TW201827152A - 雷射剝除裝置及雷射剝除方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種雷射剝除裝置，係一邊使透明基板與照射雷射光之雷射照射光學系統相對地移動，一邊從該基板的內面側來對基板表面的犧牲層照射雷射光，以將形成於該基板表面的被剝離層加以剝離；該雷射照射光學系統係構成為可對該犧牲層先照射強度相異之雷射光當中強度小的雷射光，接著再照射強度大的雷射光。
Description
本發明關於一種從基板來將透明基板上所形成的被剝離層剝離之雷射剝除裝置，特別是關於可抑制污染物質附著在被剝離層來加以剝離之雷射剝除裝置及雷射剝除方法。
傳統的雷射剝除裝置係從層積形成有分離層(其為非晶質矽所構成的光吸收層與金屬薄膜所構成的反射層之層積體)及被剝離層之透光性基板的內面側照射雷射光，而使光吸收層引起消融，來讓分離層發生剝離，以使被剝離層自基板脫離(例如，參閱日本特開平10-125929號公報)。
此情況下，雷射光的照射強度必須是為了使光吸收層發生消融之必要的剝離閾值以上，且控制在因光吸收層的溫度上升而發生大量的污染物質之污染閾值以下。
但上述般傳統的雷射剝除裝置中，由於係一次照射超過剝離閾值大小的雷射光，故光吸收層會發生急遽的溫度上升，而突然產生大量的氣體，其結果，光吸收層的一部分亦會從基板剝離並附著在被剝離層，而有污染被剝離層之虞。於是，傳統的雷射剝除裝置中，上述污染閾值便會變低。
因此，傳統的雷射剝除裝置中，便會有所謂的下述問題，雷射光的照射強度中之剝離閾值至污染閾值間的製程餘裕(process margin)變得狹窄，而難以抑制被剝離層的污染。
因此，本發明有鑑於上述般的問題點，其目的在於提供一種可抑制污 染物質附著在被剝離層來加以剝離之雷射剝除裝置及雷射剝除方法。
為達成上述目的，本發明之雷射剝除裝置係一邊使透明基板與照射雷射光之雷射照射光學系統相對地移動，一邊從該基板的內面側來對基板表面的被照射區域照射雷射光，以將形成於該基板表面的被剝離層加以剝離之雷射剝除裝置；該雷射照射光學系統係構成為可對該被照射區域先照射強度相異之雷射光當中強度小的雷射光，接著再照射強度大的雷射光。
又，本發明之雷射剝除方法係從透明基板的內面側藉由雷射照射光學系統來照射雷射光，以將形成於該基板上之被剝離層自該基板加以剝離之雷射剝除方法；一邊使該基板相對於該雷射照射光學系統而相對地移動，一邊對基板表面的全部被照射區域先照射強度相異之雷射光當中強度小的雷射光，接著再照射強度大的雷射光。
依據本發明，由於係相對於基板表面的全部被照射區域，先藉由照射強度相異之雷射光當中強度小之雷射光的照射來進行預備加熱，接著再藉由強度大之雷射光的照射來進行正式加熱，故可抑制被照射區域的溫度急遽上升。於是，便可抑制污染物質突然發生而污染被剝離層。
1‧‧‧搬送機構
2‧‧‧雷射照射光學系統
2A‧‧‧第1及第2雷射照射光學系統
2B‧‧‧第1及第2雷射照射光學系統
3‧‧‧透明基板
4‧‧‧被剝離層
5‧‧‧犧牲層
6‧‧‧雷射光源
7‧‧‧耦合光學系統
8‧‧‧遮光遮罩
9‧‧‧對物透鏡
10‧‧‧開口窗
10a‧‧‧第1區域
10b‧‧‧第2區域
11‧‧‧玻璃基板
12‧‧‧遮光膜
A‧‧‧箭頭
圖1係顯示本發明之雷射剝除裝置的第1實施型態之概略結構圖。
圖2係顯示被剝離層的一構成例之示意圖。
圖3係顯示遮光遮罩的一構成例之示意圖，(a)為平面圖，(b)為(a)之O-O線剖視圖。
圖4係顯示上述遮光遮罩的開口窗之第1及第2區域的透光率之說明圖，(a)係顯示第2區域的透光率為慢慢地變化，(b)係顯示第2區域的透光率為階段狀地變化。
圖5係顯示上述第1實施型態的雷射剝除方法之說明圖。
圖6係顯示關於從犧牲層釋放出的氫量，將本發明與習知技術加以比較之圖表。
圖7係顯示習知技術的雷射剝除方法之說明圖。
圖8係顯示本發明之雷射剝除裝置的第2實施型態之概略結構圖。
圖9係顯示上述第2實施型態的雷射剝除方法之說明圖。
以下，依據添附圖式來詳細地說明本發明之實施型態。圖1係顯示本發明之雷射剝除裝置的第1實施型態之概略結構圖。該雷射剝除裝置會從基板來將透明基板上所形成的被剝離層加以剝離，而構成為具備有搬送機構1與雷射照射光學系統2。
此外，此處如圖2所示，係針對在玻璃(包含石英)或藍寶石等之可讓可見光穿透的透明基板3表面與被剝離層4之間設置有作為會因雷射光的照射而產生氣體之犧牲層5，例如含有氫之非晶質矽膜的情況來加以說明。
上述搬送機構1會將表面形成有被剝離層4之透明基板3加以保持來往一方向(箭頭A方向)以一定的速度搬送，可使用公知的基板搬送機構。此處係針對以上述搬送機構1來將上述被剝離層4側為下側之基板3加以保持而搬送的情況來加以說明。此外，以被剝離層4成為上側之方式來搬送基板3的情況，後述雷射照射光學系統2係配置於搬送機構1之搬送面的下側。
上述搬送機構1之搬送面的上方係設置有雷射照射光學系統2。該雷射照射光學系統2係從該基板3的內面側來對藉由搬送機構1所搬送中的基板3照射雷射光，而構成為可先照射強度相異之雷射光當中強度小的雷射光，接著再照射強度大的雷射光。
詳細來說，雷射照射光學系統2係從雷射光的行進方向上游朝向下游依序配置有雷射光源6、耦合光學系統7、遮光遮罩8及對物透鏡9所構成。
上述雷射光源6為準分子雷射、Nd-YAG雷射、Ar雷射等，會脈衝地發出具有足夠的能量來使上述犧牲層5的溫度上升之從例如波長為100nm~1200nm當中所選擇之期望波長的雷射光。
上述耦合光學系統7係會在使從雷射光源6所放出之雷射光的束徑擴張，且使束徑內的輝度分佈均勻後，對後述遮光遮罩8照射平行光者，包含有擴束器、光積分儀及聚光鏡。此外，聚光鏡可為會聚光在正交雙軸方向之 球面透鏡，或是會聚光在單軸方向之柱面透鏡。柱面透鏡的情況，透鏡係配置為其圓柱軸會與上述基板搬送方向呈交叉。
上述遮光遮罩8係構成本發明的技術特徵之部分，係設置有於基板搬送方向具有透光率相異的至少二個區域(本實施型態中，如圖3所示，係針對具有第1區域10a與第2區域10b之情況來加以說明。)之開口窗10，開口窗10的透光率係形成為以箭頭A所示之基板搬送方向上游側的第1區域10a會較下游側的第2區域10b要來得高。
詳細地說明，上述遮光遮罩8如圖3(b)所示，係於石英等之可讓雷射光穿透的玻璃基板11上所設置之鉻(Cr)等遮光膜12設置有矩形開口窗10，該開口窗10如同圖(a)所示，係於例如與基板搬送方向(箭頭A方向)呈交叉之方向上具有長軸，第1區域10a為完全地開口，第2區域10b係相對於第1區域10a而以特定的減光率被施有減光處理。亦即，上述減光處理係以下述方式被施加：當穿透上述開口窗10的第1區域10a而照射在基板表面的被照射區域(犧牲層5)之雷射光的強度被設定為剝離閾值以上，但未達污染閾值時，則穿透第2區域10b而照射在被照射區域之雷射光的強度會成為未達剝離閾值。
更詳細地說明，穿透第2區域10b之雷射光的強度係設定為未達剝離閾值，且可從犧牲層5來釋放出該犧牲層5所含氣體的一部分之值。上述設定係適當地依實驗而決定為適當的值。
第2區域10b的減光處理可如圖4(a)所示，透光率會從基板搬送方向下游朝向上游漸增般地變化而形成，或是如同圖(b)所示，階段狀地變化而形成。
上述減光處理的具體例如圖4(a)所示，使透光率漸增般地變化時，可使第2區域10b內之遮光膜12所設置的例如槽縫寬度會隨著從第1區域10a遠離則慢慢地變狹窄般地變化來加以形成。又，亦可使第2區域10b內之條紋狀或圓形遮光膜12的配置面積會隨著從第1區域10a遠離則慢慢地變廣般地變化來加以形成，可使用公知的技術。
又，如圖4(b)所示，使透光率階段狀地變化時，只要將遮光膜12形成為特定的厚度，而能夠獲得特定的透光率即可。
此外，第2區域1b的減光處理亦可將穿透第1區域1a之雷射光的照射能 量與穿透第2區域1b之雷射光的照射能量設定為相同來進行。
上述對物透鏡9會使上述遮光遮罩8的開口窗10反轉成像在作為被照射區域之上述犧牲層5，可為會聚光在正交雙軸方向之球面透鏡，或是會聚光在單軸方向之柱面透鏡。柱面透鏡的情況，透鏡係配置為其圓柱軸會與上述基板搬送方向呈交叉。
如上所述般地，由於上述遮光遮罩8的開口窗10會藉由對物透鏡9而反轉成像在犧牲層5，故如圖4(a)所示，當第2區域10b的透光率係從基板搬送方向下游側朝向上游側而漸增之情況，便會如同圖(a)的右側所示，對應於第2區域10b而照射在犧牲層5之雷射光的照射強度會從基板搬送方向上游側朝向下游側而漸增。
又，如圖4(b)所示，當開口窗10的透光率係階段狀地變化之情況，則會如同圖(b)的右側所示般地，對應於開口窗10而照射在犧牲層5之雷射光的照射強度係基板搬送方向上游側會較下游側要來得弱。
接下來，針對上述方式所構成之雷射剝除裝置的動作，以及使用本裝置之雷射剝除方法來加以說明。
將於基板表面依序層積形成有犧牲層5及被剝離層4之透明基板3，而以基板表面會成為搬送機構1的搬送面側之方式來保持於搬送機構1，並將基板3朝圖1所示之箭頭A方向開始搬送。此外，此處係針對犧牲層5為含有氫之非晶質矽膜的情況來加以說明。
接下來，在相對於雷射照射光學系統2而位在基板搬送方向上游側之位置處，藉由省略圖示的攝影機構，來從內面側穿透上述基板3而拍攝基板表面的被照射區域(犧牲層5)，再依據該攝影影像而以省略圖示的控制機構來檢測上述被照射區域之基板搬送方向下游側的端部。
檢測被照射區域之基板搬送方向下游側的端部後，以其作為觸發而在控制機構中演算基板3的移動距離。然後，基板3僅會移動預先設定的特定距離，當上述被照射區域之基板搬送方向下游側的端部在圖5(b)所示般之遮光遮罩8所設置之開口窗10之第2區域10b的成像中，對齊於基板搬送方向上游側端部(相當於同圖(a)所示之預備加熱區域的基板搬送方向上游側端部)後，則雷射光源6便會以特定的時間間隔而脈衝發光，從雷射光源6來放出 雷射光。
當雷射光藉由耦合光學系統7而束徑被擴大，且強度分佈均勻化後，會成為平行光而照射在遮光遮罩8。
照射在遮光遮罩8之雷射光會因遮光遮罩8的開口窗10而被整形為光束的剖面形狀為在與基板搬送方向呈交叉之方向上具有長軸之條紋狀，並射穿遮光遮罩8。然後，射穿遮光遮罩8的雷射光會藉由對物透鏡9而聚光在基板表面的被照射區域(犧牲層5)般地從內面側穿透透明基板3。此情況下，射穿遮光遮罩8的雷射光係通過開口窗10之施有減光處理的第2區域10b之部分的強度會較通過第1區域10a之部分的強度要來得小。
基板3係以一定的速度被搬送，雷射光源6則會以特定的時間間隔而脈衝發光。此情況下，基板3的搬送速度係設定為在至少1次脈衝發光時間內，基板3在遮光遮罩8之開口窗10的成像中，僅會移動與對應於第2區域10b之部分(圖5(a)所示之預備加熱區域)之基板搬送方向的寬度相同尺寸。
圖5係顯示雷射光源6在1次發光的期間，基板3僅會移動與上述預備加熱區域之基板搬送方向的寬度相同尺寸之情況。圖5(a)係顯示照射在被照射區域之雷射光的強度分佈，同圖(b)~(d)係顯示因基板3被搬送而依時間變化之被照射區域的位置。
如圖5(b)所示，當基板3之被照射區域(犧牲層5)的基板搬送方向下游側端部對齊於預備加熱區域的基板搬送方向上游側端部後，則雷射光源6便會進行第1次的雷射發光。在此第1次的雷射發光時間內，基板3僅會移動與預備加熱區域之基板搬送方向的寬度相同尺寸。於是，被照射區域便會如同圖(c)所示般地，基板搬送方向下游側的端部區域5a會藉由通過開口窗10的第2區域10b之雷射光而受到照射。此情況下，由於通過第2區域10b之雷射光的照射強度係設定為未達剝離閾值，故被照射區域之上述端部區域5a的犧牲層5僅會被預備性地加熱而不會剝離。此時，如圖6中以虛線I所示般地，從犧牲層5會釋放出該犧牲層5所含氣體的一部分。此外，此情況下，由於端部區域5a會受到第1次(第1次發射)雷射光的照射，故在圖6中，n便會成為零。
接著，基板3會被搬送，如圖5(d)所示般地，當被照射區域僅移動與預 備加熱區域之基板搬送方向的寬度相同尺寸後，則雷射光源6便會進行第2次(第2次發射)的脈衝發光。藉此，則被照射區域的上述端部區域5a便會藉由通過開口窗10的第1區域10a之雷射光而受到照射。亦即，此為被照射區域的上述端部區域5a係位在圖5(a)所示的加熱區域內之狀態。此情況下，由於通過第1區域10a之雷射光的照射強度係設定為剝離閾值以上，但未達污染閾值，故被照射區域之上述端部區域5a的犧牲層5便會被正式加熱，而釋放出該犧牲層5所含氣體的殘餘部分，或是殘餘的一部分，則同端部區域5a的犧牲層5便成為可剝離。又，接連著被照射區域的上述端部區域5a之後續區域5b會藉由通過上述第2區域10b之第2次脈衝發光的雷射光而受到第1次的照射來被預備加熱。
之後，伴隨著基板3的搬送，當全部的被照射區域藉由通過開口窗10的第2區域10b之雷射光而被預備加熱之後，便會藉由通過第1區域10a之雷射光而被正式加熱。如此般地，藉由對犧牲層5的整面照射雷射光，則氣體便會從犧牲層5被釋放出，來使被剝離層4成為可剝離。
圖7係顯示習知技術的雷射剝除方法之說明圖。此情況下，照射在被照射區域之雷射光的強度係設定為剝離閾值以上，但未達污染閾值。此外，此處係針對基板3會以和圖5所示之本發明情況相同的速度被搬送之情況來加以說明。
首先，如圖7(b)所示，當被照射區域之基板搬送方向下游側的端部對齊於遮光遮罩8的開口窗10之成像的基板搬送方向上游側端部後，如同圖(c)所示般地，在僅移動與本發明之上述預備加熱區域的基板搬送方向之寬度相同尺寸的期間，雷射光源6會進行第1次的脈衝發光。藉此，則被照射區域之基板搬送方向下游側的端部區域5a便會藉由通過開口窗10之雷射光而被正式加熱，來從同端部區域5a的犧牲層5釋放出氣體。此情況下，由於被照射區域的上述端部區域5a會藉由照射強度為剝離閾值以上，但未達污染閾值之高強度的雷射光而一次地被正式加熱，故同端部區域5a便會發生急遽的溫度上升，而如圖6以實線C所示般地，從犧牲層5突然釋放出大量的氣體(氫)。於是，便會因氣體的大量釋放，使得犧牲層5的一部分亦從基板3剝離而附著在被剝離層4，導致污染被剝離層4。
圖7(d)係顯示基板3從同圖(c)的狀態進一步地被搬送，而雷射光源6進行第2次的脈衝發光之狀態。此情況下，被照射區域的上述端部區域5a會受到第2次的雷射照射而被正式加熱。此時，從犧牲層5所釋放出之氣體的釋放量會如圖6所示般地降低。此係因為犧牲層5所含之氣體的大部分已因第1次的雷射照射而被釋放出的緣故。
此外，接連著被照射區域的上述端部區域5a之後續區域5b會因第2次脈衝發光的雷射光而受到第1次的照射並被正式加熱，則該後續區域5b便會發生急遽的溫度上升，而從犧牲層5釋放出大量的氣體。於是，與上述相同地，對應於上述後續區域5b之被剝離層4的部分便會受到污染。
如上述般地，依據本發明，由於被照射區域係先被預備加熱，接著再被正式加熱，故與習知技術不同地，可抑制溫度急遽上升，來抑制從犧牲層5突然釋放出的氣體釋放量。於是，便可抑制被剝離層4的污染，且可提高污染閾值，來增加剝離閾值≦PM≦污染閾值的製程餘裕PM。
此外，亦可為基板3在遮光遮罩8之開口窗10的成像中僅移動與對應於第2區域10b之部分之基板搬送方向的寬度相同尺寸之期間，雷射光源6會進行複數次脈衝發光。此情況下，在遮光遮罩8之開口窗10的成像中，當對應於被照射區域的上述第2區域10b之區域藉由通過第2區域10b的雷射光而受到複數次雷射照射來被預備加熱後，由於會藉由通過開口窗10的第1區域10a之雷射光而被正式加熱，故會抑制同區域的溫度急遽上升，來抑制從同區域一次釋放出的氣體釋放量。於是，此情況便亦可抑制被剝離層4的污染。
又，上述實施型態中雖已針對雷射照射光學系統2係具備有設置有於基板搬送方向具有透光率相異的至少二個區域之開口窗10的遮光遮罩8之情況來加以說明，但本發明並未限定於此，而亦可構成為雷射照射光學系統2係由在基板搬送方向並排配置且會發出強度相異的雷射光之複數雷射照射光學系統所構成，相對於被照射區域，可先藉由會發出強度小的雷射光之雷射照射光學系統來進行照射，接著，再藉由會發出強度大的雷射光之雷射照射光學系統來進行照射。
圖8係顯示本發明之雷射剝除裝置的第2實施型態之概略結構圖。此處 僅針對與第1實施型態相異的部分來加以說明。
第2實施型態係將第1及第2雷射照射光學系統2A、2B並排配置在基板搬送方向，來將基板往復搬送而進行剝除動作之雷射剝除裝置，其係以在往路上，使第1雷射照射光學系統2A的照射強度會小於第2雷射照射光學系統2B的照射強度來進行照射，而在復路上，則相反地，使第2雷射照射光學系統2B的照射強度會小於第1雷射照射光學系統2A的照射強度來進行照射之方式以控制各雷射照射光學系統。
此情況下，如圖9所示，亦可將雷射光的尖峰值與脈衝寬幅設定為第1及第2雷射照射光學系統2A、2B的照射能量(積分量)會成為相同。例如，可為位在基板搬送方向上游側之雷射照射光學系統(預備加熱用)係將雷射光源的發光控制為會產生尖峰值低，而脈衝寬幅廣的雷射光，相反地，位在基板搬送方向下游側之雷射照射光學系統(加熱用)則係將雷射光源的發光控制為會產生尖峰值高，而脈衝寬幅窄的雷射光。藉此，便可藉由預備加熱用雷射照射來降低犧牲層5的氫濃度，而藉由加熱用雷射照射來抑制氣體的大量發生而進行剝離。
此外，上述實施型態中雖已針對在被剝離層4與基板3之間具有犧牲層5之情況來加以說明，但本發明並未限定於此，只要是被剝離層4為例如GaN層般地可因雷射光的照射，來讓與基板3之界面分解而剝離者，則亦可不需要犧牲層5。
又，上述實施型態中雖已針對在固定雷射照射光學系統2之狀態下而搬送基板3的情況來加以說明，但亦可固定基板3而使雷射照射光學系統2或是第1及第2雷射照射光學系統2A、2B移動，或是使兩者相互地往相反方向移動。
Claims (9)
- 一種雷射剝除裝置，係一邊使透明基板與照射雷射光之雷射照射光學系統相對地移動，一邊從該基板的內面側來對基板表面的被照射區域照射雷射光，以將形成於該基板表面的被剝離層加以剝離之雷射剝除裝置；該雷射照射光學系統係構成為可對該被照射區域先照射強度相異之雷射光當中強度小的雷射光，接著再照射強度大的雷射光。
- 如申請專利範圍第1項之雷射剝除裝置，其中該雷射照射光學系統具備有：遮光遮罩，係設置有於相對性之基板搬送方向具有透光率相異的至少二個區域之開口窗；以及透鏡，係使該開口窗反轉成像在該被照射區域；該開口窗的透光率係相對性之該基板搬送方向下游側之區域會較上游側之區域來得低。
- 如申請專利範圍第2項之雷射剝除裝置，其中該至少二個區域的透光率會階段狀地變化。
- 如申請專利範圍第2項之雷射剝除裝置，其中相對性之該基板搬送方向下游側之區域的透光率係從相對性之該基板搬送方向下游側朝向上游側而漸增。
- 如申請專利範圍第1項之雷射剝除裝置，其中該雷射照射光學系統係由並排配置在基板搬送方向而會發出強度相異的雷射光之複數雷射照射光學系統所構成，而構成為可對該被照射區域，先藉由會發出強度小的雷射光之雷射照射光學系統來進行照射，接著再藉由會發出強度大的雷射光之雷射照射光學系統來進行照射。
- 如申請專利範圍第1項之雷射剝除裝置，其係構成為該基板與該雷射照射光學系統會相對地被往復搬送；該雷射照射光學系統係由並排配置在基板搬送方向之第1及第2雷射照射光學系統所構成，而以讓位在相對性之基板搬送方向上游側之雷射照射光學系統的照射強度會小於位在下游側之雷射照射光學系統的照射強度之方式，來使該第1及第2雷射照射光學系統的照射強度在 往路及復路上反轉。
- 如申請專利範圍第1至6項中任一項之雷射剝除裝置，其中該基板與該被剝離層之間係設置有會因該雷射光的照射而產生氣體之犧牲層。
- 一種雷射剝除方法，係從透明基板的內面側藉由雷射照射光學系統來照射雷射光，以將形成於該基板上之被剝離層自該基板加以剝離之雷射剝除方法；一邊使該基板相對於該雷射照射光學系統而相對地移動，一邊對基板表面的全部被照射區域先照射強度相異之雷射光當中強度小的雷射光，接著再照射強度大的雷射光。
- 如申請專利範圍第8項之雷射剝除方法，其中該基板與該被剝離層之間係設置有會因該雷射光的照射而產生氣體之犧牲層。
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