TWI642117B - Lifting method - Google Patents

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TWI642117B
TWI642117B TW103145492A TW103145492A TWI642117B TW I642117 B TWI642117 B TW I642117B TW 103145492 A TW103145492 A TW 103145492A TW 103145492 A TW103145492 A TW 103145492A TW I642117 B TWI642117 B TW I642117B
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Abstract

本發明之課題在於提供一種可以在不使光元件的品質降低的情形下確實地將磊晶基板剝離的舉離方法。解決手段是將在磊晶基板的正面上透過緩衝層而積層有光元件層的光元件晶圓之光元件層移換至移設基板之舉離方法，其包含有：透過接合劑在光元件晶圓之光元件層的正面接合移設基板以形成複合基板之複合基板形成步驟、從複合基板的磊晶基板之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的波長之雷射光線，破壞緩衝層之緩衝層破壞步驟，以及將實施過緩衝層破壞步驟的複合基板的磊晶基板剝離，並將光元件層移設至移設基板之光元件層移設步驟，且光元件層移設步驟是將複合基板加熱並且冷卻，以在磊晶基板與接合有光元件層的移設基板之間產生熱變形來破壞緩衝層，而將磊晶基板剝離。

Description

舉離方法 發明領域
本發明是有關於一種於藍寶石基板或碳化矽等的磊晶基板的正面上透過緩衝層而積層有光元件層之光元件晶圓之光元件層移換至移設基板的舉離方法。
發明背景
在光元件的製造過程中，會在大致呈圓板形的藍寶石基板或碳化矽等的磊晶基板的正面上，透過緩衝層積層由GaN(氮化鎵)或INGaP(磷化銦鎵)或者是ALGaN(氮化鋁鎵)所構成的n型半導體層以及p型半導體層所形成的光元件層，且在該光元件層上以形成為格子狀的複數條切割道所劃分出的複數個區域中形成發光二極體、雷射二極體等的光元件，而構成光元件晶圓。並且，藉由將光元件晶圓沿著切割道分割，而製造出一個個光元件。
又，以光元件的亮度的提升或冷卻的提升為目的，於下述專利文件1中已揭示有一種將光元件晶圓的光元件層移設至Mo、Cu、Si基板等的移設基板上的稱為舉離(lift off)的製造方法。
舉離是指，藉由透過AuSn(金錫)等的接合金屬層， 在光元件晶圓的光元件層側接合移設基板，且從磊晶基板的背面側照射可穿透磊晶基板並在緩衝層被吸收的波長(例如，257nm)的雷射光線來破壞緩衝層，並將磊晶基板從光元件層剝離，而將光元件層移換至移設基板的技術。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開第2004-72052號公報
發明概要
然而，雖然從磊晶基板的背面側將聚光點定位於緩衝層而照射雷射光線時，可藉著將構成緩衝層的GaN或INGaP或者是ALGaN分解成Ga和N2等氣體，而破壞緩衝層，但會存在有GaN或INGaP或者是ALGaN分解成Ga和N2等氣體的區域與不分解的區域，且會有在緩衝層之破壞上產生不均勻，而無法適當地剝離磊晶基板的問題。
又，為了提高光元件的品質，而在磊晶基板的正面上形成有凹凸時，會有所謂的雷射光線被凹凸之壁所遮蔽，而使緩衝層之破壞受到抑制，且使磊晶基板之剝離變困難的問題。
本發明是有鑑於上述事實而作成的，其主要的技術課題在於提供一種可確實地剝離磊晶基板之舉離方法。
為了解決上述主要技術課題，依據本發明所提供 的舉離方法，是將於磊晶基板的正面上透過緩衝層而積層有光元件層的光元件晶圓之光元件層移換至移設基板的舉離方法，特徵在於，其包含：複合基板形成步驟，透過接合劑在光元件晶圓之光元件層的正面上接合移設基板以形成複合基板；緩衝層破壞步驟，從複合基板的磊晶基板之背面側照射對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性的波長的雷射光線，破壞緩衝層；以及光元件層移設步驟，將實施過該緩衝層破壞步驟的複合基板的磊晶基板剝離，將光元件層移設至移設基板；且該光元件層移設步驟是，將複合基板加熱並且冷卻，以在磊晶基板與接合有光元件層的移設基板之間產生熱變形來破壞緩衝層，而將磊晶基板剝離。
較佳的是，在上述光元件層移設步驟中，加熱複合基板的溫度為100℃以上，且冷卻複合基板的溫度為20℃以下。
在依據本發明的舉離方法中，因為將已實施過緩衝層破壞步驟的複合基板的磊晶基板剝離，且將光元件層移設至移設基板的光元件層移設步驟，是在將複合基板的磊晶基板剝離之前，將複合基板加熱並且冷卻，以在磊晶基板與接合有光元件層的移設基板之間產生熱變形來破壞緩衝層，所以在緩衝層破壞步驟中，就算是在破壞區域中產生不均勻的緩衝層也可確實地被破壞，因而可以做到輕 易地將磊晶基板從光元件層剝離。因此，可解決在緩衝層沒有被破壞的區域產生剝離而使光元件層受到破壞，且導致光元件的品質降低的問題。
2‧‧‧光元件晶圓
3‧‧‧移設基板
4‧‧‧接合金屬層
5‧‧‧雷射加工裝置
6‧‧‧工作夾台機構
7‧‧‧雷射光線照射單元支撐機構
8‧‧‧雷射光線照射器件
9‧‧‧剝離機構
21‧‧‧磊晶基板
21a、22a、3a‧‧‧正面
21b‧‧‧背面
22‧‧‧光元件層
23‧‧‧緩衝層
50‧‧‧靜止基台
62‧‧‧第1滑動塊
63‧‧‧第2滑動塊
64‧‧‧圓筒構件
65‧‧‧蓋台
66‧‧‧工作夾台
67‧‧‧加工進給器件
68‧‧‧第1分度進給器件
72‧‧‧可動支撐基台
73‧‧‧第2分度進給器件
81‧‧‧單元支持器
82‧‧‧套管
83‧‧‧聚光點位置調整器件
84‧‧‧聚光器
85‧‧‧拍攝器件
91‧‧‧吸附器件
92‧‧‧支撐器件
93‧‧‧熱空氣供給器件
94‧‧‧冷卻空氣供給器件
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
661‧‧‧吸附夾頭
721‧‧‧移動支撐部
722‧‧‧裝設部
911‧‧‧保持構件
911a‧‧‧流體噴出口
911b‧‧‧連通路徑
912a、912b、912c‧‧‧吸引墊
921‧‧‧加熱空氣供給路徑
922‧‧‧冷卻空氣供給路徑
931‧‧‧加熱空氣源
941‧‧‧冷卻空氣源
61、621、71、723‧‧‧導軌
932、942‧‧‧配管
933、943‧‧‧電磁開關閥
圖1(a)、(b)為形成有光元件層之光元件晶圓的立體圖及主要部位放大截面圖，其中該光元件層是藉由本發明的舉離方法而被移換至移設基板上。
圖2(a)~(c)為複合基板形成步驟的說明圖。
圖3為用以實施緩衝層破壞步驟及光元件層移設步驟之雷射加工裝置的立體圖。
圖4為裝設於圖3所示之雷射加工裝置上之剝離機構的主要部位截面圖。
圖5(a)~(c)為緩衝層破壞步驟的說明圖。
圖6(a)、(b)為在光元件層移設步驟中之磊晶基板吸附步驟的說明圖。
圖7(a)、(b)為在光元件層移設步驟中之加熱步驟及冷卻步驟的說明圖。
圖8為在光元件層移設步驟中之剝離步驟的說明圖。
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，參照附加圖式詳細地說明。
於圖1(a)及(b)中所示為，形成有光元件層之光元件晶圓的立體圖及主要部位放大截面圖，其中該光元件層 是藉由本發明的舉離方法而被移換至移設基板上。
圖1(a)及(b)所示之光元件晶圓2是，在由直徑為50mm且厚度為600μm的圓板形的藍寶石基板所構成之磊晶基板21的正面21a上，以磊晶成長法形成由n型氮化鎵半導體層221以及p型氮化鎵半導體層222所構成之光元件層22。再者，在磊晶基板21的正面以磊晶成長法積層由n型氮化鎵半導體層221以及p型氮化鎵半導體層222所構成之光元件層22時，會在磊晶基板21的正面21a與形成光元件層22的n型氮化鎵半導體層221之間，形成由氮化鎵(GaN)所構成的厚度為例如1μm的緩衝層23。像這樣所構成的光元件晶圓2，在本實施形態中，是將光元件層22的厚度形成為例如10μm。再者，光元件層22是如圖1(a)所示，在藉由形成為格子狀的複數條切割道223所劃分出的複數個區域中形成有光元件224。
為了將光元件晶圓2中的磊晶基板21從光元件層22剝離而移換至移設基板上，會實施複合基板形成步驟，在光元件層22的正面22a接合移設基板以形成複合基板。亦即，如圖2(a)、(b)及(c)所示，在構成光元件晶圓2的磊晶基板21的正面21a上所形成的光元件層22的正面22a，可透過由金錫(AuSn)所形成之成為接合劑之接合金屬層4，接合上厚度為1mm的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。此複合基板形成步驟是，藉由在形成於磊晶基 板21的正面21a的光元件層22的正面22a或是移設基板3的正面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，且使此該接合金屬層4與移設基板3的正面3a或者是與光元件層22的正面22a相面對而壓合，以透過接合金屬層4將移設基板3的正面3a接合於構成光元件晶圓2的光元件層22的正面22a，而形成複合基板200。
如上所述，於透過接合金屬層4將移設基板3的正面3a接合於構成光元件晶圓2的光元件層22的正面22a，而形成複合基板200後，即可實施緩衝層破壞步驟，從複合基板200的磊晶基板21的背面側照射對磊晶基板21具有穿透性且對緩衝層23具有吸收性的波長的雷射光線，破壞緩衝層23。緩衝層破壞步驟是使用圖3所示的雷射加工裝置來實施。圖3所示的雷射加工裝置5具備有，靜止基台50、配置成可在該靜止基台50上沿箭頭X所示的加工進給方向(X軸方向)移動且用於保持被加工物的工作夾台機構6、配置成可在靜止基台50上沿與上述X軸方向垂直之箭頭Y所示的分度進給方向(Y軸方向)移動的雷射光線照射單元支撐機構7、以及配置成可在該雷射光線照射單元支撐機構7上沿箭頭Z所示的聚光點位置調整方向(Z軸方向)移動的雷射光線照射器件8。
上述工作夾台機構6具備有，在靜止基台50上沿著X軸方向平行地配置的導軌61、61、在該導軌61、61上配置成可在X軸方向上移動的第1滑動塊62、在配置於該第1滑動塊62的上表面的導軌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而受到支撐的蓋台65，以及作為被加工物保持器件的工作夾台66。此工作夾台66具備有由多孔性材料所形成的吸附夾頭661，並形成為可藉由未圖示的吸引器件把作為被加工物之例如圓板形的半導體晶圓保持於吸附夾頭661的上表面(保持面)。如此構成的工作夾台66是藉由配置於圓筒構件64內的圖未示的脈衝馬達使其旋轉。又，圖示的工作夾台機構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進給器件67、以及使第2滑動塊63沿著導軌621、621在Y軸方向上移動的第1分度進給器件68。再者，加工進給器件67及第1分度進給器件68是藉由公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軸方向平行配置的一對導軌71、71，以及配置成可在該導軌71、71上沿Y軸方向移動的可動支撐基台72。此可動支撐基台72是由，可移動地配置在導軌71、71上的移動支撐部721，以及安裝於該移動支撐部721的裝設部722所構成，且藉由利用滾珠螺桿機構所構成的第2分度進給器件73使其能夠沿著導軌71、71在Y軸方向上移動。
雷射光線照射器件8具備有單元座(unit holder)81，以及安裝在該單元座81上的套管(casing)82。單元座81是被支撐成可沿著設置於上述可動支撐基台72的裝設部722之導軌723、723在Z軸方向上移動。像這樣被支撐成可沿著導軌723、723移動的單元座81，是藉由以滾珠螺 桿機構所構成之聚光點位置調整器件83而使其能夠在Z軸方向上移動。
雷射光線照射器件8包含有固定在上述單元座81上且實質上水平延伸而出的圓筒形狀的套管82。在套管82內配置有具備圖未示的脈衝雷射光線振盪器及重複頻率設定器件之脈衝雷射光線振盪器件。在上述套管82的前端部裝設有用以將脈衝雷射光線振盪器件振盪發出的脈衝雷射光線聚光之聚光器84。在套管82的前端部配置有藉由上述雷射光線照射器件8來拍攝保持於上述工作夾台66上的被加工物之拍攝器件85。此拍攝器件85是由顯微鏡或CCD相機等光學器件所構成，並將所拍攝到的影像信號傳送至圖未示的控制器件。
雷射加工裝置5具備有用以將構成上述光元件晶圓2的磊晶基板21自光元件層22剝離的剝離機構9。剝離機構9是由吸附器件91及支撐器件92所構成，並配置於工作夾台機構6的其中一方之側，該吸附器件91是以將保持於上述工作夾台66上的光元件晶圓2定位於剝離位置的狀態對磊晶基板21進行吸附，該支撐器件92將該吸附器件91支撐成可沿上下方向移動。吸附器件91是由保持構件911、以及裝設於該保持構件911下側的複數個(於本實施形態中為3個)吸引墊912a、912b、912c所構成，並將吸引墊912a、912b、912c連接至圖未示的吸引器件。如圖4所示，在上述保持構件911中形成有於下表面做出開口的流體噴出口911a及連通至該流體噴出口911a的連通路徑911b。又，支撐器件92 中形成有連通至形成於上述保持構件911的連通路徑911b之加熱空氣供給路徑921以及冷卻空氣供給路徑922，並將加熱空氣供給路徑921連接至加熱空氣供給器件93，將冷卻空氣供給路徑922連接至冷卻空氣供給器件94。加熱空氣供給器件93是由加熱空氣源931、連接該加熱空氣源931和加熱空氣供給路徑921的配管932，以及配置於該配管932的電磁開關閥933所構成，並藉由將電磁開關閥933形成開路而將加熱空氣從加熱空氣源931透過配管932供給至加熱空氣供給路徑921。再者，加熱空氣源931的加熱空氣之溫度宜為100℃以上。又，冷卻空氣供給器件94是由冷卻空氣源941、連接該冷卻空氣源941和冷卻空氣供給路徑922的配管942，以及配置於該配管942的電磁開關閥943所構成，並藉由將電磁開關閥943形成開路而將冷卻空氣從冷卻空氣源941透過配管942供給至冷卻空氣供給路徑922。另，冷卻空氣源941的冷卻空氣之溫度宜為20℃以下。
緩衝層破壞步驟是使用上述雷射加工裝置5由複合基板200的磊晶基板21之背面側向緩衝層23照射對磊晶基板21具有穿透性且對緩衝層23具有吸收性的波長的雷射光線，破壞緩衝層23；要實施該緩衝層破壞步驟是將上述複合基板200的移設基台3側載置於工作夾台66的上表面。並且，藉由圖未示的吸引器件將複合基板200吸引保持於工作夾台66上(晶圓保持步驟)。因此，保持於工作夾台66上的複合基板200會變成，構成光元件晶圓2的磊晶基板21之背面21b在上側。像這樣將複合基板200吸引保持於工作夾台 66上之後，即可作動加工進給器件67將工作夾台66移動至雷射光線照射器件8的聚光器84所在的雷射光線照射區域。並且，如圖5(a)所示，將保持於工作夾台66上的複合基板200的構成光元件晶圓2的磊晶基板21之一端(於圖5(a)中為左端)定位於雷射光線照射器件8的聚光器84之正下方。接著，作動雷射光線照射器件8，以一邊由聚光器84對緩衝層23照射對藍寶石具有穿透性且對緩衝層23具有吸收性的波長的脈衝雷射光線，一邊使工作夾台66以預定之加工進給速度在圖5(a)中朝箭頭X1所示之方向移動。並且，如圖5(c)所示，於雷射光線照射器件8的聚光器84之照射位置到達磊晶基板21之另一端(於圖5(c)中為右端)時，即停止脈衝雷射光線之照射，並且停止工作夾台66之移動。將此雷射光線照射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，且一邊使工作夾台66旋轉一邊使聚光器84朝中心移動，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的加工條件設定如下。
光源：YAG雷射
波長：257nm
重複頻率：50kHz
平均輸出：0.12W
脈衝寬度：100ns
點徑：φ70μm
散焦：1.0mm(以將雷射光線的聚光點定位於磊晶基板21的背面21b的狀態，使聚光器84向磊晶基板21接近1mm。)
加工進給速度：600mm/秒
雖然藉由實施上述緩衝層破壞步驟可破壞緩衝層23，但要破壞整個緩衝層23是有困難的，而會有在緩衝層23的破壞區域產生不均勻的情形。
當實施上述緩衝層破壞步驟後，即可實施光元件層移設步驟，將複合基板200的磊晶基板21剝離，將光元件層22移設至移設基板3。也就是說，可將工作夾台66移動至配置有剝離機構9的剝離位置，並如圖6(a)所示地將保持於工作夾台66上的複合基板200定位到吸附器件91的正下方。並且，如圖6(b)所示，使吸附器件91下降並使吸引墊912a、912b、912c接觸磊晶基板21的背面21b，並藉由作動圖未示的吸引器件以利用吸引墊912a、912b、912c吸附磊晶基板21的背面21b(磊晶基板吸附步驟)。
當實施上述磊晶基板吸附步驟後，即可如圖7(a)所示，將熱空氣供給器件93之電磁開關閥933形成開路。因此，可從加熱空氣源931透過配管932、加熱空氣供給路徑921、連通路徑911b以及流體噴出口911a將例如100℃左右的加熱空氣噴射到保持在工作夾台66上的複合基板200上(加熱步驟)。再者，加熱步驟的加熱空氣噴出時間以10秒左右為宜。其結果為，可將複合基板200加熱至100℃上下。像這樣實施加熱步驟後，即可如圖7(b)所示，將熱空氣供給 器件93之電磁開關閥933形成閉路，並將冷卻空氣供給器件94的電磁開關閥943形成開路。因此，可從冷卻空氣源941透過配管942、冷卻空氣供給路徑922、連通路徑911b以及流體噴出口911a將例如10℃左右的冷卻空氣噴射到已在上述加熱步驟中被加熱過的複合基板200上(冷卻步驟)。再者，冷卻步驟的冷卻空氣噴出時間以10秒左右為宜。其結果為，可將在加熱步驟中被加熱至100℃上下的複合基板200冷卻至10℃上下。像這樣，因為可藉由將複合基板200加熱並且冷卻以在磊晶基板21與接合有光元件層22的移設基板3之間產生熱變形，所以可使緩衝層23受到破壞。因此，就算是在上述緩衝層破壞步驟中於破壞區域產生不均勻的緩衝層23也可確實地被破壞。
當實施了上述的加熱步驟及冷卻步驟後，即可實施剝離步驟，將吸附著磊晶基板21的吸引墊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，並將光元件層22移設至移設基板3。也就是說，藉由從如上述圖7(b)所示地已實施了冷卻步驟的狀態，到將冷卻空氣供給器件94的電磁開關閥943形成閉路，並如圖8所示地將吸附器件91朝向上方移動，就能將磊晶基板21從光元件層22剝離。其結果為，變成將光元件層22移換至移設基板3上。由於實施剝離步驟的複合基板200是藉由除了實施上述緩衝層破壞步驟之外，還實施加熱步驟及冷卻步驟，以使緩衝層23確實地受到破壞，所以不會有在緩衝層23未受到破壞的區域進行剝離的情形。因此，可解決在緩衝層23未受 到破壞的區域發生剝離而破壞光元件層22，並導致光元件品質降低的問題。

Claims (2)

  1. 一種舉離方法，是將在磊晶基板的正面上透過緩衝層而積層有光元件層的光元件晶圓之光元件層移換至移設基板之舉離方法，其特徵在於包含：複合基板形成步驟，透過接合劑在光元件晶圓之光元件層的正面接合移設基板以形成複合基板；緩衝層破壞步驟，從複合基板的磊晶基板之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的波長之雷射光線，破壞緩衝層；及光元件層移設步驟，將實施過該緩衝層破壞步驟的複合基板的磊晶基板剝離，將光元件層移設至移設基板；且該光元件層移設步驟是藉由吸附器件吸附該磊晶基板，在藉由該吸附器件吸附該磊晶基板的狀態下，從流體噴出口噴射加熱空氣或冷卻空氣，藉此將該複合基板加熱並且冷卻，以在磊晶基板與接合有光元件層的移設基板之間產生熱變形來破壞緩衝層，並將該吸附器件往離開磊晶基板的方向移動，藉此將磊晶基板剝離，該吸附器件具備該流體噴出口，並透過形成於內部的連通路徑使該流體噴出口選擇性地連接至加熱空氣供給源或冷卻空氣供給源。
  2. 如請求項1所述之舉離方法，其中，在該光元件層移設步驟中，加熱複合基板的溫度為100℃以上，且冷卻複 合基板的溫度為20℃以下。
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