光束或连续激光束的热特性实现材料内部裂纹的均匀扩展，最终获得表面粗糙度较低的材料表面。由于材料表面粗糙度较低，在进行研磨和抛光时可大大减小后续的加工时间，这样对加工效率有质的提升，同时降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光裂片技术领域，尤其涉及一种双激光裂片装置及双激光裂片方法。
背景技术
第三代半导体材料以碳化硅、氮化镓和金刚石等宽禁带化合物半导体为代表，其长晶工艺复杂，硬度高，生产成本高，导致第三代半导体晶圆成本居高不下，成为了阻碍第三代半导体器件快速发展的瓶颈问题之一。以碳化硅为例，传统晶圆分离技术采用金刚线切割工艺。金刚线的划片速度较慢、切割成本较高、切割产生的切缝宽度较宽，切割损失严重约为50％，且切割片表面损伤层较深，而且有不同程度的线痕，消除所有这些缺陷需要昂贵的后续过程，如研磨、机械抛光、化学抛光等。传统裂片工艺已经远远不能满足高质量第三代半导体器件高速发展需求。相比机械方法，激光加工具有许多优势，如加工过程中没有机械应力、无接触等优势，可以实现高质量和高精度的加工，适合加工坚硬的脆性材料。因此，亟需更为精密激光划片设备和工艺为第三代半导体产业提供有效支撑。
激光冷裂技术是由脉冲激光经过一系列光学系统，将激光聚焦在脆性透明材料的内部，基于多光子效应和雪崩电离效应，在材料内部形成改质层，同时利用脆性材料和粘附在材料表面的聚合物材料之间的热膨胀系数的差异，进行急速降温等处理引起热应力，在材料内部形成裂纹层，最后得到超薄的晶圆，但是相关技术中的超快激光冷裂技术得到的分裂表面粗糙度通常较大，后续需要对材料和晶圆进行抛光、研磨等工序，降低了生产效率，提高了生产成本。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种裂片效率高、成本低的双激光裂片方法。
本发明的实施例还提出一种裂片效率高、成本低的双激光裂片装置。
本发明实施例的双激光裂片方法为采用双激光裂片装置对脆性材料进行裂片的方法，所述双激光裂片装置包括短脉冲或连续激光器、超短脉冲激光器、光束扩束器和光束聚焦器，所述裂片方法包括步骤：
设置所述超短脉冲激光器与所述短脉冲或连续激光器的发射间隔时间，所述间隔时间大于等于0s；
所述超短脉冲激光器发射超短脉冲激光束，超短脉冲激光束经过所述光束扩束器后通过所述光束聚焦器聚焦在所述脆性材料内；
调整激光束的焦点在所述脆性材料中的深度，超短脉冲激光束经过非线性吸收在所述脆性材料内部形成裂纹；
所述短脉冲或连续激光器在预设的间隔时间之后发射短脉冲激光束或连续激光束，短脉冲激光束或连续激光束经过所述光束扩束器后通过所述光束聚焦器聚焦在所述脆性材料内；
在短脉冲激光束或连续激光束的热特性下，所述裂纹向周围均匀扩散；
以一定的路径调整激光束的焦点在所述脆性材料中的位置以刻蚀整个所述脆性材料，使所述脆性材料分裂为目标晶圆和剩余材料。
本发明的实施例提供的双激光裂片方法利用超短脉冲激光束的高峰值功率和“冷加工”的特点在材料非线性吸收，使得材料的局部位置发生爆破，形成微裂纹实现材料改质，然后利用短脉冲激光束或连续激光束的热特性实现材料内部裂纹的均匀扩展，最终获得表面粗糙度较低的材料表面。由于材料表面粗糙度较低，在进行研磨和抛光时可大大减小后续的加工时间，这样对加工效率有质的提升，同时降低了生产成本。
在一些实施例中，所述双激光裂片装置包括X轴移动轴、Y轴移动轴和Z轴移动轴，所述X轴移动轴用于控制激光束的焦点在X轴上的移动，所述Y轴移动轴用于控制激光束的焦点在Y轴上的移动，所述Z轴移动轴用于控制激光束的焦点在Z轴上的移动，所述Z轴为沿靠近或远离所述脆性材料的方向，所述X轴、所述Y轴与所述Z轴相互垂直；
调整激光束的焦点在所述脆性材料中的深度的步骤具体包括通过调节所述Z轴移动轴使激光束的焦点位于所述脆性材料中预设深度处；
以一定的路径调整激光束的焦点在所述脆性材料中的位置步骤具体包括通过调节所述X轴移动轴和Y轴移动轴使激光束的焦点沿一定的路径对所述脆性材料进行扫描刻蚀。
在一些实施例中，所述脆性材料为碳化硅、氮化镓、金刚石、或者由Ⅳ族元素、Ⅲ和Ⅴ、Ⅱ和Ⅵ族中的一种或多种元素组成的材料。
在一些实施例中，所述短脉冲或连续激光器的脉宽为皮秒、亚皮秒或飞秒，所述超短脉冲激光器的脉宽为皮秒、亚皮秒或飞秒；和/或，所述短脉冲或连续激光器和所述超短脉冲激光器的脉冲形式为单脉冲、双脉冲或多脉冲。
本发明另一方面实施例提供的双激光裂片装置，包括：短脉冲或连续激光器，所述短脉冲或连续激光器用于提供短脉冲激光束或连续激光束；超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器用于提供超短脉冲激光束；光束扩束器和光束聚焦器，所述光束扩束器位于所述短脉冲或连续激光器和所述超短脉冲激光器的输出光路上用于将激光束扩束，所述光束聚焦器位于所述光速扩束器的输出光路上用于将激光束聚焦；操作台，所述操作台用于放置脆性材料，所述光束聚焦器将激光束聚焦在所述脆性材料内部；移动组件，所述移动组件用于控制所述操作台和所述光束聚焦器中的至少一者移动以控制激光束的焦点在所述脆性材料内部的位置。
本发明的实施例提供的双激光裂片装置利用超短脉冲激光束的高峰值功率和“冷加工”的特点在材料非线性吸收，使得材料的局部位置发生爆破，形成微裂纹实现材料改质，然后利用短脉冲激光束或连续激光束的热特性实现材料内部裂纹的均匀扩展，最终获得表面粗糙度较低的材料表面。由于材料表面粗糙度较低，在进行研磨和抛光时可大大减小后续的加工时间，这样对加工效率有质的提升，同时降低了生产成本。
在一些实施例中，双激光裂片装置包括信号发生器，所述信号发生器与所述短脉冲或连续激光器和所述超短脉冲激光器均信号连接，用于控制所述短脉冲或连续激光器和所述超短脉冲激光器之间发射激光的间隔时间。
在一些实施例中，双激光裂片装置包括第一双色镜，所述第一双色镜位于所述短脉冲或连续激光器与所述超短脉冲激光器的输出光路上，用于通过反射或透射使激光束沿同一个方向输入所述光束扩束器。
在一些实施例中，所述超短脉冲激光器、所述第一双色镜与所述光束扩束器位于同一直线上，所述第一双色镜用于透射所述超短脉冲激光器发射的超短脉冲激光束；所述短脉冲或连续激光器位于所述超短脉冲激光器的一侧，所述双激光裂片装置还包括反射镜，所述反射镜位于所述短脉冲或连续激光器的输出光路上用于将短脉冲激光束或连续激光束反射到所述第一双色镜上，所述第一双色镜用于反射所述短脉冲激光束或连续激光束。
在一些实施例中，双激光裂片装置还包括：照明光源，所述照明光源用于向所述光束聚焦器发射照明光束，所述光束聚焦器还用于将照明光束聚焦在所述脆性材料中以使所述脆性材料反射照明光束；成像系统，所述成像系统位于所述照明光束的反射光路中，用于监控激光束的焦点位置。
在一些实施例中，所述光束扩束器的输出光路与所述光束聚焦器的输出光路相互垂直，所述光束聚焦器的输出光路与所述脆性材料相互垂直，所述成像系统位于所述脆性材料的正上方，所述双激光裂片装置还包括：第二双色镜，所述第二双色镜位于所述光束扩束器的输出光路上，并位于所述成像系统下方，所述第二双色镜用于将所述光束扩束器输出的激光束反射至所述光束聚焦器，还用于透射所述照明光束的反射光；和半透半返镜，所述半透半返镜位于所述成像系统的下方，用于将所述照明光源发射的照明光束反射至所述光束聚焦器，还用于透射所述照明光束的反射光。
在一些实施例中，所述半透半返镜位于所述第二双色镜的上方，以便所述照明光束经所述半透半返镜反射后从所述第二双色镜透射至所述光束聚焦器。
在一些实施例中，所述移动组件包括X轴移动轴、Y轴移动轴和Z轴移动轴，所述X轴移动轴用于控制激光束的焦点在X轴上的移动，所述Y轴移动轴用于控制激光束的焦点在Y轴上的移动，所述Z轴移动轴用于控制激光束的焦点在Z轴上的移动。XY轴联动决定了扫描方式，扫描方式为圆形、椭圆形、环形、矩形、“弓”字型或阿基米德螺旋线。
在一些实施例中，所述X轴移动轴和所述Y轴移动轴作用于所述操作台，所述Z轴移动轴作用于所述光束聚焦器，所述Z轴为沿靠近或远离所述脆性材料的方向，所述X轴、所述Y轴与所述Z轴相互垂直。
附图说明
图1是本发明实施例提供的双激光裂片装置的结构示意图。
附图标记：
信号发生器1、短脉冲或连续激光器2、超短脉冲激光器3、反射镜4、第一双色镜5、光束扩束器6、激光束7、第二双色镜8、光束聚焦器9、脆性材料10、操作台11、移动平台12、控制器13、Z轴移动轴14、照明光源15、照明光束16、半透半返镜17、成像系统18。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据图1描述本发明实施例提供的双激光裂片装置以及利用双激光裂片装置对脆性材料进行裂片的方法，其中双激光裂片装置包括短脉冲或连续激光器2、超短脉冲激光器3、光束扩束器6和光束聚焦器9、操作台11以及移动组件。
短脉冲或连续激光器2用于提供短脉冲激光束或连续激光束。短脉冲或连续激光器2可以为短脉冲激光器，发射短脉冲激光束，也可以为连续激光器，发射连续激光束。超短脉冲激光器3用于提供超短脉冲激光束。
光束扩束器6位于短脉冲或连续激光器2和超短脉冲激光器3的输出光路上用于将激光束扩束，即短脉冲或连续激光器2发射的短脉冲激光束或连续激光束经过光束扩束器6扩散，超短脉冲激光器3发射的超短脉冲激光束经过光束扩束器6扩散。光束聚焦器9位于光速扩束器6的输出光路上用于将激光束聚焦。
操作台11用于放置脆性材料10，光束聚焦器9将激光束聚焦在脆性材料10内部，即光束聚焦器9将短脉冲激光束或连续激光束、超短脉冲激光束聚焦在脆性材料10内部以实现脆性材料10的分裂，得到具有一定厚度的晶圆。
移动组件用于控制操作台11和光束聚焦器9中的至少一者移动以控制激光束的焦点在脆性材料10内部的位置。也就是说，通过操控移动组件，可以调节激光束的焦点在脆性材料10内部的位置，包括调节激光束的焦点在脆性材料10内部的深度，从而控制目标晶圆的厚度，还包括调节激光束的焦点在脆性材料10内相同深度下的位置，从而对脆性材料10进行全面扫描刻蚀，使晶圆从主体上剥离。其中“激光束的焦点在脆性材料10中的深度”具体指在脆性材料10的厚度方向上，激光束的焦点与脆性材料10上表面之间的距离。
可选地，短脉冲或连续激光器2和超短脉冲激光器3的脉冲形式包括单脉冲、双脉冲以及多脉冲等，脉冲宽度包括连续光、毫秒、微秒、纳秒、亚纳秒、皮秒、亚皮秒和飞秒等。
光束扩束器6的作用是使激光器直接出射光束进行扩束，可选地包括单个透镜、单个扩束镜、透镜组合和4f系统等。
光束聚焦器9对经光束扩束器6扩束的激光束进行聚焦，可选地包括单个聚焦透镜、聚焦透镜组和显微加工物镜等。
脆性材料10的硬度和脆性都较大，可选地包括碳化硅、氮化镓、金刚石、或者由Ⅳ族元素、Ⅲ和Ⅴ、Ⅱ和Ⅵ族中的一种或多种元素组成的材料。
可选地，操作台11为吸附台，用于将脆性材料10吸附在真空吸附台上，保证材料在加工时下表面不发生翘曲。在一些实施例中，脆性材料10位于操作台11的上方，光束聚焦器9将激光束竖直地射入脆性材料10内，即激光束的入射方向与脆性材料10所在平面相互垂直。
本发明的实施例提供的双激光裂片方法，包括步骤：
设置超短脉冲激光器3与短脉冲或连续激光器2的发射间隔时间，间隔时间大于等于0s，也就是说，超短脉冲激光器3与短脉冲或连续激光器2既可以同时发射激光束，也可以间隔一段时间发射激光束；
将脆性材料10置于操作台11上；
超短脉冲激光器3发射超短脉冲激光束，超短脉冲激光束通过光束扩束器6后通过光束聚焦器9聚焦，使得聚焦后光斑直径小于5微米，优选小于4微米，更优选小于3微米；
通过移动组件调整激光束的焦点在脆性材料10中的深度，该深度由目标晶圆的厚度决定，可选地，激光束的焦点在脆性材料10中的深度为250微米或175微米；
超短脉冲激光束经过非线性吸收实现材料改质，在脆性材料10内部形成裂纹；
短脉冲或连续激光器2在预设的间隔时间之后发射短脉冲激光束或连续激光束，短脉冲激光束或连续激光束经过光束扩束器6后通过光束聚焦器9聚焦；
在短脉冲激光束或连续激光束的热特性下，脆性材料10内部形成的裂纹向周围均匀扩散，从而在裂片时降低外部施加的应力，且在裂片后获得表面粗糙度较低的材料表面；
通过移动组件以一定的路径调整激光束的焦点在脆性材料10中的位置以刻蚀整个脆性材料，即对脆性材料10进行扫描，使脆性材料分裂为目标晶圆和剩余材料，将目标晶圆从剩余材料上剥离。
在一些实施例中，还包括对剩余材料表面进行剖光的步骤，以进行下一循环的裂片操作。
本发明的实施例提供的双激光裂片方法利用超短脉冲激光束的高峰值功率和“冷加工”的特点在材料非线性吸收，使得材料的局部位置发生爆破，形成微裂纹实现材料改质，然后利用短脉冲激光束或连续激光束的热特性实现材料内部裂纹的均匀扩展，最终获得表面粗糙度较低的材料表面。由于材料表面粗糙度较低，在进行研磨和抛光时可大大减小后续的加工时间，这样对加工效率有质的提升，同时降低了生产成本。
在一些实施例中，如图1所示，双激光裂片装置包括信号发生器1，信号发生器1与短脉冲或连续激光器2和超短脉冲激光器3均信号连接，用于控制短脉冲或连续激光器2和超短脉冲激光器3之间发射激光的间隔时间。信号发生器1的一个端口能够同时输出两个控制信号，通过信号发生器1可设置超短脉冲激光器3与短脉冲或连续激光器2发射的间隔时间。
在一些实施例中，双激光裂片装置包括第一双色镜6，第一双色镜6位于短脉冲或连续激光器2与超短脉冲激光器3的输出光路上，用于通过反射或透射使激光束沿同一个方向输入光束扩束器6。也就是说，短脉冲或连续激光器2发射的短脉冲或连续激光束经过第一双色镜6的反射或透射沿第一方向输入光束扩束器6，并且，超短脉冲激光器3发射的超短脉冲激光束经过第一双色镜6的反射或透射后沿所述第一方向输入光束扩束器6，以使短脉冲或连续激光束和超短脉冲激光束均能经过光束扩束器6扩束。
作为示例，如图1所示，超短脉冲激光器3、第一双色镜5与光束扩束器6位于同一直线上，第一双色镜5用于透射超短脉冲激光器3发射的超短脉冲激光束，即超短脉冲激光器3发射的超短脉冲激光束经过第一双色镜6的透射后沿所述第一方向输入光束扩束器6。短脉冲或连续激光器2位于超短脉冲激光器3的一侧(图1中为位于上方)，短脉冲或连续激光器2沿第一方向发射短脉冲或连续激光束，可以理解的是，短脉冲或连续激光器2发射出的短脉冲或连续激光束位于超短脉冲激光器3发射的超短脉冲激光束的上方。
为了使短脉冲或连续激光束能够到达光束扩束器6。如图1所示，双激光裂片装置还包括反射镜4，反射镜4位于短脉冲或连续激光器2的输出光路上用于将短脉冲激光束或连续激光束反射到第一双色镜5上，第一双色镜5用于反射短脉冲激光束或连续激光束。以图1所示的实施例为例，反射镜4位于第一双色镜5的正上方，短脉冲或连续激光器2发射出的短脉冲或连续激光束经过反射镜4反射后竖直向下发射至第一双色镜5，并经过第一双色镜5的反射够沿第一方向入射光束扩束器6。反射镜4的反射面呈图1所示的45°设置，第一双色镜5的反射面呈图1所示的45°设置。
当然可以理解的是，在其他实施例中，还可以通过其他方式使激光束沿同一个方向输入光束扩束器6，图1所示实施例仅为示例，不作为对本发明的限制。
进一步地，为了监控在加工过程中裂片表面的损伤情况，以及确定激光束的焦点在脆性材料10中的聚焦深度，在一些实施例中，双激光裂片装置还包括照明光源15和成像系统18。照明光源15用于提供照明以使成像系统18清晰反映焦点位置。
具体地，照明光源15用于向光束聚焦器9发射照明光束16，光束聚焦器9还用于将照明光束16聚焦在脆性材料10中以使脆性材料10反射照明光束16，成像系统18位于照明光束16的反射光路中，用于监控激光束的焦点位置。
作为示例，如图1所示，光束扩束器6的输出光路与光束聚焦器9的输出光路相互垂直，光束聚焦器9的输出光路与脆性材料10相互垂直，即光束扩束器6的输出光路沿水平方向，光束聚焦器9的输出光路沿竖直方向，垂直入射脆性材料10中，双激光裂片装置还包括位于光束扩束器6的输出光路7上的第二双色镜8，第二双色镜8用于将光束扩束器6输出的水平延伸的激光束进行反射，使激光束改变路径变为向下沿竖直方向发射，并输入光束聚焦器9中，激光束9经光束聚焦器9聚焦向下输入脆性材料中。
如图1所示，成像系统18位于脆性材料10的正上方，用于接收从脆性材料10反射的光线(激光和照明光的反射光)，第二双色镜8位于成像系统18下方，第二双色镜8还用于透射照明光束的反射光，即照明光束经过脆性材料10反射后，沿竖直方向向上发射，穿过第二双色镜8后被成像系统18接收。
双激光裂片装置还包括半透半返镜17，半透半返镜17位于成像系统18的下方，半透半返镜17用于将照明光源15发射的照明光束16反射至光束聚焦器9，还用于透射照明光束的反射光。如图1所示，照明光源15沿水平方向向半透半返镜17发射照明光束16，照明光速16经过半透半返镜17反射后改变路径为竖直向下发射，并输入光束聚焦器9中，经过光束聚焦器9聚焦后到达脆性材料，经过脆性材料10反射后的反射光竖直向上透射经过第二双色镜8和半透半返镜17后被成像系统18接收。
在图1所示的实施例中，半透半返镜17位于第二双色镜8的上方，以便照明光束16经半透半返镜17反射后从第二双色镜8透射输入光束聚焦器9。经过脆性材料10反射后的反射光竖直向上依次透射经过第二双色镜8和半透半返镜17后被成像系统18接收。
在其他实施例中，半透半返镜17还可以第二双色镜8的下方，照明光束16经半透半返镜17反射后直接输入光束聚焦器9。经过脆性材料10反射后的反射光竖直向上依次透射经过半透半返镜17和第二双色镜8后被成像系统18接收。
在一些实施例中，移动组件包括X轴移动轴、Y轴移动轴和Z轴移动轴，X轴移动轴用于控制激光束的焦点在X轴上的移动，Y轴移动轴用于控制激光束的焦点在Y轴上的移动，Z轴移动轴用于控制激光束的焦点在Z轴上的移动。
作为示例，X轴移动轴和Y轴移动轴作用于操作台11，Z轴移动轴作用于光束聚焦器9，Z轴为沿靠近或远离脆性材料10的方向(图1中的竖直方向)，X轴、Y轴与Z轴相互垂直，X轴与Y轴均为水平方向，即均与脆性材料10所在平面相互平行。
使用图1中所示的双激光裂片装置进行裂片的方法中，通过移动组件调整激光束的焦点在脆性材料10中的深度的步骤具体包括通过调节Z轴移动轴14使激光束的焦点位于脆性材料10中预设深度处。通过移动组件以一定的路径调整激光束的焦点在脆性材料10中的位置步骤具体包括通过调节X轴移动轴和Y轴移动轴使激光束的焦点沿一定的路径对脆性材料10进行扫描刻蚀。
具体地，在图1所示的实施例中，移动组件包括移动平台12，操作台11位于移动平台12上，移动平台12包括所述X轴移动轴和所述Y轴移动轴，通过操控移动平台12，可以移动操作台11以及操作台11上吸附的脆性材料10，从而控制激光束的焦点沿X轴和Y轴移动，移动平台12主要在对脆性材料10进行扫描时操作使用，用于控制扫描方向和扫描间距。Z轴移动轴14作用于光束聚焦器9用于使光束聚焦器9在竖直方向上上升或下降，以调控激光束的焦点在脆性材料10中的深度。
进一步地，双激光裂片装置包括控制器13，控制器13与Z轴移动轴14和移动平台12中的每一者相连，用于控制Z轴移动轴14和移动平台12的运作。
在激光扫描过程中要严格激光扫描的方式与扫描的间距。控制器13主要决定扫描的方式，扫描的方式可以为圆形、椭圆形、环形、矩形、“弓”字型以及阿基米德螺旋线等。
以下结合具体实施例对本发明提供的双激光裂片方法作进一步详细说明，以第三代脆性半导体碳化硅材料为例。
实施例1：
采用“弓”字型扫描，在超短脉冲激光入射同时加载短脉冲激光或连续激光，即通过信号发生器1调整间隔发射时间为0s。
1.市场上购买的碳化硅晶圆(脆性材料10)，为4H-SiC或6H-SiC，碳化硅晶圆的尺寸为6英寸或8英寸，厚度为500μm或350μm；
2.如图1所示，超短脉冲激光器3的波长为1064nm或1050nm或808nm或532nm，重复频率为10MHz或1MHz或500kHz，功率为100W或10W或5W或2.5W或1W，选择脉冲为单脉冲、双脉冲或多脉冲等，选择脉宽为皮秒或亚皮秒或飞秒，经过光束扩束器6的激光束7直径受光束聚焦器9的限制，满足聚焦系统的通光孔径；
3.激光束7经过第二双色镜8反射后，进入光束聚焦器9，将激光进行聚焦，聚焦后激光聚焦在碳化硅晶圆距离上表面的一定深度处，厚度根据成像系统18和Z轴移动轴14确定，深度为250μm或175μm；
4.在超短脉冲激光束发射的同时，使得短脉冲或连续激光器2发射短脉冲激光束或连续激光束，激光束同时加载在材料内部，在超短脉冲激光经过非线性吸收形成微裂纹后，利用短脉冲激光或连续激光的热特性使得微裂纹能够向激光刻蚀线周围均匀扩散，调节移动平台12，经过“弓”字型刻蚀整个材料后，最终在材料分离后获得材料表面粗糙度较低的表面；
6.在材料经过分离后，材料表面粗糙的部分需要经过研磨和抛光，由于材料表面粗糙度较低可大大减小研磨和抛光的时间或直接省略研磨步骤，直接进行抛光，从而减小激光的散射和增加透射。为下一次裂片工艺做准备。
实施例2：
采用“弓”字型扫描，在超短脉冲激光后再加载短脉冲激光或连续激光，即即通过信号发生器1调整间隔发射时间大于0s。
1.市场上购买的碳化硅晶圆(脆性材料10)，为4H-SiC或6H-SiC，碳化硅晶圆的尺寸为6英寸或8英寸，厚度为500μm或350μm；
2.超短脉冲激光器3的波长为1064nm或1050nm或808nm或532nm，重复频率为10MHz或1MHz或500kHz，功率为100W或10W或5W或2.5W或1W，选择脉冲为单脉冲、双脉冲或多脉冲等，选择脉宽为皮秒或亚皮秒或飞秒，经过光束扩束器6的激光束7直径受光束聚焦器9的限制，满足聚焦系统的通光孔径；
3.激光束7经过第二双色镜8反射后，进入光束聚焦器9，将激光进行聚焦，聚焦后激光聚焦在碳化硅晶圆距离上表面的一定深度处，厚度根据成像系统18和Z轴移动轴14确定，深度为250μm或175μm；
4.在超短脉冲激光束发射的后的1ns、10ns、100ns、1ms、10ms、100ms、1s、10s、100s发射短脉冲激光束或连续激光束，即使得超短脉冲激光束与短脉冲或连续激光束相差1ns、10ns、100ns、1ms、10ms、100ms、1s、10s、100s加载在材料内部，超短脉冲激光经过非线性吸收形成微裂纹后，利用短脉冲激光或连续激光的热特性使得微裂纹能够向激光刻蚀线周围均匀扩散，调节移动平台12，经过“弓”字型刻蚀整个材料后，最终在材料分离后获得材料表面粗糙度较低的表面；
6.在材料经过分离后，材料表面粗糙的部分需要经过研磨和抛光，由于材料表面粗糙度较低可大大减小研磨和抛光的时间或直接省略研磨步骤，直接进行抛光，从而减小激光的散射和增加透射。为下一次裂片工艺做准备。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种双激光裂片方法，其特征在于，采用双激光裂片装置对脆性材料进行裂片的方法，所述双激光裂片装置包括短脉冲或连续激光器、超短脉冲激光器、光束扩束器和光束聚焦器，所述裂片方法包括步骤：
设置所述超短脉冲激光器与所述短脉冲或连续激光器的发射间隔时间，所述间隔时间大于等于0s；
所述超短脉冲激光器发射超短脉冲激光束，超短脉冲激光束经过所述光束扩束器后通过所述光束聚焦器聚焦在所述脆性材料内；
调整激光束的焦点在所述脆性材料中的深度，超短脉冲激光束经过非线性吸收在所述脆性材料内部形成裂纹；
所述短脉冲或连续激光器在预设的间隔时间之后发射短脉冲激光束或连续激光束，短脉冲激光束或连续激光束经过所述光束扩束器后通过所述光束聚焦器聚焦在所述脆性材料内；
在短脉冲激光束或连续激光束的热特性下，所述裂纹向周围均匀扩散；
以一定的路径调整激光束的焦点在所述脆性材料中的位置以刻蚀整个所述脆性材料，使所述脆性材料分裂为目标晶圆和剩余材料。
2.根据权利要求1所述的双激光裂片方法，其特征在于，所述双激光裂片装置包括X轴移动轴、Y轴移动轴和Z轴移动轴，所述X轴移动轴用于控制激光束的焦点在X轴上的移动，所述Y轴移动轴用于控制激光束的焦点在Y轴上的移动，所述Z轴移动轴用于控制激光束的焦点在Z轴上的移动，所述Z轴为沿靠近或远离所述脆性材料的方向，所述X轴、所述Y轴与所述Z轴相互垂直；
调整激光束的焦点在所述脆性材料中的深度的步骤具体包括通过调节所述Z轴移动轴使激光束的焦点位于所述脆性材料中预设深度处；
以一定的路径调整激光束的焦点在所述脆性材料中的位置步骤具体包括通过调节所述X轴移动轴和Y轴移动轴使激光束的焦点沿一定的路径对所述脆性材料进行扫描刻蚀。
3.根据权利要求1所述的双激光裂片方法，其特征在于，所述脆性材料为碳化硅、氮化镓、金刚石、或者由Ⅳ族元素、Ⅲ和Ⅴ、Ⅱ和Ⅵ族中的一种或多种元素组成的材料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的双激光裂片方法，其特征在于，所述短脉冲或连续激光器的脉宽为皮秒、亚皮秒或飞秒，所述超短脉冲激光器的脉宽为皮秒、亚皮秒或飞秒；
和/或，所述短脉冲或连续激光器和所述超短脉冲激光器的脉冲形式为单脉冲、双脉冲或多脉冲。
5.一种双激光裂片装置，其特征在于，包括：
短脉冲或连续激光器，所述短脉冲或连续激光器用于提供短脉冲激光束或连续激光束；
超短脉冲激光器，所述超短脉冲激光器用于提供超短脉冲激光束；
光束扩束器和光束聚焦器，所述光束扩束器位于所述短脉冲或连续激光器和所述超短脉冲激光器的输出光路上用于将激光束扩束，所述光束聚焦器位于所述光速扩束器的输出光路上用于将激光束聚焦；
操作台，所述操作台用于放置脆性材料，所述光束聚焦器将激光束聚焦在所述脆性材料内部；
移动组件，所述移动组件用于控制所述操作台和所述光束聚焦器中的至少一者移动以控制激光束的焦点在所述脆性材料内部的位置。
6.根据权利要求5所述的双激光裂片装置，其特征在于，包括第一双色镜，所述第一双色镜位于所述短脉冲或连续激光器与所述超短脉冲激光器的输出光路上，用于通过反射或透射使激光束沿同一个方向输入所述光束扩束器。
7.根据权利要求6所述的双激光裂片装置，其特征在于，
所述超短脉冲激光器、所述第一双色镜与所述光束扩束器位于同一直线上，所述第一双色镜用于透射所述超短脉冲激光器发射的超短脉冲激光束；
所述短脉冲或连续激光器位于所述超短脉冲激光器的一侧，所述双激光裂片装置还包括反射镜，所述反射镜位于所述短脉冲或连续激光器的输出光路上用于将短脉冲激光束或连续激光束反射到所述第一双色镜上，所述第一双色镜用于反射所述短脉冲激光束或连续激光束。
8.根据权利要求5所述的双激光裂片装置，其特征在于，还包括：
照明光源，所述照明光源用于向所述光束聚焦器发射照明光束，所述光束聚焦器还用于将照明光束聚焦在所述脆性材料中以使所述脆性材料反射照明光束；
成像系统，所述成像系统位于所述照明光束的反射光路中，用于监控激光束的焦点位置。
9.根据权利要求8所述的双激光裂片装置，其特征在于，
所述光束扩束器的输出光路与所述光束聚焦器的输出光路相互垂直，所述光束聚焦器的输出光路与所述脆性材料相互垂直，所述成像系统位于所述脆性材料的正上方，所述双激光裂片装置还包括：
第二双色镜，所述第二双色镜位于所述光束扩束器的输出光路上，并位于所述成像系统下方，所述第二双色镜用于将所述光束扩束器输出的激光束反射至所述光束聚焦器，还用于透射所述照明光束的反射光；和
半透半返镜，所述半透半返镜位于所述成像系统的下方，用于将所述照明光源发射的照明光束反射至所述光束聚焦器，还用于透射所述照明光束的反射光。
10.根据权利要求5所述的双激光裂片装置，其特征在于，
所述移动组件包括X轴移动轴、Y轴移动轴和Z轴移动轴，所述X轴移动轴用于控制激光束的焦点在X轴上的移动，所述Y轴移动轴用于控制激光束的焦点在Y轴上的移动，所述Z轴移动轴用于控制激光束的焦点在Z轴上的移动；
所述X轴移动轴和所述Y轴移动轴作用于所述操作台，所述Z轴移动轴作用于所述光束聚焦器，所述Z轴为沿靠近或远离所述脆性材料的方向，所述X轴、所述Y轴与所述Z轴相互垂直，XY轴联动决定了扫描方式，扫描方式为圆形、椭圆形、环形、矩形、“弓”字型或阿基米德螺旋线。
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