材料層の分離方法
リフトオフ工程を用いて、材料層と基板との間の界面を照射することによって基板から材料層を分離する。一実施例では、層を、基板上のダイに対応する複数のセクションに分離し、均一なビームスポットを整数の数のセクションをカバーするような形状にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料層を分離する方法に関し、特に層間の界面を照射することによって、基板及び基板上に成長した膜等の材料層を分離する方法に関するものである。
本願は、2004年3月29日に出願された、同時係属中の米国仮出願シリアル番号60/557,450であって、その内容が全てここに組み込まれたものの優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
“青色ＬＥＤ”として知られているGaN/InGaNベース発光ダイオード（ＬＥＤ）は高い将来性を有する。これらGaN/InGaNベースＬＥＤについての応用は拡大し、携帯電話キーパッド、ＬＣＤバックライト、信号、業務用サイン、自動車用ライト、アウトドア用フルカラーディスプレイパネル、家庭用照明装置等の製品を含むようになっている。これらやその他の用途では、これらの高輝度ＬＥＤは、白熱光や蛍光のような従来の光源に置き換わるだろう。青色ＬＥＤは、従来の光源より低エネルギー入力で高い光出力を出すこと（エネルギー節約、高効率）とより長い作動寿命とによって特徴づけられる。このような高パフォーマンス及び高信頼性は従来の光源にうまく置き換わるという裏付けを与えている；しかしながら、現在の公知の限界及び固有の欠点を克服するために現在のＬＥＤの構成を改良する必要がある。より良好でかつより精密な製造技術は、無駄をカットし、歩留まりを上げ、より高度化し、複雑若しくは改良型構造を可能にし、デザイン・フォー・マニュファクチャビリティ（ＤＦＭ）におけるより高いフレキシビリティを介して技術を進めることで青色ＬＥＤの構成を高度化している。このような改良された製造技術によって製造を単純化し、製造コストを低減している。
【０００３】
青色ＬＥＤは、サファイア基板上にGaN/InGaN層を堆積することによって作成されてもよい。一度ＬＥＤ装置が製造されると、ウェハーは個々のダイに分離される。現在の一ダイ分離工程は以下の段階を含む。まず、サファイアウェハーを研削及びウェハーの裏側のラッピングによって厚さを100μm以下にまで薄くする。次に、ウェハーをダイシングテープに載せ（マウントし）、次いで、ダイヤモンドけがき探針若しくはＵＶレーザービームによってダイ間のストリート（路）に沿って罫書く。最後に、ウェハーを破砕ツールによって罫書き線に沿って割る。割った後、次の自動ピックアップ及び配置操作を実施できるように、ダイシングテープを、一のダイから他のダイを物理的に分離するために伸ばす。この工程は“スクライブ・アンド・ブレイク”ダイ分離と称される。
【０００４】
ＬＥＤの主要コストはサファイア薄化とスクライブ・アンド・ブレイク作業である。ＬＤＦリフトオフとして知られる工程はＬＥＤ作製工程の時間とコストを劇的に低減できる。ＬＥＤリフトオフはメーカーが例えば、サファイアウェハー上にＧａＮＬＥＤ膜装置を成長させられることによってウェハーけがき（スクライビング）を排除して、次いで、薄膜装置を熱浴電気的相互接続に移動してもよい。この工程では、レーザービームプロファイルはサファイアウェハーの背面を介して照射して、ＧａＮＬＥＤ装置をはずして、熱浴及び／又は光反射器上にパッキングし得る基板に移動する。特別なウェハーを用いて、サファイア成長基板を再使用してもよく、ＬＥＤ製造のコストを低減し得る。さらに、この方法は高速であり、向上するＬＥＤ光出力を実現し、ＵＶレーザー上の低ストレスのため作動コストが低い。
【０００５】
ＧａＮＬＥＤの現在の構成はファフォーマンス及び信頼性を改善する努力を妨げる固有の限界を有する。構成は静電気放電問題に関わってもきた。図１Ａ及び図１Ｂに示したように、青色ＬＥＤは、シリコンカーバイド若しくはサファイアウェハー基板１４上にヘテロエピタキシャル成長した多重のＩｎＧａＮ及びＧａＮベースの層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含んでもよい。サファイアウェハーは天然の絶縁体なので、電流は水平な電極構成によって供給される。ｐ型ＧａＮ層１２ａの高抵抗のために、Ｎｉ／Ａｕ薄膜１６をｐ型ＧａＮ前面に堆積して、電流分散拡がりを促進する。しかしながら、水平構成に関連した欠点がある。
【０００６】
まず第１に、Ｎｉ／Ａｕ膜１６はＬＥＤ光出力のかなりの部分を吸収する。Ｎｉ／Ａｕ膜１６は放出光に対して透過性が制限されているので、ＬＥＤ光に対して透明にさせるために非常に薄い（通常、１００Å以下）。ＬＥＤ自体から発光される光の約２５％はＮｉ／Ａｕ膜１６に吸収される。さらに、かなりの割合の放出光はサファイアの透過の際に失われる。サファイア基板１４は向かう光のいくらかは、サファイアウェハーとその周囲との間の屈折率の差に起因して、正面へ反射される。Ｎｉ／Ａｕ薄膜１６は同様に、この反射された出力光の大部分を吸収する。
【０００７】
第２に、Ｎｉ／Ａｕ膜１６は湿気に対して敏感で、経時的にパフォーマンスが低下する。膜の透明性を維持するために、薄いＮｉ／Ａｕを金属蒸着によって堆積し、次いで、大気中で又は酸素雰囲気で熱処理する。Ｎｉ／Ａｕ膜１６はＡｕリッチ構造と共に酸化化合物ＮｉＯｘを形成する。湿気は長期間の作動で酸化物膜に貫通すると、ＬＥＤ装置１０はダメージを受ける。
【０００８】
第３に、Ｎｉ／Ａｕ膜１６は、電流集中効果に起因してＩｎＧａＮＭＱＷ発光層１２ｂのパフォーマンス効率が低下する。電流拡がりＮｉ／Ａｕ膜１６はｎ型（−）ＧａＮ層１２ｃより低抵抗を有するので、電流はｎ型電極２０近傍の領域１８に集中する（図１Ａ参照）。電流集中減少は、活性ＩｎＧａＮ領域の均一な使用を妨害して、活性領域の不均一な使用のために光出力の効率を低下させ、信頼性を下げる。
【０００９】
第４に、水平型電極構成は電流のボトルネック効果を形成して信頼性を下げる。ｐ型（＋）電極２２を介して供給された電流はＮｉ／Ａｕ膜１６を横切って拡がり、ｐ型ＧａＮ１２ａからＩｎＧａＮ１２ｂを介してｎ型ＧａＮ層１２ｃへ流れる。ｎ型（−）電極２０はｎ型ＧａＮ層１２ｃに水平方向に配置するので、電流は電極２０の領域２４にボトルネックを生ずる（図１Ａ及び図１Ｂ）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
垂直型電極構成を有するＬＥＤ構造は水平型電極構成の欠点の多くを克服する。図２に示したように、垂直構造を有するＬＥＤ３０は、サファイア基板からシリコンウェハーのような導電性基板３４へＧａＮ層３２ａ，３２ｂ，３２ｃの移動を含む。垂直型電極構成は、光出力を実質的に増大するＮｉ／Ａｕ膜を用いなくてもよい。垂直型電極構成は、水平構造のサファイアを介した光の損失を最小にする金属反射層３６の堆積を可能にする。垂直型電極構成はさらに、電流集中及びボトルネックを低減若しくは排除することによって信頼性及びパフォーマンスを改善する。垂直型ＬＥＤ構造を構築する要因としてエピタキシャルサファイアウェハーから導電性シリコンウェハーへのＧａＮ層のリフトオフ工程の成功がある。
【００１１】
高輝度垂直型ＬＥＤの構成の一例を図３に示す。まず、ＧａＮ層３２ａ，３２ｃはサファイアウェハー３８上に堆積する。金属薄膜反射部３６をｐ型ＧａＮ上に堆積し、次いでＳｉ基板等の導電性基板３４（ＧａＡｓ基板及び金属厚膜を含む）は金属薄膜反射部是面に結合される。サファイアウェハーは後述するようにＵＶレーザーリフトオフによって除去される。ｎ型（−）電極をｎ型ＧａＮ層上に堆積し、ｐ型（＋）電極をＳｉウェハー上に堆積する。ｎ型ＧａＮ層はｐ型ＧａＮ層より低い抵抗を有し、Ｎｉ／Ａｕ薄膜はもはや必要はない。従って、電流は集中あるいはボトルネック効果なしにより均一に拡がる。問題のＮｉ／Ａｕ薄膜の除去によって、垂直型構造を有するＬＥＤのパフォーマンス及び信頼性が向上する。
【００１２】
垂直型構造はＵＶレーザーリフトオフ工程を用いて形成してもよい。ＵＶレーザーリフトオフへの一アプローチは、ＧａＮ（高吸収）薄膜層とサファイア基板との間のＵＶ光の吸収の差を利用して、ＵＶレーザーパルスを用いてＧａＮ／サファイア界面の選択的な照射を含む。一般に、ＧａＮ層はサファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長する。ＧａＮ結晶成長を容易にするために、バッファ層は比較的低温、３００℃近傍で堆積されてもよい。バッファ層は高温でＧａＮ層が成長するのを助けるが、バッファ層は大きな格子ミスマッチのために非常に高密度の種々の欠陥を含む。転位、ナノパイプ、反転領域等の結晶欠陥は表面エネルギーを高め、結果として入射ＵＶ光の吸収が増大する。リフトオフ工程についての入射レーザービームは、サファイアウェハーの吸収しきい値より十分下のエネルギーみつ度を有し、それがダメージを生ずることなく透過可能とする。これに対して、レーザーエネルギー密度は十分高いので、界面での光誘起分解を引く起こし、界面の分離を生じさせることもある。
【００１３】
ＵＶレーザーリフトオフプロセスについて研究されてきた。ケリー（Kelly）らは、３５５ｎｍのＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて透明サファイアを介したレーザー照射によるＧａＮの分解を立証した（ケリー（Kelly）、アンバチャー（Ambacher）、ダルハイマー（Dalheimer）、グロース（Groos）、ディミトロフ（Dimitrov）、アンガラー（Angerer）、スタッツマン（Stutzmann）によるApplied Physics Lettersの論文（第69巻、第1749頁、1996年）参照）。また、ワン（Wong）らは、２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いてサファイアウェハーから〜５μm厚のＧａＮ薄膜を成長させた（ワン（Wong）、サンズ（Sands）、チュン（Cheung）によるApplied Physics Lettersの論文（第72巻、第599頁、1997年）参照）。ワン（Wong）らはさらに、２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いてＧａＮＬＥＤ上にリフトオフプロセスを開発した（ワン（Wong）、サンズ（Sands）、チュン（Cheung）、クライスル（Kneissl）、ボウアー（Bour）、メイ（Mei）、ロマノ（Romano）、ジョンソン（Johnson）によるApplied Physics Lettersの論文（第75巻、第1360頁、1999年）参照）。ケリー（Kelly）らは、Ｑスイッチ３５５ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザーのラスタースキャンを用いて２７５μm厚の自由定在ＧａＮ膜のリフトオフも立証した（ケリー（Kelly）、バウド（Vaudo）、ファンセ（Phanse）、ゴルゲン（Gorgens）、アンバチャー（Ambacher）、スタッツマン（Stutzmann）によるJapanese Journal of Applied Physicsの論文（第38巻、第L217頁、1999年）参照）。ケリー（Kelly）らはまた、ＧａＮ−サファイアウェハーからの高残留応力のために、レーザーリフトオフプロセスの際のＧａＮ厚膜の広範囲の割れ（裂け）を克服することの困難性を報告した。この研究では、著書らはＧａＮ／サファイアウェハーを６００℃まで加熱しなければならなかったが、著者らは残留応力に起因した割れ問題を完全に排除できなかった。
【００１４】
ＵＶレーザーリフトオフによる利点にかかわらず、ＧａＮＬＥＤ製造は低工程歩留まりによる低生産性のために制限されてきた。低歩留まりは部分的には、金属−有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）工程による、ＧａＮサファイアウェハー内の高残留応力に起因する。ＭＯＣＶＤ工程は６００℃を越える活性温度を要する。図４Ａに示したように、ＭＯＣＶＤ工程によって、サファイアウェハー３８上にＧａＮ及びＩｎＧａＮ層３２を堆積する。ＧａＮ（5.59×10−6／K）とサファイア（7.50×10−6／K）との間で熱膨張係数（ＣＴＥ）に実質的な差はあるが（表１参照）、図４Ｂに示したように、ＧａＮ／サファイアウェハーのＭＯＣＶＤ工程の高温から常温まで冷却の時に高レベルの残留応力が存在する。残留応力はＧａＮ上の圧縮残留応力４０とサファイア上の引張残留応力４２とを含む。
【表１】
【００１５】
十分なエネルギーを有する入射レーザーパルスがＧａＮ／サファイア界面に当たると、照射は界面の瞬時の分離を引き起こす。入射レーザーパルスはサイズを制限するので（通常１ｃｍ２よりはるかに小さい）、結合／分離の境界での応力集中を形成し、その結果、境界が割れる。この残留応力に関連した割れはＵＶリフトオフ工程の障害の一つである。
【００１６】
現在、ＧａＮ／サファイアウェハー上でレーザーリフトオフ工程を実施する異なる方法がある。一方法はＱスイッチ３５５ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザーのラスタースキャン（ケリー（Kelly）、バウド（Vaudo）、ファンセ（Phanse）、ゴルゲン（Gorgens）、アンバチャー（Ambacher）、スタッツマン（Stutzmann）によるJapanese Journal of Applied Physicsの論文（第38巻、第L217頁、1999年）参照）を含む。固体レーザーを用いたこのレーザーリフトオフ工程を図５Ａに示す。他の方法は２４８ｎｍエキシマレーザーを用いる（ワン（Wong）、サンズ（Sands）、チュン（Cheung）、クライスル（Kneissl）、ボウアー（Bour）、メイ（Mei）、ロマノ（Romano）、ジョンソン（Johnson）によるApplied Physics Lettersの論文（第75巻、第1360頁、1999年）参照）。このエキシマレーザーを用いたリフトオフ工程を図５Ｂに示す。
【００１７】
両工程はレーザービーム４４の転換、ＧａＮ／サファイアウェハー４６のターゲットのいずれかを含む図６に示すようなラスタースキャンを用いる。ラスタースキャン法に関連する問題は、所望の領域をカバーするような重なり照射を要し、これによって、位置によっては多重的な照射４８となる。上述のいずれの方法でも、ＧａＮ／サファイアのレーザーリフトオフは単一パルス工程である。局所領域における不要な多重照射は、膜上に過剰な応力を含むことによって割れの可能性を増大する。
【００１８】
図７に示すように、ラスタースキャンは、一端から他端へのレーザービーム４４のスキャンを含み、一側面から他側面へのＧａＮ／サファイア界面を漸進的に分離する。この材料応力の側部から側部への緩和は、分離した領域と分離していない領域との間の界面５０すなわち、スキャンされた領域とスキャンしていない領域との間の界面での応力レベルの大きな差を生ずる。界面５０での残留応力レベルの不均衡は、モードＩ及びモードＩＩクラックの進行の可能性を増大する。図６及び図７に示した図は固体レーザーを用いた工程に基づいているが、エキシマレーザーのラスタースキャンは同様の結果を生ずる。
【００１９】
現在、サファイアウェハーの通常のサイズは直径２インチであるが、他のサイズ（例えば、３インチ、４インチウェハー）もＧａＮのヘテロエピタキシャル成長に用いられる。ＧａＮ／サファイアウェハー用としては、残留応力レベルはウェハー内で変化しており、全残留応力及び引っ張り残留応力は共に存在する。残留応力の存在はウェハーゆがみ又は曲がりによって観察され得る。レーザーリフトオフプロセスは広範囲の連続するＧａＮ／サファイア界面を緩和するとき、結合していない界面と結合している界面との間の境界に大きな応力勾配が成長する。この応力勾配はＧａＮ層の広範囲の割れを引き起こす。
【００２０】
ターゲット材料を強いレーザーパルスで照射すると、ターゲット材料は瞬間的に蒸発して高温高圧の表面プラズマになる。この現象をアブレーションという。アブレーションにより生じたプラズマは次いで周囲に拡がっていく。表面プラズマの拡がりは衝撃波（ショックウェイブ）を誘起し、衝撃（インパルス）をターゲット材料に移動する。アブレーションは、レーザーがターゲット上方に配置した透明材料を介して方向付けられると、２つの材料間に閉じ込められる。アブレーションが閉じ込められている間、界面に捕捉されたプラズマは大きな衝撃波を形成し、インパルス圧力をエンハンスする。ＧａＮ／サファイア界面に閉じ込められたアブレーションからの爆発衝撃波は、サファイア基板からＧａＮ層を分離させるだけでなく、レーザービームスポット近傍のＧａＮ層を割り得る（例えば、Journal of Laser Applicationsの1996年第８巻第135-141頁のパイレ（Peyre）らの論文を参照）。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
従って、剥離した薄膜の割れに起因した低歩留まりにつながる、残留応力に関連した問題を克服することによってサファイアウェハーからＧａＮ薄膜の剥離の方法を改善する必要性が存在する。また、上述した１又は２以上の問題を克服するためにリフトオフ用途へ拡張し得る工程が必要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
これら及び他の特徴・利点は以下の詳細な説明を図面を合わせて読むことにより、さらによく理解されるだろう。
【００２３】
この詳細な説明は、現存のリフトオフ工程に関連する問題を克服し、生産性を向上する本発明の工程の実施形態を示すものである。本発明の用途は以下の実施形態に限定されない。実施形態はＧａＮ、サファイア及びＧａＮ／サファイア界面について記載するが、当業者に公知の他の種類の基板及び他の材料層を用いてもよい。また、ＧａＮ（又は他の層若しくは材料）とサファイア（又は他の種類の基板）との間に犠牲層を備えてもよい。
【００２４】
図８を参照すると、レーザーは、材料１０２と１０４を分離するために、少なくとも１つの基板材料１０２を介して少なくとも１つのターゲット材料１０４に向けられる。この実施形態では、基板材料１０２、１０４の分離は、ターゲット材料１０４と基板材料１０２との間の界面１０６での衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて達成してもよく、これによって、基板材料１０２からターゲット材料１０４を瞬時に切り離される。衝撃波は、プラズマ温度を急峻に上昇させるイオン化蒸気の増大した密度の結果として界面でのプラズマ１０８の爆発的な膨張によって形成されてもよい。レーザーエネルギー密度は、ターゲット材料１０４上で割れなしで分離を生じさせる力Ｆａを誘起するのに十分な範囲であってもよい。印加される力Ｆａは以下のように表される：
【数１】
【数２】
ここで、Ｐｐは爆発衝撃波によって誘起されるピーク圧力、Ｃは効率幾何学（ジオメトリ）因子、Ｉｒは入射レーザービームの放射照度、Ｆａは印加した力、Ａｒは放射面積である。
【００２５】
図９に示したようにプラズマ１０８が膨張すると、レーザーが露光された領域はレーザーが露光された領域の端部でピボットとして曲がりアームとして作用する。例えば、破裂又は割れに要する力（Ｆｒ）は２点曲がりテストで可視化され、以下のように表されてもよい：
【数３】
ここで、ｄはターゲット材料１０４の厚さ、ｗは印加する力の幅若しくはレーザーパルスの幅、Ｌは印加したアームの長さ若しくはレーザーパルスの長さの１／２、σｒはＧａＮの破裂若しくは割れの応力係数である。力（Ｆｒ）を増大するために、レーザーパルスの幅ｗは増大し、レーザーパルスの長さの１／２であるＬは減少して、ライン状ビームを形成してもよい。ライン状ビームは照射の際の曲がりモーメントを最小にするためにターゲット材料１０４を横切って走査してもよい。
【００２６】
例えば、ＧａＮのアブレーションしきい値のレーザーエネルギー密度で（248nmで〜0.3J/cm2）では、図１０Ａに示すように、ＧａＮ／サファイア界面１０６の瞬間剥離は宇なくいかない。アブレーションしきい値でＧａＮの分解が起こりえるが、これ単独では、界面１０６の瞬間剥離は生じ得ない。というのも、駆動力すなわち、アブレーションなしでは膨張プラズマからの衝撃波がないからである。逆に、過大なレーザーエネルギー密度を印加することによって、過大な爆発応力波伝搬を形成し、図１０Ｃに示すように、ターゲット材料１０４上にクラックや割れを生ずる。照射レーザーエネルギー密度を最適化すると、衝撃波によって形成される力は界面１０６で層１０２，１０４を分離するのに十分であるが、ターゲット材料１０４に割れを誘起するのには十分ではない。ＧａＮとサファイアとを用いた一実施形態については、レーザーエネルギー密度の最適範囲は約0.60J/cm2〜1.5J/cm2の間である。
【００２７】
波長、エネルギー密度等のレーザー照射のパラメータは分離（剥離）される材料の種類に依存する。例えば、サファイアからＧａＮを分離する最適のレーザーエネルギー密度は上述した通りである。レーザー波長248ｎｍはサファイアからＧａＮを分離するのに望ましい。248ｎｍ（5ｅＶ）の光エネルギーは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）の間である。これは、248ｎｍ照射がサファイア内よりＧａＮ内でより多く吸収され、選択的な吸収が分離につながるアブレーションを引き起こすことを示している。
【００２８】
当業者は、他のレーザー波長を他の種類の材料を分離するのに用いてもよいことを認識するだろう。例えば、バッファ層をサファイア基板とＧａＮ層との間に設けてＧａＮのエピタキシャル成長を促進してもよい。バッファ層の例としてはＧａＮバッファ層や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファ層を含む。ＡｌＮバッファ層を用いる場合は、193ｎｍレーザー光の光エネルギー（6.4ｅＶ）がサファイアのバンドギャップ（9.9ｅＶ）とＡｌＮのバンドギャップ（6.1ｅＶ）の間なので、193ｎｍのレーザーを用いてもよい。
【００２９】
本発明の一実施形態では、図１１に示したように、分離される一又は二以上の層（例えば、ＧａＮ膜若しくは層）は、サファイアウェハー等の基板１１０からのリフトオフ若しくは分離前に、より小さな領域若しくはセクション１１２に形成してもよい。一実施形態では、セクション１１２は例えば、ＬＥＤダイに対応するように分離されてもよい。セクション１１２の形成は、リフトオフ工程中は界面での残留応力及び衝撃波によって誘起された割れを低減する。ＧａＮ膜のセクション１１２は、誘起された残留応力によってその周囲から受ける影響は少ない。さらに、セクション１１２はわずかな残留応力及び張力を有するに過ぎず、これによりこれらのセクション１１２におけるＧａＮ薄膜は耐えられる。
【００３０】
実施例では、ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー１１６は一般には数100ミクロンの方形若しくは矩形サイズである同サイズのＬＥＤダイを形成するため、対称かつ繰り返しパターンのセクション１１２を含む。対称繰り返しパターンセクション１１２は、例えばＬＥＤダイのための境界を決定し、例えばけがき及び割り工程を用いてダイ分離用の犠牲スペースを提供するためのストリート１１４によって分離されてもよい。実施例におけるセクション１１２は個々の方形ダイに対応するが、当業者は矩形等の他の構成・形状が形成されるのを認識するだろう。
【００３１】
ＧａＮ膜は、ストリート１１４上のＧａＮ層の選択的除去若しくはエッチングを介してセクション１１２に分離できる。ストリート１１４上のＧａＮ層の選択的除去の一方法は、当業者に周知の反応性イオンエッチングを用いるものである。この工程は、エッチング速度が遅い、有害化学物質の取り扱いを避けられない等のいくつかの欠点を有する。他の方法としては、ここに参考として完全に組み込まれている米国特許出願シリアル番号10/782,741号明細書に開示されているようなアナモルフィックビームデリバリシステムによって形成される可変非点収差合焦ビームスポットを用いた固体ＵＶレーザーによる選択的エッチングを含む。可変非点収差合焦ビームスポットはそのサイズを、サファイア基板に影響を与えないで、ストリート１１４上のＧａＮ層を選択的にアブレート（切除）する最適レーザーエネルギー密度に効果的に調整することができる（図１１参照）。この選択的アブレーションは、ＧａＮ（248ｎｍで0.3J/cm2）とサファイア（248ｎｍで2J/cm2以上）との間のアブレーションしきい値の大きな差を利用する。
【００３２】
他の方法では、エッチングをパターン化されたレーザー投影（例えば、エキシマレーザー）を用いて実施できる。パターン化されたエキシマレーザービームを、ＧａＮストリート若しくは装置を成形へとパターンにするため、又は、ＩＴＯ，メタライゼーション、若しくは誘電絶縁体層等の他の薄膜にパターンにするため、又は、他の装置若しくは導電層あるいは絶縁層のために乾燥するためにも用いることができる。セクション１１２及びストリート１１４を形成するためにＧａＮ連続膜の一部を除去する他の手法としては、ＧａＮをセクション１１２及びストリート１１４として基板１１０上に形成（例えば、成長）することができる。しかしながら、ＧａＮ連続膜の成長は、ストリート１１４及びセクション１１２のパターンをＧａＮ層の成長に比較してより経済的かもしれない。
【００３３】
他の方法では、セクション１１２間のストリート１１４は基板１１０を除去後に、例えば、反応性イオンエッチングを用いて広げてもよい。ストリート１１４の再エッチングは、例えばｎ型ＧａＮとｐ型ＧａＮの接合部でセクション１１２の側壁での電流リークの可能性を低減若しくは除去する。
【００３４】
リフトオフ工程を、基板１１０とセクション１１２との間の界面を照射することによって、基板１１０（例えば、サファイアウェハー）からセクション１１２（例えば、ＧａＮ層）を分離するために用いてもよい。実施例のレーザーリフトオフ工程は、均一ビームスポットでかつ上述のような衝撃波を誘起するのに十分なエネルギー密度の単パルス工程を用いてもよい。単パルス工程は、基板１１０とセクション１１２との間の界面での露光の重なりを回避して割れを最小にする。均一ビームスポットは分離される層間の界面を照射して実質的に密度勾配を排除し、これによって効果的なリフトオフを容易にするために用いられてもよい。ＵＶ固体レーザー及びエキシマレーザーのいずれも、リフトオフ工程のために均一ビームスポットを生成するために、ビームホモジェナイザーと共に用いることができる。一実施形態では248ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを用いる。放電を有する気体レーザー媒体は大きなロー（加工なし）ビームサイズの高平均パワーを生成する。エキシマレーザーの大サイズの高強度ロービームビームと共にホモジェナイザーを適用するのは非常に効果的である。また、ビームスポットに均一に分布するレーザーエネルギー密度を提供することは、単パルス照射を用いた領域における効果的なリフトオフを生成するのに好都合である。
【００３５】
図１２は、ニアフィールドイメージングによる均一ビームの投影の一例であり、ビーム経路に沿った代表的なビームプロファイルを示している。エキシマレーザー１２０からのロービームは長軸方向に短軸／トップ平面分布においてガウシアン分布を有する。（例えば、マルチアレイ配置の）ビームホモジェナイザー１２２はロービーム勾配プロファイルを方形トップ平面プロファイルにする。均一化されたビームはマスク１２４（例えば、矩形可変アパーチャ）によって刈り込まれて、例えば、ビームイメージングレンズ１２６を用いてニアフィールドイメージングによってＬＥＤターゲットウェハー１１６に投影されるビームの最良部を用いる。従って、ＬＥＤウェハー１１６での均一ビームスポットのエッジ解像度はシャープになる。ビームデリバリーシステム用の一構成をこの実施形態では示しているが、当業者は他の構成を用いて均一ビームを形成し、投影してもよいことは認識するだろう。実施形態は矩形アパーチャーのマスク１２４を示しているが、ニアフィールドイメージングについていかなる形状のマスクも用いることができる。
【００３６】
一実施形態では、リフトオフ露光をステップアンドリピート工程を用いて実施する。均一化されたビームスポット１３０は、図１３に示すように、整数の分離されたセクション１１２（例えば、整数のＬＥＤに対応）を含むように形作られる。ビームスポット１３０のサイズは、３×３アレイ等のマルチ分離セクション１１２を含むように、分離されたセクション１１２のサイズに基づいて精密に形作られる。基板と整数のセクション１１２との間の界面は単パルス露光を用いて照射されてもよく、工程は各セクション群ごとに（例えば、ダイ）繰り返されてもよい。図１３の符号はステップステップアンドリピート工程のための例示のシーケンスを示すものである。照射を各セクション群ごとに繰り返されるので、ビームスポット１３０のステッチを実施してもよい。ステッチはストリート１１４内で実施して、アクティブＬＥＤ領域で生じ得る損傷を回避すると好都合である。実施例の工程はビームスポット１３０のステッチを約5μm以内に保持している。
【００３７】
図１４は248ｎｍのエキシマレーザーによるＬＥＤリフトオフウェハー上の単パルスの例を示す。図１４では、均一化されたビームスポットが９個のＬＥＤダイをカバーしており、分離されたＧａＮ／サファイア界面は明るく見えている。
【００３８】
小領域における単パルスを用いた精確に制御された露光のため、実施例のレーザーリフトオフ露光は残留応力のオフセットのためのＬＥＤウェハーの加熱を要しない。露光は室温で実施されてもよい。リフトオフ露光のレーザー光がサファイアウェハーを通って進行するので、サファイアの表面上の損傷又は破損はＧａＮ／サファイア界面でのシャドウ（影）を作ることになり、リフトオフ界面上の欠陥の原因になる。サファイアの表面はいかなる破損若しくは粒子を除去するために研磨してもよい。リフトオフ露光は、シャドウ効果を低減若しくは排除する異なる角度の範囲のターゲットに行ってもよい。
【００３９】
上述の実施例の工程は、成功した工業的応用についてのＵＶレーザーリフトオフ工程の生産性及び歩留まりを改善し得る。本発明に対応する例示の方法は、ＬＥＤウェハー上の残留応力の分離と均一ビームレーザー露光とを組み合わせる。ストリート上のＧａＮ層の選択的エッチングは膜を小領域に分断して、周囲からの残留応力による影響を最小にする。また、小領域自体は最小の残留応力しか有さないので、リフトオフ露光の際にＧａＮ膜にあまり影響を与えない。
【００４０】
図１５はリフトオフ工程の例を示す。一又は二以上のＧａＮ層１３２をサファイア基板１１０上に形成した後、保護コーティング１３５を、レーザースクライビングの跡においてＧａＮ層上にレーザー生成された破損の堆積を防止するために付けることができる。ストリート１１４及びセクション１１２を形成するためのＧａＮ層１３２の選択的除去はレーザースクライビング若しくは反応性イオンエッチングによって行うことができる。保護コーティング１３５を除去後に、導電性基板１３４をＧａＮ層１３２上に結合することができる。導電性基板１３４を、限定されないがＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ、ＧａＰ，銅、銅タングステン、及びモリブデンを含む導電性セラミック及び金属であり得る。ＧａＮ層１３２と導電性基板１３４との間に（図示しない）反射層を形成してもよい。次いで、サファイア基板１１０をレーザーリフトオフ工程によって除去できる。レーザーリフトオフ後、ＧａＮ表面を、電極金属膜の堆積又は他の必要な段階のために処理し得る。最後に、ウェハーを例えば、個々のＬＥＤダイを形成するために、セクション１１２巻で分離することができる。
【００４１】
実際のウェハー上のＧａＮ層の選択的除去の例を図１６に示す。これは、可変非点焦点ビームスポットを用いた高速レーザーカットを提供する固体ＵＶレーザーをＧａＮの除去に用いたものである。この例では、ダイ若しくはストリートパターンを含まないモノリシックＧａＮ層を最初にサファイアウェハー上に形成した。ＬＥＤダイサイズはレーザーによってカットされたラインによって画定される。この例では、選択的除去若しくはレーザーカットの幅は約5μmに過ぎず、ウェハー資産の損失を最小にする。
【００４２】
リフトオフ用の導電性基板の中で、モリブデンは、熱膨張のマッチング係数（ＣＴＥ）、青色スペクトルの高反射性、及び、低延性でかつ高強度等の所望の特性を有する。モリブデンは、ＧａＮ（5.6×10-6／Ｋ）のＣＴＥに比較的近いＣＴＥ（4.8×10-6／Ｋ）を有する。ＰｄＩｎ及びＳｎＡｕ等の金属化合物をＧａＮ上の導電性基板の結合に用いてもよい。これらの結合材料を用いるときは、ＧａＮ及び基板は例えば、400℃近傍まで加熱される。ＧａＮ層とリフトオフ基板との間のＣＴＥの大きなミスマッチは結合工程に不利な他の高レベルの残留応力を引き起こす。例えば、Ｃｕは高い熱伝導性及び電気伝導性を有するが、高ＣＴＥ（16.5×10-6／Ｋ）のため、2インチＧａＮ／サファイアウェハーを有するリフトオフ基板ほど望ましくはない。
【００４３】
モリブデンは、350ｎｍから450ｎｍの範囲の青色スペクトルは約55％の反射率を有する。この値は他の金属に匹敵する。例えば、410ｎｍでの主要金属の反射率は以下の通りである：金（37％）、銅（51％）、ニッケル（50％）、白金（57％）、鉄（58％）、クロム（70％）、銀（86）、アルミニウム（92％）。匹敵する反射率はモリブデンを反射体として直接用いることを可能にするが（すなわち、独立の反射層なしで）、光出力はアルミニウム及び銅等の高反射率を有する金属膜の堆積によって最大化できる。ＧａＮとモリブデン間の高反射膜層は例えば、高レベルの残留応力を導入することなしで、青色ＬＥＤのパファーマンスを増大できる。例えば、アルミニウムはＧａＮ表面上に堆積して反射層を形成できる。アルミニウム膜の酸化はモリブデン基板への結合に不利なので、他の金属膜層を酸化を防止し、結合をエンハンスするために堆積できる。酸化せず、モリブデンに対してアルミニウム膜に付着可能にする金属膜の例として限定的ではないが、すず、亜鉛、鉛及び金を含む。
【００４４】
モリブデンはまた、ダイ分離工程中にも利点を有する。従来のダイヤモンド鋸若しくはダイヤモンドけがきは主にその高延性に起因して、金属膜の分離用に用いることは困難である。しかしながら、機械的破壊は延性基板上では困難なので、銅等の高延性の金属膜は分離のために100％スルーカットを要する。カット後は小さなダイの統合性（結合性）を維持しないのでレーザースルーカットは取り扱いの問題が生ずる。モリブデンは高強度と低延性を有する。モリブデンのこれらの独特の機械的特性は、厚さの約90％についてのレーザースクライビングされるときさえ、機械的破壊を容易にする。
【００４５】
他の例示的な方法では、レーザーオフ露光を、生産性を最大にするために、高速移動制御の方法と組み合わされてもよい。レーザーリフトオフが精確な設計ビームステッチを伴うステップアンドリピートを利用するとき、レーザーのトリガーについてターゲット上で精確にするのが望ましい。ステップアンドリピート工程の最速可能速度が生産性の向上には望ましい。移動ステージの位置を比較するために移動制御の特別な機能を用いて、所定の位置のレーザーにトリガー信号を送ることができる。この技術は“位置比較及びトリガー”又は“ファイアオンフライ（はえ上のファイア）”と称される。移動ステージが連続移動をしている間、運動コントローラ内のプロセッサはエンコーダーのカウンタを絶えずユーザーがプログラムした値と比較し、トリガー信号をマッチング値を有するレーザーに送り出す。移動ステージはステップアンドリピートの際に停止する必要はないが、連続移動で移動してもよい、すなわちレーザーのファイアオンフライであってもよい。例えば、リフトオフ工程がファイアオンフライ技術を用いるとき、200Hzのレーザーのパルス繰り返し速度で1×1ｍｍ2の均一のビームスポットサイズは、約1分内で2インチ直径ＬＥＤウェハーのリフトオフ工程を実施できる。
【００４６】
例示の実施形態はリフトオフ工程を実施する前にストリート１１４及びセクション１１２を形成することを含むが、ここに記載の技術は最初に層をセクションに分離することなしで連続層を分離するために用いてもよい。連続層の効果的な分離を可能にするが、レーザーパルスが重なる所に形成された微小クラックがある。
【００４７】
他の実施例の方法はリフトオフ露光のためにレーザービームを走査して例えば、同心パターンで照射するために、独自の技術を用いてもよい。このような技術を用いて、基板上に一若しくは二以上の分離層又は一若しくは二以上の連続層のリフトオフを実施してもよい。ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー内の残留応力は張力と圧縮とが両方存在するところに同心状に分布する。ウェハー中心をクロスするとき、レーザー露光は分離された領域と分離されていない領域との間の界面すなわち、走査される領域と走査されない領域との間の界面における応力レベルの大きな差異を生じる。異なる方法では、ビームは同じレベルの応力で位置に沿って残留応力を緩和するために円形、螺旋、若しくはヘリカル露光で走査してもよい。この方法は走査される領域と走査されない領域との間の界面で応力勾配を低減する。代替として、照射の際の曲がりモーメントを最小にするための寸法のラインビームは上述のように界面を走査してもよい。
【００４８】
図１７は方形ビームスポット１５０の同心状リフトオフ露光を示す。図１８は円形ビーム１５２の同心状リフトオフ露光を示す。一方法では、ウェハーが露光のために同心状に（例えば、円形又はヘリカルパターンで）並進する間、レーザービームは固定である。他の方法では、ビームは固定ウェハー上で（例えば、円形又はヘリカルパターンで）移動してもよい。
【００４９】
円形ビームを移動する一方法は、回転モーターによる移動において2個のミラーを精密に制御する。当業者に公知の他のビームスポット形状例えば、三角、六角、他の多角形状を用いてもよい。多角形状ダイを照射する多角形状レーザーパターンの場合には、ビームはダイ又はダイ群を覆い、制御されたパターンで基板から膜を分離して制御された態様で応力を緩和するために、円形若しくは螺旋状移動で動いてもよい。
【００５０】
他の代替では可変環状ビームスポットを用いて同心状の走査を実現する。図１９に示したように、可変環状ビームスポットはその直径を漸進的に減少して、ウェハーの外側エッジから中心へ同心状に走査する。同心状に移動する可変環状ビームスポットは、レーザーリフトオフ露光の際に残留応力の安定な緩和を提供する。
【００５１】
図２０は、さらなる実施形態に対応する、電気メッキ基板を分離するためのレーザーリフトオフ工程を示す。ＧａＮのセクション１１２を有するサファイアウェハー若しくは基板１１０は金属若しくは金属合金で電気メッキして金属基板１６０を形成してもよい。ニッケル、銅若しくはその合金は電気メッキに用いてもよい。次いで、金属基板１６０は例えば、ＵＶレーザーを用いてセクション１１２巻の位置１６２で切断してもよい。支持膜１６４を金属基板１６０上に載置して、上述のようなレーザーリフトオフ工程を用いてサファイア基板１１０を分離してもよい。コンタクトメタライゼーション等のポストレーザーリフトオフ工程を用いて、金属基板１６０の部分を除去してダイ１６６を形成してもよい。次いで、ダイ１６６を分離してもよい。レーザーリフトオフの前に金属基板１６０を切断することによって、サファイア基板１１０に結合することによってダイ１６６の統合性を維持することができる。当業者はこの工程が他の材料を用いて実施してもよいことは認識する。
【００５２】
まとめると、本発明の一態様に一致する方法によれば、第１及び第２基板を基板間の少なくとも一材料層を備える。この材料層はストリートによって分離される複数のセクションに分離されるものである。ビームスポットはレーザーを用いて形成され、整数のセクションをカバーするような形状にされている。第１基板とセクションとの間の界面はビームスポットを用いて照射される。照射は、第１基板を全セクションから分離するまで、各整数のセクションについて繰り返し実施される。
【００５３】
他の方法では、少なくとも一材料層をその上に有する基板を備え、均一ビームスポットを少なくともレーザーとビームホモジェナイザーとを用いて形成される。層と基板との界面は、均一ビームスポットの単パルスを用いて実質的に一様に分布されたレーザーエネルギー密度で照射され、基板から層が分離される。
【００５４】
他の方法では、少なくとも一材料層をその上に有する第１基板を備え、材料層をエッチングして、第１基板上で層をストリートによって複数のセクションに分離する。第２の基板をセクションに付け、均一ビームスポットをレーザーを用いて形成する。均一ビームスポットは整数のセクションをカバーするような形状とされる。第１の基板とセクションとの間の界面は均一ビームスポットを用いて照射する。照射を、整数の各セクション毎に繰り返し実施する。第１基板を全セクションから分離する。
【００５５】
他の方法では、少なくとも一のＧａＮ層をその上に有する第１基板を備え、少なくとも一の膜をＧａＮ層上に形成する。膜は反射膜を含んでもよい。モリブデンを含む第２基板を膜に付け、第１基板とＧａＮ層との間の界面を照射して、ＧａＮ層から第１基板を分離する。
【００５６】
本発明の原理をここに記載したが、以上の説明は例示としてだけであり、本発明の範囲を限定するものではないことは当業者は理解されたい。ここに示した実施形態以外に、他の実施形態も本発明の範囲内で考えてもよい。当業者による変形、置換は特許請求の範囲以外で限定されることはなく、本発明の範囲内で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】水平型電極配置を有する従来のＧａＮＬＥＤの断面を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａで示したＧａＮＬＥＤの平面図である。
【図２】垂直型電極配置を有するＧａＮＬＥＤの断面を示す概略図である。
【図３】垂直型電極配置を有するＧａＮＬＥＤの製造工程を示すフロー図である。
【図４Ａ】ＭＯＣＶＤ工程中のＧａＮ／サファイアウェハーを示す概略図である。
【図４Ｂ】ＭＯＣＶＤ工程後のＧａＮ／サファイアウェハー上の残留応力の形成を模式的に図である。
【図５Ａ】Ｑスイッチ355nmNd:YAGレーザーを用いてＧａＮ／サファイアウェハー上のレーザーリフトオフの従来方法を示す概略図である。
【図５Ｂ】248nmエキシマレーザーを用いてＧａＮ／サファイアウェハー上のレーザーリフトオフの従来方法を示す概略図である。
【図６】ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー上のＱスイッチ355nmNd:YAGレーザーのラスタースキャンを示す概略図である。
【図７】界面での高確率のモデルＩ型及びＩＩ型クラックを形成する、ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー上のラスタースキャンを示す概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に対応する、層を剥離するための衝撃波を誘起するレーザーパルスの使用の模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に対応する、レーザー露出領域と層の剥離の断面を示す概略図である。
【図１０Ａ】異なるレーザーエネルギー密度の効果を示す概略図である。
【図１０Ｂ】異なるレーザーエネルギー密度の効果を示す概略図である。
【図１０Ｃ】異なるレーザーエネルギー密度の効果を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態に対応する、サファイアウェハーを無傷のままＧａＮ層を複数のダイに分離するためにストリート上にＧａＮ層の選択的アブレーションを描くウェハーの概略図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に対応する、ビームパスに沿って示した一様なビーム及び代表的なビームプロファイルの投影を示すビームデリバリーシステムを示す概略図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に対応する、ステップ・アンド・リピート工程を用いたレーザーリフトオフ露光を示すウェハーの概略図である。
【図１４】ステップ・アンド・リピートリフトオフ工程を用いた３×３個のＬＥＤアレイ上の単パルス露光を示すウェハーの写真である。
【図１５】本発明の他の実施形態に対応する、残留応力の分離と精確なステップ・アンド・リピートレーザービーム露光を組み合わせたレーザーリフトオフ工程を示す概略図である。
【図１６】可変非点焦点ビームスポットを有する固体ＵＶレーザーによるＧａＮの選択的除去を示すウェハーの概略図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に対応する、矩形ビームを用いた同心若しくはヘリカルレーザーリフトオフ露光を示す概略図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に対応する、円形ビームを用いた同心若しくはヘリカルレーザーリフトオフ露光を示す概略図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に対応する、可変環状ビームを用いた同心レーザーリフトオフ露光を示す概略図である。
【図２０】本発明の他の実施形態に対応する、レーザーリフトオフ工程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０２ 基板材料
１０４ ターゲット材料
１０６ 界面
１１０ 基板
１１２ セクション
１１４ ストリート
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料層を分離する方法に関し、特に層間の界面を照射することによって、基板及び基板上に成長した膜等の材料層を分離する方法に関するものである。
本願は、2004年3月29日に出願された、同時係属中の米国仮出願シリアル番号60/557,450であって、その内容が全てここに組み込まれたものの優先権の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
“青色ＬＥＤ”として知られているGaN/InGaNベース発光ダイオード（ＬＥＤ）は高い将来性を有する。これらGaN/InGaNベースＬＥＤについての応用は拡大し、携帯電話キーパッド、ＬＣＤバックライト、信号、業務用サイン、自動車用ライト、アウトドア用フルカラーディスプレイパネル、家庭用照明装置等の製品を含むようになっている。これらやその他の用途では、これらの高輝度ＬＥＤは、白熱光や蛍光のような従来の光源に置き換わるだろう。青色ＬＥＤは、従来の光源より低エネルギー入力で高い光出力を出すこと（エネルギー節約、高効率）とより長い作動寿命とによって特徴づけられる。このような高パフォーマンス及び高信頼性は従来の光源にうまく置き換わるという裏付けを与えている；しかしながら、現在の公知の限界及び固有の欠点を克服するために現在のＬＥＤの構成を改良する必要がある。より良好でかつより精密な製造技術は、無駄をカットし、歩留まりを上げ、より高度化し、複雑若しくは改良型構造を可能にし、デザイン・フォー・マニュファクチャビリティ（ＤＦＭ）におけるより高いフレキシビリティを介して技術を進めることで青色ＬＥＤの構成を高度化している。このような改良された製造技術によって製造を単純化し、製造コストを低減している。
【０００３】
青色ＬＥＤは、サファイア基板上にGaN/InGaN層を堆積することによって作成されてもよい。一度ＬＥＤ装置が製造されると、ウェハーは個々のダイに分離される。現在の一ダイ分離工程は以下の段階を含む。まず、サファイアウェハーを研削及びウェハーの裏側のラッピングによって厚さを100μm以下にまで薄くする。次に、ウェハーをダイシングテープに載せ（マウントし）、次いで、ダイヤモンドけがき探針若しくはＵＶレーザービームによってダイ間のストリート（路）に沿って罫書く。最後に、ウェハーを破砕ツールによって罫書き線に沿って割る。割った後、次の自動ピックアップ及び配置操作を実施できるように、ダイシングテープを、一のダイから他のダイを物理的に分離するために伸ばす。この工程は“スクライブ・アンド・ブレイク”ダイ分離と称される。
【０００４】
ＬＥＤの主要コストはサファイア薄化とスクライブ・アンド・ブレイク作業である。ＬＤＦリフトオフとして知られる工程はＬＥＤ作製工程の時間とコストを劇的に低減できる。ＬＥＤリフトオフはメーカーが例えば、サファイアウェハー上にＧａＮＬＥＤ膜装置を成長させられることによってウェハーけがき（スクライビング）を排除して、次いで、薄膜装置を熱浴電気的相互接続に移動してもよい。この工程では、レーザービームプロファイルはサファイアウェハーの背面を介して照射して、ＧａＮＬＥＤ装置をはずして、熱浴及び／又は光反射器上にパッキングし得る基板に移動する。特別なウェハーを用いて、サファイア成長基板を再使用してもよく、ＬＥＤ製造のコストを低減し得る。さらに、この方法は高速であり、向上するＬＥＤ光出力を実現し、ＵＶレーザー上の低ストレスのため作動コストが低い。
【０００５】
ＧａＮＬＥＤの現在の構成はファフォーマンス及び信頼性を改善する努力を妨げる固有の限界を有する。構成は静電気放電問題に関わってもきた。図１Ａ及び図１Ｂに示したように、青色ＬＥＤは、シリコンカーバイド若しくはサファイアウェハー基板１４上にヘテロエピタキシャル成長した多重のＩｎＧａＮ及びＧａＮベースの層１２ａ、１２ｂ、１２ｃを含んでもよい。サファイアウェハーは天然の絶縁体なので、電流は水平な電極構成によって供給される。ｐ型ＧａＮ層１２ａの高抵抗のために、Ｎｉ／Ａｕ薄膜１６をｐ型ＧａＮ前面に堆積して、電流分散拡がりを促進する。しかしながら、水平構成に関連した欠点がある。
【０００６】
まず第１に、Ｎｉ／Ａｕ膜１６はＬＥＤ光出力のかなりの部分を吸収する。Ｎｉ／Ａｕ膜１６は放出光に対して透過性が制限されているので、ＬＥＤ光に対して透明にさせるために非常に薄い（通常、１００Å以下）。ＬＥＤ自体から発光される光の約２５％はＮｉ／Ａｕ膜１６に吸収される。さらに、かなりの割合の放出光はサファイアの透過の際に失われる。サファイア基板１４は向かう光のいくらかは、サファイアウェハーとその周囲との間の屈折率の差に起因して、正面へ反射される。Ｎｉ／Ａｕ薄膜１６は同様に、この反射された出力光の大部分を吸収する。
【０００７】
第２に、Ｎｉ／Ａｕ膜１６は湿気に対して敏感で、経時的にパフォーマンスが低下する。膜の透明性を維持するために、薄いＮｉ／Ａｕを金属蒸着によって堆積し、次いで、大気中で又は酸素雰囲気で熱処理する。Ｎｉ／Ａｕ膜１６はＡｕリッチ構造と共に酸化化合物ＮｉＯｘを形成する。湿気は長期間の作動で酸化物膜に貫通すると、ＬＥＤ装置１０はダメージを受ける。
【０００８】
第３に、Ｎｉ／Ａｕ膜１６は、電流集中効果に起因してＩｎＧａＮＭＱＷ発光層１２ｂのパフォーマンス効率が低下する。電流拡がりＮｉ／Ａｕ膜１６はｎ型（−）ＧａＮ層１２ｃより低抵抗を有するので、電流はｎ型電極２０近傍の領域１８に集中する（図１Ａ参照）。電流集中減少は、活性ＩｎＧａＮ領域の均一な使用を妨害して、活性領域の不均一な使用のために光出力の効率を低下させ、信頼性を下げる。
【０００９】
第４に、水平型電極構成は電流のボトルネック効果を形成して信頼性を下げる。ｐ型（＋）電極２２を介して供給された電流はＮｉ／Ａｕ膜１６を横切って拡がり、ｐ型ＧａＮ１２ａからＩｎＧａＮ１２ｂを介してｎ型ＧａＮ層１２ｃへ流れる。ｎ型（−）電極２０はｎ型ＧａＮ層１２ｃに水平方向に配置するので、電流は電極２０の領域２４にボトルネックを生ずる（図１Ａ及び図１Ｂ）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
垂直型電極構成を有するＬＥＤ構造は水平型電極構成の欠点の多くを克服する。図２に示したように、垂直構造を有するＬＥＤ３０は、サファイア基板からシリコンウェハーのような導電性基板３４へＧａＮ層３２ａ，３２ｂ，３２ｃの移動を含む。垂直型電極構成は、光出力を実質的に増大するＮｉ／Ａｕ膜を用いなくてもよい。垂直型電極構成は、水平構造のサファイアを介した光の損失を最小にする金属反射層３６の堆積を可能にする。垂直型電極構成はさらに、電流集中及びボトルネックを低減若しくは排除することによって信頼性及びパフォーマンスを改善する。垂直型ＬＥＤ構造を構築する要因としてエピタキシャルサファイアウェハーから導電性シリコンウェハーへのＧａＮ層のリフトオフ工程の成功がある。
【００１１】
高輝度垂直型ＬＥＤの構成の一例を図３に示す。まず、ＧａＮ層３２ａ，３２ｃはサファイアウェハー３８上に堆積する。金属薄膜反射部３６をｐ型ＧａＮ上に堆積し、次いでＳｉ基板等の導電性基板３４（ＧａＡｓ基板及び金属厚膜を含む）は金属薄膜反射部是面に結合される。サファイアウェハーは後述するようにＵＶレーザーリフトオフによって除去される。ｎ型（−）電極をｎ型ＧａＮ層上に堆積し、ｐ型（＋）電極をＳｉウェハー上に堆積する。ｎ型ＧａＮ層はｐ型ＧａＮ層より低い抵抗を有し、Ｎｉ／Ａｕ薄膜はもはや必要はない。従って、電流は集中あるいはボトルネック効果なしにより均一に拡がる。問題のＮｉ／Ａｕ薄膜の除去によって、垂直型構造を有するＬＥＤのパフォーマンス及び信頼性が向上する。
【００１２】
垂直型構造はＵＶレーザーリフトオフ工程を用いて形成してもよい。ＵＶレーザーリフトオフへの一アプローチは、ＧａＮ（高吸収）薄膜層とサファイア基板との間のＵＶ光の吸収の差を利用して、ＵＶレーザーパルスを用いてＧａＮ／サファイア界面の選択的な照射を含む。一般に、ＧａＮ層はサファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長する。ＧａＮ結晶成長を容易にするために、バッファ層は比較的低温、３００℃近傍で堆積されてもよい。バッファ層は高温でＧａＮ層が成長するのを助けるが、バッファ層は大きな格子ミスマッチのために非常に高密度の種々の欠陥を含む。転位、ナノパイプ、反転領域等の結晶欠陥は表面エネルギーを高め、結果として入射ＵＶ光の吸収が増大する。リフトオフ工程についての入射レーザービームは、サファイアウェハーの吸収しきい値より十分下のエネルギーみつ度を有し、それがダメージを生ずることなく透過可能とする。これに対して、レーザーエネルギー密度は十分高いので、界面での光誘起分解を引く起こし、界面の分離を生じさせることもある。
【００１３】
ＵＶレーザーリフトオフプロセスについて研究されてきた。ケリー（Kelly）らは、３５５ｎｍのＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて透明サファイアを介したレーザー照射によるＧａＮの分解を立証した（ケリー（Kelly）、アンバチャー（Ambacher）、ダルハイマー（Dalheimer）、グロース（Groos）、ディミトロフ（Dimitrov）、アンガラー（Angerer）、スタッツマン（Stutzmann）によるApplied Physics Lettersの論文（第69巻、第1749頁、1996年）参照）。また、ワン（Wong）らは、２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いてサファイアウェハーから〜５μm厚のＧａＮ薄膜を成長させた（ワン（Wong）、サンズ（Sands）、チュン（Cheung）によるApplied Physics Lettersの論文（第72巻、第599頁、1997年）参照）。ワン（Wong）らはさらに、２４８ｎｍのエキシマレーザーを用いてＧａＮＬＥＤ上にリフトオフプロセスを開発した（ワン（Wong）、サンズ（Sands）、チュン（Cheung）、クライスル（Kneissl）、ボウアー（Bour）、メイ（Mei）、ロマノ（Romano）、ジョンソン（Johnson）によるApplied Physics Lettersの論文（第75巻、第1360頁、1999年）参照）。ケリー（Kelly）らは、Ｑスイッチ３５５ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザーのラスタースキャンを用いて２７５μm厚の自由定在ＧａＮ膜のリフトオフも立証した（ケリー（Kelly）、バウド（Vaudo）、ファンセ（Phanse）、ゴルゲン（Gorgens）、アンバチャー（Ambacher）、スタッツマン（Stutzmann）によるJapanese Journal of Applied Physicsの論文（第38巻、第L217頁、1999年）参照）。ケリー（Kelly）らはまた、ＧａＮ−サファイアウェハーからの高残留応力のために、レーザーリフトオフプロセスの際のＧａＮ厚膜の広範囲の割れ（裂け）を克服することの困難性を報告した。この研究では、著書らはＧａＮ／サファイアウェハーを６００℃まで加熱しなければならなかったが、著者らは残留応力に起因した割れ問題を完全に排除できなかった。
【００１４】
ＵＶレーザーリフトオフによる利点にかかわらず、ＧａＮＬＥＤ製造は低工程歩留まりによる低生産性のために制限されてきた。低歩留まりは部分的には、金属−有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）工程による、ＧａＮサファイアウェハー内の高残留応力に起因する。ＭＯＣＶＤ工程は６００℃を越える活性温度を要する。図４Ａに示したように、ＭＯＣＶＤ工程によって、サファイアウェハー３８上にＧａＮ及びＩｎＧａＮ層３２を堆積する。ＧａＮ（5.59×10−6／K）とサファイア（7.50×10−6／K）との間で熱膨張係数（ＣＴＥ）に実質的な差はあるが（表１参照）、図４Ｂに示したように、ＧａＮ／サファイアウェハーのＭＯＣＶＤ工程の高温から常温まで冷却の時に高レベルの残留応力が存在する。残留応力はＧａＮ上の圧縮残留応力４０とサファイア上の引張残留応力４２とを含む。
【表１】
【００１５】
十分なエネルギーを有する入射レーザーパルスがＧａＮ／サファイア界面に当たると、照射は界面の瞬時の分離を引き起こす。入射レーザーパルスはサイズを制限するので（通常１ｃｍ２よりはるかに小さい）、結合／分離の境界での応力集中を形成し、その結果、境界が割れる。この残留応力に関連した割れはＵＶリフトオフ工程の障害の一つである。
【００１６】
現在、ＧａＮ／サファイアウェハー上でレーザーリフトオフ工程を実施する異なる方法がある。一方法はＱスイッチ３５５ｎｍＮｄ：ＹＡＧレーザーのラスタースキャン（ケリー（Kelly）、バウド（Vaudo）、ファンセ（Phanse）、ゴルゲン（Gorgens）、アンバチャー（Ambacher）、スタッツマン（Stutzmann）によるJapanese Journal of Applied Physicsの論文（第38巻、第L217頁、1999年）参照）を含む。固体レーザーを用いたこのレーザーリフトオフ工程を図５Ａに示す。他の方法は２４８ｎｍエキシマレーザーを用いる（ワン（Wong）、サンズ（Sands）、チュン（Cheung）、クライスル（Kneissl）、ボウアー（Bour）、メイ（Mei）、ロマノ（Romano）、ジョンソン（Johnson）によるApplied Physics Lettersの論文（第75巻、第1360頁、1999年）参照）。このエキシマレーザーを用いたリフトオフ工程を図５Ｂに示す。
【００１７】
両工程はレーザービーム４４の転換、ＧａＮ／サファイアウェハー４６のターゲットのいずれかを含む図６に示すようなラスタースキャンを用いる。ラスタースキャン法に関連する問題は、所望の領域をカバーするような重なり照射を要し、これによって、位置によっては多重的な照射４８となる。上述のいずれの方法でも、ＧａＮ／サファイアのレーザーリフトオフは単一パルス工程である。局所領域における不要な多重照射は、膜上に過剰な応力を含むことによって割れの可能性を増大する。
【００１８】
図７に示すように、ラスタースキャンは、一端から他端へのレーザービーム４４のスキャンを含み、一側面から他側面へのＧａＮ／サファイア界面を漸進的に分離する。この材料応力の側部から側部への緩和は、分離した領域と分離していない領域との間の界面５０すなわち、スキャンされた領域とスキャンしていない領域との間の界面での応力レベルの大きな差を生ずる。界面５０での残留応力レベルの不均衡は、モードＩ及びモードＩＩクラックの進行の可能性を増大する。図６及び図７に示した図は固体レーザーを用いた工程に基づいているが、エキシマレーザーのラスタースキャンは同様の結果を生ずる。
【００１９】
現在、サファイアウェハーの通常のサイズは直径２インチであるが、他のサイズ（例えば、３インチ、４インチウェハー）もＧａＮのヘテロエピタキシャル成長に用いられる。ＧａＮ／サファイアウェハー用としては、残留応力レベルはウェハー内で変化しており、全残留応力及び引っ張り残留応力は共に存在する。残留応力の存在はウェハーゆがみ又は曲がりによって観察され得る。レーザーリフトオフプロセスは広範囲の連続するＧａＮ／サファイア界面を緩和するとき、結合していない界面と結合している界面との間の境界に大きな応力勾配が成長する。この応力勾配はＧａＮ層の広範囲の割れを引き起こす。
【００２０】
ターゲット材料を強いレーザーパルスで照射すると、ターゲット材料は瞬間的に蒸発して高温高圧の表面プラズマになる。この現象をアブレーションという。アブレーションにより生じたプラズマは次いで周囲に拡がっていく。表面プラズマの拡がりは衝撃波（ショックウェイブ）を誘起し、衝撃（インパルス）をターゲット材料に移動する。アブレーションは、レーザーがターゲット上方に配置した透明材料を介して方向付けられると、２つの材料間に閉じ込められる。アブレーションが閉じ込められている間、界面に捕捉されたプラズマは大きな衝撃波を形成し、インパルス圧力をエンハンスする。ＧａＮ／サファイア界面に閉じ込められたアブレーションからの爆発衝撃波は、サファイア基板からＧａＮ層を分離させるだけでなく、レーザービームスポット近傍のＧａＮ層を割り得る（例えば、Journal of Laser Applicationsの1996年第８巻第135-141頁のパイレ（Peyre）らの論文を参照）。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
従って、剥離した薄膜の割れに起因した低歩留まりにつながる、残留応力に関連した問題を克服することによってサファイアウェハーからＧａＮ薄膜の剥離の方法を改善する必要性が存在する。また、上述した１又は２以上の問題を克服するためにリフトオフ用途へ拡張し得る工程が必要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
これら及び他の特徴・利点は以下の詳細な説明を図面を合わせて読むことにより、さらによく理解されるだろう。
【００２３】
この詳細な説明は、現存のリフトオフ工程に関連する問題を克服し、生産性を向上する本発明の工程の実施形態を示すものである。本発明の用途は以下の実施形態に限定されない。実施形態はＧａＮ、サファイア及びＧａＮ／サファイア界面について記載するが、当業者に公知の他の種類の基板及び他の材料層を用いてもよい。また、ＧａＮ（又は他の層若しくは材料）とサファイア（又は他の種類の基板）との間に犠牲層を備えてもよい。
【００２４】
図８を参照すると、レーザーは、材料１０２と１０４を分離するために、少なくとも１つの基板材料１０２を介して少なくとも１つのターゲット材料１０４に向けられる。この実施形態では、基板材料１０２、１０４の分離は、ターゲット材料１０４と基板材料１０２との間の界面１０６での衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて達成してもよく、これによって、基板材料１０２からターゲット材料１０４を瞬時に切り離される。衝撃波は、プラズマ温度を急峻に上昇させるイオン化蒸気の増大した密度の結果として界面でのプラズマ１０８の爆発的な膨張によって形成されてもよい。レーザーエネルギー密度は、ターゲット材料１０４上で割れなしで分離を生じさせる力Ｆａを誘起するのに十分な範囲であってもよい。印加される力Ｆａは以下のように表される：
【数１】
【数２】
ここで、Ｐｐは爆発衝撃波によって誘起されるピーク圧力、Ｃは効率幾何学（ジオメトリ）因子、Ｉｒは入射レーザービームの放射照度、Ｆａは印加した力、Ａｒは放射面積である。
【００２５】
図９に示したようにプラズマ１０８が膨張すると、レーザーが露光された領域はレーザーが露光された領域の端部でピボットとして曲がりアームとして作用する。例えば、破裂又は割れに要する力（Ｆｒ）は２点曲がりテストで可視化され、以下のように表されてもよい：
【数３】
ここで、ｄはターゲット材料１０４の厚さ、ｗは印加する力の幅若しくはレーザーパルスの幅、Ｌは印加したアームの長さ若しくはレーザーパルスの長さの１／２、σｒはＧａＮの破裂若しくは割れの応力係数である。力（Ｆｒ）を増大するために、レーザーパルスの幅ｗは増大し、レーザーパルスの長さの１／２であるＬは減少して、ライン状ビームを形成してもよい。ライン状ビームは照射の際の曲がりモーメントを最小にするためにターゲット材料１０４を横切って走査してもよい。
【００２６】
例えば、ＧａＮのアブレーションしきい値のレーザーエネルギー密度で（248nmで〜0.3J/cm2）では、図１０Ａに示すように、ＧａＮ／サファイア界面１０６の瞬間剥離は宇なくいかない。アブレーションしきい値でＧａＮの分解が起こりえるが、これ単独では、界面１０６の瞬間剥離は生じ得ない。というのも、駆動力すなわち、アブレーションなしでは膨張プラズマからの衝撃波がないからである。逆に、過大なレーザーエネルギー密度を印加することによって、過大な爆発応力波伝搬を形成し、図１０Ｃに示すように、ターゲット材料１０４上にクラックや割れを生ずる。照射レーザーエネルギー密度を最適化すると、衝撃波によって形成される力は界面１０６で層１０２，１０４を分離するのに十分であるが、ターゲット材料１０４に割れを誘起するのには十分ではない。ＧａＮとサファイアとを用いた一実施形態については、レーザーエネルギー密度の最適範囲は約0.60J/cm2〜1.5J/cm2の間である。
【００２７】
波長、エネルギー密度等のレーザー照射のパラメータは分離（剥離）される材料の種類に依存する。例えば、サファイアからＧａＮを分離する最適のレーザーエネルギー密度は上述した通りである。レーザー波長248ｎｍはサファイアからＧａＮを分離するのに望ましい。248ｎｍ（5ｅＶ）の光エネルギーは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）の間である。これは、248ｎｍ照射がサファイア内よりＧａＮ内でより多く吸収され、選択的な吸収が分離につながるアブレーションを引き起こすことを示している。
【００２８】
当業者は、他のレーザー波長を他の種類の材料を分離するのに用いてもよいことを認識するだろう。例えば、バッファ層をサファイア基板とＧａＮ層との間に設けてＧａＮのエピタキシャル成長を促進してもよい。バッファ層の例としてはＧａＮバッファ層や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファ層を含む。ＡｌＮバッファ層を用いる場合は、193ｎｍレーザー光の光エネルギー（6.4ｅＶ）がサファイアのバンドギャップ（9.9ｅＶ）とＡｌＮのバンドギャップ（6.1ｅＶ）の間なので、193ｎｍのレーザーを用いてもよい。
【００２９】
本発明の一実施形態では、図１１に示したように、分離される一又は二以上の層（例えば、ＧａＮ膜若しくは層）は、サファイアウェハー等の基板１１０からのリフトオフ若しくは分離前に、より小さな領域若しくはセクション１１２に形成してもよい。一実施形態では、セクション１１２は例えば、ＬＥＤダイに対応するように分離されてもよい。セクション１１２の形成は、リフトオフ工程中は界面での残留応力及び衝撃波によって誘起された割れを低減する。ＧａＮ膜のセクション１１２は、誘起された残留応力によってその周囲から受ける影響は少ない。さらに、セクション１１２はわずかな残留応力及び張力を有するに過ぎず、これによりこれらのセクション１１２におけるＧａＮ薄膜は耐えられる。
【００３０】
実施例では、ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー１１６は一般には数100ミクロンの方形若しくは矩形サイズである同サイズのＬＥＤダイを形成するため、対称かつ繰り返しパターンのセクション１１２を含む。対称繰り返しパターンセクション１１２は、例えばＬＥＤダイのための境界を決定し、例えばけがき及び割り工程を用いてダイ分離用の犠牲スペースを提供するためのストリート１１４によって分離されてもよい。実施例におけるセクション１１２は個々の方形ダイに対応するが、当業者は矩形等の他の構成・形状が形成されるのを認識するだろう。
【００３１】
ＧａＮ膜は、ストリート１１４上のＧａＮ層の選択的除去若しくはエッチングを介してセクション１１２に分離できる。ストリート１１４上のＧａＮ層の選択的除去の一方法は、当業者に周知の反応性イオンエッチングを用いるものである。この工程は、エッチング速度が遅い、有害化学物質の取り扱いを避けられない等のいくつかの欠点を有する。他の方法としては、ここに参考として完全に組み込まれている米国特許出願シリアル番号10/782,741号明細書に開示されているようなアナモルフィックビームデリバリシステムによって形成される可変非点収差合焦ビームスポットを用いた固体ＵＶレーザーによる選択的エッチングを含む。可変非点収差合焦ビームスポットはそのサイズを、サファイア基板に影響を与えないで、ストリート１１４上のＧａＮ層を選択的にアブレート（切除）する最適レーザーエネルギー密度に効果的に調整することができる（図１１参照）。この選択的アブレーションは、ＧａＮ（248ｎｍで0.3J/cm2）とサファイア（248ｎｍで2J/cm2以上）との間のアブレーションしきい値の大きな差を利用する。
【００３２】
他の方法では、エッチングをパターン化されたレーザー投影（例えば、エキシマレーザー）を用いて実施できる。パターン化されたエキシマレーザービームを、ＧａＮストリート若しくは装置を成形へとパターンにするため、又は、ＩＴＯ，メタライゼーション、若しくは誘電絶縁体層等の他の薄膜にパターンにするため、又は、他の装置若しくは導電層あるいは絶縁層のために乾燥するためにも用いることができる。セクション１１２及びストリート１１４を形成するためにＧａＮ連続膜の一部を除去する他の手法としては、ＧａＮをセクション１１２及びストリート１１４として基板１１０上に形成（例えば、成長）することができる。しかしながら、ＧａＮ連続膜の成長は、ストリート１１４及びセクション１１２のパターンをＧａＮ層の成長に比較してより経済的かもしれない。
【００３３】
他の方法では、セクション１１２間のストリート１１４は基板１１０を除去後に、例えば、反応性イオンエッチングを用いて広げてもよい。ストリート１１４の再エッチングは、例えばｎ型ＧａＮとｐ型ＧａＮの接合部でセクション１１２の側壁での電流リークの可能性を低減若しくは除去する。
【００３４】
リフトオフ工程を、基板１１０とセクション１１２との間の界面を照射することによって、基板１１０（例えば、サファイアウェハー）からセクション１１２（例えば、ＧａＮ層）を分離するために用いてもよい。実施例のレーザーリフトオフ工程は、均一ビームスポットでかつ上述のような衝撃波を誘起するのに十分なエネルギー密度の単パルス工程を用いてもよい。単パルス工程は、基板１１０とセクション１１２との間の界面での露光の重なりを回避して割れを最小にする。均一ビームスポットは分離される層間の界面を照射して実質的に密度勾配を排除し、これによって効果的なリフトオフを容易にするために用いられてもよい。ＵＶ固体レーザー及びエキシマレーザーのいずれも、リフトオフ工程のために均一ビームスポットを生成するために、ビームホモジェナイザーと共に用いることができる。一実施形態では248ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを用いる。放電を有する気体レーザー媒体は大きなロー（加工なし）ビームサイズの高平均パワーを生成する。エキシマレーザーの大サイズの高強度ロービームビームと共にホモジェナイザーを適用するのは非常に効果的である。また、ビームスポットに均一に分布するレーザーエネルギー密度を提供することは、単パルス照射を用いた領域における効果的なリフトオフを生成するのに好都合である。
【００３５】
図１２は、ニアフィールドイメージングによる均一ビームの投影の一例であり、ビーム経路に沿った代表的なビームプロファイルを示している。エキシマレーザー１２０からのロービームは長軸方向に短軸／トップ平面分布においてガウシアン分布を有する。（例えば、マルチアレイ配置の）ビームホモジェナイザー１２２はロービーム勾配プロファイルを方形トップ平面プロファイルにする。均一化されたビームはマスク１２４（例えば、矩形可変アパーチャ）によって刈り込まれて、例えば、ビームイメージングレンズ１２６を用いてニアフィールドイメージングによってＬＥＤターゲットウェハー１１６に投影されるビームの最良部を用いる。従って、ＬＥＤウェハー１１６での均一ビームスポットのエッジ解像度はシャープになる。ビームデリバリーシステム用の一構成をこの実施形態では示しているが、当業者は他の構成を用いて均一ビームを形成し、投影してもよいことは認識するだろう。実施形態は矩形アパーチャーのマスク１２４を示しているが、ニアフィールドイメージングについていかなる形状のマスクも用いることができる。
【００３６】
一実施形態では、リフトオフ露光をステップアンドリピート工程を用いて実施する。均一化されたビームスポット１３０は、図１３に示すように、整数の分離されたセクション１１２（例えば、整数のＬＥＤに対応）を含むように形作られる。ビームスポット１３０のサイズは、３×３アレイ等のマルチ分離セクション１１２を含むように、分離されたセクション１１２のサイズに基づいて精密に形作られる。基板と整数のセクション１１２との間の界面は単パルス露光を用いて照射されてもよく、工程は各セクション群ごとに（例えば、ダイ）繰り返されてもよい。図１３の符号はステップステップアンドリピート工程のための例示のシーケンスを示すものである。照射を各セクション群ごとに繰り返されるので、ビームスポット１３０のステッチを実施してもよい。ステッチはストリート１１４内で実施して、アクティブＬＥＤ領域で生じ得る損傷を回避すると好都合である。実施例の工程はビームスポット１３０のステッチを約5μm以内に保持している。
【００３７】
図１４は248ｎｍのエキシマレーザーによるＬＥＤリフトオフウェハー上の単パルスの例を示す。図１４では、均一化されたビームスポットが９個のＬＥＤダイをカバーしており、分離されたＧａＮ／サファイア界面は明るく見えている。
【００３８】
小領域における単パルスを用いた精確に制御された露光のため、実施例のレーザーリフトオフ露光は残留応力のオフセットのためのＬＥＤウェハーの加熱を要しない。露光は室温で実施されてもよい。リフトオフ露光のレーザー光がサファイアウェハーを通って進行するので、サファイアの表面上の損傷又は破損はＧａＮ／サファイア界面でのシャドウ（影）を作ることになり、リフトオフ界面上の欠陥の原因になる。サファイアの表面はいかなる破損若しくは粒子を除去するために研磨してもよい。リフトオフ露光は、シャドウ効果を低減若しくは排除する異なる角度の範囲のターゲットに行ってもよい。
【００３９】
上述の実施例の工程は、成功した工業的応用についてのＵＶレーザーリフトオフ工程の生産性及び歩留まりを改善し得る。本発明に対応する例示の方法は、ＬＥＤウェハー上の残留応力の分離と均一ビームレーザー露光とを組み合わせる。ストリート上のＧａＮ層の選択的エッチングは膜を小領域に分断して、周囲からの残留応力による影響を最小にする。また、小領域自体は最小の残留応力しか有さないので、リフトオフ露光の際にＧａＮ膜にあまり影響を与えない。
【００４０】
図１５はリフトオフ工程の例を示す。一又は二以上のＧａＮ層１３２をサファイア基板１１０上に形成した後、保護コーティング１３５を、レーザースクライビングの跡においてＧａＮ層上にレーザー生成された破損の堆積を防止するために付けることができる。ストリート１１４及びセクション１１２を形成するためのＧａＮ層１３２の選択的除去はレーザースクライビング若しくは反応性イオンエッチングによって行うことができる。保護コーティング１３５を除去後に、導電性基板１３４をＧａＮ層１３２上に結合することができる。導電性基板１３４を、限定されないがＳｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓ、ＧａＰ，銅、銅タングステン、及びモリブデンを含む導電性セラミック及び金属であり得る。ＧａＮ層１３２と導電性基板１３４との間に（図示しない）反射層を形成してもよい。次いで、サファイア基板１１０をレーザーリフトオフ工程によって除去できる。レーザーリフトオフ後、ＧａＮ表面を、電極金属膜の堆積又は他の必要な段階のために処理し得る。最後に、ウェハーを例えば、個々のＬＥＤダイを形成するために、セクション１１２巻で分離することができる。
【００４１】
実際のウェハー上のＧａＮ層の選択的除去の例を図１６に示す。これは、可変非点焦点ビームスポットを用いた高速レーザーカットを提供する固体ＵＶレーザーをＧａＮの除去に用いたものである。この例では、ダイ若しくはストリートパターンを含まないモノリシックＧａＮ層を最初にサファイアウェハー上に形成した。ＬＥＤダイサイズはレーザーによってカットされたラインによって画定される。この例では、選択的除去若しくはレーザーカットの幅は約5μmに過ぎず、ウェハー資産の損失を最小にする。
【００４２】
リフトオフ用の導電性基板の中で、モリブデンは、熱膨張のマッチング係数（ＣＴＥ）、青色スペクトルの高反射性、及び、低延性でかつ高強度等の所望の特性を有する。モリブデンは、ＧａＮ（5.6×10-6／Ｋ）のＣＴＥに比較的近いＣＴＥ（4.8×10-6／Ｋ）を有する。ＰｄＩｎ及びＳｎＡｕ等の金属化合物をＧａＮ上の導電性基板の結合に用いてもよい。これらの結合材料を用いるときは、ＧａＮ及び基板は例えば、400℃近傍まで加熱される。ＧａＮ層とリフトオフ基板との間のＣＴＥの大きなミスマッチは結合工程に不利な他の高レベルの残留応力を引き起こす。例えば、Ｃｕは高い熱伝導性及び電気伝導性を有するが、高ＣＴＥ（16.5×10-6／Ｋ）のため、2インチＧａＮ／サファイアウェハーを有するリフトオフ基板ほど望ましくはない。
【００４３】
モリブデンは、350ｎｍから450ｎｍの範囲の青色スペクトルは約55％の反射率を有する。この値は他の金属に匹敵する。例えば、410ｎｍでの主要金属の反射率は以下の通りである：金（37％）、銅（51％）、ニッケル（50％）、白金（57％）、鉄（58％）、クロム（70％）、銀（86）、アルミニウム（92％）。匹敵する反射率はモリブデンを反射体として直接用いることを可能にするが（すなわち、独立の反射層なしで）、光出力はアルミニウム及び銅等の高反射率を有する金属膜の堆積によって最大化できる。ＧａＮとモリブデン間の高反射膜層は例えば、高レベルの残留応力を導入することなしで、青色ＬＥＤのパファーマンスを増大できる。例えば、アルミニウムはＧａＮ表面上に堆積して反射層を形成できる。アルミニウム膜の酸化はモリブデン基板への結合に不利なので、他の金属膜層を酸化を防止し、結合をエンハンスするために堆積できる。酸化せず、モリブデンに対してアルミニウム膜に付着可能にする金属膜の例として限定的ではないが、すず、亜鉛、鉛及び金を含む。
【００４４】
モリブデンはまた、ダイ分離工程中にも利点を有する。従来のダイヤモンド鋸若しくはダイヤモンドけがきは主にその高延性に起因して、金属膜の分離用に用いることは困難である。しかしながら、機械的破壊は延性基板上では困難なので、銅等の高延性の金属膜は分離のために100％スルーカットを要する。カット後は小さなダイの統合性（結合性）を維持しないのでレーザースルーカットは取り扱いの問題が生ずる。モリブデンは高強度と低延性を有する。モリブデンのこれらの独特の機械的特性は、厚さの約90％についてのレーザースクライビングされるときさえ、機械的破壊を容易にする。
【００４５】
他の例示的な方法では、レーザーオフ露光を、生産性を最大にするために、高速移動制御の方法と組み合わされてもよい。レーザーリフトオフが精確な設計ビームステッチを伴うステップアンドリピートを利用するとき、レーザーのトリガーについてターゲット上で精確にするのが望ましい。ステップアンドリピート工程の最速可能速度が生産性の向上には望ましい。移動ステージの位置を比較するために移動制御の特別な機能を用いて、所定の位置のレーザーにトリガー信号を送ることができる。この技術は“位置比較及びトリガー”又は“ファイアオンフライ（はえ上のファイア）”と称される。移動ステージが連続移動をしている間、運動コントローラ内のプロセッサはエンコーダーのカウンタを絶えずユーザーがプログラムした値と比較し、トリガー信号をマッチング値を有するレーザーに送り出す。移動ステージはステップアンドリピートの際に停止する必要はないが、連続移動で移動してもよい、すなわちレーザーのファイアオンフライであってもよい。例えば、リフトオフ工程がファイアオンフライ技術を用いるとき、200Hzのレーザーのパルス繰り返し速度で1×1ｍｍ2の均一のビームスポットサイズは、約1分内で2インチ直径ＬＥＤウェハーのリフトオフ工程を実施できる。
【００４６】
例示の実施形態はリフトオフ工程を実施する前にストリート１１４及びセクション１１２を形成することを含むが、ここに記載の技術は最初に層をセクションに分離することなしで連続層を分離するために用いてもよい。連続層の効果的な分離を可能にするが、レーザーパルスが重なる所に形成された微小クラックがある。
【００４７】
他の実施例の方法はリフトオフ露光のためにレーザービームを走査して例えば、同心パターンで照射するために、独自の技術を用いてもよい。このような技術を用いて、基板上に一若しくは二以上の分離層又は一若しくは二以上の連続層のリフトオフを実施してもよい。ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー内の残留応力は張力と圧縮とが両方存在するところに同心状に分布する。ウェハー中心をクロスするとき、レーザー露光は分離された領域と分離されていない領域との間の界面すなわち、走査される領域と走査されない領域との間の界面における応力レベルの大きな差異を生じる。異なる方法では、ビームは同じレベルの応力で位置に沿って残留応力を緩和するために円形、螺旋、若しくはヘリカル露光で走査してもよい。この方法は走査される領域と走査されない領域との間の界面で応力勾配を低減する。代替として、照射の際の曲がりモーメントを最小にするための寸法のラインビームは上述のように界面を走査してもよい。
【００４８】
図１７は方形ビームスポット１５０の同心状リフトオフ露光を示す。図１８は円形ビーム１５２の同心状リフトオフ露光を示す。一方法では、ウェハーが露光のために同心状に（例えば、円形又はヘリカルパターンで）並進する間、レーザービームは固定である。他の方法では、ビームは固定ウェハー上で（例えば、円形又はヘリカルパターンで）移動してもよい。
【００４９】
円形ビームを移動する一方法は、回転モーターによる移動において2個のミラーを精密に制御する。当業者に公知の他のビームスポット形状例えば、三角、六角、他の多角形状を用いてもよい。多角形状ダイを照射する多角形状レーザーパターンの場合には、ビームはダイ又はダイ群を覆い、制御されたパターンで基板から膜を分離して制御された態様で応力を緩和するために、円形若しくは螺旋状移動で動いてもよい。
【００５０】
他の代替では可変環状ビームスポットを用いて同心状の走査を実現する。図１９に示したように、可変環状ビームスポットはその直径を漸進的に減少して、ウェハーの外側エッジから中心へ同心状に走査する。同心状に移動する可変環状ビームスポットは、レーザーリフトオフ露光の際に残留応力の安定な緩和を提供する。
【００５１】
図２０は、さらなる実施形態に対応する、電気メッキ基板を分離するためのレーザーリフトオフ工程を示す。ＧａＮのセクション１１２を有するサファイアウェハー若しくは基板１１０は金属若しくは金属合金で電気メッキして金属基板１６０を形成してもよい。ニッケル、銅若しくはその合金は電気メッキに用いてもよい。次いで、金属基板１６０は例えば、ＵＶレーザーを用いてセクション１１２巻の位置１６２で切断してもよい。支持膜１６４を金属基板１６０上に載置して、上述のようなレーザーリフトオフ工程を用いてサファイア基板１１０を分離してもよい。コンタクトメタライゼーション等のポストレーザーリフトオフ工程を用いて、金属基板１６０の部分を除去してダイ１６６を形成してもよい。次いで、ダイ１６６を分離してもよい。レーザーリフトオフの前に金属基板１６０を切断することによって、サファイア基板１１０に結合することによってダイ１６６の統合性を維持することができる。当業者はこの工程が他の材料を用いて実施してもよいことは認識する。
【００５２】
まとめると、本発明の一態様に一致する方法によれば、第１及び第２基板を基板間の少なくとも一材料層を備える。この材料層はストリートによって分離される複数のセクションに分離されるものである。ビームスポットはレーザーを用いて形成され、整数のセクションをカバーするような形状にされている。第１基板とセクションとの間の界面はビームスポットを用いて照射される。照射は、第１基板を全セクションから分離するまで、各整数のセクションについて繰り返し実施される。
【００５３】
他の方法では、少なくとも一材料層をその上に有する基板を備え、均一ビームスポットを少なくともレーザーとビームホモジェナイザーとを用いて形成される。層と基板との界面は、均一ビームスポットの単パルスを用いて実質的に一様に分布されたレーザーエネルギー密度で照射され、基板から層が分離される。
【００５４】
他の方法では、少なくとも一材料層をその上に有する第１基板を備え、材料層をエッチングして、第１基板上で層をストリートによって複数のセクションに分離する。第２の基板をセクションに付け、均一ビームスポットをレーザーを用いて形成する。均一ビームスポットは整数のセクションをカバーするような形状とされる。第１の基板とセクションとの間の界面は均一ビームスポットを用いて照射する。照射を、整数の各セクション毎に繰り返し実施する。第１基板を全セクションから分離する。
【００５５】
他の方法では、少なくとも一のＧａＮ層をその上に有する第１基板を備え、少なくとも一の膜をＧａＮ層上に形成する。膜は反射膜を含んでもよい。モリブデンを含む第２基板を膜に付け、第１基板とＧａＮ層との間の界面を照射して、ＧａＮ層から第１基板を分離する。
【００５６】
本発明の原理をここに記載したが、以上の説明は例示としてだけであり、本発明の範囲を限定するものではないことは当業者は理解されたい。ここに示した実施形態以外に、他の実施形態も本発明の範囲内で考えてもよい。当業者による変形、置換は特許請求の範囲以外で限定されることはなく、本発明の範囲内で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】水平型電極配置を有する従来のＧａＮＬＥＤの断面を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａで示したＧａＮＬＥＤの平面図である。
【図２】垂直型電極配置を有するＧａＮＬＥＤの断面を示す概略図である。
【図３】垂直型電極配置を有するＧａＮＬＥＤの製造工程を示すフロー図である。
【図４Ａ】ＭＯＣＶＤ工程中のＧａＮ／サファイアウェハーを示す概略図である。
【図４Ｂ】ＭＯＣＶＤ工程後のＧａＮ／サファイアウェハー上の残留応力の形成を模式的に図である。
【図５Ａ】Ｑスイッチ355nmNd:YAGレーザーを用いてＧａＮ／サファイアウェハー上のレーザーリフトオフの従来方法を示す概略図である。
【図５Ｂ】248nmエキシマレーザーを用いてＧａＮ／サファイアウェハー上のレーザーリフトオフの従来方法を示す概略図である。
【図６】ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー上のＱスイッチ355nmNd:YAGレーザーのラスタースキャンを示す概略図である。
【図７】界面での高確率のモデルＩ型及びＩＩ型クラックを形成する、ＧａＮ／サファイアＬＥＤウェハー上のラスタースキャンを示す概略図である。
【図８】本発明の一実施形態に対応する、層を剥離するための衝撃波を誘起するレーザーパルスの使用の模式図である。
【図９】本発明の一実施形態に対応する、レーザー露出領域と層の剥離の断面を示す概略図である。
【図１０Ａ】異なるレーザーエネルギー密度の効果を示す概略図である。
【図１０Ｂ】異なるレーザーエネルギー密度の効果を示す概略図である。
【図１０Ｃ】異なるレーザーエネルギー密度の効果を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態に対応する、サファイアウェハーを無傷のままＧａＮ層を複数のダイに分離するためにストリート上にＧａＮ層の選択的アブレーションを描くウェハーの概略図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に対応する、ビームパスに沿って示した一様なビーム及び代表的なビームプロファイルの投影を示すビームデリバリーシステムを示す概略図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に対応する、ステップ・アンド・リピート工程を用いたレーザーリフトオフ露光を示すウェハーの概略図である。
【図１４】ステップ・アンド・リピートリフトオフ工程を用いた３×３個のＬＥＤアレイ上の単パルス露光を示すウェハーの写真である。
【図１５】本発明の他の実施形態に対応する、残留応力の分離と精確なステップ・アンド・リピートレーザービーム露光を組み合わせたレーザーリフトオフ工程を示す概略図である。
【図１６】可変非点焦点ビームスポットを有する固体ＵＶレーザーによるＧａＮの選択的除去を示すウェハーの概略図である。
【図１７】本発明の他の実施形態に対応する、矩形ビームを用いた同心若しくはヘリカルレーザーリフトオフ露光を示す概略図である。
【図１８】本発明の他の実施形態に対応する、円形ビームを用いた同心若しくはヘリカルレーザーリフトオフ露光を示す概略図である。
【図１９】本発明の他の実施形態に対応する、可変環状ビームを用いた同心レーザーリフトオフ露光を示す概略図である。
【図２０】本発明の他の実施形態に対応する、レーザーリフトオフ工程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０２ 基板材料
１０４ ターゲット材料
１０６ 界面
１１０ 基板
１１２ セクション
１１４ ストリート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と第２基板と前記基板間に少なくとも一の材料層とを備る段階であって、前記少なくとも一の材料層はストリートによって複数のセクションに分離されるところの段階と；
レーザーを用いてビームスポットを形成する段階であって、前記ビームスポットは整数の数の前記セクションをカバーするような形状にされている段階と；
前記ビームスポットを用いて前記第１基板と前記第２基板との間の界面を照射する段階であって、該照射は、前記第１基板が前記セクション全てから分離されるまで前記整数の数のセクションの各々ごとに実施するところの段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項２】
前記照射段階は、前記ビームスポットのステッチを前記セクション間の前記ストリート内だけに生ずるように、前記整数の数のセクションの各々ごとに対して実施する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板と前記層をステージ上に移動する段階と；
前記ステージの位置を所定の値と比較する段階であって、前記レーザーは前記ビームスポットを形成するために前記位置に基づいてトリガーされ、前記第１基板と前記整数の数のセクションの各々との間の前記界面を照射するところの段階と；をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステージは実質的に連続的に移動する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セクションはほぼ矩形であり、前記ビームスポットはほぼ矩形である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記複数のセクションを形成するために、前記少なくとも一の材料層をエッチングする段階をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一の材料層をエッチングする前記段階は、レーザーを用いて前記ストリートにおける前記少なくとも一の材料層の一部を選択的に除去することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも一の材料層をエッチングする前記段階は、エキシマレーザーを用いてパターン化レーザー投影を付与することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一の材料層をエッチングする前記段階は、ＵＶダイオードポンプされる固体レーザーを用いてダイシングすることを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が半導体ウェハーであり、前記少なくとも一の材料層の前記セクションがダイに対応する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１基板と前記セクションとの間の前記界面を、ビームホモジェナイザーを用いて形成された均一ビームスポットを用いて照射する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記界面を照射する段階は、前記界面を、前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザーはエキシマレーザーであり、前記界面を照射する段階は、前記界面を、前記整数の数のセクションの各々について前記エキシマレーザーの単パルスに露光することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記照射段階は、前記界面に爆発衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて実施し、前記爆発衝撃波は前記第１基板を前記セクションから分離する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記照射段階は、約0.60Ｊ/cm２から1.6Ｊ/cm２の範囲のレーザーエネルギー密度を用いて実施する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記セクションと前記ストリートを他の材料層によってカバーする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも一の材料層を上に有する基板を備える段階と；
少なくともレーザーとビームホモジェナイザーとを用いて均一なビームスポットを形成する段階と；
前記層と前記基板との間の界面を、実質的に一様に分布するレーザーエネルギー密度を有する前記均一なビームスポットの単パルスを用いて照射して前記層を前記基板から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項１８】
前記均一なビームスポットを形成する段階は、ロービームを前記ビームホモジェナイザーを通過させ、次いで可変アパーチャーを通過させることを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記可変アパーチャーはほぼ方形形状を有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザーはエキシマレーザーを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記界面を照射する段階は、ほぼ円形方向に前記層を有する前記基板を移動することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記層を前記基板上でダイアレイに分割し、前記均一なビームスポットを整数の数の前記ダイを含むような形状にされる請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記界面を照射する段階は、前記界面を、前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光する段階を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板はサファイアウェハーであり、前記少なくとも一の材料層は少なくとも一のＧａＮ層を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも一の層はＧａＮバッファ層を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記均一なビームスポットは248ｎｍエキシマレーザーを用いて形成される請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一の層はＡｌＮバッファ層を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記均一なビームスポットは193ｎｍエキシマレーザーを用いて形成される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記照射は、前記界面に爆発衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて実施し、前記爆発衝撃波は前記第１基板を前記セクションから分離する請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記レーザーエネルギー密度は、約0.60Ｊ/cm２から1.6Ｊ/cm２の範囲である請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記均一なビームスポットは細長ライン形状であり、前記照射段階は前記界面を前記細長ラインで走査することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一の材料層を上に有する基板を備える段階と；
レーザーを用いて
ビームスポットを形成する段階と；
前記第１基板と前記層との間の界面を、前記ビームスポットを用いて照射する段階であって、前記界面はほぼ同心パターンで照射して前記層を前記基板から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項３３】
前記ビームスポットはほぼ多角形形状であり、前記同心パターンは螺旋パターンである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ビームスポットはほぼ円形であり、前記同心パターンは螺旋パターンである請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ビームスポットは均一なビームスポットである３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ビームスポットは可変環状ビームスポットであり、前記可変環状ビームスポットの直径は前記第１基板と前記層との間の前記界面は同心状に走査するように縮小している請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
同心状に前記界面を前記照射する段階は、前記ビームスポットが前記基板に対して螺旋方向に移動するように、前記層を有する前記基板を保持するステージを移動することを含む請求項３２に記載した方法。
【請求項３８】
少なくとも一の材料層を上に有する第１基板を備える段階と；
前記少なくとも一の材料層をエッチングして、前記少なくとも一の層を前記第１基板上にストリートによって分離された複数のセクションに分割する段階であって、前記セクションはダイに対応するところの段階と；
第２基板を前記セクションにつける段階と；
レーザーを用いて均一なビームスポットを形成する段階であって、前記均一なビームスポットは整数の数の前記セクションをカバーするような形状にされている段階と；
前記均一なビームスポットを用いて前記第１基板と前記セクションとの間の界面を照射する段階であって、前記照射は前記整数の数のセクションの各々に対して実施する段階と；
前記第１基板を前記セクションの全てから分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項３９】
前記第１基板を分離した後、前記セクションを分離して前記ダイを形成する段階をさらに備えた請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記セクションを分離する段階は、前記セクション間の前記ストリート上の前記第２基板をけがくことを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１基板はサファイアウェハーである請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも一の層はＧａＮを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２基板はモリブデン又はその合金を含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記少なくとも一の材料層を上に有する第１基板を備える前記段階は、サファイア基板上に多重モノリシックＧａＮ層を成長させることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも一の層に保護コーティングをつける段階と、前記少なくとも一の層をエッチング後であってかつ前記第２基板をつける前に前記保護コーティングを除去する段階とをさらに備えた請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記均一なビームスポットは、前記レーザーによって生成されたロービームをホモジェナイザー及びアパーチャーを通すことによって形成する請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
前記基板をステージ上に移動する段階と；
前記ステージの位置を所定の値と比較する段階であって、前記レーザーは前記位置に基づいてトリガーされて前記ビームスポットを形成し、前記第１基板と前記整数の数のセクションの各々との間の界面を照射する段階と；をさらに備えた請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記レーザーはエキシマレーザーであり、前記界面を照射する段階は、前記整数の数のセクションの各々について前記界面を前記エキシマレーザーの単パルスに露光する段階を含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
前記照射は、前記界面に爆発衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて実施し、前記爆発衝撃波は前記第１基板を前記セクションから分離する請求項３８に記載の方法。
【請求項５０】
前記エネルギー密度は約0.60J/cm2〜1.6J/cm2の範囲である請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２基板をつける前に、前記セクション及び前記ストリート上に金属基板を形成する段階と；
前記セクション間の位置に少なくとも前記金属基板をカットする段階と；
前記第１基板を前記セクションから分離した後に前記金属基板の少なくとも一部を除去する段階と；をさらに備えた請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
少なくとも一のＧａＮ層を上に有する第１基板を備える段階と；
前記ＧａＮ層上に反射膜を含む少なくとも一の膜を形成する段階と；
前記少なくとも一の膜にモリブデンを含む第２基板をつける段階と；
前記第１基板と前記ＧａＮ層との間の界面を照射して、前記第１基板を前記ＧａＮ層から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項５３】
前記反射膜はアルミニウム膜である請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも一の層はさらに、前記アルミニウム膜上に金属膜を含み、第２基板は前記金属膜につけられた前記モリブデンを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記第２基板をつける前に、前記少なくとも一のＧａＮ層及び前記少なくとも一の膜をエッチングして前記第１基板上にストリートによって分離された複数のダイを形成する請求項請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記照射段階は、前記界面を、前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光する段階を含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
少なくとも一の材料層を上に有する第１基板を備える段階と；
前記少なくとも一の材料層に第２基板をつける段階と；
前記界面を前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光することによって、前記第１基板と前記材料層との間の界面を照射して、前記第１基板を前記材料層から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項１】
第１基板と第２基板と前記基板間に少なくとも一の材料層とを備る段階であって、前記少なくとも一の材料層はストリートによって複数のセクションに分離されるところの段階と；
レーザーを用いてビームスポットを形成する段階であって、前記ビームスポットは整数の数の前記セクションをカバーするような形状にされている段階と；
前記ビームスポットを用いて前記第１基板と前記第２基板との間の界面を照射する段階であって、該照射は、前記第１基板が前記セクション全てから分離されるまで前記整数の数のセクションの各々ごとに実施するところの段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項２】
前記照射段階は、前記ビームスポットのステッチを前記セクション間の前記ストリート内だけに生ずるように、前記整数の数のセクションの各々ごとに対して実施する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板と前記層をステージ上に移動する段階と；
前記ステージの位置を所定の値と比較する段階であって、前記レーザーは前記ビームスポットを形成するために前記位置に基づいてトリガーされ、前記第１基板と前記整数の数のセクションの各々との間の前記界面を照射するところの段階と；をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステージは実質的に連続的に移動する請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セクションはほぼ矩形であり、前記ビームスポットはほぼ矩形である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
さらに、前記複数のセクションを形成するために、前記少なくとも一の材料層をエッチングする段階をさらに備えた請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一の材料層をエッチングする前記段階は、レーザーを用いて前記ストリートにおける前記少なくとも一の材料層の一部を選択的に除去することを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも一の材料層をエッチングする前記段階は、エキシマレーザーを用いてパターン化レーザー投影を付与することを含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも一の材料層をエッチングする前記段階は、ＵＶダイオードポンプされる固体レーザーを用いてダイシングすることを含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が半導体ウェハーであり、前記少なくとも一の材料層の前記セクションがダイに対応する請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１基板と前記セクションとの間の前記界面を、ビームホモジェナイザーを用いて形成された均一ビームスポットを用いて照射する請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記界面を照射する段階は、前記界面を、前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記レーザーはエキシマレーザーであり、前記界面を照射する段階は、前記界面を、前記整数の数のセクションの各々について前記エキシマレーザーの単パルスに露光することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記照射段階は、前記界面に爆発衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて実施し、前記爆発衝撃波は前記第１基板を前記セクションから分離する請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記照射段階は、約0.60Ｊ/cm２から1.6Ｊ/cm２の範囲のレーザーエネルギー密度を用いて実施する請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記セクションと前記ストリートを他の材料層によってカバーする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも一の材料層を上に有する基板を備える段階と；
少なくともレーザーとビームホモジェナイザーとを用いて均一なビームスポットを形成する段階と；
前記層と前記基板との間の界面を、実質的に一様に分布するレーザーエネルギー密度を有する前記均一なビームスポットの単パルスを用いて照射して前記層を前記基板から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項１８】
前記均一なビームスポットを形成する段階は、ロービームを前記ビームホモジェナイザーを通過させ、次いで可変アパーチャーを通過させることを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記可変アパーチャーはほぼ方形形状を有する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記レーザーはエキシマレーザーを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記界面を照射する段階は、ほぼ円形方向に前記層を有する前記基板を移動することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記層を前記基板上でダイアレイに分割し、前記均一なビームスポットを整数の数の前記ダイを含むような形状にされる請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記界面を照射する段階は、前記界面を、前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光する段階を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板はサファイアウェハーであり、前記少なくとも一の材料層は少なくとも一のＧａＮ層を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも一の層はＧａＮバッファ層を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記均一なビームスポットは248ｎｍエキシマレーザーを用いて形成される請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一の層はＡｌＮバッファ層を含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記均一なビームスポットは193ｎｍエキシマレーザーを用いて形成される請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記照射は、前記界面に爆発衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて実施し、前記爆発衝撃波は前記第１基板を前記セクションから分離する請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記レーザーエネルギー密度は、約0.60Ｊ/cm２から1.6Ｊ/cm２の範囲である請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記均一なビームスポットは細長ライン形状であり、前記照射段階は前記界面を前記細長ラインで走査することを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
少なくとも一の材料層を上に有する基板を備える段階と；
レーザーを用いて
ビームスポットを形成する段階と；
前記第１基板と前記層との間の界面を、前記ビームスポットを用いて照射する段階であって、前記界面はほぼ同心パターンで照射して前記層を前記基板から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項３３】
前記ビームスポットはほぼ多角形形状であり、前記同心パターンは螺旋パターンである請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記ビームスポットはほぼ円形であり、前記同心パターンは螺旋パターンである請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ビームスポットは均一なビームスポットである３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ビームスポットは可変環状ビームスポットであり、前記可変環状ビームスポットの直径は前記第１基板と前記層との間の前記界面は同心状に走査するように縮小している請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
同心状に前記界面を前記照射する段階は、前記ビームスポットが前記基板に対して螺旋方向に移動するように、前記層を有する前記基板を保持するステージを移動することを含む請求項３２に記載した方法。
【請求項３８】
少なくとも一の材料層を上に有する第１基板を備える段階と；
前記少なくとも一の材料層をエッチングして、前記少なくとも一の層を前記第１基板上にストリートによって分離された複数のセクションに分割する段階であって、前記セクションはダイに対応するところの段階と；
第２基板を前記セクションにつける段階と；
レーザーを用いて均一なビームスポットを形成する段階であって、前記均一なビームスポットは整数の数の前記セクションをカバーするような形状にされている段階と；
前記均一なビームスポットを用いて前記第１基板と前記セクションとの間の界面を照射する段階であって、前記照射は前記整数の数のセクションの各々に対して実施する段階と；
前記第１基板を前記セクションの全てから分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項３９】
前記第１基板を分離した後、前記セクションを分離して前記ダイを形成する段階をさらに備えた請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記セクションを分離する段階は、前記セクション間の前記ストリート上の前記第２基板をけがくことを含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第１基板はサファイアウェハーである請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記少なくとも一の層はＧａＮを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記第２基板はモリブデン又はその合金を含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
前記少なくとも一の材料層を上に有する第１基板を備える前記段階は、サファイア基板上に多重モノリシックＧａＮ層を成長させることを含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも一の層に保護コーティングをつける段階と、前記少なくとも一の層をエッチング後であってかつ前記第２基板をつける前に前記保護コーティングを除去する段階とをさらに備えた請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
前記均一なビームスポットは、前記レーザーによって生成されたロービームをホモジェナイザー及びアパーチャーを通すことによって形成する請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
前記基板をステージ上に移動する段階と；
前記ステージの位置を所定の値と比較する段階であって、前記レーザーは前記位置に基づいてトリガーされて前記ビームスポットを形成し、前記第１基板と前記整数の数のセクションの各々との間の界面を照射する段階と；をさらに備えた請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記レーザーはエキシマレーザーであり、前記界面を照射する段階は、前記整数の数のセクションの各々について前記界面を前記エキシマレーザーの単パルスに露光する段階を含む請求項３８に記載の方法。
【請求項４９】
前記照射は、前記界面に爆発衝撃波を誘起するのに十分なレーザーエネルギー密度を用いて実施し、前記爆発衝撃波は前記第１基板を前記セクションから分離する請求項３８に記載の方法。
【請求項５０】
前記エネルギー密度は約0.60J/cm2〜1.6J/cm2の範囲である請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記第２基板をつける前に、前記セクション及び前記ストリート上に金属基板を形成する段階と；
前記セクション間の位置に少なくとも前記金属基板をカットする段階と；
前記第１基板を前記セクションから分離した後に前記金属基板の少なくとも一部を除去する段階と；をさらに備えた請求項３８に記載の方法。
【請求項５２】
少なくとも一のＧａＮ層を上に有する第１基板を備える段階と；
前記ＧａＮ層上に反射膜を含む少なくとも一の膜を形成する段階と；
前記少なくとも一の膜にモリブデンを含む第２基板をつける段階と；
前記第１基板と前記ＧａＮ層との間の界面を照射して、前記第１基板を前記ＧａＮ層から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【請求項５３】
前記反射膜はアルミニウム膜である請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記少なくとも一の層はさらに、前記アルミニウム膜上に金属膜を含み、第２基板は前記金属膜につけられた前記モリブデンを含む請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記第２基板をつける前に、前記少なくとも一のＧａＮ層及び前記少なくとも一の膜をエッチングして前記第１基板上にストリートによって分離された複数のダイを形成する請求項請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記照射段階は、前記界面を、前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光する段階を含む請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
少なくとも一の材料層を上に有する第１基板を備える段階と；
前記少なくとも一の材料層に第２基板をつける段階と；
前記界面を前記界面に対して角度を有してレーザー光に露光することによって、前記第１基板と前記材料層との間の界面を照射して、前記第１基板を前記材料層から分離する段階と；を備えた基板から少なくとも一の材料層を分離する方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公表番号】特表２００７−５３４１６４（Ｐ２００７−５３４１６４Ａ）
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０６４４５（Ｐ２００７−５０６４４５）
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１０４１２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９４３２０
【国際公開日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【出願人】（５０５３１２２０２）ジェイピー・サーセル・アソシエイツ・インコーポレーテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０１０４１２
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０９４３２０
【国際公開日】平成１７年１０月１３日（２００５．１０．１３）
【出願人】（５０５３１２２０２）ジェイピー・サーセル・アソシエイツ・インコーポレーテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]