CN106067437B - 剥离方法及超声波振动角 - Google Patents
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Abstract
剥离方法及超声波振动角。在剥离方法中，包括：移设基板接合工序，在光器件层的正面(12a)隔着接合层(21)接合移设基板(20)；剥离层形成工序，从接合有移设基板(20)的光器件晶片(10)的外延基板(11)的背面(11a)侧照射对于外延基板(11)具有透过性且对于缓冲层(13)具有吸收性的波长的激光光线，并在外延基板(11)与缓冲层(13)之间的边界面形成剥离层(19)；及光器件层移设工序，使具备围绕该外延基板(11)的外周缘(11c)的形状的超声波振动角(40)接触到外周缘(11c)的背面(11d)，从而使外延基板(11)进行振动，并从该移设基板(20)剥离外延基板(11)，将光器件层(12)移设到移设基板(20)。
Description
技术领域
本发明涉及将在外延基板的正面隔着缓冲层而层叠的光器件层转移到移设基板的剥离方法及使用于该方法的超声波振动角。
背景技术
在光器件制造工序中，在大致圆板形状的蓝宝石基板、碳化硅基板等外延基板的正面隔着缓冲层而层叠由用GaN(氮化镓)等构成的n型半导体层以及p型半导体层构成的光器件层，在由形成为格子状的多个切割道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而构成光器件晶片。并且，通过将光器件晶片沿着切割道而分割，从而制造各个光器件(例如，参照专利文献1)。
另外，作为提高光器件的亮度的技术，具有如下的叫做剥离的光器件制造方法：将在构成光器件晶片的外延基板的正面隔着缓冲层而层叠的光器件层，隔着AuSn(金錫)等的接合层而接合到Mo(钼)、Cu(铜)、Si(硅)等的移设基板，并从外延基板的背面侧照射透过外延基板且被缓冲层吸收的波长的激光光线而破坏缓冲层，并从光器件层剥离外延基板，从而将光器件层转移到移设基板(例如，参照专利文献2)。另外，在将激光光线照射到缓冲层的方法中，有时不能充分地破坏缓冲层，因此为了将外延基板顺利地从光器件剥离，隔着浸渍硅基板的纯净水而向硅基板照射超声波，从而剥离硅基板上的金属膜(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1特开平10-305420号公报
专利文献2特开2004-72052号公报
专利文献3特开2011-103361号公报
在此，在专利文献3的发明中，完全没有公开移设光器件层的内容，另外在包括水中进行的工序的方法中，存在花费的时间过多的问题。另外，在光器件晶片的直径超过2英寸而形成为4英寸、6英寸的情况下，难以将外延基板从光器件层剥离。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而研发的，本发明要解决的课题在于，即便在剥离直径大的光器件晶片的情况下，也能够将外延基板从光器件层顺利地剥离。
解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明提供一种剥离方法，将光器件晶片的光器件层转移到移设基板，该光器件晶片在外延基板的正面隔着由GaN构成的缓冲层层叠光器件层而成，该剥离方法包括：移设基板接合工序，在该光器件晶片的光器件层的正面隔着接合层接合移设基板；剥离层形成工序，从接合有该移设基板的光器件晶片的外延基板的背面侧照射脉冲激光光线，在外延基板与缓冲层之间的边界面形成剥离层，其中，该脉冲激光光线的波长对于外延基板具有透过性且对于缓冲层具有吸收性；及光器件层移设工序，在该剥离层形成工序之后，使超声波振动角至少接触该外周缘的背面，从而使该外延基板进行振动，从该移设基板剥离该外延基板，将该光器件层移设到该移设基板上，其中，该超声波振动角具备围绕该外延基板的外周缘的形状且发出超声波振动。
并且，为了解决上述课题，本发明提供一种超声波振动角，其用于上述剥离方法中，其包括：背面接触面，其形成为沿着外延基板的外周的圆弧形状，并与该外延基板的外周缘的背面接触；及外侧面围绕面，其以围绕外延基板的外侧面的方式被定位。
发明效果
本发明的剥离方法在光器件层移设工序中，使具有围绕外延基板的外周缘的形状且发出超声波振动的超声波振动角至少接触外周缘的背面，使外延基板进行振动，从而在直径大的光器件晶片的情况下，也能够将外延基板顺利地从光器件层剥离，因此能够容易地移设到光器件层的移设基板。
另外，本发明的超声波振动角具备：背面接触面，其形成为沿着外延基板的外周的圆弧形状，并与外延基板的外周缘的背面接触；及外侧面围绕面，其以围绕外延基板的外侧面的方式被定位，并且该超声波振动角用于本发明的剥离方法中，从而能够从外延基板的外周缘充分地向外延基板传播超声波，进一步提高振动传播的効率，容易移设到光器件层的移设基板。
附图说明
图1的(A)是光器件晶片的立体图。
图1的(B)是光器件晶片的部分截面图。
图2的(A)是表示在移设基板接合工序中在光器件晶片的光器件层的正面隔着接合层接合了移设基板的状态的立体图。
图2的(B)是在移设基板接合工序中在光器件晶片的光器件层的正面隔着接合层接合了移设基板的状态的立体图。
图2的(C)是在光器件层的正面隔着接合层接合了移设基板的光器件晶片的部分截面图。
图3是表示在剥离层形成工序中对光器件晶片照射脉冲激光光线的状态的立体图。
图4是表示在剥离层形成工序中对光器件晶片照射脉冲激光光线的状态的侧面图。
图5是表示在剥离层形成工序中对光器件晶片的外延基板的背面照射的脉冲激光光线的照射位置的轨迹的俯视图。
图6是在剥离层形成工序中从外延基板的背面侧观察照射了脉冲激光光线的光器件晶片的剥离层的透视图。
图7的(A)是在本发明的剥离方法中使用的超声波振动角的立体图。
图7的(B)是使在本发明的剥离方法中使用的超声波振动角朝上的状态的立体图。
图7的(C)是表示使超声波振动角接触到外延基板的状态的要部截面图。
图8是表示在光器件层移设工序中使超声波振动角接触到外延基板的外周缘的背面而使外延基板振动的状态的部分截面图。
图9是表示在光器件层移设工序中使超声波振动角接触到外延基板的外周缘的背面而使外延基板振动的状态的俯视图。
图10的(A)是表示在光器件层移设工序中由吸引焊盘吸引外延基板并进行保持的状态的立体图。
图10的(B)是表示在光器件层移设工序中从光器件层剥离由吸引焊盘吸引并保持的外延基板的状态的立体图。
(符号说明)
10：光器件晶片 11：外延基板 11a：外延基板的正面
11b：外延基板的背面 11c：外延基板的外周缘
11d：外周缘的背面 11e：外延基板的外侧面
12：光器件层
12A：n型氮化镓半导体层 12B：p型氮化镓半导体层
12a：光器件层的正面
13：缓冲层 15：分割预定线 16：光器件
19：剥离层 19a：N2气体层
20：移设基板
20a：移设基板的底面 20b：移设基板的正面 20c：移设基板的露出部
21：接合层 25：复合基板
30：激光加工装置 31：卡盘台 32：激光光线照射单元
32a：激光光线振荡单元 32b：反射镜 32c：聚光透镜 33：旋转单元
40：超声波振动角 400：顶板 400a：背面接触面
401：侧板 401a：外侧面围绕面 401b：侧板的下表面 402：凸部
403：超声波振荡器 404：移动单元
L1：长度
44：保持台 45：移动单元 46：吸引焊盘 47：吸引源
具体实施方式
图1的(A)以及图1的(B)所示的光器件晶片10具备：外延基板11，其由例如直径为4英寸且厚度为600μm的圆板形状的蓝宝石基板构成；光器件层12，其层叠于外延基板11的正面11a侧。光器件层12由在外延基板11的正面11a通过外延生长法而形成的n型氮化镓半导体层12A以及p型氮化镓半导体层12B(在图1的(A)中未图示)构成。在外延基板11层叠例如厚度为10μm的光器件层12时，在外延基板11的正面11a与p型氮化镓半导体层12B之间形成由GaN构成的厚度例如为1μm的缓冲层13(在图1的(A)中未图示)。在光器件层12中，在根据形成为格子状的多个分割预定线15而划分的多个区域形成有光器件16(在图1的(B)中未图示)。
下面，使用图2～图10而对本实施方式的剥离方法的各工序以及在剥离方法中进行的光器件层移设工序中使用的超声波振动角的动作进行说明。另外，图2～图10所示的各个工序仅仅为一例，并不限于该结构。
(1)移设基板接合工序
首先，如图2的(A)～图2的(C)所示，进行在光器件晶片10的光器件层12的正面隔着接合层21(在图2的(A)中未图示)而接合移设基板20的移设基板接合工序。
在移设基板接合工序中，将由例如厚度为1mm的铜基板构成的移设基板20隔着接合层21而接合到光器件层12的正面12a。另外，作为移设基板20，可使用Mo、Cu、Si等，另外在接合层21中，例如使用Au(金)、Pt(铂金)、Cr(铬)、In(铟)、Pd(钯)等的接合金属。
在该移设基板接合工序中，在光器件层12的正面12a或在移设基板20的底面20a蒸镀上述接合金属而形成例如厚度为3μm左右的接合层21。并且，将接合层21与移设基板的底面20a或光器件层12的正面12a以面对面的方式压接。由此，形成隔着接合层21而将光器件晶片10与移设基板20接合的复合基板25。另外，在图4、图7的(C)、图8中，接合层21的图示被省略。
(2)剥离层形成工序
在进行移设基板接合工序之后，如图3所示，进行如下的剥离层形成工序：从接合有移设基板20的光器件晶片10的外延基板11的背面11b侧照射对于外延基板11具有透过性且对于缓冲层13具有吸收性的波长的脉冲激光光线，在外延基板11与缓冲层13之间的边界面形成剥离层。
在剥离层形成工序中，在成为激光加工装置30所具备的卡盘台31的保持面的上表面以相接的方式载置复合基板25的移设基板20的正面20b。并且，由连接到卡盘台31的未图示的吸引单元来吸引，在卡盘台31上吸附复合基板25并进行保持。接着，使未图示的移动单元进行动作，例如移动具备电流扫描器等的激光光线照射单元32，使激光光线照射单元32所具备的聚光透镜32c与复合基板25的外延基板11的背面11b相对，将激光光线照射单元32的激光光线照射位置定位于外延11的最外周。之后，如图4所示，根据激光光线照射单元32，从外延基板的背面11b侧照射脉冲激光光线。在激光光线照射单元32中，从激光光线振荡单元32a振荡出被设定为对于外延基板11具有透过性且对于缓冲层13具有吸收性的波长的脉冲激光光线。并且，由反射镜32b而反射从激光光线振荡单元32a振荡出的脉冲激光光线而入射到聚光透镜32c。在聚光透镜32c中，向缓冲层13会聚聚光点而照射所会聚的脉冲激光光线。
反射镜32b由电流镜等构成并可调整反射角度，由聚光透镜32c会聚的脉冲激光光线可在沿着缓冲层13的面方向的任意方向上进行扫描。如图5所示，调整反射镜32b，脉冲激光光线的聚光点从外延基板11的背面11b的最外周朝向中心以描画螺旋状的轨迹的方式扫描脉冲激光光线。由此，将脉冲激光光线照射到与缓冲层13的整个面对应的区域，构成缓冲层13的GaN分解成N2气体和Ga。并且，如图4所示，在外延基板11与缓冲层13之间的边界面形成多个构成为凹凸状的由N2气体层19a和Ga层构成的剥离层19。在此，N2气体层19a有时形成在缓冲层13的整个面，但如图6所示，越靠近外延基板11的外周，倾向于在较广的范围中普遍形成。另外，在剥离层形成工序中，在对直径为4英寸的较大的外延基板11照射脉冲激光光线时，也可以例如将激光光线照射单元32的激光光线照射位置定位于外延基板11的最外周，并通过配置于卡盘台31的下部的图4所示的旋转单元33而旋转卡盘台31，将激光光线照射单元32朝向外延基板11的背面11b的中心而移动，从而向缓冲层13的整个面照射脉冲激光光线。
例如在如下的激光加工条件下实施上述剥离层形成工序。
光源：YAG激光
波长：257nm
重复频率：50kHz
平均输出：0.12W
脉冲宽度：100ps
峰值功率：5μJ-3μJ
光点直径：70μm
激光光线照射单元移动速度：50-100mm/秒
(3)光器件层移设工序
在进行剥离层形成工序之后，如图8～图9所示，进行如下的光器件层移设工序：使具有围绕外延基板11的外周缘11c的形状且发出超声波振动的超声波振动角40至少接触外周缘11c的背面11d，使外延基板11进行振动，并从移设基板20剥离外延基板11，将光器件层12移设到移设基板20。另外，外延基板11的外周缘11c是指，例如将外延基板11的外侧面11e和在外延基板11的背面11b中占据最外周部分的环状的面11d加在一起而构成的具备一定的面积的部分。即，外延基板11的外周缘11c的背面与占据外延基板11的背面11b的最外周部分的环状的面11d构成同一面。
图7的(A)～图7的(C)所示的超声波振动角40例如由半环状的顶板400和从顶板400的外周向-Z方向垂直地下垂的半环状的侧板401及从侧板401的外周侧突出的凸部402构成，在本实施方式中，其整体形状构成为沿着外延基板11的外周的半圆弧形状。并且，超声波振动角40的截面例如构成为倒立的L字型。另外，超声波振动角40可通过移动单元404而在垂直方向(Z轴方向)以及水平方向(X轴方向以及Y轴方向)上移动。另外，超声波振动角40的整体形状不限于半圆弧形状，只要构成为沿着外延基板11的外周的圆弧形状即可。
顶板400的下表面构成与外延基板11的外周缘11c的背面11d接触的背面接触面400a，从背面接触面400a向外延基板11传播超声波振动，该超声波振动是从配置在凸部402上的超声波振荡器403(在图7的(B)中未图示)发出的。半环状的侧板401的内径(半環的中空部的直径)与外延基板11的外径相同程度或其以上，侧板401的内周侧的面构成以围绕外延基板11的外侧面11e的方式定位的外侧面围绕面401a。即，例如，构成外侧面围绕面401a围绕外延基板11的外侧面11e而接触的状态，从而超声波振动角40相对于外延基板11而被定位。进而，外侧面围绕面401a的垂直方向(Z轴方向)的长度即从背面接触面400a到侧板401的下表面401b为止的长度L1(在图7的(A)中未图示)为小于或等于外延基板11的厚度的长度。
如图8所示，在光器件层移设工序中，首先，在构成移设装置4所具备的保持台44的保持面的上表面以相接的方式载置复合基板25的移设基板20的正面20b。并且，由与保持台44连接的未图示的吸引单元而吸引，并在卡盘台44上吸附复合基板25而进行保持。接着，如图9所示，将两个超声波振动角40分别利用移动单元404而以使各个超声波振动角40的外侧面围绕面401a彼此相对的方式移动到复合基板25上，由此进行外延基板11与两个超声波振动角40的位置对准。另外，在图8中，仅图示了单侧的超声波振动角40。在该位置对准中，如图8所示，例如，使超声波振动角40的外侧面围绕面401a以与外延基板11的外侧面11e相接的状态围绕。这样，在本实施方式中，例如通过将两个超声波振动角40并排设置在外延基板11的圆周上而使用，从而如图9所示，构成由超声波振动角40围绕外延基板11的整个外周缘11c的状态。
接着，图8所示的超声波振动角40所具备的超声波振荡器403进行动作，从超声波振荡器403振荡出如下的超声波：振幅方向为相对于外延基板11的背面11b垂直的方向(Z轴方向)，例如频率为20kHz，振幅为20μm。关于该超声波，可适当变更频率以及振幅的值，例如，在光器件晶片10的厚度变薄时，使超声波振幅减小。另外，使两个超声波振动角40向-Z方向下降，使各个超声波振动角40的背面接触面400a接触到外延基板11的外周缘11c的整个背面11d。即，由两个超声波振动角40的背面接触面400a接触占据外延基板11的背面11b的最外周部分的环状的整个面11d，从而从超声波振荡器403振荡出的超声波传播到外延基板11。并且，通过超声波的传播，外延基板11在上下方向(Z轴方向)上进行振动。在此，例如，在移设基板20的直径大于光器件晶片10的直径的情况下或在移设基板接合工序中移设基板20与光器件晶片10偏离而接合的情况下，如图8所示，有时在移设基板20形成露出部20c。在这样的情况下，从超声波振动角40的背面接触面400a到侧板401的下表面401b为止的长度L1(参照图7的(C))为小于或等于外延基板11的厚度的长度，因此超声波振动角40的外侧面围绕面401a不与移设基板20相接。因此，不会对移设基板20传播超声波。
在此，推测超声波振动是从外延基板11隔着剥离层19的N2气体层19a而被传播的。即，通过N2气体层19a在Z轴方向上摇摆，从而由缓冲层13实现的外延基板11与光器件层12的结合慢慢被破坏。并且，在超声波振动角40所接触的外延基板11的正面11a的外周部中，在剥离层19上，大量的N2气体层19a遍及宽范围而形成，因此，从N2气体层19a的正上方等极近的位置充分地发出振动，N2气体层19a朝向剥离层19的中心，破坏由缓冲层13实现的外延基板11与光器件层12的结合并从外周侧进行扩散，因此能够进一步提高振动传播的効率。
另外，关于对外延基板11带来超声波振动的情况，也可以不将两个超声波振动角40并排地设置在外延基板11的圆周上而使用，而是使一个超声波振动角40沿着外延基板11的外周缘11c而在圆周方向上移动而进行。
另外，例如，在超声波振动角40的圆弧为比半圆短的圆弧的形状的情况下，也可以在外延基板11的圆周上并排设置两个以上的超声波振动角40而带来超声波振动。
在通过超声波振动角40带来超声波振动之后，通过可利用图10的(A)所示的移动单元45而在垂直方向(Z轴方向)以及水平方向(X轴方向以及Y轴方向)上移动的吸引焊盘46来吸引外延基板11并进行保持，并且使该外延基板11移动。在吸引焊盘46连接有吸引源47，根据吸引源47而产生的吸引力被传递到由多孔部件等构成的吸引焊盘46的吸引面(下表面)，从而吸引焊盘46在吸引面吸引外延基板11并进行保持。
首先，根据移动单元45而使吸引焊盘46移动到外延基板11，接着使吸引焊盘46向-Z方向下降，由此使吸引焊盘46的吸引面(下表面)接触到复合基板25中的外延基板11的背面11b。并且，使吸引源47进行动作而在吸引焊盘46的吸引面吸引外延基板的背面11b并进行保持。并且，如图所示，根据移动单元45而向从保持台44远离的+Z方向提升吸引焊盘46。由此，从光器件层12剥离外延基板11，完成向光器件层12的移设基板20的移设。
如上所述，在本实施方式的剥离方法中，在光器件层移设工序中，使超声波振动角40至少接触到外延基板11的外周缘11c的背面11d而使外延基板11进行振动，从而能够如上述地有效地传播超声波振动。从而，能够充分破坏由缓冲层13实现的外延基板11与光器件层12的结合。因此，即便剥离的対象为直径是4英寸的较大的光器件晶片10，也能够避免由剥离外延基板11带来的光器件层12的损坏，能够从光器件层12迅速且顺利地剥离外延基板11。另外，超声波振动角40具备上述形状，从而能够从外延基板11的外周缘11c的背面11d向外延基板11充分地传播超声波，进一步提高振动传播的効率，容易地移设到光器件层12的移设基板20。
另外，本发明的剥离方法不限于上述实施方式中所限定的方式，另外未图示于附图中的超声波振动角40的尺寸、形状等也不限于此，可在发挥本发明的効果的范围内进行适当的变更。
Claims (2)
1.一种剥离方法，将光器件晶片的光器件层转移到移设基板，该光器件晶片在外延基板的正面隔着由GaN构成的缓冲层层叠光器件层而成，
该剥离方法包括：
移设基板接合工序，在该光器件晶片的光器件层的正面隔着接合层接合移设基板；
剥离层形成工序，从接合有该移设基板的光器件晶片的外延基板的背面侧照射脉冲激光光线，构成该缓冲层的GaN分解成N2气体和Ga而在外延基板与缓冲层之间的边界面形成剥离层，其中，该脉冲激光光线的波长对于外延基板具有透过性且对于缓冲层具有吸收性；及
光器件层移设工序，在该剥离层形成工序之后，使超声波振动角至少直接接触该外延基板的外周缘的背面，从该外延基板隔着该剥离层的该N2气体层来传播该超声波振动角的超声波振动，使该外延基板进行振动，通过该N2气体层在与该外延基板的正面和背面垂直的方向上摇摆，从而由该缓冲层实现的该外延基板与该光器件层的结合慢慢被破坏，从该移设基板剥离该外延基板，将该光器件层移设到该移设基板上，其中，该超声波振动角具备围绕该外周缘的形状且发出超声波振动。
2.一种超声波振动角，其用于权利要求1所述的剥离方法，该超声波振动角包括：
背面接触面，其形成为沿着外延基板的外周的圆弧形状，与该外延基板的外周缘的背面接触；及外侧面围绕面，其以围绕外延基板的外侧面的方式定位。
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