固体激光剥离设备和剥离方法技术

本发明专利技术提供了一种固体激光剥离设备，其中包括固体激光器，光束整形镜，振镜电机，振镜镜片和场镜，还包括移动平台和工控电脑及控制软件。本发明专利技术以固体激光器为激光光源，激光器下方是光束整形镜，振镜镜片，振镜电机和场镜，光束整形镜位于激光器之后，将激光器发出的激光束整形为本发明专利技术所需的光束形状。振镜电机位于场镜之前，依控制软件发出的指令控制振镜镜片的动作，从而实现多种不同的光束扫描路径。本发明专利技术还提供了一种采用上述固体激光剥离设备的剥离方法。本发明专利技术实现了ＧａＮ和蓝宝石衬底的无损剥离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体加工领域，更具体地说涉及一种应用固体激光对半导体薄膜材 料的剥离半导体薄膜材料的剥离设备和剥离方法。本专利技术使激光通过专用的光路整形成特 定的形状及特定的光场分布，通过聚焦照射到多层材料之间的界面上，分解界面材料以达 到剥离薄膜层与衬底的功能。
技术介绍
以GaN以及InGaN，AlGaN为主的III/V氮化物是近年来备受关注的半导体材料， 其1. 9eV-6. 2eV连续可变的直接带隙，优异的物理、化学稳定性，高饱和电子迁移率等等特 性，使其成为激光器、发光二极管等等光电子器件和微电子器件的优选材料。然而，由于GaN本身生长技术的限制，现今的大面积GaN材料大多生长在蓝宝石衬 底上。虽然蓝宝石衬底上生长的GaN质量很高，应用也最广，可是由于蓝宝石的不导电及较 差的导热特性，极大地限制了 GaN基半导体器件的发展。为了回避这一不足，GaN薄膜在蓝 宝石上生长成功后，将蓝宝石去除的方法专利技术了，去除衬底后的GaN薄膜依需要可以键合 在更好的热沉或作为同质外延的衬底材料。在蓝宝石去除的过程中，主要应用的方法就是 激光剥离技术。衬底剥离技术(Lift-off)首先由美国惠普公司在AlGalnP/GaAs LED上实现，因 为GaAs衬底使得LED内部光吸收损失非常大。通过剥离GaAs衬底，然后粘接在透明的GaP 衬底上，可以提高近2倍的发光效率。GaN基材料的激光剥离(LLO)技术是基于GaN的异 质外延发展的一项技术，是美国M. K. Kelly等人于1996年提出的，利用YAG的3倍频激光 剥离在蓝宝石衬底上氢化物气相外延(HVPE)生长的厚膜GaN。1998年W. S. Wong等人利用 LLO技术制备GaN基的LED和激光二极管，激光剥离工艺受到了人们的广泛重视。激光剥离技术解决了蓝宝石衬底上GaN基LED存在的诸如散热、电流聚集以及出 光效率低等一系列问题，是解决上述照明应用障碍的最有潜力的技术。首先，外延片转移到 高热导率的热沉上，极大地改进了 LED芯片的散热效率，降低LED的结温，结温的降低将大 大提高LED的发光效率和可靠性，增加LED的寿命。激光剥离技术由于减少刻蚀、磨片、划 片等工艺，而且剥离出来的蓝宝石衬底可以重复运用，有效地节约工艺成本。目前商业化的激光剥离设备主要有美国JPSA公司IX-1000型激光剥离机，采用的 是大功率KrF准分子激光器，波长为248nm，脉冲宽度在25-38ns不等，通过对能量的精确 控制及光束能量分布的勻化后，照射到GaN缓冲层上，使之分解为金属镓和氮气，从而实现 GaN膜层与衬底的剥离。除了 KrF准分子激光器外，Q开关的YAG三倍频固体激光器也被应 用，主要有美国M. K. Kelly小组和台湾R. H. Horng小组，固体激光器通过Q开关技术可以达 到较高的脉冲能量，而且维护比较方便，但由于技术限制，这种方案一直没有成熟的商品设 备。上述的剥离方法有如下的特点1.使用逐片剥离工艺(chip by chip)，通过大光斑(光斑大于或等于一个元件(chip))进行剥离。2.光斑大小要依据器件单元的尺寸改变。3.光斑的能量分布均勻，呈平顶状。4.光斑能量大，一般能量密度大于0. 6J/cm2。5.使用移动工作台加视觉识别系统完成各个器件单元的和激光光斑的对准。经过产业界最近几年的应用，上述两种解决方案虽然解决了剥离的问题，但同时 也出现了一些问题，主要有以下几点l.KrF激光器的特点，无法保证每个激光脉冲的能量稳定性，容易出现能量波动， 从而破坏元器件结构，降低良品率。2.由于要随元器件规格的变动调节光斑大小，从而导致激光剥离参数的调校无法 精确，从而无法保证剥离效果的一致性。3.因为光斑较大，近年在使用中产业界一直在质疑这种大面积的剥离方法，由于 照射区内GaN同时分解，造成分解区内很大的应力及变形，从而给芯片的质量和寿命造成 隐患。虽然可以通过人工调校使GaN分解尽可能精确，但这种宏观上的调校很难适应微观 的要求。同时由于KrF准分子激光器脉冲能量的离散性，使这种激光的调校更加困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种更加可靠、简便的低成本的激光剥离设备和剥离方 法。本专利技术采用了专利技术人提出的微区剥离(MicroAreaLLO)技术，无需精确定位的高速盲扫 激光剥离方法，实现了 GaN和蓝宝石衬底的无损剥离。本专利技术提供了一种固体激光剥离设备，其特征在于包括固体激光器，光束整形镜， 振镜电机，振镜镜片和场镜，还包括移动平台和工控电脑及控制软件，所述光束整形镜位于 所述固体激光器下方，所述振镜镜片、振镜电机和场镜、光束整形镜位于所述固体激光器之 后，将所述固体激光器发出的激光束整形，所述振镜电机位于场镜之前，依控制软件发出的 指令控制所述振镜镜片的动作，从而实现不同的光束扫描路径，所述移动平台位于所述固 体激光器下方，所述控制软件运行于所述工控电脑之上。在本专利技术的固体激光剥离设备中，所述激光光束整形镜把激光光斑整形为不同几 何形状的小光斑。在本专利技术的固体激光剥离设备中，所述几何形状包括正方形、长方形、圆形、椭圆 形、五边形和六边形。在本专利技术的固体激光剥离设备中，小光斑为周长3 1000微米的正方形光斑。在本专利技术的固体激光剥离设备中，小光斑为直径3 300微米的圆形光斑。在本专利技术的固体激光剥离设备中，小光斑中心能量最强，向四周能量逐渐变弱。在本专利技术的固体激光剥离设备中，所述固体激光器是波长小于400nm的DPSS固体 激光器。在本专利技术的固体激光剥离设备中，所述光束扫描是使用振镜电机驱动振镜镜片而 产生的光束扫描。本专利技术还提供了一种使用上述固体激光剥离设备的剥离方法，其特征在于使用小 光斑进行扫描。在本专利技术的剥离方法中，小光斑为3 1000微米的正方形光斑。在本专利技术的剥离方法中，小光斑为直径3 300微米的圆形光斑。在本专利技术的剥离方法中，小光斑中心能量最强，向四周能量逐渐变弱。在本专利技术的剥离方法中，采用多种不同的光束扫描路径。在本专利技术的剥离方法中，小光斑在扫描时无需与芯片进行精确位置定位，按任意 方向扫描剥离。附图说明本专利技术将结合附图予以描述。附图中图1是本专利技术的固体激光剥离设备的示意图；图2是本专利技术的光束整形示意图；图3a是现有技术的脉冲光斑能量分布图，图3b是本专利技术的脉冲光斑能量分布 图；图4-图8是光束扫描路径示意图；图9是本专利技术的小光斑无损激光剥离后的显微图。具体实施例方式图1是本专利技术的固体激光剥离设备的示意图，其中包括固体激光器，光束整形镜， 振镜电机，振镜镜片和场镜，还包括移动平台和工控电脑及控制软件(图中未示出)。本发 明以固体激光器为激光光源，激光器下方是光束整形镜，振镜镜片，振镜电机和场镜，光束 整形镜位于激光器之后，将激光器发出的激光束整形为本专利技术所需的光束形状。振镜电机 位于场镜之前，依控制软件发出的指令控制振镜镜片的动作，从而实现不同的光束扫描路 径。根据本专利技术的一种激光剥离GaN和蓝宝石衬底剥离设备和剥离方法，是以固体激 光器为激光光源，使用周长为3 1000微米，且两个最远角距离或最长直径不超过400微 米的小光斑进行逐点逐行激光扫描，其中小光斑内部的能量分布情况是光斑中心能量最 强，向四周能量逐渐变弱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体激光剥离设备，其特征在于包括固体激光器，光束整形镜，振镜电机，振镜镜片和场镜，还包括移动平台和工控电脑及控制软件，所述光束整形镜位于所述固体激光器下方，所述振镜镜片、振镜电机和场镜、光束整形镜位于所述固体激光器之后，将所述固体激光器发出的激光束整形，所述振镜电机位于场镜之前，依控制软件发出的指令控制所述振镜镜片的动作，从而实现不同的光束扫描路径，所述移动平台位于所述固体激光器下方，所述控制软件运行于所述工控电脑之上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张国义，杨欣荣，何明坤，孙永健，
申请(专利权)人：东莞市中镓半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]