JP6395955B2 - ラインビーム光源およびラインビーム照射装置ならびにレーザリフトオフ方法 - Google Patents
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Description
図1は、ある典型的な半導体レーザ素子の基本構成を模式的に示す斜視図である。図には、互いに直交するX軸、Y軸、およびZ軸から構成される座標軸が記載されている。他の添付図面でも、同様の座標軸が記載され、X軸、Y軸、およびZ軸は、それぞれ、全ての図面で共通の方位を指す。
以下、図面を参照しながら、本開示のラインビーム光源およびラインビーム照射装置の実施形態、ならびにレーザリフトオフ方法の実施形態を説明する。必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。本発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供する。これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
本開示によるラインビーム光源の実施形態は、多数の発光領域が高密度に集積された面光源として機能するものではない。従って、そのような面光源から出射された光ビームを成形してラインビームを形成するための複雑な光学系も必要ない。本開示のラインビーム光源は、半導体レーザ素子が持つ性質、すなわち、光ビームが回折効果によって速軸方向に拡がろうとする性質を有効に利用して、速軸方向に長く延びたラインビームを形成することができる。
(1)与えられた長さを持つラインビーム30Lを、より少ない個数の半導体レーザ素子40によって形成し得る。しかも、レーザリフトオフに必要な光強度分布を持つラインビームが充分に得られる。
(2)隣接する半導体レーザ素子40の間隔が大きくなると、個々の半導体レーザ素子40で発生した熱を外部に散逸させやすい。熱伝導率の高い材料から形成されたヒートシンクによって個々の半導体レーザ素子40の上面および下面の両方に接触させる構成を採用しやすい。
(3)半導体レーザ素子40をチップの状態で支持体60aに搭載する代わりに、パッケージまたはカートリッジに実装された半導体レーザ素子40を支持体60aに搭載する寸法上の余裕が生じる。半導体レーザ素子40が支持体60aに着脱可能に支持される構成によれば、複数の半導体レーザ素子40のうちの1個が故障したとき、その半導体レーザ素子40を選択的に正常な半導体レーザ素子に交換することが可能になる。
図10を参照する。図10は、本実施形態におけるラインビーム照射装置1000の構成例を模式的に示す斜視図である。ラインビーム照射装置1000は、ワークステージ200と、ワークステージ200上に置かれたワーク300をラインビーム30Lで照射するラインビーム光源(レーザヘッド)100とを備える。ワーク300の典型例は、製造途中のフレキシブルディスプレイおよび高輝度LEDであるが、これらに限定されない。ワーク300は、ラインビーム30Lの照射によって物理的または化学的な変化を生じさせる対象となり得るものを広く含む。このような物理的または化学的な変化は、剥離のみならず、物体の加工、改質、溶融、結晶化、再結晶化、切断、半導体中の不純物活性化、または殺菌に利用され得る。
図18A、図18B、および図18Cは、本発明によるレーザリフトオフ方法の実施形態を説明するための工程断面図である。これらの図面は、いずれも、ワーク300の一部を拡大して模式的に示す断面図である。図示されているワーク300の寸法は、現実のワーク300が有する寸法のスケール比率を反映していない。
12 p側電極
16 n側電極
20 基板
22 半導体積層構造
22a p側クラッド層
22b 活性層
22c n側クラッド層
24 発光領域
26a 半導体積層構造の端面(正面側)
26b 半導体積層構造の上面
26C 半導体積層構造の端面(背面側)
30 レーザ光
30C コリメートされたレーザ光
30L ラインビーム
32 ガラス基板
34 ポリイミド層
34a 空隙
36 デバイス
40 半導体レーザ素子(レーザダイオード)
45 照射面
50F 速軸コリメータレンズ
50S シリンドリカルレンズ
60 筐体
60a 支持体 70 コントローラ
74 メモリ
76 センサ
76a イメージセンサ
76b イメージセンサ
76c イメージセンサ
80 LD駆動回路
90 搬送装置駆動回路
100 ラインビーム光源
200 ワークステージ
250 搬送装置
300 ワーク
400 レーザダイオードアレイ
410 レーザバー
1000 ラインビーム照射装置
Claims (15)
- ラインビーム照射装置であって、
ワークステージと、
前記ワークステージ上に置かれたワークをラインビームで照射するラインビーム光源と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる搬送装置と、
を備え、
前記ラインビーム光源は、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体とを有し、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、パッケージまたはカートリッジに収容されており、前記支持体は、前記パッケージまたはカートリッジを着脱可能に保持する接続装置を有しており、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記同一ラインに平行に拡がって前記ラインビームを形成する、ラインビーム照射装置。 - 前記発光領域の前記遅軸方向のサイズは、前記速軸方向のサイズの50倍以上である、請求項1に記載のラインビーム照射装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子のうち、前記速軸方向において隣り合う任意の2個の半導体レーザ素子の中心間距離は20mm以上である、請求項1または2に記載のラインビーム照射装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記速軸方向にはコリメートされていない、請求項1から3のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光を、前記遅軸方向にコリメートまたは集束する光学部材を備えている、請求項1から4のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子を前記速軸方向に振動または移動させるアクチュエータを備えている、請求項1から5のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
- 前記複数の半導体レーザ素子を駆動するレーザダイオード駆動回路を備える、請求項1から6のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
- 前記レーザダイオード駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれを駆動する、請求項7に記載のラインビーム照射装置。
- 前記レーザダイオード駆動回路は、前記ラインビームの空間的強度分布を変調するように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する、請求項8に記載のラインビーム照射装置。
- 前記ワークの構造または状態を検出するセンサを備え、
前記レーザダイオード駆動回路は、前記センサによって検出された前記ワークの構造または状態に基づいて、前記ラインビームの空間的強度分布を時間的に変化させる、請求項9に記載のラインビーム照射装置。 - 前記センサは、イメージセンサである、請求項10に記載のラインビーム照射装置。
- 前記ラインビーム光源は、前記支持体に支持された複数の補助半導体レーザ素子を有しており、
前記複数の補助半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の補助半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる第2の同一ラインに沿って配列されており、前記第2の同一ラインは前記同一ラインに平行である、請求項1から11のいずれかに記載のラインビーム照射装置。 - 複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体と、
を備え、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、パッケージまたはカートリッジに収容されており、前記支持体は、前記パッケージまたはカートリッジを着脱可能に保持する接続装置を有しており、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する、ラインビーム光源。 - 請求項1から12のいずれかに記載のラインビーム照射装置を用いるレーザリフトオフ方法であって、
キャリアと前記キャリアに固定されているデバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、
前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、
を含む、レーザリフトオフ方法。 - 請求項1から12のいずれかに記載のラインビーム照射装置を用いる電子デバイスの製造方法であって、
キャリアと前記キャリアに固定されている電子デバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、
前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、
前記ワークの前記キャリアから剥離された前記電子デバイスを得る工程と、
を含む、電子デバイスの製造方法。
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