KR20120101707A

KR20120101707A - 레이저 박리 방법 그리고 빔 스플리터를 구비하는 레이저 박리 방법용 장치

Info

Publication number: KR20120101707A
Application number: KR1020127017715A
Authority: KR
Inventors: 랄프 바그너
Original assignee: 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-09-14
Also published as: JP5635123B2; EP2509741B9; CN102639281A; EP2509741A1; EP2509741B1; WO2011069735A1; DE102009057566A1; US20120258605A1; CN102639281B; JP2013513487A; US8946098B2; TW201143952A

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 층(2)을 캐리어(3)로부터 분리하기 위한 레이저 박리 방법용 장치(100)와 관련이 있다. 본 발명에 따른 장치(100)는 예컨대 펄스 방식의 레이저 빔(L)(pulsed laser beam)을 발생하기 위한 레이저 그리고 적어도 하나의 빔 스플리터(4a, 4b)를 구비한다. 상기 적어도 하나의 빔 스플리터(4a, 4b)에 의해서는 레이저 빔(L)이 두 개 이상의 부분 빔(P1, P2)으로 분할된다. 상기 부분 빔(P1, P2)들은 하나의 방사 평면(10)에서 겹쳐지며, 이 경우에는 상기 층(2)으로부터 떨어져서 마주보는 캐리어(3)의 주 측면(30)(main side)이 상기 방사 평면(10) 안에 배치되어 있다. 방사 평면(10) 상에서 두 개 이상의 부분 빔(P1, P2) 간에 형성되는 각(α)의 크기는 적어도 1.0°이다.

Description

레이저 박리 방법 그리고 빔 스플리터를 구비하는 레이저 박리 방법용 장치 {METHOD AND DEVICE FOR A LASER LIFT-OFF METHOD HAVING A BEAM SPLITTER}

본 발명은 레이저 박리 방법용 장치에 관한 것이다. 더 나아가 본 발명은 레이저 박리 방법과도 관련이 있다.

본 발명의 해결 과제는 캐리어로부터 층을 효율적으로 그리고 신뢰할만하게 분리할 수 있는 레이저 박리 방법용 장치를 제공하는 것이다. 특별한 한 가지 해결 과제는 반도체 층 시퀀스를 캐리어로부터 신뢰할만하게 제거할 수 있는 레이저 박리 방법을 제시하는 것이다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 장치는 특히 에피택시 기판상에서 에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층 또는 반도체 층 시퀀스를 분리하기 위한 레이저 박리 방법에 적합하다. 상기 층 또는 반도체 층은 바람직하게 질화물을 함유하거나 또는 산화물을 함유하는 재료, 특히 질화물 함유 반도체 재료를 기본으로 한다. 예컨대 상기 반도체 층 시퀀스는 GaN, InGaN 및/또는 AlGaN을 기본으로 한다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 장치는 바람직하게 펄스 방식의 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저를 포함한다. 상기 레이저 빔의 파장이 예컨대 단파이기 때문에, 결과적으로 광자 에너지(photon energy)는 캐리어로부터 분리될 반도체 재료의 밴드 갭(band gap)보다 더 크다. 예를 들어 상기 레이저 빔의 파장은 자외선 스펙트럼 범위 안에 있으며, 특히 400 nm 미만 또는 360 nm 미만의 범위 안에 있다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 장치는 적어도 하나의 빔 스플리터, 바람직하게는 두 개 이상의 빔 스플리터를 구비한다. 상기 적어도 하나의 빔 스플리터는 레이저에 의해서 발생하는 특히 펄스 방식의 레이저 빔을 두 개 이상의 부분 빔으로 분할하도록 설계되었다. 빔 스플리터들로서는 특히 프리즘 및/또는 분극에 따라 반사 작용을 하는 소자들과 같은 반투과성의 유전체 빔 스플리터가 사용될 수 있다. 다시 말해, 레이저 빔은 장치의 작동 중에 적어도 하나의 빔 스플리터에 의하여 두 개 이상의 부분 빔으로 분할된다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 두 개 이상의 부분 빔은 하나의 방사 평면에서 겹쳐진다. 다른 말로 표현하자면, 레이저 빔은 다수의 부분 빔으로 분할된 다음, 이어서 방사 평면 안에서 재차 포개진다. 부분 빔들이 방사 평면 안에서 겹쳐진다는 것은 상기 부분 빔들의 횡단면이 방사 평면에서 부분적으로 또는 완전히 일치한다는 것을 의미할 수 있다. "일치한다"라는 표현은 상기 부분 빔들의 횡단면들 중에 하나의 횡단면이 다른 하나의 횡단면에 의해서 완전히 감싸지거나 또는 덮인다는 내용을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 방사 평면은 캐리어로부터 분리될 층으로부터 떨어져서 마주한 상기 캐리어의 주 측면(main side)이 상기 방사 평면 안에 배치되도록 설계되었다. 이와 같은 배치를 위해서 본 발명에 따른 장치는 고정 장치를 구비할 수 있으며, 상기 고정 장치에 의해서 캐리어가 층에 고정될 수 있다. 상기 고정 장치는 바람직하게 가로 방향으로 위치 설정될 수 있고 움직일 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 방사 평면상에서두 개 이상의 부분 빔 간에 형성되는 각의 크기는 적어도 1.0°이다. 바람직하게 상기 각의 크기는 적어도 5.0°이다. 다른 말로 표현하자면, 부분 빔들의 빔 축들은 이 부분 빔들의 빔 축들 간에 형성되는, 특히 두 개의 빔 축이 한 쌍이 되어 형성하는 각의 크기가 적어도 1.0°, 바람직하게는 적어도 5.0°가 되도록 교차한다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 장치는 적어도 하나의 층을 캐리어로부터 분리하기 위한 레이저 박리 방법용으로 제공되었다. 상기 장치는 예컨대 펄스 방식의 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저 그리고 적어도 하나의 빔 스플리터를 구비한다. 상기 적어도 하나의 빔 스플리터에 의해서는 레이저 빔이 두 개 이상의 부분 빔으로 분할된다. 부분 빔들은 하나의 방사 평면 안에서 겹쳐지며, 이 경우에는 상기 층으로부터 떨어져서 마주보는 캐리어의 주 측면이 상기 방사 평면 안에 배치되어 있다. 방사 평면상에서 두 개 이상의 부분 빔 간에 형성되는 각의 크기는 적어도 1.0°이다.

레이저 박리 방법(영어로는 Laser-Lift-Off)에서 균질의 지향성 레이저 빔이 사용되면, 특히 캐리어의 거친(rough) 유입 면을 통과할 때에 예컨대 상기 캐리어의 수백 마이크로미터 아래에 있는 한 경계면에서 간섭 패턴이 생성될 수 있다. 상기 간섭 패턴은 유입 면을 통과하는 레이저 빔의 통계적으로 분포되고 고정된 세기 변조들을 갖는다. 하지만, 정제되지 않은 거친 유입 면을 갖는 비교적 저렴한 캐리어를 사용하는 경우에는 간섭 가능한 레이저 빔으로 인해 레이저 박리 과정 중에 에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층 시퀀스에서 손상이 발생할 수 있다. 예를 들어 반도체 층 시퀀스를 캐리어로부터 균일하게 분리할 수 있기 위해서는 상기와 같은 세기 변조들을 피하거나 줄이는 것이 바람직한 것으로 드러났다.

레이저 빔을 두 개 이상의 부분 빔으로 분할하고 그리고 그 다음에 이어서 상기 부분 빔들이 임계 각보다 더 큰 소정의 각으로 겹쳐짐으로써, 레이저 빔의 간섭 능력이 줄어들게 되고, 그로 인해 한 간섭 패턴의 세기 변조들이 줄어들 수 있으며 그리고 반도체 층 시퀀스에서의 손상들이 피해질 수 있거나 감소 될 수 있다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔들 중에 두 개 이상의 부분 빔 및/또는 모든 부분 빔은 최대 20 %의 허용 오차로, 특히 최대 10 %의 허용 오차로 동일한 세기를 갖는다. 다른 말로 표현하자면, 두 개의 및/또는 모든 부분 빔은 레이저 펄스당 실제로 동일한 에너지를 갖는다. 물론 부분 빔의 개수가 증가함에 따라 펄스당 에너지의 허용 오차도 점점 더 커진다. 예를 들면 부분 빔이 추가됨에 따라 펄스 에너지 허용 오차는 5 퍼센트 포인트만큼 증가하지만, 그러나 이때 허용 오차는 최대 50 %에 달하게 된다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 레이저 빔의 펄스 지속 시간은 최대 50 ns이다. 예를 들어 레이저 빔의 펄스로서는 1 ns(1 ns 포함) 내지 15 ns, 특히 3 ns(3 ns 포함) 내지 10 ns의 펄스 지속 시간을 갖는 나노 세컨드 펄스가 사용된다. 특히 2 fs(2 fs 포함) 내지 1,000 ps의 펄스 지속 시간 또는 60 fs(60 fs 포함) 내지 20 ps의 펄스 지속 시간을 갖는 피코 초(pico second) 펄스 또는 펨토 초(femto second) 펄스가 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔들 간의 시각적인 파장 차이는 레이저 빔의 평균 펄스 지속 시간의 최고 0.05-배 또는 최고 0.15-배, 특히 최고 0.025-배에 상응한다. 다른 말로 표현하자면, 부분 빔들의 광 펄스는 캐리어에 실제로 동시에 투사되도록 설계되었다. 파장 차이는 모든 부분 빔의 펄스당 에너지 총합의 적어도 80 % 또는 적어도 90 %가 하나의 타임 슬롯 안에 - 이 타임 슬롯은 평균 펄스 지속 시간의 최고 1.22-배 또는 1.15-배에 상응하는, 바람직하게는 최대 평균 펄스 지속 시간에 상응하는 길이를 갖는다 - 방사 평면에 도달할 정도의 최대 크기를 갖는 것이 바람직하다. 펄스 지속 시간은 바람직하게 세기가 펄스 시간 파형의 최대 세기의 1/e로 강하하는 시점을 기준으로 한다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔들 간의 시각적인 파장 차이는 레이저 빔의 평균 펄스 지속 시간의 적어도 0.025-배 그리고 최고 0.3-배에 상응한다. 다른 말로 표현하자면, 부분 빔들의 광 펄스들은 약간의 시간차를 두고 방사 평면에 도달한다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔들 간의 파장 차이는 상기 부분 빔들의 평균 빔 직경의 최고 0.22-배 또는 0.15-배에 달한다. 상기 빔 직경은 특히 입체적인 가로 방향 세기 분포가 빔 프로파일의 최대 세기의 1/e²로 강하하는 지점을 기준으로 한다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔들 간에 형성되는, 바람직하게 두 개의 부분 빔이 한 쌍이 되어 형성하는 각의 크기는 각각 7.5°(7.5° 포함) 내지 50°이다. 대안적으로 또는 추가로 방사 평면까지의 수직선과 부분 빔들 간에 형성되는 각은 각각 0°(0° 포함) 내지 80°, 특히 0°(0° 포함) 내지 30°이다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 레이저 빔은 N개의 부분 빔으로 분할되며 그리고 상기 장치는 N - 1개의 빔 스플리터를 포함한다. 이때 N은 바람직하게 3(3 포함)과 8 사이의 정수이다. N번째 빔 스플리터의 반사율(R)에 대해서는 아래의 관계식이 적용되며:

R(N) = 1 / (N+1),

이 경우 최고의 반사율을 갖는 빔 스플리터는 - 레이저 빔 또는 부분 빔들의 빔 경로를 기준으로 할 때 - 방사 평면에 가장 가깝게 위치하고, 두 번째로 높은 반사율을 갖는 빔 스플리터는 방사 평면에 두 번째로 가깝게 위치하며 그리고 계속해서 이와 같은 방식으로 위치하게 된다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔의 빔 경로 안에서 각각의 해당 빔 스플리터와 방사 평면 사이에는 방사선 투과를 목적으로 제공되는 광학 소자가 전혀 존재하지 않는다. 더 상세히 말하자면, 부분 빔들의 빔 경로 안에는 렌즈 또는 분극 광학 장치가 전혀 존재하지 않는다. 다른 말로 표현하자면, 부분 빔들은 해당 빔 스플리터로부터 방사 평면에 이르기까지 바람직하게는 응축된 물질을 더 이상 통과하지 않는다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 부분 빔들은 방사 평면 안에서 최대 15 %의 허용 오차로, 특히 최대 10 %의 허용 오차로 각각 동일한 횡단면들 및/또는 동일한 가로 방향 연장부들을 갖는다. 다른 말로 표현하자면, 방사 평면 안에 있는 부분 빔들의 횡단면들은 실제로 크기가 같으며 그리고 실제로 형상이 동일하다.

본 발명에 따른 장치의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 방사 평면 안에 있는 모든 부분 빔의 에너지 밀도의 총합은 레이저 빔의 펄스당 200 mJ/cm²(200 mJ/cm²포함) 내지 850 mJ/cm²이다.

더 나아가 에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층 시퀀스를 캐리어로부터, 특히 성장 기판으로부터 분리하기 위한 레이저 박리 방법이 제시된다. 상기 박리 방법은 전술된 실시 예들 중에 적어도 한 가지 실시 예와 관련하여 기술된 바와 같은 장치에 의해서 실시될 수 있다. 그렇기 때문에 레이저 박리 방법의 특징들은 본 출원서에 기재된 장치에 대해서도 공개된 것으로 간주되며 그리고 그 역도 마찬가지다.

본 발명에 따른 레이저 박리 방법의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 캐리어 상에서 에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층 시퀀스를 준비하는 단계,

- 특히 펄스 방식의 하나의 레이저 빔을 두 개 이상의 부분 빔으로 분할하는 단계, 그리고

- 상기 반도체 층 시퀀스로부터 떨어져서 마주보는 캐리어의 주 측면이 존재하는 방사 평면 안에서 상기 부분 빔들이 겹쳐지는 단계.

상기 실시 예에서는 방사 평면에서 두 개 이상의 부분 빔 간에 상호 형성되는 각의 크기가 적어도 1.0°이다.

본 발명에 따른 레이저 박리 방법의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 층 시퀀스로부터 떨어져서 마주보는 캐리어의 주 표면의 평균 거칠기(조도)는 0.1 ㎛(0.1 ㎛ 포함) 내지 5.0 ㎛, 특히 0.25 ㎛(0.25 ㎛ 포함) 내지 2.5 ㎛이다. 예를 들어 하나의 반도체 층 시퀀스가 에피택셜 방식으로 성장하는 경우에는 하나의 정제된 표면 및 하나의 거친 표면을 갖는 기판이 사용될 수 있다. 그럼으로써 비교적 저렴한 기판이 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 박리 방법의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 캐리어는 사파이어를 포함하거나 또는 사파이어로 이루어진다. 대안적으로 캐리어는 레이저 빔을 명확하게 볼 수 있거나 또는 투명한 다른 재료로 이루어질 수도 있다. "투명하다"라는 표현은 캐리어가 레이저 빔 및 부분 빔의 파장에서 최대 20 % 또는 최대 1 %, 바람직하게는 최대 0.2 %의 흡수율을 갖는다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명에 따른 레이저 박리 방법의 적어도 한 가지 실시 예에 따르면, 반도체 층 시퀀스는 갈륨 질화물, 인듐갈륨 질화물 및/또는 알루미늄갈륨 질화물을 기본으로 한다. 대안적으로는 분리될 층이 특히 산화물을 함유하는 다른 재료 또는 규소 질화물과 같이 질화물을 함유하는 다른 재료를 갖는 것도 가능하며, 이때 상기 다른 재료는 레이저 빔의 파장에서 높은 흡수율을 갖는다.

더 나아가서는 특히 갈륨 질화물을 기본으로 하는 질화물-반도체 층 시퀀스도 제시된다. 이와 같은 반도체 층 시퀀스는 예컨대 전술된 실시 예들 중에 한 가지 또는 여러 가지의 실시 예와 연관하여 기술된 바와 같은 장치 또는 방법에 의해서 제조되었다. 그렇기 때문에 반도체 층 시퀀스에 대한 특징들은 방법 그리고 장치에 대해서도 공개된 것으로 간주되며 그리고 그 역도 마찬가지다.

레이저 박리 방법 이외에, 본 출원서에 기재된 방법의 한 가지 변형 예 그리고 본 출원서에 기재된 장치가 하나의 거친 표면을 통과해서 하나의 층을 현미경 눈금 상으로 균일하게 조명할 목적으로 사용될 수도 있으며, 이 경우 상기 층은 상기 거친 표면으로부터 간격을 두고 배치되어 있다. 예를 들어 리소그래픽 방법으로 이루어지는 포토 레지스트의 균일한 노광 또는 UV-경화성 접착제와 같은 결합 수단의 경화 과정이 방사선에 의해서 유도되는 경우에 이루어지는 균일한 조명은 거친 표면들을 통과함으로써 구현될 수 있다.

이하에서는 본 출원서에 기재된 레이저 박리 방법, 본 출원서에 기재된 반도체 층 시퀀스 그리고 본 출원서에 기재된 장치가 실시 예들과 연관된 도면을 참조해서 상세하게 설명된다. 동일한 도면 부호들은 개별 도면에서 동일한 소자들을 지시한다. 하지만, 척도와 관련된 기준들은 도시되어 있지 않으며, 오히려 개별 소자들은 이해를 돕기 위하여 과도하게 크게 도시될 수 있다.

도 1, 도 2, 도 4, 도 7 및 도 8은 본 출원서에 기재된 레이저 박리 방법을 실시할 수 있는 본 출원서에 기재된 장치들의 개략적인 실시 예들이고,
도 3 및 도 5는 본 출원서에 기재된 반도체 층 시퀀스들의 개략적인 실시 예들이며, 그리고
도 6은 본 출원서에 기재된 레이저 박리 방법에서 캐리어의 주 측면들에 대한 평면도이다.

도 1에는 레이저 박리 방법을 실시하는 장치(100)의 한 가지 실시 예가 도시되어 있다. 도 1에 도시되어 있지 않은 레이저는 펄스 방식의 레이저 빔(L)을 방출한다. 레이저 빔은 두 개의 빔 스플리터(4a, 4b)에 의해서 세 개의 부분 빔(P1, P2, P3)으로 분할되며, 이 경우 부분 빔(P3)은 부분 빔들(P1, P2)만큼 축소된 레이저 빔(L)이다. 상기 부분 빔(P1, P2, P3) 및 레이저 빔(L)은 예컨대 빔의 세기가 최대 세기와 관련하여 가로 방향으로 2 mm(2 mm 포함) 내지 8 mm만큼, 특히 4 mm만큼 강하하는 지점을 기준으로 할 때 직경이 1/e²인 거의 가우스 형태의 빔 프로파일을 갖는다. 파장은 예를 들어 약 343 nm 또는 약 355 nm이다.

부분 빔(P1, P2)은 미러(5)를 통해 방사 평면(10) 안에서 편향되지 않은 부분 빔(P3)과 겹쳐진다. 부분 빔들(P1과 P3 및 P2와 P3) 간에 형성되는 각(α1, α2)은 각각 약 30°이다. 상기 각(α1, α2)은 또한 방사 평면(10)의 수직선(11)에 대한 각과도 같다. 상기 수직선(11)은 부분 빔(P3) 및 레이저 빔(L)의 빔 축과 일치한다.

방사 평면(10)은, 층(2) 또는 반도체 층 시퀀스(2)를 갖는 캐리어(3)가 도 1에 도시되어 있지 않은 홀더에 의해 상기 층(2)으로부터 떨어져서 마주보는 상기 캐리어(3)의 주 측면(30)과 함께 방사 평면(10) 안에 배치되도록 설계되었다. 캐리어(3)의 주 측면(30)은 바람직하게 0.5 ㎛(0.5 ㎛ 포함) 내지 1.5 ㎛의 거칠기, 예를 들어 대략 1 ㎛의 거칠기를 갖는다.

빔 스플리터(4a)로부터 시작하여 방사 평면(10)에 이르기까지 각각 산출된 부분 빔(P1, P2, P3)의 빔 경로들은 길이 면에서 상호 구별된다. 예를 들어 부분 빔(P2)의 빔 경로는 부분 빔(P3)의 빔 경로보다 대략 15 cm만큼 더 길다. 부분 빔(P1)의 빔 경로는 예를 들어 부분 빔(P3)의 빔 경로보다 대략 30 cm만큼 더 길다. 레이저 빔(L)의 펄스 지속 시간이 예를 들어 약 5 ns이면, 부분 빔(P1과 P3) 간의 시각적인 파장 차이는 펄스 지속 시간의 약 0.2-배에 상응한다. 다른 말로 표현하자면, 부분 빔(P1, P2, P3)의 펄스들은 상이한 시간에 캐리어(3)에 투사된다.

도 1에 도시된 것과 달리, 부분 빔(P1, P2, P3)의 개별 펄스들이 실제로 동시에 방사 평면(10)에 도달하도록 특히 부분 빔(P2 및 P3)이 가이드되는 것도 가능하다. 하지만, 부분 빔(P1, P2, P3)의 펄스들이 적당히(moderate) 상이한 시점에 방사 평면(10)에 도달함으로써 상기 방사 평면(10)에서 레이저 빔(L) 또는 부분 빔(P1, P2, P3)의 간섭 능력은 줄어들 수 있다.

도 2에는 레이저 박리 방법을 실시할 수 있는 장치(100)의 추가의 한 가지 실시 예가 3차원적으로 도시되어 있다. 레이저 빔(L)은 네 개의 부분 빔(P1, P2, P3, P4)으로 분할된다. 부분 빔(P1, P2, P3)은 편향되지 않은 부분 빔(P4)을 중심으로 회전 대칭으로 배치되어 있다. 부분 빔(P2, P3, P4)이 캐리어(3)의 주 측면(30)에 투사될 때에 형성되는 각은 예컨대 쌍으로 서로 상이하다.

도 3A의 단면도에는 반도체 부품이 도시되어 있다. 캐리어(3) 상에서 바람직하게 에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층 시퀀스(2)는 에피택셜 성장 후에도 계속해서 기판(9)에 설치되어 있다. 기판(9)과 반도체 층 시퀀스(2) 간의 연결 층들은 도면들에는 도시되어 있지 않다. 캐리어(3)는 예컨대 사파이어로 이루어지며, 그리고 바람직하게는 250 ㎛(250 ㎛ 포함) 내지 1.5 mm의 두께, 특히 대략 650 ㎛의 두께를 갖는다.

기판(9) 쪽을 향하고 있는 캐리어(3)의 주 측면(35)에 있는 반도체 층 시퀀스(2)의 분해 구역(20)은 부분 빔(P)들을 흡수한다. 반도체 층 시퀀스(2)의 총 두께는 예컨대 최대 12 ㎛, 특히 약 6 ㎛이다. 부분 빔(P)들의 흡수에 의해서 분해 구역(20) 재료의 열적인 분해가 이루어진다. 반도체 층 시퀀스(2)는, 부분 빔(P1, P2, P3, P4)이 반도체 층 시퀀스(2) 그리고 캐리어(3)에 가로 방향으로 주사(scanning)됨으로써 캐리어(3)로부터 분리될 수 있다. 모든 부분 빔(P1, P2, P3, P4)의 펄스당 에너지 밀도는 전체적으로 예컨대 대략 400 mJ/cm²이며, 바람직하게는 파괴 구역(20) 재료의 파괴 임계값 바로 아래에 놓인다.

도 3B 및 도 3C에는 가로 방향으로 부분 빔(P)의 세기(I)가 개략적으로 도시되어 있다. 부분 빔(P)은 도 3B에 따라 상기 부분 빔(P)의 실제 빔 프로파일(8)의 직사각형 엔벨로프(7)(envelope)를 가지며, 상기 엔벨로프(7)는 도 3C에 따르면 가우스 형태이다. 상기 실제 빔 프로파일(8)은 간섭 효과로 인해 엔벨로프(7)로부터 벗어난다. 이와 같은 편차에 의해서는 반도체 층 시퀀스(2)가 캐리어(3)로부터 불균일하게 분리될 수 있으며, 그리고 그로 인해 반도체 층 시퀀스(2)의 손상이 야기될 수 있다. 레이저 빔(L)이 두 개 이상의 부분 빔(P)으로 분할되어 상기 실제 빔 프로파일(8)의 세기 변조들이 엔벨로프(7)만큼 줄어들 수 있음으로써, 결과적으로 본 발명에 따른 장치 및 방법에 의해 반도체 층 시퀀스(2)는 캐리어(3)로부터 효율적으로 그리고 신뢰할만하게 분리될 수 있다. 예컨대 실제 빔 프로파일(8)로부터 벗어나는 엔벨로프(7)의 편차는 최대 20 %, 바람직하게는 최대 10 %이다.

엔벨로프(7)에 대한 실제 빔 프로파일(8)의 세기 변조 크기는 예를 들어 캐리어(3)로부터 분리된 후에 반도체 층 시퀀스(2)의 거칠기를 통해서 검출될 수 있다. 캐리어(3)로부터의 분리 후에 분해 구역(20)이 예를 들어 에칭 공정을 통해서 반도체 층 시퀀스(2)로부터 제거되면, 실제 빔 프로파일(8)의 세기 변조는 기판(9)으로부터 떨어져서 마주보는 측에서 에칭 후에 나타나는 반도체 층 시퀀스(2)의 구조를 통해서 검출될 수 있다.

도 4에 따른 실시 예에서 부분 빔(P2, P3)은 각각 광학 소자(6)를 통과한다. 광학 소자(6)는 예컨대 방사 평면(10) 안에서의 부분 빔(P2, P3)의 횡단면을 상기 방사 평면(10)에 수직으로 투사되는 부분 빔(P1)의 횡단면에 맞추어 적응시킬 수 있는 원통 렌즈(cylindrical lens)이며, 이와 관련해서는 도 6B도 참조된다. 부분 빔(P1, P2, P3)은 빔 보정을 목적으로 설치된 광학 소자(6)를 제외하고 각각의 해당 빔 스플리터(4a, 4b) 뒤에서는 방사 평면(10)에 도달할 때까지 바람직하게는 각각 추가의 응축된 물질을 통과하지 않는다.

도 5에 따르면, 반도체 층 시퀀스(2)는 기판(9) 쪽을 향하는 캐리어(3)의 주 측면(35)에 직접 분해 구역(20)을 갖지 않는다. 다른 말로 표현하자면, 본 출원서에 기재된 방법에 의해서는 반도체 층 시퀀스(2)의 부분적인 박리가 실현될 수 있다. 그와 달리 대안적으로 또는 추가적으로는 캐리어(3)가 도면에 도시되어 있지 않은 부분 층을 구비하거나 또는 부분 빔(P)에 대하여 상승된 흡수율을 나타내는 영역을 구비하는 것도 또한 가능하며, 그 결과 이 경우에는 분리 후에도 캐리어(3)의 한 부분이 반도체 층 시퀀스(2)에 남아 있을 수 있다.

반도체 층 시퀀스(2)는 예를 들어 갈륨 질화물을 기본으로 한다. 또한, 분해 구역(20)이 질화물을 함유하는 다른 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어 분해 구역(20)은 규소 질화물로 이루어지거나 또는 규소 질화물을 포함할 수 있다.

도 6A 및 도 6B에는 방사 평면(10) 그리고 주 측면(30)에 대한 평면도가 도시되어 있다. 또한, 예를 들어 도 2에 따른 장치(100)에 의해서 방사 평면(10) 안에 존재하는 부분 빔(P1, P2, P3, P4)의 빔 프로파일(8a, 8b, 8c, 8d)도 도시되어 있다. 부분 빔(P1, P2, P3)이 방사 평면(10)의 수직선(11)에 대하여 비교적 큰 각을 형성하면서 상기 방사 평면에 투사됨으로써, 상기 부분 빔(P1, P2, P3)은 방사 평면(10) 안에서 상이한 횡단면을 갖게 된다.

도 6B에는 방사 평면(10) 안에 있는 횡단 섹션들이 동일하거나 또는 대체로 동일한 횡단면을 가지며 그리고 가로 방향의 연장부를 갖는 상태가 도시되어 있다. 이와 같은 상태는 특히 반사 작용을 하는 광학 수단들에 의해서, 예를 들면 부분 빔(P1, P2, P3)의 빔 경로 안에 있는 광학 소자(6) 또는 상응하게 형성된 미러(5)에 의해서 실현될 수 있다. 바람직하게 부분 빔(P1, P2, P3)의 평균 빔 직경의 또는 최소 빔 직경의 반경을 갖는 하나의 원 내부에는 - 세기가 1/e²로 강하하는 지점을 기준으로 할 때 - 상기 부분 빔(P1, P2, P3)의 전체 에너지의 적어도 80 % 또는 적어도 90 %가 존재한다.

도 7A 및 도 7B에는 본 발명에 따른 장치(100)의 추가의 실시 예들이 도시되어 있다. 도 7B에 따르면, 세 개의 미러(5a)가 하나의 수평 축을 중심으로 회전할 수 있음으로써, 결과적으로 부분 빔(P1, P2, P3)이 주 측면(30)에 투사될 때에 형성되는 각은 조절 가능하다. 또한, 캐리어(3)는 반도체 층 시퀀스(2)와 함께 선택적으로 수직 방향으로 이동할 수 있다. 가동적인 미러(5b)를 통해 부분 빔(P2, P3)의 빔 경로가 조절될 수 있음으로써, 결과적으로는 부분 빔들(P1, P2, P3) 간의 시간적인 지연이 조절될 수 있다.

도 8에 따른 실시 예에서 빔 스플리터(4a, 4b)는 예컨대 석영 유리로부터 형성된 프리즘(12a, 12b, 12c)으로 구현되었다. 상기 프리즘들(12a, 12b, 12c)은 서로 결합되어 있거나 또는 바람직하게는 얇은 공기 갭에 의해서 상호 분리되어 있다. 이때 빔 스플리터(4a, 4b)는 프리즘(12a, 12b)의 부분 반사 작용을 하는 제한 면이다. 상기 빔 스플리터(4a)는 대략 33 %의 반사율을 가지며, 그리고 상기 빔 스플리터(4b)는 대략 50 %의 반사율을 갖는다. 반사율은 예를 들어 프리즘(12a, 12b, 12c)의 상응하는 제한 면들의 각에 의해서 제한되는 상기 프리즘(12a, 12b)의 상응하는 제한 면들 상에 있는 코팅에 의해서, 방사선의 분극에 의해서 그리고/또는 이웃하는 프리즘들(12a, 12b, 12c)의 간극 두께에 의해서 조절될 수 있다.

상기 프리즘(12a, 12c)에서는 원통 렌즈로 형성된 광학 소자(6)가 선택적으로 설치가 되거나 또는 사전에 미리 프리즘(12a, 12c)과 일체형으로 제조된다. 원통 렌즈를 통해서는 부분 빔(P1, P2, P3)이 방사 평면(10) 안에서 동일한 빔 횡단면을 갖게 되며, 이와 관련해서는 도 6B도 참조 된다. 미러(5)는 프리즘(12c)의 전반사 작용을 하는 제한 면에 의해서 형성되거나 또는 고반사(highly reflecting) 작용을 하는 코팅에 의해서 형성될 수 있다. 상기 프리즘(12a)은 바람직하게 하나의 방사선 유입 면에 반사 방지 코팅(13)을 구비한다. 펨토 초 펄스 또는 피코 초 펄스가 사용되는 경우에는, 부분 빔(P1, P2, P3)의 펄스 안에서 발생하는 시간에 따른 색 증감도(color gradient)(영어로는 첩(Chirp)으로도 표기됨)를 보정하기 위한 도 8에 도시되어 있지 않은 장치들이 제공될 수 있다.

본 발명은 실시 예들을 참조하는 상세한 설명으로 인해 상기 실시 예들에만 한정되지 않는다. 오히려 본 발명은 각각의 새로운 특징 그리고 상기 특징들의 각각의 조합을 포함하며, 상기 특징 또는 특징 조합 자체가 특허청구범위 또는 실시 예들에 명시적으로 기재되어 있지 않더라도, 특히 상기 각각의 특징 조합은 특허청구범위에 포함된 것으로 간주한다.

본 특허 출원서는 독일 특허 출원서 제 10 2009 057 566.9호를 우선권으로 주장하며, 상기 우선권 서류의 공개 내용은 인용의 방식으로 본 출원서에 수용된다.

Claims

적어도 하나의 층(2)을 캐리어(3)로부터 분리하기 위한 레이저 박리 방법용 장치(100)로서,
- 레이저 빔(L)을 발생하기 위한 레이저 그리고
- 적어도 하나의 빔 스플리터(4)를 구비하며,
이때
- 상기 레이저 빔(L)은 적어도 하나의 빔 스플리터(4)에 의해서 두 개 이상의 부분 빔(P)으로 분할되며,
- 상기 두 개 이상의 부분 빔(P)은 하나의 방사 평면(10) 안에서 겹쳐지며,
- 상기 방사 평면(10)은 상기 층(2)으로부터 떨어져서 마주보는 캐리어(3)의 주 측면(30)(main side)이 상기 방사 평면(10) 안에 배치되도록 설계되었으며, 그리고
- 상기 방사 평면(10)에서 두 개 이상의 부분 빔(P) 상호 간에 형성되는 각(α)은 적어도 1.0°인,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항에 있어서,
최대 20 %의 허용 오차를 갖는 모든 부분 빔(P)이 동일한 세기를 갖는,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 레이저 빔은 펄스 방식의 레이저 빔(L)이며, 그리고 상기 레이저 빔(L)의 펄스 지속 시간은 최대 50 ns이며, 그리고
상기 부분 빔들(P) 간의 시각적인 파장 차이는 상기 펄스 지속 시간의 적어도 0.025-배 그리고 최고 0.25-배인,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부분 빔들(P) 간에 형성되는 각(α)은 각각 7.5°(7.5° 포함) 내지 50°이며, 그리고 상기 부분 빔들(P)과 방사 평면(10)의 수직선(11) 간에 형성되는 각은 각각 0°(0° 포함) 내지 50°인,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 빔(L)이 N-1개의 빔 스플리터(4)에 의해서 N개의 부분 빔(P)으로 분할되며, 이때 N번째 빔 스플리터(4)의 반사율(R(N))에 대해서는 아래의 관계식이 적용되며:
R(N) = 1 / (N+1),
이때 N은 3(3 포함)과 8 사이의 정수이며, 그리고 이때 빔 스플리터(4)는 반사율이 증가함에 따라 방사 평면(10) 쪽으로 방사 경로를 따라서 배치된,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부분 빔들(P)이 각각의 해당 빔 스플리터(4)와 방사 평면(10) 사이에서는 방사선 방출을 목적으로 제공된 광학 소자(6)를 전혀 통과하지 않는,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부분 빔들(P)이 방사 평면(10) 안에서는 최대 15 %의 허용 오차로 각각 동일한 횡단면 그리고 동일한 가로 방향 연장부를 갖는,
레이저 박리 방법용 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
방사 평면(10) 안에 있는 모든 부분 빔(P)의 총 에너지 밀도가 펄스당 200 mJ/cm²(200 mJ/cm² 포함) 내지 850 mJ/cm²인,
레이저 박리 방법용 장치.
에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층 시퀀스(2)를 캐리어(3)로부터 분리하기 위한 레이저 박리 방법으로서,
- 캐리어(3) 상에서 에피택셜 방식으로 성장한 반도체 층(2) 또는 반도체 층 시퀀스(2)를 준비하는 단계,
- 하나의 레이저 빔(L)을 두 개 이상의 부분 빔(P)으로 분할하는 단계, 그리고
- 상기 반도체 층 시퀀스(2)로부터 떨어져서 마주보는 캐리어(3)의 주 측면(30)이 존재하는 방사 평면(10) 안에서 상기 부분 빔들(P)이 겹쳐지는 단계를 포함하며,
이때 상기 방사 평면(10)에서 두 개 이상의 부분 빔(P) 간에 상호 형성되는 각(α)의 크기는 적어도 1.0°인,
레이저 박리 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 반도체 층 시퀀스(2)로부터 떨어져서 마주보는 캐리어(3)의 주 측면(30)의 평균 거칠기가 0.1 ㎛(0.1 ㎛ 포함) 내지 5.0 ㎛인,
레이저 박리 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 캐리어(3)가 사파이어를 포함하거나 또는 사파이어로 이루어지며, 그리고 상기 반도체 층 시퀀스(2)가 GaN, InGaN 및/또는 AlGaN을 기본으로 하는,
레이저 박리 방법.
제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어(3)가 250 ㎛(250 ㎛ 포함) 내지 1.5 mm의 두께(T)를 가지며, 그리고 반도체 층 시퀀스(2) 쪽을 향하고 있는 캐리어(3)의 한 성장 측면(35)에서 상기 겹쳐진 부분 빔들(P)의 세기 변조는 상기 겹쳐진 부분 빔들(P)의 빔 프로파일(8)의 국부적인 엔벨로프(7)를 기준으로 최대 20 %에 달하는,
레이저 박리 방법.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 장치(100)에 의해서 실시되는,
레이저 박리 방법.