(57)【要約】      （修正有）【課題】従来より厚いエピタキシー基板におけるバッファ層の破壊工程と光デバイス層の移設工程を効率的に行うことのできるリフトオフ方法の提供。【解決手段】光デバイスウェーハの該光デバイス層の表面に接合層を介して移設基板を接合して複合基板を形成する移設基板接合工程と、該複合基板を構成する該光デバイスウェーハの該エピタキシー基板の裏面側から該エピタキシー基板に対しては透過性を有し該バッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームを該エピタキシー基板に照射し、該バッファ層を破壊するバッファ層破壊工程と、該バッファ層破壊工程を実施した後、該光デバイス層を該エピタキシー基板から剥離して該移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を備え、該バッファ層破壊工程は、該エピタキシー基板の中央部へのパルスレーザービームの照射を先に実施し、外周部のパルスレーザービームの照射を該中央部に引き続いて実施する。【選択図】図６
2019075480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシー基板の表面にＧａＮバッファ層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウェーハの該光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
該光デバイスウェーハの該光デバイス層の表面に接合層を介して移設基板を接合して複合基板を形成する移設基板接合工程と、
該複合基板を構成する該光デバイスウェーハの該エピタキシー基板の裏面側から該エピタキシー基板に対しては透過性を有し該バッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームを該エピタキシー基板に照射し、該バッファ層を破壊するバッファ層破壊工程と、
該バッファ層破壊工程を実施した後、該光デバイス層を該エピタキシー基板から剥離して該移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を備え、
該バッファ層破壊工程は、該エピタキシー基板の中央部へのパルスレーザービームの照射を先に実施し、外周部のパルスレーザービームの照射を該中央部に引き続いて実施することにより、該バッファ層を構成するＧａＮがＧａとＮ２ガスに分離することにより発生した応力が、該バッファ層破壊工程が終了するのと同時に解放される際の反力により、該光デバイス層を該エピタキシー基板から剥離して該移設基板に移設することを特徴とするリフトオフ方法。
【請求項２】
該エピタキシー基板の厚みが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内である請求項１記載のリフトオフ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア基板や炭化珪素基板等のエピタキシー基板の表面にバッファ層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウェーハの該光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素基板等のエピタキシー基板の表面にバッファ層を介してＧａＮ（窒化ガリウム）等で構成されるｎ型半導体層及びｐ型半導体層からなる光デバイス層が積層され、格子状に形成された複数の分割予定ライン（ストリート）によって区画された複数の領域に発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等の光デバイスを形成して光デバイスウェーハを製造する。そして、光デバイスウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより個々の光デバイスチップを製造している（例えば、特開平１０−３０５４２０５号広報参照）。
【０００３】
また、光デバイスチップの輝度を向上させる技術として、光デバイスウェーハの光デバイス層をＡｕＳｎ（金錫）等の接合層を介してＣｕ，Ｍｏ，Ｓｉ等の移設基板に接合し、エピタキシー基板の裏面側からエピタキシー基板を透過しバッファ層で吸収される波長のパルスレーザービームを照射してバッファ層を破壊し、エピタキシー基板から光デバイス層を剥離することにより、光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフと呼ばれる製造方法が特開２００４−７２０５２５号広報に記載されている。
【０００４】
エピタキシー基板上に形成された光デバイス層を移設基板に移設する従来のリフトオフ方法では、エピタキシー基板の裏面を研削して１００〜３５０μｍ程度に薄化してからパルスレーザービームをエピタキシー基板の裏面側から照射していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特開２００４−７２０５２５号公報
【特許文献３】特許第５３４５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、エピタキシー基板を研削して十分薄化してからパルスレーザービームを照射する方法では、エピタキシー基板のサイズが６インチ等に大きくなると、研削量が増えてしまい時間が掛かることや、エピタキシー基板の反りが大きくなること等から、十分に薄化するのは困難であるという課題がある。
【０００７】
また、パルスレーザービームをエピタキシー基板の裏面側から照射する方法では、バッファ層を十分に破壊することはできない場合があり、光デバイス層をエピタキシー基板から円滑に剥離することはできないという問題がある。
【０００８】
そこで、エピタキシー基板に超音波振動を発生する超音波ホーンを接触させてエピタキシー基板を振動させ、光デバイス層をエピタキシー基板から剥離する方法が特許文献３で提案されている。しかし、この方法では、バッファ層を破壊した後に光デバイス層を移設基板に移設するために外力としての超音波を付与する必要があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来より厚いエピタキシー基板におけるバッファ層の破壊工程と光デバイス層の移設工程を効率的に行うことのできるリフトオフ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、エピタキシー基板の表面にＧａＮバッファ層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウェーハの該光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、該光デバイスウェーハの該光デバイス層の表面に接合層を介して移設基板を接合して複合基板を形成する移設基板接合工程と、該複合基板を構成する該光デバイスウェーハの該エピタキシー基板の裏面側から該エピタキシー基板に対しては透過性を有し該バッファ層に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームを該エピタキシー基板に照射し、該バッファ層を破壊するバッファ層破壊工程と、該バッファ層破壊工程を実施した後、該光デバイス層を該エピタキシー基板から剥離して該移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を備え、該バッファ層破壊工程は、該エピタキシー基板の中央部へのパルスレーザービームの照射を先に実施し、外周部のパルスレーザービームの照射を該中央部に引き続いて実施することにより、該バッファ層を構成するＧａＮがＧａとＮ２ガスに分離することにより発生した応力が、該バッファ層破壊工程が終了するのと同時に解放される際の反力により、該光デバイス層を該エピタキシー基板から剥離して該移設基板に移設することを特徴とするリフトオフ方法が提供される。
【００１１】
好ましくは、エピタキシー基板の厚みは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のリフトオフ方法によると、バッファ層破壊工程を、エピタキシー基板の中央部へのパルスレーザービームの照射を先に実施し、引き続いて外周部へのパルスレーザービームの照射を実施するため、中央部のバッファ層破壊工程ではバッファ層を構成するＧａＮがＧａとＮ２ガスとに分離することにより発生した応力が基板内部に閉じ込められているが、引き続いて実施する外周部へのバッファ層破壊工程が終了すると同時に応力が解放されるため、その反力により光デバイス層をエピタキシー基板から剥離して移設基板に移設することができる。
【００１３】
従って、エピタキシー基板が厚いままでも光デバイス層のリフトオフ加工が可能となる。これにより、エピタキシー基板を研削する必要がなくなるため、従来必要であった研削に必要なコストや工数が削減され生産性を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、エピタキシー基板が厚いため、応力の発生によって加工中に割れるリスクや、加工後の搬送時に割れるリスクが大きく低減され、エピタキシー基板の再利用が可能となるため、コストの削減につながる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）は光デバイスウェーハの斜視図、図１（Ｂ）は光デバイスウェーハの一部拡大断面図である。
【図２】図２（Ａ）は移設基板接合工程を示す斜視図、図２（Ｂ）は移設基板を光デバイスウェーハに接合して形成された複合基板の斜視図である。
【図３】複合基板の一部拡大断面図である。
【図４】バッファ層破壊工程を示す斜視図である。
【図５】バッファ層破壊工程を示す一部断面側面図である。
【図６】図６（Ａ）はバッファ層破壊工程をエピタキシー基板の内周部から外周部に向かってらせん状に実施する第１実施形態の模式的平面図、図６（Ｂ）はバッファ層破壊工程をエピタキシー基板の中央部で直線的に実施した後、外周部をらせん状に加工する第２実施形態の模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１（Ａ）を参照すると、本発明によるリフトオフ方法によって移設基板に移し替えられる光デバイス層が形成された光デバイスウェーハ１１の斜視図が示されている。図１（Ｂ）は光デバイス層ウェーハの一部拡大断面図である。
【００１７】
図１（Ａ）に示す光デバイスウェーハ１１は、直径が５０ｍｍで厚みが１ｍｍの円板形状であるエピタキシー基板としてのサファイア基板１３の表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）等の光デバイス層（エピタキシャル層）１５が積層されて構成されている。
【００１８】
図１（Ｂ）に示すように、サファイア基板１３の表面には窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる厚みが例えば１μｍのバッファ層２１が形成されている。このバッファ層２１は５００℃程度の低温で製膜されているため低温バッファ層と呼ばれ、結晶性が崩れて比較的柔らかい膜となっている。
【００１９】
バッファ層２１上にはｎ型窒化ガリウム半導体層２３及びｐ型窒化ガリウム半導体層２５からなる光デバイス層１５がエピタキシャル成長により積層されている。サファイア基板１３上に積層された光デバイス層(エピタキシャル層)１５には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された複数の分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。
【００２０】
本発明実施形態に係るリフトオフ方法によると、まず第１の工程として、図２（Ａ）に示すように、光デバイスウェーハ１１の光デバイス層１５の表面に移設基板２７を接合する移設基板接合工程を実施する。本実施形態では、図３に示すように、厚みが１ｍｍの銅基板からなる移設基板２７の表面２７ａを金錫（ＡｕＳｎ）からなる接合金属層２９を介して接合した。
【００２１】
尚、移設基板２７としては、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）等を用いることができ、接合金属層２９を形成する接合金属としては金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、インジウム（Ｉｎ）、パラジウム（Ｐｄ）等を用いることができる。
【００２２】
この移設基板接合工程では、サファイア基板１３の表面に形成された光デバイス層１５の表面又は移設基板２７の表面２７ａに上記接合金属を蒸着して厚みが３μｍ程度の接合金属２９を形成し、この接合金属層２９と移設基板２７の表面２７ａ又は光デバイス層１５の表面と対面させて圧着することにより、移設基板２７を接合金属層２９を介して光デバイスウェーハ１１の光デバイス層１５に接合して、図２（Ｂ）に示すような複合基板３１を形成する。
【００２３】
移設基板接合工程を実施した後、サファイア基板１３の裏面１３ｂ側から、サファイア基板１３に対しては透過性を有しバッファ層２１に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザービームをサファイア基板１３に照射し、バッファ層２１を破壊するバッファ層破壊工程を実施する。
【００２４】
好ましくは、このバッファ層破壊工程では、パルスレーザービームの集光点をバッファ層２１の手前側のサファイア基板１３の内部に位置付けてパルスレーザービームをサファイア基板１３の裏面１３ｂ側から照射するが、パルスレーザービームの出力を制御することにより、パルスレーザービームの集光点をバッファ層２１に位置付けて照射するようにしてもよい。
【００２５】
図４はバッファ層破壊工程の斜視図、図５はバッファ層破壊工程の一部断面側面図をそれぞれ示している。図４に示すように、レーザービーム照射ユニット１２は、概略円筒形のケーシング１４中に収容されたレーザービーム発生ユニット１６と、ケーシング１４の先端に装着された集光器１８とを含んでいる。
【００２６】
レーザービーム発生ユニット１６は、ＹＡＧ又はＹＶＯ４からなるレーザー発振器と、繰り返し周波数設定手段、パルス幅調整手段及びパワー調整手段等を含んだ従来公知の構成である。
【００２７】
集光器１８は、レーザービーム発生ユニット１６から発生されたレーザービームを反射するガルバノミラー２０と、ガルバノミラー２０で反射されたレーザービームを集光する集光レンズ２２とを含んでいる。光デバイスウェーハ１１に移設基板２７が接合された複合基板２７は静止したチャックテーブル１０に吸引保持されている。
【００２８】
図４及び図５においては、集光レンズ２２がチャックテーブル１０に保持された複合基板３１の大きさに対して相当小さく描かれているが、実際には、静止した光デバイスウェーハ１１の全面に対してガルバノミラー２０の角度変更によりレーザービームを走査可能とするため、集光レンズ２２は光デバイスウェーハ１１の直径と同程度の直径を有するのが好ましい。
【００２９】
本発明のリフトオフ方法によると、バッファ層破壊工程でのレーザービームの照射方法が重要である。図６（Ａ）に示す第１実施形態では、エピタキシー基板であるサファイア基板１３の裏面１３ｂ側からパルスレーザービームをサファイア基板１３の中心Ｃ１から、ガルバノミラー２０を制御することにより、矢印Ａに示すようにサファイア基板１３の外周に向けてスパイラル状の軌跡となるように照射する。
【００３０】
隣接するスパイラルの間隔はパルスレーザービームのスポット径よりも僅かばかり小さく、スパイラル状に照射されるパルスレーザービームの一部（好ましくは６０〜８０％）が重なり合うようにパルスレーザービームを走査するのが好ましい。
【００３１】
しかし、パルスレーザービームのサファイア基板１３へのスパイラル状の軌跡となるような照射は、ガルバノミラー２０による走査に限定されるものではなく、他のレーザービーム走査手段や、集光器１８を固定し、チャックテーブル１０をスパイラル状に動かすことにより実現してもよい。
【００３２】
パルスレーザービームをこのように走査することにより、バッファ層２１の全面に対応する領域にパルスレーザービームが照射される。これにより、バッファ層２１を構成するＧａＮがＧａとＮ２ガスに分離し、発生したガスがサファイア基板１３内に閉じ込められることにより応力が発生するが、パルスレーザービームの照射がサファイア基板１３の最外周に至りバッファ層破壊工程が終了すると、この応力がバッファ層破壊工程の終了と同時に解放されるため、この解放の反力により超音波等の外力を付与することなく光デバイス層１５をサファイア基板１３から剥離して移設基板２７に移設することができる。
【００３３】
図６（Ｂ）を参照すると、バッファ層破壊工程の第２実施形態を示す平面図が示されている。この第２実施形態では、サファイア基板１３の外周部を除く中央部分に矢印Ｂで示すように直線状にパルスレーザービームを照射して第１のバッファ層破壊工程を実施する。
【００３４】
この実施形態でも、直線状のパルスレーザービームの照射はレーザースポット径の一部が重なり合うような間隔で照射するのが好ましい。これにより、バッファ層２１を構成するＧａＮがＧａとＮ２ガスに分離することにより基板１３内部に応力が発生するが、第１のバッファ層破壊工程では、この応力は複合基板３１の内部に閉じ込められたままである。
【００３５】
直線状のパルスレーザービームの照射が終了すると、矢印Ｃに示すようにパルスレーザービームをサファイア基板１３の外周に向けてスパイラル状の軌跡となるように照射する第２のバッファ層破壊工程を実施する。
【００３６】
パルスレーザービームの照射がサファイア基板１３の最外周に至ると、即ち第２のバッファ層破壊工程が終了すると基板１３内部に閉じ込められていたＮ２ガスが排出されて応力が解放されるため、この応力解放の反力により超音波等の外力を付与することなく光デバイス層１５をサファイア基板１３から剥離して移設基板２７に移設することができる。
【００３７】
上述したバッファ層破壊工程では、バッファ層２１が破壊されてＮ２ガスが発生したことにより発生する応力を複合基板３１内部に閉じ込め、バッファ層破壊工程の終了と同時にこの応力を解放する必要があるため、薄いサファイア基板１３であると閉じ込められたガスの応力により破壊されてしまうため、サファイア基板１３の厚みは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内であるのが好ましい。
【００３８】
バッファ層破壊工程は、例えば以下のレーザー加工条件で実施するのが好ましい。
【００３９】
光源                      ：ＹＡＧパルスレーザー又はＹＶＯ４パルスレーザー
波長                      ：２５７ｎｍ
繰り返し周波数            ：５０〜２００ｋＨｚ
平均出力                  ：０．１〜２．０Ｗ
パルスエネルギー          ：０．５〜１０μＪ
スポット径                ：１０〜５０μｍ
レーザービームの走査速度  ：５０〜１００ｍｍ／ｓ
【００４０】
本発明実施形態のバッファ層破壊工程では、バッファ層破壊工程で発生したＮ２ガスによる応力を複合基板内部に閉じ込めておき、バッファ層破壊工程の終了と同時にＮ２ガスを排出して応力を解放し、この解放の反力により光デバイス層１５をサファイア基板１３から剥離するため、パルスレーザービームの照射をサファイア基板１３の中心から外周に向けて照射し、バッファ層破壊工程と同時にＮ２ガスによる応力を解放するのが重要である。
【符号の説明】
【００４１】
１１    光デバイスウェーハ
１２    レーザービーム照射ユニット
１３    サファイア基板
１５    光デバイス層（エピタキシャル層）
１６    レーザービーム発生ユニット
１７    分割予定ライン（ストリート）
１８    集光器
１９    光デバイス
２０    ガルバノミラー
２１    バッファ層
２２    集光レンズ
２３    ｎ型窒化ガリウム半導体層
２５    ｐ型窒化ガリウム半導体層
２７    移設基板
２９    接合金属層
３１    複合基板
【図１】
2019075480.tif 000003
【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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