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JP2012081478A - Laser lift-off device - Google Patents

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JP2012081478A
JP2012081478A JP2010227429A JP2010227429A JP2012081478A JP 2012081478 A JP2012081478 A JP 2012081478A JP 2010227429 A JP2010227429 A JP 2010227429A JP 2010227429 A JP2010227429 A JP 2010227429A JP 2012081478 A JP2012081478 A JP 2012081478A
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JP
Japan
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workpiece
laser
mask
irradiation
laser beam
Prior art date
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JP2010227429A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryozo Matsuda
僚三 松田
Keiji Narumi
恵司 鳴海
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Ushio Denki KK
Ushio Inc
Original Assignee
Ushio Denki KK
Ushio Inc
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Publication date
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Priority to TW100125974A priority patent/TW201221268A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To execute a laser lift-off treatment in a short period of time without causing any crack in a material layer formed on a substrate.SOLUTION: In order to separate a material layer from a substrate at an interface between the substrate 1 and the material layer 2, laser beam is emitted to a workpiece 3 where the material layer 2 is formed on the substrate 1 via a mask 44 from the substrate 1 side. The laser beam is split into a plurality of laser beams of small sectional area by the mask 44, and a plurality of irradiation areas separated from each other are formed on the workpiece. The pulsed laser beams are irradiated to a workpiece 3 as follows. The each irradiated area is formed in a rectangular shape, and an end part area thereof extending parallel to the relatively moving direction of the workpiece overlaps an end part area of an adjacent irradiated area, according to the relative movement of the workpiece, and end part areas of two sides doubly irradiated with the pulsed laser beams due to this irradiation manner, first start lift-off of the material layer from the substrate. Thus, the material layer can be reliably separated from the substrate without causing any crack on the material layer formed on the substrate.

Description

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材料層にレーザ光を照射することによって、当該材料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。   In the manufacturing process of a semiconductor light emitting device formed of a compound semiconductor, the present invention decomposes the material layer by irradiating the material layer formed on the substrate with a laser beam, and peels the material layer from the substrate (hereinafter referred to as the following). The present invention relates to a laser lift-off device.

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。
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. Hereinafter, 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.
For example, in 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. Hereinafter, a substrate in which a material layer is formed is called a workpiece.

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22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N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。
Patent Document 2 describes that a workpiece is irradiated with a line-shaped laser beam through a sapphire substrate while the workpiece is conveyed. Specifically, in this document, as shown in FIG. 22, 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.
In order to laser lift off the GaN-based compound material layer from the substrate, it is important to irradiate the entire surface of the workpiece with laser light having irradiation energy necessary for decomposing the GaN-based compound into Ga and N 2. .

特表2001−501778号公報JP-T-2001-501778 特開2003−168820号公報JP 2003-168820 A

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Nとに分解する。GaNが分解することによりN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N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。
In the laser lift-off process described above, 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. Naturally, 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.
However, there is a limit to the workpiece transfer speed. Therefore, the time required for laser lift-off mainly depends on the irradiation area of the laser beam on the workpiece. However, increasing the irradiation area of the laser beam on the workpiece involves various difficulties as will be described below.
That is, 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.
As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that when the laser light irradiation area on the workpiece is increased, damage such as cracks occurs in the material layer at the time of laser lift-off.
As described above, the material layer 2 is irradiated with pulsed laser light, whereby GaN in the material layer 2 is decomposed into Ga and N 2 . Since 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 pulse laser beam, such as the amount of N 2 gas generated increases.

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、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、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、レーザ光はワークの全面に亘り照射する必要があるため、レーザ光の照射領域の面積を小さくすると、レーザリフトオフ処理に要する時間が長くなる。
For the reasons described above, it is desirable to reduce 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.
However, when the laser light irradiation area is reduced, there is a problem that the laser light irradiation time required for laser lift-off becomes longer. For example, under the following condition 1, the irradiation time of laser light required for laser lift-off of a workpiece of φ2 inches (50.8 mm) is about 25 seconds. On the other hand, under the following condition 2, the irradiation time of the laser beam required for laser lift-off of the φ2 inch workpiece is about 625 seconds.
(Condition 1)
・ Workpiece diameter: φ2 inch ・ Laser irradiation area: 1 mm square ・ Pulse laser light frequency: 100 Hz
(Condition 2)
・ Workpiece diameter: φ2 inches ・ Laser irradiation area: 0.2 mm square ・ Pulse laser light frequency: 100 Hz
As described above, in order to sufficiently peel the material layer from the substrate without causing damage, it is necessary to reduce the irradiation area of the laser beam. However, since it is necessary to irradiate the entire surface of the workpiece with the laser beam, the time required for the laser lift-off process increases when the area of the laser beam irradiation region is reduced.

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N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。
On the other hand, as a result of intensive studies by the present inventors, in order to laser lift off the GaN-based compound material layer from the substrate, irradiation energy equal to or higher than the decomposition threshold necessary for decomposing the GaN-based compound into Ga and N 2 is required. It was found that it is necessary to irradiate the entire surface of the workpiece with the laser beam.
If there is a region where a laser beam having irradiation energy equal to or higher than the decomposition threshold is not irradiated, an undecomposed region of GaN constituting the material layer is formed, and the material layer cannot be sufficiently separated from the substrate. For this reason, the edge part of an adjacent irradiation area | region needs to overlap in the energy area | region exceeding the decomposition threshold value VE.

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。
As described above, in order to sufficiently peel the material layer from the substrate without causing damage, 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.

本発明者らは、先に、四角形状に成形された小面積のレーザ光の照射領域の位置を刻々と変えながら、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し、レーザリフトオフする方法を提案している。このようにすれば、効率よく、かつクラックを生じさせることなくレーザリフトオフを実現することができる。
しかし、上記のように小面積のレーザ光を上記のように照射すると、レーザリフトオフ処理に比較的多くの時間を要し、さらに、レーザ光をこのように照射した場合であっても、レーザ光の照射方法如何により、基板から剥離後の材料層においてクラックが生じる場合があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明は照射面積の小さいレーザ光により、短時間でレーザリフトオフ処理を行うことができ、さらに、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を効果的に防止することができるレーザリフトオフ装置を提供することを目的とする。
The inventors previously superimpose the edge portions of the adjacent irradiation regions in the energy region exceeding the decomposition threshold VE while changing the position of the irradiation region of the laser light having a small area formed into a square shape. In this way, a laser lift-off method is proposed by irradiating the entire surface of the workpiece with laser light. In this way, laser lift-off can be realized efficiently and without causing cracks.
However, when a small area laser beam is irradiated as described above, a relatively long time is required for the laser lift-off process, and even if the laser beam is irradiated in this way, the laser beam Depending on the irradiation method, cracks may occur in the material layer after peeling from the substrate.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the present invention can perform laser lift-off processing in a short time with a laser beam having a small irradiation area, and further, a material layer after peeling from the substrate. An object of the present invention is to provide a laser lift-off device that can effectively prevent the occurrence of cracks.

上記課題を解決するため、本発明においては、(1)レーザ光を分割して、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とともに、(2)上記クラックの発生を防止するためには、レーザ光の照射方法を考慮することが重要であり、本発明においては、各照射領域において、はじめて剥離する辺が2辺になるようにレーザ光を照射する。   In order to solve the above-described problems, in the present invention, (1) a plurality of irradiation regions separated from each other on a workpiece while dividing the laser beam and relatively moving the workpiece or the laser source (irradiation region). (2) In order to prevent the occurrence of the cracks, it is important to consider the laser beam irradiation method. In the present invention, each irradiation region Then, the laser beam is irradiated so that the sides to be peeled for the first time become two sides.

上記(1)についは、以下のようにして、ワークにレーザ光を照射する。
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。
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り、短時間でのレーザリフトオフ処理が可能になる。
なお、ワーク上で重畳して照射されるレーザ光は、ワークをレーザ源に対して相対移動させているので、わずかな時間を隔てて照射される。材料層(GaN)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が極めて短い。これに対し、ワーク上で重畳して照射されるレーザ光の照射間隔は、上記の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よりもはるかに長い。したがって、レーザ光が重畳する領域では、各レーザ光の照射エネルギーが合算されないため、各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となり、材料層へのダメージが低減される。
Regarding (1) above, the workpiece is irradiated with laser light as follows.
Using a laser beam forming means provided with a plurality of laser beam emitting sections with a small area for dividing the laser beam, such as a mask, the laser beam emitted from the laser source is divided into a plurality of laser beams on the workpiece. A plurality of irradiation regions with small areas separated from each other are formed. Here, the region irradiated with each laser beam emitted from the plurality of laser beam emitting units is referred to as an irradiation region.
Then, while moving the workpiece or the laser source (irradiation region) relatively, the laser beam is collectively irradiated so that the plurality of irradiation regions separated from each other are formed on the workpiece.
At that time, 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. Furthermore, 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.
In this way, it is substantially the same as having a large laser irradiation area on the workpiece, and a laser lift-off process can be performed in a short time.
Note that the laser beam that is superimposed and irradiated on the workpiece is irradiated with a slight interval since the workpiece is moved relative to the laser source. The material layer (GaN) has a very short time to return to room temperature after reaching the temperature at which the material layer decomposes. On the other hand, the irradiation interval of the laser light that is superimposed and irradiated on the workpiece is much longer than the time required to return to room temperature after reaching the temperature at which the material layer is decomposed. Therefore, in the region where the laser beam is superimposed, the irradiation energy of each laser beam is not summed up, so the irradiation region of the laser beam emitted from each laser beam emitting section is substantially small, and damage to the material layer is reduced. The

上記(2)については、以下のようにレーザ光を照射する。
前記したように、小面積のレーザ光の照射領域の位置を刻々と変えながら、各照射領域の端部が隣接する照射領域の端部と互いに重畳するように照射しても、ワークに対するレーザ光の照射方法如何により、基板から剥離後の材料層にクラックが生じる場合がある。
これについて以下に説明する。
図19は、前記ワークに対する照射領域を刻々と変えながら、レーザ光の照射領域のエッジ部が、ワークの搬送方向に従って順次に重畳するように、レーザ光を前記ワークに照射することにより、材料層を基板からレーザリフトオフする方法を示す。
同図は、レーザ光のワークに対する照射領域が四角形状(正方形)の場合を示し、同図の黒く塗りつぶした領域がレーザ光が照射されている照射領域であり、斜線で示した部分はレーザ光の照射済みの領域、白の部分はレーザ光が未照射の領域であり、照射領域は、同図の矢印で示す方向に順次移動し、照射領域を刻々と変えながらレーザ光が照射される。
また、同図では、基板から剥離された材料層の四角形状の剥離領域のうち、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が、2辺の場合(同図(a)の2辺剥離)、及び3辺の場合(同図(b)の3辺剥離)および一辺の場合(同図(c)1辺剥離)、をそれぞれ示す。
Regarding (2) above, laser light is irradiated as follows.
As described above, even if irradiation is performed so that the end of each irradiation region overlaps with the end of the adjacent irradiation region while changing the position of the irradiation region of the laser light of a small area, the laser light to the workpiece Depending on the irradiation method, cracks may occur in the material layer after peeling from the substrate.
This will be described below.
FIG. 19 shows the material layer by irradiating the workpiece with laser light such that the edge of the irradiation region of the laser beam is sequentially superimposed in accordance with the conveyance direction of the workpiece while changing the irradiation region with respect to the workpiece. Shows a method of laser lift-off from the substrate.
This figure shows the case where the irradiation area of the laser beam on the workpiece is square (square). The black area in the figure is the irradiation area irradiated with the laser beam, and the shaded area is the laser beam. The irradiated area and the white part are areas where the laser beam has not been irradiated, and the irradiated area is sequentially moved in the direction indicated by the arrow in the figure, and the laser beam is irradiated while changing the irradiation area every moment.
Moreover, in the same figure, when the peeling side of the material layer peeled for the first time from the substrate is two sides in the rectangular peeling region of the material layer peeled from the substrate (two-side peeling in FIG. 1A). , And the case of three sides (three-side peeling in FIG. 1B) and the case of one side (one-side peeling in FIG. 1C) are shown.

図20は、図19に示すレーザリフトオフ方法によって剥離した材料層の状態を示した画像であり、上記図19の(a)〜(c)のようにレーザリフトオフした場合の、基板から剥離後の材料層におけるクラック発生の有無をそれぞれ示したものである。
なお、図20は、前記したサファイア基板の上に形成されたGaN系化合物材料層をサファイア基板の裏面から図19に示す四角形状のレーザ光を照射することにより剥離させた場合を示し、図20(a)は、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺の場合(図19(a))を示し、図20(b)は3辺の場合(図19(b))を示し、図20(c)は一辺の場合(図19(c))を示す。
FIG. 20 is an image showing the state of the material layer peeled by the laser lift-off method shown in FIG. 19, and after peeling from the substrate when laser lift-off is performed as shown in FIGS. 19 (a) to 19 (c). It shows the presence or absence of occurrence of cracks in the material layer.
20 shows a case where the GaN-based compound material layer formed on the sapphire substrate is peeled off by irradiating the rectangular laser beam shown in FIG. 19 from the back surface of the sapphire substrate. (A) shows the case where the peeling side of the material layer peeled from the substrate for the first time is two sides (FIG. 19A), and FIG. 20B shows the case where there are three sides (FIG. 19B). FIG. 20C shows the case of one side (FIG. 19C).

図19(a)に示すように材料層の未分解領域からはじめて剥離された辺が2辺である場合は、図20(a)に示すようにクラックが生じなかったが、図19(b)に示すように、材料層の未分解領域からはじめて剥離された辺が3辺である場合は、図20(b)に示すように剥離後の材料層においてクラックが発生した。
この理由は、次のように考えられる。
材料層であるGaNはレーザ光が照射されることによってGaとNとに分解される。図19(a)(b)に示すように、GaNの分解時に発生したNガスは、基板から順次に剥離される四角形状の剥離領域において、GaNの未分解領域に接する辺からは排出不可能であるため、既に基板から剥離済の辺から排出される。
図19(a)に示すようにGaNの四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離された辺が2辺である場合は、既に基板から剥離済の辺が2辺あり、Nガスの逃げ道はこの2辺となり、Nガスはこの2辺から逃げるため、光が照射されている領域には大きなガスの圧力は加わらない。
一方、図19(b)に示すように、GaNの四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離された辺が3辺である場合は、既に基板から剥離済の辺が1辺のみであり、Nガスの逃げ道がこの1辺しかない。このため、Nガスを十分に排出することができず、Nガスの圧力によって発生する応力が、基板から剥離した材料層における、GaNの未分解領域に接する3辺に蓄積することによって、基板から剥離後のGaNにおいてクラックが生じるものと考えられる。
As shown in FIG. 19 (a), when two sides were peeled for the first time from the undecomposed region of the material layer, cracks did not occur as shown in FIG. 20 (a), but FIG. 19 (b) As shown in FIG. 20, when the sides peeled for the first time from the undecomposed region of the material layer were three sides, cracks occurred in the peeled material layer as shown in FIG.
The reason is considered as follows.
GaN, which is a material layer, is decomposed into Ga and N 2 when irradiated with laser light. As shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), the N 2 gas generated during the decomposition of GaN is not discharged from the side in contact with the undecomposed region of GaN in a rectangular separation region that is sequentially separated from the substrate. Since it is possible, it is discharged from the side already peeled off from the substrate.
As shown in FIG. 19 (a), in the GaN square peel region, when there are two sides peeled for the first time from the substrate, there are two sides already peeled from the substrate, and the N 2 gas escape path Since these are the two sides and the N 2 gas escapes from these two sides, no large gas pressure is applied to the region irradiated with light.
On the other hand, as shown in FIG. 19 (b), in the GaN square-shaped peeling region, when there are three sides peeled for the first time from the substrate, there is only one side already peeled from the substrate, There is only one side of N 2 gas escape. For this reason, N 2 gas cannot be sufficiently discharged, and stress generated by the pressure of N 2 gas accumulates on three sides in contact with the undecomposed region of GaN in the material layer peeled from the substrate, It is considered that cracks occur in the GaN after peeling from the substrate.

図19(c)に示すように、材料層の未分解領域からはじめて剥離された辺が1辺である場合にも、図20(c)に示すように、上記と同じく、剥離後の材料層にクラックが発生した。
この場合は、図19(c)に示すように、既に基板から剥離済の辺が3辺あるため、Nガスの排出に関しては問題ない。しかし、レーザ光の照射によりGaNが分解する際に発生する応力が、GaNの未分解領域に接する1辺のみに集中するため、材料層の強度が十分でない場合に、基板から剥離後のGaNにおいてクラックが生じるものと考えられる。
なお、図19(c)に示すように、上下の領域が剥離済みの領域で、その間に未分解領域が残っており、この未分解領域にレーザ光を照射するのは特殊なケースであり、ワークの一端から他端に向けて順番にレーザ光を照射していく場合には生じないが、ワークに対するレーザ光の照射方法如何によっては、このようなケースが生ずる場合もあり、図19(c)に示す「1辺剥離」は、避けることが望ましい。
As shown in FIG. 19C, even when the side peeled for the first time from the undecomposed region of the material layer is one side, as shown in FIG. Cracks occurred.
In this case, as shown in FIG. 19 (c), there are three sides that have already been peeled from the substrate, so there is no problem with the discharge of N 2 gas. However, since the stress generated when GaN is decomposed by laser light irradiation is concentrated only on one side in contact with the undecomposed region of GaN, when the strength of the material layer is not sufficient, It is thought that cracks occur.
In addition, as shown in FIG. 19 (c), the upper and lower regions are already peeled regions, and an undecomposed region remains between them, and this undecomposed region is irradiated with laser light in a special case. This does not occur when laser light is irradiated in order from one end of the work to the other end, but such a case may occur depending on the method of irradiating the work with the laser light. FIG. It is desirable to avoid the “one-side peeling” shown in FIG.

以上のように、レーザ光のワークに対する照射領域を、ワークの移動方向と平行方向に伸びる1辺を有する四角形状とし、レーザ光をワークに対して照射することで基板から剥離された材料層の四角形状の剥離領域のうち、基板からはじめて剥離された辺が、2辺になるようにすることで、剥離後の材料層にクラックが生ずるのを防ぐことができる。
すなわち、図19(a)に示すように、基板からはじめて剥離された辺が2辺である場合は、基板から剥離後のGaNにおいて、図20(a)に示すように全くクラックが発生しなかった。
これは、GaNの四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離された辺が2辺である場合は、GaNの分解によって発生したNガスが、既に基板から剥離済の2辺から排出され、Nガスの逃げ道が十分に確保されるためである。
また、剥離された辺が2辺の場合は、レーザ光の照射によりGaNが分解する際に発生した応力は、GaNの未分解領域に接する2辺に分散して印加されることにより、クラックの発生が防止される。
As described above, the irradiation region of the laser beam on the workpiece has a quadrangular shape having one side extending in a direction parallel to the movement direction of the workpiece, and the material layer peeled from the substrate by irradiating the workpiece with the laser beam. By making the sides peeled for the first time from the substrate into two sides in the square peeled region, it is possible to prevent the material layer after peeling from being cracked.
That is, as shown in FIG. 19A, when there are two sides peeled from the substrate for the first time, no cracks are generated in the GaN after peeling from the substrate as shown in FIG. It was.
This is because, in the GaN square peel region, when there are two sides peeled for the first time from the substrate, the N 2 gas generated by the decomposition of GaN is discharged from the two sides already peeled from the substrate, This is because a sufficient escape path for N 2 gas is secured.
In addition, when the peeled sides are two sides, the stress generated when GaN is decomposed by laser light irradiation is distributed and applied to the two sides in contact with the undecomposed region of GaN, thereby causing cracks. Occurrence is prevented.

材料層の逃げ道を十分に確保することと、GaNが分解する際に発生した応力を分散させるためには、レーザ光の照射により基板から順次に剥離された剥離領域において、基板からはじめて剥離される辺の全長Xと、基板から既に剥離された辺の全長Yとの比が概ね1:1であることが好ましい。
即ち、四角形の場合は基板からはじめて剥離された辺を常に2辺にすることにより、材料層の分解時に発生したガスの逃げ道を確保することと、材料層の分解時に発生する応力を分散させること、の調和をうまく図ることができ、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を、防止若しくは抑制することができる。
In order to ensure a sufficient escape path for the material layer and to disperse the stress generated when GaN is decomposed, the material layer is peeled off from the substrate for the first time in the peeled area where it is peeled off sequentially from the substrate. It is preferable that the ratio of the total length X of the side and the total length Y of the side already peeled from the substrate is approximately 1: 1.
In other words, in the case of a quadrangle, the sides that are peeled off from the substrate for the first time are always two sides, thereby ensuring the escape path of the gas generated during the decomposition of the material layer and dispersing the stress generated during the decomposition of the material layer. And the occurrence of cracks in the material layer after peeling from the substrate can be prevented or suppressed.

以上に基づき、本発明においては、前記課題を次のように解決する。
(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において、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、分割された各パルス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。また、前記レーザ光の前記ワークに対する照射領域は、前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる1辺を有する四角形状に形成され、前記レーザ光は、前記基板から順次に剥離された前記材料層の四角形状の剥離領域において、前記基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺になるように、前記ワークに照射される。
(2)上記(1)において、前記レーザ光形成手段として複数の方形状の開口を有するマスクを用いる。
(3)上記(1)(2)において、前記ワーク上に形成される照射領域が、前記ワークの移動方向に傾斜した一直線上に配列される。
(4)上記(2)において、前記マスクは、前記複数の開口が互いに交差する一方の仮想線と他方の仮想線とにそれぞれ一直線上に配列される一方のマスクパターンと、他方のマスクパターンとからなり、マスクが有する開口がX字状に配列されている。
(5)上記(4)において、前記マスクの前記複数の開口を開閉するマスクシャッタを備え、前記マスクシャッタは、前記ワークの搬送時において、前記一方のマスクパターンの開口のみが開き、前記一方の仮想線と前記他方の仮想線との交点に位置する開口を除いて、前記他方のマスクパターンの開口が閉じるように開閉し、前記マスクシャッタは、前記ワークの搬送方向を180°切替える毎に、前記一方の仮想線と前記他方の仮想線との交点に位置する開口を除いて、前記一方のマスクパターン及び前記他方のマスクパターンそれぞれの開閉状態を切替える。
(6)上記(2)において、前記マスクは、一方の仮想線上に配列された複数の開口からなる一方のマスクパターンと、他方の仮想線上に配列された複数の開口からなる他方のマスクパターンとからなり、マスクが有する開口がV字状に配列される。
(7)上記(6)において、前記マスクは、前記一方のマスクパターン及び前記他方のマスクパターンの何れかのみがレーザ光照射領域内に配置されるように、前記マスクを搬送するマスク搬送機構を備え、前記マスク搬送機構は、前記ワークの搬送方向を180°切替える毎に、前記レーザ光照射領域内に配置するマスクパターンを切替える。
Based on the above, the present invention solves the above problems as follows.
(1) A laser lift-off device including a laser source that irradiates a workpiece having a material layer formed on a substrate with a laser beam through the substrate, and a transport mechanism that relatively moves the workpiece and the laser source. The laser light emitted from the laser source is divided into a plurality of laser light, and a plurality of laser light forming means for forming a plurality of irradiation regions spaced from each other on the workpiece by each of the divided pulse laser light, In the plurality of irradiation areas formed by the laser beam forming means, the ends of the adjacent irradiation areas extending in a direction parallel to the movement direction of the workpiece move relative to the laser source in one direction. As it does, it arranges so that it may superimpose sequentially. The irradiation region of the laser beam on the workpiece is formed in a quadrangular shape having one side extending in a direction parallel to the movement direction of the workpiece, and the laser beam is formed on the material layer sequentially peeled from the substrate. In the quadrangular peeling region, the workpiece is irradiated so that there are two peeling sides of the material layer peeled from the substrate for the first time.
(2) In the above (1), a mask having a plurality of rectangular openings is used as the laser beam forming means.
(3) In the above (1) and (2), the irradiation areas formed on the workpiece are arranged on a straight line inclined in the movement direction of the workpiece.
(4) In the above (2), the mask includes one mask pattern arranged on a straight line on each of the virtual line and the virtual line intersecting the plurality of openings, and the other mask pattern. The openings of the mask are arranged in an X shape.
(5) In the above (4), a mask shutter that opens and closes the plurality of openings of the mask is provided, and the mask shutter opens only the opening of the one mask pattern when the workpiece is transferred. Except for the opening located at the intersection of the imaginary line and the other imaginary line, the opening of the other mask pattern is opened and closed so as to be closed, and the mask shutter is changed every 180 ° in the conveyance direction of the workpiece, Except for the opening located at the intersection of the one virtual line and the other virtual line, the open / closed states of the one mask pattern and the other mask pattern are switched.
(6) In the above (2), the mask includes one mask pattern including a plurality of openings arranged on one imaginary line, and the other mask pattern including a plurality of openings arranged on the other imaginary line. The openings of the mask are arranged in a V shape.
(7) In the above (6), the mask includes a mask transport mechanism that transports the mask so that only one of the one mask pattern and the other mask pattern is disposed in the laser light irradiation region. The mask transport mechanism switches the mask pattern arranged in the laser light irradiation region every time the work transport direction is switched by 180 °.

(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直交方向の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の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N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。
(3)前記基板から順次に剥離された前記材料層の四角形状の剥離領域において、基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺になるようにしたので、GaNの分解によって発生したNガスが、既に基板から剥離済の2辺から排出され、Nガスの逃げ道を十分に確保することができる。また、剥離された辺が2辺の場合は、レーザ光の照射によりGaNが分解する際に発生した応力は、GaNの未分解領域に接する2辺に分散して印加され、クラックの発生が防止される。
(1) 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. That is, since a plurality of irradiation regions can be irradiated with laser light at once, even if each irradiation region is small in area, laser lift-off processing can be performed in a short time, and throughput can be improved. .
(2) The edge of the laser beam emitted from each of the adjacent laser beam emitting portions is superimposed in order according to the movement of the workpiece, and the workpiece conveyance direction in each irradiation region. Since the edge portions in the orthogonal direction overlap each other, the laser light having irradiation energy equal to or higher than the decomposition threshold necessary for decomposing the GaN-based compound into Ga and N 2 is reduced while reducing each irradiation area. The entire surface of the work can be irradiated.
Further, as described above, since the laser light irradiated on the overlap region is irradiated with a time interval sufficient for the temperature of the irradiated region to decrease, each irradiation of the laser light irradiated on the overlap region is performed. Energy is never added up. Therefore, even if the respective irradiation regions are overlapped, the same effect as that obtained by irradiating the laser light substantially for each irradiation region can be obtained. For this reason, damage to the material layer when the material layer is peeled from the substrate can be reduced.
(3) In the quadrangular peeling region of the material layer sequentially peeled from the substrate, the peeling side of the material layer peeled off from the substrate for the first time is set to two sides, so that N generated by the decomposition of GaN Two gases are discharged from the two sides already peeled from the substrate, and a sufficient escape path for N 2 gas can be secured. In addition, when there are two separated sides, the stress generated when GaN is decomposed by laser light irradiation is distributed and applied to the two sides in contact with the undecomposed region of GaN, preventing the generation of cracks. Is done.

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。It is a figure which shows the outline | summary of a structure of the laser lift-off apparatus of the Example of this invention. 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。It is a conceptual diagram of the optical system of the laser lift-off apparatus of the Example of this invention. 本発明の第1の実施例のレーザリフトオフ装置に用いられるマスクを示す図である。It is a figure which shows the mask used for the laser lift-off apparatus of the 1st Example of this invention. 本発明の第1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。It is a figure explaining the laser beam irradiation method which concerns on the laser lift-off apparatus of 1st Example of this invention. 本発明の第1の実施例の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。It is a figure which shows the scanning direction of the laser beam on the workpiece | work of the 1st Example of this invention, and the irradiation pattern of the laser beam to a workpiece | work. 本発明の第1の実施例におけ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。It is a time chart which shows the timing of irradiation of a laser beam and a pause in 1st Example of this invention. 第1の実施例におけ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。It is a figure which shows the relationship between the irradiation timing of the pulse laser beam in a 1st Example, and the irradiation area | region on a workpiece | work. 第1の実施例の変形例のレーザリフトオフ装置の光学系の概念図である。It is a conceptual diagram of the optical system of the laser lift-off apparatus of the modification of a 1st Example. 図8に示すレーザ光形成手段の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the laser beam formation means shown in FIG. 本発明の第2の実施例のレーザリフトオフ装置に用いられるマスクを示す図である。It is a figure which shows the mask used for the laser lift-off apparatus of the 2nd Example of this invention. 本発明の第2の実施例のマスクの開口を開閉するためのマスクシャッタの動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement of the mask shutter for opening and closing the opening of the mask of the 2nd Example of this invention. 第2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。It is a figure explaining the laser beam irradiation method which concerns on the laser lift-off apparatus of a 2nd Example. 第2の実施例の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。It is a figure which shows the scanning direction of the laser beam on the workpiece | work of a 2nd Example, and the irradiation pattern of the laser beam to a workpiece | work. 第2の実施例におけ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。It is a time chart which shows the timing of the irradiation of a laser beam and a rest in a 2nd Example. 本発明の第3の実施例のレーザリフトオフ装置に用いられるマスクを示す図である。It is a figure which shows the mask used for the laser lift-off apparatus of the 3rd Example of this invention. 第3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。It is a figure explaining the laser beam irradiation method which concerns on the laser lift-off apparatus of a 3rd Example. 第3の実施例において、マスクを移動させるためのマスク搬送機構を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a mask transport mechanism for moving a mask in the third embodiment. 第3の実施例におけ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。It is a time chart which shows the timing of the irradiation of a laser beam and a rest in a 3rd Example. GaN未分解領域が2辺、3辺および1辺になるようにレーザ光を照射する場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where a laser beam is irradiated so that a GaN undecomposed area | region may become 2 sides, 3 sides, and 1 side. GaN未分解領域が2辺、3辺および1辺になるようにレーザ光を照射した場合の剥離後の材料層の表面状態を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the surface state of the material layer after peeling at the time of irradiating a laser beam so that a GaN undecomposed area | region may become 2 sides, 3 sides, and 1 side. 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。It is a figure explaining the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device which can use the laser lift-off apparatus of this invention. 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。It is a figure explaining the prior art which irradiates from the back surface of a board | substrate, moving a linear laser beam to the orthogonal | vertical direction with the longitudinal direction of a laser beam.

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。
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.
In the laser lift-off device shown in FIG. 1, 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.

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。   The laser beam should be appropriately selected according to the substrate 1 and the substance constituting the material layer peeled from the substrate 1. When the GaN-based compound material layer 2 is peeled from the sapphire substrate 1, for example, 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-based 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.

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。
FIG. 2 is a conceptual diagram of an optical system of the laser lift-off device according to the embodiment of the present invention.
In the figure, 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. 3 is provided with a projection lens 45 for projecting onto the projector 3. 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.

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。   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 is then 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. By irradiating the pulse laser beam L at the interface between the substrate 1 and the material layer 2, 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.

(1)第1の実施例
図3は本発明の第1の実施例のレーザリフトオフ装置が備えるマスクを示す図である。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光照射領域の、ワーク3の搬送方向と平行方向に延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、0.25mm以下になるような大きさに設定されている。
マスク44の開口M1〜M5の形状は、ワーク3の移動方向と平行方向に伸びる1辺を有する四角形状であることが好ましく、特にワーク3の移動方向と平行方向に伸びる2辺を有する、例えば、正方形、長方形とすることが好ましい。
(1) First Embodiment FIG. 3 is a view showing a mask provided in a laser lift-off apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the mask 44 of the present embodiment has a plurality of openings M <b> 1 to M <b> 5 as laser light emitting portions separated from each other in a metal plate portion, and as shown in FIG. 4 described later, 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). As shown in FIG. 5 to be described later, 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 workpiece 3 is conveyed in one direction. The light irradiation areas formed by the laser light are formed so as to be separated from each other without being continuous so that edge portions extending in a direction parallel to the conveyance direction of the workpiece 3 overlap.
The openings M <b> 1 to M <b> 5 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 shape of the openings M1 to M5 of the mask 44 is preferably a quadrangular shape having one side extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece 3, and particularly has two sides extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece 3. , Square and rectangular are preferable.

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0.25mm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。
If 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.
As a result of verification through experiments and the like, when the shape of the irradiation region is close to a square as described above, if the irradiation area of the laser beam to the workpiece is 0.25 mm 2 or less, cracks in the material layer of the workpiece It was confirmed that the occurrence of the occurrence can be prevented.

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ないし図7は本発明のレーザリフトオフ装置にかかる第1の実施例のレーザリフトオフ処理を示す図である。
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6参照)に実行し、(3)(4)の手順をレーザ光の休止期間(図6参照)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。
Hereinafter, a laser beam irradiation method according to the laser lift-off apparatus of this embodiment will be described.
4 to 7 are views showing a laser lift-off process of the first embodiment according to the laser lift-off apparatus of the present invention.
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 procedure of laser light irradiation, the steps (2) and (5) are executed during the laser light irradiation period (see FIG. 6), and the steps (3) and (4) are performed by the laser. It is executed during the light pause period (see 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.
In the laser lift-off apparatus of the present embodiment, 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.

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。開口M1の上端はワーク3の上端から伸び出していてもよい。(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る。当該レーザ光が、ワーク3の左方から右方に向けて、ワーク3上において、マスク44の最も上方の開口M1の上端(仮想線LL1)から、マスク44の最も下方の開口M5の下端(仮想線LL2)に亘る領域S1に照射される。
4A, 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. In FIG. The upper end of the opening M1 may extend from the upper end of the workpiece 3. In the procedure (2), the workpiece 3 is conveyed in one direction from the right to the left while irradiating the laser beam.
Here, 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 formed on the workpiece 3 as shown in FIGS. Are arranged on a straight line inclined with respect to the conveying direction. The laser light is directed from the left side to the right side of the work 3 on the work 3 from the upper end of the uppermost opening M1 (virtual line LL1) of the mask 44 to the lower end of the lowermost opening M5 of the mask 44 ( The region S1 over the virtual line LL2) is irradiated.

マスク44の開口から照射されるレーザ光によりワーク3上に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。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の搬送速度とレーザ光のパルス間隔とが設定される。   The irradiation areas LA and LB, LB and LC, LC and LD, and LD and LE formed on the workpiece 3 by the laser beam irradiated from the opening of the mask 44 are transferred to the workpiece 3 when the workpiece 3 is conveyed in one direction. The edge portions LA1 and LB1 ′ extending in the direction parallel to the moving direction are overlapped with each other (the same applies to LB, LC, LD,...), And the overlapping region T1 is formed. Further, when the work 3 is transported in one direction, the transport speed of the work 3 and the laser so that the edge portions LA2, LB2,... Extending in the direction orthogonal to the transport direction of the work 3 in each irradiation region overlap each other. The pulse interval of light is set.

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の移動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。
また、図4、図5に示すように、ワーク3の一端側から順番に他端に向けてレーザ光が照射されるので、図5(b)の点線に示すように、基板から順次に剥離された材料層の剥離領域において、はじめて基板から剥離する辺が常に2辺になる。
Here, as shown in FIG. 5B, 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. When 3 is conveyed in one direction, 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.
Further, when the work 3 is transported in one direction, the work speed of the work 3 and the pulse laser beam are such that the edge portions LA2, LB2,... Extending in the direction orthogonal to the moving direction of the work 3 in each irradiation region overlap each other. 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).
Also, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, laser light is irradiated in order from one end side of the work 3 toward the other end, so that the workpiece 3 is peeled sequentially from the substrate as shown by the dotted line in FIG. In the peeled region of the material layer, the sides that are peeled off from the substrate for the first time are always two sides.

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。
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. In this example, the region A is irradiated with the laser beam a, the irradiation region B is irradiated with the laser beam b, and the irradiation region C is irradiated with the laser beam c.
In FIG. 7, 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.
Similarly, before the next pulse laser beam c is irradiated, 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.

図4の(3)(4)のパルスレーザ光の休止期間には、ワークの次なる領域にレーザ光を照射するために、ワーク3を図4に示す矢印(3)方向に搬送する。このときの搬送距離は、レーザ光の照射領域S1とS2とが重畳するように設定される。また(4)の手順では、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3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、ワーク3を右方から左方に一方向に搬送する。(5)の手順では、(1)の手順と同様にして、ワーク3においてマスク44の最も上方の開口M1の上端(図4(c)の仮想線LL3)から、マスク44の最も下方の開口M5の下端(図4(c)の仮想線LL4)に亘る領域S2に照射される。マスク44のそれぞれ隣接する開口から出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3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、レーザ光は、照射領域LF〜LJが、前記と同じく、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。
In the rest period of the pulsed laser light of (3) and (4) in FIG. 4, the work 3 is conveyed in the direction of the arrow (3) shown in FIG. 4 in order to irradiate the next region of the work with the laser light. The transport distance at this time is set so that the laser light irradiation areas S1 and S2 overlap each other. Further, in the procedure (4), in order to make the movement direction of the work 3 relative to the mask 44 the same as the movement direction of (2), the work 3 is conveyed from the left to the right according to the arrow (4) in FIG.
In the next procedure (5), the workpiece 3 is conveyed in one direction from the right to the left while irradiating the laser beam. In the procedure of (5), in the same manner as the procedure of (1), the lowermost opening of the mask 44 from the upper end of the uppermost opening M1 of the mask 44 in the workpiece 3 (the phantom line LL3 in FIG. 4C). It irradiates to area | region S2 covering the lower end (virtual line LL4 of FIG.4 (c)) of M5. Irradiation regions LF and LG, LG and LH, LH and LI, and LI and LJ formed by laser light emitted from openings adjacent to the mask 44 are overlapped with edge portions extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece 3. Irradiate as you do. Further, the laser beams are irradiated so that the irradiation regions LF to LJ overlap with the edge portions of the irradiation regions extending in the direction orthogonal to the conveyance direction of the workpiece 3 as described above.

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により、ワーク上に、互いに離間した照射領域LA−LEを形成し、また、隣接する開口M1−M5から出射したレーザ光により形成される照射領域LA−LE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により形成される照射領域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、レーザ光により形成される照射領域LAはLBよりも後に形成されるが、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T1は既に室温状態になっているため、レーザ光により形成される照射領域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。
さらに、本実施例においては、図4、図5に示したように、ワーク3の一端側から順番に他端に向けて、照射領域群S1,S2・・・が順次に並んで形成されるようレーザ光がワーク3の全面に亘って照射される。このようにレーザ光を照射することにより、基板から順次に剥離された材料層の剥離領域において、はじめて基板から剥離する辺が常に2辺になる。
In the above embodiment, 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 irradiation regions LA-LE that are separated from each other are formed on the workpiece by the laser beam divided by the above, and the irradiation region LA-LE formed by the laser beams 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. For this reason, laser lift-off can be performed in a short time, and throughput can be improved.
In addition, in the above-described embodiment, the irradiation areas LA to LE formed by the laser beams 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 | segmented laser beam is not added together. For example, the irradiation area LA formed by laser light is formed after LB, but since the time until the material layer returns from the decomposition temperature to room temperature is extremely short, it is already irradiated by LB when LA is irradiated. Since the region T1 is already at room temperature, the irradiation energy of the irradiation regions LA and LB formed by the laser light is not added. That is, 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.
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the irradiation region groups S1, S2,... Are sequentially arranged from one end side of the work 3 to the other end in order. The laser beam is irradiated over the entire surface of the work 3. By irradiating with laser light in this way, in the peeling region of the material layer sequentially peeled from the substrate, the sides to be peeled from the substrate for the first time are always two sides.

このように、第1の実施例のレーザリフトオフ処理は、複数の開口を有してなるマスク44を介してワーク3に対してレーザ光を照射するものであるため、実質的にワークにおけるレーザ光の照射領域を大面積とすることができ、これにより、ダメージを軽減できるものでありながら、短時間のレーザリフトオフ処理が可能となる。
さらに、第1の実施例のレーザリフトオフ処理は、基板から順次に剥離された材料層の剥離領域において、はじめて基板から剥離する辺が常に2辺になるため、前述したように、材料層の分解時に発生したガスの逃げ道を確保することと、材料層の分解時の初期に発生する応力がかかる辺の全長が十分に長いこと、の調和をうまく図ることができ、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を、防止若しくは抑制することができる。
As described above, the laser lift-off process of the first embodiment irradiates the workpiece 3 with the laser beam through the mask 44 having a plurality of openings. Thus, the laser lift-off process can be performed in a short time while the damage can be reduced.
Furthermore, in the laser lift-off process of the first embodiment, since the side to be peeled off from the substrate is always two sides for the first time in the peeling region of the material layer that has been peeled off sequentially from the substrate, the material layer is decomposed as described above. The material layer after peeling from the substrate can be well harmonized by ensuring the escape path of the gas generated from time to time and the length of the side where the stress generated in the initial stage when the material layer is decomposed is sufficiently long. The occurrence of cracks in can be prevented or suppressed.

(2)第1の実施例の変形例
上記実施例では、分割されたレーザ光をマスクを用いて形成していたが、以下に説明するように、光ファイバを用いて分割されたレーザ光を形成してもよい。
図8、図9は上記第1の実施例の変形例を示す図であり、図8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9は、図8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9(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。
本変形例においては、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9(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。
本変形例のように光ファイバを用いても、前記第1の実施例で説明したようにワーク3にレーザ光を照射することにより、第1の実施例と同様の効果を得ることができ、短時間のレーザリフトオフ処理が可能となるとともに、ダメージを軽減し、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を、防止若しくは抑制することができる。
(2) Modification of the first embodiment In the above embodiment, the divided laser beam is formed using a mask, but the laser beam divided using an optical fiber is used as described below. It may be formed.
8 and 9 are diagrams showing modifications of the first embodiment. FIG. 8 is a conceptual diagram of an optical system of a laser lift-off device when other laser beam forming means is used, and FIG. 9 is an enlarged view of the laser beam forming means shown in FIG. 8, FIG. 9A is an enlarged view of the vicinity of the workpiece, and FIG. 9B is a view showing the arrangement of the light emitting elements. .
In this modification, 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, and the laser light emitting part corresponding to the opening of the mask is the light emitting elements 62a to 62e. Corresponds to 62e.
That is, as shown in FIGS. 9A and 9B, 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. For example, as shown in FIG. 5, each of the light emitting elements 62a to 62e is arranged on a line. When the workpiece 3 is conveyed in one direction, the laser light emitted from the adjacent laser light emitting portions is used. 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.
Even when an optical fiber is used as in this modification, the same effect as in the first embodiment can be obtained by irradiating the workpiece 3 with laser light as described in the first embodiment. Laser lift-off processing can be performed for a short time, damage can be reduced, and generation of cracks in the material layer after peeling from the substrate can be prevented or suppressed.

(3)第2の実施例
図10ないし図14は、本発明のレーザリフトオフ装置にかかる第2の実施例のレーザリフトオフ処理を説明する図である。マスク44は、図10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〜M9を、互いに離間すると共に、ワーク3の搬送方向に対して互いに傾斜し、中央に位置する開口M3で交差する一方の仮想線L1上と他方の仮想線L2上のそれぞれに一直線上に配列することで、X字状に穿設したものである。
各々の開口M1〜M9は、図13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から出射するレーザ光の、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。
図11は、マスク44に複数設けられた開口M1〜M9を開閉するためのマスクシャッタMS1〜MS4の動作を示す。第2の実施例のマスク44は、マスクシャッタを適宜開閉することにより、2種類の異なるマスクパターンを形成することができる。
同図(a)はマスクシャッタMS1−MS4を全て開放した状態を示すが、本実施例では、この状態でマスク44を使用することはしない。本実施例のマスク44は、同図(b)(c)のように、一方の仮想線L1或いは他方の仮想線L2の何れかの上に開口M1−M9が一直線上に配列するようにマスクシャッタMS1−MS4を開閉することによってマスクパターンMP1とマスクパターンMP2の双方を形成することができる。マスクパターンMP1とマスクパターンMP2とは、レーザ光に対するワークの移動方向を切替える毎に切替えて使用する。
(3) Second Embodiment FIGS. 10 to 14 are diagrams for explaining a laser lift-off process according to a second embodiment of the laser lift-off apparatus of the present invention. As shown in FIG. 10, the mask 44 has a plurality of openings M <b> 1 to M <b> 9 as laser beam emitting portions that are spaced apart from each other and inclined with respect to the conveyance direction of the workpiece 3. It is drilled in an X shape by arranging it on one imaginary line L1 and the other imaginary line L2 intersecting each other at the opening M3 located at the same position.
As shown in FIG. 13, each of the openings M <b> 1 to M <b> 9 extends in a direction parallel to the conveying direction of the workpiece 3 of the laser beam emitted from each adjacent laser beam emitting portion when the workpiece 3 is conveyed in one direction. The edges are formed so as not to be continuous with each other so as to overlap each other.
FIG. 11 shows the operation of the mask shutters MS1 to MS4 for opening and closing a plurality of openings M1 to M9 provided in the mask 44. The mask 44 of the second embodiment can form two different types of mask patterns by appropriately opening and closing the mask shutter.
FIG. 4A shows a state in which all the mask shutters MS1 to MS4 are opened, but in this embodiment, the mask 44 is not used in this state. As shown in FIGS. 2B and 2C, the mask 44 of the present embodiment is masked so that the openings M1 to M9 are aligned on either one of the virtual lines L1 or the other virtual line L2. Both the mask pattern MP1 and the mask pattern MP2 can be formed by opening and closing the shutters MS1-MS4. The mask pattern MP1 and the mask pattern MP2 are used by switching each time the workpiece moving direction with respect to the laser beam is switched.

図12は、本発明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。同図中の括弧数字はレーザ光照射の手順を示す。このレーザ光照射方法は、前述したようにマスク44を移動することなくワークを移動させてレーザ光を照射する。図13は、ワークへのレーザ光の照射パターンを示す。なお、説明の都合上、図13では、レーザ光をスキャンするように描かれている。また、図14はパルスレーザ光の照射期間及び休止期間を示すタイムチャートである。
図12に示す(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。M1の上端はワーク3の上端から伸び出していてもよい。このとき、図11(b)において、仮想線L1上に配列された開口M1−M5を開くようにマスクシャッタMS2、MS3をマスク外に退避させた状態にすると共に、仮想線L2上に配列された開口M6−M9を閉じるようにマスクシャッタMS1、MS4を進出させる。このようにして、マスク44においてマスクパターンMP1を形成する。
FIG. 12 illustrates a laser beam irradiation method according to the laser lift-off device of the present invention. The numbers in parentheses in the figure indicate the laser light irradiation procedure. In this laser beam irradiation method, as described above, the workpiece is moved without moving the mask 44 and the laser beam is irradiated. FIG. 13 shows an irradiation pattern of laser light onto the workpiece. For convenience of explanation, FIG. 13 shows the laser beam being scanned. FIG. 14 is a time chart showing a pulse laser beam irradiation period and a rest period.
In the procedure (1) shown in FIG. 12, the mask 44 is arranged so that the upper end of the uppermost opening M <b> 1 in the drawing is aligned with the upper end of the work 3. The upper end of M1 may extend from the upper end of the workpiece 3. At this time, in FIG. 11B, the mask shutters MS2 and MS3 are retracted from the mask so as to open the openings M1 to M5 arranged on the virtual line L1, and arranged on the virtual line L2. The mask shutters MS1 and MS4 are advanced to close the openings M6 to M9. In this way, a mask pattern MP1 is formed in the mask 44.

図12に示す(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。このとき、レーザ光がマスクパターンMP1を介することによって、図13(a)(b)に示すように、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アレイ状に配列された照射パターンP1が形成される。当該照射パターンP1は、ワーク3が右方から左方に向けて移動することにより、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12(a)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12(a)の仮想線LL2)に亘る領域S1に照射される。
図13(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LAとLB、LBとLC、LCとLD、LDとLEは、ワーク3を一方向に移動させたときにワーク3の移動方向と平行方向に伸びるエッジ部が重畳する。また、レーザ光により形成される照射領域LA〜LEは、前記図7で説明したように、ワーク3の移動方向と直交方向に伸びるそれぞれのエッジ部が重畳するように照射される。
In the procedure (2) shown in FIG. 12, the workpiece 3 is conveyed in one direction from right to left while irradiating laser light. At this time, as the laser light passes through the mask pattern MP1, as shown in FIGS. 13A and 13B, the irradiation areas LA to LE formed by the laser light are inclined straight with respect to the conveyance direction of the workpiece 3. Irradiation patterns P1 arranged in an array on the line are formed. The irradiation pattern P <b> 1 moves from the upper end of the opening M <b> 1 located on the uppermost side of the mask 44 in the work 3 (virtual line LL <b> 1 in FIG. 12A) as the work 3 moves from right to left. The region S1 is irradiated over the lower end (the phantom line LL2 in FIG. 12A) of the opening M5 located at the lowest position of the mask 44.
As shown in FIG. 13 (b), the irradiation areas LA and LB, LB and LC, LC and LD, and LD and LE formed by the laser beams irradiated from the adjacent laser beam emitting portions are used as one for the work 3. When moved in the direction, an edge portion extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece 3 is superimposed. Further, the irradiation areas LA to LE formed by the laser light are irradiated so that the respective edge portions extending in the direction orthogonal to the moving direction of the workpiece 3 overlap as described with reference to FIG.

次の図12に示す(3)の手順は、パルスレーザ光の休止期間(図14参照)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、即ち、ワークの移動とマスクパターンの変更を行う。
(3)の手順では、ワーク3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12のレーザ照射済みの領域S1よりもやや短い距離だけワーク3を図12に示す矢印(3)の方向に移動させる。ワーク3の搬送距離を領域S1よりやや短くするのは、図12に示す領域S1と、S2とを重畳させるためである。
さらに、(3)の手順では、マスクパターンMP1からマスクパターンMP2への変更を行う。
マスクパターンの変更は、図11(c)に示すように、仮想線L1上に配列された、開口M3を除く開口M1−M5を閉じるためにマスクシャッタMS2、MS3を進出させ、仮想線L2上に配列された開口M6−M9を開くためにマスクシャッタMS1、MS4をマスク44外に退避させる。このようにして、マスク44において、マスクパターンMP2を形成する。
Next, the procedure (3) shown in FIG. 12 is executed during the pause period of the pulse laser beam (see FIG. 14), and preparation for irradiating the next region of the workpiece 3 with the laser beam, that is, the movement of the workpiece. Change the mask pattern.
In the procedure of (3), in order to irradiate the next region of the workpiece 3 with the laser beam, the workpiece 3 is moved to the region shown in FIG. 12 by a slightly shorter distance than the laser-irradiated region S1 in FIG. It is moved in the direction of the arrow (3) shown. The reason why the conveyance distance of the workpiece 3 is slightly shorter than the area S1 is to overlap the areas S1 and S2 shown in FIG.
Further, in the procedure (3), the mask pattern MP1 is changed to the mask pattern MP2.
To change the mask pattern, as shown in FIG. 11 (c), the mask shutters MS2 and MS3 are advanced to close the openings M1-M5 except for the opening M3 arranged on the virtual line L1, and the mask pattern is changed on the virtual line L2. The mask shutters MS 1 and MS 4 are retracted out of the mask 44 in order to open the openings M 6 to M 9 arranged in the above. In this way, the mask pattern MP2 is formed in the mask 44.

次の図12に示す(4)の手順は、レーザ光を照射しながら、図12(b)の矢印(4)に従ってワーク3を左方から右方に移動させる。このとき、図13(c)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3の移動方向に対して傾斜した一直線上に配列された照射パターンP2が形成される。照射パターンP2は、ワーク3に対するレーザ光のスキャン方向を中心として照射パターンP1の線対称の形状を有する。当該照射パターンP2を有するレーザ光が、図13(a)に示すワーク3の右方から左方に向けて、つまり、レーザ光が照射された領域S1にレーザ光を照射したときと逆方向から照射され、ワーク3においてマスク44の最も上方に位置する開口M9の上端(12(b)の仮想線LL3)から、マスク44の最も下端に位置する開口の下端(図12(b)の仮想線LL4)に亘る領域S2に照射される。   In the procedure (4) shown in FIG. 12, the workpiece 3 is moved from the left to the right according to the arrow (4) in FIG. 12 (b) while irradiating the laser beam. At this time, as shown in FIG. 13C, an irradiation pattern P <b> 2 is formed in which irradiation regions LF to LJ formed by laser light are arranged on a straight line inclined with respect to the moving direction of the workpiece 3. The irradiation pattern P <b> 2 has a line-symmetric shape of the irradiation pattern P <b> 1 with the scanning direction of the laser beam with respect to the workpiece 3 as the center. The laser beam having the irradiation pattern P2 is directed from the right side to the left side of the workpiece 3 shown in FIG. 13A, that is, from the opposite direction to when the laser beam is irradiated onto the region S1 irradiated with the laser beam. Irradiated and from the upper end of the opening M9 positioned at the uppermost position of the mask 44 in the workpiece 3 (virtual line LL3 of 12 (b)) to the lower end of the opening positioned at the lowermost position of the mask 44 (virtual line of FIG. 12B) The region S2 over LL4) is irradiated.

図13(c)に示すように、それぞれ隣接する開口から照射されるレーザ光照射領域LFとLG、LGとLH、LHとLI、LIとLJは、ワーク3を一方向に搬送したときにワーク3の搬送方向と平行方向に伸びるエッジ部が重畳する。図12の(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、領域S1とS2とを重畳させる。また、レーザ光により形成される照射領域LF〜LJは、ワークの移動方向と直交方向に伸びる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)〜(4)を、ワーク3の一端から順に、ワーク3の一端から他端に向けて照射領域群S1,S2・・・が順次に並んで形成されるよう順次に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。   As shown in FIG. 13 (c), the laser light irradiation regions LF and LG, LG and LH, LH and LI, and LI and LJ irradiated from the adjacent openings respectively are the workpieces when the workpiece 3 is conveyed in one direction. The edge portions extending in the direction parallel to the conveyance direction 3 overlap. In the procedure of (3) in FIG. 12, the areas S1 and S2 are overlapped by adjusting the transport distance of the workpiece 3 as described above. Further, the irradiation areas LF to LJ formed by the laser light are irradiated so that the edge portions extending in the direction orthogonal to the moving direction of the workpiece overlap. The procedures (1) to (4) are sequentially performed from one end of the work 3 so that the irradiation region groups S1, S2,... Are sequentially formed from one end to the other end of the work 3. By repeatedly executing the laser beam, the entire surface of the workpiece 3 is irradiated with the laser beam.

第2の実施例のレーザリフトオフ処理によれば、隣接するレーザ光出射部としての開口M1−M9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、ワークを一方向に移動するに従って順次に重畳されながら、複数のレーザ光出射部から出射した光がワークに対して一括照射されるため、基本的には第1の実施例と同じく、実質的にワークへのレーザ光の照射領域を大面積にすることができるため、短時間のレーザリフトオフ処理が可能になる。また、第1の実施例と同様、基板から順次に剥離された材料層の剥離領域において、はじめて基板から剥離する辺が、図13(b)(c)の点線で示すように、常に2辺になる。このため、前述したように、材料層の分解時に発生したガスの逃げ道を確保することと、材料層の分解時の初期に発生する応力がかかる辺の全長が十分に長いこと、の調和をうまく図ることができ、基板から剥離後の材料層におけるクラックの発生を、防止若しくは抑制することができる。
さらに、マスク44によって形成されるレーザ光の照射パターンP1とP2とが、それぞれワーク3に対するレーザ光のスキャン方向を中心として線対称な形状を有しているので、ワークの搬送動作を簡略化することができる。これについて、以下に説明する。
According to the laser lift-off process of the second embodiment, the edge portion of the laser light emitted from the openings M1 to M9 serving as the adjacent laser light emitting portions that extends in the direction parallel to the moving direction of the workpiece moves the workpiece in one direction. Since the light emitted from the plurality of laser beam emitting portions is collectively irradiated onto the workpiece while being sequentially superimposed as it moves, basically the laser beam to the workpiece is substantially the same as in the first embodiment. Since the irradiation area can be made large, a laser lift-off process can be performed in a short time. Similarly to the first embodiment, in the peeling region of the material layer sequentially peeled from the substrate, the side to be peeled from the substrate for the first time always has two sides as shown by the dotted lines in FIGS. become. For this reason, as described above, the harmony between ensuring the escape path of the gas generated during the decomposition of the material layer and that the total length of the side on which the stress generated at the initial stage during the decomposition of the material layer is sufficiently long is excellent. The generation of cracks in the material layer after peeling from the substrate can be prevented or suppressed.
Further, since the laser light irradiation patterns P1 and P2 formed by the mask 44 have a line-symmetric shape with respect to the scanning direction of the laser light with respect to the work 3, respectively, the work transport operation is simplified. be able to. This will be described below.

第2の実施例のレーザリフトオフ処理によれば、図13(a)に示すようにワーク3の領域S1とS2とでレーザ光のワーク3に対するスキャン方向を180°変えている。このようにしても、ワークの移動方向を中心にして互いに線対称の関係にある2つの一直線上に配列されたレーザ光の照射パターンP1、P2を有するが故に、図13(b)(c)に示すように、レーザ光照射によって基板から初めて剥離される材料層の辺数を常に2辺にすることができる。
つまり、本実施例では、ワーク3のスキャン方向を左右で180°交互に変えることができ(前記第1の実施例の方法ではワークの移動方向は一方向のみ)るので、前記図4のレーザ光照射方法に示す(4)の手順、即ちワークの移動方向を一定に揃えるための手順を省略することができる。したがって、ワークの搬送動作を簡略化することができる。
なお、上記実施例では、分割されたレーザ光をマスクを用いて形成していたが、前記図8、図9に示したように、光ファイバを用いて分割されたレーザ光を形成してもよい。光ファイバを用いる場合には、本実施例に示すようなマスクシャッタを用いる必要はなく、光ファイバから光の放射をオンオフすればよい。
According to the laser lift-off process of the second embodiment, as shown in FIG. 13A, the scan direction of the laser beam with respect to the workpiece 3 is changed by 180 ° in the areas S1 and S2 of the workpiece 3. Even in this case, the laser light irradiation patterns P1 and P2 arranged on two straight lines having a line-symmetrical relationship with respect to the moving direction of the workpiece are provided, and therefore, FIGS. 13B and 13C. As shown, the number of sides of the material layer that is peeled off from the substrate for the first time by laser light irradiation can always be two.
That is, in this embodiment, the scan direction of the workpiece 3 can be alternately changed by 180 ° on the left and right (the moving direction of the workpiece is only one direction in the method of the first embodiment), so the laser shown in FIG. The procedure (4) shown in the light irradiation method, that is, the procedure for making the moving direction of the workpiece constant can be omitted. Therefore, the workpiece transfer operation can be simplified.
In the above embodiment, the divided laser beam is formed using a mask. However, as shown in FIGS. 8 and 9, the divided laser beam may be formed using an optical fiber. Good. When an optical fiber is used, it is not necessary to use a mask shutter as shown in this embodiment, and light emission from the optical fiber may be turned on and off.

(4)第3の実施例
図15ないし図18は、本発明のレーザリフトオフ装置にかかる第3の実施例のレーザリフトオフ処理を示す。マスク44は、図15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−M9を、互いに離間すると共に、ワーク3の搬送方向に対して互いに傾斜し且つV字状に交差する一方の仮想線L1上と他方の仮想線L2上のそれぞれに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は、前記したように、ワーク3を一方向に搬送したときに、隣接する開口から出射するレーザ光の、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。
(4) Third Embodiment FIGS. 15 to 18 show a laser lift-off process according to a third embodiment of the laser lift-off apparatus of the present invention. As shown in FIG. 15, the mask 44 has a plurality of openings M <b> 1 to M <b> 9 as laser beam emitting portions that are separated from each other and inclined with respect to the conveying direction of the workpiece 3 and V in the metal plate portion. It is drilled so as to be arranged in a straight line on one imaginary line L1 and the other imaginary line L2 intersecting in a letter shape.
As described above, each of the openings serving as the laser beam emitting portions has an edge portion extending in a direction parallel to the conveying direction of the workpiece 3 of the laser beam emitted from the adjacent opening when the workpiece 3 is conveyed in one direction. They are formed apart from each other so as to overlap.

図17は、マスク44を紙面左右に移動させるためのマスク搬送機構50を示す。第3の実施例に係るマスク44は、ワークの搬送方向に応じて、マスクステージ51上を紙面左右方向に摺動することによって、マスクパターンが変更される。マスク44は、一方の仮想線L1と他方の仮想線L2との交点に位置する開口M5を境界として、2つのマスクパターンを形成することができる。図15に示すように、マスク44は、一方の仮想線L1上に一直線に配列される開口M1−M5をレーザ光照射範囲内に配置し、他方の仮想線L2上に一直線に配列される開口M6−M9をレーザ光照射範囲外に退避させることでマスクパターンMP1が形成される。これとは逆に、マスク44は、一方の仮想線L1上に一直線に配列される開口M1−M4をレーザ光照射範囲外に退避させ、他方の仮想線L2上に一直線に配列される開口M5−M9をレーザ光照射範囲に配置することでマスクパターンMP22が形成される。   FIG. 17 shows a mask transport mechanism 50 for moving the mask 44 left and right on the paper surface. In the mask 44 according to the third embodiment, the mask pattern is changed by sliding on the mask stage 51 in the left-right direction on the paper surface in accordance with the conveyance direction of the workpiece. The mask 44 can form two mask patterns with the opening M5 located at the intersection of one virtual line L1 and the other virtual line L2 as a boundary. As shown in FIG. 15, the mask 44 has openings M1-M5 arranged in a straight line on one imaginary line L1 within the laser light irradiation range, and openings arranged in a straight line on the other imaginary line L2. Mask pattern MP1 is formed by retracting M6-M9 out of the laser light irradiation range. On the other hand, the mask 44 retracts the openings M1 to M4 arranged in a straight line on one virtual line L1 to the outside of the laser light irradiation range, and the openings M5 arranged in a straight line on the other virtual line L2. The mask pattern MP22 is formed by arranging -M9 in the laser beam irradiation range.

図16は、第3の実施例のレーザリフトオフ処理について説明する。同図中の括弧数字はレーザ光照射の手順を示す。このレーザ光照射方法は、ワークの搬送に応じてマスク44を移動することによりマスクパターンを変えるところが、第1及び第2の実施例と異なる。なお、第3の実施例のレーザリフトオフ処理では、ワークへのレーザ光の照射パターンは第2の実施例と同じであるため、ワークへのレーザ光の照射パターンについては図16を用いて説明する。
図16に示す(1)の手順では、マスク44は図16中で最も上方に位置する開口M5の上端がワーク3の上端と同一の仮想線LL1上に並ぶように配置される。開口M5の上端がワーク3の上端から伸び出してもよい。このとき、マスク搬送機構によってマスク44を搬送し、図16(a)に示すように、開口M1−M5をレーザ光照射範囲内に配置し、開口M6〜M9をレーザ光照射範囲外に退避させ、マスク44にマスクパターンMP1を形成する。
FIG. 16 illustrates the laser lift-off process of the third embodiment. The numbers in parentheses in the figure indicate the laser light irradiation procedure. This laser beam irradiation method is different from the first and second embodiments in that the mask pattern is changed by moving the mask 44 according to the conveyance of the workpiece. In the laser lift-off process of the third embodiment, the irradiation pattern of the laser beam to the workpiece is the same as that of the second embodiment. Therefore, the irradiation pattern of the laser beam to the workpiece will be described with reference to FIG. .
In the procedure (1) shown in FIG. 16, the mask 44 is arranged so that the upper end of the uppermost opening M <b> 5 in FIG. 16 is aligned on the same virtual line LL <b> 1 as the upper end of the work 3. The upper end of the opening M5 may extend from the upper end of the workpiece 3. At this time, the mask 44 is transported by the mask transport mechanism, and the openings M1 to M5 are disposed within the laser light irradiation range and the openings M6 to M9 are retracted outside the laser light irradiation range as shown in FIG. The mask pattern MP1 is formed on the mask 44.

図16に示す(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。このとき、レーザ光がマスク44のマスクパターンMP1を介することによって、図13(b)に示したように、レーザ光により形成される照射領域LA〜LEがワークの搬送方向に対して傾斜した一直線上にアレイ状に配列された照射パターンP1が形成される。
レーザ光は、ワーク3が右方から左方に向けて移動することにより、図16(a)に示すように、ワーク3においてマスク44の最も上方に位置する開口M5の上端(図16(a)の仮想線LL1)から、マスク44の最も下方に位置する開口M1の下端(図16(a)の仮想線LL2)に亘る領域S1に照射される。
In the procedure (2) shown in FIG. 16, the workpiece 3 is conveyed in one direction from right to left while irradiating laser light. At this time, since the laser light passes through the mask pattern MP1 of the mask 44, as shown in FIG. 13B, the irradiation areas LA to LE formed by the laser light are inclined straight with respect to the workpiece conveyance direction. Irradiation patterns P1 arranged in an array on the line are formed.
When the workpiece 3 moves from the right side to the left side, the laser light is moved from the right side to the left side, as shown in FIG. 16A, the upper end of the opening M5 positioned above the mask 44 in the workpiece 3 (FIG. 16A). ) From the imaginary line LL1) to the lower end of the opening M1 located on the lowermost side of the mask 44 (the imaginary line LL2 in FIG. 16A).

次の図16に示す(3)の手順は、パルスレーザ光の休止期間(図18参照)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、即ち、ワークの移動とマスクパターンの変更を行う。
(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16(a)のレーザ光が照射される領域S1よりもやや短い距離だけワーク3を図16に示す矢印(3)の方向に移動させる。ワーク3の搬送距離をレーザ照射領域S1よりやや短くするのは、図16(b)に示すレーザ光照射領域S1とS2とを重畳させるためである。
さらに、(3)の手順では、マスクパターンMP1からマスクパターンMP2への変更を行う。マスクパターンの変更は、図17に示すマスク搬送機構を用いてマスク44を摺動させ、仮想線L1上に配列された開口M1−M4をレーザ光照射範囲外へ退避させ、仮想線L2上に配列された開口M5−M9をレーザ光照射範囲内に配置させる。このようにして、マスク44においてマスクパターンMP2を形成する。
The next step (3) shown in FIG. 16 is executed during the pause period of the pulse laser beam (see FIG. 18), and preparation for irradiating the next region of the workpiece 3 with the laser beam, that is, movement of the workpiece. Change the mask pattern.
In the procedure of (3), in order to irradiate the next region of the workpiece with the laser beam, the workpiece 3 is a little shorter than the region S1 irradiated with the laser beam of FIG. Is moved in the direction of arrow (3) shown in FIG. The reason why the transport distance of the workpiece 3 is slightly shorter than the laser irradiation area S1 is to overlap the laser light irradiation areas S1 and S2 shown in FIG.
Further, in the procedure (3), the mask pattern MP1 is changed to the mask pattern MP2. To change the mask pattern, the mask 44 is slid using the mask transport mechanism shown in FIG. 17, the openings M1 to M4 arranged on the virtual line L1 are retracted outside the laser light irradiation range, and the mask pattern is moved onto the virtual line L2. The arranged openings M5-M9 are arranged within the laser light irradiation range. In this way, a mask pattern MP2 is formed in the mask 44.

次の図16に示す(4)の手順は、レーザ光を照射しながら、図16(b)の矢印(4)に従ってワーク3を左方から右方に移動させる。このとき、図13(c)に示したように、レーザ光により形成される照射領域LF〜LJがワーク3の移動方向に対して傾斜した一直線上にアレイ状に配列された照射パターンP2が形成される。照射パターンP2は、ワーク3に対するレーザ光のスキャン方向を中心として照射パターンP1の線対称の形状を有する。
当該照射パターン2を有するレーザ光が、図16(b)に示すように、ワーク3の右方から左方に向けて、つまり、領域S1にレーザ光を照射したときと逆方向から照射され、ワーク3においてマスク44の最も上方に位置する開口M5の上端(図16(B)の仮想線LL3)から、マスク44の最も下端に位置する開口M9の下端(図16(B)の仮想線LL4)に亘る領域S2に照射される。このような手順(1)〜(4)を、ワークの一端から順に、ワークの一端から他端に向けて、照射領域群S1,S2・・・が順次に形成されるよう順次に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。
The procedure (4) shown in FIG. 16 moves the workpiece 3 from the left to the right according to the arrow (4) in FIG. 16 (b) while irradiating the laser beam. At this time, as shown in FIG. 13C, an irradiation pattern P2 is formed in which irradiation regions LF to LJ formed by laser light are arranged in an array on a straight line inclined with respect to the moving direction of the workpiece 3. Is done. The irradiation pattern P <b> 2 has a line-symmetric shape of the irradiation pattern P <b> 1 with the scanning direction of the laser beam with respect to the workpiece 3 as the center.
As shown in FIG. 16 (b), the laser beam having the irradiation pattern 2 is irradiated from the right side to the left side of the work 3, that is, from the direction opposite to that when the region S1 is irradiated with the laser beam. In the work 3, from the upper end of the opening M5 positioned above the mask 44 (virtual line LL3 in FIG. 16B) to the lower end of the opening M9 positioned at the lowermost end of the mask 44 (virtual line LL4 in FIG. 16B). ) Over the region S2. These procedures (1) to (4) are repeatedly executed sequentially from one end of the work in order so that the irradiation region groups S1, S2,... Are sequentially formed from one end of the work to the other end. Thus, the laser beam is irradiated over the entire surface of the work 3.

上述した第3の実施例のレーザリフトオフ処理によれば、基本的には第1の実施例のレーザリフトオフ処理と同じ効果を期待することができる。さらに、マスク44によって形成されるレーザ光の照射パターンP1とP2とが、それぞれワークに対するレーザ光のスキャン方向を中心として線対称な形状を有しているので、レーザ光照射によって基板から初めて剥離される材料層の辺数が常に2辺となり、また、第2の実施例と同じくワークの搬送動作を簡略化することができる。
なお、上記実施例では、分割されたレーザ光をマスクを用いて形成していたが、前記図8、図9に示したように、光ファイバを用いて分割されたレーザ光を形成してもよい。光ファイバを用いる場合には、本実施例に示すようなマスクを移動させる必要はなく、光ファイバから光の放射をオンオフすればよい。
According to the laser lift-off process of the third embodiment described above, basically the same effect as the laser lift-off process of the first embodiment can be expected. Further, since the laser light irradiation patterns P1 and P2 formed by the mask 44 have a line-symmetric shape with respect to the scanning direction of the laser light with respect to the workpiece, they are peeled off from the substrate for the first time by laser light irradiation. The number of sides of the material layer is always two, and the workpiece transfer operation can be simplified as in the second embodiment.
In the above embodiment, the divided laser beam is formed using a mask. However, as shown in FIGS. 8 and 9, the divided laser beam may be formed using an optical fiber. Good. When an optical fiber is used, it is not necessary to move the mask as shown in this embodiment, and light emission from the optical fiber may be turned on and off.

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21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21(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21(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。
Finally, a method for manufacturing a semiconductor light-emitting element that can use the above-described laser lift-off device will be described. Below, the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device formed of a GaN-based compound material layer will be described with reference to FIG.
As the substrate for crystal growth, 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. As shown in FIG. 21A, 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. 21B, 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. For example, GaN doped with silicon is used as the n-type semiconductor, and GaN doped with magnesium is used as the p-type semiconductor.

続いて、図21(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21(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21(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。
Subsequently, as shown in FIG. 21C, solder 105 is applied on the p-type semiconductor layer 104. Subsequently, as shown in FIG. 21 (d), a 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. 21E, 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.
By irradiating the interface between the sapphire substrate 101 and the GaN layer 102 with the laser beam 107 and decomposing 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.

1 基板
2 材料層
3 ワーク
100 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
50 マスク搬送機構
51 マスクステージ
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
M1〜M9 マスクの開口
MS1〜MS4 マスクシャッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Material layer 3 Workpiece | work 100 Laser lift-off apparatus 20 Laser source 31 Work stage 32 Conveyance mechanism 33 Control part 40 Laser optical system 41, 42 Cylindrical lens 43 Mirror 44 Mask 45 Projection lens 50 Mask conveyance mechanism 51 Mask stages 60a-60e Fiber 61a to 61e Light guides 62a to 62e Light emitting element 101 Sapphire substrate 102 GaN layer 103 n-type semiconductor layer 104 p-type semiconductor layer 105 solder 106 support substrate 107 laser beam 108 transparent electrode (ITO)
109 Electrodes M1 to M9 Mask openings MS1 to MS4 Mask shutter

Claims (7)

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において、
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、分割された各パルス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、
前記レーザ光の前記ワークに対する照射領域は、前記ワークの移動方向と平行方向に伸びる1辺を有する四角形状に形成され、
前記レーザ光は、前記基板から順次に剥離された前記材料層の四角形状の剥離領域において、前記基板からはじめて剥離される材料層の剥離辺が2辺になるように、前記ワークに照射されることを特徴とするレーザリフトオフ装置。
In a laser lift-off device comprising a laser source that irradiates a laser beam through the substrate with respect to a workpiece in which a material layer is formed on the substrate, and a transport mechanism that relatively moves the workpiece and the laser source.
Laser light emitted from the laser source is divided into a plurality of laser lights, and laser light forming means for forming a plurality of irradiation regions separated from each other on the workpiece by the divided pulse laser lights,
In the plurality of irradiation areas formed by the laser beam forming means, the ends of the adjacent irradiation areas extending in a direction parallel to the movement direction of the workpiece move relative to the laser source in one direction. Are arranged so that they are sequentially superimposed,
The irradiation region of the laser beam on the workpiece is formed in a quadrangular shape having one side extending in a direction parallel to the moving direction of the workpiece,
The laser beam is applied to the workpiece so that the material layer that is peeled off from the substrate for the first time is separated into two sides in the rectangular peeling region of the material layer that is peeled off sequentially from the substrate. A laser lift-off device.
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。   2. The laser lift-off apparatus according to claim 1, wherein the laser beam forming means is a mask having a plurality of rectangular openings. 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。   3. The laser lift-off device according to claim 1, wherein the irradiation areas formed on the workpiece are arranged on a straight line inclined in the moving direction of the workpiece. 前記マスクは、前記複数の開口が互いに交差する一方の仮想線と他方の仮想線とにそれぞれ一直線上に配列される一方のマスクパターンと、他方のマスクパターンとからなり、マスクが有する開口がX字状に配列されていることを特徴とする請求項2記載のレーザリフトオフ装置。   The mask is composed of one mask pattern and the other mask pattern arranged in a straight line on one virtual line and the other virtual line where the plurality of openings intersect with each other, and the opening of the mask is X 3. The laser lift-off device according to claim 2, wherein the laser lift-off device is arranged in a letter shape. 前記マスクの前記複数の開口を開閉するマスクシャッタを備え、
前記マスクシャッタは、前記ワークの搬送時において、前記一方のマスクパターンの開口のみが開き、前記一方の仮想線と前記他方の仮想線との交点に位置する開口を除いて、前記他方のマスクパターンの開口が閉じるように開閉し、
前記マスクシャッタは、前記ワークの搬送方向を180°切替える毎に、前記一方の仮想線と前記他方の仮想線との交点に位置する開口を除いて、前記一方のマスクパターン及び前記他方のマスクパターンそれぞれの開閉状態を切替えることを特徴とする請求項4記載のレーザリフトオフ装置。
A mask shutter for opening and closing the plurality of openings of the mask;
In the mask shutter, only the opening of the one mask pattern is opened at the time of transferring the workpiece, and the other mask pattern except for the opening located at the intersection of the one virtual line and the other virtual line. Open and close so that the opening of
Each time the mask shutter is switched by 180 °, the one mask pattern and the other mask pattern except for the opening located at the intersection of the one virtual line and the other virtual line. 5. The laser lift-off device according to claim 4, wherein each open / close state is switched.
前記マスクは、一方の仮想線上に配列された複数の開口からなる一方のマスクパターンと、他方の仮想線上に配列された複数の開口からなる他方のマスクパターンとからなり、マスクが有する開口がV字状に配列されることを特徴とする請求項2記載のレーザリフトオフ装置。   The mask is composed of one mask pattern composed of a plurality of openings arranged on one imaginary line and the other mask pattern composed of a plurality of openings arranged on the other imaginary line. 3. The laser lift-off device according to claim 2, wherein the laser lift-off device is arranged in a letter shape. 前記マスクは、前記一方のマスクパターン及び前記他方のマスクパターンの何れかのみがレーザ光照射領域内に配置されるように、前記マスクを搬送するマスク搬送機構を備え、
前記マスク搬送機構は、前記ワークの搬送方向を180°切替える毎に、前記レーザ光照射領域内に配置するマスクパターンを切替えることを特徴とする請求項6記載のレーザリフトオフ装置。
The mask includes a mask transport mechanism that transports the mask so that only one of the one mask pattern and the other mask pattern is disposed in the laser light irradiation region,
7. The laser lift-off device according to claim 6, wherein the mask transport mechanism switches a mask pattern arranged in the laser light irradiation region every time the work transport direction is switched by 180 [deg.].
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