KR100724540B1 - Laser beam delivery system and method thereof, and laser lift-off method - Google Patents

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KR100724540B1 KR1020060133722A KR20060133722A KR100724540B1 KR 100724540 B1 KR100724540 B1 KR 100724540B1 KR 1020060133722 A KR1020060133722 A KR 1020060133722A KR 20060133722 A KR20060133722 A KR 20060133722A KR 100724540 B1 KR100724540 B1 KR 100724540B1
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Abstract

A laser beam transfer system and a method thereof, and a laser lift off method are provided to improve the yield by improving the uniformity of energy intensity distribution of a laser beam and enhancing transmissivity of the laser beam. A laser beam transfer system includes a laser beam source(210) for generating a laser beam, an attenuator for controlling the power of the laser beam, a beam homogenizer, a mask, and an imaging lens. The beam homogenizer(220) is used for improving the uniformity of an energy density of the laser beam. The beam homogenizer includes a fly-eye lens of a micro lens type. The mask(240) is located at a focal plane of the laser beam. The mask is used for masking a cross-sectional edge portion of the laser beam. The imaging lens(250) is used for irradiating exactly the laser beam transmitted through the mask onto a unit irradiation region of an object.

Description

레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법과 레이저 리프트 오프 방법{Laser Beam Delivery System and Method thereof, and Laser Lift-Off Method}Laser Beam Delivery System and Method and Laser Lift-Off Method

도 1a는 종래의 수평형 발광 다이오드의 수직 단면도.1A is a vertical sectional view of a conventional horizontal light emitting diode.

도 1b는 종래의 수평형 발광 다이오드의 상면도.1B is a top view of a conventional horizontal light emitting diode.

도 2는 원시 레이저 빔의 단면이 갖는 에너지 세기 프로파일을 나타내는 사진 및 그래프.2 is a photograph and graph showing an energy intensity profile of a cross section of a raw laser beam;

도 3a 내지 3c는 종래의 빔 균일제 구성을 나타내는 사시도, 상면도 및 측면도.3A to 3C are perspective, top and side views showing a conventional beam homogenizer configuration.

도 3d는 종래의 빔 균일제에 사용되던 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈의 유효 단위 렌즈를 나타내는 평면도.3D is a plan view showing an effective unit lens of a cylinder-type fly-eye lens used in a conventional beam homogenizer.

도 4a 내지 4g는 수직형 발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 공정 단면도.4A to 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical light emitting diode.

도 5는 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템의 구성을 나타내는 블럭 구성도.Fig. 5 is a block diagram showing the configuration of the laser beam delivery system of the present invention.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 빔 균일제의 구성을 나타내는 사시도, 상면도 및 측면도.6A to 6C are a perspective view, a top view, and a side view showing a configuration of a beam uniforming agent of the present invention.

도 6d는 본 발명의 빔 균일제에 사용되는 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈의 유효 단위 렌즈를 나타내는 평면도.Fig. 6D is a plan view showing an effective unit lens of a microlens type fly-eye lens used in the beam homogenizer of the present invention.

도 7은 마스크 위치에서 종래기술의 레이저 빔 단면이 갖는 에너지 세기 프 로파일을 나타내는 사진 및 그래프.7 is a photograph and graph showing an energy intensity profile of a prior art laser beam cross section at a mask position.

도 8은 마스크 위치에서 본 발명의 레이저 빔 단면이 갖는 에너지 세기 프로파일을 나타내는 사진 및 그래프.8 is a photograph and graph showing an energy intensity profile of the laser beam cross section of the present invention at the mask position.

<도면의 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the symbols in the drawings>

200 : 레이저 빔 전달 시스템 210 : 레이저 빔 광원200: laser beam delivery system 210: laser beam light source

220 : 빔 균일제 221 : 제1 플라이-아이 렌즈220: beam homogenizer 221: first fly-eye lens

222 : 제2 플라이-아이 렌즈 223 : 집광 렌즈222: second fly-eye lens 223: condenser lens

230 : 필드 렌즈 240 : 마스크230: field lens 240: mask

250 : 이미징 렌즈250: imaging lens

본 발명은 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법과 레이저 리프트 오프 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 기판(substrate)으로부터 박막(thin film)을 분리하기 위한 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 수직형 발광 다이오드 제조에 있어 필수적으로 적용되는 공정 중의 하나인 LLO(Laser Lift Off) 공정에 사용되는 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser beam delivery system, a method thereof, and a laser lift-off method, and more particularly, to a laser beam delivery system and method for separating a thin film from a substrate, and more particularly TECHNICAL FIELD The present invention relates to a laser beam delivery system and a method used in a laser lift off (LLO) process, which is one of processes essential for manufacturing a vertical light emitting diode.

엑시머 레이저(Eximaer Laser)는 레이저 정밀가동 및 이종 접합체의 분리를 포함하는 다양한 물질 가공을 위한 용도로 사용되고 있다. 최근에는 엑시머 레이저 빔의 안정성과 출력이 향상되어 반도체 물질을 가공하는 공정, 특히 소자 형성을 하기 위해 웨이퍼 기판 위의 박막을 분리하는 공정으로까지 그 사용 범위가 넓어지고 있다. 분리되는 박막의 종류는 화합물 반도체, 구리, 알루미늄, 금, 폴리머 등과 같이 매우 다양하다. 이와 같이 다양한 박막을 분리하기 위한 레이저 빔은 타깃 에너지 밀도(target energy density), 타깃 에너지 균일도 (target energy uniformity), 및 타깃 조산 면적(target exposing area)과 같은 주요한 인자들을 가진다.Eximaer lasers are used for a variety of materials processing, including laser precision operation and separation of heterojunctions. In recent years, the stability and output of the excimer laser beam have been improved, and thus the use range of the excimer laser beam has been extended to the process of processing a semiconductor material, in particular, a process of separating a thin film on a wafer substrate to form an element. The types of thin films to be separated vary greatly, such as compound semiconductors, copper, aluminum, gold, and polymers. Such laser beams for separating various thin films have major factors such as target energy density, target energy uniformity, and target exposing area.

이하에서는 특히 수직형 발광 다이오드 제조에 있어 필수적으로 적용되는 공정 중의 하나인 LLO(Laser Lift Off) 공정의 관점에서 종래기술 및 본 발명을 설명할 것이나 본 발명이 LLO 공정에 국한되는 것은 아니다.Hereinafter, the prior art and the present invention will be described in terms of a laser lift off (LLO) process, which is one of processes essential for manufacturing a vertical light emitting diode, but the present invention is not limited to the LLO process.

발광 다이오드는 전류를 빛으로 변환시키는 주지의 반도체 소자이다. 발광 다이오드는 반도체로 형성된 활성층에서 충만대에 위치한 전자를 밴드 갭을 뛰어 넘어 전도대로 여기시킨 후 이 전자가 다시 충만대로 전이될 때 발산하는 빛을 이용하여 발광한다. 이러한 전자 전이는 밴드 갭의 크기에 의존하는 파장의 빛을 방출한다. 따라서, 발광 다이오드에 의해 방출되는 빛의 파장 또는 색은 활성층의 반도체 물질에 의해 결정된다. 밴드 갭은 물질의 고유 특성 중 하나이기 때문이다.Light emitting diodes are well-known semiconductor devices that convert current into light. The light emitting diode excites electrons located in the full band in the active layer formed of a semiconductor beyond the band gap and excites the conduction band, and then emits light using light emitted when the electrons transfer to the full band again. This electron transition emits light of a wavelength that depends on the size of the band gap. Thus, the wavelength or color of light emitted by the light emitting diode is determined by the semiconductor material of the active layer. This is because the band gap is one of the intrinsic properties of the material.

발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색, 황색 등과 같이 다양한 범위의 색을 발광하는데 사용된다. 그러나, 발광 다이오드는 단색 광원이라는 한계를 갖는다. 적색, 녹색, 청색을 모두 포함하는 백색 발광이 요구되는 경우가 있는데, 예를 들면 LCD를 사용하는 노트북은 백색의 백라이트가 필수적이다. 흔히 백색은 백열 전구 또는 형광 램프에 의해 제공된다. 가격은 저렴하지만 백열 전구는 그 수명이 매우 짧고 발광 효율도 낮다. 형광 램프는 그 효율이 상대적으로 백열 전구에 비해 우수하지만 그 수명이 제한적이라는 단점이 있다. 더욱이, 형광 램프는 안정기와 같은 상대적으로 크고 무겁고 비싼 부가물이 요구된다.Light emitting diodes are used to emit a wide range of colors, such as red, green, blue, yellow, and the like. However, the light emitting diode has a limitation of being a monochromatic light source. In some cases, white light emission including red, green, and blue is required. For example, a notebook using an LCD requires a white backlight. Often white is provided by incandescent bulbs or fluorescent lamps. Although inexpensive, incandescent bulbs have a very short lifespan and low luminous efficiency. Fluorescent lamps have a relatively high efficiency compared to incandescent bulbs but have a limited lifetime. Moreover, fluorescent lamps require relatively large, heavy and expensive additives such as ballasts.

백색 발광 다이오드 광원은 적당한 비율로 빛을 발하는 적색, 녹색, 및 청색 발광소자를 서로 밀접하게 위치하도록 형성함으로써 제조할 수 있다. 그러나, 청색 발광 다이오드는 알맞은 밴드 갭을 갖는 양질의 결정을 제조하기가 어렵기 때문에 그 제조가 상대적으로 어렵다. 특히 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP) 등의 화합물 반도체를 이용하는 경우에는 양질의 청색 발광 다이오드를 구현하기 어렵다.The white light emitting diode light source can be manufactured by forming red, green, and blue light emitting devices that emit light at an appropriate ratio so as to be closely located with each other. However, blue light emitting diodes are relatively difficult to manufacture because they are difficult to produce good quality crystals with a suitable band gap. In particular, when using compound semiconductors such as indium phosphorus (InP), gallium arsenide (GaAs), and gallium phosphorus (GaP), it is difficult to realize a high quality blue light emitting diode.

이러한 어려움에도 불구하고 GaN을 이용한 청색 발광 다이오드가 상업적으로 이용되기 시작하였고, 특히, 1994년에 시장에 소개된 이 후로 GaN에 기초한 발광 다이오드 기술이 급속도로 발전하고 있고 현재에는 조명 분야에서 백열등이나 형광등을 월등히 능가하는 효율을 나타내고 있다.Despite these difficulties, GaN-based blue light-emitting diodes have been commercially available. Especially, since the introduction of GaN-based light-emitting diode technology in 1994, GaN-based light-emitting diode technology has been rapidly developed. The efficiency is much higher than that.

한편, 인듐인(InP), 갈륨비소(GaAs), 갈륨인(GaP) 계열의 발광 다이오드의 경우에는 반도체 층이 도전성 기판 위에 성장되기 때문에 p-n접합 구조를 갖는 수직형 발광 다이오드를 만드는 것은 어려운 것이 아니었다. 그러나, GaN에 기초한 발광 다이오드의 경우에는 에피텍셜 성장시 결정 결함이 발생하는 것을 줄이기 위하여 사파이어(Al2O3)를 기판으로 사용한다. 그런데 사파이어는 절연체이기 때문에 제1 전극과 제2 전극 모두를 에피층의 상면 측에 형성시키는 수평형 구조가 일반적 이었다. On the other hand, in the case of indium phosphorus (InP), gallium arsenide (GaAs), and gallium phosphorus (GaP) series light emitting diodes, since the semiconductor layer is grown on the conductive substrate, it is not difficult to make a vertical light emitting diode having a pn junction structure. . However, in the case of GaN-based light emitting diodes, sapphire (Al 2 O 3 ) is used as a substrate to reduce the occurrence of crystal defects during epitaxial growth. However, since sapphire is an insulator, a horizontal structure in which both the first electrode and the second electrode are formed on the upper surface side of the epi layer is common.

도 1a 및 도 1b는 사파이어 기판을 이용한 종래의 수평형 발광 다이오드의 개략적인 구조를 나타낸다. 1A and 1B show a schematic structure of a conventional horizontal light emitting diode using a sapphire substrate.

종래의 전형적인 발광 다이오드의 단면도인 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 사파이어 기판(10) 상에 n-GaN층(11), 다중 양자 우물(multiple quantum wells)을 갖는 활성층(12), p-GaN층(13) 및 투명 도전층(14)이 순차적으로 적층된다. 이어서 투명 도전층(14)의 특정 부분 상에 제1 전극(15)이 형성된다. As shown in FIG. 1A, which is a cross-sectional view of a conventional typical light emitting diode, an n-GaN layer 11 on the sapphire substrate 10, an active layer 12 having multiple quantum wells, p-GaN The layer 13 and the transparent conductive layer 14 are laminated sequentially. Subsequently, the first electrode 15 is formed on the specific portion of the transparent conductive layer 14.

그리고, 제1 전극(15)이 형성되지 않은 부분의 투명 도전층(14)의 일부분이 노출되도록 제1 전극(15)을 포함한 투명 도전층(14) 상에 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 투명 도전층(14), p-GaN층(13) 및 활성층(12)을 선택적으로 식각한다. 이 때, n-GaN층(11)의 일부도 얇게 식각된다. GaN는 그 식각의 어려움 때문에 습식 식각보다는 건식 식각이 주로 이용된다. Then, a photoresist pattern is formed on the transparent conductive layer 14 including the first electrode 15 through a photolithography process so that a part of the transparent conductive layer 14 of the portion where the first electrode 15 is not formed is exposed. Not shown). Using this photoresist pattern as a mask, the transparent conductive layer 14, the p-GaN layer 13 and the active layer 12 are selectively etched. At this time, part of the n-GaN layer 11 is also etched thinly. GaN is mainly used for dry etching rather than wet etching because of its difficulty of etching.

이어서, 포토레지스트 패턴을 스트립 공정을 통해 제거한 후 노출된 n-GaN층(11) 상에 제2 전극(16)을 형성한다.Subsequently, after removing the photoresist pattern through the strip process, the second electrode 16 is formed on the exposed n-GaN layer 11.

종래 발광 다이오드를 위에서 내려다 본 상면도인 도 1b에 도시되어 있는 바와 같이, 이와 같은 수평형 구조에서는 두 전극(15, 16) 모두에 와이어 본딩이 필요하기 때문에 전극 면적의 확보를 위해 발광 다이오드의 칩 면적도 일정 크기 이상이 될 것이 요구되었다. 이는 웨이퍼의 단위 면적당 칩 생산량을 향상시키는데 제한으로 작용하였을 뿐만 아니라 패키징 공정에서 와이어 본딩의 복잡성으로 인해 제조 비용이 증가하였다.As shown in FIG. 1B, which is a top view of a conventional light emitting diode viewed from above, in the horizontal structure, since both wires 15 and 16 require wire bonding, a chip of the light emitting diode to secure the electrode area. The area was also required to be over a certain size. This not only limited the improvement of chip yield per unit area of wafer, but also increased manufacturing costs due to the complexity of wire bonding in the packaging process.

더욱이, 절연체인 사파이어를 기판으로 사용하기 때문에 외부로부터 유입되는 정전기를 방출하기 어려워 정전기로 인한 불량 유발 가능성이 컸고, 이는 소자의 신뢰성을 현저히 저하시켰다. 또한, 사파이어는 열전도도가 낮기 때문에 발광 다이오드 구동 중에 발생하는 열을 외부로 방출하는데 어려움이 있어서 발광 다이오드의 고출력을 위한 대전류 인가에도 제약이 따랐다.In addition, since sapphire, which is an insulator, is used as a substrate, it is difficult to discharge static electricity flowing from the outside, so that the possibility of defects caused by static electricity is high, which significantly lowers the reliability of the device. In addition, since sapphire has low thermal conductivity, it is difficult to dissipate heat generated during driving of the light emitting diodes to the outside, thereby limiting the application of a large current for high output of the light emitting diodes.

위와 같은 수평형 구조의 발광 다이오드의 단점 및 사파이어 기판을 사용함으로써 야기되는 단점들을 보완하기 위하여 수직형 구조의 발광 다이오드, 특히 최종 산물이 사파이어 기판을 포함하지 않는 수직형 구조의 발광 다이오드에 대하여 활발한 연구가 진행되고 있다.Active research on vertical light emitting diodes, especially vertical light emitting diodes in which the final product does not include a sapphire substrate, to compensate for the disadvantages of the horizontal light emitting diodes and the disadvantages caused by using a sapphire substrate. Is going on.

최종 산물이 사파이어 기판을 포함하지 않는 수직형 구조의 발광 다이오드는 사파이어 기판 상에 GaN 계열의 에피층을 성장시키고 상기 에피층 상에 금속 지지층을 형성시킨다. 이 금속 지지층이 후속 공정에서 GaN 계열의 에피층을 지지하기 때문에 사파이어 기판을 에피층으로부터 분리할 수 있다. 이때 사파이어 기판을 에피층으로부터 분리하기 위하여 특히 레이저 리프트-오프(Laser Lift-Off) 방식이 주로 이용된다. A vertical light emitting diode in which the final product does not include a sapphire substrate grows a GaN-based epitaxial layer on the sapphire substrate and forms a metal support layer on the epitaxial layer. Since the metal support layer supports the GaN-based epilayer in a subsequent process, the sapphire substrate can be separated from the epilayer. In this case, in particular, a laser lift-off method is mainly used to separate the sapphire substrate from the epitaxial layer.

레이저 리프트-오프 방식은 물질이 자기 밴드갭보다 낮은 에너지를 갖는 광은 투과시키지만 그보다 높은 에너지를 갖는 광은 흡수한다는 원리를 이용한 것이다. 예를 들어, 248 nm의 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저 빔과 193 nm의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저 빔은 GaN의 약 3.3. eV 밴드갭과 사파이어의 약 10.0 eV 밴 드갭 사이의 에너지를 갖기 때문에 이들 엑시머 레이저 빔은 사파이어 기판은 통과하지만 GaN 계열의 에피층에서는 흡수된다. 따라서, 이들 사파이어 기판을 통과한 엑시머 레이저 빔에 의해 에피층의 계면 부분이 가열 및 분해됨으로써 사파이어 기판과 에피층이 분리된다. The laser lift-off method uses the principle that the material transmits light with energy lower than the magnetic bandgap but absorbs light with higher energy. For example, a KrF excimer laser beam with a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser beam with a wavelength of 193 nm are approximately 3.3. Because of the energy between the eV bandgap and about 10.0 eV bandgap of sapphire, these excimer laser beams pass through the sapphire substrate but are absorbed in the GaN-based epilayer. Therefore, the sapphire substrate and the epi layer are separated by heating and decomposing the interface portion of the epi layer by the excimer laser beam passing through these sapphire substrates.

이와 같이 사파이어 기판을 에피층으로부터 분리하는데 사용되는 레이저 리프트-오프 방식은 레이저 빔을 다수개의 발광 소자들이 형성되는 웨이퍼에 조사하는 방식에 따라 스캔 방식과 펄스 방식으로 대별된다.As such, the laser lift-off method used to separate the sapphire substrate from the epitaxial layer is roughly classified into a scan method and a pulse method according to a method of irradiating a laser beam onto a wafer on which a plurality of light emitting devices are formed.

스캔 방식의 경우 레이저 빔이 중복적으로 조사되는 부분과 그렇지 않은 부분이 필연적으로 존재하게 되는데, 이렇게 중복적으로 조사되는 부분에서는 스트레스에 의한 균열(fracture) 또는 결함(crack)이 발생할 수 있다. 이러한 중복 조사를 피하기 위해서는 단위 조사 영역에 하나의 펄스에 의한 레이저 빔을 순간적으로 조사한 후 다음 조사 영역으로 이동하여 레이저 빔을 다시 조사하는 펄스 방식의 레이저 리프트-오프가 바람직하다. In the case of the scanning method, a portion where the laser beam is repeatedly irradiated and a portion that is not necessarily exists. In this case, the fracture or crack may be caused by the stress. In order to avoid such overlapping irradiation, a pulse type laser lift-off is preferable in which the laser beam by one pulse is instantaneously irradiated to the unit irradiation area and then moved to the next irradiation area to irradiate the laser beam again.

한편, 펄스 방식의 레이저 리프트-오프 방식을 채용한다고 하더라도 단위 조사 영역의 형태 및 크기와 정확히 일치하는 빔 스팟이 요구된다. 그렇지 않고 빔 스팟이 단위 조사 영역을 벗어나는 부분이 있을 경우에는 위에서 언급한 중복 조사의 문제점, 즉 스트레스에 의한 균열 또는 결합이 발생할 것이고, 만약 빔 스팟이 단위 조사 영역을 완전히 커버하지 못하는 경우에는 사파이어 기판이 GaN 계열의 에피층과 완전히 분리되지 않는 문제점이 발생하기 때문이다. On the other hand, even if a pulsed laser lift-off method is employed, a beam spot that exactly matches the shape and size of the unit irradiation area is required. Otherwise, if there is a part where the beam spot is out of the unit irradiation area, the above-mentioned problem of overlapping irradiation, that is, cracking or bonding due to stress will occur, and if the beam spot does not completely cover the unit irradiation area, the sapphire substrate This is because there is a problem that the GaN series epitaxial layer is not completely separated.

또한, 단위 조사 영역의 형태 및 크기와 정확히 일치하는 빔 스팟을 조사한 다고 하더라도 빔 스팟 전체에 걸쳐 에너지 밀도 분포가 불균일하다면 여전히 위와 유사한 문제가 발생할 수 있다. 즉, 도 2에 나타난 바와 같이, 원시 레이저 빔의 단면은 그 에너지 세기가 가우시안 분포를 따르기 때문에 빔 스팟 중심부의 에너지 밀도가 높고 주변 영역으로 갈수록 에너지 밀도가 낮게 된다. 그로 인해, 단위 조사 영역의 중심부에 결함이 발생하거나(주변 영역에서 사파이어 기판과 GaN 계열의 에피층 분리를 보장하기 위하여 높은 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔을 조사할 경우) 또는 주변 영역에서 사파이어 기판과 GaN 계열의 에피층이 미처 분리되지 않는(중심부에서의 결합 발생을 방지하기 위하여 낮은 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔을 조사할 경우) 문제점이 발생하고, 결국 하나의 웨이퍼를 통해 생산될 수 있는 총 발광 다이오드의 개수 대비 실제로 생산되는 양질의 발광 다이오드 개수를 의미하는 수율(yield)에 치명적인 악역향을 끼치게 된다.In addition, even if the beam spot that exactly matches the shape and size of the unit irradiation area is irradiated, if the energy density distribution is uneven throughout the beam spot, a similar problem may still occur. That is, as shown in Figure 2, since the energy intensity of the cross section of the raw laser beam is Gaussian distribution, the energy density at the center of the beam spot is high and the energy density is lower toward the peripheral region. As a result, defects occur in the center of the unit irradiation region (when irradiating a laser beam having a high energy density to ensure separation of the sapphire substrate and GaN series epilayers in the peripheral region) or in the peripheral region of the sapphire substrate and GaN. The problem arises that the epilayers of the series are not separated (when irradiating a laser beam with a low energy density to prevent the occurrence of bonding at the center), which eventually leads to the production of a total of light emitting diodes. It has a fatal adverse effect on the yield (yield), which means the number of high-quality LEDs actually produced compared to the number.

따라서, 빔 스팟의 에너지 세기 균일도를 향상시키기 위하여 도 3a 내지 도3c에 도시된 빔 균일제(Beam Homogenizer)(100)를 사용하였다. 이러한 종래의 빔 균일제(100)는 레이저 빔 광원(미도시)으로부터 출사된 레이저 빔을 다수개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하고, 이렇게 분할된 단위 빔의 발산각을 조절하기 위한 실린더 타입의 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(110, 120) 및 분할된 단위 빔을 서로 중첩시키기 위한 집광 렌즈(130)로 구성된다. 그런데, 이러한 종래의 빔 균일제(100)에서 사용된 플라이-아이 렌즈(110, 120)는 실린더 타입으로서, 이러한 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)는 다수개의 실리더형 렌즈(Cylindrical Lens)를 연속적으로 배열시킨 플레이트 두 개(111, 112)(121, 122)를 서로 직교하도록 접합시 킴으로써 다수개의 단위 렌즈(lenslet)를 만든다. Therefore, the beam homogenizer 100 shown in FIGS. 3A to 3C was used to improve the energy intensity uniformity of the beam spot. The conventional beam homogenizer 100 divides a laser beam emitted from a laser beam light source (not shown) into a plurality of unit beams and adjusts the divergence angle of the divided unit beams. And a condenser lens 130 for superimposing the second fly-eye lenses 110 and 120 and the divided unit beams. However, the fly-eye lenses 110 and 120 used in the conventional beam homogenizer 100 are cylinder type, and the cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120 are a plurality of cylinder-type lenses. A plurality of unit lenses are formed by bonding two plates 111 and 112 (121, 122) arranged in succession so as to be perpendicular to each other.

이러한 구조의 플라이-아이 렌즈(110, 120) 경우에는 플라이-아이 렌즈를 이루는 단위 렌즈들의 크기를 나타내는 플라이-아이 렌즈 피치(pitch)의 크기가 약 5 mm로서 그 크기가 크다. 즉, 실린더 타입의 경우 피치를 일정 크기 이하로 줄이기 어렵기 때문에, 도 3d에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 실제로 통과되는 단위 렌즈를 의미하는 유효 단위 렌즈(Effective Lenslet)의 개수를 늘리는데 한계가 있다. 이것은, 입사되는 레이저 빔으로부터 분할되는 단위 빔의 개수를 늘리는데 한계가 있음을 의미한다. 결과적으로, 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)를 사용할 경우 분할되는 단위 빔의 개수를 늘리는데 한계가 있기 때문에 만족스러운 빔 스팟의 에너지 세기 균일도를 얻기가 어렵다. 결국 하나의 웨이퍼를 통해 생산될 수 있는 총 발광 다이오드의 개수 대비 실제로 생산되는 양질의 발광 다이오드 개수를 의미하는 수율에 치명적인 악역향을 끼치게 된다.In the case of the fly-eye lenses 110 and 120 having such a structure, the size of the fly-eye lens pitch representing the size of the unit lenses forming the fly-eye lens is about 5 mm, which is large. That is, in the case of the cylinder type, it is difficult to reduce the pitch to a predetermined size or less, and as shown in FIG. 3D, there is a limit in increasing the number of effective lenslets, which means a unit lens through which a laser beam is actually passed. . This means that there is a limit to increasing the number of unit beams split from the incident laser beam. As a result, when using the cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120, there is a limit in increasing the number of divided unit beams, so that it is difficult to obtain a uniform energy intensity uniformity of the beam spot. As a result, it has a fatal adverse effect on the yield, which means the number of high quality light emitting diodes actually produced compared to the total number of light emitting diodes that can be produced through one wafer.

한편, 빔 균일제(100) 전에 빔 팽창 망원경(Beam Expansion Telescope)(미도시)을 이용하여 레이저 빔의 단면적을 증가시키고, 그 증가된 빔 단면적에 대응하는 큰 플라이-아이 렌즈(110, 120)를 채택함으로써 유효 단위 렌즈의 개수를 증가시킬 수도 있으나, 전체 시스템의 크기 제약으로 인해 에너지 세기 균일도 향상에 역시 한계가 있을 수밖에 없다. 또한, 빔 팽창 망원경을 추가적으로 설치하여야 하기 때문에 전체 레이저 빔 전달 시스템을 제조하는데 있어서 작업이 번잡해질 뿐만 아니라 제조 원가가 증가하는 문제점이 있다. 더욱이, 레이저 빔이 빔 팽창 망원경을 구성하는 광학 요소들을 추가적으로 투과하여야 한다는 점에서 레이저 빔의 전 체 투과율이 저하되는 문제점을 발생시키기도 한다.Meanwhile, a beam expansion telescope (not shown) is used to increase the cross-sectional area of the laser beam before the beam homogenizer 100, and the large fly-eye lenses 110 and 120 corresponding to the increased beam cross-sectional area are removed. Although the number of effective unit lenses can be increased by the adoption, there is also a limit to the improvement of energy intensity uniformity due to the size constraints of the entire system. In addition, since the beam expansion telescope must be additionally installed, not only the work is complicated in manufacturing the entire laser beam delivery system but also the manufacturing cost increases. Moreover, the problem is that the total transmittance of the laser beam is lowered in that the laser beam must additionally transmit the optical elements constituting the beam expansion telescope.

또한, 위와 같은 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120) 경우, 연속적으로 배열된 실린더형 렌즈들 사이의 경계면에서 레이저 빔의 투과가 이루어지지 않으며, 하나의 플라이-아이 렌즈가 2개의 층(layer)으로 구성되기 때문에 빔의 투과 효율 저하라는 원초적 문제점이 있다. 즉, 레이저 광원으로부터 나오는 원시 빔이 레이저 빔 전달 시스템을 통과하여 웨이퍼 상의 단위 발광 소자 영역까지 실제로 도달하는 양을 나타내는 척도인 빔 투과율(beam transmittance)이 낮기 때문에, 단위 시간당 발광 다이오드의 생산량이 현저히 제한되는 문제점이 발생한다.In addition, in the case of the above-described cylindrical type fly-eye lenses 110 and 120, the laser beam does not transmit at the interface between the continuously arranged cylindrical lenses, and one fly-eye lens includes two layers ( layer), there is a fundamental problem of lowering transmission efficiency of the beam. That is, the production of light emitting diodes per unit time is significantly limited because the beam transmittance, which is a measure of how much the raw beam from the laser light source passes through the laser beam delivery system and actually reaches the unit light emitting device area on the wafer, is low. Problem occurs.

본 발명의 레이저 빔 전달 시스템은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 상의 단위 조사 영역에 조사되는 레이저 빔의 빔 스팟이 그 전체 면에 걸쳐 균일한 에너지 밀도 분포를 갖도록 함으로써 공정 수율을 현저히 향상시킬 수 있는 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법과 레이저 리프트 오프 방법을 제공하는 것이다.The laser beam delivery system of the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a uniform energy density distribution over the entire surface of the laser beam irradiated to the unit irradiation area on the wafer. The present invention provides a laser beam delivery system and a method and a laser lift-off method capable of significantly improving process yield.

본 발명의 다른 목적은 레이저 빔의 투과율을 향상시킴으로써 단위 시간당 생산량을 현저히 증가시킬 수 있는 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법과 레이저 리프트 오프 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a laser beam delivery system, a method thereof, and a laser lift-off method which can significantly increase the yield per unit time by improving the transmittance of the laser beam.

본 발명의 또 다른 목적은 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 낮춤으로써 시장에서의 가격 경쟁력을 현저히 향상시킬 수 있는 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법과 레이저 리프트 오프 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a laser beam delivery system, a method and a laser lift-off method which can significantly improve the price competitiveness in the market by simplifying the manufacturing process and lowering the manufacturing cost.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면으로서, 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템은, 레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 광원; 상기 레이저 빔 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 에너지 밀도 균일도를 향상시키기 위한 것으로서, 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈를 포함하는 빔 균일제(Beam Homogenizer); 상기 빔 균일제를 통과한 레이저 빔의 초점 면(focal plane)에 위치하며 상기 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹(masking)하기 위한 마스크; 및 상기 마스크를 통과한 레이저 빔을 목표물의 단위 조사 영역에 정확하게 조사하기 위한 이미징 렌즈(imaging lens)를 포함한다.As an aspect of the present invention for achieving the above object, the laser beam delivery system of the present invention, a laser beam light source for emitting a laser beam; A beam homogenizer for improving energy density uniformity of the laser beam emitted from the laser beam light source, the beam homogenizer including a fly-eye lens of a microlens type; A mask positioned at a focal plane of the laser beam passing through the beam homogenizer and for masking a cross-sectional edge of the laser beam; And an imaging lens for accurately irradiating the laser beam passing through the mask to the unit irradiation area of the target.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면으로서, 본 발명의 레이저 빔 전달 방법은, 엑시머 레이저 빔을 방출하는 단계; 상기 방출된 엑시머 레이저 빔을 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈를 이용하여 다수개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하는 단계; 상기 단위 빔들을 중첩시키는 단계; 상기 중첩된 엑시머 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹하는 단계; 및 상기 단면 가장자리가 마스킹된 엑시머 레이저 빔을 목표물에 조사하는 단계를 포함한다.As another aspect of the present invention for achieving the above object, the laser beam delivery method of the present invention, comprising: emitting an excimer laser beam; Dividing the emitted excimer laser beam into a plurality of unit beamlets using a microlens-type fly-eye lens; Overlapping the unit beams; Masking a cross-sectional edge of the superimposed excimer laser beam; And irradiating the target with the excimer laser beam whose cross-sectional edge is masked.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면으로서, 본 발명의 레이저 리프트 오프 방법은, 사파이어 기판 상에 GaN 계열의 에피층을 형성하는 단계; 엑시머 레이저 빔을 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈를 이용하여 다수 개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하는 단계; 상기 단위 빔들을 중첩시키는 단계; 상기 중첩된 엑시머 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹하는 단계; 상기 단면 가장자리가 마스킹된 엑시머 레이저 빔을 상기 사파이어 기판의 단위 조사 영역에 조사하는 단계; 및 상기 사파이어 기판을 상기 GaN 계열의 에피층으로부터 물리적으로 분리하는 단계를 포함한다.As another aspect of the present invention for achieving the above object, the laser lift-off method of the present invention, the step of forming a GaN-based epilayer on the sapphire substrate; Dividing the excimer laser beam into a plurality of unit beamlets using a microlens-type fly-eye lens; Overlapping the unit beams; Masking a cross-sectional edge of the superimposed excimer laser beam; Irradiating an excimer laser beam of which the cross-sectional edge is masked to the unit irradiation area of the sapphire substrate; And physically separating the sapphire substrate from the GaN-based epi layer.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이저 빔 전달 시스템 및 레이저 빔 전달 방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the laser beam delivery system and laser beam delivery method according to the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 도면 및 명세서에 기재된 내용은 필수적 광학 구성에 한정하여 설명하는 것이므로 이들 광학 구성들 사이에 선택적으로 다른 광학 구성, 예를 들면 레이저 빔의 경로를 바꿔주기 위한 반사경 등이 포함될 수도 있으며 이들이 포함된 레이저 빔 전달 시스템도 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.The drawings and descriptions of the preferred embodiments of the present invention are intended to be limited to the essential optical configurations, so that other optical configurations, such as reflectors for changing the path of the laser beam, are selectively provided between these optical configurations. It is to be understood that the laser beam delivery system which may be included and included therein is also within the technical scope of the present invention.

도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 레이저 빔 전달 시스템 및 레이저 빔 전달 방법이 적용되는 수직형 발광 다이오드의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.4A to 4G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a vertical light emitting diode to which a laser beam delivery system and a laser beam delivery method according to the present invention are applied.

도 4a에 도시되어 있는 바와 같이, 사파이어 기판(20) 상에 통상의 반도체 공정 기술, 예를 들면 MOCVD(Metal Oxide Chemical Vapor Depositon) 또는 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 방법에 의해 GaN 버퍼층(31), N형의 GaN 층(32), 다 중 양자 우물을 갖는 InGaN/GaN/AlGaInN 활성층(33), 및 P형 GaN 층(34)을 포함하는 일련의 GaN 층들(30)을 순차적으로 형성시킨다. (001) 결정 구조를 갖는 사파이어(Al2O3) 기판 상에 GaN로 이루어지는 박막을 성장시킬 경우 격자 부정합이 생겨 박막의 평면이 불균일할 우려가 있기 때문에, 사파이어 기판(20) 상에 먼저 버퍼층(31)을 형성하고 그 버퍼층(31) 위에 GaN 박막들을 형성하는 것이 바람직하다. 통상적으로 사파이어 기판(20)은 약 330-430 ㎛의 두께를 갖으며 상기 일련의 GaN 계열의 층들(30)은 그 전체 두께가 약 5 ㎛ 이하이다.As shown in FIG. 4A, the GaN buffer layer 31, N on a sapphire substrate 20 by conventional semiconductor processing techniques, for example, metal oxide chemical vapor depositon (MOCVD) or molecular beam epitaxy (MBE) method. A series of GaN layers 30 including a GaN layer 32 of the type, an InGaN / GaN / AlGaInN active layer 33 having multiple quantum wells, and a P-type GaN layer 34 are sequentially formed. When a thin film made of GaN is grown on a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate having a (001) crystal structure, lattice mismatch may occur, and thus the plane of the thin film may be uneven. 31) and GaN thin films are preferably formed on the buffer layer 31. Typically, the sapphire substrate 20 has a thickness of about 330-430 μm and the series of GaN-based layers 30 has a total thickness of about 5 μm or less.

이어서, 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이, ICP RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching) 방법을 사용하여 상기 일련의 GaN 계열의 층들(30)을 관통하여 상기 사파이어 기판(20)의 일정 부분까지 파고들어가는 다수의 트렌치(trench)(40)를 형성한다. 트렌치(40) 형성시 사파이어 기판(20)의 일정 부분까지 파고들어가도록 하는 이유는, 후속 공정에서 사파이어 기판을 GaN 계열의 층들(30)로부터 분리할 때 사파이어 기판(30)과의 계면 부근의 GaN 계열의 층들(30) 부분에 결함이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 상기 트렌치(40)는 개별 LED 소자를 정의하기 위한 것으로 각 개별 LED 소자가 예를 들면 가로 세로의 길이가 약 200 ㎛인 정사각형이 되도록 트렌치(40)가 형성된다. 트렌치(40) 자체의 폭은 약 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고 사파이어 기판(20)으로 약 5 ㎛ 이상 파고들어가는 것이 바람직하다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, a portion of the sapphire substrate 20 is penetrated through the series of GaN-based layers 30 using an ICP Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching (RIE) method. A plurality of trenches 40 are formed. The reason why the trench 40 is formed in the sapphire substrate 20 when the trench 40 is formed is that the GaN near the interface with the sapphire substrate 30 when the sapphire substrate is separated from the GaN-based layers 30 in a subsequent process. This is to prevent defects in the portions of the series layers 30. The trench 40 is used to define individual LED elements, and trenches 40 are formed such that each individual LED element is square, for example, about 200 μm in length and width. The width of the trench 40 itself is preferably about 10 μm or less, and it is desirable to penetrate about 5 μm or more into the sapphire substrate 20.

상기 일련의 GaN 계열의 층들(30)과 사파이어 기판(20)은 그 경도가 강하기 때문에 RIE 방식, 특히 ICP RIE 방식에 의해 트렌치(40)를 형성하는 것이 바람직하다. 트렌치(40) 형성을 위하여 감광막(미도시)을 스핀 코팅에 의해 GaN 계열의 층들(30) 상에 도포한다. 이후 도포된 감광막의 선택적 노광 및 현상 공정을 거쳐 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이렇게 형성된 감광막 패턴을 에칭 마스크로 이용하여 ICP RIE 방식에 의해 GaN 계열의 층들(30) 및 사파이어 기판(20) 일부를 에칭함으로써 트렌치(40)를 형성하게 된다.Since the series of GaN-based layers 30 and the sapphire substrate 20 have strong hardness, it is preferable to form the trench 40 by an RIE method, particularly an ICP RIE method. In order to form the trench 40, a photosensitive film (not shown) is applied on the GaN-based layers 30 by spin coating. Thereafter, a photoresist pattern (not shown) is formed through a selective exposure and development process of the applied photoresist. The trench 40 is formed by etching the GaN-based layers 30 and the sapphire substrate 20 by ICP RIE using the photoresist pattern thus formed as an etching mask.

이어서, 도 4c에 도시되어 있는 바와 같이, 트렌치(40)가 채워지도록 GaN 계열의 층들(30a) 상에 도전성 지지층(50)을 형성한다. 도전성 지지층(50)은 물리증착방법(physical vapor deposition) 또는 전기도금 등의 방법에 의해 형성될 수 있다. 도전성 지지층(50)은 약 100 ㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 도전성 지지층(50)의 물질로는 Cu, Au, 또는 Al 등의 금속이 바람직하나 Si와 같이 전기 전도성을 갖는 물질이라면 그 어느 것이라도 가능하다. Subsequently, as illustrated in FIG. 4C, the conductive support layer 50 is formed on the GaN-based layers 30a to fill the trench 40. The conductive support layer 50 may be formed by a method such as physical vapor deposition or electroplating. It is preferable that the conductive support layer 50 has a thickness of about 100 μm or less. The material of the conductive support layer 50 is preferably a metal such as Cu, Au, or Al, but any material may be used as long as the material has electrical conductivity such as Si.

GaN 계열의 층들(30a)과 도전성 지지층(50) 사이의 접착력을 향상시키기 위하여 그 사이에 Cr 또는 Au를 포함하는 접착층(미도시)을 더 형성시킬 수도 있다.In order to improve adhesion between the GaN-based layers 30a and the conductive support layer 50, an adhesive layer including Cr or Au may be further formed therebetween.

이렇게 도전성 지지층(50)을 형성한 후에, 도 4d에 도시되어 있는 바와 같이, 사파이어 기판(20a)을 GaN 계열의 층들(30a)로부터 분리한다. 상기 분리는 사파이어 기판(20a) 및 도전성 지지층(50) 상에 진공 척(vacuum chuck)을 부착시키고 서로 반대 방향으로 힘을 준 상태에서 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템을 이용하여 사파이어 기판(20a)과 GaN 계열의 층들(30a) 사이에 레이저 빔을 조사함으로써 수행된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.After the conductive support layer 50 is formed in this way, as shown in FIG. 4D, the sapphire substrate 20a is separated from the GaN-based layers 30a. The separation is performed by attaching a vacuum chuck on the sapphire substrate 20a and the conductive support layer 50 and applying a force in opposite directions to each other using the laser beam delivery system of the present invention. It is performed by irradiating a laser beam between the GaN series layers 30a. Detailed description thereof will be described later.

사파이어 기판(20a)을 GaN 계열의 층들(30a)로부터 분리한 후에 사파이어 기판(20a)과 접촉하였던 GaN 계열의 층들(30a)의 면에 대하여 HCl로 세정한 후 폴리싱(polishing)을 통해 GaN 계열의 층들(30a) 아래로 돌출된 도전성 지지층(50) 부분들을 제거함으로써 평탄화한다. 결과적으로, 도 4e에 도시되어 있는 바와 같이, 도전성 지지층(50a)과 GaN 계열의 층들(30a)은 평탄한 표면을 갖게 된다.After separating the sapphire substrate 20a from the GaN-based layers 30a, the surfaces of the GaN-based layers 30a that were in contact with the sapphire substrate 20a were cleaned with HCl, and then polished with polishing. Planarization is made by removing portions of the conductive support layer 50 protruding below the layers 30a. As a result, as shown in FIG. 4E, the conductive support layer 50a and the GaN-based layers 30a have a flat surface.

이어서, 도 4f에 도시되어 있는 바와 같이, 트렌치(40)를 채우고 있는 도전성 지지층(50a) 부분들에 의해 물리적으로 분리되어 있는 각각의 GaN 계열의 층들(30a) 상에 콘택층(60)을 형성한다. 상기 콘택층(60)은 GaN 계열의 층들(33a)과 직접적으로 접촉하는 인터페이스층(61)과 상기 인터페이스층(61) 상에 형성되는 콘택 패드(62)를 포함한다. 인터페이스층(61)은 Ti 또는 Al을 함유하고, 콘택 패드(62)는 Cr 또는 Au를 함유하는 것이 바람직하다.Subsequently, as shown in FIG. 4F, a contact layer 60 is formed on each GaN-based layers 30a that are physically separated by portions of the conductive support layer 50a filling the trench 40. do. The contact layer 60 includes an interface layer 61 in direct contact with GaN-based layers 33a and a contact pad 62 formed on the interface layer 61. The interface layer 61 preferably contains Ti or Al, and the contact pads 62 preferably contain Cr or Au.

이와 같이 콘택층(60)을 각각의 GaN 계열의 층들(30a) 상에 형성시킨 후에는 다이싱(dicing) 공정을 통하여 각각의 개별 LED 소자로 분리한다. 다이싱 공정은 다양한 기계적 또는 화학적 방법을 통해 수행될 수 있다. 도 4g는 이와 같이 개별 LED 소자로 분리된 최종 제품의 단면도이다.After the contact layer 60 is formed on the GaN-based layers 30a as described above, the contact layer 60 is separated into individual LED elements through a dicing process. The dicing process can be carried out through various mechanical or chemical methods. 4g is a cross-sectional view of the final product thus separated into individual LED elements.

상기 공정들 중에서 도전성 지지층(50)을 형성한 후에 사파이어 기판(20)을 GaN 계열의 층들(30a)로부터 분리하는 공정은 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템 및 레이저 빔 전달 방법에 의하여 효율적으로 수행될 수 있는데, 이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참조하여 사파이어 기판(20)과 GaN 계열의 층들(30a)의 분리를 위한 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법에 대해 보다 상세히 살펴보도록 한다. After the conductive support layer 50 is formed among the above processes, the process of separating the sapphire substrate 20 from the GaN-based layers 30a may be efficiently performed by the laser beam delivery system and the laser beam delivery method of the present invention. Hereinafter, the laser beam delivery system and method of the present invention for separating the sapphire substrate 20 and the GaN-based layers 30a will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 8.

도 5는 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템의 구성을 나타내는 블럭 구성도이다. 5 is a block diagram showing the configuration of the laser beam delivery system of the present invention.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템(200)은 레이저 빔을 펄스 방식으로 방출하는 레이저 빔 광원(210)을 포함하는데, 248 nm의 파장을 갖는 KrF 엑시머 레이저 빔과 193 nm의 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저 빔 모두 GaN의 약 3.3. eV 밴드갭과 사파이어의 약 10.0 eV 밴드갭 사이의 에너지를 갖기 때문에 이들 엑시머 레이저 빔은 사파이어 기판(20)은 통과하지만 GaN 계열의 에피층(30a)에서는 흡수된다. 따라서 이들 모두 본 발명의 레이저 빔 광원(210)으로 사용될 수는 있으나, ArF 엑시머 레이저 빔은 사파이어 기판(20)에서의 흡수가 다소 발생한다는 점에서 KrF 엑시머 레이저 빔이 더 바람직하다.As shown in FIG. 5, the laser beam delivery system 200 of the present invention includes a laser beam light source 210 that emits a laser beam in a pulsed manner, including a KrF excimer laser beam having a wavelength of 248 nm and 193. All of the ArF excimer laser beams with a wavelength of nm are about 3.3 of GaN. Because of the energy between the eV bandgap and about 10.0 eV bandgap of sapphire, these excimer laser beams pass through the sapphire substrate 20 but are absorbed by the GaN-based epilayer 30a. Therefore, although all of them can be used as the laser beam light source 210 of the present invention, the ArF excimer laser beam is more preferably KrF excimer laser beam in that the absorption in the sapphire substrate 20 occurs somewhat.

한편, 레이저 빔 광원(210)으로부터 펄스 방식으로 방출되는 레이저 빔은 가변 감쇄기(variable attenuator)(미도시)를 통해 그 레이저 빔의 펄스 에너지가 미세하게 조절될 수 있다. On the other hand, the laser beam emitted in a pulsed manner from the laser beam light source 210 may be finely adjusted the pulse energy of the laser beam through a variable attenuator (not shown).

일반적으로, 레이저 빔 광원(210)으로부터 방출된 레이저 빔은 그 단면의 에너지 세기가 가우시안 분포를 따르기 때문에 에너지 세기의 균일도를 향상시킬 필요가 있는데, 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템(200)은 빔 균일제(Beam Homogenizer)(220)를 이용하여 그 균일도를 향상시킨다. 즉, 레이저 빔 광원(210)으로부터 방출된 레이저 빔을 그 진행 방향에 대하여 수직인 면으로 자를 경우 나 타나는 단면을 레이저 빔 단면이라 하면, 상기 빔 균일제(220)를 통과한 레이저 빔은 초점 면(focal plane)에서의 레이저 빔 단면이 그 전체에 걸쳐 균일한 에너지 세기 분포를 갖게 된다. 본 발명의 빔 균일제(220)의 구체적 구성 및 작용은 후술한다.In general, the laser beam emitted from the laser beam light source 210 needs to improve the uniformity of the energy intensity because the energy intensity of the cross section follows the Gaussian distribution, and the laser beam delivery system 200 of the present invention provides a beam homogenizer. (Beam Homogenizer) (220) is used to improve the uniformity. That is, when the laser beam emitted from the laser beam light source 210 is cut into a plane perpendicular to the traveling direction, a cross section that appears is a laser beam cross section, and the laser beam that has passed through the beam homogenizer 220 is a focal plane. The laser beam cross section in the (focal plane) will have a uniform energy intensity distribution throughout it. Specific configuration and operation of the beam homogenizer 220 of the present invention will be described later.

한편, 빔 균일제(220)를 통과한 레이저 빔의 초점이 형성되는 거리, 즉 빔 균일제(220)와 상기 초점 면(focal plane) 사이의 거리를 조절하기 위하여 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 빔 균일제(220) 다음에 필드 렌즈(230)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 5, the beam homogenizer is adjusted to adjust the distance at which the laser beam passing through the beam homogenizer 220 is formed, that is, the distance between the beam homogenizer 220 and the focal plane. 220 may further include a field lens 230.

필드 렌즈(230)에 의해 빔 균일제(220)로부터의 거리가 조절된 초점 면 위치에 마스크(240)를 더 둠으로써 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹한다. 단면 가장자리가 마스킹된 레이저 빔은 그 단면 전체에 걸쳐 에너지 밀도가 보다 완벽하게 균일하게 된다.The cross section edge of the laser beam is masked by placing the mask 240 at the focal plane position where the distance from the beam homogenizer 220 is adjusted by the field lens 230. A laser beam with a cross section edge masked will have a more uniform energy density throughout its cross section.

단면의 가장자리가 마스킹된 레이저 빔은 이미징 렌즈(imaging lens)(250)를 통해 웨이퍼(300) 상의 단위 조사 영역에 조사된다. 순차적으로 웨이퍼 전체 면에 걸쳐 레이저 빔 조사가 완료되면 사파이어 기판(20)이 GaN 계열의 에피층(30a)으로부터 분리되게 된다.The laser beam whose edge of the cross section is masked is irradiated to the unit irradiation area on the wafer 300 through an imaging lens 250. When the laser beam irradiation is sequentially completed over the entire surface of the wafer, the sapphire substrate 20 is separated from the GaN-based epi layer 30a.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 빔 균일제(220)의 구성을 구체적으로 도시한 사시도, 상면도 및 측면도이다. 6A to 6C are perspective, top and side views specifically showing the configuration of the beam homogenizer 220 of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 빔 균일제(220)는 레이저 빔 광원(210)으로부터 방출된 레이저 빔을 다수개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하는 마이크로렌즈 타입의 제1 플라이-아이 렌즈(221), 상기 다수개의 단위 빔의 발산각을 조절하는 마이크로렌즈 타입의 제2 플라이-아이 렌즈(222), 및 상기 발산각이 조절된 다수개의 단위 빔을 초점 면(focal plane)에서 중첩시킴으로써 초점 면에서의 레이저 빔 단면이 균일한 에너지 세기를 갖도록 하는 집광 렌즈(223)를 포함한다.Beam homogenizer 220 according to an embodiment of the present invention is a micro-lens type first fly-eye lens 221 for dividing the laser beam emitted from the laser beam light source 210 into a plurality of unit beam (beamlet), The second fly-eye lens 222 of the microlens type for adjusting the divergence angle of the plurality of unit beams, and the plurality of unit beams having the divergence angle adjusted in the focal plane are overlapped in the focal plane. And a condenser lens 223 such that the laser beam cross section has a uniform energy intensity.

즉, 본 발명의 빔 균일제(220)는 다수개의 마이크로렌즈들이 일체형으로 형성되는 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈(221, 222)를 사용한다. 이러한 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈(221, 222)는 반도체 식각 공정을 이용하여 한 판의 렌즈 소재에 2차원적으로 배열된 미세한 단위 렌즈(lenslet)들을 형성함으로써 제조될 수 있다.That is, the beam homogenizer 220 of the present invention uses the microlens type fly-eye lenses 221 and 222 in which a plurality of microlenses are integrally formed. The micro-lens type fly-eye lenses 221 and 222 may be manufactured by forming fine unit lenses two-dimensionally arranged in a lens material of a plate using a semiconductor etching process.

따라서, 본 발명의 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈(221, 222)는 단위 렌즈들 간의 경계면이 없기 때문에 종래의 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)와는 달리 경계면에서의 광 손실이 발생하지 않으므로 빔 투과율이 높다. 또한, 종래의 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)에 비해 광학적 구성이 덜 사용되기 때문에 광 투과율을 향상시킬 수 있다. Therefore, the microlens type fly-eye lenses 221 and 222 of the present invention have no interface between the unit lenses, so that light loss occurs at the interface unlike the conventional cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120. Therefore, the beam transmittance is high. In addition, since the optical configuration is less used than the conventional cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120, the light transmittance can be improved.

또한, 본 발명의 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈(221, 222)는 반도체 식각 공정을 통하여 제조될 수 있기 때문에 단위 렌즈들의 크기를 나타내는 피치(pitch)를 수백 ㎛ 수준까지 줄일 수 있다. 따라서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 실제로 투과되는 단위 렌즈인 유효 단위 렌즈(effective lenslet)의 개수가 종래의 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)에 비해 월등히 많게 제 조될 수 있고, 따라서 레이저 빔 광원(210)으로부터 방출된 레이저 빔을 더 많은 개수의 단위 빔으로 분할할 수 있다. In addition, since the micro-lens type fly-eye lenses 221 and 222 of the present invention can be manufactured through a semiconductor etching process, a pitch indicating the size of unit lenses can be reduced to several hundreds of micrometers. Therefore, as shown in FIG. 6D, the number of effective lenslets, which are unit lenses through which the laser beam is actually transmitted, can be manufactured much more than the conventional cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120. Therefore, the laser beam emitted from the laser beam light source 210 may be split into a larger number of unit beams.

결과적으로, 종래의 빔 균일제(100) 및 본 발명의 빔 균일제(220) 각각에 있어서 초점 면에서 레이저 빔 단면이 갖는 에너지 세기 프로파일을 각각 나타내는 사진 및 그래프인 도 7 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 빔 균일제(220)는 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)를 채택하던 종래의 빔 균일제(100)에 비하여 초점 면에서의 레이저 빔 단면의 에너지 세기 균일도를 더욱 향상시킬 수 있다. As a result, from each of the conventional beam homogenizer 100 and the beam homogenizer 220 of the present invention, it can be seen from Figs. 7 and 8 which are photographs and graphs showing the energy intensity profiles of the laser beam cross section in the focal plane, respectively. Similarly, the beam homogenizer 220 of the present invention further improves the energy intensity uniformity of the laser beam cross section at the focal plane compared to the conventional beam homogenizer 100 employing the cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120. Can be.

한편, 본 발명의 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈(221, 222)의 피치 크기를 줄이면 줄일수록 레이저 빔의 균일도는 향상시킬 수는 있으나, 피치 크기가 너무 작으면 단위 렌즈의 초점거리가 짧아지기 때문에 다수개의 단위 빔이 중첩되는 초점 면에서의 빔 크기를 조절하는데 제약을 받게 된다. 도 6c를 참조하여 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222)의 초점 거리를 각각 fLA1 및 fLA2라 하고, 집광 렌즈(223)의 초점 거리를 fFL이라 하며 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222) 사이의 거리를 a라 할 경우, 집광 렌즈(223)에 의해 다수개의 단위 빔이 중첩되어 초점 면에서 일정 크기의 단면을 가지기 위해서는,Meanwhile, as the pitch size of the microlens type fly-eye lenses 221 and 222 of the present invention is reduced, the uniformity of the laser beam may be improved. However, if the pitch size is too small, the focal length of the unit lens may be shortened. As a result, the beam size is limited in the focal plane in which a plurality of unit beams overlap. Referring to FIG. 6C, the focal lengths of the first and second fly-eye lenses 221 and 222 are f LA1 and f LA2 , respectively, and the focal length of the condensing lens 223 is f FL . When the distance between the first and second fly-eye lenses 221 and 222 is a, in order to have a plurality of unit beams overlapped by the condensing lens 223 to have a predetermined cross section at the focal plane,

fLA1 < a < fLA1 + fLA2 이어야 하며, f LA1 <a <f LA1 + f LA2

상기 단면의 크기는

Figure 112006096211740-pat00001
에 비례하게 된다. 여기서, 렌즈들(221, 222, 223)의 초점 거리는 고정값이기 때문에 초점 면에서의 빔 단면의 크기는 결국 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222)의 거리인 a에 의해 조절될 수 있는데, 단위 렌즈의 초점거리가 너무 짧으면 a의 범위가 제한적일 수밖에 없고, 결국 원하는 크기의 빔 단면 크기를 만드는데 제약이 따른다. 따라서, 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222)의 피치는 초점 면에서 레이저 빔의 에너지 세기 균일도 및 빔 크기 조절을 고려하여 최적화되어야 하므로, 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222)의 피치는 0.5 내지 2.0 mm인 것이 바람직하다.The size of the cross section
Figure 112006096211740-pat00001
Will be proportional to Here, since the focal length of the lenses 221, 222, 223 is a fixed value, the size of the beam cross section at the focal plane will eventually be adjusted by a, which is the distance of the first and second fly-eye lenses 221, 222. If the focal length of the unit lens is too short, the range of a is inevitably limited, and consequently, there are limitations in creating a beam cross-sectional size of a desired size. Therefore, the pitches of the first and second fly-eye lenses 221 and 222 should be optimized in consideration of the energy intensity uniformity and the beam size control of the laser beam in the focal plane, and thus the first and second fly-eye lenses 221. 222, the pitch is preferably 0.5 to 2.0 mm.

한편, 앞에서 살펴본 바와 같이, 종래의 실린더 타입의 플라이-아이 렌즈(110, 120)가 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈(221, 222)와 동일한 개수로 레이저 빔을 분할하기 위해서는 플라이-아이 렌즈의 전체 크기가 마이크로렌즈 타입에 비해 엄청나게 커야 할 뿐만 아니라, 개별 단위 렌즈가 모두 활용되기 위해서는 입사되는 레이저 빔이 실린더 타입의 제1 플라이-아이 렌즈(110) 전체에 입사되도록 레이저 빔 광원과 실린더 타입의 제1 플라이-아이 렌즈(110) 사이에 빔 팽창 망원경(Beam Expansion Telescope)을 더 설치하여야 하는 문제점이 있음에 반해, 본 발명의 빔 균일제(220)는 이와 같은 빔 팽창 망원경을 요구하지 않기 때문에 전체 레이저 빔 전달 시스템의 제조 작업이 간편해지고 제조 원가도 절감되는 효과를 갖는다. 더불어, 레이저 빔이 투과되는 광학 요소의 개수를 줄임으로써 전체 빔 투 과율을 향상시킬 수 있게 된다.Meanwhile, as described above, in order to divide the laser beam into the same number of cylinder-type fly-eye lenses 110 and 120 as the microlens-type fly-eye lenses 221 and 222, Not only should the overall size be enormously large compared to the microlens type, but in order for all the individual unit lenses to be utilized, the laser beam light source and the cylinder type are arranged so that the incident laser beam is incident on the entire cylinder type first fly-eye lens 110. While there is a problem in that a beam expansion telescope should be further installed between the first fly-eye lenses 110, the beam homogenizer 220 of the present invention does not require such a beam expansion telescope. The manufacturing operation of the laser beam delivery system is simplified and the manufacturing cost is also reduced. In addition, it is possible to improve the overall beam transmittance by reducing the number of optical elements through which the laser beam is transmitted.

한편, 본 발명의 일실시예에 의하면, 248 nm의 KrF 엑시머 레이저의 원시 빔은 그 단면이 가로(수평방향 길이) 및 세로(수직방향 길이)가 각각 23 mm 및 10 mm인 직사각형의 형태를 가지며, 마이크로렌즈 타입의 제1 플라이-아이 렌즈(221)는 1.015 mm의 피치를 갖기 때문에 상기 레이저 빔은 제1 플라이-아이 렌즈(221)에 의해 약 230 개의 단위 빔으로 분할된다.On the other hand, according to one embodiment of the present invention, the source beam of the KrF excimer laser of 248 nm has a rectangular shape whose cross section is 23 mm and 10 mm in the horizontal (horizontal length) and vertical (vertical length), respectively Since the first fly-eye lens 221 of the microlens type has a pitch of 1.015 mm, the laser beam is split into about 230 unit beams by the first fly-eye lens 221.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222)는 가로 및 세로 길이가 각각 30 mm 및 15 mm인 직사각형의 형태를 가지는데, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈(221, 222)는 직사각형 형태로서 가로 및 세로 길이의 비가 상기 레이저 빔 광원으로부터 방출된 레이저 빔 단면의 가로 및 세로 길이의 비와 실질적으로 동일하다.According to an embodiment of the present invention, the first and second fly-eye lenses 221 and 222 have a rectangular shape having a horizontal and vertical length of 30 mm and 15 mm, respectively. The first and second fly-eye lenses 221 and 222 have a rectangular shape and the ratio of the horizontal and vertical lengths is substantially equal to the ratio of the horizontal and vertical lengths of the laser beam cross section emitted from the laser beam light source.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 필드 렌즈(230)를 이용하여 집광 렌즈(223)와 초점 면 사이의 거리를 조절할 수도 있으나, 도 6c에서는 설명의 편의상 필드 렌즈(230)를 생략하고 도시하였다.Meanwhile, although the distance between the condenser lens 223 and the focal plane may be adjusted using the field lens 230 as illustrated in FIG. 5, the field lens 230 is omitted for convenience of description in FIG. 6C.

위와 같은 본 발명의 빔 균일제(220)를 통과한 레이저 빔은 초점 면에서 거의 정사각형 형태의 단면을 가지게 되며, 그 전체에 걸쳐 균일도가 향상된 에너지 세기 분포를 갖게 된다. 그러나, 상기 초점 면에서의 레이저 빔 단면의 가장자리는 다른 부분에 비해 여전히 상대적으로 낮은 에너지 밀도를 갖기 때문에 전체 이미지 상의 약 80% 정도만을 유효 빔으로 보고 그 나머지 가장자리 부분에 대해서는 마스킹하기 위하여 마스크(240)를 상기 초점 면 위치에 설치한다.The laser beam passing through the beam homogenizer 220 of the present invention as described above has a substantially square cross-section at the focal plane, and has an energy intensity distribution with improved uniformity throughout. However, since the edge of the laser beam cross section at the focal plane still has a relatively low energy density compared to the other parts, only about 80% of the entire image on the entire image is regarded as an effective beam and masked for the remaining edge part. ) At the focal plane position.

위와 같이 본 발명의 마스크(240)에 의하여 마스킹된 레이저 빔은 이미징 렌즈(imaging lens)(250)를 통해 웨이퍼(300) 상의 단위 조사 영역에 조사된다. 순차적으로 웨이퍼 전체 면에 걸쳐 레이저 빔 조사가 완료되면 사파이어 기판(20)이 GaN 계열의 에피층(30a)으로부터 분리되게 된다.The laser beam masked by the mask 240 of the present invention as described above is irradiated to the unit irradiation area on the wafer 300 through the imaging lens (250). When the laser beam irradiation is sequentially completed over the entire surface of the wafer, the sapphire substrate 20 is separated from the GaN-based epi layer 30a.

이상에서는 특히 수직형 발광 다이오드 제조에 있어 필수적으로 적용되는 공정 중의 하나인 LLO(Laser Lift Off) 공정의 관점에서 종래기술 및 본 발명을 설명할 것이나 본 발명이 LLO 공정에 국한되는 것은 아니며, 반도체 물질을 가공하는 공정, 특히 소자 형성을 하기 위해 웨이퍼 기판 위의 박막을 분리하는 공정이라면 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법이 모두 적용될 수 있다. 또한, 상기 분리되는 박막의 종류는 화합물 반도체, 구리, 알루미늄, 금, 폴리머 등과 같이 매우 다양할 수 있다. In the above description, the prior art and the present invention will be described in terms of the laser lift off (LLO) process, which is one of the processes essential for manufacturing a vertical light emitting diode, but the present invention is not limited to the LLO process, and is a semiconductor material. The laser beam delivery system and the method of the present invention may be applied to the process of processing the process, especially the process of separating the thin film on the wafer substrate to form the device. In addition, the type of the separated thin film may be very diverse, such as a compound semiconductor, copper, aluminum, gold, polymer, and the like.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 레이저 빔 전달 시스템 및 그 방법과 레이저 리프트 오프 방법에 따르면, 웨이퍼 상의 단위 조사 영역에 조사되는 레이저 빔의 빔 스팟이 그 전체 면에 걸쳐 균일한 에너지 밀도 분포를 갖도록 함으로써 공정 수율을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 레이저 빔의 전체 투과율을 향상시킴으로써 단위 시간당 생산량을 현저히 증가시킬 수 있다.As described above, according to the laser beam delivery system, the method, and the laser lift-off method of the present invention, the beam spot of the laser beam irradiated to the unit irradiation area on the wafer has a uniform energy density distribution over its entire surface. This can not only significantly improve the process yield but also significantly increase the yield per unit time by improving the overall transmittance of the laser beam.

또한, 레이저 빔 전달 시스템의 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 낮춤으 로써 시장에서의 가격 경쟁력을 현저히 향상시킬 수 있다.In addition, the cost competitiveness in the market can be significantly improved by simplifying the manufacturing process of the laser beam delivery system and lowering the manufacturing cost.

Claims (20)

레이저 빔을 방출하는 레이저 빔 광원;A laser beam light source for emitting a laser beam; 상기 레이저 빔 광원으로부터 방출된 레이저 빔의 파워를 조절하기 위한 감쇄기(attenuator);An attenuator for adjusting the power of the laser beam emitted from the laser beam light source; 상기 파워가 조절된 레이저 빔의 에너지 밀도 균일도를 향상시키기 위한 것으로서, 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈를 포함하는 빔 균일제(Beam Homogenizer);A beam homogenizer for improving the energy density uniformity of the power-controlled laser beam, the beam homogenizer including a micro-lens type fly-eye lens; 상기 빔 균일제를 통과한 레이저 빔의 초점 면(focal plane)에 위치하며 상기 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹(masking)하기 위한 마스크; 및A mask positioned at a focal plane of the laser beam passing through the beam homogenizer and for masking a cross-sectional edge of the laser beam; And 상기 마스크를 통과한 레이저 빔을 목표물의 단위 조사 영역에 정확하게 조사하기 위한 이미징 렌즈(imaging lens)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.And an imaging lens for accurately irradiating a laser beam passing through the mask to a unit irradiation area of a target. 제 1 항에 있어서, 상기 빔 균일제는, The method of claim 1, wherein the beam homogeneous agent, 상기 레이저 빔 광원으로부터 방출된 레이저 빔을 다수개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하는 제1 플라이-아이 렌즈;A first fly-eye lens for dividing the laser beam emitted from the laser beam light source into a plurality of unit beamlets; 상기 다수개의 단위 빔의 발산각을 조절하는 제2 플라이-아이 렌즈; 및A second fly-eye lens configured to adjust divergence angles of the plurality of unit beams; And 상기 발산각이 조절된 다수개의 단위 빔을 중첩시키기 위한 집광 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.And a condenser lens for overlapping the plurality of unit beams having the divergence angle adjusted. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈는 마이크로렌즈 타입 인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.3. The laser beam delivery system of claim 2, wherein the first and second fly-eye lenses are microlens type. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈의 피치(pitch)는 0.5 내지 2.0 mm인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.3. The laser beam delivery system of claim 2, wherein the pitch of the first and second fly-eye lenses is between 0.5 and 2.0 mm. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈는 직사각형 형태로서 가로 및 세로 길이의 비가 상기 레이저 빔 광원으로부터 방출된 레이저 빔 단면의 가로 및 세로 길이의 비와 동일한 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.3. The laser according to claim 2, wherein the first and second fly-eye lenses have a rectangular shape and the ratio of the horizontal and vertical lengths is equal to the ratio of the horizontal and vertical lengths of the laser beam cross section emitted from the laser beam light source. Beam delivery system. 제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈의 초점 거리를 각각 fLA1 및 fLA2라 하고, 상기 제1 및 제2 플라이-아이 렌즈 사이의 거리를 a라 할 경우,The method of claim 2, wherein the focal lengths of the first and second fly-eye lenses are f LA1 and f LA2 , respectively, and the distance between the first and second fly-eye lenses is a. fLA1 < a < fLA1 + fLA2 인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.f LA1 &lt; a &lt; f LA1 + f LA2 . 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔은 KrF 엑시머 레이저 빔 또는 ArF 엑시머 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.The laser beam delivery system of claim 1, wherein the laser beam is a KrF excimer laser beam or an ArF excimer laser beam. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 빔 균일제와 상기 마스크 사이의 거리를 조절하기 위하여 이들 사이에 필드 렌즈(field lens)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 시스템.2. The laser beam delivery system of claim 1, further comprising a field lens therebetween to adjust the distance between the beam homogenizer and the mask. 엑시머 레이저 빔을 방출하는 단계;Emitting an excimer laser beam; 상기 방출된 엑시머 레이저 빔을 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈를 이용하여 다수개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하는 단계;Dividing the emitted excimer laser beam into a plurality of unit beamlets using a microlens-type fly-eye lens; 상기 단위 빔 각각의 발산각을 조절하는 단계;Adjusting the divergence angle of each of the unit beams; 상기 발산각이 조절된 단위 빔들을 중첩시키는 단계; Overlapping the unit beams having the divergence angle adjusted; 상기 중첩된 엑시머 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹하는 단계; 및Masking a cross-sectional edge of the superimposed excimer laser beam; And 상기 단면 가장자리가 마스킹된 엑시머 레이저 빔을 목표물에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 방법.And irradiating an excimer laser beam with the cross-section masked to a target. 삭제delete 제 10 항에 있어서, 상기 중첩 단계는 상기 단위 빔들이 중첩되는 위치를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 방법.The method of claim 10, wherein the step of overlapping includes adjusting a position where the unit beams overlap. 제 10 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저 빔은 KrF 엑시머 레이저 빔 또는 ArF 엑시머 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 방법.11. The method of claim 10, wherein the excimer laser beam is a KrF excimer laser beam or an ArF excimer laser beam. 제 10 항에 있어서, 상기 방출된 레이저 빔은 230개 이상의 단위 빔으로 분할되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 방법.The method of claim 10, wherein the emitted laser beam is divided into 230 or more unit beams. 제 10 항에 있어서, 상기 조사 단계는, 상기 엑시머 레이저 빔이 상기 목표물의 단위 조사 영역에 정확히 조사되도록 상기 엑시머 레이저 빔을 집광하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 방법.The method of claim 10, wherein the irradiating step includes condensing the excimer laser beam such that the excimer laser beam is irradiated accurately to the unit irradiation area of the target. 제 10 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저 빔은 펄스 방식으로 방출되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 전달 방법.The method of claim 10, wherein the excimer laser beam is emitted in a pulsed manner. 사파이어 기판 상에 GaN 계열의 에피층을 형성하는 단계;Forming a GaN-based epi layer on the sapphire substrate; 엑시머 레이저 빔을 마이크로렌즈 타입의 플라이-아이 렌즈를 이용하여 다수개의 단위 빔(beamlet)으로 분할하는 단계;Dividing the excimer laser beam into a plurality of unit beamlets using a microlens type fly-eye lens; 상기 단위 빔들을 중첩시키는 단계; Overlapping the unit beams; 상기 중첩된 엑시머 레이저 빔의 단면 가장자리를 마스킹하는 단계;Masking a cross-sectional edge of the superimposed excimer laser beam; 상기 단면 가장자리가 마스킹된 엑시머 레이저 빔을 상기 사파이어 기판의 단위 조사 영역에 조사하는 단계; 및Irradiating an excimer laser beam of which the cross-sectional edge is masked to the unit irradiation area of the sapphire substrate; And 상기 사파이어 기판을 상기 GaN 계열의 에피층으로부터 물리적으로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 방법.And physically separating the sapphire substrate from the GaN-based epi layer. 제 17 항에 있어서, 상기 중첩 단계 이전에, 상기 단위 빔 각각의 발산각을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 방법.18. The method of claim 17, further comprising adjusting a divergence angle of each of the unit beams before the overlapping step. 제 17 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저 빔은 KrF 엑시머 레이저 빔 또는 ArF 엑시머 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 방법.18. The method of claim 17 wherein the excimer laser beam is a KrF excimer laser beam or an ArF excimer laser beam. 제 17 항에 있어서, 상기 엑시머 레이저 빔은 펄스 방식으로 방출되는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프 방법.18. The method of claim 17, wherein the excimer laser beam is emitted in a pulsed manner.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100925768B1 (en) * 2008-09-23 2009-11-11 (주)큐엠씨 Apparatus and Method for Manufacturing LED
KR101139333B1 (en) 2010-06-25 2012-04-26 (주)큐엠씨 Apparatus and method for manufacturing led
KR101582175B1 (en) * 2015-03-17 2016-01-05 에이피시스템 주식회사 Manufacturing device and method of shadow mask using Laser patterning
KR101919735B1 (en) 2018-07-16 2018-11-16 (주)카네비컴 A optical system capable of adjusting a beam angle, a Lidar sensor and adjustable emitting angle method

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7202141B2 (en) 2004-03-29 2007-04-10 J.P. Sercel Associates, Inc. Method of separating layers of material
TWI385705B (en) * 2008-10-31 2013-02-11 Syn Mate Co Ltd A laser module for separating the substrate and the epitaxial layer and a method thereof
DE102008056315A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-12 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Device for homogenization of laser radiation, has substrates with lens arrays, where substrates are partly made from lutetium aluminum garnet, germanium garnet or ceramic spinel
WO2011071889A1 (en) 2009-12-07 2011-06-16 J.P. Sercel Associates, Inc. Laser lift off systems and methods
US9669613B2 (en) 2010-12-07 2017-06-06 Ipg Photonics Corporation Laser lift off systems and methods that overlap irradiation zones to provide multiple pulses of laser irradiation per location at an interface between layers to be separated
CN103033859B (en) * 2012-12-14 2015-02-11 京东方科技集团股份有限公司 Fly lens
DE102013007672A1 (en) 2013-05-03 2014-11-06 Siltectra Gmbh Process and apparatus for wafer production with predefined breakaway release point
CN103246066B (en) * 2013-05-17 2015-04-22 中国科学院光电技术研究所 Optical system for homogenizing semiconductor laser beam of area array
CN104950452A (en) * 2014-03-31 2015-09-30 山东华光光电子有限公司 Light spot homogenization apparatus of illumination module group of semiconductor laser
CN104165882B (en) * 2014-08-29 2018-04-27 四川九高科技有限公司 Raman spectrometer including gas input device
KR101739839B1 (en) * 2016-02-02 2017-05-25 한동대학교 산학협력단 Beam Homogenizer for Surface Modification
CN107064907A (en) * 2017-03-07 2017-08-18 北京环境特性研究所 A kind of laser beam emitting device of new LRCS test systems
CN109158741B (en) * 2018-10-16 2020-04-14 宁夏吴忠市好运电焊机有限公司 Compound eye type arc light filtering welding seam real-time observation device for welding robot
CN113632330A (en) * 2019-03-27 2021-11-09 Ipg光子公司 Fiber-coupled diode laser module and assembling method thereof
CN112975117B (en) * 2020-08-27 2022-09-13 重庆康佳光电技术研究院有限公司 Laser stripping method and device
DE102022114637A1 (en) * 2022-06-10 2023-12-21 Trumpf Laser Gmbh Method and device for processing at least a portion of a layer system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050051096A (en) * 2003-11-27 2005-06-01 삼성전자주식회사 Exposure apparatus
KR20060044792A (en) * 2004-03-26 2006-05-16 가부시끼가이샤 도시바 Method of laser marking, laser marking apparatus and method and apparatus for detecting a mark
KR100647735B1 (en) 1999-05-24 2006-11-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 A method of fabricating a semiconductor device

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1140915C (en) * 2002-05-31 2004-03-03 南京大学 Technology for obtaining large-area high-quality GaN self-supporting substrate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100647735B1 (en) 1999-05-24 2006-11-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 A method of fabricating a semiconductor device
KR20050051096A (en) * 2003-11-27 2005-06-01 삼성전자주식회사 Exposure apparatus
KR20060044792A (en) * 2004-03-26 2006-05-16 가부시끼가이샤 도시바 Method of laser marking, laser marking apparatus and method and apparatus for detecting a mark

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100925768B1 (en) * 2008-09-23 2009-11-11 (주)큐엠씨 Apparatus and Method for Manufacturing LED
CN102388436A (en) * 2008-09-23 2012-03-21 Qmc株式会社 Apparatus and method for manufacturing light-emitting diode
CN102388436B (en) * 2008-09-23 2014-01-15 Qmc株式会社 Apparatus and method for manufacturing light-emitting diode
KR101139333B1 (en) 2010-06-25 2012-04-26 (주)큐엠씨 Apparatus and method for manufacturing led
KR101582175B1 (en) * 2015-03-17 2016-01-05 에이피시스템 주식회사 Manufacturing device and method of shadow mask using Laser patterning
WO2016148380A1 (en) * 2015-03-17 2016-09-22 에이피시스템 주식회사 Apparatus for manufacturing shadow mask using laser patterning and method for manufacturing shadow mask using laser patterning
CN107427964A (en) * 2015-03-17 2017-12-01 Ap系统股份有限公司 Device using laser patterning manufacture shadow mask and the method using laser patterning manufacture shadow mask
JP2018511829A (en) * 2015-03-17 2018-04-26 エイピー系▲統▼股▲フン▼有限公司Ap Systems Inc. Shadow mask manufacturing apparatus using laser patterning and shadow mask manufacturing method using laser patterning
CN107427964B (en) * 2015-03-17 2019-06-25 Ap系统股份有限公司 Device using laser patterning manufacture shadow mask and the method using laser patterning manufacture shadow mask
KR101919735B1 (en) 2018-07-16 2018-11-16 (주)카네비컴 A optical system capable of adjusting a beam angle, a Lidar sensor and adjustable emitting angle method

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