(57)【要約】【課題】均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにする。【解決手段】加工対象物９を載置して移動するＸＹステージ１と、レーザヘッド１６と、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化する均一光学系１７と、加工対象物９の被レーザ照射部に対応した形状のスリットを有する投影マスク１８と、該投影マスク１８のスリットを被レーザ照射部に結像する縮小投影光学系１９と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えたレーザ照射装置２と、ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動に同期した制御パルスを生成してレーザヘッド１６のパルス発振を制御するステージ制御部６と、を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物を載置して移動するＸＹステージと、
レーザヘッドと、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化する均一光学系と、前記加工対象物の被レーザ照射部に対応した形状のスリットを有する投影マスクと、該投影マスクの前記スリットを前記被レーザ照射部に結像する縮小投影光学系と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えたレーザ照射装置と、
前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスを生成して前記レーザヘッドのパルス発振を制御するステージ制御部と、
を備えたことを特徴とするレーザリフトオフ用装置。
【請求項２】
前記縮小投影光学系は、対物レンズと、該対物レンズと協働して前記投影マスクの前記スリットを前記被レーザ照射部に結像する結像レンズと、を備えており、前記結像レンズが光軸に沿って移動可能に設けられ、前記スリットの像の縮小倍率の微調整を可能とするズーム式結像レンズ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用装置。
【請求項３】
前記均一光学系は、２つのフライアイレンズを対向配置したホモジナイザを含み、光入射側のフライアイレンズは、レンズエレメントが縦及び横方向の少なくとも一方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザリフトオフ用装置。
【請求項４】
前記ステージ制御部は、前記制御パルスを前記ＸＹステージがＸ軸方向に予め定められた距離移動する毎に生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザリフトオフ用装置。
【請求項５】
前記加工対象物は、複数のマイクロＬＥＤチップを形成したサファイア基板であり、複数の前記マイクロＬＥＤチップが転写用フィルムに接着された状態で該転写用フィルム側が前記ＸＹステージに吸着保持されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザリフトオフ用装置。
【請求項６】
複数のマイクロＬＥＤチップを形成したサファイア基板の前記マイクロＬＥＤチップを転写用フィルムに接着した状態で該転写用フィルム側をＸＹステージに吸着させて保持する段階と、
前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスをステージ制御部で生成し、該制御パルスによりレーザヘッドを制御してパルス発振をさせる段階と、
前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期して前記レーザヘッドから放出され、均一光学系により横断面内のエネルギー分布が均一化されたパルスレーザ光を、前記マイクロＬＥＤチップに対応した形状のスリットを有する投影マスクの前記スリットを通して縮小投影光学系により、前記サファイア基板と前記マイクロＬＥＤチップとの界面にて前記マイクロＬＥＤチップ上に集光する段階と、
前記サファイア基板を前記マイクロＬＥＤチップから剥離する段階と、
を含むレーザリフトオフ方法。
【請求項７】
前記縮小投影光学系は、対物レンズと、該対物レンズと協働して前記投影マスクの前記スリットを前記サファイア基板と前記マイクロＬＥＤチップとの界面に結像するズーム式結像レンズと、を備えており、前記ズーム式結像レンズを光軸に沿って移動させて前記スリットの像の縮小倍率を変えて、前記マイクロＬＥＤチップの大きさに適合するように微調整することを特徴とする請求項６記載のレーザリフトオフ方法。
【請求項８】
前記均一光学系は、２つのフライアイレンズを対向配置したホモジナイザを含み、光入射側のフライアイレンズのレンズエレメントが縦及び横方向の少なくとも何れか一方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項６又は７記載のレーザリフトオフ方法。
【請求項９】
前記ＸＹステージが前記サファイア基板に形成された複数の前記マイクロＬＥＤチップのＸ軸方向の配列ピッチの整数倍に等しい距離移動する毎に前記ステージ制御部で前記制御パルスが生成されることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のレーザリフトオフ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工対象物にレーザ光を照射して加工するレーザリフトオフ用装置に関し、特に、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにしたレーザリフトオフ用装置及びレーザリフトオフ方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザリフトオフ用装置は、パルスレーザ光線発振手段から発振され出力調整手段によって出力調整されたパルスレーザ光線を集光レンズにより集光して、チャックテーブルに保持された被加工物に照射するものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−８６１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来のレーザリフトオフ用装置においては、パルスレーザ光線発振手段から放出されたパルスレーザ光線を集光して使用するため、加工面では、レーザ光線のエネルギーの強度分布がガウシアン分布となっていた。
【０００５】
したがって、このようなレーザ光線を、例えばサファイア基板に形成されたＬＥＤチップのレーザリフトオフに使用した場合、レーザエネルギーの弱い箇所では、十分な加工ができず、剥離に強い力が必要になるという問題がある。一方、エネルギーの強い個所では、ＬＥＤチップの欠けや割れが生じるという問題がある。
【０００６】
そのため、従来技術においては、レーザ照射領域を細かいステップで移動しながら、複数ショットのレーザ光線を重ねることでエネルギーの均一化を図っている。しかしながら、このような方式では加工時間が長くなるという問題がある。
【０００７】
また、パルスレーザ光線を集光レンズにより集光する場合、集光レンズの収差により加工面でのレーザスポット径を、例えばマイクロＬＥＤのような微小なサイズに合せて絞ることができないという問題がある。したがって、レーザスポット径がＬＥＤチップサイズよりも大き過ぎるときには、ＬＥＤチップの周辺箇所、例えばＬＥＤチップを接着した転写用フィルムもレーザ加工されてしまうおそれがあった。さらに、サファイア基板にＬＥＤチップが稠密に配置されている場合には、レーザスポットが複数のＬＥＤチップに跨るため、特定のＬＥＤチップのみに対してレーザ照射することができず、前記特定のＬＥＤチップのみを選択的に剥離することができないという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題に対処し、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにしたレーザリフトオフ用装置及びレーザリフトオフ方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザリフトオフ用装置は、加工対象物を載置して移動するＸＹステージと、レーザヘッドと、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化する均一光学系と、前記加工対象物の被レーザ照射部に対応した形状のスリットを有する投影マスクと、該投影マスクの前記スリットを前記被レーザ照射部に結像する縮小投影光学系と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えたレーザ照射装置と、前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスを生成して前記レーザヘッドのパルス発振を制御するステージ制御部と、を備えたものである。
【００１０】
また、本発明によるレーザリフトオフ方法は、複数のマイクロＬＥＤチップを形成したサファイア基板の前記マイクロＬＥＤチップを転写用フィルムに接着した状態で該転写用フィルム側をＸＹステージに吸着させて保持する段階と、前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期した制御パルスをステージ制御部で生成し、該制御パルスによりレーザヘッドを制御してパルス発振をさせる段階と、前記ＸＹステージのＸ軸方向への移動に同期して前記レーザヘッドから放出され、均一光学系により横断面内のエネルギー分布が均一化されたパルスレーザ光を、前記マイクロＬＥＤチップに対応した形状のスリットを有する投影マスクの前記スリットを通して縮小投影光学系により、前記サファイア基板と前記マイクロＬＥＤチップとの界面にて前記マイクロＬＥＤチップに集光する段階と、前記サファイア基板を前記マイクロＬＥＤチップから剥離する段階と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射することができ、レーザリフトオフ効率を向上することができる。したがって、サファイア基板に稠密に形成されたマイクロＬＥＤチップから特定のチップを選択してレーザリフトオフすることがきる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるレーザリフトオフ用装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明によるレーザリフトオフ用装置の均一光学系の一構成例を示す説明図である。
【図３】上記均一光学系の要部を示す斜視図である。
【図４】本発明によるレーザリフトオフ用装置の縮小投影光学系を示す正面図である。
【図５】本発明によるレーザリフトオフ用装置のステージ制御部の詳細を示すブロック図である。
【図６】上記ステージ制御部によるレーザ発振制御を示す説明図である。
【図７】本発明における加工対象物を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図８】本発明によるレーザリフトオフ用装置によるレーザリフトオフ方法について示す説明図であり、サファイア基板に形成された全てのＬＥＤチップをレーザ加工する場合を示す。
【図９】本発明によるレーザリフトオフ用装置によるレーザリフトオフ方法について示す説明図であり、サファイア基板に形成されたＬＥＤチップを選択的にレーザ加工する場合を示す。
【図１０】本発明によるレーザリフトオフ用装置によるレーザリフトオフ方法について示す説明図であり、サファイア基板に形成されたＬＥＤチップを複数ショットのレーザ照射によりレーザ加工する場合を示す。
【図１１】本発明によるレーザリフトオフ用装置の均一光学系の変形例である分割照明光学系の原理を示す説明図である。
【図１２】一般的な均一光学系の原理を示す説明図である。
【図１３】本発明によるレーザリフトオフ用装置を使用したレーザリフトオフの効果を従来方式と比較して示す説明図である。
【図１４】本発明によるレーザリフトオフ用装置におけるレーザスポット形状と従来方式のレーザスポット形状との比較図であり、（ａ）は本発明によるもので、（ｂ）は従来方式によるものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザリフトオフ用装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。このレーザリフトオフ用装置は、例えばマイクロＬＥＤチップ（以下、単に「ＬＥＤチップ」という）のレーザリフトオフに使用するもので、ＸＹステージ１と、レーザ照射装置２と、観察用カメラ３と、オートフォーカス（ＡＦ）用カメラ４（図４を参照）と、観察光源５（図４を参照）と、ステージ制御部６と、レーザ電源・制御部７と、制御装置８と、を備えて構成されている。
【００１４】
上記ＸＹステージ１は、加工対象物９の一面、例えば複数のＬＥＤチップ１０を形成したサファイア基板１１（図７を参照）のＬＥＤチップ１０を転写用フィルム１２に接着した状態で該転写用フィルム１２側を吸着して保持するものであり、Ｘ，Ｙ軸方向に移動可能であると共に、ステージのトップ面の中心軸周りに回動可能なＸＹθステージ１３と、該ＸＹθステージ１３に重ねて設けられ、加工対象物９を吸着して保持する吸着テーブル１４とで構成されている。また、ＸＹステージ１は、Ｘ，Ｙ軸方向への移動及びステージの回動（θ）に応じて一定周期のパルスから成るスケール信号を出力する、例えばリニアスケールやエンコーダ等の移動量検出センサ１５や角度検出センサを備えている（図５を参照）。
【００１５】
上記ＸＹステージ１の上方には、レーザ照射装置２が設けられている。このレーザ照射装置２は、均一なエネルギー分布を有すると共に、被レーザ照射部に対応させて整形されたレーザ光を照射し得るようにしたものであり、レーザヘッド１６と、均一光学系１７と、投影マスク１８と、縮小投影光学系１９と、を光進行方向の上流から下流に向かってこの順に備えて構成されている。
【００１６】
詳細には、上記レーザヘッド１６は、発振器、増幅器、波長変換器等を有し、紫外域のパルスレーザ光を出力するもので、例えば波長がＦＨＧ（４倍波）のピコ秒レーザが用いられる。
【００１７】
また、上記均一光学系１７は、レーザ光の横断面内のエネルギー分布を均一化するもので、図２に示すように、アッテネータ２０と、ビームエキスパンダ２１と、ホモジナイザ２２と、コンデンサレンズ群２３と、を有している。
【００１８】
詳細には、アッテネータ２０は、偏光回転子と偏光子とを組み合わせて構成されている。具体的には、偏光回転子は、偏光を回転させる波長板や電気光学変調器（ＥＯＭ）であり、偏光子は偏光ビームスプリッタである。電気光学変調器（ＥＯＭ）は印加される電圧値に応じて入力するレーザ光の位相を変化させて出力する。また、偏光ビームスプリッタは、入射面に平行な直線偏光（Ｐ波）を透過し、入射面に垂直な直線偏光（Ｓ波）を反射する機能を有する。
【００１９】
上記ビームエキスパンダ２１は、レーザ光の径を拡大するもので、図２に示すように、例えば凸レンズと凹レンズとを組み合わせて構成されている。具体的には、レーザヘッド１６から放出されたレーザビームを第１の凸レンズ２１ａでその後焦点に一旦集光した後、発散させ、さらにこれを凹レンズ２１ｂでより発散させた後、第２の凸レンズ２１ｃでコリメートしてビーム径を拡大するようにしたものであり、汎用のビームエキスパンダを使用することができる。
【００２０】
上記ホモジナイザ２２は、レーザヘッド１６から放出され、ビーム径が拡大されたレーザ光の横断面内エネルギー分布を均一化するためのもので、具体的には、光軸に垂直な面内に複数のレンズエレメントをマトリクス状に配置し、光束を分割してレンズエレメントの数だけ２次光源像を生じさせるようにしたフライアイレンズである。このフライアイレンズの構成は、一枚のフライアイレンズ構成であっても、２枚のフライアイレンズを対向配置した構成であってもよい。また、ホモジナイザ２２は、ロッドレンズ等であってもよい。ここでは、図３に示すように、ホモジナイザ２２が２枚を１組としたフライアイレンズ（第１のフライアイレンズ２２ａと第２のフライアイレンズ２２ｂ）である場合について説明する。
【００２１】
この場合、第１のフライアイレンズ２２ａと第２のフライアイレンズ２２ｂとは、光の入力側に配置された第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントを通過したレーザ光が、出力側に配置された第２のフライアイレンズ２２ｂの対応するレンズエレメントの主面に集光するように対向配置される（図１２を参照）。
【００２２】
ホモジナイザ２２の光進行方向下流側には、コンデンサレンズ群２３が設けられている。このコンデンサレンズ群２３は、フライアイレンズの各レンズエレメントの、入射側の面の像を後段の投影マスク１８のスリットの形状に合せると共に、同軸上に重ね合せて形成するものであり、図２に示すように第１のシリンドリカルレンズ２３ａと、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂと、第３のシリンドリカルレンズ２３ｃと、を光進行方向にこの順で備えて構成されている。
【００２３】
詳細には、コンデンサレンズ群２３は、フライアイレンズの各レンズエレメントの、入射側の面の像のアスペクト比を変更可能にしたものであり、第１のシリンドリカルレンズ２３ａは、図３に示すように、光射出端面が凹状のシリンドリカルレンズであり、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂは、光射出端面が凸状のシリンドリカルレンズであり、第３のシリンドリカルレンズ２３ｃは、光入射端面が凸状のシリンドリカルレンズである。そして、例えば被レーザ照射部の形状に対応する投影マスク１８のスリットの形状がＹ軸方向に長軸を有する長方形であるときには、第１及び第３のシリンドリカルレンズ２３ａ，２３ｃは、円柱軸を図３において、Ｘ軸方向に対応したＡ方向に合致させて配置され、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂは、円柱軸をＹ軸方向に対応したＢ方向に合致させて配置される。
【００２４】
これにより、フライアイレンズの各レンズエレメントの、入射側の面の像が、第１及び第３のシリンドリカルレンズ２３ａ，２３ｃによりＹ軸方向に引伸ばされ、投影マスク１８のスリットのアスペクト比に合せて投影マスク１８上に結像される。なお、図２においては、第３のシリンドリカルレンズ２３ｃが２枚１組のシリンドリカルレンズ群で示しているがこれに限定されず、１枚でもよく、２枚以上であってもよい。
【００２５】
また、図２において、符号２４は、ビームスプリッタであり、アッテネータ２０を通過したレーザ光の一部（５％程度）を符号２５で示すパワーモニタに入力してレーザエネルギーを監視できるようにしている。また、符号２６は、反射ミラーである。
【００２６】
上記投影マスク１８は、加工対象物９の被レーザ照射部としてのＬＥＤチップ１０に対応した形状のスリットを有するものであり、例えば石英ガラスに設けたクロム等の遮光膜をエッチングして上記スリットが形成されている。投影マスク１８は、遮光板に上記スリットを形成したものであってもよい。本実施形態においては、投影マスク１８は、図４に示すように、Ｘ軸方向に移動する２枚の遮光板と、Ｙ軸方向に移動する２枚の遮光板とで形成されるスリットのサイズをＬＥＤチップ１０のサイズに合せて変更できると共に、回転してスリットをＬＥＤチップ１０に対して位置合せできるようにしたＸＹθの３軸のメカニカル構造を有するものである。
【００２７】
上記縮小投影光学系１９は、図１に示すように、上記投影マスク１８の上記スリットをＬＥＤチップ１０に結像するもので、結像レンズ２７と、対物レンズ２８と、を備えて構成されている。
【００２８】
詳細には、結像レンズ２７は、後述の対物レンズ２８と協働して上記投影マスク１８のスリットをサファイア基板１１とＬＥＤチップ１０との界面に結像するものであり、本発明においては、結像レンズ２７は、光軸に沿って移動可能に設けられ、上記投影マスク１８のスリットの像の縮小倍率を微調整可能とするズーム式結像レンズである。具体的には、図４に示すように、複数の凹レンズと凸レンズとを組み合わせて構成したもので、レンズ間の距離を変更することによって、対物レンズ２８との組み合わせによる縮小倍率を変更できるようにしている。
【００２９】
また、対物レンズ２８は、加工対象物９に対して対向配置されており、上記結像レンズ２７と協働して上記投影マスク１８のスリットをＬＥＤチップ１０上に結像すると共に、ＬＥＤチップ１０を後述の観察用カメラ３の撮像素子に結像するものであり、レンズチェンジャー２９により加工用、アライメント用及び観察用等の異なる倍率の対物レンズ２８に切替え可能となっている。
【００３０】
上記対物レンズ２８から上記結像レンズ２７に向かう光路が図示省略のダイクロイックミラー３０で分岐された光路上には、図４に示すように、観察用カメラ３が設けられている。この観察用カメラ３は、対物レンズ２８を通して加工対象物９の表面を観察するためのもので、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラであり、ＬＥＤチップ１０の中心が視野中心に合致するようにＸＹステージ１のＸ，Ｙ軸方向への移動量を制御するアライメント制御信号を後述の制御装置８に伝送するようになっている。なお、図４においては、上記ダイクロイックミラー３０は、紫外光を反射し、可視光を透過するものである。また、観察用カメラ３の光路上には、上記対物レンズ２８と協働してＬＥＤチップ１０を撮像素子に結像する結像レンズ３１も備えられている。
【００３１】
対物レンズ２８から観察用カメラ３に向かう光路が上記結像レンズ３１と観察用カメラ３との間でハーフミラー３２により分岐された光路上には、図４に示すように、ＡＦ用カメラ４が設けられている。このＡＦ用カメラ４は、加工面（ＬＥＤチップ１０面）上に投影された後述のＡＦ用パターンが鮮明になるようにレンズチェンジャー２９をＺ軸方向に移動して、加工面のフォーカス調整を行えるようにしたもので、ラインカメラである。
【００３２】
上記対物レンズ２８から観察用カメラ３に向かう光路が上記結像レンズ３１の手前側の位置でハーフミラー３３により分岐された光路上には、図４に示すように、観察用光源３４が設けられている。この観察用光源３４は、観察用カメラ３により加工面が観察できるように可視光を照射するものであり、光路上には、ＡＦ用カメラ４によるオートフォーカス用のＡＦパターン（図示省略）が配置されている。
【００３３】
なお、対物レンズ２８の焦点（結像点）と、上記投影マスク１８のスリットの位置、観察用カメラ３の撮像面の位置、ＡＦ用カメラ４の受光面の位置及びＡＦパターンの位置は共役の関係を成している。この場合、対物レンズ２８が交換された場合に、ＡＦパターンの位置を微調整できる微調整機構を設けてもよい。
【００３４】
図４において、符号３５は紫外光を反射する多層膜ミラーであり、符号３６は可視光反射ミラーである。
【００３５】
上記ＸＹステージ１の駆動部及び各種センサに電気的に接続してステージ制御部６が設けられている。このステージ制御部６は、ＸＹステージ１の移動を制御すると共に、ＸＹステージ１の移動に同期してレーザ発振させる制御パルスとしてのレーザ同期パルスを生成するものであり、図５に示すように、モータコントローラ３７と、モータドライバ３８と、分周回路３９と、を備えて構成されている。
【００３６】
ここで、上記モータコントローラ３７は、制御装置８からの指示に基づいて、ＸＹステージ１の移動方向や移動速度等を設定及び制御するためのモータ制御パルスを生成するものである。
【００３７】
また、上記モータドライバ３８は、上記モータ制御パルスに基づいてＸＹステージ１をＸ，Ｙ軸方向へ移動させると共に回動させる、図５に示すモータ４０（Ｘ，Ｙ，θ軸用を含む）を駆動するものである。具体的には、モータドライバ３８は、ＸＹステージ１に備える、例えばエンコーダ等の移動量検出センサ１５から出力する図６（ａ）に示すような一定周期のパルスから成るスケール信号（エンコーダ信号）を入力してＸＹステージ１の移動を制御するようになっている。
【００３８】
さらに、分周回路３９は、後述のレーザ電源・制御部７を通してレーザヘッド１６のパルス発振を制御するレーザ同期パルスをＸＹステージ１がＸ軸方向に予め定められた距離移動する毎に生成するものであり、図６（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動に伴って生じるスケール信号（エンコーダ信号）を分周して上記レーザ同期パルスを生成するようになっている。例えば、サファイア基板１１に複数のＬＥＤチップ１０がＸ軸方向に配列ピッチＰで設けられている場合には、ＸＹステージ１がＸ軸方向にｎＰ（ｎは１以上の整数）だけ進む毎に上記レーザ同期パルスが生成されるようになっている。
【００３９】
上記ステージ制御部６に電気的に接続してレーザ電源・制御部７が設けられている。このレーザ電源・制御部７は、レーザヘッド１６への電源供給及びレーザヘッド１６のパルス発振を制御するものであり、図６（ｃ）に示すように、ステージ制御部６から入力するレーザ同期パルスをトリガとしてレーザヘッド１６をパルス発振させ、レーザヘッド１６から１パルスのレーザ光又は高周波発振するレーザ光を放出させるようになっている。
【００４０】
上記観察用カメラ３、ＡＦ用カメラ４、ステージ制御部６及びレーザ電源・制御部７に電気的に接続して制御装置８が設けられている。この制御装置８は、レーザリフトオフ用装置全体を統合して制御するものであり、パーソナルコンピュータである。
【００４１】
次に、このように構成されたレーザリフトオフ用装置を使用して行うレーザリフトオフ方法について説明する。
先ず、図７（ａ）に示すように、基板上に複数のＬＥＤチップ１０を所定の配列ピッチＰでマトリクス上に形成し、同図（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１０側を転写用フィルム１２に接着したサファイア基板１１を準備する。
【００４２】
次に、上記サファイア基板１１は、転写用フィルム１２をＸＹステージ１の吸着テーブル１４に吸着させてＸＹステージ１上に保持される。
【００４３】
次いで、倍率の低い対物レンズ２８を選択した後、観察用カメラ３により、サファイア基板１１を透してＬＥＤチップ１０を観察しながらＸＹステージ１をＸ軸、Ｙ軸方向へ移動すると共に回動（θ）して、加工開始位置のＬＥＤチップ１０が観察用カメラ３の視野中心に合致するように位置決めされる。
【００４４】
続いて、倍率の高い対物レンズ２８に替えて、サファイア基板１１とＬＥＤチップ１０との界面のＬＥＤチップ１０端面にフォーカスさせた後、加工開始位置のＬＥＤチップ１０に対するレーザ加工が開始される。即ち、ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動開始と同時に、ステージ制御部６からレーザ同期パルスがレーザ電源・制御部７に出力され、該レーザ同期パルスをトリガとしてレーザ電源・制御部７によりレーザヘッド１６が駆動される。そして、レーザヘッド１６から１パルスのレーザ光又は高周波のレーザ光が放出される。
【００４５】
レーザヘッド１６から出力したレーザ光は、ビームエキスパンダ２１を経てビーム径が拡大され、ホモジナイザ２２に入射する。
【００４６】
ホモジナイザ２２に入射したレーザ光は、第１のフライアイレンズ２２ａの複数のレンズエレメントにより複数に分割されて、夫々、第２のフライアイレンズ２２ｂの対応するレンズエレメントに入射する。そして、第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントの、入射側（光源側）の面の像がコンデンサレンズ群２３により、投影マスク１８のスリット上に重ね合わされて形成される。これにより、投影マスク１８に照射するレーザ光の横断面内のエネルギー分布が均一化される。
【００４７】
この場合、第１のフライアイレンズ２２ａのレンズエレメントの、図３のＢ方向両端部が第１のシリンドリカルレンズ２３ａ及び第３のシリンドリカルレンズ２３ｃにより、投影マスク１８のスリットの、Ｙ軸方向両端部の外側近傍に結像される。また、第１のフライアイレンズ２２ａのレンズエレメントの、図３のＡ方向両端部は、第２のシリンドリカルレンズ２３ｂにより投影マスク１８のスリットの、Ｘ軸方向両端部の外側近傍に結像される。これにより、投影マスク１８のスリットの形状に合わせてアスペクト比が変換されると共に、エネルギー分布が均一化されたレーザ光が投影マスク１８上に重ね合わされて照射される。
【００４８】
投影マスク１８のスリットは、縮小投影光学系１９により所定の縮小倍率で縮小されて、サファイア基板１１とＬＥＤチップ１０の界面にて加工開始位置のＬＥＤチップ１０上に結像される。これにより、上記ＬＥＤチップ１０上には、エネルギー分布が均一なレーザ光が照射され、ＬＥＤチップ１０がサファイア基板１１から剥離される。
【００４９】
なお、レーザヘッド１６から放出されるレーザ光のエネルギーは、パワーモニタ２５で監視しながらアッテネータ２０を調整して、予め所定値に設定されている。レーザエネルギーの監視は、レーザ加工中、常時行ってもよい。
【００５０】
ＸＹステージ１のＸ軸方向への移動に伴って、移動量検出センサ１５から一定周期のパルスから成るスケール信号（エンコーダ信号）が出力され（図６（ａ）を参照）、ステージ制御部６のモータドライバ３８を介して分周回路３９に入力される。
【００５１】
分周回路３９では、入力するスケール信号（エンコーダ信号）をＬＥＤチップ１０のＸ軸方向の配列ピッチＰのｎＰ（ｎは１以上の整数）に対応する周期に分周し、レーザ同期パルスが生成される（図６（ｂ）を参照）。そして、上記レーザ同期パルスをトリガとしてレーザ電源・制御部７によりレーザヘッド１６が駆動され、レーザヘッド１６から所定周期で放出されるレーザ光によりＬＥＤチップ１０がレーザ加工される（図６（ｃ）を参照）。
【００５２】
以下、複数のＬＥＤチップ１０を個別にレーザ加工してリフトオフする第１の実施例について説明する。
【００５３】
（第１の実施例）
図８はサファイア基板１１に形成された全てのＬＥＤチップ１０をレーザ加工する場合を示す説明図である。
この場合、分周回路３９からは、ＸＹステージ１がＬＥＤチップ１０の配列ピッチＰに等しい距離を進む毎にレーザ同期パルスが生成される。したがって、Ｘ軸方向に並んだ複数のＬＥＤチップ１０は、上記レーザ同期パルスに同期してレーザヘッド１６から放出されるレーザ光により夫々レーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される（図８（ａ）〜（ｃ）を参照）。
【００５４】
Ｘ軸方向の終端部のＬＥＤチップ１０のレーザ加工が終了すると、モータドライバ３８によりモータ４０が駆動されてＸＹステージ１がＹ軸方向に移動され、レーザ光の照射位置が隣の列のＬＥＤチップ１０上に位置付けられる（図８（ｄ）を参照）。そして、引き続き、ＸＹステージ１を上記とは反対方向に移動しながら、上記と同様にして隣の列のＬＥＤチップ１０がレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。以後、ＸＹステージ１の往復走査を繰り返しながら、全てのＬＥＤチップ１０がレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。
【００５５】
なお、サファイア基板１１に反りがある場合には、サファイア基板１１とＬＥＤチップ１０との界面にてＬＥＤチップ１０上に投影されるＡＦパターンをＡＦ用カメラ４で撮影し、ＡＦパターンの像が鮮明となるようにレンズチェンジャー２９をＺ軸方向に移動してフォーカス調整がなされる。
【００５６】
図９はサファイア基板１１に形成されたＬＥＤチップ１０を選択的にレーザ加工する場合を示す説明図である。
例えば図９に示すように、Ｘ軸方向のＬＥＤチップ１０を１つ置きに剥離する場合には、分周回路３９からＸＹステージ１がＬＥＤチップ１０の配列ピッチＰの２倍に等しい距離（２Ｐ）を進む毎にレーザ同期パルスが生成される。したがって、Ｘ軸方向に並んだ複数のＬＥＤチップ１０が１つ置きに選択されて、上記レーザ同期パルスに同期してレーザヘッド１６から放出されるレーザ光により夫々レーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。
【００５７】
そして、図８と同様に、Ｘ軸方向の終端部のＬＥＤチップ１０のレーザ加工が終了すると、モータドライバ３８によりモータ４０が駆動されてＸＹステージ１がＹ軸方向に移動され、レーザ光の照射位置が隣の列のＬＥＤチップ１０上に位置付けられ、引き続き、ＸＹステージ１を上記とは反対方向に移動しながら、上記と同様にして隣の列のＬＥＤチップ１０がレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。以後、ＸＹステージ１の往復走査を繰り返しながら、ＬＥＤチップ１０が選択的にレーザ加工され、サファイア基板１１から剥離される。
【００５８】
次に、ＬＥＤチップ１０を複数ショットのレーザ照射によりレーザ加工する第２の実施例について説明する。
【００５９】
（第２の実施例）
図１０はサファイア基板１１に形成されたＬＥＤチップ１０を複数ショットのレーザ照射によりレーザ加工する場合について示す説明図である。
投影マスク１８には、Ｘ軸方向に所定の配列ピッチで並べてショット数に応じた複数のスリットが設けられている。例えば、図１０においては、投影マスク１８には、ＬＥＤチップ１０の配列ピッチＰの２Ｐに対応する間隔で２つのスリットが設けられている。したがって、図１０においては、ＬＥＤチップ１０が２ショットのレーザ照射によりレーザ加工される。
【００６０】
この場合、均一光学系１７は、上記２つのスリットを跨いでＸ軸方向に延びたレーザ光を生成して投影マスク１８に照射するものとしてもよいが、２つのスリット間に照射されるレーザエネルギーが無駄になり、光利用効率が悪くなる。そこで、第２の実施例においては、図１１に示すような複数のスリットを夫々独立して照明する分割照明光学系４１が使用される。図１１は分割照明光学系４１の原理を示す説明図である。以下、この分割照明光学系４１について説明する。
【００６１】
図１２は一般的な均一光学系１７の原理を示す説明図である。図１２に示すように、通常の均一光学系１７は、前述したように、同一平面内に複数のレンズエレメントを配置した第１のフライアイレンズ２２ａと、該第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントに対応させて複数のレンズエレメントを配置した第２のフライアイレンズ２２ｂとを対向配置したもので、第１のフライアイレンズ２２ａの焦点が第２のフライアイレンズ２２ｂの主面に位置するようにされている。これにより、フライアイレンズの各レンズエレメントの入射側の端面像（第１のフライアイレンズ２２ａの各レンズエレメントの入射側の端面像）が後段のコンデンサレンズ４２（又はコンデンサレンズ群２３）により同軸上に重ね合わされて照射面（投影マスク１８面）上に結像され、各レンズエレメントを通過したレーザ光のエネルギー分布が平均化されて均一化される。
【００６２】
一方、図１１に示す分割照明光学系４１においては、図１２の第１のフライアイレンズ２２ａに替えて各レンズエレメントが縦横に複数に分割（図１１においては、縦方向に２つに分割）された第３のフライアイレンズ２２ｃを使用すると共に、第３のフライアイレンズ２２ｃは、第１のフライアイレンズ２２ａを配置した位置よりも光源側にシフトした状態で配置されている。この場合、図１１に示す「光線が分割された面」は、図１２における第１のフライアイレンズ２２ａの入射側の面に一致し、照射面（投影マスク１８面）と共役の面となっている。したがって、「光線が分割された面」上での光束の断面形状が照射面（投影マスク１８面）上に結像する。
【００６３】
図１１においては、第３のフライアイレンズ２２ｃの分割レンズエレメントは、縦方向（Ｘ軸方向に対応）に２つに分割されているから、照射面（投影マスク１８面）上には、上側の分割レンズエレメントを通過したレーザ光が図１１に示すように照射面（投影マスク１８面）上の同図において下側に集光し、下側の分割レンズエレメントを通過したレーザ光が照射面（投影マスク１８面）上の同図において上側に集光する。このように、分割照明光学系４１においては、分割された２つのレーザ光を夫々、Ｘ軸方向に並べて形成した投影マスク１８の２つのスリットに独立して照射させることができ、光の利用効率を向上することができる。
【００６４】
これにより、投影マスク１８を通過した２つに分割されたレーザ光が２つのＬＥＤチップ１０に同時に照射する。この場合、照射開始位置のＬＥＤチップ１０に対して投影マスク１８の、ＸＹステージ１の移動方向下流側に対応して位置するスリットを合致させれば、図１０（ａ）に示すように照射開始位置のＬＥＤチップ１０には、１回目のレーザ照射がなされる。
【００６５】
以後、ＸＹステージ１がＸ軸方向に距離２Ｐだけ進む毎に生成されるステージ制御部６からのレーザ同期パルスに同期してレーザヘッド１６が駆動され、レーザヘッド１６から１パルス又は高周波発振するレーザ光が放出される。これにより、図１０（ｂ）に示すように、照射開始位置のＬＥＤチップ１０が２回目のレーザ照射により２ショットのレーザ加工が施されて剥離される。また、次のＬＥＤチップ１０は、図１０（ｃ）に示すように、３回目のレーザ照射により２ショットのレーザ加工が施されて剥離される。さらに次のＬＥＤチップ１０は、図１０（ｄ）に示すように、４回目のレーザ照射により２ショットのレーザ加工が施されて剥離される。以降、同様にしてＸ軸方向のチップ列に対するレーザ加工が終了すると、次は、隣のチップ列に対するレーザ加工がＸＹステージ１を上記とは逆方向に移動させながら実施される。
【００６６】
本発明によれば、レーザ光の照射領域をＬＥＤチップ１０に対して数μｍはみ出す程度に規制することができるため、転写用フィルム１２がレーザ加工されて変形するのを防止することができる。これにより、転写用フィルム１２に転写された複数のＬＥＤチップ１０をさらに、配線基板上の所定位置に一括して取り付ける場合に、位置ずれが生じるのを防止することができる。
【００６７】
図１３は本発明のレーザリフトオフ用装置を使用したレーザリフトオフの効果を、ガウシアン分布のレーザ光を使用する従来方式と比較して示す説明図である。
図１３に示すように、均一光学系１７を使用すると共に、投影マスク１８のスリットをＬＥＤチップ１０に合せて縮小する縮小投影光学系１９を備えた本発明のレーザリフトオフ用装置においては、１ショット当たり約４００ｍＪ／ｃｍ２の加工面エネルギー密度を得ることができるが、従来方式では、約６２ｍＪ／ｃｍ２（面内均一換算）である。したがって、レーザリフトオフに要するレーザショット数は、従来方式が本発明よりも多いことが分かる。また、レーザ光のスポットサイズは、本発明によればＬＥＤチップ１０の形状に合せて約４０μｍ×約８０μｍの四角形であり、面内でエネルギー分布が均一である（図１４（ａ）参照）。一方、従来方式によれば、レーザ光のスポットサイズは、約φ７０μｍの円形であり、エネルギー分布はガウシアン分布を有していて不均一である（図１４（ｂ）参照）。このように、レーザ光の照射領域内のエネルギー分布の均一性の相違から、例えばＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）処理されたウエハに対するレーザリフトオフ率が、本発明では１００％であったのに対して従来方式では０％であり、両者に大きな差が現れた。
【００６８】
なお、上記第２の実施例においては、第３のフライアイレンズ２２ｃのレンズエレメントがＸ軸方向に対応した縦方向に２つに分割されている場合について説明したが、３つ以上に分割されてもよい。また、第３のフライアイレンズ２２ｃのレンズエレメントは、Ｙ軸方向に対応した横方向に複数に分割されてもよい。この場合、レーザ光をＸＹステージ１の移動方向（Ｘ軸方向）と交差するＹ軸方向の複数のＬＥＤチップ１０に対して同時に照射することができる。さらに、第３のフライアイレンズ２２ｃのレンズエレメントは、Ｘ，Ｙ軸方向に対応した縦横方向に複数に分割されてもよい。この場合は、レーザ光をＸ，Ｙ軸方向に並んだ複数のＬＥＤチップ１０に対して同時に照射することができる。また、第３のフライアイレンズ２２ｃは、光軸に沿ってシフト可能にしてもよい。これにより、照射面における照射領域の大きさを可変にすることができる。さらに、図１１における「光線が分割された面」の位置に開口絞りを配置してもよい。これにより、迷光を除いて照射面での照射領域端を鮮明にすることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１…ＸＹステージ
２…レーザ照射装置
６…ステージ制御部
９…加工対象物
１０…ＬＥＤチップ
１１…サファイア基板
１２…転写用フィルム
１６…レーザヘッド
１８…投影マスク
１９…縮小投影光学系
２２…ホモジナイザ
２２ａ…第１のフライアイレンズ
２２ｂ…第２のフライアイレンズ
２２ｃ…第３のフライアイレンズ
２７…結像レンズ
２８…対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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