專利名稱：激光剝離系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于材料層的分離,更具體而言，關(guān)于一種用于材料層(例如一基板與一生長(zhǎng)于該基板上的膜)的整體式分離的激光剝離(laser lift off )系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
激光剝離可用于分離材料層。一種激光剝離應(yīng)用有利地用于制造發(fā)光二極管 (light emitting diode ;LED)時(shí)將GaN層與藍(lán)寶石基板分離。盡管仰仗著UV激光剝離的優(yōu)點(diǎn)，然而由于低的工藝良率(yield)導(dǎo)致生產(chǎn)率偏低，故GaN LED的制造已受到限制。低工藝良率部分歸因于金屬有機(jī)化學(xué)氣相沈積(Metal-Organic Chemical Vapor Deposit ；M0CVD)工藝中，GaN-藍(lán)寶石晶圓中存在的高殘留應(yīng)力(residual stress)。MOCVD工藝的活化溫度需要超過(guò)600°C。如圖IA所示，經(jīng)由MOCVD工藝而沈積GaN層及InGaN層32于一藍(lán)寶石晶圓 38 上。因 GaN 的熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion ；CTE)(5. 59X10_6/° K)與藍(lán)寶石的熱膨脹系數(shù)(7. 50X10_6/° K)之間存在顯著差異(參見(jiàn)表I )，故當(dāng)GaN/藍(lán)寶石晶圓自MOCVD工藝的高溫冷卻至環(huán)境溫度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高水準(zhǔn)的殘留應(yīng)力，如圖IB所示。殘留應(yīng)力包括GaN上的殘留壓應(yīng)力40與藍(lán)寶石上的殘留張應(yīng)力42。表I GaN及藍(lán)寶石的各種材料特性
權(quán)利要求
1.ー種用于分離材料層的激光剝離方法，該方法包含 提供エ件，該エ件包含至少ー第一材料層及第二材料層； 產(chǎn)生至少ー激光光束；以及 以該至少ー激光光束所形成的一光束點(diǎn)，照射該第一材料層與該第二材料層之間介面處的非鄰接照射區(qū)，其中在該介面處各該照射區(qū)周?chē)纬蓜冸x區(qū)，所述剝離區(qū)延伸超出所述照射區(qū)的尺寸，其中照射所述照射區(qū)的該激光光束的激光能量足以使所述層在所述剝離區(qū)中分離。
2.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中照射所述非鄰接照射區(qū)包含對(duì)至少一照射區(qū)執(zhí)行依序照射，直至所述層在該整個(gè)エ件中分離，其中所述依序照射為非鄰接的。
3.如權(quán)利要求3所述的激光剝離方法，更包含在所述依序照射之間移動(dòng)該エ件。
4.如權(quán)利要求3所述的激光剝離方法，更包含在所述依序照射之間移動(dòng)該至少ー激光光束。
5.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中照射所述非鄰接照射區(qū)包含對(duì)排列成照射圖案的多個(gè)同時(shí)照射區(qū)執(zhí)行依序照射，直至所述層在該整個(gè)エ件上分離，其中該照射圖案中的所述同時(shí)照射區(qū)為非鄰接的。
6.如權(quán)利要求5所述的激光剝離方法，其中所述同時(shí)照射區(qū)排列成圓形照射圖案。
7.如權(quán)利要求5所述的激光剝離方法，其中所述同時(shí)照射區(qū)排列成楔形照射圖案。
8.如權(quán)利要求5所述的激光剝離方法，其中經(jīng)由使所述同時(shí)照射區(qū)相互交叉而執(zhí)行所述依序照射。
9.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中產(chǎn)生至少ー激光光束包含產(chǎn)生原始激光光束并形成數(shù)個(gè)細(xì)光束，且其中所述細(xì)光束為相間隔的，以同時(shí)照射所述非鄰接照射區(qū)的至少一子集。
10.如權(quán)利要求9所述的激光剝離方法，其中形成所述細(xì)光束包含使該原始激光光束經(jīng)過(guò)繞射光學(xué)元件。
11.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中至少部分的所述光束點(diǎn)為線形。
12.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中至少部分的所述光束點(diǎn)為十字形。
13.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中至少部分的所述光束點(diǎn)為L(zhǎng)形。
14.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中照射該非鄰接照射區(qū)包含在該エ件上同時(shí)形成數(shù)個(gè)光束點(diǎn)，以照射排列成照射圖案的照射區(qū)，其中照射該照射圖案的該光束點(diǎn)具有不同的形狀。
15.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中產(chǎn)生該激光光束包含利用超快激光產(chǎn)生超短脈波激光光束。
16.如權(quán)利要求15所述的激光剝離方法，其中該超短脈波激光光束具有脈波寬度及波長(zhǎng)，該脈波寬度小于10皮秒，且該波長(zhǎng)介于約O. 35微米至I微米的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求15所述的激光剝離方法，其中產(chǎn)生該激光光束包含產(chǎn)生具有最大為約200納秒(nanosecond)的脈波歷時(shí)的該激光光束。
18.如權(quán)利要求15所述的激光剝離方法，其中產(chǎn)生該激光光束包含以準(zhǔn)分子激光產(chǎn)生該激光光束，該準(zhǔn)分子激光具有介于約157納米至355納米的范圍內(nèi)的波長(zhǎng)。
19.如權(quán)利要求15所述的激光剝離方法，其中產(chǎn)生該激光光束更包含成型該超短脈波激光光束，以控制形成于所述層的該介面處的該光束點(diǎn)的能量密度。
20.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中該第一層及該第二層包含基板及形成于該基板上的至少ー膜。
21.如權(quán)利要求20所述的激光剝離方法，其中該膜整體地自該エ件的該基板分離。
22.如權(quán)利要求20所述的激光剝離方法，其中該基板為藍(lán)寶石基板，且其中該至少一膜為GaN膜。
23.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中當(dāng)分離該些層時(shí)，所述層至少其中之一被以機(jī)械方式固定。
24.如權(quán)利要求I所述的激光剝離方法，其中該些層的其中之ー為一透明材料制成，且該些層其中之一的另ー者由吸收性材料制成以與該透明材料分離。
25.一種用于自至少一基板分離至少一材料層的激光剝離方法，該方法包含 提供至少一基板，該至少一基板具有形成于其上的至少ー材料層； 產(chǎn)生多個(gè)激光細(xì)光束； 以所述激光細(xì)光束所形成的光束點(diǎn)圖案同時(shí)照射一照射圖案，該照射圖案包含位于該層與該基板間的介面處的非鄰接照射區(qū)；以及 移動(dòng)該照射圖案至不同位置以進(jìn)行依序照射，直至該層自該基板分離。
26.如權(quán)利要求25所述的激光剝離方法，其中移動(dòng)該照射圖案，以使所述照射區(qū)具有正性交迭、零交迭或負(fù)性交迭。
27.如權(quán)利要求25所述的激光剝離方法，其中移動(dòng)該照射圖案，以使所述照射區(qū)具有正性交迭、零交迭或負(fù)性交迭，且其中該交迭因不同的軸線而異。
28.如權(quán)利要求25所述的激光剝離方法，其中經(jīng)由在エ件上進(jìn)行線性掃描而移動(dòng)該照射圖案。
29.如權(quán)利要求25所述的激光剝離方法，其中經(jīng)由在エ件上進(jìn)行相互交叉的掃描而移動(dòng)該照射圖案。
30.如權(quán)利要求25所述的激光剝離方法，其中經(jīng)由移動(dòng)該エ件而移動(dòng)該照射圖案。
31.如權(quán)利要求25所述的激光剝離方法，其中經(jīng)由移動(dòng)所述細(xì)光束而移動(dòng)該照射圖案。
32.—種用于分離材料層的激光剝離方法，該方法包含 提供エ件，該エ件包含至少ー第一材料層及ー第二材料層； 產(chǎn)生至少ー激光光束；以及 以光束點(diǎn)照射該第一層與該第二層之間介面處的交迭照射區(qū)，該光束點(diǎn)由該至少ー激光光束所形成且于逐步方向上移動(dòng)，其中所述照射區(qū)為交迭的，以使該介面處顯著數(shù)量的位置暴露于相同數(shù)目的激光照射脈波，其中所述位置處的該激光照射脈波數(shù)目足以使所述層分離。
33.如權(quán)利要求32所述的激光剝離方法，其中該光束點(diǎn)以步長(zhǎng)移動(dòng)，該步長(zhǎng)為該光束點(diǎn)的寬度的約二分之一。
34.如權(quán)利要求32所述的激光剝離方法，其中該光束點(diǎn)及所述照射區(qū)為正方形的，且其中該介面處的每一位置皆暴露于四個(gè)激光照射脈波。
35.如權(quán)利要求32所述的激光剝離方法，其中該光束點(diǎn)及所述照射區(qū)為六邊形的，且其中該介面處的每一位置皆暴露于三個(gè)激光照射脈波。
36.如權(quán)利要求32所述的激光剝離方法，其中該光束點(diǎn)及所述照射區(qū)為矩形的，且其中所述照射區(qū)在不同方向上具有不同的交迭。
37.一種激光剝離系統(tǒng)，包含 ー激光，用于產(chǎn)生原始激光光束； 一光束成型器，用于將該原始激光光束成型為成型光束；以及一點(diǎn)陣列產(chǎn)生器，用于接收該成型光束并產(chǎn)生非鄰接光束點(diǎn)陣列，所述非鄰接光束點(diǎn)排列成預(yù)定圖案。
38.如權(quán)利要求37所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該激光包含超快激光，以用于產(chǎn)生超短脈波激光光束。
39.如權(quán)利要求37所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該光束成型器包括遮罩。
40.如權(quán)利要求39所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該光束成型器包括光束成型光學(xué)器件，以用于成型該光束并改變?cè)摴馐哪芰棵芏取?br> 41.如權(quán)利要求39所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該點(diǎn)陣列產(chǎn)生器包含全像光學(xué)元件。
42.如權(quán)利要求37所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該點(diǎn)陣列產(chǎn)生器包括遮罩，該遮罩包含數(shù)個(gè)孔。
43.一種激光剝離系統(tǒng)，包含 激光，用于產(chǎn)生原始激光光束； 光束成型器，用于將該原始激光光束成型為ー成型光束并用于改變?cè)摴馐哪芰棵芏?；以? 檢流計(jì)，用于在該エ件上掃描該成型光束點(diǎn)。
44.如權(quán)利要求43所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該激光包括超快激光，以用于產(chǎn)生超短脈波激光光束。
45.如權(quán)利要求43所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該光束成型器包含光束成型光學(xué)器件。
46.如權(quán)利要求43所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該光束成型器包括遮罩。
47.如權(quán)利要求43所述的激光剝離系統(tǒng)，其中該光束成型器包含光束成型器件及一遮罩。
全文摘要
本發(fā)明提供激光剝離系統(tǒng)及方法，其可用于經(jīng)由以下方式來(lái)提供整體式激光剝離并使裂紋最小減小一或多個(gè)光束點(diǎn)在一或多個(gè)維度上的大小以減小羽煙壓力(plume pressure)、同時(shí)維持足夠的能量以達(dá)成分離。經(jīng)由照射具有各種形狀及呈各種圖案的照射區(qū)，該等激光剝離系統(tǒng)及方法可更有效地利用激光能、減少在層分離時(shí)的裂紋并提高生產(chǎn)率。本文所述的某些激光剝離系統(tǒng)及方法經(jīng)由照射使激光剝離區(qū)(lift off zone；LOZ)延伸超出照射區(qū)的非鄰接照射區(qū)來(lái)分離各個(gè)材料層。本文所述的其他激光剝離系統(tǒng)及方法經(jīng)由對(duì)照射區(qū)進(jìn)行成型及經(jīng)由以能避免工件被不均勻曝光的方式控制各照射區(qū)的交迭來(lái)分離各個(gè)材料層。根據(jù)至少一實(shí)施例，一種激光剝離系統(tǒng)及方法可用于在一半導(dǎo)體晶圓的一基板上提供對(duì)一或多個(gè)外延層的整體式剝離。
文檔編號(hào)H01L21/30GK102714150SQ201080055594
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者J·P·賽塞爾, M·門(mén)德斯, 胡吉 申請(qǐng)人:Jp賽席爾聯(lián)合股份有限公司