【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及晶锭剥离监测，尤其是涉及一种碳化硅晶锭剥离系统及方法。
技术介绍
1、作为第三代半导体材料的主要代表，碳化硅具有禁带宽度大、临界击穿电场大，热导率高、电子饱和漂移速率高、电子迁移率高和化学性能稳定等优点，在现代工业的众多领域发挥了重要作用，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。然而，碳化硅具有高硬度、高脆性、耐腐蚀性强的特点，对于机械外力十分敏感，因此加工和蚀刻碳化硅成为了一个难题。
2、目前加工碳化硅晶圆的新技术以激光加工为主。激光加工碳化硅普遍采用脉冲激光，根据脉冲的宽度，脉冲激光可分为纳秒激光、皮秒激光和飞秒激光。纳秒激光加工会导致大的热影响区和热损伤，因此仅用于晶锭的纵向切割；飞秒激光器的可用功率较低、价格更加昂贵，因此通常用于实验室研究，难以在工业上广泛应用。
3、相较之下，皮秒激光器虽然不能完全避免热效应，但是结构简单且成本更低，而且加工稳定性高、加工质量也可以满足要求，现有技术中存在选择用皮秒激光器作为碳化硅晶圆加工的基本装置，例如，公开号为cn 116373142a，专利名称为《sic晶锭剥离装置及其剥离方法》的专利中公开了一种晶锭剥离的装置和方法，该方案通过热媒接触式热传导的方式使晶锭升温，存在加热不均匀问题，而且加热面为晶锭厚层，当晶锭较厚时，加热时间也较长，薄层也会不可避免地产生温升，两层间的温差减小就会导致剥离效果变差；公开号为cn115138987a，专利名称为《一种碳化硅晶圆剥离方法》的专利中公开了一种碳化硅晶圆剥离方法，该方案在激光处理晶锭后对晶锭施加单一超声振动
4、针对上述问题，提出一种碳化硅晶锭剥离系统及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种碳化硅晶锭剥离系统及方法，将晶锭在加工前进行三维形貌分析检测、皮秒激光加工晶锭改性和晶圆剥离等工序集成化，通过在激光扫描后通过施加热应力和振动使得晶锭内微裂纹可控地扩展，再使用液氮降低晶锭温度使晶锭收缩，实现应力释放，以降低剥离后晶圆表面粗糙度，提升晶锭剥离质量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种碳化硅晶锭剥离系统，包括检测及激光加工系统和设置在所述检测及加工系统一侧的剥离系统，所述检测及激光加工系统包括检测模块、加工模块和设置在所述检测模块与所述加工模块之间的第一机械手，所述剥离系统包括处理模块、剥离模块和设置在所述处理模块与所述剥离模块之间的第二机械手，所述第一机械手与所述第二机械手均为四轴scara机械手。
3、优选的，所述检测模块包括三维形貌扫描装置和设置在所述三维形貌扫描装置的载物台前端的备料盘；所述加工模块包括设置在龙门架上的激光光学装置和设置在所述激光光学装置下端的吸附式载物台，所述吸附式载物台设置在四轴运动平台上。
4、优选的，所述处理模块包括加热冷却单元和设置在所述加热冷却单元下方的位移单元，所述加热冷却单元包括支架、设置在所述支架横梁下方的加热装置和设置在所述支架侧梁内壁上的液体喷射装置；所述位移单元包括线性运动平台、设置在所述线性运动平台上的超声振动台和设置在所述超声振动台上的自定心夹持载物台，所述自定心夹持载物台上设置有自定心夹持器。
5、优选的，所述剥离模块包括拉伸机。
6、本专利技术还提供了一种碳化硅晶锭剥离方法，包括以下步骤：
7、s1、将备料盘中的晶锭通过第一机械手转移到三维形貌扫描装置的载物台上，通过形貌扫描获得待加工晶锭的三维形貌特征，通过预设计算机程序分析晶锭上表面特征形貌坐标参数；
8、s2、完成检测后，晶锭由第一机械手转移到吸附式载物台上，通过四轴运动平台配合光路z轴运动平台调整晶锭位姿及焦点高度，对晶锭进行同一水平层面的激光加工处理；
9、s3、完成晶锭内部层激光改性后，将处理后晶锭改性层朝上夹持在自定心夹持载物台上；
10、s4、固定好晶锭的位置后，采用加热装置对晶锭进行加热，同时通过超声振动台对晶锭进行高频振动；
11、s5、加热、振动处理完成后的晶锭由两侧的液氮喷射装置进行冷却处理；
12、s6、处理完成后载物台通过线性运动平台移出，由第二机械手将晶锭转移至拉伸机上，进行剥离处理。
13、优选的，所述s4中，加热装置为红外加热灯，加热操作为通过红外加热灯对晶锭进行加热，在照射过程中使晶锭均匀受热，将晶锭加热到200℃。
14、优选的，所述s5中，冷却处理过程为通过两侧的液氮喷射装置的喷嘴持续喷出液氮，进行冷却。
15、优选的，所述s6中，晶锭通过粘合剂粘连在拉伸机的上下两液压杆之间，通过两个液压杆施加垂直于晶锭改性层的拉伸力，实现碳化硅晶锭的剥离。
16、因此，本专利技术一种碳化硅晶锭剥离系统及方法，具有以下有益效果：
17、(1)在检测及激光加工系统中，利用三维形貌扫描仪能够获取碳化硅晶锭的表面形貌参数，通过程序计算出晶锭表面不同坐标处激光在z轴应调整的距离δz，从而保证在加工过程中控制激光焦点在同一深度，减小同一晶锭不同位置或者不同批次晶锭由于形貌差异产生的加工误差。在这样的方式下激光扫描得到的改性层平整度更好，因此剥离后晶圆的粗糙度更小，能够减少后续研磨工艺的材料损耗。此外，利用四轴scara机械手吸附并转移晶锭，使得加工各环节衔接更迅速，提高皮秒激光器的工作效率，实现加工装备系统的紧凑化。
18、(2)在剥离系统中，本方案通过在采用红外光加热，使晶锭加热均匀，同时施加高频振动，在不破坏晶锭结构特征的条件下增强改性层特性，而后通过液氮迅速降温，实现改性层应力释放，这样处理后的晶锭在分离时所需拉伸力明显降低，降低了晶锭破裂的可能性；且能降低晶锭剥离后表面粗糙度，提升晶圆剥离质量。
19、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：所述检测模块包括三维形貌扫描装置和设置在所述三维形貌扫描装置的载物台前端的备料盘；所述加工模块包括设置在龙门架上的激光光学装置和设置在所述激光光学装置下端的吸附式载物台，所述吸附式载物台设置在四轴运动平台上。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：所述处理模块包括加热冷却单元和设置在所述加热冷却单元下方的位移单元，所述加热冷却单元包括支架、设置在所述支架横梁下方的加热装置和设置在所述支架侧梁内壁上的液体喷射装置；所述位移单元包括线性运动平台、设置在所述线性运动平台上的超声振动台和设置在所述超声振动台上的自定心夹持载物台，所述自定心夹持载物台上设置有自定心夹持器。
4.根据权利要求3所述的一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：所述剥离模块包括拉伸机。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的碳化硅晶锭剥离方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的碳化硅晶锭剥离方法，其特征在于：所述S4中，加
7.根据权利要求6所述的碳化硅晶锭剥离方法，其特征在于：所述S5中，冷却处理过程为通过两侧的液氮喷射装置的喷嘴持续喷出液氮，进行冷却。
8.根据权利要求7所述的碳化硅晶锭剥离方法，其特征在于：所述S6中，晶锭通过粘合剂粘连在拉伸机的上下两液压杆之间，通过两个液压杆施加垂直于晶锭改性层的拉伸力，实现碳化硅晶锭的剥离。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：所述检测模块包括三维形貌扫描装置和设置在所述三维形貌扫描装置的载物台前端的备料盘；所述加工模块包括设置在龙门架上的激光光学装置和设置在所述激光光学装置下端的吸附式载物台，所述吸附式载物台设置在四轴运动平台上。
3.根据权利要求2所述的一种碳化硅晶锭剥离系统，其特征在于：所述处理模块包括加热冷却单元和设置在所述加热冷却单元下方的位移单元，所述加热冷却单元包括支架、设置在所述支架横梁下方的加热装置和设置在所述支架侧梁内壁上的液体喷射装置；所述位移单元包括线性运动平台、设置在所述线性运动平台上的超声振动台和设置在所述超声振动台上的自定心夹持载物台，所述自定心夹持载物台上设置有自定心夹持器。
...【专利技术属性】
技术研发人员：严一雄，陈思佳，程宇轩，郑煜，邓逸飞，仲顺顺，马著，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
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