WO2018159401A1 - レーザリフトオフ装置及びレーザリフトオフ方法 - Google Patents

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laser beam
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peeling
layer
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良勝 柳川
裕也 藤森
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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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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 potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
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Definitions

  • the present invention irradiates a laminate comprising a substrate for peeling and an object to be peeled laminated on one surface of the substrate by irradiating laser light by pulse oscillation from the other surface of the substrate.
  • the present invention relates to a laser lift-off apparatus and a laser lift-off method for separating layers.
  • the peeling method applied to the conventional laser lift-off is, for example, a separation layer including a light absorption layer made of amorphous silicon containing hydrogen is laminated on a light-transmitting substrate, and a separation layer is laminated on the separation layer.
  • the laminated body was irradiated with laser light from the back side of the substrate, causing the light absorption layer to ablate, causing the separation layer to peel off, and the layer to be peeled off from the substrate.
  • a separation layer including a light absorption layer made of amorphous silicon containing hydrogen is laminated on a light-transmitting substrate, and a separation layer is laminated on the separation layer.
  • the laminated body was irradiated with laser light from the back side of the substrate, causing the light absorption layer to ablate, causing the separation layer to peel off, and the layer to be peeled off from the substrate.
  • the energy (pulse energy) of the laser beam on the irradiated surface is equal to or higher than the energy (hereinafter referred to as “peeling threshold value”) for generating hydrogen gas in the light absorption layer and starting laser lift-off.
  • peeling threshold value the energy for generating hydrogen gas in the light absorption layer and starting laser lift-off.
  • the portion is less than the energy (hereinafter referred to as “contamination threshold”) that adheres to the layer to be peeled as a contaminant.
  • the conventional peeling method has a problem that the energy range between the peeling threshold and the contamination threshold tends to be narrow.
  • An object of the present invention is to provide a laser lift-off device and a laser lift-off method.
  • a laser lift-off device provides a laminate comprising a substrate for peeling and a layer to be peeled laminated on one surface of the substrate from the other surface of the substrate.
  • a laser lift-off device that emits laser light by pulse oscillation and causes separation at the boundary surface between the substrate and the layer to be peeled, by shifting the oscillation timing of a plurality of laser beams having different energy ratios by pulse control.
  • a laser emitting unit that emits a second laser beam having a low energy following a first laser beam having a high energy from different optical paths; and the first laser beam and the second laser beam in the same optical path.
  • the laser beam having a pulse waveform having a plurality of peaks is synthesized and the synthesized laser beam is converted into a line beam.
  • the laser lift-off method provides a laser beam generated by pulse oscillation from the other surface of the substrate to a laminate comprising a substrate for peeling and a layer to be peeled laminated on one surface of the substrate.
  • a second laser beam having a small energy following the laser beam is emitted from a different optical path, the first laser beam and the second laser beam are guided to the same optical path, and based on the time difference of the oscillation timing.
  • the energy range between the peeling threshold and the contamination threshold can be expanded. And it can control that a layer to be peeled is contaminated also in the field which extended the energy range.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a laser lift-off device according to the present invention.
  • the laser lift-off device 100 irradiates a laminated body 1 composed of a peeling substrate and a peeled layer laminated on one surface of the substrate with pulsed laser light from the other surface of the substrate. And peeled at the interface between the layer to be peeled off.
  • the configuration of the laminate 1 will be described later with reference to FIG.
  • the laser lift-off device 100 includes a laser emission unit 2, an optical system 3, a transport mechanism 4, and a control unit 5.
  • the laser emitting unit 2 emits laser light by pulse oscillation at a predetermined interval, and includes a first laser head 21, a second laser head 22, a first laser power source 23, 2 laser power sources 24, a pulse generator 25, and a pulse delay control unit 26.
  • the laser emitting unit 2 emits laser light using, for example, a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser having a wavelength of 355 nm (third harmonic).
  • YAG Yttrium Aluminum Garnet
  • an excimer laser having a wavelength of 308 nm may be employed as a laser in the ultraviolet region.
  • the first laser head 21 and the second laser head 22 are, for example, lamp-pumped YAG laser devices, and the first laser head 21 is controlled by the first laser power source 23 to be the second laser head. 22 is controlled by the second laser power source 24.
  • the first laser power source 23 and the second laser power source 24 receive the control signal from the control unit 5, for example, open / close the shutter or set the laser output value to set the first laser head 21.
  • power is supplied to the second laser head 22.
  • the first laser head 21 and the second laser head 22 can emit laser beams having pulse waveforms with different energy ratios by being independently controlled.
  • the laser emission unit 2 uses the first laser beam as a laser pulse having, for example, an S-wave polarization component, and the second laser beam as, for example, a P-wave polarization component. It may be emitted as a laser pulse having Alternatively, after the first laser beam and the second laser beam are emitted from the first laser head 21 and the second laser head 22, they may be polarized using a polarizing element or the like.
  • the first laser power source 23 and the second laser power source 24 receive the synchronization signal from the pulse generator 25, so that the first laser head 21 and the second laser head 22 simultaneously receive laser light (laser pulse). ) Can be injected.
  • the first laser beam is first emitted from the first laser head 21 by the pulse delay control unit 26 that shifts the emission timing of the laser beam, and then after a preset delay time has elapsed.
  • the second laser head 22 emits the second laser light. This process of shifting the laser oscillation timing is executed by outputting a known Q switch signal from the second laser power source 24 to the second laser head 22.
  • the laser emitting unit 2 shifts the oscillation timing by pulse control, so that the laser light having a different energy ratio can be used to transmit the second laser light having a lower energy following the first laser light having a higher energy to a different optical path. Ejected from.
  • the optical system 3 includes optical elements such as a mirror 31, a polarizing beam splitter 32, and a line beam generating optical system 33, for example.
  • the mirror 31 reflects the first laser light and guides the first laser light and the second laser light to the same optical path.
  • the polarization beam splitter 32 combines a plurality of laser beams on a coaxial optical path. Specifically, the polarization beam splitter 32 makes the two peaks of the incident first laser beam and the incident second laser beam based on the time difference of the oscillation timing by the pulse delay control unit 26.
  • the laser beam is synthesized so as to have a pulse waveform having
  • the line beam generating optical system 33 shapes the pulsed laser beam synthesized by the polarization beam splitter 32 into a line beam and guides it to the irradiation position of the laminate 1.
  • the line beam generating optical system 33 is an optical element (not shown), for example, a beam expander that expands the beam diameter, a fly-eye lens that increases the uniformity of the luminance distribution within the beam diameter, and shapes the laser light into a line beam.
  • the transport mechanism 4 moves the stacked body 1 in a horizontal plane. Specifically, the transport mechanism 4 is placed on a stage and transported in one direction (arrow A direction), for example, at a constant speed. Or move step as needed.
  • the transport mechanism 4 includes a stage control unit (not shown), and moves the stacked body 1 placed on the stage by the stage control unit based on a control signal from the control unit 5.
  • a well-known conveyance means can be applied to the conveyance mechanism 4. In the present embodiment, a case will be described in which the stacked body 1 is placed on a stage and transported so that laser light is irradiated from the side of the release substrate 10 described later.
  • the control unit 5 controls the laser emitting unit 2 and the transport mechanism 4 in an integrated manner in order to sequentially move the laminated body 1 and irradiate the irradiation area of the laminated body 1 with a predetermined timing. It is.
  • the control unit 5 can be realized by a computer, for example.
  • the computer includes a processor, a memory, an input device, a communication interface, a display device, and the like.
  • the control unit 5 is connected by a communication line in order to transmit a control signal to the laser emitting unit 2 and the transport mechanism 4.
  • the memory stores a program for executing the laser lift-off method according to the present invention, and the control unit 5 controls, for example, the laser emitting unit 2 and the transport mechanism 4 in an integrated manner according to the program. .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a laminated body.
  • the laminate 1 includes a release substrate 10 and a peeled layer 11. And the peeling substrate 10 has the board
  • the laminate 1 is composed of a planar substrate 10a having translucency and an amorphous silicon film (amorphous silicon) containing hydrogen that is laminated on one surface of the substrate 10a.
  • the peeling layer 10b which discharge
  • the peeling substrate 10 is an example of a peeling substrate that peels off the multilayer film at a predetermined boundary surface by irradiation with laser light, and the peeling substrate 10 itself can be traded as a product.
  • the term “peeling layer” is sometimes referred to as “sacrificial layer” or “light absorbing layer”.
  • the substrate 10a is, for example, a transparent glass substrate.
  • the material of the glass may be quartz or sapphire, for example.
  • the release layer 10b as a means for containing hydrogen in the amorphous silicon film, for example, hydrogen is applied to monosilane (SiH 4 ) gas as a raw material by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.
  • 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 (H 2 ) 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.
  • the film thickness of the peeling layer 10b is 100 nm as an example.
  • the resin film 11 a may be laminated by being applied to the release substrate 10.
  • the resin film 11a is used for a display panel such as an organic EL (Electroluminescence).
  • the device 11b for organic EL is laminated
  • This device 11b includes organic EL light-emitting layers of RGB colors constituting pixels of the organic EL display.
  • the light emitting layer of the organic EL is laminated by, for example, vacuum deposition.
  • the laminate 1 is formed in a multilayer structure including a release layer 10b and a resin film 11a.
  • the resin film 11a and the device 11b for organic EL in the laminated body 1 are produced by the supplier who purchased the peeling board
  • substrate 10 was removed from the laminated body 1 is commercialized by making it peel at the interface of the resin film 11a and the peeling layer 10b.
  • the resin film 11a and a layer laminated on the resin film 11a are referred to as a layer to be peeled 11.
  • the laser irradiation control parameters such as the laser beam energy, laser pulse width, and repetition frequency in this embodiment are the release layer formed by laser annealing that irradiates the amorphous silicon film containing hydrogen with polysilicon to form polysilicon. It is set to a value at which hydrogen contained in 10b can be released as hydrogen gas. This setting is appropriately determined to an appropriate value by experiment. Note that, as disclosed in Patent Document 1, in the laser lift-off process, laser lift-off can be performed by ablation with laser light, but the layer to be peeled 11 is easily contaminated depending on the control parameter of laser irradiation.
  • the energy range between the peeling threshold value and the contamination threshold value is expanded while keeping laser annealing in consideration of the laser irradiation control parameters. Therefore, the layer 11 to be peeled is hardly contaminated. Details will be described later with reference to FIGS.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the irradiation direction of the line beam to the laminate and the transport direction of the laminate.
  • the laminated body 1 is placed on a stage (not shown) of the transport mechanism 4 so that the line beam LB based on the laser light synthesized from the peeling substrate 10 side can be irradiated.
  • the line body LB is irradiated toward the release layer 10b while moving the laminate 1 in the direction of arrow A, and finally the entire surface is irradiated, and the resin film 11a is released from the release substrate 10. Peel off.
  • the description will be continued specifically.
  • the control unit 5 receives an instruction input for starting the operation of laser lift-off from the operator via the input device. Then, in the laser lift-off device 100, first, the control unit 5 transmits a control signal for transporting the stage to the transport mechanism 4, and the stack 1 at a position upstream of the irradiation position of the line beam LB is moved to the arrow. The process of conveying in the A direction (from the upstream side to the downstream side) is started. This is because the line beam LB having a predetermined line width can be sequentially irradiated from the back side of the substrate 10a while moving the stacked body 1.
  • the laser lift-off device 100 has an imaging unit (not shown) for aligning the stacked body 1 with the irradiation position of the line beam LB, and the imaging unit is configured to detect the line beam LB with respect to the transport direction. The movement of the laminated body 1 is detected at a position upstream of the irradiation position. Then, the imaging unit detects an end portion (a left end portion of the laminate 1 shown in FIG. 3) that is an area where the laminate 1 is first irradiated with the line beam LB based on the captured image of the laminate 1. .
  • the left end of the laminate 1 in FIG. 3 is referred to as a first end
  • the right end of the laminate 1 is referred to as a second end.
  • the control unit 5 When the first end of the laminated body 1 is detected, the control unit 5 starts to calculate the movement distance of the laminated body 1 using this as a trigger. Then, when the stacked body 1 is moved by a predetermined distance and the first end matches the imaging position (laser irradiation position) of the line beam LB, the control unit 5 controls the first of the laser emitting unit 2. By transmitting a control signal for starting laser irradiation to the laser power source 23 and the second laser power source 24, shutters (not shown) of the first laser head 21 and the second laser head 22 are opened. The first laser beam and the second laser beam are respectively emitted.
  • FIG. 3 shows a state in which the first end matches the above-described imaging position.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a pulse waveform according to the present invention.
  • 4A to 4C (a) shows the first pulse waveform for the first laser, and (b) shows the second pulse waveform for the second laser.
  • C Shows a pulse waveform obtained by synthesizing the first pulse waveform and the second pulse waveform.
  • the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents energy.
  • the laser pulse width W (FWHM: Full Width Half Maximum) of the first pulse waveform and the second pulse waveform is the same, for example, 7 nanoseconds (nsec). However, this value can be appropriately changed depending on the material of the laminate 1 to be irradiated.
  • the peak output value (laser intensity) of the first pulse waveform at time t1 in FIG. 4 (a) is set higher than the peak output value of the second pulse waveform at time t2 in FIG. 4 (b). ing.
  • the peak output value of the first pulse waveform does not exceed the contamination threshold.
  • the first laser head 21 in response to a command from the controller 5, the first laser head 21 emits the first laser beam having the energy (e1) of the first pulse waveform. Further, the second laser head 22 emits the second laser beam having the energy (e2) of the second pulse waveform by the pulse delay control unit 26 shifting the oscillation timing by 10 nanoseconds by pulse control. Is done.
  • the laser emission unit 2 receives an instruction from the control unit 5, and the time width between the peak of the first pulse waveform and the peak of the second pulse waveform is an amorphous silicon laser as described above.
  • the first laser beam and the second laser beam are respectively emitted by shifting the oscillation timing so as to be a time interval for continuing the annealing.
  • the first laser beam and the second laser beam are guided to the same optical path.
  • a laser beam having a pulse waveform as shown in FIG. 4C is generated.
  • the first pulse waveform and the second pulse waveform are synthesized in a shifted manner according to the delay time, a pulse waveform having two peaks is obtained.
  • the peak output value in the first pulse waveform is higher than the peak output value in the second pulse waveform.
  • the combined laser beam having a pulse waveform travels on the same optical path and enters the line beam generating optical system 33.
  • the line beam generating optical system 33 shapes the elongated line beam LB while maintaining the energy distribution of the synthesized pulse waveform.
  • the line 1 is shaped into an elongated line beam LB such that one irradiation region of the laminated body 1 is 100 ⁇ 0.4 mm 2 .
  • the energy density of the irradiated surface (processed surface) is set to 180 mJ / cm 2 as an example.
  • the line beam LB passes through the transparent substrate 10a from the back surface side so as to be focused on a predetermined irradiation region of the release layer 10b.
  • hydrogen gas is released by laser annealing, and a peeling action is exhibited.
  • the line beam LB is sequentially irradiated onto the release layer 10 b.
  • the same region is irradiated with the line beam LB a plurality of times according to the moving speed of the stacked body 1 and the repetition frequency of the laser. This is because the line beam LB has a certain line width.
  • the repetition frequency of the line beam LB is set to 20 milliseconds (50 Hz).
  • the control unit 5 applies laser to the first laser power source 23 and the second laser power source 24 of the laser emitting unit 2. By transmitting a control signal for stopping the irradiation, the irradiation of the laser beam is stopped.
  • the peeling substrate 10 is removed from the laminate 1 by the laser lift-off method described above. Hereinafter, the peeling process will be described in detail.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a peeling process of the laser lift-off method according to the present invention.
  • (a) is a schematic diagram showing a state during irradiation of the line beam LB.
  • (B) is a schematic diagram which shows the state by which irradiation of the line beam LB is made
  • (C) is an expanded sectional view of the peeling layer 10b in (b).
  • the arrow in the peeling layer 10b shown in (a) schematically represents that hydrogen gas is generated and the hydrogen gas moves toward the boundary surface between the peeling layer 10b and the resin film 11a. Yes.
  • An arrow extending outward from the release layer 10b shown in (b) indicates that peeling occurs at the boundary surface between the release layer 10b and the resin film 11a.
  • a plurality of arrows in the peeling layer 10b shown in (c) schematically represents a phenomenon in which the generated hydrogen gas exerts a pressure on the resin film 11a to exert a peeling action.
  • a partial region of the peeling layer 10b is polysiliconized by the laser annealing to form polysilicon P1.
  • hydrogen gas is generated, and the hydrogen gas moves toward the interface of the resin film 11a.
  • the second irradiation the lower region of the polysilicon P1 is made into polysilicon, and polysilicon P2 is formed.
  • hydrogen gas is further generated.
  • the generated hydrogen gas moves toward the interface of the resin film 11a.
  • hydrogen gas is generated as polysilicon is formed.
  • FIG. 5C the same region is irradiated four times by the line beam LB, and polysilicon P1 to P4 are formed in the peeling layer 10b.
  • region is determined based on an experimental result previously, for example.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a pulse waveform according to a comparative example. 6A to 6C, as in FIG. 4, FIG. 6A shows the first pulse waveform for the first laser light, and FIG. 6B shows the second pulse for the second laser light. (C) has shown the pulse waveform which synthesize
  • the first pulse waveform and the second pulse waveform are the same, and the pulse delay control unit 26 performs irradiation at the same timing without executing the delay control.
  • the laser pulse width W is the same (7 nanoseconds), and the total energy is also the same.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a peeling process according to a comparative example.
  • the total energy is the same as that of the present embodiment, but the peak output value of the energy is higher than that in FIG. 4C, so that ablation exceeding the contamination threshold occurs.
  • FIG. 7A due to ablation, peeling proceeds by the hydrogen gas generated at the interface between the substrate 10a and the peeling layer 10b, and finally, as shown in FIG. 7B. Further, the result is that the substrate 10a and the release layer 10b are peeled off and contaminated. Based on this result, the superior point of the present invention will be described below.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between peeling and contamination according to the present invention.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a relationship between peeling and contamination according to a comparative example. 8 and 9 show the relationship between the processing energy (laser light energy) of the line beam LB on the irradiated surface, the peeling threshold value, and the contamination threshold value.
  • the energy (peeling threshold) required to generate hydrogen gas in the peeling layer 10b and perform laser lift-off is the same.
  • the boundary line between the unpeeled state and the peeled state represents the peel threshold.
  • it is possible to widen the energy range between the peeling threshold and the contamination threshold by efficiently performing polysilicon by laser annealing.
  • the polysilicon film is formed by heating and melting and recrystallization by laser annealing by making the energy distribution of the pulse waveform as shown in FIG.
  • hydrogen gas is generated along with heating and melting.
  • the heating and melting is continued by irradiating the second peak value at time t2 before cooling and solidifying from time t1. Polysiliconization is promoted, and hydrogen gas generation efficiency can be increased.
  • the peel margin could be changed from ⁇ 5% of the comparative example to ⁇ 10% by experiment. That is, this embodiment means that the energy range between the peeling threshold value and the contamination threshold value can be expanded.
  • the present invention by changing the timing and energy ratio of the laser pulses in the first laser beam and the second laser beam, the energy range from peeling to contamination is expanded, and a processing process that is difficult to contaminate is achieved. realizable.
  • the present invention in the laser lift-off device 100, the required uniformity of energy distribution and the stability of the laser are alleviated, and a complicated optical system, special lens, high spec (high stability) Therefore, the price of the apparatus can be reduced.

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Abstract

本発明は、パルス制御によりエネルギー比の異なる複数のレーザ光の発振タイミングをずらすことで、エネルギーの大きい第１のレーザ光に続いてエネルギーの小さい第２のレーザ光を、異なる光路から射出するレーザ射出部２と、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを同一光路に案内し、発振タイミングの時間差に基づいて、複数のピークを有するパルス波形のレーザ光に合成し、合成したレーザ光をラインビームにして積層体の照射領域に導く光学系３と、積層体を水平面内で移動させる搬送機構４と、積層体を順次移動させて、予め定めたタイミングでラインビームを積層体の照射領域に照射するために、レーザ射出部と搬送機構とを統合して制御する制御部５と、を備える。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

レーザリフトオフ装置及びレーザリフトオフ方法
　本発明は、剥離用の基板とその基板の一方の面に積層された被剥離物とからなる積層体に対して、基板の他方の面からパルス発振によるレーザ光を照射し、基板と被剥離層とを剥離するレーザリフトオフ（Laser Lift-Off）装置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、透光性の基板に水素を含有した非晶質シリコンよりなる光吸収層を含む分離層が積層され、その分離層に被剥離層が積層された積層体に対して、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、照射面でのレーザ光のエネルギー（パルスエネルギー）は、光吸収層に水素ガスを生じさせてレーザリフトオフを開始するエネルギー（以下「剥離閾値」という。）以上であることが必要であり、その一方で、エネルギーの増加に伴ってレーザ強度が上昇して、被剥離層が破損したり、又は、光吸収層内で剥離が発生してその光吸収層の一部が汚染物質として被剥離層に付着してしまうエネルギー（以下「汚染閾値」という。）未満であることが望ましい。したがって、レーザリフトオフでは、レーザ光のエネルギーを剥離閾値以上汚染閾値未満になるように制御する必要がある。ところが、従来の剥離方法では、剥離閾値と汚染閾値とのエネルギー範囲が狭くなりやすいという問題があった。
　そこで、本発明は、このような問題点に対処し、剥離閾値と汚染閾値とのエネルギー範囲を広げることで、その分、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レーザリフトオフ装置及び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、本発明によるレーザリフトオフ装置は、剥離用の基板と上記基板の一方の面に積層された被剥離層とからなる積層体に対して、上記基板の他方の面からパルス発振によるレーザ光を照射し、上記基板と上記被剥離層との境界面で剥離を生じさせるレーザリフトオフ装置であって、パルス制御によりエネルギー比の異なる複数のレーザ光の発振タイミングをずらすことで、エネルギーの大きい第１のレーザ光に続いてエネルギーの小さい第２のレーザ光を、異なる光路から射出するレーザ射出部と、上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを同一光路に案内し、上記発振タイミングの時間差に基づいて、複数のピークを有するパルス波形のレーザ光に合成し、合成したレーザ光をラインビームにして上記積層体の照射領域に導く光学系と、上記積層体を水平面内で移動させる搬送機構と、上記積層体を順次移動させて、予め定めたタイミングで上記ラインビームを上記積層体の上記照射領域に照射するために、上記レーザ射出部と上記搬送機構とを統合して制御する制御部と、を備える。
　また、本発明によるレーザリフトオフ方法は、剥離用の基板と上記基板の一方の面に積層された被剥離層とからなる積層体に対して、上記基板の他方の面からパルス発振によるレーザ光を照射し、上記基板と上記被剥離層との境界面で剥離を生じさせるレーザリフトオフ方法であって、パルス制御によりエネルギー比の異なる複数のレーザ光の発振タイミングをずらすことで、エネルギーの大きい第１のレーザ光に続いてエネルギーの小さい第２のレーザ光を、異なる光路から射出し、上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを同一光路に案内し、上記発振タイミングの時間差に基づいて、複数のピークを有するパルス波形のレーザ光に合成し、合成したレーザ光をラインビームにして上記積層体の照射領域に導き、上記積層体を順次移動させて、予め定めたタイミングで上記ラインビームを上記積層体の上記照射領域に照射するために、上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを上記異なる光路から射出する処理と上記積層体を水平面内で移動させる搬送処理とを統合して制御する。
　本発明によれば、上記合成したレーザ光をラインビームにして積層体の照射領域に照射するようにしているので、上記剥離閾値と上記汚染閾値とのエネルギー範囲を広げることが可能となる。そして、エネルギー範囲を広げた領域においても被剥離層を汚染するのを抑制することができる。
本発明によるレーザリフトオフ装置の一例を示す構成図である。 積層体の一例を示す模式図である。 積層体へのラインビームの照射方向及び積層体の搬送方向を説明する図である。 本発明によるパルス波形の一例を示す説明図である。 本発明によるレーザリフトオフ方法の剥離プロセスを説明する模式図である。 比較例によるパルス波形の一例を示す説明図である。 比較例による剥離プロセスを説明する模式図である。 本発明による剥離と汚染との関係を示す説明図である。 比較例による剥離と汚染との関係を示す説明図である。
　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、本発明によるレーザリフトオフ装置の一例を示す構成図である。レーザリフトオフ装置１００は、剥離用の基板とその基板の一方の面上に積層された被剥離層とからなる積層体１に対して、基板の他方の面からパルスのレーザ光を照射し、基板と被剥離層との境界面で剥離するものである。積層体１の構成については図２を用いて後述する。レーザリフトオフ装置１００は、レーザ射出部２と、光学系３と、搬送機構４と、制御部５とを備える。
　レーザ射出部２は、パルス発振による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、第１のレーザヘッド２１と、第２のレーザヘッド２２と、第１のレーザ電源２３と、第２のレーザ電源２４と、パルスジェネレータ２５と、パルス遅延制御部２６とを備える。レーザ射出部２は、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、レーザ射出部２において、ＹＡＧレーザを採用したが、これに限られず、例えば、紫外領域のレーザであって、波長が３０８ｎｍのエキシマレーザを採用してもよい。
　第１のレーザヘッド２１及び第２のレーザヘッド２２は、例えばランプ励起型のＹＡＧレーザ装置であって、第１のレーザヘッド２１は第１のレーザ電源２３から制御を受け、第２のレーザヘッド２２は第２のレーザ電源２４から制御を受ける。第１のレーザ電源２３及び第２のレーザ電源２４は、制御部５からの制御信号を受信することにより、例えば、シャッタの開閉を行なったり、レーザ出力値を設定して第１のレーザヘッド２１及び第２のレーザヘッド２２に対して電力を供給したりする。つまり、第１のレーザヘッド２１及び第２のレーザヘッド２２は、独立に制御を受けることで、異なるエネルギー比のパルス波形のレーザ光を射出することが可能となる。
　なお、本実施形態では、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを合成するため、互いに直交する偏光成分のレーザ光を合成するようにすることが好ましい。具体的には、図１に示す装置構成の場合、レーザ射出部２は、第１のレーザ光を例えばＳ波の偏光成分を有するレーザパルスとし、第２のレーザ光を例えばＰ波の偏光成分を有するレーザパルスとして射出するようにしてもよい。又は、第１のレーザヘッド２１及び第２のレーザヘッド２２から、第１のレーザ光と第２のレーザ光が射出した後に、偏光素子等を用いて偏光させるようにしてもよい。
　ここで、第１のレーザ電源２３及び第２のレーザ電源２４は、パルスジェネレータ２５から同期信号を受信することで、第１のレーザヘッド２１及び第２のレーザヘッド２２から同時にレーザ光（レーザパルス）を射出可能な構成になっている。但し、本実施形態では、レーザ光の射出のタイミングをずらすパルス遅延制御部２６により、先ず、第１のレーザヘッド２１から第１のレーザ光が射出され、続いて、予め設定した遅延時間経過後に、第２のレーザヘッド２２から、第２のレーザ光が射出される構成になっている。このレーザ発振のタイミングをずらす処理は、第２のレーザ電源２４から第２のレーザヘッド２２へ公知のＱスイッチ信号が出力されることにより実行される。つまり、レーザ射出部２は、パルス制御により発振タイミングをずらすことで、エネルギー比の異なるレーザ光のうち、エネルギーの大きい第１のレーザ光に続いてエネルギーの小さい第２のレーザ光を、異なる光路から射出する。
　光学系３は、例えば、ミラー３１と、偏光ビームスプリッタ３２と、ラインビーム生成用光学系３３等の光学素子を備える。ミラー３１は、第１のレーザ光を反射させて、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを同一光路に案内するためのものである。
　偏光ビームスプリッタ３２は、複数のレーザ光を同軸光路上に合成するものである。具体的には、偏光ビームスプリッタ３２は、入射してくる第１のレーザ光と入射してくる第２のレーザ光とを、パルス遅延制御部２６による発振タイミングの時間差に基づいて、２つのピークを有するパルス波形のレーザ光になるように合成する。
　ラインビーム生成用光学系３３は、偏光ビームスプリッタ３２で合成したパルス波形のレーザ光をラインビームに整形して積層体１の照射位置に導くものである。ラインビーム生成用光学系３３は、図示省略の光学素子として、例えば、ビーム径を拡張するビームエキスパンダ、ビーム径内の輝度分布の均一性を高めるフライアイレンズ、レーザ光をラインビームに整形するシリンドリカルレンズを含む。なお、１軸方向に集光するシリンドリカルレンズの場合には、シリンドリカルレンズの円柱軸が搬送機構４の基板搬送方向と交差するように配置される。
　搬送機構４は、積層体１を水平面内で移動させるものであって、具体的には、積層体１をステージ上に載置して一方向（矢印Ａ方向）に、例えば一定速度で搬送したり、必要に応じてステップ移動させたりする。ここで、搬送機構４は、ステージ制御部（図示省略）を備え、制御部５からの制御信号に基づいて、ステージ制御部により、ステージ上に載置された積層体１を移動させる。なお、搬送機構４は、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、後述する剥離基板１０側からレーザ光を照射するように、積層体１をステージ上に載置して搬送する場合について説明する。
　制御部５は、積層体１を順次移動させて、予め定めたタイミングでラインビームを積層体１の照射領域に照射するために、レーザ射出部２と搬送機構４とを統合して制御するものである。制御部５は、例えば、コンピュータによって実現可能となる。この場合、コンピュータは、プロセッサ、メモリ、入力装置、通信インターフェース、表示装置等を備える。なお、制御部５は、レーザ射出部２と搬送機構４とに制御信号を送信するため、通信回線により接続されている。ここで、メモリには、本発明によるレーザリフトオフ方法を実行するためのプログラムが記憶されており、制御部５は、例えば、このプログラムに従ってレーザ射出部２と搬送機構４とを統合して制御する。
　図２は、積層体の一例を示す模式図である。積層体１は、剥離基板１０と被剥離層１１とからなる。そして、剥離基板１０は基板１０ａと剥離層１０ｂとを有し、被剥離層１１は、樹脂フィルム１１ａとデバイス１１ｂとを有する。具体的な構造として、積層体１は、透光性を有する面状の基板１０ａと、基板１０ａの一方の面に積層され、水素を含有したアモルファスシリコン膜（非晶質シリコン）からなり、レーザ照射により水素ガスを放出して剥離作用を発現する剥離層１０ｂと、その剥離層１０ｂに積層された樹脂フィルム１１ａ及びデバイス１１ｂを含む被剥離層１１と、を有するものである。剥離基板１０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剥離用の基板の一例であって、これ自体が製品として取引され得るものである。
　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。基板１０ａは、例えば、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１０ｂについて、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。なお、剥離層１０ｂの膜厚は、一例として１００ｎｍとしている。
　また、積層体１において、樹脂フィルム１１ａは、剥離基板１０に塗布することにより積層してもよい。樹脂フィルム１１ａは、例えば、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１１ａ上には、有機ＥＬ用のデバイス１１ｂが積層される。このデバイス１１ｂ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、例えば真空蒸着により積層される。
　つまり、積層体１は、剥離層１０ｂや樹脂フィルム１１ａを含む多層膜の階層構造で形成されている。なお、積層体１における樹脂フィルム１１ａや有機ＥＬ用のデバイス１１ｂは、例えば、剥離基板１０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１１ａと剥離層１０ｂとの境界面で剥離させることで、積層体１から剥離基板１０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１１ａ及びこれより上層に積層されたものを、被剥離層１１と称する。但し、以下の図３、図５及び図７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１１については、樹脂フィルム１１ａのみ図示することとする。以下、被剥離層１１の最下層である樹脂フィルム１１ａを汚染させずに、その樹脂フィルム１１ａと剥離層１０ｂ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。
　ここで、本実施形態におけるレーザ光のエネルギー、レーザパルス幅、繰り返し周波数等のレーザ照射の制御パラメータは、水素を含有したアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してポリシリコン化するレーザアニールにより剥離層１０ｂ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、特許文献１にあるとおり、レーザリフトオフの工程では、レーザ光によるアブレーションによりレーザリフトオフをすることも可能であるが、レーザ照射の制御パラメータに依存して、被剥離層１１が汚染されやすい。そのため、本実施形態では、レーザ照射の制御パラメータを考慮してレーザアニールに留めるようにしつつ、上記剥離閾値と上記汚染閾値とのエネルギー範囲を広げるようにしている。これにより、被剥離層１１は汚染されにくくなる。詳細は、図４、５を用いて後述する。
　次に、このように構成されたレーザリフトオフ装置１００の動作及びこの装置によるレーザリフトオフ方法について説明する。
　図３は、積層体へのラインビームの照射方向及び積層体の搬送方向を説明する図である。積層体１は、剥離基板１０側から合成したレーザ光に基づくラインビームＬＢを照射できるようにするため、搬送機構４のステージ（図示省略）に載置される。この場合、レーザリフトオフ方法では、例えば、積層体１を矢印Ａ方向に移動させながらラインビームＬＢを剥離層１０ｂに向けて照射し、最終的に全面にわたって照射し、剥離基板１０から樹脂フィルム１１ａを剥離する。以下、具体的に説明を続ける。
　図１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、制御部５が、入力装置を介して作業者からレーザリフトオフの動作開始の指示入力を受け付ける。すると、レーザリフトオフ装置１００では、先ず、制御部５が搬送機構４に対してステージを搬送させる制御信号を送信し、ラインビームＬＢの照射位置よりも上流側の位置にある積層体１を上記矢印Ａ方向（上流側から下流側）に搬送させる処理を開始させる。これは、積層体１を移動させながら、予め定めた線幅を有するラインビームＬＢを基板１０ａの裏面側から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では、積層体１をラインビームＬＢの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、搬送方向に対して、ラインビームＬＢの照射位置よりも上流側の位置で、積層体１の移動を検出する。すると、撮像手段は、積層体１の撮影画像に基づいて、積層体１が最初にラインビームＬＢが照射される領域となる端部（図３に示す積層体１の左側端部）を検出する。以下、図３における積層体１の左側端部を第１の端部といい、積層体１の右側端部を第２の端部という。
　積層体１の第１の端部が検出されると、それをトリガーとして、制御部５は、積層体１の移動距離の演算を開始する。そして、積層体１が予め定められた距離だけ移動して、第１の端部がラインビームＬＢの結像位置（レーザ照射位置）に合致すると、制御部５は、レーザ射出部２の第１のレーザ電源２３及び第２のレーザ電源２４に対して、レーザ照射を開始させる制御信号を送信することにより、第１のレーザヘッド２１及び第２のレーザヘッド２２のシャッタ（図示省略）が開き、第１のレーザ光及び第２のレーザ光が各々射出される。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。
　図４は、本発明によるパルス波形の一例を示す説明図である。図４（ａ）～（ｃ）において、（ａ）は、第１のレーザについての第１のパルス波形を示し（ｂ）は、第２のレーザについての第２のパルス波形を示し（ｃ）は、第１のパルス波形及び第２のパルス波形を合成したパルス波形を示している。なお、横軸は時間を示し、縦軸はエネルギーを示している。
　本実施形態では、第１のパルス波形及び第２のパルス波形のレーザパルス幅Ｗ（FWHM：Full Width Half Maximum）は、同じとして、例えば７ナノ秒（ｎｓｅｃ）としている。但し、この値は、照射対象の積層体１の材質等に依存して適宜変更が可能である。また、パルス波形の面積がレーザ光のエネルギーを表しており、第１のパルス波形のエネルギー（ｅ１）と第２のパルス波形のエネルギー（ｅ２）とのエネルギー比は、ｅ１＝２×ｅ２としている。この場合、図４（ａ）の時刻ｔ１における第１のパルス波形のピーク出力値（レーザ強度）が、図４（ｂ）の時刻ｔ２における第２のパルス波形のピーク出力値よりも高く設定されている。但し、第１のパルス波形のピーク出力値は、汚染閾値を超えないようにしている。
　つまり、剥離閾値と汚染閾値とのエネルギー範囲を広げるためには、図４（ｃ）に示すとおり、特に、第１のパルス波形のエネルギー（ｅ１）と第２のパルス波形のエネルギー（ｅ２）とのエネルギー比、第１のパルス波形のピークと第２のパルス波形のピークとの時間幅が重要となることが実験から判明した。したがって、本実施形態では、剥離閾値と汚染閾値とのエネルギー範囲を広げるために、顕著な効果が得られた実験結果に基づいて、エネルギー比をｅ１＝２×ｅ２、第１のレーザ光に対して、第２のレーザ光の遅延時間（Δｔ）を１０ナノ秒とする。以下、この条件に基づいて、説明を続ける。
　図１に戻り、制御部５からの指令に応答して、第１のレーザヘッド２１からは、第１のパルス波形のエネルギー（ｅ１）を有する第１のレーザ光が射出される。また、第２のレーザヘッド２２からは、パルス遅延制御部２６が、パルス制御により発振タイミングを１０ナノ秒ずらすことで、第２のパルス波形のエネルギー（ｅ２）を有する第２のレーザ光が射出される。
　なお、本実施形態では、レーザ射出部２は、制御部５の指示を受けて、第１のパルス波形のピークと第２のパルス波形のピークとの時間幅が、上記のとおりアモルファスシリコンのレーザアニールを持続させる時間間隔となるように発振タイミングをずらして、第１のレーザ光と第２のレーザ光を各々射出するようにしている。このようにすることで、本実施形態では、汚染を抑制しつつ、水素ガスを効率よく発生させることができる。
　続いて、光学系３では、第１のレーザ光をミラー３１で反射させた後、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを同一光路に案内し、偏光ビームスプリッタ３２は、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを合成することで、例えば、図４（ｃ）に示すようなパルス波形のレーザ光を生成させる。ここで、合成されたパルス波形の特徴としては、遅延時間に応じて、第１のパルス波形と第２のパルス波形とがずれて合成されるため、２つのピークを有するパルス波形となる。しかも、第１のパルス波形におけるピーク出力値の方が、第２のパルス波形におけるピーク出力値よりも高い。これは、１回のパルスレーザの照射により、強度の大きいレーザ光の照射に続いて強度の弱いレーザ光の照射がなされることを意味する。このようなパルス波形に合成するメリットについては、図５、８を用いて後述する。
　次に、合成されたパルス波形のレーザ光は、同一光路を進み、ラインビーム生成用光学系３３に入射する。ラインビーム生成用光学系３３では、合成されたパルス波形のエネルギー分布を保った状態で細長状のラインビームＬＢに整形する。一例として、ラインビーム生成用光学系３３では、積層体１の１回の照射領域が１００×０.４ｍｍ２となるような細長状のラインビームＬＢに整形する。この場合における照射面（加工面）のエネルギー密度は、一例として、１８０ｍＪ／ｃｍ２としている。
　その後、このラインビームＬＢは、剥離層１０ｂ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１０ａを裏面側から透過する。これにより、ラインビームＬＢが照射された剥離層１０ｂ内では、レーザアニールにより水素ガスが放出され、剥離作用を発現する。以下、搬送機構４が積層体１を移動させるに伴って、ラインビームＬＢが剥離層１０ｂに順次照射される。この場合、積層体１の移動速度とレーザの繰り返し周波数とに応じて、同一の領域に複数回のラインビームＬＢが照射される。これは、ラインビームＬＢがある程度の線幅を有しているためである。本実施形態では、一例として、ラインビームＬＢの繰り返し周波数を、２０ミリ秒毎（５０Ｈｚ）としている。
　そして、積層体１の第２の端部へのラインビームＬＢの照射が終了すると、制御部５は、レーザ射出部２の第１のレーザ電源２３及び第２のレーザ電源２４に対して、レーザ照射を停止させる制御信号を送信することにより、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１から剥離基板１０が取り除かれることになる。以下、剥離プロセスについて詳述する。
　図５は、本発明によるレーザリフトオフ方法の剥離プロセスを説明する模式図である。図５において、（ａ）は、ラインビームＬＢの照射中の状態を示す模式図である。（ｂ）は、ラインビームＬＢの照射が第２の端部になされている状態を示す模式図である。（ｃ）は、（ｂ）における剥離層１０ｂの拡大断面図である。なお、説明を分かりやすくするため、同一の照射領域にラインビームＬＢを４回照射した場合について説明する。ここで、（ａ）に示す剥離層１０ｂ内の矢印は、水素ガスが発生して、その水素ガスが剥離層１０ｂと樹脂フィルム１１ａとの境界面に向けて移動することを模式的に表している。（ｂ）に示す剥離層１０ｂから外部に伸びる矢印は、剥離層１０ｂと樹脂フィルム１１ａとの境界面とで剥離が起きることを表している。（ｃ）に示す剥離層１０ｂ内の複数の矢印は、発生した水素ガスが樹脂フィルム１１ａに対して圧力をかけて剥離作用を及ぼしている現象を模式的に表している。
　本実施形態では、図５（ｃ）において、１回の照射において、レーザアニールにより剥離層１０ｂの一部領域がポリシリコン化されポリシリコンＰ１が形成される。これに伴って水素ガスが発生し、水素ガスは樹脂フィルム１１ａの界面方向に移動する。
　さらに、２回目の照射により、ポリシリコンＰ１の下側の領域がポリシリコン化され、ポリシリコンＰ２が形成される。これに伴って水素ガスがさらに発生する。１回目の照射と同様にして、発生した水素ガスが樹脂フィルム１１ａの界面方向に移動する。以下、同様にして、同一領域を照射するたびに、ポリシリコン化に伴って水素ガスが発生する。図５（ｃ）では、ラインビームＬＢにより、同一の領域が４回の照射を受け、ポリシリコンＰ１からＰ４が剥離層１０ｂ内で形成されている。この結果、水素ガス濃度が高まることにより、水素ガスの圧力により樹脂フィルム１１ａと剥離層１０ｂとの境界面で剥離する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、レーザ照射が終了すると、最終的に、全体にわたって、樹脂フィルム１１ａが剥離されることになる。したがって、本実施形態では、樹脂フィルム１１ａを含む被剥離層１１を汚染するのを抑制することができる。なお、同一領域に照射する回数は、例えば、予め実験結果に基づいて決定される。
　次に、比較例について説明する。図６は、比較例によるパルス波形の一例を示す説明図である。図６（ａ）～（ｃ）において、図４と同様、（ａ）は、第１のレーザ光についての第１のパルス波形を示し、（ｂ）は、第２のレーザ光についての第２のパルス波形を示し、（ｃ）は、第１のパルス波形及び第２のパルス波形を合成したパルス波形を示している。比較例では、第１のパルス波形及び第２のパルス波形を同一とし、パルス遅延制御部２６が遅延制御を実行しないで同じタイミングで照射させる。なお、図４との比較において、レーザパルス幅Ｗは同一（７ナノ秒）とし、全エネルギーも同一とする。
　図６（ｃ）から明らかのように、第１のパルス波形と第２のパルス波形とを同じタイミングで合成すると、１つのピークを有するパルス波形となり、このピーク出力値は、図４に示すピーク出力値よりも高い。そのため、このようなパルス波形のレーザ光をラインビーム生成用光学系３３を介して積層体１に照射すると、実験結果から、基板１０ａと剥離層１０ｂとの境界面で剥離が発生することが確認された。以下、この剥離プロセスについて説明を続ける。
　図７は、比較例による剥離プロセスを説明する模式図である。比較例では、レーザ照射において、全エネルギーは、本実施形態と同じとしているものの、エネルギーのピーク出力値が図４（ｃ）と比較して高く、そのため、汚染閾値を超えるようなアブレーションが発生しやすくなることが、実験結果から判明した。そのため、図７（ａ）に示すように、アブレーションに起因して、基板１０ａと剥離層１０ｂとの境界面で発生した水素ガスによって剥離が進み、最終的に、図７（ｂ）に示すように、基板１０ａと剥離層１０ｂとの境界面で剥離し汚染される結果となった。この結果を踏まえ、本発明の優れた点について、以下に説明をする。
　図８は、本発明による剥離と汚染との関係を示す説明図である。図９は、比較例による剥離と汚染との関係を示す説明図である。図８、９では、照射面におけるラインビームＬＢの加工エネルギー（レーザ光のエネルギー）と、剥離閾値及び汚染閾値との関係を示している。図８、９において、剥離層１０ｂに水素ガスを生じさせてレーザリフトオフを実行するために必要なエネルギー（剥離閾値）は、同じである。図中、未剥離状態と剥離状態との境界ラインが、剥離閾値を表している。本実施形態では、レーザアニールによって、ポリシリコン化を効率よく行なうことで、剥離閾値と汚染閾値とのエネルギー範囲を広げることが可能となった。
　つまり、本実施形態では、図４（ｃ）に示すようなパルス波形のエネルギー分布にすることで、レーザアニールにより、加熱溶融させ再結晶化させることでポリシリコン膜を形成させる。この場合、加熱溶融に伴って水素ガスを発生させるが、例えば時刻ｔ１から冷却して固化する前に、時刻ｔ２で第２のピーク値が照射されるようにすることで、加熱溶融が持続しポリシリコン化が促進され、水素ガスの発生効率を高めることができる。
　これに対し、比較例では、上記のとおり、エネルギーのピーク出力値が高いため、汚染物質を発生させるようなアブレーションが発生しやすくなる。本実施形態では、実験により、剥離マージンを、比較例の±５％から±１０％にすることができた。すなわち、本実施形態の方が、剥離閾値と汚染閾値とのエネルギー範囲を広げられることを意味する。
　なお、従来、フレキシブルディスプレイの製造工程のレーザリフトオフ工程においては、ガラス基板からポリイミド等のフィルムを剥離する際に、過剰なレーザエネルギーがフィルムに投入された場合、フィルムのダメージや汚れ（汚染）が不良の原因となっていた。
　そのため、加工面におけるレーザ光のエネルギー分布の高い均一性や加工中におけるレーザエネルギーの変動の低減（高安定性）が必要となっていた。このため、従来のレーザリフトオフ装置では、例えば、均一化のための複雑な光学系、ワークサイズに合わせた長軸ビームを生成するための特殊な光学系（長軸レンズ）、高い安定性のレーザが必要となり、装置価格が非常に高価になる問題があった。
　本発明によれば、上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光におけるレーザパルスのタイミングとそのエネルギー比を変えることによって、剥離から汚染までのエネルギー範囲が拡大され、汚染しにくい加工プロセスが実現できる。本発明を利用することによって、レーザリフトオフ装置１００では、要求される上記のエネルギー分布の均一性やレーザの安定性が緩和されることとなり、複雑な光学系・特殊なレンズ・高スペック（高安定性）のレーザが不要となり、装置価格を安価にすることも可能となる。
　１…積層体
　２…レーザ射出部
　３…光学系
　４…搬送機構
　５…制御部
　１０…剥離基板
　１０ａ…基板
　１０ｂ…剥離層
　１１…被剥離層
　１１ａ…樹脂フィルム
　１１ｂ…デバイス
　２１…第１のレーザヘッド
　２２…第２のレーザヘッド
　２３…第１のレーザ電源
　２４…第２のレーザ電源
　２５…パルスジェネレータ
　２６…パルス遅延制御部
　３１…ミラー
　３２…偏光ビームスプリッタ
　３３…ラインビーム生成用光学系
　１００…レーザリフトオフ装置

Claims (6)

  1. 　剥離用の基板と前記基板の一方の面に積層された被剥離層とからなる積層体に対して、前記基板の他方の面からパルス発振によるレーザ光を照射し、前記基板と前記被剥離層との境界面で剥離を生じさせるレーザリフトオフ装置であって、
    　パルス制御によりエネルギー比の異なる複数のレーザ光の発振タイミングをずらすことで、エネルギーの大きい第１のレーザ光に続いてエネルギーの小さい第２のレーザ光を、異なる光路から射出するレーザ射出部と、
    　前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同一光路に案内し、前記発振タイミングの時間差に基づいて、複数のピークを有するパルス波形のレーザ光に合成し、合成したレーザ光をラインビームにして前記積層体の照射領域に導く光学系と、
    　前記積層体を水平面内で移動させる搬送機構と、
    　前記積層体を順次移動させて、予め定めたタイミングで前記ラインビームを前記積層体の前記照射領域に照射するために、前記レーザ射出部と前記搬送機構とを統合して制御する制御部と、
    　を備えることを特徴とするレーザリフトオフ装置。
  2. 　前記積層体は、透光性を有する面状の基板と、前記基板の一方の面に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、レーザ照射により水素ガスを放出して剥離作用を発現する剥離層と、前記剥離層に積層された樹脂フィルムを含む被剥離層と、を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザリフトオフ装置。
  3. 　前記レーザ射出部は、前記第１のレーザ光のパルス波形のピークと前記第２のレーザ光のパルス波形のピークとの時間幅が、前記非晶質シリコンのレーザアニールを持続させる時間間隔となるように前記発振タイミングをずらして、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光を各々射出することを特徴とする請求項２に記載のレーザリフトオフ装置。
  4. 　前記レーザ射出部は、前記エネルギー比として、前記第１のレーザ光のエネルギーを前記第２のレーザ光のエネルギーの２倍とし、前記時間幅が１０ナノ秒となるように前記発振タイミングをずらして、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光を各々射出することを特徴とする請求項３に記載のレーザリフトオフ装置。
  5. 　剥離用の基板と前記基板の一方の面に積層された被剥離層とからなる積層体に対して、前記基板の他方の面からパルス発振によるレーザ光を照射し、前記基板と前記被剥離層との境界面で剥離を生じさせるレーザリフトオフ方法であって、
    　パルス制御によりエネルギー比の異なる複数のレーザ光の発振タイミングをずらすことで、エネルギーの大きい第１のレーザ光に続いてエネルギーの小さい第２のレーザ光を、異なる光路から射出し、
    　前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同一光路に案内し、前記発振タイミングの時間差に基づいて、複数のピークを有するパルス波形のレーザ光に合成し、合成したレーザ光をラインビームにして前記積層体の照射領域に導き、
    　前記積層体を順次移動させて、予め定めたタイミングで前記ラインビームを前記積層体の前記照射領域に照射するために、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを前記異なる光路から射出する処理と前記積層体を水平面内で移動させる搬送処理とを統合して制御する、
    　ことを特徴とするレーザリフトオフ方法。
  6. 　前記積層体は、透光性を有する面状の基板と、前記基板の一方の面に積層され、水素を含有した非晶質シリコンからなり、レーザ照射により水素ガスを放出して剥離作用を発現する剥離層と、前記剥離層に積層された樹脂フィルムを含む被剥離層と、を有するものであることを特徴とする請求項５に記載のレーザリフトオフ方法。
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