CN110085537A - 温度可控的用于高温激光剥离的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种温度可控的用于高温激光剥离的装置，包括：腔体模块，包括若干腔体单元，腔体单元用于承载衬底或晶片及对衬底或晶片密封；加热模块，用于提供衬底或者晶片进行剥离时所需要的温度；冷却模块，用于降低所述腔体模块及所述加热模块在工作时的温度；窗口模块，用于提供激光进入腔体单元内的通道；运动模块，用于将腔体单元移至激光剥离的工作区域；气体保护及排放模块，用于提供衬底或晶片的工艺气氛；控制模块，用于控制上述各模块的工作。本发明的装置设置有多个腔体单元，通过采用加热模块对多个腔体单元内的衬底或晶片同时加热升温或降温，或以一定的时间差进行加热升温或降温，可以在相同时间内剥离更多的片数。

Description

温度可控的用于高温激光剥离的装置
技术领域
本发明涉及一种半导体制造设备，特别是涉及一种温度可控的用于高温激光剥离的装置。
背景技术
宽禁带半导体氮化物，如氮化镓、氮化铝，其外延结构，如发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)，一般生长在蓝宝石衬底上。由于氮化物与蓝宝石在晶格常数和热膨胀系数方面的不匹配，常温下蓝宝石上的氮化物外延层具有较高的内应力。此内应力会造成晶片的翘曲。同时，外延层在内应力作用下极易形成微裂纹，甚至在厚度较大时碎裂。另外，蓝宝石硬度大、绝缘和导热性能差，异质外延也限制了氮化物晶体质量。这些都给后续的器件制备及性能提升带来难度。
解决上述难题的方法是氮化物自支撑衬底上的同质外延。目前，氮化物自支撑衬底仅有氮化镓自支撑衬底有少量商业化应用。当前的氮化镓自支撑衬底生产方法良率低下，成本高昂，限制了其大规模推广。
激光剥离作为现有氮化镓自支撑衬底生长方法的重要一环，存在着低良率问题，裂片常有发生。这源于目前通常的激光剥离平台都是常温配置，剥离环境及剥离界面的温度不可控，工艺过程产生的以及外延层本身存在的内应力问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种温度可控的用于高温激光剥离的装置，用于解决现有技术中激光剥离装置剥离效率较低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种温度可控的用于高温激光剥离的装置，所述装置包括：腔体模块，包括若干腔体单元，所述腔体单元用于承载衬底或晶片及对所述衬底或晶片密封；加热模块，用于提供衬底或者晶片进行剥离时所需要的温度；冷却模块，用于降低所述腔体模块及所述加热模块在工作时的温度；窗口模块，用于提供激光进入所述腔体单元内的衬底或晶片表面的通道；运动模块，用于将所述腔体单元移至激光剥离的工作区域；气体保护及排放模块，连接至所述腔体单元内部，用于提供所述衬底或晶片的工艺气氛；控制模块，用于控制上述各模块的工作。
可选地，所述装置还包括：第一暂存区，用于存放未剥离的衬底或晶片；第二暂存区，用于存放剥离完成的衬底或晶片；上料模块，用于将衬底或者晶片从所述第一暂存区输运至所述腔体模块中；下料模块，用于将完成剥离的衬底或者晶片从所述腔体模块中取出并存放至所述第二暂存区。
进一步地，所述上料模块及所述下料模块均包括机械手，所述机械手的前端具有吸盘，所述吸盘的材质包括石英。
可选地，多个所述腔体单元设置于同一加热模块上。
可选地，每个所述腔体单元单独配置一个所述加热模块。
可选地，所述窗口模块的材质包括蓝宝石或石英。
可选地，所述加热模块的顶部与所述腔体单元对应的位置具有加热窗口，内部具有加热器，所述加热器的下部设有冷却器，用于降低所述加热器的温度。
进一步地，所述加热窗口的材质包括玻璃或石英，所述加热器包括电阻丝加热器、射频加热器及红外灯管加热器中的一种，所述冷却器包括冷却风扇。
可选地，所述腔体单元底部具有载具，用于承载所述衬底或晶片，并充当热传递路径以及起温度均匀化作用，所述载具包括石墨托盘。
可选地，所述腔体单元的腔壁为中空结构，所述中空结构外接有循环冷却水，所述腔体单元的顶部具有开口，所述开口覆盖有所述窗口模块。
如上所述，本发明的温度可控的用于高温激光剥离的装置，具有以下有益效果：
本发明的装置设置有多个腔体单元，通过采用加热模块对多个腔体单元内的衬底或晶片同时加热升温或降温，或以一定的时间差进行加热升温或降温，可以在相同时间内剥离更多的片数。
附图说明
图1～图2显示为本发明实施例1的温度可控的用于高温激光剥离的装置的结构示意图。
图3显示为本发明实施例1的温度可控的用于高温激光剥离的装置的工作流程示意图。
图4～图5显示为本发明实施例2的温度可控的用于高温激光剥离的装置的结构示意图。
图6显示为本发明实施例2的温度可控的用于高温激光剥离的装置的工作流程示意图。
元件标号说明
101、301 运动模块
102、302 加热模块
103、303 腔体模块
104、304 窗口模块
105、305 衬底或晶片
106、306 载具
107、307 重合区域
108、308 红外灯管加热器
109、309 腔体单元
S11～S16 步骤
S31～S36 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1
通过对氮化物外延层内应力的变温定量分析，我们发现内应力随着温度的升高逐渐降低，在一定的温度下接近零应力状态。因而，在激光剥离过程中，对剥离环境温度加以控制，使氮化物外延层的内应力达到或接近零应力状态，可以有效改善剥离质量，提高剥离合格率。通常的高温激光剥离装置为单片式，升降温速率缓慢，剥离一片往往需时40分钟，而其中大部分时间被用于衬底或晶片105的升温和降温过程。
如图1～图2所示，其中，图1显示为所述装置的侧视结构示意图，图2显示为所述装置的俯视结构示意图。本实施例提供一种温度可控的用于高温激光剥离的装置，所述装置包括：加热模块102、冷却模块、腔体模块103、窗口模块104、运动模块101、气体保护及排放模块、控制模块、第一暂存区、第二暂存区、上料模块及下料模块。
本实施例对应激光光源从顶部向下辐射的情况，其中，加热模块102为一整体，即多个所述腔体单元109设置于同一加热模块102上。腔体模块103的各腔体单元109顶部开口，覆有透光的窗口模块104，载具106在腔体模块103底部，加热模块102及运动模块101在腔体模块103之下。
所述加热模块102用于提供衬底或者晶片进行剥离时所需要的温度。所述加热模块102的顶部与所述腔体单元109对应的位置具有加热窗口107，内部具有加热器，所述加热器的下部设有冷却器，用于降低所述加热器的温度。所述加热窗口107的材质包括玻璃或石英，在本实施例中，选用为石英，以透过红外光，提高加热效率。所述加热器包括电阻丝加热器、射频加热器及红外灯管加热器108中的一种，在本实施例中，所述加热器选用为红外灯管加热器108。所述冷却器可以为冷却风扇或其他具有冷却或散热功能的器件，该冷却器可作为所述冷却模块的一个组成部分。本实施例的加热模块102最高可将衬底或晶片105温度升至1200℃以上。
所述腔体模块103包括若干腔体单元109，所述腔体单元109用于承载衬底或晶片105及对所述衬底或晶片105密封，以防激光反射造成人员损伤以及裂片导致的飞片。所述腔体模块103位于加热模块102之上。腔体模块103底部有载具106，在激光剥离时对衬底或晶片105起支承作用，并充当热传递路径以及起温度均匀化作用。所述载具106可为石墨托盘。所述腔体模块103的各腔体单元109的侧壁有开孔，可以与气体保护及排放模块相连，用于提供所述衬底或晶片105的工艺气氛，可以匹配不同半导体材料工艺条件，保护衬底或使晶片105避免氧气或空气中其他气体的污染。所述腔体单元109的腔壁为中空结构，所述中空结构外接有循环冷却水，以防止剥离时的高温破坏，所述腔体单元109的顶部具有开口，所述开口覆盖有所述窗口模块104，用于提供激光进入所述腔体单元109内的衬底或晶片105表面的通道，所述窗口模块104的材质包括蓝宝石或石英，在本实施例中选用为蓝宝石，以在透过激光的同时，避免激光对窗口的损坏。所述中空结构和外接的冷却水可作为所述冷却模块的另一组成部分。
本实施例的多个腔体单元109置于所述加热模块102之上，其排列方式可为矩阵式排列、圆周排列等。
所述冷却模块用于降低所述腔体模块及所述加热模块在工作时的温度，其可以包括所述加热模块102下方的冷却器以及所述腔体单元109的中空结构的腔壁及外接的循环冷却水。
所述第一暂存区用于存放未剥离的衬底或晶片105，所述第二暂存区用于存放剥离完成的衬底或晶片105，所述上料模块用于将衬底或者晶片从所述第一暂存区输运至所述腔体模块103中，所述下料模块用于将完成剥离的衬底或者晶片从所述腔体模块103中取出并存放至所述第二暂存区。例如，所述上料模块及所述下料模块均可以为机械手，所述机械手的前端具有吸盘，所述吸盘的材质包括石英。
所述运动模块101位于所述加热模块102的下方，用于将所述腔体模块103的各腔体单元109移至激光剥离的工作区域。
所述控制模块用于控制上述各模块的工作，提供各模块在工艺流程所需要的功能。
如图3所示，本实施例的温度可控的用于高温激光剥离的装置的工作流程如下：
S11，将多个衬底或晶片105分别放入多个腔体单元109中；
S12，加热模块102同时将多个腔体单元109内的衬底或晶片105的温度升至剥离温度；
S13，运动模块101将某个腔体单元109移动至激光剥离工作区域；
S14，依次对某个腔体单元109内的衬底或晶片105进行激光剥离；
S15，全部腔体单元109内的衬底或晶片105均完成剥离，加热模块102停止工作，降温；
S16，取出衬底或晶片105。
本实施例通过采用加热模块对多个腔体单元内的衬底或晶片同时加热升温或降温，可以在相同时间内剥离更多的片数。
实施例2
如图4～图5所示，其中，图4显示为所述装置的侧视结构示意图，图5显示为所述装置的俯视结构示意图。本实施例提供一种温度可控的用于高温激光剥离的装置，所述装置包括：加热模块302、冷却模块、腔体模块303、窗口模块304、运动模块301、气体保护及排放模块、控制模块、第一暂存区、第二暂存区、上料模块及下料模块。
本实施例对应激光光源从顶部向下辐射的情况，其中，腔体模块303中的腔体单元309配有独立加热模块302，即每个所述腔体单元309单独配置一个所述加热模块302。腔体模块303的各腔体单元309顶部开口，覆有透光的窗口模块304，载具306在腔体模块303底部，加热模块302及运动模块301在腔体模块303之下。
所述加热模块302用于提供衬底或者晶片进行剥离时所需要的温度。所述加热模块302的顶部与所述腔体单元309对应的位置具有加热窗口307，内部具有加热器，所述加热器的下部设有冷却器，用于降低所述加热器的温度。所述加热窗口307的材质包括玻璃或石英，在本实施例中，选用为石英，以透过红外光，提高加热效率。所述加热器包括电阻丝加热器、射频加热器及红外灯管加热器308中的一种，在本实施例中，所述加热器选用为红外灯管加热器308。所述冷却器可以为冷却风扇或其他具有冷却或散热功能的器件，该冷却器可作为所述冷却模块的一个组成部分。本实施例的加热模块302最高可将衬底或晶片305温度升至1200℃以上。
所述腔体模块303包括若干腔体单元309，所述腔体单元309用于承载衬底或晶片305及对所述衬底或晶片305密封，以防激光反射造成人员损伤以及裂片导致的飞片。所述腔体模块303位于加热模块302之上。腔体模块303底部有载具306，在激光剥离时对衬底或晶片305起支承作用，并充当热传递路径以及起温度均匀化作用。所述载具306可为石墨托盘。所述腔体模块303的各腔体单元309的侧壁有开孔，可以与气体保护及排放模块相连，用于提供所述衬底或晶片305的工艺气氛，可以匹配不同半导体材料工艺条件，保护衬底或晶片305避免氧气或空气中其他气体的污染。所述腔体单元309的腔壁为中空结构，所述中空结构外接有循环冷却水，以防止剥离时的高温破坏，所述腔体单元309的顶部具有开口，所述开口覆盖有所述窗口模块304，用于提供激光进入所述腔体单元309内的衬底或晶片305表面的通道，所述窗口模块304的材质包括蓝宝石或石英，在本实施例中选用为石英，以在透过激光的同时，避免激光对窗口的损坏。所述中空结构和外接的循环冷却水可作为所述冷却模块的另一组成部分。
本实施例的多个腔体单元309置于所述加热模块302之上，其排列方式可为矩阵式排列、圆周排列等。
所述冷却模块用于降低所述腔体模块及所述加热模块在工作时的温度，其可以包括所述加热模块302下方的冷却器以及所述腔体单元309的中空结构的腔壁及外接的循环冷却水。
所述第一暂存区用于存放未剥离的衬底或晶片305，所述第二暂存区用于存放剥离完成的衬底或晶片305，所述上料模块用于将衬底或者晶片从所述第一暂存区输运至所述腔体模块303中，所述下料模块用于将完成剥离的衬底或者晶片从所述腔体模块303中取出并存放至所述第二暂存区。例如，所述上料模块及所述下料模块均可以为机械手，所述机械手的前端具有吸盘，所述吸盘的材质包括石英。
所述运动模块301位于所述加热模块302的下方，用于将所述腔体模块303的各腔体单元309移至激光剥离的工作区域。
所述控制模块用于控制上述各模块的工作，提供各模块在工艺流程所需要的功能。
如图6所示，本实施例的温度可控的用于高温激光剥离的装置的工作流程如下：
S31，将多个衬底或晶片305分别放入多个腔体单元309中；
S32，多个加热模块302分别将多个腔体单元309内的衬底或晶片305的温度升至剥离温度，该加热过程中，多个加热模块302可以同时对多个腔体单元309加热，即同时对腔体单元1、腔体单元2、腔体单元3同时进行加热，或者按照预定的时间，按一定的时间差对腔体单元1、腔体单元2、腔体单元3进行加热；
S33，当上述某个腔体单元309达到剥离温度后，运动模块301将该腔体单元309移动至激光剥离工作区域；
S34，对该腔体单元309内的衬底或晶片305进行激光剥离；
S35，该腔体单元309内的衬底或晶片305完成剥离后，其下方对应的加热模块302停止工作，降温；即每完成一个腔体单元309内的衬底或晶片305的剥离后，即可单独对该腔体单元309进行降温，可以大大提高剥离效率；
S36，某腔体单元309降温完成后，可单独取出该腔体单元309内的衬底或晶片305。
在本实施例中，因为具有多个独立的加热单元，升温、激光剥离、降温、取片、放片可同时在不同腔体单元309里进行，实现连续的激光剥离。如图6所示，可有如下工作状态：当腔体单元1在升温时，腔体单元2在激光剥离，而腔体单元3在降温；接着腔体单元1在激光剥离，腔体单元2在降温，而腔体单元3在升温，等等。
如上所述，本发明的温度可控的用于高温激光剥离的装置，具有以下有益效果：
本发明的装置设置有多个腔体单元，通过采用加热模块对多个腔体单元内的衬底或晶片同时加热升温或降温，或以一定的时间差进行加热升温或降温，可以在相同时间内剥离更多的片数。
本发明的加热模块可以有效提高其对衬底或晶片的升温效率及降温效率，可有效提高衬底或晶片的剥离效率。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于，所述装置包括：
腔体模块，包括若干腔体单元，所述腔体单元用于承载衬底或晶片及对所述衬底或晶片密封；
加热模块，用于提供衬底或者晶片进行剥离时所需要的温度；
冷却模块，用于降低所述腔体模块及所述加热模块在工作时的温度；
窗口模块，用于提供激光进入所述腔体单元内的衬底或晶片表面的通道；
运动模块，用于将所述腔体单元移至激光剥离的工作区域；
气体保护及排放模块，连接至所述腔体单元内部，用于提供所述衬底或晶片的工艺气氛；
控制模块，用于控制上述各模块的工作。
2.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述装置还包括：
第一暂存区，用于存放未剥离的衬底或晶片；
第二暂存区，用于存放剥离完成的衬底或晶片；
上料模块，用于将衬底或者晶片从所述第一暂存区输运至所述腔体模块中；
下料模块，用于将完成剥离的衬底或者晶片从所述腔体模块中取出并存放至所述第二暂存区。
3.根据权利要求2所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述上料模块及所述下料模块均包括机械手，所述机械手的前端具有吸盘，所述吸盘的材质包括石英。
4.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：多个所述腔体单元设置于同一加热模块上。
5.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：每个所述腔体单元单独配置一个所述加热模块。
6.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述窗口模块的材质包括蓝宝石或石英。
7.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述加热模块的顶部与所述腔体单元对应的位置具有加热窗口，内部具有加热器，所述加热器的下部设有冷却器，用于降低所述加热器的温度。
8.根据权利要求7所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述加热窗口的材质包括玻璃或石英，所述加热器包括电阻丝加热器、射频加热器及红外灯管加热器中的一种，所述冷却器包括冷却风扇。
9.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述腔体单元底部具有载具，用于承载所述衬底或晶片，并充当热传递路径以及起温度均匀化作用，所述载具包括石墨托盘。
10.根据权利要求1所述的温度可控的用于高温激光剥离的装置，其特征在于：所述腔体单元的腔壁为中空结构，所述中空结构外接有循环冷却水，所述腔体单元的顶部具有开口，所述开口覆盖有所述窗口模块。
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