TW201530803A - 舉離方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種舉離方法。課題為，可以在不使光裝置之品質降低的情形下，確實地剝離磊晶基板。解決手段為，將在磊晶基板的表面上透過緩衝層而積層有光裝置層之光裝置晶圓的光裝置層，移換到移設基板的舉離方法，其包含：複合基板形成步驟，透過接合劑在光裝置晶圓的光裝置層之表面上接合移設基板以形成複合基板；緩衝層破壞步驟，從複合基板之磊晶基板的背面側對緩衝層照射，對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具吸收性之波長的雷射光線，破壞緩衝層；及光裝置層移設步驟，將實施過緩衝層破壞步驟之複合基板的磊晶基板剝離，將光裝置層移設到移設基板。且緩衝層破壞步驟是，加熱複合基板以緩和於磊晶基板與移設基板之間產生的回彈，而將雷射光線照射在緩衝層上。

Description

舉離方法 發明領域
本發明是有關於一種舉離方法，是將在藍寶石基板或碳化矽等之磊晶基板表面透過緩衝層而積層有光裝置層之光裝置晶圓的光裝置層，移換到移設基板上。
發明背景
在光裝置的製程中，會在大致呈圓板狀之藍寶石(sapphire)基板或碳化矽等之磊晶基板的表面上透過緩衝層而積層光裝置層，並在以形成為格子狀的多數條切割道(street)所劃分出的多數個區域中形成發光二極體、雷射二極體(laser diode)等光裝置，而構成光裝置晶圓，其中該光裝置層是由GaN(氮化鎵)或INGaP(磷化銦鎵)或ALGaN(氮化鋁鎵)所構成之n型半導體層以及p型半導體層所形成。並且，透過將光裝置晶圓沿著切割道分割，就能製造出一個個的光裝置。
又，以光裝置的亮度之提升或冷卻之提升為目的，在下述專利文獻1中已揭示有，將光裝置晶圓的光裝置層移設到Mo、Cu、Si基板等的移設基板上之被稱為舉離(lift off)的製造方法。
舉離是指，透過AuSn(金錫)等之接合金屬層，在光裝置晶圓的光裝置層側接合移設基板，且藉由從磊晶基板之背面側照射可穿透磊晶基板並在緩衝層被吸收之波長(例如，257nm)的雷射光線以破壞緩衝層，並將磊晶基板從光裝置層剝離，而將光裝置層移換到移設基板上的技術。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2004-72052號公報
發明概要
然而，因為在光裝置晶圓的光裝置層側透過接合金屬層接合移設基板而形成複合基板時，會將光裝置晶圓以及移設基板加熱到250℃左右，所以會因為構成光裝置晶圓之磊晶基板與移設基板的熱膨脹係數之差距，而導致複合基板在常溫下稍微形成彎曲。因此，在照射雷射光線以破壞緩衝層時，會因磊晶基板以及移設基板之回彈(spring back)導致在雷射光線未照射到的區域產生剝離而有所謂的使光裝置層受到破壞，並降低光裝置品質的問題。
本發明是有鑒於上述事實而作成的，其主要之技術課題是，提供一種可以在不使光裝置的品質降低的情形下確實地剝離磊晶基板的舉離方法。
為了解決上述之主要技術課題，依據本發明所提 供的舉離方法是，將在磊晶基板的表面上透過緩衝層而積層有光裝置層之光裝置晶圓的光裝置層，移換到移設基板上的舉離方法，特徵在於，其包含：複合基板形成步驟，透過接合劑在光裝置晶圓的光裝置層之表面上接合移設基板以形成複合基板；緩衝層破壞步驟，從複合基板之磊晶基板的背面側對緩衝層照射，對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性之波長的雷射光線，破壞緩衝層；及光裝置層移設步驟，將實施過該緩衝層破壞步驟之複合基板的磊晶基板剝離，將光裝置層移設到移設基板；且該緩衝層破壞步驟是，加熱複合基板以緩和在磊晶基板與移設基板之間產生之回彈，並將雷射光線照射在緩衝層上。
在上述緩衝層破壞步驟中，是將加熱複合基板的溫度設定在100~500℃。
在依據本發明之舉離方法中，由於在緩衝層破壞步驟中從複合基板之磊晶基板的背面側對緩衝層照射，對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性之波長的雷射光線之前，會實施複合基板加熱步驟，加熱複合基板以緩和構成在常溫下已稍微彎曲之複合基板的磊晶基板與移設基板之間產生的回彈，所以不會有產生磊晶基板與移設基板的回彈之情形，因而能夠確實地破壞緩衝層。在將複合基板的磊晶基板剝離，並將光裝置層移設到移設基板之光 裝置層移設步驟中，不會有在緩衝層未被破壞的區域發生剝離的情形。因此，能夠解決所謂的，在緩衝層未被破壞之區域發生剝離而破壞光裝置層，且導致光裝置的品質降低的問題。
2‧‧‧光裝置晶圓
200‧‧‧複合基板
21‧‧‧磊晶基板
21a、22a‧‧‧表面
21b‧‧‧背面
22‧‧‧光裝置層
221‧‧‧n型氮化鎵半導體層
222‧‧‧p型氮化鎵半導體層
224‧‧‧光裝置
23‧‧‧緩衝層
3‧‧‧移設基板
3a‧‧‧移設基板的表面
4‧‧‧接合金屬層
5‧‧‧雷射加工裝置
50‧‧‧靜止基台
6‧‧‧夾頭台機構
61、621、71、723‧‧‧導軌
62‧‧‧第1滑動塊
63‧‧‧第2滑動塊
64‧‧‧圓筒構件
65‧‧‧蓋台
66‧‧‧夾頭台
660‧‧‧保持區域
661‧‧‧夾頭台本體
661a‧‧‧保持部
661b‧‧‧旋轉軸部
661c‧‧‧嵌合凹部
661d‧‧‧支撐架
661e‧‧‧吸引通路
662‧‧‧多孔陶瓷加熱器
663‧‧‧電源電路
664‧‧‧上部構件
664a‧‧‧負壓室
664b‧‧‧吸引孔
664c‧‧‧連通孔
665‧‧‧下部構件
666‧‧‧橡膠加熱器
666a‧‧‧連通路
67‧‧‧加工傳送手段
68‧‧‧第1分度傳送手段
7‧‧‧雷射光線照射單元支撐機構
72‧‧‧可動支撐基台
721‧‧‧移動支撐部
722‧‧‧裝設部
73‧‧‧第2分度傳送手段
8‧‧‧雷射光線照射手段
X1‧‧‧箭頭
81‧‧‧單元座
82‧‧‧套管
83‧‧‧聚光點位置調整手段
84‧‧‧聚光器
85‧‧‧攝像手段
9‧‧‧剝離機構
X、Y、Z‧‧‧方向
91‧‧‧吸附手段
911‧‧‧保持構件
912a、912b、912c‧‧‧吸引墊
92‧‧‧支撐手段
圖1(a)~(b)是形成有光裝置層的光裝置晶圓之立體圖及主要部位放大剖面圖，其中該光裝置層是藉由本發明之舉離方法而被移換到移設基板上。
圖2(a)~(c)是本發明之舉離方法的複合基板形成步驟的說明圖。
圖3是用以實施本發明之舉離方法之緩衝層破壞步驟以及光裝置層移設步驟的雷射加工裝置的立體圖。
圖4是圖3所示之雷射加工裝置中所配備之夾頭台的剖面圖。
圖5是表示圖3所示之雷射加工裝置中所配備之夾頭台的其他實施形態的剖面圖。
圖6(a)~(c)是本發明之舉離方法的緩衝層破壞步驟的說明圖。
圖7(a)~(b)是本發明之舉離方法之光裝置層移設步驟中的磊晶基板吸附步驟的說明圖。
圖8是本發明之舉離方法的光裝置層移設步驟中的剝離步驟的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，針對本發明之舉離方法的較佳實施形態，參照附加圖式詳細地進行說明。
在圖1之(a)及(b)中所示為，形成有光裝置層的光裝置晶圓之立體圖及主要部位放大剖面圖，其中該光裝置層是透過本發明之舉離方法而被移換到移設基板上。
圖1之(a)及(b)所示之光裝置晶圓2是，在由直徑為50mm且厚度為600μm之圓板形狀的藍寶石基板所構成之磊晶基板21的表面21a上，藉由磊晶成長法而形成由n型氮化鎵半導體層221及p型氮化鎵半導體層222所構成之光裝置層22。再者，在磊晶基板21的表面上藉由磊晶成長法積層由n型氮化鎵半導體層221及p型氮化鎵半導體層222所構成之光裝置層22時，會在磊晶基板21之表面21a與形成光裝置層22之n型氮化鎵半導體層221之間，形成由氮化鎵(GaN)所構成之厚度為例如1μm的緩衝層23。如此所構成之光裝置晶圓2，在本實施形態中，是將光裝置層22之厚度形成為例如10μm。再者，光裝置層22是，如圖1之(a)所示，在以形成為格子狀之多數條分割道223所劃分出的多數個區域中形成有光裝置224。
如上所述，為了將光裝置晶圓2之磊晶基板21從光裝置層22剝離而移換到移設基板上，會實施在光裝置層22之表面22a上接合移設基板以形成複合基板的複合基板形成步驟。亦即，如圖2之(a)、(b)及(c)所示，在構成光裝置晶圓2之磊晶基板21的表面21a上所形成之光裝置層22的表面22a，透過由金錫(AuSn)所形成之作為接合劑的接合金 屬層4接合上厚度為1mm之銅基板所構成的移設基板3。再者，可使用鉬(Mo)、銅(Cu)、矽(Si)等作為移設基板3，又，可使用金(Au)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、銦(In)、鈀(Pd)等作為形成接合金屬層4的接合金屬。該複合基板形成步驟是，藉由在形成於磊晶基板21的表面21a之光裝置層22的表面22a或移設基板3之表面3a上蒸鍍上述接合金屬以形成厚度為3μm左右的接合金屬層4，且使該接合金屬層4與移設基板3之表面3a或光裝置層22之表面22a相面對而壓緊，以透過接合金屬層4將移設基板3之表面3a接合到構成光裝置晶圓2之光裝置層22的表面22a而形成複合基板200。再者，由於在複合基板形成步驟中，在形成於磊晶基板21的表面21a上之光裝置層22的表面22a上接合移設基板3而形成複合基板200時，會將磊晶基板21及移設基板3加熱到250℃左右，所以因磊晶基板21與移設基板3的熱膨脹係數的差距，複合基板200在常溫下會稍微形成彎曲。
如上所述，於透過接合金屬層4將移設基板3之表面3a接合到構成光裝置晶圓2之光裝置層22的表面22a上以形成複合基板200後，即可實施緩衝層破壞步驟，從複合基板200之磊晶基板21的背面側對緩衝層23照射，對磊晶基板21具有穿透性且對緩衝層23具有吸收性之波長的雷射光線，破壞緩衝層23。緩衝層破壞步驟是使用圖3所示之雷射加工裝置而實施。圖3所示之雷射加工裝置5具備有，靜止基台50、配置成可在該靜止基台50上沿以箭頭X表示之加工傳送方向(X軸方向)移動且用於保持被加工物的夾頭台機構6、 配置成可在靜止基台50上沿與上述X軸方向垂直相交之以箭頭Y表示的分度傳送方向(Y軸方向)移動的雷射光線照射單元支撐機構7，及配置成可在該雷射光線照射單元支撐機構7上沿以箭頭Z表示之聚光點位置調整方向(Z軸方向)移動的雷射光線照射手段8。
上述夾頭台機構6具備有，在靜止基台50上沿著X軸方向平行地配置之導軌61、61、在該導軌61、61上配置成可在X軸方向上移動之第1滑動塊62、在配置於該第1滑動塊62的上表面之導軌621、621上配置成可在Y軸方向上移動的第2滑動塊63、在該第2滑動塊63上藉由圓筒構件64而受到支撐之蓋台65，及作為被加工物保持手段之夾頭台66。如圖4所示，該夾頭台66是由夾頭台本體661，及配置於該夾頭台本體661之保持區域660中的多孔陶瓷加熱器(porous ceramics heater)662所構成，其中該多孔陶瓷加熱器662是作為具有通氣性之吸引保持構件而發揮作用。夾頭台本體661是由圓盤狀之保持部661a，及從該661a的下表面突出而設置之旋轉軸部661b所構成，且藉由不銹鋼等之金屬材以及陶瓷等而形成為一體。在保持部661a的上表面上設有位在保持區域660中的圓形的嵌合凹部661c。在這個嵌合凹部661c中，有設置在底面之外周部並供多孔陶瓷加熱器662載置的環狀的支撐架661d。在形成夾頭台本體661之保持部611a以及旋轉軸部611b上，設有在嵌合凹部661c形成開口之吸引通路611e。
作為上述吸引保持構件而發揮作用之多孔陶瓷 加熱器662是，被嵌合在形成於夾頭台本體661之保持部661a的上表面的嵌合凹部661c中，並被載置在環狀的支撐架661d上，且是以適當的接著劑將多孔陶瓷加熱器662的外周面與嵌合凹部661a的內周面接合。如此進行而被嵌合在設置於夾頭台本體661之保持部661a上的嵌合凹部661c中的多孔陶瓷加熱器662是，以將其上表面與保持部661a的上表面形成同一平面的方式而構成。
如以上所述地構成之夾頭台66，可將形成在夾頭台本體661之吸引通路661e連接到圖未示的吸引手段。因此，藉由將被加工物載置在配置於夾頭台本體661之保持區域660中的多孔陶瓷加熱器662上，並作動圖未示之吸引手段，就能透過吸引通路661e使負壓作用在多孔陶瓷加熱器662的上表面，並將被加工物吸引保持在該多孔陶瓷加熱器662之上表面。
又，構成夾頭台66之多孔陶瓷加熱器662被連接到電源電路663。因此，多孔陶瓷加熱器662可藉由從電源電路663施加電力而被加熱到預定之溫度。再者，多孔陶瓷加熱器662之加熱溫度宜在100~500℃。
接著，針對夾頭台66之其他實施形態，參照圖5進行說明。圖5所示之夾頭台66，是使夾頭台本體661由上部構件664與下部構件665所構成，且在上部構件664與下部構件665之間配置有橡膠加熱器666。在上部構件664中設有負壓室664a，並且形成有連通於該負壓室664a且在上表面形成開口的多數個吸引孔664b以及在下表面形成開口的連 通孔664c。又，在下部構件665的下表面設有上述旋轉軸部661b。再者，在橡膠加熱器666的中心部設有，與形成於上部構件664的連通孔664c，和形成於下部構件665及旋轉軸部661b的吸引通路661e相連通的連通路666a。構成像這樣所構成之夾頭台66的橡膠加熱器666是，與上述圖4所示之實施形態同樣地連接到電源電路，且變成可被加熱到100~500℃。
參照圖3繼續說明，如上述地構成之夾頭台66，可藉由配置於圓筒構件64內之圖未示的脈衝馬達(pulse motor)而進行旋轉。又，夾頭台機構6具備有，使上述第1滑動塊62沿著導軌61、61在X軸方向上移動的加工傳送手段67，及使第2滑動塊63沿著導軌621、621在Y軸方向上移動的第1分度傳送手段68。再者，加工傳送手段67及第1分度傳送手段68是藉由周知的滾珠螺桿機構所構成。
上述雷射光線照射單元支撐機構7具備有，在靜止基台50上沿著Y軸方向平行地配置之一對導軌71、71、在該導軌71、71上配置成可在Y軸方向上移動之可動支撐基台72。此可動支撐基台72是由，可移動地配置在導軌71、71上之移動支撐部721，及安裝於該移動支撐部721上之裝設部722所構成，且藉由利用滾珠螺桿機構所構成之第2分度傳送手段73使其能夠沿著導軌71、71在Y軸方向上移動。
雷射光線照射手段8具備有單元座(unit holder)81，及安裝在該單元座81上之套管(casing)82。單元座81是沿著設置於上述可動支撐基台72之裝設部722的導 軌723、723而被支撐成可在Z軸方向上移動。像這樣沿著導軌723、723被支撐成可移動的單元座81，可藉由利用滾珠螺桿機構所構成之聚光點位置調整手段83而使其能夠在Z軸方向上移動。
雷射光線照射手段8包含有固定在上述單元座81上且實質上延伸成水平的圓筒形狀之套管82。在套管82內配置有具備圖未示之脈衝雷射光線發射器及重複頻率設定手段的脈衝雷射光線發射手段。在上述套管82的前端部裝設有用以將從脈衝雷射光線發射手段所發射之脈衝雷射光線聚集的聚光器84。在套管82的前端部配置有攝像手段85，該攝像手段85可透過上述雷射光線照射手段8對保持在上述夾頭台66上的被加工物進行拍攝。該攝像手段85是由顯微鏡及CCD攝影機等光學手段所構成，且能夠將所拍攝到的影像訊號傳送到圖未示之控制手段。
雷射加工裝置5具備有，用於將構成上述光裝置晶圓2之磊晶基板21從光裝置層22剝離的剝離機構9。剝離機構9是由吸附手段91及支撐手段92所構成，並配置於夾頭台機構6的其中一方之側，該吸附手段91是在將保持於上述夾頭台66上之光裝置晶圓2定位於剝離位置的狀態下對磊晶基板21進行吸附，該支撐手段92將該吸附手段91支撐成可上下移動。吸附手段91是由保持構件911，及裝設於該保持構件911下側的多數個(圖示之實施形態中為3個)吸引墊912a、912b、912c所構成，並將吸引墊912a、912b、912c連接到圖未示之吸引手段。
在使用上述雷射加工裝置5而實施，從複合基板200之磊晶基板21的背面側對緩衝層23照射對磊晶基板21具有穿透性且對緩衝層23具有吸收性之波長的雷射光線，並破壞緩衝層23的緩衝層破壞步驟中，是將上述複合基板200的移設基板3側載置在，作為構成圖4所示之夾頭台66的吸引保持構件而發揮作用的多孔陶瓷加熱器662之上表面，或構成圖5所示之夾頭台66的夾頭台本體661之上部構件664的上表面。並且，對構成夾頭台66之多孔陶瓷加熱器662或橡膠加熱器666施加電力以加熱到100~500℃。其結果為，可將吸引保持在夾頭台66上之複合基板200加熱到100~500℃(複合基板加熱步驟)。因此，就能將構成該複合基板200的磊晶基板21與移設基板3之間所產生的回彈緩和，其中該複合基板200於常溫下已稍微形成彎曲。
當實施過上述複合基板加熱步驟後，即可藉由作動圖未示之吸引手段將複合基板200吸引保持在夾頭台66上(晶圓保持步驟)。因此，吸引保持於夾頭台66上之複合基板200會變成，構成光裝置晶圓2之磊晶基板21的背面21b在上側。像這樣將複合基板200吸引保持在夾頭台66上之後，即可作動加工傳送手段67以將夾頭台66移動到雷射光線照射手段8之聚光器84所在的雷射光線照射區域。並且，如圖6(a)中所示，將構成保持在夾頭台66之複合基板200的光裝置晶圓2之磊晶基板21的一端(圖6(a)中的左端)定位於雷射光線照射手段8之聚光器84的正下方。接著，作動雷射光線照射手段8，以一邊從聚光器84對緩衝層23照射對藍寶石具 有穿透性且對緩衝層23具有吸收性之波長的脈衝雷射光線，一邊使夾頭台66以預定之加工傳送速度在圖6(a)中朝箭頭X1所示之方向移動。並且，如圖6(c)中所示，於雷射光線照射手段8之聚光器84的照射位置到達磊晶基板21之另一端(圖6(c)中的右端)時，即停止脈衝雷射光之照射，並且停止夾頭台66之移動。將這個緩衝層破壞步驟在對應於整個緩衝層23之區域實施。
再者，上述緩衝層破壞步驟也可以做成，藉由將聚光器84定位於磊晶基板21之最外周，且一邊旋轉夾頭台66一邊將聚光器84朝向中心移動，以對整個緩衝層23照射脈衝雷射光線。
將上述緩衝層破壞步驟之加工條件設定成如下。
光源：YAG雷射
波長：257nm
重複頻率：50kHz
平均輸出功率：0.12W
脈衝寬度：100ns
點徑：φ70μm
散焦(defocus)：1.0mm(在將雷射光線之聚光點定位在磊晶基板21之背面21b的狀態下，將聚光器84朝磊晶基板21靠近1mm。)
加工傳送速度：600mm/秒
藉由透過上述加工條件實施緩衝層破壞步驟，就可將緩衝層23破壞。在上述的緩衝層破壞步驟中，在作動雷射光線照射手段8以從聚光器84對緩衝層23照射，對藍寶石具有穿透性且對緩衝層23具有吸收性之波長的脈衝雷射光線前，因為實施複合基板加熱步驟，加熱被吸引保持在夾頭台66上之複合基板200，以緩和構成在常溫下已稍微彎曲之複合基板200的磊晶基板21與移設基板3之間所產生的回彈，所以不會有產生磊晶基板21與移設基板3的回彈之情形，因而能夠確實地破壞緩衝層23。
當實施過上述緩衝層破壞步驟後，即可實施光裝置層移設步驟，將複合基板200之磊晶基板21剝離，並將光裝置層22移設到移設基板3上。亦即，將夾頭台66移動到配置有剝離機構9的剝離位置，如圖7(a)所示，將保持於夾頭台66上之複合基板200定位於吸附手段91的正下方。並且，如圖7(b)所示，藉由將吸附手段91降下以使吸引墊912a、912b、912c接觸到磊晶基板21的背面21b，並作動圖未示之吸引手段，就能藉由吸引墊912a、912b、912c吸附磊晶基板21的背面21b(磊晶基板吸附步驟)。
當實施了上述的磊晶基板吸附步驟後，即可實施剝離步驟，使已吸附了磊晶基板21之吸引墊912a、912b、912c往離開磊晶基板21的方向移動以將磊晶基板21剝離，並將光裝置層22移設到移設基板3。亦即，藉由從如上述圖7(b)所示地已實施了磊晶基板吸附步驟的狀態，到如圖8所 示地將吸附手段91朝上方移動的作法，就能將磊晶基板21從光裝置層22剝離。其結果為，變成將光裝置層22移換到移設基板3上。實施由上述磊晶基板吸附步驟以及剝離步驟所構成之光裝置層移設步驟的複合基板200，因為在上述緩衝層破壞步驟中確實地將緩衝層23破壞，所以不會有在緩衝層23未被破壞的區域進行剝離的情形。因此，能夠解決所謂的，在緩衝層23未被破壞的區域發生剝離而破壞光裝置層22，並導致光裝置的品質降低的問題。
2‧‧‧光裝置晶圓
200‧‧‧複合基板
21‧‧‧磊晶基板
21b‧‧‧背面
22‧‧‧光裝置層
23‧‧‧緩衝層
3‧‧‧移設基板
3a‧‧‧表面
4‧‧‧接合金屬層
66‧‧‧夾頭台
8‧‧‧雷射光線照射手段
84‧‧‧聚光器
X1‧‧‧箭頭

Claims (2)

  1. 一種舉離方法，為將在磊晶基板的表面上透過緩衝層而積層有光裝置層之光裝置晶圓的光裝置層，移換到移設基板上的舉離方法，其特徵在於包含：複合基板形成步驟，透過接合劑在光裝置晶圓的光裝置層之表面上接合移設基板以形成複合基板；緩衝層破壞步驟，從複合基板之磊晶基板的背面側對緩衝層照射對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性之波長的雷射光線，破壞緩衝層；及光裝置層移設步驟，將實施過該緩衝層破壞步驟之複合基板的磊晶基板剝離，將光裝置層移設到移設基板；且該緩衝層破壞步驟是，加熱複合基板以緩和在磊晶基板與移設基板之間產生之回彈，並將雷射光線照射在緩衝層上。
  2. 如請求項1所述的舉離方法，其中，在該緩衝層破壞步驟中，是將加熱複合基板的溫度設定在100~500℃。
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