JP2020191432A - 移設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザーリフトオフする際に、移設部材への光デバイスの転写率の低下を抑制する移設方法を提供すること。【解決手段】光デバイス層を移設する移設方法は、移設部材接合ステップＳＴ１１と、液体充填ステップＳＴ１２と、バッファ層破壊ステップＳＴ１３と、光デバイス層転写ステップＳＴ１４と、を含む。移設部材接合ステップＳＴ１１では、光デバイスウエーハのチップサイズに分割された光デバイス層と光デバイス層の間に空隙を有するように、光デバイスウエーハと移設部材とを接合する。液体充填ステップＳＴ１２では、移設部材接合ステップＳＴ１１の後、空隙に液体を充填してエピタキシー基板と移設部材との表面張力を大きくする。【選択図】図３

Description

本発明は、光デバイス層を移設する移設方法に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの光デバイスは、例えば、ｐｎ接合を構成するｎ型半導体層及びｐ型半導体層をサファイア基板の表面上にエピタキシャル成長させることにより形成される。このように形成された光デバイス層をサファイア基板から剥離して移設部材へ転写するレーザーリフトオフという剥離技術が知られている（特許文献１及び２参照）。近年では、マイクロＬＥＤと呼ばれる極小サイズのＬＥＤの製造技術も発展しており、エッチングにより半導体層を分割して多数のＬＥＤを作製する技術が知られている（特許文献３参照）。

特開２００４−０７２０５２号公報 特開２０１６−０２１４６４号公報 特開２０１８−１０７４２１号公報

ＬＥＤは、サファイア基板から剥離して移設部材へ転写した後、更に異なる実装基板へ転写する場合がある。このため、移設部材から実装基板へのＬＥＤの転写のしやすさを考慮して、サファイア基板と移設部材とが接合強度を抑えて接合されている。すなわち、サファイア基板と移設部材との間において、接着層がＬＥＤ同士の間の隙間に完全に充填されないように制御されていたり、金属マイクロチューブによって接合されていたりするなど、接着力が大きくなり過ぎないように接合されている。しかし、この結果、移設部材側のＬＥＤの保持力が低下してしまい、移設部材へのＬＥＤの転写率が低くなってしまうという問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、レーザーリフトオフする際に、移設部材への光デバイスの転写率の低下を抑制する移設方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光デバイス層を移設する移設方法は、チップサイズに分割された光デバイス層がバッファ層を介してエピタキシー基板の表面に積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を移設する移設方法であって、該光デバイスウエーハのチップサイズに分割された光デバイス層と光デバイス層との間に空隙を有するように、該光デバイスウエーハの光デバイス層側と移設部材とを接合する移設部材接合ステップと、該移設部材接合ステップの後、該空隙に液体を充填して該エピタキシー基板と該移設部材との表面張力を大きくする液体充填ステップと、該液体充填ステップの後、該移設部材が接合された光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームをバッファ層に照射し、バッファ層を破壊するバッファ層破壊ステップと、該バッファ層破壊ステップの後、該エピタキシー基板を該光デバイス層から剥離して、該エピタキシー基板に積層されていた光デバイス層を該移設部材に転写する光デバイス層転写ステップと、を含むことを特徴とする。

該液体充填ステップで該空隙に充填する液体は水であってもよい。

本願発明は、レーザーリフトオフする際に、移設部材への光デバイスの転写率の低下を抑制することができる。

図１は、実施形態に係る移設方法の移設対象を含む光デバイスウエーハの斜視図である。 図２は、図１の光デバイスウエーハの断面図である。 図３は、実施形態に係る移設方法を示すフローチャートである。 図４は、図３の移設部材接合ステップの一状態を示す断面図である。 図５は、図３の移設部材接合ステップの図４後の一状態を示す断面図である。 図６は、図３の液体充填ステップの一状態を示す断面図である。 図７は、図３の液体充填ステップの図４後の一状態を示す断面図である。 図８は、図３のバッファ層破壊ステップの一例を示す断面図である。 図９は、図３の光デバイス層転写ステップの一例を示す断面図である。 図１０は、変形例に係る移設部材接合ステップの一状態を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係る移設方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る移設方法の移設対象を含む光デバイスウエーハ１の斜視図である。図２は、図１の光デバイスウエーハ１の断面図である。なお、図１及び図２は、本実施形態の説明のため、実際よりも光デバイスウエーハ１に対して光デバイス層５等を大きく模式的に示しており、以降の図面についても同様である。光デバイスウエーハ１は、図２に示すように、エピタキシー基板２と、エピタキシー基板２の表面３側にバッファ層４を介して積層された光デバイス層５と、を含む。

エピタキシー基板２は、本実施形態では、直径が６インチ（約１５０ｍｍ）程度で厚みが１．２ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の円板形状を有するサファイア基板である。光デバイス層５は、本実施形態では、図２に示すように、エピタキシー基板２の表面３にエピタキシャル成長法によって合計６μｍ程度の厚さで形成されるｎ型窒化ガリウム半導体層５−１及びｐ型窒化ガリウム半導体層５−２であり、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）として使用されるものである。バッファ層４は、実施形態では、エピタキシー基板２に光デバイス層５を積層する際に、エピタキシー基板２の表面３と光デバイス層５のｐ型窒化ガリウム半導体層５−２との間に形成される厚みが１μｍ程度の窒化ガリウム（ＧａＮ）層である。

光デバイス層５は、本実施形態では、図１に示すように、格子状に交差した複数のストリート６によって区画された複数の領域に、チップサイズに分割されて積層され、光デバイス７を形成している。光デバイス層５同士の間隔、すなわち、光デバイス７同士の間隔は、ストリート６の幅と同じであり、本実施形態では、５μｍ程度である。また、光デバイス層５の大きさ、すなわち、光デバイス７の大きさは、ストリート６同士の間隔と同じであり、本実施形態では、１０μｍ〜２０μｍ程度である。すなわち、光デバイス層５は、本実施形態では、直径が２インチのエピタキシー基板２に２００万個程度の、ＬＥＤとして使用される光デバイス７が形成されている。なお、エピタキシー基板２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）ウエーハであってもよい。ＣＭＯＳデバイスのチップの大きさは、例えば、８ｍｍ〜１１ｍｍ程度であり、このＣＭＯＳデバイス上に複数の光デバイス層５が形成されている。

次に、実施形態に係る移設方法を説明する。図３は、実施形態に係る移設方法を示すフローチャートである。移設方法は、光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法であって、図３に示すように、移設部材接合ステップＳＴ１１と、液体充填ステップＳＴ１２と、バッファ層破壊ステップＳＴ１３と、光デバイス層転写ステップＳＴ１４と、を含む。

図４は、図３の移設部材接合ステップＳＴ１１の一状態を示す断面図である。図５は、図３の移設部材接合ステップＳＴ１１の図４後の一状態を示す断面図である。移設部材接合ステップＳＴ１１は、図４及び図５に示すように、光デバイスウエーハ１のチップサイズに分割された光デバイス層５と光デバイス層５の間に空隙１５を有するように、光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側と移設部材１１とを接合するステップである。

移設部材接合ステップＳＴ１１では、具体的には、図４に示すように、まず、移設部材１１としてエピタキシー基板２と同様の大きさを有する移設基板を準備し、移設部材１１の一方の面に、光デバイス層５と光デバイス層５との隙間に相当するストリート６の総体積未満の体積を有する接着剤１２を塗布して、接着層を形成する。

なお、移設部材１１は、本実施形態では、エピタキシー基板２と同程度の２．０ｍｍ程度の厚みを有するガラス基板が好適な基板として用いられるが、本発明はこれに限定されず、所定の接着剤１２との間で接着可能なものであれば、金属製の基板等のその他の種々の材料の基板を用いることができる。

移設部材接合ステップＳＴ１１では、次に、エピタキシー基板２に積層された光デバイス層５と移設部材１１に塗布された接着剤１２とを対向させて、接近させ、接触させる。移設部材接合ステップＳＴ１１では、さらに、エピタキシー基板２の表面３とは反対側の面である裏面８側から移設部材１１に向かって、または、移設部材１１の接着剤１２が塗布された側とは反対側の面からエピタキシー基板２に向かって、押圧することで、図５に示すように、光デバイス層５に沿って接着剤１２を変形させて、光デバイス層５の一部を接着剤１２にめり込ませる。このようにして、移設部材接合ステップＳＴ１１では、光デバイスウエーハ１のチップサイズに分割された光デバイス層５と光デバイス層５の間に空隙１５を有するように、接着剤１２で、光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側と移設部材１１とを接合する。

ここで、移設部材接合ステップＳＴ１１では、押圧力及び接着時の温度が、ともに、光デバイス層５同士の間の空隙１５が接着剤１２で埋まらない程度に制御されていることが好ましい。なお、移設部材接合ステップＳＴ１１では、本実施形態では接着剤１２による接合を採用したが、本発明はこれに限定されず、その他の接合方法を採用してもよい。

図６は、図３の液体充填ステップＳＴ１２の一状態を示す断面図である。図７は、図３の液体充填ステップＳＴ１２の図４後の一状態を示す断面図である。液体充填ステップＳＴ１２は、図６及び図７に示すように、移設部材接合ステップＳＴ１１の後、空隙１５に液体１７を充填してエピタキシー基板２と移設部材１１との表面張力を大きくするステップである。

液体充填ステップＳＴ１２では、具体的には、図６に示すように、液体噴射ノズル１６により、光デバイスウエーハ１の径方向外側から移設部材接合ステップＳＴ１１で形成した空隙１５に向けて、所定の液体１７を噴射して供給する。ここで、所定の液体１７は、空隙１５の周囲のエピタキシー基板２の表面３と光デバイス層５と接着剤１２とのいずれもに対して、溶解や重合等の化学反応を起こさず、なおかつ、空隙１５を厚み方向に形成するエピタキシー基板２の表面３と接着剤１２との双方に対して、所定の濡れ性を以って濡れるものが、好適に採用される。液体充填ステップＳＴ１２では、例えば、所定の液体１７は、水（蒸留水、純水）が好適なものとして使用される。

移設部材接合ステップＳＴ１１で形成した空隙１５の厚み方向の大きさは、数１００μｍ〜数ｍｍ程度である。このように、空隙１５の厚み方向の大きさが十分に小さいため、液体充填ステップＳＴ１２では、空隙１５に向けて噴射して供給した液体１７が、毛細管現象により、空隙１５の内部に侵入していく。したがって、液体充填ステップＳＴ１２では、図７に示すように、空隙１５に十分に所定の液体１７が充填されて、エピタキシー基板２と移設部材１１との表面張力を大きくする、すなわち、空隙１５に充填された所定の液体１７の表面張力により、エピタキシー基板２側の表面３と移設部材１１側に塗布された接着剤１２とが互いに引力（密着力）を以って引き合う密着状態にする。

本発明の液体充填ステップＳＴ１２は、ガス除去ノズルにより空隙１５の内部のガスを除去しながら、液体噴射ノズル１６により空隙１５に向けて所定の液体１７を噴射して供給しても良い。また、本発明の液体充填ステップＳＴ１２は、液漕に貯留した液体１７に、空隙１５が形成された光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側と移設部材１１との接合体を浸漬させることで、空隙１５に液体１７を浸漬させて供給しても良い。

図８は、図３のバッファ層破壊ステップＳＴ１３の一例を示す断面図である。バッファ層破壊ステップＳＴ１３は、図８に示すように、液体充填ステップＳＴ１２の後、移設部材１１が接合された光デバイスウエーハ１のエピタキシー基板２の裏面８側からエピタキシー基板２に対しては透過性を有しバッファ層４に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービーム３４をバッファ層４に照射し、バッファ層４を破壊するステップである。

バッファ層破壊ステップＳＴ１３では、具体的には、図８に示すように、まず、液体充填ステップＳＴ１２で空隙１５に所定の液体１７が充填された光デバイスウエーハ１と移設部材１１との接合体の移設部材１１側の面を、不図示の真空源に接続したチャックテーブル２０の保持面２１で吸引保持する。

バッファ層破壊ステップＳＴ１３では、次に、レーザー光線照射手段３０により、チャックテーブル２０で保持した光デバイスウエーハ１と移設部材１１との接合体のエピタキシー基板２の裏面８側から、エピタキシー基板２に対しては透過性を有しバッファ層４に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービーム３４をバッファ層４に照射することで、バッファ層４を破壊する。バッファ層破壊ステップＳＴ１３は、本実施形態では、エピタキシー基板２の全面に対してパルスレーザービーム３４の照射を実行しているが、本発明はこれに限定されず、エピタキシー基板２のバッファ層４が形成されている位置のみに対してパルスレーザービーム３４の照射を実行しても良い。

ここで、レーザー光線照射手段３０は、図８に示すように、レーザー光線発振手段３１により上記した所定の波長のパルスレーザービーム３４を発振し、光学ミラー３２によりレーザー光線発振手段３１からのパルスレーザービーム３４をチャックテーブル２０で保持した接合体のエピタキシー基板２の裏面８に直交する方向に向きを変更し、集光レンズ３３により光学ミラー３２からのパルスレーザービーム３４を集光してパルスレーザービーム３４のスポット径及びデフォーカスを調整することで、バッファ層破壊ステップＳＴ１３におけるパルスレーザービーム３４の照射条件を調整する。

バッファ層破壊ステップＳＴ１３では、例えば、繰り返し周波数が５０ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ以下であり、平均出力が０．１Ｗ以上２．０Ｗ以下の紫外線レーザー光をパルスレーザービーム３４として用いて、スポット径を１０μｍ以上５０μｍ以下とし、デフォーカスを約１．０ｍｍに調整し、オーバーラップ率を５０％に調整して、バッファ層４の破壊処理を実行する。

図９は、図３の光デバイス層転写ステップＳＴ１４の一例を示す断面図である。光デバイス層転写ステップＳＴ１４は、バッファ層破壊ステップＳＴ１３の後、エピタキシー基板２を光デバイス層５から剥離して、エピタキシー基板２に積層されていた光デバイス層５を移設部材１１に転写するステップである。

光デバイス層転写ステップＳＴ１４では、具体的には、バッファ層破壊ステップＳＴ１３でバッファ層４が破壊された接合体のエピタキシー基板２の裏面８側から、不図示の超音波振動手段が配設されたホーンにより超音波振動を付与することで、破壊されたバッファ層４を起点として、エピタキシー基板２を光デバイス層５から剥離して光デバイス層５を移設部材１１に転写する。

光デバイス層転写ステップＳＴ１４では、図９に示すように、光デバイス層５から剥離したエピタキシー基板２を光デバイス層５、移設部材１１及び接着剤１２から引き離すと、空隙１５に充填されていた所定の液体１７が流れ落ちて除去される。これにより、光デバイス層転写ステップＳＴ１４では、移設部材１１に転写された光デバイス層５（光デバイス７）が接着剤１２から突出した状態の光デバイス層転写基板１０が形成される。

なお、実施形態に係る移設方法は、光デバイス層転写ステップＳＴ１４の後に、エピタキシー基板２の剥離後に所定の液体１７で濡れた光デバイス層５（光デバイス７）を乾燥させる乾燥ステップをさらに有することが好ましい。乾燥ステップでは、光デバイス層５（光デバイス７）に向けた温風による乾燥や、赤外線による乾燥が実施される。

実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、移設部材接合ステップＳＴ１１で、光デバイスウエーハ１のチップサイズに分割された光デバイス層５と光デバイス層５の間に空隙１５を有するように、光デバイスウエーハ１と移設部材１１とを接合し、液体充填ステップＳＴ１２で、空隙１５に液体１７を充填してエピタキシー基板２と移設部材１１との表面張力を大きくする。このため、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、光デバイスウエーハ１と移設部材１１との間の接合が比較的弱い場合でも、液体１７により好適にレーザーリフトオフする際のエピタキシー基板２と移設部材１１との間の密着力を高めることができる。これにより、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、レーザーリフトオフする際に、移設部材１１への光デバイス７（光デバイス層５）の転写率の低下を抑制することができ、光デバイス７（光デバイス層５）の生産性が向上するという作用効果を奏する。

また、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、光デバイス層転写ステップＳＴ１４で、エピタキシー基板２と移設部材１１との間の密着状態が解除され、液体１７が除去されると、光デバイス層５と移設部材１１との間の接合が比較的弱い状態となっているため、接着剤１２から突出した光デバイス７（光デバイス層５）を好適に実装基板等へ移設することができるという作用効果を奏する。

また、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、液体充填ステップＳＴ１２で空隙１５に充填する液体１７が水である。このため、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、液体充填ステップＳＴ１２で、エピタキシー基板２の表面３と光デバイス層５と接着剤１２とのいずれもに対して、好適に溶解や重合等の化学反応を起こさず、エピタキシー基板２の表面３と接着剤１２との双方に対して好適に濡れて密着状態を形成することができる。すなわち、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、液体１７の水が光デバイス７（光デバイス層５）の品質等に影響を及ぼすことなく、レーザーリフトオフする際の移設に対して、転写率の低下を好適に抑制することができて、光デバイス７（光デバイス層５）の生産性の向上に好適に寄与することができるという作用効果を奏する。

〔変形例〕
本発明の実施形態の変形例に係る移設方法を説明する。図１０は、変形例に係る移設部材接合ステップＳＴ１１の一状態を示す断面図である。なお、図１０は、実施形態と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。変形例に係る移設方法は、移設部材接合ステップＳＴ１１が異なること以外、実施形態と同じである。

変形例に係る移設部材接合ステップＳＴ１１では、実施形態に係る移設部材接合ステップＳＴ１１において、接着剤１２で光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側と移設部材１１とを接合することに代えて、図１０に示すように、接合層５２で光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側と移設部材１１とを接合する。

変形例に係る移設部材接合ステップＳＴ１１では、具体的には、まず、図１０に示すように、光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側の一部に、接合層５２を構成する接合金属層５３を形成する。接合金属層５３は、変形例では、インジウム（Ｉｎ）が好適な金属材料として用いられているが、本発明はこれに限定されず、ＡｕＳｎ（金錫）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、等を用いることができる。また、接合金属層１２２は、上記した金属材料を１種類、または２種類以上複合して用いることができる。

変形例に係る移設部材接合ステップＳＴ１１では、次に、図１０に示すように、接合金属層５３と移設部材１１との間に、接合層５２を構成する金属チューブ５４を厚み方向に沿って配することで、接合金属層５３及び金属チューブ５４により、光デバイスウエーハ１の光デバイス層５側と移設部材１１との間に弱い強度の接合を形成して、光デバイスウエーハ１のチップサイズに分割された光デバイス層５と光デバイス層５の間に空隙５１を形成する。

移設部材１１は、変形例では、実施形態に代えて、厚みが１ｍｍの銅（Ｃｕ）基板が好適な基板として用いられているが、本発明はこれに限定されず、モリブデン（Ｍｏ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、等を用いることができる。また、移設部材１１は、変形例では、上記した材料を１種類、または２種類以上複合した基板を用いることができる。また、金属チューブ５４は、本変形例では、直径が数μｍオーダーから数ｎｍオーダーまでのもの、すなわち、金属マイクロチューブや金属ナノチューブが、好適に使用することができる。

変形例に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法は、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法において、移設部材接合ステップＳＴ１１で空隙５１及び接合層５２を形成するように変更したものであるので、実施形態に係る光デバイスウエーハ１の光デバイス層５を移設する移設方法と同様の作用効果を奏するものとなる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 光デバイスウエーハ
２ エピタキシー基板
３ 表面
４ バッファ層
５ 光デバイス層
７ 光デバイス
８ 裏面
１１ 移設部材
１２ 接着剤
１５，５１ 空隙
１６ 液体噴射ノズル
１７ 液体
５２ 接合層
５３ 接合金属層
５４ 金属チューブ

Claims (2)

1. チップサイズに分割された光デバイス層がバッファ層を介してエピタキシー基板の表面に積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を移設する移設方法であって、
   該光デバイスウエーハのチップサイズに分割された光デバイス層と光デバイス層との間に空隙を有するように、該光デバイスウエーハの光デバイス層側と移設部材とを接合する移設部材接合ステップと、
   該移設部材接合ステップの後、該空隙に液体を充填して該エピタキシー基板と該移設部材との表面張力を大きくする液体充填ステップと、
   該液体充填ステップの後、該移設部材が接合された光デバイスウエーハのエピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームをバッファ層に照射し、バッファ層を破壊するバッファ層破壊ステップと、
   該バッファ層破壊ステップの後、該エピタキシー基板を該光デバイス層から剥離して、該エピタキシー基板に積層されていた光デバイス層を該移設部材に転写する光デバイス層転写ステップと、
   を含むことを特徴とする、光デバイス層を移設する移設方法。
2. 該液体充填ステップで該空隙に充填する液体は水であることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス層を移設する移設方法。

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