CN110534477B - 激光剥离集成化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光剥离集成化设备，包括：激光光源，用于对所述待剥离晶片进行激光剥离；剥离腔室，用于承载所述待剥离晶片；加热器，用于提供所述待剥离晶片进行剥离时所需要的温度；轮廓测量装置，用于获取所述待剥离晶片的表面轮廓信息；以及移动装置，用于依据所述轮廓测量装置所获取的表面轮廓信息调整所述待剥离晶片的所在高度，使得剥离时激光光源的焦点位于待剥离位置。本发明的激光剥离集成化设备通过实时测量待剥离晶片表面轮廓，在剥离时实时调整晶片高度，可以保证剥离时激光焦点位于待剥离位置，使得激光在剥离面不偏焦，提升激光剥离的良率。

Description

激光剥离集成化设备
技术领域
本发明属于半导体制造设备领域，特别是涉及一种激光剥离集成化设备。
背景技术
二十世纪末，为了实现高频、高效率及大功率等优异性能电子电力器件的制备，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料加快了发展进程。氮化镓(GaN)由于其优异性能，可应用于制备高功率高频器件等其它特殊条件下工作的半导体器件而得到广泛研究与应用。氮化镓(GaN)外延层的晶体质量是实现高性能氮化镓(GaN)基器件的根本保障。而采用氮化镓(GaN)单晶衬底实现同质外延是提高氮化镓(GaN)外延层晶体质量与氮化镓(GaN)基器件的主要途径。
目前，大尺寸氮化镓自支撑衬底的制备技术成为其前进道路上最大的障碍之一，其制备工艺，通常是在蓝宝石衬底上异质外延氮化镓膜，然后采用激光剥离技术(LaserLift-off Technique)使得氮化镓膜与蓝宝石分离，从而得到自支撑氮化镓衬底。在氮化镓的外延生长过程中，残余应力主要是晶格失配应力和热失配应力，晶格失配应力主要是蓝宝石衬底和氮化镓晶体晶格大小不匹配造成的；热失配应力主要是由于两者热胀系数不同，氮化镓外延片是在800℃以上的高温状态下生长的，生长完毕降温后，两者的晶格收缩比例有很大不同，因此造成了彼此之间的晶格互相牵制，导致氮化镓/蓝宝石复合衬底的翘曲较大。
氮化镓/蓝宝石复合衬底的较大翘曲，使得激光剥离时激光在剥离面偏焦，极大降低剥离良率。
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激光剥离集成化设备，用于解决现有技术中激光剥离过程中由偏焦导致的晶片裂片问题，提升整体的制作良率。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种激光剥离集成化设备，所述设备包括：激光光源，用于对所述待剥离晶片进行激光剥离；剥离腔室，用于承载所述待剥离晶片；加热器，用于提供所述待剥离晶片进行剥离时所需要的温度；轮廓测量装置，用于获取所述待剥离晶片的表面轮廓信息；以及移动装置，用于依据所述轮廓测量装置所获取的表面轮廓信息调整所述待剥离晶片的所在高度，使得剥离时激光光源的焦点位于待剥离位置。
可选地，所述轮廓测量装置包括表面轮廓仪及激光测距仪中的一种。
进一步地，所述表面轮廓仪间接测量所述待剥离晶片的表面轮廓，其采用的测量方法包括白光干涉测量方法、诺马斯基干涉测量方法及剪切干涉测量方法中的一种。
进一步地，所述表面轮廓仪的测量方法选用为白光干涉测量方法，所述白光干涉测量方法包括相位扫描干涉测量方法及垂直扫描干涉测量方法中的一种。
可选地，所述轮廓测量装置在获取所述待剥离晶片的表面轮廓信息后，根据所述表面轮廓信息将表面分为若干待剥离区，且每个所述待剥离区内部的最大高度差小于或等于所述激光光源的焦深。
进一步地，在每一待剥离区完成激光剥离后，所述轮廓测量装置扫描剩余的所述待剥离晶片区域，对剩余的所述待剥离晶片区域进行重新分区，形成新的待剥离区。
进一步地，所述激光光源根据所述待剥离区的表面轮廓调整激光参数，所述激光参数包括扫描线速度及占空比中的一种或多种。
可选地，所述移动装置还用于所述待剥离晶片的水平移动或/及水平转动。
可选地，还包括反射镜，所述轮廓测量装置及所述反射镜分别位于所述待剥离晶片的上方两侧，所述轮廓测量装置正对所述反射镜，所述反射镜通过倾斜转动将所述待剥离晶片反射成像至所述轮廓测量装置。
可选地，所述激光光源的波长为355纳米或266纳米。
如上所述，本发明的激光剥离集成化设备，具有以下有益效果：
本发明的激光剥离集成化设备及其使用方法，通过实时测量待剥离晶片表面轮廓，在剥离时实时调整晶片高度，可以保证剥离时激光焦点位于待剥离位置，使得激光在剥离面不偏焦，提升激光剥离的良率。
附图说明
图1～图2显示为本发明实施例1的激光剥离集成化设备的结构示意图。
图3a～图3b显示为本发明的待剥离晶片的待剥离区划分示意图。
图4显示为本发明在对不同待剥离区进行剥离时的待剥离晶片的高度变化示意图。
图5～图6显示为本发明实施例2的激光剥离集成化设备的结构示意图。
元件标号说明
201 移动装置
202 加热器
203 剥离腔室
204 待剥离晶片
205 激光光源
206 表面轮廓仪或激光测距仪
207 反射镜
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。
氮化镓/蓝宝石复合衬底的较大翘曲，使得激光剥离时激光在剥离面偏焦，极大降低剥离良率。例如，4英寸氮化镓/蓝宝石复合衬底的曲率半径为0.6-1.5米，对应的测量晶圆弯曲度(wafer bow)为1200-1300微米，而激光的焦深通常为300微米左右，且激光焦点在剥离时不可调。晶圆弯曲度比光源的焦深大。更严重的是，晶圆弯曲度还随剥离的进行持续变化，容易造成激光能量密度不足或过度，最终导致不完全剥离、裂片等不良现象，严重影响剥离良率。
实施例1
如图1及图2所示，本实施例提供一种激光剥离集成化设备，所述激光剥离集成化设备包括激光光源205、剥离腔室203、加热器202、轮廓测量装置以及移动装置201。
如图1所示，所述激光光源205设置于所述剥离腔室203的上方，用于对剥离腔室203内的所述待剥离晶片204进行激光剥离。所述激光光源205的波长可以为355纳米或266纳米。所述激光光源205在剥离时具有一定的焦深，如250微米～400微米等，在本实施例中，所述激光光源205的焦深为300微米。
所述剥离腔室203用于承载所述待剥离晶片204，并为所述待剥离晶片204提供密封环境，该密封环境可以阻挡晶片剥离时生成物的飞溅，同时，可以为剥离提供合适的工艺气氛。所述剥离腔室203的顶部具有用于提供激光进入所述剥离腔室203内的窗口，所述窗口在剥离时位于所述激光光源205的正下方，所述窗口的材质可以蓝宝石或石英，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。
如图1所示，所述加热器202位于所述剥离腔室203下方，用于提供所述待剥离晶片204进行剥离时所需要的温度。例如，所述加热器202可以为电阻丝加热器、射频加热器或红外灯管加热器等。在本实施例中，所述加热器202选用为红外灯管加热器。
如图1所示，所述轮廓测量装置用于获取所述待剥离晶片204的表面轮廓信息。在本实施例中，所述轮廓测量装置选用为表面轮廓仪206，所述表面轮廓仪206设置于所述剥离腔室203上方，所述表面轮廓仪206间接测量所述待剥离晶片204的表面轮廓，其采用的测量方法包括白光干涉测量方法、诺马斯基干涉测量方法及剪切干涉测量方法中的一种，其中，在本实施例中，所述表面轮廓仪206的测量方法选用为白光干涉测量方法，所述白光干涉测量方法包括相位扫描干涉测量方法及垂直扫描干涉测量方法中的一种。
如图3a及图3b所示，待所述轮廓测量装置在获取所述待剥离晶片204的表面轮廓信息后，根据所述表面轮廓信息将表面分为若干待剥离区，且每个所述待剥离区内部的最大高度差小于或等于所述激光光源205的焦深。例如，对于4英寸的待剥离晶片204，当其整体轮廓高度差为1200微米，激光光源205的焦深为300微米时，可以将所述待剥离晶片204划分为4个待剥离区A1、A2、A3、A4，如图3a及图3b所示，从而每个所述待剥离区内部的最大高度差小于或等于所述激光光源205的焦深。当然，实际的分区数量可依据待剥离晶片204的整体轮廓高度差以及激光光源205的焦深进行设定，并不限于此处所列举的示例。
由于部分应力释放，晶片轮廓在激光剥离持续进行时会有所变化，为了进一步提高剥离位置的精准性，可以在每一待剥离区完成激光剥离后，采用所述轮廓测量装置扫描剩余的所述待剥离晶片204区域，对剩余的所述待剥离晶片204区域进行重新分区，形成新的待剥离区。
对于不同的待剥离区，所述激光光源205根据所述待剥离区的表面轮廓调整激光参数，所述激光参数包括扫描线速度及占空比中的一种或多种。
所述移动装置201用于依据所述轮廓测量装置所获取的表面轮廓信息调整所述待剥离晶片204的所在高度，使得剥离时激光光源205的焦点位于待剥离位置。如图4所示，其中，H为参考平面，对应的位置为当前待剥离区的中间高度，亦为激光焦深的中间处。对于不同剥离阶段时，通过所述移动装置201调整待剥离晶片204的高度，由于激光焦点在剥离时不可调，故调整待剥离晶片204的高度，可以使激光焦点始终位于晶片的待剥离区域。
在本实施例中，所述移动装置201还用于所述待剥离晶片204的水平移动。如图1及图2所示，所述移动装置201可以使得所述待剥离晶片204在所述表面轮廓仪206及所述激光光源205之间移动。
本实施例还提供一种激光剥离集成化设备的剥离方法，包括以下步骤：
步骤1)，将待剥离晶片204放入剥离腔室203，通入保护气氛并升温至剥离温度。
步骤2)，利用移动装置201将剥离腔室203、加热器202及待剥离晶片204整体水平移动至表面轮廓仪206下方，使用表面轮廓仪206测量待剥离晶片204的表面轮廓信息，并依据表面轮廓信息划分待剥离区A1、A2、A3、A4，如图1及图3a及图3b所示。
步骤3)，根据上述的表面轮廓信息利用移动装置201调整待剥离晶片204的高度。
步骤4)，利用移动装置201将剥离腔室203、加热器202及待剥离晶片204整体水平移动至激光光源205下方，如图2所示，然后使用激光扫射晶片的待剥离区域A1。
步骤5)，停止激光扫射，并重复步骤2)至步骤4)，分别剥离区域A2、A3及A4，或其他更多区域。
步骤6)，完成激光剥离，降温并取出晶片。
实施例2
如图5～图6所示，本实施例提供一种激光剥离集成化设备，其基本结构如实施例1，其中，所述激光剥离集成化设备包括激光光源205、剥离腔室203、加热器202、轮廓测量装置、移动装置201及反射镜207，所述轮廓测量装置及所述反射镜207分别位于所述待剥离晶片204的上方两侧，所述轮廓测量装置正对所述反射镜207，所述反射镜207通过倾斜转动将所述待剥离晶片204反射成像至所述轮廓测量装置。所述移动装置201仅用于依据所述轮廓测量装置所获取的表面轮廓信息调整所述待剥离晶片204的所在高度，使得剥离时激光光源205的焦点位于待剥离位置，而不需要水平移动功能，可以有效简化设备，并避免由于移动误差造成的剥离位置偏移，提高剥离良率。
本实施例还提供一种激光剥离集成化设备的剥离方法，包括以下步骤：
步骤1)，将待剥离晶片204放入剥离腔室203，通入保护气氛并升温至剥离温度。
步骤2)，旋转反射镜207，使其与水平面成45度夹角。表面轮廓仪206正对倾斜的反射镜207，通过反射镜207的反射成像测量位于反射镜207下面晶片的待剥离区域的表面轮廓信息，如图6所示，并依据表面轮廓信息划分待剥离区A1、A2、A3、A4，如图1及图3a及图3b所示。
步骤3)，根据上述的表面轮廓信息利用移动装置201调整待剥离晶片204的高度。
步骤4)，旋转反射镜207，使其垂直于水平面，不遮挡激光，如图5所示，然后使用激光扫射晶片的待剥离区域A1。
步骤5)，停止激光扫射，并重复步骤2)至步骤4)，分别剥离区域A2、A3及A4，或其他更多区域。
步骤6)，完成激光剥离，降温并取出晶片。
本实施例的所述移动装置201仅用于依据所述轮廓测量装置所获取的表面轮廓信息调整所述待剥离晶片204的所在高度，使得剥离时激光光源205的焦点位于待剥离位置，而不需要水平移动功能，可以有效简化设备，并避免由于移动误差造成的剥离位置偏移，提高剥离良率。
实施例3
本实施例提供一种激光剥离集成化设备，其基本结构如实施例1，其中，与实施例1的不同之处在于，所述轮廓测量装置选用为激光测距仪206。所述激光测距仪206一次测量得到单点数据，利用带有水平旋转和水平移动功能的移动装置201，通过多点测量，并拟合数据即可得到表面轮廓信息。
本实施例还提供一种激光剥离集成化设备的剥离方法，包括以下步骤：
步骤1)，将待剥离晶片204放入剥离腔室203，通入保护气氛并升温至剥离温度。
步骤2)，利用移动装置201将剥离腔室203、加热器202及待剥离晶片204整体水平移动至激光测距仪下方，使用激光测距仪测量待剥离晶片204的表面轮廓信息，并依据表面轮廓信息划分待剥离区A1、A2、A3、A4，如图1及图3a及图3b所示。
步骤3)，根据上述的表面轮廓信息利用移动装置201调整待剥离晶片204的高度。
步骤4)，利用移动装置201将剥离腔室203、加热器202及待剥离晶片204整体水平移动至激光光源205下方，如图2所示，然后使用激光扫射晶片的待剥离区域A1。
步骤5)，停止激光扫射，并重复步骤2)至步骤4)，分别剥离区域A2、A3及A4，或其他更多区域。
步骤6)，完成激光剥离，降温并取出晶片。
如上所述，本发明的激光剥离集成化设备，具有以下有益效果：
本发明的激光剥离集成化设备及其使用方法，通过实时测量待剥离晶片表面轮廓，在剥离时实时调整晶片高度，可以保证剥离时激光焦点位于待剥离位置，使得激光在剥离面不偏焦，提升激光剥离的良率。
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 (9)

1.一种激光剥离集成化设备，其特征在于，所述设备包括：
激光光源，用于对待剥离晶片进行激光剥离；
剥离腔室，用于承载所述待剥离晶片；
加热器，用于提供所述待剥离晶片进行剥离时所需要的温度；
轮廓测量装置，用于获取所述待剥离晶片的表面轮廓信息，所述轮廓测量装置在获取所述待剥离晶片的表面轮廓信息后，根据所述表面轮廓信息将表面分为若干待剥离区，且每个所述待剥离区内部的最大高度差小于或等于所述激光光源的焦深；以及
移动装置，用于依据所述轮廓测量装置所获取的表面轮廓信息调整所述待剥离晶片的所在高度，使得剥离时激光光源的焦点位于待剥离位置。
2.根据权利要求1所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：所述轮廓测量装置包括表面轮廓仪及激光测距仪中的一种。
3.根据权利要求2所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：所述表面轮廓仪间接测量所述待剥离晶片的表面轮廓，其采用的测量方法包括白光干涉测量方法、诺马斯基干涉测量方法及剪切干涉测量方法中的一种。
4.根据权利要求3所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：所述表面轮廓仪的测量方法选用为白光干涉测量方法，所述白光干涉测量方法包括相位扫描干涉测量方法及垂直扫描干涉测量方法中的一种。
5.根据权利要求1所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：在每一待剥离区完成激光剥离后，所述轮廓测量装置扫描剩余的所述待剥离晶片区域，对剩余的所述待剥离晶片区域进行重新分区，形成新的待剥离区。
6.根据权利要求1所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：所述激光光源根据所述待剥离区的表面轮廓调整激光参数，所述激光参数包括扫描线速度及占空比中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：所述移动装置还用于所述待剥离晶片的水平移动或/及水平转动。
8.根据权利要求1所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：还包括反射镜，所述轮廓测量装置及所述反射镜分别位于所述待剥离晶片的上方两侧，所述轮廓测量装置正对所述反射镜，所述反射镜通过倾斜转动将所述待剥离晶片反射成像至所述轮廓测量装置。
9.根据权利要求1所述的激光剥离集成化设备，其特征在于：所述激光光源的波长为355纳米或266纳米。
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