KR101447083B1

KR101447083B1 - 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR101447083B1
Application number: KR1020130000584A
Authority: KR
Inventors: 이태복; 배진한; 김기덕; 박우현
Original assignee: 주식회사 에이앤디코퍼레이션
Priority date: 2013-01-03
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2014-10-06
Also published as: KR20140088717A

Abstract

본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법은, 사파이어 기판 상에 제1 식각 마스크를 위한 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 제2 식각 마스크를 위한 막을 도포하는 단계; 상기 제2 식각 마스크를 위한 막을, 나노 임프린트 기술을 적용한 카피 몰더로 가압하여 복수개의 패턴부를 형성하는 단계; 상기 패턴부를 제2 식각 마스크로 이용하여 상기 패턴부 외측의 노출된 절연막을 제거함으로써 상기 패턴부 아래에만 상기 절연막을 남기고 아울러 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 노출시키는 단계; 상기 패턴부를 제거하여 상기 남은 절연막을 노출시키는 단계; 상기 남은 절연막을 제1 식각 마스크로 이용하여 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 식각함으로써 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 남은 절연막을 완전히 식각하여 최종적인 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING SURFACE PATTERNS OF SAPPHIRE SUBSTRATE}

본 발명은, 사파이어(sapphire) 기판의 표면 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 임프린트(nano imprint) 기술을 이용하여 식각 마스크(mask)의 패턴(pattern)을 형성하도록 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

최근에 갈륨질화물계 발광 다이오드(diode) 등과 같은 질화물 반도체 발광소자가 차세대 광원으로서 주목 받고 있다. 이러한 발광 다이오드의 기판으로는 사파이어 기판이 주로 사용되고, 발광 효율을 높이고 에피택셜층(epitaxial layer)의 결정 결함을 최소화하기 위하여 사파이어 기판에는, 표면 단차를 갖기 위한 3차원 구조물의 표면 패턴이 형성된다.

이러한 3차원 구조물을 만들기 위한 식각 마스크의 패턴은, 통상적으로 반도체 제조 공정의 사진 공정에 주로 사용되는 스테퍼(Stepper)와 같은 노광 장치에 의해 형성된다. 스테퍼의 경우, 스텝 앤드 스텝(step and step) 방식에 따라 사파이어 기판에 노광 스텝을 순차적으로 반복 진행하므로 각각의 노광 스텝에 해당하는 사파이어 기판의 노광 영역 사이에는 경계면이 형성된다.

이때, 동일 크기의 패턴을 가진 포토마스크(photo mask)를 사용하였더라도, 사파이어 기판의 위치가 달라짐에 따라 노광의 광학적 현상으로 인하여 패턴의 크기가 다르게 형성되는데, 이를 로딩 현상(loading effect)이라고 한다. 그 결과, 최종적으로 3차원 구조물의 표면 패턴이 사파이어 기판에 형성 완료되었을 때, 각각의 노광 스텝에 해당하는 노광 영역 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 불연속적인 경계면 불량이 발생한다.

이는, 회절 현상과 간섭 그리고 굴절 현상 등과 같은 일반적인 빛의 특성 뿐 아니라 미세 패턴의 형성을 위하여 사용되는 5:1 또는 2.5:1 스테퍼 등의 렌즈(lens)는, 색수차, 구면수차 등의 물리적인 빛의 왜곡 특성을 가지기 때문이다. 또한, 사파이어 기판과 렌즈 그리고 포토마스크의 평행 오차, 노광량 오차 등으로 인하여, 매우 가까운 경계면이라 할지라도 각각의 노광 스텝의 차이에 따라 크리티컬 디멘젼(critical dimension: CD)의 크기가 달라진다.

패턴의 크기 차이를 인식하는 정도는 사람에 따라 달라지고 광학적인 현미경의 배율에 따라서도 다르다. 하지만 현미경과 같은 도구의 사용에 의한 패턴의 크기 차이는 불량에 대한 규격으로 제한할 수 있지만 사람의 나안으로 인식되는 패턴의 경계면 인식은 시각적인 불량(visual failure) 요소로 인식된다.

그러므로 경계면 자체를 없애는 방법이 요구된다. 이를 위하여 1:1 얼라이너(aligner)가 사용될 수 있다. 하지만, 얼라이너는, 해상도가 비교적 낮기 때문에, 현재는 대략 1.2um 이상의 크기를 갖는 패턴에 대해서만 부분적으로 사용된다. 그럼에도 불구하고 얼라이너는, 사파이어 기판의 재료적인 특성인 광투과성 특성 때문에 균일한 패턴의 형성이 사실상 어렵다.

그러므로 2.0um 정도까지 크기의 패턴에 대해서는 스테퍼의 노광 크기를 가로 세로 각각 7.5mm 이하 수준 정도로 한정하여 사용한다. 하지만 1.0um 이하 수준 크기의 패턴에 대해서는 2.0um 이상의 패턴에서보다 더 큰 편차를 나타낸다. 이로 인하여 경계면에서의 불연속적인 패턴 인식이 쉽게 이루어진다. 어떤 오차 범위 내에서는 후속 공정인 엘이디(LED) 소자 제작에서 불량이 아닌 양호한 결과를 얻을 수도 있지만, 육안 검사에서 불량으로 판결이 내려질 수가 있다. 따라서 어떤 경우에도 육안 검사를 통과해야 한다. 결과적으로 각각의 노광 스텝에 해당하는 노광 영역 사이에는 패턴 경계면 불량을 해결하여야 한다.

"Growth Mechanism and Strain Variation of GaN Material Grown on Patterned Sapphire Substrates With Various Pattern Designs" Mei-Tan Wang et al, IEEE Photonics Technology Letters, Vol.23, No.14, July 15, 2011. 'High-brightness GaN-based blue LEDs grown on a wet-patterned sapphire substrate " Yang Zhang et al, Proc. of SPIE Vol. 6841.

본 발명의 목적은, 사파이어 기판에 3차원 구조물의 표면 패턴을 형성하기 위하여, 나노 임프린트 기술을 이용하여 사파이어 기판의 전역에 패턴을 동시에 형성함으로써 각각의 노광 스텝에 해당하는 노광 영역 사이에 불연속적인 경계면의 불량이 발생하는 것을 방지하도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법은, 사파이어 기판 상에 제1 식각 마스크를 위한 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 상에 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 도포하는 단계; 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을, 나노 임프린트 기술을 적용한 카피 몰더로 가압하여 복수개의 패턴부를 형성하는 단계; 상기 패턴부를 제2 식각 마스크로 이용하여 상기 패턴부 외측의 노출된 절연막을 제거함으로써 상기 패턴부 아래에만 상기 절연막을 남기고 아울러 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 노출시키는 단계; 상기 패턴부를 제거하여 상기 남은 절연막을 노출시키는 단계; 상기 남은 절연막을 제1 식각 마스크로 이용하여 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 식각함으로써 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부를 가진 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 남은 절연막을 식각함과 아울러 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 식각하여 상기 제1 경사면부 상에 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도로 하향 경사진 제2 경사면부를 가진 최종적인 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 패턴부를 형성하는 단계는, 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 상기 카피 몰더로 가압하여 복수개의 패턴부와 비패턴부를 형성하는 단계; 상기 패턴부와 비패턴부를 경화시키는 단계; 및 상기 패턴부를 남기고 상기 비패턴부를 제거하여 상기 패턴부 외측의 절연막을 노출시키는 단계를 포함하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 카피 몰더가 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 가압한 상태에서, 상기 패턴부와 비패턴부를 열경화시키거나 광경화시키는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 카피 몰더를 통하여 광을 조사하여 상기 패턴부와 비패턴부를 광경화시키는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 비패턴부를 전면 식각과 디스컴(descum) 중 어느 하나로 제거하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 절연막을 산화막으로 형성하며, 상기 산화막을 50Å~5000Å의 두께로 형성하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 최종적인 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계에서 상기 사파이어 기판을, 중량비가 2:1 ~ 4:1인 황산과 인산 용액의 혼합 식각 용액으로 식각하는 것이 가능하다.

바람직하게는, 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 1000Å~10000Å의 두께로 형성하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 나노임프린트(nano imprint) 기술을 이용하여 사파이어 기판의 전역에 패턴을 동시에 형성하므로 스테퍼를 이용할 때 발생하였던 불연속적인 경계면 불량을 근본적으로 방지할 수가 있다.

도 1은, 종래 기술의 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 있어서, 각각의 노광 스텝에 해당하는 노광 영역 사이에 불연속적인 경계면의 불량이 발생한 사파이어 기판의 표면을 촬영한 사진이다.
도 2a 내지 도 2h는, 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 나타낸 단면 공정도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 있어서, 불연속적인 경계면의 불량이 발생하지 않은 사파이어 기판의 표면을 촬영한 사진이다.
도 4는, 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법에 의해 형성된 3차원 구조물의 표면 패턴을 촬영한 전자 주사 현미경(SEM) 사진이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 내지 도 2h는, 본 발명에 따른 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법을 나타낸 단면 공정도이다.

도 2a를 참조하면, 먼저, 기판, 예를 들어 갈륨질화물계 발광 다이오드를 위한 사파이어 기판(20)을 준비한다. 사파이어 기판(20)은, 예를 들어 평탄한 상면부(20a)를 가진다.

그런 다음, 화학 기상 증착법(CVD: chemical vapor deposition)을 적용한 절연막 적층 장치(미도시)를 이용하여 사파이어 기판(20)의 상면부(20a)의 전역 상에 제1 식각 마스크를 위한 막, 예를 들어 사파이어 기판 식각 마스크를 위한 절연막을 적층한다.

여기서, 상기 절연막으로는, 사파이어 기판(20)에 비하여 식각 선택비가 높은 절연막, 예를 들어 산화막(21) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 산화막(21)은, 3차원 구조물의 표면 패턴을 형성하기 위한 사파이어 기판 식각 마스크로서 충분히 기능할 수 있도록, 예를 들어 50Å~5000Å의 두께를 갖는 것이 가능하다.

한편, 산화막(21)의 적층법으로는, 화학 기상 증착법(CVD), 예를 들어 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD: low pressure chemical vapor deposition), 상압 화학 기상 증착법(AP: atmosphere pressure chemical vapor deposition) 등을 사용하는 것이 가능하다.

도 2b를 참조하면, 이어서, 도포 장치(미도시), 예를 들어 스핀코팅(spin coating) 장치 등을 이용하여 산화막(21)의 전역 상에 제2 식각 마스크를 위한 막, 예를 들어 산화막 식각 마스크를 위한 막(23)을 도포한다.

여기서, 막(23)은, 예를 들어 1000Å~10000Å의 두께로 도포하는 것이 가능하다. 막(23)은, 도 2c에 도시된 나노임프린트 기술을 적용한 카피 몰더(copy mold)(30)에 의해 패턴 형성이 가능하고, 또한 광 또는 열에 의해 경화할 수 있는 재질로 형성하는 것이 가능하다.

막(23)이 광경화성 막인 경우, 자외선 경화 수지(UV curing resin) 이 가능하다. 또한, 막(23)이 열경화성 막인 경우, 열경화 수지, 예를 들어 열경화 플라스틱(thermo plastic)으로 형성하는 것이 가능하다.

도 2c를 참조하면, 그런 다음, 카피 몰더(50)를, 막(23)을 향하는 방향, 즉 화살표로 표시된 하측 방향으로 이동시켜 카피 몰더(30)의 하면을 막(23)의 상면에 가압한다.

여기서, 카피 몰더(30)의 하면은, 사파이어 기판(20)보다 넓거나 사파이어 기판(20)과 거의 동일한 넓이를 가진다. 카피 몰더(30)의 하면에는, 예를 들어 수백 나노미터 이하의 미세한 직경을 가진 원통형 패턴 또는 이와 유사한 형상의 오목 구조물과 같은 패턴(31)이 미리 마련되어 있다.

이에 따라, 막(23)의 패턴 형성 영역과 비패턴 형성 영역에 각각 패턴부(25)와 비패턴부(27)가 성형된다. 즉, 패턴부(25)는, 카피 몰더(30)의 패턴(31)에 대응하는 패턴을 가진 부분으로서, 수백 나노미터 이하의 미세한 직경을 가진 원통형 패턴 또는 이와 유사한 형상의 상향 돌출 구조물에 해당하는, 사파이어 기판의 3차원 표면 패턴을 형성하기 위한 식각 마스크의 패턴을 가지며, 비패턴부(27)보다 두꺼운 두께(t1)를 가진다. 비패턴부(27)는, 패턴부(25) 외측의 비패턴 형성 영역에 아무런 상향 돌출 구조물이 형성되지 않는 부분으로, 패턴부(25)의 두께보다 얇은 두께(t2), 예를 들어 수 나노미터에서 수백 나노미터의 두께를 갖는 것이 가능하다.

이와 같이 가압된 상태에서, 막(23)이 광경화성 재질로 형성되어 있을 경우에는, 광원(미도시)을 이용하여 광, 예를 들어 자외선을 카피 몰더(30)를 통하여 패턴부(25)와 비패턴부(27)에 조사함으로써 패턴부(25)와 비패턴부(27)를 광경화시킨다. 이때, 카피 몰더(30)는, 광투과가 가능한 재질, 예를 들어 쿼츠(quartz) 또는 유리(glass) 등으로 제작될 수가 있다.

또한, 막(23)이 열가소성 재질로 형성되어 있을 경우에는, 카피 몰더(30) 내의 가열부(미도시)에 의해 카피 몰더(30)를 가열함으로써 카피 몰더(30)의 열에 의해 패턴부(25)와 비패턴부(27)를 열경화시킨다. 카피 몰더(30)는, 열에 강한 재질, 예를 들어 텅스텐 등과 같은 금속으로 제작될 수가 있다. 물론, 카피 몰더(30)는, 광투과가 가능하고도 열에 강한 재질로 제작될 수도 있다.

따라서 본 발명은, 나노 임프린트 기술을 적용한 카피 몰더(30)를 이용하여 막(23)을 1회 노광함으로써 2인치, 3인치 또는 그 이상의 직경을 가진 사파이어 기판(20)의 전역 상에 패턴부(25)와 같은 패턴을 동시에 형성할 수가 있다.

그러므로 종래 기술의 경우, 스테퍼를 이용한 스텝 앤 스텝 방식의 노광 스텝에서, 사파이어 기판 상의 노광 경계면에서 경계면 불량, 즉 이웃한 노광 영역과 노광 영역 사이의 노광 경계면에서 나안으로 인식할 수 있을 정도의 불연속적인 경계면이 발생하는 불량을 방지하기가 불가능하였으나, 본 발명은 이러한 경계면 불량이 발생하는 것을 최소화하거나 방지할 수가 있다.

그 결과, 본 발명은, 종래의 경계면 불량을 발생시키지 않으면서도 예를 들어 3인치 이상의 직경을 가진 사파이어 기판의 전역 상에 3차원 표면 구조물을 형성하기 위한 1.0㎛ 이하의 패턴을 동시에 형성하는 것이 가능하므로 패턴 형성 공정의 신뢰성을 향상시킬 수가 있고 나아가 사파이어 기판 상에 최종적으로 형성하는 발광 다이오드와 같은 제품의 수율 향상 및 특성 개선이 가능하다. 더욱이, 본 발명은, 사파이어 기판에 대한 노광 횟수를 줄여 노광 시간을 대폭적으로 단축할 수 있고 나아가 생산성 향상과 원가 절감을 도모할 수가 있다.

도 2d를 참조하면, 그런 다음, 카피 몰더(50)를 막(23)으로부터 멀어지는 방향, 즉 화살표로 표시된 상측 방향으로 이동시킴에 따라 카피 몰더(50)를 막(23)의 패턴부(25) 및 비패턴부(27)로부터 분리시킨다.

도 2e를 참조하면, 이후, 도 2d에 도시된 비패턴부(27)를 완전히 제거하여 그 아래의 산화막(21)을 노출시킴과 아울러 패턴부(25)를 남겨 둔다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 패턴부(25)와 비패턴부(27)가 감광막(photo resist)과 동일하거나 유사한 재질로 형성되었을 경우, 특히 유기화합물로 형성되었을 경우에는, 플라즈마(plasma)에 의해 형성된 산소 프리 레디칼(redical)로 스컴(ccum)을 제거하는 디스컴(descum) 공정과 동일한 방법으로 패턴부(25)를 남겨 두고 비패턴부(27)를 완전히 제거하는 것이 가능하다.

여기서, 비패턴부(27)의 두께는 수 나노미터에서 수백 나노미터가 가능하기 때문에, 패턴부(25)는, 후술하는 산화막(21)의 식각 단계를 진행하는 동안에 산화막 식각 마스크로서의 역할을 완수할 수 있도록 충분한 두께, 예를 들면 약 500Å 이상의 두께를 가져야 한다.

한편, 플라즈마의 케미칼 반응에 의해 비패턴부(27)를 완전히 제거하기 어려울 경우에는, 플라즈마의 이온충돌 방법과 같은 전면 식각 방법을 사용할 수가 있다. 이때, 이온들은 BCl3 또는 아르곤(Ar)이 가능하다.

도 2f를 참조하면, 이후, 패턴부(25)를 예를 들어 산화막 식각 마스크로서 이용하여 도 2e에 도시된, 패턴부(25) 외측의 노출된 산화막(21)을 습식 또는 건식 식각 방법으로 제거한다. 이에 따라, 패턴부(25) 아래에 위치한 부분에만 산화막(21)이 남고, 패턴부(25) 외측의 사파이어 기판(20)의 상면부(20a)가 노출된다.

여기서, 산화막(21)의 습식 식각 용액으로는, 비오이(BOE: buffered oxide etchant) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다. 또한, 산화막(21)의 건식식각 방법으로는, 이온충돌 방식이나 불소(F)기의 프리 레디칼과 같은 플라즈마 식각이 가능하다.

도 2g를 참조하면, 이후, 도 2f에 도시된 패턴부(25)를, 도 2e의 단계에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 제거함으로써 그 아래의 산화막(21)을 노출시킨다.

도 2h를 참조하면, 이어서, 산화막(21)을 사파이어 기판 식각 마스크로서 이용하여 산화막(21) 외측의 노출된 사파이어 기판(20)의 상면부(20a)를 습식 식각 또는 건식 식각 방법으로 식각한다.

여기서, 건식 식각의 경우, 산화막(21)은 충분히 두꺼운 두께를 가져야 한다. 이는, 이온 충돌 방식에 있어서 사파이어 기판(20)과 산화막(21)의 식각 선택비가 그다지 좋지 않기 때문이다.

또한, 습식 식각의 경우, 산화막(21)의 식각 용액으로는, 비오이(BOE) 용액, 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다.

한편, 산화막(21)이 존재하는 상태에서 사파이어 기판(20)을 습식 식각하면, 3차원 구조물인 표면 패턴(29)을 복수개, 예를 들어 4개 형성할 수가 있다. 즉, 표면 패턴(29)은, 돌출한 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 가진다. 구조물(29a)의 측면부가 제1 각도(θ₁)로 하향 경사진 제1 경사면부(29c)로 형성된다. 하단 평면부(29b)는, 서로 이웃하는 구조물(29a)의 하단부 사이에 형성되고, 도 2g에 도시된 상면부(20a)와 대략적으로 평행한 수평면으로 형성될 수 있다. 또한, 하단 평면부(29b)의 폭은, 사파이어 기판(20) 상에 발광 다이오드 형성용 에피택셜층(미도시)을 성장하기 위한 후속의 에피택셜 공정을 원활하게 진행하기 위하여, 약 0.4㎛ 이상으로 유지되는 것이 바람직하다.

또한, 산화막(21) 아래에 형성된 구조물(29a)의 폭 크기는, 산화막(21) 아래의 상면부(20a)의 폭 크기가 증가함에 따라 증가한다. 따라서 산화막(21) 아래의 상면부(20a)의 폭 크기를 최소로 하면, 사파이어 기판(20)의 표면 패턴(29)의 피치(pitch)를 줄이고 표면 패턴(29)의 밀도를 증가시킬 수가 있다.

도 2i를 참조하면, 도 2h에 도시된 산화막(21)이 잔존하는 상태에서, 산화막(21), 제1 경사면부(29c), 및 하단 평탄부(29b)를 동시에 습식 식각 또는 건식 식각하여 산화막(21)을 완전히 제거함으로써 최종적인 3차원 구조물인 표면 패턴(291)을 형성한다. 도면에 도시하지 않았지만, 약간의 산화막(21)이 구조물(29a) 상에 부분적으로 잔존할 가능성이 있으므로 이를 예방하기 위해서는, 식각공정을 미리 정해진 추가시간, 예를 들어 약 2분에서 10분 정도 더 진행하는 것이 바람직하다.

여기서, 표면 패턴(291)은, 돌출한 뿔 형상의 구조물(29a)과 하단 평면부(29b)를 가진다. 각각의 구조물(29a)은, 단면적으로 절단면에 따라 좌우 대칭 또는 비대칭의 구조로, 제1 경사면부(29c)와 제2 경사면부(29d)를 가진다. 또한, 제1 경사면부(29c)는, 단면적으로 볼 때, 제2 경사면부(29d)의 하단부에서부터 1개의 일정한 각도, 즉 제1 각도(θ₁)로 하향 경사진 경사면이다. 제2 경사면부(29d)는, 단면적으로 볼 때, 뾰족한 상측부(29e)에서부터 제2 각도(θ₂)로 하향 경사진 경사면이다. 제2 각도(θ₂)는 제1 각도(θ₁)보다 크며, 약 40도 ~ 60도이다. 한편, 산화막(21)의 크기를 최소로 하는 경우, 사파이어를 황산과 인산이 중량비로 2:1 ~ 4:1의 범위에 있는 식각 용액으로 약 200℃~350℃에서 식각하는 동안 산화막(21)을 거의 대부분 제거할 수가 있다. 이러한 경우에는, 제2 각도(θ₂)를 초고배율 이하의 현미경이나 육안으로 관찰할 수가 없다.

여기서, 건식 식각의 경우, F기의 프리 레디칼 또는 BCl3와 같은 이온 충돌 방법을 사용하는 것이 가능하다. 이때, 식각공정 시간을 적절히 조정해야 한다. 요컨대 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 짧은 경우에 구조물(29a) 상에 산화막(미도시)이 잔존할 수 있는 한편, 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 너무 긴 경우에 뾰쪽한 상측부(29e)가 평면부에 가까워질 수가 있다.

또한, 습식 식각의 경우, 식각 용액으로는, BOE(buffered oxide etchant) 용액 또는 에이치에프(HF) 용액 등을 사용하는 것이 가능하다. 이때 식각공정 시간은 충분한 시간이 되어야 한다. 요컨대, 식각공정 시간이 미리 정해진 시간보다 짧을 경우, 구조물(29a) 상에 산화막(미도시)이 잔존할 수 있고, 후속의 에피택셜 공정에 악영향을 끼칠 수가 있다. 또한, 발광 다이오드의 효율과 특성을 악화시킬 수가 있다. 따라서 식각 공정의 시간은, 온도에 따라 수분~수십분이 바람직하다.

따라서 본 발명은, 도 3 및 도 4의 사진을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 사파이어 기판의 전역에 걸쳐 종래와 같은 불연속적인 노광 경계면의 불량을 발생시키지 않으면서도 최종적인 3차원 구조물의 표면 패턴을 형성할 수가 있다.

이후에는, 도면에 도시하지 않았지만, 발광 다이오드를 위한 통상적인 에피택셜 공정, 예를 들어 유기 금속 화학 기상 증착법(MOCVD) 등을 비롯하여 여러 가지 공정을 추가로 진행한다. 이에 대한 부분은 본 발명의 요지와 관련성이 적으므로 설명의 간편함을 위하여 이 부분의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

한편, 본 발명은, 바람직한 실시예에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이나 변경, 수정이 가능하다.

20: 사파이어 기판
20a: 사파이어 기판의 상면부
21: 산화막
23: 막
25: 패턴부
27: 비패턴부
29, 291: 표면 패턴
29a: 구조물
29b: 하단 평면부
29c: 제1 경사면부
29d: 제2 경사면부
29e: 뾰족한 상측부

Claims

사파이어 기판 상에 제1 식각 마스크를 위한 절연막을 형성하는 단계;
상기 절연막 상에 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 도포하는 단계;
상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을, 나노 임프린트 기술을 적용한 카피 몰더로 가압하여 복수개의 패턴부를 형성하는 단계;
상기 패턴부를 제2 식각 마스크로 이용하여 상기 패턴부 외측의 노출된 절연막을 제거함으로써 상기 패턴부 아래에만 상기 절연막을 남기고 아울러 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 노출시키는 단계;
상기 패턴부를 제거하여 상기 남은 절연막을 노출시키는 단계;
상기 남은 절연막을 제1 식각 마스크로 이용하여 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 식각함으로써 제1 각도로 하향 경사진 제1 경사면부를 가진 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 남은 절연막을 식각함과 아울러 상기 남은 절연막 외측의 사파이어 기판을 식각하여 상기 제1 경사면부 상에 상기 제1 각도보다 큰 제2 각도로 하향 경사진 제2 경사면부를 가진 최종적인 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 패턴부를 형성하는 단계는,
상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 상기 카피 몰더로 가압하여 복수개의 패턴부와 비패턴부를 형성하는 단계;
상기 패턴부와 비패턴부를 경화시키는 단계; 및
상기 패턴부를 남기고 상기 비패턴부를 제거하여 상기 패턴부 외측의 절연막을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 카피 몰더가 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 가압한 상태에서 상기 패턴부와 비패턴부를 열경화시키는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 카피 몰더가 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 가압한 상태에서 상기 패턴부와 비패턴부를 광경화시키는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제4항에 있어서, 상기 카피 몰더를 통하여 광을 조사하여 상기 패턴부와 비패턴부를 광경화시키는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 비패턴부를 전면 식각과 디스컴(descum) 중 어느 하나로 제거하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 절연막을 산화막으로 형성하며, 상기 산화막을 50Å~5000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 최종적인 3차원 구조의 표면 패턴을 형성하는 단계에서 상기 사파이어 기판을, 중량비가 2:1 ~ 4:1인 황산과 인산 용액의 혼합 식각 용액으로 식각하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 식각 마스크를 위한 경화성 수지의 막을 1000Å~10000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 사파이어 기판의 표면 패턴 형성 방법.