TW201349321A - 舉離方法（二） - Google Patents

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Abstract

本發明之課題是提供可確實地剝離磊晶基板之舉離方法。本發明是將於磊晶基板之表面藉由由含有Ga之Ga化合物構成的緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓的光元件層移轉至移設基板的舉離方法，其包含有移設基板接合步驟、氣體層形成步驟、氣體層檢測步驟、磊晶基板吸附步驟、及光元件層移設步驟，該移設基板接合步驟是藉由接合金屬層將移設基板接合於光元件晶圓之光元件層之表面；該氣體層形成步驟是從磊晶基板之背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層，以於磊晶基板與緩衝層之交界面形成氣體層；該氣體層檢測步驟是檢測形成於磊晶基板與緩衝層之交界面之氣體層中位於最外側之氣體層的區域；該磊晶基板吸附步驟是將吸引墊定位於磊晶基板之最外側之氣體層所在的區域，以吸附磊晶基板；該光元件層移設步驟是將吸附有磊晶基板之吸引墊往從磊晶基板背離之方向移動，而剝離磊晶基板，將光元件層移設至移設基板。

Description

舉離方法(二) 發明領域
本發明是有關於一種將於藍寶石基板或碳化矽等磊晶基板之表面藉由緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓之光元件層移轉至移設基板的舉離方法。
發明背景
在光元件製程中，於約略圓板狀之藍寶石基板或碳化矽等磊晶基板之表面藉由緩衝層積層由GaN(氮化鎵)或INGaP(磷化銦鎵)或者ALGaN(氮化鋁鎵)構成之n型半導體層及p型半導體層構成之光元件層且以形成格子狀之複數切割道劃分之複數區域形成發光二極體、雷射二極體等光元件而構成光元件晶圓。然後，藉將光元件晶圓沿著切割道分割，而製造諸個光元件(例如參照專利文獻1)。
又，作為使光元件之亮度提高之技術、稱為舉離之製造方法揭示於下述專利文獻2，該舉離是於構成光元件晶圓之藍寶石基板或碳化矽等磊晶基板之表面將藉由緩衝層而積層之由n型半導體層及p型半導體層構成之光元件層藉由AuSu(金錫)等接合金屬層接合，從磊晶基板之背面側照射可穿透磊晶基板而在緩衝層吸收之波長(例如248nm) 之雷射光線，破壞緩衝層，將磊晶基板從光元件層剝離，藉此，將光元件層移轉至移設基板。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本專利公開公報平10-305420號
專利文獻2 日本專利公開公報2004-72052號
發明概要
於是，當從磊晶基板之背面側將聚光點定位於緩衝層而照射雷射光線時，藉構成緩衝層之GaN或INGaP或者ALGaN分解成Ga與N2等氣體，可破壞緩衝層，但存在GaN或INGaP或者ALGaN分解成Ga與N2等氣體之區域與不分解之區域，而有於緩衝層之破壞產生不均而無法適當地剝離磊晶基板之問題。
又，為使光元件之品質提高，而於磊晶基板之表面形成有凹凸時，雷射光線為凹凸之壁所遮蔽，抑制緩衝層之破壞，而有磊晶基板之剝離不易之問題。
本發明是鑑於上述情況而發明者，其主要之技術課題是提供可確實地剝離磊晶基板之舉離方法。
為解決上述主要之技術性課題，根據本發明，提供一種舉離方法，是將於磊晶基板之表面藉由由含有Ga之Ga化合物構成的緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓的 光元件層移轉至移設基板之方法，其特徵在於包含有移設基板接合步驟、氣體層形成步驟、氣體層檢測步驟、磊晶基板吸附步驟、及光元件層吸附步驟，該移設基板接合步驟是藉由接合金屬層將移設基板接合於光元件晶圓之光元件層之表面；該氣體層形成步驟是從接合有移設基板之光元件晶圓之磊晶基板的背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層，以於磊晶基板與緩衝層之交界面形成氣體層；該氣體層檢測步驟是檢測以該氣體層形成步驟形成於磊晶基板與緩衝層之交界面之氣體層中位於最外側之氣體層的區域；該磊晶基板吸附步驟是將吸引墊定位於磊晶基板之以該氣體層檢測步驟所檢測出之最外側之氣體層所在的區域，以吸附磊晶基板者；該光元件層移設步驟是將吸附有磊晶基板之該吸引墊往從磊晶基板背離之方向移動，而剝離磊晶基板，將光元件層移設至移設基板。
本發明之舉離方法包含有上述移設基板接合步驟、氣體層形成步驟、氣體層檢測步驟、磊晶基板吸附步驟及光元件層移設步驟，由於在光元件層移設步驟中，可以吸引墊吸附形成於磊晶基板與緩衝層之交界面之位於最外側的氣體層之區域，而往從磊晶基板背離之方向移動，將磊晶基板剝離，故可從位於最易剝離之最外側之氣體層之區域剝離而可將磊晶基板全體平順地剝離。
2‧‧‧光元件晶圓
3‧‧‧移設基板
3a‧‧‧表面
4‧‧‧接合金屬層
5‧‧‧雷射加工裝置
6‧‧‧夾頭台設備
7‧‧‧雷射光線照射單元支撐設備
8‧‧‧雷射光線照射單元
9‧‧‧剝離設備
21‧‧‧磊晶基板
21a‧‧‧表面
21b‧‧‧背面
22‧‧‧光元件層
22a‧‧‧表面
23‧‧‧緩衝層
50‧‧‧靜止基台
61，71，621，723‧‧‧引導軌道
62‧‧‧第1滑動塊
63‧‧‧第2滑動塊
64‧‧‧圓筒構件
65‧‧‧蓋台
66‧‧‧夾頭台
67‧‧‧加工進給機構
68‧‧‧第1分度進給機構
72‧‧‧可動支撐基台
81‧‧‧單元支持器
82‧‧‧雷射光線照射機構
82‧‧‧殼體
83‧‧‧聚光點位置調整機構
84‧‧‧聚光器
85‧‧‧拍攝機構
91‧‧‧吸附機構
92‧‧‧支撐機構
200‧‧‧複合基板
221‧‧‧n型氮化鎵半導體層
222‧‧‧p型氮化鎵半導體層
223‧‧‧切割道
224‧‧‧光元件
230，230a‧‧‧氣體層
661‧‧‧吸附夾頭
721‧‧‧移動支撐部
722‧‧‧裝設部
911‧‧‧保持構件
912a-912c‧‧‧吸引墊
X，Y，Z，66a‧‧‧箭號
圖1(a)、圖1(b)是形成有以本發明之舉離方法移轉至移設基板之光元件層之光元件晶圓的立體圖及主要部份放大截面圖。
圖2(a)-圖2(c)是將移設基板接合於圖1所示之光元件晶圓之光元件層之表面之移設基板接合步驟的說明圖。
圖3是用以實施本發明之舉離方法之緩衝層破壞步驟之雷射加工裝置的立體圖。
圖4(a)-圖4(c)是顯示本發明之舉離方法之緩衝層破壞步驟之Ga層形成步驟的說明圖。
圖5是將業經實施圖4所示之Ga層形成步驟之光元件晶圓之主要部份放大而顯示的截面圖。
圖6是本發明之舉離方法之氣體層檢測步驟的說明圖。
圖7是顯示將選定為位於最外側之氣體層之氣體層的區域定位於拍攝機構之正下方之狀態的說明圖。
圖8(a)、圖8(b)是本發明之舉離方法之磊晶基板吸附步驟的說明圖。
圖9是本發明之舉離方法之光元件層移設步驟的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，就本發明之舉離方法之較佳實施形態，參照附加圖式來詳細地說明。
於圖1(a)及圖1(b)顯示形成有以本發明舉離方法而移轉至移設基板之光元件層之光元件晶圓的立體圖及主 要部份放大截面圖。
圖1(a)及圖1(b)所示之光元件晶圓2是於由為直徑50mm且厚度600μm之圓板狀藍寶石基板構成的磊晶基板21之表面21a以磊晶成長法形成由n型氮化鎵半導體層221及p型氮化鎵半導體層222構成的光元件層22。此外，於磊晶基板21之表面以磊晶成長法積層由n型氮化鎵半導體層221及p型氮化鎵半導體層222構成的光元件層22之際，於磊晶基板21之表面21a與形成光元件層22之n型氮化鎵半導體層221之間形成由氮化鎵(GaN)構成之厚度例如1μm的緩衝層23。如此構成之光元件晶圓2在圖中所示之實施形態中，光元件層22之厚度形成10μm。此外，光元件層22如圖1(a)所示，於以形成格子狀之複數切割道223劃分之複數區域形成有光元件224。
如上述，為將光元件晶圓2之磊晶基板21從光元件層22剝離而移轉至移設基板，乃實施將移設基板接合於光元件層22之表面22a之移設基板接合步驟。即，如圖2(a)、圖2(b)、及圖2(c)所示，於形成於構成光元件晶圓2之磊晶基板21之表面21a之光元件層22的表面22a藉由金錫(AuSu)構成之接合金屬層4接合由厚度1mm之銅基板構成的移設基板3。此外，可使用鉬(Mo)、矽(Si)等作為移設基板3，可使用金(Au)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、銦(In)、鈀(Pd)等作為形成接合金屬層4之接合金屬。此移設基板接合步驟是將上述接合金屬蒸氣沉積於形成於磊晶基板21之表面21a之光元件層22的表面22a或移設基板3之表面3a上，形成厚度3μm左右之 接合金屬層4，使此接合金屬層4與移設基板3之表面3a或光元件層22之表面22a面對面壓合，藉此，藉由接合金屬層4將移設基板3之表面3a接合於構成光元件晶圓2之光元件層22的表面22a，而形成複合基板200。
如上述，若藉由接合金屬層4將移設基板3之表面3a接合於構成光元件晶圓2之光元件層22的表面22a，形成複合基板200後，實施氣體層形成步驟，該氣體層形成步驟是從接合有移設基板3之光元件晶圓2之磊晶基板21的背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層23，於磊晶基板21與緩衝層23之交界面形成氣體層。此氣體層形成步驟是使用圖3所示之雷射加工裝置來實施。圖3所示之雷射加工裝置5具有靜止基台50、以可於以箭號x所示之加工進給方向(X軸方向)移動之狀態配設於該靜止基台50而保持被加工物之夾頭台設備6、以可於與上述X軸方向垂直相交且以箭號Y所示之分度進給方向(Y軸方向)移動之狀態配設於靜止基台50的雷射光線照射單元支撐設備7、以可於以箭號Z所示之聚光點位置調整方向(Z軸方向)移動之狀態配設於該雷射光線照射單元支撐設備7的雷射光線照射單元8。
上述夾頭台設備6具有沿著X軸方向平行地配設於靜止基台50上之引導軌道61、61、以可於X軸方向移動之狀態配設於該引導軌道61、61上之第1滑動塊62、以可於Y軸方向移動之狀態配設於配設在該第1滑動塊62之第2滑動塊63、可以圓筒構件64支撐於該第2滑動塊63上之蓋台65、 作為被加工物保持機構之夾頭台66。此夾頭台66具有由多孔性材料形成之吸附夾頭661，而可以圖中未示之吸引機構將作為被加工物之例如圓板狀半導體晶圓保持於吸附夾頭661之上面(保持面)。如此構成之夾頭台66以配設於圓筒構件64內之圖中未示之脈衝馬達使其旋轉。又，圖中未示之夾頭台設備6具有使上述第1滑動塊62沿著引導軌道61、61於X軸方向移動之加工進給機構67、使第2滑動塊63沿著引導軌道621、621於Y軸方向之第1分度進給機構68。此外，加工進給機構67及第1分度進給機構68以眾所皆知之滾珠螺桿設備構成。
上述雷射光線照射單元支撐設備7具有沿著Y軸方向平行地配設於靜止基台50上之一對引導軌道71、71、以可於Y軸方向移動之狀態配設於該引導軌道71、71上之可動支撐基台72。此可動支撐基台72由可移動地配設於引導軌道71、71上之移動支撐部721、安裝於該移動支撐部721之裝設部722構成，以以滾珠螺桿設備構成之第2分度進給機構73沿著引導軌道71、71於Y軸方向移動。
圖中所示之雷射光線照射單元8具有單元支持器81、安裝於該單元支持器81之雷射光線照射機構82。單元支持器81被支撐成可沿著設於上述可動支撐基台72之裝設部722之引導軌道723、723於Z軸方向移動。如此被支撐成可沿著引導軌道723、723移動之單元支持器81以以滾珠螺桿設備構成之聚光點位置調整機構83於Z軸方向移動。
圖中所示之雷射光線照射機構8具有固定於上述 單元支持器81且實質上以水平延伸而出之圓筒形殼體82。於殼體82內配設有具有圖中未示之脈衝雷射光線振盪器或重複頻率設定機構之脈衝雷射光線振盪機構。於上述殼體82之前端部裝設有用以將從脈衝雷射光線振盪機構振盪之脈衝雷射光線聚光的聚光器84。於殼體82之前端部配設有以上述雷射光線照射機構8拍攝保持於上述夾頭台66之被加工物之拍攝機構85。此拍攝機構85由顯微鏡或CCD照相機等光學機構構成，且將所拍攝之圖像信號發送至圖中未示之控制機構。
圖中所示之雷射加工裝置5具有用以將構成上述光元件晶圓2之磊晶基板21從光元件層22剝離之剝離設備。剝離設備9由在保持於上述夾頭台66之光元件晶圓2定位於剝離位置之狀態下吸附磊晶基板21之吸附機構91、將該吸附機構91支撐成可於上下方向移動之支撐機構92構成，配設於夾頭台設備6之其中一側。吸附機構91由保持構件911、裝設於該保持機構911之下側之複數(在圖中所示之實施形態為3個)吸引墊912a、912b、912c構成，吸引墊912a、912b、912c連接於圖中未示之吸引機構。此外，上述3個吸引墊中吸引墊912a與上述拍攝機構85配設於X軸方向之同一軸線上。
氣體層形成步驟是使用上述雷射加工裝置5，從接合有移設基板3之光元件晶圓2之磊晶基板21之背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長之脈衝雷射光線照射於緩衝層23，而於磊晶基板21與緩衝層23之交 界面形成氣體層，要實施氣體層形成步驟是將上述複合基板200之移設基板3側載置於夾頭台66之上面。然後，以圖中未示之吸引機構將複合基板200吸引保持於夾頭台66上(晶圓保持步驟)。因而，保持於夾頭台66上之複合基板200是構成光元件晶圓之磊晶基板21之背面21b形成為上側。如此，當將複合基板200吸引保持於夾頭台66上後，使加工進給機構67作動，將夾頭台66移動至雷射光線照射機構8之聚光器84所在之雷射光線照射區域。然後，如圖4(a)所示，將構成保持於夾頭台66之複合基板200之光元件晶圓2的磊晶基板21之一端(在圖4(a)中為左端)定位於雷射光線照射機構8之聚光器84的正下方。接著，一面使雷射光線照射機構8作動，從聚光器84將對藍寶石具穿透性且對氮化鎵(GaN)具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層23，一面使夾頭台66於以在圖4(a)中以箭號X1所示之方向以預定加工進給速度移動。接著，如圖4(c)所示，當磊晶基板21之另一端(在圖4(c)中為右端)到達雷射光線照射機構8之聚光器84的照射位置後，停止脈衝雷射光線之照射，同時，停止夾頭台66之移動。於對應於緩衝層23整面之區域實施此雷射光線照射步驟。
此外，上述Ga層形成步驟亦可將聚光器84定位於磊晶基板21之最外周，一面使夾頭台66旋轉，一面使聚光器84朝中心移動，藉此，將脈衝雷射光線照射於緩衝層23整面。
使用準分子雷射來實施上述氣體形成步驟之加工條件如下設定。
光源：準分子雷射
波長：193nm或248nm
重複頻率：50Hz
平均輸出：0.08W
脈衝寬度：10ns
點形狀：400μm
加工進給速度：20mm/秒
又，使用YAG雷射來實施上述氣體層形成步驟之加工條件如下設定。
光源：YAG雷射
波長：257nm或266nm
重複頻率：200kHz
平均輸出：1.0W
脈衝寬度：10ns
點徑：Φ30μm
加工進給速度：100mm/秒
藉以上述加工條件，實施氣體層形成步驟，如圖5所示，於磊晶基板21與緩衝層23之交界面形成複數氣體層230。此複數氣體層230形成島狀。
當實施上述氣體層形成步驟後，實施氣體層檢測步驟，該氣體層檢測步驟是檢測以氣體層形成步驟形成於磊晶基板21與緩衝層23之交界面之氣體層230中位於最外側的氣體層之區域。要實施此氣體層檢測步驟是從業經實施上述氣體層形成步驟之狀態將保持有複合基板200之夾頭台66移動至拍攝機構85之拍攝區域，如圖6所示，將構成 複合基板200之光元件晶圓2之磊晶基板21的外周部定位於拍攝機構85之正下方。又，使拍攝機構85作動，同時，使夾頭台66往以箭號66a所示之方向繞1圈，拍攝機構85將在此期間拍攝之圖像信號發送至圖中未示之控制機構。圖中未示之控制機構依據來自拍攝機構85之圖像信號，檢測位於最外側之氣體層之區域。在圖6所示之實施形態中，選定為氣體層230a位於最外側之氣體層。
藉實施上述氣體層檢測步驟，當檢測出形成於磊晶基板21與緩衝層23之交界面之氣體層230中位於最外側的氣體層230a之區域後，旋動夾頭台66，將選定為位於最外側之氣體層之氣體層230的區域如圖7所示，定位於拍攝機構85之正下方。結果，位於最外側之氣體層230a之區域可與構成上述剝離設備9之吸附機構91之3個吸引墊912a、912b、912c之吸引墊912a定位於X軸方向之同一軸線上。
接著，將夾頭台66移動至配設有剝離設備9之剝離位置，如圖8(a)所示，將形成於構成保持於夾頭台66之複合基板200之光元件晶圓2之磊晶基板21與緩衝層23之交界面的最外側之氣體層230a之區域定位於吸引墊912a之正下方。然後，如圖8(b)所示，將吸附機構91下降，使吸引墊912a接觸磊晶基板21之背面21b之最外側之氣體層230a所在的區域而吸附，同時，以吸引墊912b及912c吸附磊晶基板21之背面21b(磊晶基板吸附步驟)。
當實施上述磊晶基板吸附步驟後，實施光元件層移設步驟，該光元件層移設步驟是將吸附有磊晶基板21之 吸引墊912a、912b、912c往從磊晶基板21背離之方向移動，剝離磊晶基板21，而將光元件層22移設至移設基板3。即，如上述圖8(b)所示，從業經實施磊晶基板吸附步驟之狀態，如圖9所示，將吸附機構91移動至上方，藉此，可將磊晶基板21從光元件層22剝離。結果，光元件層22可移轉至移設基板3。由於在此光元件層移設步驟中，以吸引墊912a吸附形成於磊晶基板21與緩衝層23之交界面之位於最外側的氣體層230a之區域，往從磊晶基板21背離之方向移動，剝離磊晶基板21，故可從位於最易剝離之最外側之氣體層230a之區域剝離，而將磊晶基板21全體平順地剝離。
3‧‧‧移設基板
9‧‧‧剝離設備
21‧‧‧磊晶基板
66‧‧‧夾頭台
92‧‧‧支撐機構
230，230a‧‧‧氣體層
911‧‧‧保持構件
912a-912c‧‧‧吸引墊

Claims (1)

  1. 一種舉離方法，是將於磊晶基板之表面藉由由含有Ga之Ga化合物構成的緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓的光元件層移轉至移設基板之方法，其特徵在於包含有：移設基板接合步驟，是藉由接合金屬層將移設基板接合於光元件晶圓之光元件層之表面；氣體層形成步驟，是從接合有移設基板之光元件晶圓之磊晶基板的背面側將對磊晶基板具穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的脈衝雷射光線照射於緩衝層，以於磊晶基板與緩衝層之交界面形成氣體層；氣體層檢測步驟，是檢測以該氣體層形成步驟形成於磊晶基板與緩衝層之交界面之氣體層中位於最外側之氣體層的區域；磊晶基板吸附步驟，是將吸引墊定位於磊晶基板之以該氣體層檢測步驟所檢測出之最外側之氣體層所在的區域，以吸附磊晶基板；及光元件層移設步驟，是將吸附有磊晶基板之該吸引墊往從磊晶基板背離之方向移動，而剝離磊晶基板，將光元件層移設至移設基板。
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