一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统技术方案

本发明专利技术提供的一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统包括：旋转装置以及晶锭籽晶部位夹具，晶锭籽晶部位夹具位于所述旋转装置之上，与旋转装置同步转动，激光微水射流对所述SiC晶锭滚圆过程中，水导激光头垂直于旋转装置的旋转平面或平行于旋转平面沿着滚圆轨迹的切线方向，伺服电机驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮旋转，大齿轮上方安装座与卡盘体连接从而驱动晶锭籽晶部位夹具旋转，带动SiC晶锭做圆周运动以使SiC晶锭的切割点位于激光微水射流的切割区域的核心区域。本发明专利技术通过加紧放松装置控制软爪手动或者自动精确固定SiC晶锭的滚圆切削点位置，实现材料的快速滚圆，因此可以提高SiC晶锭的加工效率以及精度。以提高SiC晶锭的加工效率以及精度。以提高SiC晶锭的加工效率以及精度。

【技术实现步骤摘要】
一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统


[0001]本专利技术属于半导体材料的加工
，具体涉及一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统。

技术介绍

[0002]SiC作为一种典型的硬脆材料，莫氏硬度为9.2～9.5仅次于金刚石，使得其加工制造过程十分困难。SiC单晶衬底的制造过程可分成切割
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粗研
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细研
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抛光几个阶段。切割作为制造SiC单晶衬底首要关键的工序，其加工质量直接影响到材料切割损失、后续工序的材料去除量、最终加工质量(表面粗糙度和平整度)、产品出品率及加工成本等。随着晶体生长技术的发展和市场的需求持续增加，大直径SiC单晶衬底的需求量越来越大；目前SiC单晶衬底正由6英寸向8英寸过渡，对传统的晶片切割技术带来了严峻的挑战，如何高效率、高质量、低成本、低损伤、高出品率切割SiC单晶，已成为当前SiC单晶衬底加工领域重要的研究方向。
[0003]目前单晶SiC切割工序中的滚圆多采用金刚石砂轮与SiC晶体对磨的方法进行不规则部分的去除，以使SiC晶体加工为柱状为后续的切片做准备。
[0004]但由于碳化硅单晶的莫氏硬度很高，断裂韧性极低且临界切削深度极小(纳米级)，要使滚圆后的晶锭具有较高的质量和成品率，应在小于SiC单晶临界切削深度下实现SiC的塑性域滚圆。传统金刚石砂轮滚圆SiC单晶的研究表明，即使在极小的进给速度下，SiC的材料去除模式也是脆性断裂和塑性去除的混合模式。而脆性断裂模式则是通过硬脆材料内部微裂纹的萌生、蔓延、传播扩展和交叉来实现的，因此传统金刚石砂轮滚圆方法很容易使SiC晶锭的表面产生微观裂纹和使亚表面出现损伤层，这将极大影响SiC晶锭的表面和亚表面质量。另一方面，用普通金刚石砂轮滚圆大尺寸晶锭时，因晶锭周长大、初始晶体不规则程度高致使金刚石砂轮不同部位磨损程度不一、给进速度不好控制、切割过程需要人工深度干预致使使用该方法进行大尺寸SiC晶锭滚圆效率低下、成品率不高。因此，采用单一加工模式滚圆硬脆材料在很多方面已难以满足需要，如何提高SiC等硬脆材料的滚圆效率和精度，探索有效的滚圆新方法已经成为迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术提供的一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统包括：旋转装置以及SiC晶锭籽晶部位的夹具，所述籽晶部位夹具位于所述旋转装置之上，与所述旋转装置同步转动，
[0007]旋转装置包括固定盘、安装架、大齿轮、小齿轮以及第一伺服电机，第一伺服电机通过固定盘上的孔与小齿轮固定连接，小齿轮与大齿轮外啮合，安装座位于大齿轮中心位置，安装座上设置有凹口；
[0008]晶锭籽晶部位夹具包括卡盘体、加紧放松装置以及定位轴，定位轴位于卡盘体底部中心位置，凸设穿出卡盘体与安装座上凹口机械卡接，定位轴上端面与放置在卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的下端面相触配合半绝缘型SiC晶锭定位，加紧放松装置位于卡盘体内部，加紧放松装置包括多个软卡爪以及软卡爪移位装置，多个软卡爪均匀设置在软卡爪移位装置上，软卡爪移位装置通过靠近定位轴的向心运动控制多个软卡爪相互配合手动加紧或自动加紧卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭，通过远离定位轴的离心运动控制多个软卡爪手动放松或自动放松卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭，
[0009]在对SiC晶锭滚圆时，水导激光头垂直于旋转装置的旋转平面或平行于旋转平面沿着滚圆轨迹的切线方向，手动加紧或自动加紧卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭，第一伺服电机驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮旋转，大齿轮上方安装座与晶锭籽晶部位夹具连接，完成动力传动和减速，从而驱动晶锭籽晶部位夹具旋转，带动SiC晶锭作圆周运动以使SiC晶锭的滚圆轨迹位于水导激光头的切割工作区的核心区域，以及根据预设的切口的深度进行自动调节使得SiC晶锭的削切位置始终位于水导激光头切割工作区的核心区域，完成SiC晶锭滚圆工艺。
[0010]可选的，加紧放松装置包括：底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块以及手动小齿轮构成的手动加紧放松装置以及由底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块、行星齿轮、太阳轮以及外轮构成的自动加紧装置，
[0011]在手动加紧放松装置中螺旋盘位于底盘上，螺旋盘上设置有螺旋槽，卡爪配块下方设置有导向件，卡爪配块上方设置有与卡爪配合卡接的卡口，卡爪配块的导向件位于螺旋槽内，手动小齿轮位于螺旋盘下方与螺旋盘啮合，手动旋转手动小齿轮带动螺旋盘旋转，螺旋盘带动卡爪配块和卡爪靠近定位轴进行向心运动，以手动卡紧位于卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭或远离定位轴进行离心运动，以手动放松位于卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭；
[0012]在自动加紧放松装置中螺旋盘与外轮固定，外轮位于底盘内部，外轮与行星齿轮内啮合，太阳轮与行星齿轮外啮合，太阳轮中心固定连接第二伺服电机，螺旋盘上设置有螺旋槽，卡爪配块下方设置有导向件，卡爪配块上方设置有与卡爪配合卡接的卡口，卡爪配块的导向件位于螺旋槽内，第二伺服电机自动旋转带动太阳轮转动，太阳轮通过行星齿轮转动带动与外轮固定连接的螺旋盘旋转，螺旋盘带动卡爪配块和卡爪靠近定位轴进行向心运动，以自动卡紧位于卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭或远离定位轴进行离心运动，以自动放松位于卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭。
[0013]其中，导向件的形状为齿，导向件与螺旋槽啮合。
[0014]可选的，水导激光头依据SiC晶锭滚圆的尺寸在X、Y、Z三轴方向上进行精确移动，滚圆时水导激光头在XY平面上固定，旋转装置带动SiC晶锭作圆周运动以使SiC晶锭的滚圆轨迹位于水导激光头的切割工作区的核心区域，在Z平面上，水导激光头配合传动轴根据切割深度，控制旋转装置带动SiC晶锭在Z平面运动，以控制SiC晶锭的切割深度。
[0015]可选的，水导激光头平行于旋转装置的旋转平面沿着SiC晶锭滚圆轨迹的切线方向滚圆过程中，所述水导激光头可在SiC晶锭滚圆轨迹切面内运动，旋转装置带动SiC晶锭作圆周运动以使SiC晶锭的滚圆轨迹位于水导激光头切割工作区的核心区域，以实现滚圆。
[0016]本专利技术提供的一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统包括：旋转装置以及晶锭籽晶部位夹具，晶锭籽晶部位夹具位于旋转装置之上，与旋转装置同步转动；激光微水
射流垂直于晶锭旋转方向，滚圆之前依据晶体加工规格设定SiC晶锭滚圆轨迹并在XY方向并对激光水射流装置进行定位；对半绝缘型SiC晶锭滚圆过程中，伺服电机驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮旋转，大齿轮上方安装座与卡盘连接，完成动力传动和减速，从而驱动晶锭籽晶部位夹具旋转，带动半绝缘型SiC晶锭做圆周运动，削切过程中依据切割深度对激光水射流装置在Z轴方向进行调整，以使半绝缘型SiC晶锭的切割点位于激光微水射流的工作区域，完成半绝缘型SiC晶锭滚圆工艺。本专利技术能够在微水射流激光工作区域内通过加紧放松装置控制软爪以及激光水射流Z轴方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半绝缘型SiC晶锭的水射流激光滚圆系统，其特征在于，包括：旋转装置以及SiC晶锭籽晶部位的夹具，所述籽晶部位夹具位于所述旋转装置之上，与所述旋转装置同步转动，所述旋转装置包括固定盘、安装架、大齿轮、小齿轮以及第一伺服电机，所述第一伺服电机通过固定盘上的孔与小齿轮固定连接，所述小齿轮与所述大齿轮外啮合，所述安装座位于所述大齿轮中心位置，所述安装座上设置有凹口；所述晶锭籽晶部位夹具包括卡盘体、加紧放松装置以及定位轴，所述定位轴位于卡盘体底部中心位置，凸设穿出所述卡盘体与所述安装座上凹口机械卡接，所述定位轴上端面与放置在卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭的下端面相触配合半绝缘型SiC晶锭定位，加紧放松装置位于所述卡盘体内部，所述加紧放松装置包括多个软卡爪以及软卡爪移位装置，多个软卡爪均匀设置在软卡爪移位装置上，所述软卡爪移位装置通过靠近所述定位轴的向心运动控制多个软卡爪相互配合手动加紧或自动加紧卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭，通过远离所述定位轴的离心运动控制多个软卡爪手动放松或自动放松卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭，在对SiC晶锭滚圆时，水导激光头垂直于旋转装置的旋转平面或平行于旋转平面沿着滚圆轨迹的切线方向，手动加紧或自动加紧卡盘体上的半绝缘型SiC晶锭，第一伺服电机驱动小齿轮，小齿轮带动大齿轮旋转，大齿轮上方安装座与晶锭籽晶部位夹具连接，完成动力传动和减速，从而驱动晶锭籽晶部位夹具旋转，带动SiC晶锭作圆周运动以使SiC晶锭的滚圆轨迹位于水导激光头的切割工作区的核心区域，以及根据预设的切口的深度进行自动调节使得SiC晶锭的削切位置始终位于水导激光头切割工作区的核心区域，完成SiC晶锭滚圆工艺。2.根据权利要求1所述的水射流激光滚圆系统，其特征在于，所述加紧放松装置包括：底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块以及手动小齿轮构成的手动加紧放松装置以及由底盘、螺旋槽、螺旋盘、卡爪配块、行星齿轮、太阳轮以及外轮构成的自动加紧装置，在所述手动加紧放松装置中所述螺旋盘位于所述底盘上，所述螺旋盘上设置有螺旋槽，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，
申请(专利权)人：郭辉，
类型：发明
国别省市：