TW202105466A - 光元件之移設方法 - Google Patents

Abstract

[課題] 提供一種光元件之移設方法，在移設光元件層時，不實施酸洗而除去殘留在光元件層的緩衝層。[解決手段] 一種光元件之移設方法，包含：移設基板接合步驟ST11、緩衝層破壞步驟ST12、光元件層移設步驟ST13、及緩衝層除去步驟ST14。在光元件層移設步驟ST13中，在緩衝層破壞步驟ST12之後，將磊晶基板從光元件層剝離並將光元件層移設至移設基板。在緩衝層除去步驟ST14中，在光元件層移設步驟ST13之後，照射對殘留在光元件層的緩衝層具有吸收性的波長之脈衝雷射光束，除去殘留的緩衝層。

Description

光元件之移設方法

本發明係關於一種光元件之移設方法。

LED（Light Emitting Diode；發光二極體）等的光元件是例如藉由使構成pn接合的n型半導體層及p型半導體層在藍寶石基板的表面上磊晶成長而形成。已知有一種剝離技術，其係將如上述方式形成的光元件層從藍寶石基板剝離之所謂雷射剝離的剝離技術（參閱專利文獻1及2）。光元件層是在藍寶石基板上隔著緩衝層而形成。在雷射剝離方法中，藉由對緩衝層照射雷射光束以分離藍寶石基板及光元件層，並將光元件層往移設基板移設。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-072052號公報 [專利文獻2]日本特開2016-021464號公報

[發明所欲解決的課題] 在以往，藉由對移設後的光元件層實施鹽酸（HCL）的酸洗，而除去藉由雷射光束的照射所破壞的緩衝層的殘留物、以及未被破壞而直接附著於光元件層的緩衝層等。然而，會有以下問題：因為廢液處理而成本大增、廢液處理為危險作業、及在酸洗後進一步需要用於除去鹽酸的清洗步驟而增加所需時間。

本發明鑒於上述問題點，其目的在於提供一種光元件之移設方法，在移設光元件層時，不實施酸洗而除去殘留在光元件層的緩衝層。

[解決課題的技術手段] 為解決上述課題並達到目的，本發明的光元件之移設方法，將在磊晶基板的正面隔著緩衝層層積有光元件層的光元件晶圓的光元件移轉至移設基板，其特徵在於，包含：移設基板接合步驟，在該光元件晶圓的光元件層的正面透過接合層接合移設基板以形成複合基板；緩衝層破壞步驟，在該移設基板接合步驟之後，從構成該複合基板的光元件晶圓的磊晶基板的背面側照射對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性的波長之脈衝雷射光束，破壞緩衝層；以及光元件層移設步驟，在該緩衝層破壞步驟之後，將磊晶基板從光元件層剝離並將光元件層移設至移設基板；在該光元件層移設步驟之後，照射對殘留在該光元件層的緩衝層具有吸收性的波長之該脈衝雷射光束，實施除去殘留的緩衝層之緩衝層除去步驟。

亦可包含微發光二極體形成步驟，其在該移設基板接合步驟之前，將該光元件層分割為晶片尺寸並形成微發光二極體。

亦可包含安裝步驟，其在該緩衝層除去步驟之後，從移設基板拾取該光元件層並安裝於安裝基板。

[發明功效] 本案發明在移設光元件層時，可不實施酸洗而除去殘留在光元件層的緩衝層。

參閱圖式詳細說明關於用來實施本發明的方式（實施方式）。本發明並不由以下的實施方式所記載的內容所限定。另外，以下記載的構成要素包含本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易思及、實質上為相同之技術內容。進而，可將以下記載的構成進行適當的組合。另外，在不脫離本發明要旨的範圍內可進行構成之各種省略、置換或變更。

[實施方式] 基於圖式說明本發明的實施方式的移設方法。首先，說明包含實施方式的光元件7的移設方法的移設對象之光元件晶圓1的構成。圖1係包含實施方式的光元件7的移設方法的移設對象之光元件晶圓1的立體圖。圖2係圖1的光元件晶圓1的剖面圖。再者，圖1及圖2係為了本實施方式的說明，將相對於光元件晶圓1之光元件層5等以大於實際的尺寸示意表示，以下的圖式亦相同。光元件晶圓1如圖2所示，包含：磊晶基板2、以及隔著緩衝層4在磊晶基板2的正面3側所層積之光元件層5。

磊晶基板2在本實施方式中，是具有直徑約6英吋（約150mm）程度且厚度為1.2mm～1.5mm程度的圓板形狀之藍寶石基板。光元件層5在本實施方式中，如圖2所示，是在磊晶基板2的正面3藉由磊晶成長法而形成為合計6µm程度厚度之n型氮化鎵半導體層5-1及p型氮化鎵半導體層5-2。光元件層5舉例而言是作為LED被使用。緩衝層4在本實施方式中，是在磊晶基板2層積光元件層5時，在磊晶基板2的正面3與光元件層5的p型氮化鎵半導體層5-2之間形成的厚度為1µm程度之氮化鎵（GaN）層。

光元件層5在本實施方式中，如圖1所示，是在藉由格子狀交叉的多條切割道6所劃分的多個區域，被分割為晶片尺寸並層積形成光元件7。光元件層5彼此的間隔，亦即，光元件7彼此的間隔，是與切割道6的寬度相同。光元件層5彼此的間隔在本實施方式中，為5µm程度。光元件層5的大小，亦即，光元件7的大小，是與切割道6彼此的間隔相同。光元件層5的大小在本實施方式中，為10µm～20µm程度。光元件層5在本實施方式中，在直徑為6英寸的磊晶基板2形成200萬個左右之作為LED使用的光元件7。再者，磊晶基板2亦可為CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor；互補式金屬氧化物半導體）晶圓。CMOS元件的晶片大小是例如8mm～11mm程度，在此CMOS元件上形成多個光元件層5。

接著，說明實施方式的光元件7之移設方法。圖3係表示實施方式的光元件7之移設方法之流程圖。光元件7之移設方法是如圖3所示，包含：移設基板接合步驟ST11、緩衝層破壞步驟ST12、光元件層移設步驟ST13、及緩衝層除去步驟ST14。

圖4係表示圖3的移設基板接合步驟ST11的一狀態之剖面圖。圖5係表示圖3的移設基板接合步驟ST11中圖4之後的一狀態之剖面圖。移設基板接合步驟ST11是如圖4及圖5所示，在光元件晶圓1的光元件層5的正面透過接合層12接合移設基板11以形成複合基板10的步驟。

在移設基板接合步驟ST11中，具體而言，如圖4所示，首先，準備具有與磊晶基板2相同大小的移設基板11。在移設基板11的其中一面塗佈接著劑，形成接合層12。

再者，移設基板11在本實施方式中，雖是以具有與磊晶基板2同程度的2.0mm程度厚度之玻璃基板作為適當基板使用，但本發明並不限定於此。移設基板11只要可和預定的接著劑之間接著即可，亦可使用金屬製的基板等其他各種材料的基板。

另外，接著劑較佳為使用包含有機化合物而構成者，舉例而言，使用用於黏著膠膜的糊劑。接著劑具有以下性質：藉由加熱軟化而黏性降低，進一步藉由加熱或照射紫外線，會引起硬化反應等的化學反應而硬化並進而黏性降低。

在移設基板接合步驟ST11中，接著，使在磊晶基板2層積之光元件層5、與被塗佈於移設基板11的接著劑而形成之接合層12相向、接近、並接觸。在移設基板接合步驟ST11中，進而，從與磊晶基板2的正面3相反側的面即背面8側朝向移設基板11，或者，從移設基板11的與塗佈有接著劑之接合層12側相反側的面朝向磊晶基板2，進行推壓。藉此，在移設基板接合步驟ST11中，如圖5所示，沿著光元件層5使接合層12變形，使光元件層5的一部分埋入接合層12。如此，在移設基板接合步驟ST11中，在光元件晶圓1的光元件層5的正面透過接合層12接合移設基板11以形成複合基板10。

在移設基板接合步驟ST11中，本實施方式以在光元件晶圓1的被分割為晶片尺寸之光元件層5與光元件層5之間具有空隙15之方式，藉由接著劑形成的接合層12接合光元件晶圓1的光元件層5側與移設基板11。在此，在移設基板接合步驟ST11中，較佳為，使按壓力及接著時的溫度同時控制為光元件層5彼此之間的空隙15不被接著劑埋入的程度。再者，在移設基板接合步驟ST11中，在本實施方式中雖採用藉由接著劑接合，但本發明並不限定於此，亦可採用其他的接合方法。

圖6係表示圖3的緩衝層破壞步驟ST12的一例之剖面圖。緩衝層破壞步驟ST12如圖6所示，是移設基板接合步驟ST11之後，從構成複合基板10的光元件晶圓1的磊晶基板2的背面8側照射對磊晶基板2具有穿透性且對緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束34，破壞緩衝層4的步驟。

在緩衝層破壞步驟ST12中，具體而言，如圖6所示，首先，將在移設基板接合步驟ST11接合的光元件晶圓1與移設基板11的複合基板10的移設基板11側的面，吸引保持在與未圖示的真空源連接的卡盤台20的保持面21。

在緩衝層破壞步驟ST12中，接著，從以卡盤台20保持的光元件晶圓1及移設基板11的複合基板10的磊晶基板2的背面8側，藉由雷射光束照射單元30將脈衝雷射光束34對緩衝層4照射。脈衝雷射光束34是對磊晶基板2具有穿透性且對緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束。藉此，在緩衝層破壞步驟ST12中，破壞緩衝層4。緩衝層破壞步驟ST12在本實施方式中，雖對磊晶基板2的整面執行脈衝雷射光束34的照射，但本發明並不限定於此。在緩衝層破壞步驟ST12中，亦可為僅對磊晶基板2的形成緩衝層4的位置執行脈衝雷射光束34的照射。

在此，雷射光束照射單元30如圖6所示，藉由雷射光束振盪手段31振盪上述的預定波長之脈衝雷射光束34。雷射光束照射單元30是，藉由光學反射鏡32將來自雷射光束振盪手段31的脈衝雷射光束34變更為朝向與在卡盤台20保持的複合基板10的磊晶基板2的背面8正交之方向。雷射光束照射單元30是藉由聚光透鏡33聚光來自光學反射鏡32的脈衝雷射光束34。雷射光束照射單元30調整在緩衝層破壞步驟ST12的脈衝雷射光束34的照射條件如輸出或散焦量等。

在緩衝層破壞步驟ST12中，舉例而言，將重複頻率為50kHz～200kHz程度、平均輸出為0.1W～2.0W程度的紫外線雷射光作為脈衝雷射光束34使用。在緩衝層破壞步驟ST12中，舉例而言，將光點徑設為10µm～50µm程度、將散焦調整為1.0mm～2.0mm程度，將重疊率調整為20%～60%程度，並執行緩衝層4的破壞處理。

圖7係表示圖3的光元件層移設步驟ST13的一例之剖面圖。光元件層移設步驟ST13，是在緩衝層破壞步驟ST12之後，將磊晶基板2從光元件層5剝離，並將在磊晶基板2層積的光元件層5移設於移設基板11之步驟。

在光元件層移設步驟ST13中，具體而言，從在緩衝層破壞步驟ST12破壞緩衝層4的複合基板10的磊晶基板2的背面8側，藉由配設有未圖示的超音波振動手段之喇叭施加超音波振動。藉此，在光元件層移設步驟ST13中，以被破壞的緩衝層4作為起點，將磊晶基板2從光元件層5剝離並將光元件層5移設至移設基板11。

在光元件層移設步驟ST13，如圖7所示，藉由將磊晶基板2從光元件層5、移設基板11及接合層12拉離，形成被移設至移設基板11的光元件5層（光元件7）由接合層12突出的狀態之光元件層移設基板13。

圖8係表示緩衝層除去步驟ST14的一例之剖面圖。緩衝層除去步驟ST14如圖8所示，是在光元件層移設步驟ST13之後，照射對殘留在光元件層5的緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束34，除去殘留的緩衝層4之步驟。

在緩衝層除去步驟ST14中，具體而言，如圖8所示，從在光元件層移設步驟ST13將磊晶基板2剝離的光元件層移設基板13的光元件層5側，藉由雷射光束照射單元30，對殘留的脈衝層4照射脈衝雷射光束34。此時，光元件層移設基板13的移設基板11側的面，被吸引保持在與未圖示的真空源連接的卡盤台20的保持面21。卡盤台20較佳為從緩衝層破壞步驟ST12持續進行吸引保持。脈衝雷射光束34是對緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束。藉此，在緩衝層除去步驟ST14中，除去緩衝層4。在此，雷射照射單元30較佳為，與在緩衝層破壞步驟ST12使用的雷射光束照射單元30為相同的裝置。

在緩衝層除去步驟ST14中，舉例而言，將重複頻率為50kHz～200kHz程度、平均輸出為0.1W～2.0W程度的紫外線雷射光作為脈衝雷射光束34使用。在緩衝層除去步驟ST14中，舉例而言，將光點徑設為10µm～50µm程度、將散焦調整為1.0mm～2.0mm程度，將重疊率調整為20%～60%程度，執行緩衝層4的除去處理。緩衝層除去步驟ST14的脈衝雷射光束34的重複頻率、平均輸出、光點徑、散焦及重疊率，亦可為與緩衝層破壞步驟ST12的各參數相異之值。舉例而言，平均輸出亦可在緩衝層破壞步驟ST12為0.68W，而在緩衝層除去步驟ST14為0.64W。舉例而言，散焦亦可在緩衝層破壞步驟ST12為1.2mm，而在緩衝層除去步驟ST14為2.0mm。

實施方式的光元件晶圓1的光元件7之移設方法，包含：移設基板接合步驟ST11、緩衝層破壞步驟ST12、光元件層移設步驟ST13、及緩衝層除去步驟ST14。在移設基板接合步驟ST11中，在光元件晶圓1的光元件層5的正面透過接合層12接合移設基板11以形成複合基板10。在緩衝層破壞步驟ST12中，從構成複合基板10的光元件晶圓1的磊晶基板2的背面8側照射對磊晶基板2具有穿透性且對緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束34，破壞緩衝層4。在光元件層移設步驟ST13中，在緩衝層破壞步驟ST12之後，將磊晶基板2從光元件層5剝離並將光元件層5移設至移設基板11。在緩衝層除去步驟ST14中，在光元件層移設步驟ST13之後，照射對殘留在光元件層5的緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束34，除去殘留的緩衝層4。

藉此，可使用與在破壞緩衝層4之緩衝層破壞步驟ST12使用的雷射光束照射手段（雷射光束照射單元30）相同的手段進行緩衝層4的清洗。因此，可縮短光元件7移設所需的步驟。另外，因不必準備用來酸洗的藥液、酸洗設備及廢液處理設備，可抑止成本增加。另外，亦可削減因酸洗及廢液處理導致的環境負荷。

［第1變形例］ 說明本發明的實施方式的第1變形例的移設方法。圖9係表示第1變形例的光元件7之移設方法之流程圖。光元件7之移設方法是如圖9所示，包含：微發光二極體形成步驟ST10、移設基板接合步驟ST11、緩衝層破壞步驟ST12、光元件層移設步驟ST13、及緩衝層除去步驟ST14。變形例的移設方法除了進一步包含微發光二極體形成步驟ST10以外，與實施方式相同。

圖10係實施圖9的微發光二極體形成步驟ST10前的光元件晶圓1之剖面圖。圖11係表示圖9的微發光二極體形成步驟ST10的一例之剖面圖。再者，圖10及圖11與實施方式相同的部分用相同符號表示並省略其說明。微發光二極體形成步驟ST10，是在移設基板接合步驟ST11之前，將光元件層5分割為晶片尺寸並形成微發光二極體之步驟。

光元件7在第1變形例中為微發光二極體。光元件層5在第1變形例中為形成微發光二極體之前的狀態。第1變形例中，光元件晶圓1如圖10所示，包含：磊晶基板2、以及隔著緩衝層4在磊晶基板2的正面3側所層積之光元件層5。

在微發光二極體形成步驟ST10中，具體而言，首先，設定分割光元件層5的分割預定線。分割預定線為與切割道6一致的線。如圖11所示，藉由雷射光束照射單元30，沿著分割預定線對光元件層5照射脈衝雷射光束34。脈衝雷射光束34是對磊晶基板2具有穿透性且對緩衝層4具有吸收性的波長之脈衝雷射光束。在微發光二極體形成步驟ST10中，以形成預先被設定的切割道6的寬度及深度之方式，沿著分割預定線照射脈衝雷射光束34。切割道6的深度為與光元件層5的厚度相等，或是較光元件層5的厚度大。藉此，在微發光二極體形成步驟ST10中，在光元件層5形成切割道6，在藉由切割道6劃分的區域形成作為微發光二極體之光元件7。

在微發光二極體形成步驟ST10中，在第1變形例中，雖藉由雷射加工形成切割道6，但本發明並不限定於此，亦可採用其他的加工方法。在微發光二極體形成步驟ST10中，舉例而言，亦可藉由使用切割裝置等的蝕刻加工形成切割道6。

第1變形例的光元件晶圓1的光元件7之移設方法，是包含在移設基板接合步驟ST11之前，將光元件層5（光元件7）分割為晶片尺寸並形成微發光二極體之微發光二極體形成步驟ST10。光元件7為微發光二極體的情況，若在緩衝層4的除去進行酸洗，則因為藥液流至光元件7的側面，有導致不僅緩衝層4連光元件層5都被除去的疑慮。在緩衝層除去步驟ST14中，藉由照射具有吸收性的波長之脈衝雷射光束34，除去殘留的緩衝層4，故可僅針對緩衝層4加工。因此，可抑制光元件層5及接合層12被意外除去。

［第2變形例］ 說明本發明的實施方式的第2變形例的移設方法。圖12係表示第2變形例的光元件7之移設方法之流程圖。光元件7之移設方法是如圖12所示，包含：移設基板接合步驟ST11、緩衝層破壞步驟ST12、光元件層移設步驟ST13、及緩衝層除去步驟ST14、及安裝步驟ST15。變形例的移設方法除了進一步包含安裝步驟ST15以外，與實施方式相同。

圖13係表示圖12的安裝步驟ST15的一狀態之剖面圖。圖14係表示圖12的安裝步驟ST15中圖13之後的一狀態之剖面圖。再者，圖13及14與實施方式相同的部分用相同符號表示並省略其說明。安裝步驟ST15係如圖13及圖14表示，是在緩衝層除去步驟ST14之後，將光元件層5從移設基板11拾取並安裝於安裝基板100的步驟。

在安裝步驟ST15中，具體而言，首先，較佳為實施黏著性降低處理，其使支撐光元件層5（光元件7）的接合層12的接著劑的黏著性降低。黏著性降低處理舉例而言，係藉由接合層12的加熱而使接著劑的黏性降低之處理，或是藉由對接合層12照射紫外線或加熱而引起聚合反應等的硬化反應，藉此降低接著劑的黏著性之處理。黏著性降低處理可使拾取單元50以較少之力將光元件層5（光元件7）拾取，在提高拾取確率的同時，減少並抑制接著劑殘留在光元件層5（光元件7）。

在安裝步驟ST15中，接著，如圖13所示，在拾取單元50的拾取部51將光元件層5（光元件7）把持或吸附保持。此時，光元件層移設基板13的移設基板11側的面，被吸引保持在與未圖示的真空源連接的卡盤台20的保持面21。卡盤台20亦可為從緩衝層破壞步驟ST12持續進行吸引保持。藉此，移設基板11及接合層12殘留於卡盤台20上，僅光元件層5藉拾取單元50的拾取部51被拾取。拾取部51在與光元件層5（光元件7）相向的位置排列設置。各拾取部51拾取相向位置的各光元件層5（光元件7）。在安裝步驟ST15中，之後，如圖14所示，使拾取單元50的各拾取部51拾取後的光元件層5（光元件7）移動至設在安裝基板100上的接合層110上並載置。接合層110係與光元件層5（光元件7）相同形狀、尺寸及間隔等排列設置。

安裝步驟ST15中，被移設至安裝基板100的接合層110上的各光元件層5（光元件7），係隔著接合層110接合於安裝基板100而被安裝。

如此，在安裝步驟ST15中，本實施方式中，因為以拾取單元50的各拾取部51將從接合層12突出的各光元件層5（光元件7）全部一起往安裝基板100移設，故可高效率移設光元件層5（光元件7）。再者，本發明的安裝步驟ST15並不限定於第2變形例，亦可為以1個拾取部51將從接合層12突出的各光元件層5（光元件7）逐一往安裝基板100移設。此種情況，可提高各光元件層5（光元件7）的移設精確度。

第2變形例的光元件晶圓1的光元件7之移設方法包含安裝步驟ST15，其在緩衝層除去步驟ST14之後，將光元件層5（光元件7）從移設基板11拾取並安裝於安裝基板100。

再者，本發明不限定為上述實施方式。亦即，在不脫離本發明要旨的範圍內可施加各種變形來實施。

1:光元件晶圓 2:磊晶基板 3:正面 4:緩衝層 5:光元件層 7:光元件 8:背面 10:複合基板 11:移設基板 12:接合層 34:脈衝雷射光束

圖1係包含實施方式的光元件的移設方法的移設對象之光元件晶圓的立體圖。 圖2係圖1的光元件晶圓的剖面圖。 圖3係表示實施方式的光元件之移設方法之流程圖。 圖4係表示圖3的移設基板接合步驟的一狀態之剖面圖。 圖5係表示圖3的移設基板接合步驟中圖4之後的一狀態之剖面圖。 圖6係表示圖3的緩衝層破壞步驟的一例之剖面圖。 圖7係表示圖3的光元件層移設步驟的一狀態之剖面圖。 圖8係表示圖3的緩衝層除去步驟的一例之剖面圖。 圖9係表示第1變形例的光元件之移設方法之流程圖。 圖10係實施圖9的微發光二極體形成步驟前的光元件晶圓之剖面圖。 圖11係表示圖9的微發光二極體形成步驟的一例之剖面圖。 圖12係表示第2變形例的光元件之移設方法之流程圖。 圖13係表示圖12的安裝步驟的一例之剖面圖。 圖14係表示圖12的安裝步驟中圖13之後的一狀態之剖面圖。

ST11:移設基板接合步驟

ST12:緩衝層破壞步驟

ST13:光元件層移設步驟

ST14:緩衝層除去步驟

Claims (3)

1. 一種光元件之移設方法，將在磊晶基板的正面隔著緩衝層層積有光元件層的光元件晶圓的光元件移轉至移設基板，其特徵在於，包含： 移設基板接合步驟，在該光元件晶圓的光元件層的正面透過接合層接合移設基板以形成複合基板； 緩衝層破壞步驟，在該移設基板接合步驟之後，從構成該複合基板的光元件晶圓的磊晶基板的背面側照射對磊晶基板具有穿透性且對緩衝層具有吸收性的波長之脈衝雷射光束，破壞緩衝層；以及 光元件層移設步驟，在該緩衝層破壞步驟之後，將磊晶基板從光元件層剝離並將光元件層移設至移設基板； 在該光元件層移設步驟之後，照射對殘留在該光元件層的緩衝層具有吸收性的波長之該脈衝雷射光束，實施除去殘留的緩衝層之緩衝層除去步驟。
2. 如請求項1之光元件之移設方法，其中，包含微發光二極體形成步驟，其在該移設基板接合步驟之前，將該光元件層分割為晶片尺寸並形成微發光二極體。
3. 如請求項1或2之光元件之移設方法，其中，包含安裝步驟，其在該緩衝層除去步驟之後，從移設基板拾取該光元件層並安裝於安裝基板。

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