JP2012146771A - Laser lift-off method and laser lift-off device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser lift-off method and a device thereof capable of preventing cracking as much as possible on a material layer after being peeled from a substrate.SOLUTION: A work 3 in which a material layer is formed on a substrate is irradiated with pulse laser light through the substrate under such condition as irradiation region is changed as time passes. The laser light is formed in such square shape as contains two sides extending in the direction parallel to the moving direction of the work 3. Irradiation is made such that the irradiation regions adjoining each other overlap each other. In a peeling region, with peeling being made sequentially from a substrate 1, irradiation is made to the work so that the peeling sides of the material layer to be peeled for the first time from the substrate are two sides, and an angle (angle θ1 when viewed from a non-resolution region side) formed with a peeling side A extending in the direction across the moving direction of the work and a side B' extending in the direction parallel to the moving direction of the work in the region in which peeling is completed comes to be an obtuse angle. Consequently, a material layer 2 can be peeled from the substrate 1 without causing a crack on the material layer 2.

Description

本発明は、化合物半導体により形成される半導体発光素子の製造プロセスにおいて、基板上に形成された材料層にレーザ光を照射することによって、当該材料層を分解して当該基板から剥離する(以下、レーザリフトオフという)ためのレーザリフトオフ方法及びレーザリフトオフ装置に関する。   In the manufacturing process of a semiconductor light emitting device formed of a compound semiconductor, the present invention decomposes the material layer by irradiating the material layer formed on the substrate with a laser beam, and peels the material layer from the substrate (hereinafter referred to as the following). The present invention relates to a laser lift-off method and a laser lift-off apparatus.

GaN(窒化ガリウム)系化合物半導体により形成される半導体発光素子の製造プロセスにおいて、サファイア基板の上に形成されたGaN系化合物材料層を当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより剥離するレーザリフトオフの技術が知られている。以下、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離することをレーザリフトオフと呼ぶ。
例えば、特許文献1においては、サファイア基板の上にGaN層を形成し、当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより、GaN層を形成するGaNが分解され、当該GaN層をサファイア基板から剥離するレーザリフトオフ方法について記載されている。以下では基板上に材料層が形成されたものをワークと呼ぶ。
特許文献2には、ワークを搬送しながらワークに対してサファイア基板越しにライン状のレーザ光を照射することが記載される。具体的に同文献には、図12に示すように、サファイア基板121とGaN系化合物の材料層122の界面への照射領域123がライン状になるようにレーザ光124を成形し、サファイア基板121をレーザ光124の長手方向と垂直方向に移動させながら、当該レーザ光124をサファイア基板121の裏面から照射するレーザリフトオフ方法が開示されている。
また、特許文献3には、レーザを用いて例えば方形状のビームスポットを形成し、このビームスポットを相対的に移動させながら、順次に被照射に照射することで、材料層を基板からレーザリフトオフすることが記載されている。特許文献3の図17には、図13に示すように、ビームスポット132を円形のワーク(ウエハ131)に対して同心円状に移動させ、レーザリフトオフすることが示されている。
Laser for peeling a GaN-based compound material layer formed on a sapphire substrate by irradiating a laser beam from the back surface of the sapphire substrate in a manufacturing process of a semiconductor light-emitting device formed of a GaN (gallium nitride) -based compound semiconductor Lift-off technology is known. Hereinafter, the process of peeling the material layer from the substrate by irradiating the material layer formed on the substrate with laser light is referred to as laser lift-off.
For example, in Patent Document 1, a GaN layer is formed on a sapphire substrate, and laser light is irradiated from the back surface of the sapphire substrate, whereby GaN forming the GaN layer is decomposed, and the GaN layer is separated from the sapphire substrate. A laser lift-off method for peeling is described. Hereinafter, a substrate in which a material layer is formed is called a workpiece.
Patent Document 2 describes that a workpiece is irradiated with a line-shaped laser beam through a sapphire substrate while the workpiece is conveyed. Specifically, in this document, as shown in FIG. 12, the laser beam 124 is shaped so that the irradiation region 123 to the interface between the sapphire substrate 121 and the material layer 122 of the GaN-based compound is in a line shape, and the sapphire substrate 121 A laser lift-off method is disclosed in which the laser beam 124 is irradiated from the back surface of the sapphire substrate 121 while moving the laser beam 124 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the laser beam 124.
In Patent Document 3, for example, a rectangular beam spot is formed using a laser, and the material layer is laser lifted off from the substrate by sequentially irradiating the irradiated object while moving the beam spot relatively. It is described to do. FIG. 17 of Patent Document 3 shows that the beam spot 132 is moved concentrically with respect to a circular workpiece (wafer 131) and laser lift-off is performed as shown in FIG.

特表2001−501778号公報JP-T-2001-501778 特開2003−168820号公報JP 2003-168820 A 特表2007−534164号公報Special table 2007-534164 gazette

上述したように、サファイア基板の上に形成されたGaN系化合物材料層を当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより剥離する場合、レーザ光を照射した際にGaNが分解することにより発生するNガスにより、当該GaN層にせん断応力が加わり、当該レーザ光の照射領域の境界部においてクラックが生じる場合がある。
レーザリフトオフにおいては、このような剥離後の材料層にクラックが発生するのを防止することが重要である。
レーザ光の照射方法としては、例えば特許文献2に記載されるように、材料層の界面への照射領域がライン状になるようにレーザ光を成形し、基板をレーザ光の長手方向と垂直方向にスキャンさせながらレーザ光を照射したり、特許文献3に記載されるように、方形ビームスポットを円形のウエハに対して同心円状にスキャンし、照射領域を刻々と変えながら照射する方法が提案されている。
上記特許文献2に記載される方法は、照射領域をライン状に成形し、レーザ光の長手方向と垂直方向に照射領域を移動させながら照射するものであり、レーザ光を基板の幅に相当した長さの形状に成形することが要求されるが、このような形状の照射照度の大きなレーザ光を得ることは難しく、簡単に実現することはできない。
また、特許文献3の図17に記載されるようにビームスポットをスキャンさせるには、方形状のビームスポットをワーク上で相対的に同心円状に移動させるための機構が必要となり、また、重複して照射される領域の面積が増加し、ワーク全域にレーザ光を照射するのに多くの時間が必要になると考えられ、効率的でない。
As described above, when the GaN-based compound material layer formed on the sapphire substrate is peeled off by irradiating the laser beam from the back surface of the sapphire substrate, the GaN is decomposed when irradiated with the laser beam. The N 2 gas that is applied causes shear stress to the GaN layer, which may cause cracks at the boundary of the laser light irradiation region.
In laser lift-off, it is important to prevent such cracks from occurring in the material layer after peeling.
As a laser light irradiation method, for example, as described in Patent Document 2, the laser light is shaped so that the irradiation region to the interface of the material layer is in a line shape, and the substrate is formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the laser light. A method of irradiating a laser beam while scanning it, or scanning a rectangular beam spot concentrically with respect to a circular wafer as described in Patent Document 3, and irradiating while changing the irradiation area every time has been proposed. ing.
The method described in Patent Document 2 is to form an irradiation region in a line shape and irradiate while moving the irradiation region in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the laser beam, and the laser beam corresponds to the width of the substrate. Although it is required to be shaped into a long shape, it is difficult to obtain a laser beam having such a shape with a large irradiation illuminance and cannot be realized easily.
Further, as described in FIG. 17 of Patent Document 3, in order to scan the beam spot, a mechanism for moving the square beam spot relatively concentrically on the work is necessary, and overlapping is required. The area of the irradiated region increases, and it is considered that a long time is required to irradiate the entire area of the workpiece with laser light, which is not efficient.

また、本発明者らは、先に、四角形状に成形された小面積のレーザ光の照射領域の位置を刻々と変えながら、各照射領域の端部が隣接する照射領域の端部と互いに重畳するように照射し、レーザリフトオフする方法を提案している。このようにすれば、レーザ光を特許文献2に示されるように、細長い形状に成形したり、ビームスポットを同心円状にスキャンするための特別の機構を用いることなく、効率よく、かつクラックを生じさせることなくレーザリフトオフを実現することができる。
しかし、上記のように四角形状に成形された小面積のレーザ光を照射領域を刻々と変えながら照射した場合であっても、基板から剥離後の材料層においてクラックが生じる場合があった。
本発明は、上記問題点を解決するものであって、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を極力防止することができるレーザリフトオフ方法および装置を提供することを目的とする。
In addition, the inventors previously changed the position of the irradiation area of the laser beam having a small area formed in a square shape, while the end of each irradiation area overlaps the end of the adjacent irradiation area. The laser lift-off method is proposed. In this way, as shown in Patent Document 2, the laser beam is efficiently and cracked without forming a long and narrow shape and using a special mechanism for scanning the beam spot concentrically. The laser lift-off can be realized without causing it.
However, even when the laser light having a small area formed into a quadrangular shape as described above is irradiated while changing the irradiation region, cracks may occur in the material layer after peeling from the substrate.
The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser lift-off method and apparatus capable of preventing the occurrence of cracks in a material layer after peeling from a substrate as much as possible.

本発明者らが種々検討した結果、上記したように四角形状に成形されたレーザ光を照射領域を刻々と変えながら、各照射領域の端部が隣接する照射領域の端部と互いに重畳するように照射することにより、クラックの発生を防止しながら、基板から材料層を剥離できることを見出した。
しかし、上記レーザリフトオフ方法によっても、ワークに対するレーザ光の照射方法如何により、基板から剥離後の材料層においてクラックが生じる場合があることが分かった。これについて以下で説明する。
図9は、前記ワークに対する照射領域を刻々と変えながら、レーザ光の照射領域のエッジ部が、ワークの搬送方向に従って順次に重畳するように、レーザ光を前記ワークに照射することにより、材料層を基板からレーザリフトオフする方法を示す。
同図は、レーザ光のワークに対する照射領域が四角形状(正方形)の場合を示し、同図の黒く塗りつぶした領域がレーザ光が照射されている照射領域であり、斜線で示した部分はレーザ光の照射済みの領域(剥離済みエリア)、白の部分はレーザ光が未照射の領域(GaN未分解エリア)であり、照射領域は、同図の矢印で示す方向に順次移動し、照射領域を刻々と変えながらレーザ光が照射される。
また、同図では、基板から剥離された材料層の四角形状の剥離領域のうち、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が、2辺の場合(同図(a)の2辺剥離)、及び3辺の場合(同図(b)の3辺剥離)および一辺の場合(同図(c)1辺剥離)、をそれぞれ示す。
As a result of various studies by the present inventors, as described above, the end of each irradiation region overlaps with the end of the adjacent irradiation region while changing the irradiation region of the laser beam formed into a square shape as described above. It was found that the material layer can be peeled from the substrate while preventing the generation of cracks by irradiating the substrate.
However, it has been found that even with the laser lift-off method, cracks may occur in the material layer after peeling from the substrate, depending on the method of irradiating the workpiece with laser light. This will be described below.
FIG. 9 shows that the material layer is formed by irradiating the workpiece with laser light so that the edge portions of the irradiation region of the laser beam are sequentially superimposed in accordance with the conveyance direction of the workpiece while changing the irradiation region with respect to the workpiece. Shows a method of laser lift-off from the substrate.
This figure shows the case where the irradiation area of the laser beam on the workpiece is square (square). The black area in the figure is the irradiation area irradiated with the laser beam, and the shaded area is the laser beam. The irradiated area (exfoliated area), the white part is the area not irradiated with laser light (GaN undecomposed area), and the irradiated area sequentially moves in the direction indicated by the arrow in FIG. The laser beam is irradiated while changing every moment.
Moreover, in the same figure, when the peeling side of the material layer peeled for the first time from the substrate is two sides in the rectangular peeling region of the material layer peeled from the substrate (two-side peeling in FIG. 1A). , And the case of three sides (three-side peeling in FIG. 1B) and the case of one side (one-side peeling in FIG. 1C) are shown.

図10は、図9に示すレーザリフトオフ方法によって剥離した材料層の状態を示した画像であり、上記図9の(a)〜(c)のようにレーザリフトオフした場合の、基板から剥離後の材料層におけるクラック発生の有無をそれぞれ示したものである。
なお、図10は、前記したサファイア基板の上に形成されたGaN系化合物材料層をサファイア基板の裏面から図9に示す四角形状のレーザ光を照射することにより剥離させた場合を示し、図10(a)は、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺の場合(図9(a))を示し、図10(b)は3辺の場合(図9(b))を示し、図10(c)は一辺の場合(図9(c))を示す。
FIG. 10 is an image showing the state of the material layer peeled off by the laser lift-off method shown in FIG. 9, and after peeling from the substrate when laser lift-off is performed as shown in FIGS. 9 (a) to 9 (c). It shows the presence or absence of occurrence of cracks in the material layer.
10 shows a case where the GaN-based compound material layer formed on the sapphire substrate is peeled off by irradiating the rectangular laser beam shown in FIG. 9 from the back surface of the sapphire substrate. (A) shows the case where the peeling side of the material layer peeled from the substrate for the first time is two sides (FIG. 9 (a)), and FIG. 10 (b) shows the case where there are three sides (FIG. 9 (b)). FIG. 10C shows the case of one side (FIG. 9C).

図9(a)に示すように材料層の未分解領域からはじめて剥離された辺が2辺である場合は、図10(a)に示すようにクラックが生じなかったが、図9(b)に示すように、材料層の未分解領域からはじめて剥離された辺が3辺である場合は、図10(b)に示すように剥離後の材料層においてクラックが発生した。
この理由は、次のように考えられる。
材料層であるGaNはレーザ光が照射されることによってGaとNとに分解される。図9(a)(b)に示すように、GaNの分解時に発生したNガスは、基板から順次に剥離される四角形状の剥離領域において、GaNの未分解領域に接する辺からは排出不可能であるため、既に基板から剥離済の辺から排出される。
図9(a)に示すようにGaNの四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離された辺が2辺である場合は、既に基板から剥離済の辺が2辺あり、Nガスの逃げ道はこの2辺となり、Nガスはこの2辺から逃げるため、光が照射されている領域には大きなガスの圧力は加わらない。
一方、図9(b)に示すように、GaNの四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離された辺が3辺である場合は、既に基板から剥離済の辺が1辺のみであり、Nガスの逃げ道がこの1辺しかない。このため、Nガスを十分に排出することができず、Nガスの圧力によって発生する応力が、基板から剥離した材料層における、GaNの未分解領域に接する3辺に蓄積することによって、基板から剥離後のGaNにおいてクラックが生じるものと考えられる。
As shown in FIG. 9 (a), when there are two sides peeled for the first time from the undecomposed region of the material layer, cracks did not occur as shown in FIG. 10 (a). As shown in FIG. 10, when the side peeled for the first time from the undecomposed region of the material layer was three sides, cracks occurred in the peeled material layer as shown in FIG.
The reason is considered as follows.
GaN, which is a material layer, is decomposed into Ga and N 2 when irradiated with laser light. As shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), the N 2 gas generated during the decomposition of GaN is not discharged from the side in contact with the undecomposed region of GaN in a rectangular separation region that is sequentially separated from the substrate. Since it is possible, it is discharged from the side already peeled off from the substrate.
As shown in FIG. 9 (a), in the GaN square peel region, when there are two sides peeled for the first time from the substrate, there are two sides already peeled from the substrate, and the N 2 gas escape path Since these are the two sides and the N 2 gas escapes from these two sides, no large gas pressure is applied to the region irradiated with light.
On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the GaN square-shaped peeling region, when there are three sides peeled for the first time from the substrate, there is only one side already peeled from the substrate, There is only one side of N 2 gas escape. For this reason, N 2 gas cannot be sufficiently discharged, and stress generated by the pressure of N 2 gas accumulates on three sides in contact with the undecomposed region of GaN in the material layer peeled from the substrate, It is considered that cracks occur in the GaN after peeling from the substrate.

図9(c)に示すように、材料層の未分解領域からはじめて剥離された辺が1辺である場合にも、図10(c)に示すように、上記と同じく、剥離後の材料層にクラックが発生した。
この場合は、図9(c)に示すように、既に基板から剥離済の辺が3辺あるため、Nガスの排出に関しては問題ない。しかし、レーザ光の照射によりGaNが分解する際に発生する応力が、GaNの未分解領域に接する1辺のみに集中するため、材料層の強度が十分でない場合に、基板から剥離後のGaNにおいてクラックが生じるものと考えられる。
なお、図9(c)に示すように、上下の領域が剥離済みの領域で、その間に未分解領域が残っており、この未分解領域にレーザ光を照射するのは特殊なケースであり、ワークの一端から他端に向けて順番にレーザ光を照射していく場合には生じないが、ワークに対するレーザ光の照射方法如何によっては、このようなケースが生ずる場合もあり、図9(c)に示す「1辺剥離」は、避けることが望ましい。
As shown in FIG. 9C, even when the side peeled for the first time from the undecomposed region of the material layer is one side, as shown in FIG. Cracks occurred.
In this case, as shown in FIG. 9C, there are three sides already peeled from the substrate, so there is no problem with the discharge of N 2 gas. However, since the stress generated when GaN is decomposed by laser light irradiation is concentrated only on one side in contact with the undecomposed region of GaN, when the strength of the material layer is not sufficient, It is thought that cracks occur.
As shown in FIG. 9 (c), the upper and lower regions are already peeled regions, and an undecomposed region remains between them. It is a special case to irradiate this undecomposed region with laser light. Although this does not occur when laser light is irradiated in order from one end of the work to the other end, such a case may occur depending on the method of irradiating the work with laser light. FIG. It is desirable to avoid the “one-side peeling” shown in FIG.

以上のように、レーザ光のワークに対する照射領域を、ワークの移動方向と平行方向に伸びる1辺を有する四角形状とし、レーザ光をワークに対して照射することで基板から剥離された材料層の四角形状の剥離領域のうち、基板からはじめて剥離された辺が、図9(a)に示すように、2辺になるようにすることで、図9(b)(c)に示すように、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が3辺または1辺である場合に比べ、図10(a)に示すように、基板から剥離後の材料層へのクラックを防止することができる。   As described above, the irradiation region of the laser beam on the workpiece has a quadrangular shape having one side extending in a direction parallel to the movement direction of the workpiece, and the material layer peeled from the substrate by irradiating the workpiece with the laser beam. As shown in FIGS. 9 (b) and 9 (c), the sides peeled off from the substrate for the first time in the rectangular peeled area are two sides as shown in FIG. 9 (a). Compared with the case where the peeling side of the material layer peeled off from the substrate for the first time is three sides or one side, as shown in FIG. 10A, it is possible to prevent cracks in the material layer after peeling from the substrate.

しかし、本発明者が種々検討したところ、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺となるようにレーザ光をワークに照射したとしても、基板からはじめて剥離されるワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺と、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺のなす角(未分解領域側から見た角、図9(a)において、辺Aと辺B´とのなす角)が鋭角(90°以下)である場合は、レーザ光照射時に生じる応力がかかる鋭角の部位に集中することによって、基板から剥離後の材料層にクラックが生じる場合があることが判明した。   However, as a result of various studies by the inventor, even if the workpiece is irradiated with laser light so that there are two sides of the material layer that is peeled off from the substrate for the first time, the moving direction of the workpiece that is peeled off from the substrate for the first time An angle formed by a peeling side extending in the intersecting direction and a side extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled area (an angle viewed from the undecomposed area side, in FIG. 9A, side A and side B ′ May be cracked in the material layer after peeling from the substrate by concentrating on the acute angle part where the stress generated during laser light irradiation is applied. found.

図11は、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺において、レーザ光照射時に発生する応力分布のシミュレーション結果を示す図である。同図は応力が等しい点をつないだ「等応力線」を示したものであり、同図中の数字は各等応力線における応力値を示している。
図11(b)は、基板からはじめて剥離されるワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺と、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺のなす角が鋭角(この例では90°)である場合に、レーザ光照射時に発生する応力が集中する部位を表すシミュレーション結果を示す図である。
同図に示すように、ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角(未分解領域側から見た角)が90°である場合は、レーザ光照射時に発生する応力が、上記辺Aにおいて、上記辺A,B´が90°で交わる部位付近に集中し、最大応力値は11.0GPaになっている。
かかる基板から剥離後の材料層へのクラックを回避するためには、ワークに対するレーザ光の照射領域の面積を小さくするか、或いは、ワークに照射するレーザ光のエネルギーを小さくすることが必要である。
FIG. 11 is a diagram showing a simulation result of a stress distribution generated at the time of laser beam irradiation on the peeling side of the material layer peeled off from the substrate for the first time. This figure shows “isostress lines” connecting points with equal stress, and the numbers in the figure show the stress values at each isostress line.
FIG. 11B shows an acute angle formed between a peeling side extending in a direction intersecting with a moving direction of a workpiece to be peeled for the first time from the substrate and a side extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled area (this example) FIG. 9 is a diagram showing a simulation result showing a portion where stress generated at the time of laser beam irradiation concentrates when the angle is 90 °.
As shown in the figure, an angle formed by a peeling side A extending in a direction intersecting with the moving direction of the work and a side B ′ extending in a direction parallel to the moving direction of the work in the peeled area (viewed from the undecomposed area side) When the angle is 90 °, the stress generated during laser beam irradiation is concentrated in the vicinity of the side A where the sides A and B ′ intersect at 90 °, and the maximum stress value is 11.0 GPa. ing.
In order to avoid cracks in the material layer after peeling from the substrate, it is necessary to reduce the area of the laser light irradiation area on the work or to reduce the energy of the laser light applied to the work. .

ワークに対するレーザ光の照射領域の面積を小さくすると、レーザリフトオフ処理に要する時間が長くなり、スループットが低下するという問題がある。
一方、レーザリフトオフでは、材料層を構成する例えばGaN(ガリウムナイトライド)に対して、GaNの分解閾値を超えるエネルギーのレーザ光を照射することが必要であり、GaNの分解閾値を下回るようにレーザ光のエネルギーを設定することはできない。したがって、レーザ光のエネルギーは、GaNの分解閾値を上回るように設定され、GaNの分解閾値をVEとしたとき、1.15VE以下となるように設定される。
ところで、レーザ光のエネルギーは、種々の要因により経時的にわずかながら変動するため、GaNの分解閾値に対して若干のマージンを持つように設定されることが好ましい。つまり、ワークに照射するレーザ光のエネルギーを小さくすることは、GaNの分解閾値VEに対するマージンを殆ど確保することができなくなり、レーザエネルギーのわずかな変動によって、レーザ光のエネルギーがGaNの分解閾値を下回るおそれがあり、GaNの未分解という問題を引き起こす可能性が高い。
When the area of the laser light irradiation region on the workpiece is reduced, there is a problem that the time required for the laser lift-off process becomes longer and the throughput is lowered.
On the other hand, in the laser lift-off, for example, GaN (gallium nitride) constituting the material layer needs to be irradiated with laser light having an energy exceeding the decomposition threshold of GaN, and the laser is set to fall below the decomposition threshold of GaN. The energy of light cannot be set. Therefore, the energy of the laser beam is set to exceed the decomposition threshold of GaN, and is set to be 1.15 VE or less when the decomposition threshold of GaN is VE.
By the way, since the energy of the laser beam varies slightly with time due to various factors, it is preferable that the energy of the laser beam is set to have a slight margin with respect to the decomposition threshold of GaN. In other words, reducing the energy of the laser beam applied to the workpiece makes it impossible to secure a margin for the GaN decomposition threshold VE, and the laser beam energy reduces the GaN decomposition threshold due to slight fluctuations in the laser energy. This is likely to cause a problem of undecomposition of GaN.

本発明では、ワークに対するレーザ光の照射面積をそれなりに大きくし、且つ、レーザ光のエネルギーをGaNの分解閾値に対してある程度のマージンを確保するように設定したレーザリフトオフ処理でありながら、基板から剥離後の材料層にクラックが生じないようにするため、以下の解決手段を採用した。
すなわち、図1(a)に示すように、レーザ光を、基板から順次に剥離された材料層の四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が常に2辺(同図の辺A,辺B)になり、且つ、ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角(未分解領域側から見た角θ1)が鈍角(90°より大きい)となるように、ワーク3に対して照射する。なお、照射領域の形状が平行四辺形の場合には、同図に示すように、上記ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角θ1は、初めて剥離された2辺の剥離辺のなす角θ2と等しい。
In the present invention, the laser beam irradiation area on the workpiece is increased accordingly, and the laser beam energy is set to ensure a certain margin with respect to the decomposition threshold of GaN. In order to prevent cracks in the material layer after peeling, the following solution was adopted.
That is, as shown in FIG. 1 (a), the laser beam is always separated from the substrate in the rectangular separation region of the material layer, and the material layer peeled off from the substrate for the first time has two separation sides (same as the same). The angle formed by the peeling side A (side A, side B) extending in the direction intersecting the workpiece movement direction and the side B ′ extending in the direction parallel to the workpiece movement direction in the peeled area (not shown) The workpiece 3 is irradiated so that the angle θ1) viewed from the decomposition region side becomes an obtuse angle (greater than 90 °). In addition, when the shape of the irradiation region is a parallelogram, as shown in the figure, the peeling side A extending in the direction intersecting the moving direction of the workpiece, and the direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled region The angle θ1 formed by the side B ′ extending in the direction is equal to the angle θ2 formed by the two peeled sides that are peeled for the first time.

図11(a)は、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺であり、且つ、ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角が鈍角である場合に、レーザ光照射時に発生する応力が集中する部位を表すシミュレーションデータを示す図である。
同図に示すように、ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角を鈍角とした場合は、レーザ光照射時に発生する応力が、図11(b)に示したように角部に集中せず、基板からはじめて剥離されたワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aに分散してかかり、当該応力が一箇所に局所的に集中することが回避されることが分かる。この場合の最大応力値は9.1GPaであり、図11(b)に比べて緩和されている。
なお、図1(a)では、剥離辺の2辺A,Bが直線であり、ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角が鈍角の場合を示したが、図1(b)に示すように、基板からはじめて剥離されたワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´の成す角が鈍角であり、この2辺が分解領域側に凸の曲線Cでつながるような形状であってもよい。
FIG. 11A shows a separation side A extending in a direction intersecting with the movement direction of the workpiece, and the movement direction of the workpiece in the peeled area, in which the separation layer of the material layer peeled off from the substrate for the first time is two sides. FIG. 6 is a diagram showing simulation data representing a portion where stress generated at the time of laser beam irradiation is concentrated when an angle formed by a side B ′ extending in a direction parallel to the angle is an obtuse angle.
As shown in the figure, when the angle formed by the peeling side A extending in the direction intersecting the workpiece moving direction and the side B ′ extending in the direction parallel to the workpiece moving direction in the peeled area is an obtuse angle, the laser The stress generated at the time of light irradiation is not concentrated on the corner as shown in FIG. 11 (b), but dispersed and applied to the peeling edge A extending in the direction intersecting the moving direction of the workpiece peeled for the first time from the substrate, It can be seen that the stress is locally concentrated in one place. The maximum stress value in this case is 9.1 GPa, which is relaxed compared to FIG.
In FIG. 1A, the two sides A and B of the peeling side are straight lines, and the peeling side A extends in a direction intersecting the moving direction of the workpiece, and in the direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled area. Although the angle formed by the extending side B ′ is an obtuse angle, as shown in FIG. 1B, the peeling side A extending in the direction intersecting the moving direction of the workpiece peeled for the first time from the substrate, and the peeled side The angle formed by the side B ′ extending in the direction parallel to the moving direction of the workpiece in the region may be an obtuse angle, and the two sides may be connected by a convex curve C on the decomposition region side.

以上に基づき、本発明においては、以下のようにして前記課題を解決する。
(1)基板上に材料層が形成されてなるワークに対し、前記基板を通してレーザ源からのレーザ光を照射し、前記基板と前記材料層との界面で前記材料層を分解して前記基板から剥離するレーザリフトオフ方法において、前記レーザ光は、前記ワークに対する照射領域を刻々と変えながら前記ワークに照射され、前記照射領域のエッジ部は、前記ワークが前記レーザ源に対して相対的に一方向に移動するに従って順次に重畳する。
前記レーザ光の前記ワークに対する照射領域は、前記ワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジ部と、前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジ部とを有し、該レーザ光により前記基板から順次に剥離される前記材料層の剥離領域は、前記第1のエッジ部に対応するワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジ(辺A)と、前記第2のエッジ部に対応する前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジ(辺B)とからなる、基板からはじめて剥離される2つのエッジを有する。
そして、前記レーザ光は、前記剥離領域において、前記基板からはじめて剥離される前記第1のエッジ(辺A)と、前記レーザ光により剥離された剥離済みの領域の前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2´のエッジ(辺B´)とでなす角が、前記材料層の未分解領域側において鈍角になるように、前記ワークに照射される。
(2)前記(1)において、前記レーザ光により、前記一方向において重畳する照射領域からなる各照射領域群が、前記ワークの一端から他端に向けて順次に並ぶように形成され、前記ワークにおいて最初に形成される照射領域群および最後に形成される照射領域群は、前記ワークの一方のエッジ部および他方のエッジ部から伸び出すように形成される。
(3)基板上に材料層が形成されてなるワークに対し、前記基板を通してレーザ光を照射し、前記基板と前記材料層との界面で前記材料層を前記基板から剥離するレーザリフトオフ装置において、前記基板を透過する波長域のレーザ光を発生するレーザ源と、前記ワークと前記レーザ源とを相対的に搬送する搬送機構と、前記レーザ光が、前記ワークに対する照射領域を刻々と変えながら、各照射領域が前記ワークの一端から他端に向けて順次に並ぶように前記ワークに照射され、かつ、前記照射領域のエッジ部が前記ワークが前記レーザ源に対して相対的に一方向に移動するに従って、順次に重畳にするように、前記レーザ光の照射間隔と前記搬送機構による前記ワークの搬送動作とを制御する制御部と、前記レーザ源から発したレーザ光を、前記ワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジ部と、前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジ部とを有する形状に成形して、前記ワークに照射するレーザ光学系と、を備え、前記制御部は、前記レーザ光により前記基板から順次に剥離される前記材料層の剥離領域が、前記第1のエッジ部に対応するワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジ(辺A)と、前記第2のエッジ部に対応する前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジ(辺B)からなる、基板からはじめて剥離される2つのエッジを有し、かつ、前記剥離領域において、前記基板からはじめて剥離される前記第1のエッジ(辺A)と、前記レーザ光により剥離された剥離済みの領域の前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2´のエッジ(辺B´)とでなす角が、前記材料層の未分解領域側において鈍角になるように、前記レーザ光を前記ワークに照射する。
(4)前記(3)において、前記制御部は、前記ワークにおいて最初に形成される前記一方向において重畳する照射領域からなる照射領域群および最後に形成される照射領域群が、前記ワークの一方のエッジ部および他方のエッジ部から伸び出すように、レーザ光を前記ワークに照射する。
Based on the above, in the present invention, the above-described problem is solved as follows.
(1) A workpiece having a material layer formed on a substrate is irradiated with a laser beam from a laser source through the substrate, and the material layer is decomposed at the interface between the substrate and the material layer. In the laser lift-off method for peeling, the laser beam is irradiated to the workpiece while changing the irradiation region for the workpiece, and the edge portion of the irradiation region is unidirectionally relative to the laser source. The images are sequentially superimposed as they move to.
The irradiation region of the laser beam on the workpiece has a first edge portion extending in a direction crossing the moving direction of the workpiece, and a second edge portion extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece, A peeling region of the material layer that is sequentially peeled off from the substrate by laser light includes a first edge (side A) extending in a direction intersecting with a moving direction of the workpiece corresponding to the first edge portion, and the first And two edges that are peeled off from the substrate for the first time, consisting of a second edge (side B) extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece corresponding to the two edge portions.
The laser beam is parallel to the movement direction of the workpiece in the first edge (side A) peeled off from the substrate for the first time in the peeling region and the peeled region peeled off by the laser light. The workpiece is irradiated so that the angle formed by the second edge (side B ′) extending in the direction becomes an obtuse angle on the undecomposed region side of the material layer.
(2) In (1), the laser beam is formed such that each irradiation region group including irradiation regions overlapping in the one direction is sequentially arranged from one end to the other end of the workpiece. The irradiation region group formed first and the irradiation region group formed last are formed so as to extend from one edge portion and the other edge portion of the workpiece.
(3) In a laser lift-off device that irradiates a workpiece having a material layer formed on a substrate with laser light through the substrate and peels the material layer from the substrate at the interface between the substrate and the material layer. A laser source that generates laser light in a wavelength region that passes through the substrate, a transport mechanism that relatively transports the work and the laser source, and the laser light changes the irradiation area of the work every moment, The workpiece is irradiated so that each irradiation region is sequentially arranged from one end to the other end of the workpiece, and the edge of the irradiation region moves in one direction relative to the laser source. As a result, a laser beam emitted from the laser source and a control unit for controlling the irradiation interval of the laser beam and the transfer operation of the workpiece by the transfer mechanism so as to be sequentially superimposed. Laser optics for forming the first edge portion extending in a direction crossing the moving direction of the workpiece and a second edge portion extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece and irradiating the workpiece The control unit extends in a direction in which a peeling region of the material layer, which is sequentially peeled from the substrate by the laser beam, intersects a moving direction of the workpiece corresponding to the first edge portion. Two edges that are peeled off from the substrate for the first time are composed of a first edge (side A) and a second edge (side B) extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece corresponding to the second edge portion. And in the peeling region, the first edge (side A) peeled off from the substrate for the first time and the peeled region peeled off by the laser beam extend in a direction parallel to the moving direction of the workpiece. Angle out with 2'nd edge (edge B') that is, as an obtuse angle in the undecomposed region side of the material layer, irradiating the laser beam on the workpiece.
(4) In the above (3), the control unit is configured such that an irradiation region group composed of irradiation regions overlapped in the one direction formed first in the workpiece and an irradiation region group formed last are one of the workpieces. The workpiece is irradiated with laser light so as to extend from the edge portion and the other edge portion.

本発明においては以下の効果を得ることができる。
(1)前記基板から順次に剥離された前記材料層の四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺になるようにしたので、GaNの分解によって発生したNガスが、既に基板から剥離済の2辺から排出され、Nガスの逃げ道を十分に確保することができ、GaNが分解する際に発生した応力は、GaNの未分解領域に接する2辺に分散して印加される。
さらに、基板からはじめて剥離される前記第1のエッジと、前記レーザ光により剥離された剥離済みの領域の前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2´のエッジとでなす角が、前記材料層の未分解領域側において鈍角になるようにしたので、レーザ光照射時に発生する応力が、上記第1のエッジと第2´のエッジが交差する角部付近に局所的に集中することが回避される。
このため、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を極力防止することができる。
(2)ワークにおいて最初に形成される照射領域群および最後に形成される照射領域群が、ワークの一方のエッジ部および他方のエッジ部から伸びだすようにレーザ光を前記ワークに照射することにより、ワークの最初と最後に形成される照射領域群においても、剥離される辺が2辺となり、ワークの全域において、剥離される辺を常に2辺とすることができる。
(3)レーザ光の照射領域をワーク上で直線的に移動させることにより、ワークの全域のレーザリフトオフ処理を行うことができ、レーザ光をスキャンするための特殊な機構を用いる必要がなく、装置構成を簡単にすることができる。
In the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the material layer peeled from the substrate for the first time in the square peeled region of the material layer peeled sequentially from the substrate has two peeled sides, N generated by the decomposition of GaN 2 gas is discharged from the two sides already peeled from the substrate, and a sufficient escape path for the N 2 gas can be secured, and the stress generated when GaN decomposes is the two sides in contact with the undecomposed region of GaN. Applied in a dispersed manner.
Furthermore, an angle formed by the first edge peeled off from the substrate for the first time and a second ′ edge extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled area peeled off by the laser beam is the material. Since the obtuse angle is formed on the undecomposed region side of the layer, it is avoided that the stress generated at the time of laser light irradiation is locally concentrated near the corner where the first edge and the second 'edge intersect. Is done.
For this reason, generation | occurrence | production of the crack in the material layer after peeling from a board | substrate can be prevented as much as possible.
(2) By irradiating the workpiece with laser light so that the first irradiation region group and the last irradiation region group formed on the workpiece extend from one edge portion and the other edge portion of the workpiece. Also, in the irradiation region group formed at the beginning and the end of the workpiece, the sides to be peeled are two sides, and the sides to be peeled can be always two sides in the entire area of the workpiece.
(3) By moving the irradiation area of the laser beam linearly on the workpiece, the laser lift-off process can be performed on the entire area of the workpiece, and it is not necessary to use a special mechanism for scanning the laser beam. The configuration can be simplified.

本発明におけるレーザリフトオフ方法を説明する図である。It is a figure explaining the laser lift-off method in this invention. 本発明の実施例のレーザリフトオフ処理の概要を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the outline | summary of the laser lift-off process of the Example of this invention. レーザ光がワークに照射される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a laser beam is irradiated to a workpiece | work. ワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角が鈍角なるように、レーザ光を照射するレーザリフトオフ方法を示す図である。A laser lift-off method of irradiating a laser beam so that an angle formed by a peeling side A extending in a direction intersecting with the moving direction of the workpiece and a side B ′ extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled region becomes an obtuse angle. FIG. ワークへのレーザ光の照射領域のその他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the irradiation area | region of the laser beam to a workpiece | work. 本発明の実施例において、ワークの互いに隣接する領域S1、S2に重畳して照射されるレーザ光の光強度分布を示す図である。In the Example of this invention, it is a figure which shows the light intensity distribution of the laser beam irradiated on the area | region S1, S2 which mutually adjoins a workpiece | work. 本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the laser lift-off apparatus of the Example of this invention. レーザリフトオフ処理を適用することができる半導体発光素子の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device which can apply a laser lift-off process. GaN未分解領域が2辺、3辺および1辺になるようにレーザ光を照射する場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where a laser beam is irradiated so that a GaN undecomposed area | region may become 2 sides, 3 sides, and 1 side. GaN未分解領域が2辺、3辺および1辺になるようにレーザ光を照射した場合の剥離後の材料層の表面状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the surface state of the material layer after peeling at the time of irradiating a laser beam so that a GaN undecomposed area | region may become 2 sides, 3 sides, and 1 side. 基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺において、レーザ光照射時に発生する応力分布のシミュレーショ結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the stress distribution which generate | occur | produces at the time of the laser beam irradiation in the peeling edge of the material layer peeled from the board | substrate for the first time. ライン状のレーザ光を、レーザ光の長手方向と垂直方向に移動させながら照射する従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example irradiated while moving a line-shaped laser beam to the orthogonal | vertical direction with the longitudinal direction of a laser beam. 方形状のビームスポットを同心円状に移動させながら照射する従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example irradiated while moving a square-shaped beam spot concentrically.

図2は、本発明の実施例のレーザリフトオフ処理の概要を説明する概念図である。
同図に示すように、本実施例において、レーザリフトオフ処理は次のように行われる。
レーザ光を透過する基板1上に材料層2が形成されたワーク3が、ワークステージ31上に材料層2を下にして載置されている。ワーク3を載せたワークステージ31は、コンベヤのような搬送機構32に載置され、搬送機構32によって所定の速度で搬送される。ワーク3は、ワークステージ31と共に図中の矢印AB方向に搬送されながら、基板1を通じて、図示しないパルスレーザ源から出射するパルスレーザ光Lが照射される。
ワーク3は、サファイアからなる基板1の表面に、GaN(窒化ガリウム)系化合物の材料層2が形成されてなるものである。基板1は、GaN系化合物の材料層を良好に形成することができ、尚且つ、GaN系化合物の材料層を分解するために必要な波長のレーザ光を透過するものであれば良い。材料層2には、低い入力エネルギーによって高出力の青色光を効率良く出力するためにGaN系化合物を用いることができる。材料層2としては、III族系化合物を用いることができ、上記GaN系化合物や、窒化インジウムガリウム(InGaN)系化合物、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)系化合物などがある。
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the outline of the laser lift-off process according to the embodiment of the present invention.
As shown in the figure, in the present embodiment, the laser lift-off process is performed as follows.
A work 3 in which a material layer 2 is formed on a substrate 1 that transmits laser light is placed on a work stage 31 with the material layer 2 facing down. The work stage 31 on which the work 3 is placed is placed on a transport mechanism 32 such as a conveyor, and is transported by the transport mechanism 32 at a predetermined speed. The workpiece 3 is irradiated with a pulse laser beam L emitted from a pulse laser source (not shown) through the substrate 1 while being conveyed in the arrow AB direction in the figure together with the workpiece stage 31.
The workpiece 3 is formed by forming a material layer 2 of a GaN (gallium nitride) compound on the surface of a substrate 1 made of sapphire. The substrate 1 may be any material that can satisfactorily form a GaN-based compound material layer and transmits laser light having a wavelength necessary for decomposing the GaN-based compound material layer. A GaN-based compound can be used for the material layer 2 in order to efficiently output high-output blue light with low input energy. As the material layer 2, a group III compound can be used, such as the GaN compound, indium gallium nitride (InGaN) compound, aluminum gallium nitride (AlGaN) compound, or the like.

レーザ光は、基板1および基板1から剥離する材料層を構成する物質に対応して適宜選択すべきである。サファイアの基板1からGaN系化合物の材料層2を剥離する場合には、例えば波長248nmを放射するKrF(クリプトンフッ素)エキシマレーザを用いることができる。レーザ波長248nmの光エネルギー(5eV)は、GaNのバンドギャップ(3.4eV)とサファイアのバンドギャップ(9.9eV)の間にある。したがって、波長248nmのレーザ光はサファイアの基板からGaN系化合物の材料層を剥離するために望ましい。 The laser beam should be appropriately selected according to the substrate 1 and the substance constituting the material layer peeled from the substrate 1. When the GaN-based compound material layer 2 is peeled from the sapphire substrate 1, for example, a KrF (krypton fluorine) excimer laser that emits a wavelength of 248 nm can be used. The light energy (5 eV) with a laser wavelength of 248 nm is between the band gap of GaN (3.4 eV) and the band gap of sapphire (9.9 eV). Therefore, a laser beam having a wavelength of 248 nm is desirable for peeling the material layer of the GaN-based compound from the sapphire substrate.

材料層2はパルスレーザ光が照射されることにより、材料層2のGaNがGaとNとに分解する。GaNが分解するときは、あたかも爆発したような現象が生じ、材料層2へのパルスレーザ光の照射領域のエッジ部に対して少なからずダメージを与える。
本発明のレーザリフトオフ処理においては、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺になるようにしているので、前述したように、材料層に大きなダメージを与えることなく、レーザリフトオフ処理を行うことができる。
When the material layer 2 is irradiated with pulsed laser light, GaN in the material layer 2 is decomposed into Ga and N 2 . When GaN decomposes, a phenomenon as if it has exploded occurs, and the edge of the irradiation region of the pulse laser beam on the material layer 2 is damaged to some extent.
In the laser lift-off process of the present invention, since the material layer that is peeled off from the substrate for the first time is made to have two sides, the laser lift-off process is performed without damaging the material layer as described above. It can be carried out.

本発明において、ワークに照射されたパルスレーザ光の照射領域の形状は、パルスレーザ光照射時のワークの移動方向と平行に伸びる1辺のエッジ部を有する四角形であることが必要である。
なお、レーザ装置の構造上、照射領域の縦横比を1:XとするとXを20以下とし、照射領域の面積を30mm以下とするのが望ましい。
In the present invention, the shape of the irradiation region of the pulse laser beam irradiated on the workpiece needs to be a quadrangle having an edge portion on one side extending in parallel with the moving direction of the workpiece at the time of pulse laser beam irradiation.
In view of the structure of the laser device, when the aspect ratio of the irradiation region is 1: X, X is preferably 20 or less, and the area of the irradiation region is preferably 30 mm 2 or less.

以下の図3は、ワークに対する照射領域をパルスレーザ光照射時のワークの移動方向と平行に伸びる1辺のエッジ部を有する四角形(この図の例では平行四辺形)となるように成形したパルスレーザ光を、ワークをレーザ源に対して一方向に搬送しながら照射する、本発明のレーザリフトオフ方法を示す。図3(a)はワーク上に形成される照射領域を示し、(b)は同図(a)のX部拡大図である。なお、図2ではワークが矩形の場合を示したが、図3ではワーク3が円形の場合を示す。
このレーザリフトオフ方法では、パルスレーザ光の照射間隔と、ワーク3の搬送速度とを調整することにより、図3(b)に示すように、平行四辺形状のパルスレーザ光の照射領域の、ワーク3の移動方向と平行方向(図3の矢印HA,HC方向)に伸びるエッジ部およびワーク3の移動方向に対して斜交する方向に伸びるエッジ部の双方が重畳するように、ワーク3に対してパルスレーザ光を照射する。
FIG. 3 below shows a pulse formed so that the irradiation area on the workpiece becomes a quadrangle (parallelogram in this example) having an edge portion on one side extending in parallel with the moving direction of the workpiece during pulse laser beam irradiation. 1 shows a laser lift-off method of the present invention in which laser light is irradiated while conveying a workpiece in one direction with respect to a laser source. FIG. 3A shows an irradiation region formed on the workpiece, and FIG. 3B is an enlarged view of a portion X in FIG. Although FIG. 2 shows the case where the workpiece is rectangular, FIG. 3 shows the case where the workpiece 3 is circular.
In this laser lift-off method, by adjusting the irradiation interval of the pulse laser beam and the conveyance speed of the workpiece 3, as shown in FIG. 3B, the workpiece 3 in the irradiation region of the parallelogram shaped pulse laser beam is obtained. To the workpiece 3 so that both the edge portion extending in the direction parallel to the moving direction (directions of arrows HA and HC in FIG. 3) and the edge portion extending obliquely with respect to the moving direction of the workpiece 3 overlap. Irradiate pulsed laser light.

また、図3のレーザリフトオフ方法では、ワーク3の紙面上方のエッジ部を超えるように、紙面のHAの方向に向け、パルスレーザ光を各照射領域が線状に並ぶように順次に照射し、パルスレーザ光の照射領域S1ないしS4を形成する。そして、パルスレーザ照射領域の大きさからレーザ重畳領域STを差し引いた分だけワークを紙面下方のHB方向に移動させた後、紙面のHCの方向(HAと同方向)に向けて、パルスレーザ光を各照射領域が線状に並ぶように順次に照射し、パルスレーザ光照射領域S5ないしS10を形成する。
ワーク3の移動方向において隣接する各照射領域S1ないしS10の、ワークの移動方向と斜交する方向に伸びるエッジ部(第1のエッジ部)が、互いに重畳する。また、ワーク3の移動方向と直交方向において隣接する各照射領域S1とS6、S2とS7、S3とS8、S4とS9の、ワーク3の移動方向と平行方向に伸びるエッジ部(第2のエッジ部)が、互いに重畳する。
Further, in the laser lift-off method of FIG. 3, pulse laser light is sequentially irradiated so that each irradiation region is arranged in a line toward the direction of HA on the paper surface so as to exceed the edge portion above the paper surface of the work 3, Pulsed laser light irradiation areas S1 to S4 are formed. Then, after the workpiece is moved in the HB direction below the paper surface by the amount obtained by subtracting the laser superimposed region ST from the size of the pulse laser irradiation region, the pulse laser beam is directed toward the HC direction (the same direction as HA) on the paper surface. Are sequentially irradiated so that the irradiation regions are arranged in a line, thereby forming pulsed laser beam irradiation regions S5 to S10.
Edge portions (first edge portions) extending in a direction oblique to the moving direction of the workpieces of the irradiation regions S1 to S10 adjacent in the moving direction of the workpiece 3 overlap each other. Further, edge portions (second edges) extending in the direction parallel to the moving direction of the workpiece 3 in the irradiation areas S1 and S6, S2 and S7, S3 and S8, and S4 and S9 that are adjacent in the direction orthogonal to the moving direction of the workpiece 3. Part) overlap each other.

各パルスレーザ光の照射領域は、後述する図6に示すように、材料層であるGaNの分解閾値VEを超える領域で重畳される。このようにして、図3に示すように、順次に形成された複数のパルスレーザ光の照射領域が一方向において線状に並んで形成される複数の照射領域群G1〜G6を形成する。
本発明のレーザリフトオフ方法では、ワーク3の一端3aからパルスレーザ光の照射を開始し、ワークの他端3bに対して最後にパルスレーザ光を照射する。つまり、図3に示すように、レーザ光を照射した順番どおりに、ワークの一端3aから他端3bに向けて、各照射領域群G1〜G6が順次に並ぶように、各照射領域群を形成する。ワーク3において最初に形成される照射領域群G1では、各照射領域S1〜S4が、ワーク3の一方のエッジ部(一端3a)から伸びだすように、パルスレーザ光を照射する。ワーク3において最後に形成される照射領域群G6では、各照射領域が、ワーク3の他方のエッジ部(他端3b)から伸びだすように、パルスレーザ光を照射する。こうすることによって、基板から順次剥離されたGaNの平行四辺形状の剥離領域では、基板からはじめて剥離されるエッジ部が常に2辺になる。
例えば照射領域S1では、基板からはじめて剥離される2辺のエッジ部以外の辺は、ワーク3の外縁部に接し未分解領域ではないので、GaN分解時に発生したNガスはこの外縁部から排出される。同様に照射領域S2についても、基板からはじめて剥離される2辺のエッジ部以外の辺は、ワーク3の外縁部と上記照射領域S1に接し、GaN分解時に発生したNガスはこの外縁部から排出される。
As shown in FIG. 6 to be described later, the irradiation regions of the respective pulsed laser beams are superimposed on regions exceeding the decomposition threshold VE of GaN that is the material layer. In this way, as shown in FIG. 3, a plurality of irradiation region groups G1 to G6 are formed in which irradiation regions of a plurality of pulsed laser beams formed in sequence are arranged in a line in one direction.
In the laser lift-off method of the present invention, the irradiation of the pulse laser beam is started from the one end 3a of the workpiece 3, and the pulse laser beam is finally irradiated to the other end 3b of the workpiece. That is, as shown in FIG. 3, each irradiation region group is formed so that each irradiation region group G1 to G6 is sequentially arranged from one end 3a to the other end 3b of the workpiece in the order in which the laser beams are irradiated. To do. In the irradiation region group G1 formed first in the workpiece 3, the irradiation regions S1 to S4 are irradiated with pulsed laser light so as to extend from one edge portion (one end 3a) of the workpiece 3. In the irradiation region group G6 formed last in the workpiece 3, the pulse laser beam is irradiated so that each irradiation region extends from the other edge portion (the other end 3b) of the workpiece 3. In this way, in the parallelogram-shaped exfoliation region of GaN that is sequentially exfoliated from the substrate, the edge part that is exfoliated for the first time from the substrate is always two sides.
For example, in the irradiation region S1, since the sides other than the two edge portions that are peeled off from the substrate for the first time are in contact with the outer edge portion of the work 3 and are not undecomposed regions, N 2 gas generated during GaN decomposition is discharged from the outer edge portion. Is done. Similarly, also in the irradiation region S2, sides other than the two edge portions that are peeled off from the substrate for the first time are in contact with the outer edge portion of the work 3 and the irradiation region S1, and the N 2 gas generated during GaN decomposition is released from the outer edge portion. Discharged.

図4は、基板から剥離された材料層において、ワーク3の移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺A(第1のエッジ部)と、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´(第2´のエッジ部)のなす角が鈍角なるように、レーザ光をワークに対して照射するレーザリフトオフ方法を説明する図である。
同図に示すように、本発明のレーザリフトオフ方法では、基板から剥離された材料層の剥離領域S8において、基板からはじめて剥離されるワーク3の移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aと、剥離済みの領域のワークの移動方向と平行方向に伸びる辺B´のなす角が鈍角となるように、レーザ光がワーク3に対して照射される。
ワーク3へのレーザ光の照射領域の形状を平行四辺形とする場合は、図4に示すように、基板からはじめて剥離される辺Aと、剥離済みの領域の辺B´の2辺によって材料層の未分解領域側に形成される角が鈍角となるように、レーザ光のスキャン方向を適宜設定する必要がある。具体的には、平行四辺形状の鋭角部分がスキャン方向において先頭となるように、レーザ光をスキャンさせることが必要となる。
FIG. 4 shows a peeling side A (first edge portion) extending in a direction crossing the moving direction of the workpiece 3 and a direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled area in the material layer peeled from the substrate. It is a figure explaining the laser lift-off method which irradiates a laser beam with respect to a workpiece | work so that the angle | corner which side B '(2' edge part) makes becomes an obtuse angle.
As shown in the figure, in the laser lift-off method of the present invention, in the peeling region S8 of the material layer peeled from the substrate, a peeling edge A extending in a direction intersecting with the moving direction of the workpiece 3 peeled from the substrate for the first time; The laser beam is irradiated to the workpiece 3 so that the angle formed by the side B ′ extending in the direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled area becomes an obtuse angle.
When the shape of the region irradiated with the laser beam to the workpiece 3 is a parallelogram, as shown in FIG. 4, the material is composed of two sides: a side A that is peeled off from the substrate for the first time and a side B ′ of the peeled region. It is necessary to appropriately set the scanning direction of the laser light so that the angle formed on the undecomposed region side of the layer becomes an obtuse angle. Specifically, it is necessary to scan the laser beam so that the acute angle portion of the parallelogram is the head in the scanning direction.

図5は、ワークへのレーザ光の照射領域のその他の例を示す図である。
同図(a)は、剥離領域SNの形状が平行四辺形であり、基板からはじめて剥離される辺Aと剥離済みの領域の辺B´の2辺とがなす角が、未分解領域側において鈍角であり、かつ辺Aと辺B´の2辺が、分解領域側に凸の曲線Cでつながるような形状である。
また、同図(b)は、剥離領域SN2の形状が方形に近い形状であり、基板からはじめて剥離される辺Aと、剥離済みの領域の辺B´の2辺が分解領域側に凸の曲線でつながるような形状であり、辺Aの接線と辺B´との成す角が、未分解領域側において鈍角である。
同図(c)は、台形に近い形状であり、基板からはじめて剥離される辺Aと剥離済みの領域の辺B´の2辺とがなす角が、未分解領域側において鈍角の場合である。
この例のように、ワークへのレーザ光の照射領域の形状として厳密な四角形状でないものを採用してもよく、この場合でも、基板からはじめて剥離される辺Aと剥離済みの領域の辺B´の2辺とがなす角が未分解領域側において鈍角になるようにする。
FIG. 5 is a diagram illustrating another example of the irradiation region of the laser beam on the workpiece.
In FIG. 5A, the shape of the peeling region SN is a parallelogram, and the angle formed by the two sides of the side A that is peeled off from the substrate for the first time and the side B ′ of the peeled region is on the undecomposed region side. The obtuse angle is such that the two sides of the side A and the side B ′ are connected by a convex curve C on the decomposition region side.
Further, FIG. 4B shows that the shape of the peeling region SN2 is a square shape, and two sides of the side A that is peeled off for the first time from the substrate and the side B ′ of the peeled region are convex to the decomposition region side. The shape is connected by a curved line, and the angle formed by the tangent of side A and side B ′ is an obtuse angle on the undecomposed region side.
FIG. 4C shows a shape close to a trapezoid, and the angle formed by the two sides of the side A peeled off from the substrate for the first time and the side B ′ of the peeled region is an obtuse angle on the undecomposed region side. .
As in this example, the shape of the irradiation region of the laser beam to the workpiece may be a shape that is not strictly rectangular, and in this case, the side A that is peeled off from the substrate for the first time and the side B that has been peeled off are used. The angle formed by the two sides of ′ is set to be an obtuse angle on the undecomposed region side.

図6は、図3に示すワーク3の互いに隣接する領域S1、S2に重畳するようにワークに照射されるレーザ光の光強度分布を示す図であり、図3(b)におけるa−a´線断面図である。
同図において縦軸はワークの各照射領域に照射されるレーザ光の強度(エネルギー値)を、横軸はワークの搬送方向を示す。また、L1、L2は、それぞれワークの照射領域S1、S2に照射されるレーザ光のプロファイルを示す。なお、レーザ光L1,L2は同時に照射されるわけではなく、レーザ光L1が照射されてから1パルス間隔後にレーザ光L2が照射される。
この例では、図6に示すように、レーザ光L1、L2の断面は、周方向になだらかに広がるエッジ部LEに続いて頂上(ピークエネルギーPE)に平坦面を有する略台形状に形成されている。そして、レーザ光L1、L2は、図6に破線で示すように、GaN系化合物の材料層を分解してサファイアの基板から剥離させるために必要な分解閾値VEを超えるエネルギー領域において重畳される。
すなわち、各レーザ光の光強度分布における、レーザ光L1とL2との交差位置Cでのレーザ光の強度(エネルギー値)CEは、上記分解閾値VEを越える値になるように設定される。
FIG. 6 is a diagram showing the light intensity distribution of the laser light irradiated on the workpiece so as to overlap the regions S1 and S2 adjacent to each other of the workpiece 3 shown in FIG. 3, and aa ′ in FIG. It is line sectional drawing.
In the figure, the vertical axis indicates the intensity (energy value) of the laser beam irradiated to each irradiation area of the workpiece, and the horizontal axis indicates the conveyance direction of the workpiece. L1 and L2 indicate the profiles of the laser beams irradiated to the workpiece irradiation areas S1 and S2, respectively. The laser beams L1 and L2 are not irradiated at the same time, but the laser beam L2 is irradiated after one pulse interval from the irradiation of the laser beam L1.
In this example, as shown in FIG. 6, the cross sections of the laser beams L1 and L2 are formed in a substantially trapezoidal shape having a flat surface on the top (peak energy PE) following the edge portion LE that gently spreads in the circumferential direction. Yes. The laser beams L1 and L2 are superimposed in an energy region exceeding a decomposition threshold VE necessary for decomposing and peeling the material layer of the GaN-based compound from the sapphire substrate, as indicated by broken lines in FIG.
That is, in the light intensity distribution of each laser beam, the intensity (energy value) CE of the laser beam at the intersection position C between the laser beams L1 and L2 is set to a value exceeding the decomposition threshold value VE.

これは、前述したように、図3の照射領域S1にレーザ光を照射した後に照射領域をS1からS2に移行させたとき、領域S1の温度は既に室温レベルまで低下した状態となるため、照射領域S1の温度が室温レベルに低下した状態で照射領域S2にレーザ光を照射したとしても、それぞれの照射領域S1、S2に照射されるパルスレーザ光の照射量が積算されないためである。
レーザ光L1とL2との交差位置Cでのレーザ光の強度CE、すなわち、レーザ光が重畳して照射される領域におけるそれぞれのパルスレーザ光の強度を、上記分解閾値VEを越える値になるように設定することで、材料層を基板から剥離させるために十分なレーザエネルギーを与えることができ、基板上に形成された材料層に割れを生じさせることなく、材料層を基板から確実に剥離させることができる。
This is because, as described above, when the irradiation region is shifted from S1 to S2 after the irradiation region S1 of FIG. 3 is irradiated with the laser light, the temperature of the region S1 is already lowered to the room temperature level. This is because even if the irradiation region S2 is irradiated with the laser light in a state where the temperature of the region S1 is lowered to the room temperature level, the irradiation amount of the pulse laser light irradiated to each of the irradiation regions S1 and S2 is not integrated.
The intensity CE of the laser beam at the crossing position C between the laser beams L1 and L2, that is, the intensity of each pulsed laser beam in the region irradiated with the laser beam superimposed, becomes a value exceeding the decomposition threshold VE. By setting to, sufficient laser energy can be applied to peel the material layer from the substrate, and the material layer is surely peeled from the substrate without causing cracks in the material layer formed on the substrate. be able to.

図7は本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の構成を示す概念図である。同図において、レーザリフトオフ装置10は、パルスレーザ光を発生するレーザ源20と、レーザ光を所定の形状に成形するためのレーザ光学系40と、ワーク3が載置されるワークステージ31と、ワークステージ31を搬送する搬送機構32と、レーザ源20で発生するレーザ光の照射間隔および搬送機構32の動作を制御する制御部33とを備えている。
レーザ光学系40は、シリンドリカルレンズ41、42と、レーザ光をワークの方向へ反射するミラー43と、レーザ光を所定の形状に成形するためのマスク44と、マスク44を通過したレーザ光Lの像をワーク3上に投影する投影レンズ45とを備えている。ワーク3へのパルスレーザ光の照射領域の面積および形状は、レーザ光学系40によって適宜設定することができる。
レーザ光学系40の先にはワーク3が配置されている。ワーク3はワークステージ31上に載置されている。ワークステージ31は搬送機構32に載置されており、搬送機構32によって搬送される。これにより、ワーク3が、図2に示す矢印A、Bの方向に順次に搬送され、ワーク3におけるレーザ光の照射領域が刻々と変わる。制御部33は、ワーク3の隣接する照射領域に照射される各レーザ光の重畳度が所望の値になるように、レーザ源20で発生するパルスレーザ光のパルス間隔を制御する。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of the optical system of the laser lift-off device according to the embodiment of the present invention. In the figure, a laser lift-off device 10 includes a laser source 20 that generates pulsed laser light, a laser optical system 40 for shaping the laser light into a predetermined shape, a work stage 31 on which the work 3 is placed, A transport mechanism 32 that transports the work stage 31 and a controller 33 that controls the irradiation interval of the laser light generated by the laser source 20 and the operation of the transport mechanism 32 are provided.
The laser optical system 40 includes cylindrical lenses 41 and 42, a mirror 43 that reflects the laser light in the direction of the workpiece, a mask 44 for shaping the laser light into a predetermined shape, and the laser light L that has passed through the mask 44. And a projection lens 45 for projecting an image onto the work 3. The area and shape of the irradiation region of the pulse laser beam on the work 3 can be appropriately set by the laser optical system 40.
A workpiece 3 is disposed at the tip of the laser optical system 40. The work 3 is placed on the work stage 31. The work stage 31 is placed on the transport mechanism 32 and is transported by the transport mechanism 32. Thereby, the workpiece | work 3 is conveyed sequentially in the direction of the arrows A and B shown in FIG. 2, and the irradiation area of the laser beam in the workpiece | work 3 changes every moment. The control unit 33 controls the pulse interval of the pulsed laser light generated by the laser source 20 so that the degree of superimposition of each laser light irradiated on the irradiation region adjacent to the workpiece 3 becomes a desired value.

レーザ源20から発生するレーザ光Lは波長248nmの紫外線を発生する例えばKrFエキシマレーザである。レーザ源としてArFレーザやYAGレーザを使用しても良い。ここで、ワーク3の光入射面3Aは、投影レンズ45の焦点Fよりもレーザ光の光軸方向において遠方側に配置されている。これとは反対に、レーザ光の光軸方向において、ワーク3の光入射面3Aを投影レンズ45の焦点Fよりも投影レンズ45に近づけるように配置しても良い。このように、ワーク3の光入射面3Aを投影レンズ45の焦点Fに一致しないように配置することにより、図6に示すような断面が台形状の光強度分布を持つレーザ光が得られる。
レーザ源20で発生したパルスレーザ光Lは、シリンドリカルレンズ41、42、ミラー43、マスク44を通過した後に、投影レンズ45によってワーク3上に投影される。パルスレーザ光Lは、図2に示したように基板1を通じて基板1と材料層2の界面に照射される。基板1と材料層2の界面では、パルスレーザ光Lが照射されることにより、材料層2の基板1との界面付近のGaNが分解される。このようにして材料層2が基板1から剥離される。
The laser light L generated from the laser source 20 is, for example, a KrF excimer laser that generates ultraviolet light having a wavelength of 248 nm. An ArF laser or a YAG laser may be used as the laser source. Here, the light incident surface 3 </ b> A of the work 3 is disposed farther in the optical axis direction of the laser light than the focal point F of the projection lens 45. On the contrary, the light incident surface 3A of the workpiece 3 may be disposed closer to the projection lens 45 than the focal point F of the projection lens 45 in the optical axis direction of the laser light. Thus, by arranging the light incident surface 3A of the workpiece 3 so as not to coincide with the focal point F of the projection lens 45, laser light having a trapezoidal light intensity distribution as shown in FIG. 6 is obtained.
The pulsed laser light L generated by the laser source 20 passes through the cylindrical lenses 41 and 42, the mirror 43, and the mask 44, and is then projected onto the work 3 by the projection lens 45. The pulse laser beam L is irradiated to the interface between the substrate 1 and the material layer 2 through the substrate 1 as shown in FIG. By irradiating the pulse laser beam L at the interface between the substrate 1 and the material layer 2, GaN near the interface between the material layer 2 and the substrate 1 is decomposed. In this way, the material layer 2 is peeled from the substrate 1.

次に、上記したレーザリフトオフ方法を用いることができる半導体発光素子の製造方法について説明する。以下ではGaN系化合物材料層により形成される半導体発光素子の製造方法について図8を用いて説明する。
結晶成長用の基板には、レーザ光を透過し材料層を構成する窒化ガリウム(GaN)系化合物半導体を結晶成長させることができるサファイア基板を使用する。図8(a)に示すように、サファイア基板101上には、例えば有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて迅速にGaN系化合物半導体よりなるGaN層102が形成される。
続いて、図8(b)に示すように、GaN層102の表面には、発光層であるn型半導体層103とp型半導体層104とを積層させる。例えば、n型半導体としてはシリコンがドープされたGaNが用いられ、p型半導体としてはマグネシウムがドープされたGaNが用いられる。
続いて、図8(c)に示すように、p型半導体層104上には、半田105が塗布される。続いて、図8(d)に示すように、半田105上にサポート基板106が取付けられる。サポート基板106は例えば銅とタングステンの合金からなる。
そして、図8(e)に示すように、サファイア基板101の裏面側からサファイア基板101とGaN層102との界面に向けてレーザ光107を照射する。レーザ光107は、照射領域が0.25mm以下の面積を有する正方形となり、かつ、光強度分布が図6に示したような略台形状となるように成形される。
レーザ光107をサファイア基板101とGaN層102の界面に照射して、GaN層102を分解することにより、サファイア基板101からGaN層102を剥離する。剥離後のGaN層102の表面に透明電極であるITO108を蒸着により形成し、ITO108の表面に電極109を取付ける。
Next, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device that can use the laser lift-off method described above will be described. Below, the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device formed of a GaN-based compound material layer will be described with reference to FIG.
As the substrate for crystal growth, a sapphire substrate capable of crystal growth of a gallium nitride (GaN) compound semiconductor that transmits laser light and forms a material layer is used. As shown in FIG. 8A, a GaN layer 102 made of a GaN-based compound semiconductor is rapidly formed on the sapphire substrate 101 by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).
Subsequently, as illustrated in FIG. 8B, an n-type semiconductor layer 103 and a p-type semiconductor layer 104 that are light emitting layers are stacked on the surface of the GaN layer 102. For example, GaN doped with silicon is used as the n-type semiconductor, and GaN doped with magnesium is used as the p-type semiconductor.
Subsequently, as shown in FIG. 8C, solder 105 is applied on the p-type semiconductor layer 104. Subsequently, as shown in FIG. 8D, the support substrate 106 is attached on the solder 105. The support substrate 106 is made of, for example, an alloy of copper and tungsten.
Then, as shown in FIG. 8E, the laser beam 107 is irradiated from the back surface side of the sapphire substrate 101 toward the interface between the sapphire substrate 101 and the GaN layer 102. The laser beam 107 is shaped so that the irradiation region is a square having an area of 0.25 mm 2 or less and the light intensity distribution is substantially trapezoidal as shown in FIG.
By irradiating the interface between the sapphire substrate 101 and the GaN layer 102 with the laser beam 107 and decomposing the GaN layer 102, the GaN layer 102 is peeled from the sapphire substrate 101. ITO 108 which is a transparent electrode is formed on the surface of the GaN layer 102 after peeling by vapor deposition, and the electrode 109 is attached to the surface of the ITO 108.

本発明のレーザリフトオフ方法によれば、基板から順次に剥離されるGaNの剥離領域において、基板からはじめて剥離されるエッジ部を常に2辺にすることによって、上記したように、基板から剥離後のGaNにおけるクラックの発生を防止若しくは抑制することができる。
また、パルスレーザ光の照射領域の形状をワークの移動方向に伸びる2辺を有する平行四辺形にした場合は、各照射領域を重畳させ易い。
また、本発明者らは、パルスレーザ光を照射することによりGaNが分解するとき、その照射領域のエッジ部にダメージを与えるが、この分解によるダメージの大きさは、レーザ光の照射面積に大きく依存しており、照射面積Sが大きいほどパルスレーザ光の照射領域の境界(エッジ部)へ大きな力が加わるものと考えられるが、エッジ部の長さ(照射領域の周囲長)Lが大きくなれば、エッジ部の単位長さ当たりに加わる力は小さくなり、照射面積が同じであっても、ダメージは小さくなることを見出した。
すなわち、[照射面積S]/[周囲長L]の値を小さくすることでダメージを小さくできるものと考えられ、具体的には、上記S/Lの値を0.125以下とすることにより、ダメージを与えることなく、レーザリフトオフ処理を行うことができることを見出した。
According to the laser lift-off method of the present invention, as described above, in the GaN separation region that is sequentially separated from the substrate, the edge portion that is separated from the substrate for the first time is always two sides. Generation of cracks in GaN can be prevented or suppressed.
Moreover, when the shape of the irradiation region of the pulse laser beam is a parallelogram having two sides extending in the moving direction of the workpiece, the irradiation regions are easily overlapped.
In addition, when GaN decomposes by irradiating pulse laser light, the present inventors damage the edge portion of the irradiation region. The magnitude of damage due to this decomposition is large in the laser light irradiation area. The larger the irradiation area S, the greater the force applied to the boundary (edge part) of the pulse laser beam irradiation area, but the edge length (peripheral length of the irradiation area) L can be increased. For example, it was found that the force applied per unit length of the edge portion is small, and the damage is small even if the irradiation area is the same.
That is, it is considered that the damage can be reduced by reducing the value of [irradiation area S] / [peripheral length L]. Specifically, by setting the value of S / L to 0.125 or less, It has been found that the laser lift-off process can be performed without causing damage.

上記のように、パルスレーザ光の照射領域の形状を平行四辺形にした場合は、照射領域の面積S(mm)とし、周囲長をL(mm)としたとき、照射領域の面積Sが等しい長方形等の他の四角形と比べ、S/Lの値を小さくすることができるため、上述したように照射領域のエッジ部の単位長さ当りに加わる力が小さくなり、照射面積Sが同じであっても、パルスレーザ光の照射領域へのダメージを小さくすることができる。 As described above, when the shape of the irradiation region of the pulse laser beam is a parallelogram, when the area S (mm 2 ) of the irradiation region and the peripheral length L (mm), the area S of the irradiation region is Since the value of S / L can be reduced compared with other quadrangles such as an equal rectangle, the force applied per unit length of the edge portion of the irradiation region is reduced as described above, and the irradiation area S is the same. Even if it exists, the damage to the irradiation area | region of a pulse laser beam can be made small.

本発明のレーザリフトオフ方法では、基板からはじめて剥離される辺Aと剥離済みの領域の辺B´の2辺とがなす角が、未分解領域側において鈍角になるようにすれば、ワークへのパルスレーザ光の照射領域の形状は、要するにワークの移動方向と平行方向に伸びる1辺を有する四角形状であれば良い。
したがって、パルスレーザ光の照射領域の形状は台形でも良い。特に、パルスレーザ光の照射領域は、ワークの移動方向において隣接する各照射領域を容易に重畳させるため、ワークの移動方向と平行方向に伸びる2辺を有する四角形状であることが好ましい。
以上の本発明のレーザリフトオフ方法によれば、基板からはじめて剥離された2辺の剥離辺によってなす角を鈍角とすることによって、図11(a)のシミュレーション結果に示すように、レーザ光照射時に発生する応力が、基板からはじめて剥離されたワークの移動方向と交差する方向に伸びる剥離辺Aの全長に分散されることで、当該応力が一箇所に局所的に集中することが回避される。このため、基板から剥離後の材料層にクラックが生じることを確実に防止することができる。
In the laser lift-off method of the present invention, if the angle formed between the side A that is peeled off for the first time from the substrate and the side B ′ of the peeled region is an obtuse angle on the undecomposed region side, In short, the shape of the irradiation region of the pulse laser beam may be a quadrangular shape having one side extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece.
Therefore, the shape of the irradiation region of the pulse laser beam may be a trapezoid. In particular, the irradiation region of the pulse laser beam is preferably a quadrangular shape having two sides extending in a direction parallel to the movement direction of the workpiece in order to easily overlap each irradiation region adjacent in the movement direction of the workpiece.
According to the laser lift-off method of the present invention described above, by making the angle formed by the two peeled sides separated from the substrate for the first time as an obtuse angle, as shown in the simulation result of FIG. The generated stress is dispersed over the entire length of the peeling side A extending in the direction intersecting the moving direction of the workpiece peeled off for the first time from the substrate, so that the stress is prevented from being concentrated locally in one place. For this reason, it can prevent reliably that a crack arises in the material layer after peeling from a board | substrate.

1 基板
2 材料層
3 ワーク
10 レーザリフトオフ装置
20 レーザ源
31 ワークステージ
32 搬送機構
33 制御部
40 レーザ光学系
41、42 シリンドリカルレンズ
43 ミラー
44 マスク
45 投影レンズ
101 サファイア基板
102 GaN層
103 n型半導体層
104 p型半導体層
105 半田
106 サポート基板
107 レーザ光
108 透明電極(ITO)
109 電極
L レーザ光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Material layer 3 Work 10 Laser lift-off device 20 Laser source 31 Work stage 32 Transport mechanism 33 Control unit 40 Laser optical system 41, 42 Cylindrical lens 43 Mirror 44 Mask 45 Projection lens 101 Sapphire substrate 102 GaN layer 103 N-type semiconductor layer 104 p-type semiconductor layer 105 solder 106 support substrate 107 laser beam 108 transparent electrode (ITO)
109 Electrode L Laser light

Claims (4)

基板上に材料層が形成されてなるワークに対し、前記基板を通してレーザ源からのレーザ光を照射し、前記基板と前記材料層との界面で前記材料層を分解して前記基板から剥離するレーザリフトオフ方法において、
前記レーザ光は、前記ワークに対する照射領域を刻々と変えながら前記ワークに照射され、前記照射領域のエッジ部は、前記ワークが前記レーザ源に対して相対的に一方向に移動するに従って順次に重畳し、
前記レーザ光の前記ワークに対する照射領域は、前記ワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジ部と、前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジ部とを有し、
該レーザ光により前記基板から順次に剥離される前記材料層の剥離領域は、前記第1のエッジ部に対応するワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジと、前記第2のエッジ部に対応する前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジとからなる、基板からはじめて剥離される2つのエッジを有し、
前記レーザ光は、前記剥離領域において、前記基板からはじめて剥離される前記第1のエッジと、前記レーザ光により剥離された剥離済みの領域の前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2´のエッジとでなす角が、前記材料層の未分解領域側において鈍角になるように、前記ワークに照射される
ことを特徴とするレーザリフトオフ方法。
A laser that irradiates a workpiece in which a material layer is formed on a substrate with a laser beam from a laser source through the substrate, decomposes the material layer at an interface between the substrate and the material layer, and peels the workpiece from the substrate In the lift-off method,
The laser beam is irradiated onto the workpiece while changing the irradiation region on the workpiece, and the edge of the irradiation region is sequentially superimposed as the workpiece moves in one direction relative to the laser source. And
The irradiation region of the laser beam on the workpiece has a first edge portion extending in a direction intersecting with the moving direction of the workpiece, and a second edge portion extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece,
A peeling region of the material layer that is sequentially peeled from the substrate by the laser light includes a first edge extending in a direction intersecting with a moving direction of the workpiece corresponding to the first edge portion, and the second edge Having two edges that are peeled off from the substrate for the first time, comprising a second edge extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece corresponding to the part,
The laser beam extends in a direction parallel to the movement direction of the workpiece in the first edge that is peeled off from the substrate for the first time in the peeling region and the peeled region that is peeled off by the laser light. The laser lift-off method, wherein the workpiece is irradiated such that an angle formed with an edge becomes an obtuse angle on the undecomposed region side of the material layer.
前記レーザ光により、前記一方向において重畳する照射領域からなる各照射領域群が、前記ワークの一端から他端に向けて順次に並ぶように形成され、前記ワークにおいて最初に形成される照射領域群および最後に形成される照射領域群は、前記ワークの一方のエッジ部および他方のエッジ部から伸び出すように形成されることを特徴とする請求項1記載のレーザリフトオフ方法。   Each irradiation region group consisting of irradiation regions overlapping in the one direction by the laser beam is formed so as to be sequentially arranged from one end to the other end of the workpiece, and the irradiation region group formed first in the workpiece 2. The laser lift-off method according to claim 1, wherein the last formed irradiation region group is formed so as to extend from one edge portion and the other edge portion of the workpiece. 基板上に材料層が形成されてなるワークに対し、前記基板を通してレーザ光を照射し、前記基板と前記材料層との界面で前記材料層を分解して前記基板から剥離するレーザリフトオフ装置において、
前記基板を透過する波長域のレーザ光を発生するレーザ源と、
前記ワークと前記レーザ源とを相対的に搬送する搬送機構と、
前記レーザ光が、前記ワークに対する照射領域を刻々と変えながら、各照射領域が前記ワークの一端から他端に向けて順次に並ぶように前記ワークに照射され、かつ、前記照射領域のエッジ部が前記ワークが前記レーザ源に対して相対的に一方向に移動するに従って、順次に重畳にするように、前記レーザ光の照射間隔と前記搬送機構による前記ワークの搬送動作とを制御する制御部と、
前記レーザ源から発したレーザ光を、前記ワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジ部と、前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジ部とを有する形状に成形して、前記ワークに照射するレーザ光学系と、を備え、
前記制御部は、
前記レーザ光により前記基板から順次に剥離される前記材料層の剥離領域が、前記第1のエッジ部に対応するワークの移動方向と交差する方向に伸びる第1のエッジと、前記第2のエッジ部に対応する前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2のエッジからなる、基板からはじめて剥離される2つのエッジを有し、
かつ、前記剥離領域において、前記基板からはじめて剥離される前記第1のエッジと、前記レーザ光により剥離された剥離済みの領域の前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる第2´のエッジとでなす角が、前記材料層の未分解領域側において鈍角になるように、前記レーザ光を前記ワークに照射する
ことを特徴とするレーザリフトオフ装置。
In a laser lift-off device that irradiates a workpiece having a material layer formed on a substrate with laser light through the substrate, decomposes the material layer at the interface between the substrate and the material layer, and peels the material layer from the substrate.
A laser source that generates laser light in a wavelength region that passes through the substrate;
A transport mechanism for relatively transporting the workpiece and the laser source;
The laser beam is irradiated onto the workpiece so that each irradiation region is sequentially arranged from one end to the other end of the workpiece while changing the irradiation region on the workpiece, and an edge portion of the irradiation region is A control unit that controls an irradiation interval of the laser light and a conveyance operation of the workpiece by the conveyance mechanism so that the workpieces are sequentially superimposed as the workpiece moves in one direction relative to the laser source; ,
The laser beam emitted from the laser source is shaped into a shape having a first edge portion extending in a direction intersecting the moving direction of the workpiece and a second edge portion extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece. A laser optical system for irradiating the workpiece,
The controller is
A first edge extending in a direction intersecting with a moving direction of the workpiece corresponding to the first edge portion, and a second edge, wherein a peeling region of the material layer sequentially peeled from the substrate by the laser light Having two edges that are peeled off for the first time from the substrate, comprising a second edge extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece corresponding to the part,
In the peeling region, the first edge that is peeled off from the substrate for the first time, and a second ′ edge that extends in a direction parallel to the moving direction of the workpiece in the peeled region that has been peeled off by the laser beam. The laser lift-off device, wherein the workpiece is irradiated with the laser beam such that an angle formed is an obtuse angle on the undecomposed region side of the material layer.
前記制御部は、前記ワークにおいて最初に形成される前記一方向において重畳する照射領域からなる照射領域群および最後に形成される照射領域群が、前記ワークの一方のエッジ部および他方のエッジ部から伸び出すように、レーザ光を前記ワークに照射することを特徴とする請求項3記載のレーザリフトオフ装置。   The control unit includes an irradiation region group consisting of irradiation regions overlapping in the one direction formed first in the workpiece and an irradiation region group formed last from one edge portion and the other edge portion of the workpiece. The laser lift-off device according to claim 3, wherein the workpiece is irradiated with laser light so as to extend.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112166495A (en) * 2018-05-17 2021-01-01 信越工程株式会社 Workpiece separation device and workpiece separation method

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