KR101164136B1 - 사파이어 기판의 제조 방법 - Google Patents

사파이어 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일종의 칩 발광 효율 향상 방법에 관한 것으로서, 사파이어 기판상에서 제작된 도형을 통해 발광 효율을 향상시키며, 상기 도형은 직경 1 ~ 10μm의 원기둥 혹은 저면 직경이 1 ~ 10μm인 볼록면체가 배치되어 구성된 도형으로, 상기 원기둥의 높이는 0.5 ~ 3μm, 상기 볼록면체의 높이는 0.5 ~ 5μm인 것을 특징으로 한다. 본 발명은 발광 효율을 40% 이상 향상시킬 수 있으며, 그 효과가 분명하다. 본 발명은 포토 에칭(Photo Etching)-포토 마스크(Photo Mask)-포토 마스크(Photo Mask) 층 분리-식각-금속 포토 마스크 층 부식의 절차를 포함하고 있는 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법 및 포토 에칭(Photo Etching)-ICP 식각의 절차를 포함하고 있는 볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법 또한 공개하고 있다.
상기 두 사파이어 기판의 제조 방법은 모두 그 공정이 간단하고, 조작이 간편하며, 식각 제품화 비율이 높은 것을 특징으로 한다.

Description

사파이어 기판의 제조 방법{A METHOD FOR MANUFACTURING SAPPHIRE BOARD}
본 발명은 사파이어 기판의 제조 방법 및 이를 통해 칩 발광 효율을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
LED 조명의 발광 광도를 높이기 위해서는, LED 광전기 전환 효율을 향상시켜야 하며, LED 광전기 전환 효율은 내부 양자 효율과 외부 양자 효율의 두 부분을 포함하고 있으며, 내부 양자 효율은 전자 홀이 LED 접합에 결합 생성되는 광자의 효율을 지칭하며, 외부 양자 효율은 LED 접합에 생성된 광자를　LED로 끌어낸 후의 총 효율을 지칭한다.
오늘날, 결정 생장 기술 및　다중양자우물구조의 발전에 따라, 초고광도 발광 다이오드의 내부 양자　효율은 이미　대폭 개선되어, 인듐　갈륨 나이트 라이드(InGaN)의 원층을 상온 보통 전류 주입의 조건 하에서 내부　양자 효율을 90% ~ 95%에 달하게 하거나, 심지어는 더욱 높게 한다. 예를 들면 파장 625nm의 알루미늄 갈륨 인듐 인(AlGaInP)기 초고광도 발광 다이오드의 내부 양자 효율은 100%에 달하는 수치로, 이는　이미 극한에 달한 것이다.
그러나 외부 양자 효율은 이와는 반대로 매우 낮으며, 갈륨 나이트 라이드(GaN) 기 발광 다이오드 외부 양자 효율을 높지 않게 만드는　아주 큰 원인은　질화물 결정층과 공기의 반사 계수 차이가 크기 때문에 전체 반사 문제를 일으키는 데 있다.
갈륨 나이트 라이드(GaN)와 공기의 반사 계수는 각각 2.5와 1로, 이로 인해　인듐　갈륨 나이트 라이드-갈륨 나이트 라이드(InGaN-GaN)　흡착 영역에 생성된　광은 약 23도의 임계각을 전파해 내기에 충분하다. 이는 갈륨 나이트 라이드(GaN) 기 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 대폭 제한시키며, 이로 인해, 외부 양자 효율의 향상은 LED 발광 강도 향상에 있어서 아주 중요하다.
　현재 외부 양자 효율을 향상시키는 주요 방법으로 갈륨 나이트 라이드(GaN) 표면의 재질처리 방법이 사용되고 있는데, 재질처리는 광도를 향상시키는 데　매우 효과가 좋지만, 기술 요구 수준이 높고, 광도 향상과 동시에 전압의 상승과 누전 등 일련의 해결이 어려운 문제점들을 야기시킨다.
본 발명은 기술적 문제를 해결하기 위해 일종의 공정이 간단하고 제품화 비율이 높은 사파이어 기판을 제작하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 일종의 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
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(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 감광액을 칠하고, 건조시킨 후 자외선 하에서 노출 시키고, 다시 건조시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의 원형 홀로 이루어진 도안을 얻을 수 있다.
(2) 포토 마스크(Photo Mask): 포토 에칭 후의 기판상에, 먼저 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 포토 마스크를 증착시킨다.
(3) 포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착 된 기판을 용해 가능한　감광액의 용제 중에서 초음파 처리하고, 감광액 상의 포토　마스크 층을 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 이온수로 깨끗히 씻어낸다.
(4) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여, 기판을 식각 시킨 후, 기판 상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치 시키는데, 이 때 원기둥체의 높이는 0.5 ~ 3 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.6 ~ 1.0μm이다.
(5) 금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 산용액에 집어 넣어 초음파 처리하고, 금속 포토 마스크 층에서 완전히 깨끗하게 만든 후, 다시 각각 아세톤, 에탄올을 사용하여 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 우선적으로 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판 상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 2.0μm이며, 70 ~ 100℃에서 10 ~ 40분 건조 시킨 후，자외선 13 ~ 40mw/㎠ 하에서 20 ~ 40초 노출 시키고，다시 건조 시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 40 ~ 100초 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의 원형 홀로 이루어진 도안을 얻을 수 있다.
(2) 포토 마스크(Photo Mask):　전자 빔 증발 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 금속 포토 마스크를 증착 시키는데, 먼저 포토 에칭 후의 기판상에 두께 5 ~ 50nm의 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 층을 증착시키는데, 이 때, Ni 층의 두께는 200 ~ 500nm이다.
(3)포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착된 기판을 아세톤, 에탄올에서 각각 8 ~ 15분 초음파 처리하고, 이온수로 깨끗히 씻어내고, 감광액 상의 포토　마스크 층은 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 현미경으로 관찰했을 때 깨끗해야 한다.
(4)　식각 : ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 5 ~ 40sccm，Ar의 유량은 5 ~ 40sccm，Cl2의 유량은 15 ~ 80sccm，공체 압력은 10-40mTorr，ICP : 500 ~ 1000W， RF : 50 ~ 200W，DC Bias : 80 ~ 150V，식각 시간은 10 ~ 15분이며，식각 후,기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치시키는데, 이 때, 원기둥체의 높이는 0.5 ~ 3 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.8 ~ 1.0μm이다.
(5)　금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 10％ ~ 30％(질량 백분율) 염산 용액에 집어넣어 15 ~ 25분 초음파 처리하고, 현미경으로 관찰하여 금속 포토 마스크 층을 완전히 깨끗히 한 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 8 ~ 15분 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
일종의　볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 감광액을 칠하고, 건조 시킨 후 자외선 하에서 노출시키고, 다시 건조시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의　원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
(2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 프로세스 가스(Process gas)로 삼아, ICP/RF 등의 무선 주파수 첨가를 통해 가스 이온화 시키고, 이온화 후의 플라즈마로　　기판을 식각 시킨 후, 기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 볼록면체 형태의 도형을 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.5 ~ 5.0μm이다.
(3) 세척: 식각 후의 도형 기판을 산용액에 집어 넣어 초음파 처리한 후, 다시 각각 아세톤, 에탄올을 사용하여 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 우선적으로 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 1 ~ 5.0μm이며, 70 ~ 120℃에서 10 ~ 40분 건조시킨 후，자외선 13 ~ 40mw/㎠ 하에서 20 ~ 40초 노출시키고, 다시 건조시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 40 ~ 100초 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의 원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
(2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 5 ~ 40sccm，Ar의 유량은 5 ~ 40sccm，Cl2의 유량은 15 ~ 80sccm，공체 압력은 10 ~ 40mTorr，ICP : 500 ~ 1000W， RF : 50 ~ 200W，DC Bias : 80 ~ 150V，식각 시간은 10 ~ 15분이며, 식각 후, 기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 볼록면체를 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.5 ~ 5.0μm이다.
(3)　세척: 식각 후의 도형 기판을 10％ ~ 30％(질량 백분율) 유산 용액에 집어 넣어 15 ~ 25분 초음파 처리하고, 현미경으로　관찰했을 때 완전히 깨끗하게 된 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 8-15분 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
갈륨 나이트 라이드(GaN) 기 발광 다이오드 외부 양자 효율을 높지 않게 만드는　아주 큰 원인은　질화물 결정층과 공기의 반사 계수 차이가 크기 때문에 전체 반사 문제를 일으키는 데 있으며, 갈륨 나이트 라이드(GaN)와 공기의 반사 계수는 각각 2.5와 1로, 이로 인해　인듐　갈륨 나이트 라이드-갈륨 나이트 라이드(InGaN-GaN)　원층에 생성된　광은 약 23도의 임계각을 전파해 내기에 충분하며, 이는 갈륨 나이트 라이드(GaN) 기 발광 다이오드의 외부 양자 효율을 대폭 제한시키는데, 본 발명에서 채택한 원기둥 혹은 볼록면체로 구성된 도형 기판은, 광선을 원기둥 혹은 볼록면체의 도안 중에서 여러 차례 반사시킨 후 발광하게 하여, 외부 양자 효율을 대폭 향상시키며, 본 발명의 식각 도형 기판을 통해 발광 효율을 15 ~ 40% 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 제조한 도형 기판 공정 절차 중, 원기둥 형 도형 기판은 포토 에칭, 포토 마스크, ICP 식각 등의 절차를 채택하였으며, 볼록면체 형 도형 기판은 포토 에칭, ICP 식각 등의 절차를 채택하였는데, 도형 기판의 사이즈가 매우 작고, 식각 대상이 사파이어이기 때문에, 현재 상용되는 보통 LED의 포토 에칭, 포토 마스크, ICP 식각과는 다음과 같이 완전히 다른 공정이 이루어진다.
첫째, 보통 LED　칩의 포토 에칭 사이즈는 대부분 10μm 이상이지만, 본 발명 도형 기판이 요구하고 있는 사이즈는 2 ~ 4μm으로, 포토 에칭 공정 조건에서 매우 큰 차이를 보인다. 만약 그렇지 않다면, 도형이 현상되지 않거나, 도형 "홀"과 표면 풀이 모두 현상되거나, "홀"은 깨끗히 현상 되지 못한 채 표면 풀은 현상되거나 혹은　중간 포토 에칭이　잘 된 가장자리 부분을 불안정하게 만드는　현상들을 야기시킬 수 있다.
둘째, 포토 마스크의 선택이 다르다. 본 발명은 원기둥 형태 도형 기판의 포토 마스크 공정 절차 중 Ni/Cr 혹은 Ti/Cr 복합 금속 포토 마스크를 채택하고 있다. Ni 포토 마스크는 증착 방법이 간단하고, 공정이 안정적이라는 장점을 구비하고 있으며, 또한 식각 선택비가 좋은데, 사파이어 기판의 식각 선택비와의 비율은 1:7로, 식각 1μm 깊이의 사파이어 기판은 Ni 포토 마스크 두께가 0.14μm로, 또 다른 증착 과정 중 온도를 높이지 않고, 벗겨지기　쉽지만,　Ni　포토 마스크 역시 많은 문제점들을 가지고 있다. Ni와 사파이어 기판은 접착성이 나쁘기 때문에, 벗겨질 때, 말린 부분이 떨어지기 쉬우며,　또한 식각 과정 중, 온도가 높기 때문에, Ni 탈락 현상을 야기시키는데, Ni 포토 마스크 탈락 현상 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 Ni 증착 전 먼저 한층의 Cr 혹은 Ti층을 증착 시키는데, Cr 혹은 Ti와 사파이어는 접착성이 매우 좋기 때문에, Ni 포토 마스크 탈락 현상 문제를 해결할 수 있다.
셋째, 상용되는 LED 칩 제조 중, 주요 ICP 식각은 모두 GaN 식각이지만, 본 발명의 식각은 사파이어로, 사파이어는 경도가 크기 때문에 보통의 식각 기술로는 완성시킬 수 없기 때문에, 식각 공정 및 그 계수 상에 있어 큰 차이가 있다. 본 발명은 특수한　식각 기체, 공체 압력, 무선 주파수 전력을 사용하여 이 문제를 해결함으로써, 사파이어의 식각 속도를　증가시키는데, 도형 식각의 깊이는 0.5 ~ 5μm로, 이렇게 충분한 깊이 값을 보장하는 식각 도형은 광선에 대해 여러 차례 반사되어, 사파이어 기판의 두께도 보장한다.　　　　　
도 1은 본 발명 제 1 실시 예의 포토 레지스트의 포토 에칭 후 전자 현미경 SEM(Scanning Electron Microscope)　도;
도　2는 본 발명 제 1 실시 예의 사파이어 기판의　전자 현미경 SEM　도;　
도 3은 본 발명 제 4 실시 예의 포토 에칭 후 전자 현미경 SEM　도;
도　4는　본 발명 제　4 실시 예의 사파이어 기판의　전자 현미경 SEM　도.
실시 예 1의 일종의 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판 상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 2.0μm이며, 100℃에서 10분 건조 시킨 후，자외선 20mw/㎠ 하에서 20초 노출시키고，다시 건조 시킨 후　2% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 40초 현상하면, 도 1 포토 에칭 후 SEM 도에서 도시하듯이 직경 5μm의 원형 홀을 얻을 수 있다.
(2) 포토 마스크(Photo Mask):　전자 빔 증발 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 금속 포토 마스크를 증착 시키는데, 먼저 포토 에칭 후의 기판 상에 두께 5nm의 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착 시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 층을 증착 시키는데, 이 때, Ni 층의 두께는 200nm이다.
(3) 포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착된 기판을 아세톤, 에탄올에서 각각 15분씩 초음파 처리하고, 이온수로 깨끗히 씻어내고, 감광액 상의 포토　마스크 층은 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 현미경으로 관찰했을 때 깨끗해야 한다.
(4)　식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 5sccm，Ar의 유량은 5sccm，Cl2의 유량은 15sccm，공체 압력은 10mTorr, ICP : 500W， RF : 50W，DC Bias : 80V，식각 시간은 15분이며，식각 후, 기판상에 균일하게 직경 5 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치시키는데, 이 때, 원기둥체의 높이는 0.5 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.8 ~ 1.0μm이다.
(5)　금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 10％(질량 백분율)의 묽은 염산 용액에 집어 넣어 15분 초음파 처리하고, 현미경으로 관찰하여 금속 포토 마스크 층을 완전히 깨끗히 한 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 8분씩 초음파 처리하고, 도 2 식각이 완료된 후의 사파이어 기판의　SEM 도에서 도시하듯이　그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
실시 예 2의 일종의 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 2.0μm이며, 80℃에서 20분 건조 시킨 후，자외선 13mw/㎠ 하에서 35초 노출시키고，다시 건조 시킨 후　3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 60초 현상하면, 직경 1μm의 원기둥 형태의 도안을 얻을 수 있다.
(2) 포토 마스크(Photo Mask):　전자 빔 증발 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 금속 포토 마스크를 증착 시키는데, 먼저 포토 에칭 후의 기판 상에 두께 5 ~ 50nm의 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착 시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 층을 증착 시키는데, 이 때, Ni 층의 두께는 200 ~ 500nm이다.
(3) 포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착된 기판을 아세톤, 에탄올에서 각각 8분씩 초음파 처리하고, 이온수로 깨끗히 씻어내고, 감광액 상의 포토　마스크 층은 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 현미경으로 관찰했을 때 깨끗해야 한다.
(4)　식각:　ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 30sccm，Ar의 유량은 30sccm，Cl2의 유량은 50sccm，공체 압력은 30mTorr，ICP : 700W， RF : 100W，DC Bias : 100V，식각 시간은 10분이며，식각 후, 기판상에 균일하게 직경 5 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치시키는데, 이 때, 원기둥체의 높이는　2 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 1μm이다.
(5) 금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 20％(질량 백분율)의 염산 용액에 집어 넣어 20분 초음파 처리하고, 현미경으로 관찰하여 금속 포토 마스크 층을 완전히 깨끗히 한 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 10분씩 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
실시 예 3의 일종의 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 2.0μm이며, 70℃에서 40분 건조 시킨 후，자외선 40mw/㎠ 하에서 40초 노출시키고，다시 건조 시킨 후　3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 100초 현상하면, 직경 10μm의 원기둥 형태의 도안을 얻을 수 있다.
(2) 포토 마스크(Photo Mask):　전자 빔 증발 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 금속 포토 마스크를 증착 시키는데, 먼저 포토 에칭 후의 기판 상에 두께 50nm의 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착 시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 층을 증착 시키는데, 이 때, Ni 층의 두께는 500nm이다.
(3) 포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착된 기판을 아세톤, 에탄올에서 각각 10분씩 초음파 처리하고, 이온수로 깨끗히 씻어내고, 감광액 상의 포토　마스크 층은 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 현미경으로 관찰했을 때 깨끗해야 한다.
(4)　식각:　ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 40sccm，Ar의 유량은 40sccm，Cl2의 유량은 80sccm，공체 압력은 40mTorr，ICP : 1000W， RF : 200W，DC Bias : 150V，식각 시간은 15분이며，식각 후, 기판상에 균일하게 직경　10 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치시키는데, 원기둥체의 높이는　3 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.8μm이다.
(5)　금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 30％(질량 백분율)의 염산 용액에 집어 넣어 25분 초음파 처리하고, 현미경으로 관찰하여 금속 포토 마스크 층을 완전히 깨끗히 한 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 15분씩 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
탐측기(Probing)를 사용해 사파이어 기판상의 다른 기둥 높이의 원기둥체를 식각하여 칩의 광도를 테스트하였다.
본 발명에서 사용한　탐측기는 타이베이 왕시 하이테크 주식회사가 생산한 모델 넘버　LEDA8S 탐측기로, 테스트 조건은 순방향 20mA 전류이며,　그 결과는 아래 표 1과 같다.
원기둥 형태 기판의 광도 상승 결과표
원기둥
높이（μm）		 파장 광도
(mcd)		 무형 기판 칩과의
광도 상승 백분율 비교
0.25 461 40 명확하게 나타나지 않음
0.50 460 40-44 10％~15％ 불안정
0.70 460 45 20％
1.00 460 46 20％
1.2 460 44-46 20％
1.4 460 44-46 20％
1.6 460 43-45 20％
1.8 460 45-50 25％
2.0 460 45-50 25％
2.2 460 45-50 25％
2.4 460 48-50 30％
2.6 460 48-52 30%
2.8 460 50-55 30%-40%
3.0 460 50-55 30％-40%
그 중, 무형 기판 칩 광도 검측은 36mcd로, 이상의 데이터에서 알 수 있듯이, 사파이어 기판에서 제조된 원기둥 형태 기판을 통해, 칩의 광도를 대폭 향상시키고, 원기둥 도안 식각의 깊이가 깊어지면 깊어질수록 그 식각 기둥 높이 역시 높아지며, 칩 광도도 높아지지만, 사파이어 기판의 두께를 고려해보면, 일반적인 식각 도안의 기둥 높이는 0.5 ~ 3μm, 광도 상승은 10％ ~ 40％이다.
실시 예 4의 볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 우선적으로 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 1μm이며, 70℃에서 40분 건조 시킨 후，자외선 20mw/㎠ 하에서 35초 노출시키고, 다시 건조 시킨 후　2% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 100초 현상하면, 직경 3μm의 원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
(2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 5sccm，Ar의 유량은 5sccm，Cl2의 유량은 80sccm，공체 압력은 25mTorr，ICP : 1000W， RF : 50W，DC Bias : 150V，식각 시간은 10분이며, 식각 후, 기판상에 균일하게 직경　5 미크론(Micron)의 볼록면체를 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 2μm이다.
(3) 세척: 식각 후의 도형 기판을 10％(질량 백분율) 유산 용액에 집어 넣어 25분 초음파 처리하고, 현미경으로　관찰했을 때 완전히 깨끗하게 된 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 8분씩 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
실시 예 5의 볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 우선적으로 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 5.0μm이며, 100℃에서 28분 건조 시킨 후，자외선 13mw/㎠ 하에서 40초 노출시키고, 다시 건조 시킨 후　3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 40초 현상하면, 직경 1μm의 원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
(2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 40sccm，Ar의 유량은 25sccm，Cl2의 유량은 60sccm，공체 압력은 40mTorr，ICP : 800W， RF : 200W，DC Bias : 100V，식각 시간은 12분이며, 식각 후, 기판상에 균일하게 직경　1 미크론(Micron)의 볼록면체를 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 5.0μm이다.
(3) 세척: 식각 후의 도형 기판을 20％(질량 백분율) 유산 용액에 집어 넣어 20분 초음파 처리하고, 현미경으로　관찰했을 때 완전히 깨끗하게 된 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 15분씩 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
실시 예 6의 볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법은, 우선적으로 다음과 같은 절차를 포함하고 있다.
(1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 3.0μm이며, 120℃에서 10분 건조 시킨 후，자외선 40mw/㎠ 하에서 20초 노출시키고, 다시 건조 시킨 후　2.5% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 80초 현상하면, 직경 10μm의 원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
(2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 30sccm，Ar의 유량은 40sccm，Cl2의 유량은 15sccm，공체 압력은 10mTorr，ICP : 500W， RF : 100W，DC Bias : 80V，식각 시간은 15분이며, 식각 후, 기판상에 균일하게 직경　10 미크론(Micron)의 볼록면체를 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.5μm이다.
(3) 세척: 식각 후의 도형 기판을 30％(질량 백분율) 유산 용액에 집어 넣어 15분 초음파 처리하고, 현미경으로　관찰했을 때 완전히 깨끗하게 된 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 10분씩 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
표 2에서는 탐측기(Probing)를 사용해 사파이어 기판상의 다른 기둥 높이의 볼록면체를 식각하여 칩의 광도를 테스트하였으며, 테스트 조건은 실시 예 1과 같다.
볼록면체 형태 기판의 광도 상승 결과표
샘플 파장(nm) 광도(mcd) 광출력(mw) 광출력 상승（%）
표준 조각 465 33 3.93 　
도형 기판 직경5μm, 높이1μm 455 43 5.27 34
도형 기판 직경3μm, 높이2μm 457 50 5.79 47
도형 기판 직경2μm, 높이5μm 458 54 6.08 54
그 중, 무형 기판 칩 광도 검측은 33mcd로, 이상의 데이터에서 알 수 있듯이, 사파이어 기판에서 제조된 볼록면체 형태 기판을 통해, 칩의 광도를 대폭 향상시키고, 원형 도안 식각의 깊이가 깊어지면 깊어질수록 그 식각 볼록면체 역시 높아지며, 칩 광도도 높아지지만, 사파이어 기판의 두께를 고려해보면, 일반적인 식각 도안의 볼록면체 높이는 0.5 ~ 5μm, 광도 상승은 40％ 이상이다.

Claims (5)

  1. (1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 감광액을 칠하고, 건조 시킨 후 자외선 하에서 노출시키고, 다시 건조 시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의 원형 홀로 이루어진 도안을 얻을 수 있다.
    (2) 포토 마스크(Photo Mask): 포토 에칭 후의 기판상에, 먼저 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 포토 마스크를 증착시킨다.
    (3) 포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착된 기판을 용해 가능한　감광액의 용제 중에서 초음파 처리하고, 감광액 상의 포토　마스크 층은 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 이온수로 깨끗히 씻어낸다.
    (4)　식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여, 기판을 식각 시킨 후, 기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치시키는데, 이 때, 원기둥체의 높이는 0.5 ~ 3 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.6 ~ 1.0μm이다.
    (5) 금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 산용액에 집어 넣어 초음파 처리하고, 금속 포토 마스크 층을 완전히 깨끗하게 만든 후, 다시 각각 아세톤, 에탄올을 사용하여 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
    상기 (1),(2),(3),(4),(5)의 절차를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 일종의 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기(1),(2),(3),(4),(5)의 절차는
    (1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 2.0μm이며, 70 ~ 100℃에서 10 ~ 40분 건조시킨 후，자외선 13 ~ 40mw/㎠ 하에서 20 ~ 40초 노출시키고，다시 건조 시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 40 ~ 100초 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의 원형 홀로 이루어진 도안을 얻을 수 있다.
    (2) 포토 마스크(Photo Mask):　전자 빔 증발 혹은 스퍼터링(Sputtering) 방법을 사용하여 금속 포토 마스크를 증착 시키는데, 먼저 포토 에칭 후의 기판상에 두께 5 ~ 50nm의 Cr 혹은 Ti 포토 마스크를 증착 시키고, 그 후　Cr 혹은 Ti 막 층 상에 다시 한 층의 금속 Ni 층을 증착 시키는데, 이 때, Ni 층의 두께는 200 ~ 500nm이다.
    (3) 포토 마스크(Photo Mask) 층 분리: 증착된 기판을 아세톤, 에탄올에서 각각 8 ~ 15분 초음파 처리하고, 이온수로 깨끗히 씻어내고, 감광액 상의 포토　마스크 층은 떨어트리며, 사파이어 상의 포토 마스크는 남겨 두고, 현미경으로 관찰할 때 깨끗해야 한다.
    (4) 식각:　ICP 식각 기술을 사용하여 절차(3)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 5 ~ 40sccm，Ar의 유량은 5 ~ 40sccm，Cl2의 유량은 15 ~ 80sccm，공체 압력은 10 ~ 40mTorr，ICP : 500 ~ 1000W， RF : 50 ~ 200W，DC Bias : 80 ~ 150V，식각 시간은 10 ~ 15분이며，식각 후, 기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 원기둥체를 배치시키는데, 이 때, 원기둥체의 높이는 0.5 ~ 3 미크론이며, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.8 ~ 1.0μm이다.
    (5)　금속 포토 마스크 층 부식: 식각 후의 도형 기판을 10％ ~ 30％(질량 백분율) 염산 용액에 집어 넣어 15 ~ 25분 초음파 처리하고, 현미경으로 관찰하여 금속 포토 마스크 층을 완전히 깨끗히 한 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 8-15분 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
    상기(1),(2),(3),(4),(5)의 절차를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원기둥 형태의 사파이어 기판의 제조 방법.
  3. (1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 감광액을 칠하고, 건조 시킨 후 자외선 하에서 노출시키고, 다시 건조 시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의　원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
    (2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 프로세스 가스(Process gas)로 삼아, ICP/RF 등의 무선 주파수 첨가를 통해 가스 이온화 시키고, 이온화 후의 플라즈마로　기판을 식각 시킨 후, 기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 볼록면체 형태의 도형을 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.5 ~ 5.0μm이다.
    (3) 세척: 식각 후의 도형 기판을 산용액에 집어 넣어 초음파 처리한 후, 다시 각각 아세톤, 에탄올을 사용하여 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
    상기 (1),(2),(3)의 절차를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 일종의　볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법.
  4. 제 3항에 있어서,상기 (1),(2),(3)의 절차는,
    (1) 포토 에칭(Photo Etching): 먼저 사파이어 기판상에 스핀 코팅(Spin Coating) 방식으로 감광액을 칠하는데, 칠해진 감광약의 두께는 1 ~ 5.0μm이며, 70 ~ 120℃에서 10 ~ 40분 건조 시킨 후，자외선 13 ~ 40mw/㎠ 하에서 20 ~ 40초 노출시키고, 다시 건조 시킨 후　2 ~ 3% 테트라메틸 암모늄 하이드록 사이드(TMAH)에서 40 ~ 100초 현상하면, 직경 1 ~ 10μm의 원기둥 형태 도안을 얻을 수 있다.
    (2) 식각: ICP 식각 기술을 사용하여 절차(1)의 사파이어 기판을 식각 시키고, 그 중 BCl3/Cl2 혹은 Ar/Cl2 플라즈마를 선택하여 기판을 식각 시키는데, 식각의 조건은 다음과 같다. BCl3의 유량은 5 ~ 40sccm，Ar의 유량은 5 ~ 40sccm，Cl2의 유량은 15 ~ 80sccm，공체 압력은 10 ~ 40mTorr，ICP : 500 ~ 1000W， RF : 50 ~ 200W，DC Bias : 80 ~ 150V，식각 시간은 10 ~ 15분이며, 식각 후, 기판상에 직경 1 ~ 10 미크론(Micron)의 볼록면체를 배치시키는데, 식각 후 사파이어 기판의 두께는 0.5 ~ 5.0μm이다.
    (3) 세척: 식각 후의 도형 기판을 10％ ~ 30％(질량 백분율) 유산 용액에 집어 넣어 15 ~ 25분 초음파 처리하고, 현미경으로　관찰했을 때 완전히 깨끗하게 된 후, 기판을 추출하여 다시 아세톤, 에탄올에 각각 8 ~ 15분 초음파 처리하고, 그 후 이온수로 깨끗히 씻어내면 된다.
    상기 (1),(2),(3)의 절차를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 볼록면체 형태의 사파이어 기판의 제조 방법.
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