專利名稱：激光束傳送系統(tǒng)和方法及使用該系統(tǒng)和方法的激光剝離法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光束傳送系統(tǒng)和方法，尤其是涉及一種傳送激光束用
以從襯底分離薄膜的系統(tǒng)和方法，并且更具體地，涉及一種適用于LLO(laser lift-off,激光剝離)工藝的激光束傳送系統(tǒng)和方法，該LLO工藝是制造垂直型 LED ( Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)所必需的工藝之一 。
背景技術(shù)：
通常，準分子激光器在材料處理上具有多種用途，例如，精確處理并分 離彼此結(jié)合的兩種不同材料。最近，隨著準分子激光器光束的穩(wěn)定性和強度 的提高，其使用范圍擴大到包括半導(dǎo)體材料的處理，尤其是從用于制造器件 的硅晶襯底上分離薄膜。被分離的薄膜的種類繁多，包括化合物半導(dǎo)體、 銅、鋁、金、聚合物等等。為了分離這些不同種類的薄膜，激光束具有諸如 目標能量強度、目標能量均勻性和目標曝光面積的材料因素。
下文中將從制造垂直型LED所必需的工藝之一的LLO工藝的角度對現(xiàn) 有技術(shù)和本發(fā)明進行說明，然而本發(fā)明并不限于LLO工藝。
LED是一種公知的將電流轉(zhuǎn)化為光的半導(dǎo)體器件。當從價帶被激發(fā)到半 導(dǎo)體的導(dǎo)帶的有源層的電子穿過對應(yīng)的帶隙落回價帶時，LED發(fā)光。因此， 射出的光的波長和顏色取決于帶隙能量，并且由于帶隙能量是與材料相關(guān)的 特性之一，因而取決于半導(dǎo)體的材料。
LED用于射出不同范圍的顏色的光，諸如紅、綠、藍和黃。但是，LED 的限制在于它是單色的光源。在某些情況下，需要射出紅、綠和藍光都包括 的白光。例如，LCD監(jiān)視器的背光模塊需要射出白光。通常，白光是由白熾 燈泡或熒光燈提供。雖然便宜，但白熾燈泡的使用壽命非常短并且發(fā)光效率 低。盡管熒光燈的發(fā)光效率高于白熾燈泡，但它的缺點在于其使用壽命有限。 此外，熒光燈還需要相對較大、重且昂貴的附加組件，例如穩(wěn)壓器。
白色LED的光源可通過將紅、綠和藍色的LED彼此靠近地放置并且使 它們各自以適當?shù)谋嚷拾l(fā)光而制造。但是，由于難以生產(chǎn)具有相應(yīng)帶隙的合適的晶體，因此藍色的LED不容易制造。尤其用諸如InP(磷化銦)、GaAs(砷 化鎵)和GaP(磷化鎵)的化合物半導(dǎo)體，難以實現(xiàn)高質(zhì)量的藍色LED。
除了上述困難之外，GaN(氮化鎵)基藍色LED自其1994年被引入市場 后已被商用。氮化鎵基藍色LED現(xiàn)在正在快速發(fā)展從而在照明領(lǐng)域中在發(fā)光 效率方面超過白熾燈泡和熒光燈。
同時，如果是InP基、GaAs基或GaP基LED,由于這些類型的半導(dǎo)體 層可能在導(dǎo)電襯底上生長，而難以制造具有p-n結(jié)的垂直型LED。然而，如 果是GaN基LED,由于使用不導(dǎo)電的藍寶石(八1203)襯底以減少否則可能在 GaN的外延生長期間產(chǎn)生的晶體缺陷，從而因為藍寶石不導(dǎo)電而廣泛采用了 在外延層的頂面具有第一和第二電極的水平型LED。
圖1和圖2是示出現(xiàn)有技術(shù)的垂直型LED的結(jié)構(gòu)的示意圖。
參照圖1,圖1是現(xiàn)有技術(shù)的垂直型LED的剖面圖，n-GaN層ll、具有 多個量子阱的有源層12、p-GaN層13和透明導(dǎo)電層14依次在藍寶石襯底10 上形成。其后，第一電極15在透明導(dǎo)電層14的特定部分形成。
隨后，光刻膠層圖案(未示出)在包括第一電極15的透明導(dǎo)電層14上以 這樣的方式形成透明導(dǎo)電層14上未形成第一電極15的其它部分的部分不 覆蓋光刻膠層圖案。利用光刻膠層圖案作為掩模，透明導(dǎo)電層14、 p-GaN層 13和有源層12有選擇地纟皮刻蝕。此時，n-GaN層11的一部分被輕孩i地刻蝕。 由于GaN層難以刻蝕，因此濕刻蝕優(yōu)于干刻蝕。
接著，通過剝離工藝(stripprocess)去除光刻膠層圖案并且在n-GaN層 11露出的部分形成第二電極16。
如圖2所示，圖2是現(xiàn)有4支術(shù)的LED的俯視圖，由于第一電極15和第 二電極16都需要用線聯(lián)結(jié)，LED的芯片尺寸應(yīng)當足夠大以確保電極區(qū)域， 該電極區(qū)域充當障礙物以便改善晶片單位面積的輸出。另外，在封裝工藝中 的線接合的復(fù)雜度增加了制造成本。
此外，由于使用的藍寶石村底是不導(dǎo)電的，因此很難發(fā)出穩(wěn)定的電，這 樣會增加次等器件的可能性并且因此降低器件的可靠性。除此之外，由于藍 寶石的導(dǎo)熱性較低，很難散發(fā)LED工作時產(chǎn)生的熱量，而這是在將高電流施 加到LED的高輸出功率時的限制。
為了克服因水平型LED的限制和缺點引起的問題，已經(jīng)對垂直型LED、 尤其是最終產(chǎn)品不包括藍寶石襯底的垂直型LED進行了廣泛的研究。如果是最終產(chǎn)品不包括藍寶石襯底的垂直型LED, GaN基外延層在藍寶 石襯底上形成，并且隨后在外延層上形成金屬支撐層。由于在藍寶石層從外 延層被分離之后，該外延層可由金屬支撐層支撐，因此從外延層分離藍寶石 層是可行的。通常，使用激光剝離法(LLO)從外延層分離藍寶石層。
激光剝離法基于這樣的原則，具有帶隙的材料可透過能量低于該帶隙的 光，但吸收能量高于該帶隙的光。舉例來說，由于波長為248nm的KrF(氟化 氪)準分子激光束和波長為193nm的ArF(氟化氬)準分子激光束的能量在GaN 大約3.3eV的帶隙與藍寶石大約10.0eV的帶隙之間，則這些準分子激光束穿 透藍寶石襯底但在GaN基外延層被吸收。因此，穿透藍寶石襯底的準分子激 光束在接觸面加熱并溶解外延層，從而從外延層分離藍寶石襯底。
激光剝離法根據(jù)如何照射晶片大致分為兩類，掃描法和脈沖法，其中多 個LED器件在晶片上形成。
如果使用掃描法，將不可避免地有被重復(fù)照射的部分。在被重復(fù)照射的 部分可能產(chǎn)生斷裂或裂紋。為了避免這種問題出現(xiàn)，優(yōu)選采用脈沖法。也就 是說，理想的是對單位照射區(qū)域瞬時地施加激光束的脈沖，移動到下一照射 面積，對其施加激光束的脈沖，并且重復(fù)這些步驟直到照射完晶片的整個目 標面積。
盡管采用脈沖法，但是，仍然需要束斑在形狀和大小上與單位照射區(qū)域 精確對應(yīng)。如果束斑照射到單位照射區(qū)域之外的部分，將會導(dǎo)致與掃描法相 同的問題，也就是，在該部分上產(chǎn)生斷裂或裂紋。另一方面，如果束斑沒有 完全覆蓋單位照射區(qū)域，則會導(dǎo)致藍寶石襯底無法完全從GaN基外延層分離 的問題。
即使施加了在形狀和大小上與單位照射區(qū)域精確對應(yīng)的束斑，如果在束 斑的整個面積上的能量強度不均勻，則上述這些問題仍可能會發(fā)生。也就是 說，如圖3所示，由于初始激光束在截面的能量強度遵循Gaussian(高斯)分 布，初始激光束在中心部分有相對高的能量強度而在外圍部分的能量強度相 對低。因此，如果該激光束的能量強度足夠高以確保藍寶石襯底在單位照射 區(qū)域的外圍部分從GaN基外延層分離，則在單位照射區(qū)域的中心部分可能產(chǎn) 生瑕瘋。另一方面，如果該激光束的能量強度低至能防止在單位照射區(qū)域的 中心部分產(chǎn)生瑕疵，則藍寶石襯底在單位照射區(qū)域的外圍部分無法從GaN基其中生產(chǎn)率表示可由一個晶片制成的質(zhì)量好的LED器件的數(shù)量與所有LED 器件的數(shù)量之比。
因此，如圖4至圖6所示，光束均化器100用于改善束斑的能量強度的 均勻性?，F(xiàn)有技術(shù)的光束均化器100包括第一復(fù)眼透鏡110和第二復(fù)眼透鏡 120，用以將來自激光束源(未示出)的激光束分為多個細光束并調(diào)整細光束 的散射角度；以及聚光透鏡130,用以聚合所述多個細光束。但是，現(xiàn)有技 術(shù)的復(fù)眼透鏡110和120是圓柱型的。圓柱型的復(fù)眼透鏡110由兩個彼此貼 合的板111和112制成，其中板111和112的每一個是由多個彼此平行對齊 的圓柱透鏡制成，并且其中一個板lll的圓柱透鏡與另一個板112的圓柱透 鏡垂直，從而形成多個小透鏡。
如果是圓柱型復(fù)眼透鏡110和120，表示復(fù)眼透鏡的小透鏡的大小的節(jié) 距大約為5mm,并且因其結(jié)構(gòu)而在某些長度下不易減小。相應(yīng)地，如圖7所 示，在增加有效小透鏡，即激光束實際穿過的小透鏡的數(shù)量上受到限制，因 而在增加激光束被劃分的細光束的數(shù)量上也受到限制。因此，由于在圓柱型 復(fù)眼透鏡的情況下增加細光束的數(shù)量受到限制，4艮難獲得令人滿意的束斑的 能量強度的均勻性，從而可由一個晶片制成的質(zhì)量好的LED器件的數(shù)量與所 有LED器件的數(shù)量之比，即生產(chǎn)率，將受到不利的影響。
同時，為了增加有效小透鏡的數(shù)量，激光束的截面的大小可通過位于激 光束源與光束均化器100之間的BET (beam expansion telescope,擴束望遠鏡) (未示出)增大，并且可采用足夠大以接收增大的激光束的圓柱型復(fù)眼透鏡。 但是，由于整個系統(tǒng)的大小的限制，仍會存在能量強度的均勻性的限制。此 外，由于擴束望遠鏡是額外使用的，因此制造整個激光束傳送系統(tǒng)的復(fù)雜度 增加，并且也增加了制造成本。另外，系統(tǒng)的光束透過率因激光束必須通過 額外的光學(xué)元件擴束望遠鏡而降低。
再者，由于激光束無法穿透在圓柱小透鏡與圓柱型復(fù)眼透鏡之間的接觸 面的圓柱型復(fù)眼透鏡，其中圓柱型復(fù)眼透鏡包括兩層供激光束穿透的光學(xué)元 件，因此圓柱型復(fù)眼透鏡110和120在光束透過率方面存在基本問題。所以， 由于表示有多少初始光束穿透整個系統(tǒng)并到達晶片的光束透過率低，單位時 間內(nèi)的LED生產(chǎn)顯著地受到限制
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種激光束傳送系統(tǒng)和方法以及使用該系統(tǒng)和方法的 激光剝離法，基本解決了因現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點引起的一個或多個問題。 根據(jù)本發(fā)明的目的，如在此所舉例和概括說明的，提供一種激光束傳送
系統(tǒng)，包括激光束源，用以射出激光束；光束均化器，用以提高激光束的 能量強度的均勻性，該光束均化器包括微透鏡型復(fù)眼透鏡；遮蓋，遮蔽已經(jīng) 在焦平面穿透光束均化器的激光束的截面的外圍區(qū)域；以及成像透鏡，用以 將激光束施加到目標的單位照射區(qū)域。
在本發(fā)明的另一方面中，提供一種激光傳送方法，包括射出準分子激 光束；使用微透鏡型復(fù)眼透鏡將射出的準分子激光束分為多個細光束；將多 個細光束聚合，從而產(chǎn)生均化的激光束；遮蔽該均化的激光束的外圍區(qū)域； 以及將該被遮蔽的均化的激光束施加到目標。
在本發(fā)明的又一方面中，提供一種激光剝離方法，包括在藍寶石襯底 上形成GaN基外延層；射出準分子激光束；使用微透鏡型復(fù)眼透鏡將射出的 準分子激光束分為多個細光束；將多個細光束聚合，從而產(chǎn)生均化的激光束； 遮蔽該均化的激光束的外圍區(qū)域；將該被遮蔽的均化的激光束施加到藍寶石 襯底的單位照射區(qū)域；以及從GaN基外延層分離藍寶石層應(yīng)當理解，本發(fā)明的上述概括描述和下面的詳細描述都是示例性和解釋 性的，并且意在提供所主張的本發(fā)明的進一步解釋。
有益效果
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于提供一種激光束傳送系統(tǒng)和方法以及使用該系統(tǒng) 和方法的激光剝離法，其通過這樣的方式設(shè)置，能改善整個束斑上的能量強 度的均勻性，因而也顯著提高工藝的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的另 一個優(yōu)點在于提供一種激光束傳送系統(tǒng)和方法以及使用該系 統(tǒng)和方法的激光剝離法，其通過這樣的方式設(shè)置，提高了光束透過率，因而 也提高了單位時間內(nèi)的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的又一個優(yōu)點在于提供一種激光束傳送系統(tǒng)和方法以及使用該系 統(tǒng)和方法的激光剝離法，其通過這樣的方式設(shè)置，簡化了制造工藝，降低了 制造成本，因而也提高了在LED市場的竟爭力。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將在下面的說明書中提出，并且部分地，對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員，通過說明書變得更加明顯或通過對本發(fā)明的實踐而了解。 本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點可通過的書面的說明書和權(quán)利要求及附圖特別指出的裝置而實現(xiàn)和獲得。
所包含的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解并包括在本說明書中作為 本說明書的一部分。附解了本發(fā)明的實施例并與文字部分一起用來解釋 本發(fā)明的原理。
附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的水平型LED的截面的剖視圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的水平型LED的俯視圖； 圖3顯示初始激光束的截面的能量強度分布；
圖4至圖6分別是現(xiàn)有技術(shù)的光束均化器的透視圖、俯視圖和側(cè)視圖； 圖7顯示現(xiàn)有技術(shù)的光束均化器中使用的圓柱型復(fù)眼透鏡的有效小透
鏡；
圖8至圖14是顯示制備垂直型LED的方法的剖視圖； 圖15是本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)的示意圖16至圖18分別是本發(fā)明的光束均化器的透視圖、俯視圖和側(cè)視圖19顯示本發(fā)明的光束均化器中使用的微型復(fù)眼透鏡的有效小透鏡；
圖20是顯示已穿過遮蓋的現(xiàn)有技術(shù)的激光束在焦平面處的截面的能量 強度分布的照片和圖表；以及
圖21是顯示已穿過遮蓋的本發(fā)明的激光束在焦平面的截面的能量強度 分布的照片和圖表。
具體實施例方式
下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明，其中示例性實施例在附圖中示出。
應(yīng)當理解，除了下面描述和說明的以外，激光束傳送系統(tǒng)進一步包括可 選的光學(xué)元件，如反射鏡，其也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖8至圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明的垂直型LED的制備方法的剖視圖。
參照圖8，包括GaN緩沖層31、N型GaN層32、具有多個量子阱的InGaN(氮化銦鎵)/GaN/AlGalnN (氮化鋁鎵銦)有源層33，以及P型GaN層34 的一組層30使用諸如MOCVD ( Metal Oxide Chemical Vapor Deposition,金 屬有機化學(xué)氣相淀積)和MBE (Molecular Beam Epitaxy,分子束外延)的傳 統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)順序地在藍寶石襯底20上形成。如果GaN薄膜直接在藍寶石 (A1203) (001)襯底上形成，薄膜的表面均勻性可能受到晶格不連貫的不利影 響。因此，理想的是首先在藍寶石襯底20上形成緩沖層31,隨后再在緩沖 層31上形成GaN基層。通常，藍寶石襯底20的厚度大約為330到430|am。 這組GaN基層30的全部厚度約小于5 ju m。
接著，如圖9所示，多個溝槽40穿過這組GaN基層30a形成。溝槽40 可延伸進藍寶石襯底20a預(yù)定厚度以避免否則可能在隨后的從GaN基層30a 分離藍寶石襯底20a的工藝中產(chǎn)生的任何瑕瘋。溝槽40用以限定即將形成的 單個的LED器件，并且協(xié)助隨后的芯片分離工藝。各個單個LED半導(dǎo)體最 好是約200 ja m寬的正方形。溝槽40最好是比藍寶石襯底20a窄約10 ju m并 且延伸進藍寶石襯底20a大約5 ju m。
由于藍寶石襯底20和GaN基層30的硬度，溝槽40最好利用反應(yīng)離子 刻々蟲形成,^尤選為ICP RIE (inductive coupled plasma reactive ion etching, 電 感耦合等離子刻蝕)。在形成溝槽40的第一步驟時，光致抗蝕劑(未示出) 被旋轉(zhuǎn)地涂覆在GaN基層30上，并且隨后被利用刻蝕技術(shù)圖案化和顯影。 顯影之后，執(zhí)行ICP RIE工藝以便通過利用光刻膠圖案(未示出)作為掩模 選擇性地刻蝕GaN基層30和藍寶石襯底20,從而形成溝槽40。
現(xiàn)在參照圖10，在溝槽40形成之后，導(dǎo)電支撐層50在GaN基層30a 和藍寶石襯底20a的整個上表面上形成。因此，溝槽40被導(dǎo)電支撐層50填 充。盡管導(dǎo)電支撐層50可由諸如硒等任意具有好的導(dǎo)電性的非金屬材料形 成，優(yōu)選地由諸如Cu(銅)、Au(金)和Al(鋁)等具有好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性的金屬 通過物理氣相淀積、化學(xué)氣相淀積或電鍍形成。
包括Cr(鉻)或Au的層(未示出)可進一步在GaN基層30a與導(dǎo)電支撐 層50之間形成以加強其間的粘合強度。
在導(dǎo)電支撐層50形成之后，參照圖11，利用本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng) 通過將激光束施加到藍寶石襯底20a^f吏得藍寶石襯底20a從GaN基層30a分 離，同時，利用真空夾具使藍寶石襯底20a與GaN基層30a偏離。后面會給出關(guān)于這個工藝的詳細描述。
隨后，參照圖12,利用HC1(鹽酸)清潔與導(dǎo)電支撐層50相對的GaN基 層30a的下表面，接著對其進行拋光使該表面光滑。
現(xiàn)在返回圖13,多個接觸層60在GaN基層30a暴露的表面上形成。各 個接觸層60包括與GaN基層30a直接接觸的界面層61和界面層61之上的 接觸墊62。理想的是界面層61包含Ti (鈦)或Al (鋁)并且接觸墊62包 含Cr (鉻)或Au (金)。
在多個接觸層60形成之后，執(zhí)行劃片工藝以將圖13的結(jié)構(gòu)劃分為單個 的LED器件?？墒褂酶鞣N機械或化學(xué)方法執(zhí)行劃片工藝。圖14示出LED器 件的最終產(chǎn)品。
在上述的工藝中，用于從GaN基層30a分離藍寶石村底20a的工藝能夠 通過本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)而高效地執(zhí)行，隨后的下文中將參照圖15至圖 21對其進4于詳細描述。
圖15是本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)的示意圖。
參照圖15,本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)200包括激光束源210。由于波長 為248nm的KrF (氟化氪)準分子激光束和波長為193nm的ArF (氟化氬) 準分子激光束的能量在大約3.3eV的GaN的帶隙與大約10.0eV的藍寶石的 帶隙之間，因此那些準分子激光束穿透藍寶石襯底20a但在GaN基層30a被 吸收。相應(yīng)地，它們都可以用作本發(fā)明的激光束源210。不過，KrF(氟化氪) 準分子激光束優(yōu)于ArF (氟化氬)準分子激光束之處在于ArF (氟化氬)準 分子激光束可能在藍寶石襯底20a中或多或少地^皮吸收。
激光束源210以脈沖形式射出激光束。激光束的脈沖能量可通過可變衰 減器(未示出)精確地調(diào)節(jié)。
通常，由于在從激光束源210射出的激光束的截面的能量強度遵循高斯 分布而需要改善束斑的能量強度的均勻性。激光束的截面在此定義為當沿垂 直于該激光束的前進方向的方向切該激光束時顯現(xiàn)的激光束截面。本發(fā)明的 激光束傳送系統(tǒng)200利用光束均化器220改善能量強度的均勻性，從而使能 量強度分布可以均勻地遍布已經(jīng)在焦平面穿過光束均化器220的激光束的截 面。其詳細構(gòu)造和功能隨后在下面介紹。如圖15所示，為了調(diào)節(jié)光束均化器220與已穿透光束均化器220的激光 束所聚焦的焦平面之間的距離，本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)200可進一 步包括 在光束均化器220與焦平面之間的場透鏡230。
本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)200進一步包括在其位置由場透鏡230調(diào)節(jié)的 焦平面處的遮蓋240以便在焦平面遮蔽已穿透光束均化器220的激光束的截 面的外圍區(qū)域。因此，經(jīng)遮蔽的激光束在其整個截面上具有完全均勻的能量 強度。
經(jīng)遮蔽的激光束經(jīng)成像透鏡250施加到晶片300的單位照射區(qū)域。 一旦 晶片300的整個表面被順序地照射，藍寶石襯底20a從GaN基層30a分離。
圖16至圖18分別是本發(fā)明的光束均化器220的透視圖、俯視圖和側(cè)視圖。
根據(jù)本發(fā)明的實施例的光束均化器220包括微透鏡型第一復(fù)眼透鏡221 ， 用以將從激光束源210射出的激光束劃分為多個細光束；微透鏡型第二復(fù)眼 透鏡222,用以調(diào)節(jié)所述多個細光束的散射角度；以及聚光透鏡223，用以聚 合散射角度被調(diào)節(jié)的所述多個細光束，從而使激光束的截面在焦平面具有均 勻的能量強度分布。
也就是說，本發(fā)明的光束均化器220使用微透鏡型復(fù)眼透鏡221和222。 微透鏡型復(fù)眼透鏡即是具有多個小透鏡的整塊透鏡，并且通過利用半導(dǎo)體刻 蝕工藝在透鏡板上形成以二維方式排列的小透鏡而制備。
因此，微透鏡型復(fù)眼透鏡221和222在小透鏡之間沒有界面，由于沒有 否則會在界面產(chǎn)生的激光束的損耗，因而其具有高于現(xiàn)有技術(shù)的圓柱型復(fù)眼 透鏡IIO和120的光束透過率。由于使用的光學(xué)元件更少，本發(fā)明的激光束 傳送系統(tǒng)的整體光束透過率相比現(xiàn)有技術(shù)可進一步地提高。
根據(jù)本發(fā)明，由于微透鏡型復(fù)眼透鏡221和222是利用半導(dǎo)體刻蝕工藝 制備的，因此以節(jié)距表示的小透鏡的尺寸可減小到幾百個iim(微米)。所以， 如圖19所示，本發(fā)明的復(fù)眼透鏡221和222具有比現(xiàn)有^支術(shù)的圓柱型復(fù)眼透 鏡110和120更多的有效的小透鏡，其中激光束實際穿透這些小透鏡，因而 能夠?qū)⒓す馐鴦澐譃楦嗟募毠馐?br>
因此，如圖20和圖21所示，本發(fā)明的光束均化器220能夠比現(xiàn)有技術(shù)的光束均化器IOO對激光束截面的能量強度的均勻性改善更多。
盡管本發(fā)明的復(fù)眼透鏡221和222的節(jié)距的減小可以改善激光束的能量 強度均勻性，但如果小透鏡的節(jié)距太小，小透鏡的焦距就會太短而無法在聚 合多個細光束的焦平面調(diào)節(jié)光束大小。具體地，參照圖18，待聚合的多個細
f|_A1 < 3 < f|_A1 + f|_A2
其中，fLAi和fLA2分別是第一和第二復(fù)眼透鏡221和222的焦距，a是 第一和第二復(fù)眼透鏡221和222之間的距離。
截面的大小與
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成比例，(其中，fFL是聚光透鏡223的焦距)。由于透鏡221、 222和 223各自的焦距是常數(shù)，激光束在焦平面處的截面大小取決于第一和第二復(fù) 眼透鏡221和222之間的距離'a'。
如果小透鏡的焦距太短，然而，由于'a'要滿足上面的公式，使其可調(diào)節(jié) 范圍有限，因而只能在有限的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)激光束的截面大小。所以，需要考 慮到在焦平面處激光束的能量強度均勻性和大小而優(yōu)化第一和第二復(fù)眼透鏡 221和222的節(jié)距。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，每一個第一和第二復(fù)眼透鏡 221和222的節(jié)距在0.5至2.0mm范圍內(nèi)。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)的圓柱型復(fù)眼透鏡110需要遠大于微透鏡型復(fù)眼透 鏡221才能將激光束劃分為與微透鏡型復(fù)眼透鏡221相同數(shù)量的細光束。此 外，對于所要用的圓柱型復(fù)眼透鏡110的各個小透鏡來說，需要在激光束源 與圓柱型復(fù)眼透鏡IIO之間增加額外的光學(xué)元件，擴束望遠鏡。由于本發(fā)明 的光束均化器220不需要這種擴束望遠鏡，因此筒化了用以制造本系統(tǒng)的工 藝，降低了制造成本，從而提高了在LED市場的竟爭力。另外，由于本發(fā)明 的系統(tǒng)相比現(xiàn)有技術(shù)使用更少的光學(xué)元件使激光束穿過，因此提高了整體光 束透過率，從而也增加了單位時間的產(chǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，原始的KrF準分子激光束的截面是10mm長和 23mm寬的矩形。由于第一復(fù)眼透鏡221的各個小透鏡的節(jié)距為1.015mm的節(jié)距，激光束通過第一復(fù)眼透鏡221被劃分為大約230個細光束。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，每一個第一和第二復(fù)眼透鏡221和222是15mm 長和30mm寬的矩形。另一方面，根據(jù)本發(fā)明另一實施例，它們各自是具有 水平長度和垂直長度的矩形，其中水平長度與垂直長度之比與從激光束源射 出的激光束截面的水平長度與垂直長度之比基本相等。
同時，盡管通過如圖15所示的場透鏡230可調(diào)節(jié)聚光透鏡223與焦平面 之間的距離，但在圖18中省略了場透鏡230僅僅為了便于說明。
已穿透本發(fā)明光束均化器220的激光束在焦平面處的截面幾近于正方 形，因此大大提高了整個截面的能量強度的均勻性。但是，截面的外圍區(qū)域 與其它區(qū)域相比能量強度相對低。因此，遮蓋240布置在焦平面處以遮蔽外 圍區(qū)域從而使整個激光束只有大約80%可以是有效光束。
通過成像透鏡250將經(jīng)遮蔽的激光束施加到晶片300的單位照射區(qū)域。 一旦順序地照射完晶片300的整個表面，藍寶石襯底20a從GaN基層30a上分離。
盡管上面從制備垂直型LED所必需的工藝的激光剝離(LLO)工藝的角 度對現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)和方法不限 于LLO工藝，并且也可施加到其它半導(dǎo)體制造工藝，具體地，用于分離硅晶 襯底上的薄膜以制備器件的工藝。根據(jù)本發(fā)明，可分離諸如化合物半導(dǎo)體、 銅、鋁、金、聚合物等等各種類型的薄膜。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，提高了整個束斑上的能量密度的均勻度，從而 顯著增加了工藝的生產(chǎn)率。另外，提高了光束透過率，從而也增加了單位時 間內(nèi)的產(chǎn)量。進一步，簡化了制造工藝、降低了制造成本，從而提高了在LED 市場的竟爭力。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下， 可以對本發(fā)明進行各種改進和變型。因此，本發(fā)明旨在涵蓋本發(fā)明的各種改 進和變型，只要這些改進和變型落在由權(quán)利要求及其等同描述限定的本發(fā)明 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光束傳送系統(tǒng)，包括激光束源，用于射出激光束；光束均化器，用于提高所述激光束的能量強度的均勻性，所述光束均化器包括微透鏡型復(fù)眼透鏡；遮蓋，用于遮蔽已穿透光束均化器的所述激光束在焦平面處的截面的外圍區(qū)域；以及成像透鏡，用于將所述激光束施加到目標的單位照射區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光束傳送系統(tǒng)，其中，所述光束均化器包括第一復(fù)眼透鏡，用于將從所述激光束源射出的所述激光束劃分為多個細 光束；第二復(fù)眼透鏡，用于調(diào)節(jié)所述多個細光束的散射角度；以及 聚光透鏡，用于聚合所述多個散射角度被調(diào)節(jié)的細光束。
3. 如權(quán)利要求2所述的激光束傳送系統(tǒng)，其中，所述第一和第二復(fù)眼透 鏡是微透鏡型。
4. 如權(quán)利要求2所述的激光束傳送系統(tǒng)，其中，所述第一和第二復(fù)眼透 鏡的節(jié)距為0.5至2.0mm。
5. 如權(quán)利要求2所述的激光束傳送系統(tǒng)，其中，每一個所述第一和第二 復(fù)眼透鏡是具有水平長度和垂直長度的矩形，其中所述水平長度與所述垂直
6. 如權(quán)利要求2所述的激光束傳送系統(tǒng)，其中，所述第一和第二復(fù)眼透 鏡的焦距分別為fLu和fLA2，所述第一和第二復(fù)眼透鏡之間的距離大于fbu但小于fLu + flA2。
7. 如權(quán)利要求1所述的激光束傳送系統(tǒng)，其中，激光束為KrF準分子激 光束或ArF準分子激光束。
8. 如權(quán)利要求1所述的激光束傳送系統(tǒng)，進一步包括用于調(diào)節(jié)從所述激 光束源射出的所述激光束的能量的衰減器。
9. 如權(quán)利要求1所述的激光束傳送系統(tǒng)，進一步包括所述光束均化器與 所述遮蓋之間的場透鏡，用于調(diào)節(jié)所述光束均化器與所述遮蓋之間的距離。
10. —種用于傳送激光束的方法，包括 射出準分子激光束；利用微透鏡型復(fù)眼透鏡將所述射出的準分子激光束劃分為多個細光束； 聚合所述多個細光束，從而產(chǎn)生被均化的激光束； 遮蔽所述經(jīng)均化的激光束的外圍區(qū)域；以及 將所述經(jīng)遮蔽的激光束施加到目標。
11. 如權(quán)利要求IO所述的方法，進一步包括在聚合所述多個細光束之前 調(diào)節(jié)所述多個細光束的散射角度。
12. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述多個細光束的聚合包括調(diào)節(jié) 所述多個細光束聚合的位置。
13. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述激光束是KrF準分子激光束 或ArF準分子激光束。
14. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述射出的激光束被劃分為至少 230個細光束。
15. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，施加所述經(jīng)遮蔽的激光束包括匯 聚所述經(jīng)遮蔽的激光束以便精確地將所述激光束施加到所述目標的單位照射 區(qū)域。
16. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述準分子激光束以脈沖形式射出。
17. —種激光束剝離方法，包括 在藍寶石襯底上形成GaN基外延層； 射出準分子激光束；利用微透鏡型復(fù)眼透鏡將所述射出的準分子激光束劃分為多個細光束； 聚合所述多個細光束，從而產(chǎn)生被均化的激光束； 遮蔽所述經(jīng)均化的激光束的外圍區(qū)域；將所述經(jīng)遮蔽的均化激光束施加到所述藍寶石襯底的單位照射區(qū)域；以及從所述GaN基外延層分離所述藍寶石襯底。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，進一步包括將所述藍寶石襯底物 理地從所述GaN基外延層分離。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，進一步包括在聚合所述多個細光 束之前調(diào)節(jié)所述多個細光束的散射角度。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述準分子激光束以脈沖形式射出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光束傳送系統(tǒng)和方法，以及制備垂直型LED所必需的工藝之一的激光剝離(LLO)方法。本發(fā)明的激光束傳送系統(tǒng)包括激光束源，用于射出激光束；光束均化器，用于提高所述激光束的能量強度的均勻性，所述光束均化器包括微透鏡型復(fù)眼透鏡；遮蓋，用于遮蔽已穿透光束均化器的所述激光束在焦平面處的截面的外圍區(qū)域；以及成像透鏡，用于將所述激光束施加到目標的單位照射區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，提高了整個束斑上的能量強度的均勻性，因而也顯著提高了工藝生產(chǎn)率。此外，簡化了制造工藝，降低了制造成本，從而提高了在LED市場的競爭力。
文檔編號H01L33/00GK101595572SQ200780048034
公開日2009年12月2日 申請日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月26日
發(fā)明者李成勳, 柳炳韶 申請人:Qmc株式會社