CN111318810B - 一种激光剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光剥离方法，该方法包括提供待剥离组件，该待剥离组件包括衬底和形成于衬底之上的靶材膜层；采用一组同心环形光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射衬底表面，以对衬底进行剥离。通过采用一组同心环形光斑激光束对衬底进行剥离，相比于传统的点光斑激光束而言，极大地提高了一次照射面积，从而提高了剥离速率。
Description
技术领域
本发明涉及激光剥离技术领域，具体涉及一种激光剥离方法。
背景技术
在氮化镓基发光二极管的制备过程中，通常需要利用激光剥离技术将蓝宝石衬底去除。现有技术中为了减小激光剥离过程产生的热量冲击波，通常采用小面积的点光斑激光束按照一定的扫描方式，例如光栅式、螺旋式等，对待剥离界面进行扫描，以使蓝宝石衬底脱粘，实现分离。然而，小面积的点光斑激光束的使用极大地限制了剥离速率的提升。
发明内容
有鉴于此，本发明致力于提供一种激光剥离方法，以解决现有技术中剥离速率低的问题。
本发明一方面提供了一种激光剥离方法，包括：提供待剥离组件，该待剥离组件包括衬底和形成于衬底之上的靶材膜层；采用一组同心环形光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射衬底表面，以对衬底进行剥离。
可选地，一组同心环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束的轮廓形状和待剥离组件的形状相适应。
可选地，采用一组同心环形光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射衬底表面，以对衬底进行剥离包括：将激光剥离设备移动到待剥离组件正上方；调整激光剥离设备，使其依次顺序出射一组同心环形光斑激光束，以从边缘向中心顺序照射衬底表面。
可选地，一组同心环形光斑激光束包括一组同心圆环光斑激光束。
可选地，相邻发射的两个同心圆环光斑激光束中在先发射的圆环光斑激光束的内径小于等于在后发射的圆环光斑激光束的外径。
可选地，一组同心圆环光斑激光束包括实心圆光斑激光束。
可选地，一组同心圆环光斑激光束的径向宽度相等；或一组同心圆环光斑激光束的径向宽度依次递减。
可选地，在调整激光剥离设备，使其依次顺序出射一组同心环形光斑激光束之后还包括：设置激光剥离设备发出一组同心环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束的持续时间。
可选地，衬底包括蓝宝石衬底，靶材膜层包括氮化系半导体材料膜层。
可选地，一组环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束的边界轮廓为锯齿状。
根据本发明提供的激光剥离方法带来的有益效果包括：(1)通过采用一组顺序出射的同心环形光斑激光束对衬底进行剥离，相比于传统的点光斑激光束而言，极大地提高了一次照射的面积，提高了剥离效率。(2)在激光光斑面积相同的情况下，即激光一次性照射的总能量相同，环形光斑激光束相对于其他形状的光斑而言，例如正方形光斑或长条形光斑，环形光斑激光束的边界轮廓线要长的多，使得照射到单位长度的轮廓线上的激光能量小的多，这样激光对剥离界面产生的冲击力要小的多，从而降低了产生裂纹的风险。(3)通过利用一组同心环形光斑激光束顺序照射衬底表面，随着照射到衬底表面的环形光斑激光束越来越靠近圆心，靶材膜层分解产生的气体将通过已经完成扫描剥离的区域扩散到接触面边缘，进而从接触面边缘散发出去。这样就相当于在进行逐层扫描剥离的同时，逐层开设导气通道，因此根据本实施例提供的激光扫描剥离方法，有利于气体的导出，从而有效减小气体热量冲击波对靶材膜层上方模组的损伤。(4)正是由于在从外向内逐层扫描进行剥离的同时，也相当于逐层开设导气通道，因此本实施例提供的激光剥离方法不会受到待剥离组件的尺寸限制，即该剥离方法同样适用于整面衬底的剥离，而且工作效率高，产能大。(5)扫描过程中，待剥离组件可以静止在工作台上而无需转动，进一步降低了靶材膜层上方的显示模组产生裂纹的风险；(6)相比于现有技术中采用大型方光斑激光束进行剥离时，需要预先在靶材膜层上开设隔离槽来提供气体通道以排泄冲击波而言，节省了开设隔离槽的工序，因此工艺更加简单易行。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的激光剥离方法的流程图。
图2a所示的待剥离组件的结构示意图。
图2b所示为本发明一实施例提供的一组同心圆环光斑激光束的示意图。
图2c为本发明一实施例提供的激光剥离过程示意图。
图3所示为本发明一实施例提供的激光剥离系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明一实施例提供的激光剥离方法的流程图。如图1所示，该激光剥离方法100包括：
步骤S110，提供待剥离组件，该待剥离组件包括衬底和形成于衬底之上的靶材膜层。
该衬底和靶材膜层对激光具有不同的吸收效率，因此，必然存在某一特定波长的激光，可以穿透衬底而不对其产生任何影响(即衬底对于该特定波长的激光来说是透明的)，却可以使靶材膜层发生分解反应，例如靶材膜层可以在该特定波长的激光的照射下分解产生气体，这种情况下，该气体可以从衬底和靶材膜层的接触面的边缘散发出去，从而实现衬底和靶材膜层上方模组之间的分离。
步骤S120，采用一组同心环形光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射衬底表面，以对衬底进行剥离。
这里提到的同心环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束的形状不只限于同心圆环，还包括同心矩形环、同心椭圆环等具有规则轮廓的同心环形，还包括具有不规则轮廓的其他同心环形。
优选地，每一个环形光斑激光束的轮廓形状和待剥离组件的形状相适应，这样既可以避免激光资源浪费，又可以实现充分剥离。至于待剥离组件的形状，可以是规则的也可以是不规则的，本发明不作限定。
根据本实施例提供的激光剥离方法，通过采用一组顺序出射的同心环形光斑激光束对衬底进行剥离，相比于传统的点激光源的光栅扫描照射方式而言，极大地提高了剥离效率。
此外，本实施例提供的激光剥离方法所带来的有益效果还包括：(1)通过利用一组同心环形光斑激光束顺序照射衬底表面，随着照射到衬底表面的环形光斑激光束越来越靠近圆心，靶材膜层分解产生的气体将通过已经完成扫描剥离的区域扩散到接触面边缘，进而从接触面边缘散发出去。这样就相当于在进行逐层扫描剥离的同时，逐层开设导气通道，因此根据本实施例提供的激光扫描剥离方法，有利于气体的导出，从而有效减小气体热量冲击波对靶材膜层上方模组的损伤。(2)正是由于在从外向内逐层扫描进行剥离的同时，也相当于逐层开设导气通道，因此本实施例提供的激光剥离方法不会受到待剥离组件的尺寸限制，即该剥离方法同样适用于整面衬底的剥离，而且工作效率高，产能大。(3)扫描过程中，待剥离组件可以静止在工作台上而无需转动，进一步降低了靶材膜层上方的显示模组产生裂纹的风险。(4)相比于现有技术中采用大型方光斑激光束进行剥离时，需要预先在靶材膜层上开设隔离槽来提供气体通道以排泄冲击波而言，节省了开设隔离槽的工序，因此工艺更加简单易行。(5)在激光光斑面积相同的情况下，即激光一次性照射的总能量相同，环形光斑激光束相对于其他形状的光斑而言，例如正方形光斑或长条形光斑，环形光斑激光束的边界轮廓线要长的多，使得照射到单位长度的轮廓线上的激光能量小的多，这样激光剥离过程产生的热量冲击波要小的多，从而降低了产生裂纹的风险。
进一步地，对于上述一组同心环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束来说，在环形光斑激光束面积一定的情况下，环形光斑激光束的边界轮廓线越长，则照射到单位长度的轮廓线上的激光能量越小，剥离过程产生的热量冲击波越小。
例如，在面积一定的情况下，圆环的周长小于边界轮廓为锯齿状的环形的周长，相当于在激光光斑面积一定的情况下，圆环光斑激光束的边界轮廓线的长度小于锯齿状环形光斑激光束的边界轮廓线的长度。这种情况下，通过将一组同心环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束的边界轮廓设置为锯齿状，使得照射到锯齿状环形光斑激光束的单位长度的轮廓线上的激光能量要小的多，这样激光对剥离界面产生的冲击力要小的多，从而进一步降低了产生裂纹的风险。
在一个实施例中，步骤S120具体包括：将激光剥离设备移动到待剥离组件的正上方；调整激光剥离设备，使其依次顺序出射一组同心环形光斑激光束，以从边缘向中心顺序照射衬底表面。
该一组环形光斑激光束可以是激光剥离设备中的激光发生器依次顺序发射一组同心环形光斑激光束，即同一时间激光发生器只发射一个环形光斑激光束，也可以是激光发生器持续发射实心光斑激光束，该实心光斑激光束经过一些光路调整结构后形成一组同心环形光斑激光束，至于这些相关光路调整结构不属于本发明重点，这里不予赘述。
下面以一组同心圆环光斑激光束为例，结合图2a-图2c对图1所示的激光剥离方法进行详细说明。
根据步骤S110，提供待剥离组件。图2a所示为待剥离组件的结构示意图，该待剥离组件包括衬底和形成于衬底之上的靶材膜层。
具体而言，待剥离组件例如可以是发光组件20，该发光组件20包括蓝宝石衬底21和形成于蓝宝石衬底21之上的氮化系半导体膜层22。该氮化系半导体膜层22包括氮化镓外延层221(包括依次叠置的n型氮化镓层、有源层和p型氮化镓层)，在其他实施例中，氮化系半导体膜层22还可以包括位于蓝宝石衬底21和氮化镓外延层221之间的用来促进氮化镓的外延生长的缓冲层222，例如氮化铝层。
根据步骤S120，首先将激光剥离设备移动到待剥离组件的正上方；接着调整激光剥离设备，使其依次顺序出射一组环形光斑激光束，该依次出射的环形光斑激光束为图2b所示的一组同心圆环光斑激光束301-305；然后采用该如图2b所示的同心圆环光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射衬底21表面，以对衬底21进行剥离，其中，图2c具体示出了圆环光斑激光束302的照射状态示意图。
在本实施例中，衬底为蓝宝石，靶材膜层为氮化镓层，而蓝宝石衬底的带隙能量为9.9eV，对于波长为248nm的激光是透明的，氮化镓层的带隙能量是3.39eV，可以强烈吸收248nm的激光，因此本实施例可以采用波长为248nm的同心圆环光斑激光束进行衬底剥离。
在其他实施例中，衬底为蓝宝石，靶材膜层为氮化铝层，而蓝宝石衬底的带隙能量为9.9eV，对于波长为193nm的激光是透明的，氮化铝层的带隙能量是6.1eV，可以强烈吸收193nm的激光，这种情况下，可以采用波长为193nm的同心圆环光斑激光束进行衬底剥离。
根据本实施例提供的激光剥离方法，通过利用一组同心圆环光斑激光束顺序照射衬底表面，随着圆环形光斑激光束的直径逐渐减小，氮化镓层分解产生的氮气将通过已经完成扫描剥离的区域扩散到蓝宝石和氮化镓层接触面的边缘，进而从该接触面的边缘散发出去，从而实现蓝宝石衬底的剥离。
该具体实施例提供的激光剥离方法具备图1所示激光剥离方法带来的所有有益效果，这里不再赘述。
在一个实施例中，为了确保该一组同心圆环光斑激光束能够完整覆盖衬底21的表面，需要设置相邻发射的两个同心圆环光斑激光束中在先发射的圆环光斑激光束的内径小于等于在后发射的圆环光斑激光束的外径。
例如，相邻发射的两个同心圆环光斑激光束301和圆环光斑激光束302，圆环光斑激光束301的内径r1小于等于在后发射的圆环光斑激光束302的外径R2，这样可以使得圆环光斑激光束301和圆环光斑激光束302在衬底21表面的覆盖范围重叠或衔接，从而确保剥离更完全。
本领域技术人员可以理解，当逐渐靠近衬底21中心时相应的圆环光斑激光束的内径逐渐缩小至一个点，因此该一组同心圆环光斑激光束包括一个实心圆光斑激光束，以进一步确保完全剥离。
在一个实施例中，如图2b所示，一组同心圆环光斑激光束的径向宽度D相等，该径向宽度是指同一圆环光斑激光束的外径和内径的差值，以圆环光斑激光束301为例，其径向宽度D＝R1-r1。这样的同心圆环光斑激光束更便于实施，易于产业应用。
在一个优选的实施例中，一组同心圆环光斑激光束的径向宽度依次递减。这是因为越靠近圆心，激光剥离过程产生氮气的位置距离蓝宝石衬底和氮化镓层接触面的边缘越远，使得氮气散出越困难，激光照射过程形成的热量冲击波强度越大，这种情况下，可以通过减小圆环光斑激光束的径向宽度，即减小一次性照射的激光束的能量，来降低冲击波强度，从而在一定程度上进一步降低冲击波造成裂纹的风险。
本领域技术人员可以理解，上述具体实施例是以同心圆环光斑激光束为例，但并不限于此，本发明提到的同心环形光斑激光束的形状还可以是同心矩形环，或者是其他具有不规则轮廓的同心环形。采用其他同心环形光斑激光束进行剥离时带来的效果可以根据上述采用同心圆环光斑激光束进行激光剥离是带来的效果中推断得到。
在一个实施例中，步骤S120的执行过程中，在调整激光剥离设备，使其依次顺序出射一组同心圆环光斑激光束301-305之后还包括：设置激光剥离设备发出一组同心环形光斑激光束中的每一个的持续时间。
该持续时间取决于激光束的强度和靶材膜层的性质，可以根据实际情况合理选择，以实现完全剥离又不会对靶材膜层上方膜层造成损伤为准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种激光剥离方法，其特征在于，包括：
提供待剥离组件，所述待剥离组件包括衬底和形成于所述衬底之上的靶材膜层；
采用一组同心环形光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射所述衬底表面，以对所述衬底进行剥离；
其中，相邻两束所述环形光斑激光束的覆盖范围包括重叠区域，每个所述环形光斑激光束的边界轮廓为锯齿状。
2.根据权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，所述一组同心环形光斑激光束中的每一个环形光斑激光束的轮廓形状和所述待剥离组件的形状相适应。
3.根据权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，采用一组同心环形光斑激光束从边缘向中心依次顺序照射所述衬底表面，以对所述衬底进行剥离包括：
将激光剥离设备移动到所述待剥离组件正上方；
调整激光剥离设备，使其依次顺序出射一组同心环形光斑激光束，以从边缘向中心顺序照射所述衬底表面。
4.根据权利要求1所述的激光剥离方法，其特征在于，所述衬底包括蓝宝石衬底，所述靶材膜层包括氮化系半导体材料膜层。
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