KR20150116778A - 레이저 리프트 오프 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 작은 워크를 대상으로 하여 리프트 오프를 하는 경우에, 워크로부터의 부재의 돌출에 의해 발생하는 문제를 방지한 구조의 레이저 리프트 오프 장치를 제공한다.
[해결 수단] 사파이어 기판(S1)과 재료층(M)으로 이루어지는 각 칩형상 워크(W)가 붙여진 서포트 기판(S2)이 워크 스테이지(4)에 올려놓여지고, 각 칩형상 워크(W)에 대해 레이저원(1)으로부터의 레이저광이 마스크(21)를 통해 투영 렌즈(2)에 의해 조사된다. 리프트 오프시에 칩형상 워크(W)로부터 튀어나오는 사파이어 기판(S1)은, 도달 위치 규제 부재에 의해 그 도달 위치가 규제된다. 이에 의해, 사파이어 기판(S1)의 도달에 기인한 문제가 방지된다.

Description

레이저 리프트 오프 장치{LASER LIFT-OFF APPARATUS}

이 출원의 발명은, 두 개의 부재로 이루어지는 워크에 대해 레이저광을 조사함으로써 한쪽 부재를 다른쪽 부재로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프의 기술에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에 있어서 적절하게 이용할 수 있는 레이저 리프트 오프의 기술에 관한 것이다.

LED나 반도체 레이저라고 하는 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에서는, 투광성 및 양호한 절연성을 가지는 사파이어 기판이 자주 사용되고, 사파이어 기판 상에 결정 성장 등에 의해 재료층이 만들어진다. 최종적으로는 사파이어 기판은 불필요하게 되는 경우가 많아, 광의 취출 효율을 향상시키거나 도통 구조를 콤팩트하게 하는 관점으로부터, 사파이어 기판을 재료층으로부터 박리시켜 제거하는 리프트 오프 공정이 행해지는 것이 많아지고 있다. 사파이어 기판의 리프트 오프에는, 기초인 재료층에 손상을 주는 일 없이 행할 필요가 있기 때문에, 레이저광 조사에 의한 리프트 오프(레이저 리프트 오프, LLO)의 기술이 채용되고 있다.

특허 문헌 1에는, 이러한 레이저 리프트 오프를 행하는 장치(레이저 리프트 오프 장치)의 일례가 개시되어 있다. 도 9는, 이러한 종래예의 레이저 리프트 오프 장치의 정면 개략도이다. 종래예의 레이저 리프트 오프 장치는, 레이저원(1), 레이저원(1)으로부터의 레이저광의 조사 위치에 워크(W)를 유지시키는 스테이지(이하, 워크 스테이지)(4), 워크 스테이지(4)에 대해 설정된 조사 위치에 레이저원(1)으로부터의 레이저광을 인도하는 레이저 광학계(20) 등을 구비하고 있다.

레이저 광학계(20)는, 워크(W)에 대해 원하는 패턴으로 레이저광을 조사하기 위해, 마스크(21)와 투영 렌즈(2)를 포함하고 있다. 투영 렌즈(2)는, 워크(W)에 대해 마스크(21)의 패턴을 투영하는 것이다.

특허 문헌 1에서는, 예를 들어 질화갈륨(GaN)계 반도체에 의해 형성되는 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에 있어서 레이저 리프트 오프를 행하는 점이 개시되어 있다. 이 프로세스에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 사파이어 기판(S1)과 사파이어 기판(S1)에 형성된 재료층(M)으로 이루어지는 것이 워크(W)로 되어 있다. 재료층이란, 발광 작용을 하는 또는 발광에 관여하는 반도체층인 것이며, GaN계이면, p-GaN층, n-GaN층 및 그들 사이에 끼인 활성층(발광층) 등으로 이루어진다.

도 10은, 종래의 레이저 리프트 오프 공정을 포함하는 프로세스의 개략에 대해 도시한 도이다. 도 10에 있어서, 마찬가지로 GaN계 반도체 발광 소자의 제조 프로세스를 예로 들면, 우선, 사파이어 기판(S1) 상에 GaN층을 포함하는 재료층(M)이나 전극(도시하지 않음) 등을 형성한다(도 10(1)). 그리고, 그 위에 서포트 기판(S2)을 씌워 접합한다(도 10(2)). 다음에, 전체를 뒤집어 사파이어 기판(S1)을 상측으로 한 상태에서 레이저광(L)을 조사한다(도 10(3)). 워크를 이동시키면서 레이저광(L)이 순차적으로 조사되고, 레이저광(L)은, 사파이어 기판(S1)과 재료층(M)의 계면의 전면에 조사된다. 레이저광(L)의 조사에 의해, 계면에 있어서 재료층(M)의 GaN이 분해된다. GaN의 분해에 의해 질소 가스가 발생함과 더불어, 재료층(M)의 표면에는 얇은 Ga의 층이 형성된다.

레이저광 조사 후, 워크(W)를 30℃ 정도로 가열하여 Ga층을 융해시키고, 사파이어 기판(S1)을 재료층(M)으로부터 박리시켜 떼어 놓는다(도 10(4)). 또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 종래예의 레이저 리프트 오프에서는, 사파이어 기판(S1)과 재료층(M)으로 이루어지는 것이 워크이다.

레이저 리프트 오프 공정 후, 절단 공정이 행해진다. 절단 공정은, 재료층(M)과 서포트 기판(S2)으로 이루어지는 워크를 절단하여 칩형상으로 한다. 그 후, 조립 공정에서 패키징되어, 최종적인 제품이 된다.

일본국 특허 공개 2012-191112호 공보

주지와 같이, LED나 반도체 레이저라고 하는 반도체 발광 소자의 칩 사이즈는, 수백μm 정도부터 수mm 정도까지 다양한데, 어느 쪽이든 미소한 것이다. 이러한 미소한 칩 사이즈의 발광 소자를 제조하는 경우, 통상, 비교적 큰 기판 상에 소자 구조를 만든 후, 절단(다이싱) 공정을 행하여 개개의 칩을 얻는다.

상기 서술한 바와 같이, 종래의 레이저 리프트 오프 공정은, 절단 공정보다 전의 공정으로서 실시되고 있고, 예를 들어 직경 100~200mm라고 하는 크기의 사파이어 기판을 포함하는 워크에 대해 리프트 오프를 행하고 있다. 그러나, 프로세스상의 사정으로부터, 절단 공정 후에 레이저 리프트 오프 공정이 행해지는 경우가 있다. 발명자의 연구에 의하면, 절단 공정 후에 레이저 리프트 오프 공정을 행하면, 예측할 수 없었던 새로운 문제가 발생하는 것이 판명되었다. 이하, 이 점에 대해, 도 11 및 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 11 및 도 12는, 종래예의 레이저 리프트 오프 장치에 있어서의 문제에 대해 도시한 정면도이다.

절단 공정을 행하고 나서 리프트 오프 공정을 행하는 경우에는, 워크는 칩이 된다. 즉, 각각 칩형상의 워크(이하, 칩형상 워크라고 한다)(W)에 대해 리프트 오프가 행해진다. 각 칩형상 워크(W)는, 서포트 기판(S2) 위에 붙여지고, 장치에 투입된다. 그리고, 각 칩형상 워크(W)에 레이저광이 조사되고, 각각 사파이어 기판(S1)이 재료층(M)으로부터 박리되어 제거된다.

발명자의 연구에 의하면, 칩형상 워크(W)에 레이저광을 조사하여 리프트 오프를 행하면, 절단 전의 워크에 대해 레이저광을 조사하여 리프트 오프를 행하는 경우에는 생각되지 않았던 문제가 발생하는 것이 판명되었다.

칩형상 워크(W)에 레이저광을 조사하는 경우, 조사 대상물이 작기 때문에, 1회의 펄스로 워크(W)의 전면(계면의 전면)을 커버하는 것이 가능하고, 1회의 펄스로 리프트 오프를 완료시키는 것도 가능하다. 그러나, 발명자의 실험에 의하면, 작은 칩형상 워크(W)에 대해 1회의 펄스로 리프트 오프를 완료하도록 하면, 박리되는 사파이어 기판(S1)도 작기 때문에, 박리에 의해 사파이어 기판(S1)이 튀어나온다. 이는, 워크(W)에 있어서 계면의 전면에서 질소 가스가 발생하고, 사파이어 기판(S1)이 전면에서 질소 가스의 증발 압력을 받기 때문이다.

이 경우, 튀어나온 사파이어 기판(S1)의 도달 위치에 따라서는, 문제가 발생할 수 있다. 문제 중 하나는, 투영 렌즈의 손상이다. 이 문제가, 도 11에 도시되어 있다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 레이저 광학계(20)는, 워크 스테이지(4)에 대향시킨 상태로 투영 렌즈(2)를 구비하고 있다. 칩형상 워크(W)에 대해 레이저 리프트 오프를 행하면, 도 11에 도시하는 바와 같이 기세 좋게 튀어나온 사파이어 기판(S1)이 투영 렌즈(2)에 충돌하여, 투영 렌즈(2)를 손상시켜 버리는 것이 판명되었다.

투영 렌즈(2)는 매우 고가의 광학 부품이며, 손상에 의해 교환이 필요하게 되면, 비용상의 문제가 발생한다. 또, 위치 맞춤 등이 필요하기 때문에 교환 자체도 용이하지 않고, 장치의 가동을 정지해야만 하므로, 생산성 악화의 요인이 될 수 있다. 투영 렌즈(2)의 손상을 방지하기 위해, 사파이어 기판(S1)이 튀어나오는 타이밍에 맞추어 투영 렌즈(2)를 퇴피시키는 것도 생각할 수 있지만, 투영 렌즈(2)는, 레이저 광학계(20)의 심장부이기 때문에 매우 정밀한 위치 정밀도가 요구되므로 비현실적이며, 가능하다고 하더라도 매우 대규모의 기구가 되어 버린다.

튀어나오는 사파이어 기판(S1)에 의한 손상을 방지하기 위해, 칩형상 워크(W)에 대해 투영 렌즈(2)를 멀리 떨어진 위치에 배치하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 투영 렌즈(2)의 위치는, 마스크(21)의 투영 배율이나 초점 거리 등에 의해 결정되는 것이며, 투영 렌즈(2)의 위치를 크게 움직이려면 광학 설계를 처음부터 다시 시작할 필요가 있다. 또, 발명자가 실험에 의해 확인한 점은, 칩형상 워크(S1)는 1m 또는 그 이상의 높이까지 튀어오른다. 따라서, 투영 렌즈(2)로의 충돌을 회피하려면, 그 이상 떨어진 위치에 배치할 필요가 있는데, 1m 이상이나 떨어진 위치에 투영 렌즈(2)를 배치하는 것은, 필요한 렌즈의 밝기(NA)나 해상도 등을 고려하면, 현실적으로 가능한 광학 설계라고 할 수 없다. 따라서, 투영 렌즈(2)의 위치를 변경하는 일 없이 손상을 방지하는 것이 요구된다.

또, 튀어나온 사파이어 기판(S1)의 도달 위치에 따라서는, 다음 칩형상 워크(W)에 대한 리프트 오프 처리의 장해가 될 수 있다. 이 문제가, 도 12에 도시되어 있다.

도 12에 도시하는 바와 같이 서포트 기판(S2) 상에 각 칩형상 워크(W)가 배열되어 있는 경우에는, 워크 스테이지(4)를 순서대로 이동시켜 각 칩형상 워크(W)를 순차적으로 조사 위치에 위치시키고 리프트 오프를 행한다. 이 경우, 어느 칩형상 워크(W)의 리프트 오프에 있어서 튀어나온 사파이어 기판(S1)이 다른 칩형상 워크(W) 위에 낙하하여 씌워져 버리면, 그 다른 칩형상 워크(W)에 대한 리프트 오프의 장해가 된다. 즉, 씌워진 것은 사파이어 기판(S1)이며, 투광성이지만, 레이저광을 산란시켜 버리므로, 하측의 칩형상 워크(W)에 대해 충분한 강도의 균일한 레이저광이 조사되지 않게 되어 버린다. 이 결과, 상기 칩형상 워크(W)에 대해 리프트 오프가 불충분해지거나, 불균일한 레이저광 조사에 의해 재료층에 균열 등의 손상이 발생할 우려가 있다.

또, 펄스의 주기에 따라서는, 사파이어 기판(S1)이 직하에 비행(낙하)하고 있는 타이밍에 다음 펄스의 레이저광이 조사되는 경우도 있을 수 있다. 이 경우, 광로 상에(즉 레이저광의 빔 내에) 사파이어 기판(S1)이 위치하기 때문에, 사파이어 기판(S1)에 의해 레이저광이 산란된다. 이 결과, 마찬가지로 레이저광의 조도가 부족하거나 불균일하게 되어, 다음 칩형상 워크(W)에 대한 리프트 오프가 불량이 될 우려가 있다.

이 출원의 발명은, 상기 서술한 각 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 절단 공정 후에 레이저 리프트 오프 공정을 행하는 경우와 같이, 작은 워크를 대상으로 하여 리프트 오프를 하는 경우에 워크로부터의 부재의 돌출에 의해 발생하는 문제를 방지한 구조의 레이저 리프트 오프 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본원의 청구항 1에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은,

레이저원과,

레이저원으로부터의 레이저광을 조사 위치로 인도하는 레이저 광학계와,

조사 위치에 워크를 유지하는 워크 스테이지를 구비한 레이저 리프트 오프 장치로서,

레이저광 조사에 의해 박리되어 워크로부터 튀어나온 돌출 부재가 도달하는 위치를 규제하는 도달 위치 규제 부재가 설치되어 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 2에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 1의 구성에 있어서, 상기 도달 위치 규제 부재는, 투영 렌즈의 출사측에 있어서 투영 렌즈를 덮어 보호하는 보호 부재이며, 상기 돌출 부재가 투영 렌즈에 도달하지 않도록 하는 부재라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 3에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 2의 구성에 있어서, 상기 보호 부재가 상기 투영 렌즈를 덮는 위치에 배치된 상태에 있어서, 상기 보호 부재의 출사측의 면은, 상기 투영 렌즈의 광축에 수직인 면에 대해 10도 이상 60도 이하의 각도로 되어 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 4에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 2의 구성에 있어서, 상기 보호 부재는 상기 레이저광을 투과시키는 재료로 형성되어 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 5에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 4의 구성에 있어서, 상기 보호 부재는 평판형상이라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 6에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 4의 구성에 있어서, 상기 보호 부재는 사파이어제라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 7에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 2의 구성에 있어서, 상기 레이저원은 펄스 발진의 레이저원이며,

상기 보호 부재를 상기 레이저광의 펄스 발진시에는 상기 투영 렌즈를 덮지 않는 위치에 위치시키고, 상기 레이저광의 펄스 발진의 사이에 상기 보호 부재를 상기 투영 렌즈를 덮는 위치에 위치시키는 구동 기구를 구비하고 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 8에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 2 내지 7 중 어느 한 구성에 있어서,

상기 워크는, 칩형상 워크이며,

상기 투영 렌즈는, 상기 레이저원으로부터의 레이저광을 상기 워크의 사이즈보다 큰 조사 패턴으로 투영하는 것이며,

상기 이동 기구는, 투영 렌즈에 의한 레이저광의 조사 패턴 내에 1개의 상기 워크가 위치하도록 조사 위치를 상대적으로 이동시키는 것이고,

상기 레이저원은 펄스 발진의 레이저원이며,

또한,

상기 레이저원으로부터 출력되는 1펄스의 에너지를 계측하는 계측기와, 계측기에서의 계측 결과에 따라 상기 레이저원을 제어하는 제어부를 구비하고 있고,

제어부는, 1펄스의 레이저광 조사에 의해 1개의 상기 워크로부터 상기 돌출 부재가 박리되어 제거되는 것이 가능한 에너지가 되도록 상기 레이저원을 제어하는 것이라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 9에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 1의 구성에 있어서, 상기 도달 위치 규제 부재는, 상기 돌출 부재가 상기 조사 위치와 상기 레이저 광학계 사이의 광로를 벗어난 위치에 도달하도록 상기 돌출 부재를 상기 광로로부터 퇴피시키는 퇴피 부재라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 10에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 9의 구성에 있어서, 상기 퇴피 부재는, 상기 조사 위치와 상기 레이저 광학계 사이의 광로 상에 상기 광로와 교차하는 방향의 기류를 발생시키는 블로어라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 11에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 10의 구성에 있어서, 상기 블로어는, 형성하는 기류의 방향이 상기 광로에 대해 비스듬하게 교차하는 방향으로서 상기 조사 위치측이 상류측이 되는 위치에 배치되어 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 12에 기재된 발명은, 상기 청구항 10의 구성에 있어서, 상기 레이저 광학계와 상기 조사 위치 사이의 광로를 둘러싸는 정류 부재가 설치되어 있고, 정류 부재에는, 상기 기류를 발생시키는 구멍이 형성되어 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 13에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 10의 구성에 있어서, 상기 레이저 광학계의 출사측의 광로 상에 상기 광로를 횡단하는 상태로 위치하는 받이 부재가 설치되어 있고, 상기 퇴피 부재는, 상기 조사 위치와 받이 부재 사이의 광로 상으로부터 상기 돌출 부재를 퇴피시키는 수단이라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 14에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 13의 구성에 있어서, 상기 받이 부재의 상기 조사 위치에 가까운 측의 면은, 상기 레이저 광학계의 광축에 수직인 면에 대해 상기 기류의 하류측을 향해 기울어진 면이 되어 있다라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 15에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 14의 구성에 있어서, 상기 받이 부재의 상기 조사 위치에 가까운 측의 면은, 상기 레이저광의 광축에 수직인 면에 대해 10도 이상 60도 이하의 각도라고 하는 구성을 가진다.

또, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 16에 기재된 레이저 리프트 오프 장치의 발명은, 상기 청구항 13의 구성에 있어서, 상기 받이 부재는, 상기 레이저광에 대해 투명한 부재라고 하는 구성을 가진다.

이하에 설명하는 대로, 본원의 청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 돌출 부재가 도달하는 위치를 규제하는 도달 위치 규제 부재가 설치되어 있으므로, 돌출 부재의 도달에 기인한 문제가 방지된다.

또, 청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 도달 위치 규제 부재가, 돌출 부재에 대해 투영 렌즈를 보호하는 보호 부재이므로, 투영 렌즈의 손상이 발생하지 않는다. 이로 인해, 투영 렌즈의 교환이 부득이하게 이루어지는 일이 없어, 비용상 및 생산성상의 문제는 발생하지 않는다.

또, 청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 보호 부재의 출사측의 면은 투영 렌즈의 광축에 수직인 면에 대해 10도 이상 60도 이하의 각도로 되어 있으므로, 리프트 오프시에 튀어나온 부재가 보호 부재에 충돌한 경우, 상기 부재는 비스듬하게 튀어오른다. 이로 인해, 조사 위치로 돌아와 버려 다음의 리프트 오프의 장해가 될 일은 없다.

또, 청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 보호 부재가 레이저광을 투과시키는 재료로 형성되어 있으므로, 리프트 오프를 위한 레이저광의 조사시에도 광로로부터 퇴피시킬 필요는 없어, 구조적으로 심플해지며, 비용도 염가로 할 수 있다.

또, 청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 보호 부재는 평판형상이므로, 레이저 광학계의 설계가 번잡해지지 않는다.

또, 청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 보호 부재는 사파이어제이므로, 리프트 오프시에 워크로부터 튀어나온 부재가 충돌하더라도 손상되기 어렵다. 이로 인해, 레이저광이 산란되어 조사가 부족하거나 불균일해지는 일이 적고, 또 보호 부재의 교환의 빈도도 적어진다.

또, 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 보호 부재가 투광성일 필요는 없으므로, 재료 선정의 자유도가 높아진다.

또, 청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 1펄스로 1개의 칩형상 워크에 대해 리프트 오프가 행해지므로, 고스루풋이 되어, 생산성이 높아진다.

또, 청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 돌출 부재가 광로로부터 퇴피되므로, 다음 워크에 대한 레이저광 조사의 장해가 될 일은 없다. 이로 인해, 각 워크에 대해 충분한 강도의 균일한 레이저광이 조사되어, 각 워크에 대해 안정적으로 양질인 리프트 오프 처리가 행해진다.

또, 청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 튀어나온 부재를 기류에 의해 광로로부터 퇴피시키므로, 구조적으로 심플해져, 비용도 염가로 할 수 있다.

또, 청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 조사 위치로부터 멀어지는 방향으로 기류가 형성되므로, 돌출 부재가 조사 위치로 돌아와 버리는 경우가 더욱 억제된다. 이로 인해, 상기 효과가 더 높게 얻어진다.

또, 청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 광로를 둘러싸는 정류 부재에 구멍을 형성함으로써 기류를 발생시키고 있으므로, 구조적으로 더욱 심플한 것으로 되어 있다.

또, 청구항 13에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 워크로부터 튀어나온 부재가 받이 부재에 충돌하는 일은 있어도 레이저 광학계의 구성 부재에 충돌하는 일은 없으므로, 레이저 광학계의 구성 부재가 보호된다.

또, 청구항 14에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 받이 부재의 조사 위치에 가까운 측의 면이 기류의 하류측을 향해 기울어진 면이 되어 있으므로, 워크로부터 튀어나온 부재가 받이 부재에 충돌했을 때, 이 부재는 기류에 하류측을 향해 튀어오르기 쉽다. 이로 인해, 상기 부재를 더욱 확실히 광로로부터 퇴피시킬 수 있다.

또, 청구항 16에 기재된 발명에 의하면, 상기 효과에 더해, 받이 부재가 레이저광에 대해 투명하므로, 레이저광 조사시에도 받이 부재를 퇴피시킬 필요가 없어, 이 점에서 구조적으로 심플해지며, 또 비용도 염가로 할 수 있다.

도 1은 이 출원 발명의 제1 실시 형태인 레이저 리프트 오프 장치의 정면 개략도이다.
도 2는 실시 형태의 장치에 있어서의 레이저광의 조사 패턴에 대해 도시한 사시 개략도이다.
도 3은 보호 부재에 의한 투영 렌즈의 보호에 대해 도시한 정면 개략도이다.
도 4는 제2 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 정면 개략도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 제2 실시 형태의 장치에 있어서의 보호 부재의 배치의 의의에 대해 도시한 정면 개략도이다.
도 6은 제3 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 주요부의 사시 개략도이다.
도 7은 제4 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 주요부의 정면 개략도이다.
도 8은 제5 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 주요부의 정면 개략도이다.
도 9는 종래예의 레이저 리프트 오프 장치의 정면 개략도이다.
도 10은 종래의 레이저 리프트 오프 공정을 포함하는 프로세스의 개략에 대해 도시한 도이다.
도 11은 종래예의 레이저 리프트 오프 장치에 있어서의 문제에 대해 도시한 정면 개략도이다.
도 12는 종래예의 레이저 리프트 오프 장치에 있어서의 다른 문제에 대해 도시한 정면 개략도이다.

다음에, 이 출원의 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시 형태)에 대해 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태인 레이저 리프트 오프 장치의 개략도이다. 도 1에 도시하는 레이저 리프트 오프 장치는, 상기 서술한 종래예의 장치와 마찬가지로, 기판(S1)과 기판(S1)에 형성된 재료층(M)으로 이루어지는 워크(W)에 대해 상기 기판(S1)을 투과하는 레이저광을 조사하여 상기 기판(S1)을 재료층(M)으로부터 박리시키는 장치로 되어 있다. 전형적으로는, 기판(S1)은 사파이어 기판이며, 재료층(M)은, 사파이어 기판(S1)에 형성된 GaN층을 포함하는 층이다. 그리고, 실시 형태의 장치는, 절단 공정 후에 리프트 오프 공정이 행해지는 것을 전제로 하고 있으며, 따라서 워크(W)는 칩형상 워크이고, 돌출 부재는 사파이어 기판(S1)이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치는, 레이저원(1)과, 상기 레이저원(1)으로부터 출사된 레이저광을 조사 위치로 인도하는 레이저 광학계(20)와, 조사 위치를 상대적으로 이동시키는 이동 기구(3)를 구비하고 있다.

레이저원(1)에는, 이 실시 형태에서는 KrF 엑시머 레이저가 사용되고 있다. 발진 파장은 248nm이고, 1~4000Hz 정도의 펄스 발진인 것으로 되어 있다.

레이저 광학계(20)는, 레이저광을 원하는 패턴으로 조사하기 위한 마스크(21)와, 마스크(21)에 조사하는 레이저광의 빔을 적당히 확대하거나 정형하는 실린드리컬 렌즈군(22, 23)과, 미러(24)와, 마스크(21)의 상을 조사면에 투영하는 투영 렌즈(2)를 구비하고 있다.

마스크(21)는, 조사 패턴의 형상의 개구를 가지는 것으로, 애퍼츄어라고 부를 수 있는 것이다. 이 실시 형태에서는 조사 패턴은 방형이므로, 마스크(21)의 개구도 방형이다.

투영 렌즈(2)는, 선명하고 예리한 패턴으로 레이저광을 조사하기 위한 것이다. 선명하고 예리한 패턴으로 하는 것은, 에너지 밀도를 높이는 것, 주변에 대해 불필요하게 조사하지 않는 것, 패턴 내에서의 조도 분포의 균일성을 높이는 것이라고하는 관점으로부터 필요하게 된다. 이 실시 형태에서는, 투영 렌즈(2)의 배율은 1 미만이며, 레이저광을 집광하여 조사하는 것으로 되어 있다.

실시 형태의 장치는, 상기 투영 렌즈(2)에 의한 조사 위치(마스크(21)의 상의 투영 위치)에 칩형상 워크(W)를 유지하는 워크 스테이지(4)를 구비하고 있다. 이동 기구(3)는, 워크 스테이지(4)에 대해 상대적으로 조사 위치를 이동시키는 기구로 되어 있다. 워크 스테이지(4)는, 상면에 있어서 칩형상 워크(W)를 유지하는 대형상의 부재이며, 칩형상 워크(W)를 진공 흡착하여 유지하는 기구가 필요에 따라 설치된다. 또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 워크 스테이지(4)에 직접 올려놓여지는 것은 서포트 기판(S2)이며, 각 칩형상 워크(W)는 서포트 기판(S2) 위에 접합되어 있다.

이동 기구(3)는, 워크 스테이지(4)를 XY방향으로 이동시키는 기구(XY이동 기구)로 되어 있다. XY방향은, 레이저 광학계(20)의 광축에 대해 수직인 면 내에서 서로 직교하는 방향이다. 조사 위치는 광축 상이므로, 이동 기구(3)는, 워크 스테이지(4)에 대해 조사 위치를 상대적으로 XY방향으로 이동시키는 기구로 되어 있다. 「상대적으로」란, 정지한 레이저 광학계(20)에 대해 워크 스테이지(4)가 이동함으로써 워크 스테이지(4) 상의 조사 위치가 이동해도 되고, 정지한 워크 스테이지(4)에 대해 레이저 광학계(20)가 이동함으로써 조사 위치가 이동해도 된다고 하는 의미이다. 레이저 광학계(20)가 이동하는 구성은, 레이저 광학계(20) 전체가 이동하는 경우 이외, 예를 들어 미러(24)에 구동 기구가 부설되어 있고 미러(24)의 각도가 적당히 변경됨으로써 조사 위치가 이동하는 경우도 있을 수 있다.

이 실시 형태의 장치는, 칩형상 워크(W)를 대상으로 한 리프트 오프를 최적화한 구성을 구비하고 있고, 그 중 하나가, 레이저광의 조사 패턴의 사이즈이며, 조사 에너지의 제어이다. 이 점에 대해, 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2는, 실시 형태의 장치에 있어서의 레이저광의 조사 패턴에 대해 도시한 사시 개략도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 실시 형태의 장치에서는, 조사 패턴(I)은 칩형상 워크(W)보다 조금 큰 거의 방형의 패턴으로 되어 있다. 예를 들어, 칩형상 워크(W)가 0.1mm각~1.0mm각이라고 하면, 조사 패턴(I)은, 0.2mm각~1.1mm각 정도가 된다.

또, 도 1에 도시하는 바와 같이, 실시 형태의 장치는, 레이저원(1)으로부터 발진되는 레이저광의 에너지를 계측하는 에너지 계측기(5)와, 장치의 각 부를 제어하는 주제어부(6)를 구비하고 있다. 주제어부(6)는, 에너지 계측기(5)로부터의 출력에 따라 레이저원(1)을 제어하는 것으로 되어 있다. 에너지 계측기(5)로서는, Si포토 다이오드 또는 초전형 센서 등을 사용할 수 있다. 레이저원(1)으로부터의 광로 상에는, 빔 스플리터(25)가 삽입되어 있고, 이곳으로부터 취출한 일부의 레이저광이 입사하는 위치에 에너지 계측기(5)가 배치되어 있다.

주제어부(6)는, 칩형상 워크(W)에 대한 1펄스만의 레이저광 조사로 리프트 오프가 완료하도록 조사 에너지를 제어하는 것으로 되어 있다. 주지와 같이, KrF 엑시머 레이저는, Kr과 F의 혼합 가스 중에서 방전을 발생시키고, 방전에 의해 생성되는 KrF 엑시머가 기저 상태로 떨어질 때의 발광을 이용하여 유도 방출을 행하는 것이다. 따라서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 레이저원(1)은, Kr과 F의 혼합 가스를 봉입한 챔버(11)와, 챔버(11) 내에서 방전을 발생시키기 위한 레이저 전원(12)과, 레이저 전원(12)을 제어하는 컨트롤러(13)를 포함하고 있다.

주제어부(6)는, 에너지 계측기(5)로부터의 출력에 따라 레이저원(1)의 컨트롤러(13)에 신호를 보내, 출력을 제어한다. 이때, 최적인 1펄스의 에너지값이 미리 정해져 있으며, 이 에너지값이 되도록 컨트롤러로 보내진다. 최적인 1펄스의 에너지값은, 하나의 칩형상 워크(W)에 대한 1펄스의 레이저광 조사에 의해 리프트 오프가 완료하는데(1개의 사파이어 기판(S1)이 제거되는데) 필요한 에너지라고 하는 것이다.

LED나 반도체 레이저라고 하는 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에서는, 상기 서술한 바와 같이 칩형상 워크(W)의 사이즈는 0.1mm각~1.0mm각 정도이며, 1펄스로 리프트 오프를 완료하는 최적인 에너지는 600mJ/cm²~900mJ/cm² 정도이다. 이 경우의 조사 패턴은 0.2mm각~1.1mm각 정도이기 때문에, 1펄스의 전체 최적 에너지는 0.2mJ~11mJ 정도인 것이 된다. 이 범위에서 최적 에너지값이 선정되어, 이 에너지가 되도록 마스크(21)의 개구 사이즈가 변경된다.

이동 기구(3)에 대해 보충하면, 이동 기구(3)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 각 칩형상 워크(W)에 대해 1펄스의 레이저광이 순차적으로 조사되도록 조사 위치를 이동시키는 기구로 되어 있다. 주제어부(6)는, 레이저원(1)의 펄스 주기에 따라 이동 기구(3)에 제어 신호를 보내, 각 펄스의 사이(인터벌)에 있어서 워크 스테이지(4)를 X방향 또는 Y방향으로 소정 거리 이동시킨다. 이동 거리는, 도 2에 도시하는 각 칩형상 워크(W)의 배치에 따른 것이다.

즉, 도 2에 도시하는 바와 같이, 각 칩형상 워크(W)는, 서포트 기판(S2) 상에 있어서 종횡으로 나란히 배열되어 있다. 서포트 기판(S2)은, 각 칩형상 워크(W)의 종횡의 배열 방향이 이동 기구(3)에 있어서의 XY방향과 일치하도록 정밀도 좋게 워크 스테이지(4)에 올려놓여지고, 진공 흡착 등의 방법에 의해 워크 스테이지(4)에 유지되도록 되어 있다. 이동 기구(3)는, 어느 칩형상 워크(W)에 대한 1펄스의 레이저광 조사가 종료한 후, 워크 스테이지(4)를 X방향 또는 Y방향으로 이동시켜, 종 또는 횡에 인접하는 다음 칩형상 워크(W)를 조사 위치에 위치시킨다. 따라서, 이동 거리는, 각 칩형상 워크(W)의 이격 거리가 된다. 또한, 이동 기구(3)는, 각 칩형상 워크(W)의 중심(방형의 윤곽에 있어서의 중심)이 광축(A) 상에 위치하도록 워크 스테이지(4)의 위치 제어(얼라인먼트)를 한다. 그리고, 상기 이동 후에는, 다음 칩형상 워크(W)의 중심이 광축(A) 상에 위치한 상태가 된다.

레이저원(1)의 펄스 주기는, 제어 데이터로서 주제어부(6)에 미리 입력되어 있다. 주제어부(6)는, 레이저원(1)의 펄스 동작에 동기한 형태로 이동 기구(3)가 동작하도록 이동 기구(3)에 제어 신호를 보낸다. 즉, 주제어부(6)는, 각 펄스의 사이에 상기 이동을 행하도록 이동 기구(3)를 제어하는 것으로 되어 있다.

한편, 실시 형태의 장치는, 상기 서술한 리프트 오프시의 사파이어 기판(S1)의 돌출에 기인한 문제를 해결하기 위한 구조를 가지고 있다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 실시 형태의 장치는, 튀어나온 사파이어 부재(S1)가 도달하는 위치를 규제하는 도달 위치 규제 부재를 구비하고 있다. 이 실시 형태는, 사파이어(S1)의 돌출에 기인한 문제 중, 투영 렌즈의 손상의 문제를 해결하는 것으로 되어 있고, 도달 위치 규제 부재는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 투영 렌즈(2)의 출사측에 설치된 보호 부재(7)로 되어 있다. 즉, 이 실시 형태에서는, 도달 위치 규제 부재는, 튀어나온 사파이어 기판(S1)이 투영 렌즈에 도달하는 것을 방지하는 부재로 되어 있다.

보호 부재(7)는, 이 실시 형태에서는 투광성의 광학 부재로 되어 있다. 투광성이란, 레이저원(1)으로부터의 레이저광의 파장에 있어서 투광성이라고 하는 것이며, 이 실시 형태에서는 사파이어제로 되어 있다. 보호 부재(7)는, 전체적으로는 평판형상이며, 표면은 광학 연마되어 있다. 또한, 보호 부재(7)는, 도시하지 않은 홀더에 의해 유지되어 있고, 투영 렌즈(2)를 덮는 자세를 유지한다.

이러한 구조를 가지는 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 동작에 대해, 이하에 설명한다.

각 칩형상 워크(W)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 서포트 기판(S2) 상에 종횡으로 배열되고 서포트 기판(S2)에 접합된 상태로 장치에 투입된다. 구체적으로는, 한 장의 절단 전의 사파이어 기판(S) 상에 재료층(M)의 형성이나 그 외의 공정이 행해진 후, 절단 공정이 행해져 개개의 칩형상 워크(W)가 된다. 각 칩형상 워크(W)는, 한 개씩 서포트 기판(S2)에 접합된다. 접합은, 납땜, 경납땜 또는 접착 등에 의해 행해진다. 또한, 서포트 기판(S2)은, 주로 발광 소자의 조립(패키징)용인 것이며, 세라믹스제나 실리콘제 외에, 도통이나 열전도제를 고려하여 구리제인 것이 사용되기도 한다. 또한, 사파이어 기판(S1) 상에 재료층(M)을 형성하고, 그 위에 서포트 기판(S2)을 접합한 후에 뒤집어, 표면측으로부터 도 중의 깊이까지 기판의 바둑판의 눈형상으로 다이싱을 행함으로써, 도 2에 도시하는 구조를 얻도록 하는 경우도 있다.

각 칩형상 워크(W)를 지지한 서포트 기판(S2)은, 워크 스테이지(4) 상의 소정 위치에 올려놓여진다. 주제어부(6)는, 이동 기구(3)에 제어 신호를 보내, 최초의 칩형상 워크(W)의 중심이 광축(A) 상에 위치하도록 이동 기구(3)를 동작시킨다.

이 상태로, 주제어부(6)는, 레이저원(1)과 이동 기구(3)에 제어 신호를 보내, 동기한 동작을 시킨다. 즉, 레이저원(1)에 동작 신호를 보내 소정의 펄스 발진을 시키고, 펄스에 동기한 형태로 이동 기구(3)를 동작시킨다. 이에 의해, 각 칩형상 워크(W)에 대해 1펄스의 레이저광이 조사되고, 그때에 각각 사파이어 기판(S1)이 재료층(M)으로부터 박리되어 리프트 오프된다. 모든 칩형상 워크(W)에 대해 레이저광의 조사가 종료하면, 남은 각 재료층을 지지하고 있는 서포트 기판(S2)은 워크 스테이지(4)로부터 제거되어, 다음의 공정으로 보낸다.

이러한 장치의 동작에 있어서, 보호 부재(7)는 투영 렌즈(2)를 보호한다. 이 모습을 도시한 것이, 도 3이다. 도 3은, 보호 부재(7)에 의한 투영 렌즈(2)의 보호에 대해 도시한 정면 개략도이다.

레이저광이 조사된 칩형상 워크(W)로부터는, 상기 서술한 바와 같이 사파이어 기판(S1)이 기세 좋게 튀어나온다. 돌출은, 사파이어 기판(S1)과 재료층(M)의 계면 전면에 있어서의 질소 가스 발생에 기인하고 있기 때문에, 돌출의 방향은 계면에 거의 수직(이 예에서는 거의 직상)이다. 상방에는 보호 부재(7)가 배치되어 있어 투영 렌즈(2)를 씌우고 있으므로, 튀어나온 사파이어 기판(S1)은 보호 부재(7)에 충돌하고, 투영 렌즈(2)에는 충돌하지 않는다. 이로 인해, 투영 렌즈(2)가 손상될 일은 없다. 또한, 보호 부재(7)는 사파이어로 형성되어 있어 레이저광의 파장에 있어서 투광성이 양호하기 때문에, 리프트 오프에 지장될 일은 없다.

보호 부재(7)의 재질로서는, 사파이어 외에, 석영도 레이저광의 파장에 대해 양호한 투광성을 가지므로 사용 가능하다. 단, 석영의 경우, 사파이어에 비해 경도가 낮아, 사파이어 기판(S1)의 충돌에 의해 상처가 나기 쉽다. 보호 부재(7)는, 렌즈와 같은 광학 작용을 하는 부재는 아니지만, 충돌에 의해 상처가 나면 그 부분에서 레이저광이 산란되어 버리므로, 문제가 되는 크기 또는 수의 상처가 발생하면 교환의 필요가 발생한다. 빈번한 교환은, 비용상의 문제나 생산성상의 문제를 발생시킨다. 한편, 사파이어는 고경도의 재료이며, 이러한 문제가 적은 점에서 우수하다.

또한, 보호 부재(7)는, 상기 서술한 바와 같이 홀더에 의해 유지되는데, 사파이어 기판(S1)의 충돌에 의해 위치 편차 등이 발생하지 않도록, 강도인 유지 구조의 홀더가 필요에 따라 채용된다.

다음에, 제2 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치에 대해 설명한다. 도 4는, 제2 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 정면 개략도이다. 제2 실시 형태의 장치는, 보호 부재(7)의 배치가 제1 실시 형태와 상이하게 되어 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에서는, 보호 부재(7)는, 광축에 수직인 면에 대해 θ의 각도로 비스듬하게 배치되어 있다.

도 4에 도시하는 보호 부재(7)의 경사 배치는, 투영 렌즈(2)의 보호에 더해, 튀어나온 사파이어 기판(S1)이 다른 칩형상 워크(W)에 대한 리프트 오프 처리의 장해가 되지 않도록 하는 의의가 있다. 이 점이 도 5에 도시되어 있다. 도 5는, 도 4에 도시하는 제2 실시 형태의 장치에 있어서의 보호 부재(7)의 배치의 의의에 대해 도시한 정면 개략도이다.

리프트 오프시에 튀어나온 사파이어 기판(S1)은, 보호 부재(7)에 충돌하여 튀어오르는데, 보호 부재(7)가 광축에 대해 수직으로 배치되어 있으면, 사파이어 기판(S1)은 거의 직하에서 튀어오르기 쉽고, 서포트 기판(S2) 위에 낙하할 가능성이 높아진다. 상기 서술한 바와 같이, 사파이어 기판(S1)이 낙하하여 서포트 기판(S2) 위에 낙하하고 다른 칩형상 워크(W) 위에 씌워져 버리면, 그 칩형상 워크(W)가 광축 상에 위치하고 리프트 오프가 될 때, 레이저광 조사의 장해가 된다. 또, 보호 부재(7)에 되돌아와 직하에서 비행(낙하)하고 있는 타이밍에 다음 펄스의 레이저광이 조사되면, 사파이어 기판(S1)에 의해 레이저광이 산란되어, 다음 칩형상 워크(W)에 대한 리프트 오프가 불량이 될 우려가 있다.

한편, 보호 부재(7)의 출사측의 면이 광축(A)에 수직인 면에 대해 비스듬하면, 도 5에 도시하는 바와 같이 사파이어 기판(S1)은 비스듬하게 튀어오르므로, 서포트 기판(S2)에 낙하하거나, 다음 펄스의 레이저광을 산란시키는 일이 없어진다. 이로 인해, 상기 각 문제가 방지된다. 발명자의 연구에 의하면, 사파이어 기판(S1)으로의 낙하를 방지하거나 다음 펄스의 레이저광의 산란을 방지하려면, 기울기의 각도(θ)는 10~60도의 범위가 적절하다.

상기 제1 제2 실시 형태 있어서, 보호 부재(7)가 평판형상인 것은, 레이저 광학계(20)의 설계를 번잡화시키지 않는다고 하는 의의가 있다. 예를 들어 프리즘형상의 보호 부재(입사측의 면과 출사측의 면은 평행하지 않은 광학 부재)를 사용하더라도 투영 렌즈(2)를 보호하는 작용과 마찬가지로 얻어진다. 이 경우, 출사측의 면을 비스듬하게 하는 것도 용이하다. 그러나, 이러한 부재를 사용하면, 레이저광은 복잡하게 굴절하므로, 그것을 고려하여 레이저 광학계(20)를 설계할 필요가 있어, 번잡해진다. 평판형상(입사면과 출사면이 평행)이면, 초점 위치가 다소 시프트한다고 하는 변경은 고려할 필요는 있지만, 기본적인 구성은 그대로 유지하고 광학 설계를 행할 수 있어, 간편하다. 또한, 출사측의 면이 평탄면인 것은 반드시 필수는 아니지만, 평탄면이 아닌 경우에는 마찬가지로 광학 설계가 번잡해지는 결점이 있다.

다음에, 제3 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치에 대해 설명한다. 도 6은, 제3 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 주요부의 사시 개략도이다. 제1 제2 실시 형태의 장치에서는, 보호 부재(7)는, 투영 렌즈(2)를 출사측에서 씌운 상태를 유지하는 것이었는데, 제3 실시 형태에서는, 필요한 경우만 투영 렌즈(2)를 출사측에서 씌운 상태가 되며, 그 이외에서는 광로로부터 퇴피한 상태가 되는 것이다.

구체적으로 설명하면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제3 실시 형태에서는, 보호 부재(7)는 프레임(71)에 끼워 넣어진 두 개의 부재로 되어 있다. 프레임(71)은, 도 6에 도시하는 바와 같이 원환부(711)와, 원환부(711)의 중심을 통과하는 십자형상의 리브부(712)로 이루어진다. 두 개의 보호 부재(7)는, 45도의 부채꼴의 판형상이며, 중심 대칭이 되도록 프레임(71)에 끼워 넣어져 있다.

보호 부재(7)에는, 도시하지 않은 구동 기구가 설치되어 있다. 구동 기구는, 중심 위치에서 프레임(71)에 연결된 출력축을 가지는 회전 기구로 되어 있다. 구동 기구가 동작하면, 프레임(71)은 중심을 관통하는 회전축(R)의 둘레로 회전한다. 회전에 수반하여, 두 개의 보호 부재(7)는, 순차적으로, 광로 상에 위치하거나 광로로부터 퇴피하는 상태를 반복한다.

구동 기구는, 주제어부(6)에 의해 제어되도록 되어 있다. 주제어부(6)는, 레이저원(1)의 펄스 발진에 동기하여 구동 기구를 제어한다. 구체적으로는, 어느 펄스의 레이저 발진시, 프레임(71) 중 보호 부재(7)가 끼워 넣어지지 않은 개구(이하, 프레임 개구라고 한다)(713)가 광로 상에 위치하고, 다음 펄스까지의 인터벌 사이에 한쪽 보호 부재(7)가 광로 상에 위치하고, 또한 다음 펄스 발진시, 다른쪽 프레임 개구(713)가 광로 상에 위치하며, 또한 다음 펄스 발진까지의 인터벌 시에 다른쪽 프레임 개구(713)가 광로 상에 위치하도록 프레임(71)의 회전 속도 및 위상이 제어된다.

이 실시 형태의 장치에서도, 1펄스의 레이저광 조사에 의해 1개의 칩형상 워크(W)에 대해 리프트 오프가 완료하도록 1펄스의 레이저 에너지가 제어된다. 그리고, 1펄스의 레이저광 조사 후, 사파이어 기판(S1)이 튀어나오는데, 사파이어 기판(S1)이 튀어나오는 타이밍에서는 광로 상에는 보호 부재(7)가 위치하고 있으므로, 사파이어 기판(S1)은 보호 부재(7)에 충돌한다. 이로 인해, 투영 렌즈(2)에 사파이어 기판(S1)이 충돌할 일은 없어, 투영 렌즈(2)는 보호된다. 또한, 1펄스의 레이저광의 조사 후에 사파이어 기판(S1)이 튀어나오는 속도는 칩에 조사되는 레이저광 조도에 의존하며, 5~20ms 정도이다. 따라서, 동일 조도로 칩형상 워크(W)를 리프트 오프해 나감으로써 보호 부재(7)에 충돌할 때까지의 타임 래그는 일정해지고, 이 타임 래그에 따라 프레임(71)의 회전 속도는 적당히 정해진다. 회전 속도는, 예를 들어 1000~4000RPM 정도가 된다.

이 실시 형태에 있어서도, 각 보호 부재(7)의 출사측의 면이 광축에 대해 비스듬한 자세로 하는 것이 바람직하다. 이로 인한 구조로서는, 프레임(71) 및 각 보호 부재(7)를 전체적으로 비스듬하게 배치하고, 비스듬한 회전축의 둘레로 프레임(71)을 회전시키는 구조를 채용할 수 있다. 혹은, 프레임(71)은 수평으로서 회전축을 수직으로 하면서도, 프레임(71)에 비스듬한 자세로 각 보호 부재(7)가 유지되는 구조여도 된다.

어느 쪽이든, 이 제3 실시 형태에서도, 리프트 오프된 사파이어 기판(S1)이 투영 렌즈(2)에 충돌하는 일이 없으므로, 투영 렌즈(2)가 손상되어 교환이 부득이하게 이루어지는 일이 없어, 비용상 및 생산성상의 문제는 발생하지 않는다.

제3 실시 형태에서는, 레이저광 조사시에는 보호 부재(7)는 광로 상으로부터 퇴피하고 있으므로, 보호 부재(7)는 투광성일 필요는 없다. 이로 인해, 사파이어 이외의 임의의 염가이고 경질인 재료를 선정할 수 있다고 하는 이점이 있다.

상기 제3 실시 형태에서는, 보호 부재(7)를 유지한 프레임(71)을 회전시킴으로써 레이저 펄스에 동기시켜 간헐적으로 보호 부재(7)를 광로 상에 배치했는데, 다른 기구가 채용될 수도 있다. 예를 들어, 카메라 등에서 널리 채용되고 있는 복수의 셔터 날개로 광로를 개폐하는 기구(스퀘어형 셔터)와 같은 기구를 채용해도 된다. 이 경우는, 셔터 날개가 보호 부재가 된다.

다음에, 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 제4 실시 형태에 있어서, 도달 위치 규제 부재는, 튀어나온 사파이어 기판(S1)이 다음 칩형상 워크(W)에 대한 리프트 오프 처리의 장해가 되지 않도록 그 도달 위치를 규제하는 것이며, 튀어나온 사파이어 기판(S1)을 조사 위치와 레이저 광학계 사이의 광로를 벗어난 위치에 도달하도록 상기 광로로부터 퇴피시키는 부재로 되어 있다. 상시 서술한 바와 같이 제2 실시 형태의 보호 부재(7)도 이 효과가 있지만, 제4 실시 형태는, 이 효과를 더욱 높이는 것으로 되어 있다.

도 7을 사용하여, 더욱 구체적으로 설명한다. 도 7은, 제4 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 주요부의 정면 개략도이다.

퇴피 부재는, 이 실시 형태에서는, 사파이어 기판(S1)이 경량인 것을 고려하여, 기류를 발생시켜 퇴피시키는 부재로 되어 있다. 발생하는 기류의 방향은, 레이저 광학계(2)와 조사 위치 사이의 광로의 방향과 교차하는 방향이다. 퇴피 부재는, 구체적으로는 블로어(71)이며, 블로어(71)가 동작했을 때에 광로와 교차하는 방향으로 기류가 형성되도록 하는 정류 부재(72) 등이 설치되어 있다. 정류 부재(72)는, 워크 스테이지(4)와 레이저 광학계(20) 사이의 광로를 둘러싸는 거의 통형상의 부재이다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 정류 부재(72)에는, 기류 취입 구멍(721)과, 기판 배출구(722)가 형성되어 있다.

기류 취입 구멍(721)은, 워크 스테이지(4)에 가까운 측에 형성되어 있으며, 비교적 작은 구멍이다. 기판 배출구(722)는, 사파이어 기판(S1)을 배출하기 위한 개구이며, 기류 취입 구멍(721)에 비해 크다. 기판 배출구(722)는, 기류 취입 구멍(721)에 비해 레이저 광학계(20)에 가까운 위치에 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 정류 부재(72)는 덕트부(723)를 가지고 있고, 블로어(71)는 덕트부(723)를 통해 흡인하는 상태로 배치되어 있다. 블로어(71)가 동작하면, 기류 취입 구멍(721)으로부터 정류 부재(72) 내에 주위의 공기가 진입하여, 도 7 중 화살표 F로 나타내는 방향의 기류가 발생한다. 기류(F)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 광로와 교차하는 방향이며, 또한 워크 스테이지(3)로부터 레이저 광학계(20)에 가까워지는 방향이다. 칩형상 워크(W)로부터 튀어나온 사파이어 기판(S1)은, 이 기류(F)에 의해 밀려나 광로로부터 퇴피하고, 기판 배출구(722)를 통해 배출되도록 되어 있다.

또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 워크 스테이지(4) 상의 서포트 기판(S2)은, 정류 부재(72)의 하단으로부터 이격되어 있어, 간극이 형성되어 있다. 블로어(71)가 동작했을 때, 이 간극으로부터도 바람이 흘러들어, 기류(F)와 합류한다. 이 하방으로부터의 바람은, 워크 스테이지(4) 상의 서포트 기판(S2)에 낙하하려고 하는 사파이어 기판(S1)을 밀어 올려, 기류(F)에 실어 배출시키는 효과가 있다. 또한, 워크 스테이지(4)가 서포트 기판(S2)을 진공 흡착하는 기구를 구비하는 경우, 기류(F)에 의해 서포트 기판(S2)이 이동하지 않도록 통상보다 흡착력을 높게 설정하는 경우가 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태에서는, 정류 부재(72)는 워크 스테이지(3)에 가까워짐에 따라 서서히 단면적이 작아지는 형상으로 되어 있다. 이 점은, 보다 하방에 있어서 유속이 높아지도록 하기 위함이며, 사파이어 기판(S1)의 밀어 올림 효과를 확실하게 하고 있다. 또한, 정류 부재(72)의 서서히 단면적이 작아지는 부분은, 광축(A)에 대해 비대칭이며, 한쪽 측이 광축(A)을 따른 면이고, 다른쪽 측이 테이퍼면으로 되어 있다. 다른쪽 측은 블로어(71)가 동작하여 흡인했을 때, 기류(F)가 부드럽게 형성되는데에 테이퍼면은 기여하고 있다.

또, 이 실시 형태에서는, 투영 렌즈(2)의 출사측의 광로 상에 받이 부재(73)가 설치되어 있다. 받이 부재(73)는, 광로를 횡단하는 상태로 설치되어 있고, 레이저 광학계(20) 중 가장 출사측에 위치하는 부재인 투영 렌즈(2)와 워크 스테이지(4) 사이에 배치되어 있다.

받이 부재(73)의 기능 중 하나는, 제1 내지 제3 실시 형태와 마찬가지로, 투영 렌즈(2)의 보호이다. 받이 부재(73)는, 투영 렌즈(2)를 덮고 있으므로, 튀어나온 사파이어 기판(S1)은 받이 부재(73)에 충돌하지만 투영 렌즈(2)에는 충돌하지 않는다. 이로 인해, 투영 렌즈(2)의 손상이 방지된다.

받이 부재(73)는, 이 외에, 보조적인 기능으로서, 정류 부재(72)와 더불어 기류(F)를 정돈하는 작용을 가진다. 정류 부재(72)의 상단은, 투영 렌즈(2)로부터 이격되어 있어, 양자 간의 비교적 큰 간극이 형성되어 있다. 이대로의 상태라면, 블로어(71)가 동작했을 때, 이 상측의 간극으로부터 바람이 크게 흘러들어, 기류(F)를 흩뜨리거나 약하게 해 버린다. 실시 형태의 장치에서는, 받이 부재(73)가 이 부분을 차폐하고 있기 때문에, 기류(F)가 보다 부드럽게 형성된다. 받이 부재(73)는, 정류 부재(72)의 상단에 접촉하고 있어도 되고, 작은 간극으로 이격되어 있어도 된다. 보호 부재(7)와 마찬가지로, 받이 부재(73)는 레이저광에 대해 투광성일 필요가 있으며, 이로 인해 사파이어제로 되어 있다.

상기와 같이, 이 실시 형태의 장치에서는, 리프트 오프에 의해 튀어나온 사파이어 기판(S1)은 광로로부터 퇴피되므로, 다음 칩형상 워크(W)에 대한 레이저광 조사의 장해가 될 일은 없다. 이로 인해, 각 칩형상 워크(W)에 대해 충분한 강도의 균일한 레이저광이 조사되어, 각 칩형상 워크(W)에 대해 안정적으로 양질인 리프트 오프 처리가 행해진다.

또한, 기류(F)의 유속에 대해 일례를 설명하면, 예를 들어 사파이어 기판(S1)이 0.1mm각~2.0mm각의 크기로, 두께가 100~500㎛ 정도라고 하면, 20m/s~50m/s 정도의 유속이면 된다.

다음에, 제5 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치에 대해 설명한다. 도 8은, 제5 실시 형태의 레이저 리프트 오프 장치의 주요부의 정면 개략도이다. 제5 실시 형태의 장치는, 받이 부재(73)의 배치가 제4 실시 형태와 상이하게 되어 있다. 즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제5 실시 형태에서는, 받이 부재(73)는, 광축(A)에 대해 수직은 아니며 비스듬하게 배치되어 있다.

제5 실시 형태에 있어서도, 받이 부재(73)는 사파이어제의 평판형상의 부재이다. 그리고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 광축(A)에 수직인 면에 대해 각도(θ)를 이루도록 기울어져 있다. 각도(θ)는, 10~60도 정도의 범위에서 적당히 선정된다.

이와 같이 받이 부재(73)를 기울여 배치하는 것은, 받이 부재(73)에 충돌한 사파이어 기판(S1)이, 블로어(71)가 형성하는 기류(F)의 하류측을 향해 튀어오르도록 하기 위함이다. 이 실시 형태에서는, 블로어(71)는 정면시로 우측으로부터 흡인하도록 배치되어 있어, 기류(F)는 좌측으로부터 우측으로 흐른다. 따라서, 받이 부재(73)는, 워크 스테이지(4)와 대향한 면이, 기류(F)의 하류측(우측)을 향해 기울도록 배치되어 있다.

이 실시 형태에 있어서도, 레이저광 조사에 의해 박리된 사파이어 기판(S1)은 칩형상 워크(W)로부터 튀어나와 받이 부재(73)에 충돌하지만, 받이 부재(73)가 상기와 같이 기울어져 배치되어 있기 때문에, 도 8에 도시하는 바와 같이 기판 배출구(722)를 향해 튀어오르기 쉬워져, 보다 확실하게 기판 배출구(722)로부터 배출된다. 이로 인해, 서포트 기판(S2)을 향해 사파이어 기판(S1)이 낙하하여 다음 칩형상 워크(W)의 리프트 오프 처리의 장해가 되는 문제가 방지된다.

상기 서술한 제4 또는 제5 실시 형태에 있어서, 받이 부재(73)를 구동 기구에 의해 구동하는 구성을 채용할 수도 있다. 즉, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 개구를 가지는 프레임에 받이 부재(73)에 끼워 넣어, 중심 위치에서 프레임에 연결된 출력축을 가지는 회전 기구에 의해 회전시키도록 해도 된다. 이 경우에는, 받이 부재(73)는 필요할 때만 광로 상에 위치하고, 그 이외는 광로로부터 퇴피하므로, 투광성일 필요는 없다.

또, 제4 또는 제5 실시 형태에 있어서, 퇴피 부재는 블로어(71)이며, 기류(F)에 의해 사파이어 기판(S1)을 광로로부터 퇴피시키는 수단이었는데, 다른 구성도 있을 수 있다. 예를 들어, 회전판에 의해 사파이어 기판(S1)을 퇴피시키는 기구적인 수단이어도 된다. 구체적으로는, 광축에 대해 평행한 자세의 판을 광축과 평행한 회전축 둘레로 회전시켜, 그 회전의 과정에서 회전판이 광로를 통과하도록 한다. 이 통과의 타이밍과, 사파이어 기판(S1)이 튀어나오는 타이밍을 동기시키면, 사파이어 기판(S1)을 회전판이 내쫓도록 할 수 있어, 사파이어 기판(S1)을 광로로부터 퇴피시킬 수 있다.

단, 상기와 같은 기구적 수단은, 대규모이고 복잡해지기 쉽다. 이것과 비교하면, 상기 기류에 의한 수단은, 구조적으로 심플하고, 비용도 염가로 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 서술한 각 실시 형태에 있어서, 퇴피된 각 사파이어 기판(S1)은, 도시하지 않은 용기에 모인다. 모인 각 사파이어 기판(S1)은 그대로 폐기되는데, 재이용되는 경우도 있다.

상기 서술한 각 실시 형태에 있어서, 리프트 오프 처리되는 칩형상 워크(W)는, GaN 이외, AlN, BN, InN과 같은 다른 질화물인 경우여도 된다. 레이저의 조사에 의해, 상온에서 기체가 되는 질소와 같은 물질이 발생하기 때문이다. 따라서, 리프트 오프의 대상은 GaN에 한정되지 않는다.

또, GaN계 그 밖의 반도체 레이저의 제조에 있어서도, 리프트 오프 공정이 존재하고 또한 미소한 칩형상 워크(W)를 대상으로 하는 한, 실시 형태의 장치를 이용할 수 있다. 또, 제거되는 기판(S1)은 사파이어 기판이 전형적인데, 사파이어 이외에도 리프트 오프용의 레이저광을 투과하는 재료의 기판이 사용되는 경우, 대상이 될 수 있다.

또한, 상기 서술한 바와 같이, 사파이어 기판(S1)의 돌출은, 1펄스만의 레이저광 조사로 리프트 오프를 행하고자 하는 경우에 발생한다. 따라서, 이론적으로는, 절단 공정 전에 리프트 오프 공정을 행하는 경우에도, 워크(재료층 부착된 사파이어 기판)에 대해 일괄적으로 1펄스만의 레이저광 조사에 의해 리프트 오프를 행한다면, 사파이어 기판은 기세 좋게 튀어나온다. 계면의 전면에서 질소 가스의 증발 압력을 받게 되기 때문이다. 따라서, 실시 형태의 장치가 사용될 수 있다.

1 레이저원
2 투영 렌즈
20 레이저 광학계
21 마스크
3 이동 기구
4 워크 스테이지
5 에너지 계측기
6 주제어부
7 보호 부재
71 블로어
72 정류 부재
721 기류 취입 구멍
722 기판 배출구
73 받이 부재
M 재료층
S1 사파이어 기판
S2 서포트 기판
W 칩형상 워크

Claims (16)

1. 레이저원과,
   레이저원으로부터의 레이저광을 조사 위치로 인도하는 레이저 광학계와,
   조사 위치에 워크를 유지하는 워크 스테이지를 구비한 레이저 리프트 오프 장치로서,
   레이저광 조사에 의해 박리되어 워크로부터 튀어나온 돌출 부재가 도달하는 위치를 규제하는 도달 위치 규제 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도달 위치 규제 부재는, 투영 렌즈의 출사측에 있어서 투영 렌즈를 덮어 보호하는 보호 부재이며, 상기 돌출 부재가 투영 렌즈에 도달하지 않도록 하는 부재인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 보호 부재가 상기 투영 렌즈를 덮는 위치에 배치된 상태에 있어서, 상기 보호 부재의 출사측의 면은, 상기 투영 렌즈의 광축에 수직인 면에 대해 10도 이상 60도 이하의 각도로 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 보호 부재는 상기 레이저광을 투과시키는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 보호 부재는 평판형상인 것을 특징으로 하는, 레이저 리프트 오프 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 보호 부재는 사파이어제인 것을 특징으로 하는, 레이저 리프트 오프 장치.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 레이저원은 펄스 발진의 레이저원이며,
   상기 보호 부재를 상기 레이저광의 펄스 발진시에는 상기 투영 렌즈를 덮지 않는 위치에 위치시키고, 상기 레이저광의 펄스 발진의 사이에 상기 보호 부재를 상기 투영 렌즈를 덮는 위치에 위치시키는 구동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 워크는, 칩형상 워크이고,
   상기 투영 렌즈는, 상기 레이저원으로부터의 레이저광을 상기 워크의 사이즈보다 큰 조사 패턴으로 투영하는 것이며,
   상기 이동 기구는, 투영 렌즈에 의한 레이저광의 조사 패턴 내에 1개의 상기 워크가 위치하도록 조사 위치를 상대적으로 이동시키는 것이고,
   상기 레이저원은 펄스 발진의 레이저원이며,
   또한,
   상기 레이저원으로부터 출력되는 1펄스의 에너지를 계측하는 계측기와, 계측기에서의 계측 결과에 따라 상기 레이저원을 제어하는 제어부를 구비하고 있고,
   제어부는, 1펄스의 레이저광 조사에 의해 1개의 상기 워크로부터 상기 돌출 부재가 박리되어 제거되는 것이 가능한 에너지가 되도록 상기 레이저원을 제어하는 것임을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 도달 위치 규제 부재는, 상기 돌출 부재가 상기 조사 위치와 상기 레이저 광학계 사이의 광로를 벗어난 위치에 도달하도록 상기 돌출 부재를 상기 광로로부터 퇴피시키는 퇴피 부재인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 퇴피 부재는, 상기 조사 위치와 상기 레이저 광학계 사이의 광로 상에 상기 광로와 교차하는 방향의 기류를 발생시키는 블로어인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 블로어는, 형성하는 기류의 방향이 상기 광로에 대해 비스듬하게 교차하는 방향으로서 상기 조사 위치측이 상류측이 되는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 레이저 광학계와 상기 조사 위치 사이의 광로를 둘러싸는 정류 부재가 설치되어 있고, 정류 부재에는, 상기 기류를 발생시키는 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 레이저 광학계의 출사측의 광로 상에 상기 광로를 횡단하는 상태로 위치하는 받이 부재가 설치되어 있고, 상기 퇴피 부재는, 상기 조사 위치와 받이 부재 사이의 광로 상으로부터 상기 돌출 부재를 퇴피시키는 수단인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 받이 부재의 상기 조사 위치에 가까운 측의 면은, 상기 레이저 광학계의 광축에 수직인 면에 대해 상기 기류의 하류측을 향해 기울어진 면이 되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 받이 부재의 상기 조사 위치에 가까운 측의 면은, 상기 레이저광의 광축에 수직인 면에 대해 10도 이상 60도 이하의 각도인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.
16. 청구항 13에 있어서,
    상기 받이 부재는 상기 레이저광에 대해 투명한 부재인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 장치.

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