JP2020175412A - Apparatus for laser lift-off and laser lift-off method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工対象物にレーザ光を照射して加工するレーザリフトオフ用装置に関し、特に、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにしたレーザリフトオフ用装置及びレーザリフトオフ方法に係るものである。 The present invention relates to a laser lift-off device that processes an object to be processed by irradiating it with a laser beam so that it has a uniform energy distribution and can irradiate a laser beam shaped so as to correspond to a laser irradiated portion. It relates to the laser lift-off device and the laser lift-off method.
従来のレーザリフトオフ用装置は、パルスレーザ光線発振手段から発振され出力調整手段によって出力調整されたパルスレーザ光線を集光レンズにより集光して、チャックテーブルに保持された被加工物に照射するものとなっている（例えば、特許文献１参照）。 In the conventional laser lift-off device, a pulsed laser beam oscillated from a pulsed laser beam oscillating means and whose output is adjusted by an output adjusting means is condensed by a condenser lens and irradiated to a workpiece held on a chuck table. (See, for example, Patent Document 1).
しかし、このような従来のレーザリフトオフ用装置においては、パルスレーザ光線発振手段から放出されたパルスレーザ光線を集光して使用するため、加工面では、レーザ光線のエネルギーの強度分布がガウシアン分布となっていた。 However, in such a conventional laser lift-off device, since the pulsed laser beam emitted from the pulsed laser beam oscillating means is condensed and used, the energy intensity distribution of the laser beam is the Gaussian distribution on the processed surface. It was.
したがって、このようなレーザ光線を、例えばサファイア基板に形成されたＬＥＤチップのレーザリフトオフに使用した場合、レーザエネルギーの弱い箇所では、十分な加工ができず、剥離に強い力が必要になるという問題がある。一方、エネルギーの強い個所では、ＬＥＤチップの欠けや割れが生じるという問題がある。 Therefore, when such a laser beam is used for laser lift-off of an LED chip formed on a sapphire substrate, for example, sufficient processing cannot be performed in a place where the laser energy is weak, and a strong force is required for peeling. There is. On the other hand, there is a problem that the LED chip is chipped or cracked in a place where energy is strong.
そのため、従来技術においては、レーザ照射領域を細かいステップで移動しながら、複数ショットのレーザ光線を重ねることでエネルギーの均一化を図っている。しかしながら、このような方式では加工時間が長くなるという問題がある。 Therefore, in the prior art, the energy is made uniform by superimposing a plurality of shots of laser beams while moving the laser irradiation region in small steps. However, such a method has a problem that the processing time becomes long.
また、パルスレーザ光線を集光レンズにより集光する場合、集光レンズの収差により加工面でのレーザスポット径を、例えばマイクロＬＥＤのような微小なサイズに合せて絞ることができないという問題がある。したがって、レーザスポット径がＬＥＤチップサイズよりも大き過ぎるときには、ＬＥＤチップの周辺箇所、例えばＬＥＤチップを接着した転写用フィルムもレーザ加工されてしまうおそれがあった。さらに、サファイア基板にＬＥＤチップが稠密に配置されている場合には、レーザスポットが複数のＬＥＤチップに跨るため、特定のＬＥＤチップのみに対してレーザ照射することができず、前記特定のＬＥＤチップのみを選択的に剥離することができないという問題がある。 Further, when a pulsed laser beam is focused by a condenser lens, there is a problem that the laser spot diameter on the processed surface cannot be narrowed down to a minute size such as a micro LED due to the aberration of the condenser lens. .. Therefore, when the laser spot diameter is larger than the LED chip size, there is a risk that the peripheral portion of the LED chip, for example, the transfer film to which the LED chip is adhered will also be laser-processed. Further, when the LED chips are densely arranged on the sapphire substrate, since the laser spot straddles the plurality of LED chips, it is not possible to irradiate the laser only to the specific LED chips, and the specific LED chips cannot be irradiated. There is a problem that only the LED cannot be selectively peeled off.
そこで、本発明は、このような問題に対処し、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにしたレーザリフトオフ用装置及びレーザリフトオフ方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention addresses such a problem, and has a laser lift-off device and a laser lift-off method that have a uniform energy distribution and can irradiate a laser beam shaped so as to correspond to a laser-irradiated portion. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明によるレーザリフトオフ用装置は、加工対象物を載置して移動するＸＹステージと、レーザヘッドと、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化する均一光学系と、前記加工対象物の被レーザ照射部に対応した形状のスリットを有する投影マスクと、該投影マスクの前記スリットを前記被レーザ照射部に結像する縮小投影光学系と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えたレーザ照射装置と、前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスを生成して前記レーザヘッドのパルス発振を制御するステージ制御部と、を備えたものである。 In order to achieve the above object, the laser lift-off device according to the present invention includes an XY stage on which an object to be processed is placed and moved, a laser head, and uniform optics for equalizing the energy distribution in the cross section of the laser beam. The light traveling direction of the system, a projection mask having a slit having a shape corresponding to the laser-irradiated portion of the object to be processed, and a reduced projection optical system that forms the slit of the projection mask on the laser-irradiated portion. A laser irradiation device provided in this order from upstream to downstream, and a stage control unit that generates a control pulse synchronized with the movement of the XY stage in the X-axis direction and controls pulse oscillation of the laser head. It is prepared.
また、本発明によるレーザリフトオフ方法は、複数のマイクロＬＥＤチップを形成したサファイア基板の前記マイクロＬＥＤチップを転写用フィルムに接着した状態で該転写用フィルム側をＸＹステージに吸着させて保持する段階と、前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスをステージ制御部で生成し、該制御パルスによりレーザヘッドを制御してパルス発振をさせる段階と、前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期して前記レーザヘッドから放出され、均一光学系により横断面内のエネルギー分布が均一化されたパルスレーザ光を、前記マイクロＬＥＤチップに対応した形状のスリットを有する投影マスクの前記スリットを通して縮小投影光学系により、前記サファイア基板と前記マイクロＬＥＤチップとの界面にて前記マイクロＬＥＤチップに集光する段階と、前記サファイア基板を前記マイクロＬＥＤチップから剥離する段階と、を含むものである。 Further, the laser lift-off method according to the present invention includes a step of adsorbing and holding the transfer film side on the XY stage in a state where the micro LED chips of the sapphire substrate on which a plurality of micro LED chips are formed are adhered to the transfer film. The stage control unit generates a control pulse synchronized with the movement of the XY stage in the X-axis direction, and the control pulse controls the laser head to cause pulse oscillation, and the XY stage in the X-axis direction. A pulsed laser beam emitted from the laser head in synchronization with the movement and whose energy distribution in the cross section is made uniform by the uniform optical system is passed through the slit of the projection mask having a slit having a shape corresponding to the micro LED chip. The reduction projection optical system includes a step of condensing light on the micro LED chip at the interface between the sapphire substrate and the micro LED chip, and a step of peeling the sapphire substrate from the micro LED chip.
本発明によれば、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射することができ、レーザリフトオフ効率を向上することができる。したがって、サファイア基板に稠密に形成されたマイクロＬＥＤチップから特定のチップを選択してレーザリフトオフすることがきる。 According to the present invention, it is possible to have a uniform energy distribution and to irradiate a laser beam shaped so as to correspond to a laser-irradiated portion, and it is possible to improve the laser lift-off efficiency. Therefore, it is possible to select a specific chip from the micro LED chips densely formed on the sapphire substrate and perform laser lift-off.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザリフトオフ用装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。このレーザリフトオフ用装置は、例えばマイクロＬＥＤチップ（以下、単に「ＬＥＤチップ」という）のレーザリフトオフに使用するもので、ＸＹステージ１と、レーザ照射装置２と、観察用カメラ３と、オートフォーカス（ＡＦ）用カメラ４（図４を参照）と、観察光源５（図４を参照）と、ステージ制御部６と、レーザ電源・制御部７と、制御装置８と、を備えて構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a laser lift-off device according to the present invention. This laser lift-off device is used, for example, for laser lift-off of a micro LED chip (hereinafter, simply referred to as "LED chip"), and includes an XY stage 1, a laser irradiation device 2, an observation camera 3, and autofocus ( It is configured to include a camera 4 for AF) (see FIG. 4), an observation light source 5 (see FIG. 4), a stage control unit 6, a laser power supply / control unit 7, and a control device 8. ..
上記ＸＹステージ１は、加工対象物９の一面、例えば複数のＬＥＤチップ１０を形成したサファイア基板１１（図７を参照）のＬＥＤチップ１０を転写用フィルム１２に接着した状態で該転写用フィルム１２側を吸着して保持するものであり、Ｘ，Ｙ軸方向に移動可能であると共に、ステージのトップ面の中心軸周りに回動可能なＸＹθステージ１３と、該ＸＹθステージ１３に重ねて設けられ、加工対象物９を吸着して保持する吸着テーブル１４とで構成されている。また、ＸＹステージ１は、Ｘ，Ｙ軸方向への移動及びステージの回動（θ）に応じて一定周期のパルスから成るスケール信号を出力する、例えばリニアスケールやエンコーダ等の移動量検出センサ１５や角度検出センサを備えている（図５を参照）。 In the XY stage 1, the transfer film 12 is formed by adhering the LED chips 10 of the sapphire substrate 11 (see FIG. 7) on which one surface of the object to be processed 9, for example, a plurality of LED chips 10 is formed, to the transfer film 12. The XYθ stage 13 that attracts and holds the side, is movable in the X and Y axis directions, and is rotatable around the central axis of the top surface of the stage, and is provided so as to overlap the XYθ stage 13. It is composed of a suction table 14 that sucks and holds the object 9 to be processed. Further, the XY stage 1 outputs a scale signal composed of pulses having a fixed period according to the movement in the X and Y axis directions and the rotation (θ) of the stage. For example, a movement amount detection sensor 15 such as a linear scale or an encoder 15 And an angle detection sensor (see FIG. 5).
上記ＸＹステージ１の上方には、レーザ照射装置２が設けられている。このレーザ照射装置２は、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにしたものであり、レーザヘッド１６と、均一光学系１７と、投影マスク１８と、縮小投影光学系１９と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えて構成されている。 A laser irradiation device 2 is provided above the XY stage 1. This laser irradiation device 2 has a uniform energy distribution and is capable of irradiating a laser beam shaped so as to correspond to a laser-irradiated portion. The laser head 16, the uniform optical system 17, and the uniform optical system 17 The projection mask 18 and the reduction projection optical system 19 are provided in this order from upstream to downstream in the light traveling direction.
詳細には、上記レーザヘッド１６は、発振器、増幅器、波長変換器等を有し、紫外域のパルスレーザ光を出力するもので、例えば波長がＦＨＧ（４倍波）のピコ秒レーザが用いられる。 Specifically, the laser head 16 has an oscillator, an amplifier, a wavelength converter, and the like, and outputs pulsed laser light in the ultraviolet region. For example, a picosecond laser having a wavelength of FHG (fourth harmonic) is used. ..
また、上記均一光学系１７は、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化するもので、図２に示すように、アッテネータ２０と、ビームエキスパンダ２１と、ホモジナイザ２２と、コンデンサレンズ群２３と、を有している。 Further, the uniform optical system 17 equalizes the energy distribution in the cross section of the laser beam, and as shown in FIG. 2, the attenuator 20, the beam expander 21, the homogenizer 22, and the condenser lens group 23 are used. And have.
詳細には、アッテネータ２０は、偏光回転子と偏光子とを組み合わせて構成されている。具体的には、偏光回転子は、偏光を回転させる波長板や電気光学変調器（ＥＯＭ）であり、偏光子は偏光ビームスプリッタである。電気光学変調器（ＥＯＭ）は印加される電圧値に応じて入力するレーザ光の位相を変化させて出力する。また、偏光ビームスプリッタは、入射面に平行な直線偏光（Ｐ波）を透過し、入射面に垂直な直線偏光（Ｓ波）を反射する機能を有する。 Specifically, the attenuator 20 is configured by combining a polarized rotator and a polarized rotator. Specifically, the polarized rotator is a wave plate or an electro-optical modulator (EOM) that rotates polarized light, and the polarizing element is a polarizing beam splitter. The electro-optical modulator (EOM) changes the phase of the input laser light according to the applied voltage value and outputs it. Further, the polarized beam splitter has a function of transmitting linearly polarized light (P wave) parallel to the incident surface and reflecting linearly polarized light (S wave) perpendicular to the incident surface.
上記ビームエキスパンダ２１は、レーザ光の径を拡大するもので、図２に示すように、例えば凸レンズと凹レンズとを組み合わせて構成されている。具体的には、レーザヘッド１６から放出されたレーザビームを第１の凸レンズ２１ａでその後焦点に一旦集光した後、発散させ、さらにこれを凹レンズ２１ｂでより発散させた後、第２の凸レンズ２１ｃでコリメートしてビーム径を拡大するようにしたものであり、汎用のビームエキスパンダを使用することができる。 The beam expander 21 expands the diameter of the laser beam, and as shown in FIG. 2, for example, is configured by combining a convex lens and a concave lens. Specifically, the laser beam emitted from the laser head 16 is once focused on the focal point by the first convex lens 21a and then diverged, further diverged by the concave lens 21b, and then the second convex lens 21c. A general-purpose beam expander can be used because the beam diameter is expanded by collimating with.
上記ホモジナイザ２２は、レーザヘッド１６から放出され、ビーム径が拡大されたレーザ光の横断面内エネルギー分布を均一化するためのもので、具体的には、光軸に垂直な面内に複数のレンズエレメントをマトリクス状に配置し、光束を分割してレンズエレメントの数だけ２次光源像を生じさせるようにしたフライアイレンズである。このフライアイレンズの構成は、一枚のフライアイレンズ構成であっても、２枚のフライアイレンズを対向配置した構成であってもよい。また、ホモジナイザ２２は、ロッドレンズ等であってもよい。ここでは、図３に示すように、ホモジナイザ２２が２枚を１組としたフライアイレンズ（第１のフライアイレンズ２２ａと第２のフライアイレンズ２２ｂ）である場合について説明する。 The homogenizer 22 is for equalizing the energy distribution in the cross section of the laser beam emitted from the laser head 16 and having an enlarged beam diameter. Specifically, a plurality of homogenizers 22 are provided in a plane perpendicular to the optical axis. This is a fly-eye lens in which lens elements are arranged in a matrix and the light flux is divided to generate a secondary light source image as many as the number of lens elements. The configuration of the fly-eye lens may be a single fly-eye lens configuration or a configuration in which two fly-eye lenses are arranged facing each other. Further, the homogenizer 22 may be a rod lens or the like. Here, as shown in FIG. 3, a case where the homogenizer 22 is a fly-eye lens (a first fly-eye lens 22a and a second fly-eye lens 22b) in which two lenses are paired will be described.
この場合、第１のフライアイレンズ２２ａと第２のフライアイレンズ２２ｂとは、光の入力側に配置された第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントを通過したレーザ光が、出力側に配置された第２のフライアイレンズ２２ｂの対応するレンズエレメントの主面に集光するように対向配置される（図１２を参照）。 In this case, the first fly-eye lens 22a and the second fly-eye lens 22b receive laser light that has passed through each lens element of the first fly-eye lens 22a arranged on the light input side on the output side. The second fly-eye lens 22b is arranged to face the main surface of the corresponding lens element of the arranged second fly-eye lens 22b (see FIG. 12).
ホモジナイザ２２の光進行方向下流側には、コンデンサレンズ群２３が設けられている。このコンデンサレンズ群２３は、フライアイレンズの各レンズエレメントの、入射側の面の像を後段の投影マスク１８のスリットの形状に合せると共に、同軸上に重ね合せて形成するものであり、図２に示すように第１のシリンドリカルレンズ２３ａと、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂと、第３のシリンドリカルレンズ２３ｃと、を光進行方向にこの順で備えて構成されている。 A condenser lens group 23 is provided on the downstream side of the homogenizer 22 in the light traveling direction. The condenser lens group 23 is formed by matching the image of the surface of each lens element of the fly-eye lens on the incident side with the shape of the slit of the projection mask 18 in the subsequent stage and superimposing them coaxially. As shown in the above, a first cylindrical lens 23a, a second cylindrical lens 23b, and a third cylindrical lens 23c are provided in this order in the light traveling direction.
詳細には、コンデンサレンズ群２３は、フライアイレンズの各レンズエレメントの、入射側の面の像のアスペクト比を変更可能にしたものであり、第１のシリンドリカルレンズ２３ａは、図３に示すように、光射出端面が凹状のシリンドリカルレンズであり、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂは、光射出端面が凸状のシリンドリカルレンズであり、第３のシリンドリカルレンズ２３ｃは、光入射端面が凸状のシリンドリカルレンズである。そして、例えば被レーザ照射部の形状に対応する投影マスク１８のスリットの形状がＹ軸方向に長軸を有する長方形であるときには、第１及び第３のシリンドリカルレンズ２３ａ，２３ｃは、円柱軸を図３において、Ｘ軸方向に対応したＡ方向に合致させて配置され、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂは、円柱軸をＹ軸方向に対応したＢ方向に合致させて配置される。 Specifically, the condenser lens group 23 makes it possible to change the aspect ratio of the image of the surface on the incident side of each lens element of the fly-eye lens, and the first cylindrical lens 23a is as shown in FIG. In addition, the light emitting end face is a concave cylindrical lens, the second cylindrical lens 23b is a cylindrical lens having a convex light emitting end face, and the third cylindrical lens 23c is a cylindrical lens having a convex light incident end face. Is. Then, for example, when the shape of the slit of the projection mask 18 corresponding to the shape of the laser irradiated portion is a rectangle having a long axis in the Y-axis direction, the first and third cylindrical lenses 23a and 23c have a cylindrical axis. In No. 3, the second cylindrical lens 23b is arranged so as to match the A direction corresponding to the X-axis direction, and the second cylindrical lens 23b is arranged so as to match the cylindrical axis with the B direction corresponding to the Y-axis direction.
これにより、フライアイレンズの各レンズエレメントの、入射側の面の像が、第１及び第３のシリンドリカルレンズ２３ａ，２３ｃによりＹ軸方向に引伸ばされ、投影マスク１８のスリットのアスペクト比に合せて投影マスク１８上に結像される。なお、図２においては、第３のシリンドリカルレンズ２３ｃが２枚１組のシリンドリカルレンズ群で示しているがこれに限定されず、１枚でもよく、２枚以上であってもよい。 As a result, the image of the surface on the incident side of each lens element of the fly-eye lens is stretched in the Y-axis direction by the first and third cylindrical lenses 23a and 23c to match the aspect ratio of the slit of the projection mask 18. The image is formed on the projection mask 18. In FIG. 2, the third cylindrical lens 23c is shown as a set of two cylindrical lenses, but the present invention is not limited to this, and one lens or two or more lenses may be used.
また、図２において、符号２４は、ビームスプリッタであり、アッテネータ２０を通過したレーザ光の一部（５％程度）を符号２５で示すパワーモニタに入力してレーザエネルギーを監視できるようにしている。また、符号２６は、反射ミラーである。 Further, in FIG. 2, reference numeral 24 is a beam splitter, and a part (about 5%) of the laser light passing through the attenuator 20 is input to the power monitor indicated by reference numeral 25 so that the laser energy can be monitored. .. Reference numeral 26 is a reflection mirror.
上記投影マスク１８は、加工対象物９の被レーザ照射部としてのＬＥＤチップ１０に対応した形状のスリットを有するものであり、例えば石英ガラスに設けたクロム等の遮光膜をエッチングして上記スリットが形成されている。投影マスク１８は、遮光板に上記スリットを形成したものであってもよい。本実施形態においては、投影マスク１８は、図４に示すように、Ｘ軸方向に移動する２枚の遮光板と、Ｙ軸方向に移動する２枚の遮光板とで形成されるスリットのサイズをＬＥＤチップ１０のサイズに合せて変更できると共に、回転してスリットをＬＥＤチップ１０に対して位置合せできるようにしたＸＹθの３軸のメカニカル構造を有するものである。 The projection mask 18 has a slit having a shape corresponding to the LED chip 10 as a laser-irradiated portion of the object 9 to be processed. For example, the slit is formed by etching a light-shielding film such as chromium provided on quartz glass. It is formed. The projection mask 18 may have the slit formed in the light-shielding plate. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the projection mask 18 has a slit size formed by two light-shielding plates moving in the X-axis direction and two light-shielding plates moving in the Y-axis direction. Has a 3-axis mechanical structure of XYθ that can be changed according to the size of the LED chip 10 and can be rotated to align the slit with respect to the LED chip 10.
上記縮小投影光学系１９は、図１に示すように、上記投影マスク１８の上記スリットをＬＥＤチップ１０に結像するもので、結像レンズ２７と、対物レンズ２８と、を備えて構成されている。 As shown in FIG. 1, the reduction projection optical system 19 forms an image of the slit of the projection mask 18 on the LED chip 10, and includes an imaging lens 27 and an objective lens 28. There is.
詳細には、結像レンズ２７は、後述の対物レンズ２８と協働して上記投影マスク１８のスリットをサファイア基板１１とＬＥＤチップ１０との界面に結像するものであり、本発明においては、結像レンズ２７は、光軸に沿って移動可能に設けられ、上記投影マスク１８のスリットの像の縮小倍率を微調整可能とするズーム式結像レンズである。具体的には、図４に示すように、複数の凹レンズと凸レンズとを組み合わせて構成したもので、レンズ間の距離を変更することによって、対物レンズ２８との組み合わせによる縮小倍率を変更できるようにしている。 Specifically, the imaging lens 27 forms a slit of the projection mask 18 at the interface between the sapphire substrate 11 and the LED chip 10 in cooperation with the objective lens 28 described later, and in the present invention, the imaging lens 27 forms an image. The imaging lens 27 is a zoom type imaging lens that is provided so as to be movable along the optical axis and that allows fine adjustment of the reduction magnification of the image of the slit of the projection mask 18. Specifically, as shown in FIG. 4, it is configured by combining a plurality of concave lenses and convex lenses, and by changing the distance between the lenses, the reduction magnification in combination with the objective lens 28 can be changed. ing.
また、対物レンズ２８は、加工対象物９に対して対向配置されており、上記結像レンズ２７と協働して上記投影マスク１８のスリットをＬＥＤチップ１０上に結像すると共に、ＬＥＤチップ１０を後述の観察用カメラ３の撮像素子に結像するものであり、レンズチェンジャー２９により加工用、アライメント用及び観察用等の異なる倍率の対物レンズ２８に切替え可能となっている。 Further, the objective lens 28 is arranged to face the object to be processed 9, and in cooperation with the imaging lens 27, the slit of the projection mask 18 is imaged on the LED chip 10, and the LED chip 10 is formed. Is imaged on the image sensor of the observation camera 3 described later, and the lens changer 29 can switch to an objective lens 28 having different magnifications for processing, alignment, observation, and the like.
上記対物レンズ２８から上記結像レンズ２７に向かう光路が図示省略のダイクロイックミラー３０で分岐された光路上には、図４に示すように、観察用カメラ３が設けられている。この観察用カメラ３は、対物レンズ２８を通して加工対象物９の表面を観察するためのもので、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラであり、ＬＥＤチップ１０の中心が視野中心に合致するようにＸＹステージ１のＸ，Ｙ軸方向への移動量を制御するアライメント制御信号を後述の制御装置８に伝送するようになっている。なお、図４においては、上記ダイクロイックミラー３０は、紫外光を反射し、可視光を透過するものである。また、観察用カメラ３の光路上には、上記対物レンズ２８と協働してＬＥＤチップ１０を撮像素子に結像する結像レンズ３１も備えられている。 As shown in FIG. 4, an observation camera 3 is provided on an optical path in which an optical path from the objective lens 28 to the imaging lens 27 is branched by a dichroic mirror 30 (not shown). The observation camera 3 is for observing the surface of the object 9 to be processed through the objective lens 28. For example, it is a CCD camera or a CMOS camera, and the XY stage is set so that the center of the LED chip 10 matches the center of the field of view. An alignment control signal for controlling the amount of movement of 1 in the X and Y axis directions is transmitted to the control device 8 described later. In FIG. 4, the dichroic mirror 30 reflects ultraviolet light and transmits visible light. Further, on the optical path of the observation camera 3, an imaging lens 31 that forms an image of the LED chip 10 on the image sensor in cooperation with the objective lens 28 is also provided.
対物レンズ２８から観察用カメラ３に向かう光路が上記結像レンズ３１と観察用カメラ３との間でハーフミラー３２により分岐された光路上には、図４に示すように、ＡＦ用カメラ４が設けられている。このＡＦ用カメラ４は、加工面（ＬＥＤチップ１０面）上に投影された後述のＡＦ用パターンが鮮明になるようにレンズチェンジャー２９をＺ軸方向に移動して、加工面のフォーカス調整を行えるようにしたもので、ラインカメラである。 As shown in FIG. 4, the AF camera 4 is located on the optical path in which the optical path from the objective lens 28 to the observation camera 3 is branched between the imaging lens 31 and the observation camera 3 by the half mirror 32. It is provided. The AF camera 4 can adjust the focus of the machined surface by moving the lens changer 29 in the Z-axis direction so that the AF pattern projected on the machined surface (10 LED chips) becomes clear. It is a line camera.
上記対物レンズ２８から観察用カメラ３に向かう光路が上記結像レンズ３１の手前側の位置でハーフミラー３３により分岐された光路上には、図４に示すように、観察用光源３４が設けられている。この観察用光源３４は、観察用カメラ３により加工面が観察できるように可視光を照射するものであり、光路上には、ＡＦ用カメラ４によるオートフォーカス用のＡＦパターン（図示省略）が配置されている。 As shown in FIG. 4, an observation light source 34 is provided on the optical path in which the optical path from the objective lens 28 to the observation camera 3 is branched by the half mirror 33 at a position on the front side of the imaging lens 31. ing. The observation light source 34 irradiates visible light so that the processed surface can be observed by the observation camera 3, and an AF pattern (not shown) for autofocus by the AF camera 4 is arranged on the optical path. Has been done.
なお、対物レンズ２８の焦点（結像点）と、上記投影マスク１８のスリットの位置、観察用カメラ３の撮像面の位置、ＡＦ用カメラ４の受光面の位置及びＡＦパターンの位置は共役の関係を成している。この場合、対物レンズ２８が交換された場合に、ＡＦパターンの位置を微調整できる微調整機構を設けてもよい。 The focal point (imaging point) of the objective lens 28, the position of the slit of the projection mask 18, the position of the imaging surface of the observation camera 3, the position of the light receiving surface of the AF camera 4, and the position of the AF pattern are conjugate. Have a relationship. In this case, a fine adjustment mechanism that can finely adjust the position of the AF pattern when the objective lens 28 is replaced may be provided.
図４において、符号３５は紫外光を反射する多層膜ミラーであり、符号３６は可視光反射ミラーである。 In FIG. 4, reference numeral 35 is a multilayer mirror that reflects ultraviolet light, and reference numeral 36 is a visible light reflection mirror.
上記ＸＹステージ１の駆動部及び各種センサに電気的に接続してステージ制御部６が設けられている。このステージ制御部６は、ＸＹステージ１の移動を制御すると共に、ＸＹステージ１の移動に同期してレーザ発振させる制御パルスとしてのレーザ同期パルスを生成するものであり、図５に示すように、モータコントローラ３７と、モータドライバ３８と、分周回路３９と、を備えて構成されている。 A stage control unit 6 is provided by being electrically connected to the drive unit of the XY stage 1 and various sensors. The stage control unit 6 controls the movement of the XY stage 1 and generates a laser synchronization pulse as a control pulse for oscillating the laser in synchronization with the movement of the XY stage 1. As shown in FIG. It is configured to include a motor controller 37, a motor driver 38, and a frequency dividing circuit 39.
ここで、上記モータコントローラ３７は、制御装置８からの指示に基づいて、ＸＹステージ１の移動方向や移動速度等を設定及び制御するためのモータ制御パルスを生成するものである。 Here, the motor controller 37 generates a motor control pulse for setting and controlling the moving direction, moving speed, and the like of the XY stage 1 based on the instruction from the control device 8.
また、上記モータドライバ３８は、上記モータ制御パルスに基づいてＸＹステージ１をＸ，Ｙ軸方向へ移動させると共に回動させる、図５に示すモータ４０（Ｘ，Ｙ，θ軸用を含む）を駆動するものである。具体的には、モータドライバ３８は、ＸＹステージ１に備える、例えばエンコーダ等の移動量検出センサ１５から出力する図６（ａ）に示すような一定周期のパルスから成るスケール信号（エンコーダ信号）を入力してＸＹステージ１の移動を制御するようになっている。 Further, the motor driver 38 moves and rotates the XY stage 1 in the X and Y axis directions based on the motor control pulse, and uses the motor 40 (including those for the X, Y and θ axes) shown in FIG. It is the one that drives. Specifically, the motor driver 38 outputs a scale signal (encoder signal) composed of pulses having a fixed period as shown in FIG. 6A, which is provided in the XY stage 1 and is output from, for example, a movement amount detection sensor 15 such as an encoder. It is designed to input and control the movement of the XY stage 1.
さらに、分周回路３９は、後述のレーザ電源・制御部７を通してレーザヘッド１６のパルス発振を制御するレーザ同期パルスをＸＹステージ１がＸ軸方向に予め定められた距離移動する毎に生成するものであり、図６（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動に伴って生じるスケール信号（エンコーダ信号）を分周して上記レーザ同期パルスを生成するようになっている。例えば、サファイア基板１１に複数のＬＥＤチップ１０がＸ軸方向に配列ピッチＰで設けられている場合には、ＸＹステージ１がＸ軸方向にｎＰ（ｎは１以上の整数）だけ進む毎に上記レーザ同期パルスが生成されるようになっている。 Further, the frequency dividing circuit 39 generates a laser synchronous pulse for controlling the pulse oscillation of the laser head 16 through the laser power supply / control unit 7 described later every time the XY stage 1 moves in a predetermined distance in the X-axis direction. As shown in FIG. 6B, the scale signal (encoder signal) generated by the movement of the XY stage 1 in the X-axis direction is divided to generate the laser synchronization pulse. .. For example, when a plurality of LED chips 10 are provided on the sapphire substrate 11 at an array pitch P in the X-axis direction, the above is performed every time the XY stage 1 advances by nP (n is an integer of 1 or more) in the X-axis direction. Laser-synchronized pulses are being generated.
上記ステージ制御部６に電気的に接続してレーザ電源・制御部７が設けられている。このレーザ電源・制御部７は、レーザヘッド１６への電源供給及びレーザヘッド１６のパルス発振を制御するものであり、図６（ｃ）に示すように、ステージ制御部６から入力するレーザ同期パルスをトリガとしてレーザヘッド１６をパルス発振させ、レーザヘッド１６から１パルスのレーザ光又は高周波発振するレーザ光を放出させるようになっている。 A laser power supply / control unit 7 is provided by being electrically connected to the stage control unit 6. The laser power supply / control unit 7 controls the power supply to the laser head 16 and the pulse oscillation of the laser head 16, and as shown in FIG. 6C, the laser synchronous pulse input from the stage control unit 6 The laser head 16 is pulse-oscillated with the above as a trigger, and one pulse of laser light or high-frequency oscillating laser light is emitted from the laser head 16.
上記観察用カメラ３、ＡＦ用カメラ４、ステージ制御部６及びレーザ電源・制御部７に電気的に接続して制御装置８が設けられている。この制御装置８は、レーザリフトオフ用装置全体を統合して制御するものであり、パーソナルコンピュータである。 A control device 8 is provided by being electrically connected to the observation camera 3, the AF camera 4, the stage control unit 6, and the laser power supply / control unit 7. The control device 8 integrates and controls the entire laser lift-off device, and is a personal computer.
次に、このように構成されたレーザリフトオフ用装置を使用して行うレーザリフトオフ方法について説明する。
先ず、図７（ａ）に示すように、基板上に複数のＬＥＤチップ１０を所定の配列ピッチＰでマトリクス上に形成し、同図（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１０側を転写用フィルム１２に接着したサファイア基板１１を準備する。
Next, a laser lift-off method performed by using the laser lift-off device configured as described above will be described.
First, as shown in FIG. 7A, a plurality of LED chips 10 are formed on a matrix at a predetermined arrangement pitch P on a substrate, and as shown in FIG. 7B, the LED chip 10 side is used for transfer. The sapphire substrate 11 adhered to the film 12 is prepared.
次に、上記サファイア基板１１は、転写用フィルム１２をＸＹステージ１の吸着テーブル１４に吸着させてＸＹステージ１上に保持される。 Next, the sapphire substrate 11 is held on the XY stage 1 by adsorbing the transfer film 12 on the adsorption table 14 of the XY stage 1.
次いで、倍率の低い対物レンズ２８を選択した後、観察用カメラ３により、サファイア基板１１を透してＬＥＤチップ１０を観察しながらＸＹステージ１をＸ軸、Ｙ軸方向へ移動すると共に回動（θ）して、加工開始位置のＬＥＤチップ１０が観察用カメラ３の視野中心に合致するように位置決めされる。 Next, after selecting the objective lens 28 having a low magnification, the XY stage 1 is moved and rotated in the X-axis and Y-axis directions while observing the LED chip 10 through the sapphire substrate 11 by the observation camera 3. θ), the LED chip 10 at the processing start position is positioned so as to match the center of the field of view of the observation camera 3.
続いて、倍率の高い対物レンズ２８に替えて、サファイア基板１１とＬＥＤチップ１０との界面のＬＥＤチップ１０端面にフォーカスさせた後、加工開始位置のＬＥＤチップ１０に対するレーザ加工が開始される。即ち、ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動開始と同時に、ステージ制御部６からレーザ同期パルスがレーザ電源・制御部７に出力され、該レーザ同期パルスをトリガとしてレーザ電源・制御部７によりレーザヘッド１６が駆動される。そして、レーザヘッド１６から１パルスのレーザ光又は高周波のレーザ光が放出される。 Subsequently, instead of the objective lens 28 having a high magnification, the end face of the LED chip 10 at the interface between the sapphire substrate 11 and the LED chip 10 is focused, and then laser processing on the LED chip 10 at the processing start position is started. That is, at the same time when the movement of the XY stage 1 in the X-axis direction is started, the laser synchronization pulse is output from the stage control unit 6 to the laser power supply / control unit 7, and the laser power supply / control unit 7 triggers the laser synchronization pulse. The head 16 is driven. Then, one pulse of laser light or high frequency laser light is emitted from the laser head 16.
レーザヘッド１６から出力したレーザ光は、ビームエキスパンダ２１を経てビーム径が拡大され、ホモジナイザ２２に入射する。 The laser beam output from the laser head 16 has a beam diameter expanded through the beam expander 21 and is incident on the homogenizer 22.
ホモジナイザ２２に入射したレーザ光は、第１のフライアイレンズ２２ａの複数のレンズエレメントにより複数に分割されて、夫々、第２のフライアイレンズ２２ｂの対応するレンズエレメントに入射する。そして、第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントの、入射側（光源側）の面の像がコンデンサレンズ群２３により、投影マスク１８のスリット上に重ね合わされて形成される。これにより、投影マスク１８に照射するレーザ光の横断面内のエネルギー分布が均一化される。 The laser beam incident on the homogenizer 22 is divided into a plurality of lenses by the plurality of lens elements of the first fly-eye lens 22a, and is incident on the corresponding lens elements of the second fly-eye lens 22b, respectively. Then, an image of the surface on the incident side (light source side) of each lens element of the first fly-eye lens 22a is formed by being superposed on the slit of the projection mask 18 by the condenser lens group 23. As a result, the energy distribution in the cross section of the laser beam irradiating the projection mask 18 is made uniform.
この場合、第１のフライアイレンズ２２ａのレンズエレメントの、図３のＢ方向両端部が第１のシリンドリカルレンズ２３ａ及び第３のシリンドリカルレンズ２３ｃにより、投影マスク１８のスリットの、Ｙ軸方向両端部の外側近傍に結像される。また、第１のフライアイレンズ２２ａのレンズエレメントの、図３のＡ方向両端部は、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂにより投影マスク１８のスリットの、Ｘ軸方向両端部の外側近傍に結像される。これにより、投影マスク１８のスリットの形状に合わせてアスペクト比が変換されると共に、エネルギー分布が均一化されたレーザ光が投影マスク１８上に重ね合わされて照射される。 In this case, both ends of the lens element of the first fly-eye lens 22a in the B direction of FIG. 3 are formed by the first cylindrical lens 23a and the third cylindrical lens 23c, and both ends of the slit of the projection mask 18 in the Y-axis direction. It is imaged near the outside of. Further, both ends in the A direction of FIG. 3 of the lens element of the first fly-eye lens 22a are imaged by the second cylindrical lens 23b near the outside of the slits of the projection mask 18 in the X-axis direction. .. As a result, the aspect ratio is converted according to the shape of the slit of the projection mask 18, and the laser beam having a uniform energy distribution is superimposed on the projection mask 18 and irradiated.
投影マスク１８のスリットは、縮小投影光学系１９により所定の縮小倍率で縮小されて、サファイア基板１１とＬＥＤチップ１０の界面にて加工開始位置のＬＥＤチップ１０上に結像される。これにより、上記ＬＥＤチップ１０上には、エネルギー分布が均一なレーザ光が照射され、ＬＥＤチップ１０がサファイア基板１１から剥離される。 The slit of the projection mask 18 is reduced by the reduction projection optical system 19 at a predetermined reduction magnification, and is formed on the LED chip 10 at the processing start position at the interface between the sapphire substrate 11 and the LED chip 10. As a result, the LED chip 10 is irradiated with laser light having a uniform energy distribution, and the LED chip 10 is peeled off from the sapphire substrate 11.
なお、レーザヘッド１６から放出されるレーザ光のエネルギーは、パワーモニタ２５で監視しながらアッテネータ２０を調整して、予め所定値に設定されている。レーザエネルギーの監視は、レーザ加工中、常時行ってもよい。 The energy of the laser light emitted from the laser head 16 is set to a predetermined value in advance by adjusting the attenuator 20 while monitoring with the power monitor 25. Laser energy monitoring may be performed at all times during laser machining.
ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動に伴って、移動量検出センサ１５から一定周期のパルスから成るスケール信号（エンコーダ信号）が出力され（図６（ａ）を参照）、ステージ制御部６のモータドライバ３８を介して分周回路３９に入力される。 Along with the movement of the XY stage 1 in the X-axis direction, a scale signal (encoder signal) composed of pulses having a fixed period is output from the movement amount detection sensor 15 (see FIG. 6A), and the stage control unit 6 It is input to the frequency dividing circuit 39 via the motor driver 38.
分周回路３９では、入力するスケール信号（エンコーダ信号）をＬＥＤチップ１０のＸ軸方向の配列ピッチＰのｎＰ（ｎは１以上の整数）に対応する周期に分周し、レーザ同期パルスが生成される（図６（ｂ）を参照）。そして、上記レーザ同期パルスをトリガとしてレーザ電源・制御部７によりレーザヘッド１６が駆動され、レーザヘッド１６から所定周期で放出されるレーザ光によりＬＥＤチップ１０がレーザ加工される（図６（ｃ）を参照）。 In the frequency dividing circuit 39, the input scale signal (encoder signal) is divided into cycles corresponding to nP (n is an integer of 1 or more) of the array pitch P in the X-axis direction of the LED chip 10, and a laser synchronization pulse is generated. (See FIG. 6 (b)). Then, the laser head 16 is driven by the laser power supply / control unit 7 triggered by the laser synchronization pulse, and the LED chip 10 is laser-processed by the laser light emitted from the laser head 16 at a predetermined cycle (FIG. 6 (c)). See).
以下、複数のＬＥＤチップ１０を個別にレーザ加工してリフトオフする第１の実施例について説明する。 Hereinafter, a first embodiment in which a plurality of LED chips 10 are individually laser-machined and lifted off will be described.
（第１の実施例）
図８はサファイア基板１１に形成された全てのＬＥＤチップ１０をレーザ加工する場合を示す説明図である。
この場合、分周回路３９からは、ＸＹステージ１がＬＥＤチップ１０の配列ピッチＰに等しい距離を進む毎にレーザ同期パルスが生成される。したがって、Ｘ軸方向に並んだ複数のＬＥＤチップ１０は、上記レーザ同期パルスに同期してレーザヘッド１６から放出されるレーザ光により夫々レーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される（図８（ａ）〜（ｃ）を参照）。
(First Example)
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a case where all the LED chips 10 formed on the sapphire substrate 11 are laser-machined.
In this case, a laser synchronization pulse is generated from the frequency dividing circuit 39 every time the XY stage 1 travels a distance equal to the array pitch P of the LED chip 10. Therefore, the plurality of LED chips 10 arranged in the X-axis direction are laser-processed by the laser light emitted from the laser head 16 in synchronization with the laser synchronization pulse, and are separated from the sapphire substrate 11 (FIG. 8 (a). )-(C)).
Ｘ軸方向の終端部のＬＥＤチップ１０のレーザ加工が終了すると、モータドライバ３８によりモータ４０が駆動されてＸＹステージ１がＹ軸方向に移動され、レーザ光の照射位置が隣の列のＬＥＤチップ１０上に位置付けられる（図８（ｄ）を参照）。そして、引き続き、ＸＹステージ１を上記とは反対方向に移動しながら、上記と同様にして隣の列のＬＥＤチップ１０がレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。以後、ＸＹステージ１の往復走査を繰り返しながら、全てのＬＥＤチップ１０がレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。 When the laser processing of the LED chip 10 at the end in the X-axis direction is completed, the motor 40 is driven by the motor driver 38 to move the XY stage 1 in the Y-axis direction, and the laser beam irradiation position is the LED chip in the adjacent row. It is positioned above 10 (see FIG. 8 (d)). Then, while continuously moving the XY stage 1 in the opposite direction to the above, the LED chips 10 in the adjacent row are laser-processed in the same manner as described above, and are separated from the sapphire substrate 11. After that, all the LED chips 10 are laser-processed and peeled off from the sapphire substrate 11 while repeating the reciprocating scanning of the XY stage 1.
なお、サファイア基板１１に反りがある場合には、サファイア基板１１とＬＥＤチップ１０との界面にてＬＥＤチップ１０上に投影されるＡＦパターンをＡＦ用カメラ４で撮影し、ＡＦパターンの像が鮮明となるようにレンズチェンジャー２９をＺ軸方向に移動してフォーカス調整がなされる。 If the sapphire substrate 11 is warped, the AF pattern projected on the LED chip 10 at the interface between the sapphire substrate 11 and the LED chip 10 is photographed by the AF camera 4, and the image of the AF pattern is clear. The focus is adjusted by moving the lens changer 29 in the Z-axis direction so as to be.
図９はサファイア基板１１に形成されたＬＥＤチップ１０を選択的にレーザ加工する場合を示す説明図である。
例えば図９に示すように、Ｘ軸方向のＬＥＤチップ１０を１つ置きに剥離する場合には、分周回路３９からＸＹステージ１がＬＥＤチップ１０の配列ピッチＰの２倍に等しい距離（２Ｐ）を進む毎にレーザ同期パルスが生成される。したがって、Ｘ軸方向に並んだ複数のＬＥＤチップ１０が１つ置きに選択されて、上記レーザ同期パルスに同期してレーザヘッド１６から放出されるレーザ光により夫々レーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a case where the LED chip 10 formed on the sapphire substrate 11 is selectively laser-processed.
For example, as shown in FIG. 9, when the LED chips 10 in the X-axis direction are peeled off every other time, the distance (2P) from the frequency dividing circuit 39 to the XY stage 1 is equal to twice the arrangement pitch P of the LED chips 10. ), A laser synchronization pulse is generated. Therefore, a plurality of LED chips 10 arranged in the X-axis direction are selected every other one, laser-processed by the laser light emitted from the laser head 16 in synchronization with the laser synchronization pulse, and separated from the sapphire substrate 11. Will be done.
そして、図８と同様に、Ｘ軸方向の終端部のＬＥＤチップ１０のレーザ加工が終了すると、モータドライバ３８によりモータ４０が駆動されてＸＹステージ１がＹ軸方向に移動され、レーザ光の照射位置が隣の列のＬＥＤチップ１０上に位置付けられ、引き続き、ＸＹステージ１を上記とは反対方向に移動しながら、上記と同様にして隣の列のＬＥＤチップ１０がレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。以後、ＸＹステージ１の往復走査を繰り返しながら、ＬＥＤチップ１０が選択的にレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。 Then, as in FIG. 8, when the laser processing of the LED chip 10 at the end in the X-axis direction is completed, the motor 40 is driven by the motor driver 38 to move the XY stage 1 in the Y-axis direction, and the laser beam is irradiated. The position is positioned on the LED chips 10 in the adjacent row, and while continuously moving the XY stage 1 in the opposite direction to the above, the LED chips 10 in the adjacent row are laser-processed in the same manner as above, and the sapphire substrate 11 Is peeled off from. After that, the LED chip 10 is selectively laser-processed and peeled off from the sapphire substrate 11 while repeating the reciprocating scanning of the XY stage 1.
次に、ＬＥＤチップ１０を複数ショットのレーザ照射によりレーザ加工する第２の実施例について説明する。 Next, a second embodiment in which the LED chip 10 is laser-processed by laser irradiation of a plurality of shots will be described.
（第２の実施例）
図１０はサファイア基板１１に形成されたＬＥＤチップ１０を複数ショットのレーザ照射によりレーザ加工する場合について示す説明図である。
投影マスク１８には、Ｘ軸方向に所定の配列ピッチで並べてショット数に応じた複数のスリットが設けられている。例えば、図１０においては、投影マスク１８には、ＬＥＤチップ１０の配列ピッチＰの２Ｐに対応する間隔で２つのスリットが設けられている。したがって、図１０においては、ＬＥＤチップ１０が２ショットのレーザ照射によりレーザ加工される。
(Second Example)
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a case where the LED chip 10 formed on the sapphire substrate 11 is laser-processed by laser irradiation of a plurality of shots.
The projection mask 18 is provided with a plurality of slits arranged in the X-axis direction at a predetermined arrangement pitch according to the number of shots. For example, in FIG. 10, the projection mask 18 is provided with two slits at intervals corresponding to 2P of the arrangement pitch P of the LED chip 10. Therefore, in FIG. 10, the LED chip 10 is laser-processed by two-shot laser irradiation.
この場合、均一光学系１７は、上記２つのスリットを跨いでＸ軸方向に延びたレーザ光を生成して投影マスク１８に照射するものとしてもよいが、２つのスリット間に照射されるレーザエネルギーが無駄になり、光利用効率が悪くなる。そこで、第２の実施例においては、図１１に示すような複数のスリットを夫々独立して照明する分割照明光学系４１が使用される。図１１は分割照明光学系４１の原理を示す説明図である。以下、この分割照明光学系４１について説明する。 In this case, the uniform optical system 17 may generate a laser beam extending in the X-axis direction across the two slits and irradiate the projection mask 18, but the laser energy radiated between the two slits. Is wasted and the light utilization efficiency deteriorates. Therefore, in the second embodiment, the split illumination optical system 41 that independently illuminates the plurality of slits as shown in FIG. 11 is used. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the principle of the split illumination optical system 41. Hereinafter, the split illumination optical system 41 will be described.
図１２は一般的な均一光学系１７の原理を示す説明図である。図１２に示すように、通常の均一光学系１７は、前述したように、同一平面内に複数のレンズエレメントを配置した第１のフライアイレンズ２２ａと、該第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントに対応させて複数のレンズエレメントを配置した第２のフライアイレンズ２２ｂとを対向配置したもので、第１のフライアイレンズ２２ａの焦点が第２のフライアイレンズ２２ｂの主面に位置するようにされている。これにより、フライアイレンズの各レンズエレメントの入射側の端面像（第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントの入射側の端面像）が後段のコンデンサレンズ４２（又はコンデンサレンズ群２３）により同軸上に重ね合わされて照射面（投影マスク１８面）上に結像され、各レンズエレメントを通過したレーザ光のエネルギー分布が平均化されて均一化される。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing the principle of a general uniform optical system 17. As shown in FIG. 12, in the normal uniform optical system 17, as described above, each of the first fly-eye lens 22a in which a plurality of lens elements are arranged in the same plane and the first fly-eye lens 22a. A second fly-eye lens 22b in which a plurality of lens elements are arranged corresponding to the lens element is arranged so as to face each other, and the focal point of the first fly-eye lens 22a is located on the main surface of the second fly-eye lens 22b. It is made to do. As a result, the incident-side end face image of each lens element of the fly-eye lens (the incident-side end face image of each lens element of the first fly-eye lens 22a) is coaxial with the subsequent condenser lens 42 (or condenser lens group 23). It is superimposed on the top and imaged on the irradiation surface (18 projection mask surfaces), and the energy distribution of the laser light that has passed through each lens element is averaged and made uniform.
一方、図１１に示す分割照明光学系４１においては、図１２の第１のフライアイレンズ２２ａに替えて各レンズエレメントが縦横に複数に分割（図１１においては、縦方向に２つに分割）された第３のフライアイレンズ２２ｃを使用すると共に、第３のフライアイレンズ２２ｃは、第１のフライアイレンズ２２ａを配置した位置よりも光源側にシフトした状態で配置されている。この場合、図１１に示す「光線が分割された面」は、図１２における第１のフライアイレンズ２２ａの入射側の面に一致し、照射面（投影マスク１８面）と共役の面となっている。したがって、「光線が分割された面」上での光束の断面形状が照射面（投影マスク１８面）上に結像する。 On the other hand, in the split illumination optical system 41 shown in FIG. 11, each lens element is divided vertically and horizontally in place of the first fly-eye lens 22a in FIG. 12 (in FIG. 11, it is divided into two in the vertical direction). The third fly-eye lens 22c is used, and the third fly-eye lens 22c is arranged in a state of being shifted toward the light source side from the position where the first fly-eye lens 22a is arranged. In this case, the "plane in which the light beam is divided" shown in FIG. 11 coincides with the plane on the incident side of the first fly-eye lens 22a in FIG. 12, and becomes a plane conjugate with the irradiation plane (projection mask 18 plane). ing. Therefore, the cross-sectional shape of the light beam on the “plane in which the light beam is divided” is imaged on the irradiation surface (projection mask 18 surface).
図１１においては、第３のフライアイレンズ２２ｃの分割レンズエレメントは、縦方向（Ｘ軸方向に対応）に２つに分割されているから、照射面（投影マスク１８面）上には、上側の分割レンズエレメントを通過したレーザ光が図１１に示すように照射面（投影マスク１８面）上の同図において下側に集光し、下側の分割レンズエレメントを通過したレーザ光が照射面（投影マスク１８面）上の同図において上側に集光する。このように、分割照明光学系４１においては、分割された２つのレーザ光を夫々、Ｘ軸方向に並べて形成した投影マスク１８の２つのスリットに独立して照射させることができ、光の利用効率を向上することができる。 In FIG. 11, since the split lens element of the third fly-eye lens 22c is split into two in the vertical direction (corresponding to the X-axis direction), it is on the upper side on the irradiation surface (projection mask 18 surface). As shown in FIG. 11, the laser light that has passed through the split lens element of No. 11 is focused on the lower side in the same figure on the irradiation surface (projection mask 18 surface), and the laser light that has passed through the lower split lens element is the irradiation surface. (18 faces of the projection mask) In the same figure above, the light is focused upward. As described above, in the divided illumination optical system 41, the two divided laser beams can be independently irradiated to the two slits of the projection mask 18 formed by arranging the two divided laser beams in the X-axis direction, respectively, and the light utilization efficiency Can be improved.
これにより、投影マスク１８を通過した２つに分割されたレーザ光が２つのＬＥＤチップ１０に同時に照射する。この場合、照射開始位置のＬＥＤチップ１０に対して投影マスク１８の、ＸＹステージ１の移動方向下流側に対応して位置するスリットを合致させれば、図１０（ａ）に示すように照射開始位置のＬＥＤチップ１０には、１回目のレーザ照射がなされる。 As a result, the two laser beams that have passed through the projection mask 18 irradiate the two LED chips 10 at the same time. In this case, if the slits of the projection mask 18 located corresponding to the downstream side in the moving direction of the XY stage 1 are matched with the LED chip 10 at the irradiation start position, irradiation starts as shown in FIG. 10A. The LED chip 10 at the position is subjected to the first laser irradiation.
以後、ＸＹステージ１がＸ軸方向に距離２Ｐだけ進む毎に生成されるステージ制御部６からのレーザ同期パルスに同期してレーザヘッド１６が駆動され、レーザヘッド１６から１パルス又は高周波発振するレーザ光が放出される。これにより、図１０（ｂ）に示すように、照射開始位置のＬＥＤチップ１０が２回目のレーザ照射により２ショットのレーザ加工が施されて剥離される。また、次のＬＥＤチップ１０は、図１０（ｃ）に示すように、３回目のレーザ照射により２ショットのレーザ加工が施されて剥離される。さらに次のＬＥＤチップ１０は、図１０（ｄ）に示すように、４回目のレーザ照射により２ショットのレーザ加工が施されて剥離される。以降、同様にしてＸ軸方向のチップ列に対するレーザ加工が終了すると、次は、隣のチップ列に対するレーザ加工がＸＹステージ１を上記とは逆方向に移動させながら実施される。 After that, the laser head 16 is driven in synchronization with the laser synchronization pulse from the stage control unit 6 generated every time the XY stage 1 advances by a distance of 2P in the X-axis direction, and the laser head 16 oscillates one pulse or high frequency. Light is emitted. As a result, as shown in FIG. 10B, the LED chip 10 at the irradiation start position is subjected to two-shot laser processing by the second laser irradiation and peeled off. Further, as shown in FIG. 10C, the next LED chip 10 is peeled off by performing two-shot laser processing by the third laser irradiation. Further, as shown in FIG. 10D, the next LED chip 10 is subjected to two-shot laser processing by the fourth laser irradiation and peeled off. After that, when the laser machining on the chip row in the X-axis direction is completed in the same manner, the laser machining on the adjacent chip row is then performed while moving the XY stage 1 in the opposite direction to the above.
本発明によれば、レーザ光の照射領域をＬＥＤチップ１０に対して数μｍはみ出す程度に規制することができるため、転写用フィルム１２がレーザ加工されて変形するのを防止することができる。これにより、転写用フィルム１２に転写された複数のＬＥＤチップ１０をさらに、配線基板上の所定位置に一括して取り付ける場合に、位置ずれが生じるのを防止することができる。 According to the present invention, since the irradiation region of the laser beam can be regulated to such an extent that it protrudes from the LED chip 10 by several μm, it is possible to prevent the transfer film 12 from being laser-processed and deformed. As a result, it is possible to prevent misalignment from occurring when the plurality of LED chips 10 transferred to the transfer film 12 are further collectively attached to predetermined positions on the wiring board.
図１３は本発明のレーザリフトオフ用装置を使用したレーザリフトオフの効果を、ガウシアン分布のレーザ光を使用する従来方式と比較して示す説明図である。
図１３に示すように、均一光学系１７を使用すると共に、投影マスク１８のスリットをＬＥＤチップ１０に合せて縮小する縮小投影光学系１９を備えた本発明のレーザリフトオフ用装置においては、１ショット当たり約４００ｍＪ／ｃｍ２の加工面エネルギー密度を得ることができるが、従来方式では、約６２ｍＪ／ｃｍ２（面内均一換算）である。したがって、レーザリフトオフに要するレーザショット数は、従来方式が本発明よりも多いことが分かる。また、レーザ光のスポットサイズは、本発明によればＬＥＤチップ１０の形状に合せて約４０μｍ×約８０μｍの四角形であり、面内でエネルギー分布が均一である（図１４（ａ）参照）。一方、従来方式によれば、レーザ光のスポットサイズは、約φ７０μｍの円形であり、エネルギー分布はガウシアン分布を有していて不均一である（図１４（ｂ）参照）。このように、レーザ光の照射領域内のエネルギー分布の均一性の相違から、例えばＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）処理されたウエハに対するレーザリフトオフ率が、本発明では１００％であったのに対して従来方式では０％であり、両者に大きな差が現れた。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the effect of laser lift-off using the laser lift-off device of the present invention in comparison with the conventional method using laser light having a Gaussian distribution.
As shown in FIG. 13, in the laser lift-off device of the present invention, which uses the uniform optical system 17 and includes the reduced projection optical system 19 that reduces the slit of the projection mask 18 in accordance with the LED chip 10, one shot. A machined surface energy density of about 400 mJ / cm 2 can be obtained per unit, but in the conventional method, it is about 62 mJ / cm 2 (in-plane uniform conversion). Therefore, it can be seen that the number of laser shots required for laser lift-off is larger in the conventional method than in the present invention. Further, according to the present invention, the spot size of the laser beam is a quadrangle of about 40 μm × about 80 μm according to the shape of the LED chip 10, and the energy distribution is uniform in the plane (see FIG. 14 (a)). On the other hand, according to the conventional method, the spot size of the laser beam is a circle of about φ70 μm, and the energy distribution has a Gaussian distribution and is non-uniform (see FIG. 14 (b)). As described above, due to the difference in the uniformity of the energy distribution in the irradiation region of the laser light, for example, the laser lift-off rate for the wafer treated with PSS (Patterned Sapphire Substrate) was 100% in the present invention, whereas it is conventionally used. In the method, it was 0%, and a large difference appeared between the two.
なお、上記第２の実施例においては、第３のフライアイレンズ２２ｃのレンズエレメントがＸ軸方向に対応した縦方向に２つに分割されている場合について説明したが、３つ以上に分割されてもよい。また、第３のフライアイレンズ２２ｃのレンズエレメントは、Ｙ軸方向に対応した横方向に複数に分割されてもよい。この場合、レーザ光をＸＹステージ１の移動方向（Ｘ軸方向）と交差するＹ軸方向の複数のＬＥＤチップ１０に対して同時に照射することができる。さらに、第３のフライアイレンズ２２ｃのレンズエレメントは、Ｘ，Ｙ軸方向に対応した縦横方向に複数に分割されてもよい。この場合は、レーザ光をＸ，Ｙ軸方向に並んだ複数のＬＥＤチップ１０に対して同時に照射することができる。また、第３のフライアイレンズ２２ｃは、光軸に沿ってシフト可能にしてもよい。これにより、照射面における照射領域の大きさを可変にすることができる。さらに、図１１における「光線が分割された面」の位置に開口絞りを配置してもよい。これにより、迷光を除いて照射面での照射領域端を鮮明にすることができる。 In the second embodiment, the case where the lens element of the third fly-eye lens 22c is divided into two in the vertical direction corresponding to the X-axis direction has been described, but it is divided into three or more. You may. Further, the lens element of the third fly-eye lens 22c may be divided into a plurality of lenses in the lateral direction corresponding to the Y-axis direction. In this case, the laser beam can be simultaneously irradiated to the plurality of LED chips 10 in the Y-axis direction intersecting the moving direction (X-axis direction) of the XY stage 1. Further, the lens element of the third fly-eye lens 22c may be divided into a plurality of lenses in the vertical and horizontal directions corresponding to the X and Y axis directions. In this case, the laser beam can be simultaneously irradiated to the plurality of LED chips 10 arranged in the X and Y axis directions. Further, the third fly-eye lens 22c may be shiftable along the optical axis. Thereby, the size of the irradiation area on the irradiation surface can be made variable. Further, the aperture diaphragm may be arranged at the position of the "plane in which the light beam is divided" in FIG. As a result, the edge of the irradiation region on the irradiation surface can be made clear by removing stray light.
１…ＸＹステージ
２…レーザ照射装置
６…ステージ制御部
９…加工対象物
１０…ＬＥＤチップ
１１…サファイア基板
１２…転写用フィルム
１６…レーザヘッド
１８…投影マスク
１９…縮小投影光学系
２２…ホモジナイザ
２２ａ…第１のフライアイレンズ
２２ｂ…第２のフライアイレンズ
２２ｃ…第３のフライアイレンズ
２７…結像レンズ
２８…対物レンズ
1 ... XY stage 2 ... Laser irradiation device 6 ... Stage control unit 9 ... Object to be processed 10 ... LED chip 11 ... Sapphire substrate 12 ... Transfer film 16 ... Laser head 18 ... Projection mask 19 ... Reduction projection optical system 22 ... Homogenizer 22a ... 1st fly-eye lens 22b ... 2nd fly-eye lens 22c ... 3rd fly-eye lens 27 ... Imaging lens 28 ... Objective lens
Claims (9)
レーザヘッドと、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化する均一光学系と、前記加工対象物の被レーザ照射部に対応した形状のスリットを有する投影マスクと、該投影マスクの前記スリットを前記被レーザ照射部に結像する縮小投影光学系と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えたレーザ照射装置と、
前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスを生成して前記レーザヘッドのパルス発振を制御するステージ制御部と、
を備えたことを特徴とするレーザリフトオフ用装置。 An XY stage on which the object to be processed is placed and moved, and
A laser head, a uniform optical system that equalizes the energy distribution in the cross section of the laser beam, a projection mask having a slit having a shape corresponding to the laser-irradiated portion of the object to be processed, and the slit of the projection mask. A laser irradiator equipped with a reduced projection optical system that forms an image on the laser-irradiated portion in this order from upstream to downstream in the light traveling direction.
A stage control unit that generates a control pulse synchronized with the movement of the XY stage in the X-axis direction and controls the pulse oscillation of the laser head.
A laser lift-off device characterized by being equipped with.
前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスをステージ制御部で生成し、該制御パルスによりレーザヘッドを制御してパルス発振をさせる段階と、
前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期して前記レーザヘッドから放出され、均一光学系により横断面内のエネルギー分布が均一化されたパルスレーザ光を、前記マイクロＬＥＤチップに対応した形状のスリットを有する投影マスクの前記スリットを通して縮小投影光学系により、前記サファイア基板と前記マイクロＬＥＤチップとの界面にて前記マイクロＬＥＤチップ上に集光する段階と、
前記サファイア基板を前記マイクロＬＥＤチップから剥離する段階と、
を含むレーザリフトオフ方法。 A step of adsorbing and holding the transfer film side on the XY stage in a state where the micro LED chips of the sapphire substrate on which a plurality of micro LED chips are formed are adhered to the transfer film.
A stage in which a control pulse synchronized with the movement of the XY stage in the X-axis direction is generated by the stage control unit, and the laser head is controlled by the control pulse to oscillate the pulse.
The pulsed laser light emitted from the laser head in synchronization with the movement of the XY stage in the X-axis direction and whose energy distribution in the cross section is made uniform by the uniform optical system is of a shape corresponding to the micro LED chip. A step of condensing light on the micro LED chip at the interface between the sapphire substrate and the micro LED chip by a reduced projection optical system through the slit of a projection mask having a slit.
The stage of peeling the sapphire substrate from the micro LED chip,
Laser lift-off method including.
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