WO2012017565A1 - レーザリフトオフ装置 - Google Patents

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workpiece
laser beam
irradiation
substrate
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僚三 松田
恵司 鳴海
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Ushio Denki KK
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Ushio Denki KK
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    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials

Definitions

  • the present invention decomposes the crystal layer by irradiating the crystal layer formed on the substrate with laser light, and peels the crystal layer from the substrate (hereinafter referred to as the following).
  • the present invention relates to a laser lift-off device.
  • laser lift-off that peels the crystal layer from the substrate at the interface between the substrate and the crystal layer while irradiating the laser beam through the substrate through the substrate and changing the irradiation area of the pulse laser beam to the workpiece every moment. It relates to the device.
  • Laser for peeling a GaN-based compound crystal layer formed on a sapphire substrate by irradiating laser light from the back surface of the sapphire substrate in a manufacturing process of a semiconductor light-emitting device formed of a GaN (gallium nitride) -based compound semiconductor Lift-off technology is known.
  • the process of peeling a material layer from a substrate by irradiating a crystal layer (hereinafter referred to as a material layer) formed on the substrate with laser light is referred to as laser lift-off.
  • Patent Document 1 a GaN layer is formed on a sapphire substrate, and laser light is irradiated from the back surface of the sapphire substrate, whereby GaN forming the GaN layer is decomposed, and the GaN layer is separated from the sapphire substrate. A technique for peeling is described.
  • a substrate in which a material layer is formed is called a workpiece.
  • Patent Document 2 describes that a workpiece is irradiated with a line-shaped laser beam through a sapphire substrate while the workpiece is conveyed.
  • the laser beam 124 is shaped so that the irradiation region 123 to the interface between the sapphire substrate 121 and the material layer 122 of the GaN-based compound is in a line shape, and the sapphire substrate 121 Is disclosed in which the laser beam 124 is irradiated from the back surface of the sapphire substrate 121 while moving the laser beam 124 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the laser beam 124.
  • the time required for laser lift-off (that is, the time necessary for irradiating the entire surface of the workpiece with laser light) mainly depends on the laser light irradiation area and the workpiece conveyance speed.
  • the irradiation time of the laser beam required for processing the workpiece becomes shorter if the irradiation area of the laser beam to the workpiece is large and the workpiece is conveyed at a high speed, and becomes longer if the workpiece is transferred at high speed.
  • the time required for laser lift-off mainly depends on the irradiation area of the laser beam on the workpiece.
  • the laser light used for laser lift-off requires irradiation energy exceeding the decomposition threshold for decomposing the material constituting the material layer, but the laser light is maintained while maintaining the irradiation energy necessary for laser lift-off. It is difficult to increase the irradiation area.
  • damage such as cracks occurs in the material layer at the time of laser lift-off.
  • the material layer 2 is irradiated with pulsed laser light, whereby GaN in the material layer 2 is decomposed into Ga and N 2 .
  • N 2 gas is generated by the decomposition of GaN, shear stress is applied to the GaN layer, and cracks are generated at the boundary of the laser light irradiation region, thereby damaging the edge of the irradiation region. It is considered that the magnitude of damage due to this decomposition greatly depends on the irradiation area of the laser beam. That is, as the irradiation area S is larger, a larger force is applied to the edge portion of the irradiation region of the pulsed laser light, such as the generation amount of the N 2 gas is increased.
  • the irradiation area of the laser beam on the workpiece in order to reduce damage to the material layer at the time of laser lift-off.
  • the laser light irradiation area is reduced, there is a problem that the laser light irradiation time required for laser lift-off becomes longer.
  • the irradiation time of laser light required for laser lift-off of a workpiece of ⁇ 2 inches (50.8 mm) is about 25 seconds.
  • the irradiation time of the laser beam required for laser lift-off of the ⁇ 2 inch workpiece is about 625 seconds.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a light intensity distribution of laser light irradiated to irradiation regions adjacent to each other.
  • the vertical axis indicates the intensity of the laser beam irradiated to each irradiation area of the workpiece, and the horizontal axis indicates the conveyance direction of the workpiece.
  • L1 and L2 indicate the profiles of the laser beams irradiated to the irradiation area of the workpiece, respectively.
  • the laser beams L1 and L2 need to be superimposed in an energy region exceeding the decomposition threshold VE necessary for decomposing and separating the material layer of the GaN-based compound from the sapphire substrate.
  • the intensity (energy value) CE of the laser beam at the intersection position C between the laser beams L1 and L2 in the light intensity distribution of each laser beam is set to be a value exceeding the decomposition threshold value VE.
  • the laser light is applied to the workpiece so that the edge portion of the adjacent irradiation region overlaps in the energy region exceeding the decomposition threshold VE. It is necessary to irradiate the entire surface, but in addition to this, it is necessary to reduce the irradiation area of the laser beam. However, when the irradiation area of the laser beam is reduced, there is a problem that the time required for the laser lift-off process increases as described above.
  • the present invention solves the above-described problems, and provides a laser lift-off device capable of performing laser lift-off processing in a short time without causing a crack in a material layer formed on a substrate. For the purpose.
  • a laser beam emitted from a laser source using a laser beam forming means provided with a plurality of laser beam emitting portions having a small area for dividing a laser beam such as a mask.
  • a laser beam forming means provided with a plurality of laser beam emitting portions having a small area for dividing a laser beam such as a mask.
  • a plurality of irradiation regions with small areas separated from each other are formed on the workpiece.
  • the region irradiated with each laser beam emitted from the plurality of laser beam emitting units is referred to as an irradiation region.
  • the laser beam is collectively irradiated so that the plurality of irradiation regions separated from each other are formed on the workpiece.
  • the adjacent irradiation regions are spaced apart from each other so as to be arranged obliquely with respect to the movement direction of the workpiece, and the end portions extending in a direction parallel to the relative movement direction of the workpiece in the adjacent irradiation region,
  • the plurality of irradiation areas are arranged so as to be sequentially overlapped as they move.
  • the conveyance speed of the workpiece 3 and the irradiation interval of the pulse laser light are set so that the edge portions extending in the direction orthogonal to the workpiece conveyance direction in each irradiation region overlap each other. That is, the end portions (edge portions) of the respective irradiation regions overlap with the end portions (edge portions) of the adjacent irradiation regions.
  • the irradiation area formed on the workpiece or a mask opening when a mask is used as the laser beam forming means
  • the edge portion LA1 of the irradiation area LA formed by the laser light emitted from each adjacent opening provided in the mask is an irradiation area LB adjacent to the workpiece conveyance direction.
  • the edge portion LB1 ′ is sequentially superimposed with a slight time interval. The same applies to LB to LJ.
  • the conveyance speed of the workpiece 3 and the irradiation interval of the pulse laser beam are set so that the edge portions LA2 extending in the direction orthogonal to the conveyance direction of the workpiece in the irradiation area LA overlap each other.
  • LB to LJ the same applies to LB to LJ. In this way, it is substantially the same as making the laser irradiation area on the workpiece a large area.
  • the laser light (LA and LB in FIG. 5 and the like) irradiated on the workpiece in a superimposed manner is irradiated with a slight time interval since the workpiece is conveyed.
  • the time until the temperature returns to room temperature after reaching the temperature at which the material layer decomposes is extremely short, approximately 100 ⁇ sec.
  • the irradiation intervals of the laser beams LA and LB irradiated to the overlapping region T1 in FIG. 5 are much longer than the above 100 ⁇ sec. That is, in the laser beam superimposing region T1 shown in FIG. 5B, the laser beam LA is irradiated after the LB. However, when the laser beam LA is irradiated, the temperature of the region irradiated with the laser beam LB is already room temperature. Down to level.
  • the irradiation energy of the laser beams LA and LB is not added together, so that the irradiation region of the laser beam emitted from each laser beam emitting portion becomes a substantially small area and damages the material layer. Will be reduced.
  • the laser beam emitted from the laser source is divided into a plurality of laser beams by the laser beam forming means, and a plurality of irradiation regions separated from each other are formed on the workpiece by each of the divided laser beams. Since each of the irradiation areas is collectively irradiated with the laser beam, it is possible to irradiate the plurality of irradiation areas with a single laser beam irradiation.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of a laser lift-off device according to an embodiment of the present invention.
  • a work 3 in which a material layer 2 is formed on a substrate 1 that transmits laser light is placed on a work stage 31.
  • the work stage 31 on which the work 3 is placed is placed on a transport mechanism 32 such as a conveyor, and is transported by the transport mechanism 32 at a predetermined speed.
  • the workpiece 3 is irradiated with the laser beam L through the substrate 1 while being conveyed in a predetermined direction together with the workpiece stage 31.
  • the workpiece 3 is formed by forming a material layer 2 of a GaN (gallium nitride) compound on the surface of a substrate 1 made of sapphire.
  • the substrate 1 may be any material as long as it can form a GaN-based compound material layer satisfactorily and transmits laser light having a wavelength necessary for decomposing the GaN-based compound material layer.
  • a GaN-based compound is used for the material layer 2 in order to efficiently output high-output blue light or ultraviolet light with low input energy.
  • the laser beam should be appropriately selected according to the substrate 1 and the substance constituting the material layer peeled from the substrate 1.
  • a KrF (krypton fluorine) excimer laser that emits a pulsed laser beam having a wavelength of 248 nm can be used.
  • the light energy (5 eV) with a laser wavelength of 248 nm is between the band gap of GaN (3.4 eV) and the band gap of sapphire (9.9 eV). Therefore, a laser beam having a wavelength of 248 nm is desirable for peeling the material layer of the GaN compound from the sapphire substrate.
  • a mask 44 for forming a predetermined laser beam pattern on the laser beam L emitted from the laser source is disposed above the workpiece 3. In FIG. 1, a projection lens described later is omitted.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of an optical system of the laser lift-off device according to the embodiment of the present invention.
  • a laser lift-off device 100 includes a laser source 20 that generates pulsed laser light, a laser optical system 40 for shaping the laser light into a predetermined shape, a work stage 31 on which the work 3 is placed, A transport mechanism 32 that transports the work stage 31 and a controller 33 that controls the irradiation interval of the laser light generated by the laser source 20 and the operation of the transport mechanism 32 are provided.
  • the laser optical system 40 includes cylindrical lenses 41 and 42, a mirror 43 that reflects the laser light in the direction of the workpiece, a mask 44 having an opening that transmits the laser light, and an image of the laser light L that has passed through the mask 44.
  • the mask 44 has a plurality of openings for dividing the laser beam, divides the laser beam emitted from the laser source 2 into a plurality of laser beams, and each of the divided laser beams causes each other to be placed on the workpiece.
  • a plurality of spaced irradiation regions are formed. That is, the mask 44 functions as the laser beam forming means described above, and the plurality of openings serve as laser beam emitting portions.
  • the arrangement, shape, and area of the irradiation region of the pulse laser beam on the work 3 can be appropriately set by selecting the arrangement, shape, size, and the like of the opening of the mask 44 that functions as the laser beam forming unit. .
  • a workpiece 3 is disposed at the tip of the laser optical system 40. The work 3 is placed on the work stage 31. The work stage 31 is placed on the transport mechanism 32 and is transported by the transport mechanism 32.
  • the pulsed laser light L generated by the laser source 20 passes through the cylindrical lenses 41 and 42, the mirror 43, and the mask 44, and then is projected onto the work 3 by the projection lens 45.
  • the pulse laser beam L is applied to the interface between the substrate 1 and the material layer 2 through the substrate 1.
  • GaN near the interface between the material layer 2 and the substrate 1 is decomposed. In this way, the material layer 2 is peeled from the substrate 1.
  • FIG. 3 is a view showing a first embodiment of a mask provided in the laser lift-off apparatus of the present invention.
  • the mask 44 of the present embodiment has a plurality of openings M1 to M5 as laser beam emitting portions spaced apart from each other in a metal plate portion, and as shown in FIG. It is drilled so as to be arranged on a straight line that is inclined with respect to the conveying direction of the workpiece 3 (arrow direction in the figure).
  • the openings M1 to M5 serving as the respective laser light emitting portions emit from the adjacent laser light emitting portions (each opening of the mask) when the work 3 is conveyed in one direction.
  • the irradiation areas formed by the laser light are formed apart from each other without being continuous so that the edge portions extending in the direction parallel to the conveying direction of the workpiece 3 overlap.
  • the openings M1 to M5 formed in the mask 44 divide the laser beam emitted from the laser source to form a plurality of irradiation regions separated from each other.
  • the area of each irradiation region is, for example, the shape of the irradiation region. When close to a square, the size is set to be 0.25 mm 2 or less.
  • the irradiation area by the divided laser light is reduced as described above, damage applied to the material layer when the material layer is peeled from the substrate can be reduced. That is, as described above, when GaN is decomposed, shear stress is applied to the GaN layer, and cracks are generated at the boundary of the irradiation region of the laser light, which damages the edge of the irradiation region.
  • the magnitude of the damage is considered to largely depend on the irradiation area of the laser beam.
  • FIG. 4A and 4B are diagrams for explaining a laser beam irradiation method according to the laser lift-off apparatus of this embodiment, where FIG. 4A shows a laser irradiation period, FIG. 4B shows a laser pause period, and FIG. 4C shows a laser irradiation period.
  • the numbers in parentheses in the figure indicate the laser light irradiation procedure, and the steps (2) and (5) are executed during the laser light irradiation period (see LA and LC in FIG. 6). (3) (4) This procedure is executed during the laser light pause period (see LB in FIG. 6).
  • FIG. 4A shows a laser irradiation period
  • FIG. 4B shows a laser pause period
  • FIG. 4C shows a laser irradiation period.
  • the numbers in parentheses in the figure indicate the laser light irradiation procedure, and the steps (2) and (5) are executed during the laser light irradiation period (see LA and LC in FIG. 6).
  • FIG. 5 shows the scanning direction of the laser beam on the workpiece and the irradiation pattern of the laser beam on the workpiece.
  • FIG. 6 shows a time chart showing the timing of laser beam irradiation and pause. (2), (3), (4), and (5) in FIG. 6 correspond to the irradiation periods (2) and (5) and the rest periods (3) and (4) in FIG. Further, FIG. 7 shows the relationship between the irradiation timing of the pulse laser beam and the irradiation area on the workpiece.
  • the mask is not moved, and the pulse laser beam is irradiated while moving the workpiece, but FIG. 5 is drawn to scan the laser beam for convenience of explanation. Yes.
  • the mask 44 is arranged so that the upper end of the uppermost opening M1 in the drawing is aligned with the upper end of the workpiece 3.
  • the workpiece 3 is conveyed in one direction from the right to the left while irradiating the laser beam.
  • the laser light passes through the mask 44 shown in FIG. 3 so that the irradiation areas LA to LE formed by the divided laser light are transformed into the work 3.
  • the laser light is directed upward from the left side of the workpiece 3 to the right side of the mask 44 on the workpiece 3.
  • the region S1 is irradiated from the upper end of the opening M1 located at (the imaginary line LL1 in FIG. 4) to the lower end of the opening M5 located at the lowest position of the mask 44 (the imaginary line LL2 in FIG. 4).
  • the irradiation areas LA and LB, LB and LC, LC and LD, and LD and LE formed by the laser beams irradiated from the openings of the adjacent masks 44 are respectively workpieces.
  • edge portions LA1 and LB1 ′ extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece 3 are superimposed on each other (the same applies to LB, LC, LD,...), And an overlapping region T1 is formed. Irradiated as follows.
  • the transport speed of the work 3 and the pulse laser beam are superposed so that the edge portions LA2, LB2,...
  • the irradiation interval is set.
  • the pulse interval of the laser beam is set to be shorter than the time required for the work to move a distance corresponding to the irradiation region for one shot of the laser beam. For example, when the conveying speed of the workpiece 3 is 100 mm / second and the width of the laser light overlapping region ST is 0.1 mm, the pulse interval of the laser light is 0.004 seconds (250 Hz).
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the irradiation timing of the pulse laser beam and the irradiation area on the workpiece, (A) shows an irradiation area on the workpiece, (b) shows each pulse laser beam, and in the drawing, the laser beam is irradiated in the order of irradiation areas A ⁇ B ⁇ C on the workpiece.
  • the region A is irradiated with the laser beam a
  • the irradiation region B is irradiated with the laser beam b
  • the irradiation region C is irradiated with the laser beam c.
  • the work laser 3 passes through the opening of the mask 44 and is irradiated onto the irradiation area A on the work 3 until the next pulse laser light b is irradiated. It moves to the position where the laser beam is irradiated to the irradiation region. Then, the next pulse laser beam b is applied at a timing such that an edge portion (a hatched portion in the figure) T3 extending in a direction orthogonal to the conveyance direction of the workpiece 3 in the irradiation region A and the irradiation region B overlaps. 3 is irradiated to the irradiation region B on the upper side.
  • the workpiece 3 moves to a position where the irradiation region C in the figure is irradiated with the laser beam, and the next pulse laser beam c is applied to the irradiation region B. Irradiation is performed at such a timing that the edge portions of the irradiation region C (hatched portions in the figure) overlap each other.
  • the procedures (3) and (4) shown in FIG. 4 are executed during a pause period of the pulse laser beam (see FIG. 6), and preparation for irradiating the next region of the workpiece 3 with the laser beam is performed.
  • the procedure of (3) in order to irradiate the next region of the workpiece with the laser beam, the workpiece 3 is moved to a distance slightly shorter than the laser-irradiated region S1 of FIG. Is conveyed in the direction of the arrow (3).
  • the reason why the transport distance of the workpiece 3 is slightly shorter than the region S1 irradiated with the laser is to superimpose the regions S1 and S2 irradiated with the laser beam shown in FIG. 4C in the procedure (5) described later.
  • the procedure (4) in order to make the moving direction of the work 3 relative to the mask 44 the same as the moving direction (2) during the pause period of the pulse laser beam, the work is moved from the left according to the arrow (4) in FIG. Carry to the right.
  • the workpiece 3 is conveyed in one direction from the right to the left according to the arrow (5) in FIG.
  • the irradiation areas LF to LJ formed by the laser beam are arranged on a straight line inclined with respect to the workpiece conveyance direction, and the laser beam is placed on the left side of the workpiece 3.
  • the laser beam is placed on the left side of the workpiece 3.
  • the irradiation areas LF and LG, LG and LH, LH and LI, and LI and LJ formed by the laser beams irradiated from the adjacent laser beam emitting portions are the movement directions of the workpiece. Irradiation is performed so that the edge portions extending in the direction parallel to and overlap. Further, in the procedure of (3), by adjusting the transport distance of the workpiece 3 as described above, the regions S1 and S2 to be irradiated with laser light are superimposed (superimposed region T2). Further, as described with reference to FIG.
  • the laser beams LF to LJ are irradiated so that the edge portions of the respective irradiation regions extending in the direction orthogonal to the conveyance direction of the workpiece 3 are overlapped.
  • the entire surface of the workpiece 3 is irradiated with laser light.
  • the mask 44 having a plurality of openings M1-M5 (corresponding to the laser beam emitting portions) arranged apart from each other is provided as the laser beam forming means, and the openings M1-M5 of the mask 44 are provided.
  • the laser beam LA-LE divided by the laser beam LA-LE forms irradiation regions spaced from each other on the workpiece, and the irradiation region of the workpiece formed by the laser beams LA-LE emitted from the adjacent openings M1-M5.
  • Edge portions extending in a direction parallel to the moving direction are configured to be collectively irradiated onto the workpiece while being sequentially superimposed as the workpiece is moved in one direction.
  • the laser beams LA to LE emitted from the laser beam emitting units arranged apart from each other are sequentially superimposed at intervals as described above. For this reason, the irradiation energy of each divided
  • the laser beam LA is irradiated after LB, but since the time until the material layer returns from the decomposition temperature to room temperature is extremely short, when LA is irradiated, the region already irradiated by LB is already at room temperature. Therefore, the irradiation energy of the laser beams LA and LB is not summed.
  • each laser beam divided by the mask 44 is the same as being individually irradiated onto the workpiece, and each laser irradiation region has a small area. For this reason, damage to the material layer when the material layer is peeled from the substrate can be reduced.
  • the scanning direction of the laser beam with respect to the workpiece is always the same, but the scanning direction is always the same. There is no need.
  • FIG. 8 is a view showing a second embodiment of the mask used in the laser lift-off apparatus of the present invention.
  • the openings M1 to M6 serving as laser beam emitting portions are formed so as not to be continuous with each other and are arranged in a staggered manner. That is, at least two rows of one or more openings are arranged linearly in a direction orthogonal to the movement direction of the workpiece, and the openings in one row and the openings in the other row are in relation to the movement direction of the workpiece. Arranged in an oblique direction.
  • each of the openings M1 to M6 is provided in the irradiation region formed by the laser beam emitted from the openings (for example, the openings M1 and M2) adjacent to the direction orthogonal to the workpiece conveyance direction when the workpiece 3 is conveyed.
  • the edge portions extending in the direction parallel to the transport direction 3 are arranged so as to overlap. Even when the shape of the mask 44 is as described above, the end portions (edge portions) of the respective irradiation regions are mutually connected to the end portions (edge portions) of the adjacent irradiation regions in the same manner as described in the mask of the first embodiment. Similar to the first embodiment, the laser lift-off process can be performed in a short time, and the throughput can be improved.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram of an optical system of a laser lift-off device when other laser light forming means is used
  • FIG. 10 is an enlarged view of the laser light forming means shown in FIG. a) is an enlarged view of the vicinity of the workpiece
  • FIG. 5 (b) is a view showing the arrangement of the light emitting elements.
  • the laser beam forming means is composed of light guides 61a to 61e, light emitting elements 62a to 62e, and optical fibers 60a to 60e
  • the laser beam emitting part corresponding to the opening of the mask is the light emitting elements 62a to 62e.
  • the plurality of light emitting elements 62a to 62e are straightly inclined with respect to the conveying direction of the workpiece 3, like the mask openings M1 to M5 shown in FIG.
  • Each of the light emitting elements 62a to 62e is arranged on a line, and for example, as shown in FIG. 5, the laser light emitted from each adjacent laser light emitting portion when the work 3 is conveyed in one direction, as shown in FIG. Are arranged so as to be separated from each other so that the edge portions extending in the direction parallel to the conveyance direction of the workpiece 3 overlap in the irradiation region formed by the above.
  • the light emitting elements 62a to 62e are arranged in a straight line like the openings M1 to M5 of the mask shown in FIG. 3, but they may be arranged in a staggered manner as shown in FIG.
  • a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element that can use the above-described laser lift-off device will be described.
  • the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device formed of a GaN-based compound material layer will be described with reference to FIG.
  • a sapphire substrate capable of crystal growth of a gallium nitride (GaN) compound semiconductor that transmits laser light and forms a material layer is used.
  • GaN gallium nitride
  • FIG. 11A a GaN layer 102 made of a GaN-based compound semiconductor is rapidly formed on a sapphire substrate 101 by using, for example, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). Subsequently, as illustrated in FIG.
  • MOCVD method metal organic chemical vapor deposition method
  • an n-type semiconductor layer 103 and a p-type semiconductor layer 104 that are light emitting layers are stacked on the surface of the GaN layer 102.
  • GaN doped with silicon is used as the n-type semiconductor
  • GaN doped with magnesium is used as the p-type semiconductor.
  • solder 105 is applied on the p-type semiconductor layer 104.
  • the support substrate 106 is attached on the solder 105.
  • the support substrate 106 is made of, for example, an alloy of copper and tungsten. Then, as shown in FIG.
  • the laser beam 107 is irradiated from the back surface side of the sapphire substrate 101 toward the interface between the sapphire substrate 101 and the GaN layer 102.
  • the GaN layer 102 is peeled from the sapphire substrate 101.
  • ITO 108 which is a transparent electrode is formed on the surface of the GaN layer 102 after peeling by vapor deposition, and the electrode 109 is attached to the surface of the ITO 108.

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Abstract

　基板上に形成された材料層に割れを生じさせることなく、レーザリフトオフ処理を短時間に行うことを可能とする。基板１と前記材料層２との界面で前記材料層を前記基板から剥離させるため、基板１上に材料層２が形成されたワーク３に対し、基板１側からマスク４４を介してレーザ光を照射する。レーザ光はマスク４４により複数の小面積のレーザ光に分割され、ワーク上に互いに離間した複数の照射領域が形成される。また隣り合う照射領域は互いに離間し、各照射領域の端部と、隣接する照射領域の、ワークの相対的移動方向に対して平行方向に伸びる端部とは、ワークが移動するに従って順次に重畳するように配列され、上記各照射領域の端部は隣接する照射領域の端部と互いに重畳する。これにより、基板上に形成された材料層に割れを生じさせることなく、材料層を基板から確実に剥離させることができる。

Description

レーザリフトオフ装置
　本発明は、化合物半導体により形成される半導体発光素子の製造プロセスにおいて、基板上に形成された結晶層にレーザ光を照射することによって、当該結晶層を分解して当該基板から剥離する（以下、レーザリフトオフという）ためのレーザリフトオフ装置に関する。特に、レーザ光出射部を介したレーザ光を、基板を通して照射して、ワークへのパルスレーザ光の照射領域を刻々と変えながら、基板と結晶層の界面で結晶層を基板から剥離するレーザリフトオフ装置に関するものである。
　ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物半導体により形成される半導体発光素子の製造プロセスにおいて、サファイア基板の上に形成されたＧａＮ系化合物結晶層を当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより剥離するレーザリフトオフの技術が知られている。以下、基板上に形成された結晶層（以下材料層という）に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離することをレーザリフトオフと呼ぶ。
　例えば、特許文献１においては、サファイア基板の上にＧａＮ層を形成し、当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより、ＧａＮ層を形成するＧａＮが分解され、当該ＧａＮ層をサファイア基板から剥離する技術について記載されている。以下では基板上に材料層が形成されたものをワークと呼ぶ。
　特許文献２には、ワークを搬送しながらワークに対してサファイア基板越しにライン状のレーザ光を照射することが記載される。具体的に同文献には、図１２に示すように、サファイア基板１２１とＧａＮ系化合物の材料層１２２の界面への照射領域１２３がライン状になるようにレーザ光１２４を成形し、サファイア基板１２１をレーザ光１２４の長手方向と垂直方向に移動させながら、当該レーザ光１２４をサファイア基板１２１の裏面から照射する技術が開示されている。
　ＧａＮ系化合物材料層を基板からレーザリフトオフするためには、ＧａＮ系化合物をＧａとＮ２とに分解するために必要な照射エネルギーを有するレーザ光をワークの全面に亘り照射することが重要になる。
特表２００１－５０１７７８号公報 特開２００３－１６８８２０号公報
　上述したレーザリフトオフ処理において、レーザリフトオフに要する時間（つまり、ワークの全面に亘りレーザ光を照射するために必要な時間）は、主にレーザ光の照射面積とワークの搬送速度とに依存する。ワークの処理に要するレーザ光の照射時間は、当然のことながらワークへのレーザ光の照射面積が大きく尚且つワークを高速で搬送すれば短くなり、その逆であれば長くなる。
　しかしながら、ワークの搬送速度には自ずと限界がある。よって、レーザリフトオフに要する時間は、主としてワークへのレーザ光の照射面積に依存する。ところが、ワークへのレーザ光の照射面積を大きくすることは、次に説明するように様々な困難が伴う。
　即ち、レーザリフトオフに使用されるレーザ光には、材料層を構成する物質を分解するための分解閾値を超える照射エネルギーが必要とされるが、レーザリフトオフに必要な照射エネルギーを維持しつつレーザ光の照射面積を大きくすることは困難である。
　本発明者らが鋭意検討したところ、ワークへのレーザ光の照射面積を大きくした場合は、レーザリフトオフ時に材料層に例えばクラック（割れ）などのダメージが発生することが判明した。
　前述したように、材料層２はパルスレーザ光が照射されることにより、材料層２のＧａＮがＧａとＮ２とに分解する。ＧａＮが分解することによりＮ２ガスが発生することから、当該ＧａＮ層にせん断応力が加わり、当該レーザ光の照射領域の境界部においてクラックが生じるなど、照射領域のエッジ部にダメージを与える。
　この分解によるダメージの大きさは、レーザ光の照射面積に大きく依存しているものと考えられる。すなわち、照射面積Ｓが大きいほど、上記Ｎ２ガスの発生量が多くなる等、パルスレーザ光の照射領域のエッジ部へ大きな力が加わる。
　上記した理由により、レーザリフトオフ時の材料層へのダメージを軽減するため、ワークへのレーザ光の照射面積を小さくするのが望ましい。
　しかしながら、レーザ光照射面積を小さくすると、レーザリフトオフに要するレーザ光の照射時間が長くなるという問題がある。例えば、以下の条件１では、φ２インチ（５０．８ｍｍ）のワークをレーザリフトオフするために要するレーザ光の照射時間は約２５秒である。一方、以下の条件２では、φ２インチのワークをレーザリフトオフするために要するレーザ光の照射時間は約６２５秒となる。
（条件１）
・ワークの直径：φ２インチ
・ワークへのレーザ光の照射領域：１ｍｍ角の正方形
・パルスレーザ光の周波数：１００Ｈｚ
（条件２）
・ワークの直径：φ２インチ
・ワークへのレーザ光の照射領域：０．２ｍｍ角の正方形
・パルスレーザ光の周波数：１００Ｈｚ
　以上のように、レーザ光の照射面積を大きくすると、レーザリフトオフ処理に要する時間が小さくなるものの材料層へのダメージが大きくなり、また、照射面積を小さくすると、材料層へのダメージは小さくなるもののレーザリフトオフ処理に要する時間が増加するといった、相反する問題が生ずる。
　一方、本発明者らが鋭意検討したところ、ＧａＮ系化合物材料層を基板からレーザリフトオフするためには、ＧａＮ系化合物をＧａとＮ２とに分解するために必要な分解閾値以上の照射エネルギーを有するレーザ光をワークの全面に亘り照射することが必要であることが分かった。
　分解閾値以上の照射エネルギーを有するレーザ光が照射されない領域が存在すると、材料層を構成するＧａＮの未分解領域が形成され、材料層を基板から十分に剥離させることができない。このため、隣り合う照射領域のエッジ部が、分解閾値ＶＥを超えるエネルギー領域において重畳する必要がある。
　図１３は、互いに隣接する照射領域に照射されるレーザ光の光強度分布の一例を示す図である。同図において縦軸はワークの各照射領域に照射されるレーザ光の強度を、横軸はワークの搬送方向を示す。また、Ｌ１、Ｌ２は、それぞれワークの照射領域に照射されるレーザ光のプロファイルを示す。
　図１３に示すように、レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、ＧａＮ系化合物の材料層を分解してサファイアの基板から剥離させるために必要な分解閾値ＶＥを超えるエネルギー領域において重畳させる必要がある。
　すなわち、各レーザ光の光強度分布における、レーザ光Ｌ１とＬ２との交差位置Ｃでのレーザ光の強度（エネルギー値）ＣＥは、上記分解閾値ＶＥを越える値になるように設定される。レーザ光Ｌ１とＬ２との交差位置Ｃでのレーザ光の強度ＣＥ、すなわち、レーザ光が重畳して照射される領域におけるそれぞれのパルスレーザ光の強度を、上記分解閾値ＶＥを越える値になるように設定することで、材料層を基板から剥離させるために十分なレーザエネルギーが与えることができ、基板上に形成された材料層に割れを生じさせることなく、材料層を基板から確実に剥離させることができる。
　上述したように、ダメージを生じさせることなく材料層を基板から十分に剥離させるためには、隣り合う照射領域のエッジ部が、分解閾値ＶＥを超えるエネルギー領域において重畳するようにレーザ光をワークの全面に亘り照射することが必要であるが、これに加えて、レーザ光の照射面積を小さくすることが必要である。
　しかし、レーザ光の照射面積を小さくすると、前述したように、レーザリフトオフ処理に要する時間が増加するといった問題が生ずる。
　本発明は上記問題点を解決するものであって、基板上に形成された材料層に割れを生じさせることなく、しかも、レーザリフトオフ処理を短時間に行うことが可能なレーザリフトオフ装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明においては、マスクなどのレーザ光を分割するための複数の小面積のレーザ光出射部が設けられたレーザ光形成手段を用いて、レーザ源から出射するレーザ光を複数のレーザ光に分割し、ワーク上に互いに離間した面積の小さな複数の照射領域を形成する。なお、ここでは、上記複数のレーザ光出射部から出射した各レーザ光が照射される領域を照射領域という。
　そして、ワークあるいはレーザ源（照射領域）を相対的に移動させながら、ワーク上に、上記互いに離間した複数の照射領域が形成されるように、レーザ光を一括照射する。
　その際、隣り合う照射領域が、上記ワークの移動方向に対して斜めに配置されるように互いに離間させ、隣接する照射領域のワークの相対的移動方向に対して平行方向に伸びる端部が、移動するに従って順次に重畳するように上記複数の照射領域を配列する。さらに、各照射領域におけるワークの搬送方向と直交方向に伸びるエッジ部が互いに重畳するように、ワーク３の搬送速度とパルスレーザ光の照射間隔を設定する。
　すなわち、上記各照射領域の端部（エッジ部）は隣接する照射領域の端部（エッジ部）と互いに重畳する。
　上記ワーク上に形成される照射領域（レーザ光形成手段としてマスクを用いた場合はマスクの開口）は、具体的には、ワークの移動方向に対して傾斜した一直線上になるように配列したり、あるいは、千鳥状に配列される。
　以下に説明する実施例では、主として、レーザ光形成手段としてマスクを使用し、複数のレーザ光出射部がマスクに形成された開口である例について説明する。
　マスクに設けられた隣接する各開口から出射するレーザ光により形成される照射領域ＬＡのエッジ部ＬＡ１は、後述する図５に示すように、ワークの搬送方向と直交方向に隣接する照射領域ＬＢのエッジ部ＬＢ１´と、ワークを搬送するに従って、わずかな時間を隔てて順次に重畳する。ＬＢ～ＬＪについても同様である。
　また、ワーク３の搬送速度とパルスレーザ光の照射間隔は、照射領域ＬＡにおけるワークの搬送方向と直交方向に伸びるエッジ部ＬＡ２が互いに重畳するように設定される。ＬＢ～ＬＪについても同様である。このようにすれば、実質的にワークへのレーザ照射領域を大面積にしたことと同じになる。
　なお、ワーク上で重畳して照射されるレーザ光（図５のＬＡとＬＢなど）は、ワークを搬送していることから、わずかながらも時間を隔てて照射される。材料層がＧａＮ（ガリウムナイトライド）系化合物である場合は、材料層が分解する温度に達した後に室温に戻るまでの時間は極めて短く、概ね１００μ秒程度である。これに対し、図５の重畳領域Ｔ１に照射されるレーザ光ＬＡ、ＬＢの各々の照射間隔は上記の１００μ秒よりもはるかに長い。つまり、図５（ｂ）に示すレーザ光重畳領域Ｔ１では、レーザ光ＬＡがＬＢよりも後に照射されるが、レーザ光ＬＡの照射時において、レーザ光ＬＢが照射された領域の温度が既に室温レベルに下がっている。したがって、重畳領域Ｔ１では、レーザ光ＬＡとＬＢのそれぞれの照射エネルギーが合算されないので、各々のレーザ光出射部から出射したレーザ光の照射領域が実質的に小面積になり、材料層へのダメージは低減されることになる。
　本発明のレーザリフトオフ装置によれば、次の効果を期待することができる。
（１）レーザ光形成手段により、レーザ源から出射するレーザ光を、複数のレーザ光に分割し、分割された各レーザ光により前記ワーク上に互いに離間した複数の照射領域を形成し、ワーク上の各照射領域にレーザ光を一括照射するようにしたので、一度のレーザ光の照射で複数の照射領域にレーザ光を照射することができる。すなわち、複数の照射領域に一括してレーザ光を照射することができるので、各照射領域を小面積にしても、レーザリフトオフ処理を短時間に行うことができ、スループットの向上を図ることができる。
（２）隣接する各レーザ光出射部から出射したレーザ光の、ワークの移動方向と平行方向に伸びるエッジ部がワークの移動に従って順次に重畳されるようにするとともに、各照射領域におけるワークの搬送方向と直交方向に伸びるエッジ部が互いに重畳するようにしたので、ＧａＮ系化合物をＧａとＮ２とに分解するために必要な分解閾値以上の照射エネルギーを有するレーザ光を、各照射面積を小さくしながら、ワークの全面に亘り照射することができる。
　また、前述したように重畳領域に照射されるレーザ光は、照射された領域の温度が低下するに充分な時間間隔をおいて照射されるので、重畳領域に照射されるレーザ光のそれぞれの照射エネルギーが合算されることはない。したがって、各照射領域が重畳していても、実質的に各照射領域毎にレーザ光を照射したのと同等の効果を得ることができる。このため、材料層を基板から剥離するときの材料層へのダメージを低減化することができる。
本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の構成の概要を示す図である。 本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の概念図である。 レーザリフトオフ装置に用いられるマスクの第１の実施例を示す図である。 本発明の実施例のレーザリフトオフ装置に係るレーザ光照射方法を説明する図である。 ワーク上でのレーザ光のスキャン方向とワークへのレーザ光の照射パターンを示す図である。 レーザ光の照射及び休止のタイミングを示すタイムチャートである。 パルスレーザ光の照射タイミングとワーク上の照射領域の関係を示す図である。 レーザリフトオフ装置に用いられるマスクの第２の実施例を示す図である。 その他の実施例のレーザ光形成手段を備えたレーザリフトオフ装置の光学系の概念図である。 レーザ光形成手段のその他の実施例を示す図である。 本発明のレーザリフトオフ装置を用いることができる半導体発光素子の製造方法を説明する図である。 ライン状のレーザ光を、レーザ光の長手方向と垂直方向に移動させながら、基板の裏面から照射する従来技術を説明する図である。 互いに隣接する照射領域に重畳して照射されるレーザ光の光強度分布を示す図である。
　図１は、本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の構成の概要を示す図である。
　同図に示すレーザリフトオフ装置は、レーザ光を透過する基板１上に材料層２が形成されたワーク３が、ワークステージ３１上に載置されている。ワーク３を載せたワークステージ３１は、コンベヤのような搬送機構３２に載置され、搬送機構３２によって所定の速度で搬送される。ワーク３は、ワークステージ３１と共に所定方向に搬送されながら、基板１を通じてレーザ光Ｌが照射される。
　ワーク３は、サファイアからなる基板１の表面に、ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物の材料層２が形成されてなるものである。基板１は、ＧａＮ系化合物の材料層を良好に形成することができ、尚且つ、ＧａＮ系化合物材料層を分解するために必要な波長のレーザ光を透過するものであれば良い。材料層２には、低い入力エネルギーによって高出力の青色光あるいは紫外光を効率良く出力するためにＧａＮ系化合物が用いられる。
　レーザ光は、基板１および基板１から剥離する材料層を構成する物質に対応して適宜選択すべきである。サファイアの基板１からＧａＮ系化合物の材料層２を剥離する場合には、例えば波長２４８ｎｍのパルスレーザ光を放射するＫｒＦ（クリプトンフッ素）エキシマレーザを用いることができる。レーザ波長２４８ｎｍの光エネルギー（５ｅＶ）は、ＧａＮのバンドギャップ（３．４ｅＶ）とサファイアのバンドギャップ（９．９ｅＶ）の間にある。したがって、波長２４８ｎｍのレーザ光はサファイアの基板からＧａＮ系化合物の材料層を剥離するために望ましい。ワーク３の上方にはレーザ源から発したレーザ光Ｌに所定のレーザ光パターンを形成するためのマスク４４が配置されている。図１では後述する投影レンズは省略している。
　図２は、本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の概念図である。
　同図において、レーザリフトオフ装置１００は、パルスレーザ光を発生するレーザ源２０と、レーザ光を所定の形状に成形するためのレーザ光学系４０と、ワーク３が載置されるワークステージ３１と、ワークステージ３１を搬送する搬送機構３２と、レーザ源２０で発生するレーザ光の照射間隔および搬送機構３２の動作を制御する制御部３３とを備えている。
　レーザ光学系４０は、シリンドリカルレンズ４１、４２と、レーザ光をワークの方向へ反射するミラー４３と、レーザ光を透過させる開口を有するマスク４４と、マスク４４を通過したレーザ光Ｌの像をワーク３上に投影する投影レンズ４５とを備えている。上記マスク４４は、レーザ光を分割するための複数の開口を有し、上記レーザ源２から出射するレーザ光を、複数のレーザ光に分割し、分割された各レーザ光により前記ワーク上に互いに離間した複数の照射領域を形成する。すなわち、マスク４４は前記したレーザ光形成手段として機能し、上記複数の開口はレーザ光出射部となる。
　ワーク３へのパルスレーザ光の照射領域の配置、形状、面積は、上記レーザ光形成手段として機能するマスク４４の開口の配置、形状、大きさ等を選定することにより、適宜設定することができる。レーザ光学系４０の先にはワーク３が配置されている。ワーク３はワークステージ３１上に載置されている。ワークステージ３１は搬送機構３２に載置されており、搬送機構３２によって搬送される。
　レーザ源２０で発生したパルスレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ４１、４２、ミラー４３、マスク４４を通過した後に、投影レンズ４５によってワーク３上に投影される。パルスレーザ光Ｌは基板１を通じて基板１と材料層２の界面に照射される。基板１と材料層２の界面では、パルスレーザ光Ｌが照射されることにより、材料層２の基板１との界面付近のＧａＮが分解される。このようにして材料層２が基板１から剥離される。
　図３は本発明のレーザリフトオフ装置が備えるマスクの第１の実施例を示す図である。本実施例のマスク４４は、図３に示すように、金属製の板部において、レーザ光出射部としての複数の開口Ｍ１～Ｍ５を、互いに離間すると共に、後述する図４に示すように、ワーク３の搬送方向（同図の矢印方向）に対して傾斜する一直線上に配列するように穿設したものである。各々のレーザ光出射部となる開口Ｍ１～Ｍ５は、後述する図５に示すように、ワーク３を一方向に搬送したときに、隣接する各レーザ光出射部（マスクの各開口）から出射するレーザ光により形成される照射領域の、ワーク３の搬送方向と平行方向に伸びるエッジ部が重畳するように、互いに連続することなく離間して形成されている。
　マスク４４に形成された開口Ｍ１～Ｍ５は、レーザ源から発したレーザ光を分割し互いに離間した複数の照射領域を形成するものであり、各々の照射領域の面積は、例えば照射領域の形状が正方形に近い場合には、０．２５ｍｍ２以下になるような大きさに設定されている。
　上記分割されたレーザ光による照射面積を上記のように小さくすれば、材料層を基板から剥離させるときに材料層に加わるダメージを低減することができる。
　すなわち、前述したように、ＧａＮが分解する際、ＧａＮ層にせん断応力が加わり、当該レーザ光の照射領域の境界部においてクラックが生じるなど、照射領域のエッジ部にダメージを与えるが、この分解によるダメージの大きさは、レーザ光の照射面積に大きく依存しているものと考えられる。
　実験等を行って検証した結果、上記のように照射領域の形状が正方形に近い場合には、ワークへのレーザ光の照射面積を０．２５ｍｍ２以下とすれば、ワークの材料層へのクラックの発生を防止することができることが確認された。
　以下、本実施例のレーザリフトオフ装置に係るレーザ光照射方法について説明する。
　図４は、本実施例のレーザリフトオフ装置に係るレーザ光照射方法を説明する図であり、（ａ）はレーザ照射期間、（ｂ）はレーザ休止期間、（ｃ）はレーザ照射期間を示す。また、同図中の括弧数字はレーザ光照射の手順を示し、（２）（５）の手順をレーザ光の照射期間（図６のＬＡ，ＬＣ参照）に実行し、（３）（４）の手順をレーザ光の休止期間（図６のＬＢ参照）に実行する。
　また、図５は、ワーク上でのレーザ光のスキャン方向とワークへのレーザ光の照射パターンを示し、図６はレーザ光の照射及び休止のタイミングを示すタイムチャートを示す。図６の（２）（３）（４）（５）は、図４の照射期間（２）（５）と休止期間（３）（４）に対応している。さらに、図７はパルスレーザ光の照射タイミングとワーク上の照射領域の関係を示す。
　なお、本実施例のレーザリフトオフ装置においては、マスクは移動せず、ワークを移動させながらパルスレーザ光を照射するが、図５は、説明の都合上、レーザ光をスキャンするように描かれている。
　図４（ａ）の（１）の手順では、マスク４４は同図中で最も上方に位置する開口Ｍ１の上端がワーク３の上端と同一直線上に並ぶように配置される。（２）の手順では、レーザ光を照射しながらワーク３を右方から左方に一方向に搬送する。
　ここで、レーザ光は、前記図３に示したマスク４４を介することによって、図５（ａ）（ｂ）に示すように、分割されたレーザ光により形成される照射領域ＬＡ～ＬＥがワーク３の搬送方向に対して傾斜した一直線上に配列され、図４（ａ）に示すように、ワーク３の左方から右方に向けて当該レーザ光が、ワーク３上において、マスク４４の最も上方に位置する開口Ｍ１の上端（図４の仮想線ＬＬ１）から、マスク４４の最も下方に位置する開口Ｍ５の下端（図４の仮想線ＬＬ２）に亘る領域Ｓ１に照射される。
　ここで、図５（ｂ）に示すように、それぞれ隣接するマスク４４の開口から照射されるレーザ光により形成される照射領域ＬＡとＬＢ、ＬＢとＬＣ、ＬＣとＬＤ、ＬＤとＬＥは、ワーク３を一方向に搬送したときに、ワーク３の移動方向と平行方向に伸びるエッジ部ＬＡ１，ＬＢ１´が互いに重畳し（ＬＢ，ＬＣ，ＬＤ，…についても同様）、重畳領域Ｔ１が形成されるように照射される。
　また、ワーク３を一方向に搬送したときに、各照射領域におけるワーク３の搬送方向と直交方向に伸びるエッジ部ＬＡ２，ＬＢ２，…が互いに重畳するように、ワーク３の搬送速度とパルスレーザ光の照射間隔が設定されている。
　レーザ光のパルス間隔は、ワークがレーザ光の１ショット分の照射領域に相当する距離を移動するために要する時間よりも短く設定される。例えば、ワーク３の搬送速度が１００ｍｍ／秒、レーザ光の重畳領域ＳＴの幅が０．１ｍｍである場合、レーザ光のパルス間隔は０．００４秒（２５０Ｈｚ）である。
　図７はパルスレーザ光の照射タイミングとワーク上の照射領域の関係を示す図であり、
同図（ａ）はワーク上の照射領域を示し、（ｂ）は各パルスレーザ光を示しており、同図は、ワーク上の照射領域Ａ→Ｂ→Ｃの順にレーザ光が照射され、照射領域Ａにはレーザ光ａが照射され、照射領域Ｂにはレーザ光ｂが照射され、照射領域Ｃにはレーザ光ｃが照射される場合を示している。
　図７において、パルスレーザ光ａがマスク４４の開口を通過してワーク３上の照射領域Ａに照射され、次のパルスレーザ光ｂが照射されるまでの間に、ワーク３は同図のＢの照射領域にレーザ光が照射される位置まで移動する。
　そして、次のパルスレーザ光ｂは、上記照射領域Ａと照射領域Ｂのワーク３の搬送方向と直交方向に伸びるエッジ部（同図のハッチングを付した部分）Ｔ３が重畳するようなタイミングでワーク３上の照射領域Ｂに照射される。
　同様に、次のパルスレーザ光ｃが照射されるまでの間に、ワーク３は同図の照射領域Ｃにレーザ光が照射される位置まで移動し、次のパルスレーザ光ｃは、照射領域Ｂと照射領域Ｃのエッジ部（同図のハッチングを付した部分）が互いに重畳するようなタイミングで照射される。
　次の図４に示す（３）（４）の手順はパルスレーザ光の休止期間（図６参照）に実行され、ワーク３の次なる領域にレーザ光を照射するための準備を行う。
　（３）の手順では、ワークの次なる領域にレーザ光を照射するために、レーザ光の休止期間において、図４（ａ）のレーザ照射した領域Ｓ１よりもやや短い距離だけワーク３を図４に示す矢印（３）の方向に搬送する。ワーク３の搬送距離をレーザ照射した領域Ｓ１よりやや短くするのは、後述の（５）の手順において、図４（ｃ）に示すレーザ光を照射する領域Ｓ１とＳ２とを重畳させるためである。（４）の手順では、パルスレーザ光の休止期間中に、マスク４４に対するワーク３の移動方向を（２）の移動方向と同じにするため、図４の矢印（４）に従ってワークを左方から右方に搬送する。
　次の（５）の手順では、レーザ光を照射しながら、図４の矢印（５）に従ってワーク３を右方から左方に一方向に搬送する。このとき、図５（ｂ）に示すように、レーザ光により形成される照射領域ＬＦ～ＬＪがワークの搬送方向に対して傾斜した一直線上に配列され、当該レーザ光が、ワーク３の左方から右方に向けて、つまり、レーザ光を照射した領域Ｓ１にレーザ光を照射したときと同じ方向から照射され、ワーク３においてマスク４４の最も上方に位置する開口Ｍ１の上端（図４（ｃ）の仮想線ＬＬ３）から、マスク４４の最も下方に位置する開口Ｍ５の下端（図４（Ｃ）の仮想線ＬＬ４）に亘る領域Ｓ２に照射される。
　図５（ｂ）に示すように、それぞれ隣接するレーザ光出射部から照射されるレーザ光により形成される照射領域ＬＦとＬＧ、ＬＧとＬＨ、ＬＨとＬＩ、ＬＩとＬＪは、ワークの移動方向と平行方向に伸びるエッジ部が重畳するように照射される。
　また、（３）の手順において、前記のようにワーク３の搬送距離を調整することにより、レーザ光照射する領域Ｓ１とＳ２とを重畳させる（重畳領域Ｔ２）。
　さらに、レーザ光ＬＦ～ＬＪは、前記図７で説明したように、ワーク３の搬送方向と直交方向に伸びる各照射領域のエッジ部が重畳するように照射される。
　このような手順（１）～（５）を繰返し実行することにより、ワーク３の全面に亘りレーザ光が照射される。
　上記実施例においては、レーザ光形成手段として、互いに離間して配置される複数の開口Ｍ１－Ｍ５（レーザ光出射部に相当）を有するマスク４４を備えており、該マスク４４の開口Ｍ１－Ｍ５により分割されたレーザ光ＬＡ－ＬＥにより、ワーク上に、互いに離間した照射領域を形成し、また、隣接する開口Ｍ１－Ｍ５から出射したレーザ光ＬＡ－ＬＥにより形成される照射領域の、ワークの移動方向と平行方向に伸びるエッジ部が、ワークを一方向に移動するに従って順次に重畳されながら、ワークに対して一括照射されるように構成されている。このため、レーザリフトオフを短時間に行うことができ、スループットを向上させることができる。
　しかも、上記実施例は、互いに離間して配置されるレーザ光出射部から出射した各レーザ光ＬＡ～ＬＥが、前記したように時間を隔てて順次に重畳される。
　このため、分割された各レーザ光の照射エネルギーが合算されることがない。例えば、レーザ光ＬＡはＬＢよりも後に照射されるが、材料層が分解温度から室温に戻るまでの時間が極めて短いことから、ＬＡが照射される時にはＬＢによって既に照射された領域は既に室温状態になっているため、レーザ光ＬＡとＬＢの照射エネルギーは合算されない。つまり、マスク４４によって分割された各レーザ光は、個別にワークに照射されるのと同然であり、各々のレーザ照射領域が小面積となる。このため、基板から材料層を剥離する際の材料層へのダメージを軽減することができる。
　なお、図４に示した手順においては、図５（ａ）に示すように、ワークに対するレーザ光のスキャン方向が常に同じになるようにしているが、必ずしもスキャン方向を常に同じになるようにする必要はない。
　図８は、本発明のレーザリフトオフ装置に用いられるマスクの第２の実施例を示す図である。
　図８に示すマスク４４は、レーザ光出射部となる各々の開口Ｍ１－Ｍ６が、互いに連続することなく離間して形成され、千鳥状に配列されている。
　すなわち、少なくとも２列の一乃至複数の開口が、前記ワークの移動方向と直交方向に直線状に配列され、一方の列の開口と、他方の列の開口は、前記ワークの移動方向に対して斜め方向に配列される。
　さらに、各々の開口Ｍ１－Ｍ６は、ワーク３を搬送したときに、ワーク搬送方向に直交する方向に隣接する開口（例えば開口Ｍ１とＭ２）から出射するレーザ光により形成される照射領域の、ワーク３の搬送方向に平行方向に伸びるエッジ部が重畳するように配列されている。
　マスク４４の形状を上記のようにしても、前記第１の実施例のマスクで説明したのと同様各照射領域の端部（エッジ部）を隣接する照射領域の端部（エッジ部）と互いに重畳させることができ、第１の実施例と同様、レーザリフトオフ処理を短時間に行うことができ、スループットの向上を図ることができる。
　図９はその他のレーザ光形成手段を用いた場合のレーザリフトオフ装置の光学系の概念図、図１０は、図９に示したレーザ光形成手段を拡大して示した図であり、図１０（ａ）はワーク近傍を拡大して示した図、同図（ｂ）は光出射素子の配置を示す図である。
　本実施例においては、レーザ光形成手段が導光部６１ａ～６１ｅと光出射素子６２ａ～６２ｅと光ファイバ６０ａ～６０ｅから構成され、マスクの開口に相当するレーザ光出射部は光出射素子６２ａ～６２ｅに対応する。
　すなわち、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、複数の光出射素子６２ａ－６２ｅが、図３に示したマスクの開口Ｍ１～Ｍ５と同様、ワーク３の搬送方向に対して傾斜する一直線上に配列されており、各々の光出射素子６２ａ－６２ｅは、例えば前記図５に示したように、ワーク３を一方向に搬送したときに、隣接する各レーザ光出射部から出射するレーザ光により形成される照射領域の、ワーク３の搬送方向と平行方向に伸びるエッジ部が重畳するように、互いに離間して配置されている。
　なお、図１０では、光出射素子６２ａ～６２ｅを図３に示したマスクの開口Ｍ１～Ｍ５と同様、直線状に配列したが、図８に示したように千鳥状に配列してもよい。
　最後に、上記したレーザリフトオフ装置を用いることができる半導体発光素子の製造方法について説明する。以下ではＧａＮ系化合物材料層により形成される半導体発光素子の製造方法について図１１を用いて説明する。
　結晶成長用の基板には、レーザ光を透過し材料層を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を結晶成長させることができるサファイア基板を使用する。図１１（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて迅速にＧａＮ系化合物半導体よりなるＧａＮ層１０２が形成される。
　続いて、図１１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面には、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層させる。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮが用いられ、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮが用いられる。
　続いて、図１１（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上には、半田１０５が塗布される。続いて、図１１（ｄ）に示すように、半田１０５上にサポート基板１０６が取付けられる。サポート基板１０６は例えば銅とタングステンの合金からなる。
　そして、図１１（ｅ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側からサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてレーザ光１０７を照射する。
　レーザ光１０７をサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２の界面に照射して、ＧａＮ層１０２を分解することにより、サファイア基板１０１からＧａＮ層１０２を剥離する。剥離後のＧａＮ層１０２の表面に透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成し、ＩＴＯ１０８の表面に電極１０９を取付ける。
１　　　　基板
２　　　　材料層
３　　　　ワーク
１０　　　レーザリフトオフ装置
２０　　　レーザ源
３１　　　ワークステージ
３２　　　搬送機構
３３　　　制御部
４０　　　レーザ光学系
４１、４２　　シリンドリカルレンズ
４３　　　ミラー
４４　　　マスク
４５　　　投影レンズ
６０ａ～６０ｅ　ファイバ
６１ａ～６１ｅ　導光部
６２ａ～６２ｅ　光出射素子
１０１　　サファイア基板
１０２　　ＧａＮ層
１０３　　ｎ型半導体層
１０４　　ｐ型半導体層
１０５　　半田
１０６　　サポート基板
１０７　　レーザ光
１０８　　透明電極（ＩＴＯ）
１０９　　電極
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２　　　　レーザ光
Ｍ１～Ｍ５　マスクの開口
ＬＥ　　　エッジ部
ＶＥ　　　分解閾値

Claims (4)

  1. 　基板上に材料層が形成されてなるワークに対し、前記基板を通してレーザ光を照射するレーザ源と、前記ワークと前記レーザ源とを相対的に移動させる搬送機構とを備えるレーザリフトオフ装置であって、
    　前記レーザ源から出射するレーザ光を、複数のレーザ光に分割し、分割された各レーザ光により前記ワーク上に互いに離間した複数の照射領域を形成するレーザ光形成手段を有し、
    　前記レーザ光形成手段により形成される複数の照射領域は、隣接する照射領域の前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる端部が、前記ワークが前記レーザ源に対して相対的に一方向に移動するに従って、順次に重畳するように配列される
    ことを特徴とするレーザリフトオフ装置。
  2. 　前記レーザ光形成手段は、複数の方形状の開口を有するマスクである
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザリフトオフ装置。
  3. 　前記ワーク上に形成される照射領域は、前記ワークの移動方向に対して傾斜した一直線上に配列されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザリフトオフ装置。
  4. 　前記ワーク上に形成される照射領域は、千鳥状に配列されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザリフトオフ装置。
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