CN113782650B - 晶圆激光剥离装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆激光剥离装置及方法，装置包括：用于提供激光束的光源机构、用于承载待剥离晶圆的承载机构以及挡光机构，挡光机构设置于光源机构与承载机构之间；挡光机构包括光掩模版，光掩模版上开设有与承载机构上所承载的待剥离晶圆芯片区域匹配的通光口，光源机构发出的激光束通过通光口落到待剥离晶圆芯片区域；在光源机构的激光束光路上设置光掩模版，光掩模版上开设于待剥离晶圆上芯片区域匹配的通光口，激光束通过通光口射到带剥离晶圆芯片上剥离芯片，待剥离晶圆芯片区域之外的部分被光掩模版挡住避免被激光束照射，有效避免晶圆上芯片区域之外的UV胶被激光束照射吸收激光而导致形貌异常，从而有效降低激光剥离带来的晶圆不良率。
Description
技术领域
本发明涉及晶圆领域，具体涉及一种晶圆激光剥离装置及方法。
背景技术
GaN基蓝宝石衬底M i cro-LED(后文简称M i cro-LED)由微米级半导体发光单元阵列组成，是新型显示技术与发光二极管技术二者复合集成的综合性技术，其具有自发光、高效率、低功耗、高集成、高稳定性、全天候工作的优点，被认为是最有前途的下一代新型显示与发光器件之一。M i cro-LED因其体积小、灵活性高、易于拆解合并等特点，能够部署在现有的从最小到最大尺寸的任何显示应用场合中，并且在很多情况下它将比液晶显示(LCD)和有机发光二极管显示发挥更独特的效果。未来，M i cro-LED将从平板显示扩展到增强现实/虚拟现实/混合现实(AR/VR/MR)、空间显示、柔性透明显示、可穿戴/可植入光电器件、光通讯/光互联、医疗探测、智能车灯等诸多领域，M i cro-LED极有可能成为具有颠覆性和变革型的下一代主流显示技术，带来新一轮显示技术升级换代。
激光剥离是M i cro-LED显示制造中一道重要的工序，是在外延层/蓝宝石基板上制作完成M i cro-LED芯片后，使用激光剥离技术将芯片转移至暂时性载板(临时基板)上。目前通常采用UV胶作为M i cro-LED芯片的键合材料来衔接芯片和暂时性载板(临时基板)，UV胶对于激光剥离效果有着紧密的影响。并且，UV胶的性质和性能还密切影响激光剥离制备好芯片之后的下一步工序——巨量转移工序进行的难易程度。但是，使用UV胶进行键合的晶圆对于激光剥离工艺来说，在工艺效果上存在一些问题。
由于UV胶对于紫外激光吸收率较高，且激光剥离大多采用紫外激光甚至是波长193nm、248nm、257nm等的深紫外激光，从而导致在激光剥离过程中，激光除了对发光半导体材料GaN进行正常分解外，还会对UV胶产生作用，破坏UV胶的材料性质，影响晶圆键合的效果，从而导致晶圆激光剥离效果异常，导致基于UV胶作为键合胶材的M i cro-LED晶圆产品进行激光剥离工艺时存在芯片损伤等不良效果。因此，我们需要尽可能的减少激光剥离过程中激光对M i cro-LED晶圆产品UV键合胶材的作用和材料性质的影响。
为此，目前行业内通常采用准分子激光器为光源进行光斑拼接覆盖晶圆整个幅面从而达到整片晶圆的激光剥离，然后剥离开蓝宝石衬底，或者采用半导体激光器配合高速振镜系统和聚焦系统进行加工，通过扫描整个幅面的方式覆盖整面晶圆，从而分解GaN，达到激光剥离目的。但这两种方式，都不能有效避开M i cro-LED晶圆刻蚀道内的UV键合胶，剥离后的芯片仍然存在质量、形貌异常的问题。
发明内容
本发明目的是：提供一种晶圆激光剥离装置及方法，能够高效剥离晶圆中外延层/蓝宝石基板上的芯片而不损伤晶圆中的UV键合胶，从而降低激光剥离带来的晶圆不良率。
本发明的技术方案是：第一方面，本发明提供一种晶圆激光剥离装置，所述装置包括：用于提供激光束的光源机构、用于承载待剥离晶圆的承载机构以及挡光机构，所述挡光机构设置于所述光源机构与所述承载机构之间；
所述挡光机构包括光掩模版，所述光掩模版上开设有与所述承载机构上所承载的待剥离晶圆芯片区域匹配的通光口，所述光源机构发出的激光束通过所述通光口落到所述待剥离晶圆芯片区域。
在一种较佳的实施方式中，所述挡光机构还包括用于安装所述光掩模版的安装部，所述光掩模版可拆卸安装于所述安装部。
在一种较佳的实施方式中，所述挡光机构还包括驱动件，所述驱动件的驱动端与所述安装部连接并驱动所述安装部以所述驱动端为中心在所述光掩模版所在平面转动。
在一种较佳的实施方式中，所述光掩模版有两个或两个以上时，所述光掩模版与所述驱动件的驱动端的间距相等。
在一种较佳的实施方式中，所述光掩模版的间距相等。
在一种较佳的实施方式中，所述装置还包括箱体，所述光源机构、所述挡光机构以及所述承载机构均设置于所述箱体内。
在一种较佳的实施方式中，所述装置还包括用于对所述光源机构所发出的激光束进行能量均匀化的光束整形机构。
在一种较佳的实施方式中，所述光束整形机构包括聚光镜、物镜和聚焦透镜；所述光源机构所发出的激光束顺序透过所述聚光镜、所述物镜和所述聚焦透镜。
在一种较佳的实施方式中，所述光掩模版设置于所述物镜与所述聚焦透镜之间。
在一种较佳的实施方式中，所述光源机构还包括反光镜，所述反光镜设置于所述物镜与所述聚焦透镜之间。
第二方面，本发明还提供一种晶圆激光剥离方法，所述方法使用如第一方面任意一项所述的晶圆激光剥离装置，所述方法包括：
将挡光机构安装于光源机构与承载机构之间并将待剥离晶圆置于所述承载机构；
调整所述挡光机构位置以使所述光源机构提供的激光束通过所述挡光机构中的光掩模版后与所述待剥离晶圆芯片区域匹配；
打开所述光源机构发出激光光束以使激光光束穿过所述光掩模版得到与所述待剥离晶圆芯片排列一致的阵列聚焦光斑以对所述待剥离晶圆芯片进行激光剥离。
与现有技术相比，本发明的优点是：提供一种晶圆激光剥离装置及方法，装置包括：用于提供激光束的光源机构、用于承载待剥离晶圆的承载机构以及挡光机构，挡光机构设置于光源机构与承载机构之间；挡光机构包括光掩模版，光掩模版上开设有与承载机构上所承载的待剥离晶圆芯片区域匹配的通光口，光源机构发出的激光束通过通光口落到待剥离晶圆芯片区域；在光源机构的激光束光路上设置光掩模版，光掩模版上开设于待剥离晶圆上芯片区域匹配的通光口，激光束通过通光口射到带剥离晶圆芯片上剥离芯片，待剥离晶圆芯片区域之外的部分被光掩模版挡住避免被激光束照射，从而有效避免晶圆上芯片区域之外的UV胶被激光束照射吸收激光而导致质量、形貌异常，从而有效降低激光剥离带来的晶圆不良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中待剥离晶圆的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的晶圆激光剥离装置的光路组成示意图；
图3为本发明实施例所提供的晶圆激光剥离装置中挡光机构的第一立体图；
图4为本发明实施例所提供的晶圆激光剥离装置中挡光机构的第二立体图；
其中：1、待剥离晶圆；1a、外延层；1b、芯片、1c、UV键合胶层；4、光源机构；5、光掩模版；51、通光口；6、安装部；7、驱动件；8、聚光镜；9、物镜；10、聚焦透镜；11、反光镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如背景技术所述，M i cro-LED晶圆在生产中的一个重要步骤是采用激光剥离技术将芯片从外延层/蓝宝石基板上剥离再将芯片转移至暂时性载板(临时基板)上。参照图1所示，外延层/蓝宝石基板上涂覆有UV键合胶层，在UV键合胶层上间隔排列有多个芯片，芯片之间的间隙也就是刻蚀道处暴露出UV键合胶层。目前行业内对M i cro-LED晶圆较主流的激光剥离方案之一，采用准分子激光器、激光波长248nm，脉宽：纳秒级ns为光源，使用尺寸为2*2mm的矩形聚焦光斑，进行光斑拼接覆盖晶圆整个幅面从而达到整片晶圆的激光剥离，然后剥离开蓝宝石衬底；不能避开M i cro-LED晶圆刻蚀道内的UV键合胶。因此往往剥离后的芯片质量、形貌异常。
另一种M i cro-LED晶圆激光剥离方案，采用半导体激光器(DPSS,D i odePumped So l i d State Lase r)，采用激光波长266nm，脉宽：皮秒级ps，此方案一般采用直径为15～50um的圆形聚焦光斑，配合高速振镜系统和聚焦系统进行加工，通过以扫描的方式覆盖整面晶圆，从而分解GaN达到激光剥离目的。此方案也是采用整个幅面上的扫描，没办法有效避免走道中存在UV胶材的区域，但由于皮秒激光峰值功率高、外溢能量较少，对胶材的伤害小一些，所以此方案的效果对比上述准分子主流方案剥离效果好一点，但仍不能有效避免激光对UV键合胶的损伤导致的剥离后的芯片质量、形貌异常。
为解决以上问题，本发明提供一种晶圆激光剥离装置，采用光掩模版，可以有效且精准的遮挡作用在晶圆刻蚀道(晶圆上相邻芯片之间的走道)内的UV键合胶，从而有效消除激光束对胶材性质的破坏、改变；另外，设计的光掩模版上开设的通过口与晶圆上的芯片匹配，可有效的透射作用在M i cro-LED芯片GaN缓冲层的激光，保证GaN有效分解达到剥离目的，从而高质量的完成对基于UV键合胶的M i cro-LED晶圆产品的激光剥离。
实施例1：本实施例提供一种晶圆激光剥离装置，参照图1所示，该装置包括：用于提供激光束的光源机构4、用于承载待剥离晶圆1的承载机构(图未示)以及挡光机构，挡光机构设置于光源机构与承载机构之间；挡光机构包括光掩模版5，光掩模版5上开设有与承载机构上所承载的待剥离晶圆1芯片区域匹配的通光口51，光源机构发出的激光束通过通光口51落到所述待剥离晶圆1芯片区域。参照图1所示，待剥离晶圆1包括外延层1a、覆盖于外延层1a表面的UV键合胶层1c以及间隔排列在UV键合胶层1c上的芯片1b，光掩模版5遮挡射向待剥离晶圆1上的刻蚀道(相邻芯片1b之间的走道)的激光，防止激光射到芯片1b间暴露的UV键合胶层1c上损伤芯片1b之间的UV键合胶层，只容与待剥离晶圆1上芯片1b对应的激光从通光口51通过射到芯片1b上剥离芯片。
在一种较佳的实施方式中，挡光机构还包括用于安装光掩模版5的安装部6，光掩模版5可拆卸安装于安装部6。光掩模版5可拆卸安装在安装部6上，便于拆卸更换不同型号尺寸的晶圆所匹配的光掩模版5。示例性的，安装部6上开设有卡口，光掩模版5嵌于卡口内并且周边与卡口卡接。
在一种较佳的实施方式中，挡光机构还包括驱动件7，驱动件7的驱动端与安装部6连接并驱动安装部6以驱动端为中心在光掩模版5所在平面转动。优选的，驱动件7在垂直于安装部6方向上在安装部6上的投影位于光掩模版5之间，即光线垂直于安装部6照射时驱动件7在安装部6上的投影与光掩模版5无重合区域。示例性的，安装部6为圆形安装板，驱动件7为旋转电机，驱动件的驱动端即旋转电机的转动轴沿圆形安装板的中心轴穿设于圆形安装板与圆形安装板固定连接。
在一种较佳的实施方式中，光掩模版5有两个或两个以上时，光掩模版5与驱动件7的驱动端的间距相等。当需要对不同型号的晶圆进行激光剥离时，则需要设置相应数量的光掩模版5，光掩模版5与驱动件7的驱动端的间距相等，当承载机构上的待剥离晶圆更换型号后，驱动件7驱动安装部6旋转即可使下一工位上的光掩模版5与承载机构上的待剥离晶圆对应。
在一种较佳的实施方式中，光掩模版5的间距相等，驱动件7每次旋转固定角度即可变换下一工位上的光掩模版5。
在一种较佳的实施方式中，该装置还包括箱体(图未示)，光源机构、挡光机构以及承载机构均设置于箱体内，光源机构、挡光机构以及承载机构均通过安装件固定于箱体内壁上，便于安装和固定位置。
在一种较佳的实施方式中，该装置还包括用于对光源机构所发出的激光束进行能量均匀化的光束整形机构，光束整形机构将光源机构4所发出的激光束整形变为预设尺寸、能力均匀的激光束。
在一种较佳的实施方式中，光束整形机构包括聚光镜8、物镜9和聚焦透镜10；光源机构所发出的激光束顺序透过聚光镜8、物镜9和聚焦透镜10。具体的，光源机构4所发出的激光束顺序通过聚光镜8、物镜9和聚焦透镜10且垂直于聚光镜8、物镜9和聚焦透镜10。
在一种较佳的实施方式中，光掩模版5设置于物镜9与聚焦透镜10之间。光源机构4所发出的激光束垂直通过光掩模版5上的通光口51。
在一种较佳的实施方式中，光源机构还包括反光镜11，反光镜11设置于物镜9与聚焦透镜10之间。具体的，当待剥离晶圆1所在位置与光源机构4、光束整形机构不在同一直线上时，需要使用反光镜11来折射激光束改变光源机构4所射出的激光束的路线。反光镜11与光源机构4之间的角度根据待剥离晶圆1所在位置设置。
本实施例提供一种晶圆激光剥离装置，该装置包括：用于提供激光束的光源机构、用于承载待剥离晶圆的承载机构以及挡光机构，所述挡光机构设置于所述光源机构与所述承载机构之间；所述挡光机构包括光掩模版，所述光掩模版上开设有与所述承载机构上所承载的待剥离晶圆芯片区域匹配的通光口，所述光源机构发出的激光束通过所述通光口落到所述待剥离晶圆芯片区域；在光源机构的激光束光路上设置光掩模版，光掩模版上开设于待剥离晶圆上芯片区域匹配的通光口，激光束通过通光口射到带剥离晶圆芯片上剥离芯片，待剥离晶圆芯片区域之外的部分被光掩模版挡住避免被激光束照射，从而有效避免晶圆上芯片区域之外的UV胶被激光束照射吸收激光而导致质量、形貌异常，从而有效降低激光剥离带来的晶圆不良率。
实施例2：本实施例提供一种晶圆激光剥离方法，该方法使用如实施例1所提供的晶圆激光剥离装置，该方法包括：
S1、将挡光机构安装于光源机构与承载机构之间并将待剥离晶圆置于所述承载机构；
S2、调整所述挡光机构位置以使所述光源机构提供的激光束通过所述挡光机构中的光掩模版后与所述待剥离晶圆芯片区域匹配；
S3、打开所述光源机构发出激光光束以使激光光束穿过所述光掩模版得到与所述待剥离晶圆芯片排列一致的阵列聚焦光斑以对所述待剥离晶圆芯片进行激光剥离。
在一种较佳的实施方式中，该方法还包括：
在光源机构与承载机构之间安装对光源机构所发出的激光束进行能量均匀化的光束整形机构，具体包括：
安装聚光镜、物镜和聚焦透镜并使光源机构所发出的激光束顺序透过聚光镜、物镜和聚焦透镜，且将挡光机构安装于物镜和聚焦透镜之间。
在一种较佳的实施方式中，在物镜和聚焦透镜之间安装反光镜以改变光源机构发出的激光束的光路走向使得激光束能与承载机构上的待剥离晶圆匹配。
更优选的，将反光镜安装于光掩模版与聚焦透镜之间。
在一种较佳的实施方式中，该方法还包括：
调整光源机构与聚光镜、物镜和聚焦透镜位置以使激光中心与聚光镜、物镜和聚焦透镜中心位于同一直线。
在一种较佳的实施方式中，挡光机构还包括用于安装光掩模版的安装部，光掩模版可拆卸安装于安装部，该方法还包括：
在安装部上安装不同型号的光掩模版。
更优选的，挡光机构还包括驱动件，驱动件的驱动端与安装部连接并驱动所述安装部以驱动端为中心在光掩模版所在平面转动，该方法还包括:
控制驱动件驱动安装部转动以变换与光源机构发出的激光束匹配的光掩模版。
需要说明的是：上述实施例提供的晶圆激光剥离方法与实施例1所提供的晶圆激光剥离装置属于同一构思，其有益效果这里不再赘述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种晶圆激光剥离装置，其特征在于，所述装置包括：箱体、用于提供激光束的光源机构、用于承载待剥离晶圆的承载机构、挡光机构以及用于对所述光源机构所发出的激光束进行能量均匀化的光束整形机构，所述光源机构、所述挡光机构以及所述承载机构均设置于所述箱体内，所述挡光机构设置于所述光源机构与所述承载机构之间；
所述挡光机构包括光掩模版以及用于安装所述光掩模版的安装部，所述光掩模版上开设有与所述承载机构上所承载的待剥离晶圆芯片区域匹配的通光口，所述光源机构发出的激光束通过所述通光口落到所述待剥离晶圆芯片区域，所述光掩模版可拆卸安装于所述安装部；
所述挡光机构还包括驱动件，所述驱动件的驱动端与所述安装部连接并驱动所述安装部以所述驱动端为中心在所述光掩模版所在平面转动。
2.根据权利要求1所述的晶圆激光剥离装置，其特征在于，所述光掩模版有两个以上时，所述光掩模版与所述驱动件的驱动端的间距相等。
3.根据权利要求2所述的晶圆激光剥离装置，其特征在于，所述光掩模版的间距相等。
4.根据权利要求1所述的晶圆激光剥离装置，其特征在于，所述光束整形机构包括聚光镜、物镜和聚焦透镜；所述光源机构所发出的激光束顺序透过所述聚光镜、所述物镜和所述聚焦透镜。
5.根据权利要求4所述的晶圆激光剥离装置，其特征在于，所述光掩模版设置于所述物镜与所述聚焦透镜之间。
6.根据权利要求4或5所述的晶圆激光剥离装置，其特征在于，所述光源机构还包括反光镜，所述反光镜设置于所述物镜与所述聚焦透镜之间。
7.一种晶圆激光剥离方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1-6任意一项所述的晶圆激光剥离装置，所述方法包括：
将挡光机构安装于光源机构与承载机构之间并将待剥离晶圆置于所述承载机构上；
调整所述挡光机构位置以使所述光源机构提供的激光束通过所述挡光机构中的光掩模版后与所述待剥离晶圆芯片区域匹配；
打开所述光源机构发出激光光束以使激光光束穿过所述光掩模版得到与所述待剥离晶圆芯片排列一致的阵列聚焦光斑以对所述待剥离晶圆芯片进行激光剥离。
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