本申请属于碳化硅晶锭加工,具体而言,涉及一种碳化硅晶锭加工方法及加工系统。
背景技术:
1、目前,碳化硅衬底切割普遍采用金刚石线锯,但存在切割速度慢、材料损耗高、表面微裂纹深度较大等问题。常规激光切割,如皮秒激光对表面粗糙度敏感,高粗糙度表面ra≥1μm导致激光散射率增加 30%以上,能量吸收不均匀,引发切缝宽度波动±15%、haz(热影响区)扩大。
2、现有技术采用紫外激光预清洗降低粗糙度,但会增加工艺流程且无法处理原位粗糙表面,高粗糙度表面易导致激光聚焦位置失准,热累积效应加剧材料崩边风险。
3、基于上述内容,本申请要解决的技术问题是:高粗糙度表面的碳化硅晶锭难以加工。
技术实现思路
1、本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题,提出了一种碳化硅晶锭加工方法及加工系统,解决了现有技术高粗糙度表面的碳化硅晶锭难以加工的问题,降低了材料崩边率,提高了加工质量。
2、本申请的目的可通过下列技术方案来实现:一种碳化硅晶锭加工方法,包括以下步骤:获取晶锭近光面的粗糙度,所述晶锭近光面为面向激光发射的面;根据晶锭近光面粗糙度,至少筛分出一级粗糙面和二级粗糙面,一级粗糙面的粗糙度ra1大于二级粗糙面的粗糙度ra2;基于不同粗糙面,执行加工策略,所述加工策略包括:采用α1光束向一级粗糙面的目标深度区域a1扫描,以形成第一改质区;采用α2光束向二级粗糙面的目标深度区域a2扫描,以形成第二改质区;其中,α1光束的脉冲能量配置为大于α2光束的脉冲能量,以使第一改质区的切缝宽度与第二改质区的切缝宽度基本相同。
3、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述一级粗糙面的粗糙度范围为>3μm;所述α1光束配置为:脉冲能量3j/cm2~8j/cm2,频率10khz~50khz;所述二级粗糙面的粗糙度范围为≤3μm;所述α2光束配置为:脉冲能量0.5j/cm2~1.5j/cm2,频率100khz~200khz。
4、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述加工策略还包括以下步骤:
5、对α1光束叠加径向振动或斜向振动,叠加径向振动或斜向振动的振幅为±10μm。
6、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述加工策略还包括以下步骤:
7、叠加径向振动或斜向振动的参数满足以下关系式:;
8、其中,n为整数且n的区间为[8,100],fα1为α1光束的频率,fz为对所述α1光束叠加径向振动或斜向振动的频率。
9、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,还包括以下步骤:获取α2光束形成的裂纹宽度信息;基于裂纹宽度信息,确定裂纹宽度是否>30μm;若确定结果为是,启动γ光束与α2光束对晶锭目标深度区域a2进行相位同步扫描,γ光束的聚焦光斑配置为环形光斑,α2光束的聚焦光斑配置为高斯光斑。
10、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述启动γ光束与α2光束对晶锭目标深度区域a2进行相位同步扫描包括以下步骤:控制γ光束与α2光束相位调制的时间间隔为20ns~50ns,和/或,控制γ光束与α2光束相位调制的空间间隔为50μm~100μm。
11、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,还包括以下步骤:获取晶锭近光面的ttv值,基于ttv值,调节α1光束和/或α2光束的焦距。
12、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述获取晶锭近光面粗糙度包括以下步骤:采用β光束扫描晶锭近光面;基于β光束扫描数据,生成晶锭的虚拟三维模型;根据虚拟三维模型,计算获取晶锭近光面粗糙度。
13、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述β光束扫描晶锭近光面的激光波长为635nm,β光束的扫描分辨率为5μm。
14、在上述的碳化硅晶锭加工方法中,所述获取晶锭近光面粗糙度包括以下步骤:采用相机拍摄晶锭近光面;基于相机拍摄图像,生成晶锭的虚拟三维模型;根据虚拟三维模型,计算获取晶锭近光面粗糙度。
15、本申请的另一目的还在于提供一种碳化硅晶锭加工系统,应用于所述的碳化硅晶锭加工方法,包括:承载台,所述承载台用于承载晶锭;检测模块,所述检测模块用于检测获取晶锭近光面的粗糙度;以及切割模块,所述切割模块用于控制激光以不同的参数分别切割晶锭表面不同粗糙度对应的目标深度区域。
16、与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:
17、本申请通过获取晶锭近光面的粗糙度,再将其筛分成至少2组粗糙面,可以针对不同级别的粗糙面,投射具有不同脉冲能量的光束,从而保证各个光束作用于碳化硅晶锭内部后,形成的改质区切缝宽度基本一致,降低了碳化硅晶锭加工的崩边率,提高了加工质量。
1.一种碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,
3.根据权利要求2所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,所述加工策略还包括以下步骤:
4.根据权利要求3所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,所述加工策略还包括以下步骤:
5.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,还包括以下步骤:
6.根据权利要求5所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,所述启动γ光束与α2光束对晶锭目标深度区域a2进行相位同步扫描包括以下步骤:
7.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,所述获取晶锭近光面粗糙度包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,所述β光束扫描晶锭近光面的激光波长为635nm,β光束的扫描分辨率为5μm。
9.根据权利要求1所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,所述获取晶锭近光面粗糙度包括以下步骤:
10.一种碳化硅晶锭加工系统,应用于权利要求1-9任意一项所述的碳化硅晶锭加工方法,其特征在于,包括: