CN115609165A - 碳化硅激光切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种碳化硅激光切割方法，所述方法包括：采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描，以使每个点位的目标深度上方形成由下向上排列的空洞区域和裂纹区域；依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第三激光束选频时所需的频率；采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对每个点位的裂纹区域进行扫描，以使每个裂纹区域被选频形成的多个第三激光束扫描。本发明能够采用同一个原始的第一激光束经过选频实现两个阶段的加工，并在单次扫描过程中，实现对每个裂纹区域的多次裂纹延伸。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种碳化硅激光切割方法。
背景技术
在第三代半导体材料中，SiC具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速度高、热导率大等特点，可应用于1200伏特以上的高压环境，因此在严苛环境中有着明显优势。同时，SiC晶体因其与外延层材料GaN具有高匹配的晶格常数和热膨胀系数及良好的热导率，是GaN基器件的理想衬底材料，如LED和LD(半导体机关器，laser diode)。因此，SiC晶体材料已经成为半导体照明技术领域不可缺少的衬底材料。
SiC衬底加工技术是器件制作的重要基础，其表面加工的质量和精度的优劣，直接影响外延薄膜的质量及其器件的性能，因此在其应用中均要求晶片表面超光滑、无缺陷、无损伤，表面粗糙度值达纳米级以下。在切割剥离方面，目前采用的双光束切割方式往往需要对激光的光路进行调制，导致单脉冲能量以及激光器延时等问题的不可控，容易导致载物平台的运动与实际的光斑照射不匹配。
发明内容
本发明提供的碳化硅激光切割方法，能够采用同一个原始的第一激光束经经过选频实现两个阶段的加工，并在单次扫描过程中，实现对每个裂纹区域的多次裂纹延伸。
本发明提供一种碳化硅激光切割方法，所述方法包括：
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描，以使每个点位的目标深度上方形成由下向上排列的空洞区域和裂纹区域；
依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第三激光束选频时所需的频率；
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对当前加工路径每个点位的裂纹区域进行扫描，以使每个裂纹区域被选频形成的多个第三激光束扫描。
可选地，依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第二激光束的频率时，采用如下的公式确定：F＝1/t＝1/(L/s/n)；其中，F为选频所需的频率，L为单个裂纹区域的尺寸，s为载物平台的移动速度，n为单个裂纹区域加工所需的激光束数量，t为载物平台移动一个裂纹区域的尺寸所需的时间。
可选地，单个裂纹区域加工所需要的激光束数量为3至5束。
可选地，所述载物平台的移动速度为100mm/s-1000mm/s。
可选地，所述裂纹区域的尺寸中，沿当前加工路径延伸方向的长度为6-10um。
可选地，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对每个点位的裂纹区域进行扫描包括：
当裂纹区域进入目标位置时，控制声光调制器或硅基空间光调制器进入输出阶段，依据选频时所需的频率对第一激光束进行反射形成多个第三激光束；
当裂纹区域离开目标位置时，控制声光调制器或硅基空间光调制器进入非输出阶段，以停止对第一激光束的反射。
可选地，依据选频时所需的频率对第一激光束进行反射形成多个第三激光束包括：
依据选频时所需的频率，交替的形成反射阶段和非反射阶段，在每个反射阶段，至少对第一激光束的一个脉冲进行反射形成第三激光束，在非反射阶段，停止对第一激光束的反射。
可选地，所述第一激光束的重频不小于所述第二激光束和所述第三激光束的重频。
可选地，所述第一激光束的脉冲宽度为10ns-30ns。
可选地，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描包括：
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束以均匀的脉冲数量作为间隔，每个一个间隔对第一激光束至少一个脉冲进行反射，以形成第二激光束。
在本发明提供的技术方案中，通过对第一激光束的选频，在两个阶段采用相同脉冲频率的激光，避免了对激光的调制过程中改变激光的频率，进而避免了单脉冲能量的差异以及激光器延时等问题。同时，在裂纹延伸过程中，通过对第一激光束的选频，能够在连续的时间间隔内，连续形成多束激光对单个裂纹区域进行扫描，相当于单次扫描过程中对每个点位重复进行了多次的裂纹延伸过程，有效促进裂纹区域中裂纹的延伸，实现半导体材料的剥离。
附图说明
图1为本发明一实施例碳化硅激光切割方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种碳化硅激光切割方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤100，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描，以使每个点位的目标深度上方形成由下向上排列的空洞区域和裂纹区域；
在一些实施例中，在待处理的材料上需要划分多个平行的加工路径，每个加工路径上设置多个点位。在采用第二激光束进行扫描时，载物平台带动待处理材料进行运动，第二激光束在每个点位进行聚焦和照射，从而，在目标深度上方依次形成空洞区域和裂纹区域。在一些优选的实施方式中，第二激光束的重频与载物平台的移动速度匹配，能够使第二激光束的每个脉冲输出时对应于一个点位。
步骤200，依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第三激光束选频时所需的频率；
在一些实施例中，依据平台的移动速度和每个点位裂纹区域的尺寸能够计算得到平台前进单个点位裂纹区域的尺寸所需要的时间，再结合单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，能够计算得到单个激光束的加工时间，进而，能够得到第三激光束选频时所需的频率。
步骤300，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对当前加工路径每个点位的裂纹区域进行扫描，以使每个裂纹区域被选频形成的多个第三激光束扫描。
在一些实施例中，第一激光束是频率较高的激光束，第三激光束是频率较低的激光束。在第三激光束输出阶段，第三激光束是对第一激光束单位时间内的多个脉冲进行选择性反射形成的，每次反射形成的激光束即为一束第三激光束。在单个裂纹区域运动过程中，声光调制器或硅基空间光调制器将多次反射第一激光束，形成多个第三激光束对单个裂纹区域进行加工。即，在载物平台运动速度相同的情况下，第三激光束的频率将比第二激光束的频率更高。
在本发明实施例提供的技术方案中，通过对第一激光束的选频，在两个阶段采用相同脉冲频率的激光，避免了对激光的调制过程中改变激光的频率，进而避免了单脉冲能量的差异以及激光器延时等问题。同时，在裂纹延伸过程中，通过对第一激光束的选频，能够在连续的时间间隔内，连续形成多束激光对单个裂纹区域进行扫描，相当于单次扫描过程中对每个点位重复进行了多次的裂纹延伸过程，有效促进裂纹区域中裂纹的延伸，实现半导体材料的剥离。并且，由于本实施方式中，短时间内连续的进行裂纹延伸，使裂纹延伸的范围足够大，避免了单个点位的裂纹区域在冷却过程中导致的应力难以释放，能够避免剥离的片状器件发生翘曲。
作为一种可选的实施方式，依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第二激光束的频率时，采用如下的公式确定：F＝1/t＝1/(L/s/n)；其中，F为选频所需的频率，L为单个裂纹区域的尺寸，s为载物平台的移动速度，n为单个裂纹区域加工所需的激光束数量，t为载物平台移动一个裂纹区域的尺寸所需的时间。
在一些实施例中，选频所需的频率既是第三激光束的重频，也是第一激光束的最小重频。依据平台的移动速度和每个点位裂纹区域的尺寸能够计算得到平台前进单个点位裂纹区域的尺寸所需要的时间，再结合单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，能够计算得到单个激光束的加工时间，进而，能够得到第三激光束选频时所需的频率。在一些优选的实施方式中，如果第一激光束的重频为上述的选频所需的频率，此时，在第三激光束的输出阶段，第一激光束的每个脉冲作为一个第三激光束。当第一激光束的重频为上述计算得到的频率的倍数时，可以间隔均匀的脉冲反射第一激光束的一个脉冲形成一个第三激光束。例如，当第一激光束的重频为上述激光束频率的10倍时，可以每间隔9个脉冲，反射第一激光束的一个脉冲形成一个第三激光束。
作为一种可选的实施方式，单个裂纹区域加工所需要的激光束数量为3至5束。在一些实施例中，单个裂纹区域采用的3至5束第三激光束进行加工，相当于对每个裂纹区域重复加工了3到5次，能够有效的促进裂纹的延伸，有利于顺利将待处理材料进行剥离。
作为一种可选的实施方式，所述载物平台的移动速度为100mm/s-1000mm/s。在一些实施例中，载物平台的移动速度直接关系到第三激光束的重频和待处理材料的加工效率。当载物平台的移动速度过高时，由于激光器的重频通常不低于第三激光束的重频，容易使得单个裂纹区域所使用的第三激光束数量难以达到。当载物平台的移动速度过低时，又容易导致加工效率过低。本实施方式中，依据加工效率的需求以及激光器的频率限制，选定了100mm/s-1000mm/s载物平台移动速度。
作为一种可选的实施方式，所述裂纹区域的尺寸中，沿当前加工路径延伸方向的长度为6-10um。在一些实施例中，裂纹区域的尺寸通常与激光脉宽具有直接的关系，脉宽越小的激光，得到的裂纹区域的尺寸越小，脉宽越宽的激光，得到的裂纹区域的尺寸越大。在本实施方式中，由于在首次的裂纹区域形成和后续的裂纹延伸过程中使用相同的激光器，又需要在裂纹延伸过程中使得裂纹区域的尺寸足够多束第三激光束的加工，因此，本实施方式中，通过纳秒级的激光脉宽，使得其沿当前加工路径延伸方向的长度为6-10um。
作为一种可选的实施方式，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对每个点位的裂纹区域进行扫描包括：
当裂纹区域进入目标位置时，控制声光调制器或硅基空间光调制器进入输出阶段，依据选频时所需的频率对第一激光束进行反射形成多个第三激光束；
在一些实施例中，裂纹区域中由于裂纹的存在，在激光进行照射时，会对激光进行散射，形成范围较大的热场，促进裂纹的延伸，多个激光束进行照射的过程中，前一个激光束照射使裂纹延伸，改变了裂纹的分布，后一个激光束的散射范围更广，使得裂纹继续进一步延伸。其中，目标位置是指第三激光束的照射位置。由于所有第三激光束的加工位置都相同，在第三激光束不存在时，其目标位置仍然能够确定。
当裂纹区域离开目标位置时，控制声光调制器或硅基空间光调制器进入非输出阶段，以停止对第一激光束的反射。
在一些实施例中，在裂纹区域离开目标位置时，如果仍以激光进行照射，将导致待处理材料内的缺陷出现，例如杂质的聚集等。为了避免这种情况，本实施方式中，在裂纹区域离开目标位置时，停止对第一激光束的反射。
作为一种可选的实施方式，依据选频时所需的频率对第一激光束进行反射形成多个第三激光束包括：
依据选频时所需的频率，交替的形成反射阶段和非反射阶段，在每个反射阶段，至少对第一激光束的一个脉冲进行反射形成第三激光束，在非反射阶段，停止对第一激光束的反射。在一些实施例中，当第一激光束的频率比第三激光束更高时，对第一激光束的脉冲进行选择性反射，例如每间隔1个、2个、10个或者更多或更少的脉冲，反射一个脉冲形成一个第三激光束。
作为一种可选的实施方式，所述第一激光束的重频不小于所述第二激光束和所述第三激光束的重频。在一些实施例中，第一激光束的重频经过选频之后形成第二激光束和第三激光束，由于在相同的载物平台运动速度之下，第三激光束的重频将比第二激光束的重频更高，因此，第一激光束例如可以与第三激光束的重频相同，此时第一激光束的重频比第二激光束的重频更高。第一激光束的重频还可以比第三激光束的重频更高，此时显然也高于第二激光束的重频。
作为一种可选的实施方式，所述第一激光束的脉冲宽度为10ns-30ns。
作为一种可选的实施方式，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描包括：
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束以均匀的脉冲数量作为间隔，每个一个间隔对第一激光束至少一个脉冲进行反射，以形成第二激光束。
如下，以一种示例性的实施方式对单个裂纹区域的频率计算过程进行说明，其中由于裂纹区域爆炸范围约为6-10um，取中间值8um。因此，当平台采用加工速度为400mm/s时，平台路过该改质区域所需时间为t＝L/s＝8*10-6/0.4＝20*10-6s，即20us左右。每个改质区域采用3-5束激光重复加工该区域，促使该区域的裂纹生长，取中值4束激光。因此所需激光器采用频率为200kHz。由于第二次加工平台运行速度为100mm/s-1000mm/s，所以激光器采用频率范围为30kHz-840kHz。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种碳化硅激光切割方法，其特征在于，所述方法包括：
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描，以使每个点位的目标深度上方形成由下向上排列的空洞区域和裂纹区域；
依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第三激光束选频时所需的频率；
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对每个点位的裂纹区域进行扫描，以使每个裂纹区域被选频形成的多个第三激光束扫描。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据载物平台的移动速度、每个点位裂纹区域的尺寸以及单个裂纹区域加工所需要的激光束数量，确定第二激光束的频率时，采用如下的公式确定：F＝1/t＝1/(L/s/n)；其中，F为选频所需的频率，L为单个裂纹区域的尺寸，s为载物平台的移动速度，n为单个裂纹区域加工所需的激光束数量，t为载物平台移动一个裂纹区域的尺寸所需的时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，单个裂纹区域加工所需要的激光束数量为3至5束。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载物平台的移动速度为100mm/s-1000mm/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述裂纹区域的尺寸中，沿当前加工路径延伸方向的长度为6-10um。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第三激光束，采用第三激光束对每个点位的裂纹区域进行扫描包括：
当裂纹区域进入目标位置时，控制声光调制器或硅基空间光调制器进入输出阶段，依据选频时所需的频率对第一激光束进行反射形成多个第三激光束；
当裂纹区域离开目标位置时，控制声光调制器或硅基空间光调制器进入非输出阶段，以停止对第一激光束的反射。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，依据选频时所需的频率对第一激光束进行反射形成多个第三激光束包括：
依据选频时所需的频率，交替的形成反射阶段和非反射阶段，在每个反射阶段，至少对第一激光束的一个脉冲进行反射形成第三激光束，在非反射阶段，停止对第一激光束的反射。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激光束的重频不小于所述第二激光束和所述第三激光束的重频。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一激光束的脉冲宽度为10ns-30ns。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束进行选频形成第二激光束，采用第二激光束对当前加工路径中每个点位的目标深度进行扫描包括：
采用声光调制器或硅基空间光调制器对第一激光束以均匀的脉冲数量作为间隔，每隔一个间隔对第一激光束至少一个脉冲进行反射，以形成第二激光束。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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