TWI579902B - 一種基板移除設備及利用此設備的基板移除製程 - Google Patents

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一種基板移除設備及利用此設備的基板移除製程
本發明是有關於一種基板移除設備及利用此設備進行的基板移除製程，且特別是關於一種藉由超臨界流體之磊晶基板移除設備，及利用此設備進行的磊晶基板移除製程。
傳統製作薄膜發光二極體時，通常是生長磊晶層於一半導體磊晶基板上，再將磊晶層貼合至另一基板，然後以蝕刻液將磊晶基板溶解移除以繼續其他製程。然而，磊晶基板在此過程中會被溶解而消耗，導致製造成本提高，若能將磊晶基板回收再使用，將可大幅降低製造成本。
有鑒於上述缺點，一種磊晶基板移除設備及利用此設備進行的磊晶基板移除製程乃是業界所殷切期盼的。
本發明之一特徵是提供一種基板移除設備，包括一蝕刻腔，其內可放置一待蝕刻的磊晶堆疊結構，包括一磊晶基板、一磊晶層及一夾於磊晶基板和磊晶層間的犧牲層； 一蝕刻液供應系統，包括一蝕刻液儲存槽、一第一加壓幫浦、一第一管線及一第一流量控制閥，其中第一管線連接蝕刻液儲存槽、第一加壓幫浦及蝕刻腔，而第一流量控制閥則位在第一加壓幫浦與蝕刻腔之間，其中來自蝕刻液儲存槽內的蝕刻液被第一加壓幫浦加壓，形成一加壓蝕刻液，並在第一流量控制閥的控制下注入蝕刻腔內；一氣體供應系統，包括一氣體氣瓶、一第二加壓幫浦、一第二管線及一第二流量控制閥，其中第二管線連接氣體氣瓶、第二加壓幫浦及蝕刻腔，而第二流量控制閥則位在第二加壓幫浦與蝕刻腔之間，其中來自氣體氣瓶的氣體被第二加壓幫浦加壓，形成一加壓氣體，並在第二流量控制閥控制下注入蝕刻腔內；其中，蝕刻腔可被加熱、加壓至氣體氣瓶所提供之氣體之一臨界溫度和一臨界壓力上，使注入蝕刻腔內的加壓蝕刻液及加壓氣體混合形成一超臨界蝕刻流體以蝕刻去除犧牲層，使磊晶基板自磊晶層剝離，並且直接被回收再使用。
本發明之另一特徵是提供一種如上所述的基板移除設備，其中蝕刻腔內更包括一晶圓承載盤(wafer holder)及一磊晶承載盤(Epi. holder)，其中晶圓承載盤是用以承載一包含一磊晶基板和一磊晶層的磊晶堆疊結構，磊晶承載盤是用以承載剝離自磊晶基板的磊晶層，其中磊晶堆疊結構是被夾於晶圓承載盤與磊晶承載盤之間，且自磊晶層剝離的磊晶基板是放置在晶圓承載盤表面。
本發明之另一特徵是提供一種如上所述的基板移除製程，且在以第一超臨界蝕刻流體蝕刻犧牲層前，更包括先使用一種第二超臨界蝕刻流體蝕刻部分磊晶層，以在磊晶層形成複數個切割渠道，供後續裂片製程使用。
本發明之另一特徵是提供一種如上所述的基板移除製程，第二超臨界蝕刻流體包括超臨界二氧化碳及一種對磊晶層具有相較於犧牲層較高蝕刻速率的第二蝕刻液。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定形式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。 實施例一：
首先，請參照第1A圖，如第1A圖所示的磊晶堆疊結構100包括有一砷化鎵基板10、一成長於砷化鎵基板10上的砷化鋁犧牲層20及發光二極體磊晶層30。其中，基板10之材料除本實施例的砷化鎵以外，也可選擇其他發光二極體產業所常用的磊晶層生長基板，例如鍺基板、矽基板、藍寶石基板或碳化矽基板等；犧牲層20的材料除本實施例的砷化鋁外，也可選擇其他發光二極體產業所常用的犧牲層，例如磷化鋁、磷化銦、砷化銦鋁或磷化銦鋁等其中之一或其組合。發光二極體磊晶層30則包括可出紅、綠、藍等可見光或紫外光的III-V族或II-VI族的磊晶層材料。
接著，請參照第1B圖及第1C圖，利用含有對砷化鋁犧牲層20具有相較於磊晶層30較高蝕刻速率的蝕刻液，例如稀釋的氫氟酸，和超臨界二氧化碳混合而成的第一超臨界蝕刻流體，蝕刻去除砷化鋁犧牲層20，使磊晶基板10自磊晶層30被剝離。此外，更可添加一種界面活性劑，例如丁二酸二辛酯磺酸鈉 (Sodium bis[2-ethyl -hexyl]Sulfosuccinate, AOT)、全氟聚醚碳酸銨(Ammonium Carboxylate Perfluoropolyether, PFPE)、吡啶和矽氧烷其中之一或其組合，以提高蝕刻液與超臨界二氧化碳的均勻化。如第1B圖及第1C圖所示，第一超臨界蝕刻流體自砷化鋁犧牲層20裸露的側邊，由外向內進行蝕刻，由於第一超臨界蝕刻流體具有高擴散、低黏度及低表面張力的特性，故其蝕刻速率不僅較習知的蝕刻液快數倍，大幅減少磊晶基板10的剝離時間，且蝕刻後不會有蝕刻副產物殘留於磊晶基板10表面，故磊晶基板10剝離後便可直接回收再使用，不需要額外的清洗步驟，故可大幅降低磊晶基板10的回收成本。
第1B圖及第1C圖所示的剖面製程是在第3圖所示的基板移除設備1000中進行。其中，基板移除設備1000包括一蝕刻腔150，其內放置有一待蝕刻的磊晶堆疊結構100，包括一磊晶基板10、一磊晶層30及一夾於磊晶基板10和磊晶層30之間的犧牲層20；一蝕刻液供應系統，包括一含有稀釋氫氟酸的蝕刻液儲存槽300、一第一加壓幫浦310、一第一管線320及一第一流量控制閥350，第一管線320連接蝕刻液儲存槽300、第一加壓幫浦310及蝕刻腔150，而第一流量控制閥350則位在第一加壓幫浦310與蝕刻腔150之間之第一管線320中，其中來自蝕刻液儲存槽300內的稀釋氫氟酸被第一加壓幫浦310加壓以形成一加壓之稀釋氫氟酸，並在第一流量控制閥350的控制下注入蝕刻腔150內；以及一加壓二氧化碳供應系統，包括一二氧化碳氣瓶200、一第二加壓幫浦210、一第二管線220及一第二流量控制閥250，第二管線220連接二氧化碳氣瓶200、第二加壓幫浦210及蝕刻腔150，而第二流量控制閥250則位在第二加壓幫浦210與蝕刻腔150之間之第二管線220中，其中來自二氧化碳氣瓶200的二氧化碳被第二加壓幫浦210加壓，形成一加壓二氧化碳，並在第二流量控制閥250控制下注入蝕刻腔150內。其中，蝕刻腔150可被加熱至二氧化碳之臨界溫度以上, 例如等於或大於31.1°C，和加壓至二氧化碳之臨界壓力以上, 例如等於或大於1070 psi，使注入蝕刻腔150內的加壓稀釋氫氟酸及加壓二氧化碳混合形成一第一超臨界蝕刻流體以蝕刻去除犧牲層20，使磊晶基板10被剝離磊晶層30，並且直接被回收再使用。
此外，更可添加一種界面活性劑，例如丁二酸二辛酯磺酸鈉 (Sodium bis[2-ethyl -hexyl]Sulfosuccinate, AOT)、全氟聚醚碳酸銨(Ammonium Carboxylate Perfluoropolyether, PFPE)、吡啶和矽氧烷其中之一或其組合，以提高蝕刻液與超臨界二氧化碳的均勻化。
第3圖所示的基板移除設備1000更可包括一晶圓承載盤(wafer holder)160及一磊晶承載盤(Epi. holder)170，其中晶圓承載盤160是用以承載磊晶堆疊結構100，且磊晶堆疊結構100是如第4圖所示般，藉由雙面膠110使磊晶層30被貼附固定於磊晶承載盤170上，而晶圓承載盤160則用以承載磊晶承載盤170及磊晶堆疊結構100。其中，磊晶堆疊結構100是被夾於晶圓承載盤160與磊晶承載盤170之間，且磊晶基板10是放置在晶圓承載盤160表面。
第3圖所示的基板移除設備1000更可包括一連接晶圓承載盤160的旋轉軸130，及一連接旋轉軸130的轉動馬達140，藉由轉動馬達140轉動旋轉軸130，帶動晶圓承載盤160旋轉。
第3圖所示的基板移除設備1000更可包括一液/氣相分離器400，連接蝕刻腔150，在第三流量控制閥450的控制下將蝕刻腔150蝕刻完畢後所排出之第一超臨界蝕刻流體分離成氣體以及廢液。
第3圖所示的磊晶基板移除設備1000更可包括一與液/氣相分離器400連接的氣體回收槽500，在第四流量控制閥控制550A以及第五流量控制閥550B控制下，將液/氣相分離器400所排出的二氧化碳回收至液態氣體氣瓶200；以及一與液/氣相分離器400連接的廢液回收槽600，在第六流量控制閥650控制下，收集液/氣相分離器400所排出的廢液。 實施例二：
首先，請參照第2A圖，如第2A圖所示的磊晶堆疊結構100包括有一砷化鎵基板10、一成長於砷化鎵基板10上的砷化鋁犧牲層20及發光二極體磊晶層30。其中，基板10之材料除本實施例的砷化鎵以外，也可選擇其他發光二極體產業所常用的磊晶層生長基板，例如鍺基板、矽基板、藍寶石基板或碳化矽基板等；犧牲層20的材料除本實施例的砷化鋁外，也可選擇其他發光二極體產業所常用的犧牲層，例如磷化鋁、磷化銦、砷化銦鋁或磷化銦鋁等其中之一或其組合。發光二極體磊晶層30則包括可出紅、綠、藍等可見光或紫外光的III-V族或II-VI族的磊晶層材料。
其次，請參照第2B圖，利用，含有對磊晶層30具有相較於犧牲層20較高蝕刻速率的蝕刻液，例如雙氧水、氨水、檸檬酸，或其混和水溶液，和超臨界二氧化碳混合而成的第二超臨界蝕刻流體，蝕刻去除部分的磊晶層30，並形成複數個磊晶層30’及複數個切割渠道50以供後續裂片製程使用。此外，更可添加一種界面活性劑，例如丁二酸二辛酯磺酸鈉 (Sodium bis[2-ethyl -hexyl]Sulfosuccinate, AOT)、全氟聚醚碳酸銨(Ammonium Carboxylate Perfluoropolyether, PFPE)、吡啶和矽氧烷其中之一或其組合，以提高蝕刻液與超臨界二氧化碳的均勻化。
接著，請參照第2C圖及第2D圖，利用含有對砷化鋁犧牲層20具有相較於磊晶層30較高蝕刻速率的蝕刻液，例如稀釋的氫氟酸，和超臨界二氧化碳混合而成的第一超臨界蝕刻流體，蝕刻去除砷化鋁犧牲層20，使磊晶基板10自複數個磊晶層30’被剝離。此外，更可添加一種界面活性劑，例如丁二酸二辛酯磺酸鈉 (Sodium bis[2-ethyl -hexyl]Sulfosuccinate, AOT)、全氟聚醚碳酸銨(Ammonium Carboxylate Perfluoropolyether, PFPE)、吡啶和矽氧烷其中之一或其組合，以提高蝕刻液與超臨界二氧化碳的均勻化。如第2C圖及第2D圖所示，超臨界蝕刻流體自砷化鋁犧牲層20裸露的側邊，由外向內進行蝕刻，且相較於習知用來蝕刻犧牲層20以剝離磊晶基板10的蝕刻液，由於超臨界蝕刻流體具有高擴散、低黏度及低表面張力的特性，故其蝕刻速率不僅較習知的溼蝕刻快數倍，大幅減少磊晶基板10的剝離時間，且蝕刻後不會有蝕刻副產物殘留於磊晶基板10表面，故磊晶基板10剝離後便可直接回收再使用，不需要額外的清洗步驟，故可大幅降低磊晶基板10的回收成本。
第2B圖~2D圖所示的剖面製程是在第3圖所示的基板移除設備1000中進行。其中，基板移除設備1000包括一蝕刻腔150，其內放置有一待蝕刻的磊晶堆疊結構100，包括一磊晶基板10、一磊晶層30及一夾於磊晶基板10和磊晶層30之間的犧牲層20；一蝕刻液供應系統，包括一蝕刻液儲存槽300、一第一加壓幫浦310、一第一管線320及一第一流量控制閥350，第一管線320連接蝕刻液儲存槽300、第一加壓幫浦310及蝕刻腔150，而第一流量控制閥350則位在第一加壓幫浦310與蝕刻腔150之間，其中來蝕刻液儲存槽300內的蝕刻液被第一加壓幫浦310加壓，形成一加壓蝕刻液，並在第一流量控制閥350的控制下注入蝕刻腔150內；以及一二氧化碳供應系統，包括一二氧化碳氣瓶200、一第二加壓幫浦210、一第二管線220及一第二流量控制閥250，第二管線220連接二氧化碳氣瓶200、第二加壓幫浦210及蝕刻腔150，而第二流量控制閥250則位在第二加壓幫浦210與蝕刻腔150之間，其中來自二氧化碳氣瓶200的二氧化碳被第二加壓幫浦加壓，形成一加壓二氧化碳，並在第二流量控制閥控制下注入蝕刻腔內。其中，蝕刻腔150可被加熱至二氧化碳之臨界溫度以上，例如等於或大於31.1℃，和加壓至二氧化碳之臨界壓力以上，例如等於或大於1070psi，使注入蝕刻腔150內的加壓蝕刻液及加壓二氧化碳混合形成一超臨界蝕刻流體，蝕刻去除部分磊晶層30以形成複數切割渠道50，供後續裂片製程使用，及/或蝕刻去除犧牲層20，使磊晶基板10被剝離磊晶層30，並且被回收再使用。其中，蝕刻磊晶層30時是選擇相較於犧牲層20，對磊晶層30具有較高蝕刻速率的蝕刻液，例如雙氧水、氨水、檸檬酸，或其混和水溶液；而蝕刻犧牲層20時則是選擇相較於磊晶層30，對犧牲層20具有較高蝕刻速率的蝕刻液，例如稀釋氫氟酸。
此外，如段落【0023】~【0024】所述，更可添加一種界面活性劑，例如丁二酸二辛酯磺酸鈉(Sodium bis[2-ethyl-hexyl]Sulfosuccinate,AOT)、全氟聚醚碳酸銨(Ammonium Carboxylate Perfluoropolyether,PFPE)、吡啶和矽氧烷其中之一或其組合，以提高蝕刻液與超臨界二氧化碳的均勻化。
第3圖所示的基板移除設備1000更可包括一晶圓承載盤(wafer holder)160及一磊晶承載盤(Epi.holder)170，其中晶圓承載盤160是用以承載磊晶堆疊結構100，且磊晶堆疊結構100是如第4圖所示般，藉由雙面膠110使磊晶層30被貼附固定於磊晶承載盤170上，而晶圓承載盤160則用以承載磊晶承載盤170及磊晶堆疊結構100。其中，磊晶堆疊結構100是被夾於晶圓承載盤160與磊晶承載盤170之間，且磊晶基板10是放置在晶圓承載盤160表面。
第3圖所示的基板移除設備1000更可包括一連接晶圓承載盤160的旋轉軸130，及一連接旋轉軸130的轉動馬達140，藉由轉動馬達140轉動旋轉軸130，帶動晶圓承載盤160旋轉。
第3圖所示的磊晶基板移除設備1000更可包括一液/氣相分離器400，連接蝕刻腔150，在第三流量控制閥450的控制下將蝕刻腔150蝕刻完畢後所排出之超臨界蝕刻流體分離成氣體以及廢液。
第3圖所示的磊晶基板移除設備1000更可包括一與液/氣相分離器400連接的氣體回收槽500，在第四流量控制閥控制550A、第五流量控制閥550B控制下，將液/氣相分離器400所排出的二氧化碳回收至液態氣體氣瓶200；以及一與液/氣相分離器400連接的廢液回收槽600，在第六流量控制閥650控制下，收集液/氣相分離器400所排出的廢液。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可更動與組合上述各種實施例。
10‧‧‧磊晶基板
20‧‧‧犧牲層
30‧‧‧磊晶層
100‧‧‧磊晶堆疊結構
110‧‧‧雙面膠
130‧‧‧旋轉軸
140‧‧‧轉動馬達
150‧‧‧蝕刻腔
160‧‧‧晶圓承載盤
170‧‧‧磊晶承載盤
200‧‧‧二氧化碳氣瓶
210‧‧‧第二加壓幫浦
220‧‧‧第二管線
250‧‧‧第二流量控制閥
300‧‧‧蝕刻液儲存槽
310‧‧‧第一加壓幫浦
320‧‧‧第一管線
350‧‧‧第一流量控制閥
400‧‧‧氣/液相分離器
450‧‧‧第三流量控制閥
500‧‧‧氣體回收槽
550A‧‧‧第四流量控制閥
550B‧‧‧第五流量控制閥
600‧‧‧廢液收集槽
650‧‧‧第六流量控制閥
1000‧‧‧磊晶基板回收設備
第1A圖~第1C圖的剖面圖顯示的是根據本發明之實施例一的基板移除製程。
第2A圖~第2D圖的剖面圖顯示的是根據本發明之實施例二的基板移除製程。
第3圖是根據本發明基板移除設備。
第4圖是第3圖之蝕刻腔內部之局部放大圖。
無
無
100‧‧‧磊晶堆疊結構
130‧‧‧轉動軸
140‧‧‧轉動馬達
150‧‧‧蝕刻腔
160‧‧‧晶圓承載盤
170‧‧‧磊晶承載盤
200‧‧‧二氧化碳氣瓶
210‧‧‧第二加壓幫浦
220‧‧‧第二管線
250‧‧‧第二流量控制閥
300‧‧‧蝕刻液儲存槽
310‧‧‧第一加壓幫浦
320‧‧‧第一管線
350‧‧‧第一流量控制閥
400‧‧‧氣/液相分離器
450‧‧‧第三流量控制閥
500‧‧‧氣體回收槽
550A‧‧‧第四流量控制閥
550B‧‧‧第五流量控制閥
600‧‧‧廢液收集槽
650‧‧‧第六流量控制閥
1000‧‧‧磊晶基板移除設備

Claims (10)

  1. 一種基板移除製程，其步驟包括： 提供一磊晶堆疊結構於一蝕刻腔內，該磊晶堆疊結構包括：       一磊晶基板； 一磊晶層，成長於該磊晶基板上；及 一犧牲層，夾於該磊晶基板及該磊晶層之間；以及 注入一第一超臨界蝕刻流體於該蝕刻腔內，蝕刻去除該犧牲層，使該磊晶基板被剝離該磊晶層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的基板移除製程，其中該犧牲層之材料可選自砷化鋁、磷化鋁、磷化銦、砷化銦鋁及磷化銦鋁所構成之族群其中之一或其組合。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的基板移除製程，其中該磊晶基板之材料可選自砷化鎵、鍺、矽、藍寶石和碳化矽所構成之族群其中之一或其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的基板移除製程，其中該第一超臨界蝕刻流體包括超臨界二氧化碳及一對該犧牲層具有相較於該磊晶層較高蝕刻速率的第一蝕刻液。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的基板移除製程，其中該第一超臨界蝕刻流體更包括一第一界面活性劑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的基板移除製程，其中該磊晶層包括構成一發光二極體的磊晶堆疊層。
  7. 如申請專利範圍第1~6項中任一項所述的基板移除製程，其中在以該第一超臨界蝕刻流體蝕刻該犧牲層前，更包括先使用一第二超臨界蝕刻流體蝕刻部分該磊晶層，以在該磊晶層上形成複數個切割渠道。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的磊晶基板移除製程，其中該第二超臨界蝕刻流體包括超臨界二氧化碳及一對該磊晶層具有相較於該犧牲層較高蝕刻速率的第二蝕刻液。
  9. 一種基板移除設備，包括： 一蝕刻腔，其內放置一磊晶堆疊結構，包括一磊晶基板、一磊晶層及一夾於該磊晶基板和該磊晶層間的犧牲層； 一蝕刻液供應系統以提供一蝕刻液；以及 一氣體供應系統以提供一氣體， 其中，該蝕刻腔係操作於不低於該氣體之一臨界溫度和一臨界壓力之條件下，使注入該蝕刻腔內的該蝕刻液及該氣體混合形成一超臨界蝕刻流體以蝕刻去除該犧牲層，使該磊晶基板被剝離該磊晶層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的基板移除設備，其中該臨界溫度≧31.1°C，該臨界壓力≧1070 psi。
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