本发明公开了一种异质外延薄膜外延层的表面处理方法，包括提供外延衬底，在所述外延衬底上表面制备一外延层，提供待键合层；键合所述外延层和所述待键合层；机械减薄抛光所述外延衬底下表面，当所述外延衬底的厚度减薄至20‑40μm时停止抛光，在减薄后的外延衬底下表面旋涂一层含Si抗反射涂层/有机碳层的光刻胶三层结构掩膜；对所述光刻胶三层结构掩膜表面加热后进行化学机械减薄抛光，得到三层结构掩膜平坦化的外延衬底；干法刻蚀CMP抛光后的外延衬底表面直至所述外延层外漏得到异质外延薄膜外延层。该方法能够使得转移剥离露出的外延层的厚度均匀性较好。