レーザリフトオフ装置
【課題】レーザ光をワークに照射することによりワークから発生する種々の粒塵による悪影響を除去すること。
【解決手段】ワークステージ１０のステージ部１１の周縁に、環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａから構成される環状壁部２１が設置され、ステージ部１１には、排気機構に連結する排出口１２が複数箇所に設けられている。この排出口１２には配管２２を介して例えばポンプやファンなどの排気機構が連結され、環状壁部２１内の空気を吸引する。ワーク１にレーザ光を照射することにより、そのエッジ部からガスと一緒に、環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａとで区切られた内部空間Ａに噴き出された粒塵は、排出口１２に向かう流体の流れにより、ステージ部１１に設けられた排出口１２から排出される。
【解決手段】ワークステージ１０のステージ部１１の周縁に、環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａから構成される環状壁部２１が設置され、ステージ部１１には、排気機構に連結する排出口１２が複数箇所に設けられている。この排出口１２には配管２２を介して例えばポンプやファンなどの排気機構が連結され、環状壁部２１内の空気を吸引する。ワーク１にレーザ光を照射することにより、そのエッジ部からガスと一緒に、環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａとで区切られた内部空間Ａに噴き出された粒塵は、排出口１２に向かう流体の流れにより、ステージ部１１に設けられた排出口１２から排出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物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、基板上に形成された材料層にレーザ光を照射することによって、当該材料層を分解して当該基板から剥離する（以下、レーザリフトオフという）ためのレーザリフトオフ方法及びレーザリフトオフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物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、サファイア基板の上に形成されたＧａＮ系化合物材料層（材料層）を当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより剥離するレーザリフトオフの技術が知られている。以下、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離することをレーザリフトオフと呼ぶ。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、サファイア基板の上にＧａＮ層を形成し、当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより、ＧａＮ層を形成するＧａＮが分解され、当該ＧａＮ層をサファイア基板から剥離するレーザリフトオフ方法について記載されている。以下では基板上に材料層が形成されたものをワークと呼ぶ。
特許文献２には、ワークを搬送しながらワークに対してサファイア基板越しにライン状のレーザ光を照射することが記載される。具体的に同文献には、図１２に示すように、サファイア基板１２１とＧａＮ系化合物の材料層１２２の界面への照射領域１２３がライン状になるようにレーザ光１２４を成形し、サファイア基板１２１をレーザ光１２４の長手方向と垂直方向に移動させながら、当該レーザ光１２４をサファイア基板１２１の裏面から照射するレーザリフトオフ方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０１７７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離するレーザリフトオフの技術が知られているが、このようなレーザリフトオフ処理においては、ワークにレーザ光を照射することにより、ワークから種々の粒塵が発生することが分かった。ワークから発生する種々の粒塵としては、例えば次のものが考えられる。
・ＧａＮに対してレーザ光を照射することで分解したＧａの粒子。
・レーザ光の照射によって分解しきれなかったＧａＮの粒子。
・ＧａＮ層は後述するように、サポート基板と貼り合せた後にレーザ光を照射してリフトオフするが、レーザ光の照射によって発生する該サポート基板の構成物質の粒子（例えば、Ｓｉ）。
・ＧａＮ層とサポート基板との貼り合せに使う貼合せ剤の粒子（例えば、半田、合成樹脂）
【０００６】
上記した種々の粒塵は、材料層がＧａＮである場合、レーザ光の照射によってＧａＮが分解して生成したＮ２ガスと一緒に、ワークのエッジ部からワークの面と平行方向に噴出される。
上記の粒塵を放置して該粒塵がワーク上に付着した場合、レーザ光が粒塵によって遮られ、材料層の未分解部分が発生する。材料層の未分解部分が発生すると、リフトオフの不良につながる。また、最悪の場合、サファイア基板と材料層との間で生じる応力が未分解部分に集中することにより、ワークが割れる惧れがある。
【０００７】
このようにレーザ光をワークに照射することによって種々の粒塵が発生するという問題は、基板と、該基板とは異種の材料からなる材料層とからなるワークに対してレーザ光を照射し、材料層を基板との界面付近で分解させ、基板から該基板とは異種の材料層を剥離することによって発生する。
一方、例えば露光装置では、基板とは異種の材料層を基板との界面付近で分解させるという工程を実施しないので、「粒塵」といった問題は生じない。すなわち、レーザリフトオフ処理においては、通常の露光処理程では見られない「粒塵」が発生するという特有の問題があり、これにより、レーザリフトオフ処理の不良につながることがあった。
本発明は上記事情に基づきなされたものであって、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離するレーザリフトオフ装置において、レーザ光をワークに照射することによりワークから発生する種々の粒塵による悪影響を除去することができる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】
【０００８】
ワークにレーザ光を照射することで発生する「粒塵」は、例えば材料層がＧａＮである場合、レーザ光照射によってＧａＮが分解することで生成したＮ２ガスと一緒に、ワークのエッジ部からワークの面と平行方向に噴出される。本発明では、かかるワークの面と平行方向に向けてＮ２ガスと一緒に噴出される「粒塵」を集塵する集塵機構を設けた。
上記集塵機構は、ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面と、前記粒塵の排出口とを有し、該壁面の端部は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を遮らないように、前記ワークのエッジ部の近傍に位置し、前記ワークのエッジ部から、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を、差圧により生ずる上記排出口に向かう空気の流れにより、前記排出口から排出させる。
このように、本発明は、材料層のＧａＮが分解することによってＮ２ガスと一緒に噴出される材料層の「粒塵」を、集塵機構により集塵し、外方に飛散することを抑制することができる。したがって、ワークから発生する「粒塵」がレーザリフトオフ処理に悪影響を与えるのを効果的に防止することができる。
また、本発明のレーザリフトオフ装置は、前記ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面を有し、該壁面の端部を前記ワークのエッジ部の近傍に位置させる。そして、該壁面と前記ステージ部の間の空間を、前記ワークのエッジ部の周囲の空間よりも減圧状態とする機構を設けている。
このように、基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面を設け、該壁面の端部を前記ワークのエッジ部の近傍に位置させ、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を差圧を利用して排出口から排出するようにしたので、「粒塵」を効果的に排出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）ワークにレーザ光を照射することによってワークのエッジ部から噴出される粒塵を集塵する集塵機構を、ワークのエッジ部を取り囲むように設けたので、レーザ光照射によりＮ２ガスと一緒にワークのエッジ部からワークの面と平行方向に噴出される粒塵を効果的に回収することができる。このため、粒塵がワーク上に付着する等により、レーザ光が粒塵によって遮られ、ワークの材料層に未分解部分が発生するという問題を解消することができる。
（２）ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面と、前記粒塵の排出口とを設け、該壁面の端部を、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を遮らないように前記ワークのエッジ部の近傍に位置させ、差圧を利用して排出口に向かう空気の流れを作り出し、粒塵を排出口から排出させるようにしたので、粒塵の舞い上がりを抑止し、かつ、粒塵を効果的に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例のレーザリフトオフ処理の概要を説明する概略図である。
【図２】本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の構成を示す概念図である。
【図３】本実施例のレーザリフトオフ方法を説明する図である。
【図４】ワークの互いに隣接する領域Ｓ１，Ｓ２に重畳して照射されるレーザ光の強度分布を示す図である。
【図５】ワークのエッジ部から粒塵が噴き出される様子を説明する図である。
【図６】集塵機構を備えた本発明の実施例のワークステージの断面図である。
【図７】集塵機構を備えた本発明の実施例のワークステージの斜視図である。
【図８】本発明の実施例のワークステージの変形例を示す図である。
【図９】本発明の集塵機構を備えたワークステージの第２の実施例を示す図である。
【図１０】本発明の集塵機構を備えたワークステージの第３の実施例を示す図である。
【図１１】ＧａＮ系化合物材料層により形成される半導体発光素子の製造方法を説明する図である。
【図１２】ライン状のレーザ光をレーザ光の長手方向と垂直方向に移動させながら照射する従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施例のレーザリフトオフ処理の概要を説明する概略図である。
本実施例において、レーザリフトオフ処理は次のように行われる。
図１（ｂ）に示すレーザ光を透過する基板１ａと材料層１ｂとサポート基板１ｃが積層されたワーク１が、図１（ａ）に示すようにワークステージ１０に載置されている。ワーク１は、ワークステージ１０上に、基板１ａが上になるように載置される。
ワーク１を載せたワークステージ１０は、コンベヤのような搬送機構２に載置され、搬送機構２によって所定の速度で搬送される。ワーク１は、ワークステージ１０と共に図中の矢印ＡＢ方向に搬送されながら、基板を通じて、図示しないパルスレーザ源から出射するパルスレーザ光Ｌが照射される。
ワーク１は、サファイアからなる基板１ａの表面に、ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物の材料層１ｂが形成されてなるものである。基板１ａは、ＧａＮ系化合物の材料層を良好に形成することができ、尚且つ、ＧａＮ系化合物の材料層を分解するために必要な波長のレーザ光を透過するものであれば良い。材料層１ｂには、低い入力エネルギーによって高出力の青色光を効率良く出力するためにＧａＮ系化合物を用いることができる。材料層１ｂとしては、ＩＩＩ族系化合物を用いることができ、上記ＧａＮ系化合物や、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物などがある。
材料層１ｂはパルスレーザ光Ｌが照射されることにより、材料層１ｂのＧａＮがＧａとＮ２とに分解する。
【００１２】
レーザ光は、基板１ａおよび基板１ａから剥離する材料層１ｂを構成する物質に対応して適宜選択され、サファイアの基板１ａからＧａＮ系化合物の材料層１ｂを剥離する場合には、例えば波長２４８ｎｍを放射するＫｒＦ（クリプトンフッ素）エキシマレーザを用いることができる。レーザ波長２４８ｎｍの光エネルギー（５ｅＶ）は、ＧａＮのバンドギャップ（３．４ｅＶ）とサファイアのバンドギャップ（９．９ｅＶ）の間にある。したがって、波長２４８ｎｍのレーザ光はサファイアの基板からＧａＮ系化合物の材料層を剥離するために望ましい。
上記ワーク１へのレーザ光照射によって、ＧａＮが分解することで生成したＮ２ガスと一緒に、ワーク１のエッジ部からワークの面と平行方向に粒塵が噴出する。本実施例では、この粒塵を集塵するため、ワークステージ１０の周縁に、集塵機構を構成する集塵用中空容器２３が設けられている。なお、集塵機構に構成については後述する。
【００１３】
図２は本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の構成を示す概念図である。同図において、レーザリフトオフ装置は、パルスレーザ光を発生するレーザ源３０と、レーザ光を所定の形状に成形するためのレーザ光学系４０と、ワーク１が載置されるワークステージ１０と、ワークステージ１０を搬送する搬送機構２と、レーザ源３０で発生するレーザ光の照射間隔および搬送機構２の動作を制御する制御部３１とを備えている。
レーザ光学系４０は、シリンドリカルレンズ４１、４２と、レーザ光をワークの方向へ反射するミラー４３と、レーザ光を所定の形状に成形するためのマスク４４と、マスク４４を通過したレーザ光Ｌの像をワーク１上に投影する投影レンズ４５とを備えている。ワーク１へのパルスレーザ光の照射領域の面積および形状は、レーザ光学系４０によって適宜設定することができる。
【００１４】
レーザ光学系４０の先にはワーク１が配置されている。ワーク１はワークステージ１０に載置される。ワークステージ１０のワークの周縁には、後述する集塵機構を構成する集塵用中空容器２３が設けられ、ワークから発生する粒塵を集塵する。
ワークステージ１０は搬送機構２に載置されており、搬送機構２によって搬送される。これにより、ワーク１が、図１に示す矢印Ａ、Ｂの方向に順次に搬送され、ワーク１におけるレーザ光の照射領域が刻々と変わる。制御部３１は、ワーク１の隣接する照射領域に照射される各レーザ光の重畳度が所望の値になるように、レーザ源２０で発生するパルスレーザ光のパルス間隔を制御する。
【００１５】
レーザ源３０から発生するレーザ光Ｌは波長２４８ｎｍの紫外線を発生する例えばＫｒＦエキシマレーザである。レーザ源としてＡｒＦレーザやＹＡＧレーザを使用しても良い。ワーク１の光入射面３Ａは、投影レンズ４５の焦点Ｆに配置されている。レーザ源２０で発生したパルスレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ４１、４２、ミラー４３、マスク４４を通過した後に、投影レンズ４５によってワーク１上に投影される。パルスレーザ光Ｌは、基板１ａを通じて基板１ａと材料層１ｂの界面に照射される。基板１ａと材料層１ｂの界面では、パルスレーザ光Ｌが照射されることにより、材料層１ｂの基板１ａとの界面付近のＧａＮが分解される。このとき、前記したように、ワーク１のエッジ部からワークの面と平行方向に粒塵が噴出する。
【００１６】
図３は、ワークに対する領域を正方形となるように成形したパルスレーザ光を、ワークをレーザ源に対して一方向に搬送しながら照射する、本実施例のレーザリフトオフ方法を説明する図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ部の拡大図である。
このレーザリフトオフ方法では、パルスレーザ光の照射間隔と、ワーク１の搬送速度とを調整することにより、正方形状のパルスレーザ光の照射領域の、ワーク１の移動方向と平行方向に伸びるエッジ部およびワークの移動方向と直交方向に伸びるエッジ部の双方が重畳するように、ワーク１に対してパルスレーザ光を照射する。
図３のレーザリフトオフ方法では、ワーク１の紙面上方のエッジ部を超えるように、紙面のＨＡの方向に向け、パルスレーザ光を各照射領域が線状に並ぶように順次に照射し、パルスレーザ光の照射領域Ｓ１ないしＳ４を形成する。そして、パルスレーザ照射領域の大きさからレーザ重畳領域ＳＴを差し引いた分だけワーク１を紙面下方のＨＢ方向に移動させた後、紙面のＨＣの方向に向けて、パルスレーザ光を各照射領域が線状に並ぶように順次に照射し、パルスレーザ光照射領域Ｓ５ないしＳ１０を形成する。
【００１７】
ワーク１の移動方向において隣接する各照射領域Ｓ１ないしＳ１０の、ワーク１の移動方向と直交する方向に伸びるエッジ部が、互いに重畳する。また、ワークの移動方向と直交方向において隣接する各照射領域Ｓ１とＳ９、Ｓ２とＳ８、Ｓ３とＳ７、Ｓ４とＳ６の、ワークの移動方向と平行方向に伸びるエッジ部が、互いに重畳する。
図４はワークの互いに隣接する領域Ｓ１，Ｓ２に重畳して照射されるレーザ光の強度分布を示す図である。同図に示すように、各パルスレーザ光の照射領域は、材料層であるＧａＮの分解閾値ＶＥを超える領域で重畳される。このようにして、図３に示すように、順次に形成された複数のパルスレーザ光の照射領域が一方向において線状に並んで形成される複数の照射領域群Ｇ１〜Ｇ６を形成する。
【００１８】
本発明のレーザリフトオフ方法では、ワーク１の一端からパルスレーザ光の照射を開始し、ワーク１の他端に対して最後にパルスレーザ光を照射する。つまり、図３に示すように、レーザ光を照射した順番どおりに、ワークの一端から他端に向けて、各照射領域群Ｇ１〜Ｇ６が順次に並ぶように、各照射領域群を形成する。ワーク１において最初に形成される照射領域群Ｇ１では、各照射領域Ｓ１〜Ｓ４が、ワーク１の一方のエッジ部から伸びだすように、パルスレーザ光を照射する。ワーク１において最後に形成される照射領域群Ｇ６では、各照射領域が、ワーク１の他方のエッジ部から伸びだすように、パルスレーザ光を照射する。こうすることによって、基板から順次剥離されたＧａＮの四角形状の剥離領域では、基板からはじめて剥離されるエッジ部が常に２辺になる。
【００１９】
ここで、上記のレーザリフトオフ装置は、レーザ光をワークに照射することによってワーク１のエッジ部から、材料層のＧａＮが分解することで発生したＧａの粒子などの粒塵が噴き出される。図５に示すように、レーザ光を一方向にスキャンさせながらワークに照射する場合、各照射領域群Ｇ１〜Ｇ６において（図５ではＧ２について説明する）、最初にレーザ光が照射されるワークのエッジ部と、最後にレーザ光が照射されるワークのエッジ部から、粒塵Ｄが噴き出される。粒塵Ｄは、材料層であるＧａＮ層の分解時に発生したＮ２ガスと一緒に、ワークの面と平行方向に勢い良く噴き出される。
【００２０】
本発明の実施例のレーザリフトオフ装置は、かかる粒塵を集塵して排気するための、集塵機構を備える。
図６、図７は本発明の集塵機構の第１の実施例を示す図であり、環状外壁部と天井壁部から構成される環状壁部を備えた集塵機構２０の構成例を示す。図６は本実施例のワークステージの断面図、図７はワークが載置されていない状態のワークステージの斜視図であり、同図（ｂ）は、集塵機構の天井壁部を除去した状態を示している。
図６に示されるように、ワークステージ１０のステージ部１１の周縁には、集塵用中空容器２３として機能する環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａから構成される環状壁部２１が設置される。ステージ部１１は、ワーク１および環状壁部２１を載置した状態で、レーザ源に対して相対的に移動可能である。
【００２１】
環状壁部２１は、例えばステンレスによって有底の円筒形状に構成され、ワーク１のエッジ部を取り囲むよう設けられた、ワーク１の面に対して垂直方向に伸びる環状外壁部２１ｂと、該環状外壁部２１ａからワーク１側に向けてワーク１の面と平行方向に庇状に伸び出した天井壁部２１ａとで構成される。該環状外壁部２１ｂは、ワークの光照射面よりもやや高くなるように設けられる。該天井壁部２１ａの中央には、レーザ光を遮蔽することがないよう光入射開口２１ｃが形成される。該光入射開口２１ｃの大きさは、ワーク１の交換を容易に行うことができるように、その開口エッジがワークエッジ部の直上に配置されない程度の大きさとされる。かかる環状壁部２１は、環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａとによりある程度区切られた内部空間を有する。
【００２２】
上記環状壁部２１は、ステージ部１１上に設置される。ステージ部１１には、排気機構に連結するための排出口１２が複数箇所に亘り設けられている。複数の排出口１２は、図７（ｂ）に示すように、環状壁部２１寄りに配置され、環状壁部２１に沿って環状に形成される。
この排出口１２には配管２２を介して例えばポンプやファンなどの排気機構が連結され、環状壁部２１内の空気を吸引するようになっている。粒塵Ｄがワーク１のエッジ部からワーク１の面と平行方向に噴き出すというレーザリフトオフ装置の性質上、排出口１２はワーク１の直近よりも環状壁部２１の環状外壁部２１ｂ付近に設けることが好ましい。排出口１２をステージ部１１に設けた場合は、排気機構と連結するための配管２２をステージ部１１に直接連結することができるので、装置構造をシンプルにすることができる。
環状壁部２１は、その内部空間の空気を排気機構で吸引することによって、内部空間を−１０ＫＰａ〜−３０ＫＰａ程度、大気圧よりも減圧した状態とされる。また、環状壁部２１内の種々の集塵を排気するためには、該環状壁部２１の内部空間において概ね０．５〜１．０ｍ／秒の風速が必要とされる。
【００２３】
次に、上記実施例のレーザリフトオフ装置の動作について説明する。
まず、レーザ源（図２参照）を駆動することにより、ワーク１に対して波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ光を照射する。ワーク１の基板１ａとの界面付近のＧａＮは、レーザ光が照射されることによってＧａとＮ２とに分解される。ワーク１のエッジ部からは、図５に示すように、ＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に前述した粒塵Ｄがワーク１の面と平行方向に噴き出される。
配管２２を介して環状壁部２１の天井壁部２１ａとステージ部１１との間の空間Ａを減圧することにより、当該空間Ａと空間Ａの外部との差圧により、図６の矢印に示すような流体の流れが作り出される。これによって、噴出された粒塵Ｄは天井壁部２１ａの外方に舞い上がることが抑止され、かつ、粒塵Ｄは排出口１２から排出される。
【００２４】
以上説明した本発明の実施例のレーザリフトオフ装置においては、ワーク１に対してレーザ光を照射することによって不可避的に種々の粒塵がワーク１のエッジ部から噴き出されるものの、ワーク１のエッジの周囲には環状壁部２１が設けられ、環状壁部２１内へ噴出された粒塵は図６の矢印に示す流体の流れによって、環状壁部２１外に排出される。
従って、本発明のレーザリフトオフ装置では、レーザリフトオフ処理時に発生した種々の粒塵がワークのレーザ光照射面に付着されることを確実に防止することができるため、材料層の未分解やワークの割れといった不具合が生じる惧れが無い。
さらに、本発明のレーザリフトオフ装置は、環状壁部２１がステージ部１１に設置され、該ステージ部１１の、前記環状壁部２１の環状外壁部２１ｂより内方側には、前記排気機構に接続するための排出口１２が形成されている。かかるレーザリフトオフ装置の構成は、排出口１２をワーク１のエッジ部の周囲に設けることによって、ワーク１の面と平行方向に噴き出された「粒塵」の排出を効果的に行うことができ、且つ、排気機構に接続するための配管などの設置が容易になるため装置構造をシンプルにすることができる。
また、天井壁部２１ａを設けることにより、天井壁部２１ａとステージ部１１との間にバッファ空間Ａが形成される。このバッファ空間Ａは、ワークのエッジ部からＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に粒塵Ｄが、ワークの面と平行方向に瞬間的に大量に噴き出された際に、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外部に舞い上がることを抑える機能を有する。
【００２５】
図８（ａ）（ｂ）は本実施例の変形例を示す図であり、環状壁部の他の構成例を示す断面図であり、図６に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
排気機構に連結するための排出口１２は、図７に示したようにステージ部１１に設ける場合に限らず他の位置に設けてもよい。例えば、図８（ａ）のように環状壁部２１の天井壁部２１ａに形成したり、図８（ｂ）に示すように、環状壁部２１の環状外壁部２１ｂに形成することもできる。
【００２６】
図９は本発明の集塵機構を備えたワークステージの第２の実施例を示す図である。本実施例は、上記環状壁部２１に代えて、集塵用中空容器２３として、円環状に形成されワーク面に対して傾斜して配置された、天井壁部２４を設けたものである。その他の構成は図６、図７と同様であり、ステージ部１１には、排気機構に連結するための排出口１２が複数箇所に亘り設けられている。この排出口１２には配管２２を介して例えばポンプやファンなどの排気機構が連結され、環状壁部２１内の空気を吸引する。
本実施例においても、ワーク１のエッジ部からガスと一緒に噴き出された粒塵Ｄは、図９の矢印に示す流体の流れによって、ステージ部１１に設けられた排出口１２から排出される。また、天井壁部２４を設けることにより、天井壁部２４とステージ部１１との間にバッファ空間Ａが形成される。このバッファ空間Ａは、ワークのエッジ部からＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に粒塵Ｄが、ワークの面と平行方向に瞬間的に大量に噴き出された際に、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外部に舞い上がることを抑える機能を有する。
【００２７】
図１０は、本発明の第３の実施例を示す図であり、本実施例の集塵機構は、気体をステージ部の上側から流入させることにより、粒塵を排出させるようにしたものである。
本実施例は、前記図６において、集塵用中空容器２３の上に、レーザ光を透過させるための窓部２５ａを有する密封容器２５を取り付けたものである。該密封容器２５には、該密封容器２５内に気体を流入させるための供給管２５ｂが設けられている。また、ステージ部１１には、配管２２を介して大気に連通する排出口１２が設けられている。
供給管２５ｂを介して密閉容器２５の上方側の空間Ｂに給気することにより、上方側の空間Ｂを下方側の空間Ａよりも陽圧にする。これにより、上方側の空間Ｂと下方側の空間Ａの差圧により図１０の矢印に示すような流体の流れを作り出す。これによって、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外方に舞い上がることを抑止し、かつ、粒塵Ｄを排出口１２から排出する。
また、天井壁部２１ａを設けることにより、天井壁部２１ａとステージ部１１との間にバッファ空間Ａが形成される。このバッファ空間Ａは、ワークのエッジ部からＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に粒塵Ｄが、ワークの面と平行方向に瞬間的に大量に噴き出された際に、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外部に舞い上がることを抑える機能を有する。
なお、前記図８に示した第１の実施例の変形例や、図９に示した第２の実施例の集塵機構において、上記第３の実施例のように、気体をステージ部に流入させることにより、粒塵を排出させるようにしてもよい。
【００２８】
次に、上記したレーザリフトオフ方法を用いることができる半導体発光素子の製造方法について説明する。以下ではＧａＮ系化合物材料層により形成される半導体発光素子の製造方法について図１１を用いて説明する。
結晶成長用の基板には、レーザ光を透過し材料層を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を結晶成長させることができるサファイア基板を使用する。図１１（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて迅速にＧａＮ系化合物半導体よりなるＧａＮ層１０２が形成される。
続いて、図１１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面には、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層させる。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮが用いられ、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮが用いられる。
【００２９】
続いて、図１１（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上には、半田１０５が塗布される。続いて、図１１（ｄ）に示すように、半田１０５上にサポート基板１０６が取付けられる。サポート基板１０６は例えば銅とタングステンの合金からなる。
そして、図１１（ｅ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側からサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてレーザ光１０７を照射する。レーザ光１０７は、照射領域が０．２５ｍｍ２以下の面積を有する正方形となり、かつ、光強度分布が図４に示したような略台形状となるように成形される。
レーザ光１０７をサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２の界面に照射して、ＧａＮ層１０２を分解することにより、サファイア基板１０１からＧａＮ層１０２を剥離する。剥離後のＧａＮ層１０２の表面に、図１１（ｆ）に示すように、透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成し、ＩＴＯ１０８の表面に電極１０９を取付ける。
【符号の説明】
【００３０】
１ ワーク
１ａ 基板（サファイア基板）
１ｂ 材料層
１ｃ サポート基板
２ 搬送機構
１０ ワークステージ
１１ ステージ部
１２ 排出口
２０ 集塵機構
２１ 環状壁部
２１ｂ 環状外壁部
２１ａ 天井壁部
２１ｃ 光入射開口
２２ 配管
２３ 集塵用中空容器
２４ 天井壁部
２５ 密封容器
２５ａ 窓部
２５ｂ 供給管
３０ レーザ源
３１ 制御部
４０ レーザ光学系
４１、４２ シリンドリカルレンズ
４３ ミラー
４４ マスク
４５ 投影レンズ
１０１ サファイア基板１０１
１０２ ＧａＮ層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ 半田
１０６ サポート基板
１０７ レーザ光
１０８ ＩＴＯ
１０９ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物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、基板上に形成された材料層にレーザ光を照射することによって、当該材料層を分解して当該基板から剥離する（以下、レーザリフトオフという）ためのレーザリフトオフ方法及びレーザリフトオフ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物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、サファイア基板の上に形成されたＧａＮ系化合物材料層（材料層）を当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより剥離するレーザリフトオフの技術が知られている。以下、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離することをレーザリフトオフと呼ぶ。
【０００３】
例えば、特許文献１においては、サファイア基板の上にＧａＮ層を形成し、当該サファイア基板の裏面からレーザ光を照射することにより、ＧａＮ層を形成するＧａＮが分解され、当該ＧａＮ層をサファイア基板から剥離するレーザリフトオフ方法について記載されている。以下では基板上に材料層が形成されたものをワークと呼ぶ。
特許文献２には、ワークを搬送しながらワークに対してサファイア基板越しにライン状のレーザ光を照射することが記載される。具体的に同文献には、図１２に示すように、サファイア基板１２１とＧａＮ系化合物の材料層１２２の界面への照射領域１２３がライン状になるようにレーザ光１２４を成形し、サファイア基板１２１をレーザ光１２４の長手方向と垂直方向に移動させながら、当該レーザ光１２４をサファイア基板１２１の裏面から照射するレーザリフトオフ方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５０１７７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６８８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離するレーザリフトオフの技術が知られているが、このようなレーザリフトオフ処理においては、ワークにレーザ光を照射することにより、ワークから種々の粒塵が発生することが分かった。ワークから発生する種々の粒塵としては、例えば次のものが考えられる。
・ＧａＮに対してレーザ光を照射することで分解したＧａの粒子。
・レーザ光の照射によって分解しきれなかったＧａＮの粒子。
・ＧａＮ層は後述するように、サポート基板と貼り合せた後にレーザ光を照射してリフトオフするが、レーザ光の照射によって発生する該サポート基板の構成物質の粒子（例えば、Ｓｉ）。
・ＧａＮ層とサポート基板との貼り合せに使う貼合せ剤の粒子（例えば、半田、合成樹脂）
【０００６】
上記した種々の粒塵は、材料層がＧａＮである場合、レーザ光の照射によってＧａＮが分解して生成したＮ２ガスと一緒に、ワークのエッジ部からワークの面と平行方向に噴出される。
上記の粒塵を放置して該粒塵がワーク上に付着した場合、レーザ光が粒塵によって遮られ、材料層の未分解部分が発生する。材料層の未分解部分が発生すると、リフトオフの不良につながる。また、最悪の場合、サファイア基板と材料層との間で生じる応力が未分解部分に集中することにより、ワークが割れる惧れがある。
【０００７】
このようにレーザ光をワークに照射することによって種々の粒塵が発生するという問題は、基板と、該基板とは異種の材料からなる材料層とからなるワークに対してレーザ光を照射し、材料層を基板との界面付近で分解させ、基板から該基板とは異種の材料層を剥離することによって発生する。
一方、例えば露光装置では、基板とは異種の材料層を基板との界面付近で分解させるという工程を実施しないので、「粒塵」といった問題は生じない。すなわち、レーザリフトオフ処理においては、通常の露光処理程では見られない「粒塵」が発生するという特有の問題があり、これにより、レーザリフトオフ処理の不良につながることがあった。
本発明は上記事情に基づきなされたものであって、基板上に形成された材料層に対してレーザ光を照射して基板から材料層を剥離するレーザリフトオフ装置において、レーザ光をワークに照射することによりワークから発生する種々の粒塵による悪影響を除去することができる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】
【０００８】
ワークにレーザ光を照射することで発生する「粒塵」は、例えば材料層がＧａＮである場合、レーザ光照射によってＧａＮが分解することで生成したＮ２ガスと一緒に、ワークのエッジ部からワークの面と平行方向に噴出される。本発明では、かかるワークの面と平行方向に向けてＮ２ガスと一緒に噴出される「粒塵」を集塵する集塵機構を設けた。
上記集塵機構は、ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面と、前記粒塵の排出口とを有し、該壁面の端部は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を遮らないように、前記ワークのエッジ部の近傍に位置し、前記ワークのエッジ部から、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を、差圧により生ずる上記排出口に向かう空気の流れにより、前記排出口から排出させる。
このように、本発明は、材料層のＧａＮが分解することによってＮ２ガスと一緒に噴出される材料層の「粒塵」を、集塵機構により集塵し、外方に飛散することを抑制することができる。したがって、ワークから発生する「粒塵」がレーザリフトオフ処理に悪影響を与えるのを効果的に防止することができる。
また、本発明のレーザリフトオフ装置は、前記ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面を有し、該壁面の端部を前記ワークのエッジ部の近傍に位置させる。そして、該壁面と前記ステージ部の間の空間を、前記ワークのエッジ部の周囲の空間よりも減圧状態とする機構を設けている。
このように、基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面を設け、該壁面の端部を前記ワークのエッジ部の近傍に位置させ、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を差圧を利用して排出口から排出するようにしたので、「粒塵」を効果的に排出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）ワークにレーザ光を照射することによってワークのエッジ部から噴出される粒塵を集塵する集塵機構を、ワークのエッジ部を取り囲むように設けたので、レーザ光照射によりＮ２ガスと一緒にワークのエッジ部からワークの面と平行方向に噴出される粒塵を効果的に回収することができる。このため、粒塵がワーク上に付着する等により、レーザ光が粒塵によって遮られ、ワークの材料層に未分解部分が発生するという問題を解消することができる。
（２）ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面と、前記粒塵の排出口とを設け、該壁面の端部を、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を遮らないように前記ワークのエッジ部の近傍に位置させ、差圧を利用して排出口に向かう空気の流れを作り出し、粒塵を排出口から排出させるようにしたので、粒塵の舞い上がりを抑止し、かつ、粒塵を効果的に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例のレーザリフトオフ処理の概要を説明する概略図である。
【図２】本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の構成を示す概念図である。
【図３】本実施例のレーザリフトオフ方法を説明する図である。
【図４】ワークの互いに隣接する領域Ｓ１，Ｓ２に重畳して照射されるレーザ光の強度分布を示す図である。
【図５】ワークのエッジ部から粒塵が噴き出される様子を説明する図である。
【図６】集塵機構を備えた本発明の実施例のワークステージの断面図である。
【図７】集塵機構を備えた本発明の実施例のワークステージの斜視図である。
【図８】本発明の実施例のワークステージの変形例を示す図である。
【図９】本発明の集塵機構を備えたワークステージの第２の実施例を示す図である。
【図１０】本発明の集塵機構を備えたワークステージの第３の実施例を示す図である。
【図１１】ＧａＮ系化合物材料層により形成される半導体発光素子の製造方法を説明する図である。
【図１２】ライン状のレーザ光をレーザ光の長手方向と垂直方向に移動させながら照射する従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施例のレーザリフトオフ処理の概要を説明する概略図である。
本実施例において、レーザリフトオフ処理は次のように行われる。
図１（ｂ）に示すレーザ光を透過する基板１ａと材料層１ｂとサポート基板１ｃが積層されたワーク１が、図１（ａ）に示すようにワークステージ１０に載置されている。ワーク１は、ワークステージ１０上に、基板１ａが上になるように載置される。
ワーク１を載せたワークステージ１０は、コンベヤのような搬送機構２に載置され、搬送機構２によって所定の速度で搬送される。ワーク１は、ワークステージ１０と共に図中の矢印ＡＢ方向に搬送されながら、基板を通じて、図示しないパルスレーザ源から出射するパルスレーザ光Ｌが照射される。
ワーク１は、サファイアからなる基板１ａの表面に、ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物の材料層１ｂが形成されてなるものである。基板１ａは、ＧａＮ系化合物の材料層を良好に形成することができ、尚且つ、ＧａＮ系化合物の材料層を分解するために必要な波長のレーザ光を透過するものであれば良い。材料層１ｂには、低い入力エネルギーによって高出力の青色光を効率良く出力するためにＧａＮ系化合物を用いることができる。材料層１ｂとしては、ＩＩＩ族系化合物を用いることができ、上記ＧａＮ系化合物や、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）系化合物、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物などがある。
材料層１ｂはパルスレーザ光Ｌが照射されることにより、材料層１ｂのＧａＮがＧａとＮ２とに分解する。
【００１２】
レーザ光は、基板１ａおよび基板１ａから剥離する材料層１ｂを構成する物質に対応して適宜選択され、サファイアの基板１ａからＧａＮ系化合物の材料層１ｂを剥離する場合には、例えば波長２４８ｎｍを放射するＫｒＦ（クリプトンフッ素）エキシマレーザを用いることができる。レーザ波長２４８ｎｍの光エネルギー（５ｅＶ）は、ＧａＮのバンドギャップ（３．４ｅＶ）とサファイアのバンドギャップ（９．９ｅＶ）の間にある。したがって、波長２４８ｎｍのレーザ光はサファイアの基板からＧａＮ系化合物の材料層を剥離するために望ましい。
上記ワーク１へのレーザ光照射によって、ＧａＮが分解することで生成したＮ２ガスと一緒に、ワーク１のエッジ部からワークの面と平行方向に粒塵が噴出する。本実施例では、この粒塵を集塵するため、ワークステージ１０の周縁に、集塵機構を構成する集塵用中空容器２３が設けられている。なお、集塵機構に構成については後述する。
【００１３】
図２は本発明の実施例のレーザリフトオフ装置の光学系の構成を示す概念図である。同図において、レーザリフトオフ装置は、パルスレーザ光を発生するレーザ源３０と、レーザ光を所定の形状に成形するためのレーザ光学系４０と、ワーク１が載置されるワークステージ１０と、ワークステージ１０を搬送する搬送機構２と、レーザ源３０で発生するレーザ光の照射間隔および搬送機構２の動作を制御する制御部３１とを備えている。
レーザ光学系４０は、シリンドリカルレンズ４１、４２と、レーザ光をワークの方向へ反射するミラー４３と、レーザ光を所定の形状に成形するためのマスク４４と、マスク４４を通過したレーザ光Ｌの像をワーク１上に投影する投影レンズ４５とを備えている。ワーク１へのパルスレーザ光の照射領域の面積および形状は、レーザ光学系４０によって適宜設定することができる。
【００１４】
レーザ光学系４０の先にはワーク１が配置されている。ワーク１はワークステージ１０に載置される。ワークステージ１０のワークの周縁には、後述する集塵機構を構成する集塵用中空容器２３が設けられ、ワークから発生する粒塵を集塵する。
ワークステージ１０は搬送機構２に載置されており、搬送機構２によって搬送される。これにより、ワーク１が、図１に示す矢印Ａ、Ｂの方向に順次に搬送され、ワーク１におけるレーザ光の照射領域が刻々と変わる。制御部３１は、ワーク１の隣接する照射領域に照射される各レーザ光の重畳度が所望の値になるように、レーザ源２０で発生するパルスレーザ光のパルス間隔を制御する。
【００１５】
レーザ源３０から発生するレーザ光Ｌは波長２４８ｎｍの紫外線を発生する例えばＫｒＦエキシマレーザである。レーザ源としてＡｒＦレーザやＹＡＧレーザを使用しても良い。ワーク１の光入射面３Ａは、投影レンズ４５の焦点Ｆに配置されている。レーザ源２０で発生したパルスレーザ光Ｌは、シリンドリカルレンズ４１、４２、ミラー４３、マスク４４を通過した後に、投影レンズ４５によってワーク１上に投影される。パルスレーザ光Ｌは、基板１ａを通じて基板１ａと材料層１ｂの界面に照射される。基板１ａと材料層１ｂの界面では、パルスレーザ光Ｌが照射されることにより、材料層１ｂの基板１ａとの界面付近のＧａＮが分解される。このとき、前記したように、ワーク１のエッジ部からワークの面と平行方向に粒塵が噴出する。
【００１６】
図３は、ワークに対する領域を正方形となるように成形したパルスレーザ光を、ワークをレーザ源に対して一方向に搬送しながら照射する、本実施例のレーザリフトオフ方法を説明する図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ部の拡大図である。
このレーザリフトオフ方法では、パルスレーザ光の照射間隔と、ワーク１の搬送速度とを調整することにより、正方形状のパルスレーザ光の照射領域の、ワーク１の移動方向と平行方向に伸びるエッジ部およびワークの移動方向と直交方向に伸びるエッジ部の双方が重畳するように、ワーク１に対してパルスレーザ光を照射する。
図３のレーザリフトオフ方法では、ワーク１の紙面上方のエッジ部を超えるように、紙面のＨＡの方向に向け、パルスレーザ光を各照射領域が線状に並ぶように順次に照射し、パルスレーザ光の照射領域Ｓ１ないしＳ４を形成する。そして、パルスレーザ照射領域の大きさからレーザ重畳領域ＳＴを差し引いた分だけワーク１を紙面下方のＨＢ方向に移動させた後、紙面のＨＣの方向に向けて、パルスレーザ光を各照射領域が線状に並ぶように順次に照射し、パルスレーザ光照射領域Ｓ５ないしＳ１０を形成する。
【００１７】
ワーク１の移動方向において隣接する各照射領域Ｓ１ないしＳ１０の、ワーク１の移動方向と直交する方向に伸びるエッジ部が、互いに重畳する。また、ワークの移動方向と直交方向において隣接する各照射領域Ｓ１とＳ９、Ｓ２とＳ８、Ｓ３とＳ７、Ｓ４とＳ６の、ワークの移動方向と平行方向に伸びるエッジ部が、互いに重畳する。
図４はワークの互いに隣接する領域Ｓ１，Ｓ２に重畳して照射されるレーザ光の強度分布を示す図である。同図に示すように、各パルスレーザ光の照射領域は、材料層であるＧａＮの分解閾値ＶＥを超える領域で重畳される。このようにして、図３に示すように、順次に形成された複数のパルスレーザ光の照射領域が一方向において線状に並んで形成される複数の照射領域群Ｇ１〜Ｇ６を形成する。
【００１８】
本発明のレーザリフトオフ方法では、ワーク１の一端からパルスレーザ光の照射を開始し、ワーク１の他端に対して最後にパルスレーザ光を照射する。つまり、図３に示すように、レーザ光を照射した順番どおりに、ワークの一端から他端に向けて、各照射領域群Ｇ１〜Ｇ６が順次に並ぶように、各照射領域群を形成する。ワーク１において最初に形成される照射領域群Ｇ１では、各照射領域Ｓ１〜Ｓ４が、ワーク１の一方のエッジ部から伸びだすように、パルスレーザ光を照射する。ワーク１において最後に形成される照射領域群Ｇ６では、各照射領域が、ワーク１の他方のエッジ部から伸びだすように、パルスレーザ光を照射する。こうすることによって、基板から順次剥離されたＧａＮの四角形状の剥離領域では、基板からはじめて剥離されるエッジ部が常に２辺になる。
【００１９】
ここで、上記のレーザリフトオフ装置は、レーザ光をワークに照射することによってワーク１のエッジ部から、材料層のＧａＮが分解することで発生したＧａの粒子などの粒塵が噴き出される。図５に示すように、レーザ光を一方向にスキャンさせながらワークに照射する場合、各照射領域群Ｇ１〜Ｇ６において（図５ではＧ２について説明する）、最初にレーザ光が照射されるワークのエッジ部と、最後にレーザ光が照射されるワークのエッジ部から、粒塵Ｄが噴き出される。粒塵Ｄは、材料層であるＧａＮ層の分解時に発生したＮ２ガスと一緒に、ワークの面と平行方向に勢い良く噴き出される。
【００２０】
本発明の実施例のレーザリフトオフ装置は、かかる粒塵を集塵して排気するための、集塵機構を備える。
図６、図７は本発明の集塵機構の第１の実施例を示す図であり、環状外壁部と天井壁部から構成される環状壁部を備えた集塵機構２０の構成例を示す。図６は本実施例のワークステージの断面図、図７はワークが載置されていない状態のワークステージの斜視図であり、同図（ｂ）は、集塵機構の天井壁部を除去した状態を示している。
図６に示されるように、ワークステージ１０のステージ部１１の周縁には、集塵用中空容器２３として機能する環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａから構成される環状壁部２１が設置される。ステージ部１１は、ワーク１および環状壁部２１を載置した状態で、レーザ源に対して相対的に移動可能である。
【００２１】
環状壁部２１は、例えばステンレスによって有底の円筒形状に構成され、ワーク１のエッジ部を取り囲むよう設けられた、ワーク１の面に対して垂直方向に伸びる環状外壁部２１ｂと、該環状外壁部２１ａからワーク１側に向けてワーク１の面と平行方向に庇状に伸び出した天井壁部２１ａとで構成される。該環状外壁部２１ｂは、ワークの光照射面よりもやや高くなるように設けられる。該天井壁部２１ａの中央には、レーザ光を遮蔽することがないよう光入射開口２１ｃが形成される。該光入射開口２１ｃの大きさは、ワーク１の交換を容易に行うことができるように、その開口エッジがワークエッジ部の直上に配置されない程度の大きさとされる。かかる環状壁部２１は、環状外壁部２１ｂと天井壁部２１ａとによりある程度区切られた内部空間を有する。
【００２２】
上記環状壁部２１は、ステージ部１１上に設置される。ステージ部１１には、排気機構に連結するための排出口１２が複数箇所に亘り設けられている。複数の排出口１２は、図７（ｂ）に示すように、環状壁部２１寄りに配置され、環状壁部２１に沿って環状に形成される。
この排出口１２には配管２２を介して例えばポンプやファンなどの排気機構が連結され、環状壁部２１内の空気を吸引するようになっている。粒塵Ｄがワーク１のエッジ部からワーク１の面と平行方向に噴き出すというレーザリフトオフ装置の性質上、排出口１２はワーク１の直近よりも環状壁部２１の環状外壁部２１ｂ付近に設けることが好ましい。排出口１２をステージ部１１に設けた場合は、排気機構と連結するための配管２２をステージ部１１に直接連結することができるので、装置構造をシンプルにすることができる。
環状壁部２１は、その内部空間の空気を排気機構で吸引することによって、内部空間を−１０ＫＰａ〜−３０ＫＰａ程度、大気圧よりも減圧した状態とされる。また、環状壁部２１内の種々の集塵を排気するためには、該環状壁部２１の内部空間において概ね０．５〜１．０ｍ／秒の風速が必要とされる。
【００２３】
次に、上記実施例のレーザリフトオフ装置の動作について説明する。
まず、レーザ源（図２参照）を駆動することにより、ワーク１に対して波長２４８ｎｍのＫｒＦレーザ光を照射する。ワーク１の基板１ａとの界面付近のＧａＮは、レーザ光が照射されることによってＧａとＮ２とに分解される。ワーク１のエッジ部からは、図５に示すように、ＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に前述した粒塵Ｄがワーク１の面と平行方向に噴き出される。
配管２２を介して環状壁部２１の天井壁部２１ａとステージ部１１との間の空間Ａを減圧することにより、当該空間Ａと空間Ａの外部との差圧により、図６の矢印に示すような流体の流れが作り出される。これによって、噴出された粒塵Ｄは天井壁部２１ａの外方に舞い上がることが抑止され、かつ、粒塵Ｄは排出口１２から排出される。
【００２４】
以上説明した本発明の実施例のレーザリフトオフ装置においては、ワーク１に対してレーザ光を照射することによって不可避的に種々の粒塵がワーク１のエッジ部から噴き出されるものの、ワーク１のエッジの周囲には環状壁部２１が設けられ、環状壁部２１内へ噴出された粒塵は図６の矢印に示す流体の流れによって、環状壁部２１外に排出される。
従って、本発明のレーザリフトオフ装置では、レーザリフトオフ処理時に発生した種々の粒塵がワークのレーザ光照射面に付着されることを確実に防止することができるため、材料層の未分解やワークの割れといった不具合が生じる惧れが無い。
さらに、本発明のレーザリフトオフ装置は、環状壁部２１がステージ部１１に設置され、該ステージ部１１の、前記環状壁部２１の環状外壁部２１ｂより内方側には、前記排気機構に接続するための排出口１２が形成されている。かかるレーザリフトオフ装置の構成は、排出口１２をワーク１のエッジ部の周囲に設けることによって、ワーク１の面と平行方向に噴き出された「粒塵」の排出を効果的に行うことができ、且つ、排気機構に接続するための配管などの設置が容易になるため装置構造をシンプルにすることができる。
また、天井壁部２１ａを設けることにより、天井壁部２１ａとステージ部１１との間にバッファ空間Ａが形成される。このバッファ空間Ａは、ワークのエッジ部からＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に粒塵Ｄが、ワークの面と平行方向に瞬間的に大量に噴き出された際に、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外部に舞い上がることを抑える機能を有する。
【００２５】
図８（ａ）（ｂ）は本実施例の変形例を示す図であり、環状壁部の他の構成例を示す断面図であり、図６に示したものと同一のものには同一の符号が付されている。
排気機構に連結するための排出口１２は、図７に示したようにステージ部１１に設ける場合に限らず他の位置に設けてもよい。例えば、図８（ａ）のように環状壁部２１の天井壁部２１ａに形成したり、図８（ｂ）に示すように、環状壁部２１の環状外壁部２１ｂに形成することもできる。
【００２６】
図９は本発明の集塵機構を備えたワークステージの第２の実施例を示す図である。本実施例は、上記環状壁部２１に代えて、集塵用中空容器２３として、円環状に形成されワーク面に対して傾斜して配置された、天井壁部２４を設けたものである。その他の構成は図６、図７と同様であり、ステージ部１１には、排気機構に連結するための排出口１２が複数箇所に亘り設けられている。この排出口１２には配管２２を介して例えばポンプやファンなどの排気機構が連結され、環状壁部２１内の空気を吸引する。
本実施例においても、ワーク１のエッジ部からガスと一緒に噴き出された粒塵Ｄは、図９の矢印に示す流体の流れによって、ステージ部１１に設けられた排出口１２から排出される。また、天井壁部２４を設けることにより、天井壁部２４とステージ部１１との間にバッファ空間Ａが形成される。このバッファ空間Ａは、ワークのエッジ部からＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に粒塵Ｄが、ワークの面と平行方向に瞬間的に大量に噴き出された際に、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外部に舞い上がることを抑える機能を有する。
【００２７】
図１０は、本発明の第３の実施例を示す図であり、本実施例の集塵機構は、気体をステージ部の上側から流入させることにより、粒塵を排出させるようにしたものである。
本実施例は、前記図６において、集塵用中空容器２３の上に、レーザ光を透過させるための窓部２５ａを有する密封容器２５を取り付けたものである。該密封容器２５には、該密封容器２５内に気体を流入させるための供給管２５ｂが設けられている。また、ステージ部１１には、配管２２を介して大気に連通する排出口１２が設けられている。
供給管２５ｂを介して密閉容器２５の上方側の空間Ｂに給気することにより、上方側の空間Ｂを下方側の空間Ａよりも陽圧にする。これにより、上方側の空間Ｂと下方側の空間Ａの差圧により図１０の矢印に示すような流体の流れを作り出す。これによって、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外方に舞い上がることを抑止し、かつ、粒塵Ｄを排出口１２から排出する。
また、天井壁部２１ａを設けることにより、天井壁部２１ａとステージ部１１との間にバッファ空間Ａが形成される。このバッファ空間Ａは、ワークのエッジ部からＧａＮの分解によって発生したＮ２ガスと一緒に粒塵Ｄが、ワークの面と平行方向に瞬間的に大量に噴き出された際に、粒塵Ｄが天井壁部２１ａの外部に舞い上がることを抑える機能を有する。
なお、前記図８に示した第１の実施例の変形例や、図９に示した第２の実施例の集塵機構において、上記第３の実施例のように、気体をステージ部に流入させることにより、粒塵を排出させるようにしてもよい。
【００２８】
次に、上記したレーザリフトオフ方法を用いることができる半導体発光素子の製造方法について説明する。以下ではＧａＮ系化合物材料層により形成される半導体発光素子の製造方法について図１１を用いて説明する。
結晶成長用の基板には、レーザ光を透過し材料層を構成する窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体を結晶成長させることができるサファイア基板を使用する。図１１（ａ）に示すように、サファイア基板１０１上には、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて迅速にＧａＮ系化合物半導体よりなるＧａＮ層１０２が形成される。
続いて、図１１（ｂ）に示すように、ＧａＮ層１０２の表面には、発光層であるｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４とを積層させる。例えば、ｎ型半導体としてはシリコンがドープされたＧａＮが用いられ、ｐ型半導体としてはマグネシウムがドープされたＧａＮが用いられる。
【００２９】
続いて、図１１（ｃ）に示すように、ｐ型半導体層１０４上には、半田１０５が塗布される。続いて、図１１（ｄ）に示すように、半田１０５上にサポート基板１０６が取付けられる。サポート基板１０６は例えば銅とタングステンの合金からなる。
そして、図１１（ｅ）に示すように、サファイア基板１０１の裏面側からサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２との界面に向けてレーザ光１０７を照射する。レーザ光１０７は、照射領域が０．２５ｍｍ２以下の面積を有する正方形となり、かつ、光強度分布が図４に示したような略台形状となるように成形される。
レーザ光１０７をサファイア基板１０１とＧａＮ層１０２の界面に照射して、ＧａＮ層１０２を分解することにより、サファイア基板１０１からＧａＮ層１０２を剥離する。剥離後のＧａＮ層１０２の表面に、図１１（ｆ）に示すように、透明電極であるＩＴＯ１０８を蒸着により形成し、ＩＴＯ１０８の表面に電極１０９を取付ける。
【符号の説明】
【００３０】
１ ワーク
１ａ 基板（サファイア基板）
１ｂ 材料層
１ｃ サポート基板
２ 搬送機構
１０ ワークステージ
１１ ステージ部
１２ 排出口
２０ 集塵機構
２１ 環状壁部
２１ｂ 環状外壁部
２１ａ 天井壁部
２１ｃ 光入射開口
２２ 配管
２３ 集塵用中空容器
２４ 天井壁部
２５ 密封容器
２５ａ 窓部
２５ｂ 供給管
３０ レーザ源
３１ 制御部
４０ レーザ光学系
４１、４２ シリンドリカルレンズ
４３ ミラー
４４ マスク
４５ 投影レンズ
１０１ サファイア基板１０１
１０２ ＧａＮ層
１０３ ｎ型半導体層
１０４ ｐ型半導体層
１０５ 半田
１０６ サポート基板
１０７ レーザ光
１０８ ＩＴＯ
１０９ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に材料層が形成されてなるワークを載置するステージ部と、該ワークに対し該基板を透過する波長域のレーザ光を出射するレーザ源と、該ワークと該レーザ源とを相対的に搬送しながら該基板を通してレーザ光を照射し、該基板と該材料層との界面で該材料層を分解して、該材料層を該基板から剥離するレーザリフトオフ装置において、
前記ワークにレーザ光を照射することによって該ワークのエッジ部から、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を集塵する集塵機構を備え、
前記集塵機構は、前記ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面と、前記粒塵の排出口とを有し、
該壁面の端部は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を遮らないように、前記ワークのエッジ部の近傍に位置し、
前記ワークのエッジ部から、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を、差圧を利用して該壁面と前記ステージ部の間の空間に導き、前記排出口から排出させる機構を備えた
ことを特徴とするレーザリフトオフ装置。
【請求項１】
基板上に材料層が形成されてなるワークを載置するステージ部と、該ワークに対し該基板を透過する波長域のレーザ光を出射するレーザ源と、該ワークと該レーザ源とを相対的に搬送しながら該基板を通してレーザ光を照射し、該基板と該材料層との界面で該材料層を分解して、該材料層を該基板から剥離するレーザリフトオフ装置において、
前記ワークにレーザ光を照射することによって該ワークのエッジ部から、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を集塵する集塵機構を備え、
前記集塵機構は、前記ワークのエッジ部における基板と材料層の貼り合わせ面よりも上方に伸びだす壁面と、前記粒塵の排出口とを有し、
該壁面の端部は、前記レーザ光源から照射されるレーザ光を遮らないように、前記ワークのエッジ部の近傍に位置し、
前記ワークのエッジ部から、該ワーク面に対して平行に噴出される粒塵を、差圧を利用して該壁面と前記ステージ部の間の空間に導き、前記排出口から排出させる機構を備えた
ことを特徴とするレーザリフトオフ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９１１１２（Ｐ２０１２−１９１１１２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２５２（Ｐ２０１１−５５２５２）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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