KR102584665B1 - 층 구조를 갖는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법 및 제조 시스템 - Google Patents

층 구조를 갖는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법 및 제조 시스템 Download PDF

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미케 린드너
알렉산더 뵘
레네 뵈처
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쓰리디-마이크로막 아게
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Abstract

캐리어 및 캐리어에 적용되는 마이크로전자 기능성 층 시스템을 갖는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법에 있어서, 기능성 층 시스템은 초기에 성장 기판의 전면 상에 형성되고, 후속적으로, 층상 캐리어가, 캐리어, 기능성 층 시스템 및 성장 기판을 갖는 층 복합재의 형태인 워크피스를 형성하기 위하여 기능성 층 시스템에 적용된다. 워크피스는, 성장 기판의 전면에 반대쪽에 있는 이면이 접근가능한 방식으로 워크피스 캐리어에 고정된다. 그 후, 레이저 빔이 성장 기판과 기능성 층 시스템 사이의 경계 영역에 포커싱되고, 성장 기판과 기능성 층 시스템 사이의 연결이 경계 영역에서 약화되거나 파괴되는 방식으로, 레이저 빔이 성장 기판의 이면으로부터 성장 기판을 통해 방사된다. 최종적으로, 캐리어 및 기능성 층 시스템을 포함하는 기능성 층 스택이 성장 기판으로부터 분리된다. 기능성 층 스택 (150) 을 성장 기판 (110) 으로부터 분리할 목적으로, 내부 영역 (720) 을 둘러싸는 실링 구역 (730) 을 갖는 진공 그리퍼 (710) 가 성장 기판의 이면 (114) 상에 배치된다. 배치 이후, 성장 기판 (110) 으로부터 기능성 층 스택 (150) 의 분리가 성장 기판 상으로의 분리력의 작용 하에 내부 영역에서 개시되는 방식으로, 내부 영역 (720) 에서 부압이 생성된다. 그 후, 진공 그리퍼에 유지된 성장 기판 (110) 은 워크피스 캐리어 (400) 에 유지된 기능성 층 스택으로부터 제거된다.

Description

층 구조를 갖는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법 및 제조 시스템
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법, 및 청구항 제9항의 전제부에 따른 상기 방법의 실행을 위한 적절한 제조 시스템에 관한 것이다.
예컨대, 광전자 컴포넌트들과 같은 마이크로전자 컴포넌트들의 생성에 있어서, 공통의 작업은 2개의 개별 층 스택들이 생성되도록 2개의 특정 층들 사이에서 복수의 층들로 구성된 층 스택의 분리를 수반한다. 요즘에, 예를 들어, 발광 다이오드들 (LED들) 이, 성장 기판으로서 기능하는 사파이어 웨이퍼 상에 에피택셜 퇴적에 의해 질화 갈륨 (GaN) 의 p 및 n 도핑된 반도체 층들의 구성에 의해 빈번하게 생성된다. 이들 층들은, 다양한 GaN 층들의 전체 두께가, 예컨대, 10 ㎛ 미만일 수 있도록, 수 ㎛ 의 개별 두께를 갖는다. 추가의 프로세싱 전에, 개별 컴포넌트들의 생성을 위해 또는 그 생성을 위한 준비에 있어서, 예를 들어, 레이저 처리에 의해 GaN 층들의 구조화가 실행될 수 있다. 얇은, 일반적으로 금속성의 결합 층이, 예를 들어, 기상 증착에 의해 GaN 층 스택에 적용된다. 이러한 결합 층에 의해, GaN 층 스택이 위에 배열된 성장 기판이 편평한 층류 (laminar) 캐리어에 결합된다. 후속적으로, 성장 기판과 GaN 스택 사이의 평면 연결이 해제된다. 결과적으로, GaN 스택은 캐리어로 이송된다. GaN 스택이 위에 배열된 캐리어는 마이크로전자 컴포넌트의 생성을 위한 기반으로서 서빙한다.
요즘에, 성장 기판으로부터, 캐리어 및 GaN 층 스택을 통합한 기능성 층 스택의 분리는 일반적으로 "레이저 리프트 오프 (laser lift-off)” 방법에 의해 실행된다. 성장 기판과 GaN 층들 사이의 경계 영역에 위치된 버퍼 층은 레이저 조사에 의해 파괴되거나 제거된다. 조사는 성장 기판의 이면으로부터 실행되고 그 이면을 통해 지향되며, 여기서, 레이저 빔은 버퍼 층 또는 경계 영역에 포커싱된다. 그 후, 성장 기판은 외력의 작용에 의해 다른 층들로부터 분리될 수 있다.
이러한 타입의 방법은, 예컨대, Photonik 2 (2013, pp 54 내지 56) 에서, R. Delmdahl 에 의한 "Laser lift-off: smaller overall heights in microelectronics achieved by substrate transfer” 의 논문에 기술되어 있다.
본 발명자의 관찰들에 따르면, 캐리어에 결합된 기능성 층 시스템의 성장 기판으로부터의 해제 동안 문제들이 때때로 발생할 수도 있다. 결과적으로, 마이크로전자 컴포넌트의 동작이 손상될 수도 있다.
이러한 상황에서, 본 발명의 목적은, 임시 기판으로서 서빙하는 성장 기판이 다른 층들로부터 분리되는 분리 단계가 이전보다 더 신뢰성있고 더 비파괴적인 방식으로 구성될 수 있도록 일반적인 타입의 방법 및 제조 시스템을 구성하는 것이다.
이러한 목적의 실현을 위해, 본 발명은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방법을 제공한다. 제9항의 특징들을 갖는 제조 시스템이 추가로 제공된다. 유리한 추가의 전개들이 종속 청구항들에서 개시된다. 모든 청구항들은 설명의 내용을 참조하여 기술된다.
그 방법은 캐리어 및 캐리어에 적용되는 마이크로전자 기능성 층 시스템을 포함하는 마이크로전자 컴포넌트들의 생성을 위해 채용된다. 그 방법에 따르면, 기능성 층 시스템은 성장 기판의 전면 상에 구성된다. 그 후, 성장 기판으로부터 벗어난 기능성 층 시스템의 측면에 층류 캐리어가 적용되어, 워크피스가 층 스택의 형태로 캐리어, 기능성 층 시스템 및 성장 기판으로 구성된 층상 복합재의 형태로 구성된다. 이러한 워크피스는, 전면의 반대쪽에 배열된 성장 기판의 이면이 후속 레이저 처리를 위해 접근가능하도록, 워크피스 캐리어에 부착된다. 레이저 처리 동안, (적어도) 하나의 레이저 빔은, 레이저 빔이 성장 기판과 기능성 층 시스템 사이의 경계 영역에 포커싱되고, 초기에 여전히 존재하는 성장 기판과 기능성 층 시스템 사이의 결합이 경계 영역에서 약화되거나 파괴되도록, 상기 성장 기판을 통해 성장 기판의 이면으로부터 방사된다. 그 후, 캐리어 및 캐리어에 적용되는 기능성 층 시스템으로 구성되는 기능성 층 스택이 성장 기판으로부터 분리된다. 따라서, 기능성 층 시스템의 기판 이송이 성장 기판으로부터 캐리어로 발생한다. 이 방법에 의해, 점점 더 크고 점점 더 민감한 캐리어들 상에서 특히 반도체 구조들의 비용 효율적인 생성이 가능하다.
청구된 발명에 따르면, 진공 그리퍼 (gripper) 가 성장 기판으로부터의 기능성 층 스택의 분리를 위해 채용되며, 이는 실링 구역이 내부 영역을 원주방향으로 둘러싸도록 성장 기판의 이면에 적용된다. 그 적용에 추가로, 내부 영역으로의 분리력의 도입에 의해, 성장 기판으로부터의 기능성 층 스택의 분리가 개시되도록 내부 영역에 부압이 발생된다. 이것은 일반적으로, 실링 구역에 의해 모든 측면들 상에 둘러싸인 진공 그리퍼의 내부 구역에서 흡인된 성장 기판에서의 곡률의 포메이션과 연관된다. 그 후, 진공 그리퍼 상에 유지된 성장 기판은 워크피스 캐리어 상에 유지된 기능성 층 스택으로부터 제거될 수 있다.
놀랍게도, 이러한 공압적으로 지지된 분리에 의해, 서로 분리될 2개의 얇은 엘리먼트들 (성장 기판 및 기능성 층 스택) 은, 기능성 층 시스템의 동작을 위태롭게 할 수도 있는 기능성 층 시스템에 대한 결과적인 손상 없이, 고도로 비파괴적인 방식으로 분리될 수 있다는 것이 확립되었다. 이는 현재, 분리에 필요한 분리력들이, 부압에 의거하여, 국부화된 힘 피크들없이 고도로 균일한 방식으로 부압 영역 내에 있는 성장 기판의 전체 표면과 맞물려서, 부착력들을 극복함으로써, 상기 성장 기판이 비파괴적인 방식으로 워크피스 캐리어 상에 유지되는 기능성 층 스택으로부터 제거될 수 있다는 사실에 기인한다. 분리력들이 초기에 실링 구역에 의해 둘러싸인 내부 영역의 중간 영역에서의 분리를 초래하며, 이는 그 후 실링 구역의 방향으로 모든 측면들 상에서 외측으로 진행하는 것으로 현재 가정된다.
실링 구역은 원형일 수 있으며, 이는, 예컨대, 원형 다층 웨이퍼들의 형태인 워크피스들의 경우에 유리할 수 있다. 원주방향 실링 구역의 다른 형상들, 예컨대, 타원 형상 또는 직사각형 형상 (옵션적으로, 라운드형 모서리 영역들을 가짐), 또는 다른 다각형 형상이 또한 가능하다. 직사각형 형상들은, 예컨대, 직사각형 워크피스들의 경우에 적절할 수 있다.
워크피스 캐리어로서, 워크피스의 비파괴적 보유를 보장하는 임의의 워크피스 캐리어가 채용될 수 있다. 예를 들어, 진공 텐셔닝 (tensioning) 디바이스가 채용될 수 있으며, 이는 진공 텐셔닝 디바이스의 평면 접촉 표면에서 워크피스 캐리어의 대면적 흡인을 실행한다. 워크피스 캐리어는 바람직하게, 내부 영역을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역을 갖는, 진공 텐셔닝 디바이스로서 구성되며, 여기서, 워크피스는 워크피스와 워크피스 캐리어 사이의 접촉이 오직 실링 구역의 영역에서만 확립되도록 워크피스 캐리어에 적용될 수 있고, 그 후, 내부 영역에서 부압이 발생된다. 이러한 방식으로, 부압에 의해, 진공 그리퍼에 의해 실행된 분리력에 대한 반력이 발생될 수 있어서, 서로 분리될 얇은 엘리먼트들이 부압에 의해 양 측면들 상에서 서로 이격된다. 분리될 엘리먼트들의 훨씬 더 신뢰성있는 분리가 여기에서 가능하다.
성장 기판과 기능성 층 시스템 사이의 비교적 좁은 경계 영역에서 분리될 전체 표면에 걸쳐 레이저 빔이 연속적으로 포커싱되는 레이저 처리 동작에 있어서, 다양한 이유들로, 경계 영역이 단일 평면에서 확장하지 않지만 참조 평면으로부터의 실질적인 국부 편차들을 가정함이 발생할 수 있다. 이는, 예를 들어, 성장 기판 및/또는 캐리어의 생성 프로세스와 연관된 워크피스의 곡률을 및/또는 기능성 층 시스템의 코팅 동안 응력들의 발생을 초래할 수 있다. 더욱이, 워크피스의 흡인은 가능하게는, 상기 워크피스에서 가변하는 크기의 곡률을 초래할 수도 있다. 레이저 처리 동작에서의 임의의 결과적인 부정확성들을 상쇄하기 위하여, 일부 형태들의 실시형태는 형상 데이터를 기록하기 위해, 레이저 빔에 의한 조사 동안 및/또는 조사 전에, 워크피스 캐리어에 의해 유지되는 워크피스의 표면 프로파일의 스캐닝을 제공하며, 여기서, 조사 동안 레이저 빔의 포커스 제어가 형상 데이터를 참조하여 실행된다. 따라서, 경계 영역이 단일 평면에 연속적으로 있지 않는 경우에도, 레이저 빔이 전체 조사 프로세스에 걸쳐 충분한 정확도로 상기 경계 영역에 포커싱된 채로 유지하는 것이 보장될 수 있다.
스캐닝은 레이저 처리 스테이션의 업-회로에 배열되는 별도의 측정 스테이션 상에서 실행될 수 있다. 또한, 측정 시스템이 레이저 처리 스테이션에 통합되어, 레이저 처리 직전에 그리고 옵션적으로, 레이저 처리에 대해 시간적 오버랩으로 측정이 실행되고, 그에 따라, 초점이 조정되는 것이 가능하다.
스캐닝은 바람직하게, 비접촉 방법에 의해, 예를 들어, 백색광 간섭법 또는 레이저 삼각측량법에 의해 실행된다. 대응하는 측정 시스템은 레이저 처리 스테이션의 업-회로에 배열될 수 있거나, 또는 레이저 처리 스테이션에 통합될 수 있다.
본 발명의 맥락에서 가능한 다수의 프로세스 변형들에 있어서, 기계적 분리 프로세스들에 의해 더 큰 기판 재료 블록으로부터 분리되는 성장 기판들이 채용될 수 있다. 요즘에, 예를 들어, 성장 기판들로서 사용하기에 적합한 사파이어 보조제들이 통상적으로 톱을 사용하여 더 큰 사파이어 블록으로부터 절단된다. 이렇게 획득된 표면들은 비교적 거칠 수 있다. 레이저 방사가 이러한 타입의 거친 표면을 통과하면, 산란 효과들이 포커스 가능성 및 방사 품질의 손상을 초래할 수 있고, 그리고 처리의 목적들로 이용가능한 레이저 용량의 감소를 초래할 수 있다. 선호된 초기 형태에서, 이는 상쇄되며, 여기서, 레이저 빔에 의한 조사 전에, 레이저 방사에 투명한 유체로 구성된 유체 층이 성장 기판의 이면과 접촉되고, 레이저 빔에 의한 조사가 유체 층을 통해 실행된다. 따라서, 연마 또는 임의의 다른 방법에 의해 마찬가지로 가능한 입사 방사 표면으로서 서빙하는 성장 기판의 이면의 임의의 평활화는 생략될 수 있다. 따라서, 성장 기판 상의 하나 이상의 추가적인 프로세싱 단계들이 절약될 수 있고, 그 결과로서, 전체 프로세스가 더 시간 절약적이고 비용 효율적인 방식으로 실행될 수 있다.
그 방법의 일부 변형들에 있어서, 유체는 스핀 코팅 프로세스에 의해 도포될 수 있으며, 이는 적절한 두께의 유체 층에 의해 예외적으로 빠르고 균일한 코팅 또는 습윤을 허용한다.
유체로서, 예를 들어, 지방족 또는 지환족 탄화수소들로 구성된 상업적으로 입수가능한 침지 유체들, 또는 물 (옵션적으로, 추가 습윤제들을 가짐), 에탄올, 이소프로판올 또는 액체 중합체들과 같은 다른 유체들이 채용될 수 있다. 채용된 레이저 파장에서, 유체의 굴절률과 성장 기판의 구성 재료의 굴절률 간의 차이는 가능한 한 작아야 한다. 가능하면, 이 차이는 20 % 를 초과하지 않아야 한다.
일부 형태들의 실시형태에 있어서, 짧은 프로세싱 시간 내에 비교적 큰 분리 표면들의 레이저 조사를 허용하기 위하여, 요구된다면, 라인 프로파일을 갖는 입사 레이저 빔이 채용되고, 상대적인 횡방향 움직임이 레이저 빔과 워크피스 사이에서, 특히, 라인 프로파일의 종축에 수직으로 실행됨이 제공된다. 이러한 스캐닝 방법에 의해, 워크피스는 옵션적으로, 스캐닝 방향으로 실행된 단일 패스에서의 그 전체 폭에 걸쳐 조사될 수 있어서, 그 후, 경계 층의 영역에서의 결합이 해제되고 분리가 진행될 수 있다. 예를 들어, 스텝-앤드-리피트 (step-and-repeat) 방법을 수반한 다른 조사 방법들이 또한 가능하다.
워크피스 표면 (옵션적으로, 유체로 습윤된 성장 기판의 이면) 에 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 레이저 빔의 입사 방사가 가능하다. 하지만, 입사 레이저 빔이 성장 기판의 이면에 비스듬하게 배향된다면 유리한 것으로 판명되었으며, 여기서, 바람직하게는, 그 이면의 표면 법선과 입사 방향 사이의 각도는 5° 내지 10° 의 영역에 있다. 이에 따라, 레이저 처리 설비의 광학 시스템으로의 레이저 에너지의 반사와 연관된 잠재적인 문제들이 방지될 수 있다. 레이저 빔의 반사된 컴포넌트들은 레이저 처리 시스템의 렌즈 외부 영역에서 반사되며, 적절한 방사 트랩들에 의해 흡수될 수 있다.
원칙적으로, 모든 프로세스 단계들은 주위 온도에서, 특히, 실온 (통상적으로, 약 20 ℃ 정도) 에서 실행될 수 있다. 하지만, 하나 이상의 프로세스 단계들은, 실질적으로 주위 온도 초과의 온도들로 워크피스의 가열 및/또는 제조 시스템의 컴포넌트들의 가열에 의해 열적으로 지지되는 것이 또한 적절할 수 있다. 일부 프로세스 변형들에 있어서, 워크피스 캐리어에 고정된 워크피스는 주위 온도를 초과하는 온도로 가열된다. 온도는, 예컨대, 적어도 50 ℃ 일 수 있다. 워크피스 및 옵션적으로 제조 시스템의 컴포넌트들의 보호를 위해, 온도는 최대 150 ℃ 로 제한되어야 하는 것이 적절한 것으로서 확립되었다.
예컨대, 적외 방사에 의한 외부 가열이 제공될 수 있지만, 워크피스는 바람직하게, 워크피스 캐리어에 통합된 가열 디바이스, 예컨대, 전기 가열 엘리먼트들을 갖는 가열 디바이스에 의해 가열된다. 이러한 가열은 바람직하게, 비접촉 배열로, 특히, 열 복사 및/또는 대류에 의해 실행된다. 따라서, 워크피스는, 특히 비파괴적으로, 요구된다면 균일한 방식으로, 가열될 수 있다.
본 발명은 추가로, 일반적인 방법의 프로세스 단계들을 실행하기 위한 디바이스들을 통합한 일반적인 제조 시스템에 관련된다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 분리 단계가 실행 (기능성 층 스택으로부터의 성장 기판의 분리) 되는 디본딩 스테이션은 내부 영역을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역을 갖는 진공 그리퍼를 포함하고, 이 내부 영역은 성장 기판의 이면에 적용될 수 있어서 내부 영역이 실링 구역에 의해 외부로부터 실링될 수 있고, 내부 영역에서, 진공 그리퍼와 워크피스 사이에 공극이 제공되며, 여기서, 내부 영역에서 부압을 발생시키기 위한 디바이스들이 워크피스에 적용된 진공 그리퍼에서 제공된다는 점에 있어서 특정 특징이 제공된다.
특히 효과적으로, 진공 그리퍼는, 진공 텐셔닝 디바이스로서 구성되고 내부 영역을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역을 통합하는 워크피스 캐리어와 협력하며, 여기서, 워크피스는 워크피스 캐리어와의 접촉이 오직 실링 구역의 영역에서만 확립되도록 워크피스 캐리어에 적용될 수 있고, 내부 영역에서 부압이 발생될 수 있다.
이는 특히 바람직한 방식으로 달성될 수 있으며, 여기서, 워크피스 캐리어는 상승된 에지에 의해 둘러싸인 리세스를 갖는 포트형 메인 보디를 포함한다. 상기 리세스에, 통기성 보디가 삽입될 수 있으며, 이는, 예컨대, 상기 보디를 통한 공기의 흡인을 위한 개방 기공 구조 및/또는 내부 유체 덕트들을 통합한다.
일부 형태들의 실시형태에 있어서, 워크피스 캐리어는, 워크피스 캐리어에 의해 운반되는 워크피스의 가열을 위한 통합된 가열 디바이스를 통합한다. 이러한 배열에 의해, 옵션적으로, 프로세스 단계들, 예컨대, 레이저 조사 이후 워크피스 표면으로부터의 유체의 증발이 열적으로 지지될 수 있다. 바람직하게, 가열 디바이스는 개방 기공 구조 및/또는 유체 덕트들을 갖는 적어도 하나의 전기 가열가능한 및 바람직하게는 금속성의 보디를 포함하고, 여기서, 상기 보디는 바람직하게, 워크피스 캐리어의 포트형 메인 보디의 리세스에 삽입가능하다.
이러한 타입의 디본딩 스테이션은 옵션적으로, 기존의 일반적인 제조 시스템들에 대해 개장될 수 있다.
본 발명의 추가의 이점들 및 양태들은, 도면들을 참조하여 이하 설명되는 본 발명의 선호된 예시적인 실시형태들의 다음의 설명으로부터 및 청구항들로부터 진행한다.
도 1 은, 레이저 처리 전에, 층상 복합재의 형태인 워크피스의 예시적인 실시형태의 개략 단면도를 도시한다.
도 2 는 레이저 리프트-오프 방법에 의한 워크피스의 2개의 층 스택들로의 분리에 더하여, 후속 프로세스 스테이지에서의 도 1 에 나타낸 워크피스의 층들을 도시한다.
도 3 은 스핀 코팅에 의한 성장 기판의 거친 이면으로의 유체 층의 적용 동안 워크피스의 터닝에 더하여, 도 1 에 나타낸 워크피스를 도시한다.
도 4 는 레이저 처리 동작 동안 유체 층의 적용에 더하여, 도 1 에 나타낸 워크피스를 도시한다.
도 5 는 후속 레이저 처리 동작에 있어서 레이저 처리 동작 동안 워크피스를 유지하기 위한 워크피스 캐리어의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 6 은, 도 6a 에서, 레이저 처리 스테이션에서 레이저 처리 시스템의 다수의 컴포넌트들의 개략도를 도시하고, 도 6b 에서, 레이저 처리 동작 동안 워크피스 상의 라인 프로파일의 비스듬한 입사 방사를 도시하고, 도 6c 에서, 워크피스의 표면 상의 개략적인 방사 프로파일 (조명된 영역) 을 도시하고, 도 6d 에서, 종축에 수직으로 레이저 빔의 강도 프로파일을 도시하고, 도 6e 에서, 라인 프로파일의 종축에 평행한 레이저 빔의 강도 프로파일을 도시한다.
도 7 은 분리 동작 동안 워크피스 캐리어에 의해 유지되는 워크피스의 다른 부분으로부터 워크피스의 일부를 제거하기 위한 진공 그리퍼를 갖는 디본딩 스테이션의 컴포넌트들의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 8 은 통합된 전기 가열 디바이스를 갖는 워크피스 캐리어의 예시적인 실시형태를 도시한다.
도 9 는, 2개의 동심 구역들에서, 도 8 에 나타낸 가열 디바이스의 전기 가열 엘리먼트들의 공간 분포를 도시한다.
레이저 리프트-오프 방법의 적용에 의한 마이크로전자 컴포넌트들의 생성을 위한 본 발명에 따른 방법 및 제조 시스템들의 다양한 양태들이 예시적인 실시형태들을 참조하여 이하 설명된다. 본 방법에 의해 생성된 마이크로전자 컴포넌트들은 일반적으로, 비교적 얇은 편평한 캐리어, 및 그 캐리어에 적용되는 마이크로전자 기능성 층 시스템을 포함한다.
도 1 은 예시적인 층상 구조를 갖는 층상 복합재의 형태인 워크피스 (100) 의 개략 단면도를 도시한다. 워크피스 (100) 는, 특히 레이저 처리 프로세스를 겪는 방법의 과정에서 발생된 중간 산물이다. 도 2 는 레이저 리프트-오프 방법에 의한 워크피스의 2개의 층 스택들로의 분리에 더하여, 후속 프로세스 스테이지를 도시한다.
프로세싱될 워크피스들은, 다른 층상 재료들 및 시퀀스들, 그리고 웨이퍼 재료들이 또한 고려될 수 있지만, 예를 들어, LED들의 생성을 위한 상기 언급된 타입의 웨이퍼 복합재들일 수 있다. 이하, 프로세스가 LED 생성을 참조하여 설명되지만, 본 발명의 적용 가능성은 이러한 예시적인 실시형태로 제한되지 않는다.
도 1 에 나타낸 워크피스 (100) 는 편평한 사파이어 웨이퍼의 형태인 성장 기판 (110) 을 포함한다. 고도의 정밀도로 머시닝되어 편평한 성장 기판의 전면 (112) 상에, 질화 갈륨 (GaN) 의 p 도핑 및 n 도핑된 반도체 층들 (132, 134) 이 에피택셜 퇴적에 의해 구성된다. 성장 기판에 대한 경계 영역에 있어서, 얇은 버퍼 층 (120) 이 구성된다. 버퍼 층은 예컨대 도핑되지 않은 GaN 의 별도의 층 또는 제 1 GaN 층의 얇은 서브층일 수 있다. GaN 층들은 일반적으로, 다양한 GaN 층들의 전체 두께가, 예컨대, 10 ㎛ 미만일 수 있도록, 수 ㎛ 의 개별 두께를 갖는다. 임의의 추가의 프로세싱 전에, 개별 컴포넌트들의 생성을 위해 또는 그 생성을 위한 준비에 있어서, 예를 들어, 레이저 처리에 의해 GaN 층들의 구조화가 실행될 수 있다.
일반적으로 수 ㎛ 의 두께를 갖는 결합 층 (136) 이, 예를 들어, 기상 증착에 의해 GaN 층 스택에 적용된다. 이러한 결합 층은, 예컨대, 금, 백금, 크롬 또는 다른 금속들로 구성될 수 있다. 이러한 결합 층에 의해, GaN 층 스택이 위에 배열된 성장 기판이 편평한 층류 캐리어 (140) 에 결합된다. 이러한 예시적인 경우에 있어서, 캐리어는 얇은 판유리에 의해 구성되지만, 또한, 예컨대, 규소와 같은 예컨대 반도체 재료의 다른 재료로 구성될 수 있다. 결합 층 (136) 은, 인접한 GaN 층들과 함께, 옵션적으로 추가 층들과 함께, 기능성 층 시스템 (130) 을 구성하며, 이 기능성 층 시스템 (130) 은 본질적으로 생성될 컴포넌트의 기능성을 책임지고, 완성된 컴포넌트에서, 캐리어에 의해 또는 캐리어 (140) 의 관련 섹션에 의해 운반된다. 캐리어 (140) 및 기능성 층 시스템 (130) 과 함께 층상 복합재가 기능성 층 스택 (150) 으로서 본 명세서에서 설명된다.
성장 기판들로서 채용된 사파이어 웨이퍼들은 일반적으로, 톱을 사용하여 더 큰 사파이어 블록 (사파이어 잉곳) 으로부터 절단된다. 톱질은 고도의 표면 거칠기를 생성한다. 사파이어 성장 기판의 이면 (114) 은, 예컨대, 약 2 ㎛ 정도까지의 평균 표면 거칠기 (Ra) 및 약 20 ㎛ 정도까지의 거칠기 깊이 (Rz) 를 가질 수 있다. 이러한 타입의 표면이 레이저로 조사되면, 현저한 퍼센티지의 입사 레이저 출력이 표면 거칠기와 연관된 산란에 의해 손실되며, 실제 리프트-오프 프로세스에 더 이상 이용할 수 없다. 더욱이, 결과적으로 방사 품질이 현저히 손상되고, 이는 리프트-오프 프로세스에서 문제를 야기할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 성장 기판 (110) 의 이면 (114) 이 연마에 의해 평활화될 수 있다. 하지만, 이는, 컴포넌트들의 생성을 위해, 하나의 또는 훨씬 더 많은 추가적인 프로세스 단계들의 실행이 요구되고, 이에 의해, 컴포넌트들의 비용이 결국 증가한다는 것을 의미한다.
여기에서 설명된 형태의 실시형태에 있어서, 성장 기판의 거친 이면 (114) 이 유체 (330) 로 코팅되어 (도 3), 후속 레이저 처리 (도 4) 에 있어서, 이면 (114) 의 거친 표면 상에서의 레이저 빔의 산란이 방지되거나 또는 중요하지 않은 정도로 감소된다.
이를 위해, 워크피스 (100) 는, 성장 기판의 거친 이면 (114) 이 상방을 향하도록 하는 터닝 동작에 더하여, 스핀 코팅 디바이스 (300) 상에 포지셔닝되고, 수직축 (310) 을 중심으로 회전된다. 회전의 속도는 분당 5000 회전까지일 수 있다. 동시에, 유체 (330) 는 노즐로부터 성장 기판의 거친 이면 (114) 으로 도포되며, 유체는, 성장 기판의 회전에 의해, 전체 표면에 걸쳐 균등하게 분포된다. 이면 (114) 의 습윤은, 유체 층 (330) (도 4 참조) 의 두께가 적어도 임의의 표면 거칠기가 전체적으로 덮일 정도로 충분히 크도록 실행된다. 하지만, 막 두께가 또한 더 클 수 있다. 도 4 에 도시된 예에 있어서, 유체 층 (330) 의 막 두께는, 예컨대, 적어도 10 ㎛ 이다.
채용된 유체는 성장 기판 (110) 의 구성 재료의 굴절률에 근접한 굴절률을 가져야 한다. 이상적으로, 양자의 굴절률들은 동일하거나 또는 사실상 동일하지만, 물리적 이유들로, 많은 경우들에서 이는 가능하지 않다. 하지만, 성장 기판 재료의 굴절률보다 약 20 % 이하 낮게 있는 굴절률은 이미 산란에 의한 방사 손실들에서의 현저한 감소를 전달할 것이다. 예를 들어, 사파이어 웨이퍼의 코팅을 위한 유체 (330) (대략 n = 1.7 내지 n = 1.8 의 범위의 굴절률을 가짐) 로서, 대략 n = 1.5 의 굴절률을 갖는 침지 유체, 예를 들어, 지방족 및 지환족 탄화수소들로 구성된 상업적으로 입수가능한 침지 유체들이 채용될 수 있다. 다른 가능한 유체들은 물, 에탄올, 이소프로판올 또는 액체 중합체들을 포함한다. 유체로의 웨이퍼의 스프레이에 의해 또는 유체 배스에의 침지에 의해, 코팅이 또한 실행될 수도 있다.
코팅의 완료 이후, 습윤된 워크피스 (100) 는 레이저 처리 스테이션 (600) 의 워크피스 캐리어 (400) 로 이송된다 (도 5 참조). 이를 위해, 예를 들어, 복수의 추가로 코팅된 워크피스들과 함께, 워크피스는 카세트에 삽입될 수 있고, 이 카세트로부터, 예컨대, 로봇에 의해, 워크피스 캐리어로 운반될 수 있다. 유체 코팅은 워크피스 상에 전반에 걸쳐 남아 있다.
도 5 에 따른 워크피스 캐리어 (400) 는 특히, 워크피스들의 본성 및 제조 프로세스의 특정 특징들에 적응된다. 워크피스 캐리어 (400) 는, 옵션적으로 워크피스와 맞물리는 기계적 엘리먼트들없이, 워크피스의 워크피스 캐리어로의 비파괴적인 부착을 허용하기 위하여 진공 텐셔닝 디바이스 (또는 진공 척) 로서 구성된다. 워크피스 캐리어는, 상승된 에지 (412) 에 의해 둘러싸인 리세스 (415) 를 통합한 포트형 메인 보디 (410) 를 포함한다. (예컨대, 소결 금속 또는 개방 기공 세라믹과 같은) 개방 기공 재료의 편평한 보디 (420) 가 메인 보디의 리세스에 수용된다.
다공성 보디의 상향 표면 (422) 은, 예컨대, 원주방향 에지 (412) 의 상부면에 의해 구성되는 메인 보디의 주변 표면보다 대략 25 ㎛ - 100 ㎛ 의 크기만큼 더 깊게 배열된다. 캐리어에 의해 구성된 그 하부면을 갖는 습윤된 워크피스 (100) 는, 그 에지 영역에서, 그 전체 원주에 걸쳐 메인 보디의 원주방향 에지와 맞물리도록 구성된다. 이러한 프로세싱 포지션에 있어서, 가장 큰 비율의 워크피스 (100) 가, 다공성 보디 (420) 위의 공극으로, 자유-부동 (free-floating) 배열로 유지된다. 워크피스의 하부면과 다공성 표면 사이에, 예컨대 25 ㎛ - 100 ㎛ 의 대응하는 간극이 제공된다.
라인들을 통해 다공성 보디의 흡입측에 연결되는 펌프 (450) 에 의해, 이 간극에서 부압이 발생되고, 이에 의해, 워크피스는 워크피스 캐리어에 흡입 장착된다 (힘의 화살표들을 참조). 부가적으로, 워크피스는 유지 클램프들에 의해 메인 보디에 부착될 수 있지만, 이는 일반적으로 필수적인 것은 아니다.
워크피스 (100) 가 메인 보디의 상승된 에지 (412) 와 맞물리는 경우, 진공가능한 내부 영역 (470) 을 둘러싸는 원주방향 실링 구역 (460) 이 존재한다. 워크피스 (100) 와 워크피스 캐리어 (400) 사이의 접촉은 오직 실링 구역의 영역에서만 확립된다. 워크피스의 에지 영역이 메인 보디의 에지와 직접 맞물리면 충분할 수 있다. 접촉 영역에서의 절대적인 기밀성은 절대적으로 필요한 것은 아니다. 원주방향 탄성 시일이 원주방향 에지 상에 제공될 수 있다. 내부 영역에서, 부압이 펌프 (450) 에 의해 발생될 수 있다. 다층 워크피스의 강성에 의존하여, 워크피스의 약간의 곡률이 리세스의 내부에 구성될 수 있다.
다운-회로 레이저 조사 스테이지 직전에, 워크피스 캐리어 (400) 상의 워크피스 (100) 의 곡률 또는 표면 프로파일의 측정이, 예를 들어, 백색광 간섭계 또는 레이저 삼각측량 센서를 사용하여 비접촉 측정 시스템 (550) 에 의해 실행된다. 워크피스의 곡률은, 예컨대, 기판들의 포메이션에 의해 야기될 수 있고/있거나 코팅 프로세스 동안 발생하는 장력들에 의해 발생될 수 있다. 더욱이, 워크피스의 워크피스 캐리어 상으로의 흡입 장착에 의해, 워크피스가 오직 원주방향 에지 영역에만 맞물리고 내부 영역에서 지지되지 않기 때문에, 약간의 곡률이 또한 발생될 수 있다. 측정된 프로파일의 최대 높이와 최소 높이 사이의 차이로서 여기에서 정량화되는 곡률은, 예컨대, 100 ㎛ 까지일 수 있지만, 옵션적으로, 또한 1000 ㎛ 까지일 수 있다. 일 형태의 실시형태에 있어서, 곡률의 측정은, 워크피스의 전체 직경에 걸쳐 있는 중간 라인을 따라 실행된다. 이러한 방식으로, 이 라인을 따른 높이 프로파일이 취출된다. 이에 따라 형상 데이터가 획득되고, 이 형상 데이터는 레이저 빔에 의해 이하 처리될 워크피스의 표면 프로파일을 나타낸다. 후속 레이저 처리에 있어서, 그 후, 입사 레이저 빔의 포커싱이 형상 데이터에 따라 제어될 수 있고, 표면 프로파일이 추적될 수 있다.
그 후, 레이저 처리 동작 동안 레이저 처리 스테이션에서 레이저 빔 (650) 에 의해 워크피스가 조사된다. 대응하는 예시적인 레이저 처리 시스템 (600) 이 도 6a 에 나타내어진다. 예시적인 실시형태에 있어서, 레이저 빔은 엑시머 레이저 (610) 에 의해 발생되고, 248 nm 의 파장을 갖는다. 하지만, 다른 파장들, 예를 들어, 308 nm 또는 351 nm 가 또한 가능하다. 가시광선 및 근적외선 스펙트럼의 파장들이 또한 가능하다. 예컨대, 다이오드 펌프식 고체 레이저와 같은 다른 레이저 타입의 채용이 또한 가능하다. 하지만, 파장은, 코팅으로서 채용된 유체 (330) 및 성장 기판 (110) 양자 모두가 이 파장에서 완전히 또는 실질적으로 투명하도록 선택되어야 한다. 이에 따라, 레이저 빔은, 결과적인 상호 작용없이 또는 오직 제한된 상호 작용으로, 유체 코팅 (330) 및 성장 기판을 관통하고, 성장 기판 (110) 과 GaN 기능성 층들 사이의 경계 영역 또는 버퍼 층에서만 흡수된다 (도 4 참조).
버퍼 층 (120) 에 부딪치는 레이저 빔은 세장된 선형 프로파일을 갖는다 (도 6b 내지 6e 참조). 이상적인 경우, 빔 프로파일의 종축은 충분히 길어서, 빔 프로파일이 워크피스의 전체 직경에 걸쳐 확장된다. 예를 들어, 직경 6” (152.4 mm) 의 사파이어 웨이퍼에 대해, 155 mm 이상의 길이 및 0.2 mm 내지 0.5 mm 의 범위인 폭 (예컨대, 대략 0.33 mm) 을 갖는 빔 프로파일이 채용될 수 있다. 이들 조건들 하에서, 초점 영역에서의 에너지 밀도는 대략 1100 - 1700 mJ/cm2 의 범위 내에 있을 수 있고, 이는 경계 영역에서의 결합의 약화 또는 파괴에 충분하다.
필요한 빔 프로파일은, 예컨대, 마이크로렌즈 어레이들 및 원통형 렌즈들로 구성된 균질화 시스템 (620) 에 의해 발생될 수 있다. 레이저 빔은, 그 강도가 전체 빔 프로파일에 걸쳐 사실상 일정하게 실질적으로 남아 있도록 균질화된다 (도 6e). 레이저 빔이 오직 라인 프로파일의 종축만을 따라 균질화되는 것이 또한 가능하지만, 그에 수직인 단축에서는 빔이 균질화되지 않고 오직 원통형 렌즈들에 의해서만 포커싱된다. 결과적으로, 단축에서, 빔은 가우스 타입 프로파일을 가정한다 (도 6d). 예컨대, 균질화가 실행될 수 있으며, 여기서, 좁은 원통형 렌즈들 (폭이 수 밀리미터이고 길이가 155 mm 이상) 의 1개 또는 2개의 병렬 주기 배열들에 의해, 원시 빔이 먼저 복수의 종방향 서브빔들로 분할되고, 그 후, 집광 렌즈로서 기능하는 원통형 렌즈에 의해 한번 더 중첩된다. 양자의 빔 축들을 따른 균질화의 경우, 이와 같이 기술된 2 개의 배열들이 빔 경로에 포지셔닝되고, 그 렌즈들은, 그 배향에 있어서, 서로 90° 까지 회전된다. 대안적으로, 균질화가 생략될 수 있으며, 레이저 빔은 원통형 렌즈들의 망원경 배열에 의해 종축을 따라 분산 및 시준될 수 있다.
레이저 처리가 진행함에 따라, 레이저 라인의 초점 포지션은 포커스 라인 또는 워크피스의 변위에 의해 보정되어, 전체 레이저 라인에 걸쳐 조사될 층 스택 내의 버퍼 층 (120) 이 레이저의 피사계 심도 내에 놓이게 한다. 업-회로 측정 스테이지로부터의 미리 결정된 형상 데이터가 이러한 목적으로 채용된다.
예시적인 실시형태에 있어서, 레이저 빔은, 수직으로부터 5 - 10° 의 각도로 워크피스 표면에 부딪치도록 워크피스 상으로 지향된다 (도 6a 및 6b 참조). 이는, 워크피스 표면으로부터 또는 워크피스 내부의 경계 표면들로부터 다시 광학 시스템으로의 레이저 빔의 임의의 반사를 방지하는데, 왜냐하면 이는 광학 컴포넌트들에 대한 손상을 초래할 수도 있기 때문이다. 반사된 방사 컴포넌트들의 포착을 위해, 방사 트랩 (660) 이 워크피스 부근에 배열되어, 레이저 광의 반사된 컴포넌트가 그 방사 트랩에 부딪치고 그 안에 흡수된다. 방사 트랩은, 예컨대, 수냉식일 수 있는 금속 구조물, 예컨대, 알루미늄의 흡수체를 포함할 수 있으며, 그 성형화 (예를 들어, 구, 피라미드 또는 리브의 주기적 배열) 은 빔의 임의의 직접적인 반사를 방지한다.
예시적인 실시형태에 따른 레이저 처리 스테이션에 있어서, 워크피스는 고정식 레이저 빔 아래에 선형적으로 공급된다 (도 6b 참조). 제어 유닛은 워크피스의 움직임과 레이저의 방출의 동기화를 위해 채용된다. 이를 위해, 짧은 시간 인터벌로 또는 연속적으로, 선형 가이드 유닛에 연결되거나 선형 가이드 유닛에 통합되는 센서 시스템은 제어 유닛으로의 선형 가이드에 의해 실행된 이동을 참조하고, 이 제어 유닛은, 명시된 실행된 이동의 완료 시에, 레이저에 연결되는 트리거 유닛에 의해, 개별 레이저 펄스 또는 펄스 트레인을 트리거한다. 실행된 이동은, 워크피스의 표면에 적용된 레이저 펄스들이 부분적으로 오버랩하고, 따라서, 전체적으로, 전체 표면이 중단되지 않는 방식으로 조사되도록, 선택된다. 여기에서 설명된 본 발명의 형태의 실시형태에 있어서, 인터벌은 대략 200 - 300 ㎛ 정도이다.
옵션적으로, 임의의 추가 프로세싱 전에, 유체 층은 사파이어 기판 (성장 기판) 으로부터 제거될 수 있다. 이는, 예컨대, 노즐 및 흡입 디바이스를 사용한 표면으로부터의 유체의 흡인에 의해, 공기 또는 불활성 가스의 스트림으로의 표면 분출에 의해, 용매 (예컨대, 아세톤) 로의 플러싱에 의해, 또는 표면의 가열에 의한 유체의 증발에 의해 달성될 수 있다. 하지만, 추가 프로세싱은 또한, 유체 층의 제거없이 진행될 수 있다.
버퍼 층이 레이저 조사에 의해 파괴되더라도, 성장 기판 (110) 및 GaN 층들은 접착력의 작용에 의해 서로 계속 접착되어, 최종 분리를 달성하기 위해 외력의 작용이 요구된다. 따라서, 분리에 도움이 되는 힘의 작용에 의해, 능동적 분리가 요구된다. 이를 위해, 제조 시스템은, 레이저 처리 스테이션의 다운-회로에 배열되는 디본딩 스테이션 (700) 을 포함한다. 그 엘리먼트들이 도 7 에 개략적으로 나타내어진다.
일단 전체 워크피스 (100) 가 조사되었으면, 이는 레이저 처리 스테이션으로부터 디본딩 스테이션 (700) 으로 선형 가이드 시스템에 의해 추가로 수송된다. 워크피스 캐리어 (400) 는 수송 엘리먼트로서 기능하고, 따라서, 워크피스의 다른 워크피스 캐리어로의 이송은 없다. 하지만, 별도의 워크피스 캐리어로의 이송이 가능할 것이다. 디본딩 스테이션은 특히, 내부 영역 (720) 을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역 (730) 을 갖는 진공 그리퍼 (710) 를 포함한다. 진공 그리퍼는 워크피스의 상부면에, 즉, 성장 기판의 이면 (114) 에 적용된다. 진공 그리퍼는 본질적으로, 폐쇄된 원주방향의 상승된 에지 (714) 를 갖는 포트형 메인 보디 (712), 및 예컨대 고무 또는 실리콘 (silicone) 으로 구성될 수 있는 상기 에지의 단부면에 적용된 원주방향 시일 (716) 로 구성된다.
메인 보디 내에서, 시일 또는 실링 구역에 의해 둘러싸인 내부 영역 (720) 내에 개구들을 갖는 하나 이상의 채널들이 구성된다. 내부 영역에서 부압을 발생시키기 위한 진공 펌프 (760) 가 이들 채널들에 연결된다. 대안적으로, 워크피스를 위한 워크피스 캐리어의 경우에서와 같이, 공기가 흡인되는 기공들을 통해 메인 보디에 통합된 다공성 재료의 보디를 채용하는 것이 또한 가능하다.
원주방향 시일 (716) 은 웨이퍼 복합재 (워크피스 (100)) 에 피팅되어, 진공 그리퍼 (710) 와 성장 기판의 이면 (114) 에 의해 구성된 워크피스 표면 사이의 접촉이 상기 시일을 통해 배타적으로 확립되며, 워크피스 표면과 진공 그리퍼의 메인 보디 사이에서 시일에 의해 둘러싸인 내부 영역에 간극이 구성된다. 워크피스 표면과 진공 그리퍼의 메인 보디 사이의 간극 또는 공극 (722) 의 높이는, 예컨대, 1 mm 이상일 수 있다.
부압은 이 간극에서 진공 펌프 (760) 에 의해 발생된다. 결과적으로, 성장 기판은 상방으로 당겨지며, 따라서, 약간의 곡률 또는 접시형 변형을 가정한다. 동시에, 캐리어 (140) 및 그에 적용된 기능성 층 시스템 (130) 을 포함하는 기능성 층 스택 (150) (따라서, 이 예에서, GaN 층들이 위에 배열된 캐리어 웨이퍼) 이 또한, 워크피스 캐리어 (400) 에 적용된 부압에 의해 약간 변형되고, 반대 방향으로 하방으로 당겨진다. 이들 2 개의 서로 대향하는 외력들에 의해, 성장 기판 (110) 은 기능성 층 스택 (150) (캐리어 및 기능성 층 시스템으로 구성된 층상 복합재) 으로부터 비파괴적인 방식으로 명확하게 분리된다. 분리는 먼저, 원주방향 실링 구역으로부터 가장 먼 거리에서 중간 영역에서 개시되고, 그 후, 모든 측면들 상에서 외측으로 진행된다.
일부 경우들에 있어서, 개별 프로세스 단계들은 열 지지체에 의해 유용하게 최적화될 수 있다. 예를 들어, 레이저 처리를 위한 보조 유체에 의해 채용된 유체는 증발에 의해 비파괴적인 방식으로 성장 기판으로부터 제거되는 것이 요구될 수도 있다. 제어가능하게 가열가능한 워크피스 캐리어가 이러한 목적으로 채용될 수 있다. 이를 위해, 도 8 은 통합된 전기 가열 디바이스 (890) 를 갖는 워크피스 캐리어의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다. 도 9 는 가열 디바이스의 전기 가열 엘리먼트들의 공간 분포를 도시한다.
도 8 에서의 전기적으로 가열가능한 워크피스 캐리어 (800) 는 워크피스 캐리어 (400) (도 5) 의 변형예로서 고려될 수 있다. 진공 텐셔닝 디바이스로서 구성되는 워크피스 캐리어 (800) 는, 조감도에서 원형 형상을 가정한 상승된 원주방향 에지 (812) 에 의해 둘러싸인 리세스 (815) 를 갖는 얕은 포트형 메인 보디 (810) 를 포함한다. 편평한 디스크형 보디 (820) 는 유체 채널 시스템 (830) 이 구성된 비교적 편평한 금속판의 형태로 리세스에 배열되며, 이 유체 채널 시스템 (830) 은, 그 하부면에, 펌프 (850) 로의 연결을 위해 제공되는 개구를 포함하고 금속판의 상부면에서의 복수의 애퍼처들에서 종단한다. 편평한 보디 (820) 의 상향 표면 (822) 은, 원형 배열로 실링 구역 (860) 에 의해 둘러싸인 상승된 에지 (812) 의 상부면 아래에서 대략 25 - 100 ㎛ 에 배열된다. 편평한 워크피스 (100) 가 실질적으로 기밀한 시일이 원주방향 시일 구역 (860) 을 따라 형성되도록 워크피스 캐리어에 적용되는 경우, 워크피스의 하부면과 편평한 보디 사이의 간극에서 펌프 (850) 에 의해 부압이 발생될 수 있으며, 이는 워크피스를 워크피스 캐리어 상에 단단히 유지시킨다. 따라서, 유체 채널들에 의해 천공된 금속판 (편평한 보디 (820)) 은 다른 예시적인 실시형태에서 개방 기공의 편평한 보디 (420) 와 기능적으로 유사하다.
워크피스 캐리어의 통합된 가열 디바이스 (890) 는 가열 엘리먼트들 (865) 를 통합하며, 이 가열 엘리먼트들 (865) 은 금속판에 통합되고, 나타낸 예에 있어서, 워크피스를 향한 금속판의 상부면 상의 대응하는 리세스들에 삽입되어, 그 상부면들은 금속판의 상부면과 거의 동일 평면에 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 가열 엘리먼트들은 또한, 편평한 보디 (820) 의 내부에 피팅될 수 있다. 통합된 유체 채널들을 갖는 금속 보디 대신, 통합된 가열 엘리먼트들을 갖는 양호한 열 전도성 개방 기공 재료, 예를 들어, 개방 기공 소결 금속이 또한 사용될 수 있음이 이해된다.
가열 엘리먼트들은 바람직하게, 편평한 판형 보디 (820) 내에 2개 이상의 동심 환형 구역들로 배열된다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 예컨대, 복수의 가열 엘리먼트들은 가열 구역 1 에 대응하는 내부 링을 따라 규칙적인 인터벌로 배열될 수 있고, 추가 가열 엘리먼트들은 더 큰 직경의 외부 링 (가열 영역 2 에 대응) 을 따라 배열될 수 있다.
이러한 예시적인 경우에 있어서, 가열 엘리먼트들은 전기 저항 가열 엘리먼트들이다. 가열 엘리먼트들은 열 전도에 의해 금속판을 가열한다. 예컨대, 구리 또는 알루미늄과 같은 양호한 열 전도성 재료가 편평한 보디에 채용되면, 가열 엘리먼트들의 영역에서 편평한 최대 온도 프로파일들을 갖는 경우에도, 비교적 균일한 열 분포가 달성된다. 금속판, 즉, 편평한 보디 (820) 의 온도가, 이러한 예시적인 경우에, 하나 이상의 온도 센서(들) (870) 에 의해 측정되며, 이 하나 이상의 온도 센서(들) (870) 는, 이러한 예시적인 경우에, 워크피스를 향하는 편평한 보디의 상부면에, 상기 보디와의 양호한 열 접촉으로, 피팅된다. 예를 들어, 열전대의 형태인 온도 센서들은 제어 디바이스 (880) 와 통신하는 관련 측정 디바이스 (875) 에 연결된다. 제어 디바이스 (880) 에 의해, 가열 엘리먼트들로의 전력 공급은 온도 센서들로부터의 측정된 값들을 참조하여 조정되어, 금속판의 원하는 온도가 달성되고 원하는 온도 레벨로 유지된다. 이러한 예시적인 경우에, 금속판은, 더 높은 온도들이 프로세싱될 워크피스 (100) 를 손상시킬 수도 있기 때문에, 150 ℃ 의 최대 온도로 가열된다. 워크피스가 금속판 (편평한 보디 (820)) 과 직접 맞물리지 않고, 이에 대응하게, 가열 엘리먼트들과의 기계적 접촉을 전혀 가정하지 않더라도, 열 복사 및/또는 대류는 워크피스 (100) 로의 열의 효과적인 도입을 보장하여, 워크피스는 섭씨 몇 도의 마진까지 높은 정확도로 원하는 온도로 유지될 수 있다. 이는, 편평한 보디의 가열된 상부면과 워크피스 (100) 의 대향 하부면 사이에 실질적으로 1 mm 미만의 작은 공극만의 존재에 의해 지지된다.
방법 및 제조 시스템에 의해, 예컨대, LED들 또는 발광 다이오드들은 고품질 표준으로 비용 효율적으로 생성될 수 있다. 다른 기능성 층 시스템들, 및 옵션적으로, 캐리어 및/또는 성장 기판 (예컨대, 유리) 을 위한 다른 재료들의 채용에 의해, 디스플레이들과 같은 다른 컴포넌트들이 또한 생성될 수 있다.

Claims (16)

  1. 캐리어 및 상기 캐리어에 적용되는 마이크로전자 기능성 층 시스템을 포함하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법으로서,
    성장 기판의 전면 상에 기능성 층 시스템을 구성하는 단계;
    상기 캐리어, 상기 기능성 층 시스템 및 상기 성장 기판으로 구성되는 층상 복합재의 형태인 워크피스의 구성을 위해 상기 기능성 층 시스템에 층류 캐리어를 적용하는 단계;
    상기 전면의 반대쪽에 배열된 상기 성장 기판의 이면이 접근가능하도록 워크피스 캐리어에 상기 워크피스를 부착하는 단계;
    레이저 빔이 상기 성장 기판과 상기 기능성 층 시스템 사이의 경계 영역에 포커싱되고, 상기 경계 영역에서 상기 성장 기판과 상기 기능성 층 시스템 사이의 결합이 약화되거나 파괴되도록, 상기 성장 기판을 통해 상기 성장 기판의 이면으로부터 상기 레이저 빔을 입사 방사하는 단계;
    상기 캐리어 및 상기 기능성 층 시스템으로 구성되는 기능성 층 스택을 상기 성장 기판으로부터 분리하는 단계를 갖고,
    상기 기능성 층 스택 (150) 의 상기 성장 기판 (110) 으로부터의 분리를 위해, 리세스를 포함하는 내부 영역 (720) 을 원주방향으로 둘러싸고, 실링 구역 (730) 을 정의하는 상승된 에지를 갖는 진공 그리퍼 (710) 가 상기 성장 기판의 이면 (114) 에 적용되고, 상기 진공 그리퍼 (710) 는 상기 상승된 에지를 따라 상기 성장 기판과 접촉하나, 상기 리세스를 포함하는 상기 내부 영역에서 상기 성장 기판과는 접촉하지 않고,
    상기 적용에 추가로, 상기 성장 기판으로의 분리력의 도입에 의해, 상기 기능성 층 스택 (150) 의 상기 성장 기판 (110) 으로부터의 분리가 상기 내부 영역에서 개시되도록 상기 내부 영역 (720) 에 부압이 발생되고; 그리고
    상기 진공 그리퍼 상에 유지된 상기 성장 기판 (110) 이, 상기 워크피스 캐리어 (400) 상에 유지된 상기 기능성 층 스택 (150) 으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 워크피스 캐리어 (400) 는 내부 영역을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역 (460) 을 갖는 진공 텐셔닝 디바이스로서 구성되고, 상기 워크피스 (100) 는, 상기 워크피스 캐리어와의 접촉이 오직 상기 실링 구역의 영역에서만 확립되도록 상기 워크피스 캐리어에 적용되고, 그 후, 상기 내부 영역 (470) 에서 부압이 발생되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    형상 데이터를 기록하기 위하여, 상기 레이저 빔에 의한 조사 동안 및/또는 조사 전에, 상기 워크피스 캐리어에 의해 유지되는 상기 워크피스 (100) 의 표면 프로파일을 측정하는 단계; 및
    상기 형상 데이터에 따른 조사 동안 상기 레이저 빔 (650) 의 포커스 제어를하는 단계를 더 포함하고,
    상기 측정은 비접촉 방법에 의해, 또는 백색광 간섭법 또는 레이저 삼각측량법에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 (650) 에 의한 조사 전에, 레이저 방사에 투명한 유체 (330) 로 구성된 유체 층이 상기 성장 기판 (110) 의 이면 (114) 과 접촉되고, 상기 레이저 빔에 의한 조사가 상기 유체 층을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유체 층은 스핀 코팅 또는 스프레이에 의해 상기 성장 기판의 이면 (114) 에 적용되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    라인 프로파일을 갖는 입사 레이저 빔 (650) 이 채용되고, 횡방향의 상대적인 움직임이 상기 레이저 빔과 상기 워크피스 사이에서, 상기 라인 프로파일의 종축에 수직으로, 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사 레이저 빔 (650) 이 상기 성장 기판의 이면에 비스듬하게 배향되고, 상기 이면의 표면 법선과 입사 방향 사이의 각도는 5° 내지 10° 의 영역에 있는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 워크피스 캐리어 (800) 에 고정된 상기 워크피스 (100) 는 주위 온도를 초과하는 온도로 가열되고, 상기 온도는 적어도 50 ℃ 이고/이거나 최대 150 ℃ 로 제한되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 워크피스는 상기 워크피스 캐리어 (800) 에 통합된 가열 디바이스 (890) 에 의해 가열되고, 가열은 열 복사 및/또는 대류에 의한 비접촉 배열로 실행되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 방법.
  10. 캐리어 (140) 및 상기 캐리어에 적용되는 마이크로전자 기능성 층 시스템 (130) 을 포함하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템으로서,
    캐리어 (140), 상기 캐리어에 결합되는 기능성 층 시스템 (130), 및 상기 기능성 층 시스템에 결합되는 성장 기판 (110) 을 포함하는 층상 복합재의 형태인 워크피스 (100) 의 수용을 위한 워크피스 캐리어 (400);
    레이저 빔이 상기 성장 기판과 상기 기능성 층 시스템 사이의 경계 영역에 포커싱되고, 상기 성장 기판 (110) 과 상기 기능성 층 시스템 (130) 사이의 결합이 상기 경계 영역에서 약화되거나 파괴되도록, 상기 성장 기판을 통해 상기 성장 기판 (110) 의 이면 (114) 으로부터의 상기 레이저 빔 (650) 의 입사 방사를 위한 레이저 처리 스테이션;
    상기 캐리어 (140) 및 상기 기능성 층 시스템 (130) 을 포함하는 기능성 층 스택 (150) 을 상기 성장 기판 (110) 으로부터 분리하기 위한 디본딩 스테이션 (700) 을 갖고,
    상기 디본딩 스테이션 (700) 은 리세스를 포함하는 내부 영역 (720) 을 원주방향으로 둘러싸고, 실링 구역 (730) 을 정의하는 상승된 에지를 갖는 진공 그리퍼 (710) 를 포함하고, 상기 진공 그리퍼 (710) 는 상기 내부 영역 (720) 은 상기 성장 기판 (110) 의 이면 (114) 에 적용되도록 구성되어 상기 내부 영역 (720) 이 상기 실링 구역 (730) 에 의해 외부로부터 실링될 수 있고, 상기 내부 영역에서, 상기 진공 그리퍼 (710) 와 상기 워크피스 (100) 사이에 공극 (722) 이 제공되고, 상기 진공 그리퍼 (710) 는 상기 상승된 에지를 따라 상기 성장 기판과 접촉하나, 상기 리세스를 포함하는 상기 내부 영역에서 상기 성장 기판과는 접촉하지 않으며, 상기 내부 영역에서 부압을 발생시키기 위한 디바이스들이 상기 워크피스에 적용된 상기 진공 그리퍼에서 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 진공 그리퍼 (710) 는 폐쇄된 원주방향의 상승된 에지 (714) 를 갖는 포트형 메인 보디 (712) 를 포함하고, 고무 또는 실리콘의 원주방향 시일 (716) 이 상기 에지의 단부면 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 워크피스 캐리어 (400) 는 내부 영역을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역 (460) 을 갖는 진공 텐셔닝 디바이스로서 구성되고, 상기 워크피스 (100) 는, 상기 워크피스 캐리어와의 접촉이 오직 상기 실링 구역의 영역에서만 확립되도록 상기 워크피스 캐리어에 적용될 수 있고, 상기 내부 영역 (470) 에서 부압이 발생될 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
  13. 제 10 항, 제 11 항, 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 워크피스 캐리어 (400) 는 상승된 에지 (412) 에 의해 둘러싸인 리세스 (415) 를 통합한 포트형 메인 보디 (410) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 워크피스 캐리어는, 상기 워크피스 캐리어에 의해 운반되는 상기 워크피스 (100) 의 가열을 위한 통합된 가열 디바이스를 통합 (incorporate) 하는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 워크피스 캐리어는 상승된 에지에 의해 둘러싸인 리세스를 통합한 포트형 메인 보디를 포함하고, 상기 가열 디바이스는 개방 기공 구조 및/또는 유체 덕트들을 갖는 전기 가열가능한 또는 금속성의 보디를 포함하고, 상기 보디는 상기 워크피스 캐리어의 상기 포트형 메인 보디의 상기 리세스에 삽입되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
  16. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 방법의 실행을 위해 구성되고,
    상기 방법은,
    성장 기판의 전면 상에 기능성 층 시스템을 구성하는 단계;
    상기 캐리어, 상기 기능성 층 시스템 및 상기 성장 기판으로 구성되는 층상 복합재의 형태인 워크피스의 구성을 위해 상기 기능성 층 시스템에 층류 캐리어를 적용하는 단계;
    상기 전면의 반대쪽에 배열된 상기 성장 기판의 이면이 접근가능하도록 워크피스 캐리어에 상기 워크피스를 부착하는 단계;
    레이저 빔이 상기 성장 기판과 상기 기능성 층 시스템 사이의 경계 영역에 포커싱되고, 상기 경계 영역에서 상기 성장 기판과 상기 기능성 층 시스템 사이의 결합이 약화되거나 파괴되도록, 상기 성장 기판을 통해 상기 성장 기판의 이면으로부터 상기 레이저 빔을 입사 방사하는 단계;
    상기 캐리어 및 상기 기능성 층 시스템으로 구성되는 기능성 층 스택을 상기 성장 기판으로부터 분리하는 단계를 갖고,
    상기 기능성 층 스택 (150) 의 상기 성장 기판 (110) 으로부터의 분리를 위해, 내부 영역 (720) 을 원주방향으로 둘러싸는 실링 구역 (730) 을 갖는 진공 그리퍼 (710) 가 상기 성장 기판의 이면 (114) 에 적용되고,
    상기 적용에 추가로, 상기 성장 기판으로의 분리력의 도입에 의해, 상기 기능성 층 스택 (150) 의 상기 성장 기판 (110) 으로부터의 분리가 상기 내부 영역에서 개시되도록 상기 내부 영역 (720) 에 부압이 발생되고; 그리고
    상기 진공 그리퍼 상에 유지된 상기 성장 기판 (110) 이, 상기 워크피스 캐리어 (400) 상에 유지된 상기 기능성 층 스택 (150) 으로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 마이크로전자 컴포넌트들을 생성하기 위한 제조 시스템.
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