专利名称：激光剥离系统及方法
技术领域：
本发明关于材料层的分离,更具体而言，关于一种用于材料层(例如一基板与一生长于该基板上的膜)的整体式分离的激光剥离(laser lift off )系统及方法。
背景技术：
激光剥离可用于分离材料层。一种激光剥离应用有利地用于制造发光二极管 (light emitting diode ;LED)时将GaN层与蓝宝石基板分离。尽管仰仗着UV激光剥离的优点，然而由于低的工艺良率(yield)导致生产率偏低，故GaN LED的制造已受到限制。低工艺良率部分归因于金属有机化学气相沈积(Metal-Organic Chemical Vapor Deposit ；M0CVD)工艺中，GaN-蓝宝石晶圆中存在的高残留应力(residual stress)。MOCVD工艺的活化温度需要超过600°C。如图IA所示，经由MOCVD工艺而沈积GaN层及InGaN层32于一蓝宝石晶圆 38 上。因 GaN 的热膨胀系数(coefficient of thermal expansion ；CTE)(5. 59X10_6/° K)与蓝宝石的热膨胀系数(7. 50X10_6/° K)之间存在显著差异(参见表I )，故当GaN/蓝宝石晶圆自MOCVD工艺的高温冷却至环境温度时，会出现高水准的残留应力，如图IB所示。残留应力包括GaN上的残留压应力40与蓝宝石上的残留张应力42。表I GaN及蓝宝石的各种材料特性
权利要求
1.ー种用于分离材料层的激光剥离方法，该方法包含 提供エ件，该エ件包含至少ー第一材料层及第二材料层； 产生至少ー激光光束；以及 以该至少ー激光光束所形成的一光束点，照射该第一材料层与该第二材料层之间介面处的非邻接照射区，其中在该介面处各该照射区周围形成剥离区，所述剥离区延伸超出所述照射区的尺寸，其中照射所述照射区的该激光光束的激光能量足以使所述层在所述剥离区中分离。
2.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中照射所述非邻接照射区包含对至少一照射区执行依序照射，直至所述层在该整个エ件中分离，其中所述依序照射为非邻接的。
3.如权利要求3所述的激光剥离方法，更包含在所述依序照射之间移动该エ件。
4.如权利要求3所述的激光剥离方法，更包含在所述依序照射之间移动该至少ー激光光束。
5.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中照射所述非邻接照射区包含对排列成照射图案的多个同时照射区执行依序照射，直至所述层在该整个エ件上分离，其中该照射图案中的所述同时照射区为非邻接的。
6.如权利要求5所述的激光剥离方法，其中所述同时照射区排列成圆形照射图案。
7.如权利要求5所述的激光剥离方法，其中所述同时照射区排列成楔形照射图案。
8.如权利要求5所述的激光剥离方法，其中经由使所述同时照射区相互交叉而执行所述依序照射。
9.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中产生至少ー激光光束包含产生原始激光光束并形成数个细光束，且其中所述细光束为相间隔的，以同时照射所述非邻接照射区的至少一子集。
10.如权利要求9所述的激光剥离方法，其中形成所述细光束包含使该原始激光光束经过绕射光学元件。
11.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中至少部分的所述光束点为线形。
12.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中至少部分的所述光束点为十字形。
13.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中至少部分的所述光束点为L形。
14.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中照射该非邻接照射区包含在该エ件上同时形成数个光束点，以照射排列成照射图案的照射区，其中照射该照射图案的该光束点具有不同的形状。
15.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中产生该激光光束包含利用超快激光产生超短脉波激光光束。
16.如权利要求15所述的激光剥离方法，其中该超短脉波激光光束具有脉波宽度及波长，该脉波宽度小于10皮秒，且该波长介于约O. 35微米至I微米的范围内。
17.如权利要求15所述的激光剥离方法，其中产生该激光光束包含产生具有最大为约200纳秒(nanosecond)的脉波历时的该激光光束。
18.如权利要求15所述的激光剥离方法，其中产生该激光光束包含以准分子激光产生该激光光束，该准分子激光具有介于约157纳米至355纳米的范围内的波长。
19.如权利要求15所述的激光剥离方法，其中产生该激光光束更包含成型该超短脉波激光光束，以控制形成于所述层的该介面处的该光束点的能量密度。
20.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中该第一层及该第二层包含基板及形成于该基板上的至少ー膜。
21.如权利要求20所述的激光剥离方法，其中该膜整体地自该エ件的该基板分离。
22.如权利要求20所述的激光剥离方法，其中该基板为蓝宝石基板，且其中该至少一膜为GaN膜。
23.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中当分离该些层时，所述层至少其中之一被以机械方式固定。
24.如权利要求I所述的激光剥离方法，其中该些层的其中之ー为一透明材料制成，且该些层其中之一的另ー者由吸收性材料制成以与该透明材料分离。
25.一种用于自至少一基板分离至少一材料层的激光剥离方法，该方法包含 提供至少一基板，该至少一基板具有形成于其上的至少ー材料层； 产生多个激光细光束； 以所述激光细光束所形成的光束点图案同时照射一照射图案，该照射图案包含位于该层与该基板间的介面处的非邻接照射区；以及 移动该照射图案至不同位置以进行依序照射，直至该层自该基板分离。
26.如权利要求25所述的激光剥离方法，其中移动该照射图案，以使所述照射区具有正性交迭、零交迭或负性交迭。
27.如权利要求25所述的激光剥离方法，其中移动该照射图案，以使所述照射区具有正性交迭、零交迭或负性交迭，且其中该交迭因不同的轴线而异。
28.如权利要求25所述的激光剥离方法，其中经由在エ件上进行线性扫描而移动该照射图案。
29.如权利要求25所述的激光剥离方法，其中经由在エ件上进行相互交叉的扫描而移动该照射图案。
30.如权利要求25所述的激光剥离方法，其中经由移动该エ件而移动该照射图案。
31.如权利要求25所述的激光剥离方法，其中经由移动所述细光束而移动该照射图案。
32.—种用于分离材料层的激光剥离方法，该方法包含 提供エ件，该エ件包含至少ー第一材料层及ー第二材料层； 产生至少ー激光光束；以及 以光束点照射该第一层与该第二层之间介面处的交迭照射区，该光束点由该至少ー激光光束所形成且于逐步方向上移动，其中所述照射区为交迭的，以使该介面处显著数量的位置暴露于相同数目的激光照射脉波，其中所述位置处的该激光照射脉波数目足以使所述层分离。
33.如权利要求32所述的激光剥离方法，其中该光束点以步长移动，该步长为该光束点的宽度的约二分之一。
34.如权利要求32所述的激光剥离方法，其中该光束点及所述照射区为正方形的，且其中该介面处的每一位置皆暴露于四个激光照射脉波。
35.如权利要求32所述的激光剥离方法，其中该光束点及所述照射区为六边形的，且其中该介面处的每一位置皆暴露于三个激光照射脉波。
36.如权利要求32所述的激光剥离方法，其中该光束点及所述照射区为矩形的，且其中所述照射区在不同方向上具有不同的交迭。
37.一种激光剥离系统，包含 ー激光，用于产生原始激光光束； 一光束成型器，用于将该原始激光光束成型为成型光束；以及一点阵列产生器，用于接收该成型光束并产生非邻接光束点阵列，所述非邻接光束点排列成预定图案。
38.如权利要求37所述的激光剥离系统，其中该激光包含超快激光，以用于产生超短脉波激光光束。
39.如权利要求37所述的激光剥离系统，其中该光束成型器包括遮罩。
40.如权利要求39所述的激光剥离系统，其中该光束成型器包括光束成型光学器件，以用于成型该光束并改变该光束的能量密度。
41.如权利要求39所述的激光剥离系统，其中该点阵列产生器包含全像光学元件。
42.如权利要求37所述的激光剥离系统，其中该点阵列产生器包括遮罩，该遮罩包含数个孔。
43.一种激光剥离系统，包含 激光，用于产生原始激光光束； 光束成型器，用于将该原始激光光束成型为ー成型光束并用于改变该光束的能量密度；以及 检流计，用于在该エ件上扫描该成型光束点。
44.如权利要求43所述的激光剥离系统，其中该激光包括超快激光，以用于产生超短脉波激光光束。
45.如权利要求43所述的激光剥离系统，其中该光束成型器包含光束成型光学器件。
46.如权利要求43所述的激光剥离系统，其中该光束成型器包括遮罩。
47.如权利要求43所述的激光剥离系统，其中该光束成型器包含光束成型器件及一遮罩。
全文摘要
本发明提供激光剥离系统及方法，其可用于经由以下方式来提供整体式激光剥离并使裂纹最小减小一或多个光束点在一或多个维度上的大小以减小羽烟压力(plume pressure)、同时维持足够的能量以达成分离。经由照射具有各种形状及呈各种图案的照射区，该等激光剥离系统及方法可更有效地利用激光能、减少在层分离时的裂纹并提高生产率。本文所述的某些激光剥离系统及方法经由照射使激光剥离区(lift off zone；LOZ)延伸超出照射区的非邻接照射区来分离各个材料层。本文所述的其他激光剥离系统及方法经由对照射区进行成型及经由以能避免工件被不均匀曝光的方式控制各照射区的交迭来分离各个材料层。根据至少一实施例，一种激光剥离系统及方法可用于在一半导体晶圆的一基板上提供对一或多个外延层的整体式剥离。
文档编号H01L21/30GK102714150SQ201080055594
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者J·P·赛塞尔, M·门德斯, 胡吉 申请人:Jp赛席尔联合股份有限公司