【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳化硅晶圆、晶锭加工，具体涉及一种新型碳化硅切割系统及方法。
技术介绍
1、从二十世纪中期以来，硅材料作为半导体材料，已广泛使用于低压、低频、低功率晶体管和探测器中的集成电路芯片领域，包括电脑、手机cpu、gpu、系统级芯片（soc）等。砷化镓和磷化铟作为第二代半导体材料，具有高频、高速的光电性能，广泛用于通信领域。碳化硅（sic）、氮化镓（gan）作为第三代半导体材料，特别是sic具有耐高温、耐高压等显著特征，目前广泛应用于轨道交通、新能源汽车、风电等领域。
2、但是，目前国外对碳化硅技术及产能规模上具备一定垄断地位，意法半导体、wolfspeed、罗姆、英飞凌、三菱电机、安森美等厂商占据95%以上的市场份额。由于国外禁运及封锁，国内sic技术和产业发展缓慢，因此碳化硅核心技术国产自主化、实现供应链安全可控提出了迫切的需求。从工艺上看，碳化硅生产过程主要包含：晶锭生长，切片、打磨抛光、外延、光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤。
3、因为碳化硅是最硬的物质之一，高达莫氏9.2、9.3，在碳化硅芯片制造工艺中，迭代晶锭切割技术和切片技术是目前提高产能的主要途径，传统的多线切割技术是脆硬材料切割的一种工艺；砂浆线切割技术已经应用于绝大部分碳化硅厂商，金刚线切割技术也成为了主流迭代方案。然而，以上方法不仅切割效率低、材料损耗高，而且耗材成本高，激光切割技术因加工效率高、材料损耗少，有望成为金刚线切割技术的理想替代方案。
4、目前碳化硅激光切割领域处于起步阶段，目前主要有水导激光加工、di
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为解决上述问题，本申请提出一种新型碳化硅切割系统及方法，采用飞秒激光设备，飞秒激光具有脉冲宽度极短、峰值功率极高以及覆盖频谱范围极广的特点，因此在精微加工方面具备许多传统工艺不具有的优良特性。对晶圆的热输入少，尤其适合于脆性材料的微精细加工。
2、为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种新型碳化硅切割系统，包含飞秒激光设备、等离子体刻蚀仪、载物平台、视觉实时监测系统及电脑控制系统，所述的新型碳化硅切割系统中的飞秒激光设备、等离子体刻蚀仪、载物平台、视觉实时监测系统、电脑控制系统均集成在环控箱中，其中飞秒激光设备和等离子体刻蚀采用连续工序，飞秒激光设备与载物平台对准，进行切割、监测，等离子体刻蚀仪与载物平台再对准，进行刻蚀、修型、监测。
3、一种新型碳化硅切割方法，将碳化硅分类为晶圆和晶锭，对于晶圆的切割步骤为：
4、s1.1根据晶圆尺寸及器件尺寸，依照产量及工艺效率规划切割路径；
5、s1.2利用多振镜或光栅装置将飞秒激光分为多束激光，确定光源的路数、功率参数、光束直径、深径比，其中光源的路数为1路、2路或8路，光束直径约为5μm，深径比n=50~200；
6、s1.3在载物平台辅助下，按照步骤s1.2中设置的参数，使飞秒激光设备沿步骤s1.1中规划路径切割，对晶圆切割采用径向切割方式；
7、s1.4对切割后的切割槽使用视觉实时监测系统进行视觉测量和分析，判定切割槽平整度及杂物，是否采用等离子体刻蚀仪修型；
8、s1.5当需要等离子体刻蚀仪修型处理时，根据切割槽的尺寸及形貌使用等离子体刻蚀仪对切割槽进行修型、处理；
9、s1.6对修型处理之后的切割槽通过视觉实时监测系统再次进行视觉测量和分析，判定切割槽平整度及杂物，切割槽的粗糙度在0.3nm之内；若粗糙度大于0.3nm，继续通过步骤s1.5采用等离子体刻蚀仪进行修型刻蚀；
10、s1.7将切割和修型之后满足条件的晶圆转移，进行下一道工序。
11、对于晶锭切割步骤为：
12、s2.1 根据晶锭尺寸进行切割路线规划；
13、s2.2 调整飞秒激光设备的功率参数：光源路数1路、光束直径约5μm、深径比参数n=1000~4000，使飞秒激光设备以深孔模式环形切割晶锭；
14、s2.3在载物平台辅助下，飞秒激光设备对晶锭进行深槽形式的第1次切割；
15、s2.4 对切割后的深槽采用视觉实时监测系统进行视测量和分析，对切割槽平整度及杂物进行判定，当需要等离子体刻蚀仪修型处理时，根据切割槽的尺寸及形貌使用等离子体刻蚀仪对切割槽进行修型及处理；
16、s2.5 再次根据切割槽的尺寸及形貌调整飞秒激光光源的功率参数、光束直径、深径比参数，调整规划路径，在s2.3~2.4深槽的基础上继续深入进行第2次切割；
17、s2.6 对第2次切割后的深槽通过视觉实时监测系统进行视觉测量和分析，对切割槽平整度及杂物进行判定，使切割槽的粗糙度在0.3nm之内；若粗糙度大于0.3nm，再次使用等离子体刻蚀仪对切割槽进行修型刻蚀；
18、s2.7 如果晶锭仍然没有切割完成，需要再次进行s2.3~2.4的工艺步骤，直至切割完成；
19、s2.8切割和修型完成后，将满足条件的晶锭转移，进入下一道工序。
20、进一步的：所述飞秒激光设备中深径比调整范围在1~4000内。
21、进一步的：所述等离子体刻蚀仪包含等离子体源及配套刻蚀材料。
22、进一步的：所述视觉实时监测系统实时测量飞秒激光设备切割槽及等离子体刻蚀槽的形貌及尺寸。
23、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
24、本专利技术使用飞秒激光设备，由于飞秒激光具有脉冲宽度极短、峰值功率极高、热输入少、深径比大范围可调的优点，进行碳化硅晶圆及晶锭的切割时，对于晶圆切割可以使用光栅、振镜输出多路光束同时切割，对于晶锭切割可以调整大深径比，进行多次迭代切割，同时辅以等离子体刻蚀仪的修型、清理及视觉、红外的实时监测，切割效率大幅度提高、材料损耗少、切割槽、断面平整度高、杂质碎屑少，热应力降低，芯片及晶圆的良率提高；该工艺不仅缩短了本工序的时间，还有助于缩减了下一道工序的时间。
25、本专利技术对晶圆或晶锭采用径向方式切割，在切割时飞秒激光设备分两步或以上完成，切割路径、深度可控，精度高，降低了材料损耗率，利用飞秒激光设备切割时间短，切割粗糙度在0本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型碳化硅切割系统，包含飞秒激光设备（3）、等离子体刻蚀仪（2）、载物平台（7）、视觉实时监测系统（1）、电脑控制系统，其特征在于：所述的新型碳化硅切割系统中的飞秒激光设备（3）、等离子体刻蚀仪（2）、载物平台（7）、视觉实时监测系统（1）、电脑控制系统均集成在环控箱（6）中，其中飞秒激光设备（3）和等离子体刻蚀仪（2）采用连续工序，飞秒激光设备（3）与载物平台（7）对准，进行切割及监测，等离子体刻蚀仪（2）与载物平台（7）对准，进行刻蚀、修型及监测。
2.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅切割方法，将碳化硅分类为晶圆和晶锭，其特征在于：对于晶圆（4）的切割步骤为：
3.根据权利要求2所述的一种新型碳化硅切割方法，其特征在于：对于晶锭（5）切割步骤为：
4.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅切割系统，其特征在于：所述飞秒激光设备（3）中深径比调整范围在1~4000内。
5.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅切割系统，其特征在于：所述等离子体刻蚀仪（2）包含等离子体源及配套刻蚀材料。
6.根据权利要求1所述的一种新
...【技术特征摘要】
1.一种新型碳化硅切割系统，包含飞秒激光设备（3）、等离子体刻蚀仪（2）、载物平台（7）、视觉实时监测系统（1）、电脑控制系统，其特征在于：所述的新型碳化硅切割系统中的飞秒激光设备（3）、等离子体刻蚀仪（2）、载物平台（7）、视觉实时监测系统（1）、电脑控制系统均集成在环控箱（6）中，其中飞秒激光设备（3）和等离子体刻蚀仪（2）采用连续工序，飞秒激光设备（3）与载物平台（7）对准，进行切割及监测，等离子体刻蚀仪（2）与载物平台（7）对准，进行刻蚀、修型及监测。
2.根据权利要求1所述的一种新型碳化硅切割方法，将碳化硅分类为晶圆和晶锭，...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁学兵，
申请(专利权)人：陕西豫科星辰智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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