WO2018135241A1 - 剥離基板及びレーザリフトオフ方法 - Google Patents

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hydrogen
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裕也 藤森
良勝 柳川
杉山　喜和
隆秀 上之園
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株式会社ブイ・テクノロジー
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body

Definitions

  • the present invention relates to a laser lift-off (Laser Lift Off) release substrate and a laser lift-off method for peeling a multilayer film at a predetermined boundary surface by laser light irradiation.
  • the present invention relates to a release substrate and a laser lift-off method.
  • a conventional peeling method applied to laser lift-off is, for example, a separation layer and a layer to be peeled which are a laminate of a light absorption layer made of amorphous silicon containing hydrogen and a reflective layer made of a metal thin film.
  • Laser light was irradiated from the back side of the translucent substrate, causing ablation to occur in the light absorption layer, causing separation in the separation layer, and releasing the layer to be separated from the substrate (for example, patents) Reference 1).
  • the present invention addresses such problems and provides a peeling substrate that can be peeled off by suppressing the adhesion of contaminants to the peeled layer, and a laser lift-off method using the peeling substrate. For the purpose.
  • a release substrate is a release substrate for laser lift-off, which peels off a multilayer film at a predetermined boundary surface by irradiation with laser light, and is a planar substrate having translucency.
  • a hydrogen gas is generated by irradiating the laser beam from the other surface of the substrate, which is laminated on one surface of the substrate and made of amorphous silicon containing hydrogen.
  • a release layer that exhibits a release action under the pressure of the above, wherein the release layer has a higher hydrogen content in an upper layer region than a lower layer located on the substrate side.
  • a laser lift-off method is a laser lift-off method for peeling a multilayer film at a predetermined boundary surface by laser light irradiation, and is a planar substrate having translucency, and one of the above substrates
  • the hydrogen content is higher in the upper layer region than the lower layer located on the substrate side, the hydrogen gas pressure is higher in the upper layer than in the lower layer. Exhibits peeling action.
  • the release substrate since the release substrate is used, it is easy to peel off at the boundary surface between the release layer and the resin film. Therefore, contamination of the layer to be peeled can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an example of a release substrate according to the present invention.
  • a release substrate 1 shown in FIG. 1 is a release substrate for laser lift-off, which peels off a multilayer film at a predetermined boundary surface by laser light irradiation, and can itself be traded as a product.
  • the release substrate 1 has a planar substrate 10 having translucency and a release layer 11 laminated on the substrate 10.
  • the substrate 10 is, for example, a transparent glass substrate that transmits visible light.
  • the material of the glass may be quartz or sapphire, for example.
  • the peeling layer 11 is an amorphous silicon film containing hydrogen.
  • the release layer 11 has a higher hydrogen content in the upper layer than in the lower layer located on the substrate 10 side.
  • hydrogen (H) is applied to a monosilane (SiH 4 ) gas as a raw material by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. 2
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • an amorphous silicon film containing hydrogen corresponding to the concentration ratio can be produced by setting the concentration ratio between the gas and an inert gas such as Ar gas to a preset value.
  • other control parameters in the PECVD method for example, substrate temperature, input power, etc. may be set as appropriate.
  • the PECVD method is further applied to change the concentration ratio of hydrogen gas to an inert gas such as Ar gas during execution of PECVD, so that the hydrogen content follows a predetermined gradient.
  • a changing release layer 11 can be produced. That is, by controlling the concentration ratio between hydrogen gas and an inert gas such as Ar gas, the content (at%) of hydrogen (H: hydrogen atom) can be changed inside the release layer 11.
  • the term “peeling layer” may be referred to as “sacrificial layer” or “light absorbing layer”.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a laminated body.
  • a resin film 12 such as polyimide is further laminated on the release substrate 1.
  • the resin film 12 may be laminated so as to be applied onto the release substrate 1.
  • the resin film 12 is used for a display panel such as an organic EL (Electroluminescence).
  • a device 13 for organic EL is laminated on the resin film 12.
  • the device 13 includes an organic EL light emitting layer of each color of RGB that constitutes a pixel of the organic EL display.
  • the light emitting layer of the organic EL is laminated by vacuum deposition. That is, the laminate 2 is formed in a hierarchical structure including multilayer films such as the release layer 11 and the resin film 12.
  • the resin film 12 and the device 13 for organic EL in the laminated body 2 are produced by the supplier who purchased the peeling board 1, for example. And finally, what peeled off the peeling board
  • FIG. in the present embodiment the resin film 12 and a layer laminated on the resin film 12 are referred to as a layer to be peeled 14. However, in the following description of FIGS. 3, 5, and 6, only the resin film 12 is illustrated for the peelable layer 14 in order to facilitate understanding of the characteristics of the present invention. Hereinafter, description will be continued on how to peel off the resin film 12 which is the lowermost layer of the peeled layer 14 at the boundary surface between the resin film 12 and the peeling layer 11 without being contaminated.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of a laser lift-off device.
  • the laser lift-off device 100 peels the resin film 12 from the release substrate 1 and includes a transport unit 3 and a laser irradiation optical system 4.
  • the laser lift-off device 100 also includes control means (not shown) that comprehensively controls the irradiation of laser light generated by a laser light source 5 described later and the operation of the transport means 3.
  • the conveying means 3 holds the laminated body 2 shown in FIG. 2 and conveys it in one direction (arrow A direction), for example, at a constant speed, and a known conveying means can be applied.
  • arrow A direction a direction
  • the transport unit 3 transports the resin film 12 so that the resin film 12 is on the lower side.
  • a laser irradiation optical system 4 is provided above the conveying surface of the conveying means 3. This laser irradiation optical system 4 irradiates laser light from the back surface side of the substrate 10 of the release substrate 1 in the laminate 2 being conveyed by the conveying means 3.
  • the laser irradiation optical system 4 includes a laser light source 5, a coupling optical system 6, a light shielding mask 7, and an objective lens 8, and is arranged in the order of the laser light traveling direction.
  • the laser light source 5 emits laser light at predetermined intervals, and emits laser light using, for example, a YAG (Yttrium (Aluminum Garnet) laser having a wavelength of 355 nm (third harmonic).
  • the laser light source 5 is not limited to this, and any laser light source may be used as long as it emits a laser beam having a desired wavelength selected from a wavelength of 100 to 1200 nm, such as an excimer laser having a wavelength of 308 nm.
  • a pulse laser with a wavelength of may be used.
  • the coupling optical system 6 expands the beam diameter of the laser light emitted from the laser light source 5, makes the luminance distribution within the beam diameter uniform, and then irradiates the light shielding mask 7 with parallel light. is there.
  • the coupling optical system 6 includes a beam expander, a photo integrator, and a condenser lens (not shown).
  • the condenser lens may be a spherical lens that condenses in the orthogonal biaxial direction or a cylindrical lens that condenses in the uniaxial direction depending on the application.
  • the intensity of the laser beam is set to a value at which hydrogen contained in the release layer 11 can be released as hydrogen gas by ablation. This setting is appropriately determined to an appropriate value by experiment.
  • ablation by laser light other chemical species are generated in addition to hydrogen gas.
  • this embodiment will focus on hydrogen gas. Description of other chemical species is omitted.
  • the objective lens 8 condenses the laser light that has passed through the opening window of the light-shielding mask 7 on the release layer 11, and is, for example, a cylindrical lens that condenses in one axial direction.
  • the cylindrical lens is arranged so that its cylindrical axis intersects the conveying direction of the conveying means 3 perpendicularly.
  • the objective lens 8 may be a spherical lens that collects light in two orthogonal axes depending on the application.
  • the laser lift-off device 100 configured as described above and the laser lift-off method by the laser lift-off device 100 will be described.
  • the laser lift-off device 100 shown in FIG. 3 is turned on and the laser lift-off device 100 receives a command for starting the operation of laser lift-off after shifting to a ready state in which laser irradiation is possible, Is started in the direction of arrow A (from the upstream side to the downstream side).
  • a linear laser beam having a predetermined line width can be sequentially irradiated onto the back surface of the substrate 10 while relatively moving the laminate 2 and the laser irradiation optical system 4 that irradiates laser light. It is to do.
  • the laser lift-off device 100 has imaging means (not shown) for aligning the laminate 2 with the laser irradiation position, and the imaging means is upstream of the laser irradiation optical system 4 in the transport direction.
  • the movement of the laminated body 2 is detected at the position.
  • the imaging means passes through the substrate 10 from the back side of the laminate 2 to photograph the release layer 11, and based on the photographed image, the end portion that is the region where the laminate 2 is first irradiated with laser (FIG. 3).
  • the right end portion of the stacked body 2 in FIG. 3 is referred to as a first end portion
  • the left end portion of the stacked body 2 is referred to as a second end portion.
  • the control means starts calculation of the moving distance of the stacked body 2 using this as a trigger.
  • the control unit irradiates the laser light source 5.
  • the laser beam emitted from the laser light source 5 is emitted.
  • FIG. 3 shows a state in which the first end matches the above-described imaging position.
  • the beam diameter of the laser light is expanded by the coupling optical system 6 and the intensity distribution is made uniform. Thereafter, the laser light is converted into parallel light and applied to the light shielding mask 7.
  • the laser light applied to the light shielding mask 7 is shaped into a linear shape having a major axis in a direction in which the cross-sectional shape of the beam intersects the conveyance direction perpendicularly by the opening window of the light shielding mask 7. Then, the laser light emitted from the light shielding mask 7 passes through the transparent substrate 10 from the back surface side so as to be focused on a predetermined irradiation region of the peeling layer 11 by the objective lens 8. Thereby, in the peeling layer 11 irradiated with the laser light, hydrogen gas is released by ablation, and a peeling action is exhibited.
  • the release layer 11 is sequentially irradiated with laser light.
  • the control unit stops the laser beam irradiation.
  • the peeling substrate 1 is removed from the laminate 2 by the laser lift-off method described above.
  • the mechanism of the peeling action will be described in detail.
  • FIG. 4 is a graph for explaining the characteristics in the thickness direction in the release layer.
  • the horizontal axis represents the distance (nm) in the thickness direction.
  • the film thickness of the peeling layer 11 is 100 nm as an example.
  • the vertical axis represents a plurality of parameters such as the intensity of the absorption laser, the temperature gradient, the hydrogen content, the amount of generated hydrogen gas, and the like in one figure. Therefore, the vertical axis is an arbitrary unit (arbitrary unit). Further, the correspondence relationship between the hydrogen content and the amount of generated hydrogen gas shows substantially the same tendency, but is drawn slightly shifted for easy understanding.
  • the substrate 10, the release layer 11, and the resin film 12 are drawn in this order from the left side, and the laser light irradiated near the boundary surface between the substrate 10 and the release layer 11 is mainly absorbed.
  • an ablation phenomenon occurs in the release layer 11.
  • the entire inside of the release layer 11 is heated by the diffusion of heat by laser heating.
  • the temperature gradient in the release layer 11 is heated so that hydrogen gas can be generated with a slight decrease in the thickness direction.
  • the amount of hydrogen gas generated increases in proportion to the hydrogen content and temperature in the release layer 11. That is, on the release layer 11 side, since the hydrogen content is large near the boundary surface between the release layer 11 and the resin film 12, the amount of hydrogen gas generated increases near the boundary surface.
  • these hydrogen gases try to permeate into the resin film 12, the resin film 12 is pushed up by acting as a pressure, so that the hydrogen gas is easily peeled off at the boundary surface between the release layer 11 and the resin film 12.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining main generation positions of hydrogen gas in the release layer.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing peeling at the boundary surface between the peeling layer and the layer to be peeled.
  • a part of the main generation position of hydrogen gas is represented by an ellipse.
  • An upward arrow in the ellipse indicates the moving direction of the hydrogen gas.
  • the transmittance indicating the distance that the hydrogen gas generated in the release layer 11 travels to the resin film 12 is small because the travel distance is short in the upper layer of the release layer 11. This means that by increasing the transmittance, peeling is likely to occur at the boundary surface between the peeling layer 11 and the resin film 12 as shown in FIG.
  • the release layer 11 for example, an increase in the pressure of hydrogen gas in the vicinity of the lower layer can be suppressed, and peeling inside the release layer 11 and contamination of the resin film 12 can be suppressed.
  • FIG. 7 is a graph for explaining other characteristics in the thickness direction in the release layer.
  • FIG. 7 is similar to FIG. 4 and illustrates the substrate 10, the release layer 11, and the resin film 12 in this order from the left side.
  • the release layer 11 has a higher hydrogen content in the upper layer region located on the resin film 12 side than the lower layer located on the substrate 10 side, with a step difference. It is characterized by being.
  • the level difference of hydrogen can be set to 1: 8 by comparing the ratio of the hydrogen content between the low step region and the high step region. By doing in this way, it becomes easy to peel in the boundary surface of the peeling layer 11 and the resin film 12.
  • FIG. 7 is similar to FIG. 4 and illustrates the substrate 10, the release layer 11, and the resin film 12 in this order from the left side.
  • the release layer 11 has a higher hydrogen content in the upper layer region located on the resin film 12 side than the lower layer located on the substrate 10 side, with a step difference. It is characterized by being.
  • the level difference of hydrogen can be set
  • the release layer 11 has a higher hydrogen content in the upper layer region than the lower layer serving as the interface with the substrate.
  • the pressure of hydrogen gas becomes higher than that of the lower layer, and a peeling action is exhibited in that region.
  • the laser lift-off method of the present invention since the above-described release substrate 1 is used, it is easy to peel off at the boundary surface between the release layer 11 and the resin film 12. Therefore, it is possible to suppress contamination of the peeled layer 14.

Abstract

本発明は、レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ用の剥離基板１であって、透光性を有する面状の基板１０と、上記基板１０の一方の面上に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、上記基板１０の他方の面から上記レーザ光が照射されることにより水素ガスを発生し、該水素ガスの圧力で剥離作用を発現する剥離層１１と、を備え、上記剥離層１１は、上記基板１０側に位置する下層よりも上層の領域で上記水素の含有量が多くなっているものである。これにより、被剥離層に汚染物質が付着するのを抑制して剥離し得る。

Description

剥離基板及びレーザリフトオフ方法
　本発明は、レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ（Laser Lift Off）用の剥離基板及びレーザリフトオフ方法に関し、特に汚染物質が付着するのを抑制して剥離し得るようにする剥離基板及びレーザリフトオフ方法に係るものである。
　従来のレーザリフトオフに適用される剥離方法は、例えば、水素を含有した非晶質シリコンよりなる光吸収層と金属薄膜よりなる反射層との積層体である分離層及び被剥離層が積層された透光性の基板の裏面側からレーザ光を照射し、光吸収層にアブレーションを起こさせて、分離層に剥離を生ぜしめ、被剥離層を基板から離脱させるものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
　ここで、上記剥離方法では、レーザ光の照射により、アブレーションに起因して水素が放出され、水素ガスとなって分離層に圧力が発生し、その圧力で分離層から被剥離層が剥離することが知られている。
特開平１０－１２５９２９号公報
　しかし、従来の剥離方法においては、非晶質シリコン内の水素の含有量を高めた場合、基板と光吸収層との境界面付近で大量に水素ガスが発生し、光吸収層内部で剥離が発生しやすくなり、光吸収層の一部も基板から剥離して汚染物質として被剥離層に付着し、被剥離層を汚染させることがあった。
　そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被剥離層に汚染物質が付着するのを抑制して剥離し得るようにする剥離基板、その剥離基板を用いたレーザリフトオフ方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明による剥離基板は、レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ用の剥離基板であって、透光性を有する面状の基板と、上記基板の一方の面上に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、上記基板の他方の面から上記レーザ光が照射されることにより水素ガスを発生し、該水素ガスの圧力で剥離作用を発現する剥離層と、を備え、上記剥離層は、上記基板側に位置する下層よりも上層の領域で上記水素の含有量が多くなっているものである。
　また、本発明によるレーザリフトオフ方法は、レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ方法であって、透光性を有する面状の基板、及び、上記基板の一方の面上に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、上記基板側に位置する下層よりも上層の領域で水素の含有量が多くなっている剥離層を含む剥離基板と、上記剥離層上に積層された樹脂フィルムを含む被剥離層と、を有する積層体に対して、上記基板の他方の面から上記レーザ光を照射する処理と、上記レーザ光の照射に起因して、上記剥離層内の上記下層よりも上記上層の領域で水素ガスを多く発生させる処理と、上記水素ガスの圧力を利用して、上記レーザ光が照射された剥離層と上記樹脂フィルムとの境界面で剥離を生じさせる処理と、を実行する。
　本発明の剥離基板によれば、上記基板側に位置する下層よりも上層の領域で上記水素の含有量が多くなっているので、上層で水素ガスの圧力が下層よりも高くなり、その領域で剥離作用を発現する。
　また、本発明のレーザリフトオフ方法によれば、上記剥離基板を使用しているので、上記剥離層と上記樹脂フィルムとの境界面で剥離しやすくなる。したがって、被剥離層を汚染するのを抑制することができる。
本発明による剥離基板の一例を示す模式図である。 積層体の一例を示す模式図である。 レーザリフトオフ装置の一例を示す概略構成図である。 剥離層内の厚さ方向の特性を説明するグラフである。 剥離層内での水素ガスの主な発生位置を説明する模式図である。 剥離層と被剥離層との境界面で剥離することを示す模式図である。 剥離層内の厚さ方向の他の特性を説明するグラフである。
　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明による剥離基板の一例を示す模式図である。図１に示す剥離基板１は、レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ用の剥離基板であって、これ自体が製品として取引され得るものである。
　剥離基板１は、透光性を有する面状の基板１０と、その基板１０に積層された剥離層１１とを有する。基板１０は、例えば、可視光を透過させる透明なガラス基板である。ガラスの材質は、例えば、石英又はサファイアであってもよい。
　剥離層１１は、水素を含有するアモルファスシリコン膜である。但し、剥離層１１は、基板１０側に位置する下層よりも上層で水素の含有量が多くなっている。ここで、アモルファスシリコン膜に水素を含有させる手段としては、例えば、プラズマ化学気相堆積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）法により、原料となるモノシラン（ＳｉＨ４）ガスに対して、水素（Ｈ２）ガスとＡｒガス等の不活性ガスとの濃度比を予め設定した値にすることで、その濃度比に応じた水素を含有するアモルファスシリコン膜を作製できることが知られている。この場合、ＰＥＣＶＤ法における他の制御パラメータ（例えば、基板温度、投入電力等）の条件を適宜設定してよい。
　本実施形態では、このＰＥＣＶＤ法をさらに応用して、ＰＥＣＶＤの実行中に、水素ガスとＡｒガス等の不活性ガスとの濃度比を変化させることで、水素の含有量が予め定めた勾配に従って変化する剥離層１１を作製することができる。つまり、水素ガスとＡｒガス等の不活性ガスとの濃度比を制御することで、水素（Ｈ：水素原子）の含有量（at％）を剥離層１１内部で変化させることができる。なお、「剥離層」という用語は、「犠牲層」又は、「光吸収層」と称されることがある。
　図２は、積層体の一例を示す模式図である。図２に示す積層体２は、剥離基板１上にさらにポリイミド等の樹脂フィルム１２が積層されている。なお、樹脂フィルム１２は、剥離基板１上に塗布されるようにして積層してもよい。樹脂フィルム１２は、有機ＥＬ（Electroluminescence）等の表示パネルに用いられるものである。この樹脂フィルム１２上には、有機ＥＬ用のデバイス１３が積層される。このデバイス１３には、有機ＥＬディスプレーの画素を構成するＲＧＢ各色の有機ＥＬの発光層が含まれる。有機ＥＬの発光層は真空蒸着により積層される。つまり、積層体２は、剥離層１１や樹脂フィルム１２等の多層膜を含む階層構造で形成されている。なお、積層体２における樹脂フィルム１２や有機ＥＬ用のデバイス１３は、例えば、剥離基板１を購入した業者によって作製されるものである。そして、最終的に、樹脂フィルム１２と剥離層１１との境界面で剥離させることで、積層体２から剥離基板１が取り除かれたものが製品化される。本実施形態では、樹脂フィルム１２及びこれより上層に積層されたものを、被剥離層１４とする。但し、以下の図３、５及び６の説明において、本発明の特徴を把握しやすくするため、被剥離層１４については、樹脂フィルム１２のみ図示することとする。以下、被剥離層１４の最下層である樹脂フィルム１２を汚染させずに、その樹脂フィルム１２と剥離層１１との境界面で如何にして剥離させるかについて、説明を続ける。
　図３は、レーザリフトオフ装置の一例を示す概略構成図である。レーザリフトオフ装置１００は、樹脂フィルム１２を剥離基板１から剥離するもので、搬送手段３と、レーザ照射光学系４と、を備える。また、レーザリフトオフ装置１００は、後述するレーザ光源５で発生するレーザ光の照射及び搬送手段３の動作を統括的に制御する制御手段（図示省略）も備える。
　搬送手段３は、図２に示す積層体２を保持して一方向（矢印Ａ方向）に、例えば一定速度で搬送するものであり、公知の搬送手段を適用することができる。本実施形態では、搬送手段３は、樹脂フィルム１２が下側となるようにして搬送する場合について説明する。
　搬送手段３の搬送面の上方には、レーザ照射光学系４が設けられている。このレーザ照射光学系４は、搬送手段３によって搬送中の積層体２のうちで剥離基板１の基板１０の裏面側からレーザ光を照射するものである。
　詳細には、レーザ照射光学系４は、レーザ光源５と、カップリング光学系６と、遮光マスク７と、対物レンズ８とを有し、レーザ光の進行方向の順に配置されている。
　レーザ光源５は、レーザ光を予め定められた間隔で射出するものであって、例えば、波長が３５５ｎｍ（第三高調波）のＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザを用いてレーザ光を射出する。なお、レーザ光源５は、これに限られず、波長が１００～１２００ｎｍのうちから選択された所望の波長のレーザ光をパルス発光するものであればよく、例えば、波長が３０８ｎｍのエキシマレーザ等、他の波長のパルスレーザを採用してもよい。
　カップリング光学系６は、レーザ光源５から射出されたレーザ光のビーム径を拡張すると共に、ビーム径内の輝度分布を均一にした後、遮光マスク７に平行光を照射するようにしたものである。このカップリング光学系６は、ビームエキスパンダ、フォトインテグレータ及びコンデンサレンズを有する（図示省略）。なお、コンデンサレンズは、用途に応じて、直交２軸方向に集光する球面レンズであっても、１軸方向に集光するシリンドリカルレンズであってもよい。
　レーザ光の強度は、アブレーションにより剥離層１１に含まれる水素を水素ガスとして放出可能な値に設定される。この設定は、適宜、実験により適切な値に決定される。なお、レーザ光によるアブレーションの場合、水素ガス以外にも他の化学種が生成するが、水素ガスが剥離作用に主に関与するため、本実施形態では、水素ガスについて焦点を当てて説明をし、他の化学種については説明を省略する。
　対物レンズ８は、遮光マスク７の開口窓を通過したレーザ光を剥離層１１に集光させるものであり、例えば、１軸方向に集光するシリンドリカルレンズである。シリンドリカルレンズは、その円柱軸が搬送手段３の搬送方向と垂直に交差するように配置される。なお、対物レンズ８は、用途に応じて、直交２軸方向に集光する球面レンズであってもよい。
　次に、このように構成されたレーザリフトオフ装置１００の動作、及びレーザリフトオフ装置１００によるレーザリフトオフ方法について説明する。
　図３に示すレーザリフトオフ装置１００の電源がオンされ、レーザ照射可能なレディ状態に移行した後、レーザリフトオフの動作開始の指示入力を受け付けると、レーザリフトオフ装置１００では、搬送手段３が、図３に示す積層体２を矢印Ａ方向（上流側から下流側）に搬送させる処理を開始する。これは、積層体２と、レーザ光を照射するレーザ照射光学系４とを相対的に移動させながら、予め定めた線幅を有する線状のレーザビームを基板１０の裏面に順次照射できるようにするためである。
　そして、レーザリフトオフ装置１００は、積層体２をレーザ照射位置に位置合わせするため、図示省略の撮像手段を有しており、その撮像手段が、レーザ照射光学系４に対して搬送方向の上流側の位置で、積層体２の移動を検出する。撮像手段は、積層体２のうち基板１０を裏面側から透過して剥離層１１を撮影し、その撮影画像に基づいて、積層体２が最初にレーザ照射される領域となる端部（図３に示す積層体２の右側端部）を検出する。以下、図３における積層体２の右側端部を第１の端部といい、積層体２の左側端部を第２の端部という。
　積層体２の第１の端部が検出されると、それをトリガーとして、制御手段は、積層体２の移動距離の演算を開始する。そして、積層体２が予め定められた距離だけ移動して、第１の端部が遮光マスク７に設けられた開口窓の結像位置に合致すると、制御手段は、レーザ光源５に対して照射を開始させる制御信号等を送信することにより、レーザ光源５からパルス発光されたレーザ光が射出される。図３では、第１の端部が上記の結像位置に合致した状態を示している。
　レーザ光は、カップリング光学系６によりビーム径が拡大され、強度分布が均一化される。その後、レーザ光は、平行光とされて遮光マスク７に照射する。
　遮光マスク７に照射したレーザ光は、遮光マスク７の開口窓によりビームの断面形状が搬送方向と垂直に交差する方向に長軸を有する線状に整形される。そして、遮光マスク７を射出したレーザ光は、対物レンズ８により剥離層１１の予め定められた照射領域に集光されるように透明な基板１０を裏面側から透過する。これにより、レーザ光が照射された剥離層１１内では、アブレーションにより、水素ガスが放出され、剥離作用を発現する。以下、搬送手段３が積層体２を移動させるに伴って、レーザ光が剥離層１１に順次照射される。そして、積層体２の第２の端部へのレーザ光の照射が終了すると、制御手段は、レーザ光の照射を停止させる。以上説明したレーザリフトオフ方法によって、積層体２から剥離基板１が取り除かれることになる。以下、剥離作用のメカニズムについて詳述する。
　図４は、剥離層内の厚さ方向の特性を説明するグラフである。横軸は、厚さ方向の距離（ｎｍ）を表している。剥離層１１の膜厚は、一例として１００ｎｍとしている。また、縦軸は、吸収レーザの強度、温度勾配、水素の含有量、発生する水素ガス量等の複数のパラメータを１つの図に表している。そのため、縦軸は、任意単位（arbitrary unit）としている。また、水素の含有量と、発生する水素ガス量との対応関係は、略同じ傾向を示しているが、分かりやすくするため、少しずらして描いている。
　図４では、図中、左側から基板１０、剥離層１１、樹脂フィルム１２の順番に描いており、基板１０と剥離層１１との境界面付近で照射されたレーザ光が主に吸収され、これにより、剥離層１１内でアブレーションの現象が発生する。この場合、レーザ加熱による熱の拡散によって、剥離層１１内全体が加熱される。剥離層１１内の温度勾配は、厚さ方向に対してやや下がる程度で、水素ガスが発生可能に加熱される。但し、水素ガスの発生量は、剥離層１１内の水素の含有量及び温度に比例して多くなる。つまり、剥離層１１側であって、剥離層１１と樹脂フィルム１２との境界面付近に水素の含有量が多いため、その境界面付近に水素ガスの発生量が多くなる。これらの水素ガスが樹脂フィルム１２へ透過しようとする際、圧力として作用することで樹脂フィルム１２を押し上げることで、剥離層１１と樹脂フィルム１２との境界面で容易に剥離されやすくなる。
　より、詳細に説明すると、仮に剥離層１１全体にわたって、水素の含有量を多くすると、レーザ照射の際、剥離層１１の下層でも、その含有量に応じた水素ガスの発生が起き、その発生位置から水素ガスが樹脂フィルム１２側に透過しようとするので、発生した水素ガスの圧力が剥離層１１の膜強度よりも高いと、剥離層１１内部で破壊が起きてしまう。或いは、剥離層１１の下層で発生した水素ガス圧力が、基板１０と剥離層１１との界面密着力よりも高いと、基板１０と剥離層１１との境界面で剥離が起きてしまう。つまり、剥離層１１内部を全体にわたって、水素の含有量（at%）を高めた場合、水素の含有量を高めるほど、樹脂フィルム１２側（図２に示す被剥離層１４）を汚染するおそれが高まることを意味する。
　これに対し、水素ガスの発生位置が剥離層１１と基板１０との境界面付近に多くなるようにすると、剥離層１１内部で破壊が起きてしまうという問題や、基板１０と剥離層１１との境界面で剥離が起きてしまう問題を抑制できることが実験的に判明した。
　図５は、剥離層内での水素ガスの主な発生位置を説明する模式図である。図６は、剥離層と被剥離層との境界面で剥離することを示す模式図である。
　図５では、水素ガスの主な発生位置の一部を楕円で囲むようにして表している。楕円内における上向きの矢印は、水素ガスの移動方向を示す。剥離層１１内で発生した水素ガスが、樹脂フィルム１２へ移動する距離の大小を示す透過率は、剥離層１１の上層では移動距離が短くて済むため、その分、小さい。これは、透過率を向上させることで、図６に示す通り、剥離層１１と樹脂フィルム１２との境界面で剥離を生じやすくなることを意味している。さらに、剥離層内１１において、例えば、下層付近における水素ガスの圧力の上昇を抑制でき、剥離層１１内部での剥離や樹脂フィルム１２への汚染を抑制することができる。
　図７は、剥離層内の厚さ方向の他の特性を説明するグラフである。図７は、図４と同様、図中、左側から基板１０、剥離層１１、樹脂フィルム１２の順番に描いている。但し、図４と比較して、剥離層１１は、基板１０側に位置する下層よりも、樹脂フィルム１２側に位置する上層の領域で水素の含有量が段差を有して急激に多くなっていることを特徴としている。上記段差は、一例として、水素の含有量の比を、段差の低い領域と段差の高い領域とを比較して、１：８にすることができる。このようにすることで、剥離層１１と樹脂フィルム１２との境界面で剥離しやすくなる。
　以上より、本発明の剥離基板１によれば、上述した従来技術と異なり、剥離層１１が基板との境界面となる下層よりも上層の領域で水素の含有量が多くなっているので、上層で水素ガスの圧力が下層よりも高くなり、その領域で剥離作用を発現する。また、本発明のレーザリフトオフ方法によれば、上述した剥離基板１を使用しているので、剥離層１１と樹脂フィルム１２との境界面で剥離しやすくなる。したがって、被剥離層１４を汚染するのを抑制することができる。
　１…剥離基板
　２…積層体
　３…搬送手段
　４…レーザ照射光学系
　５…レーザ光源
　６…カップリング光学系
　７…遮光マスク
　８…対物レンズ
　１０…基板
　１１…剥離層
　１２…樹脂フィルム
　１３…デバイス
　１４…被剥離層
　１００…レーザリフトオフ装置

Claims (5)

  1. 　レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ用の剥離基板であって、
    　透光性を有する面状の基板と、
    　前記基板の一方の面上に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、前記基板の他方の面から前記レーザ光が照射されることにより水素ガスを発生し、該水素ガスの圧力で剥離作用を発現する剥離層と、を備え、
    　前記剥離層は、前記基板側に位置する下層よりも上層の領域で前記水素の含有量が多くなっていることを特徴とする剥離基板。
  2. 　前記剥離層は、前記水素の含有量が予め定めた勾配に従って変化していることを特徴とする請求項１記載の剥離基板。
  3. 　前記剥離層は、前記基板側に位置する下層よりも前記上層の領域で前記水素の含有量が段差を有して急激に多くなっていることを特徴とする請求項１記載の剥離基板。
  4. 　レーザ光の照射により予め定められた境界面で多層膜を剥離するレーザリフトオフ方法であって、
    　透光性を有する面状の基板、及び、前記基板の一方の面上に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、前記基板側に位置する下層よりも上層の領域で水素の含有量が多くなっている剥離層を含む剥離基板と、前記剥離層上に積層された樹脂フィルムを含む被剥離層と、を有する積層体に対して、前記基板の他方の面から前記レーザ光を照射する処理と、
    　前記レーザ光の照射に起因して、前記剥離層内の前記下層よりも前記上層の領域で水素ガスを多く発生させる処理と、
    　前記水素ガスの圧力を利用して、前記レーザ光が照射された剥離層と前記樹脂フィルムとの境界面で剥離を生じさせる処理と、
    　を実行することを特徴とするレーザリフトオフ方法。
  5. 　前記基板の他方の面から前記レーザ光を照射する処理は、前記積層体と、前記レーザ光を照射するレーザ照射光学系とを相対的に移動させながら、線状のレーザビームを前記他方の面に順次照射することを特徴とする請求項４記載のレーザリフトオフ方法。
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