TWI674680B - 剝離方法及超音波喇叭形輻射體 - Google Patents

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TWI674680B
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Abstract

即便是剝離直徑較大的光學元件晶圓的情 形，也可以將磊晶基板完整地從光學元件層剝離。
於將光學元件晶圓(10)的光學元件層(12) 移換至移設基板(20)的剝離方法中，包含：在光學元件層的表面(12a)，隔著接合層(21)，接合移設基板(20)的移設基板接合工程；從接合移設基板(20)的光學元件晶圓(10)的磊晶基板(11)的裏面(11a)側，照射對磊晶基板(11)具有透過性、且對緩衝層(13)具有吸收性之波長的脈衝雷射光，在磊晶基板(11)與緩衝層(13)的介面形成剝離層(19)的剝離層形成工程；使用具有圍繞磊晶基板(11)外周緣(11c)的形狀的超音波喇叭形輻射體(40)，接觸該外周緣(11c)的裏面(11d)，並振動該磊晶基板(11)，使該磊晶基板(11)從移設基板(20)剝離，並使該光學元件層(12)移設至該移設基板(20)的光學元件層移設工程。

Description

剝離方法及超音波喇叭形輻射體
本發明係有關於一種於磊晶基板的表面隔著緩衝層，將層積的光學元件層，移換至移設基板的剝離方法，及使用該方法的超音波喇叭形輻射體。
於光學元件的製造工程中，在呈略圓板形狀的藍寶石基板和碳化矽基板等的磊晶基板的表面，隔著緩衝層，層積由GaN(氮化鎵)等所構成的n型半導體層及p型半導體層所形成的光學元件層，在藉由形成格子狀的複數格線所畫分出的複數區域中，形成如發光二極體、雷射二極體等的光學元件，構成光學元件晶圓。因此，藉由將光學元件晶圓沿著格線分割，製造一個個的光學元件(例如：參照專利文獻1)。
此外，做為使光學元件的亮度提升的技術，也存在一種稱之為移換剝離的光學元件製造方法，其在構成光學元件晶圓的磊晶基板的表面，將間隔緩衝層所層積的光學元件層，藉由AuSn(金錫)等的接合層接合至Mo(鉬)、Cu(銅)、Si(矽)等的移設基板，從磊晶基板的裏 面側，照射對磊晶基板具有透過性、且對緩衝層具有吸收性之波長的雷射光，藉由破壞緩衝層將磊晶基板從光學元件層剝離，將光學元件層移換剝離至移設基板(例如：參照專利文獻2)。此外，因為利用雷射光照射緩衝層的方法，也會出現無法充分破壞緩衝層的情形，為了將磊晶基板完整地從光學元件剝離，也有隔著浸漬矽基板的純水對矽基板照射超音波，使矽基板上的金屬膜剝離的方法(例如：參照專利文獻3)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]JP H10-305420 A
[專利文獻2]JP 2004-72052 A
[專利文獻3]JP 2011-103361 A
在此，有關於專利文獻3的發明，完全未揭示移設光學元件層的內容，而且包含在水中進行工程的方法，具有花費時間的問題。此外，光學元件晶圓的直徑超過2吋，以至於是4吋及6吋等的情形，將磊晶基板從光學元件層剝離會變得很困難。
本發明鑑於上述情事，所欲解決的課題為：即便是剝離直徑較大的光學元件晶圓時，也可以將磊晶基 板完整地從光學元件層剝離。
為解決上述課題，本發明提供一種剝離方法，其係在磊晶基板的表面隔著由GaN所形成的緩衝層，將由光學元件層所層積的光學元件晶圓的光學元件層，移換至移設基板，其中該剝離方法，包含：在該光學元件晶圓的光學元件層的表面，隔著接合層，接合移設基板的移設基板接合工程；從接合該移設基板的光學元件晶圓的磊晶基板的裏面側，照射對磊晶基板具有透過性、且對緩衝層具有吸收性之波長的脈衝雷射光，在磊晶基板與緩衝層的介面形成剝離層的剝離層形成工程；於該剝離層形成工程之後，使用具有圍繞該磊晶基板外周緣的形狀的可振盪出超音波之超音波喇叭形輻射體，至少接觸該外周緣的裏面，並振動該磊晶基板，使該磊晶基板從移設基板剝離，並使該光學元件層移設至該移設基板的光學元件層移設工程。
此外，為了解決上述課題的本發明，前述剝離方法所使用的超音波喇叭形輻射體，係具備：沿著磊晶基板的外圍形成圓弧形狀，且接觸該磊晶基板的外周緣裏面的裏面接觸面；以及圍繞磊晶基板的外側面並決定位置的外側面圍繞面。
有關本發明的剝離方法，於光學元件層移設工程中，使用具有圍繞該磊晶基板的外周緣形狀之可振盪出超音波的超音波喇叭形輻射體，至少接觸該外周緣的裏面，並藉由振動該磊晶基板，即便是直徑較大的光學元件晶圓，也可以使該磊晶基板完整地從光學元件層剝離，因此可以更容易將光學元件層移設至移設基板。
此外，有關本發明的超音波喇叭形輻射體，具備：沿著磊晶基板的外圍形成圓弧形狀，且接觸該磊晶基板的外周緣裏面的裏面接觸面、以及圍繞磊晶基板的外側面並決定位置的外側面圍繞面；藉由使用關於本發明剝離方法，超音波可以從磊晶基板的外周緣充分地傳播至磊晶基板，更加提高振動傳播的效率，可以更容易將光學元件層移設至移設基板。
10‧‧‧光學元件晶圓
11‧‧‧磊晶基板
11a‧‧‧磊晶基板的表面
11b‧‧‧磊晶基板的裏面
11c‧‧‧磊晶基板的外周緣
11d‧‧‧外周緣的裏面
11e‧‧‧磊晶基板的外側面
12‧‧‧光學元件層
12A‧‧‧n型氮化鎵半導體層
12B‧‧‧p型氮化鎵半導體層
12a‧‧‧光學元件層的表面
13‧‧‧緩衝層
15‧‧‧分割預定線
16‧‧‧光學元件
19‧‧‧剝離層
19a‧‧‧N2氣體層
20‧‧‧移設基板
20a‧‧‧移設基板的底面
20b‧‧‧移設基板的表面
20c‧‧‧移設基板的露出部
21‧‧‧接合層
25‧‧‧複合基板
30‧‧‧雷射加工裝置
31‧‧‧切割盤
32‧‧‧雷射光照射手段
32a‧‧‧雷射光振盪手段
32b‧‧‧反射鏡
32c‧‧‧集光透鏡
33‧‧‧回轉手段
40‧‧‧超音波喇叭形輻射體
400‧‧‧天板
400a‧‧‧裏面接觸面
401‧‧‧側板
401a‧‧‧外側面圍繞面
401b‧‧‧側板的下表面
402‧‧‧凸部
403‧‧‧超音波振盪器
404‧‧‧移動手段
L1‧‧‧長度
44‧‧‧支持台
45‧‧‧移動手段
46‧‧‧吸引墊
47‧‧‧吸引源
[圖1]圖1(A)為光學元件晶圓的斜視圖。圖1(B)為光學元件晶圓的部分斷面圖。
[圖2]圖2(A)為在移設基板接合工程中，光學元件晶圓的光學元件層表面，隔著接合層，接合移設基板的狀態示意斜視圖。圖2(B)為在移設基板接合工程中，光學元件晶圓的光學元件層表面，隔著接合層，接合移設基板的狀態示意斜視圖。圖2(C)為在光學元件層表面，隔著接合層，接合移設基板之光學元件晶圓的部分斷面圖。
[圖3]在剝離層形成工程中，對光學元件晶圓照射脈衝雷射光的狀態示意斜視圖。
[圖4]在剝離層形成工程中，對光學元件晶圓照射脈衝雷射光的狀態示意側面圖。
[圖5]在剝離層形成工程中，對光學元件晶圓的磊晶基板的裏面照射脈衝雷射光的照射位置的軌跡示意平面圖。
[圖6]在剝離層形成工程中，對光學元件晶圓的剝離層照射脈衝雷射光時，從磊晶基板的裏面側觀看的透視圖。
[圖7]圖7(A)為關於本發明之剝離方法所使用的超音波喇叭形輻射體的斜視圖。圖7(B)為關於本發明之剝離方法所使用的超音波喇叭形輻射體，將其呈仰向狀態的斜視圖。圖7(C)為接觸超音波喇叭形輻射體至磊晶基板的狀態之要部端面示意圖。
[圖8]於光學元件層移設工程，將超音波喇叭形輻射體接觸磊晶基板的外周緣的裏面，並使磊晶基板振動的部分端面狀態示意圖。
[圖9]於光學元件層移設工程，將超音波喇叭形輻射體接觸磊晶基板的外周緣的裏面，並使磊晶基板振動之狀態部分的示意平面圖。
[圖10]圖10(A)為在光學元件層移設工程中，利用吸引墊將磊晶基板吸引支持的狀態示意斜視圖。圖10(B)為在光學元件層移設工程中，利用吸引墊將吸引支持的磊晶 基板從光學元件層剝離的狀態示意斜視圖。
圖1(A)及圖1(B)所示的光學元件晶圓10，具有：例如是由直徑4吋、厚度600μm的圓板形狀藍寶石基板所形成的磊晶基板11，及磊晶基板11的表面11a側所層積的光學元件層12。光學元件層12是由在磊晶基板11的表面11a以磊晶成長法所形成的n型氮化鎵半導體層12A及P型氮化鎵半導體層12B(未示於圖1(A))所形成。在層積例如厚度10μm的光學元件層12於磊晶基板11時，磊晶基板11的表面11a與p型氮化鎵半導體層12B之間，形成由GaN所構成厚度例如是1μm的緩衝層13(未示於圖1(A))。光學元件層12在藉由呈格子狀的複數分割預定線15所畫分的複數的區域中形成光學元件16(未示於圖1(B))。
以下，利用圖2~10說明有關本實施形態的剝離方法之各個工程、及進行剝離方法時於光學元件層移設工程中所使用的超音波喇叭形輻射體的動作。但是，於圖2~10所示的各工程，僅是其中一例而己，並不限定於該構造。
(1)移設基板接合工程
首先，如圖2(A)~圖2(C)所示的，在該光學元件晶圓10的光學元件層12表面，隔著接合層21(未示於圖 2(A))，進行接合移設基板20的移設基板接合工程。
移設基板接合工程在該光學元件層12的表面12a上，將例如是由厚度1mm的銅基板所形成的移設基板20，隔著接合層21做接合。而且，做為移設基板20，可以使用Mo、Cu、Si等，此外，接合層21可以使用例如：Au(金)、Pt(白金)、Cr(鉻)、In(銦)、Pd(鈀)等接合金屬。
該移設基板接合工程，在該光學元件層12的表面12a或移設基板20的底面20a蒸鍍上述接合金屬，形成例如是厚度3μm左右的接合層21。接著，將接合層21與移設基板的底面20a或光學元件層12的表面12a做面對面壓合。藉此，隔著接合層21，將光學元件晶圓10與移設基板20接合形成複合基板25。但是，於圖4、圖7(C)、圖8中省略接合層21。
(2)剝離層的形成工程
在進行移設基板接合工程之後，進行如圖3所示的，從接合移設基板20的光學元件晶圓10的磊晶基板11的裏面11b側，照射對磊晶基板11具有透過性、且對緩衝層13具有吸收性之波長的脈衝雷射光，在磊晶基板11與緩衝層13的介面形成剝離層的剝離層形成工程。
於剝離層形成工程中，具備雷射加工裝置30的切割盤31做為支持面之上表面，以連接複合基板25的移設基板20的表面20b的方式載置於該切割盤31上。接 著，利用連接切割盤31(圖未示)之吸引手段做吸引，在切割盤31上吸附支持複合基板25。接著，利用未圖示的移動手段作動之，例如移動利用具備電流掃描儀等的雷射光照射手段32，使雷射光照射手段32所具備的集光透鏡32c與複合基板25的磊晶基板11的裏面11b面對面，設置雷射光照射手段32的雷射光照射位置於磊晶11的最外圍。之後，如圖4所示的，藉由雷射光照射手段32，從磊晶基板的裏面11b側照射脈衝雷射光。雷射光照射手段32從雷射光振盪手段32a側，設定對磊晶基板11具有透過性、且對緩衝層13具有吸收性之波長，使脈衝雷射光振盪。因此，從雷射光振盪手段32a所振盪的脈衝雷射光由反射鏡32b所反射，進入集光透鏡32c中。集光透鏡32c將光集中至緩衝層13，照射所集光的脈衝雷射光。
反射鏡32b由電動鏡等所構成，可調整反射角度，由集光透鏡32c所集光的脈衝雷射光設置成可沿著緩衝層13的面方向之任意方向做掃描。調整反射鏡32b，如圖5所示，使脈衝雷射光的集光點，從磊晶基板11的裏面11b的最外圍開始，向中心以螺旋狀軌跡描繪的方式進行脈衝雷射光的掃描。藉此，對應緩衝層13的整個區域都會被照射到脈衝雷射光，使得構成緩衝層13的GaN分解成N2氣體及Ga。因此，如圖4所示，磊晶基板11與緩衝層13的介面，形成複數個由N2氣體層19a及Ga層所構成的島狀剝離層19。於是，N2氣體層19a雖然可能形成在緩衝層13的整個面上，但如圖6所示，N2 氣體層19a具有在接近磊晶基板11的外圍廣範圍區域均勻形成的傾向。接著，在剝離層形成工程中，也可以在對直徑為4吋大小的磊晶基板11做脈衝雷射光照射的時候，例如：將雷射光照射手段32的雷射光照射位置設於磊晶基板11的最外圍，利用配置於切割盤31下部的如圖4所示之回轉手段33在回轉切割盤31的同時，藉由將雷射光照射手段32向磊晶基板11的裏面11b的中心移動，對緩衝層13做全面性地脈衝雷射光照射。
上述剝離層形成工程，例如可以利用以下的雷射加工條件實施。
光源：YAG雷射
波長：257nm
重複頻率：50kHz
平均輸出：0.12W
脈衝幅：100ps
峰值功率：5μJ-3μJ
點徑：70μm
雷射光照射手段移動速度：50-100mm/秒
(3)光學元件層移設工程
進行剝離層形成工程之後，如圖8~9所示，使用具有圍繞該磊晶基板11的外周緣11c形狀之可振盪出超音波的超音波喇叭形輻射體40，至少接觸該外周緣11c的裏面11d，並振動磊晶基板11，使磊晶基板11從移設基板 20剝離，並使光學元件層12移設至移設基板20，進行光學元件層移設工程。此外，磊晶基板11的外周緣11c為：例如是由磊晶基板11的外側面11e與磊晶基板11的裏面11b中佔有最外圍部分的環狀面11d所合併成的具有一定面積之部分。也就是說，磊晶基板11的外周緣11c的裏面，與磊晶基板11的裏面11b中佔有最外圍部分的環狀面11d為同一面。
如圖7(A)~圖7(C)所示的超音波喇叭形輻射體40，例如是由：半環狀的天板400、從天板400的外圍向-Z方向垂直垂下的半環狀側板401、從側板401的外圍側突出的凸部402所構成，該整體形狀在本實施形態中，為沿著磊晶基板11的外圍呈半圓弧的形狀。因此，超音波喇叭形輻射體40的斷面呈現例如是逆L字型。此外，超音波喇叭形輻射體40可藉由移動手段404沿鉛直方向(Z軸方向)及水平方向(X軸方向及Y軸方向)移動。而且，超音波喇叭形輻射體40的整體形狀，並不限定於半圓弧形狀，也可以是沿著磊晶基板11的外圍呈圓弧形狀。
天板400的下表面，形成與磊晶基板11的外周緣11c的裏面11d接觸的裏面接觸面400a，從配設於凸部402上的超音波振盪器403(未圖示於圖7(B))所振盪的超音波振動，從裏面接觸面400a對磊晶基板11傳播。半環狀的側板401之內徑(半環中空部之直徑)和磊晶基板11的外徑相同或較大，側板401的內周側的面圍繞磊晶基板11的外側面11e，成為決定位置的外側面圍繞面401a。也 就是說，例如：藉由將外側面圍繞面401a圍繞並接觸磊晶基板11的外側面11e，使超音波喇叭形輻射體40決定相對磊晶基板11的位置。再者，外側面圍繞面401a的鉛直方向(Z軸方向)的長度也就是說從裏面接觸面400a至側板401下表面401b的長度L1(未示於圖7(A)中)，為磊晶基板11的厚度以下的長度。
如圖8所示，於光學元件層移設工程中，首先，在具備移設裝置4的支持台44做為支持面之上表面，以連接複合基板25的移設基板20的表面20b的方式載置於該支持台44上。接著，利用連接支持台44(未圖示)之吸引手段做吸引，在切割盤44上吸附支持複合基板25。接著，如圖9所示，將2個超音波喇叭形輻射體40分別藉由移動手段404朝複合基板25上及與各超音波喇叭形輻射體40的外側面圍繞面401a對向的方式做移動，進行磊晶基板11與2個超音波喇叭形輻射體40的對位。但是，於圖8中只圖示一側的超音波喇叭形輻射體40。在這對位中，如圖8所示，例如：將超音波喇叭形輻射體40的外側面圍繞面401a，以連接磊晶基板11的外側面11e的狀態圍繞該磊晶基板11。因此，本實施形態中，例如：藉由在磊晶基板11的圓周上一併使用2個超音波喇叭形輻射體40，如圖9所示使超音波喇叭形輻射體40呈圍繞整個磊晶基板11的外周緣11c之狀態。
接著，如圖8所示，具備超音波振盪器403的超音波喇叭形輻射體40作動為：從超音波振盪器 403，以振幅方向相對於磊晶基板11的裏面11b的垂直方向(Z軸方向)，做例如是頻率20kHz、振幅為20μm的超音波振盪。該超音波可適度地變更頻率及振幅，例如：若光學元件晶圓10的厚度變薄的話，可以將超音波振幅變小。此外，使2個超音波喇叭形輻射體40向-Z方向做下降，使各超音波喇叭形輻射體40的裏面接觸面400a接觸整個磊晶基板11的外周緣11c的裏面11d，也就是說，對於佔有整個磊晶基板11的裏面11b的最外圍部分的環狀面11d，藉由2個超音波喇叭形輻射體40的裏面接觸面400a做接觸，使從超音波振盪器403振盪的超音波向磊晶基板11傳播。因此，磊晶基板11因超音波的傳播而在上下方向(Z軸方向)做振動。在此，例如，當移設基板20的直徑比光學元件晶圓10的直徑還大時，及於移設基板接合工程中移設基板20與光學元件晶圓10之間的接合有偏移的情形時，會有如圖8所示的在移設基板20形成突出部20c的情形。即便是這種情形，因為從超音波喇叭形輻射體40的裏面接觸面400a到側板401的下表面401b的長度L1(參照圖7(C))為磊晶基板11的厚度以下的長度，超音波喇叭形輻射體40的外側面圍繞面401a不會與移設基板20連接。因此，對於移設基板20並無傳播超音波。
在此，推測超音波振動從磊晶基板11隔著剝離層19的N2氣體層19a做傳播。也就是說，藉由N2氣體層19a在Z軸方向的搖動，由緩衝層13所接合的磊晶 基板11與光學元件層12之間的結合將漸漸地被破壞。因此，超音波喇叭形輻射體40所接觸的磊晶基板11的表面11a的外圍部，因為在剝離層19形成有均勻且廣範圍的N2氣體層19a，所以從極靠近N2氣體層19a的正上方等的位置可充分地振盪，N2氣體層19a在向朝剝離層19的中心，破壞由緩衝層13所接合的磊晶基板11與光學元件層12之間的結合，並同時從外圍側開始擴散，可以更增加振動傳播的效率。
並且，對於向磊晶基板11提供超音波振動，也可以不在磊晶基板11的圓周上一併使用2個超音波喇叭形輻射體40，只使用1個超音波喇叭形輻射體40沿著磊晶基板11的外周緣11c做圓周方向的移動。
此外，例如：當超音波喇叭形輻射體40具備比該半圓還短的圓弧形狀時，也可以在磊晶基板11的圓周上一併使用2個以上的超音波喇叭形輻射體40，提供超音波振動。
在使用超音波喇叭形輻射體40提供超音波振動後，藉由如圖10(A)所示的移動手段45、及沿鉛直方向(Z軸方向)及水平方向(X軸方向及Y軸方向)移動可能的吸引墊46，可將磊晶基板11做吸引支持並移動。吸引墊46連接吸引源47，藉由吸引源47的吸引力傳達至由多孔元件等所構成的吸引墊46的吸引面(下表面)，吸引墊46在吸引面上吸引支持磊晶基板11。
首先，藉由移動手段45將吸引墊46移動至 磊晶基板11，接著使吸引墊46往-Z方向下降，使吸引墊46的吸引面(下表面)接觸於複合基板25的磊晶基板11之裏面11b。因此，使吸引源47作動，由吸引墊46的吸引面吸引支持磊晶基板的裏面11b。因此，如圖所示，藉由移動手段45將吸引墊46從離開支持台44的+Z方向昇起。藉此，從光學元件層12將磊晶基板11剝離，光學元件層12的向移設基板20之移設結束。
因此，有關本實施形態的剝離方法，在光學元件層移設工程中，藉由超音波喇叭形輻射體40至少接觸磊晶基板11的外周緣11c的裏面11d並振動該磊晶基板11，可以如上所述高效率地傳播超音波振動。藉此，由緩衝層13所接合的磊晶基板11與光學元件層12之間的結合可充分地被破壞。因此，即便剝離的對象是直徑4吋大的光學元件晶圓10，也可避免由磊晶基板11的剝離所發生的光學元件層12之損傷，並可以將磊晶基板11從光學元件層12迅速且完整地剝離。此外，超音波喇叭形輻射體40因具有上述的形狀，超音波可以從磊晶基板11的外周緣11c的裏面11d充分地對磊晶基板11傳播，振動傳播的效率更加地提高，可以更容易將光學元件層12移設至移設基板20。
而且，有關於本發明的剝離方法並不限於上述實施形態，此外，由圖示所示的超音波喇叭形輻射體40之大小及形狀也不限於此，可在為發揮本發明的效果的範圍內做適當地變更。

Claims (2)

  1. 一種剝離方法，其係在磊晶基板的表面隔著由GaN所形成的緩衝層，將由光學元件層所層積的光學元件晶圓的光學元件層，移換至移設基板，其中該剝離方法，包含：在該光學元件晶圓的光學元件層的表面，隔著接合層，接合移設基板的移設基板接合工程；從接合該移設基板的光學元件晶圓的磊晶基板的裏面側，照射對磊晶基板具有透過性、且對緩衝層具有吸收性之波長的脈衝雷射光，在磊晶基板與緩衝層的介面形成剝離層的剝離層形成工程；於該剝離層形成工程之後，使用具有圍繞該磊晶基板外周緣的形狀的可振盪出超音波之超音波喇叭形輻射體，至少接觸該外周緣的裏面，並振動該磊晶基板，使該磊晶基板從移設基板剝離，並使該光學元件層移設至該移設基板的光學元件層移設工程。
  2. 一種使用於如請求項1所記載的剝離方法之超音波喇叭形輻射體，其具備：振盪出超音波的超音波振盪器；沿著磊晶基板的外圍形成圓弧形狀，且接觸該磊晶基板的外周緣裏面的裏面接觸面；以及圍繞磊晶基板的外側面並決定位置的外側面圍繞面。
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