KR101670215B1 - 박막분리용 기판과 그 제조방법과 분리방법 및 발광다이오드와 그래핀 및 에피웨이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기재 위에 형성된 박막을 대규모 양산에 대응이 가능한 속도로 신속히 분리할 수 있도록 해주는 박막분리용 기판과 상기 기판을 제조하는 제조방법과 박막분리방법 및 상기 기판 위에서 제조된 박막을 포함하여 이루어지는 발광다이오드와 상기 기판에 구비된 촉매재 위에 형성된 박막형 그래핀 그리고 에피웨이퍼를 제공해 주기 위한 발명이다.

Description

박막분리용 기판과 그 제조방법과 분리방법 및 발광다이오드와 그래핀 및 에피웨이퍼{substrate and separation and manufacture and led and graphene and epi-wafer}

본 발명은 기재 위에 지정된 두께로 형성된 박막을 분리하기 위해 마련되는 박막분리용 기판과 에피웨이퍼 및 상기 기판의 제조방법과 상기 기판 위에 형성된 박막을 분리하는 방법, 이에 의해 마련된 발광다이오드 및 그래핀에 관한 것이다.

특정한 기재 위에 형성된 박막을 상기 기재로부터 분리하는 기술이 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특별히 발광다이오드(LED)와 그래핀 박막과 관련된 분야에서 제품의 질적인 향상과 수명연장 및 단가절감을 위하여 적극적으로 연구 개발되고 있다.

발광다이오드 분야에 있어서는 흔히 기판 위에 박막형태로 성장된 에피박막을 상기 기판으로부터 분리하여 수직형 발광다이오드로 제조하는 기술이 매우 활발히 연구되고 있으며, 일부 제조업체에서는 시생산 단계에서 소량의 제품들을 출하하고 있는 실태이다. 이와 같이 박막을 기판으로부터 분리하는 방법으로는 건식방법과 습식방법이 있는데, 건식방법으로는 주로 레이저(LASER LIFT OFF)방식이 이용되고 있으며, 습식방법으로는 기판과 발광다이오드 박막 계면에 형성된 희생층에 대하여 에칭액(ETCHANT)을 이용해 화학반응시킴으로써 에피성장된 발광다이오드 박막을 기판으로부터 분리시키는 화학반응법(CHEMICAL LIFT OFF)이나 전기화학법 등이 사용되고 있다.

먼저 레이저 방식(LLO)은 순간적인 레이저 조사를 이용하여 희생층에 대하여 고열 분해반응을 일으키는 방식으로서 에피성장된 발광다이오드 박막 자체에 심각한 크랙을 발생시키거나 불량을 일으키는 요인이 될 수 있다. 다시 말해 아직도 해결해야 할 몇 가지 과제들을 안고 있는 방법이라 할 수 있다. 뿐만 아니라 레이저 장치를 사용하기 때문에 장치의 도입 비용 또한 매우 부담스러운 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.

다음으로 습식방법을 이용할 경우에는 상기에서 설명하였듯이 기판과 에피박막 사이에 구비된 희생층 박막을 상기 에칭액으로 녹여내야 하기 때문에 2인치 직경 또는 4인치 직경의 기판 위에 매우 얇은 형태의 희생층을 에칭용액으로 녹여내는 공정은 매우 오랜 시간을 요구하게 된다.

이와 같이 장시간 동안 에칭하여야만 하기 때문에 상기 습식분리공정을 실제로 대량 생산공정에 적용하기에는 적합하지 못한 기술이었다. 상기 에칭시간을 단축하기 위해 에칭액의 화학반을을 더욱 촉진하기 위한 방법으로 전기화학법 및 광전기화학법 등이 제안되고 연구되고 있으나 여전히 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

다른 각도의 접근법도 제시되고 있는데, 이는 상기 직경 2인치 이상의 웨이퍼 형태의 에피성장된 웨이퍼를 발광다이오드 단일칩 크기로 절단한 후에 이를 습식방법에 의해 에피박막층을 기판으로부터 분리하는 방법이다. 이와 유사한 개념의 방법으로서 대한민국 등록특허 10-0613272 호에 소개된 바와 같이 기판은 절단하지 않고 기판 위에 형성된 에피박막 만을 원하는 단위 칩 크기로 분할한 뒤에 이를 에칭액을 이용하여 기판으로부터 분리하는 방법이 제시되어 있다. 그러나 상기 두 방법 모두 분리된 결정박막의 수득 공정이 매우 복잡하고 여전히 그 분리 속도와 생산단가 절감면에 있어서 흡족한 수준에 도달하지 못하고 있는 실정이다.

대한민국 특허출원 10-2008-0017391에서 제안된 발광소자 제조방법에서는 기판에 하나 이상의 비아홀을 마련하고 그 위에 희생층과 박막층을 차례로 형성한 후 상기 비아홀과 희생층의 측면만을 통하여 에칭액으로 박막을 분리하는 방법이 소개되고 있다. 그러나 이와 같은 방법은 간신히 실험실 규모에서만 실시가 가능할 정도로 매우 속도가 늦은 분리방법이다. 상기 비아홀과 희생층은 가늘고 긴 채널을 형성하기 때문에 매우 커다란 관저항을 갖으며 에칭액의 흐름을 크게 제한하기 때문이다. 이처럼 대량 생산에 대응하기에는 불가능한 방법이라서 여전히 실제 생산현장에는 적용되지 못하고 이는 실태이며, 아직도 넘어야만 할 큰 과제를 남겨놓고 있다.

상기한 문제점들과 과제를 해결하지 못한 상기 기술들과 대조되는 주목할 만한 기술로서 상기 비아홀의 관저항을 획기적으로 저감시켜줄 수 있는 기술로서 대한민국 특허 출원번호 10-2009-0103836 에서는 기판의 일부분에 함몰부를 형성하고 상기 함몰부에 하나 이상의 천공홀을 형성하는 방법으로 기판의 두께 보다 짧은 경로를 갖는 천공홀을 제공함으로써 에칭액에 대한 관저항을 줄여주고 실제의 대량 생산 공정에 적용이 가능한 기술이 제안되었다. 이와 같은 기술은 생산성 향상은 물론 생산비용 절감에도 매우 만족할 만한 결과를 제공한다. 그러나 이와 같은 구성으로 기판의 두께 보다 짧은 길이를 갖는 상기 천공홀은 관저항이 혁신적으로 저감되긴 하였지만 여전히 그 자체의 길이 만큼의 관저항은 잔존하고 있는 것이 사실이다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 매우 작은 저항이지만 상기 두께 방향으로 잔존하고 있는 미세한 관저항까지도 완벽하게 제거할 뿐 아니라 에칭용액이 더욱 원활하게 유동할 수 있는 혁신적인 구조를 갖는 박막분리용 기판과 이를 용이하게 실현할 수 있는 제조방법 및 여기에 더하여 추가의 효과로서 결정결함이 감소된 고품질의 결정박막과 광추출효율이 증가된 결정박막 및 이를 포함하여 제조됨을 특징으로 하는 발광다이오드와 그래핀 및 그 제조방법과 상기 희생층을 식각하는 에칭공정과 에칭액의 사용을 최소화하거나 생략할 수 있는 박막분리 방법과 에피웨이퍼를 제공하고자 한다.

이와 같은 과제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 매우 작은 저항이지만 상기 두께 방향으로 잔존하고 있는 미세한 관저항까지도 완벽하게 제거할 뿐 아니라 에칭용액이 더욱 원활하게 유동할 수 있는 혁신적인 구조를 갖는 박막분리용 기판과 이를 용이하게 실현할 수 있는 제조방법 및 여기에 더하여 추가의 효과로서 결정결함이 감소된 고품질의 결정박막과 광추출효율이 증가된 결정박막 및 이를 포함하여 제조됨을 특징으로 하는 발광다이오드와 그래핀 및 그 제조방법과 상기 희생층을 식각하는 에칭공정과 에칭액의 사용을 최소화하거나 생략할 수 있는 박막분리 방법을 제공하고자 한다. 물론 상기 그래핀을 제조하기 위해서는 상기 기판 표면 중의 일부분 이상은 그래핀 성장용 촉매물질을 포함하고 있는 것이며, 적어도 표면물질과 코어물질을 포함하여 두 종류 이상의 물질층을 포함하여 이루어지는 것일 수 있다. 이러한 촉매물질층은 상기 그래핀을 기판으로부터 분리하거나 반도체 소자 등으로 전사하는 공정 전 또는 후에 제거될 수 있다.

본 발명에 의하면 매우 빠른 속도로 습식방법에 의해 특정한 기판으로부터 박막을 분리할 수 있는 기판을 매우 용이하게 제조하고 제공할 수 있으며 상기 기판을 이용하여 결정결함이 감소된 고품질의 결정박막과 광추출효율이 증가된 결정박막 및 이를 포함하여 제조됨을 특징으로 하는 발광다이오드와 그래핀 및 그 제조방법과 상기 희생층을 식각하는 에칭공정과 에칭액의 사용을 최소화하거나 생략할 수 있는 박막분리 방법 및 에피웨이퍼(epi-wafer)를 제공할 수 있다. 또한 상기 그래핀은 발광다이오드와 반도체 소자 및 디스플레이 장치의 배선전극 등 매우 광범위한 용도로 사용될 수 있다.

도1은 박막분리용 기판의 구조를 이해하기 쉽게 제시한 가장 간단한 구조의 박막분리용 기판 평면도
도2는 도1의 정면도로서 기판 윗면에 y-y방향을 따라 형성된 함몰부가 정확히 나타난 그림
도3은 x-x 단면도
도4는 도1의 측면도로서 기판 밑면에 x-x방향을 따라 형성된 함몰부가 정확히 나타난 그림
도5는 y-y 단면도
도6은 도3에 제시된 단면 위에 한층 이상의 희생층과 한층 이상의 (결정)박막층이 형성된 상태를 나타낸 단면도
도7은 도1 내지 도5에 나타낸 박막분리용 기판의 사시도
도8은 도7과 같은 구조가 복수로 형성된 박막분리용 기판의 사시도
도9는 도8의 기판 위에 추가의 함몰부가 형성된 박막분리용 기판의 사시도

이를 위해 본 발명의 첫번째 양태를 따라 표면 위에 박막이 성장될 기재를 준비하는 제1단계와 상기 기재의 A면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 제2단계와 상기 기재의 B면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 박막분리용 기판 제조방법에 있어서, 적어도 상기 세단계를 모두 완료한 상기 기재는; 상기 기재 A면에 형성된 복수 개의 함몰부 aaa와 상기 기재 B면에 형성된 복수 개의 함몰부 bbb와 (상기 함몰부 aaa 중에 적어도 하나의 함몰부a와 상기 함몰부 bbb 중에 적어도 하나의 함몰부b가 적어도 두께방향의 한 지점에서 만나 형성되는) 함몰중첩부c를 포함하여 이루어지는 것이며, 상기 함몰부a의 부피와 함몰부b의 부피는 모두 상기 함몰중첩부c의 부피보다 큰 것이고, 상기 함몰중첩부c의 적어도 한 지점을 통과하여 함몰부a와 함몰부b를 왕복할 수 있는 경로는 수직방향(두께방향)경로를 포함하여 (함몰중첩부c 공간 안의) 수평면(기판의 면과 평행되는 면)에도 (매우 다양한)복수의 경로가 존재하는 구조로서 (에칭액 및 에칭액에 의해 식각된) 물질의 이동(흐름)자유도를 높인 것이며, 기판두께를 T라 할때, 상기 함몰부a와 함몰부b 중에서 적어도 하나는 (1/2)*T 이상의 깊이를 갖는 것이고, 상기 함몰부a의 깊이와 함몰부b의 깊이의 합은 기판의 두께(T) 이상인 것이며, 평면도(A면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 평면도에 표시되는 상기 함몰부a의 면적 보다 작고, 밑면도(B면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 밑면도에 표시되는 상기 함몰부b의 면적 보다 작은 것이며 상기 평면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부a의 나머지 면적과 상기 밑면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부b의 나머지 면적은 (공간적으로) 서로 어긋나 있는 구조이고 상기 함몰중첩부c는 상기 기재의 복수 지점에 구비된 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부의 적어도 일부분은 가늘고 긴 그루브(groove)형태이고, 상기 그루브는 상기 기판의 복수 지점에 형성된 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 A면은 박막이 성장되는 면이고 상기 함몰부b는 상기 함몰부 aaa 중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 구조로서 복수 개의 함몰중첩부c를 구비한 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부b는 폭, 직경, 길이, 깊이 중에서 적어도 하나는 상기 함몰부a 보다 큰 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부a는 상기 함몰부 bbb중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 동시에 상기 함몰부 b는 상기 함몰부 aaa중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 구조로서 상기 함몰중첩부c가 상기 함몰부 a의 복수 장소와 함몰부 b의 복수 장소 모두에 형성된 구조임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부a, 함몰부b, 함몰중첩부c 중 적어도 일부 면 및/또는 공간에 마스크물질을 형성하는 단계를 추가로 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 기재의 표면 일부분 이상에 (결정)박막을 형성시킨 후에 이를 상기 기재로부터 신속히 분리하기 위한 박막분리용 기판에 있어서, 상기 기재 A면에 형성된 복수 개의 함몰부 aaa와 상기 기재 B면에 형성된 복수 개의 함몰부 bbb와 (상기 함몰부 aaa 중에 적어도 하나의 함몰부a와 상기 함몰부 bbb 중에 적어도 하나의 함몰부b가 적어도 두께방향의 한 지점에서 만나 형성되는) 함몰중첩부c를 포함하여 이루어지는 것이며, 상기 함몰부a의 부피와 함몰부b의 부피는 모두 상기 함몰중첩부c의 부피보다 큰 것이고, 상기 함몰중첩부c의 적어도 한 지점을 통과하여 함몰부a와 함몰부b를 왕복할 수 있는 경로는 수직방향(두께방향)경로를 포함하여 (함몰중첩부c 공간 안의) 수평면(기판의 면과 평행되는 면)에도 (매우 다양한)복수의 경로가 존재하는 구조로서 (에칭액 및 에칭액에 의해 식각된) 물질의 이동(흐름)자유도를 높인 것이며, 기판두께를 T라 할때, 상기 함몰부a와 함몰부b 중에서 적어도 하나는 (1/2)*T 이상의 깊이를 갖는 것이고, 상기 함몰부a의 깊이와 함몰부b의 깊이의 합은 기판의 두께(T) 이상인 것이며, 평면도(A면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 평면도에 표시되는 상기 함몰부a의 면적 보다 작고, 밑면도(B면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 밑면도에 표시되는 상기 함몰부b의 면적 보다 작은 것이며 상기 평면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부a의 나머지 면적과 상기 밑면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부b의 나머지 면적은 (공간적으로) 서로 어긋나 있는 구조이고 상기 함몰중첩부c는 상기 기재의 복수 지점에 구비된 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

상기 함몰부의 크기는 제한적이지는 않지만 미크론 단위인 것이 권장된다. 이는 측면성장(ELO ; epitaxial lateral overgrowth)을 유도하여 결정결함을 감소시킴으로써 고품질의 결정박막을 수득함과 함께 더 나아가 미세 패턴으로 인한 광추출효율도 향상시키기 위한 것이다. 상기에서 함몰중첩부c는 에칭액과 상기 에칭액에 의해 식각된 희생층 물질의 이동 자유도를 최대화하기 위해 두께방향(z축 방향)은 물론 수평방향(기판의 면방향; 즉 x축과 y축이 이루는 면방향)으로도 이동할 수 있도록 형성된 구조를 갖는 것이다. 식각속도를 향상하는 본 발명의 주된 목적 이외에 또한 부수적인 효과도 함께 제공할 수 있다. 즉, 분리되는 박막이 A면에 형성된다고 할 때에 상기 A면에 구비된 함몰부 중에서 적어도 일부 함몰부에 지정된 전자파흡수 물질을 제공하고 (박막분리 공정에서) 이를 가열하여 온도변화에 따른 부피팽창을 유도하고 이에 의해 상기 박막과 기판 사이에 서로 미는 힘이 발생하게 함으로써 상기 에칭액을 이용한 식각공정을 최소화하거나 혹은 생략할 수도 있는 것이다. 이를 위해 적어도 상기 평면도에 표시되는 함몰부a의 면적은 상기 함몰중첩부c 보다 큰 구조로 함으로써 상기 함몰부a 중에서 함몰중첩부c 면적을 제외한 함몰부a의 밑면과 분리될 결정박막층 사이에 서로 미는 힘이 더욱 확실하게 작용하도록 할 수 있는 것이다.

박막분리 목적으로 사용되는 에칭액과 식각된 희생층 물질은 상기 함몰중첩부를 통해서 상기 함몰부a와 함몰부b 사이를 이동하여야만 한다. 함몰중첩부c의 크기는 박막형성공정과 웨이퍼의 기계적 강도에 지장이 없도록 적정 규모를 넘지 않아야 한다. 물론 함몰부a와 b도 그러하지만 함몰중첩부c 보다 큰 것이 에칭 공정의 신속성을 위해 유리하다. 일반적인 천공홀의 경우에는 천공홀의 한 지점을 통과하여 A면과 B면을 왕복하기 위해서는 오직 두께(수직)방향으로 이동하여야만 했다. 당연히 이동자유도가 두께 방향으로 제한되므로 식각속도가 매우 느릴 수 밖에 없었다. 이러한 이동자유도를 높여줌으로써 식각속도를 향상시키기 위해서 본 발명에서는 천공홀을 형성하는 것이 아니라 기판의 A면에 형성된 함몰부a 공간 일부와 기판의 B면에 형성된 함몰부b 공간 일부를 함께 공유하는 공간으로서 상기 함몰중첩부c를 형성하였다. 이와 같은 함몰중첩부c의 공간 중 어느 한 지점을 통과하여 기판A면과 기판B면, 또는 함몰부a와 함몰부b를 왕복하는 경로는 두께방향으로는 물론 수평면 방향으로도 매우 다양하게 존재하기 때문에 물질 이동자유도가 높아져서 식각속도가 획기적으로 향상된다. 상기와 같은 조건의 함몰중첩부c를 형성하기 위해서는 상기 함몰부a와 함몰부b 중에서 적어도 하나는 (1/2)*T 이상의 깊이를 갖는 것이고, 상기 함몰부a의 깊이와 함몰부b의 깊이의 합은 기판의 두께(T) 이상인 것이 필요하다. 물론 상기 함몰부a와 b의 깊이의 합이 클 수록 상기 물질의 이동자유도는 더욱 커지고 식각속도도 함께 더욱 빨라지게 된다. 기판 표면에 박막을 형성한 후 이를 습식방법으로 분리하기 위해서는 에칭액을 사용하게 되는데 그 사용을 최소화하거나 생략하기 위해서 특별한 분리방법이 본 발명에 의해 제공된다. 박막이 성장되는 면을 A라 할 때에 적어도 (A면에 형성된) 함몰부 중 일부분 이상에 전자파흡수 물질을 제공한 후에 이를 가열하여 부피팽창을 유도하고 이를 이용해 상기 함몰부의 일부면과 상기 박막 사이에 서로 미는 힘이 발생하게 함으로써 이 힘에 의해 상기 기판으로부터 박막이 분리되도록 하는 방법이 그 것이다. 이를 위해서는 적어도 상기 평면도(A면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 평면도에 표시되는 상기 함몰부a의 면적 보다 작아야 하는데, 물질 이동자유도를 향상하기 위해 밑면도(B면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 밑면도에 표시되는 상기 함몰부b의 면적 보다 작은 것이 유리하다. 이러한 구조를 형성하기 위해서는 상기 평면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부a의 나머지 면적과 상기 밑면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부b의 나머지 면적은 (공간적으로) 서로 어긋나 있는 구조이어야 한다. 또한 상기 함몰중첩부c는 상기 기재의 복수 지점에 구비된 것이 큰 면적에 형성되어 있는 박막을 신속하게 분리하기 위해 필요하다.

물론 상기 결정박막 또는 박막은 상기 기판과 분리되기 전(또는 후)에 적어도 한 면에 보강용 또는 보호용으로 후막층이나 후막기재가 부가된다. 이는 기계적인 강도를 높여주는 역할 외에도 지정된 기능성이 부가된 것일 수 있다. 최종적으로 만들어질 제품의 종류에 따라 그 물질과 두께와 층수와 부가 방법 등을 매우 다양하게 변경할 수도 있다.

기판의 일부분에 형성된 함몰부가 있을 때 기판의 최상위 면을 어디로 보느냐에 따라 기판 위에 돌출부가 형성된 것으로 볼 수도 있다. 그러나 본 명세서에서는 상기 함몰부의 개념을 분명히 정리하기 위하여 상기 기판 중에서 최상위면 또는 최하위면을 기판의 표면으로 보고 상기 기판의 표면 보다 함몰된 부분을 함몰부로 명명하여 부르기로 한다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부의 적어도 일부분은 가늘고 긴 그루브(groove)형태이고, 상기 그루브는 상기 기판의 복수 지점에 형성된 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

상기에서 함몰부의 적어도 일부분은 가늘고 긴 그루브 형태이고, 상기 그루브는 기판의 복수 지점에 형성된 것일 수 있다. 흔히 발광다이오드 제조용 결정박막 특히 고품질 및 고효율을 갖는 발광다이오드 제조를 위해 패터닝된 사파이어 기판(PSS)을 사용하는 경우가 있고, 상기 패턴의 형상은 스트라이프 형상의 그루브일 수 있다. 이러한 패턴은 주로 A면에만 형성되는데, 이렇듯 기판의 A면에 이미 스프라이프 형상의 그루브 패턴이 형성된 경우에는 이를 함몰부a로 사용할 수 있기 때문에 추가의 공정 단계를 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 A면은 박막이 성장되는 면이고 상기 함몰부b는 상기 함몰부 aaa중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 구조로서 복수 개의 함몰중첩부c를 구비한 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부b는 폭, 직경, 길이, 깊이 중에서 적어도 하나는 상기 함몰부a 보다 큰 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부a는 상기 함몰부 bbb중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 동시에 상기 함몰부 b는 상기 함몰부 aaa중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 구조로서 상기 함몰중첩부c가 상기 함몰부 a의 복수 장소와 함몰부 b의 복수 장소 모두에 형성된 구조임을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

상기 박막이 결정박막이고 발광다이오드 소재로 사용될 경우에는 본 발명의 목적 중 일부분을 성취하기 위해 광추출 효율을 증가시키며 결정결함을 줄여줄 수 있는 기판을 제공하는 것이 필요하다. 이에 따라 상기 결정박막이 성장되는 A면에 형성되는 함몰부aaa는 미크론 단위 내지 수백미크론 단위의 미세한 구조를 필요로 한다. 그런데 이와 같은 미크론 규모의 미세 함몰부를 통한 에칭액의 이동(흐름)저항은 (비록 3차원적 특수 형태로 마련되는 이동자유도가 높은 채널이 제공된다 할지라도) 증가할 수 밖에 없으므로 상기 기재와 발광다이오드용 결정박막 사이에 형성되는 한층 이상의 희생층 식각 속도의 저하를 피할 수 없게 된다. 따라서 상기 결정박막이 형성되는 A면이 아닌 기판의 B면에는 상기 함몰부a보다는 더 큰 폭이나 지름 또는 길이를 갖는 함몰부b를 형성할 수 있으며, 또한 함몰부b의 깊이는 함몰부a 보다 더 깊게 형성할 수 있다. 이는 희생층을 식각하는 속도를 보다 더 신속하게 하는 데 도움이 된다. 이러한 기판의 제조방법으로서 본 발명의 다른 양태를 따라 상기 A면은 박막이 성장되는 면이고 상기 함몰부b는 상기 함몰부 aaa 중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 구조로서 적어도 상기 함몰부aaa와 만나는 복수의 지점에서 복수 개의 함몰중첩부c를 구비한 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다. 이와 같은 기판 제조방법에서도 상기 함몰부b의 깊이는 함몰부a의 깊이 보다 더 깊은 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법이 제공된다. 이를 위한 비제한적 예시로서 상기 함몰부 b는 함몰부a 보다 폭과 지름, 그리고 길이 중에서 적어도 하나를 큰 규격을 갖도록 하여 주면 자연스럽게 함몰부 aaa와 복수의 지점에서 만나도록 구성할 수 있으며, 스트라이프 형태의 가늘고 좁은 그루브를 한 면에 복수 개 형성하고, 그 반대 면에는 상기 그루브와 평행하지 않은 그루브를 형성하는 방법을 이용할 수도 있다. 이러한 형태의 박막분리용 기판에서는 상기 함몰부a는 상기 함몰부 bbb중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 동시에 상기 함몰부 b는 상기 함몰부 aaa중에서 복수 개의 함몰부와 만나는 구조로서 상기 함몰중첩부c가 상기 함몰부 a의 복수 장소와 함몰부 b의 복수 장소 모두에 형성된 구조가 된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부a, 함몰부b, 함몰중첩부c 중 적어도 일부 면 및/또는 공간에는 마스크물질을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

상기 박막분리용 기판은 박막이 성장되지 않아야 할 부분이 존재한다. 이러한 경우에는 상기 박막분리용 기판의 일부분 이상의 면에 마스크물질을 형성하여 그 부분에서의 (결정)박막의 성장을 방지하는 기술이 공지되어 있다. 상기 마스크물질은 박막이 성장되는 기판 표면에서의 박막성장율에 비해 훨씬 작은 물질이 권장된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 함몰부b의 깊이는 함몰부a 보다 더 깊은 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판이 제공된다.

상기 함몰부는 폭, 직경, 길이 중에 어느 하나가 커지면 자연히 그 공간 안에서의 물질 이동자유도도 함께 커지게 된다. 그런데 제한된 기판의 두께에서 함몰부의 두께는 제한적일 수 있으며, 가능하면 상기와 같이 물질의 이동자유도가 큰 함몰부의 깊이가 다른 함몰부의 깊이 보다 큰 것이 유리하다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 기판 위에서 성장된 결정박막을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 기판에 구비된 촉매재 위에서 박막 상태로 성장된 것임을 특징으로 하는 그래핀(graphene)이 제공된다.

그래핀 박막의 성장방법은 주로 기판의 표면 중에 존재하는 촉매재 위에 탄소원자를 포함하는 분자의 증기를 이용하여 이를 분해하여 탄소원자만을 추출하여 상기 촉매물질 위에서 성장시키는 방법이 이용되고 있다. 상기 그래핀은 목적하는 용도에 따라 주로 다른 기재로 전사하여 사용하게 되는데 이 공정에서는 상기 촉매물질을 식각한 후에 전사 공정을 실시하게 된다. 따라서 본 발명의 박막분리용 기판을 사용하면 보다 더 신속하게 상기 촉매물질의 식각을 실시할 수 있게 된다. 그래핀 박막을 본 발명의 기판 위에 형성하는 경우 그 용도 중의 하나로서 패터닝된 그래핀을 다른 기재로 전사하여 사용하는 것이 필요하다. 이러한 경우 비제한적인 예시로서 상기 박막분리용 기판 위에 촉매물질을 형성하고 이를 먼저 패터닝 한 후에 그래핀을 그 위에 성장시키고 이를 이용하는 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기 그래핀은 상기 함몰부와 기판표면 중 한 곳에만 성장된 것임을 특징으로 하는 그래핀이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기에서 제공되는 박막분리용 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판 A면의 일부분 이상에 한 층 이상의 박막을 형성하는 단계와, 상기 박막이 형성된 기판의 함몰중첩부c를 통해 상기 박막의 일부분 이상에 에칭용액을 접촉시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 박막분리방법이 제공된다.

상기에서 희생층의 식각을 위해 사용되는 에칭액은 친환경적이라 할 수 없으며, 그 사용을 최소화하거나 생략할 수 있다면 더욱 좋을 것이다. 이를 위해 본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기에서 제공되는 박막분리용 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판의 함몰부 중에서 적어도 일부 함몰부로 지정된 전자파흡수 물질을 제공하는 단계와, 상기 기판 A면의 일부분 이상에 한 층 이상의 박막을 형성하는 단계와, 상기 전자파흡수 물질을 가열하여 온도변화에 따른 부피팽창을 유도하는 단계를 포함하며, 상기 부피팽창에 의해서 상기 기판과 박막층 간에 미는 힘이 발생하도록 하여 상기 박막을 기판으로부터 분리시킴으로써 상기 에칭액을 이용한 식각공정을 최소화하거나 혹은 생략할 수 있도록 한 것임을 특징으로 하는 박막분리방법이 제공된다.

상기 (결정)박막을 분리하는 단계에서 상기 전자파흡수 물질을 가열하여 부피팽창을 유도한다. 여기서 부피팽창은 단순히 부피 팽창일 수 있으며, 상변화를 통한 폭발현상일 수도 있다. 이와 같이 부피팽창이나 폭발을 유도하여 상기 박막과 기판 사이에 서로 미는 힘이 발생하도록 한다. 이 때에 상기 미는 힘을 더욱 효과적으로 사용하기 위해서는 상기에서 설명한 바와 같이 기판의 일부분은 막혀 있는 것이 유리하다. 이러한 구조를 위해 상기 함몰부aaa와는 별도로 밑면이 막힌 홈을 추가로 형성하는 방법이 제공될 수 있으며, 또는 상기 함몰부a 중에 함몰중첩부c를 제외한 나머지 부분이 형성되도록 구성하는 방법이 제공될 수도 있다. 가열방법은 비제한적인 예시로서 유도가열이나 전자기파를 이용한 가열방법 등을 들 수 있다.

본 발명의 박막분리용 기판은 적어도 한 표면에 박막을 성장시킨 후에 박막분리 공정을 포함하여 원하는 추가의 공정을 거쳐서 사용하게 된다. 이를 위해 본 발명의 또 다른 양태를 따라 상기에서 제공되는 박막분리용 기판과, 상기 기판 A면의 일부분 이상에 형성된 한 층 이상의 결정박막을 포함하여 이루어지는 에피웨이퍼에 있어서, 상기 결정박막은 수평결정성장 (ELO - epitaxial lateral overgrowth)된 부분을 포함하는 박막이며, 상기 수평결정성장된 박막부분 중 적어도 일부분은 상기 함몰부aaa의 상부에 형성된 것임을 특징으로 하는 에피웨이퍼(epi wafer)가 제공된다.

1;기판의 A면 3;기판 A면에 형성된 함몰부a 5;기판의 B면 7;기판 B면에 형성된 함몰부b 9;함몰중첩부c 11, 13;단면부 15;한층 이상의 희생층 17;한층 이상의 (결정)박막층

Claims (19)

1. 표면 위에 박막이 성장될 기재를 준비하는 제1단계와 상기 기재의 A면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 제2단계와 상기 기재의 B면에 복수 개의 함몰부를 형성하는 제3단계를 포함하여 이루어지는 박막분리용 기판 제조방법에 있어서, 적어도 상기 세단계를 모두 완료한 상기 기재는; 상기 기재 A면에 형성된 복수 개의 함몰부 aaa와 상기 기재 B면에 형성된 복수 개의 함몰부 bbb와 (상기 함몰부 aaa 중에 적어도 하나의 함몰부a와 상기 함몰부 bbb 중에 적어도 하나의 함몰부b가 적어도 두께방향의 한 지점에서 만나 형성되는) 함몰중첩부c를 포함하여 이루어지는 것이며, 상기 함몰부a의 부피와 함몰부b의 부피는 모두 상기 함몰중첩부c의 부피보다 큰 것이고, 상기 함몰중첩부c의 적어도 한 지점을 통과하여 함몰부a와 함몰부b를 왕복할 수 있는 경로는 수직방향(두께방향)경로를 포함하여 (함몰중첩부c 공간 안의) 수평면(기판의 면과 평행되는 면)에도 복수의 경로가 존재하는 구조로서 (에칭액 및 에칭액에 의해 식각된) 물질의 이동(흐름)자유도를 높인 것이며, 기판두께를 T라 할때, 상기 함몰부a와 함몰부b 중에서 적어도 하나는 (1/2)*T 이상의 깊이를 갖는 것이고, 상기 함몰부a의 깊이와 함몰부b의 깊이의 합은 기판의 두께(T) 이상인 것이며, 평면도(A면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 평면도에 표시되는 상기 함몰부a의 면적 보다 작고, 밑면도(B면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 밑면도에 표시되는 상기 함몰부b의 면적 보다 작은 것이며 상기 평면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부a의 나머지 면적과 상기 밑면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부b의 나머지 면적은 (공간적으로) 서로 어긋나 있는 구조이고 상기 함몰중첩부c는 상기 기재의 복수 지점에 구비된 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판 제조방법
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7. 기재의 표면 일부분 이상에 (결정)박막을 형성시킨 후에 이를 상기 기재로부터 신속히 분리하기 위한 박막분리용 기판에 있어서, 상기 기재 A면에 형성된 복수 개의 함몰부 aaa와 상기 기재 B면에 형성된 복수 개의 함몰부 bbb와 (상기 함몰부 aaa 중에 적어도 하나의 함몰부a와 상기 함몰부 bbb 중에 적어도 하나의 함몰부b가 적어도 두께방향의 한 지점에서 만나 형성되는) 함몰중첩부c를 포함하여 이루어지는 것이며, 상기 함몰부a의 부피와 함몰부b의 부피는 모두 상기 함몰중첩부c의 부피보다 큰 것이고, 상기 함몰중첩부c의 적어도 한 지점을 통과하여 함몰부a와 함몰부b를 왕복할 수 있는 경로는 수직방향(두께방향)경로를 포함하여 (함몰중첩부c 공간 안의) 수평면(기판의 면과 평행되는 면)에도 복수의 경로가 존재하는 구조로서 (에칭액 및 에칭액에 의해 식각된) 물질의 이동(흐름)자유도를 높인 것이며, 기판두께를 T라 할때, 상기 함몰부a와 함몰부b 중에서 적어도 하나는 (1/2)*T 이상의 깊이를 갖는 것이고, 상기 함몰부a의 깊이와 함몰부b의 깊이의 합은 기판의 두께(T) 이상인 것이며, 평면도(A면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 평면도에 표시되는 상기 함몰부a의 면적 보다 작고, 밑면도(B면도)에 표시되는 상기 함몰중첩부c의 면적은 밑면도에 표시되는 상기 함몰부b의 면적 보다 작은 것이며, 상기 평면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부a의 나머지 면적과 상기 밑면도에서 함몰중첩부c를 제외한 함몰부b의 나머지 면적은 (공간적으로) 서로 어긋나 있는 구조이고 상기 함몰중첩부c는 상기 기재의 복수 지점에 구비된 것임을 특징으로 하는 박막분리용 기판
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14. 제7항에서 제공되는 상기 기판 위에서 성장된 결정박막을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 발광다이오드
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