[发明专利]液态金属辅助导热的激光剥离装置及方法

说明书

本发明提供一种液态金属辅助导热的激光剥离装置及方法，装置包括：加热器，用于提供待剥离衬底进行剥离时所需要的温度；晶圆载盘，位于加热器上，晶圆载盘用于承载液态金属，加热器通过晶圆载盘将热量传递给液态金属，液态金属再将热量传递给待剥离衬底，以加热待剥离衬底；密封腔，用于密封晶圆载盘，密封腔顶部具有激光窗口，用于提供激光进入腔体单元内的待剥离衬底表面的通道。本发明通过液态金属可与不同翘曲形状和不同翘曲程度的待剥离衬底紧密接触，实现对待剥离衬底进行均匀导热，从而大幅度拓宽激光剥离工艺窗口。本发明可极大的优化激光剥离技术，促使激光剥离技术被更广泛的应用。

技术领域

本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种液态金属辅助导热的激光剥离装置及激光剥离方法。

背景技术

二十世纪末，为了实现具有高频、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。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(Laser Lift-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，晶格失配应力主要源于蓝宝石衬底和氮化镓晶体晶格大小不匹配；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1000℃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。在进行激光剥离之前，通常需要对晶圆进行加热，在温度达到一定范围时，晶圆翘曲度减小，此时进行激光剥离，晶圆处于较平坦的低应力状态，可大幅度拓宽激光剥离工艺窗口。

然而，即使温度达到预设温度，由于氮化镓/蓝宝石复合衬底仍然具有一定翘曲，复合衬底与晶圆载盘之间线接触，剥离时复合衬底的温度并没有均匀分布。同时，外延生长批次间工艺过程的细微差异会导致批次间翘曲度的不一致。更严重的是，该翘曲常为非规则翘曲，如马鞍形，这使得常规的常凹或常凸或平底晶圆载盘难以满足所有复合衬底进行激光剥离的要求，进而激光剥离工艺窗口窄且不稳定，剥离良率低下。当复合衬底尺寸达到4英寸或以上时，均温几乎难以达到。

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液态金属辅助导热的激光剥离装置及方法，用于解决现有技术中激光剥离时的复合衬底，尤其是4英寸或以上的复合衬底，的温度难以达到均匀分布的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种液态金属辅助导热的激光剥离装置，所述激光剥离装置包括：加热器，用于提供待剥离衬底进行剥离时所需要的温度；晶圆载盘，位于所述加热器上，所述晶圆载盘用于承载液态金属，所述加热器通过所述晶圆载盘将热量传递给所述液态金属，所述液态金属再将热量传递给待剥离衬底，以加热所述待剥离衬底；密封腔，用于密封所述晶圆载盘，所述密封腔顶部具有激光窗口，用于提供激光进入所述腔体单元内的待剥离衬底表面的通道。

可选地，所述液态金属的沸点大于850℃，且所述液态金属不与所述晶圆载盘及所述待剥离衬底发生化学反应。

可选地，所述液态金属的材料包括镓、锡、钠、铋及锂中的一种。

可选地，所述晶圆载盘的材质包括石墨，所述晶圆载盘的表面具有碳化硅保护层。

可选地，所述加热器的顶部与所述晶圆载盘对应的位置具有加热窗口，所述加热窗口的材质包括玻璃或石英，所述加热器的加热炉壁中通有冷却水，用于降低所述加热器的温度，所述加热器底部有散热风扇，对加热单元进行降温。

可选地，所述密封腔的腔壁为中空结构，所述中空结构连接有冷却水，所述密封腔还连接有气体保护及排放管路，用于提供所述待剥离衬底的剥离工艺气氛，所述密封腔的顶部具有开口，所述开口覆盖有所述激光窗口，所述激光窗口的材质包括蓝宝石或石英。

可选地，所述待剥离衬底的直径不小于4英寸。