JP5996254B2 - リフトオフ方法 - Google Patents

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Description

本発明は、サファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法に関する。
光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介してGaN（窒化ガリウム）またはINGaP（インジウム・ガリウム・リン）若しくはALGaN（アルミニウム・窒化ガリウム）で構成されるn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。（例えば、特許文献１参照。）
また、光デバイスの輝度を向上させる技術として、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して積層されたn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層をAuSu（金錫）等の接合金属層を介して接合し、エピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板を透過しバッファー層で吸収される波長（例えば２４８nm）のレーザー光線を照射してバッファー層を破壊し、エピタキシー基板を光デバイス層から剥離することにより、光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフと呼ばれる製造方法が下記特許文献２に開示されている。
特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００４−７２０５２号公報
而して、エピタキシー基板の裏面側からバッファー層に集光点を位置付けてレーザー光線を照射すると、バッファー層を構成するGaNまたはINGaP若しくはALGaNがGaとN2等のガスに分解することでバッファー層が破壊されるが、GaNまたはINGaP若しくはALGaNがGaとN2等のガスに分解する領域と、分解しない領域とが存在し、バッファー層の破壊にムラが生じてエピタキシー基板を適正に剥離することができないという問題がある。
また、光デバイスの品質を向上させるためにエピタキシー基板の表面に凹凸が形成されている場合には、レーザー光線が凹凸の壁に遮られてバッファー層の破壊が抑制されエピタキシー基板の剥離が困難になるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、エピタキシー基板を確実に剥離することができるリフトオフ方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、エピタキシー基板の表面にGaを含むGa化合物からなるバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合金属層を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
移設基板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バッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、エピタキシー基板とバッファー層との境界面にガス層を形成するガス層形成工程と、
該ガス層形成工程によってエピタキシー基板とバッファー層との境界面に形成されたガス層のうち最外側に位置するガス層の領域を検出するガス層検出工程と、
エピタキシー基板における該ガス層検出工程によって検出された最外側のガス層が位置する領域に吸引パッドを位置付けてエピタキシー基板を吸着するエピタキシー基板吸着工程と、
エピタキシー基板を吸着した該吸引パッドをエピタキシー基板から離反する方向に移動してエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含む、
ことを特徴とするリフトオフ方法が提供される。
本発明によるリフトオフ方法は上記移設基板接合工程とガス層形成工程とガス層検出工程とエピタキシー基板吸着工程および光デバイス層移設工程とを含み、光デバイス層移設工程においては、エピタキシー基板とバッファー層との境界面に形成された最外側に位置するガス層の領域を吸引パッドによって吸着してエピタキシー基板から離反する方向に移動してエピタキシー基板を剥離するので、最も剥離しやすい最外側に位置するガス層の領域から剥離されエピタキシー基板全体が円滑に剥離される。
本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図。 図１に示す光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に移設基板を接合する移設基板接合工程の説明図。 本発明によるリフトオフ方法におけるバッファー層破壊工程を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。 本発明によるリフトオフ方法のバッファー層破壊工程におけるGa層形成工程を示す説明図。 図４に示すGa層形成工程が実施された光デバイスウエーハの要部を拡大して示す断面図。 本発明によるリフトオフ方法におけるガス層検出工程の説明図。 最外側に位置するガス層であると選定されたガス層の領域を撮像手段の直下に位置付けた状態を示す説明図。 本発明によるリフトオフ方法におけるエピタキシー基板吸着工程の説明図。 本発明によるリフトオフ方法における光デバイス層移設工程の説明図。
以下、本発明によるリフトオフ方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１の(a)および(b)には、本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。
図１の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、直径が５０mmで厚みが６００μmの円板形状であるサファイア基板からなるエピタキシー基板２１の表面２１aにn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２がエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、エピタキシー基板２１の表面にエピタキシャル成長法によってn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２を積層する際に、エピタキシー基板２１の表面２１aと光デバイス層２２を形成するn型窒化ガリウム半導体層２２１との間には窒化ガリウム(GaN)からなる厚みが例えば１μmのバファー層２３が形成される。このように構成された光デバイスウエーハ２は、図示の実施形態においては光デバイス層２２の厚みが例えば１０μmに形成されている。なお、光デバイス層２２は、図１の(a)に示すように格子状に形成された複数のストリート２２３によって区画された複数の領域に光デバイス２２４が形成されている。
上述したように光デバイスウエーハ２におけるエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して移設基板に移し替えるためには、光デバイス層２２の表面２２aに移設基板を接合する移設基板接合工程を実施する。即ち、図２の(a)、(b)および(c)に示すように、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aに、厚みが１ｍmの銅基板からなる移設基板３を金錫（AuSu）からなる接合金属層４を介して接合する。なお、移設基板３としてはモリブデン(Mo)、シリコン(Si)等を用いることができ、また、接合金属層４を形成する接合金属としては金(Au),白金(Pt),クロム(Cr),インジウム(In),パラジウム(Pd)等を用いることができる。この移設基板接合工程は、エピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aまたは移設基板３の表面３aに上記接合金属を蒸着して厚みが３μm程度の接合金属層４を形成し、この接合金属層４と移設基板３の表面３aまたは光デバイス層２２の表面２２aとを対面させて圧着することにより、光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合して複合基板２００を形成する。
上述したように光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合し複合基板２００を形成したならば、移設基板３が接合された光デバイスウエーハ２のエピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面にガス層を形成するガス層形成工程を実施する。このガス層形成工程は、図３に示すレーザー加工装置を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置５は、静止基台５０と、該静止基台５０に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構６と、静止基台５０に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構７と、該レーザー光線照射ユニット支持機構７に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット８とを具備している。
上記チャックテーブル機構６は、静止基台５０上にX軸方向に沿って平行に配設された案内レール６１、６１と、該案内レール６１、６１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック６２と、該第１の滑動ブロック６２に上面に配設された案内レール６２１、６２１上にＹ軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック６３と、該第２の滑動ブロック６３上に円筒部材６４によって支持されたカバーテーブル６５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル６６を具備している。このチャックテーブル６６は多孔性材料から形成された吸着チャック６６１を具備しており、吸着チャック６６１の上面（保持面）に被加工物である例えば円板形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル６６は、円筒部材６４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。また、図示のチャックテーブル機構６は、上記第１の滑動ブロック６２を案内レール６１、６１に沿ってX軸方向に移動せしめる加工送り手段６７と、第２の滑動ブロック６３を案内レール６２１、６２１に沿ってＹ軸方向せしめる第１の割り出し送り手段６８を具備している。なお、加工送り手段６７および第１の割り出し送り手段６８は、周知のボールスクリュー機構によって構成されている。
上記レーザー光線照射ユニット支持機構７は、静止基台５０上にＹ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール７１、７１と、該案内レール７１、７１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台７２を具備している。この可動支持基台７２は、案内レール７１、７１上に移動可能に配設された移動支持部７２１と、該移動支持部７２１に取り付けられた装着部７２２とからなっており、ボールスクリュー機構によって構成された第２の割り出し送り手段７３によって案内レール７１、７１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
図示のレーザー光線照射ユニット８は、ユニットホルダ８１と、該ユニットホルダ８１に取り付けられたレーザー光線照射手段８２を具備している。ユニットホルダ８１は、上記可動支持基台７２の装着部７２２に設けられた案内レール７２３、７２３に沿ってZ軸方向に移動可能に支持される。このように案内レール７２３、７２３に沿って移動可能に支持されたユニットホルダ８１は、ボールスクリュー機構によって構成された集光点位置調整手段８３によってZ軸方向に移動せしめられる。
図示のレーザー光線照射手段８は、上記ユニットホルダ８１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング８２を含んでいる。ケーシング８２内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング８２の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器８４が装着されている。ケーシング８２の前端部には、上記レーザー光線照射手段８によって上記チャックテーブル６６に保持された被加工物を撮像する撮像手段８５が配設されている。この撮像手段８５は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図示のレーザー加工装置５は、上記光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離するための剥離機構９を具備している。剥離機構９は、上記チャックテーブル６６に保持された光デバイスウエーハ２が剥離位置に位置付けられた状態でエピタキシー基板２１を吸着する吸着手段９１と、該吸着手段９１を上下方向に移動可能に支持する支持手段９２とからなっており、チャックテーブル機構６の一方の側に配設されている。吸着手段９１は、保持部材９１１と、該保持部材９１１の下側に装着された複数（図示の実施形態においては３個）の吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cとからなっており、吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cが図示しない吸引手段に接続されている。なお、上記３個の吸引パッドのうち、吸引パッド９１２aは、上記撮像手段８５とX軸方向における同一軸線上に配設されている。
上記レーザー加工装置５を用いて移設基板３が接合された光デバイスウエーハ２のエピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面にガス層を形成するガス層形成工程を実施するには、チャックテーブル６６の上面に上記複合基板２００の移設基板３側を載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６６上に複合基板２００を吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル６６上に保持された複合基板２００は、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bが上側となる。このようにチャックテーブル６６上に複合基板２００を吸引保持したならば、加工送り手段６７を作動してチャックテーブル６６をレーザー光線照射手段８の集光器８４が位置するレーザー光線照射領域に移動する。そして、図４の（ａ）で示すようにチャックテーブル６６に保持された複合基板２００の光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の一端（図４の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段８の集光器８４の直下に位置付ける。次にレーザー光線照射手段８を作動して集光器８４からバファー層２３にサファイアに対しては透過性を有し窒化ガリウム(GaN)に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル６６を図４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図４の（c）で示すようにレーザー光線照射手段８の集光器８４の照射位置にエピタキシー基板２１の他端（図４の（c）において右端）が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル６６の移動を停止する。このレーザー光線照射工程をバファー層２３の全面に対応する領域に実施する。
なお、上記Ga層形成工程は、集光器８４をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル６６を回転しつつ集光器８４を中心に向けて移動することによりバファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
上記ガス層形成工程をエキシマレーザーを用いて実施する加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：エキシマレーザー
波長 ：１９３nmまたは２４８ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０Ｈｚ
平均出力 ：０．０８W
パルス幅 ：１０ns
スポット形 ：４００μｍ□
加工送り速度 ：２０ｍｍ／秒
また、上記ガス層形成工程をYAGレーザーを用いて実施する加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：YAGレーザー
波長 ：２５７nmまたは２６６ｎｍ
繰り返し周波数 ：２００kＨｚ
平均出力 ：１．０W
パルス幅 ：１０ns
スポット径 ：φ３０μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
上記加工条件によってガス層形成工程を実施することにより、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面には、図５に示すように複数のガス層２３０が形成される。この複数のガス層２３０は、島状に形成される。
上述したガス層形成工程を実施したならば、ガス層形成工程によってエピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面に形成されたガス層２３０のうち最外側に位置するガス層の領域を検出するガス層検出工程を実施する。このガス層検出工程を実施するには、上記ガス層形成工程が実施された状態から複合基板２００を保持したチャックテーブル６６を撮像手段８５の撮像領域に移動し、図６に示すように複合基板２００の光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の外周部を撮像手段８５の直下に位置付ける。そして、撮像手段８５を作動するとともにチャックテーブル６６を矢印６６aで示す方向に１回転させ、撮像手段８５はこの間に撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。図示しない制御手段は、撮像手段８５からの画像信号に基づいて最外側に位置するガス層の領域を検出する。図６に示す実施形態においては、ガス層２３０aが最外側に位置するガス層であると選定される。
上述したガス層検出工程を実施することにより、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面に形成されたガス層２３０のうち最外側に位置するガス層２３０aの領域を検出したならば、チャックテーブル６６を回動して最外側に位置するガス層であると選定されたガス層２３０aの領域を、図７に示すように撮像手段８５の直下に位置付ける。この結果、最外側に位置するガス層２３０aの領域は、上記剥離機構９の吸着手段９１を構成する３個の吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cにおける吸引パッド９１２aとX軸方向における同一軸線上に位置付けられたことになる。
次に、チャックテーブル６６を剥離機構９が配設された剥離位置に移動し、図８の(a)に示すようにチャックテーブル６６に保持されている複合基板２００の光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面に形成された最外側に位置するガス層２３０aの領域を吸引パッド９１２aの直下に位置付ける。そして、図８の(b)に示すように吸着手段９１を下降してエピタキシー基板２１の裏面２１bにおける最外側のガス層２３０aが位置する領域に吸引パッド９１２aを接触させて吸着するとともに、吸引パッド９１２bおよび９１２cによってエピタキシー基板２１の裏面２１bを吸着する（エピタキシー基板吸着工程）。
上述したエピタキシー基板吸着工程を実施したならば、エピタキシー基板２１を吸着した吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cをエピタキシー基板２１から離反する方向に移動してエピタキシー基板２１を剥離し、光デバイス層２２を移設基板３に移設する光デバイス層移設工程を実施する。即ち、上記図８の(b)に示すようにエピタキシー基板吸着工程を実施した状態から、図９に示すように吸着手段９１を上方に移動することにより、エピタキシー基板２１は光デバイス層２２から剥離される。この結果、光デバイス層２２が移設基板３に移し替えられたことになる。この光デバイス層移設工程においては、エピタキシー基板２１とバッファー層２３との境界面に形成された最外側に位置するガス層２３０aの領域を吸引パッド９１２aによって吸着してエピタキシー基板２１から離反する方向に移動してエピタキシー基板２１を剥離するので、最も剥離しやすい最外側に位置するガス層２３０aの領域から剥離されエピタキシー基板２１全体が円滑に剥離される。
２：光デバイスウエーハ
２１：エピタキシー基板
２２：光デバイス層
２３：バファー層
２３０：ガス層
３：移設基板
４：接合金属層
２００：複合基板
５：レーザー加工装置
６：チャックテーブル機構
６６：チャックテーブル
６７：加工送り手段
７：レーザー光線照射ユニット支持機構
７２：可動支持基台
８：レーザー光線照射ユニット
８３：集光点位置調整手段
８４：集光器
８５：撮像手段
９：剥離機構
９１：吸着手段
９１２a,９１２b,９１２c：吸引パッド

Claims (1)

  1. エピタキシー基板の表面にGaを含むGa化合物からなるバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
    光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合金属層を介して移設基板を接合する移設基板接合工程と、
    移設基板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バッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、エピタキシー基板とバッファー層との境界面にガス層を形成するガス層形成工程と、
    該ガス層形成工程によってエピタキシー基板とバッファー層との境界面に形成されたガス層のうち最外側に位置するガス層の領域を検出するガス層検出工程と、
    エピタキシー基板における該ガス層検出工程によって検出された最外側のガス層が位置する領域に吸引パッドを位置付けてエピタキシー基板を吸着するエピタキシー基板吸着工程と、
    エピタキシー基板を吸着した該吸引パッドをエピタキシー基板から離反する方向に移動してエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含む、
    ことを特徴とするリフトオフ方法。
JP2012101535A 2012-04-26 2012-04-26 リフトオフ方法 Active JP5996254B2 (ja)

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