(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源と、
レーザ源から出射されたレーザ光による像を投影する投影レンズと、
投影レンズによるレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と
を備え、透光性の基板と基板に形成された材料層とから成るワークに対して基板の側からレーザ光を照射して基板を材料層から剥離させるレーザリフトオフ装置であって、
投影レンズの出射側において投影レンズを覆って保護する保護部材を備えており、
保護部材はレーザ光を透過させる材料で形成された平板状であり、
投影レンズを覆う位置に配置された状態において、保護部材の出射側の面は、投影レンズの光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度となっていることを特徴とするレーザリフトオフ装置。
【請求項２】
前記保護部材はサファイア製であることを特徴とする請求項１に記載のレーザリフトオフ装置。
【請求項３】
レーザ源と、
レーザ源から出射されたレーザ光による像を投影する投影レンズと、
投影レンズによるレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と
を備え、透光性の基板と基板に形成された材料層とから成るワークに対して基板の側からレーザ光を照射して基板を材料層から剥離させるレーザリフトオフ装置であって、
投影レンズの出射側において投影レンズを覆って保護する保護部材を備えており、
レーザ源はパルス発振のレーザ源であり、
保護部材をレーザ光のパルス発振時には投影レンズを覆わない位置に位置させ、レーザ光のパルス発振の合間に保護部材を投影レンズを覆う位置に位置させる駆動機構を備えていることを特徴とするレーザリフトオフ装置。
【請求項４】
前記投影レンズを覆う位置に配置された状態において、前記保護部材の出射側の面は、前記投影レンズの光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度となっていることを特徴とする請求項３記載のレーザリフトオフ装置。
【請求項５】
前記ワークは、チップ状ワークであり、
前記投影レンズは、前記レーザ源からのレーザ光を前記ワークのサイズよりも大きな照射パターンで投影するものであり、
前記移動機構は、投影レンズによるレーザ光の照射パターン内に１個の前記ワークが位置するよう照射位置を相対的に移動させるものであり、
前記レーザ源はパルス発振のレーザ源であり、
さらに、
前記レーザ源から出力される１パルスのエネルギーを計測する計測器と、計測器での計測結果に従って前記レーザ源を制御する制御部とを備えており、
制御部は、１パルスのレーザ光照射により１個の前記ワークから基板が剥離して取り去られることが可能なエネルギーとなるように前記レーザ源を制御するものであることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のレーザリフトオフ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、二つの部材より成るワークに対してレーザ光を照射することで一方の部材を他方の部材から剥離させるレーザリフトオフの技術に関するものであり、より具体的には半導体発光素子の製造プロセスにおいて好適に用いることができるレーザリフトオフの技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤや半導体レーザといった半導体発光素子の製造プロセスでは、透光性及び良好な絶縁性を持つサファイア基板がしばしば使用され、サファイア基板上に結晶成長等により材料層が造り込まれる。最終的にはサファイア基板は不要になる場合が多く、光の取り出し効率を向上させたり導通構造をコンパクトにしたりする観点から、サファイア基板を材料層から剥離させて取り除くリフトオフ工程が行われることが多くなってきている。サファイア基板のリフトオフは、下地である材料層に損傷与えることなく行う必要があるため、レーザ光照射によるリフトオフ（レーザリフトオフ、ＬＬＯ）の技術が採用されている。
【０００３】
特許文献１には、このようなレーザリフトオフを行う装置（レーザリフトオフ装置）の一例が開示されている。図７は、このような従来例のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。図７に示す従来例のレーザリフト装置は、レーザ源１、レーザ源１からのレーザ光の照射位置にワークＷを保持するステージ（以下、ワークステージ）４、ワークステージ４について設定された照射位置にレーザ源１からのレーザ光を導くレーザ光学系２０などを備えている。
レーザ光学系２０は、ワークＷに対して所望のパターンでレーザ光を照射するため、マスク２１と投影レンズ２とを含んでいる。投影レンズ２は、ワークＷに対してマスク２１のパターンを投影するものである。
【０００４】
特許文献１では、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系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レーザリフトオフを行う点が開示されている。このプロセスでは、図７に示すように、サファイア基板Ｓ１とサファイア基板Ｓ１に形成された材料層Ｍとから成るものがワークＷとなっている。材料層とは、発光作用を為す又は発光に関与する半導体層のことであり、ＧａＮ系であれば、ｐ−ＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層及びそれらに挟まれた活性層（発光層）等から成る。
【０００５】
図８は、従来のレーザリフトオフ工程を含むプロセスの概略について示した図である。図８において、同様にＧａＮ系半導体発光素子の製造プロセスを例にすると、まず、サファイア基板Ｓ１上にＧａＮ層を含む材料層Ｍや電極（不図示）等を形成する（図８（１））。そして、その上にサポート基板Ｓ２を被せて接合する（図８（２））。次に、全体を裏返してサファイア基板Ｓ１を上側にした状態でレーザ光Ｌを照射する（図８（３））。ワークを移動させながらレーザ光Ｌが順次照射され、レーザ光Ｌは、サファイア基板Ｓ１と材料層Ｍの界面の全面に照射される。レーザ光Ｌの照射により、界面において材料層ＭのＧａＮが分解する。ＧａＮの分解により窒素ガスが発生するとともに、材料層Ｍの表面には薄いＧａの層が形成される。
【０００６】
レーザ光照射後、ワークＷを３０℃程度に加熱してＧａ層を融解させ、サファイア基板Ｓ１を材料層Ｍから剥離させて引き離す（図８（４））。尚、図８に示すように、従来例のレーザリフトオフでは、サファイア基板Ｓ１と材料層Ｍとから成るものがワークである。
レーザリフトオフ工程の後、切断工程が行われる。切断工程は、材料層Ｍとサポート基板Ｓ２とから成るワークを切断してチップ状とする。その後、組み立て工程でパッケージングがされ、最終的な製品となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１９１１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
周知のように、ＬＥＤや半導体レーザといった半導体発光素子のチップサイズは、数百μｍ程度から数ｍｍ程度まで様々であるが、いずれにしても微小なものである。このような微小なチップサイズの発光素子を製造する場合、通常、比較的大きな基板上に素子構造を造り込んだ後、切断（ダイシング）工程を行って個々のチップを得る。
【０００９】
上述したように、従来のレーザリフトオフ工程は、切断工程よりも前の工程として実施されており、例えば直径１００〜２００ｍｍといった大きさのサファイア基板を含むワークに対してリフトオフを行っている。しかしながら、プロセス上の都合から、切断工程の後にレーザリフト工程が行われる場合がある。発明者の研究によると、切断工程の後にレーザリフト工程を行うと、予測できなかった新たな問題が発生することが判明した。以下、この点について図９を使用して説明する。図９は、従来例のレーザリフト装置における問題について示した正面図である。
【００１０】
切断工程を行ってからリフトオフ工程を行う場合には、ワークはチップのものということになる。即ち、図９に示すように、各々チップ状のワーク（以下、チップ状ワークという）Ｗについてリフトオフを行う。各チップ状ワークＷは、サポート基板Ｓ２の上に貼り付けられ、装置に投入される。そして、各チップ状ワークＷにレーザ光が照射され、各々サファイア基板Ｓ１が材料層Ｍから剥離されて除去される。
【００１１】
発明者の研究によると、図９に示すようなチップ状ワークＷにレーザ光を照射してリフトオフを行うと、剥離するサファイア基板Ｓ１が勢いよく飛び出し、このために問題が生じ得ることが判ってきた。レーザリフトオフでは、上述したように界面にレーザ光を照射して剥離させるが、この際、界面付近で材料の分解により急激にガスが放出され、この放出圧力によって剥離が進行する。例えば材料層がＧａＮ層である場合、レーザ光照射によって界面付近でＧａＮが分解して窒素ガスが急激に放出され、この際の放出圧力により剥離が進行する。チップ状ワークＷに対してこのようなレーザリフトオフを適用してしまうと、剥離するサファイア基板Ｓ１は例えば１ｍｍ角程度（厚さは約１００μｍ〜４００μｍ程度）と小さくて軽いため、勢いよく飛び出してしまう。
【００１２】
図７及び図９に示すように、レーザ光学系２０は、ワークステージ４に対向させた状態で投影レンズ２を備えている。チップ状ワークＷに対してレーザリフトオフを行うと、図９に示すように勢いよく飛び出してきたサファイア基板Ｓ１が投影レンズ２に衝突し、投影レンズ２を傷つけてしまうことが判明した。
【００１３】
投影レンズ２は非常に高価な光学部品であり、損傷により交換が必要になると、コスト上の問題が生じる。また、位置合わせ等が必要なことから交換自体も容易ではなく、装置の稼働を停止しなければならないので、生産性悪化の要因ともなり得る。投影レンズ２の損傷を防止するために、サファイア基板Ｓ１が飛び出してくるタイミングに合わせて投影レンズ２を退避させることも考えられるが、投影レンズ２は、レーザ光学系２０の心臓部であるから極めて精緻な位置制度が求められるので非現実的であり、可能であるとしても非常に大がかりな機構となってしまう。
【００１４】
飛び出してくるサファイア基板Ｓ１による損傷を防止するため、チップ状ワークＷに対して投影レンズ２を遠く離れた位置に配置することが考えられる。しかしながら、投影レンズ２の位置は、マスク２１の投影倍率や焦点距離等によって決まってくるのであり、投影レンズ２の位置を大きく動かすには光学設計を一からやり直す必要がある。また、発明者が実験により確認したところでは、チップ状ワークＳ１は１ｍ又はそれ以上の高さまで飛び上がる。従って、投影レンズ２への衝突を回避するには、それ以上離れた位置に配置する必要があるが、１ｍ以上も離れた位置に投影レンズ２を配置することは、必要なレンズの明るさ（ＮＡ）や解像度等を考慮すると、現実的に可能な光学設計とはいえない。従って、投影レンズ２の位置を変更することなく損傷を防止すことが求められる。
【００１５】
この出願の発明は、上述した課題を解決するために為されたものであり、切断工程の後にレーザリフトオフ工程を行う場合のように、小さなワークを対象としてリフトオフをする場合にも投影レンズの損傷が防止された簡便な構造のレーザリフトオフ装置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】
【００１６】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、
レーザ源と、
レーザ源から出射されたレーザ光による像を投影する投影レンズと、
投影レンズによるレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と
を備え、透光性の基板と基板に形成された材料層とから成るワークに対して基板の側からレーザ光を照射して基板を材料層から剥離させるレーザリフトオフ装置であって、
投影レンズの出射側において投影レンズを覆って保護する保護部材を備えており、
保護部材はレーザ光を透過させる材料で形成された平板状であり、
投影レンズを覆う位置に配置された状態において、保護部材の出射側の面は、投影レンズの光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記保護部材はサファイア製であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、
レーザ源と、
レーザ源から出射されたレーザ光による像を投影する投影レンズと、
投影レンズによるレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と
を備え、透光性の基板と基板に形成された材料層とから成るワークに対して基板の側からレーザ光を照射して基板を材料層から剥離させるレーザリフトオフ装置であって、
投影レンズの出射側において投影レンズを覆って保護する保護部材を備えており、
レーザ源はパルス発振のレーザ源であり、
保護部材をレーザ光のパルス発振時には投影レンズを覆わない位置に位置させ、レーザ光のパルス発振の合間に保護部材を投影レンズを覆う位置に位置させる駆動機構を備えているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項３の構成において、前記投影レンズを覆う位置に配置された状態において、前記保護部材の出射側の面は、前記投影レンズの光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、
前記ワークは、チップ状ワークであり、
前記投影レンズは、前記レーザ源からのレーザ光を前記ワークのサイズよりも大きな照射パターンで投影するものであり、
前記移動機構は、投影レンズによるレーザ光の照射パターン内に１個の前記ワークが位置するよう照射位置を相対的に移動させるものであり、
前記レーザ源はパルス発振のレーザ源であり、
さらに、
前記レーザ源から出力される１パルスのエネルギーを計測する計測器と、計測器での計測結果に従って前記レーザ源を制御する制御部とを備えており、
制御部は、１パルスのレーザ光照射により１個の前記ワークから基板が剥離して取り去られることが可能なエネルギーとなるように前記レーザ源を制御するものであるという構成を有する。
【発明の効果】
【００１７】
以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、リフトオフの際にワークから飛び出してくる部材に対して保護部材が投影レンズを保護するので、投影レンズの損傷が発生しない。このため、投影レンズの交換が余儀なくされることはなく、コスト上及び生産性上の問題は生じない。
また、保護部材がレーザ光を透過させる材料で形成されているので、リフトオフのためのレーザ光の照射の際にも光路から退避させる必要はなく、構造的にシンプルになり、コストも安価にできる。
また、保護部材は平板状であるので、レーザ光学系の設計が煩雑にならない。
さらに、保護部材の出射側の面は投影レンズの光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度となっているので、リフトオフの際に飛び出した部材が保護部材に衝突した場合、当該部材は斜めに跳ね返る。このため、照射位置に戻ってしまって次のリフトオフの障害となることはない。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、保護部材はサファイア製であるので、リフトオフの際にワークから飛び出した部材が衝突しても傷付きにくい。このため、レーザ光が散乱されて照射が不足したり不均一になったりすることが少なく、また保護部材の交換の頻度も少なくなる。
また、請求項３記載の発明によれば、リフトオフの際にワークから飛び出してくる部材に対して保護部材が投影レンズを保護するので、投影レンズの損傷が発生しない。このため、投影レンズの交換が余儀なくされることはなく、コスト上及び生産性上の問題は生じない。また、保護部材が透光性である必要はないので、材料選定の自由度が高くなる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、保護部材の出射側の面は投影レンズの光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度となっているので、リフトオフの際に飛び出した部材が保護部材に衝突した場合、当該部材は斜めに跳ね返る。このため、照射位置に戻ってしまって次のリフトオフの障害となることはない。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、１パルスで１個のチップ状ワークについてリフトオフが行われるので、高スループットとなり、生産性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】参考例のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。
【図２】参考例のレーザリフトオフ装置におけるレーザ光の照射パターンについて示した斜視概略図である。
【図３】保護部材７による投影レンズ２の保護について示した正面概略図である。
【図４】第一の実施形態のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。
【図５】図４に示す第一の実施形態の装置における保護部材７の配置の意義について示した正面概略図である。
【図６】第二の実施形態のレーザリフトオフ装置の主要部の斜視概略図である。
【図７】従来例のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。
【図８】従来のレーザリフトオフ工程を含むプロセスの概略について示した図である。
【図９】従来例のレーザリフト装置における問題について示した正面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、この出願の発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、参考例の実施形態であるレーザリフトオフ装置の正面概略図である。図１に示すレーザリフト装置は、前述した従来例の装置と同様、基板Ｓ１と基板Ｓ１に形成された材料層Ｍとから成るワークＷに対して当該基板Ｓ１を透過するレーザ光を照射して当該基板Ｓ１を材料層Ｍから剥離させる装置となっている。典型的には、基板Ｓ１はサファイア基板であり、材料層Ｍは、サファイア基板Ｓ１に形成されたＧａＮ層を含む層である。そして、参考例の装置は、切断工程の後にリフトオフ工程が行われることを前提としており、従ってワークＷはチップ状ワークである。
【００２０】
図１に示すように、参考例のレーザリフトオフ装置は、レーザ源１と、当該レーザ源１から出射されたレーザ光による像を投影する投影レンズ２と、投影レンズ２によるレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構３とを備えている。
レーザ源１には、この参考例ではＫｒＦエキシマレーザが使用されている。発振波長は２４８ｎｍで、１〜４０００Ｈｚ程度のパルス発振のものとなっている。
【００２１】
投影レンズ２は、レーザ光学系２０の一要素となっている。レーザ光学系２０は、レーザ光を所望のパターンで照射するためのマスク２１と、マスク２１に照射するレーザ光のビームを適宜拡大したり整形したりするシリンドリカルレンズ群２２，２３と、ミラー２４と、マスク２１の像を照射面に投影する投影レンズ２等から構成されている。
マスク２１は、照射パターンの形状の開口を有するもので、アパーチャと呼び得るものである。この参考例では照射パターンは方形であるので、マスク２１の開口も方形である。
投影レンズ２は、鮮鋭なパターンでレーザ光を照射するためのものである。鮮鋭なパターンとすることは、エネルギー密度を高くすること、周辺に対して不必要に照射しないこと、パターン内での照度分布の均一性を高めることといった観点から必要となる。この参考例では、投影レンズ２の倍率は１未満であり、レーザ光を集光して照射するものとなっている。
【００２２】
参考例の装置は、上記投影レンズ２による照射位置（マスク２１の像の投影位置）にチップ状ワークＷを保持するワークステージ４を備えている。移動機構３は、ワークステージ４に対して相対的に照射位置を移動させる機構となっている。ワークステージ４は、上面においてチップ状ワークＷを保持する台状の部材であり、チップ状ワークＷを真空吸着して保持する機構が必要に応じて設けられる。尚、図１に示すように、ワークステージ４に直接載置されるのはサポート基板Ｓ２であり、各チップ状ワークＷはサポート基板Ｓ２の上に接合されている。
【００２３】
移動機構３は、ワークステージ４をＸＹ方向に移動させる機構（ＸＹ移動機構）となっている。ＸＹ方向は、レーザ光学系２０の光軸に対して垂直な面内で互いに直交する方向である。照射位置は光軸上であるので、移動機構３は、ワークステージ４について照射位置を相対的にＸＹ方向に移動させる機構となっている。「相対的に」とは、静止したレーザ光学系２０に対してワークステージ４が移動することでワークステージ４上の照射位置が移動しても良いし、静止したワークステージ４に対してレーザ光学系２０が移動することで照射位置が移動しても良いという意味である。レーザ光学系２０が移動する構成とは、レーザ光学系２０全体が移動する場合の他、例えばミラー２４に駆動機構が付設されていてミラー２４の角度が適宜変更されることで照射位置が移動する場合もあり得る。
【００２４】
この参考例の装置は、チップ状ワークＷを対象としたリフトオフを最適化した構成を備えており、その一つが、レーザ光の照射パターンのサイズであり、照射エネルギーの制御である。この点について、図２を使用して説明する。図２は、参考例の装置におけるレーザ光の照射パターンについて示した斜視概略図である。図２に示すように、参考例の装置では、照射パターンＩはチップ状ワークＷよりも少し大きいほぼ方形のパターンとなっている。例えば、チップ状ワークＷが０．１ｍｍ角〜１．０ｍｍ角であるとすると、照射パターンＩは、０．２ｍｍ角〜１．１ｍｍ角程度とされる。
【００２５】
また、図１に示すように、参考例の装置は、レーザ源１から発振されるレーザ光のエネルギーを計測するエネルギー計測器５と、装置の各部を制御する主制御部６とを備えている。主制御部６は、エネルギー計測器５からの出力に従ってレーザ源１を制御するものとなっている。エネルギー計測器５としては、Ｓｉフォトダイオード又はパイロエレクトリックセンサ等を使用することができる。レーザ源１からの光路上には、ビームスプリッタ２５が挿入されており、ここから取り出した一部のレーザ光が入射する位置にエネルギー計測器５が配置されている。
【００２６】
主制御部６は、チップ状ワークＷに対する１パルスのみのレーザ光照射でリフトオフが完了するよう照射エネルギーを制御するものとなっている。周知のように、ＫｒＦエキシマレーザは、ＫｒとＦの混合ガス中で放電を生じさせ、放電によって生成されるＫｒＦエキシマが基底状態に落ちる際の発光を利用して誘導放出を行うものである。従って、図１に示すように、レーザ源１は、ＫｒとＦの混合ガスを封入したチャンバ１１と、チャンバ１１内で放電を生じさせるためのレーザ電源１２と、レーザ電源１２を制御するコントローラ１３と含んでいる。
【００２７】
主制御部６は、エネルギー計測器５からの出力に従ってレーザ源１のコントローラ１３に信号を送り、出力を制御する。この際、最適な１パルスのエネルギー値が予め定められており、このエネルギー値になるようコントローラに送られる。最適な１パルスのエネルギー値とは、一つのチップ状ワークＷに対する１パルスのレーザ光照射によりリフトオフが完了する（１個のサファイア基板Ｓ１が取り去られる）のに必要なエネルギーということである。
【００２８】
これらの点を考慮して、１パルスの最適なエネルギーが予め調べられて選定される。ＬＥＤや半導体レーザといった半導体発光素子の製造プロセスでは、前述したようにチップ状ワークＷのサイズは０．１ｍｍ角〜１．０ｍｍ角程度であり、１パルスでリフトオフを完了する最適なエネルギーは６００ｍＪ／ｃｍ２〜９００ｍＪ／ｃｍ２程度である。この場合の照射パターンは０．２ｍｍ角〜１．１ｍｍ角程度であるから、１パルスの全体の最適エネルギーは０．２ｍＪ〜１１ｍＪ程度ということになる。この範囲で最適エネルギー値が選定され、このエネルギーとなるようマスク２１の開口サイズが変更される。
【００２９】
移動機構３について補足すると、移動機構３は、図１及び図２に示す各チップ状ワークＷについて１パルスのレーザ光が順次照射されるように照射位置を移動させる機構となっている。主制御部６は、レーザ源１のパルス周期に従って移動機構３に制御信号を送り、各パルスの合間（インターバル）においてワークステージ４をＸ方向又はＹ方向に所定距離移動させる。移動距離は、図２に示す各チップ状ワークＷの配置に応じたものである。
【００３０】
即ち、図２に示すように、各チップ状ワークＷは、サポート基板Ｓ２上において縦横に並んで配列されている。サポート基板Ｓ２は、各チップ状ワークＷの縦横の配列方向が移動機構３におけるＸＹ方向に一致するよう精度良くワークステージ４に載置され、真空吸着等の方法によりワークステージ４に保持されるようになっている。移動機構３は、あるチップ状ワークＷに対する１パルスのレーザ光照射が終了した後、ワークステージ４をＸ方向又はＹ方向に移動させ、縦又は横に隣接する次のチップ状ワークＷが照射位置に位置するようにする。従って、移動距離は、各チップ状ワークＷの離間距離ということになる。尚、移動機構３は、各チップ状ワークＷの中心（方形の輪郭における中心）が光軸Ａ上に位置するようワークステージ４の位置制御（アライメント）をする。そして、上記移動後には、次のチップ状ワークＷの中心が光軸Ａ上に位置した状態となる。
【００３１】
レーザ源１のパルス周期は、制御データとして主制御部６に予め入力されている。主制御部６は、レーザ源１のパルス動作に同期した形で移動機構３が動作するよう移動機構３に制御信号を送る。即ち、主制御部６は、各パルスの合間に上記移動を行うよう移動機構３を制御するものとなっている。
【００３２】
一方、参考例の装置は、前述したリフトオフ時のサファイア基板Ｓ１の飛び出しに起因した問題を解決するための構造を有している。具体的には、図１に示すように、投影レンズ２の出射側に保護部材７が設けられている。保護部材７は、投影レンズ２を保護するものである。
保護部材７は、この参考例では透光性の光学部材となっている。透光性とは、レーザ源１からのレーザ光の波長において透光性ということであり、この参考例ではサファイア製となっている。保護部材７は、全体としては平板状であり、表面は光学研磨されている。尚、保護部材７は、不図示のホルダーにより保持されており、投影レンズ２を覆った姿勢を維持する。
【００３３】
このような構造を有する参考例のレーザリフトオフ装置の動作について、以下に説明する。
各チップ状ワークＷは、図２に示すようにサポート基板Ｓ２の上に縦横に配列されてサポート基板Ｓ２に接合された状態とされて装置に投入される。具体的には、一枚の切断前のサファイア基板Ｓ上に材料層Ｍの形成やその他の工程が行われた後、切断工程が行われて個々のチップ状ワークＷとされる。各チップ状ワークＷは、一個ずつサポート基板Ｓ２に接合される。接合は、はんだ付け、ろう付け又は接着等により行われる。尚、サポート基板Ｓ２は、主として発光素子の組み立て（パッケージング）用のものであり、セラミックス製やシリコン製の他、導通や熱伝導製を考慮して銅製のものが使用されることもある。尚、サファイア基板Ｓ１上に材料層Ｍを形成し、その上にサポート基板Ｓ２を接合した後に裏返し、表面側から途中の深さまで碁盤の目状にダイシングを行うことで、図２に示す構造を得るようにする場合もある。
【００３４】
各チップ状ワークＷを支持したサポート基板Ｓ２は、ワークステージ４上の所定位置に載置される。主制御部６は、移動機構３に制御信号を送り、最初のチップ状ワークＷの中心が光軸Ａ上に位置するよう移動機構３を動作させる。
この状態で、主制御部６は、レーザ源１と移動機構３とに制御信号を送り、同期した動作をさせる。即ち、レーザ源１に動作信号を送って所定のパルス発振をさせ、パルスに同期した形で移動機構３を動作させる。これにより、各チップ状ワークＷに対して１パルスのレーザ光が照射され、その際に各々サファイア基板Ｓ１が材料層Ｍから剥離してリフトオフされる。全てのチップ状ワークＷに対してレーザ光の照射が終了すると、残った各材料層を支持しているサポート基板Ｓ２はワークステージ４から取り去られ、次の工程に回される。
【００３５】
このような装置の動作において、保護部材７は投影レンズ２を保護する。この様子を示したのが、図３である。図３は、保護部材７による投影レンズ２の保護について示した正面概略図である。
レーザ光が照射されたチップ状ワークＷからは、前述したようにサファイア基板Ｓ１が勢い良く飛び出して来る。飛び出しは、サファイア基板Ｓ１と材料層Ｍとの界面全面における窒素ガス発生に起因しているから、飛び出しの方向は界面にほぼ垂直（この例ではほぼ真上）である。上方には保護部材７が配置されていて投影レンズ２を被っているので、飛び出したサファイア基板Ｓ１は保護部材７に衝突し、投影レンズ２には衝突しない。このため、投影レンズ２が損傷することはない。尚、保護部材７はサファイアで形成されていてレーザ光の波長において透光性が良好であるため、リフトオフに支障が出ることはない。
【００３６】
保護部材７の材質としては、サファイアの他、石英もレーザ光の波長に対して良好な透光性を有するので使用可能である。ただ、石英の場合、サファイアに比べて硬度が低く、サファイア基板Ｓ１の衝突によって傷がつきやすい。保護部材７は、レンズのような光学作用を為す部材ではないが、衝突によって傷がつくとその部分でレーザ光が散乱されてしまうので、問題となる大きさ又は数の傷つきが生じると交換の必要が生じる。頻繁な交換は、コスト上の問題や生産性上の問題が生じる。一方、サファイアは高硬度の材料であり、このような問題が少ない点で優れている。
尚、保護部材７は、前述したようにホルダーにより保持されるが、サファイア基板Ｓ１の衝突によって位置ずれ等が生じないよう、強度な保持構造のホルダーが必要に応じて採用される。
【００３７】
次に、第一の実施形態のレーザリフトオフ装置について説明する。図４は、第一の実施形態のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。第一の実施形態の装置は、保護部材７の配置が参考例と異なっており、その他は同様である。図４に示すように、第一の実施形態では、保護部材７は、光軸に垂直な面に対してθの角度で斜めに配置されている。
図４に示す保護部材７の斜め配置は、投影レンズ２の保護に加え、飛び出したサファイア基板Ｓ１が他のチップ状ワークＷに対するリフトオフ処理の障害にならないようにする意義がある。この点が図５に示されている。図５は、図４に示す第一の実施形態の装置における保護部材７の配置の意義について示した正面概略図である。
【００３８】
リフトオフの際に飛び出したサファイア基板Ｓ１は、保護部材７に衝突して跳ね返るが、保護部材７が光軸に対して垂直に配置されていると、サファイア基板Ｓ１はほぼ真下に跳ね返り易く、サポート基板Ｓ２の上に落下する可能性が高くなる。サポート基板Ｓ２上に落下した際、別のチップ状ワークＷの上にかぶさってしまうと、そのチップ状ワークＷが光軸上に位置してリフトオフがされる際、レーザ光照射の障害となってしまう。かぶさったものはサファイア基板Ｓ１であり、透光性ではあるが、レーザ光を散乱させてしまうので、下側のチップ状ワークＷに対して十分な強度の均一なレーザ光が照射されなくなってしまうことがあり得る。この結果、当該チップ状ワークＷについてリフトオフが不純部となったり、不均一なレーザ光照射により材料層にクラック等の損傷が生じたりする恐れがある。
【００３９】
また、パルスの周期によっては、保護部材７に跳ね返って真下に飛行（落下）しているタイミングで次のパルスのレーザ光が照射されることもあり得る。この場合、光路上に（即ちレーザ光のビーム内に）サファイア基板Ｓ１が位置するため、サファイア基板Ｓ１によってレーザ光が散乱される。この結果、同様にレーザ光の照度が不足したり不均一になったりして、次のチップ状ワークＷについてのリフトオフが不良となる恐れがある。
【００４０】
一方、保護部材７の出射側の面が光軸Ａに垂直な面に対して斜めであると、図５に示すようにサファイア基板Ｓ１は斜めに跳ね返るので、サポート基板Ｓ２に落下する可能性は低い。このため、上記のような問題が少なくなる。発明者の研究によれば、サファイア基板Ｓ１への落下を防止するには、角度θは１０〜６０度の範囲が好適である。
【００４１】
上記参考例及び第一の実施形態おいて、保護部材７が平板状であることは、レーザ光学系２０の設計を煩雑化させないという意義がある。例えばプリズム状の保護部材（入射側の面と出射側の面とは非平行の光学部材）を使用しても投影レンズ２を保護する作用は同様に得られる。この場合、出射側の面を斜めにすることも容易である。しかしながら、このような部材を使用すると、レーザ光は複雑に屈折するので、それを考慮に入れてレーザ光学系２０を設計する必要があり、煩雑となる。平板状（入射面と出射面とが平行）であれば、焦点位置が多少シフトするといった変更は考慮に入れる必要はあるが、基本的な構成はそのまま維持して光学設計を行うことができ、簡便である。尚、出射側の面が平坦面であることは必ずしも必須ではないが、平坦面ではない場合には同様に光学設計が煩雑になる欠点がある。
【００４２】
次に、第二の実施形態のレーザリフトオフ装置について説明する。図６は、第二の実施形態のレーザリフトオフ装置の主要部の斜視概略図である。参考例及び第一の実施形態の装置では、保護部材７は、投影レンズ２を出射側で被った状態を保持するものであったが、第二の実施形態では、必要な場合のみ投影レンズ２を出射側で被った状態となり、それ以外では光路から退避した状態となるものである。
【００４３】
具体的に説明すると、図６に示すように、第二の実施形態では、保護部材７はフレーム７１に嵌め込まれた二つの部材となっている。フレーム７１は、図６に示すように円環部７１１と、円環部７１１の中心を通る十の字状のリブ部７１２とから成る。二つの保護部材７は、４５度の扇形の板状であり、中心対称となるようにフレーム７１に嵌め込まれている。
【００４４】
保護部材７には、不図示の駆動機構が設けられている。駆動機構は、中心位置でフレーム７１に連結された出力軸を有する回転機構となっている。駆動機構が動作すると、フレーム７１は中心を貫く回転軸Ｒの回りに回転する。回転に伴い、二つの保護部材７は、順次、光路上に位置したり光路から退避したりする状態を繰り返す。
【００４５】
駆動機構は、主制御部６によって制御されるようになっている。主制御部６は、レーザ源１のパルス発振に同期して駆動機構を制御する。具体的には、あるパルスのレーザ発振の際、フレーム７１のうち保護部材７が嵌め込まれていない開口（以下、フレーム開口という）７１３が光路上に位置し、次のパルスまでのインターバルの間に一方の保護部材７が光路上に位置し、さらに次のパルス発振の際、他方のフレーム開口７１３が光路上に位置し、さらに次のパルス発振までのインターバルの際に他方のフレーム開口７１３が光路上に位置するようフレーム７１の回転速度及び位相が制御される。
【００４６】
この実施形態の装置でも、１パルスのレーザ光照射により１個のチップ状ワークＷについてリフトオフが完了するよう１パルスのレーザエネルギーが制御される。そして、１パルスのレーザ光照射の後、サファイア基板Ｓ１が飛び出してくるが、サファイア基板Ｓ１が飛び出すタイミングでは光路上には保護部材７が位置しているので、サファイア基板Ｓ１は保護部材７に衝突する。このため、投影レンズ２にサファイア基板Ｓ１が衝突することはなく、投影レンズ２は保護される。尚、１パルスのレーザ光の照射後にサファイア基板Ｓ１が飛び出してくる速度はチップに照射されるレーザ光照度に依存し、５〜２０ｍｓ程度である。従って、同一照度でチップ状ワークＷをリフトオフしていくことで保護部材７に衝突するまでのタイムラグは一定となり、このタイムラグに応じてフレーム７１の回転速度は適宜定められる。回転速度は、例えば１０００〜４０００ＲＰＭ程度とされる。
【００４７】
この実施形態においても、各保護部材７の出射側の面が光軸に対して斜めの姿勢とすることが望ましい。このための構造としては、フレーム７１及び各保護部材７を全体に斜めに配置し、斜めの回転軸の回りにフレーム７１を回転させる構造が採用できる。もしくは、フレーム７１は水平として回転軸を垂直としつつも、フレーム７１に斜めの姿勢で各保護部材７が保持される構造であっても良い。
【００４８】
いずれにしても、この第二の実施形態でも、リフトオフされたサファイア基板Ｓ１が投影レンズ２に衝突することがないので、投影レンズ２が損傷して交換が余儀なくされることはなく、コスト上及び生産性上の問題は生じない。
第二の実施形態では、レーザ光照射時には保護部材７は光路上から退避しているので、保護部材７は透光性である必要はない。このため、サファイア以外の任意の安価で硬質な材料を選定することができるというメリットがある。
【００４９】
上記第二の実施形態では、保護部材７を保持したフレーム７１を回転させることでレーザパルスに同期させて間欠的に保護部材７を光路上に配置したが、他の機構が採用されることもあり得る。例えば、カメラ等で広く採用されている複数のシャッター羽根で光路を開閉する機構（スクエア型シャッター）と同様の機構を採用しても良い。この場合は、シャッター羽根が保護部材ということになる。
【００５０】
上述した各実施形態において、リフトオフ処理されるチップ状ワークＷは、ＧａＮの他、ＡｌＮ、ＢＮ、ＩｎＮのような他の窒化物である場合でもよい。レーザの照射によって、常温で気体となる窒素のような物質が発生するからである。したがって、リフトオフの対象はＧａＮに限られない。
また、ＧａＮ系その他の半導体レーザの製造においても、リフトオフ工程が存在し且つ微小なチップ状ワークＷを対象とする限り、実施形態の装置が利用できる。また、除去される基板Ｓ１はサファイア基板が典型的であるが、サファイア以外であってもリフトオフ用のレーザ光を透過する材料の基板が使用される場合、対象とされることがあり得る。
【００５１】
尚、前述したように、サファイア基板Ｓ１の飛び出しは、１パルスのみのレーザ光照射でリフトオフを行おうとする場合に発生する。従って、理論的には、切断工程の前にリフトオフ工程を行う場合にも、ワーク（材料層付きのサファイア基板）に対して一括して１パルスのみのレーザ光照射によりリフトオフを行うのであれば、サファイア基板は勢い良く飛び出してくる。界面の全面で窒素ガスの蒸発圧力を受けることになるからである。したがって、実施形態の装置が使用されることがあり得る。
【符号の説明】
【００５２】
１  レーザ源
２  投影レンズ
２０  レーザ光学系
２１  マスク
３  移動機構
４  ワークステージ
５  エネルギー計測器
６  主制御部
７  保護部材
７１  フレーム
Ｍ  材料層
Ｓ１  サファイア基板
Ｓ２  サポート基板
Ｗ  チップ状ワーク
【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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