KR20130042448A - 플라즈마 검출 수단을 구비한 레이저 가공 장치 - Google Patents

플라즈마 검출 수단을 구비한 레이저 가공 장치 Download PDF

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KR20130042448A
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히로시 모리카즈
요코 니시노
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은, 에피택시 기판의 이면측으로부터 버퍼층에 레이저 광선을 조사함으로써 광디바이스층으로부터 사파이어 기판을 박리하는 데 알맞은 플라즈마 검출 수단을 구비한 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
사파이어 기판의 표면에 버퍼층을 개재하여 광디바이스층이 적층된 광디바이스 웨이퍼로부터 사파이어 기판을 박리하는 레이저 가공 장치로서, 광디바이스 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 광디바이스 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사하여 그 버퍼층을 파괴하는 레이저 광선 조사 수단과, 그 레이저 광선 조사 수단으로부터 광디바이스 웨이퍼에 레이저 광선이 조사됨으로써, 그 버퍼층에 생성되는 플라즈마광의 광강도를 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 그 플라즈마 검출 수단에 의해 검출된 플라즈마광의 광강도를 표시하는 표시 수단을 구비하고, 그 플라즈마 검출 수단은, 상기 플라즈마광에 있어서의 그 버퍼층을 형성하는 물질로부터 발생되는 파장 영역의 플라즈마광의 광강도를 검출한다.

Description

플라즈마 검출 수단을 구비한 레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS COMPRISING PLASMA DETECTING MEANS}
본 발명은, 플라즈마 검출 수단을 구비한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
광디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판 형상인 사파이어 기판 등의 에피택시 기판의 표면에 버퍼층을 개재하여 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하는 광디바이스층이 적층되어 격자형으로 형성된 복수의 스트리트에 의해 구획된 복수의 영역에 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스를 형성하여 광디바이스 웨이퍼를 구성한다. 그리고, 광디바이스 웨이퍼를 스트리트를 따라 분할함으로써 개개의 광디바이스를 제조하고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
또한, 광디바이스의 휘도를 향상시키는 기술로서, 광디바이스 웨이퍼를 구성하는 사파이어 기판 등의 에피택시 기판의 표면에 버퍼층을 개재하여 적층된 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하는 광디바이스층을, 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 실리콘(Si) 등의 이설 기판과 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 인듐(In), 팔라듐(pd) 등의 접합 금속층을 개재하여 접합하고, 에피택시 기판의 이면측으로부터 버퍼층에 레이저 광선을 조사함으로써 에피택시 기판을 박리하여, 광디바이스층을 이설 기판으로 옮기는 리프트 오프라고 불리는 제조 방법이 하기 특허문헌 2에 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성10-305420호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공표 제2005-516415호 공보
그렇게 하여, 버퍼층의 두께는 1 ㎛ 정도로 얇으며 n형 반도체층 및 p형 반도체층을 포함하는 광디바이스층과 동일한 질화갈륨으로 형성되어 있기 때문에, 레이저 광선을 조사하여 버퍼층만을 확실하게 파괴하는 것은 곤란하다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 에피택시 기판의 이면측으로부터 버퍼층에 레이저 광선을 조사함으로써 광디바이스층으로부터 사파이어 기판을 박리하는 데 알맞은 플라즈마 검출 수단을 구비한 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 사파이어 기판의 표면에 버퍼층을 개재하여 광디바이스층이 적층된 광디바이스 웨이퍼로부터 사파이어 기판을 박리하는 레이저 가공 장치로서, 광디바이스 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 광디바이스 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사하여 그 버퍼층을 파괴하는 레이저 광선 조사 수단과, 그 레이저 광선 조사 수단으로부터 광디바이스 웨이퍼에 레이저 광선이 조사됨으로써 그 버퍼층에 생성되는 플라즈마광의 광강도를 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 그 플라즈마 검출 수단에 의해 검출된 플라즈마광의 광강도를 표시하는 표시 수단을 구비하고, 그 플라즈마 검출 수단은, 상기 플라즈마광에 있어서의 그 버퍼층을 형성하는 물질로부터 발생되는 파장 영역의 플라즈마광의 광강도를 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 플라즈마 검출 수단은, 그 레이저 광선 조사 수단이 조사하는 레이저 광선을 통과시키고 그 버퍼층에서 생성되는 플라즈마광을 반사하는 다이크로익 미러와, 그 다이크로익 미러에서 반사된 플라즈마광 중 그 버퍼층을 형성하는 물질로부터 발생되는 파장 영역의 플라즈마광을 통과시키는 밴드 패스 필터와, 그 밴드 패스 필터를 통과한 플라즈마광의 광강도를 검출하는 포토디텍터를 포함하고, 그 포토디텍터의 검출 결과가 그 표시 수단에 표시된다.
본 발명의 레이저 가공 장치는, 버퍼층에 레이저 광선을 조사하였을 때에 생성되는 플라즈마광의 광강도를 검출하는 플라즈마 검출 수단을 구비하고 있기 때문에, 표시 수단에 표시된 정보에 기초하여 출력 조정 수단을 조정하여 버퍼층만을 파괴하는 적정한 레이저 광선의 파워를 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단 및 플라즈마 검출 수단의 블록 구성도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 플라즈마 검출 수단의 다른 실시형태를 나타내는 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 광선의 출력 설정 방법에 사용되는 광디바이스 웨이퍼의 사시도 및 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 광디바이스 웨이퍼의 광디바이스층의 표면에 이설 기판을 접합하는 이설 기판 접합 공정의 설명도이다.
도 6은 환형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프의 표면에 광디바이스 웨이퍼에 접합된 이설 기판측을 점착한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 광선의 출력 설정 방법에 있어서의 레이저 광선 조사 공정의 설명도이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 광선의 출력 설정 방법에 있어서의 플라즈마 광강도 표시 공정의 설명도이다.
도 9는 에피택시 기판의 이면측으로부터 버퍼층에 레이저 광선을 조사하는 박리용 레이저 광선 조사 공정의 설명도이다.
도 10은 에피택시 기판을 광디바이스층으로부터 박리하는 에피택시 기판 박리 공정의 설명도이다.
이하, 본 발명에 따른 레이저 광선의 출력 설정 방법 및 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따른 레이저 광선의 출력 설정 방법을 실시하기 위한 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 그 정지 베이스(2)에 화살표(X)로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 X축 방향과 직교하는 화살표(Y)로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 그 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표(Z)로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 그 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 그 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 화살표(Y)로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 그 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있으며, 흡착 척(361)의 상면(유지면)에 피가공물인, 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 설치되어 있다.
상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되며, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31)의 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 그 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 축받이 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.
상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, 화살표(Y)로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 마련된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322)의 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 그 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 축받이 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 화살표(Y)로 나타내는 인덱싱 이송 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(41, 41)과, 그 안내 레일(41, 41) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 설치된 이동 지지부(421)와, 그 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는, 한쪽의 측면에 Z축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 마련되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한쌍의 안내 레일(41, 41)의 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(431)와, 그 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 축받이 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 마련된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 그 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(6)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 마련된 한쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 감합하는 한쌍의 피안내홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(53)은, 한쌍의 안내 레일(423, 423)의 사이에 설치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 그 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(6)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시된 실시형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 상방으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(6)을 하방으로 이동시키도록 되어 있다.
레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(61)을 포함하고 있다. 이 레이저 광선 조사 수단(6)에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다. 도시된 레이저 광선 조사 수단(6)은, 상기 케이싱(61) 내에 설치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)과, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(63)과, 그 출력 조정 수단(63)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(64)를 구비하고 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)은, 예컨대 파장이 257 ㎚인 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기(621)와, 펄스 레이저 발진기(621)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단(622)과, 펄스 레이저 발진기(621)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 수단(623)으로 구성되어 있다. 상기 출력 조정 수단(63)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 정해진 출력으로 조정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)의 펄스 레이저 발진기(621), 반복 주파수 설정 수단(622), 펄스폭 조정 수단(623) 및 출력 조정 수단(63)은, 제어 수단(7)에 의해 제어된다.
상기 집광기(64)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되어 출력 조정 수단(63)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 척 테이블(36)의 유지면을 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러(641)와, 그 방향 변환 미러(641)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(642)를 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 집광기(64)는, 도 1에 나타내는 바와 같이 케이싱(61)의 선단에 장착된다.
도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되어 출력 조정 수단(63)에 의해 출력이 조정된 펄스 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 광강도를 검출하는 플라즈마 검출 수단(8)을 구비하고 있다. 이 플라즈마 검출 수단(8)은, 상기 방향 변환 미러(641)와 집광 렌즈(642) 사이에 설치되어 펄스 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를 반사하는 다이크로익 미러(81)와, 그 다이크로익 미러(81)에 의해 반사된 플라즈마에 있어서의 정해진 파장 영역(도시된 실시형태에 있어서는 400 nm～420 ㎚)의 광을 통과시키는 밴드 패스 필터(82)와, 그 밴드 패스 필터(82)를 통과한 플라즈마의 광을 수광하는 포토디텍터(83)를 구비하고 있다.
상기 다이크로익 미러(81)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)으로부터 발진되어 방향 변환 미러(641)에 의해 방향 변환된 파장이 257 ㎚인 펄스 레이저 광선은 통과시키지만, 펄스 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마는 밴드 패스 필터(82)를 향하여 반사한다. 상기 밴드 패스 필터(82)는, 갈륨(Ga)의 플라즈마의 파장인 410 ㎚에 대하여 ±10 ㎚의 범위(400 nm～420 ㎚)의 파장의 광을 통과시키고, 그 외의 파장의 광을 차단한다. 상기 포토디텍터(83)는, 밴드 패스 필터(82)를 통과한 플라즈마를 수광하여, 수광 신호를 광강도 신호로 하여 제어 수단(7)에 송신한다. 제어 수단(7)은, 포토디텍터(83)로부터 송신된 플라즈마의 400 nm～420 ㎚의 파장 영역에 있어의 광강도를 표시 수단(70)에 출력한다. 또한, 제어 수단(7)에는, 입력 수단(71)으로부터 가공 조건 등이 입력된다.
다음에, 플라즈마 검출 수단(8)의 다른 실시형태에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 나타내는 플라즈마 검출 수단(8)은, 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)로부터 조사되는 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를, 집광기(64)에 인접하여 설치된 플라즈마 수광 수단(85)에 의해 수광하여, 상기 밴드 패스 필터(82)를 통하여 포토디텍터(83)에 유도하도록 구성되어 있다.
도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는, 케이싱(61)의 전단부(前端部)에 설치되어 상기 레이저 광선 조사 수단(6)에 의해 레이저 가공하여야 하는 가공 영역을 촬상하는 얼라인먼트 수단(9)을 구비하고 있다. 이 얼라인먼트 수단(9)은, 현미경이나 CCD 카메라 등의 광학 수단을 포함하고, 촬상한 화상 신호를 제어 수단(7)에 송신한다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다.
도 4의 (a) 및 (b)에는, 전술한 레이저 가공 장치(1)에 의해 가공되는 광디바이스 웨이퍼의 사시도 및 주요부 확대 단면도가 나타나 있다. 도 4의 (a) 및 (b)에 나타내는 광디바이스 웨이퍼(10)는, 직경이 50 ㎜이며 두께가 600 ㎛인 원판 형상인 사파이어 기판으로 이루어지는 에피택시 기판(11)의 표면(11a)에, n형 질화갈륨 반도체층(121) 및 p형 질화갈륨 반도체층(122)을 포함하는 광디바이스층(12)이 에피택셜 성장법에 의해 형성되어 있다. 또한, 에피택시 기판(11)의 표면에, 에피택셜 성장법에 의해 n형 질화갈륨 반도체층(121) 및 p형 질화갈륨 반도체층(122)을 포함하는 광디바이스층(12)을 적층할 때에, 에피택시 기판(11)의 표면(11a)과 광디바이스층(12)을 형성하는 n형 질화갈륨 반도체층(121) 사이에는, 질화갈륨(GaN)으로 이루어지는, 두께가 예컨대 1 ㎛인 버퍼층(13)이 형성된다. 이와 같이 구성된 광디바이스 웨이퍼(10)는, 도시된 실시형태에 있어서는 광디바이스층(12)의 두께가, 예컨대 10 ㎛로 형성되어 있다. 또한, 광디바이스층(12)은, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(123)에 의해 구획된 복수의 영역에 광디바이스(124)가 형성되어 있다.
전술한 바와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)에 있어서의 에피택시 기판(11)을 광디바이스층(12)으로부터 박리하여 이설 기판으로 옮기기 위해서는, 광디바이스층(12)의 표면(12a)에 이설 기판을 접합하는 이설 기판 접합 공정을 실시한다. 즉, 도 5의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 에피택시 기판(11)의 표면(11a)에 형성된 광디바이스층(12)의 표면(12a)에, 두께가 1 ㎜인 구리 기판으로 이루어지는 이설 기판(15)을, 주석으로 이루어지는 접합 금속층(16)을 개재하여 접합한다. 또한, 이설 기판(15)으로서는 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 등을 이용할 수 있고, 또한, 접합 금속층(16)을 형성하는 접합 금속으로서는 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 인듐(In), 팔라듐(Pd) 등을 이용할 수 있다. 이 이설 기판 접합 공정는, 에피택시 기판(11)의 표면(11a)에 형성된 광디바이스층(12)의 표면(12a) 또는 이설 기판(15)의 표면(15a)에, 상기 접합 금속을 증착하여 두께가 3 ㎛ 정도인 접합 금속층(16)을 형성하고, 이 접합 금속층(16)과 이설 기판(15)의 표면(15a) 또는 광디바이스층(12)의 표면(12a)을 대면시켜 압착함으로써, 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 광디바이스층(12)의 표면(12a)에 이설 기판(15)의 표면(15a)을 접합 금속층(16)을 개재하여 접합할 수 있다.
다음에, 전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여 상기 에피택시 기판(11)의 이면측으로부터 버퍼층(13)에 레이저 광선을 조사함으로써 에피택시 기판(11)을 박리할 때에, 레이저 광선의 출력을 설정하는 방법에 대해서 설명한다.
상기 레이저 광선의 출력을 설정하는 방법을 실시하기 위해서는, 우선 도 6에 나타내는 바와 같이 환형의 프레임(F)에 장착된 다이싱 테이프(T)의 표면에, 광디바이스 웨이퍼(10)에 접합된 이설 기판(15)측을 점착한다(광디바이스 웨이퍼 지지 공정). 따라서, 다이싱 테이프(T)의 표면에 점착된 이설 기판(15)이 접합되어 있는 광디바이스 웨이퍼(10)의 에피택시 기판(11)의 이면(11b)이 상측이 된다.
전술한 웨이퍼 지지 공정을 실시하였다면, 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)의 척 테이블(36) 상에, 전술한 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 에피택시 기판(11)에 접합된 이설 기판(15)이 점착되어 있는 다이싱 테이프(T)측을 배치하고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동시켜 척 테이블(36) 상에 다이싱 테이프(T)를 통하여 광디바이스 웨이퍼(10)를 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척 테이블(36) 상에 유지된 광디바이스 웨이퍼(10)는, 에피택시 기판(11)의 이면(11b)이 상측이 된다. 그리고, 다이싱 테이프(T)가 장착된 환형의 프레임(F)을 척 테이블(36)에 설치된 클램프(362)에 의해 고정한다.
전술한 웨이퍼 유지 공정을 실시하였다면, 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 광디바이스 웨이퍼(10)의 광디바이스(124)가 형성되어 있지 않은 외주부(외주 잉여 영역)를 집광기(64)의 직하에 위치 부여한다. 그리고, 에피택시 기판(11)의 이면(11b)(상면)측으로부터 버퍼층(13)에, 사파이어에 대해서는 투과성을 가지며 질화갈륨(GaN)에 대해서는 흡수성을 갖는 파장(257 ㎚)의 레이저 광선을, 출력을 변경하면서 조사하는 레이저 광선 조사 공정을 실시한다. 이 레이저 광선 조사 공정에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 평균 출력을, 예컨대 0.09 W, 0.10 W, 0.11 W, 0.12 W, 0.13 W, 0.14 W로 설정하고, 도 7에 나타내는 바와 같이 순차 조사한다. 또한, 도시된 실시형태에 있어서는 레이저 광선 조사 공정에 있어서 조사하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수는 50 ㎑, 펄스폭은 100 ㎰로 설정되어 있다. 또한, 레이저 광선 조사 공정에 있어서 집광기(64)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 버퍼층(13)의 상면에 있어서의 스폿 직경은, 70 ㎛로 설정되어 있다. 이 스폿 직경은, 집광 스폿 직경이어도 좋고, 디포커스에 의한 스폿 직경이어도 좋다.
전술한 레이저 광선 조사 공정을 실시하고 있을 때에, 제어 수단(7)은 플라즈마 검출 수단(8)을 작동시킨다. 따라서, 버퍼층(13)에 펄스 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마는, 집광 렌즈(642), 다이크로익 미러(81), 밴드 패스 필터(82)를 통하여 파장이 400 nm～420 ㎚인 광이 포토디텍터(83)에 수광된다. 그리고, 포토디텍터(83)는 수광된 광강도 신호를 전압 신호로 하여 제어 수단(7)에 송신한다. 제어 수단(7)은, 포토디텍터(83)로부터의 광강도 신호(전압 신호)에 기초하여, 버퍼층(13)에 조사한 펄스 레이저 광선의 출력에 대응하여 각각 플라즈마의 광강도를 도 8에 나타내는 바와 같이 표시 수단(70)에 출력한다(플라즈마 광강도 표시 공정).
전술한 플라즈마 광강도 표시 공정을 실시함으로써, 표시 수단(70)에 표시된, 버퍼층(13)에 조사한 펄스 레이저 광선의 출력에 대응한 플라즈마의 광강도에 기초하여, 오퍼레이터는 광강도와 버퍼층의 파괴의 상태를 검증하여, 버퍼층(13)만이 확실하게 분해되는 적정 출력으로서, 예컨대 0.12 W로 설정한다(출력 설정 공정). 그리고, 오퍼레이터는 레이저 광선의 적정 출력을(도시된 실시형태에 있어서는 0.12 W)을 입력 수단(71)으로부터 입력한다. 이와 같이 하여 입력된 레이저 광선의 적정 출력을 제어 수단(7)은 내장하는 메모리에 일시에 저장하고, 후술하는 박리용 레이저 광선 조사 공정에 있어서 출력을 조정한다. 또한, 오퍼레이터는 레이저 광선의 적정 출력(도시된 실시형태에 있어서는 0.12 W)을 조사하였을 때의 플라즈마의 광강도(도시된 실시형태에 있어서는 0.38 V)를 입력 수단(71)으로부터 입력하고, 제어 수단(7)의 메모리에 저장한다. 따라서, 이후에 가공하는 동종의 광디바이스 웨이퍼에 대해서는, 제어 수단(7)은 메모리에 저장된 플라즈마의 광강도(도시된 실시형태에 있어서는 0.38 V)가 검출된 레이저 광선의 출력을 적정 출력으로서 설정할 수 있다.
전술한 바와 같이 버퍼층(13)에 조사하는 펄스 레이저 광선의 적정 출력(도시된 실시형태에 있어서는 0.12 W)을 설정하였다면, 상기 레이저 광선 조사 공정과 마찬가지로 상기 에피택시 기판(11)의 이면(11b)(상면)측으로부터 버퍼층(13)에, 사파이어에 대해서는 투과성을 가지며 질화갈륨(GaN)에 대해서는 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을, 평균 출력을 상기 적정 출력(도시된 실시형태에 있어서는 0.12 W)으로 설정하여 조사하여, 버퍼층(13)을 분해(파괴)하는 박리용 레이저 광선 조사 공정을 실시한다. 이 박리용 레이저 광선 조사 공정은, 척 테이블(36)을 도 9의 (a)에서 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 일단(도 9의 (a)에 있어서 좌단)을 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)의 직하에 위치 부여한다. 다음에, 집광기(64)로부터 조사하는 펄스 레이저 광선의 버퍼층(13)의 상면에 있어서의 스폿(S)의 스폿 직경을 70 ㎛로 설정한다. 이 스폿 직경은, 상기 레이저 광선 조사 공정과 마찬가지로 집광 스폿 직경이어도 좋고, 디포커스에 의한 스폿 직경이어도 좋다. 그리고, 제어 수단(7)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)을 작동시키며 출력 조정 수단(63)을 제어하여, 펄스 레이저 광선 발진 수단(62)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 평균 출력을 0.12 W로 조정하여, 집광기(64)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36)을 도 9의 (a)에 있어서 화살표(X1)로 나타내는 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 도 9의 (c)에서 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(6)의 집광기(64)의 조사 위치에 에피택시 기판(11)의 타단(도 9의 (c)에 있어서 우단)이 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하며 척 테이블(36)의 이동을 정지한다(박리용 레이저 광선 조사 공정). 이 박리용 레이저 광선 조사 공정을 버퍼층(13)의 전체면에 대응하는 영역에 실시한다. 이 결과, 버퍼층(13)이 분해되어, 버퍼층(13)에 의한 에피택시 기판(11)과 광디바이스층(12)의 결합 기능이 상실된다.
상기 박리용 레이저 광선 조사 공정에 있어서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
광원: YAG 펄스 레이저
파장: 257 ㎚
평균 출력: 0.12 W
반복 주파수: 50 ㎑
펄스폭: 100 ㎰
스폿 직경: φ70 ㎛
가공 이송 속도: 600 ㎜/초
전술한 박리용 레이저 광선 조사 공정을 실시하였다면, 에피택시 기판(11)을 광디바이스층(12)으로부터 박리하는 에피택시 기판 박리 공정을 실시한다. 즉, 에피택시 기판(11)과 광디바이스층(12)이 결합하고 있는 버퍼층(13)은, 박리용 레이저 광선 조사 공정을 실시함으로써 결합 기능이 상실되어 있기 때문에, 도 10에 나타내는 바와 같이 에피택시 기판(11)은 광디바이스층(12)으로부터 용이하게 박리할 수 있다(에피택시 기판 박리 공정). 이와 같이 광디바이스 웨이퍼(10)를 구성하는 에피택시 기판(11)을 박리함으로써, 에피택시 기판(11)의 표면에 적층된 광디바이스층(12)은 이설 기판(15)으로 원활하게 옮겨지게 된다.
1: 레이저 가공 장치 3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블 37: 가공 이송 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단
4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
43: 제2 인덱싱 이송 수단 5: 레이저 광선 조사 유닛
53: 집광점 위치 조정 수단 6: 레이저 광선 조사 수단
62: 펄스 레이저 광선 발진 수단 63: 출력 조정 수단
64: 집광기 7: 제어 수단
70: 표시 수단 71: 입력 수단
8: 플라즈마 검출 수단 81: 다이크로익 미러
82: 밴드 패스 필터 83: 포토디텍터
9: 얼라인먼트 수단 10: 광디바이스 웨이퍼
11: 에피택시 기판 12: 광디바이스층
13: 버퍼층 15: 이설 기판
F: 환형의 프레임 T: 다이싱 테이프

Claims (2)

  1. 사파이어 기판의 표면에 버퍼층을 개재하여 광디바이스층이 적층된 광디바이스 웨이퍼로부터 사파이어 기판을 박리하는 레이저 가공 장치로서,
    광디바이스 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과,
    상기 척 테이블에 유지된 광디바이스 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사하여, 상기 버퍼층을 파괴하는 레이저 광선 조사 수단과,
    상기 레이저 광선 조사 수단으로부터 광디바이스 웨이퍼에 레이저 광선이 조사됨으로써, 상기 버퍼층에 생성되는 플라즈마광의 광강도를 검출하는 플라즈마 검출 수단과,
    상기 플라즈마 검출 수단에 의해 검출된 플라즈마광의 광강도를 표시하는 표시 수단
    을 구비하고,
    상기 플라즈마 검출 수단은, 상기 플라즈마광에 있어서의 상기 버퍼층을 형성하는 물질로부터 발생되는 파장 영역의 플라즈마광의 광강도를 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 검출 수단은, 상기 레이저 광선 조사 수단이 조사하는 레이저 광선을 통과시키고 상기 버퍼층에서 생성되는 플라즈마광을 반사하는 다이크로익 미러와, 상기 다이크로익 미러에서 반사된 플라즈마광 중 상기 버퍼층을 형성하는 물질로부터 발생되는 파장 영역의 플라즈마광을 통과시키는 밴드 패스 필터와, 상기 밴드 패스 필터를 통과한 플라즈마광의 광강도를 검출하는 포토디텍터를 포함하고,
    상기 포토디텍터의 검출 결과는 상기 표시 수단에 표시되는 것인 레이저 가공 장치.
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