(57)【要約】      （修正有）【課題】光デバイスの品質を低下させることなくエピタキシー基板を確実に剥離することができるリフトオフ方法を提供する。【解決手段】エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの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、光デバイス層の表面に接合剤を介して移設基板を接合して複合基板を形成する工程と、複合基板のエピタキシー基板の裏面側から、エピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射しバッファー層を破壊する工程と、該工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し光デバイス層を移設基板に移設する工程とを含み、該工程は、複合基板を加熱するとともに冷却してエピタキシー基板と光デバイス層が接合された移設基板との間に熱歪を生じさせてバッファー層を破壊してエピタキシー基板を剥離する。【選択図】図７
2015149330.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バッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合剤を介して移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程と、
複合基板のエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該光デバイス層移設工程は、複合基板を加熱するとともに冷却してエピタキシー基板と光デバイス層が接合された移設基板との間に熱歪を生じさせてバッファー層を破壊してエピタキシー基板を剥離する、
ことを特徴とするリフトオフ方法。
【請求項２】
該光デバイス層移設工程において複合基板を加熱する温度は１００℃以上であり、複合基板を冷却する温度は２０℃以下である、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等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法に関する。
【０００２】
光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介してGaN（窒化ガリウム）またはINGaP（インジウム・ガリウム・リン）若しくはALGaN（アルミニウム・窒化ガリウム）で構成されるn型半導体層および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、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。
【０００３】
また、光デバイスの輝度の向上または冷却の向上を目的として、光デバイスウエーハの光デバイス層をMo、Cu、Si基板等の移設基板に移設するリフトオフと呼ばれる製造方法が下記特許文献１に開示されている。
【０００４】
リフトオフは、光デバイスウエーハの光デバイス層側にAuSn（金錫）等の接合金属層を介して移設基板を接合し、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ー層で吸収される波長（例えば２５７nm）のレーザー光線を照射してバッファー層を破壊し、エピタキシー基板を光デバイス層から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技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７２０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
而して、エピタキシー基板の裏面側からバッファー層に集光点を位置付けてレーザー光線を照射すると、バッファー層を構成するGaNまたはINGaP若しくはALGaNがGaとN2等のガスに分解することでバッファー層が破壊されるが、GaNまたはINGaP若しくはALGaNがGaとN2等のガスに分解する領域と、分解しない領域とが存在し、バッファー層の破壊にムラが生じてエピタキシー基板を適正に剥離することができないという問題がある。
また、光デバイスの品質を向上させるためにエピタキシー基板の表面に凹凸が形成されている場合には、レーザー光線が凹凸の壁に遮られてバッファー層の破壊が抑制されエピタキシー基板の剥離が困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、エピタキシー基板を確実に剥離することが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】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、エピタキシー基板の表面にバッファー層を介して光デバイス層が積層された光デバイスウエーハの光デバイス層を、移設基板に移し替えるリフトオフ方法であって、
光デバイスウエーハの光デバイス層の表面に接合剤を介して移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程と、
複合基板のエピタキシー基板の裏面側からバッファー層にエピタキシー基板に対しては透過性を有しバッファー層に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層を破壊するバッファー層破壊工程と、
該バッファー層破壊工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程と、を含み、
該光デバイス層移設工程は、複合基板を加熱するとともに冷却してエピタキシー基板と光デバイス層が接合された移設基板との間に熱歪を生じさせてバッファー層を破壊してエピタキシー基板を剥離する、
ことを特徴とするリフトオフ方法が提供される。
【０００９】
上記光デバイス層移設工程において複合基板を加熱する温度は１００℃以上であり、複合基板を冷却する温度は２０℃以下である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるリフトオフ方法においては、バッファー層破壊工程が実施された複合基板のエピタキシー基板を剥離し、光デバイス層を移設基板に移設する光デバイス層移設工程は、複合基板のエピタキシー基板を剥離する前に複合基板を加熱するとともに冷却してエピタキシー基板と光デバイス層が接合された移設基板との間に熱歪を生じさせてバッファー層を破壊するので、バッファー層破壊工程において破壊領域にムラが生じているバッファー層であっても確実に破壊されるため、エピタキシー基板は光デバイス層から容易に剥離することができる。従って、バッファー層が破壊されていない領域で剥離が生じて光デバイス層が破壊され、光デバイスの品質の低下を招くという問題が解消する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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エーハの斜視図および要部拡大断面図。
【図２】本発明によるリフトオフ方法における複合基板形成工程の説明図。
【図３】本発明によるリフトオフ方法におけるバッファー層破壊工程および光デバイス層移設工程を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。
【図４】図３に示すレーザー加工装置に装備される剥離機構の要部断面図。
【図５】本発明によるリフトオフ方法におけるバッファー層破壊工程の説明図。
【図６】本発明によるリフトオフ方法の光デバイス層移設工程におけるエピタキシー基板吸着工程の説明図。
【図７】本発明によるリフトオフ方法の光デバイス層移設工程における加熱工程および冷却工程の説明図。
【図８】本発明によるリフトオフ方法の光デバイス層移設工程における剥離工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるリフトオフ方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１の(a)および(b)には、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エーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。
図１の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ２は、直径が５０mmで厚みが６００μmの円板形状であるサファイア基板からなるエピタキシー基板２１の表面２１aにn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２がエピタキシャル成長法によって形成されている。なお、エピタキシー基板２１の表面にエピタキシャル成長法によってn型窒化ガリウム半導体層２２１およびp型窒化ガリウム半導体層２２２からなる光デバイス層２２を積層する際に、エピタキシー基板２１の表面２１aと光デバイス層２２を形成するn型窒化ガリウム半導体層２２１との間には窒化ガリウム(GaN)からなる厚みが例えば１μmのバッファー層２３が形成される。このように構成された光デバイスウエーハ２は、図示の実施形態においては光デバイス層２２の厚みが例えば１０μmに形成されている。なお、光デバイス層２２は、図１の(a)に示すように格子状に形成された複数のストリート２２３によって区画された複数の領域に光デバイス２２４が形成されている。
【００１４】
上述したように光デバイスウエーハ２におけるエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離して移設基板に移し替えるためには、光デバイス層２２の表面２２aに移設基板を接合して複合基板を形成する複合基板形成工程を実施する。即ち、図２の(a)、(b)および(c)に示すように、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aに、厚みが１ｍmの銅基板からなる移設基板３を金錫（AuSｎ）からなる接合剤となる接合金属層４を介して接合する。なお、移設基板３としてはモリブデン(Mo)、銅(Cu)、シリコン(Si)等を用いることができ、また、接合金属層４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。この複合基板形成工程は、エピタキシー基板２１の表面２１aに形成された光デバイス層２２の表面２２aまたは移設基板３の表面３aに上記接合金属を蒸着して厚みが３μm程度の接合金属層４を形成し、この接合金属層４と移設基板３の表面３aまたは光デバイス層２２の表面２２aとを対面させて圧着することにより、光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合して複合基板２００を形成する。
【００１５】
上述したように光デバイスウエーハ２を構成する光デバイス層２２の表面２２aに移設基板３の表面３aを接合金属層４を介して接合し複合基板２００を形成したならば、複合基板２００のエピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板２１に対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層２３を破壊するバッファー層破壊工程を実施する。バッファー層破壊工程は、図３に示すレーザー加工装置を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置５は、静止基台５０と、該静止基台５０に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構６と、静止基台５０に上記X軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構７と、該レーザー光線照射ユニット支持機構７に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射手段８とを具備している。
【００１６】
上記チャックテーブル機構６は、静止基台５０上にX軸方向に沿って平行に配設された案内レール６１、６１と、該案内レール６１、６１上にX軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック６２と、該第１の滑動ブロック６２の上面に配設された案内レール６２１、６２１上にＹ軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック６３と、該第２の滑動ブロック６３上に円筒部材６４によって支持されたカバーテーブル６５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル６６を具備している。このチャックテーブル６６は多孔性材料から形成された吸着チャック６６１を具備しており、吸着チャック６６１の上面（保持面）に被加工物である例えば円板形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル６６は、円筒部材６４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。また、図示のチャックテーブル機構６は、上記第１の滑動ブロック６２を案内レール６１、６１に沿ってX軸方向に移動せしめる加工送り手段６７と、第２の滑動ブロック６３を案内レール６２１、６２１に沿ってＹ軸方向に移動せしめる第１の割り出し送り手段６８を具備している。なお、加工送り手段６７および第１の割り出し送り手段６８は、周知のボールスクリュー機構によって構成されている。
【００１７】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構７は、静止基台５０上にＹ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール７１、７１と、該案内レール７１、７１上にＹ軸方向に移動可能に配設された可動支持基台７２を具備している。この可動支持基台７２は、案内レール７１、７１上に移動可能に配設された移動支持部７２１と、該移動支持部７２１に取り付けられた装着部７２２とからなっており、ボールスクリュー機構によって構成された第２の割り出し送り手段７３によって案内レール７１、７１に沿ってＹ軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
図示のレーザー光線照射手段８は、ユニットホルダ８１と、該ユニットホルダ８１に取り付けられたケーシング８２を具備している。ユニットホルダ８１は、上記可動支持基台７２の装着部７２２に設けられた案内レール７２３、７２３に沿ってZ軸方向に移動可能に支持される。このように案内レール７２３、７２３に沿って移動可能に支持されたユニットホルダ８１は、ボールスクリュー機構によって構成された集光点位置調整手段８３によってZ軸方向に移動せしめられる。
【００１９】
図示のレーザー光線照射手段８は、上記ユニットホルダ８１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング８２を含んでいる。ケーシング８２内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング８２の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器８４が装着されている。ケーシング８２の前端部には、上記レーザー光線照射手段８によって上記チャックテーブル６６に保持された被加工物を撮像する撮像手段８５が配設されている。この撮像手段８５は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００２０】
図示のレーザー加工装置５は、上記光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１を光デバイス層２２から剥離するための剥離機構９を具備している。剥離機構９は、上記チャックテーブル６６に保持された光デバイスウエーハ２が剥離位置に位置付けられた状態でエピタキシー基板２１を吸着する吸着手段９１と、該吸着手段９１を上下方向に移動可能に支持する支持手段９２とからなっており、チャックテーブル機構６の一方の側に配設されている。吸着手段９１は、保持部材９１１と、該保持部材９１１の下側に装着された複数（図示の実施形態においては３個）の吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cとからなっており、吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cが図示しない吸引手段に接続されている。上記保持部材９１１には、図４に示すように下面に開口する流体噴出口９１１aおよび該流体噴出口９１１aに連通する連通路９１１bが形成されている。また、支持手段９２には上記保持部材９１１に形成された連通路９１１bに連通する加熱空気供給路９２１および冷却空気供給路９２２が形成されており、加熱空気供給路９２１が加熱空気供給手段９３に接続され、冷却空気供給路９２２が冷却空気供給手段９４に接続されている。加熱空気供給手段９３は、加熱空気源９３１と、該加熱空気源９３１と加熱空気供給路９２１とを接続する配管９３２と、該配管９３２に配設された電磁開閉弁９３３とからなっており、電磁開閉弁９３３を開路することにより加熱空気源９３１から加熱空気を配管９３２を介して加熱空気供給路９２１に供給する。なお、加熱空気源９３１の加熱空気の温度は１００℃以上であることが望ましい。また、冷却空気供給手段９４は、冷却空気源９４１と、該冷却空気源９４１と冷却空気供給路９２２とを接続する配管９４２と、該配管９４２に配設された電磁開閉弁９４３とからなっており、電磁開閉弁９４３を開路することにより冷却空気源９４１から冷却空気を配管９４２を介して冷却空気供給路９２２に供給する。なお、冷却空気源９４１の冷却空気の温度は２０℃以下であることが望ましい。
【００２１】
上記レーザー加工装置５を用いて複合基板２００のエピタキシー基板２１の裏面側からバッファー層２３にエピタキシー基板２１に対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、バッファー層２３を破壊するバッファー層破壊工程を実施するには、チャックテーブル６６の上面に上記複合基板２００の移設基板３側を載置する。そして、図示しない吸引手段によってチャックテーブル６６上に複合基板２００を吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル６６上に保持された複合基板２００は、光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の裏面２１bが上側となる。このようにチャックテーブル６６上に複合基板２００を吸引保持したならば、加工送り手段６７を作動してチャックテーブル６６をレーザー光線照射手段８の集光器８４が位置するレーザー光線照射領域に移動する。そして、図５の（ａ）で示すようにチャックテーブル６６に保持された複合基板２００の光デバイスウエーハ２を構成するエピタキシー基板２１の一端（図５の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段８の集光器８４の直下に位置付ける。次にレーザー光線照射手段８を作動して集光器８４からバッファー層２３にサファイアに対しては透過性を有しバッファー層２３に対しては吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル６６を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図５の（c）で示すようにレーザー光線照射手段８の集光器８４の照射位置にエピタキシー基板２１の他端（図５の（c）において右端）が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル６６の移動を停止する。このレーザー光線照射工程をバッファー層２３の全面に対応する領域に実施する。
なお、上記バッファー層破壊工程は、集光器８４をエピタキシー基板２１の最外周に位置付け、チャックテーブル６６を回転しつつ集光器８４を中心に向けて移動することによりバッファー層２３の全面にパルスレーザー光線を照射してもよい。
【００２２】
上記バッファー層破壊工程の加工条件は、次のように設定されている。
光源                    ：YAGレーザー
波長                    ：２５７nm
繰り返し周波数          ：５０kＨｚ
平均出力                ：０．１２W
パルス幅                ：１００ns
スポット径              ：φ７０μｍ
デフォーカス            ：１．０mm（エピタキシー基板２１の裏面２１bにレーザ
ー光線の集光点を位置付けた状態で集光器８４を１mmエピ
タキシー基板２１に近づける。）
加工送り速度            ：６００ｍｍ／秒
【００２３】
上記バッファー層破壊工程を実施することによりバッファー層２３が破壊されるが、バッファー層２３の全てを破壊することは難しく、バッファー層２３の破壊領域にムラが生ずる場合がある。
【００２４】
上述したバッファー層破壊工程を実施したならば、複合基板２００のエピタキシー基板２１を剥離し、光デバイス層２２を移設基板３に移設する光デバイス層移設工程を実施する。即ち、チャックテーブル６６を剥離機構９が配設された剥離位置に移動し、図６の(a)に示すようにチャックテーブル６６に保持されている複合基板２００を吸着手段９１の直下に位置付ける。そして、図６の(b)に示すように吸着手段９１を下降してエピタキシー基板２１の裏面２１bに吸引パッド９１２a、９１２b、９１２cを接触させ、図示しない吸引手段を作動することにより吸引パッド９１２a、９１２b、９１２cによってエピタキシー基板２１の裏面２１bを吸着する（エピタキシー基板吸着工程）。
【００２５】
上述したエピタキシー基板吸着工程を実施したならば、図７の(a)に示すように熱空気供給手段９３の電磁開閉弁９３３を開路する。従って、加熱空気源９３１から例えば１００℃程度の加熱空気が配管９３２、加熱空気供給路９２１、連通路９１１bおよび流体噴出口９１１aを介してチャックテーブル６６に保持されている複合基板２００に噴射される(加熱工程)。なお、加熱工程による加熱空気の噴出時間は１０秒程度でよい。この結果、複合基板２００は１００℃前後に加熱される。このようにして加熱工程を実施したならば、図７の(b)に示すように熱空気供給手段９３の電磁開閉弁９３３を閉路し、冷却空気供給手段９４の電磁開閉弁９４３を開路する。従って、冷却空気源９４１から例えば１０℃程度の冷却空気が配管９４２、冷却空気供給路９２２、連通路９１１bおよび流体噴出口９１１aを介して上記加熱工程において加熱された複合基板２００に噴射される(冷却工程)。なお、冷却工程による冷却空気の噴出時間は１０秒程度でよい。この結果、加熱工程において１００℃前後に加熱された複合基板２００は１０℃前後に冷却される。このように、複合基板２００を加熱するとともに冷却することによりエピタキシー基板２１と光デバイス層２２が接合された移設基板３との間に熱歪を生じるため、バッファー層２３が破壊される。従って、上記バッファー層破壊工程において破壊領域にムラが生じているバッファー層２３であっても確実に破壊される。
【００２６】
上述した加熱工程および冷却工程を実施したならば、エピタキシー基板２１を吸着した吸引パッド９１２a,９１２b,９１２cをエピタキシー基板２１から離反する方向に移動してエピタキシー基板２１を剥離し、光デバイス層２２を移設基板３に移設する剥離工程を実施する。即ち、上記図７の(b)に示すように冷却工程を実施した状態から、冷却空気供給手段９４の電磁開閉弁９４３を閉路し、図８に示すように吸着手段９１を上方に移動することにより、エピタキシー基板２１は光デバイス層２２から剥離される。この結果、光デバイス層２２が移設基板３に移し替えられたことになる。剥離工程が実施される複合基板２００は上記バッファー層破壊工程に加えて加熱工程および冷却工程を実施することによりバッファー層２３が確実に破壊されているので、バッファー層２３が破壊されていない領域で剥離することはない。従って、バッファー層２３が破壊されていない領域で剥離が生じて光デバイス層２２が破壊され、光デバイスの品質の低下を招くという問題が解消する。
【００２７】
２：光デバイスウエーハ
２１：エピタキシー基板
２２：光デバイス層
２３：バッファー層
３：移設基板
４：接合金属層
２００：複合基板
５：レーザー加工装置
６：チャックテーブル機構
６６：チャックテーブル
６７：加工送り手段
７：レーザー光線照射ユニット支持機構
７２：可動支持基台
８：レーザー光線照射手段
８３：集光点位置調整手段
８４：集光器
８５：撮像手段
９：剥離機構
９１：吸着手段
９１２a,９１２b,９１２c：吸引パッド
９３：熱空気供給手段
９４：冷却空気供給手段
【図１】
2015149330.tif 000003
【図２】
2015149330.tif 000004
【図３】
2015149330.tif 000005
【図４】
2015149330.tif 000006
【図５】
2015149330.tif 000007
【図６】
2015149330.tif 000008
【図７】
2015149330.tif 000009
【図８】
2015149330.tif 000010