KR20080103755A - Led 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈(Micro lens) 형성방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 LED 공정 중 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성방법에 있어서, 종래 마이크로 렌즈 형성시 강한 포텐셜의 플라즈마로 인한 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 최소화시키기 위해, 챔버내에서의 플라즈마 발생을 위한 소스 전원과 바이어스 전원을 3:1의 비율로 최적으로 설정되도록 하여 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 RIE 식각시 낮은 포텐셜 에너지를 가지는 플라즈마를 구현함으로써, 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 최소화시키며, 이에 따라 LED 공정에서의 생산수율을 향상시킬 수 있게 된다.
RIE, LED, 사파이어, 마이크로 렌즈

Description

ＬＣＤ 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법{METHOD FOR FORMING SAPPHIRE MICRO-LENS AMONG LED PROCESS}
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 RIE 식각 챔버 시스템 구성도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 RIE 식각을 이용한 사파이어 기판의 마이크로 렌즈 형성 공정 단면도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 소스, 바이어스 전원의 비율에 따른 포토레지스트 버닝율 그래프 예시도.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
100 : 소스 전원부 102 : 바이어스 전원부
104 : 가스 유입구 106 : 기판 지지대
108 : 사파이어 기판
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, 특히 LED(Light Emitting Diode) 공정 중 사파이어(sapphire) 마이크로 렌즈(Micro lens) 형성방법에 관한 것이다.
통상적으로, LED는 전기 에너지를 빛으로 변환시키는 중요한 고체 소자의 일종으로서, 2개의 상반된 도핑층 사이에 개재된 반도체 재료의 활성층을 포함하며, 2개의 도핑층 양단에 바이어스가 인가되면, 정공과 전자가 활성층으로 주입된 후 그 곳에서 재결합되어 빛으로 발생된다.
위와 같은 LED 구현에 있어서 현재 많이 사용하는 물질은 사파이어이며, 이러한 사파이어의 경우 결정구조가 단단하여 마이크로 렌즈 형성을 위한 사파이어 기판의 식각시에는 반응 이온 식각(reaction ion etching: RIE) 방법을 사용하게 된다.
그러나, 종래 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 RIE 식각 공정에서는 챔버내 플라즈마 형성을 위한 소스파워와 바이어스 파워가 너무 크게 되는 경우 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 포토레지스트 마스크가 강한 플라즈마에 의해 버닝되는 포토레지스터의 버닝(Burning) 현상이 나타나게 되는 문제점이 있었으며, 또한 이를 방지하고자 RIE를 위한 파워를 낮추는 경우에는 포토레지스터와 사파이어간 식각 선택비가 원하는 수준으로 형성되지 않아 식각 시간이 길어지고, 매번 쿨링 단계를 추가해야 함으로 인해 생산수율(throughput)이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 LED 공정 중 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성시 강한 포텐셜의 플라즈마로 인한 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 최소화시킬 수 있는 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈(Micro lens) 형성방법을 제공함에 있 다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법으로서, (a)상기 LED 형성을 위한 사파이어 기판상 LED 형성을 위해 포토레지스트층을 도포시키는 단계와, (b)상기 포토레지스트층에 대해 사진식각 공정을 수행하여 상기 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 마스크 패턴으로 형성시키는 단계와, (c)상기 포토레지스트 마스크가 형성된 사파이어 기판을 공정 챔버내에서 반응성 이온 식각을 통해 식각하여 사파이어 기판상 반원형의 다수의 마이크로 렌즈를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 합니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예가 적용되는 LED 공정 중 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 RIE 식각 챔버 구조를 도시한 것이다.
위 도 1을 참조하면, RIE 식각(etch) 챔버(chamber)(110)는 반응가스가 유입되는 가스 유입구(104), 기판 지지대(106), RIE 식각을 위한 플라즈마 형성을 위한 소스 전원부(source power)(100), 바이어스 전원부(bias power)(102)를 포함하여 구성된다.
동작을 살펴보면, 진공 챔버(110)내의 가스 유입구(104)로 반응가스를 주입하고, 기판 지지대(106) 음극에 바이어스 전원을 공급하고, 양극에는 소스 전원을 공급하여 챔버(110)내 도 1에서 보여지는 바와 같이 사파이어 기판(108) 상부에 플 라즈마(plasma)가 발생하도록 제어한다.
이때, 위와 같이 발생한 플라즈마내 이온이 음극 위의 사파이어 기판(108)에 수직으로 입사되어 이온의 충격에 의한 운동량으로 사파이어 기판상 포토레지스트 마스크가 형성된 이외의 영역에서 RIE 식각이 수행되는 것이다.
한편, 위와 같은 챔버 분위기에서 사파이어 기판(108)상 마이크로 렌즈(micro lens)의 식각 형성을 위하여 증착된 포토레지스트 마스크가 증착된 사파이어 기판(108)에 대한 식각을 수행하게 되는 경우, 강한 포텐셜(potential)을 가지고 생성된 플라즈마에 의해 포토레지스트 마스크가 버닝(burning)되어 마이크로 렌즈 식각이 정확하게 이루어지지 않는 등의 문제점이 있었음은 전술한 바와 같다.
이에 따라, 본 발명에서는 사파이어 기판(108) 상 플라즈마에 의한 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 방지하기 위하여, 챔버(110)내 양극에 연결되는 소스 전원부(100)에는 300W∼1800W의 RF 전원이 인가되도록 설치하며, 기판 지지대(106) 음극에 연결되는 바이어스 전원부(102)에는 100W∼600W의 380KHz의 LF 전원을 사용하여 구성한다. 이때 상기 소스 전원부(100)와 바이어스 전원부(102)는 본 발명에 따라 포토레지스트 버닝을 최소화하도록 실험적으로 산출된 2.5∼3.5 : 1 비율로 전원이 인가되도록 제어된다.
즉, 본 발명에서는 챔버(110)내 사파이어 기판(108)상 낮은 플라즈마 밀도(Plasma density)를 구현하여 포토레지스트 마스크(photo-resist mask)의 버닝 현상을 방지시키게 된다. 또한 이때 기판 지지대(106)의 온도는 -20도 이하로 유지시켜 플라즈마에 의해 가해지는 포토레지스트 마스크의 손상(damage)이 최소화되도 록 하는 것이 바람직하다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 공정 조건의 챔버에서 사파이어 기판 마이크로 렌즈를 형성하는 공정 단면을 도시한 것이다. 이하 상기 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 사파이어 기판의 마이크로 렌즈 형성 공정을 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 2a에서와 같이, 사파이어 기판(Al2O3)(200) 상에 마이크로 렌즈 형성을 위해 포토레지스트막(photo-resist layer)을 도포한 후, 사진식각 공정을 통해 일련의 포토레지스트 패턴 마스크(mask)(202)를 형성시키게 된다.
위와 같이, 포토레지스트 마스크(202)가 형성된 사파이어 기판(200)을 상기 도 1의 챔버(110)내로 이동시킨 후, 도 2b에서 보여지는 바와 같이 RIE 식각을 통해 사파이어 기판(200)에 마이크로 렌즈(201)를 형성시키게 된다. 이때 위 RIE 식각시 본 발명에서는 전술한 바와 같이, 강한 포텐셜의 플라즈마에 의해 포토레지스트 마스크(202)의 버닝(burning) 현상을 방지시키기 위해 소스 전원은 900W로 하고 바이어스 전원을 300W로 하여 소스 전원과 바이어스 전원이 약 3:1의 차이가 나도록 바람직하게 설정한다.
도 3은 소스 전원과 바이어스 전원의 비율에 따른 사파이어 기판(200)상 포토레지스트 마스크(202) 버닝율(burning rate)을 도시한 그래프로, 위 도 3에서 보여지는 바와 같이, 챔버내 RIE 식각 진행 시 포토레지스트 마스크의 버닝율은 소스 전원과 바이어스 전원의 비율이 3:1이 되는 지점에서 가장 낮은 것을 알 수 있다.
이어, 도 2c에서와 같이, RIE 식각을 통해 형성된 사파이어 기판(200)상 마이크로 렌즈(201) 위로 GaN 층을 형성한 후, LED 형성을 위한 전극층을 계속하여 형성시켜 LED를 완성시키게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 LED 공정 중 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성방법에 있어서, 종래 마이크로 렌즈 형성시 강한 포텐셜의 플라즈마로 인한 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 최소화시키기 위해, 챔버내에서의 플라즈마 발생을 위한 소스 전원과 바이어스 전원을 3:1의 비율로 최적으로 설정되도록 하여 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 RIE 식각시 낮은 포텐셜 에너지를 가지는 플라즈마를 구현함으로써, 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 최소화시키며, 이에 따라 LED 공정에서의 생산수율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 LED 공정 중 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성방법에 있어서, 종래 마이크로 렌즈 형성시 강한 포텐셜의 플라즈마로 인한 포토레지스트 마스크의 버닝(burning) 현상을 최소화시키기 위해, 챔버내에서의 플라즈마 발생을 위한 소스 전원과 바이어스 전원을 3:1의 비율로 최적으로 설정되도록 하여 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 RIE 식각시 낮은 포텐셜 에너지를 가지는 플라즈마를 구현함으로써, 포토레지스트 마스크의 버닝 현상을 최소화시키며, 이에 따라 LED 공정에서의 생산수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

  1. LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법으로서,
    (a)상기 LED 형성을 위한 사파이어 기판상 LED 형성을 위해 포토레지스트층을 도포시키는 단계와,
    (b)상기 포토레지스트층에 대해 사진식각 공정을 수행하여 상기 사파이어 기판상 마이크로 렌즈 형성을 위한 마스크 패턴으로 형성시키는 단계와,
    (c)상기 포토레지스트 마스크가 형성된 사파이어 기판을 공정 챔버내에서 반응성 이온 식각을 통해 식각하여 사파이어 기판상 반원형의 다수의 마이크로 렌즈를 형성시키는 단계
    를 포함하는 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서, 상기 포토레지스트 마스크가 형성된 사파이어 기판에 대한 반응성 이온 식각은 상기 챔버내 소스 전원과, 바이어스 전원이 3:1의 비율로 설정된 상태의 플라즈마 소스에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버내 상기 사파이어 기판이 놓여지는 기판 지지대의 온도는, -20도 유지시키는 것을 특징으로 하는 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 전원은, 300∼1800W의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이어스 전원은, 100∼600W의 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 LED 공정 중 사파이어 마이크로 렌즈 형성방법.
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