KR100915337B1 - 패턴이 형성된 기판 제조방법 - Google Patents

Abstract

패턴이 형성된 기판 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 패턴이 형성된 기판 제조방법은 기판 상의 산화물 비드 패턴을 형성하고자 하는 위치에 선택적인 결합력을 갖는 제1결합제 패턴을 형성하고, 기판과의 결합력보다 제1결합제와의 결합력이 더 큰 제2결합제를 산화물 비드에 코팅한다. 그리고 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 기판 상에 도포하여, 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 제1결합제 패턴 상에 형성하고, 기판을 열처리한다. 본 발명에 따른 다른 패턴이 형성된 기판 제조방법은 산화물 비드가 분산된 용액을 준비하고, 기판 상에 패턴을 형성한 다음, 기판 상에 마이크로 채널이 형성되도록 임시 구조물을 기판의 상방에 설치한다. 그리고 산화물 비드가 분산된 용액을 마이크로 채널에 주입하여 기판 상에 산화물 비드를 고정시키고, 기판을 열처리한다. 본 발명에 의하면, 저렴한 산화물 비드를 원하는 형태로 기판 위에 패터닝할 수 있게 되어 건식 식각시 기판에 가해지는 손상을방지할 수 있고, 식각과정이 없어서 소자 수율 저하 문제가 없어서 결과적으로 소자의 양산성이 증가된다. 또한 건식식각을 위한 고가의 장비투자가 불필요하여 경제적으로 유리할 뿐 아니라 단시간 내에 많은 양의 기판을 제작할 수 있는 높은 생산성을 가지게 된다.

Description

패턴이 형성된 기판 제조방법{Method of fabricating substrate where patterns are formed}

본 발명은 반도체 소자용 기판 및 그 제조방법으로서, 보다 상세하게는 고출력 발광다이오드(light emitting diode, LED) 제조에 사용될 수 있도록 패턴이 형성된 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

LED 시장은 핸드폰 등 휴대형 통신기기나 소형가전제품의 키패드, 액정 디스플레이(LCD)의 백라이트 유닛(back light unit) 등에 사용되는 저출력 LED를 기반으로 성장하였다. 최근에는 인테리어 조명, 외부 조명, 자동차 내외장, 대형 LCD의 백라이트 유닛 등에 사용되는 고출력, 고효율 광원의 필요성이 대두되면서, LED 시장 또한 고출력 제품 중심으로 옮겨 가고 있다.

LED에 있어서 가장 큰 문제점은 낮은 발광 효율이다. 일반적으로, 발광 효율은 빛의 생성 효율(내부양자효율)과, 소자 밖으로 방출되는 효율(외부광추출효율), 및 형광체에 의해 빛이 전환되는 효율에 의하여 결정된다. LED의 고출력화를 위해서는 내부양자효율의 측면에서 활성층 특성을 향상시키는 방법도 중요하지만, 실제 발생된 광의 외부광추출효율을 증가시키는 것이 매우 중요하다.

LED 외부로 빛이 방출되는 데 있어서의 가장 큰 장애요인은 LED 각 층간의 굴절률 차에 의한 내부 전반사(internal total reflection)이다. LED 각 층간의 굴절률 차에 의하여, 계면 밖으로 빠져나가는 빛은 생성된 빛의 일부인 20% 정도에 해당된다. 더구나, 계면을 빠져나가지 못한 빛은 LED 내부를 이동하다가 열로 바뀌어, 결과적으로 발광효율은 낮으면서 소자의 열 발생량을 늘려, LED의 수명을 단축시키게 된다.

외부광추출효율 향상을 위해서는 p-GaN 표면이나 n-GaN 표면의 거칠기를 증가시키는 방법, 소자의 기저 부분인 기판의 표면을 거칠게 하거나 굴곡이 있는 패턴을 형성하는 방법 등이 제시되고 있다.

도 1(a)는 패턴(12)이 형성된 기판(10) 위에 형성된 LED(14)의 단면도이고, 도 1(b)는 패턴(12)이 형성된 기판(10)의 도면이다. 특히 사파이어와 같은 이종 기판을 사용하는 LED에서 기판에 패턴을 형성하면 외부광추출효율 향상 효과가 있다.

사파이어 기판 표면의 패턴은 외부광추출효율을 100% 이상 증가시키는 것으로 계산되며, 한국특허출원 제2004-0021801호 및 제2004-0049329호에서는 그 모양이나 패턴들을 언급하고 있다. 이러한 패턴을 형성하는 방법으로는 현재 식각을 이용한 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 사파이어 기판에 형성할 반구형 패턴 모양의 형성을 위해 수 십 마이크로미터 두께의 후막 레지스트터닝한 후 건식식각을 통해 레지스트와 사파이어 기판을 동시에 식각하는 것이다.

이와 같은 식각을 이용한 패턴 형성 방법은 레지스트와 기판의 식각 선택비에 의해 패턴의 높이가 제한되며, 후막 레지스트의 패터닝 공정과 건식식각 공정의 낮은 균일도(uniformity)에 의해 최종 형성된 패턴의 균일도가 낮은 문제점이 있다. 무엇보다도 건식식각에서 발생하는 오염이 가장 큰 문제이다. 레지스트와 식각에 사용된 가스 등의 반응물이 식각시 국부적으로 발생하는 열 등으로 사파이어 기판 표면에 남게 되고 세정 과정을 거치더라도 잘 제거가 되지 않는다. 또한, 식각에 사용된 높은 에너지의 가스 입자에 의해 기판 표면의 손상 또한 예상된다. (Silicon processing for the VLSI era, vol 1. process technology, p.574~582) 이러한 오염이 발생한 경우, 연결되는 다음 공정인 GaN 에피 성장(epitaxial growth)을 행할 경우 오염에 의한 질화물 에피층에 치명적인 결함이 발생할 수 있다. 위와 같은 단점으로 인해 실제 식각을 이용해 패터닝된 사파이어 기판을 사용하여 소자를 제작할 경우 매우 낮은 수율이 예상된다.

그리고 상술한 건식 식각 공정은 식각이 어려운 사파이어를 강제적으로 식각하는 과정에서 발생하는 과다한 열방출을 위해 냉각기능을 가진 고가의 식각장비를 사용해야 한다. 그리고 광추출효율을 높이기 위해 스테퍼와 같은 고가의 포토장비를 이용하여 식각되는 패턴 사이즈를 더욱 감소시키는 공정이 사용되어야 한다. 따라서 상술한 건식 식각 공정을 수행하기 위해서는 고비용이 소요된다. 또한, 스테퍼와 같은 포토장비를 사용하는 공정은 복잡한 공정으로 인해 공정 스루풋(throughput)을 높이기 어려운 단점을 가진다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래와 같은 식각 방법에 의해 기판을 패터닝하는 경우의 문제점인, 기판 결정의 손상이나 잔류물에 의한 소자 특성 저하가 없으며 패턴 균일도를 매우 높일 수 있는 기판 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 패턴이 형성된 기판 제조방법은, 기판 상의 산화물 비드 패턴을 형성하고자 하는 위치에 선택적인 결합력을 갖는 제1결합제 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판과의 결합력보다 상기 제1결합제와의 결합력이 더 큰 제2결합제를 상기 산화물 비드에 코팅하는 단계; 상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 상기 기판 상에 도포하여, 상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 상기 제1결합제 패턴 상에 형성하는 단계; 상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 패턴이 형성된 기판 제조방법은, 기판 상의 산화물 비드 패턴을 형성하고자 하는 위치를 제외한 영역에 선택적인 결합력을 갖는 제1결합제 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판과의 결합력보다 상기 제1결합제와의 결합력이 더 작은 제2결합제를 상기 산화물 비드에 코팅하는 단계; 상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 상기 기판 상에 도포하여, 상기 기판의 표면이 노출되어 있는 영역 상에 상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 형성하는 단계; 상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 패턴이 형성된 기판 제조방법은, 산화물 비드가 분산된 용액을 준비하는 단계; 기판 상에 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 마이크로 채널이 형성되도록 임시 구조물을 상기 기판의 상방에 설치하는 단계; 상기 산화물 비드가 분산된 용액을 상기 마이크로 채널에 주입하여 상기 기판 상에 상기 산화물 비드를 고정시키는 단계; 상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 패턴이 형성된 기판 제조방법은, 산화물 비드가 분산된 용액을 준비하는 단계; 기판 상에 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴이 형성된 기판을 상기 산화물 비드가 분산된 용액에 담그고 꺼내는 과정을 적어도 1회 수행하여 상기 기판 상에 상기 산화물 비드를 고정시키는 단계; 상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 다른 패턴이 형성된 기판 제조방법은, 기판 상에 마이크로 채널이 형성되도록 임시 구조물을 상기 기판의 상방에 설치하는 단계; 상기 비드 혼합물을 상기 마이크로 채널에 주입하여 상기 기판 상에 상기 산화물 비드와 상기 폴리머 비드를 조립하는 단계; 상기 임시 구조물을 상기 기판에서 분리하는 단계; 상기 폴리머 비드를 제거하는 단계; 상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 기판 제조방법에 의하면, 저렴한 산화물 비드를 원하는 형태로 기판 위에 패터닝할 수 있게 되어 건식 식각시 기판에 가해지는 손상을 방지할 수 있고, 식각과정이 없어서 소자 수율 저하 문제가 없어서 결과적으로 소자의 양산성이 증가된다. 또한 건식식각을 위한 고가의 장비투자가 불필요하여 경제적으로 유리할 뿐 아니라 단시간 내에 많은 양의 기판을 제작할 수 있는 높은 생산성을 가지게 된다.

도 1(a)는 패턴이 형성된 기판 위에 형성된 발광다이오드(LED)의 단면도이고, 도 1(b)는 패턴이 형성된 기판의 도면이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 일 수행과정을 나타내는 흐름도이다.

도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 일 예를 나타내는 단면도들이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 다른 수행과정을 나타내는 흐름도이다.

도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 다른 예를 나타내는 단면도들이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 일 수행과정을 나타내는 흐름도이다.

도 7(a) 내지 도 7(e)는 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 일 예를 나타내는 단면도들이다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 다른 수행과정을 나타내는 흐름도이다.

도 9(a) 내지 도 9(e)는 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 다른 예를 나타내는 단면도들이다.

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따라 희생 폴리머 비드를 이용하여 기판을 제조하는 수행과정을 나타내는 흐름도이다.

도 11(a) 내지 도 11(d)는 본 발명의 제3실시예에 따라 희생 폴리머 비드를 이용하여 기판을 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.

이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 기판 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

본 발명은 반도체 소자 제작을 위한 기판 제조방법으로 산화물 비드를 이용하여 산화물 비드 패턴을 기판 상에 형성하는 것을 특징으로 하고 있다. 산화물 비드를 이용하여 패턴이 형성된 기판을 제조하는 방법은 아래와 같이 크게 세 가지 실시예가 가능하다. 물론 다양한 변형예가 가능할 것이다.

제1실시예 (선택적 결합력을 이용한 기판 제조방법)

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 일 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 일 예를 나타내는 단면도들이다.

도 2 내지 도 3(c)를 참조하면, 우선 도 3(a)에 도시된 바와 같이 기판(310) 상의 산화물 비드 패턴(340)을 형성하고자 하는 위치에 선택적인 결합력을 갖는 제1결합제 패턴(320)을 형성한다(S210). 기판(310)은 사파이어, 리튬 알루미늄 산화물(LiAlO₂) 및 마그네슘 산화물(MgO) 중의 어느 하나를 이용한다. 그리고 산화물 비드(330)의 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것으로서 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 이용한다. 산화물 비드(330)는 구형으로 된 것이 바람직하고 이때 산화물 비드(330)의 직경은 0.1 내지 10 μm인 것을 이용한다. 제1결합제 패턴(320)의 밀도, 크기 등은 전산모사(simulation)를 거쳐 광출력이 최대화되는 수치들로 조절 가능하다. 제1결합제 패턴(320)을 형성하는 방법은 포토 리쏘그라피 공정이나 나노 임프린트 공정을 통해서 구현 가능하다.

포토 리쏘그라피 공정으로 제1결합제 패턴(320)을 형성하는 방법은 다음과 같다. 먼저 기판(310) 상에 제1결합제와 레지스트(resist)막을 형성한다. 그리고 형성하고자 하는 산화물 비드 패턴(340)의 정보가 담긴 포토 마스크를 이용하여 노광 및 현상한다. 그리고 식각공정을 거쳐 제1결합제 패턴(320)을 형성하게 된다.

나노 임프린트 공정으로 제1결합제 패턴(320)을 형성하는 방법은 다음과 같다. 산화물 비드 패턴(340)을 형성하고자 하는 위치에 대응되는 나노 임프린트 마스크를 제조한 후, 이 나노 임프린트 마스크에 제1결합제를 도포한다. 그리고 제1결합제가 도포된 나노 임프린트 마스크를 기판(310) 상에 프린트하여 제1결합제 패턴(320)을 형성하게 된다.

다음으로 기판(310)과의 결합력보다 제1결합제와의 결합력이 더 큰 제2결합제를 산화물 비드(330)에 코팅한다(S220). 그리고 제2결합제가 코팅된 산화물 비드(330)를 기판(310)에 도포한다(S230). 제2결합제가 코팅된 산화물 비드(330)는 스핀 코팅법과 같은 방법을 이용하여 기판(310)에 도포할 수 있다. 기판(310)과의 결합력보다 제1결합제와의 결합력이 더 큰 제2결합제를 산화물 비드(330)에 코팅하는 것은 도 3(b)에 도시된 바와 같이 산화물 비드를 제1결합제 패턴(320) 상에만 위치시키기 위함이다. 이때 결합력의 차이를 더욱 크게 하기 위해 제2결합제와 기판(310)과의 결합력은 작으면 작을수록 바람직하고, 제2결합제와 제1결합제와의 결합력은 크면 클수록 바람직하다. 이와 같은 선택적인 결합력을 갖는 제2결합제를 산화물 비드(330)에 코팅하게 되면 결합력의 차이로 인해 기판(310)의 표면이 노출된 부분에 도포된 산화물 비드(330)는 쉽게 떨어지게 된다. 그리고 제1결합제 패턴(320)이 형성된 부분에 도포된 산화물 비드(330)는 산화물 비드(330)에 코팅된 제2결합제와 제1결합제의 결합력으로 인해 떨어지지 않고 제1결합제 패턴(320) 상에 남게 된다.

다만 제1결합제 패턴(320)의 상면이 아닌 옆면과 제2결합제가 코팅된 산화물 비드(330)가 결합되면, 기판(310)의 표면이 노출된 부분, 즉 원치 않는 부분에 산화물 비드(330)가 형성되므로 이를 방지하여야 한다. 따라서 제1결합제 패턴(320)의 옆면과 산화물 비드(330)가 결합되지 않게 하기 위해서 제1결합제 패턴(320)의 기판(310)으로부터의 높이는 구형의 산화물 비드(330)의 반경보다 작게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구형의 산화물 비드(330)의 반경보다 제1결합제 패턴(320)의 기판(310)으로부터의 높이를 작게 하면, 산화물 비드와 제1결합제 패턴(320)의 옆면이 결합될 가능성이 감소하게 된다.

그리고 기판(310)을 열처리하여, 산화물 비드(340)를 기판(310)에 결합시킨다(S240). 기판(310)을 열처리할 때의 온도는 500 내지 1400℃의 범위, 바람직하게는 800 내지 1200℃의 범위에서 수행된다. 이와 같이 기판(310)을 열처리하게 되면, 기판(310)에 형성되어 있는 제1결합제 패턴(320)과 산화물 비드(330)에 코팅되어 있는 제2결합제는 제거된다. 따라서 도 3(c)에 도시되어 있는 바와 같이 산화물 비드(340)가 기판(310)에 결합됨으로써 패터닝된 산화물 비드가 형성된 기판을 제조할 있게 된다. 따라서 본 실시예와 같은 방법으로 기판을 제조하게 되면, 광 추출 효율이 좋은 기판의 제조가 가능하게 된다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 다른 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 5(a) 내지 도 5(c)는 본 발명의 제1실시예에 따라 선택적 결합력을 이용하여 기판을 제조하는 다른 예를 나타내는 단면도들이다. 도 4는 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 설명한 경우와 반대로 기판과의 결합력이 크고 제1결합제와의 결합력이 작은 제2결합제를 산화물 비드에 코팅하여 제1결합제 패턴 사이에 산화물 비드를 도포하여 패터닝된 산화물 비드가 형성된 기판을 제조하는 방법을 나타낸 것이다.

도 4 내지 도 5(c)를 참조하면, 우선, 기판(510) 상의 산화물 비드 패턴(540)을 형성하고자 하는 위치를 제외한 영역에 제1결합제 패턴(520)을 형성한다(S410). 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 상술한 바와 마찬가지로 기판(510)은 사파이어, 리튬 알루미늄 산화물 및 마그네슘 산화물 중의 어느 하나를 이용한다. 그리고 산화물 비드(530)는 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것으로서 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 이용한다. 산화물 비드(530)는 구형으로 된 것이 바람직하고 이때 산화물 비드(530)의 직경은 0.1 내지 10 μm인 것을 이용한다. 제1결합제 패턴(520)의 밀도, 크기 등은 전산모사(simulation)를 거쳐 광출력이 최대화되는 수치들로 조절 가능하다. 그리고 제1결합제 패턴(520)을 형성하는 방법은 포토 리쏘그라피 공정이나 나노 임프린트 공정을 통해서 구현 가능하다. 포토 리쏘그라피 공정이나 나노 임프린트 공정은 상술한 설명과 유사하다.

다음으로, 기판(510)과의 결합력보다 제1결합제와의 결합력이 더 작은 제2결합제를 산화물 비드(530)에 코팅한다(S420). 그리고 제2결합제가 코팅된 산화물 비드(530)를 기판(510)에 도포한다(S430). 이와 같이 기판(510)과의 결합력보다 제1결합제와의 결합력이 더 작은 제2결합제를 산화물 비드(530)에 코팅하고 이를 기판(510)에 코팅하면, 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 설명한 바와 반대로 제1결합제 패턴(520) 상에 도포된 산화물 비드(530)는 쉽게 떨어져 나온다. 반면에 기판(510) 상에 도포된 산화물 비드(530)는 떨어지지 않고 도 5(b)에 도시된 바와 같이 기판(510) 상에 남게 된다.

그리고 기판(510)을 열처리하여, 산화물 비드(540)를 기판(510)에 결합시킨다(S440). 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 상술한 바와 같이 기판(510)을 열처리할 때의 온도는 500 내지 1400℃의 범위, 바람직하게는 800 내지 1200℃의 범위에서 수행된다. 이와 같이 기판(510)을 열처리하게 되면, 기판(510)에 형성되어 있는 제1결합제 패턴(520)과 산화물 비드(530)에 코팅되어 있는 제2결합제는 제거된다. 따라서 도 5(c)에 도시되어 있는 바와 같이 산화물 비드(540)가 기판(510)에 결합됨으로써 패터닝된 산화물 비드가 형성된 기판을 제조할 있게 된다. 따라서 도 4에 나타낸 기판 제조방법의 경우에도 도 2에 나타낸 기판 제조방법과 마찬가지로, 광 추출 효율이 좋은 기판의 제조가 가능하게 된다.

제2실시예 (유체의 매니스커스를 이용한 기판 제조방법)

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스(meniscus)를 이용하여 기판을 제조하는 일 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 7(a) 내지 도 7(e)는 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 일 예를 나타내는 단면도들이다.

도 6 내지 도 7(e)를 참조하면, 우선 산화물 비드(740)가 분산된 용액(750)을 준비한다(S610). 산화물 비드(740)는 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것으로서 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 이용한다. 산화물 비드(740)는 구형으로 된 것이 바람직하고 이때 산화물 비드(740)의 직경은 0.1 내지 10 μm인 것을 이용한다. 산화물 비드(740)를 분산시킬 용매로는 물이 이용될 수 있다.

다음으로, 기판(710) 상에 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 패턴(720)을 형성한다(S620). 패턴(720)은 레지스트 막을 기판(710) 상에 도포한 후 노광 및 현상 공정을 통한 레지스트 패턴일 수 있다. 이러한 패턴(720)의 밀도, 크기 등은 전산모사(simulation)를 거쳐 광출력이 최대화되는 수치들로 조절 가능하다. 그리고 기판(710) 상에 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 마이크로 채널(725)이 형성되도록 임시 구조물(730)을 설치한다(S630). 임시 구조물(730)은 PDMS(polydimethylsiloane)를 이용할 수 있다.

다음으로, 산화물 비드(740)가 분산된 용액(750)과 기체(760)를 마이크로 채널(725)에 교번적으로 주입한다(S640). 도 7(c)에 도시된 바와 같이 산화물 비드(740)가 분산된 용액(750)과 기체(760)를 교번적으로 주입하게 되면, 기판(710) 위에 용액(750)과 기체(760)의 계면에서 발생하는 매니스커스에 의해 산화물 비드(740)가 패턴(720)의 사이에 조립되고 기판(710)에 고정된다. 기판(710)에 산화물 비드(740)가 고정되면 산화물 비드(740)가 분산된 용액(750)과 기체(760)의 주입을 멈추고 임시 구조물(730)을 제거한다. 이 상태를 도 7(d)에 도시하였다.

그리고 기판(710)을 열처리하여, 산화물 비드(770)를 기판(710)에 결합시킨다(S650). 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 상술한 바와 같이 기판(710)을 열처리할 때의 온도는 500 내지 1400℃의 범위, 바람직하게는 800 내지 1200℃의 범위에서 수행된다. 이와 같이 기판(710)을 열처리하게 되면, 기판(710)에 형성되어 있는 패턴(720)은 제거된다. 따라서 도 7(e)에 도시되어 있는 바와 같이 산화물 비드(770)가 기판(710)에 결합됨으로써 패터닝된 산화물 비드가 형성된 기판을 제조할 있게 된다. 따라서 도 6에 나타낸 기판 제조방법의 경우에도 도 2에 나타낸 기판 제조방법과 마찬가지로, 광 추출 효율이 좋은 기판의 제조가 가능하게 된다.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 다른 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 9(a) 내지 도 9(e)는 본 발명의 제2실시예에 따라 유체의 매니스커스를 이용하여 기판을 제조하는 다른 예를 나타내는 단면도들이다.

도 8 내지 도 9(e)를 참조하면, 우선 산화물 비드(940)가 분산된 용액(930)을 준비한다(S810). 산화물 비드(940)는 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것으로서 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 이용한다. 산화물 비드(940)는 구형으로 된 것이 바람직하고 이때 산화물 비드(940)의 직경은 0.1 내지 10 μm인 것을 이용한다. 산화물 비드(940)를 분산시킬 용매로는 물이 이용될 수 있다.

다음으로, 기판(910) 상에 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 패턴(920)을 형성한다(S820). 패턴(920)은 레지스트 막을 기판(910) 상에 도포한 후 노광 및 현상 공정을 통한 레지스트 패턴일 수 있다. 이러한 패턴(920)의 밀도, 크기 등은 전산모사(simulation)를 거쳐 광출력이 최대화되는 수치들로 조절 가능하다.

다음으로, 도 9(b) 및 도 9(c)에 도시된 바와 같이 패턴(920)이 형성된 기판(910)을 산화물 비드(940)가 분산된 용액(930)에 담그고 꺼내는 과정을 1회 이상 수행한다(S830). 이와 같이 패턴(920)이 형성된 기판(910)을 산화물 비드(940)가 분산된 용액(930)에 담그고 꺼내면, 산화물 비드(940)가 분산된 용액(930)의 표면에서 기판(910)과 만나는 부분에서 산화물 비드(940)가 분산된 용액(930)와 공기의 경계면에서 발생하는 매니스커스에 의해 산화물 비드(940)가 패턴(920)의 사이에 조립되고 기판(910)에 고정된다. 이와 같은 과정을 반복하게 되면 패턴(920)의 사이에 산화물 비드(940)를 고정시킬 수 있다.

도 9(d)에 도시된 바와 같이 기판(910)에 산화물 비드(940)가 고정되면 기판(910)을 산화물 비드(940)가 분산된 용액(950)에서 꺼낸다.

그리고 기판(910)을 열처리하여, 산화물 비드(950)를 기판(910)에 결합시킨다(S650). 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 상술한 바와 같이 기판(910)을 열처리할 때의 온도는 500 내지 1400℃의 범위, 바람직하게는 800 내지 1200℃의 범위에서 수행된다. 이와 같이 기판(910)을 열처리하게 되면, 기판(910)에 형성되어 있는 패턴(920)은 제거된다. 따라서 도 9(e)에 도시되어 있는 바와 같이 산화물 비드(950)가 기판(910)에 결합됨으로써 패터닝된 산화물 비드가 형성된 기판을 제조할 있게 된다. 따라서 도 8에 나타낸 기판 제조방법의 경우에도 도 2에 나타낸 기판 제조방법과 마찬가지로, 광 추출 효율이 좋은 기판의 제조가 가능하게 된다.

이상에서 기판(710, 910) 상에 형성되는 패턴(720, 920)은 감광물질에 의한 물리적 요철인 경우에 대해서 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 소수성/친수성과 같은 표면에너지 패턴일 수도 있다. 다만 S640 단계 또는 S830 단계에서 산화물 비드(740, 940)가 친수성이면 산화물 비드(740, 940)은 친수성 패턴 상에만 위치하고 소수성 패턴 상에는 위치하게 되지 않는다. 반대로 S640 단계 또는 S830 단계에서 산화물 비드(740, 940)가 소수성이면 산화물 비드(740, 940)은 소수성 패턴 상에만 위치하고 친수성 패턴 상에는 위치하게 되지 않는다. 이와 같은 방법으로 산화물 비드(740, 940)를 기판(710, 910) 상에 패터닝 할 수 있고, S650 단계 또는 S840 단계에서와 같이 열처리 함으로써 산화물 비드가 패터닝된 기판을 제조할 수 있게 된다.

제3실시예 (희생 폴리머 비드를 이용한 기판 제조방법)

도 10은 본 발명의 제3실시예에 따라 희생 폴리머 비드를 이용하여 기판을 제조하는 수행과정을 나타내는 흐름도이다. 도 11(a) 내지 도 11(d)는 본 발명의 제3실시예에 따라 희생 폴리머 비드를 이용하여 기판을 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.

도 10 내지 도 11(d)를 참조하면, 우선 기판(1110) 상에 마이크로 채널(1130)이 형성되도록 도 11(a)에 도시된 바와 같이 임시 구조물(1120)을 설치한다(S1010). 임시 구조물(1120)은 PDMS(polydimethylsiloane)를 이용할 수 있다. 이때 마이크로 채널(1130)은 후술할 비드 혼합물(1140, 1150)이 모노 레이어(mono-layer)로 조립될 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다. 마이크로 채널(1130)에 비드 혼합물(1140, 1150)이 두 층 이상으로 조립되면, 도 1(b)에 도시된 바와 같은 기판의 제조가 용이치 않고, 후술할 단계에서 폴리머 비드(1140)의 제거가 용이치 않게 된다. 따라서 임시 구조물(1120)은 비드 혼합물(1140, 1150)의 크기보다 약간 크게 설치됨이 바람직하다.

다음으로, 산화물 비드(1150)와 폴리머 비드(1140)를 혼합하여 비드 혼합물을 형성한다(S1020). 산화물 비드(940)는 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것으로서 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 이용한다. 산화물 비드(940)는 구형으로 된 것이 바람직하고 이때 산화물 비드(940)의 직경은 0.1 내지 10 μm인 것을 이용한다.

다음으로, 비드 혼합물(1140, 1150)을 마이크로 채널(1130)에 주입한다(S1030). 비드 혼합물(1140, 1150)이 도 11(b)에 도시된 바와 같이 마이크로 채널(1130)에 무작위적으로 조립되면, 임시구조물(1120)을 제거한다.

다음으로, 폴리머 비드(1140)를 제거한다(S1040). 임시구조물(1120)이 제거되면 플라즈마 공정을 통해 폴리머 비드(1140)를 제거하면 도 11(c)에 도시된 바와 같이 기판(1110)에는 산화물 비드(1150)만이 남게 된다. 폴리머 비드(1140)를 제거하기 위해 염소(Cl)을 포함하는 가스 플라즈마가 이용될 수 있다.

그리고 기판(1110)을 열처리하여, 산화물 비드(1160)를 기판(1110)에 결합시킨다(S1050). 도 2에 나타낸 기판 제조방법에서 상술한 바와 같이 기판(1110)을 열처리할 때의 온도는 500 내지 1400℃의 범위, 바람직하게는 800 내지 1200℃의 범위에서 수행된다. 이와 같이 기판(1110)을 열처리하게 되면, 도 9(e)에 도시되어 있는 바와 같이 산화물 비드(1160)가 기판(1110)에 결합됨으로써 패터닝된 산화물 비드가 형성된 기판을 제조할 있게 된다. 따라서 도 10에 나타낸 기판 제조방법의 경우에도 도 2에 나타낸 기판 제조방법과 마찬가지로, 광 추출 효율이 좋은 기판의 제조가 가능하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (20)

1. 기판 상의 산화물 비드 패턴을 형성하고자 하는 위치에 선택적인 결합력을 갖는 제1결합제 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판과의 결합력보다 상기 제1결합제와의 결합력이 더 큰 제2결합제를 상기 산화물 비드에 코팅하는 단계;

   상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 상기 기판 상에 도포하여, 상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 상기 제1결합제 패턴 상에 형성하는 단계;

   상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
2. 기판 상의 산화물 비드 패턴을 형성하고자 하는 위치를 제외한 영역에 선택적인 결합력을 갖는 제1결합제 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판과의 결합력보다 상기 제1결합제와의 결합력이 더 작은 제2결합제를 상기 산화물 비드에 코팅하는 단계;

   상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 상기 기판 상에 도포하여, 상기 기판의 표면이 노출되어 있는 영역 상에 상기 제2결합제가 코팅된 산화물 비드를 형성하는 단계;

   상기 기판을 열처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 기판은 사파이어, 리튬 알루미늄 산화물 및 마그네슘 산화물 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 산화물 비드의 굴절률은 1.2 내지 2.0인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 산화물 비드는 SiO₂, Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃-ZrO₂, CuO, Cu₂O, Ta₂O₅, PZT(Pb(Zr,Ti)O₃), Nb₂O₅, Fe₃O₄, Fe₂O₃ 및 GeO₂ 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 산화물 비드는 구형인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 산화물 비드의 직경은 0.1 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 기판을 열처리하는 단계는 500 내지 1400℃의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,

    상기 제1결합제 패턴을 형성하는 단계는,

    포토 리쏘그라피 공정 및 나노 임프린트 공정 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
13. 제1항에 있어서,

    상기 산화물 비드는 구형이고, 상기 제1결합제 패턴의 상기 기판으로부터의 높이는 상기 산화물 비드의 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 패턴이 형성된 기판 제조방법.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제