CN102683248A - 激光剥离装置 - Google Patents

Abstract

一种激光剥离装置，消除由于向工件照射激光而从工件产生的各种尘粒的恶劣影响。在工件载放台(10)的载放台部(11)的周缘，设置由环状外壁部(21b)和顶壁部(21a)构成的环状壁部(21)。在载放台部(11)上在多个位置设置用于与排气机构连接的排出口(12)。在该排出口(12)上通过配管(22)例如连接泵、风扇等排气机构，吸引环状壁部(21)内的空气。通过用激光照射工件(1)，从其边缘部与气体一起向由环状外壁部(21b)和顶壁部(21a)划分的内部空间(A)喷出的尘粒，通过朝向排出口(12)的流体的流动，从在载放台部(11)上设置的排出口(12)排出。

Description

激光剥离装置

技术领域

本发明涉及一种激光剥离方法以及激光剥离装置，用于在由化合物半导体形成的半导体发光元件的制造工序中通过向在基板上形成的材料层照射激光，分解该材料层从而从该基板上剥离(以下称激光剥离)。

背景技术

在由GaN(氮化镓)类化合物半导体形成的半导体发光元件的制造工序中，公知通过从蓝宝石基板的背面照射激光而剥离在该蓝宝石基板上形成的GaN类化合物材料层(材料层)的激光剥离技术。下面把对在基板上形成的材料层照射激光而从基板剥离材料层的处理称为激光剥离。

例如在专利文献1中，记载了在蓝宝石基板上形成GaN层，通过从该蓝宝石基板的背面照射激光，分解形成GaN层的GaN，从蓝宝石基板剥离该GaN层的激光剥离方法。以下把在基板上形成材料层的物体称为工件。

在专利文献2中记载了一边传送工件一边对工件透射蓝宝石基板而照射线状的激光的方法。具体说，在该文献中公开了一种激光剥离方法，在该方法中，如图12所示，成形激光124，使朝向蓝宝石基板121和GaN类化合物的材料层122的界面的照射区域123成为线状，一边使蓝宝石基板121向与激光124的纵长方向正交的方向移动，一边从蓝宝石基板121的背面照射该激光124。

专利文献1：日本特表2001-501778号公报

专利文献2：日本特开2003-168820号公报

如上所述，虽然公知对在基板上形成的材料层照射激光而从基板剥离材料层的激光剥离技术，但是可知在这样的激光剥离处理中，由于对工件照射激光从工件产生各种尘粒。作为从工件产生的各种尘粒，例如考虑下面的几种。

·由于对GaN照射激光分解的Ga的粒子，

·通过激光的照射未完全分解的GaN的粒子。

·如后述，GaN层在和支撑基板粘合后照射激光进行剥离，由于激光的照射产生的该支撑基板的构成物质的粒子(例如Si)。

·在GaN层和支撑基板的粘合中使用的粘合剂的粒子(例如焊锡、合成树脂)。

上述各种尘粒，在材料层是GaN的情况下，和由于激光的照射GaN分解生成的N₂气一起从工件的边缘部向与工件的面平行的方向喷出。

在放任不管上述尘粒、该尘粒在工件上附着的情况下，激光被尘粒遮挡，产生材料层的未分解部分。当产生材料层的未分解部分时，造成剥离不良。另外，在最差的情况下，蓝宝石基板和材料层之间产生的应力在未分解部分集中，由此有工件破裂的可能。

这样由于用激光照射工件产生各种尘粒这样的问题，通过对包括基板和与该基板不同类材料所构成的材料层的工件照射激光，使材料层在和基板的界面附近分解，从基板剥离与该基板不同类的材料层这样的处理而发生。

另一方面，例如在曝光装置中，因为不实施在和基板的界面附近分解与基板不同类的材料层的工序，所以不发生“尘粒”这样的问题。也就是说，在激光剥离处理中，有在通常的曝光处理工序中看不到的产生“尘粒”这样特有的问题。由此，有时造成激光剥离处理不良。

发明内容

本发明基于上述情况而做出，其目的是提供一种激光剥离装置，对在基板上形成的材料层照射激光而从基板剥离材料层，能够除去由于向工件照射激光而从工件产生的各种尘粒引起的恶劣影响。

由于向工件照射激光而产生的“尘粒”，在例如材料层是GaN的情况下，与由于照射激光从而GaN分解生成的N₂气一起，从工件的边缘部向与工件的面平行的方向喷出。在本发明中，设置有收集上述朝向与工件的面平行的方向和N₂气一起喷出的“尘粒”的集尘机构。

上述集尘机构具有比工件的边缘部处的基板和材料层的粘合面向上方伸出的壁面、和上述尘粒的排出口，该壁面的端部以不遮挡从上述激光源照射的激光的方式位于上述工件的边缘部的附近，通过由差压产生的朝向上述排出口的空气的流动，使从上述工件的边缘部向与该工件面平行地喷出的尘粒从上述排出口排出。

这样，本发明通过集尘机构收集由于材料层的GaN分解而和N₂气一起喷出的材料层的“尘粒”，能够抑制向外飞散。因此，能够有效防止从工件产生的“尘粒”对激光剥离处理带来恶劣影响。

另外，本发明的激光剥离装置具有比上述工件的边缘部处的基板和材料层的粘合面向上方伸出的壁面，该壁面的端部位于上述工件的边缘部的附近。另外，设置有使该壁面和上述载放台部间的空间与上述工件的边缘部的周围的空间相比成为减压状态的机构。

这样，因为设置有比基板和材料层的粘合面向上方伸出的壁面，该壁面的端部位于上述工件的边缘部的附近，利用差压从排出口排出与该工件面平行地喷出的尘粒，所以能够有效地排出“尘粒”。

在本发明中能够得到以下效果。

(1)因为以包围工件的边缘部的方式设置收集由于用激光照射工件而从工件的边缘部喷出的尘粒的集尘机构，所以能够有效地回收由于照射激光而和N₂气一起从工件的边缘部向与工件的面平行的方向喷出的尘粒。因此能够消除由于尘粒附着在工件上等引起激光被尘粒遮挡，在工件的材料层中产生未分解部分这样的问题。

(2)因为设置比工件的边缘部处的基板和材料层的粘合面向上方伸出的壁面、和上述尘粒的排出口，该壁面的端部位于上述工件的边缘部的附近，以不遮挡从上述激光源照射的激光，利用差压产生朝向排出口的空气的流动，从排出口排出尘粒，所以能够抑制尘粒飞扬，而且有效地排除尘粒。

附图说明

图1是说明本发明的实施例的激光剥离处理的概要的概略图。

图2是表示本发明的实施例的激光剥离装置的光学***的结构的概念图。

图3是说明本实施例的激光剥离方法的图。

图4是表示重叠照射工件的互相相邻的区域S1、S2的激光的强度分布的图。

图5是说明从工件的边缘部喷出尘粒的状况的图。

图6是具有本发明的集尘机构的实施例的工件载放台的剖视图。

图7是具有本发明的集尘机构的实施例的工件载放台的立体图。

图8是表示本发明的实施例的工件载放台的变形例的图。

图9是表示具有本发明的集尘机构的工件载放台的第二实施例的图。

图10是表示具有本发明的集尘机构的工件载放台的第三实施例的图。

图11是说明由GaN类化合物材料层形成的半导体发光元件的制造方法的图。

图12是表示使线状的激光在与激光的纵长方向正交的方向上移动并进行照射的现有例的图。

符号说明

1     工件

1a    基板(蓝宝石基板)

1b    材料层

1c    支撑基板

2     传送机构

10    件载放台

11    载放台部

12    排出口

20    集尘机构

21    环状壁部

21b   环状外壁部

21a   顶壁部

21c   光入射开口

22    配管

23    集尘用中空容器

24    顶壁部

25    密封容器

25a    窗部

25b    供给管

30     激光源

31     控制部

40     激光光学***

41、42    圆柱透镜

43     反射镜

44     掩模

45     投影透镜

101    蓝宝石基板

102    GaN层

103    n型半导体层

104    p型半导体层

105    焊锡

106    支撑基板

107    激光

108    ITO

109    电极

具体实施方式

图1是说明本发明的实施例的激光剥离处理的概要的概略图。

在本实施例中，激光剥离处理如下进行。

图1(b)表示的叠置透射激光的基板1a、材料层1b和支撑基板1c形成的工件1如图1(a)所示在工件载放台10上载放。使基板1a位于上方地方式在工件载放台10上载放工件1。

载放有工件1的工件载放台10载放在传送带那样的传送机构2上，通过传送机构2以预定的速度传送。工件1与工件载放台10一起在图中的箭头方向AB上传送，并穿透基板而照射从未图示的脉冲激光源射出的脉冲激光L。

工件1在由蓝宝石构成的基板1a的表面上形成GaN(氮化镓)类化合物的材料层1b而成。基板1a只要是能够良好地形成GaN类化合物的材料层，而且能够透射分解GaN类化合物的材料层所需的波长的激光的基板即可。为通过低输入能量高效率地输出高输出的蓝色光，材料层1b可以使用GaN类化合物。作为材料层1b，可以使用III族系化合物，有上述GaN类化合物、氮化铟镓(InGaN)类化合物、氮化铝镓(AlGaN)类化合物等。

通过用脉冲激光L照射材料层1b，材料层1b的GaN分解为Ga和N₂。

与构成基板1a以及要从基板1a剥离的材料层1b的物质对应地适当选择激光，在从蓝宝石的基板1a剥离GaN类化合物的材料层1b的情况下，例如可以使用放射波长248nm的KrF(氟化氪)准分子激光器。激光波长248nm的光能(5eV)在GaN的带隙(3.4eV)和蓝宝石的带隙(9.9eV)之间，因此，波长248nm的激光优选用于从蓝宝石的基板剥离GaN类化合物的材料层。

与由于对上述工件1照射激光而分解GaN所生成的N₂气一起，尘粒从工件1的边缘部向与工件的面平行的方向喷出。在本实施例中，为收集该尘粒，在工件载放台10的周缘，设置构成集尘机构的集尘用中空容器23。此外，关于集尘机构的结构后述。

图2是表示本发明的实施例的激光剥离装置的光学***的结构的概念图。在该图中，激光剥离装置具有：产生脉冲激光的激光源30；用于使激光成形为预定的形状的激光光学***40；载放工件1的工件载放台10；传送工件载放台10的传送机构2；和控制由激光源30产生的激光的照射间隔以及传送机构2的动作的控制部31。

激光光学***40具有：圆柱透镜41、42；向工件的方向反射激光的反射镜43；用于把激光成形为预定形状的掩模44；向工件1上投影通过掩模44的激光L的像的投影透镜45。朝向工件1的脉冲激光的照射区域的面积以及形状，可以通过激光光学***40适当设定。

在激光光学***40的前面配置工件1。工件1在工件载放台10上载放。在工件载放台10的工件的周缘，设置构成后述的集尘机构的集尘用中空容器23，收集从工件产生的尘粒。

工件载放台10在传送机构2上载放，通过传送机构2传送。由此，工件1在图1表示的箭头A、B的方向上依次传送，工件1中的激光的照射区域时刻变化。控制部31控制由激光源30产生的脉冲激光的脉冲间隔，使工件1的相邻的照射区域上所照射的各激光的重叠度成为希望的值。

从激光源30产生的激光L是产生波长248nm的紫外线的例如KrF准分子激光。作为激光源也可以使用ArF激光器或者YAG激光器。工件1的光入射面3A在投影透镜45的焦点F处配置。用激光源30产生的脉冲激光L，在通过圆柱透镜41、42、反射镜43、掩模44后，通过投影透镜45向工件1上投影。脉冲激光L穿透基板1a照射基板1a和材料层1b的界面。在基板1a和材料层1b的界面处，通过照射脉冲激光L，材料层1b的与基板1a的界面附近的GaN被分解。此时，如上述，从工件1的边缘部向与工件的面平行的方向喷出尘粒。

图3是说明把工件相对于激光源向一个方向传送并照射对工件的区域成为正方形的脉冲激光的本实施例的激光剥离方法的图，图3(b)是图3(a)的X部的放大图。

在该激光剥离方法中，通过调整脉冲激光的照射间隔和工件1的传送速度，以使正方形状的脉冲激光的照射区域的、在和工件1的移动方向平行的方向上延伸的边缘部以及在和工件的移动方向正交的方向上延伸的边缘部的双方重叠的方式，对工件1照射脉冲激光。

在图3的激光剥离方法中，使超过工件1的纸面上方的边缘部那样，朝向纸面的HA的方向依次照射脉冲激光，使各照射区域以线状排列，形成脉冲激光的照射区域S1到S4。然后，以从脉冲激光照射区域的大小中减去激光重叠区域ST的量使工件1在纸面下方的HB方向上移动后，朝向纸面HC的方向依次照射脉冲激光，使各照射区域以线状排列，形成脉冲激光照射区域S5到S10。

在工件1的移动方向上相邻的各照射区域S1到S10的、在与工件1的移动方向正交的方向延伸的边缘部互相重叠。另外，在与工件的移动方向正交的方向上相邻的各照射区域S1和S9、S2和S8、S3和S7、S4和S6的、在与工件的移动方向平行的方向上延伸的边缘部互相重叠。

图4是表示重叠照射工件的互相相邻的区域S1、S2的激光的强度分布的图。如该图所示，各脉冲激光的照射区域，在超过作为材料层的GaN的分解阈值VE的区域内重叠。这样做，如图3所示，形成多个照射区域组G1～G6，它们由依次形成的多个脉冲激光的照射区域在一个方向上成线状排列形成。

在本发明的激光剥离方法中，从工件1的一端开始脉冲激光的照射，对工件1的另一端最后照射脉冲激光。即如图3所示，正如照射激光的顺序，从工件的一端向另一端形成各照射区域组，使依次排列各照射区域组G1～G6。在工件1中最初形成的照射区域组G1中，使各照射区域S1～S4从工件1的一方的边缘部伸出那样照射脉冲激光，在工件1中最后形成的照射区域组G6中，使各照射区域从工件1的另一方的边缘部伸出那样照射脉冲激光。通过这样做，在从基板依次剥离的GaN的四边形状的剥离区域内，从基板开始剥离的边缘部总是两个边。

这里，上述的激光剥离装置，通过用激光照射工件，从工件1的边缘部喷出由于材料层的GaN分解产生的Ga的粒子等尘粒。如图5所示，在一个方向上使激光扫描并照射工件的情况下，在各照射区域组G1～G6中(在图5中关于G2进行说明)，从最初照射激光的工件的边缘部、和最后照射激光的工件的边缘部喷出尘粒D。尘粒D和作为材料层的GaN层分解时产生的N₂气一起，向与工件的面平行的方向强势喷出。

本发明的实施例的激光剥离装置具有用于收集并且排出这样的尘粒的集尘机构。

图6、图7是表示本发明的集尘机构的第一实施例的图，表示具有由环状外壁部和顶壁部构成的环状壁部的集尘机构20的结构例。图6是本实施例的工件载放台的剖视图，图7是未载放工件的状态的工件载放台的立体图，图7(b)表示除去集尘机构的顶壁部的状态。

如图6所示，在工件载放台10的载放台部11的周缘，设置作为集尘用中空容器23作用的由环状外壁部21b和顶壁部21a构成的环状壁部21。载放台部11在载放有工件1以及环状壁部21的状态下，可对于激光源相对移动。

环状壁部21例如用不锈钢构成为有底的圆筒形状，由以包围工件1的边缘部的方式设置的与工件1的面垂直的方向上延伸的环状外壁部21b、和从该环状外壁部21b朝向工件1侧向与工件1的面平行的方向成檐状伸出的顶壁部21a构成。该环状外壁部21b比工件的光照射面稍高地设置。在该顶壁部21a的中央形成光入射开口21c，以不遮挡激光。该光入射开口21c的大小，取其开口边缘不配置到工件边缘部正上方的程度的大小，以便能够容易地更换工件1。这样的环状壁部21通过环状外壁部21b和顶壁部21a具有某种程度被划分的内部空间。

上述环状壁部21在载放台部11上设置。在载放台部11上在多个位置设置用于与排气机构连接的排出口12。多个排出口12如图7(b)所示，靠近环状壁部21配置，沿环状壁部21形成环状。

在该排出口12上通过配管22例如连接泵、风扇等排气机构，吸引环状壁部21内的空气。基于尘粒D从工件1的边缘部向与工件1的面平行的方向喷出这样的激光剥离装置的性质，优选排出口12比工件1更接近环状壁部21的环状外壁部21b附近而设置。在载放台部11上设置排气口12的情况下，因为能够把用于与排气机构连接的配管22直接与载放台部11连接，所以能够简化装置结构。

环状壁部21通过用排气机构吸引其内部空间的空气，使内部空间成为-10KPa～-30KPa左右、比大气压低的状态。另外，为排出环状壁部21内的各种集尘，在环状壁部21的内部空间内需要大约0.5～1.0m/秒的风速。

接着说明上述实施例的激光剥离装置的动作。

首先，通过驱动激光源(参照图2)，对工件1照射波长248nm的KrF激光。工件1的和基板1a的界面附近的GaN通过照射激光分解为Ga和N₂。从工件1的边缘部如图5所示与由于GaN的分解产生的N₂气一起，上述的尘粒向与工件1的面平行的方向喷出。

通过经由配管22减压环状壁部21的顶壁部21a和载放台部11之间的空间A，通过该空间A和空间A的外部的差压，产生如图6的箭头表示的流体的流动。由此抑制喷出的尘粒向顶壁部21a的外面飞扬，而且从排出口12排出尘粒D。

在以上说明的本发明的实施例的激光剥离装置中，虽然对工件1通过照射激光从工件1的边缘部不可避免地喷出各种尘粒，但是在工件1的边缘周围设置环状壁部21，向环状壁部21内喷出的尘粒通过用图6的箭头表示的流体的流动向环状壁部21外排出。

因此，在本发明的激光剥离装置中，因为能够可靠地防止在激光剥离处理时产生的各种尘粒在工件的激光照射面上附着，所以不用担心发生材料层不分解或者工件破裂这样的不良情况。

再有，本发明的激光剥离装置，在载放台部11上设置环状壁部21，在该载放台部11的比上述环状壁部21的环状外壁部21b的内侧，形成用于与上述排气机构连接的排出口12。这样的激光剥离装置的结构通过在工件1的边缘部的周围设置排出口12，能够有效地排出向与工件1的面平行的方向喷出的“尘粒”，而且容易设置用于连接排气机构的配管等，所以能够简化装置结构。

另外，通过设置顶璧部21a，在顶璧部21a和载放台部11a之间形成缓冲空间A。该缓冲空间A具有在尘粒D与从工件的边缘部由于GaN的分解产生的N₂气一起向与工件的面平行的方向瞬间大量喷出时抑制尘粒D向顶璧部21a的外部飞扬的功能。

图8(a)、(b)是表示本实施例的变形例的图，是表示环状壁部的其他结构例的剖视图，对于与图6表示的元件相同的元件附以相同的符号。

用于连接排气机构的排出口12，不限于图7所示那样在载放台部11上设置的情况，也可以设置在其他位置。例如可以如图8(a)那样在环状壁部21的顶壁部21a上形成，也可以如图8(b)所示，在环状壁部21的环状外壁部21b上形成。

图9是表示具有本发明的集尘机构的工件载放台的第二实施例的图。本实施例中，代替上述环状壁部，作为集尘用中空容器23，设置形成为圆环状的相对于工件面倾斜配置的顶壁部24。其他的结构和图6、图7同样，在载放台部11上在多个位置设置用于连接排气机构的排出口12。在该排出口12上通过配管22例如连接泵、风扇等排气机构，吸引环状壁部21内的空气。

在本实施例中，从工件1的边缘部和气体一起喷出的尘粒D也通过图9的箭头表示的流体的流动从在载放台部11上设置的排出口12排出。另外通过设置顶壁部24，在顶壁部24和载放台部11之间形成缓冲空间A。该缓冲空间A具有在尘粒D与从工件的边缘部由于GaN的分解产生的N₂气一起向与工件的面平行的方向瞬间大量喷出时抑制尘粒D向顶璧部24的外部飞扬的功能。

图10是表示本发明的第三实施例的图，本实施例的集尘机构通过使气体从载放台部的上侧流入，使尘粒排出。

在本实施例中，在上述图6中，在集尘用中空容器23之上安装具有用于使激光透射的窗部25a的密封容器25。在该密封容器25上设置用于使气体流入该密封容器25内的供给管25b。另外，在载放台部11上设置通过配管22与大气连通的排出口12。

通过经由供给管25b给密封容器25的上方侧的空间B内供气，使上方侧的空间B相对于下方侧的空间A成为正压。由此，通过上方侧的空间B和下方侧的空间A的差压产生图10的箭头所示那样的流体的流动。由此，抑制尘粒D向顶壁部21a的外面飞扬，而且从排出口12排出尘粒D。

另外，通过设置顶壁部21a，在顶壁部21a和载放台部11之间形成缓冲空间A。该缓冲空间A具有在尘粒D与从工件的边缘部由于GaN的分解产生的N₂气一起向与工件的面平行的方向瞬间大量喷出时起抑制尘粒D向顶璧部21a的外部飞扬的作用。

此外，在上述图8表示的第一实施例的变形例及图9表示的第二实施例的集尘机构中，也可以如上述第三实施例那样，通过使气体流入载放台部而排出尘粒。

接着说明能够使用上述的激光剥离方法的半导体发光元件的制造方法。下面使用图11说明由GaN类化合物材料层形成的半导体发光元件的制造方法。

对于晶体生长用的基板，使用能够透射激光并使构成材料层的氮化镓(GaN)类化合物半导体进行晶体生长的蓝宝石基板。如图11(a)所示，在蓝宝石基板101上，例如使用有机金属气相生长法(MOCVD法)迅速形成由GaN类化合物半导体构成的GaN层102。

接着，如图11(b)所示，在GaN层102的表面上，叠置作为发光层的n型半导体层103和p型半导体层104。例如作为n型半导体使用掺杂有硅的GaN，作为p型半导体使用掺杂有镁的GaN。

接着，如图11(c)所示，在p型半导体层104上涂布焊锡105。接着，如图11(d)所示，在焊锡105上安装支撑基板106。支撑基板106例如由铜和钨的合金构成。

然后，如图11(e)所示，从蓝宝石基板101的背面侧朝向蓝宝石基板101和GaN层102的界面照射激光107。激光107成形为使照射区域成为具有0.25mm²以下的面积的正方形，而且光强度分布成为图4所示那样的大体梯形的形状。

通过用激光107照射蓝宝石基板101和GaN层102的界面，使GaN层102分解，从蓝宝石基板101剥离GaN层102。在剥离后的GaN层102的表面上，如图11(f)所示，通过蒸镀形成作为透明电极的ITO108，在ITO108的表面上安装电极109。

Claims (1)

1.一种激光剥离装置，具有：载放台部，载放在基板上形成材料层而成的工件；和激光源，对该工件射出透射该基板的波长区域的激光，该激光剥离装置相对地传送该工件和该激光源并穿透该基板而照射激光，在该基板与该材料层的界面分解该材料层，从而从该基板剥离该材料层，上述激光剥离装置的特征在于，

具有集尘机构，该集尘机构收集由于向上述工件照射激光而从该工件的边缘部与该工件面平行地喷出的尘粒，

上述集尘机构具有比上述工件的边缘部处的基板与材料层的粘合面向上方伸出的壁面、以及上述尘粒的排出口，

该壁面的端部以不遮挡从上述激光源照射的激光的方式位于上述工件的边缘部的附近，

上述激光剥离装置还具有利用差压向该壁面与上述载放台部之间的空间引导从上述工件的边缘部与该工件面平行地喷出的尘粒并使该尘粒从上述排出口排出的机构。

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