(57)【要約】【課題】下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の下地基板から半導体膜を破損させることなく剥離させることができる剥離処理装置および方法を提供する。【解決手段】剥離処理装置１００は、サファイア基板２１０が上側でＧａＮ膜２２０が下側の状態のサファイア／ＧａＮ構造体２００を基板支持部１２０で下面中央で下方から支持し、支持されたサファイア／ＧａＮ構造体２００を所定温度まで加熱し、加熱されているサファイア／ＧａＮ構造体２００に上方からレーザ光ＬＲを照射する。このため、加熱機構１３０の加熱によりサファイア／ＧａＮ構造体２００が下方に凹状に湾曲しても、その外縁部が処理装置本体１１０の内部底面に接触することを防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の前記下地基板から前記半導体膜を剥離させるための剥離処理装置であって、
前記構造体が内部に配置される中空の処理装置本体と、
前記処理装置本体の内部底面に設置されていて前記下地基板が上側で前記半導体膜が下側の状態の前記構造体を下面中央で下方から支持する基板支持部と、
支持された前記構造体を所定温度まで加熱する加熱機構と、
支持された前記構造体に上方からレーザ光を照射するレーザ照射部と、
を有する剥離処理装置。
【請求項２】
前記基板支持部は、前記加熱機構の加熱により湾曲しても外縁部が前記処理装置本体の内部底面に接触しない位置に前記構造体を支持する請求項１に記載の剥離処理装置。
【請求項３】
前記基板支持部がセラミックで形成されている請求項１または２に記載の剥離処理装置。
【請求項４】
前記基板支持部がセラミックテープからなる請求項３に記載の剥離処理装置。
【請求項５】
前記半導体膜がIII族窒化物半導体膜からなる請求項１ないし４の何れか一項に記載の剥離処理装置。
【請求項６】
前記半導体膜が窒化ガリウム膜からなる請求項５に記載の剥離処理装置。
【請求項７】
前記下地基板がサファイア基板からなる請求項１ないし６の何れか一項に記載の剥離処理装置。
【請求項８】
下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の前記下地基板から前記半導体膜を剥離させる剥離処理方法であって、
前記下地基板が上側で前記半導体膜が下側の状態の前記構造体を下面中央で下方から支持し、
支持された前記構造体を所定温度まで加熱し、
加熱されている前記構造体に上方からレーザ光を照射する剥離処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の下地基板から半導体膜を剥離させるための剥離処理装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた半導体デバイスを作製するにあたっては、成長させるエピタキシャルＧａＮ層と同じ物質のバルクＧａＮ結晶からなる基板を用いることが望ましい。
【０００３】
バルクＧａＮ結晶作製の試みは多くの研究機関で行なわれている。しかしながら、ＧａＮ結晶では、窒素の解離圧が高いことにより、大型の結晶を得ることが難しく、工業的に利用できるバルクＧａＮ結晶の作製は非常に困難であった。
【０００４】
このため、ＧａＮ半導体基板を製造する方法として、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板上に、ＨＶＰＥ装置を用いてＧａＮ膜（膜厚３００μｍ以上）を成長させ、Ａｌ2Ｏ3−ＧａＮ複合材料（以下、サファイア／ＧａＮ構造体とする）を得た後、サファイア／ＧａＮ構造体のサファイア基板からＧａＮ膜を分離することで半導体デバイス作成用のＧａＮ半導体基板を作製することが行われている。
【０００５】
サファイア／ＧａＮ構造体１０のサファイア基板１１からＧａＮ膜１２を分離する従来の方法として、図４に示すように、サファイア／ＧａＮ構造体１０を平面状の加熱炉底板２０の上にサファイア基板１１が上側、ＧａＮ膜１２が下側となるように載置し、６００℃から１０００℃の範囲で加熱後、上方よりレーザ光を照射する剥離処理方法がある(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開２００２−５７１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述のようにサファイア／ＧａＮ構造体１０を配置した場合、サファイア／ＧａＮ構造体１０は、サファイア基板１１とＧａＮ膜１２との熱収縮率の差異のため、高温では下面が凹状となるように変形し、室温付近では下面が凸状となるように変形する。
【０００７】
温度を変えたときの曲率半径の変化を図２に示す。横軸が温度であり、縦軸は曲率半径の逆数である。縦軸の値が大きいほど、凹化、及び、凸化が大きいことを示す。６００℃付近で平坦になる。６００℃以上の温度ではサファイア／ＧａＮ構造体１０の下面が凹状になる。
【０００８】
従って、特許文献１に記載の方法では、６００℃以上の加熱により下面が凹状になるようにサファイア／ＧａＮ構造体１０が変形し、加熱炉底板２０とサファイア／ＧａＮ構造体１０の接触はサファイア／ＧａＮ構造体１０の外縁部のみとなる。
【０００９】
この外縁部において局所的な荷重集中や、剥離に伴う再変形によりＧａＮ膜１２と加熱炉底板２０との摩擦が生じる。この荷重集中や摩擦により外縁部に応力が集中しクラックが発生する。本発明者が実際に特許文献１に記載の方法で試験したところ、図５に示すように、サファイア／ＧａＮ構造体１０の外縁部が破損した。
【００１０】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の下地基板から半導体膜を破損させることなく剥離させることができる剥離処理装置および方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の剥離処理装置は、下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の下地基板から半導体膜を剥離させるための剥離処理装置であって、構造体が内部に配置される中空の処理装置本体と、処理装置本体の内部底面に設置されていて下地基板が上側で半導体膜が下側の状態の構造体を下面中央で下方から支持する基板支持部と、支持された構造体を所定温度まで加熱する加熱機構と、支持された構造体に上方からレーザ光を照射するレーザ照射部と、を有する。
【００１２】
従って、本発明の剥離処理装置による剥離処理方法では、下地基板が上側で半導体膜が下側の状態の構造体を下面中央で下方から支持し、支持された構造体を所定温度まで加熱し、加熱されている構造体に上方からレーザ光を照射する。このため、加熱機構の加熱により構造体が下方に凹状に湾曲しても、その外縁部が処理装置本体の内部底面に接触することを防止できる。
【００１３】
また、本発明の剥離処理装置において、基板支持部は、加熱機構の加熱により湾曲しても外縁部が処理装置本体の内部底面に接触しない位置に構造体を支持してもよい。
【００１４】
また、本発明の剥離処理装置において、基板支持部がセラミックで形成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明の剥離処理装置において、基板支持部がセラミックテープからなってもよい。
【００１６】
また、本発明の剥離処理装置において、半導体膜がIII族窒化物半導体膜からなってもよい。
【００１７】
また、本発明の剥離処理装置において、半導体膜が窒化ガリウム膜からなってもよい。
【００１８】
また、本発明の剥離処理装置において、下地基板がサファイア基板からなってもよい。
【００１９】
本発明の薄膜処理方法は、下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の下地基板から半導体膜を剥離させる剥離処理方法であって、下地基板が上側で半導体膜が下側の状態の構造体を下面中央で下方から支持し、支持された構造体を所定温度まで加熱し、加熱されている構造体に上方からレーザ光を照射する。
【００２０】
なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の剥離処理装置による剥離処理方法では、下地基板が上側で半導体膜が下側の状態の構造体を下面中央で下方から支持し、支持された構造体を所定温度まで加熱し、加熱されている構造体に上方からレーザ光を照射する。このため、加熱機構の加熱により構造体が下方に凹状に湾曲しても、その外縁部が処理装置本体の内部底面に接触することを防止できる。従って、構造体の外縁部に局所的な荷重集中や摩擦が発生することがないので、クラックなどを発生させることなく下地基板から半導体膜を剥離させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の一形態を図１ないし図３を参照して以下に説明する。本実施の形態の剥離処理装置１００は、下地基板に半導体膜が成膜されている構造体の下地基板から半導体膜を剥離させるために利用される。
【００２３】
本実施の形態では、半導体膜はIII族窒化物半導体膜である窒化ガリウムのＧａＮ膜２２０からなり、下地基板はサファイア基板２１０からなる。このため、処理対象の構造体は、サファイア／ＧａＮ構造体２００からなる。
【００２４】
そして、本実施の形態の剥離処理装置１００は、図１に示すように、サファイア／ＧａＮ構造体２００が内部に配置される中空の処理装置本体１１０と、処理装置本体１１０の内部底面に設置されていてサファイア基板２１０が上側でＧａＮ膜２２０が下側の状態のサファイア／ＧａＮ構造体２００を下面中央で下方から支持する基板支持部１２０と、支持されたサファイア／ＧａＮ構造体２００を所定温度まで加熱する加熱機構１３０と、支持されたサファイア／ＧａＮ構造体２００に上方からレーザ光ＬＲを照射するレーザ照射部１４０と、を有する。
【００２５】
より詳細には、基板支持部１２０は、耐熱性の柔軟なセラミックであるセラミックテープからなる。加熱機構１３０の加熱により湾曲しても外縁部が処理装置本体１１０の内部底面に接触しない位置にサファイア／ＧａＮ構造体２００を支持する。
【００２６】
なお、サファイア／ＧａＮ構造体２００とは、サファイア基板２１０上にＧａＮ膜２２０が形成されてなる立体サファイア／ＧａＮ構造体２００を意味する。
【００２７】
上述のような構成において、本実施の形態の剥離処理装置１００による剥離処理方法では、サファイア基板２１０が上側でＧａＮ膜２２０が下側の状態のサファイア／ＧａＮ構造体２００を下面中央で下方から支持する。
【００２８】
このような状態で、支持されたサファイア／ＧａＮ構造体２００を６００℃から１０００℃の範囲に加熱し、この加熱されているサファイア／ＧａＮ構造体２００に上方からレーザ光ＬＲを照射する。
【００２９】
このとき、波長２６６ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光ＬＲを５０μｍ/sで水平面内を移動させてサファイア／ＧａＮ構造体２００全体に隈なく照射する。
【００３０】
このレーザー照射により、ＧａＮ膜２２０とサファイア基板２１０との界面近傍においてＧａＮ膜２２０の熱分解が起こり、この結果、サファイア基板２１０からＧａＮ膜２２０が剥離する。
【００３１】
このとき、前述のようにサファイア／ＧａＮ構造体２００は、サファイア基板２１０とＧａＮ膜２２０との熱収縮率の差異のため、図２に示すように、高温では下面が凹状となるように変形する。
【００３２】
しかし、このサファイア基板２１０は、下面中央で基板支持部１２０により下方から支持されているので、上述のように下方に凹状に湾曲しても、その外縁部が処理装置本体１１０の内部底面に接触しない。
【００３３】
このため、サファイア／ＧａＮ構造体２００の外縁部に局所的な荷重集中や摩擦が発生することがないので、クラックなどを発生させることなくサファイア基板２１０からＧａＮ膜２２０を剥離させることができる。
【００３４】
しかも、本実施の形態の剥離処理装置１００では、基板支持部１２０が耐熱性の柔軟なセラミックテープからなるので、剥離中のサファイア／ＧａＮ構造体２００を緩衝することができる。
【００３５】
なお、本発明者は実際に上述のような剥離処理装置１００を試作してサファイア／ＧａＮ構造体２００を処理した。すると、図３に示すように、クラック等が発生することなく２インチのＧａＮ膜２２０を剥離させることができた。
【００３６】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では基板支持部１２０が耐熱性の柔軟なセラミックテープからなることを例示した。
【００３７】
しかし、基板支持部１２０は、サファイア／ＧａＮ構造体２００の外縁部が加熱炉底板と接触しない程度にサファイア／ＧａＮ構造体２００を下から支えるため、６００℃以上の耐熱性のある部材であれば、石英やカーボン等何を用いてもよい。
【００３８】
また、基板支持部１２０は、サファイア／ＧａＮ構造体２００の外縁部と接触しないように、直径はサファイア／ＧａＮ構造体２００より充分に小さく、高さはサファイア／ＧａＮ構造体２００の変形より充分に高いことが望ましい。
【００３９】
なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造や数値などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の剥離処理装置の内部構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図２】サファイア／ＧａＮ構造体の温度と変形との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の実施の形態の剥離処理方法で剥離させたＧａＮ膜を示す模式図である。
【図４】一従来例の剥離処理装置の内部構造を示す模式的な縦断正面図である。
【図５】従来の剥離処理方法で剥離させたＧａＮ膜を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    構造体
１１    サファイア基板
１２    ＧａＮ膜
２０    加熱炉底板
１００    剥離処理装置
１１０    処理装置本体
１２０    基板支持部
１３０    加熱機構
１４０    レーザ照射部
２００    構造体
２１０    サファイア基板
２２０    ＧａＮ膜
ＬＲ    レーザ光
【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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