剥離装置および剥離方法
【課題】本発明の実施形態は、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる剥離装置および剥離方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離装置であって、前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する検査光源と、前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する検出部と、前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする剥離装置が提供される。
【解決手段】実施形態によれば、基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離装置であって、前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する検査光源と、前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する検出部と、前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする剥離装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、剥離装置および剥離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板の表面側に窒化物半導体膜を形成し、サファイア基板の裏面側からレーザ光を照射することにより形成された窒化物半導体膜を剥離する技術が知られている。
しかしながら、この様な技術においては剥離作業中に剥離の適否を知ることができず、歩留まりや生産性などが低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４９９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる剥離装置および剥離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離装置であって、前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する検査光源と、前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する検出部と、前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする剥離装置が提供される。
【０００６】
また、他の実施形態によれば、基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離方法であって、前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する工程と、前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する工程と、前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する工程と、を備えたことを特徴とする剥離方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態に係る剥離装置を例示する模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は剥離の様子を例示するための模式工程断面図である。
【図３】金属元素を含む化合物から形成された膜と、分解により形成された金属膜との反射率の違いを例示するグラフ図である。
【図４】（ａ）はレーザ光の照射前の膜の様子、（ｂ）はレーザ光の適正な照射が行われた膜の様子、（ｃ）は過剰なエネルギーのレーザ光が照射された膜の様子を例示するための模式図である。
【図５】（ａ）は反射光の強度を検出する場合、（ｂ）はプラズマ光の強度を検出する場合、（ｃ）は反射光の強度とプラズマ光の強度とを検出する場合の模式グラフ図である。
【図６】（ａ）は照射範囲を移動させて膜を剥離する様子を例示するための模式図、（ｂ）は膜が剥離された照射範囲を例示するための模式拡大図である。
【図７】半導体発光素子を構成する積層体を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る剥離装置を例示する模式図である。
なお、図１中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を表しており、Ｘ、Ｙは水平方向、Ｚは鉛直方向を表している。
図１に示すように、剥離装置１には発振部２、整形光学系３、ダイクロイックミラー４、照射光学系５、載置部６、検査部７、制御部８、反射ミラー１３、反射ミラー１４が設けられている。
【０００９】
発振部２は、後述する被処理物１００に向けてレーザ光を出射する。
発振部２としては特に限定がなく、被処理物１００に形成された膜１００ｂの表層を分解できるレーザ光を出射可能なものであればよい。
その様な発振部２としては、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ発振器、ＡｒＦエキシマレーザ発振器、ＫｒＦエキシマレーザ発振器、ＹＶＯ４レーザ発振器などを例示することができる。
また、発振部２においてパルス発振をさせる際の周波数を１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度、パルス幅を１〜１００ナノ秒程度とすることができる。
【００１０】
整形光学系３は、発振部２から出射したレーザ光のビーム形状を後述する照射領域の形状に合わせて整形する。例えば、照射領域が矩形の場合には、整形光学系３は、ビーム形状が矩形となるように整形する。
ダイクロイックミラー４は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させる。すなわち、ダイクロイックミラー４は、整形光学系３によりビーム形状が整形されたレーザ光を反射して照射光学系５側に折り返す。また、ダイクロイックミラー４は、検査光源９から出射された光（検査光）、検査光源９から出射され後述する膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光を透過させる。また、ダイクロイックミラー４は、被処理物１００に形成された膜１００ｂの表層が分解される際に生じた光（プラズマ光）の一部を透過させる。
照射光学系５は、結像レンズなどの光学要素を備え、発振部２から出射しダイクロイックミラー４を介して入射するレーザ光を照射領域に集光させる。また、照射光学系５は、検査光源９から出射した検査光を照射領域に集光させる。
【００１１】
載置部６には、基台６ａ、移動部６ｂが設けられている。
基台６ａは、板状を呈し、その上面に移動部６ｂが設けられている。
移動部６ｂには、基台６ａの上面に設けられ図中のＹ方向に往復自在な第１の移動部６ｂ１と、第１の移動部６ｂ１の上面に設けられ図中のＸ方向に往復自在な第２の移動部６ｂ２とが設けられている。そして、第２の移動部６ｂ２の上面が被処理物１００を載置する載置面６ｃとなっている。また、第２の移動部６ｂ２には、載置面６ｃに載置された被処理物１００を保持する図示しない保持手段が設けられている。図示しない保持手段としては、例えば、静電チャックや真空チャックなどを例示することができる。
この場合、載置部６をいわゆるＸＹテーブルとすることができる。
【００１２】
なお、載置部６に載置、保持された被処理物１００の位置を移動させる場合を例示したが、照射光学系５側の位置を移動させるものとすることもできる。すなわち、載置部６に載置、保持された被処理物１００の位置と、レーザ光の照射位置と、の相対的な位置関係を変化させることができるものであればよい。
【００１３】
検査部７には、検査光源９、検出部１０、判定部１１、表示部１２、反射ミラー１５が設けられている。
検査光源９は、発振部２から出射されるレーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射するものとすることができる。検査光源９は、検査光として、例えば、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を出射可能なものとすることができる。
また、検査光源９から出射され被処理物１００に照射される検査光のビーム形状は、発振部２から出射されたレーザ光の照射領域とほぼ同じ形状、ほぼ同じ大きさとされている。すなわち、レーザ光の照射領域に照射された検査光源９からの検査光のビーム形状は、レーザ光の照射領域と略同一となっている。そのため、レーザ光を照射している領域全体に検査光源９から出射された検査光が照射されるようになる。
【００１４】
検出部１０は、入射した光をその光の強度に応じた電気信号に変換する。検出部１０は、例えば、フォトダイオードなどの光電変換素子などとすることができる。なお、検出部１０に入射する光は、検査光源９から出射され後述する膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光、膜１００ｂの表層が分解される際に生じた光（プラズマ光）である。すなわち、検出部１０は、レーザ光の照射領域に照射された検査光源９からの検査光の反射光、および、レーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する。
【００１５】
この場合、反射光とプラズマ光とをそれぞれ別に検出するために、検出部１０などにフィルタなどを設けるようにすることができる。
【００１６】
判定部１１は、検出部１０からの検出情報に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定する。すなわち、判定部１１は、検出された反射光、および、検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する。なお、剥離状態や剥離範囲の適否に関する詳細は後述する。
表示部１２は、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果を表示する。
【００１７】
反射ミラー１３、反射ミラー１４は、発振部２から出射したレーザ光の光路に設けられ、入射したレーザ光を反射させて方向を変換する。反射ミラー１５は、検査光源９から出射した検査光の光路に設けられ、入射した光を反射させて方向を変換する。なお、反射ミラー１３、反射ミラー１４、反射ミラー１５は必ずしも必要ではなく、発振部２、検査光源９などの配設位置などに応じて適宜設けるようにすることができる。
【００１８】
制御部８は、剥離装置１に設けられた各要素の動作を制御する。例えば、発振部２におけるレーザ光の発振条件を制御したり、載置部６における位置制御をしたりすることができる。また、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果などを格納することもできる。また、制御部８は、判定部１１における判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを発振部２にフィードバックすることもできる。
【００１９】
次に、剥離状態や剥離範囲の適否の判定に関してさらに例示をする。
図２は、剥離の様子を例示するための模式工程断面図である。
図２（ａ）に示すように、被処理物１００は、基板１００ａと、基板１００ａの主面に形成された膜１００ｂとを有する。
基板１００ａは、膜１００ｂを良好に形成することができ、発振部２から出射し照射光学系５を介して入射するレーザ光を透過させることができるものとすることができる。
【００２０】
また、膜１００ｂは金属元素を含む化合物などから形成されたものとすることができる。
例えば、膜１００ｂは窒化物半導体などから形成されたものとすることができる。この場合、窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）などを例示することができる。
【００２１】
ここで、基板１００ａ上に膜１００ｂを結晶成長させる場合には、膜１００ｂと同じ材料からなる基板１００ａを用いるか、膜１００ｂと格子定数および熱膨張係数の近い材料からなる基板１００ａを用いるようにすることが好ましい。例えば、膜１００ｂが窒化物半導体から形成される場合には、基板１００ａが窒化物半導体から形成されたものとすることが好ましい。ただし、一般的には、窒化物半導体からなる適切な大きさの基板１００ａを形成することは困難である。そのため、窒化物半導体から形成された基板の代用としてサファイア基板、ＳｉＣ基板、スピネル基板などを用いるようにすることができる。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、基板１００ａの膜１００ｂが形成された側とは反対の側からレーザ光Ｌを照射すると、照射されたレーザ光Ｌが基板１００ａと膜１００ｂとの界面において吸収される。そして、吸収されたレーザ光Ｌのエネルギーにより膜１００ｂが局部的に加熱され、膜１００ｂの表層が分解される。
【００２３】
図２（ｃ）に示すように、膜１００ｂの表層が分解されると、膜１００ｂが基板１００ａから剥離される。この際、膜１００ｂの表層は気体と金属に分解され、この金属が、剥離されることで生じた空間の壁面に付着する。例えば、膜１００ｂがＧａＮ（窒化ガリウム）から形成されている場合には、レーザＬが照射されることで、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる膜１００ｂの表層がＮ２ガス（窒素ガス）と金属であるＧａ（ガリウム）に分解され、膜１００ｂが基板１００ａから剥離される。また、この際、金属であるＧａ（ガリウム）が、剥離により生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に、金属（Ｇａ（ガリウム））の膜が形成されることになる。
【００２４】
図３は、金属元素を含む化合物から形成された膜と、分解により形成された金属膜との反射率の違いを例示するグラフ図である。なお、図３は、金属元素を含む化合物がＧａＮ（窒化ガリウム）であり、金属がＧａ（ガリウム）の場合である。この場合、図３中のＡがＧａ（ガリウム）の場合、図３中のＢがＧａＮ（窒化ガリウム）の場合である。
図４は、レーザ光が照射された膜の様子を例示するための模式図である。なお、図４（ａ）はレーザ光の照射前の膜の様子、図４（ｂ）はレーザ光の適正な照射が行われた膜の様子、図４（ｃ）は過剰なエネルギーのレーザ光が照射された膜の様子を例示するための模式図である。
【００２５】
図３に示すように、金属であるＧａ（ガリウム）の場合Ａの方が、金属元素を含む化合物であるＧａＮ（窒化ガリウム）の場合Ｂよりも反射率が高くなる。
そのため、レーザ光が照射された膜は、図４（ａ）に示すような状態から図４（ｂ）に示すような状態へと変化することになる。
【００２６】
ここで、発振部２におけるレーザ出力の変動、基板１００ａの表面状態の分布、基板１００ａ上の異物などがあると、適正なエネルギーが界面に照射されず剥離が不十分となる場合がある。この様な剥離が不十分な部分が存在すると、基板１００ａの全域における照射が完了し膜１００ｂを基板１００ａから分離させる際に膜１００ｂを破損させてしまうおそれがある。
【００２７】
この場合、基板１００ａの全域における照射が完了した後に、剥離状態を検査するようにすれば、膜１００ｂの破損を抑制することができる。しかしながら、この様な検査を行えば、検査工程を別途設ける必要があり生産性が低下するおそれがある。また、基板１００ａの全域における照射が完了した後に行う検査において不具合原因が判明したとしても、当該被処理物１００における不具合の発生を防ぐことができない。そのため、歩留まりや生産性が低下するおそれがある。
【００２８】
また、照射範囲が小さすぎる場合には剥離が不十分な部分が生じたり、照射範囲が大きすぎる場合には隣接する部分が加熱されすぎてクラックが発生したりするおそれがある。この様な場合、基板１００ａの全域における照射が完了した後に行う検査では不具合原因を特定することは難しい。
【００２９】
そのため、本実施の形態においては、検査光源９から出射され膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光を検出し、検出された反射光に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定するようにしている。その様にすれば、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。この場合、反射率が高くなれば反射光の強度が高くなるので、反射光の強度を検出することで剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
【００３０】
また、過剰なエネルギーのレーザ光が照射されると、図２（ｄ）に示すように照射領域の周辺においてクラック１００ｂ２が発生したり、図４（ｃ）に示すように膜１００ｂが破損したりするおそれがある。
この様な場合には、照射領域における反射光を検出するだけでは不具合の発生を検知することが難しい場合がある。
ここで、レーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際には、プラズマが発生している。そのため、本実施の形態においては、このプラズマから出射されるプラズマ光を検出し、検出されたプラズマ光に基づいて剥離状態の適否を判定するようにしている。その様にすれば、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。
【００３１】
また、反射光とプラズマ光とに基づいて、剥離状態や剥離範囲の適否を判定することもできる。
図５は、光の強度の検出を例示するための模式グラフ図である。なお、図５（ａ）は反射光の強度を検出する場合、図５（ｂ）はプラズマ光の強度を検出する場合、図５（ｃ）は反射光の強度とプラズマ光の強度とを検出する場合である。
【００３２】
前述したようにレーザ光が照射されると金属膜が形成されるので反射率が変化する。そのため、図５（ａ）に示すように反射光の強度も変化する。その結果、反射光の強度の変化量に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。例えば、剥離がされていない部分があると、その分反射光の強度が低くなる。また、反射光の強度が変化した範囲に基づいて剥離範囲の適否を判定することができる。
【００３３】
また、前述したようにレーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際にはプラズマが発生するので、図５（ｂ）に示すようにプラズマ光の強度も変化する。そのため、プラズマ光の強度の変化量に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。例えば、過剰なエネルギーのレーザ光が照射されると、その分プラズマ光の強度が高くなる。そのため、例えば、図４（ｃ）に示すような状態となることを予測することができる。
なお、反射光とプラズマ光とをそれぞれ別に検出する場合には、検出部１０などにフィルタなどを適宜設けるようにすればよい。
【００３４】
また、図５（ｃ）に示すように反射光の強度とプラズマ光の強度とを検出すれば、前述した剥離状態や剥離範囲の適否を総合的に判定することができる。例えば、図５（ｃ）中のＣ部分の光の強度の変化量はプラズマ光によるものであるので、Ｃ部分の光の強度の変化量に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。例えば、過剰なエネルギーのレーザ光が照射されていないかなどを知ることができる。また、図５（ｃ）中のＤ部分の光の強度の変化量は反射光によるものであるので、Ｄ部分の光の強度の変化量に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
【００３５】
次に、剥離装置１の作用について例示をする。
まず、図示しない搬送手段により、被処理物１００が載置部６の載置面６ｃ上に載置、保持される。なお、被処理物１００は、基板１００ａと、基板１００ａの主面に形成された膜１００ｂとを有し、基板１００ａの膜１００ｂが形成されていない側の主面を照射光学系５側に向けて載置される。
【００３６】
次に、発振部２からレーザ光を出射させ反射ミラー１３、反射ミラー１４を介して整形光学系３に入射させる。整形光学系３に入射したレーザ光は、ビーム形状が照射領域の形状に合わせて整形される。例えば、照射領域が矩形の場合には、整形光学系３によりビーム形状が矩形となるように整形される。
【００３７】
整形光学系３によりビーム形状が整形されたレーザ光は、ダイクロイックミラー４により反射されて照射光学系５側に折り返えされる。ダイクロイックミラー４を介して照射光学系５に入射したレーザ光は被処理物１００の照射領域に照射される。
被処理物１００の照射領域に照射されたレーザ光は、基板１００ａを透過し、基板１００ａと膜１００ｂとの界面において吸収される。そして、吸収されたレーザ光のエネルギーにより膜１００ｂが局部的に加熱され、膜１００ｂの表層が分解されて、膜１００ｂが基板１００ａから剥離される。この際、分解により形成された金属が、剥離により生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に金属膜１００ｂ１が形成されることになる。
【００３８】
一方、検査光源９から出射した検査光は、反射ミラー１５により反射されてダイクロイックミラー４側に折り返えされる。ダイクロイックミラー４側に折り返えされた光は、ダイクロイックミラー４を透過して照射光学系５に入射する。照射光学系５に入射した光は、被処理物１００の照射領域に照射される。なお、検査光源９から出射されレーザ光の照射領域に照射される検査光のビーム形状は照射領域とほぼ同じ形状、ほぼ同じ大きさとされている。
【００３９】
被処理物１００の照射領域に照射された光は、膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射されて、照射光学系５、ダイクロイックミラー４を透過して検出部１０に入射する。検出部１０に入射した反射光はその強度に応じた電気信号に変換される。判定部１１においては、検出部１０により光電変換された電気信号（検出情報）に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否が判定される。
【００４０】
また、膜１００ｂの表層が分解される際に発生したプラズマからのプラズマ光も照射光学系５、ダイクロイックミラー４を透過して検出部１０に入射する。検出部１０に入射したプラズマ光はその強度に応じた電気信号に変換される。判定部１１においては、検出部１０により光電変換された電気信号（検出情報）に基づいて剥離状態の適否が判定される。この場合、検出部１０により反射光とプラズマ光とを検出すれば、前述した剥離状態や剥離範囲の適否を総合的に判定することもできる。なお、反射光とプラズマ光とをそれぞれ別に検出する場合には、検出部１０などに設けられたフィルタなどによりそれぞれの光に分離される。
【００４１】
また、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果などは、表示部１２に表示される。そして、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果などは制御部８に格納される。また、制御部８は、判定部１１における判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを発振部２にフィードバックするようにすることもできる。
【００４２】
１つの照射範囲における膜１００ｂの剥離が終了した場合には、次に照射がされる照射範囲が照射光学系５の直下に位置するように、被処理物１００の位置が載置部６により移動される。
図６は、照射範囲を移動させて膜１００ｂを剥離する様子を例示するための模式図である。なお、図６（ａ）は照射範囲を移動させて膜１００ｂを剥離する様子を例示するための模式図、図６（ｂ）は膜１００ｂが剥離された照射範囲を例示するための模式拡大図である。この場合、照射範囲の形状は矩形としている。
図６（ａ）に示すように、レーザ光が照射されて膜１００ｂが剥離された領域Ｅと、レーザ光が照射されておらず膜１００ｂが剥離されていない領域Ｆとでは反射率が異なるものとなる。
前述したように、レーザ光が照射されて膜１００ｂが剥離されると金属膜１００ｂ１が形成されるので、図６（ａ）、（ｂ）に示すようにレーザ光の照射が行われた領域Ｅの反射率が高くなる。
【００４３】
そして、前述した手順を繰り返すようにすれば、基板１００ａの全域における膜１００ｂの剥離を行うことができる。
【００４４】
本実施の形態においては、検査光源９から出射され膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
また、レーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際に生じたプラズマ光に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。
また、反射光とプラズマ光とに基づいて、剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
そのため、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。また、判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを逐次フィードバックすることもできる。その結果、歩留まりや生産性の向上を図ることもできる。
【００４５】
次に、本実施の形態に係る剥離方法について例示をする。
なお、一例として、サファイア基板の表面に形成された半導体発光素子を構成する積層体を剥離する場合について例示をする。また、前述した剥離装置１の構成やその作用などにおいて例示をしたものと同様の事項に関してはその説明を適宜省略する。
図７は、半導体発光素子を構成する積層体２０１を例示するための模式断面図である。 図７に示すように、サファイアなどからなる基板１００ａの一方の主面には積層体２０１が形成されている。
積層体２０１においては、窒化物半導体層２０２、ｎ形窒化物半導体層２０３、発光層２０４、ｐ形窒化物半導体層２０５、透光性電極２０６、電極２０７が基板１００ａの側からこの順で積層されている。
【００４６】
窒化物半導体層２０２としては、例えば、窒化物半導体からなるものを例示することができる。
窒化物半導体層２０２は、レーザを照射することで基板１００ａから積層体２０１を剥離させる際に剥離層としての役割をはたす。また、窒化物半導体層２０２上に気相成長させるｎ形窒化物半導体層２０３などの層と、サファイアなどからなる基板１００ａとの間の格子定数および熱膨張係数の不整合を緩和する役割をもはたす。
ｎ形窒化物半導体層２０３としては、ｎ形となるようにドープされた窒化物半導体からなるものを例示することができる。
【００４７】
発光層２０４は、正孔および電子が再結合して光を発生する井戸層と、井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層（クラッド層）と、によって構成された量子井戸構造とすることができる。
この場合、単一量子井戸（ＳＱＷ；Single Quantum Well）構造としてもよいし、多重量子井戸（ＭＱＷ；Multiple Quantum Well）構造としてもよい。また、単一量子井戸構造のものを複数積層するようにしてもよい。
【００４８】
例えば、単一量子井戸構造のものとしては、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる井戸層、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層がこの順で積層されたものを例示することができる。
多重量子井戸構造のものとしては、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる井戸層、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる井戸層、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層がこの順で積層されたものを例示することができる。
この場合、前述したｎ形窒化物半導体層２０３を障壁層とすることもできる。
【００４９】
ｐ形窒化物半導体層２０５としては、ｐ形となるようにドープされた窒化物半導体からなるものを例示することができる。
透光性電極２０６としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）や、Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）の二重層などからなるものを例示することができる。透光性電極２０６は、ｐ形窒化物半導体層２０５と電極２０７とのオーミックコンタクト(ohmic contact)を形成させるために設けられている。
【００５０】
電極２０７としては、Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉ（チタン）の二重層などの金属材料からなるものを例示することができる。
ここで、前述した窒化物半導体としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）などを例示することができる。
【００５１】
この様な半導体発光素子を構成する積層体２０１を基板１００ａから剥離させる場合には、基板１００ａの積層体２０１が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射する。照射されたレーザ光は基板１００ａを透過して、基板１００ａと窒化物半導体層２０２との界面において吸収される。そして、吸収されたレーザ光のエネルギーにより窒化物半導体層２０２が局部的に加熱され、窒化物半導体層２０２の表層が分解される。
【００５２】
窒化物半導体層２０２の表層が分解されると、この分解により窒化物半導体層２０２が基板１００ａから剥離される。この際、窒化物半導体層２０２の分解により形成された金属は、剥離により生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に金属膜が形成されることになる。
例えば、窒化物半導体層２０２がＧａＮ（窒化ガリウム）から形成されている場合には、レーザ光が照射されることで、窒化物半導体層２０２がＧａ（ガリウム）とＮ２ガス（窒素ガス）とに分解され、窒化物半導体層２０２が基板１００ａから剥離される。また、この際、金属であるＧａ（ガリウム）は、窒化物半導体層２０２が基板１００ａから剥離されることにより生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に、金属であるＧａ（ガリウム）の膜が形成されることになる。
そして、必要に応じてレーザ光の照射範囲を移動させることで基板１００ａの全域における窒化物半導体層２０２の剥離、すなわち積層体２０１の剥離を行う。
【００５３】
ここで、本実施の形態に係る剥離方法においては、レーザ光の照射範囲にレーザ光とは異なる波長を有する光を照射し、窒化物半導体層２０２または剥離の際に形成された金属膜により反射された光に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定するようにする。
また、レーザ光が照射されることで窒化物半導体層２０２の表層が分解される際に生じたプラズマ光に基づいて剥離状態の適否を判定するようにする。
また、反射光とプラズマ光とに基づいて、剥離状態や剥離範囲の適否を判定するようにする。
【００５４】
すなわち、本実施の形態に係る剥離方法は、レーザ光とは異なる波長を有する光を出射する工程と、レーザ光の照射領域に照射された光の反射光、および、レーザ光が照射されることで膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する工程と、検出された反射光、および、検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する工程と、を備えている。
【００５５】
そのため、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。また、判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを逐次フィードバックすることもできる。その結果、歩留まりや生産性の向上を図ることもできる。
【００５６】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、剥離装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５７】
１ 剥離装置、２ 発振部、３ 整形光学系、５ 照射光学系、６ 載置部、７ 検査部、８ 制御部、９ 検査光源、１０ 検出部、１１ 判定部、１００ 被処理物、１００ａ 基板、１００ｂ 膜、２０１ 積層体、２０２ 窒化物半導体層
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、剥離装置および剥離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア基板の表面側に窒化物半導体膜を形成し、サファイア基板の裏面側からレーザ光を照射することにより形成された窒化物半導体膜を剥離する技術が知られている。
しかしながら、この様な技術においては剥離作業中に剥離の適否を知ることができず、歩留まりや生産性などが低下するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４９９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる剥離装置および剥離方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離装置であって、前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する検査光源と、前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する検出部と、前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする剥離装置が提供される。
【０００６】
また、他の実施形態によれば、基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離方法であって、前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する工程と、前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する工程と、前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する工程と、を備えたことを特徴とする剥離方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施の形態に係る剥離装置を例示する模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は剥離の様子を例示するための模式工程断面図である。
【図３】金属元素を含む化合物から形成された膜と、分解により形成された金属膜との反射率の違いを例示するグラフ図である。
【図４】（ａ）はレーザ光の照射前の膜の様子、（ｂ）はレーザ光の適正な照射が行われた膜の様子、（ｃ）は過剰なエネルギーのレーザ光が照射された膜の様子を例示するための模式図である。
【図５】（ａ）は反射光の強度を検出する場合、（ｂ）はプラズマ光の強度を検出する場合、（ｃ）は反射光の強度とプラズマ光の強度とを検出する場合の模式グラフ図である。
【図６】（ａ）は照射範囲を移動させて膜を剥離する様子を例示するための模式図、（ｂ）は膜が剥離された照射範囲を例示するための模式拡大図である。
【図７】半導体発光素子を構成する積層体を例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る剥離装置を例示する模式図である。
なお、図１中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を表しており、Ｘ、Ｙは水平方向、Ｚは鉛直方向を表している。
図１に示すように、剥離装置１には発振部２、整形光学系３、ダイクロイックミラー４、照射光学系５、載置部６、検査部７、制御部８、反射ミラー１３、反射ミラー１４が設けられている。
【０００９】
発振部２は、後述する被処理物１００に向けてレーザ光を出射する。
発振部２としては特に限定がなく、被処理物１００に形成された膜１００ｂの表層を分解できるレーザ光を出射可能なものであればよい。
その様な発振部２としては、例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザ発振器、ＡｒＦエキシマレーザ発振器、ＫｒＦエキシマレーザ発振器、ＹＶＯ４レーザ発振器などを例示することができる。
また、発振部２においてパルス発振をさせる際の周波数を１Ｈｚ〜１００ｋＨｚ程度、パルス幅を１〜１００ナノ秒程度とすることができる。
【００１０】
整形光学系３は、発振部２から出射したレーザ光のビーム形状を後述する照射領域の形状に合わせて整形する。例えば、照射領域が矩形の場合には、整形光学系３は、ビーム形状が矩形となるように整形する。
ダイクロイックミラー４は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させる。すなわち、ダイクロイックミラー４は、整形光学系３によりビーム形状が整形されたレーザ光を反射して照射光学系５側に折り返す。また、ダイクロイックミラー４は、検査光源９から出射された光（検査光）、検査光源９から出射され後述する膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光を透過させる。また、ダイクロイックミラー４は、被処理物１００に形成された膜１００ｂの表層が分解される際に生じた光（プラズマ光）の一部を透過させる。
照射光学系５は、結像レンズなどの光学要素を備え、発振部２から出射しダイクロイックミラー４を介して入射するレーザ光を照射領域に集光させる。また、照射光学系５は、検査光源９から出射した検査光を照射領域に集光させる。
【００１１】
載置部６には、基台６ａ、移動部６ｂが設けられている。
基台６ａは、板状を呈し、その上面に移動部６ｂが設けられている。
移動部６ｂには、基台６ａの上面に設けられ図中のＹ方向に往復自在な第１の移動部６ｂ１と、第１の移動部６ｂ１の上面に設けられ図中のＸ方向に往復自在な第２の移動部６ｂ２とが設けられている。そして、第２の移動部６ｂ２の上面が被処理物１００を載置する載置面６ｃとなっている。また、第２の移動部６ｂ２には、載置面６ｃに載置された被処理物１００を保持する図示しない保持手段が設けられている。図示しない保持手段としては、例えば、静電チャックや真空チャックなどを例示することができる。
この場合、載置部６をいわゆるＸＹテーブルとすることができる。
【００１２】
なお、載置部６に載置、保持された被処理物１００の位置を移動させる場合を例示したが、照射光学系５側の位置を移動させるものとすることもできる。すなわち、載置部６に載置、保持された被処理物１００の位置と、レーザ光の照射位置と、の相対的な位置関係を変化させることができるものであればよい。
【００１３】
検査部７には、検査光源９、検出部１０、判定部１１、表示部１２、反射ミラー１５が設けられている。
検査光源９は、発振部２から出射されるレーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射するものとすることができる。検査光源９は、検査光として、例えば、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長を有するレーザ光を出射可能なものとすることができる。
また、検査光源９から出射され被処理物１００に照射される検査光のビーム形状は、発振部２から出射されたレーザ光の照射領域とほぼ同じ形状、ほぼ同じ大きさとされている。すなわち、レーザ光の照射領域に照射された検査光源９からの検査光のビーム形状は、レーザ光の照射領域と略同一となっている。そのため、レーザ光を照射している領域全体に検査光源９から出射された検査光が照射されるようになる。
【００１４】
検出部１０は、入射した光をその光の強度に応じた電気信号に変換する。検出部１０は、例えば、フォトダイオードなどの光電変換素子などとすることができる。なお、検出部１０に入射する光は、検査光源９から出射され後述する膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光、膜１００ｂの表層が分解される際に生じた光（プラズマ光）である。すなわち、検出部１０は、レーザ光の照射領域に照射された検査光源９からの検査光の反射光、および、レーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する。
【００１５】
この場合、反射光とプラズマ光とをそれぞれ別に検出するために、検出部１０などにフィルタなどを設けるようにすることができる。
【００１６】
判定部１１は、検出部１０からの検出情報に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定する。すなわち、判定部１１は、検出された反射光、および、検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する。なお、剥離状態や剥離範囲の適否に関する詳細は後述する。
表示部１２は、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果を表示する。
【００１７】
反射ミラー１３、反射ミラー１４は、発振部２から出射したレーザ光の光路に設けられ、入射したレーザ光を反射させて方向を変換する。反射ミラー１５は、検査光源９から出射した検査光の光路に設けられ、入射した光を反射させて方向を変換する。なお、反射ミラー１３、反射ミラー１４、反射ミラー１５は必ずしも必要ではなく、発振部２、検査光源９などの配設位置などに応じて適宜設けるようにすることができる。
【００１８】
制御部８は、剥離装置１に設けられた各要素の動作を制御する。例えば、発振部２におけるレーザ光の発振条件を制御したり、載置部６における位置制御をしたりすることができる。また、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果などを格納することもできる。また、制御部８は、判定部１１における判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを発振部２にフィードバックすることもできる。
【００１９】
次に、剥離状態や剥離範囲の適否の判定に関してさらに例示をする。
図２は、剥離の様子を例示するための模式工程断面図である。
図２（ａ）に示すように、被処理物１００は、基板１００ａと、基板１００ａの主面に形成された膜１００ｂとを有する。
基板１００ａは、膜１００ｂを良好に形成することができ、発振部２から出射し照射光学系５を介して入射するレーザ光を透過させることができるものとすることができる。
【００２０】
また、膜１００ｂは金属元素を含む化合物などから形成されたものとすることができる。
例えば、膜１００ｂは窒化物半導体などから形成されたものとすることができる。この場合、窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）などを例示することができる。
【００２１】
ここで、基板１００ａ上に膜１００ｂを結晶成長させる場合には、膜１００ｂと同じ材料からなる基板１００ａを用いるか、膜１００ｂと格子定数および熱膨張係数の近い材料からなる基板１００ａを用いるようにすることが好ましい。例えば、膜１００ｂが窒化物半導体から形成される場合には、基板１００ａが窒化物半導体から形成されたものとすることが好ましい。ただし、一般的には、窒化物半導体からなる適切な大きさの基板１００ａを形成することは困難である。そのため、窒化物半導体から形成された基板の代用としてサファイア基板、ＳｉＣ基板、スピネル基板などを用いるようにすることができる。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、基板１００ａの膜１００ｂが形成された側とは反対の側からレーザ光Ｌを照射すると、照射されたレーザ光Ｌが基板１００ａと膜１００ｂとの界面において吸収される。そして、吸収されたレーザ光Ｌのエネルギーにより膜１００ｂが局部的に加熱され、膜１００ｂの表層が分解される。
【００２３】
図２（ｃ）に示すように、膜１００ｂの表層が分解されると、膜１００ｂが基板１００ａから剥離される。この際、膜１００ｂの表層は気体と金属に分解され、この金属が、剥離されることで生じた空間の壁面に付着する。例えば、膜１００ｂがＧａＮ（窒化ガリウム）から形成されている場合には、レーザＬが照射されることで、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる膜１００ｂの表層がＮ２ガス（窒素ガス）と金属であるＧａ（ガリウム）に分解され、膜１００ｂが基板１００ａから剥離される。また、この際、金属であるＧａ（ガリウム）が、剥離により生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に、金属（Ｇａ（ガリウム））の膜が形成されることになる。
【００２４】
図３は、金属元素を含む化合物から形成された膜と、分解により形成された金属膜との反射率の違いを例示するグラフ図である。なお、図３は、金属元素を含む化合物がＧａＮ（窒化ガリウム）であり、金属がＧａ（ガリウム）の場合である。この場合、図３中のＡがＧａ（ガリウム）の場合、図３中のＢがＧａＮ（窒化ガリウム）の場合である。
図４は、レーザ光が照射された膜の様子を例示するための模式図である。なお、図４（ａ）はレーザ光の照射前の膜の様子、図４（ｂ）はレーザ光の適正な照射が行われた膜の様子、図４（ｃ）は過剰なエネルギーのレーザ光が照射された膜の様子を例示するための模式図である。
【００２５】
図３に示すように、金属であるＧａ（ガリウム）の場合Ａの方が、金属元素を含む化合物であるＧａＮ（窒化ガリウム）の場合Ｂよりも反射率が高くなる。
そのため、レーザ光が照射された膜は、図４（ａ）に示すような状態から図４（ｂ）に示すような状態へと変化することになる。
【００２６】
ここで、発振部２におけるレーザ出力の変動、基板１００ａの表面状態の分布、基板１００ａ上の異物などがあると、適正なエネルギーが界面に照射されず剥離が不十分となる場合がある。この様な剥離が不十分な部分が存在すると、基板１００ａの全域における照射が完了し膜１００ｂを基板１００ａから分離させる際に膜１００ｂを破損させてしまうおそれがある。
【００２７】
この場合、基板１００ａの全域における照射が完了した後に、剥離状態を検査するようにすれば、膜１００ｂの破損を抑制することができる。しかしながら、この様な検査を行えば、検査工程を別途設ける必要があり生産性が低下するおそれがある。また、基板１００ａの全域における照射が完了した後に行う検査において不具合原因が判明したとしても、当該被処理物１００における不具合の発生を防ぐことができない。そのため、歩留まりや生産性が低下するおそれがある。
【００２８】
また、照射範囲が小さすぎる場合には剥離が不十分な部分が生じたり、照射範囲が大きすぎる場合には隣接する部分が加熱されすぎてクラックが発生したりするおそれがある。この様な場合、基板１００ａの全域における照射が完了した後に行う検査では不具合原因を特定することは難しい。
【００２９】
そのため、本実施の形態においては、検査光源９から出射され膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光を検出し、検出された反射光に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定するようにしている。その様にすれば、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。この場合、反射率が高くなれば反射光の強度が高くなるので、反射光の強度を検出することで剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
【００３０】
また、過剰なエネルギーのレーザ光が照射されると、図２（ｄ）に示すように照射領域の周辺においてクラック１００ｂ２が発生したり、図４（ｃ）に示すように膜１００ｂが破損したりするおそれがある。
この様な場合には、照射領域における反射光を検出するだけでは不具合の発生を検知することが難しい場合がある。
ここで、レーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際には、プラズマが発生している。そのため、本実施の形態においては、このプラズマから出射されるプラズマ光を検出し、検出されたプラズマ光に基づいて剥離状態の適否を判定するようにしている。その様にすれば、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。
【００３１】
また、反射光とプラズマ光とに基づいて、剥離状態や剥離範囲の適否を判定することもできる。
図５は、光の強度の検出を例示するための模式グラフ図である。なお、図５（ａ）は反射光の強度を検出する場合、図５（ｂ）はプラズマ光の強度を検出する場合、図５（ｃ）は反射光の強度とプラズマ光の強度とを検出する場合である。
【００３２】
前述したようにレーザ光が照射されると金属膜が形成されるので反射率が変化する。そのため、図５（ａ）に示すように反射光の強度も変化する。その結果、反射光の強度の変化量に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。例えば、剥離がされていない部分があると、その分反射光の強度が低くなる。また、反射光の強度が変化した範囲に基づいて剥離範囲の適否を判定することができる。
【００３３】
また、前述したようにレーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際にはプラズマが発生するので、図５（ｂ）に示すようにプラズマ光の強度も変化する。そのため、プラズマ光の強度の変化量に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。例えば、過剰なエネルギーのレーザ光が照射されると、その分プラズマ光の強度が高くなる。そのため、例えば、図４（ｃ）に示すような状態となることを予測することができる。
なお、反射光とプラズマ光とをそれぞれ別に検出する場合には、検出部１０などにフィルタなどを適宜設けるようにすればよい。
【００３４】
また、図５（ｃ）に示すように反射光の強度とプラズマ光の強度とを検出すれば、前述した剥離状態や剥離範囲の適否を総合的に判定することができる。例えば、図５（ｃ）中のＣ部分の光の強度の変化量はプラズマ光によるものであるので、Ｃ部分の光の強度の変化量に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。例えば、過剰なエネルギーのレーザ光が照射されていないかなどを知ることができる。また、図５（ｃ）中のＤ部分の光の強度の変化量は反射光によるものであるので、Ｄ部分の光の強度の変化量に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
【００３５】
次に、剥離装置１の作用について例示をする。
まず、図示しない搬送手段により、被処理物１００が載置部６の載置面６ｃ上に載置、保持される。なお、被処理物１００は、基板１００ａと、基板１００ａの主面に形成された膜１００ｂとを有し、基板１００ａの膜１００ｂが形成されていない側の主面を照射光学系５側に向けて載置される。
【００３６】
次に、発振部２からレーザ光を出射させ反射ミラー１３、反射ミラー１４を介して整形光学系３に入射させる。整形光学系３に入射したレーザ光は、ビーム形状が照射領域の形状に合わせて整形される。例えば、照射領域が矩形の場合には、整形光学系３によりビーム形状が矩形となるように整形される。
【００３７】
整形光学系３によりビーム形状が整形されたレーザ光は、ダイクロイックミラー４により反射されて照射光学系５側に折り返えされる。ダイクロイックミラー４を介して照射光学系５に入射したレーザ光は被処理物１００の照射領域に照射される。
被処理物１００の照射領域に照射されたレーザ光は、基板１００ａを透過し、基板１００ａと膜１００ｂとの界面において吸収される。そして、吸収されたレーザ光のエネルギーにより膜１００ｂが局部的に加熱され、膜１００ｂの表層が分解されて、膜１００ｂが基板１００ａから剥離される。この際、分解により形成された金属が、剥離により生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に金属膜１００ｂ１が形成されることになる。
【００３８】
一方、検査光源９から出射した検査光は、反射ミラー１５により反射されてダイクロイックミラー４側に折り返えされる。ダイクロイックミラー４側に折り返えされた光は、ダイクロイックミラー４を透過して照射光学系５に入射する。照射光学系５に入射した光は、被処理物１００の照射領域に照射される。なお、検査光源９から出射されレーザ光の照射領域に照射される検査光のビーム形状は照射領域とほぼ同じ形状、ほぼ同じ大きさとされている。
【００３９】
被処理物１００の照射領域に照射された光は、膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射されて、照射光学系５、ダイクロイックミラー４を透過して検出部１０に入射する。検出部１０に入射した反射光はその強度に応じた電気信号に変換される。判定部１１においては、検出部１０により光電変換された電気信号（検出情報）に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否が判定される。
【００４０】
また、膜１００ｂの表層が分解される際に発生したプラズマからのプラズマ光も照射光学系５、ダイクロイックミラー４を透過して検出部１０に入射する。検出部１０に入射したプラズマ光はその強度に応じた電気信号に変換される。判定部１１においては、検出部１０により光電変換された電気信号（検出情報）に基づいて剥離状態の適否が判定される。この場合、検出部１０により反射光とプラズマ光とを検出すれば、前述した剥離状態や剥離範囲の適否を総合的に判定することもできる。なお、反射光とプラズマ光とをそれぞれ別に検出する場合には、検出部１０などに設けられたフィルタなどによりそれぞれの光に分離される。
【００４１】
また、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果などは、表示部１２に表示される。そして、検出部１０からの検出情報や判定部１１における判定結果などは制御部８に格納される。また、制御部８は、判定部１１における判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを発振部２にフィードバックするようにすることもできる。
【００４２】
１つの照射範囲における膜１００ｂの剥離が終了した場合には、次に照射がされる照射範囲が照射光学系５の直下に位置するように、被処理物１００の位置が載置部６により移動される。
図６は、照射範囲を移動させて膜１００ｂを剥離する様子を例示するための模式図である。なお、図６（ａ）は照射範囲を移動させて膜１００ｂを剥離する様子を例示するための模式図、図６（ｂ）は膜１００ｂが剥離された照射範囲を例示するための模式拡大図である。この場合、照射範囲の形状は矩形としている。
図６（ａ）に示すように、レーザ光が照射されて膜１００ｂが剥離された領域Ｅと、レーザ光が照射されておらず膜１００ｂが剥離されていない領域Ｆとでは反射率が異なるものとなる。
前述したように、レーザ光が照射されて膜１００ｂが剥離されると金属膜１００ｂ１が形成されるので、図６（ａ）、（ｂ）に示すようにレーザ光の照射が行われた領域Ｅの反射率が高くなる。
【００４３】
そして、前述した手順を繰り返すようにすれば、基板１００ａの全域における膜１００ｂの剥離を行うことができる。
【００４４】
本実施の形態においては、検査光源９から出射され膜１００ｂまたは金属膜１００ｂ１により反射された光に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
また、レーザ光が照射されることで膜１００ｂの表層が分解される際に生じたプラズマ光に基づいて剥離状態の適否を判定することができる。
また、反射光とプラズマ光とに基づいて、剥離状態や剥離範囲の適否を判定することができる。
そのため、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。また、判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを逐次フィードバックすることもできる。その結果、歩留まりや生産性の向上を図ることもできる。
【００４５】
次に、本実施の形態に係る剥離方法について例示をする。
なお、一例として、サファイア基板の表面に形成された半導体発光素子を構成する積層体を剥離する場合について例示をする。また、前述した剥離装置１の構成やその作用などにおいて例示をしたものと同様の事項に関してはその説明を適宜省略する。
図７は、半導体発光素子を構成する積層体２０１を例示するための模式断面図である。 図７に示すように、サファイアなどからなる基板１００ａの一方の主面には積層体２０１が形成されている。
積層体２０１においては、窒化物半導体層２０２、ｎ形窒化物半導体層２０３、発光層２０４、ｐ形窒化物半導体層２０５、透光性電極２０６、電極２０７が基板１００ａの側からこの順で積層されている。
【００４６】
窒化物半導体層２０２としては、例えば、窒化物半導体からなるものを例示することができる。
窒化物半導体層２０２は、レーザを照射することで基板１００ａから積層体２０１を剥離させる際に剥離層としての役割をはたす。また、窒化物半導体層２０２上に気相成長させるｎ形窒化物半導体層２０３などの層と、サファイアなどからなる基板１００ａとの間の格子定数および熱膨張係数の不整合を緩和する役割をもはたす。
ｎ形窒化物半導体層２０３としては、ｎ形となるようにドープされた窒化物半導体からなるものを例示することができる。
【００４７】
発光層２０４は、正孔および電子が再結合して光を発生する井戸層と、井戸層よりも大きなバンドギャップを有する障壁層（クラッド層）と、によって構成された量子井戸構造とすることができる。
この場合、単一量子井戸（ＳＱＷ；Single Quantum Well）構造としてもよいし、多重量子井戸（ＭＱＷ；Multiple Quantum Well）構造としてもよい。また、単一量子井戸構造のものを複数積層するようにしてもよい。
【００４８】
例えば、単一量子井戸構造のものとしては、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる井戸層、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層がこの順で積層されたものを例示することができる。
多重量子井戸構造のものとしては、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる井戸層、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）からなる井戸層、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる障壁層がこの順で積層されたものを例示することができる。
この場合、前述したｎ形窒化物半導体層２０３を障壁層とすることもできる。
【００４９】
ｐ形窒化物半導体層２０５としては、ｐ形となるようにドープされた窒化物半導体からなるものを例示することができる。
透光性電極２０６としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）や、Ｎｉ（ニッケル）／Ａｕ（金）の二重層などからなるものを例示することができる。透光性電極２０６は、ｐ形窒化物半導体層２０５と電極２０７とのオーミックコンタクト(ohmic contact)を形成させるために設けられている。
【００５０】
電極２０７としては、Ａｌ（アルミニウム）／Ｔｉ（チタン）の二重層などの金属材料からなるものを例示することができる。
ここで、前述した窒化物半導体としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）などを例示することができる。
【００５１】
この様な半導体発光素子を構成する積層体２０１を基板１００ａから剥離させる場合には、基板１００ａの積層体２０１が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射する。照射されたレーザ光は基板１００ａを透過して、基板１００ａと窒化物半導体層２０２との界面において吸収される。そして、吸収されたレーザ光のエネルギーにより窒化物半導体層２０２が局部的に加熱され、窒化物半導体層２０２の表層が分解される。
【００５２】
窒化物半導体層２０２の表層が分解されると、この分解により窒化物半導体層２０２が基板１００ａから剥離される。この際、窒化物半導体層２０２の分解により形成された金属は、剥離により生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に金属膜が形成されることになる。
例えば、窒化物半導体層２０２がＧａＮ（窒化ガリウム）から形成されている場合には、レーザ光が照射されることで、窒化物半導体層２０２がＧａ（ガリウム）とＮ２ガス（窒素ガス）とに分解され、窒化物半導体層２０２が基板１００ａから剥離される。また、この際、金属であるＧａ（ガリウム）は、窒化物半導体層２０２が基板１００ａから剥離されることにより生じた空間の壁面に付着する。すなわち、剥離により生じた空間の壁面に、金属であるＧａ（ガリウム）の膜が形成されることになる。
そして、必要に応じてレーザ光の照射範囲を移動させることで基板１００ａの全域における窒化物半導体層２０２の剥離、すなわち積層体２０１の剥離を行う。
【００５３】
ここで、本実施の形態に係る剥離方法においては、レーザ光の照射範囲にレーザ光とは異なる波長を有する光を照射し、窒化物半導体層２０２または剥離の際に形成された金属膜により反射された光に基づいて剥離状態や剥離範囲の適否を判定するようにする。
また、レーザ光が照射されることで窒化物半導体層２０２の表層が分解される際に生じたプラズマ光に基づいて剥離状態の適否を判定するようにする。
また、反射光とプラズマ光とに基づいて、剥離状態や剥離範囲の適否を判定するようにする。
【００５４】
すなわち、本実施の形態に係る剥離方法は、レーザ光とは異なる波長を有する光を出射する工程と、レーザ光の照射領域に照射された光の反射光、および、レーザ光が照射されることで膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する工程と、検出された反射光、および、検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する工程と、を備えている。
【００５５】
そのため、剥離作業中に剥離の適否を知ることができる。また、判定結果などに基づいてレーザ光の発振条件などを逐次フィードバックすることもできる。その結果、歩留まりや生産性の向上を図ることもできる。
【００５６】
以上、実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、剥離装置１が備える各要素の形状、寸法、材質、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５７】
１ 剥離装置、２ 発振部、３ 整形光学系、５ 照射光学系、６ 載置部、７ 検査部、８ 制御部、９ 検査光源、１０ 検出部、１１ 判定部、１００ 被処理物、１００ａ 基板、１００ｂ 膜、２０１ 積層体、２０２ 窒化物半導体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離装置であって、
前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する検査光源と、
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する検出部と、
前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする剥離装置。
【請求項２】
前記膜は、金属元素を含む化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の剥離装置。
【請求項３】
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光のビーム形状は、前記照射領域と略同一であること、を特徴とする請求項１または２に記載の剥離装置。
【請求項４】
前記判定部における判定結果に基づいて前記レーザ光の発振条件を前記レーザ光の発振部にフィードバックする制御部をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の剥離装置。
【請求項５】
前記金属元素を含む化合物は、窒化物半導体であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の剥離装置。
【請求項６】
基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離方法であって、
前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する工程と、
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する工程と、
前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する工程と、
を備えたことを特徴とする剥離方法。
【請求項７】
前記膜は、金属元素を含む化合物を含むことを特徴とする請求項６記載の剥離方法。
【請求項８】
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光のビーム形状は、前記照射領域と略同一であること、を特徴とする請求項６または７に記載の剥離方法。
【請求項９】
前記剥離の適否を判定する工程における判定結果に基づいて、前記レーザ光の発振条件をフィードバックすること、を特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の剥離方法。
【請求項１０】
前記金属元素を含む化合物は、窒化物半導体であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の剥離方法。
【請求項１】
基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離装置であって、
前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する検査光源と、
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する検出部と、
前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする剥離装置。
【請求項２】
前記膜は、金属元素を含む化合物を含むことを特徴とする請求項１記載の剥離装置。
【請求項３】
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光のビーム形状は、前記照射領域と略同一であること、を特徴とする請求項１または２に記載の剥離装置。
【請求項４】
前記判定部における判定結果に基づいて前記レーザ光の発振条件を前記レーザ光の発振部にフィードバックする制御部をさらに備えたこと、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の剥離装置。
【請求項５】
前記金属元素を含む化合物は、窒化物半導体であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の剥離装置。
【請求項６】
基板の膜が形成された側とは反対の側からレーザ光を照射して、前記基板から前記膜を剥離させる剥離方法であって、
前記レーザ光とは異なる波長を有する検査光を出射する工程と、
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光の反射光、および、前記レーザ光が照射されることで前記膜の表層が分解される際に生じたプラズマ光の少なくともいずれかを検出する工程と、
前記検出された反射光、および、前記検出されたプラズマ光の少なくともいずれかに基づいて剥離の適否を判定する工程と、
を備えたことを特徴とする剥離方法。
【請求項７】
前記膜は、金属元素を含む化合物を含むことを特徴とする請求項６記載の剥離方法。
【請求項８】
前記レーザ光の照射領域に照射された前記検査光のビーム形状は、前記照射領域と略同一であること、を特徴とする請求項６または７に記載の剥離方法。
【請求項９】
前記剥離の適否を判定する工程における判定結果に基づいて、前記レーザ光の発振条件をフィードバックすること、を特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の剥離方法。
【請求項１０】
前記金属元素を含む化合物は、窒化物半導体であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の剥離方法。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−４３５３（Ｐ２０１２−４３５３Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８１４２（Ｐ２０１０−１３８１４２）
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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