本发明涉及半导体加工技术领域，特别是涉及一种芯片衬底的激光剥离系统和方法。
背景技术：
目前氮化镓基的蓝光和蓝绿光发光器件的发展十分迅速，从而使得蓝光发光二极管(leds)和激光二极管(lds)的应用成为可能，然而，由于缺乏同质衬底，氮化镓通常生长在异质的衬底如蓝宝石或碳化硅上，但是由于氮化镓与蓝宝石衬底材料的晶格参数和热膨胀系数的差异，蓝宝石这一最为常用的衬底对氮化镓的质量产生了不良的影响。二者之间较大的晶格失配使得氮化镓的外延层晶体结构相对于蓝宝石旋转了30度，从而导致了氮化镓/蓝宝石结构解理的困难。因为导热性较差，蓝宝石阻碍了氮化镓基高电流元器件的有效散热，从而对其性能产生影响。此外，对于用蓝宝石作为衬底的器件而言，所有的接触电极只能安装在器件顶部，势必提高器件的开启电压，增加能耗。
为了解决蓝宝石衬底对器件性能的影响，一个可行的方式就是从氮化镓外延层上剥离蓝宝石衬底，其中最为主要的就有激光剥离技术(laserliftoff，llo)，采用合适波长的激光透过蓝宝石扫描氮化镓与蓝宝石的交界处，使得一定厚度内的氮化镓分解，从而将氮化镓与蓝宝石分开。
目前常见的控制方式为激光器的频率固定，在控制软件中输入加工轨迹之后，控制系统生成控制信号，通过门信号控制激光器的开关光输出激光进行扫描。这就出现了在采用曲线轨迹扫描时，平台处于加减速阶段，速度不稳定，当激光器仍然按照设定的频率出光，导致在该区域上的光斑累积严重，造成热影响过度，损伤晶片。所以，现有的激光剥离方式存在着激光出光控制不均匀，使得激光剥离效果差，加工良率低的问题。
技术实现要素：
基于此，有必要针对现有的激光剥离方式存在着激光出光控制不均匀，使得剥离效果差，加工良率低的问题，提供一种芯片衬底的激光剥离系统和方法。
一种芯片衬底的激光剥离方法，包括以下步骤：
将待剥离的样品放置于加工平台上，所述样品包括衬底和生长于所述衬底的外延层；
根据预设扫描轨迹，控制所述加工平台运动，以使激光器发射的激光束沿所述预设扫描轨迹对所述样品的外延层进行扫描，其中，当检测到所述加工平台每移动预设距离时，控制所述激光器发射激光束对所述样品进行加工，以使所述预设扫描轨迹上相邻光斑的间距相同。
上述芯片衬底的激光剥离方法，加工平台运动使得激光器发射的激光束沿预设扫描轨迹对样品的外延层进行扫描，当加工平台每移动预设距离时，控制激光器发射激光束对样品进行加工，使得样品接收的沿预设扫描轨迹分布的相邻光斑的间距相同，从而保证样品不同区域接收到的激光能量作用相同，获得均匀的激光剥离效果，提高激光剥离的良率。
在其中一个实施例中，所述预设扫描轨迹为同心圆或螺旋线。
在其中一个实施例中，所述外延层为氮化镓材质，所述激光束在所述样品的外延层沿所述预设扫描轨迹由外向内进行扫描。
在其中一个实施例中，所述激光束在所述样品的外延层形成聚焦光斑，所述聚焦光斑的直径在30μm～50μm范围内可调。
在其中一个实施例中，所述外延层为氮化镓材质，所述激光剥离方法还包括以下步骤：将激光剥离后的所述外延层进行除镓处理。
一种芯片衬底的激光剥离系统，包括：
加工平台，用于放置待激光剥离的样品并带动所述样品运动；
激光器，用于发射激光束；
光路系统，用于将所述激光束导引至放置于所述加工平台上的样品；
控制系统，与所述加工平台和所述激光器通讯连接；
其中，所述控制系统根据预设扫描轨迹控制所述加工平台与所述激光器发生相对运动，以使所述激光器发射的激光束沿所述预设扫描轨迹对所述样品的外延层进行扫描，当检测到所述加工平台每移动预设距离时，控制所述激光器发射激光束对所述样品进行加工，以使所述预设扫描轨迹上相邻光斑的间距相同。
在其中一个实施例中，所述激光剥离系统还包括位置传感器，所述位置传感器位于所述加工平台的运动轴上，用于实时检测所述加工平台的位置信息，并将所述位置信息反馈至所述控制系统。
在其中一个实施例中，所述控制系统根据所述位置信息获取所述加工平台的移动距离，判断所述移动距离与所述预设距离相等时，控制所述激光器发射激光束。
在其中一个实施例中，所述激光剥离系统还包括调制器，所述控制系统通过所述调制器控制所述激光器发射激光束。
在其中一个实施例中，所述样品包括蓝宝石衬底和生长于所述蓝宝石衬底的氮化镓外延层，所述激光器发射的激光波长范围为125nm～375nm。
附图说明
图1为一实施例中芯片衬底的激光剥离方法的流程图；
图2为一实施例中预设扫描轨迹的示意图；
图3为另一实施例中预设扫描轨迹的示意图；
图4a、图4b、图4c依次为一实施例中激光剥离完成后的外延层分别在50倍、100倍及500倍显微镜下的照片；
图5为一实施例中芯片衬底的激光剥离系统的示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，一种芯片衬底的激光剥离方法，包括以下步骤：
s1，将待激光剥离的样品放置于加工平台上，样品包括衬底和生长于衬底的外延层；
s2，根据预设扫描轨迹，控制加工平台运动，以使激光器发射的激光束沿预设扫描轨迹对样品的外延层进行扫描，其中，当检测到加工平台每移动预设距离时，控制激光器发射激光束对样品进行加工，以使预设扫描轨迹上相邻光斑的间距相同。
上述芯片衬底的激光剥离方法，加工平台运动使得激光器发射的激光束沿预设扫描轨迹对样品的外延层进行扫描，当加工平台每移动预设距离时，控制激光器发射激光束对样品进行加工，使得样品接收的沿预设扫描轨迹分布的相邻光斑的间距相同，从而保证样品不同区域接收到的激光能量作用相同，获得均匀的激光剥离效果，提高激光剥离的良率。
需要说明的是，光斑为激光束照射外延层一定时间后，激光能量对外延层材质发生作用，在外延层上留下的痕迹。
在一具体实施例中，当预设距离为2毫米时，通过激光器与加工平台之间的相对运动，使得激光器在沿预设扫描轨迹相对于加工平台进行移动时，每隔2毫米激光束就会射出以对样品的外延层进行照射，即样品沿预设扫描轨迹相邻的两照射点之间的距离始终保持在2毫米，从而获得均匀的激光剥离效果，提高激光剥离的良率。在实际的加工过程中，样品上所留下的光斑的间隔与光斑大小相关，例如，光斑较小时，光斑之间的间距也会较小；光斑较大时，光斑之间的间距也会较大，从而保证光斑的重叠率一定，使得各区域吸收的激光能量密度均匀，保证加工效果。
步骤s2中，请参阅图2和图3，预设扫描轨迹为同心圆或螺旋线。采用同心圆或螺旋线扫描轨迹，使得圆形的样品在激光剥离过程中不同区域相对于中心受力均匀，避免了逐行扫描时容易破裂的风险，良率更高。
当预设扫描轨迹为螺旋线时，螺旋线的臂的间隔可根据聚焦光斑的大小进行设置，以保证聚焦光斑的叠加率相同，产生均匀的激光剥离效果。
进一步地，激光束在样品的外延层沿所述预设扫描轨迹由外向内进行扫描。在一个实施例中，衬底为蓝宝石，外延层为氮化镓，激光束作用在氮化镓外延层上，在加工的过程中，所扫描到的区域上的氮化镓外延层分解而产生缝隙，分解产生的氮气从缝隙中逸出，通过设置合适的光斑大小和间距，保证整片样品的表面都被扫描到，且每个区域上接收到的激光能量均匀，从而所有区域都能成功激光剥离而避免了封闭空间产生气体使得样品发生破裂。当预设扫描轨迹为同心圆时，先由最外侧的圆开始扫描，而后转移到次内侧的圆；当预设扫描轨迹为螺旋线时，以样品最外侧的螺旋线的端点作为起始点沿顺时针方向或逆时针方向进行扫描。
需要说明的是，还可以采用由外向内直线型渐进式扫描轨迹。
步骤s2中，激光束在样品的外延层会形成聚焦光斑，聚焦光斑的直径在30μm～50μm范围内可调，使得本发明激光剥离方法对于不同尺寸的样品，适应性更强，保证每种样品都能做到最佳激光剥离效果。其中螺旋线之间的间隔可根据聚焦光斑的大小进行设置，以保证聚焦光斑的叠加率相同，产生均匀的激光剥离效果。
外延层为氮化镓材质时，激光剥离方法还包括以下步骤：
s3，将激光剥离后的外延层进行除镓处理。在激光剥离过程中，氮化镓分解为金属镓和氮气，部分金属镓附着于外延层表面，除镓处理可以为用盐酸溶液浸泡前述外延层或采用飞秒激光气化处理。
请参阅图4a、图4b及图4c，可以观察到采用本发明激光剥离方法制得的外延层剥离均匀。
请参阅图5，一种芯片衬底的激光剥离系统100包括加工平台10、激光器20、光路系统30、位置传感器40及控制系统50，控制系统50与加工平台10、激光器20及位置传感器40通讯连接。
上述芯片衬底的激光剥离系统100的工作原理如下：激光器20发射的激光束经由光路系统30导引至放置于加工平台10上的样品，控制系统50根据预设扫描轨迹控制加工平台10运动时，位置传感器40实时检测加工平台10的位置信息并将该位置信息反馈至控制系统50，控制系统50根据位置信息获取加工平台10的移动距离δs，判断移动距离δs与预设距离d相等时，控制激光器20发射激光束对样品进行加工。
采用上述激光剥离系统100，使得样品接收的沿预设扫描轨迹分布的相邻光斑的间距相同，从而保证样品不同区域接收到的激光能量作用相同，获得均匀的激光剥离效果，有效提高激光剥离的良率。
激光剥离系统100还包括调制器(未图示)。将样品放置于加工平台10上，打开激光器20的开关，控制系统50根据位置信息获取加工平台10的移动距离δs，判断移动距离δs与预设距离d相等时，向调制器发送触发信号以控制激光束出射。调制器的设置，使得控制系统50能够对激光束是否出射到样品进行控制。
在一个实施例中，调制器采用电光调制器，又称为普克尔盒(pockelscells)，根据普克尔效应，特定晶体折射率与外加电场强度成比例，通过外加电场的控制，普克尔盒可以作为一个可变半波片，改变通过晶体的激光的偏振态，其调制频率一般可以达到800mhz，远远大于所采用的激光的脉冲频率。在接收到控制系统发出的触发信号时，普克尔盒内晶体偏振态改变，使得激光束能够顺利通过，从而发射出激光脉冲进行加工。而之后晶片偏振态立即改变，将光路阻隔，激光束无法通过，此时的激光脉冲被截断，只有在下一次接受到触发信号后晶体偏振方向改变，光路开启。
在其他的实施例中，调制器还可以是声光调制器、磁光调制器等，本发明实施例中不做限制。
在一实施例中，控制系统50控制加工平台10运动，位置传感器40实时检测加工平台10的位置信息，并将该位置信息反馈至控制系统50。
具体的，位置传感器40为光栅尺，实时检测加工平台10的坐标，并将该坐标信息反馈至控制系统50，当控制系统50判断加工平台10相对上一次激光脉冲出射时的位置信息移动预设距离时，向调制器发出触发信号，使得激光束出射，从而使得样品接收的沿预设扫描轨迹分布的相邻聚焦光斑的间距相同，确保样品各处接收到的激光能量作用相同，获得均匀的激光剥离效果，提高激光剥离的良率。
在一实施例中，样品包括蓝宝石衬底和生长于蓝宝石衬底的氮化镓外延层，激光器20发射的激光波长范围为125nm～375nm。通过利用氮化镓和蓝宝石的带隙差，采用光子能量大于氮化镓带隙、小于蓝宝石带隙的紫外脉冲激光辐射衬底，在衬底和氮化镓界面处产生强吸收，温度升高，使得氮化镓在900℃～1000℃温度范围内热分解为氮气和低熔点的金属镓，实现了外延层和衬底的分离。
需要说明的是，当芯片的衬底和外延层为其他材质时，需选用相应波段的激光束进行加工。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。