一种金刚石单晶片用激光处理装置的制作方法

1.本实用新型涉及激光处理装置技术领域，具体涉及金刚石单晶片用激光处理装置。


背景技术：

2.目前，mpcvd金刚石单晶生长技术已经能够为后续半导体产业提供高质量的单晶金刚石材料，但是受高质量金刚石单晶衬底尺寸和外延生长机理的限制，使得金刚石单晶的侧向外延能力较弱且在生长过程中容易产生边缘多晶，故相较于gan(氮化镓)、sic(碳化硅)等第二代半导体材料而言，单片金刚石单晶的生长尺寸有限，很大程度地限制了金刚石单晶的后续应用。
3.为了增大金刚石单晶的尺寸，现有技术中普遍采用马赛克拼接法，马赛克拼接法是先将多片金刚石籽晶紧密拼接成大尺寸衬底，然后使其在mpcvd设备中进行沉积，各金刚石籽晶之间经过侧向外延完成接缝处的连接，最终完成大尺寸mpcvd同质外延金刚石单晶的制备。但是马赛克拼接法应用在生产中时存在一定的技术难度，金刚石籽晶衬底质量的保证、晶向的控制以及侧向外延技术的应用均是马赛克拼接法成功的关键。故在使用马赛克拼接法生产大尺寸金刚石单晶的过程中，各金刚石单晶之间容易出现错位、衬底拼接不够紧密、衬底之间存在高度差以及拼接缝处容易出现边缘多晶的问题，上述这些问题均会严重影响金刚石单晶的生长质量，特别是边缘多晶的影响尤为严重，因为边缘多晶的生长速度大于金刚石单晶的生长速度，所以在生长过程中边缘多晶相较于金刚石单晶更靠近能量球，边缘多晶会遮蔽金刚石单晶，造成金刚石单晶的生长速度缓慢，严重时甚至会导致金刚石单晶停止生长。
4.因此，为保证金刚石单晶的正常生长，在金刚石单晶的生长的过程中及生长完成后，需要对大尺寸金刚石单晶片表面的杂质进行去除并整平，现有技术通常是采用激光切割配合机械研磨的方式来完成，具体为，先使用激光将错位的金刚石单晶片进行逐个切割分离，然后对剩下的金刚石单晶片进行研磨。
5.上述激光切割配合机械研磨的方式在使用过程中存在许多问题，具体为：激光切割会减小大尺寸金刚石单晶的尺寸，而且激光切割在切割错位的金刚石单晶片时需要逐个进行对刀，切割效率低且对激光切割的设备和使用人员要求高。机械研磨时由于大尺寸金刚石单晶的表面不平整，缺乏研磨的基准面，导致研磨效率低，而且在研磨过程中很容易因施力不均导致大尺寸金刚石单晶在衬底拼接缝处开裂。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种金刚石单晶片用激光处理装置，以解决现有技术中对大尺寸金刚石单晶片表面打磨存在效率低和效果差的技术问题。
7.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置采用如下技术方案：
8.该金刚石单晶片用激光处理装置，包括底座，所述底座上设有安装架和用于放置
待处理金刚石单晶片的旋转工作台，所述旋转工作台上设有单晶片固定结构，所述单晶片固定结构用于将待处理的金刚石单晶片固定在所述旋转工作台上，所述安装架上安装有激光发生器，所述激光发生器和所述旋转工作台中的至少一个与底座之间设有水平位置调节机构，以使所述激光发生器可对放置在所述旋转工作台上的金刚石单晶片的上表面进行全部处理。
9.有益效果：本实用新型提供的金刚石单晶片用激光处理装置在使用时，首先将待处理的金刚石单晶片放置在旋转工作台上并通过单晶片固定结构进行固定，然后调整激光发生器发射激光束的聚焦点位置，使激光束的聚焦点落到旋转工作台的旋转中心处，接着通过水平位置调节结构带动激光发生器和/或旋转工作台相对底座水平移动，使激光发生器完成对金刚石单晶片的上表面的全部处理；相较于现有技术中采用激光切割配合机械研磨的方式来说，本实施例提供的金刚石单晶片用激光处理装置是对利用激光对金刚石单晶片的上表面进行全部处理，不会破坏金刚石单晶片的尺寸，且利用激光处理不用对金刚石单晶片施加打磨力，减小了金刚石单晶片被破坏的可能；另外，在对金刚石单晶片处理时，仅需要在处理前调整一次激光束的聚焦点位置，有效提高了对金刚石单晶片上表面的处理效率。
10.进一步地，所述水平位置调节机构包括第一移动机构，所述第一移动机构布置在所述旋转工作台与所述底座之间，在所述第一移动机构的移动方向上，所述激光发生器布置在所述第一移动机构的一侧。
11.有益效果：激光处理装置在处理金刚石单晶片的上表面时，需要先对激光发生器发射激光束的聚焦点位置进行调整，这样设置可以方便调整；而且在布置激光发生器时，可以以第一移动机构的移动方向为基准，布置时更加方便。
12.进一步地，所述水平位置调节机构包括第二移动机构，所述第二移动机构布置在所述旋转工作台与所述底座之间，所述第二移动机构的移动方向与所述第一移动机构的移动方向垂直，所述第一移动机构和所述第二移动机构中的一个布置在另一个上，以在一个移动时另一能够跟随移动。
13.有益效果：第一移动机构与第二移动机构在水平面上构成平面直角坐标系，第一移动机构与第二移动机构配合可以带动旋转工作台在水平面上沿任意方向移动，在对金刚石单晶片打磨时可根据金刚石单晶片表面的情况，灵活调整旋转工作台的移动路径。
14.进一步地，所述单晶片固定结构为手指气缸。
15.有益效果：手指气缸结构简单，运行稳定；另外，手指气缸质量轻，能够减轻驱动电机的负载。
16.进一步地，所述手指气缸的两夹爪上分别固设有固定臂，所述固定臂的形状为l形，两固定臂上水平延伸段相向延伸，且两固定臂上水平延伸段的端部分别与相应夹爪固定，两固定臂上竖直延伸段用于配合夹紧待处理的金刚石单晶片。
17.有益效果：这样设置可以提高手指气缸的夹装行程，可使小尺寸的手指气缸完成对大尺寸金刚石单晶片夹紧固定；另外小尺寸的手指气缸的夹紧力较小，不容易对大尺寸金刚石单晶片造成破坏。
18.进一步地，所述旋转工作台上设有避让槽，所述避让槽与所述固定臂对应，以供所述固定臂上的竖直延伸段伸入。
19.有益效果：在面对金刚石单晶片的尺寸小于旋转工作台的尺寸时，两固定臂上的竖直延伸段依然可通过伸入避让槽对金刚石单晶片进行固定，增大了旋转工作台的适用范围。
20.进一步地，所述旋转工作台为圆形台。
21.有益效果：圆形台更加美观，且转动时更加稳定。
22.进一步地，所述激光发生器和所述旋转工作台中的至少一个与底座之间设有竖向位置调节机构。
23.有益效果：在竖直方向上，竖向位置调节机构可以在竖向上调节激光发生器与旋转工作台之间的距离，实现对激光发生器的激光束对旋转工作台上金刚石单晶片的作用强度的调节，在对金刚石单晶片处理时可根据金刚石单晶片表面的情况，灵活控制激光发生器对金刚石单晶片的作用强度。
24.进一步地，所述竖向位置调节机构布置在所述激光发生器和所述底座之间，所述竖向位置调节机构上布置有角度调节机构，所述角度调节机构用于带动激光发生器转动以调整激光发生器发射激光束的俯仰角度，所述激光发生器通过所述角度调节机构布置在所述竖向位置调节机构上。
25.有益效果：调整激光发生器发射激光束的俯仰角度可以控制打磨金刚石单晶片表面的深度，在对金刚石单晶片打磨时可根据金刚石单晶片表面的情况控制激光发生器发射激光束的俯仰角度，使得打磨更加灵活。
26.进一步地，所述安装架为l形的板状结构，所述安装架的水平板段用于固定在支撑台上，所述安装架的竖直板段用于安装所述激光发生器。
27.有益效果：安装架采用l形板状结构更方便加工，且板状结构面积较大，水平板段作为支撑可以更加稳定，竖直板段也可以提供更大的安装面积。
附图说明
28.图1是本实用新型提供的金刚石单晶片用激光处理装置使用前的状态示意图；
29.图2是金刚石单晶片放置在单晶片安装台上的示意图；
30.图3是图1中金刚石单晶片用激光处理装置使用后的状态示意图。
31.图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：
32.1、底座；11、第一移动机构；12、第一滑块；13、第二移动机构；14、第二滑块；2、驱动电机；3、旋转工作台；31、手指气缸；32、固定臂；33、避让槽；4、安装架；41、激光发生器；42、角度调节机构；43、第三移动机构；5、金刚石单晶片。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
34.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求
保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.需要说明的是，本实用新型的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第三”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个
……”
等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
36.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.以下结合实施例对本实用新型作进一步地详细描述。
39.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例1：
40.如图1所示，本实施例提供的金刚石单晶片用激光处理装置包括底座1，底座1上设有安装架4和用于放置待处理金刚石单晶片5的旋转工作台3，旋转工作台3上设有单晶片固定结构，单晶片固定结构用于将待处理的金刚石单晶片5固定在单晶片安装台上，安装架4上安装有激光发生器41，旋转工作台3与底座1之间设有水平位置调节机构，以使激光发生器41可对放置在旋转工作台3上的金刚石单晶片5的上表面进行全部处理。
41.具体地，旋转工作台3由驱动电机2驱动，驱动电机2输出轴的轴线沿竖直方向延伸，旋转工作台3固定在驱动电机2的输出轴上，旋转工作台3为圆形台，旋转工作台3与驱动电机2输出轴的轴线重合。本实施例中，如图2所示，旋转工作台3上布置有单晶片固定结构，单晶片固定结构包括手指气缸31和固定在手指气缸31两夹爪上的两固定臂32，两固定臂32均为l形的杆状结构，两固定臂32上水平延伸段相向延伸，且两固定臂32上水平延伸段的端部分别与相应夹爪固定，手指气缸31上的两夹爪可带动两固定臂32上竖直延伸段做相互靠近或相互远离的运动，两固定臂32上的竖直延伸段用于配合夹紧待打磨的金刚石单晶片5。如图2所示，旋转工作台3上对应两固定臂32的竖直延伸段设有避让槽33，以使固定臂32的竖直延伸段可伸入相应的避让槽33对金刚石单晶片5进行夹紧。
42.本实施例中，水平位置调节机构包括第一移动机构11和第二移动机构13，第一移动机构11包括第一电机、第一导轨、第一螺杆和第一滑块12，第一滑块12导向滑动装配第一导轨中，第一螺杆的一端与第一电机的输出端传动连接，第一螺杆与第一滑块12螺纹配合，
使得第一电机带动第一螺杆转动时，第一滑块12可沿第一导轨的延伸方向往复移动。第二移动机构13包括第二电机、第二导轨、第二螺杆和第二滑块14，第二滑块14导向滑动装配第二导轨中，第二螺杆的一端与第二电机的输出端传动连接，第二螺杆与第二滑块14螺纹配合，使得第二电机带动第二螺杆转动时，第二滑块14可沿第二导轨的延伸方向往复移动。本实施例中，第二移动机构13的移动方向与所述第一移动机构11的移动方向垂直，即第二导轨和第一导轨的延伸方向相互垂直，第一移动机构11与第二移动机构13在水平面上构成平面直角坐标系。第一移动机构11固定安装在第二移动机构13的第二滑块14上，在第二移动机构13移动时，第一移动机构11能够跟随第二移动机构13移动。旋转工作台3布置在第一滑块12上，使得第一移动机构11与第二移动机构13可分别带动旋转工作台3在其对应的移动方向上移动。
43.本实施例中，如图1和图3所示，安装架4为l形的板状结构，安装架4的水平板段固定在支撑台上，安装架4的竖直板段上安装有激光发生器41，激光发生器41与底座1之间设有竖向位置调节机构，竖向位置调节机构包括第三移动机构43，第三移动机构43布置在安装架4的竖直板段上，激光发生器41布置在第三移动机构43上，第三移动机构43可带动激光发生器41上下移动，使激光发生器41相对底座1实现高度调节。第三移动机构43包括第三电机、第三导轨、第三螺杆和第三滑块，第三滑块沿上下方向导向滑动装配第三导轨中，第三螺杆的一端与第三电机的输出端传动连接，第三螺杆与第三滑块螺纹配合，使得第三电机带动第三螺杆转动时，第三滑块可沿第三导轨上下移动。
44.本实施例中，第三滑块上布置有角度调节机构42，激光发生器41布置在角度调节机构42上，角度调节机构42用于带动激光发射器转动，以调整激光发射器发射的激光束的俯仰角度。角度调节机构42包括转动电机和转盘，转盘固定安装在转动电机的输出端上，激光发生器41固定安装在转盘上。
45.本实施例中，第一、第二、第三移动机构的结构相同，第一、第二、第三移动机构的移动方向与各自对应导轨的延伸方向相同。
46.本实施例提供的金刚石单晶片用激光处理装置在使用时，先调整激光发生器41发射激光束的聚焦点位置，具体为，如图1所示，先调整第一移动机构11、第二移动机构13动作，使激光发生器41发射的激光束投射到旋转工作台3的中心位置处，接着调整第三移动机构43和角度调节机构42动作，对激光发生器41与旋转工作台3之间的距离以及激光束与旋转工作台3之间的角度进行调节，实现对激光发生器41的激光束对旋转工作台3上金刚石单晶片5的作用强度的调节。接着将待处理的金刚石单晶片5放置在旋转工作台3上，并控制手指气缸31对金刚石单晶片5进行夹紧固定，然后开启驱动电机2和第一移动机构11，第一移动机构11带动旋转工作台3向激光发生器41的方向移动，如图3所示，完成对金刚石单晶片5上表面全部处理。
47.需说明的是，在对金刚石单晶片5上表面处理时，也可以根据金刚石单晶片5表面的情况，开启驱动电机2和第二移动机构13，第二移动机构13带动旋转工作台3移动，也能够完成对金刚石单晶片5上表面全部处理。在其他实施例中，还可以根据金刚石单晶片5表面的情况，同时开启驱动电机2、第一移动机构11和第二移动机构13，第一移动机构11和第二移动机构13配合可带动旋转工作台3在底座1的平面上做任意方向的移动。
48.本实施例中，如图1所示，底座1为矩形平台，底座1的长度方向与第一移动机构11
的移动方向一致。
49.本实施例中，激光发生器41可采用固体激光器、半导体激光器、光纤激光器中的一种。
50.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例2：
51.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，水平位置调节机构布置在旋转工作台与底座之间。而本实施例中，水平位置调节机构也可以布置在激光发生器与底座之间，水平位置调节机构布置在底座上，安装架布置在水平位置调节机构上，水平位置调节机构带动激光发生器移动，使激光发生器可相对于底座发生水平移动，在处理金刚石单晶片时，通过水平位置调节机构带动激光发生器移动，也能够实现对金刚石单晶片的上表面进行全部处理。在其他实施例中，激光发生器和旋转工作台与底座之间可分别设有水平位置调节机构。
52.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例3：
53.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，水平位置调节机构包括第一移动机构和第二位置调节机构。而本实施例中，水平位置调节机构可以仅包括第一移动机构。在其他实施例中，水平位置调节机构也可以仅包括第二移动机构。
54.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例4：
55.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第一移动机构布置在第二移动机构上，旋转工作台布置在第一移动机构上。在其他实施例中，第二移动机构布置在第一移动机构上，第一移动机构移动时第二移动机构将跟随第一移动机构移动，旋转工作台布置在第二移动机构上。
56.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例5：
57.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，在第一移动机构的移动方向上，激光发生器布置在第一移动机构的一侧。而本实施例中，在垂直于第一移动机构的移动方向上，激光发生器布置在第一移动机构的一侧。
58.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例6：
59.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，竖向位置调节机构布置在激光发生器与底座之间。而本实施例中，竖向位置调节机构也可以布置在旋转工作台与底座之间，旋转工作台布置在竖向位置调节机构上，在上下方向上，竖向位置调节机构带动旋转工作台移动，以调整旋转工作台与底座之间的距离，从而实现调节激光发生器与旋转工作台之间距离的目的。在其他实施例中，激光发生器和旋转工作台与底座之间均布置有竖向位置调节机构。
60.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例7：
61.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第一移动机构包括第一驱动电机、第一导轨、第一螺杆和第一滑块，第一、第二、第三移动机构的结构相同。而本实施例中，第一移动机构也可以包括第一导轨、第一电动小车和第一安装块，第一安装块通过第一电动小车移动安装第一导轨上，第二、第三移动机构也可以采用本实施例中第一移动机构的结构。
62.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例8：
63.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，单晶片固定结构为手指气缸。而
本实施例中，单晶片固定结构也可以为三爪卡盘。
64.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例9：
65.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，手指气缸的两夹爪上分别固设有l形的固定臂。而本实施例中，手指气缸的两夹爪上也可以不固设固定臂。
66.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例10：
67.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，旋转工作台对应固定臂上设有避让槽。而本实施例中，旋转工作台上也可以不设置避让槽。
68.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例11：
69.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，第三移动机构上布置有角度调节机构。而本实施例中，第三移动机构上也可以不布置角度调节机构。
70.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例12：
71.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，安装架为l形的板状结构。而本实施例中，安装架也可以为块状结构。
72.本实用新型中金刚石单晶片用激光处理装置的实施例13：
73.本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，旋转工作台为圆形台。而本实施例中，旋转工作台也可以为方形台。
74.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。