CN103378232B - 提离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提离方法，其能够可靠地剥离外延基板。提供一种将光器件晶片的光器件层转移到移设基板的提离方法，其包括移设基板接合工序，将移设基板接合到光器件晶片的光器件层的表面；气体层形成工序，从光器件晶片的外延基板的背面侧向缓冲层照射脉冲激光光线，在外延基板和缓冲层的分界面形成气体层；气体层检测工序，检测出所形成的气体层中的、位于最外侧的气体层的区域；外延基板吸附工序，将吸引垫定位到外延基板中的通过所述气体层检测工序检测出的最外侧的气体层所在的区域，来吸附外延基板；以及光器件层移设工序，向从外延基板背离的方向移动吸附了外延基板的所述吸引垫来剥离外延基板，将光器件层移设到移设基板。

Description

提离方法
技术领域
本发明涉及将光器件晶片的光器件层转移到移设基板的提离方法，该光器件晶片中，经缓冲层在蓝宝石基板或碳化硅等外延（epitaxy）基板的表面层叠有光器件层。
背景技术
在光器件制造工序中，经缓冲层在为大致圆板形状的蓝宝石基板或碳化硅等外延基板的表面层叠有由n型半导体层以及p型半导体层构成的光器件层，在通过形成为格子状的多个间隔道而划分出的多个区域中形成发光二极管、激光二极管等光器件来构成光器件晶片，其中n型半导体层和p型半导体层是由GaN（氮化镓）或INGaP（磷化镓铟）或ALGaN（铝氮化镓）构成。并且，通过沿着间隔道分割光器件晶片来制造出一个个光器件。（例如，参照专利文献1）。
另外，作为提升光器件亮度的技术，在下述专利文献2中公开了下述的称为提离的制造方法：将移设基板经AuSu（金锡）等接合金属层接合在光器件层，所述光器件层经缓冲层层叠在构成光器件晶片的蓝宝石基板或碳化硅等外延基板的表面，并由n型半导体层和p型半导体层构成，从外延基板的背面侧透过外延基板照射由缓冲层吸收的波长（例如248nm）的激光光线来破坏缓冲层，通过从光器件层剥离外延基板，将光器件层转移到移设基板。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特开2004-72052号公报
发明内容
然而，当从外延基板的背面侧将聚光点定位到缓冲层来照射激光光线时，存在如下问题：由于构成缓冲层的GaN或INGaP或ALGaN分解为Ga和N2等气体，缓冲层被破坏，但是存在GaN或INGaP或ALGaN分解为Ga和N2等气体的区域、和不分解的区域，缓冲层的破坏产生不均匀，所以无法适当地剥离外延基板。
另外，在为了提升光器件的品质而在外延基板的表面形成有凹凸的情况下，存在这样的问题：凹凸的壁阻断了激光光线而抑制缓冲层的破坏，因而很难剥离外延基板。
本发明是鉴于上述事实而完成的发明，其主要技术课题是提供能够可靠地剥离外延基板的提离方法。
为了解决上述主要的技术课题，本发明提供了一种提离方法，是将光器件晶片的光器件层转移到移设基板的提离方法，该光器件晶片中，光器件层经过由含镓的镓化合物构成的缓冲层而层叠在外延基板的表面，
该提离方法的特征在于，包括以下工序：
移设基板接合工序，经接合金属层将移设基板接合到光器件晶片的光器件层的表面；
气体层形成工序，从接合有移设基板的光器件晶片的外延基板的背面侧向缓冲层照射脉冲激光光线，在外延基板与缓冲层的分界面形成气体层，其中该脉冲激光光线是相对于外延基板具有透射性且相对于缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光光线；
气体层检测工序，检测出通过所述气体层形成工序而形成于外延基板与缓冲层的分界面的气体层中的、位于最外侧的气体层的区域；
外延基板吸附工序，将吸引垫定位到外延基板中的通过所述气体层检测工序检测出的最外侧的气体层所在的区域，来吸附外延基板；以及
光器件层移设工序，向从外延基板背离的方向移动吸附了外延基板的所述吸引垫来剥离外延基板，将光器件层移设到移设基板。
基于本发明的提离方法包括上述移设基板接合工序、气体层形成工序、气体层检测工序、外延基板吸附工序、以及光器件层移设工序，在光器件层移设工序中，由于通过吸引垫来吸附形成在外延基板和缓冲层的分界面的、位于最外侧气体层的区域，并向与外延基板背离的方向移动，从而剥离外延基板，所以从位于最容易剥离的最外侧的气体层的区域进行剥离，外延基板整体被顺利地剥离。
附图说明
图1是光器件晶片的立体图和主要部分放大剖视图，在该光器件晶片形成有通过本发明的提离方法转移到移设基板的光器件层。
图2是将移设基板接合到图1所示的光器件晶片的光器件层的表面的移设基板接合工序的说明图。
图3是用于实施本发明的提离方法中的缓冲层破坏工序的激光加工装置的立体图。
图4是表示本发明的提离方法的缓冲层破坏工序中的Ga（镓）层形成工序的说明图。
图5是放大地表示实施了图4所示的Ga层形成工序的光器件晶片的主要部分的剖视图。
图6是本发明的提离方法中的气体层检测工序的说明图。
图7是表示将选定为位于最外侧的气体层的气体层的区域定位到拍摄构件的正下方的状态的说明图。
图8是本发明的提离方法中的外延基板吸附工序的说明图。
图9是本发明的提离方法中的光器件层移设工序的说明图。
标号说明
2：光器件晶片
21：外延基板
22：光器件层
23：缓冲层
230：气体层
3：移设基板
4：接合金属层
200：复合基板
5：激光加工装置
6：卡盘工作台机构
66：卡盘工作台
67：加工进给构件
7：激光光线照射单元支撑机构
72：可动支撑基台
8：激光光线照射单元
83：聚光点位置调整构件
84：聚光器
85：拍摄构件
9：剥离机构
91：吸附构件
912a、912b、912c：吸引垫
具体实施方式
以下，参照附图对基于本发明的提离方法的优选实施方式详细地进行说明。
图1的（a）以及（b）表示了光器件晶片的立体图以及主要部分放大剖视图，在该光器件晶片形成有通过本发明的提离方法来转移到移设基板的光器件层。
图1的（a）以及（b）所示的光器件晶片2，通过外延成长法在外延基板21的表面21a形成有由n型氮化镓半导体层221以及p型氮化镓半导体层222构成的光器件层22，其中外延基板21由直径是50mm厚度是600μm的圆板形状的蓝宝石基板构成。另外，当通过外延成长法在外延基板21的表面层叠由n型氮化镓半导体层221以及p型氮化镓半导体层222构成的光器件层22时，在外延基板21的表面21a和形成光器件层22的n型氮化镓半导体层221之间形成由氮化镓（GaN）构成的厚度例如为1μm的缓冲层23。像这样构成的光器件晶片2在图示的实施方式中形成为光器件层22的厚度例如为10μm。另外，如图1的（a）所示，光器件层22在通过形成为格子状的多个间隔道223划分出的多个区域内形成有光器件224。
如上所述为了将光器件晶片2中的外延基板21从光器件层22剥离并转移到移设基板，而实施将移设基板接合到光器件层22的表面22a的移设基板接合工序。即，如图2的（a）、（b）以及（c）所示，将由厚度为1mm的铜基板构成的移设基板3经由金锡（AuSu）构成的接合金属层4接合到光器件层22的表面22a，其中光器件层22形成于构成光器件晶片2的外延基板21的表面21a。另外，作为移设基板3可以使用钼（Mo）、硅（Si）等，另外，作为形成接合金属层4的接合金属可以使用金（Au）、铂（Pt）、铬（Cr）、铟（In）、钯（Pd）等。该移设基板接合工序中，在形成于外延基板21的表面21a的光器件层22的表面22a或者移设基板3的表面3a蒸镀上述接合金属，从而形成厚度为3μm左右的接合金属层4，通过使该接合金属层4与移设基板3的表面3a或与光器件层22的表面22a面对面地进行压焊，经接合金属层4将移设基板3的表面3a接合到构成光器件晶片2的光器件层22的表面22a来形成复合基板200。
如上所述经接合金属层4将移设基板3的表面3a接合到构成光器件晶片2的光器件层22的表面22a并形成复合基板200后，实施从接合了移设基板3的光器件晶片2的外延基板21的背面侧向缓冲层23照射脉冲激光光线，在外延基板21和缓冲层23的分界面形成气体层的气体层形成工序，其中所述脉冲激光光线是相对于外延基板具有透射性且相对于缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光光线。该气体层形成工序使用图3所示的激光加工装置来实施。图3所示的激光加工装置5具有：静止基台50；卡盘工作台机构6，其能够在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）移动地配设于该静止基台50，用来保持被加工物；激光光线照射单元支撑机构7，其能够在与上述X轴方向正交的箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动地配设于静止基台50；激光光线照射单元8，其能够在箭头Z所示的聚光点位置调整方向（Z轴方向）移动地配设于该激光光线照射单元支撑机构7。
上述卡盘工作台机构6具有：导轨61、61，其沿着X轴方向平行地配设于静止基台50上；第1滑动块62，其能够在X轴方向移动地配设于该导轨61、61上；第2滑动块63，其能够在Y轴方向移动地配设于导轨621、621上，该导轨621、621配设于该第1滑动块62的上表面；罩台65，其通过圆筒部件64支撑于该第2滑动块63上；以及作为被加工物保持构件的卡盘工作台66。该卡盘工作台66具有由多孔性材料形成的吸附卡盘661，通过没有图示的吸引构件来将被加工物例如圆板形状的半导体晶片保持到吸附卡盘661的上表面（保持面）。通过配设于圆筒部件64内的没有图示的脉冲马达来使像这样构成的卡盘工作台66旋转。另外，图示的卡盘工作台机构6具有：加工进给构件67，其使上述第1滑动块62沿着导轨61、61在X轴方向移动；以及第1分度进给构件68，其使第2滑动块63沿着导轨621、621在Y轴方向移动。另外，加工进给构件67以及第1分度进给构件68由周知的滚珠丝杠机构构成。
上述激光光线照射单元支撑机构7具有：一对导轨71、71，其沿着Y轴方向平行地配设于静止基台50上；以及可动支撑基台72，其能够在Y轴方向移动地配设于该导轨71、71上。该可动支撑基台72由能够移动地配设于导轨71、71上的移动支撑部721、和安装于该移动支撑部721的装配部722构成，通过由滚珠丝杠机构构成的第2分度进给构件73使可动支撑基台72在Y轴方向沿导轨71、71移动。
图示的激光光线照射单元8具有单元保持器81和安装于单元保持器81的激光光线照射构件82。单元保持器81被支撑成能够沿着设置于上述可动支撑基台72的装配部722的导轨723、723在Z轴方向移动。像这样被支撑成能够沿着导轨723、723移动的单元保持器81通过由滚珠丝杠机构构成的聚光点位置调整构件83而在Z轴方向移动。
图示的激光光线照射单元8包括固定于上述单元保持器81且实质上水平延伸的圆筒形状的壳体82。壳体82内配设有脉冲激光光线振荡构件，该脉冲激光光线振荡构件具有没有图示的脉冲激光光线振荡器和重复频率设定构件。上述壳体82的末端部安装有聚光器84，该聚光器84用于对从脉冲激光光线振荡构件振荡出的脉冲激光光线进行聚光。在壳体82的前端部配设有拍摄构件85，该拍摄构件85对通过上述激光光线照射构件8保持于上述卡盘工作台66的被加工物进行拍摄。该拍摄构件85由显微镜和CCD照相机等光学构件构成，并将所拍摄到的图像信号发送给未图示的控制构件。
图示的激光加工装置5具有剥离机构9，该剥离机构9用于从光器件层22剥离构成上述光器件晶片2的外延基板21。剥离机构9由吸附构件91和支撑构件92构成，并配设于卡盘工作台机构6的一侧，其中吸附构件9用于在保持于上述卡盘工作台66的光器件晶片2被定位于剥离位置的状态下吸附外延基板21，支撑构件92将该吸附构件91支撑成能够在上下方向移动。吸附构件91由保持部件911、安装于该保持部件911下侧的多个（图示的实施方式中为3个）吸引垫912a、912b、912c构成，吸引垫912a、912b、912c连接于没有图示的吸引构件。另外，上述3个吸引垫中的吸引垫912a与上述拍摄构件85配设于X轴方向的同一轴线上。
在气体层形成工序中，使用上述激光加工装置5来从接合有移设基板3的光器件晶片2的外延基板21的背面向缓冲层23照射激光光线，在外延基板21与缓冲层23的分界面形成气体层，其中该激光光线是相对于外延基板具有透射性且相对于缓冲层具有吸收性的波长的激光光线，在实施气体层形成工序时，将上述复合基板200的移设基板3侧装载到卡盘工作台66的上表面。然后，通过没有图示的吸引构件将复合基板200吸引保持在卡盘工作台66上（晶片保持工序）。因此，保持于卡盘工作台66上的复合基板200的构成光器件晶片2的外延基板21的背面21b处于上侧。像这样将复合基板200吸引保持于卡盘工作台66上之后，使加工进给构件67工作来将卡盘工作台66移动到激光光线照射构件8的聚光器84所在的激光光线照射区域。并且，如图4的（a）所示将构成被保持于卡盘工作台66的复合基板200的光器件晶片2的外延基板21的一端（图4的（a）中为左端）定位到激光光线照射构件8的聚光器84的正下方。接下来一边使激光光线照射构件8工作而从聚光器84向缓冲层23照射脉冲激光光线，一边使卡盘工作台66在图4的（a）中箭头X1所示的方向以预定的加工进给速度移动，其中所述脉冲激光光线是相对于蓝宝石具有透射性且相对于氮化镓（GaN）具有吸收性的波长的脉冲激光光线。并且，如图4的（c）所示外延基板21的另一端（图4的（c）中为右端）到达激光光线照射构件8的聚光器84的照射位置后，停止照射脉冲激光光线并且停止移动卡盘工作台66。在与缓冲层23的整个面对应的区域实施该激光光线照射工序。
另外，上述Ga层形成工序中，也可以将聚光器84定位到外延基板21的最外周，一边旋转卡盘工作台66一边朝向中心移动聚光器84，由此对缓冲层23的整个面照射脉冲激光光线。
使用准分子激光器（excimer laser）来实施上述气体层形成工序的加工条件例如以以下方式设定。
光源 ：准分子激光器
波长 ：193nm或248nm
重复频率 ：50Hz
平均输出 ：0.08W
脉冲宽度 ：10ns
光点直径 ：400μm
加工进给速度 ：20mm/秒
另外，使用YAG激光器来实施上述气体层形成工序的加工条件例如以以下方式设定。
光源 ：YAG激光器
波长 ：257nm或266nm
重复频率 ：200kHz
平均输出 ：1.0W
脉冲宽度 ：10ns
光点直径 ：Φ30μm
加工进给速度 ：100mm/秒
如图5所示，通过利用上述加工条件来实施气体层形成工序，在外延基板21和缓冲层23的分界面形成有多个气体层230。该多个气体层230形成为岛状。
实施了上述的气体层形成工序后，实施气体层检测工序，在该气体层检测工序中，对通过气体层形成工序而形成于外延基板21与缓冲层23的分界面的气体层230中的、位于最外侧的气体层的区域进行检测。实施该气体层检测工序时，从实施了上述气体层形成工序的状态起使保持复合基板200的卡盘工作台66向拍摄构件85的拍摄区域移动，并如图6所示将构成复合基板200的光器件晶片2的外延基板21的外周部定位到拍摄构件85的正下方。然后，使拍摄构件85工作并且使卡盘工作台66沿箭头66a所示的方向旋转一圈，拍摄构件85将该期间所拍摄的图像信号发送给没有图示的控制构件。没有图示的控制构件根据来自拍摄构件85的图像信号来检测位于最外侧的气体层的区域。图6所示的实施方式中，选定气体层230a为位于最外侧的气体层。
通过实施上述的气体层检测工序检测出形成于外延基板21与缓冲层23的分界面的气体层230中的、位于最外侧的气体层230a的区域之后，转动卡盘工作台66来将被选定为位于最外侧的气体层的气体层230a的区域如图7所示定位到拍摄构件85的正下方。该结果为，位于最外侧的气体层230a的区域和构成上述剥离机构9的吸附构件91的3个吸引垫912a、912b、912c中的吸引垫912a被定位在X轴方向的同一轴线上。
接下来，向配设有剥离机构9的剥离位置移动卡盘工作台66，并如图8的（a）所示将位于最外侧的气体层230a的区域定位在吸引垫912a的正下方，其中所述气体层230a形成于外延基板21和缓冲层23的分界面，所述外延基板21构成保持于卡盘工作台66的复合基板200的光器件晶片2。并且，如图8的（b）所示使吸附构件9下降来使吸引垫912a与外延基板21的背面21b中的最外侧的气体层230a所在的区域接触来进行吸附，并且通过吸引垫912b以及912c来吸附外延基板21的背面21b（外延基板吸附工序）。
实施了上述的外延基板吸附工序后，实施光器件层移设工序，在该光器件层移设工序中，使吸附了外延基板21的吸引垫912a、912b、912c向从外延基板21背离的方向移动来剥离外延基板21，将光器件层22移设到移设基板3。即，如上述图8的（b）所示从实施了外延基板吸附工序的状态起，如图9所示向上方移动吸附构件91，由此从光器件层22剥离外延基板21。该结果为，将光器件层22转移到移设基板3。在该光器件层移设工序中，由于通过吸引垫912a来吸附形成在外延基板21和缓冲层23的分界面的、位于最外侧的气体层230a的区域，并向从外延基板21背离的方向进行移动来剥离外延基板21，所以从位于最容易剥离的最外侧的气体层230a的区域进行剥离，外延基板21整体被顺畅地剥离。

Claims (1)

1.一种提离方法，是将光器件晶片的光器件层转移到移设基板的提离方法，该光器件晶片中，光器件层经过由含镓的镓化合物构成的缓冲层而层叠在外延基板的表面，
该提离方法的特征在于，包括以下工序：
移设基板接合工序，经接合金属层将移设基板接合到光器件晶片的光器件层的表面；
气体层形成工序，从接合有移设基板的光器件晶片的外延基板的背面侧向缓冲层照射脉冲激光光线，在外延基板与缓冲层的分界面形成气体层，其中该脉冲激光光线是相对于外延基板具有透射性且相对于缓冲层具有吸收性的波长的脉冲激光光线；
气体层检测工序，检测出通过所述气体层形成工序而形成于外延基板与缓冲层的分界面的气体层中的、位于最外侧的气体层的区域；
外延基板吸附工序，将吸引垫定位到外延基板中的通过所述气体层检测工序检测出的最外侧的气体层所在的区域，来吸附外延基板；以及
光器件层移设工序，向从外延基板背离的方向移动吸附了外延基板的所述吸引垫来剥离外延基板，将光器件层移设到移设基板。
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