一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统技术方案

本申请公开了一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统。该系统包括位移台和光束耦合的皮秒脉冲激光和共聚焦拉曼发生器，通过皮秒激光聚焦对待检测碳化硅内部形成损伤，并得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置；调整待检测碳化硅在Z轴上的位置得到多个拉曼采样点的拉曼信号；根据采样点的拉曼峰位置与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置相比得到采样点的拉曼峰位移；进而通过双轴模型计算得到每个拉曼采样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大时所对应的采样点位置确定真实聚焦平面位置。本申请可以实现小范围短时间内对拉曼残余应力的原位检测，快速测量皮秒脉冲激光的实际聚焦平面的位置，计算与设定聚焦平面的误差。计算与设定聚焦平面的误差。计算与设定聚焦平面的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及无损检测领域，特别涉及一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统。

技术介绍

[0002]宽禁带的碳化硅是继单晶硅之后发展起来的第三代高性能半导体，被广泛的应用于新能源、通讯、照明等领域。当碳化硅衬底朝着更宽、更薄方向发展时，晶圆切割工艺成为提高衬底良率的重要步骤。传统的金刚石线锯切割技术在切割更大更薄的晶圆时会造成巨大的材料损失和表面粗糙度。
[0003]超快脉冲激光可以进行材料的精细加工，超快脉冲激光具有脉宽短、峰值能量高、光斑面积小、无污染等优点，现阶段纳秒脉冲激光和飞秒脉冲激光切割晶圆的工艺已比较成熟。与飞秒脉冲激光昂贵的成本和纳秒脉冲激光巨大的热应力相比，皮秒脉冲激光具有相对廉价的优势。
[0004]然而现有利用皮秒脉冲激光在加工碳化硅的过程中可能会存在聚焦平面具有误差的问题。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请实施例提供了一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统，可以利用损伤区域拉曼残余应力最大关系，可辅助皮秒激光器调整自聚焦平面，减小加工误差。
[0006]第一方面，提供了一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法，该方法包括：
[0007]对待检测碳化硅进行检测得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0；
[0008]通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域；
[0009]通过固定所述待检测碳化硅在X
‑
Y平面的位置，调整所述待检测碳化硅在Z轴上的位置，得到所述待检测碳化硅在不同Z轴位置上的多个拉曼采样点的拉曼信号；其中，所述拉曼采样点在所述损伤区域内，所述X
‑
Y平面平行于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面，所述Z轴垂直于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面；
[0010]确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
，其中i＝1,2
…
n；
[0011]根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大时所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面。
[0012]可选地，所述方法还包括：
[0013]调整所述待检测碳化硅在X轴或Y轴上的位置，并使得所述皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成连续损伤得到新损伤区域，其中所述X轴与Y轴平行于拉曼光谱仪的内
部聚焦平面；
[0014]根据所述待检测碳化硅的新损伤区域对聚焦平面进行重新确定。
[0015]可选地，所述通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域，包括：
[0016]通过预设皮秒脉冲激光器的峰值能量、脉冲宽度，在保证碳化硅固定不动的情况下，将所述皮秒激光聚焦在所述待检测碳化硅内部设定的聚焦平面处，对所述待检测碳化硅内部形成损伤，得到所述待检测碳化硅的损伤区域。
[0017]可选地，所述确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
，包括：
[0018]将所述每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
减去所述标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
。
[0019]可选地，所述根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，包括根据第一公式得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，所述第一公式包括：
[0020][0021]其中，σ(MPa)表示拉曼残余应力，Δω表示当前所计算拉曼采样点的拉曼峰位移，a'表示声子形变势能。
[0022]可选地，所述根据拉曼残余应力最大时所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面位置，包括：
[0023]对获得的每个拉曼采样点进行空间标注，得到拉曼残余应力空间分布图，其中拉曼残余应力最大的地方表示真实聚焦平面位置。
[0024]可选地，所述调整所述待检测碳化硅在Z轴上的位置，包括：
[0025]所述待检测碳化硅设置于位移台上，通过固定位移台在X
‑
Y水平面的位置，调整所述位移台在Z轴方向的位置，从而调整所述待检测碳化硅在Z方向的位置。
[0026]可选地，所述调整所述待检测碳化硅在Z轴上的位置，还包括：
[0027]通过调整所述位移台上待检测碳化硅在X轴和Y轴上的位置，从而调整所述待检测碳化硅中损伤区域的位置；所述X轴和Y轴平行于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面。
[0028]第二方面，提供了一种碳化硅内部激光聚焦平面检测系统，该系统包括：
[0029]位移台，用于通过自身位移带动放置在所述位移台上的待检测碳化硅进行移动；
[0030]光束耦合的皮秒脉冲激光和共聚焦拉曼发生器，用于对待检测碳化硅进行检测得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置；
[0031]通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域；
[0032]通过固定所述待检测碳化硅在X
‑
Y平面的位置，调整所述待检测碳化硅在Z轴上的位置，得到所述待检测碳化硅在不同Z轴位置上的多个拉曼采样点的拉曼信号；
[0033]确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移；
[0034]根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采
样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面。
[0035]可选地，所述光束耦合的皮秒脉冲激光和共聚焦拉曼发生器，包括皮秒脉冲激光器、二色分光镜和拉曼光谱仪，其中：
[0036]所述皮秒脉冲激光器，用于向所述待检测碳化硅发出聚焦后的皮秒激光；
[0037]所述二色分光镜，用于反射所述皮秒脉冲激光，并透射所述拉曼激光，使反射后的脉冲激光与透射后的拉曼激光光束耦合；
[0038]所述拉曼光谱仪，具体包括：
[0039]共聚焦拉曼发生器，用于向所述待检测碳化硅发出聚焦后的拉曼激光；
[0040]物镜，用来聚焦所述皮秒激光或所述拉曼激光；
[0041]共聚焦针孔，用于滤除聚焦平面以外的杂散信号；
[0042]分光光谱仪，用于分离不同波长的拉曼信号；
[0043]CCD探测器，用于根据所述拉曼信号的强度输出碳化硅拉曼光谱；
[0044]光谱分析模块，用于根据所述碳化硅拉曼光谱进行峰位提取以及拉曼残余应力计算。
[0045]本申请实施例提供的技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法，其特征在于，所述方法包括：对待检测碳化硅进行检测得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0；通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域；通过固定所述待检测碳化硅在X
‑
Y平面的位置，调整所述待检测碳化硅在Z轴上的位置，得到所述待检测碳化硅在不同Z轴位置上的多个拉曼采样点的拉曼信号；其中，所述拉曼采样点在所述损伤区域内，所述X
‑
Y平面平行于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面，所述Z轴垂直于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面；确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
，其中i＝1,2
…
n；根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大时所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：调整所述待检测碳化硅在X轴或Y轴上的位置，并使得所述皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成连续损伤得到新损伤区域，其中所述X轴与Y轴平行于拉曼光谱仪的内部聚焦平面；根据所述待检测碳化硅的新损伤区域对聚焦平面进行重新确定。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域，包括：通过预设皮秒脉冲激光器的峰值能量、脉冲宽度，在保证碳化硅固定不动的情况下，将所述皮秒激光聚焦在所述待检测碳化硅内部设定的聚焦平面处，对所述待检测碳化硅内部形成损伤，得到所述待检测碳化硅的损伤区域。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
，包括：将所述每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
减去所述标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移Δω
i
通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，包括根据第一公式得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，所述第一公...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振宇，李娟，王添瑜，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：