特許 6008210 レーザリフトオフ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6008210

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】レーザリフトオフ装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/14 20140101AFI20161006BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20161006BHJP

   B23K 26/36 20140101ALI20161006BHJP

   B23K 26/402 20140101ALI20161006BHJP

   B23K 26/57 20140101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/14

   B23K26/08 D

   B23K26/36

   B23K26/402

   B23K26/57

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-79351(P2014-79351)

(22)【出願日】2014年4月8日

(65)【公開番号】特開2015-199094(P2015-199094A)

(43)【公開日】2015年11月12日

【審査請求日】2015年1月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097548

【弁理士】

【氏名又は名称】保立 浩一

(72)【発明者】

【氏名】鳴海 恵司

【審査官】 山崎 孔徳

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５１２２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９１１１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／１４

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

Ｂ２３Ｋ ２６／３６

Ｂ２３Ｋ ２６／４０２

Ｂ２３Ｋ ２６／５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ源と、
レーザ源からのレーザ光を照射位置に導くレーザ光学系と、
照射位置にワークを保持するワークステージとを備えたレーザリフトオフ装置であって、
レーザ光学系の光軸に対して垂直な面内で互いに直交する方向にワークステージを移動させる移動機構が設けられており、
ワークは、レーザ光を透過するサファイア基板を有しており、レーザ源及びレーザ光学系は、サファイア基板をワークから剥離させ、ワークからサファイア基板が飛び出す程度の強度でレーザ光をワークに照射するものであり、
ワークから飛び出したサファイア基板を照射位置とレーザ光学系との間の光路上から退避させる退避手段が設けられており、
退避手段は、照射位置とレーザ光学系との間の光路上に当該光路に交差する向きの気流を発生させる整流部材及びブロアを備えており、整流部材は、気流取り込み孔と、気流によりサファイア基板が排出される基板排出口とを有しており、
レーザ光学系の出射側の光路上には、ワークから飛び出してきたサファイア基板が衝突する受け部材が設けられており、受け部材は、レーザ光に対して透光性の部材であって光路を横断する状態で設けられていることを特徴とするレーザリフトオフ装置。

【請求項2】

前記受け部材の照射位置に近い側の面は、前記レーザ光学系の光軸に垂直な面に対して前記気流の下流側に向けて傾けられた面となっていることを特徴とする請求項１記載のレーザリフトオフ装置。

【請求項3】

前記受け部材の前記照射位置に近い側の面は、前記レーザ光の光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度であることを特徴とする請求項２記載のレーザリフトオフ装置。

【請求項4】

前記受け部材は、サファイア製であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載のレーザリフトオフ装置。

【請求項5】

前記ワークステージは水平な姿勢でワークを保持するものであって、前記レーザ源及びレーザ光学系は、上側からワークにレーザ光を照射するものであり、
前記受け部材は、ワークから真上に飛び出したサファイア基板が衝突した際に当該サファイア基板が前記基板排出口に向けて跳ね返る姿勢で配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のレーザリフトオフ装置。

【請求項6】

前記受け部材は、ビームスプリッタではないことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のレーザリフトオフ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願の発明は、二つの部材より成るワークに対してレーザ光を照射することで一方の部材を他方の部材から剥離させるレーザリフトオフの技術に関するものであり、より具体的には半導体発光素子の製造プロセスにおいて好適に用いることができるレーザリフトオフの技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤや半導体レーザといった半導体発光素子の製造プロセスでは、透光性及び良好な絶縁性を持つサファイア基板がしばしば使用され、サファイア基板上に結晶成長等により材料層が造り込まれる。最終的にはサファイア基板は不要になる場合が多く、光の取り出し効率を向上させたり導通構造をコンパクトにしたりする観点から、サファイア基板を材料層から剥離させて取り除くリフトオフ工程が行われることが多くなってきている。サファイア基板のリフトオフは、下地である材料層に損傷与えることなく行う必要があるため、レーザ光照射によるリフトオフ（レーザリフトオフ、ＬＬＯ）の技術が採用されている。

【0003】

特許文献１には、このようなレーザリフトオフを行う装置（レーザリフトオフ装置）の一例が開示されている。図６は、このような従来例のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。従来例のレーザリフト装置は、レーザ源１、レーザ源１からのレーザ光の照射位置にワークＷを保持するステージ（以下、ワークステージ）４、ワークステージ４について設定された照射位置にレーザ源１からのレーザ光を導くレーザ光学系２０などを備えている。
レーザ光学系２０は、ワークＷに対して所望のパターンでレーザ光を照射するため、マスク２１と投影レンズ２とを含んでいる。投影レンズ２は、ワークＷに対してマスク２１のパターンを投影するものである。

【0004】

特許文献１では、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系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レーザリフトオフを行う点が開示されている。このプロセスでは、図６に示すように、サファイア基板Ｓ１とサファイア基板Ｓ１に形成された材料層Ｍとから成るものがワークＷとなっている。材料層とは、発光作用を為す又は発光に関与する半導体層のことであり、ＧａＮ系であれば、ｐ−ＧａＮ層、ｎ−ＧａＮ層及びそれらに挟まれた活性層（発光層）等から成る。

【0005】

図７は、従来のレーザリフトオフ工程を含むプロセスの概略について示した図である。図７において、同様にＧａＮ系半導体発光素子の製造プロセスを例にすると、まず、サファイア基板Ｓ１上にＧａＮ層を含む材料層Ｍや電極（不図示）等を形成する（図７（１））。そして、その上にサポート基板Ｓ２を被せて接合する（図７（２））。次に、全体を裏返してサファイア基板Ｓ１を上側にした状態でレーザ光Ｌを照射する（図７（３））。ワークを移動させながらレーザ光Ｌが順次照射され、レーザ光Ｌは、サファイア基板Ｓ１と材料層Ｍの界面の全面に照射される。レーザ光Ｌの照射により、界面において材料層ＭのＧａＮが分解する。ＧａＮの分解により窒素ガスが発生するとともに、材料層Ｍの表面には薄いＧａの層が形成される。

【0006】

レーザ光照射後、ワークＷを３０℃程度に加熱してＧａ層を融解させ、サファイア基板Ｓ１を材料層Ｍから剥離させて引き離す（図７（４））。尚、図７に示すように、従来例のレーザリフトオフでは、サファイア基板Ｓ１と材料層Ｍとから成るものがワークである。
レーザリフトオフ工程の後、切断工程が行われる。切断工程は、材料層Ｍとサポート基板Ｓ２とから成るワークを切断してチップ状とする。その後、組み立て工程でパッケージングがされ、最終的な製品となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１２−１９１１１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

周知のように、ＬＥＤや半導体レーザといった半導体発光素子のチップサイズは、数百μｍ程度から数ｍｍ程度まで様々であるが、いずれにしても微小なものである。このような微小なチップサイズの発光素子を製造する場合、通常、比較的大きな基板上に素子構造を造り込んだ後、切断（ダイシング）工程を行って個々のチップを得る。

【0009】

上述したように、従来のレーザリフトオフ工程は、切断工程よりも前の工程として実施されており、例えば直径１００〜２００ｍｍといった大きさのサファイア基板を含むワークに対してリフトオフを行っている。しかしながら、プロセス上の都合から、切断工程の後にレーザリフト工程が行われる場合がある。発明者の研究によると、切断工程の後にレーザリフト工程を行うと、予測できなかった新たな問題が発生することが判明した。以下、この点について図８を使用して説明する。図８は、従来例のレーザリフト装置における問題について示した正面図である。

【0010】

切断工程を行ってからリフトオフ工程を行う場合には、ワークはチップのものということになる。即ち、図８に示すように、各々チップ状のワーク（以下、チップ状ワークという）Ｗについてリフトオフを行う。各チップ状ワークＷは、サポート基板Ｓ２の上に貼り付けられ、装置に投入される。そして、各チップ状ワークＷにレーザ光が照射され、各々サファイア基板Ｓ１が材料層Ｍから剥離されて除去される。

【0011】

発明者の研究によると、図８に示すようなチップ状ワークＷにレーザ光を照射してリフトオフを行うと、切断前のワークに対してレーザ光を照射してリフトオフを行う場合には考えられなかった問題が生じることが判明した。以下、この点について説明する。
図８に示すようなチップ状ワークＷにレーザ光を照射する場合、照射対象物が小さいことから、１回のパルスでワークＷの全面（界面の全面）をカバーすることが可能で、１回のパルスでリフトオフを完了させることも可能である。しかしながら、発明者の実験によると、小さいチップ状ワークＷに対して１回のパルスでリフトオフを完了するようにすると、剥離するサファイア基板Ｓ１も小さいため、剥離によってサファイア基板Ｓ１が飛び出してくる。これは、ワークＷにおいて界面の全面で窒素ガスが発生し、サファイア基板Ｓ１が全面で窒素ガスの蒸発圧力を受けるからである。

【0012】

このように空中に飛び出したサファイア基板Ｓ１は、次のチップ状ワークＷに対するリフトオフ処理の障害となり得る。図８に示すようにサポート基板Ｓ２上に各チップ状ワークＷが配列されている場合には、ワークステージ４を逐次移動させて各チップ状ワークＷを順次照射位置に位置させてリフトオフを行う。この場合、あるチップ状ワークＷのリフトオフにおいて飛び出したサファイア基板Ｓ１が別のチップ状ワークＷの上に落下して被さってしまうと、その別のチップ状ワークＷに対するリフトオフの障害となる。即ち、被さったものはサファイア基板Ｓ１であり、透光性ではあるが、レーザ光を散乱させてしまうので、下側のチップ状ワークＷに対して十分な強度の均一なレーザ光が照射されなくなってしまう。この結果、当該チップ状ワークＷについてリフトオフが不十分となったり、不均一なレーザ光照射により材料層にクラック等の損傷が生じたりする恐れがある。

【0013】

また、パルスの周期によっては、サファイア基板Ｓ１が真下に飛行（落下）しているタイミングで次のパルスのレーザ光が照射されることもあり得る。この場合、光路上に（即ちレーザ光のビーム内に）サファイア基板Ｓ１が位置するため、サファイア基板Ｓ１によってレーザ光が散乱される。この結果、同様にレーザ光の照度が不足したり不均一になったりして、次のチップ状ワークＷについてのリフトオフが不良となる恐れがある。

【0014】

この出願の発明は、上記のような課題を解決するために為されたものであって、チップ状ワークのような小さなワークについてリフトオフを行う場合にも、リフトオフが不十分となったりワークにおいて損傷が発生したりすることがないようにすることを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、
レーザ源と、
レーザ源からのレーザ光を照射位置に導くレーザ光学系と、
照射位置にワークを保持するワークステージとを備えたレーザリフトオフ装置であって、
レーザ光学系の光軸に対して垂直な面内で互いに直交する方向にワークステージを移動させる移動機構が設けられ、
ワークは、レーザ光を透過するサファイア基板を有しており、レーザ源及びレーザ光学系は、サファイア基板をワークから剥離させ、ワークからサファイア基板が飛び出す程度の強度でレーザ光をワークに照射するものであり、
ワークから飛び出したサファイア基板を照射位置とレーザ光学系との間の光路上から退避させる退避手段が設けられており、
退避手段は、照射位置とレーザ光学系との間の光路上に当該光路に交差する向きの気流を発生させる整流部材及びブロアを備えており、整流部材は、気流取り込み孔と、気流によりサファイア基板が排出される基板排出口とを有しており、
レーザ光学系の出射側の光路上には、ワークから飛び出してきたサファイア基板が衝突する受け部材が設けられており、受け部材は、レーザ光に対して透光性の部材であって光路を横断する状態で設けられている
という構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記受け部材の前記照射位置に近い側の面は、前記レーザ光学系の光軸に垂直な面に対して前記気流の下流側に向けて傾けられた面となっているこという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項２の構成において、前記受け部材の前記照射位置に近い側の面は、前記レーザ光の光軸に垂直な面に対して１０度以上６０度以下の角度であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１乃至３いずれかの構成において、前記受け部材は、サファイア製であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１乃至４いずれかの構成において、前記ワークステージは水平な姿勢でワークを保持するものであって、前記レーザ源及びレーザ光学系は、上側からワークにレーザ光を照射するものであり、
前記受け部材は、ワークから真上に飛び出したサファイア基板が衝突した際に当該サファイア基板が前記基板排出口に向けて跳ね返る姿勢で配置されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１乃至５いずれかの構成において、前記受け部材は、ビームスプリッタではないという構成を有する。

【発明の効果】

【0016】

以下に説明する通り、この出願の請求項１記載の発明によれば、リフトオフによりワークから飛び出したサファイア基板は光路から退避させられるので、次のワークに対するレーザ光照射の障害となることはない。このため、各ワークに対して十分な強度の均一なレーザ光が照射され、各ワークに対して安定して良質なリフトオフ処理が行われる。
また、飛び出した部材を気流により光路から退避させるので、構造的にシンプルになり、コストも安価にできる。
また、ワークから飛び出したサファイア基板が受け部材に衝突することはあってもレーザ光学系の構成部材に衝突することはないので、レーザ光学系の構成部材が保護される。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、受け部材の照射位置に近い側の面が気流の下流側に向けて傾けられた面となっているので、ワークから飛び出した部材が受け部材に衝突した際、この部材は気流に下流側に向けて跳ね返り易い。このため、当該部材をより確実に光路から退避させることができる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、受け部材がレーザ光に対して透明なサファイア製であるので、レーザ光照射時にも受け部材を退避させる必要がなく、この点で構造的にシンプルになり、またコストも安価にできる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この出願の発明の第一の実施形態であるレーザリフトオフ装置の概略図である。

【図2】実施形態の装置におけるレーザ光の照射パターンについて示した斜視概略図である。

【図3】図１に示す実施形態の装置における退避手段７の構成及び作用について示した正面断面概略図である。

【図4】第二の実施形態のレーザリフトオフ装置の主要部の正面概略図である。

【図5】第三の実施形態のレーザリフトオフ装置の主要部の斜視概略図である。

【図6】従来例のレーザリフトオフ装置の正面概略図である。

【図7】従来のレーザリフトオフ工程を含むプロセスの概略について示した図である。

【図8】従来例のレーザリフト装置における問題について示した正面概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

次に、この出願の発明を実施するための形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態であるレーザリフトオフ装置の概略図である。図１に示すレーザリフト装置は、前述した従来例の装置と同様、基板Ｓ１と基板Ｓ１に形成された材料層Ｍとから成るワークＷに対して当該基板Ｓ１を透過するレーザ光を照射して当該基板Ｓ１を材料層Ｍから剥離させる装置となっている。典型的には、基板Ｓ１はサファイア基板であり、材料層Ｍは、サファイア基板Ｓ１に形成されたＧａＮ層を含む層である。そして、実施形態の装置は、切断工程の後にリフトオフ工程が行われることを前提としており、従ってワークＷはチップ状ワークである。

【0019】

図１に示すように、実施形態のレーザリフトオフ装置は、レーザ源１と、当該レーザ源１から出射されたレーザ光を照射位置に導くレーザ光学系２０と、照射位置を相対的に移動させる移動機構３とを備えている。
レーザ源１には、この実施形態ではＫｒＦエキシマレーザが使用されている。発振波長は２４８ｎｍで、１〜４０００Ｈｚ程度のパルス発振のものとなっている。

【0020】

レーザ光学系２０は、レーザ光を所望のパターンで照射するためのマスク２１と、マスク２１に照射するレーザ光のビームを適宜拡大したり整形したりするシリンドリカルレンズ群２２，２３と、ミラー２４と、マスク２１の像を照射面に投影する投影レンズ２とを備えている。
マスク２１は、照射パターンの形状の開口を有するもので、アパーチャと呼び得るものである。この実施形態では照射パターンは方形であるので、マスク２１の開口も方形である。
投影レンズ２は、鮮鋭なパターンでレーザ光を照射するためのものである。鮮鋭なパターンとすることは、エネルギー密度を高くすること、周辺に対して不必要に照射しないこと、パターン内での照度分布の均一性を高めることといった観点から必要となる。この実施形態では、投影レンズ２の倍率は１未満であり、レーザ光を集光して照射するものとなっている。

【0021】

実施形態の装置は、上記投影レンズ２による照射位置（マスク２１の像の投影位置）にチップ状ワークＷを保持するワークステージ４を備えている。移動機構３は、ワークステージ４に対して相対的に照射位置を移動させる機構となっている。ワークステージ４は、上面においてチップ状ワークＷを保持する台状の部材であり、チップ状ワークＷを真空吸着して保持する機構が必要に応じて設けられる。尚、図１に示すように、ワークステージ４に直接載置されるのはサポート基板Ｓ２であり、各チップ状ワークＷはサポート基板Ｓ２の上に接合されている。

【0022】

移動機構３は、ワークステージ４をＸＹ方向に移動させる機構（ＸＹ移動機構）となっている。ＸＹ方向は、レーザ光学系２０の光軸に対して垂直な面内で互いに直交する方向である。照射位置は光軸上であるので、移動機構３は、ワークステージ４について照射位置を相対的にＸＹ方向に移動させる機構となっている。「相対的に」とは、静止したレーザ光学系２０に対してワークステージ４が移動することでワークステージ４上の照射位置が移動しても良いし、静止したワークステージ４に対してレーザ光学系２０が移動することで照射位置が移動しても良いという意味である。レーザ光学系２０が移動する構成とは、レーザ光学系２０全体が移動する場合の他、例えばミラー２４に駆動機構が付設されていてミラー２４の角度が適宜変更されることで照射位置が移動する場合もあり得る。

【0023】

この実施形態の装置は、チップ状ワークＷを対象としたリフトオフを最適化した構成を備えており、その一つが、レーザ光の照射パターンのサイズであり、照射エネルギーの制御である。この点について、図２を使用して説明する。図２は、実施形態の装置におけるレーザ光の照射パターンについて示した斜視概略図である。図２に示すように、実施形態の装置では、照射パターンＩはチップ状ワークＷよりも少し大きいほぼ方形のパターンとなっている。例えば、チップ状ワークＷが０．１ｍｍ角〜１．０ｍｍ角であるとすると、照射パターンＩは、０．２ｍｍ角〜１．１ｍｍ角程度とされる。

【0024】

また、図１に示すように、実施形態の装置は、レーザ源１から発振されるレーザ光のエネルギーを計測するエネルギー計測器５と、装置の各部を制御する主制御部６とを備えている。主制御部６は、エネルギー計測器５からの出力に従ってレーザ源１を制御するものとなっている。エネルギー計測器５としては、Ｓｉフォトダイオード又はパイロエレクトリックセンサ等を使用することができる。レーザ源１からの光路上には、ビームスプリッタ２５が挿入されており、ここから取り出した一部のレーザ光が入射する位置にエネルギー計測器５が配置されている。

【0025】

主制御部６は、チップ状ワークＷに対する１パルスのみのレーザ光照射でリフトオフが完了するよう照射エネルギーを制御するものとなっている。周知のように、ＫｒＦエキシマレーザは、ＫｒとＦの混合ガス中で放電を生じさせ、放電によって生成されるＫｒＦエキシマが基底状態に落ちる際の発光を利用して誘導放出を行うものである。従って、図１に示すように、レーザ源１は、ＫｒとＦの混合ガスを封入したチャンバ１１と、チャンバ１１内で放電を生じさせるためのレーザ電源１２と、レーザ電源１２を制御するコントローラ１３と含んでいる。

【0026】

主制御部６は、エネルギー計測器５からの出力に従ってレーザ源１のコントローラ１３に信号を送り、出力を制御する。この際、最適な１パルスのエネルギー値が予め定められており、このエネルギー値になるようコントローラに送られる。最適な１パルスのエネルギー値とは、一つのチップ状ワークＷに対する１パルスのレーザ光照射によりリフトオフが完了する（１個のサファイア基板Ｓ１が取り去られる）のに必要なエネルギーということである。

【0027】

ＬＥＤや半導体レーザといった半導体発光素子の製造プロセスでは、前述したようにチップ状ワークＷのサイズは０．１ｍｍ角〜１．０ｍｍ角程度であり、１パルスでリフトオフを完了する最適なエネルギーは６００ｍＪ／ｃｍ２〜９００ｍＪ／ｃｍ２程度である。この場合の照射パターンは０．２ｍｍ角〜１．１ｍｍ角程度であるから、１パルスの全体の最適エネルギーは０．２ｍＪ〜１１ｍＪ程度ということになる。この範囲で最適エネルギー値が選定され、このエネルギーとなるようマスク２１の開口サイズが変更される。

【0028】

移動機構３について補足すると、移動機構３は、図１及び図２に示す各チップ状ワークＷについて１パルスのレーザ光が順次照射されるように照射位置を移動させる機構となっている。主制御部６は、レーザ源１のパルス周期に従って移動機構３に制御信号を送り、各パルスの合間（インターバル）においてワークステージ４をＸ方向又はＹ方向に所定距離移動させる。移動距離は、図２に示す各チップ状ワークＷの配置に応じたものである。

【0029】

即ち、図２に示すように、各チップ状ワークＷは、サポート基板Ｓ２上において縦横に並んで配列されている。サポート基板Ｓ２は、各チップ状ワークＷの縦横の配列方向が移動機構３におけるＸＹ方向に一致するよう精度良くワークステージ４に載置され、真空吸着等の方法によりワークステージ４に保持されるようになっている。移動機構３は、あるチップ状ワークＷに対する１パルスのレーザ光照射が終了した後、ワークステージ４をＸ方向又はＹ方向に移動させ、縦又は横に隣接する次のチップ状ワークＷが照射位置に位置するようにする。従って、移動距離は、各チップ状ワークＷの離間距離ということになる。尚、移動機構３は、各チップ状ワークＷの中心（方形の輪郭における中心）が光軸Ａ上に位置するようワークステージ４の位置制御（アライメント）をする。そして、上記移動後には、次のチップ状ワークＷの中心が光軸Ａ上に位置した状態となる。

【0030】

レーザ源１のパルス周期は、制御データとして主制御部６に予め入力されている。主制御部６は、レーザ源１のパルス動作に同期した形で移動機構３が動作するよう移動機構３に制御信号を送る。即ち、主制御部６は、各パルスの合間に上記移動を行うよう移動機構３を制御するものとなっている。

【0031】

一方、実施形態の装置は、前述したリフトオフ時のサファイア基板Ｓ１の飛び出しに起因した問題を解決するための構造を有している。具体的には、図１に示すように、実施形態の装置は、レーザ光照射により剥離してワークＷから飛び出した部材を退避させる退避手段７を備えている。この実施形態では、ワークＷはチップ状ワークであり、除去する対象はサファイア基板Ｓ１であるので、退避手段７はサファイア基板Ｓ１を退避させるものとなっている。図３は、図１に示す実施形態の装置における退避手段７の構成及び作用について示した正面断面概略図である。

【0032】

退避手段７は、飛び出したサファイア基板Ｓ１が次のチップ状ワークＷのリフトオフの障害にならないように退避させるものである。即ち、退避手段７は、飛び出したサファイア基板Ｓ１を、レーザ光学系２と照射位置との間の光路上から退避させるものである。
退避手段７としては、この実施形態では、サファイア基板Ｓ１が軽量であることを考慮し、気流を発生させて退避させる手段が採用されている。発生する気流の向きは、レーザ光学系２と照射位置との間の光路の方向に交差する向きである。

【0033】

具体的に説明すると、退避手段７は、ブロア７１と、ブロア７１が動作した際に光路に交差する向きに気流が形成されるようにする整流部材７２等から構成されている。整流部材７２は、ワークステージ４とレーザ光学系２０の間の光路を取り囲むほぼ筒状の部材である。図３に示すように、整流部材７２には、気流取り込み孔７２１と、基板排出口７２２とが形成されている。
気流取り込み孔７２１は、ワークステージ４に近い側に形成されており、比較的小さい孔である。基板排出口７２２は、サファイア基板Ｓ１を排出するための開口であり、気流取り込み孔７２１に比べて大きい。基板排出口７２２は、気流取り込み孔７２１に比べてレーザ光学系２０に近い位置にある。

【0034】

図３に示すように、整流部材７２はダクト部７２３を有しており、ブロア７１はダクト部７２３を通して吸引する状態で配置されている。ブロア７１が動作すると、気流取り込み孔７２１から整流部材７２内に周囲の空気が進入し、図１中矢印Ｆで示す向きの気流が発生する。気流Ｆは、図３に示すように、光路に交差する向きであり、且つワークステージ３からレーザ光学系２０に近づく向きである。チップ状ワークＷから飛び出したサファイア基板Ｓ１は、この気流Ｆにより押し流されて光路から退避し、基板排出口７２２を通って排出されるようになっている。

【0035】

尚、図１に示すように、ワークステージ４上のサポート基板Ｓ２は、整流部材７２の下端から離間しており、隙間が形成されている。ブロア７１が動作した際、この隙間からも風が流れ込み、気流Ｆと合流する。この下方からの風は、ワークステージ４上のサポート基板Ｓ２に落下しようとするサファイア基板Ｓ１を押し上げ、気流Ｆに乗せて排出させる効果がある。尚、ワークステージ４がサポートＳ２を真空吸着する機構を備える場合、気流Ｆによってサポート基板Ｓ２が移動しないよう通常よりも吸着力を高く設定する場合があり得る。

【0036】

図１に示すように、この実施形態では、整流部材７２はワークステージ３に近くなるに従って徐々に断面積が小さくなる形状となっている。この点は、より下方において流速が高くなるようにするためであり、サファイア基板Ｓ１の押し上げ効果を確実にしている。尚、整流部材７２の徐々に断面積が小さくなる部分は、光軸Ａに対して非対称であり、一方の側が光軸Ａに沿った面で、他方の側がテーパ面となっている。他方の側はブロア７１が動作して吸引した際、気流Ｆがスムーズに形成されるのにテーパ面は寄与している。

【0037】

また、この実施形態では、投影レンズ２の出射側の光路上に受け部材７３が設けられている。受け部材７３は、光路を横断する状態で設けられており、レーザ光学系２０のうち最も出射側に位置する部材である投影レンズ２とワークステージ４との間に配置されている。
受け部材７３の機能の一つは、投影レンズ２の保護である。発明者が実験により確認したところでは、リフトオフの際、サファイア基板Ｓ１はかなりの勢いで飛び出し、１ｍはゆうに越える高さに達する。図１に示すように、ワークステージ４の上方にはレーザ光学系２０の投影レンズ２が配置されており、何も配置されていない状態では、飛び出してきたサファイア基板Ｓ１が投影レンズ２に衝突してしまう。発明者らは、このサファイア基板Ｓ１の衝突により投影レンズ２が傷ついてしまうのを確認している。

【0038】

このような点を考慮し、実施形態の装置は、投影レンズ２の出射側に受け部材７３を配置している。受け部材７３は、投影レンズ２を覆っているので、飛び出してきたサファイア基板Ｓ１は受け部材７３に衝突するものの投影レンズ２には衝突しない。このため、投影レンズ２の損傷が防止される。投影レンズ２は高価な光学部品であるので、損傷により交換が余儀なくされるとコスト上の問題が生じるし、交換の際の手間（位置合わせ等）により生産性が低下する問題もある。実施形態の装置では、このような問題はない。

【0039】

受け部材７３は、この他、補助的な機能として、整流部材７２とともに気流Ｆを整える作用を有する。整流部材７２の上端は、投影レンズ２から離間しており、両者の間の比較的大きな隙間が形成されている。このままの状態であると、ブロア７１が動作した際、この上側の隙間から風が大きく流れ込み、気流Ｆを乱したり弱めたりしてしまう。実施形態の装置では、受け部材７３がこの部分を遮蔽しているため、気流Ｆがよりスムーズに形成される。受け部材７３は、整流部材７２の上端に接触していても良く、小さな隙間で離間していてもよい。
この実施形態では、受け部材７３ではレーザ光に対して透光性である必要があり、このため、サファイア製となっている。サファイアは高硬度であるので、サファイア基板Ｓ１が衝突しても傷つきにくいメリットがある。

【0040】

上記のように、実施形態の装置では、リフトオフにより飛び出したサファイア基板Ｓ１は光路から退避させられるので、次のチップ状ワークＷに対するレーザ光照射の障害となることはない。このため、各チップ状ワークＷに対して十分な強度の均一なレーザ光が照射され、各チップ状ワークＷに対して安定して良質なリフトオフ処理が行われる。
尚、気流Ｆの流速について一例を説明すると、例えばサファイア基板Ｓ１が０．１ｍｍ角〜２．０ｍｍ角の大きさで、厚さが１００〜５００μｍ程度であるとすると、２０ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓ程度の流速で良い。

【0041】

次に、第二の実施形態のレーザリフトオフ装置について説明する。図４は、第二の実施形態のレーザリフトオフ装置の主要部の正面概略図である。第二の実施形態の装置は、受け部材７３の配置が第一の実施形態と異なっている。即ち、図４に示すように、第二の実施形態では、受け部材７３は、光軸Ａに対して垂直ではなく斜めに配置されている。
第二の実施形態においても、受け部材７３はサファイア製の平板状の部材である。そして、図４に示すように、光軸Ａに垂直な面に対して角度θを成すように傾けられている。角度θは、１０〜６０度程度の範囲で適宜選定される。

【0042】

このように受け部材７３を傾けて配置することは、受け部材７３に衝突したサファイア基板Ｓ１が、退避手段７が形成する気流Ｆの下流側に向けて跳ね返るようにするためである。この実施形態では、ブロア７１は正面視で右側から吸引するよう配置されており、気流Ｆは左側から右側に流れる。従って、受け部材７３は、ワークステージ４と対向した面が、気流Ｆの下流側（右側）に向けて傾くよう配置されている。

【0043】

この実施形態においても、レーザ光照射により剥離したサファイア基板Ｓ１はチップ状ワークＷから飛び出して受け部材７３に衝突するが、受け部材７３が上記のように傾けて配置されているため、図４に示すように基板排出口７２２に向けて跳ね返り易くなり、より確実に基板排出口７２２から排出される。このため、サポート基板Ｓ２に向けてサファイア基板Ｓ１が落下して次のチップ状ワークＷのリフトオフ処理の障害となる問題がより少なくなる。

【0044】

次に、第三の実施形態のレーザリフトオフ装置について説明する。図５は、第三の実施形態のレーザリフトオフ装置の主要部の斜視概略図である。第三の実施形態の装置も、受け部材７３の構成が第一の実施形態と異なっている。第三の実施形態では、受け部材７３は、光路上に常時配置されたものではなく、必要な時に配置され、必要でない場合には光路から退避するものとなっている。
具体的に説明すると、図５に示すように、受け部材７３はフレーム７４に嵌め込まれた二つの部材となっている。フレーム７４は、図４に示すように円環部７４１と、円環部７４１の中心を通る十の字状のリブ部７４２とから成る。二つの受け部材７３は、４５度の扇形の板状であり、中心対称となるようにフレーム７４に嵌め込まれている。

【0045】

受け部材７３には、不図示の駆動機構が設けられている。駆動機構は、中心位置でフレーム７４に連結された出力軸を有する回転機構となっている。駆動機構が動作すると、フレーム７４は中心を貫く回転軸Ｒの回りに回転する。回転に伴い、二つの受け部材７３は、順次、光路上に位置したり光路から退避したりする状態を繰り返す。尚、各受け部材７３の回転位置は、各受け部材７３が光路上に位置した際、整流部材７２の上端との間で僅かな隙間が形成される位置となっている。

【0046】

不図示の駆動機構は、主制御部６によって制御されるようになっている。主制御部６は、レーザ源１のパルス発振に同期して駆動機構を制御する。具体的には、あるパルスのレーザ発振の際、フレーム７４のうち受け部材７３が嵌め込まれていない開口（以下、フレーム開口という）７４３が光路上に位置し、次のパルスまでの合間に一方の受け部材７３が光路上に位置し、さらに次のパルス発振の際、他方のフレーム開口７４３が光路上に位置し、さらに次のパルス発振までの合間において他方のフレーム開口７４３が光路上に位置するようフレーム７４の回転速度及び位相が制御される。

【0047】

この実施形態の装置でも、１パルスのレーザ光照射により一つのチップ状ワークＷについてリフトオフが完了するよう１パルスのエネルギーが制御される。そして、１パルスのレーザ光照射の後、サファイア基板Ｓ１が飛び出してくるが、サファイア基板Ｓ１が飛び出すタイミングでは光路上には受け部材７３が位置しているので、サファイア基板Ｓ１は受け部材７３に衝突する。このため、サファイア基板Ｓ１は受け部材７３で跳ね返って基板排出口７２２から排出される。このため、サファイア基板Ｓ１が投影レンズ２に衝突することはない。尚、１パルスのレーザ光の照射後にサファイア基板Ｓ１が飛び出してくる速度はチップに照射されるレーザ光照度に依存し、５ｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓ程度である。従って、同一照度でチップ状ワークＷをリフトオフしていくことで保護部材７に衝突するまでのタイムラグは一定となり、このタイムラグに応じてフレーム７１の回転速度は適宜定められる。回転速度は、例えば１０００〜４０００ＲＰＭ程度とされる。

【0048】

第三の実施形態においても、各受け部材７３は、第二の実施形態のように斜めに配置されるとより好ましい。このための構造としては、フレーム７４及び各受け部材７３を全体に斜めに配置し、斜めの回転軸の回りにフレーム７４を回転させる構造が採用できる。もしくは、フレーム７４は水平として回転軸を垂直としつつも、フレーム７４に斜めの姿勢で各受け部材７３が保持される構造であっても良い。

【0049】

いずれにしても、第三の実施形態でも、除去されたサファイア基板Ｓ１が投影レンズ２に衝突することがないので、投影レンズ２が損傷して交換が余儀なくされることはなく、コスト上及び生産性上の問題は生じない。そして、受け部材７３によって気流Ｆの形成がより強化されるので、より確実にサファイア基板Ｓ１が基板排出口７２２から排出される。

【0050】

尚、第三の実施形態では、レーザ光照射時には受け部材７３は光路上から退避しているので、受け部材７３は透光性である必要はない。このため、サファイア以外の任意の安価で硬質な材料を選定することができるというメリットがある。
一方、第一第二の実施形態では、受け部材７３が透光性であるので、レーザ照射時にも光路上に配置したままとすることができ、第三の実施形態のような駆動機構は不要である。このため、構造的にシンプルになり、コストも安価にできる。

【0051】

上記第三の実施形態では、受け部材７３を保持したフレーム７４を回転させることでレーザパルスに同期させて間欠的に受け部材７３を光路上に配置したが、他の機構が採用されることもあり得る。例えば、カメラ等で広く採用されている複数のシャッター羽根で光路を開閉する機構（スクエア型シャッター）と同様の機構を採用しても良い。この場合は、シャッター羽根が受け部材７３ということになる。

【0052】

上述した各実施形態において、退避手段７は気流Ｆによりサファイア基板Ｓ１を光路から退避させる手段であったが、他の構成もあり得る。例えば、回転板によりサファイア基板Ｓ１を退避させるような機構的な手段であっても良い。具体的には、光軸に対して平行な姿勢の板を光軸と平行な回転軸の回りに回転させ、その回転の過程で回転板が光路を通過するようにする。この通過のタイミングと、サファイア基板Ｓ１が飛び出してくるタイミングとを同期させれば、サファイア基板Ｓ１を回転板が叩き出すようにすることができ、サファイア基板１を光路から退避させることができる。
但し、上記のような機構的手段は、大がかりで複雑になり易い。これと比較すると、上記気流による手段は、構造的にシンプルで、コストも安価にできるメリットがある。

【0053】

尚、上述した各実施形態において、退避された各サファイア基板Ｓ１は、不図示の容器に溜められる。溜められた各サファイア基板Ｓ１はそのまま廃棄されるが、再利用される場合もある。

【0054】

上述した各実施形態において、リフトオフ処理されるチップ状ワークＷは、ＧａＮの他、ＡｌＮ、ＢＮ、ＩｎＮのような他の窒化物である場合でもよい。レーザの照射によって、常温で気体となる窒素のような物質が発生するからである。したがって、リフトオフの対象はＧａＮに限られない。
また、ＧａＮ系その他の半導体レーザの製造においても、リフトオフ工程が存在し且つ微小なチップ状ワークＷを対象とする限り、実施形態の装置が利用できる。また、除去される基板Ｓ１はサファイア基板が典型的であるが、サファイア以外であってもリフトオフ用のレーザ光を透過する材料の基板が使用される場合、対象とされることがあり得る。

【0055】

尚、前述したように、サファイア基板Ｓ１の飛び出しは、１パルスのみのレーザ光照射でリフトオフを行おうとする場合に発生する。従って、理論的には、切断工程の前にリフトオフ工程を行う場合にも、ワーク（材料層付きのサファイア基板）に対して一括して１パルスのみのレーザ光照射によりリフトオフを行うのであれば、サファイア基板は勢い良く飛び出してくる。界面の全面で窒素ガスの蒸発圧力を受けることになるからである。したがって、実施形態の装置が使用されることがあり得る。

【符号の説明】

【0056】

１ レーザ源
２ 投影レンズ
２０ レーザ光学系
２１ マスク
３ 移動機構
４ ワークステージ
５ エネルギー計測器
６ 主制御部
７ 退避手段
７１ ブロア
７２ 整流部材
７２１ 気流取り込み孔
７２２ 基板排出口
７３ 受け部材
Ｍ 材料層
Ｓ１ サファイア基板
Ｓ２ サポート基板
Ｗ チップ状ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】