KR20120097394A - 레이저 리프트 오프 시스템과 방법 - Google Patents

레이저 리프트 오프 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 물질의 층을 분리하기 위한 레이저 리프트 오프(laser lift off) 방법에 있어서, 물질의 적어도 제1 및 제2 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계;적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 형성된 빔 스팟으로, 상기 제1 및 상기 제2 층 사이의 인터페이스에서 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계를 포함하되, 리프트 오프 영역들은 상기 인터페이스에서 상기 조사 영역들 각각의 둘레에 형성되고, 상기 조사 영역들의 크기 이상으로 확대되며, 상기 조사 영역들을 조사하는 상기 레이저 빔으로부터의 레이저 에너지는 상기 리프트 오프 영역들에서의 상기 제1 및 제2 층의 분리를 일으키는데 충분한, 레이저 리프트 오프 방법이 제공된다.

Description

레이저 리프트 오프 시스템과 방법{LASER LIFT OFF SYSTEMS AND METHODS}
본 발명은 물질의 층의 분리에 관한 발명이다. 더욱 상세하게는, 기판 및 그 기판 위에 성장하는 필름과 같은, 물질의 층의 모놀리틱(monolithic) 분리를 위한 레이저 리프트 오프(laser lift off) 시스템과 방법에 관한 것이다.
레이저 리프트 오프는 물질의 층을 분리하는 데 사용될 수 있다. 레이저 리프트 오프가 유용하게 사용된 한 어플리케이션은, LED 제조 시 사파이어 기판으로부터 GaN 층을 분리하는 것이다. UV 레이저 발사의 이점에도 불구하고, GaN LED 제조는 낮은 프로세스 수율에 의해 야기되는 낮은 생산성 때문에 한계가 있다. 낮은 수율은, MOCVD 결과, GaN-사파이어 웨이퍼에서 높은 잔류응력 때문이다. MOCVD 과정은 600°C 이상의 활성화 온도를 요구한다. 도 1a에서 보여지듯이, GaN 및 InGaN 층(32)은, MOCVD 과정에 의하여 사파이어 웨이퍼(38) 상에 쌓인다. GaN (5.59 x10-6/°K)과 사파이어(7.50 x10-6/°K) 간에는 열팽창계수(CTE) 상에서 물질적인 차이가 있기 때문에, 도 1b에서 보여지듯이, GaN/사파이어 웨이퍼가 MOCVD 과정의 높은 온도에서 상온으로 차가워지는 때에, 높은 레벨의 잔류응력이 존재한다. 잔류응력은, GaN 상에서 압축잔류응력(40)과 사파이어 상에서 인장잔류응력(42)을 포함한다.
GaN 와 사파이어의 다양한 물질적 성질
물질 구조 래티스( lattice )
상수. a (
Figure pct00001
) 		래티스( lattic e)
상수. c (
Figure pct00002
) 		밀도
(g/ cm 3 ) 		밴드 갭
에너지 ( eV ) 		열팽창
x 10 -6 /°K
사파이어 육각형 4.758 12.991 3.97 9.9 7.50
GaN 육각형 3.189 5.815 6.1 3.3 5.59
충분한 에너지가 있는 입사 레이저 펄스가 GaN/사파이어 인터페이스에 부딪히는 경우, 방사는 순간적인 인터페이스의 디본딩(debonding)을 일으킨다. 입사 레이저 펄스가 크기에 제한이 있기 때문에(보통 1 cm2보다 아주 작다), 작은 부분에 있어서만, 인터페이스를 디본드하거나 리프트 오프하게 된다. 디본드되는 영역의 주위가 여전히 높은 수준의 잔류응력을 가지고 있기 때문에, 본드/디본드 경계부분에서 응력의 집중을 일으키며, 경계부분에서 균열이 생긴다 이러한 균열은, 잔류응력과 연관되며, UV 레이저 리프트 오프 과정의 장애가 된다.
현재, GaN/사파이어 웨이퍼 상에서의 레이저 리프트 오프 과정을 수행하는 방법이 여러가지가 있다. 한 방법은 355nm 의Q 스위치 Nd:YAG 레이저의 래스터 스캐닝을 포함한다( M. K. Kelly, R. P. Vaudo, V. M. Phanse, L. Gorgens, O. Ambacher and M. Stutzmann, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 38 p. L217, 1999 참조). 고체 레이저를 이용하는 리프트 오프 과정은 도 2a 에 도시되어 있다. 또 다른 방법은 248nm의 엑시머(excimer) 레이저를 이용하는 것이다(W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano and N. M. Johnson, Applied Physics Letters, vol. 75 p. 1360, 1999 참조). 엑시머 레이저를 이용하는 리프트 오프 과정은 도 2b에 도시되어 있다.
도 3에서 보여지듯이, 두 과정 모두 래스터(raster) 스캐닝을 채용하고 있으며, 이는 레이저 빔(44)의 성형이나 GaN/사파이어(sapphire) 웨이퍼(46)의 타겟 중 어느 하나를 포함한다. 래스터 스캐닝 방법과 관련된 문제는, 원하는 영역을 덮기 위해서 노출의 오버랩핑(overlapping)을 요구한다는 것이며, 이는 특정 영역의 다중 노출(48)을 가져오게 된다. 상술한 두 방법에서, GaN/사파이어의 레이저 리프트 오프는 단 펄스 과정이다. 국부적인 영역에서의 불필요한 다중 노출은, 필름 위에서의 초과 응력을 감소시킴으로써 균열의 포텐셜을 증가시킨다.
도 4에서 보여지듯, 래스터 스캐닝은 또한, 점차적으로 GaN/사파이어 인터페이스를 한 면에서 다른 면으로 분리하면서, 하나에서 다른 것으로의 레이저 빔(44)의 스캐닝을 포함한다. 이러한 잔류응력이 나란히 풀리면 분리된 것과, 분리되지 않은 구역의 인터페이스(50), 예를 들어, 스캔된 영역과 스캔되지 않은 영역의 인터페이스의 응력 수준에서 큰 차이를 가져온다. 인터페이스(50)의 잔류응력 수준에서의 불균형은 모드 1과 모드 2 균열의 전파의 가능성을 높인다. 도 3 및 도 4는 고체 레이저를 사용한 과정을 바탕으로 하고 있으나, 엑시머 레이저의 래스터 스캐닝도 유사한 결과를 가져올 것이다.
현재, 사파이어 웨이퍼의 통상적인 크기는 2 inch 직경이나, 다른 크기(예를 들어, 3 inch 나 4 inch 웨이퍼)도 GaN의 헤테로 에피택셜(hetero-epitaxial) 성장을 위해 가능하다. GaN/사파이어 웨이퍼에 있어서, 잔류응력 수준은 웨이퍼에서 다양하며, 압축과 인장 잔류 응력이 함께 존재한다. 잔류응력의 존재는 웨이퍼 랩핑(wrapping)과 보잉(bowing)에서 관찰된다. 레이저 리프트 오프 과정이 연속적인 GaN/사파이어 인터페이스의 넓은 영역을 이완시키면, 상술한 바와 같이, 심각한 성형 변화정도(strain gradient)는 디본드된 것과 본드된 인터페이스 사이의 경계부분에서 높아질 것이다. 이러한 성형 변화정도는 GaN/사파이어 층의 큰 균열을 초래할 수 있다.
타겟 물질이 강한 레이저 펄스로 방사능처리 되면, 타겟 물질의 얕은 층은 즉시 높은 온도와 높은 앞력의 표면 플라즈마로 증발할 수 있다. 이러한 현상을 어블레이션(ablation)이라고 한다. 어블레이션에 의해 형성된 플라즈마는 그 후에 주위로 확장된다. 표면 플라즈마의 확장은 충격파를 감소시킬 수 있으며, 이러한 충격파는 타겟 물질에에 충돌을 전달한다. 어블레이션은, 레이저가 타겟에 놓여져있는 투명 물질을 통과하여 나아갈 때, 두 물질 사이에 국한될 수 있다. 국한된 어블레이션 동안, 인터페이스에서 가둬진 플라즈마는, 충돌 압력을 증가시키면서, 더 큰 규모의 충격파를 만들어낼 수 있다. GaN/사파이어 인터페이스에서의 국한된 어블레이션으로부터의 폭발적인 충격파는 사파이어기판에서 GaN 층을 분리할 뿐만 아니라 레이저 빔 스팟 가까이에 있는 GaN 층의 분리까지 가져온다. ( P. Peyre et. al., Journal of Laser Applications, vol. 8 pp.135-141, 1996 참조)
레이저 리프트 오프의 또 다른 기술은 분리될 층 사이의 인터페이스에 빔 스팟을 이미지화 하는 근접장 이미징 기술의 사용을 포함한다. 도 5는 근접장 이미징에 의한 균질 빔의 투사 예시이며, 빔 경로를 따르는 대표적인 빔 프로파일(profile)을 보여준다. 엑시머 레이저(120)의 원시 빔은, 짧은 면에서 가우시안(Gaussian) 분포를 갖고 긴 면에서는 꼭대기가 편평한 분포를 갖는다. 빔 균질기(122)(예를 들어, 멀티 어레이 구조)는 경사진 원시 빔 프로파일을 꼭대기가 편평한 정사각의 프로파일로 만든다. 균질화 된 빔은 마스크(124)(예를 들어, 직사각 가변 어퍼쳐(aperture))에 의해 크로핑되어, 빔의 가장 좋은 부분을 활용하게 된다. 빔의 가장 좋은 부분은, 근접장 이미징에 의하여 LED 타겟 웨이퍼(116)로 발사한 것으로, 예를 들어, 빔 이미징 렌즈(126)을 이용하는 것이 있다. 따라서 LED 웨이퍼(116)에서의 균질 빔 스팟(130)의 가장자리 해상도는 분명해진다.
도 6 내지 8c는 이미지화된 빔(예를 들어, 빔 스팟(130))이 LED 웨이퍼(116)의 재료의 층의 분리를 가져올 수 있는 한 방법을 도시한다. 도 6을 참조하면, 레이저는 적어도 기판 물질(102)(예를 들어 사파이어)을 통하여, 적어도 하나의 타겟 물질(104)(예를 들어, GaN)로 조사되어 물질들(102, 104)을 분리할 수 있다. 물질들(102, 104)의 분리는 타겟 물질(104)과 기판 물질(102)의 인터페이스(106)에서 충격파를 유도하기에 충분한 레이저 에너지 밀도를 사용하여 행해질 수 있으며, 이로써 기판 물질(102)에서 타겟 물질(104)을 즉시 디본딩할 수 있다. 충격파는 이온화된 증기의 급격히 증가한 밀도의 결과로서, 플라즈마의 온도를 급격히 높이면서, 인터페이스에서 플라즈마(108)의 폭발적인 확장에 의해 만들어진다. 레이저 에너지 밀도는 타겟 물질(104) 상에서 균열 없이 분리할 수 있는 힘 Fa 를 유도하기에 충분한 범위일 수 있다. 가해지는 힘 Fa 는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Pp(GPa) = C[Ir(GW/cm2)]1/2
Fa(N) = Pp(GPa)Ar(cm2)
Pp 는 폭발적인 충격파에 의해 유도되는 피크 압력, C는 상수이면서 기하학적인 요소, Ir은 입사 레이저 빔의 조도, Fa 는 가해지는 힘, Ar 은 조사되는 영역이다.
도 7에서 보여지듯이, 플라즈마(108)가 확장되면, 조사 영역은 조사 영역의 가장자리에서 회전하는 벤딩 암(bending arm) 역할을 한다. 예를 들어, 파열이나 균열을 위해 요구하는 힘(Fr)은 두 지점 벤드 테스트에서 보여질 수 있으며, 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00003
d 는 타겟 물질(104)의 두께, w는 가해지는 힘의 폭이나 레이저 펄스의 폭, L은 적용되는 암(arm)의 길이 또는 레이저 펄스의 절반 길이, σr 는 GaN의 파열 또는 균열 응력 계수이다. 힘(Fr)을 증가시키기 위하여, 레이저 펄스의 폭 w 은 증가될 수 있고, 레이저 펄스의 절반 길이 L 은 감소될 수 있으며, 이로써, 선형 빔을 형성할 수 있다. 선형 빔은 조사에 따른 벤딩 모멘트를 최소화하기 위하여, 타겟 물질(104)을 가로질러 스캔될 수 있다.
도 8a 에서 볼 수 있듯이, GaN (248nm 에서 ~0.3 J/cm2)의 어블레이션 임계값 하의 레이저 에너지 밀도, 예를 들어, GaN/사파이어 인터페이스(106)의 순간적인 분리는 성공적으로 이루어지지 않을 수 있다. GaN의 분해는 어블레이션 임계값 하에서 일어날 수 있으나, 이것만으로는 인터페이스(106)의 순간적인 분리를 이룰 수 없으며, 이는, 어블레이션 없이는, 원동력, 즉, 확장 플라즈마로부터의 충격파가 없기 때문이다. 반대로, 도 8c 에서 보여지듯이, 지나치게 강렬한 레이저 에너지 밀도를 적용하는 것은 과도한 폭발적인 응력파 전파를 만들어낼 수 있으며, 이는 타겟 물질(104)(예를 들어 GaN 필름) 상에 금과 균열을 가져온다. 도 8B에서 보듯이, 레이저 에너지 밀도를 조사하는 것이 최적화되면, 충격파에 의해 만들어지는 힘은 인터페이스(106)에서 층들(102, 104)을 분리하는 데 충분하며, 다만 타겟 물질(104)에서 균열을 유도하기에는 충분하지는 않다. 이와 같은GaN과 사파이어의 예에 따르면, 도 8b에 나타난 분리를 얻기 위해서는, 레이저 에너지 밀도는 약 0.60 J/cm2 와 1.5 J/cm2사이일 수 있다.
상술한 근접장 이미징 기술은, 잔류응력과 관련된 많은 문제들과 위에서 논의된 다른 문제들을 극복하기 위하여, 패턴화된 레이저 리프트 오프로 알려진 과정에서 성공적으로 사용되어왔다. 패턴화된 레이저 리프트 오프는 분리되는 하나 또는 그 이상의 층들에서 스트리트를 형성하고, 그 스트리트에 의해 정의되는 하나 또는 그 이상의 섹션을 하는 덮을 수 있는 빔 스팟을 형성하며, 그 섹션에서 층들을 분리한다. 패턴화된 레이저 리프트 오프의 한 예는 U.S. Patent No. 7,202,141 에서 더 자세히 설명되며, 이는 본 출원에서 모두 참조된었다. 성공적이지만, 패턴화된 레이저 리프트 오프 기술은 스트리트를 형성하는 추가적인 단계를 요구하며, 이는 좀 더 시간이 소요되는 과정이다. 그 기술을 사용하는 시도는 모놀리식 레이저 리프트 오프를 제공하기 위해 위에서 설명되었으나, 잔류 응력과 연관된 문제들 때문에 덜 성공적이었다
본 출원은 2009년 7월에 제출된 U.S. 가특허출원 시리얼 번호61/267,194의 이점을 주장하며, 이는 본 출원에서 참조되었다.
본 발명은 분리를 제공하기 위해 충분한 에너지를 유지하는 반면 플룸(plume) 압력을 줄이기 위해, 하나 또는 그 이상의 차원에서 하나 또는 그 이상의 빔 스팟의 크기를 줄이는 것에 의하여, 최소한의 균열이 생기는 레이저 리프트 오프 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 물질의 층을 분리하기 위한 레이저 리프트 오프(laser lift off) 방법에 있어서, 물질의 적어도 제1 및 제2 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계;적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 형성된 빔 스팟으로, 상기 제1 및 상기 제2 층 사이의 인터페이스에서 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계를 포함하되, 리프트 오프 영역들은 상기 인터페이스에서 상기 조사 영역들 각각의 둘레에 형성되고, 상기 조사 영역들의 크기 이상으로 확대되며, 상기 조사 영역들을 조사하는 상기 레이저 빔으로부터의 레이저 에너지는 상기 리프트 오프 영역들에서의 상기 제1 및 제2 층의 분리를 일으키는데 충분한, 레이저 리프트 오프 방법이 제공된다.
상기 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계는 상기 제1 및 제2 층이 상기 가공물 전체에 걸쳐 분리될 때까지 적어도 하나의 조사 영역에 대한 순차적 조사를 수행하는 단계를 포함하되, 상기 순차적 조사는 비인접할 수 있다.
본 발명의 레이저 리프트 오프 방법은 상기 순차적 조사 사이에 상기 가공물을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 레이저 리프트 오프 방법상기 순차적 조사 사이에 상기 적어도 하나의 레이저 빔을 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계는 상기 제1 및 제2 층이 상기 가공물 전체에 걸쳐 분리될 때까지 조사 패턴으로 배열된 복수의 동시적인 조사 영역의 순차적 조사를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 조사 패턴의 상기 동시적인 조사 영역은 비인접할 수 있다.
상기 복수의 동시적인 조사 영역은 원형 조사 패턴으로 배열될 수 있다.
상기 복수의 동시적인 조사 영역은 쐐기 모양의 조사 패턴으로 배열될 수 있다.
상기 순차적 조사는 상기 복수의 동시적인 조사 영역을 서로 맞물리게 함으로써 수행될 수 있다.
상기 적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계는 원시 빔을 생성하고, 복수의 빔렛을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 빔렛은 동시에 상기 비인접한 조사 영역들의 적어도 하나의 서브셋(subset)을 조사할 수 있도록 이격되는, 레이저 리프트 오프 방법이 제공될 수 있다.
상기 복수의 빔렛을 형성하는 단계는 회절 광학 소자를 통해 상기 원시 빔을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔 스팟의 적어도 일부는 선형일 수 있다.
상기 빔 스팟의 적어도 일부는 십자형일 수 있다.
상기 빔 스팟의 적어도 일부는 L자형일 수 있다.
상기 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계는, 조사 패턴으로 배열된 조사 영역을 조사하기 위해 상기 가공물 상에 복수의 빔 스팟을 동시적으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 조사 패턴을 조사하는 상기 복수의 빔 스팟은 상이한 모양들을 갖을 수 있다.
상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 초고속 레이저를 이용하여 초단파 펄스 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 초단파 펄스 레이저 빔은 펄스 폭이 10 피코초(picoseconds) 보다 작고, 파장이 약 0.35 μm 에서 1 μm 의 범위일 수 있다.
상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 펄스 지속시간이 약 200나노초 (nanoseconds) 이하인 상기 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 파장이 약 157nm 에서 355 nm의 범위를 갖는 엑시머(excimer) 레이저를 가지고 상기 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 상기 제1 및 제2 층의 상기 인터페이스에서 형성되는 상기 빔 스팟의 상기 에너지 밀도를 조절하기 위해 상기 초단파 펄스 레이저 빔을 성형(shaping)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 층은 기판 및 상기 기판 위에 형성된 적어도 하나의 필름을 포함할 수 있다.
상기 필름은 상기 가공물의 상기 기판으로부터 모놀리틱하게(monolithically) 분리될 수 있다.
상기 기판은 사파이어 기판이고, 적어도 하나의 상기 필름은 GaN 필름일 수 있다.
상기 제1 및 제2 층 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 층이 분리될 때 기계적으로 고정될 수 있다.
상기 제1 및 제2 층 중 하나는 투명한 물질로 구성되고, 상기 제1 및 제2 층 중 다른 하나는 상기 투명한 물질로부터 분리될 수 있는 흡수재(absorbent material)로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 기판으로부터 적어도 하나의 물질의 층을 분리하는 레이저 리프트 오프 방법에 있어서, 상부에 형성된 적어도 하나의 물질의 층을 구비한 적어도 하나의 기판을 제공하는 단계; 복수의 레이저 빔렛(beamlets)을 생성하는 단계; 상기 층과 상기 기판 사이의 인터페이스(interface)에서 비인접한 조사 영역들을 포함하는 조사 패턴을 상기 레이저 빔렛에 의해 형성된 빔 스팟의 패턴으로 동시에 조사하는 단계; 및 상기 층이 상기 기판으로부터 분리될 때까지, 상기 조사 패턴을 순차적인 조사를 위한 다른 위치들로 이동시키는 단계를 포함하는 레이저 리프트 오프 방법이 제공될 수 있다.
상기 조사 패턴은, 상기 조사 영역이 양의 오버래핑(overlapping), 영(0)의 오버래핑, 또는 음의 오버래핑을 갖도록 이동될 수 있다.
상기 조사 패턴은, 상기 조사 영역이 양의 오버래핑, 영(0)의 오버래핑, 또는 음의 오버래핑을 갖도록 이동되고, 상기 오버래핑은 축마다 다르게 이루어질 수 있다.
상기 조사 패턴은 가공물을 가로지르는 선형 스캐닝에 의해 이동될 수 있다.
상기 조사 패턴은 가공물을 가로지르는 서로 맞물린 스캐닝에 의해 이동될 수 있다.
상기 조사 패턴은 상기 가공물의 이동에 의해 이동될 수 있다.
상기 조사 패턴은 상기 빔렛의 이동에 의해 이동될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 물질의 층을 분리하는 레이저 리프트 오프 방법에 있어서, 물질의 적어도 제1 및 제2 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계;적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계; 상기 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 형성되고 단계적(stepwise) 방향으로 이동되는 빔 스팟으로, 상기 제1 및 제2 층 사이의 인터페이스에서의 오버랩핑(overlapping)된 조사 영역들을 조사하는 단계를 포함하되, 상기 조사 영역들은, 상기 인터페이스에서의 상당수의 위치가 동일한 수의 레이저 조사의 펄스에 노출되도록 오버랩되고,, 상기 위치에서의 상기 레이저 조사의 펄스의 수는 상기 제1 및 제2층을 분리하기에 충분한, 레이저 리프트 오프 방법이 제공된다.
상기 빔 스팟은 상기 빔 스팟 폭의 약 1/2만큼의 스텝 사이즈(step size)로 이동될 수 있다.
상기 빔 스팟과 상기 조사 영역들은 정사각형이고, 상기 인터페이스에서의 각 위치는 레이저 조사의 4개의 펄스에 노출될 수 있다.
상기 빔 스팟과 상기 조사 영역들은 6각형이고, 상기 인터페이스에서의 각 위치는 레이저 조사의 3개의 펄스에 노출될 수 있다.
상기 빔 스팟과 상기 조사 영역들은 직사각형이고, 상기 조사 영역들은 상이한 방향들에서 상이한 오버랩을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면,원시 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저;상기 원시 레이저 빔을 성형된 빔으로 성형하는 빔 셰이퍼; 및 상기 성형된 빔을 받아, 미리 정의된 패턴으로 배열된 비인접 빔 스팟들의 어레이를 생성하기 위한 스팟 어레이 생성기를 포함하는 레이저 리프트 오프 시스템이 제공될 수 있다.
상기 레이저는 초단파 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 초고속 레이저를 포함할 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는 마스크를 포함할 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는, 상기 빔을 성형하고 상기 빔의 에너지 밀도를 변경하기 위한 빔 성형 광학기를 포함할 수 있다.
상기 스팟 어레이 생성기는 홀로그래픽(holographic) 광학 소자를 포함할 수 있다.
상기 스팟 어레이 생성기는 복수의 어퍼쳐(aperture)를 구비하는 마스크를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 원시 레이저 빔을 생성하는 레이저; 상기 원시 레이저 빔을 성형된 빔으로 성형하고 상기 빔의 에너지 밀도를 변경하기 위한 빔 셰이퍼; 상기 가공물 상에 상기 성형된 빔 스팟을 스캐닝하기 위한 갈바노미터(galvanometer )를 포함하는 레이저 리프트 오프 시스템이 제공될 수 있다.
상기 레이저는 초단파 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 초고속 레이저를 포함할 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는 빔 성형 광학기를 포함할 수 있다.
상기 빔 쉐이퍼는 마스크를 포함할 수 있다.
상기 빔 셰이퍼는 빔 성형 광학기 및 마스크를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 레이저 리프트 오프 방법에 따라 분리를 제공하기 위해 충분한 에너지를 유지하는 반면 플룸(plume) 압력을 줄이기 위해, 하나 또는 그 이상의 차원에서 하나 또는 그 이상의 빔 스팟의 크기를 줄이는 것에 의하여, 최소한의 균열이 생기는 효과가 있다.
이와 같거나 또 다른 특징 및 이점은 아래의 도면들과 함께 아래의 상세한 설명에 의해 더 잘 이해될 것이다.
도 1a는 MOCVD 과정에서 GaN/사파이어 웨이퍼를 도시한 도면이다.
도 1b는 MOCVD 과정 후에 GaN/사파이어 웨이퍼의 잔류 응력의 형성을 도시하는 도면이다.
도 2a 는 355nm 의Q 스위치 Nd:YAG 레이저를 사용한 GaN/사파이어 웨이퍼의 레이저 리프트 오프의 전형적인 방법을 도시한 도면이다.
도 2b는 248nm 엑시머 레이저를 사용한 GaN/사파이어 웨이퍼 상에서 레이저 리프트 오프의 전형적인 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 는 GaN/사파이어 LED웨이퍼 상에서 355nm 의Q 스위치 Nd:YAG 레이저의 래스터 스캐닝과 다중 노광 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 GaN/사파이어 LED 웨이퍼 상의 래스터 스캐닝과 인터페이스의 모드 I 및 II의 균열의 높은 가능성을 만드는 응력의 결과를 도시하는 도면이다.
도 5는 빔 스팟을 형성하기 위한 근접장 이미징을 사용한 레이저 리프트 오프 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 층 분리를 위해 충격파를 유도하는 레이저 펄스의 사용을 도시한 도면이다.
도 7은 조사 영역과 층 분리의 단면을 도시한 도면이다.
도 8a 및 8c 는 층의 분리 상에서 다른 레이저 에너지 밀도의 영향을 도시한 도면이다.
도 9a 및 9b 는 인터페이스에 형성되는 조사 영역과 조사 영역의 둘레로 확장되는 리프트 오프 영역(LOZ)의 물질의 층을 조사하는 상대적으로 크기가 줄어든 빔 스팟의 개략도와 측면도이다.
도10a 내지 10d는 각각, 다양한 실시예에 따른, 다양한 정도의 오버랩을 가지면서 스캔 되는, 크기가 줄어든 빔 스팟을 보여준다.
도10e 및 도 10f는 각각, 비인접 조사 영역을 조사하는 레이저 빔 스팟을 형성하는 레이저 빔의 평면도 및 측면도이다.
도 11은 동시적인 비인접 조사 영역의 해당 패턴을 조사하는 비인접 레이저 빔 스팟의 패턴을 형성하는 회절 광학 소자(DOE)를 포함하는 레이저 리프트 오프 시스템의 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 다양한 실시예에 따른, 동시적인 비인접 조사 영역의 해당 패턴을 조사하는 비인접 레이저 빔 스팟의 패턴을 형성하는 마스크의 도면이다.
도 13은 비인접 조사 영역의 패턴을 조사하는 하나 또는 그 이상의 레이저 빔을 이동시키는 갈바노미터(galvanometer)를 포함하는 레이저 리프트 오프 시스템의 도면이다.
도 13a 는 선형 빔을 스캐닝하는 갈바노미터의 도면이다.
도 14a 내지 14m 는 해당 LOZ의 조사 영역으로 조사하기 위한 다양한 모양을 가지는 레이저 빔 스팟을 도시하는 도면이다.
도 15 a 내지 15 g 는 비인접 레이저 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴과, 상이한 음의 오버랩의 정도를 가지는 순차적 조사를 위한 조사 패턴을 스캐닝하는 것에 의해 형성되는 리프트 오프 패턴을 도시한 도면이다.
도 16a 내지 16e 는 비인접 레이저 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴과, 0의 오버랩과 양의 오버랩을 가지는 순차적 조사를 위한 조사 패턴을 스캐닝하는 것에 의해 형성되는 리프트 오프 패턴을 도시한 도면이다.
도 17a 내지 17c 는 비인접 레이저 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴과, 선택된 양의 오버랩을 가지는 순차적 조사를 위한 조사 패턴을 스캐닝하는 것에 의해 형성되는 리프트 오프 패턴을 도시한 도면이다.
도 18a 내지 도 18b는 비인접 원형 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 매트릭스 패턴을 도시하는 도면이다.
도 18c 내지 18f 는 다른 모양, 크기, 간격, 플루언스(fluence) 레벨을 가지는 빔 스팟의 매트릭스에 의해 형성되는 다른 조사 패턴을 도시하는 광학현미경 사진이다
도 18g 내지 18i 는 좁은 선형 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도 18j 는 작은 빔 스팟의 다중 매트릭스에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도 18k는 다중 육각형 선형 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도18l 및18m 는 다중의 각진 선형 빔 스팟에 의해 형성되는 V자 형 조사 패턴과 다중의 V자형 조사 패턴에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도 18n 은 다중의 지그재그형 선형 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다..
도 18o 는 다중의 대시 기호의 선형 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도 19a 내지 19d 는 원형 가공물 상에서 스캔되는 비인접 레이저 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도 20a 는 원형 가공물에 조사하는 나선형 패턴에서 움직이는 빔 스팟을 도시한 도면이다.
도 20b 는 원형 가공물에 조사하도록 움직이는 고리형 빔 스팟을 도시한 도면이다.
본 출원에서 설명되는 실시예로 구성된, 레이저 리프트 오프 시스템과 방법은, 분리를 제공하기 위해 충분한 에너지를 유지하는 반면 플룸(plume) 압력을 줄이기 위해, 하나 또는 그 이상의 차원에서 하나 또는 그 이상의 빔 스팟의 크기를 줄이는 것에 의하여, 최소한의 균열이 생기는 모놀리틱 레이저 리프트 오프를 제공하기 위하여 사용된다. 다양한 모양과 다양한 패턴으로 조사 영역을 조사함으로써, 레이저 리프트 오프 시스템과 방법은 레이저 에너지를 좀 더 효율적으로 사용하고, 층 분리 시 균열을 감소시키며, 생산성을 향상시킨다. 본 출원에서 설명되는 어떤 레이저 리프트 오프 시스템과 방법은 레이저 리프트 오프 영역(LOZs)으로 비인접적인 조사 영역을 조사에 의해 물질의 층을 분리한다. 본 출원에서 설명되는 다른 레이저 리프트 오프 시스템과 방법은 조사 영역을 성형하는 것 및/또는 가공물의 고르지 않은 노광을 방지하는 방식으로, 조사 영역의 오버랩을 제어하는 것에 의하여 물질의 층을 분리한다. 적어도 일 실시예에 따르면, 레이저 리프트 오프 시스템과 방법은 반도체 웨이퍼의 기판 상에서 하나 또는 그 이상의 에피택셜(epitaxial) 층을 모놀리식(monolithic )으로 제거하기 위해 사용된다.
몇몇의 전형적인 실시예에 따르면, 여기서 설명되는 레이저 리프트 오프 시스템과 방법은 GaN에피 층을 반도체 웨이퍼의 사파이어 기판에서 제거하거나 분리하는 데 사용되나, 당해 기술분야의 당업자에게 알려진 다른 타입의 기판이나 물질의 층도 사용될 수 있다. 또한 희생되는 층은 GaN(또는 다른 물질의 층)과 사파이어(또는 다른 기판의 타입) 사이에서 제공될 수 있다. 본 출원에서 설명되는 어떠한 제거 시스템 및 방법은, 제한되는 것은 아니지만, 투명 유리 상의 폴리아미드와 같은 고분자 물질을 포함한, 투명 캐리어에서 고도로 흡수하는 물질에 적용될 수 있다.
도 9a 및 9b 를 참조하면, 레이저 빔(1000)은 가공물(1001)의 물질의 하나 또는 그 이상의 층(1002, 1004)을 분리하는 데 사용된다. 레이저 빔(1000)은 적어도 한 층(1002)을 통과하여 분리되거나 제거되는 적어도 하나의 다른 층(1004)의 인터페이스(1006)에 조사한다. 여기에서 "조사"는 레이저 복사의 단파의 영역에 노광되는 것을 말한다. 인터페이스(1006)에서 레이저 빔(1000)에 의해 형성되는 빔 스팟은 노광된 레이저 조사 영역(1010)에 조사되고, 리프트 오프 영역(LOZ)(1012)에서의 층들(1002, 1004)의 분리를 가져오며, 리프트 오프 영역은 조사 영역(1010)을 넘어 확장될 수 있다. 레이저 빔(1000)이 통과하는 층(1002)(예, 사파이어)의 굴절률 역시 레이저 빛이 내부에서(미도시) 굴절되도록 하여 빔(1000)이나 층(1002)의 표면 상에서 보여지는 빔 스팟과 비교하여 층(1004) 상에 조사된 더 작은 빔 스팟을 형성하도록 할 수 있다. 스팟 크기, 스팟 간격 그리고 모놀리식 리프트 오프를 허용하는 반면 균열을 피하기 위해 아래에서 설명된 리프트 오프 방법들을 이용한 프로세스 변수를 결정하는데, 층(1004) 상의 이러한 더 작은 빔 스팟 크기가 고려될 수 있다.
레이저 펄스의 에너지는, 주로 펄스 에너지가 흡수되는 조사 영역(1010)의 층(1002, 1004)의 하나에서 물질의 어블레이션(ablation)을 야기시킨다. 이러한 어블레이션은 층들(1002, 1004)의 즉각적인 디본딩과 분리를 일으킨다. 열 에너지는 조사 영역(1010)을 넘어서 전도되기 때문에, 어블레이션 및/또는 분해는 조사 영역(1010)을 넘어 일어날 수 있고, 조사 영역(1010)을 넘는 층들(1002, 1004)의 분리(즉, LOZ(1012)를 만드는 것) 결과를 가져올 수 있다. 인터페이스(1006)에서 물질의 어블레이션은 또한 층들(1002, 1004) 사이에서 확장되고, 압력을 만들어내는 (플룸 압력이라고 불린다) 플라즈마 플룸을 만들어내며, 이는 리프트 오프 영역(1012)도 확장시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 플룸 압력이 너무 높으면, 결과적인 힘은 분리되는 하나 또는 그 이상의 층들(1002, 1004)에서 균열이 생기게 할 수 있다. 본 출원에서 설명되는 제거 시스템과 방법에 따르면, 레이저 파장, 펄스 폭, 에너지 밀도, 빔 스팟 크기, 빔 스팟 간격, 빔 스팟 어레이 패턴과 같은 레이저 조사 변수는, 열을 최소화하기 위해 플룸 압력을 최소화하는 동안 층의 적절한 분리를 제공하도록 구성될 수 있다. 적어도 어떤 실시예에서는, 레이저 조사 변수는 균열을 최소화하거나 없는 반도체 웨이퍼의 기판 상에서 GaN 층 모놀리식 리프트 오프를 제공하도록 구성될 수 있다.
플룸 압력은, 인터페이스(1006)에서 펄스 당 어블레이트되는 물질의 부피의 함수이며(또한 상호 부피라고도 한다), 이는 조사 영역(1010)의 면적과 어블레이션 깊이와 관련된다. 예를 들어, 더 높은 어블레이션 비율은 물질의 더 큰 부피를 제거할 수 있고, 더 높은 플룸 압력을 만들 수 있다. 상호 부피를 줄일 수 있는 한 방법은 레이저 빔(1000)의 크기를 줄여, 빔 스팟의 크기를 줄이는 것이다. 스팟 크기를 줄이는 것이 조사 영역(1010)에 적용되는 펄스 에너지를 줄이는 반면, 그 넓이 이외에도 어블레이션 깊이가 줄어들 수 있다. 예를 들어, 도 9b에서 보여지듯이, 레이저 빔(1000)은 레이저 빔(10)보다 더 작으며, 더 작은 넓이와 더 낮은 펄스 에너지를 가지면서 빔 스팟(그리고 조사 영역)을 형성한다. 어블레이션 깊이를 줄이는, 조사 영역의 더 작은 넓이와 더 낮은 펄스 에너지의 결과로서, 더 작은 빔(1000)의 펄스에 의해 어블레이트되는 물질(1011)의 부피는 더 큰 빔(10)의 펄스에 의해 어블레이트 되는 물질(11)의 부피보다 작다.
따라서, 빔은 분리되는 물질들(1002, 1004)의 허용되는 응력 수준에 맞도록 빔 스팟 크기를 줄이기 위해 조절될 수 있다. 다양한 빔 스팟의 크기는 예를 들어 물질의 타입, 층의 두께, 분리되는 넓이에 따라 달라질 수 있다. 사파이어 기판으로부터 에피(epi) 층의 가능한 모놀로식 리프트 오프로 알려진 작은 빔 스팟의 예들은 100 x 100 마이크론 스퀘어 빔과 200 x 200 마이크론 스퀘어 빔이 있다. 아래에서 더 자세히 서술되겠으나, 타겟 상에서 줄어든 크기의 빔 스팟의 개수는 더 높은 처리량을 얻기 위해 확장될 수 있으며, 균열을 최소화하는 반면 분리를 허용하기 위하여 다양한 간격(예를 들어, 오버랩핑이 양, 음 또는 0이 되도록)이 조사 사이에서 사용될 수 있다. 간격 또는 오버랩핑은 또한 다른 축과 스캔 방향에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 축에서 빔 발산 및/또는 축을 따르는 내부 응력에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 균질기를 통과하는 빔은 비대칭 지점 확산 함수를 가질 수 있으며, 이로써 빔 프로파일은 X 축 보다 Y 축을 따라 더욱 날카로울 수 있다. 그러한 빔은 X 축을 따라 양의 오버랩을 가지며 Y 축을 따라 0 또는 음의 오버랩을 가진다.
상호 볼륨(interaction volume)을 바꾸는 또 다른 방법은 다른 파장 및/또는 펄스 지속시간이나 폭을 사용하는 것이다. 물질적 특성에 따라, 어블레이션 깊이는 광학적 침투 깊이 및/또는 열적 침투 깊이와 관련될 수 있다. 파장을 바꾸는 것은 광학적 침투 깊이에 영향을 주며, 펄스 폭을 바꾸는 것은 광학적 침투 깊이와 열적 침투 깊이 모두에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 더 높은 광자 에너지를 갖는 더 짧은 파장은, GaN 와 같은 특정 물질에 대해, 더 좋은 흡수력과 더 얕은 과학적 침투 깊이를 제공할 수 있다. 더 작은 펄스 폭은 확산 효과를 줄이며, 펄스가 물질로 열이 전도되어 열적 침투 깊이를 감소시키는 데 걸리는 시간 보다 더 짧은 시간 안에 전달 되기 때문이다. 더 작은 펄스 폭은 또한, 더 높은 흡수력과 특정 경우에서 광학적 침투가 감소되는 결과를 가지면서 비 선형 효과를 증가시킨다. 예를 들어, 물질에 따라, 248nm 또는 193nm의 나노초 엑시머 레이저나 초단파 레이저(1ns보다 짧은 펄스 지속시간을 가지는)가 적절한 어블레이션 깊이를 제공하는 데 사용될 수 있다.
상호 볼륨을 바꾸는 더 나아가는 방법은 조사 영역(1010)을 조사하는 빔 스팟의 에너지 밀도를 조절하는 것이다. 어블레이션은, 에너지 밀도가 특정 물질과 파장에 대한 어블레이션 임계점 이상일 때 일어난다. 에너지 밀도가 증가하면, 더 큰 상호 볼륨의 결과를 낳으면서, 흡수 깊이가 증가한다. 일반적으로, 에너지 밀도는 넓이를 넘는 에너지이며 에너지나 빔의 넓이 중 어느 하나를 바꿈으로써 조절할 수 있다. 예를 들어, 에너지 밀도는 감쇠기를 이용하는 것에 의하거나 또는 빔 성형 광학기로 빔을 성형하는 것에 의하여 레이저 파워를 조절함으로써 제어될 수 있다. 이는 아래에서 저 자세하게 설명될 것이다. 따라서, 가공물 상의 빔 스팟의 에너지 밀도는 특정 물질에 대한 플루언스(fluence)와 커플링 효과를 최적화 하는 것, 적절한 어블레이션 깊이를 제공하는 것, 및/또는 제거되는 층에서의 열량을 조절하는 것을 위해서 변화될 수 있다.
파장, 펄스 폭, 에너지 밀도와 같은 레이저 조사 변수는 분리되는 물질의 타입에 따라 달라진다. 예를 들어, 248nm의 레이저 파장은 GaN를 사파이어에서 분리하기에 적합하다. 왜냐하면, 248nm의 광자 에너지(5eV)는 GaN (3.4 eV) 와 사파이어 (9.9 eV)의 밴드갭 사이에 있기 때문이다. 따라서, 248nm 방사는 사파이어에서보다 GaN에서 더욱 잘 흡수되며, 선택된 흡수는 레이저 방사가 사파이어를 통과하고 GaN를 어블레이트하여 분리를 일으키도록 한다. 248nm의 파장에서, GaN의 어블레이트 임계점은 약 3 J/cm2 이다.
당해 기술에서의 통상의 기술자에게 다른 레이저 파장이 다른 타입의 물질을 분리하는 데 사용될 수 있음은 자명하다. 예를 들어, 버퍼층은 사파이어 기판과 GaN 층 사이에서 사용되어, GaN의 에피택셜 성장이 용이해질 수 있다. 버퍼층의 예는 GaN 버퍼층과 AlN 버퍼층을 포함한다. AlN 버퍼층이 사용되는 경우, 193 nm 레이저가 사용될 수 있으며, 이는 193 nm 레이저 빛의 광자 에너지(6.4eV)가 사파이어(9.9 eV) 와 AlN (6.1 eV)의 밴드갭 사이에 있기 때문이다.
도 10a 내지 10e를 참조하면, 균열을 최소화하면서 가공물의 층의 모놀로식 분리를 허용하기 위하여, 조사 영역 사이의 다양한 간격으로 다중 조사 영역(1010a 내지 d)에 방사되는 데, 하나 또는 그 이상의 크기가 줄어든 빔 스팟이 사용될 수 있다. 도 10a 내지 d는, 빔 스팟이 가공물에 대해 단계적으로 움직일 때, 오버랩의 다양한 정도를 갖는 단일 빔 스팟을 사용하는 순차적인 방사에 의해 형성된 조사 영역(1010a 내지 d)을 보여준다. 네 조사 영역(1010a 내지 d)은 도면의 목적으로 보여지나, 다중 조사 영역은 가공물의 층을 분리하기 위해, 가공물 전체에 걸쳐 순차적으로 형성될 수 있다. 빔 스팟을 가공물에 대해 단계적으로 움직이기 위하여, 빔은 가공물에 상대적으로 움직이거나 가공물이 빔에 대해 상대적으로 움직일 수 있다. 이는 아래에서 자세하게 서술될 것이다. 빔 스팟은 또한 가공물에 대한 단계적 방향이 아닌 다른 방향이나 패턴으로 움직여질 수 있다. 이는 아래에서 더욱 자세하게 설명될 것이다.
도 10a에서 보여지듯이, 예를 들어, 조사 영역(1010a 내지 d)은 오버랩 0을 갖는다(즉, 각 단계는 대체로 빔 스팟의 폭과 같다). 다시 말하면, 층들 사이의 인터페이스에 따른 각 위치는 단일 샷 또는 펄스 레이저 방사에 노광된다. 에피택셜 층이 사파이어 기판으로부터 분리되는 한 예에서, 1 J/cm2 에서 스팟 크기가 약 227 마이크론에서 213 마이크론 정도인 단일 빔 스팟이 오버랩이 0이도록 사용될 수 있으며, 적용된 펄스 주기가 약 400 Hz인 때에 약 3 분에 웨이퍼 2 인치를 제거할 수 있다.
도 10b 및 10c에서 보여지듯, 조사 영역(1010a 내지 d)은 양의 오버랩을 가짐으로써, 층 간의 인터페이스에 대한 각 위치는 다중 샷 또는 펄스 레이저 조사에 노광될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양의 오버랩이 조절됨으로써, 각 위치가 동일한 수의 펄스에 노광되어 가공물의 불균형적인 노광을 피할 수 있다. 도 10b에서 보여지듯이, 정사각형 빔 스팟은 스텝 크기가 빔 스팟의 폭의 약 1/2인 것을 사용하여, 각 위치가 4 샷 또는 펄스 레이저 방사에 노광될 수 있다. 다른 모양의 빔 스팟도 오퍼랩을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 도 10c에 따르면, 예를 들어, 육각형 빔 스팟은 빔 스팟 폭의 약 1/2인 스텝 크기를 사용하여, 각 위치가 3 샷 또는 펄스 레이저 방사에 노광될 수 있다. 에너지 밀도는 (예를 들어, 대략 어블레이션 임계점에서) 조절되어, 균열을 야기하지 않고 다중 펄스가 분리를 일으키도록 할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 조사 영역은 가장자리에서 점진적으로 감소하는 에너지 밀도를 가질 수 있으며, 가장자리에서만 오버랩될 수 있고, 이로써 오버랩된 부분의 결합된 에너지 밀도는 균열 없이 분리되는 데 최적화 된다. 이러한 실시예에서, 가장자리에서 에너지 밀도를 감소시키는 빔 스팟을 형성하기 위해 그라디언트(gradient) 마스크를 사용할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 좁은 선형 빔은, 0 또는 상대적으로 작은 양(positive)의 오버랩핑을 가지도록, 가공물의 부분 또는 가공물의 전체에 대해 스캔될 수 있다. 그러한 좁은 선형 빔은 좁은 선형 빔의 폭에 대해 균질함 없이도 리프트 오프를 수행할 수 있다. 일 예에서, 좁은 선형 빔은 약 52nm의 길이와 약 20마이크론의 폭을 가질 수 있고, 약 1 J/cm2의 에너지 밀도에 적용될 수 있다. 펄스 주기가 400Hz인 엑시머 레이저로 생성된 그러한 좁은 선형 빔을 사용하는 것은 속도가 8mm/x이고 약 10초 안에 웨이퍼에서 에피 층을 분리하도록 할 수 있다. 좀 더 좁은 폭의 선형 빔이 사용될 수도 있다.
도 10d에서 보여지듯, 조사 영역(1010a내지 d)은 비인접이거나 음의 오버랩으로 간격을 띄울 수 있다(즉, 스텝 크기는 빔 스팟의 폭보다 크다). 여기에서, "비인접" 이란, 오버랩되거나 닿지 않는 영역을 말한다. 본 실시예에서, 빔 스팟은 리프트 오프 영역이 조사 영역을 넘어서 확장되도록 하는 크기 및/또는 모양을 갖는다. 따라서, 이웃한 비인접 조사 영역(1010a내지 d)은 층의 분리를 일으키면서도 가능한 넓게 간격을 띄우는 것으로 분리될 수 있다. 피치 또는 분리는 분리되는 물질의 타입, 조사 영역에 대한 리프트 오프 영역의 크기, 그리고 다른 레이저 프로세싱 변수에 따라 달라질 수 있다. 에피택셜 층이 사파이어 기판에서 분리되는 하나의 예에서, 크기가 줄어든 단일한 빔 스팟(예를 들어, 약200 x 200 마이크론)은 스텝 사이즈나 피치보다 약 3 마이크론 만큼 더 작다.
도 10a 내지 10d는 단일 빔 스팟이 가공물에 걸쳐 순차적인 조사를 행하는 것을 보여주나, 크기가 줄어든 다중 빔 스팟의 어레이나 패턴은 동시적인 조사를 행하기 위해서도 형성된다. 어레이나 패턴 내의 크기가 줄어든 빔 스팟은 다양한 정도의 간격과 피치를 가질 수 있다. 빔 스팟의 어레이나 패턴은, 단일 빔 스팟과 유사하게 다양한 오버랩(즉, 0의 오버랩, 양의 오버랩, 또는 음의 오버랩)으로 순차적인 조사를 제공하는 데에도 사용될 수 있다. 도 10a 내지 10d는 0의 오버랩, 양의 오버랩, 또는 음의 오버랩 중 어느 하나의 순차적인 조사를 보여주나, 이들 오버랩의 다양한 조합은 다른 축이나 스캔 방향에서 사용될 수 있다.
도 10e 및 도 10f에 보여지듯, 예를 들어, 다중 빔이나 빔렛(1000a 내지 d)은 다중 비인접 조사 영역(1010a 내지 d)을 동시에 조사하는, 크기가 줄어든 빔 스팟의 어레이를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 빔 스팟의 어레이는, 리프트 오프 영역(1012a 내지 d)이 조사 영역(1010a 내지 d) 각각을 넘어 확장되고 층들(1002, 1004)이 조사 영역(1010a 내지 d) 오버랩핑됨 없이 분리될 수 있도록 하여 그 결과 다중 노광 때문에 생기는 균열을 피할 수 있도록, 모양과 크기를 가질 수 있다. 비인접 조사 영역(1010a 내지 d)이 더 큰 리프트 오프 영역(1012a 내지 d)을 가지는 경우, 예를 들어, 총 리프트 오프 영역은 하나의 큰 레이저 빔 스팟(10)과 동등하다.
위에서 논의한 바대로, 플룸 압력은 더 작은 빔 크기 및/또는 상호 볼륨을 줄이는 다른 것에 의하여 줄어든다. 복수의 비인접 조사 영역(1010a 내지 d)은 동등한 큰 빔 스팟(10)의 플룸 압력보다 작은 플룸 압력으로 조사된다. 왜냐하면, 리프트 오프 영역1012a 내지 d)이 더 작은 상호 볼륨의 같은 넓이에 전파되기 위해서 더 작은 에너지를 허용하기 때문이다. 비인접 조사 영역(1010a 내지 d)의 어레이를 형성하는 것은, 더 작은 에너지를 갖는 더 큰 총 리프트 오프 영역을 허용한다. 빔 스팟의 크기와 간격은, 최소의 압력과 응력으로 분리를 제공하기에 적절한 에너지 밀도의 양에 따라 달라질 수 있다.
비인접 조사 영역(1010a 내지 d)의 상응하는 패턴을 동시적으로 조사하는 빔 스팟의 패턴을 이용하는 것은 각 조사의 총 리프트 오프 영역을 증가시키고, 층 상의 플룸 압력과 응력을 낮출 뿐만 아니라 제거 속도를 증가시킨다. 큰 리프트 오프 영역의 비인접 조사 영역을 보여주는 도 10E 및 10F에도 불구하고, 빔 스팟의 어레이나 패턴은 조사 영역과 상당히 같은 리프트 오프 영역의 비인접 조사 영역을 조사할 수 있다. 빔 스팟과 조사 영역의 다양한 모양과 패턴은 아래에서 더 자세히 설명된다.
레이저 빔(1000a 내지 d) 및/또는 가공물(1001)은 움직여짐으로써, 빔 스팟의 어레이가 가공물(1001) 주변의 다른 위치에서 조사를 수행하여 층들(1002, 1004)을 분리할 수 있다. 빔 스팟의 어레이나 패턴은, 예를 들어, 위에서 설명된 단일 빔 스팟과 유사하게, 다양한 정도의 오버랩핑 조사에 대한 단계적인 방향으로 스캔되고 움직여질 수 있다. 다양한 스캐닝 전략은 분리 과정의 결과(즉, 어떤 행이나 가공되지 않은 영역을 남겨두고 그리고 나서 그러한 가공되지 않은 영역을 채우는 것)로서 나타나는 응력을 최소화 하기 위하여 가공물(1001)에 대해 사용될 수 있다. 다양한 패턴과 스캐닝 기술은 아래에서 더 자세하게 보여지고 설명된다.
레이저 리프트 오프의 실시예는 도 11 내지 13에서 보여진다. 일반적으로, 레이저 리프트 오프 시스템은 원시 빔을 생성하는 레이저 및 그 빔을 수정하고 가공물(1001)로 수정된 빔(또는 빔렛)을 전달하는 빔 전달 시스템을 포함한다. 도 11에서 보여지듯, 레이저 리프트 오프 시스템(1101)은 원시 레이저 빔(1211)을 생성하는 레이저(1120), 성형된 레이저 빔(1123)을 생산하는 빔 셰이퍼(1122) 그리고 다중 성형 빔렛(1100a 내지 d)를 형성하는 회절 광학 소자(1124)를 포함할 수 있다. 레이저 리프트 오프 시스템(1101)의 빔 전달 시스템은 또한 하나 또는 그 이상으로 레이저 빔을 반사하는 반사 요소(1126)를 포함할 수 있다.
레이저(1120)는 제한되는 것은 아니나, 적절한 파장에서 엑시머 레이저, DPSS 레이저, 광섬유 레이저 또는 초고속 레이저를 포함한다. 초고속 레이저는 일반적으로 펄스 지속시간을 1ns보다 작게 하여 초단 펄스를 발사하는 레이저이다. 즉, 펨토초(femtoseconds) 또는 피코초(picoseconds)의 지속 시간을 갖는 것이다. 초고속 레이저는 다양한 파장(예를 들어, 약0.35 ㎛, 0.5 ㎛ 또는 1㎛ 또는 그 사이)과 다양한 초고속 펄스 폭(예를 들어, 약 10ps 이하)의 레이저 빔(1000)을 생성하는 것일 수 있다. 파장 및/또는 펄스 폭을 바꿀 수 있는 초고속 레이저를 사용하는 것은 상술한 어블레이션 깊이와 상호 부피를 조절할 수 있다. 초고속 레이저의 한 예는 TRUMPF 에서 가능한 트루마이크로(Trumicro) 시리즈 5000 피코초 레이저이다.
빔 셰이퍼(1122)는 예를 들어, 원시 빔(1121)이 구멍을 통과할 때, 성형 레이저 빔(1123)의 바람직한 빔 셰이퍼를 만드는 구멍이 있는 마스크를 포함할 수 있다. 빔 셰이퍼(1122)는 또한 마스크 전에 원시 빔(1121)이나 마스크 후의 성형 빔(1123)의 모양 및/또는 크기를 바꾸는 빔 성형 광학기(예를 들어 렌즈)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 빔 셰이퍼(1122)는 빔 스팟의 에너지 밀도를 제어할 수 있는 빔 성형 광학기를 포함할 수 있으며, 예를 들어, in U.S. 특허 No. 7,388,172에서 자세히 설명되고 본 출원에서 전부 참조된 것일 수 있다. 빔 셰이퍼(1122)는 레이저 파워를 조절해야 하는 것 없이, 가공물 상의 빔 스팟의 에너지 밀도를 다양하게 하는 데(예를 들어, 흡수 깊이와 상호 부피를 줄이는 데) 사용될 수 있다. 빔 셰이퍼(1122)는, 마스크 사용 없이 성형 레이저 빔(1123)의 바람직한 빔 모양을 만드는 빔 성형 광학기를 더 포함할 수 있다. 가공물 상의 빔 스팟의 모양과 크기와 빔의 에너지 밀도를 조절하는 데에 빔 셰이퍼(1122)(예를 들어, 마스크 및/또는 빔 성형 광학기)를 사용하는 것은 에너지의 전파의 깊이와 에너지의 기하학적 전파 조절을 할 수 있게 한다.
회절 광학 소자(1124)는 성형 레이저 빔(1123)을 빔렛(1100a 내지 d)으로 분할하기 위해 회절의 원리를 사용하는 회절 홀로그래픽 광학 소자(HOE)를 포함할 수 있다. 빔렛(1100a 내지 d)은 비인접 조사 영역(1010)의 패턴을 동시적으로 조사하는 빔 스팟의 어레이를 형성한다. HOE 는 주로 성형 빔(1123)의 에너지 모두를 이용하여 빔렛(1100a 내지 d)을 형성한다. 리프트 오프 영역이 빔 스팟의 조사 영역을 초과하면, 단일한 큰 빔 스팟을 이미지화하는 마스크를 사용하는 것에 비하여 더 작은 빔렛의 패턴을 형성하기 위해 HOE를 사용함에 있어 성형 빔(1123)의 에너지는 더 효과적으로 큰 영역 이상으로 전파될 수 있다. 작은 빔 스팟의 어레이를 형성하기 위해 HOE 를 사용하면 균질기로 레이저 빔을 균질화할 필요도 피할 수 있다. 하나의 예시에서는, 같은 레이저 빔으로 형성된 단일한 빔 스팟의 리프트 오프 영역보다 4배 더 큰 총 리프트 오프 영역에서, HOE는 레이저 빔으로부터 스팟 어레이를 생성할 수 있다. 홀로그래픽 광학 소자의 일 실시예는 빔 스팟 크기와 HOE로 형성된 빔 스팟의 어레이나 패턴의 간격(또는 피치)을 조절할 수 있다.
도 12a 및 12b에서 보여지듯, 구멍의 어레이가 있는 마스크(1128)는 빔 스팟의 어레이나 패턴을 형성하기 위해 사용된다. 하나 또는 그 이상의 레이저 빔은, 마스크(1128)의 구멍을 통과하는 빔렛(1100a 내지 d)을 형성하기 위해 마스크(1128)를 비출 수 있다. 마스크(1128) 상의 구멍의 모양, 크기 그리고 간격은 타겟 상의 빔렛(1100a 내지 d)에 의해 만들어지는 빔 스팟의 모양, 크기, 그리고 간격을 결정한다. 도 12a 에서 보여지는 일 실시예에서, 단일한 균질화된 빔(1123)은 마스크(1128)를 비추는 데 사용될 수 있다. 도 12b 에서 보여지는 또 다른 실시예에서, 다중 빔렛(1123a 내지 d)은 마스크(1128)를 비추어, 빔렛(1123a 내지 d)이 마스크(1128)의 구멍에 맞는 최적의 비춤을 제공할 수 있으며, 이로써 마스크(1128)에 의해 막히는 빔 에너지의 양을 줄이고 빔 이용 인수를 증가시킬 수 있다. 스팟 어레이 생성의 다른 타입도 빔 스팟의 어레이를 형성하는 데 사용될 수 있다.
레이저 리프트 오프 시스템(1101)은 모션 스테이지(1130)를 포함할 수 있으며, 이는 가공물(1001)을 지지하고, 가공물(1001)을 순차적인 조사를 위해 위치시키는 것이다 모션 스테이지(1130)는 가공물(1001)을 X-Y 방향 및/또는 가공물(1001)을 회전하는 방향으로 이동시킬 수 있는 X-Y 및/또는 세타(theta) 포지셔닝 스테이지일 수 있다. 모션 제어 시스템(미도시)은 레이저 조사와 가공물(1001)의 위치결정을 조절하기 위해 레이저(1120)과 모션 스테이지(1130)로 결합된 것일 수 있다. 예를 들어, 파이어 온더 플라이(fire on the fly) 기술을 사용할 수 있다.
레이저 리프트 오프 시스템(1101)은 균열을 최소화 하여 층이 분리되도록 하는 방식을 조절할 수 있다. 가공물(1001)에 대한 리프트 오프 과정으로 기판(1002)이 분리되는 경우, 응력이 발생하면, 가공물(1001)의 부분이 리프트 오프되는 반면 가공물(1001)의 부분은 그렇지 않기 때문이며, 이는 앞쪽 리프트 오프에서 균열을 증가시킨다. 레이저 리프트 오프 시스템(1101)은, 리프트 오프 과정이 일어날 때에 기판(1002)을 아래로 기계적으로 홀딩하기 위해 하나 또는 그 이상의 가공물 홀더(1136)(예를 들어 클램프)를 포함할 수 있다. 가공물(1001)의 가장자리는 처음으로 노광될 수 있고, 예를 들어, 그 다음에 가공물(1001)의 내부 부분을 프로세싱하는 때에는 가공물 홀더(1136)가 가장자리를 아래로 홀드할 수 있다. 또는, 사파이어의 얇은 조각과 같이 다른 투명한 물질은 가공물(1001)로 사용될 수 있으며, 이는 레이저가 리프트 오프를 수행하기 위해 통과하고 리프트 오프의 결과로서 휘어지는 것을 기계적으로 막을 수 있도록 한다. 기판에 압력을 가함으로써, 전반적인 응력과 리프트 오프 과정에서 야기된 관련된 균열이 최소화되고, 그리하여 LED 생산의 수율을 높일 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 도 13에서 보여지듯이, 레이저 가공 시스템(1301)은 갈바노미터(1326)를 포함하여, 비인접적 조사 영역(1010)의 패턴을 제공하기 위해 가공물(1001) 상의 하나 또는 그 이상의 빔 스팟을 스캔할 수 있다. 갈바노미터(1326)는 모션 스테이지로 가공물(1001)이 움직이는 것 대신에 또는 그것과 더불어 사용될 수 있다. 갈바노미터(1326)는 레이저 빔을 스캐닝하는 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 1-D 또는 2-D 갈바노미터일 수 있다. 빔 스팟을 스캔하기 위해 갈바노미터(1326)를 사용하는 것은 빔 스팟이 가공물(1001)에서 이동하는 속도를 증가시키며, 이로써 리프트 오프 속도를 증가시킨다. 이러한 레이저 리프트 오프 시스템(1301)의 실시예에서, 빔 셰이퍼(1322)(예를 들어, 마스크 및/또는 빔 성형 광학기)는 갈바노미터(1326) 전에 사용되어 가공물(1001) 검사 및/또는 빔 스팟의 에너지 밀도 조절을 위한 바람직한 빔 스팟의 모양을 제공할 수 있다. 도 13a는 갈바노미터(1326)가 선형 빔을 스캔하는 실시예를 보여준다.
도 14a 내지 14m 은 빔 스팟과 조사 영역(1010)의 다양한 가능한 모양을 보여준다. 빔 스팟의 크기와 에너지밀도와 분리되는 물질에 따라, 각 조사 영역(1010)은 깨진 선에서 보여지는 해당 리프트 오프 영역(LOZs)(1012)을 가질 수 있다. 빔 스팟의 크기와 에너지 밀도는 LOZ(1012)가 필수적으로 조사 영역(1010)과 동일하도록 조절될 수 있다. 가능한 모양은 제한하는 것은 아니나, 정사각(FIG. 14a), 원(FIG. 14b), 직사각 선형(FIG. 14c), 삼각형(FIG. 14d), 십자(FIG. 14e), L 모양(FIG. 14f), 빈 정사각(FIG. 14g), 빈 원(FIG. 14h), 육각(FIG. 14i), 타원 선형(FIG. 14j), 그리고 원호(FIG. 14k)일 수 있다. 리프트 오프 영역이 최대화된 어플리케이션에서, 조사 영역에 비해 최대로 또는 상대적으로 큰 리프트 오프 영역을 제공하는 데 사용될 수 있다. 빔 스팟은 마스크 및/또는 빔 쉐이핑 광학기를 사용하여 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
빔 스팟은 또한 정사각(도 14l)과 두 개의 L 모양(도 14m)으로 함께 L 모양과 같이 보완적인 결합에 의해 만들어질 수 있다. 다양한 모양의 조합은 함께 형성되어, 예를 들어, 해당 조사 영역에 상응하여 형성되는 총 리프트 오프 영역을 최대화하기 할 수 있다.
다중 비인접 빔 스팟은 가공물 상에서 동시에 조사되며, 이로써 해당 조사 영역이 조사 패턴을 형성한다. 조사 패턴은, 가공물의 제거를 달성하는 다중 순차적 조사 패턴을 포함하는 리프트 오프 패턴을 형성하면서, 조사 패턴의 조사 영역의 순차적 조사에 의하여 스캔되거나 가공물 건너편 다양한 위치에 놓일 수 있다. 각 순차적 조사는 가공물의 다양한 위치에서의 조사 패턴의 단일 펄스 레이저 에너지를 포함할 수 있다. 순차적 조사는 다양한 오버랩(예를 들어, 0의 오버랩, 양의 오버랩, 음의 오버랩)을 가질 수 있으며, 이는 다른 축과 스캔 방향으로 달라질 수 있다.
도 15a 내지 15g는 비인접 빔 스팟의 어레이나 패턴으로 형성되는 다양한 조사 패턴을 나타내고 있으며, 그리고 조사 영역의 다양한 정도의 음의 오버랩을 갖는 가공물에 걸쳐 이루어지는 조사 패턴의 스캐닝과 위치결정으로 형성되는 다양한 리프트 오프 패턴을 나타내고 있다. 도 15a 내지 15g에서 보여지는 조사 패턴에서, 조사 영역을 넘어 확대되는 리프트 오프 영역의 개념은 조사 패턴이 그 조사 영역의 음의 오버랩으로 스캔될 수 있도록 한다. 조사 패턴이 조사 영역을 넘어 확대되는 해당 리프트 오프 영역(깨진 선 안에)과 함께 보여지나, 리프트 오프 영역은 보여지는 것 보다 다른 크기를 가질 수 있다.
도 15a는 각각의 LOZ가 닿고 오버랩핑되도록 놓여진 정사각형 비인접 빔 스팟의 열에 의하여 형성되는 조사 패턴(1500a)을 나타낸다. 조사 패턴(1500a)에 의해 형성되는 총 리프트 오프 영역은 라인을 형성한다. 그 조사 패턴(1500a)은 다른 리프트 오프 패턴을 형성하기 위하여 순차적인 조사로 가공물에서 스캔될 수 있다. 조사 패턴(1500a)은 순차적인 조사의 리프트 오프 영역이 닿거나 최소한의 오버랩을 가지면서 리프트 오프 패턴(1502a)을 제공하기 위해 스캔될 수 있다. 조사 패턴(1500a)은 또한 순차적인 조사의 리프트 오프 영역이 오버랩핑 되도록 리프트 오프 패턴(1504a)을 제공하기 위해 스캔될 수도 있다. 순차적 패턴(1500a)은 순차적 조사의 조사 영역이 연속적이도록 리프트 오프 패턴(1506a)을 제공하기 위해 스캔될 수도 있다.
도 15b는 직사각형 비인접 빔 스팟의 열에 의해 형성되는 조사 패턴(1500b)을 나타내며, 이는 조사 패턴(1500a)과 유사하게 가공물에서 스캔될 수 있다. 이 조사 패턴(1500b)은 가공물에서 스캔되는 좁은 선형 빔과 동등할 수 있다.
도 15c는 각각의 리프트 오프 영역이 닿거나 오버랩핑 되도록 놓여진 정사각형 비인접 빔 스팟의 다중 열에 의해 형성되는 조사 패턴(1500c)을 도시한다. 조사 패턴(1500c)은 또한 순차적 조서의 리프트 오프 영역의 다양한 정도의 오버랩을 가지면서 리프트 오프 패턴 (1502c, 1504c, 1506c)을 제공하기 위하여 스캔될 수 있다. 두 개의 열만 도시되었으나, 조사 패턴(1500c)은 두 개보다 더 많은 정사각 비인접 빔 스팟 열을 포함할 수 있다.
도 15d는 각각의 리프트 오프 영역이 닿거나 오버랩핑 되도록 놓여진 정사각형 비인접 빔 스팟의 시차를 둔 다중 열에 의해 형성된 조사 패턴(1500d)을 도시하고 있다. 이 조사 패턴(1500d)은 순차적 조사의 리프트 오프 영역의 다양한 정도의 오버랩을 가지면서 리프트 오프 패턴(1502d, 1504d, 1506d)을 제공하기 위해서도 스캔될 수 있다.
도 15e는 삼각형 패턴을 따라 배열되고 각각의 리프트 오프 영역이 닿거나 오버랩핑 되도록 놓여진 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성된 조사 패턴(1500e)을 도시하고 있다. 이 조사 패턴(1500e)은, 패턴(1502e) 제거와 같이, 순차적 조사의 리프트 오프 영역의 다양한 정도의 오버랩을 가지면서 리프트 오프 패턴을 제공하기 위해서도 스캔될 수 있다.
도 15f는 다이아몬드 패턴으로 배열되고 각각의 LOZ가 닿거나 오버랩핑 되도록 놓여진 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성된 조사 패턴(1500f)을 도시하고 있다. 이 조사 패턴(1500f)은, 패턴(1502f) 제거와 같이, 순차적 조사의 리프트 오프 영역의 다양한 정도의 오버랩을 가지면서, 리프트 오프 패턴을 제공하기 위해서도 스캔될 수 있다. 삼각형 조사 패턴(1500e)과 다이아몬드형 조사 패턴(1500f)은, 층 분리를 위해 스캔되는 때에, 포인트 응력을 감소시킬 수 있다.
조사 패턴을 단계적으로 가공물에 대해 한 방향으로 선형적 스캐닝하는 대신, 조사 패턴이 가공물에 대해 다른 방향으로 놓여질 수 있다. 도 15g는 열린 정사각 패턴을 따라 배열된 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴 (1500g)을 도시하고 있다. 이러한 조사 패턴 (1500g)에서, 조사 영역 둘레의 리프트 오프 영역이 비인접적이도록 빔 스팟이 놓여진다. 이 패턴은 순차적인 조사를 서로 맞물리게 하도록 다른 위치에서 형성된다. 보여지듯이, 이러한 조사 패턴 (1500g)에서의 빔 스팟은, 조사 영역의 어레이를 채우기 위해 많은 단계(즉, 순차적인 조사)가 요구되도록 놓여지게 된다. 예를 들어, 조사 패턴 (1500g)의 제2 단계는 패턴 (1502g)를 형성하고, 조사 패턴 (1500)의 제3 단계는 패턴 (1504g)을 형성하며, 조사 패턴 (1500)의 제4 단계는 층 분리의 결과를 가져오는 완벽한 패턴 (1506g)의 제거를 형성한다. 조사 패턴 (1500g)이 조사의 온/오프 영역을 제공하는 이러한 타입의 맞물려있는 스캐닝 기술을 사용하면, 층의 분리는 조금 더 순차적으로 가공물의 영역에 걸쳐서 진행될 수 있고, 이로써 기판으로부터 층을 떼어내는 것에 의해 야기되는 응력을 최소화할 수 있다. 하나의 예에서, 조사 패턴(1500g)은 중심이 500 마이크론의 간격이 되는100 마이크론 스퀘어의 빔 스팟 어레이를 포함할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는, 조사 패턴이 조사 영역 간에 0의 오버랩을 가지도록 스캔되거나 오버레이될 수 있도록 놓여진 빔 스팟의 어레이에 의해 형성되는 조사 패턴을 도시하고 있다. 이러한 조사 패턴에서, 리프트 오프 영역은 조사 영역을 넘어서 확장되지는 않는다. 도 16a는, 대략 빔 스팟의 폭만큼 간격을 두어 놓여진(예를 들어, 200 마이크론에 의한 200 x 200 마이크론) 두 개의 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴(1600a)을 도시하고 있다. 조사 패턴(1600a)은 각 단계가 대체로 정사각 빔 스팟의 폭이 같도록 단계적으로 스캔될 수 있으며, 이로써 조사 영역은 단계의 방향대로 인접하게 될 수 있다. 조사 패턴(1600a)의 단일 단계(1601a)는 순차적 조사 영역의 두 개의 로(row)를 형성하며, 조사 영역은 조사되거나 프로세스되지 않은 로(row)를 따라 놓여지게 된다. 조사 패턴(1600a)은 조사하거나 프로세스되지 않은 로(row)를 채우기 위해 또 다른 단계로 스캔될 수 있고, 층들의 분리를 야기하는 조사 영역의 완벽한 리프트 오프 패턴(1602a)을 형성할 수 있다. 조사 패턴(1600a)이 도 16a에서 보여지듯이, 하나의 빔 스팟과 동등하게 놓여지는 두 개의 정사각형 빔 스팟에 의해 형성되었으나, 유사한 조사 패턴은, 하나의 빔 스팟의 간격 또는 몇 개의 빔 스팟의 간격으로 놓여지는 두 개 보다 더 많은 빔 스팟에 의해 형성될 수 있다.
도 16b는, 대략 빔 스팟의 폭과 동등한 간격으로, 시차를 두거나 지그재그 패턴으로 배열된, 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴(1600b)을 도시한다. 조사 패턴(1600b)은 대체로 각 단계가 정사각 빔 스팟의 폭과 같도록 단계적으로 스캔되어, 조사 영역이 단계 방향으로 인접하고, 이로써, 층들의 분리를 일으키는 조사 영역의 리프트 오프 패턴(1602b)을 형성할 수 있다. 도 16b에서 보여지는 조사 패턴(1600b)은 하나의 빔 스팟과 동등한 간격으로 놓여진 네 개의 정사각형 빔 스팟으로 형성되었으나, 유사한 조사 패턴은, 한 개의 빔 스팟의 간격 또는 여러 개의 빔 스팟의 간격으로 놓여진, 네 개 보다 더 많은 빔 스팟에 의해서도 형성될 수 있다. 도 16ba은 지그재그 조사 패턴(1600b)으로 조사된 웨이퍼의 현미경 사진을 도시하고 있다.
도 16c는 삼각 패턴으로 배열된 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성된 조사 패턴(1600c)을 도시하고 있다. 이 조사 패턴(1600c)은 각 단계가 대체로 정사각 빔 스팟의 폭과 동등하도록 단계적으로 스캔되어, 단계 방향으로 조사 영역이 인접해질 수 있으며, 이로써 층의 분리를 야기하는 조사 영역의 리프트 오프 패턴(1602c)을 형성할 수 있다.
도 16d는 정사각 매트릭스 패턴으로 배열된 정사각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성된 조사 패턴(1600d)을 도시하고 있다. 조사 패턴(1500g)과 유사하게, 이 조사 패턴은 순차적인 조사를 서로 맞물리게 하는 다른 위치에서 형성된다. 보여지듯이, 이러한 조사 패턴(1600d)의 빔 스팟은, 조사 영역의 어레이를 채우기 위해 많은 단계(즉, 순차적 조사)가 요구되도록 놓여지게 된다. 예를 들어, 예를 들어, 조사 패턴(1600d)의 제2 단계는 패턴(1602d)을 형성하고, 조사 패턴(1600)의 제3 단계는 패턴(1604g)을 형성하며, 조사 패턴(1600)의 제4 단계는 층 분리의 결과를 가져오는 완벽한 패턴(1606g)의 제거를 형성한다. 빔 스팟의 다른 개수와 간격은 매트릭스 패턴을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
도 16e는 정사각 매트릭스 패턴으로 배열된 육각형 비인접 빔 스팟에 의해 형성된 조사 패턴(1600e)를 도시하고 있다. 이러한 조사 패턴은 순차적 조사를 맞물리게 하는 다른 위치에서 형성되어 각 육각형 빔 스팟이 도 10c에서 보여지는 육각형 빔 스팟과 유사하게 오버랩되도록 한다. 보여지듯이, 이러한 조사 패턴(1600e)의 빔 스팟은, 조사 영역의 어레이를 채우기 위해 많은 단계(즉, 순차적 조사)가 요구되도록 놓여지게 된다. 예를 들어, 예를 들어, 조사 패턴(1600e)의 제2 단계는 패턴(1602e)을 형성하고, 조사 패턴(1600e)의 제3 단계는 패턴(1604e)을 형성하며, 조사 패턴(1600e)의 제9 단계는, 각 위치에서의 노광이 세 번 오버랩핑되고, 층의 분리의 결과를 가져오는 완벽한 리프트 오프 패턴(1606e)를 형성한다. 육각형 빔 스팟의 다른 개수와 간격은 매트릭스 패턴을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 조사 패턴은 또한, 육각형 빔 스팟이, 조사 영역의 오버랩핑 없이 리프트 오프 영역이 오버랩되도록 놓여지도록 형성될 수 있다.
조사 패턴은, 순차적인 조사에서의 조사 영역이 리프트 오프 패턴의 선택된 영역에서 오버랩되도록 스캔되거나 위치결정될 수 있으며, 이는 그 영역에서 일어나는 어블레이션의 양에 영향을 미친다. 조사 패턴과 스캐닝은 오버랩을 조절하기 위해 설정될 수 있고, 이에 따라서 오버랩 영역에서의 어블레이션 양을 조절할 수 있다. 이로써 적어도 한 층(예를 들어, 제거될 GaN 필름) 상에 다양한 질감이나 거칠게 하는 효과를 제공할 수 있다. 도 17a 내지 17c 은 비인접 빔 스팟에 의해 형성되는 조사 패턴을 보여주며, 이는 조사 패턴 질감이나 거칠기를 제공하는 순차적 조사에서 조사 영역의 가장자리의 일정한 오버랩을 갖는 리프트 오프 패턴을 형성하도록 스캔될 수 있다. 도 17a 는 조사 패턴(1700a) 간헐적인 조사 영역의 오버랩핑이 있는 리프트 오프 패턴(1702a)을 형성하도록 스캔될 수 있는 조사 패턴을 보여준다. 도 17b는 스캐닝 방향으로의 라인을 따라 형성되는 조사 영역의 오버랩핑을 갖는 리프트 오프 패턴(1702b)을 형성하도록 스캔될 수 있는 조사 패턴(1700b)을 보여준다. 도 17c는 스캐닝 방향에 수직한 방향으로 확장하는 조사 영역의 간헐적인 오버랩핑을 갖는 리프트 오프 패턴(1702c)을 형성하도록 스캔되는 조사 패턴(1700c)을 보여준다. 도시된 예들에서, 조사 패턴(1700a 내지 c)을 형성하는 비인접 빔 스팟은 스캐닝 방향에서 상대적으로 좁고, 스캐닝 방향에 수직한 방향으로는 상대적으로 넓다.
위에서 논의된 조사 패턴은 정사각, 직사각, 육각형 빔 스팟으로 보여졌으나, 이러한 패턴은 어떠한 모양, 개수, 간격의 빔 스팟을 이용하여서도 형성될 수 있다. 도 18a 및 18b 은, 예를 들어, 원형 빔 스팟의 고 밀도 어레이에 의해 형성되는 조사 패턴(1800a, 1800b)을 보여준다. 이러한 조사 패턴(1800a, 1800b)은, 예를 들어, 20 마이크론 센터 투 센터 피치 상에 10 마이크론 직경의 홀을 가지는 온-오프 마스크와 같은 고 밀도 마스크를 레이저가 통과함으로써 형성될 수 있다.
도 18c 내지 18f 는 사파이어 기판과 다른 피치, 다른 모양, 다른 플루언스 레벨을 갖는 빔 스팟 어레이에 의한 에피 층의 인터페이스에서 형성되는 조사 패턴의 현미경 사진을 보여준다. 리프트 오프 영역은 조사 영역 주위의 이러한 현미경 사진 상에서 보여진다. 도 18c은 다른 크기와 피치, 고 밀도 플루언스를 갖는 원형 빔 스팟의 어레이에 의해 형성되는 조사 패턴의 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 18d 는 다른 크기와 피치, 저 밀도 플루언스를 갖는 원형 빔 스팟의 어레이에 의해 형성되는 조사 패턴의 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 18e는 다른 크기와 피치, 고 밀도 플루언스를 갖는 정사각 빔 스팟의 어레이에 의해 형성되는 조사 패턴의 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 18f는 다른 크기와 피치, 저 밀도 플루언스를 갖는 정사각 빔 스팟의 어레이에 의해 형성되는 조사 패턴의 현미경 사진을 도시하고 있다. 이러한 예들에서, 저 플루언스는 단지 어블레이션 임계점 아래에 있는 것이다.
도 18g 는 다중의 좁은 선형 빔 스팟으로 형성되는 정사각형 조사 패턴(1800g)을 도시한다. 한 예에서, 길이가 약 300 마이크론이고 폭이 약 3 마이크론인 선형 빔 스팟은 약 300 x 300 마이크론의 정사각형 조사 패턴을 형성하도록, 약 10 마이크론 만큼의 간격을 두고 놓여질 수 있다. 정사각형 조사 패턴(1800g)은 상술한 조사 패턴의 어떤 형태로도, 예를 들어, 고체 정사각형 빔 스팟 대신에 사용될 수 있으며, 제거를 행하기 위한 상술한 어떠한 기술을 사용하여서라도 가공물에 스캔되거나 위치결정될 수 있다. 예를 들어, 도 18h 에서 보여지듯, 좁은 선형 빔 스팟으로 구성된 다중 정사각형 조사 패턴(1800g)은 더 큰 조사 패턴(1800h)을 형성하도록 배열될 수 있다.
다른 크기의 다중 선형 빔 스팟은 다른 크기, 모양 및/또는 기하학적 구조로 주사 패턴을 형성하도록 배열될 수도 있다. 예를 들어, 도 18I에서 보여지듯, 다중의 좁은 선형 빔 스팟은 더 긴 선형 조사 패턴(1800i)을 형성하도록 한 쪽 끝과 다른 한 쪽 끝이 이어지도록 배열될 수 있다. 일 예에 따르면, 선형 빔 스팟은 겨우 몇 마이크론만큼만 떨어져서 놓일 수도 있다. 예를 들어, 균질한 선형 빔 스팟을 스캔하는 대신에, 더 긴 선형 조사 패턴(1800i)이 그 가공물에 걸쳐 스캔될 수 있다.
도 18g와 같이 다중의 좁은 선형 빔 스팟으로 정사각형 조사 패턴을 형성하는 대신, 작은 온/오프 빔 스팟은 더 큰 조사 패턴(예를 들어, 약 300 x 300 마이크론의 정사각형 패턴)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 도 18j는, 작은 빔 스팟으로 구성된 다중 정사각형 조사 패턴에 의해 형성된 조사 패턴(1800f)을 도시하고 있다.
도 18k 는 다중의 중첩된 육각형 선형 빔(즉, 고체 육각형 빔 스팟 대신)에 의해 형성된 육각형 조사 패턴(1800k)을 도시하고 있다. 육각형 조사 패턴(1800k)은 더 큰 조사 패턴인 다른 육각형 조사 패턴(1800k)들에 따라 배열될 수 있다. 육각형 조사 패턴(1800k)은 고체 육각형 빔 스팟으로 상술된 것과 같이 다양한 정도의 오버랩으로 스캔되고 위치결정 될 수도 있다.
도 18l 은 다중의 각진 선형 빔에 의해 형성된 V자형 조사 패턴(1800l)을 보여준다. V자형 조사 패턴(1800l)은 예를 들어, 상술한 바와 같이 다양한 패턴의, 다양한 정도의 오버랩으로 스캔될 수 있다. 다중의 V자형 조사 패턴(1800l)은 더 큰 조사 패턴으로 형성될 수 있다. 도 18m 은 다중의 V자형 조사 패턴(1800l)에 의해 형성된 조사 패턴(1800m)을 보여준다.
도 18n 은 다중의 지그재그 모양의 선형 빔에 의해 형성된 조사 패턴(1800n)을 도시하며, 도 18O는 다중의 대시 기호(- dash)로 된 선형 빔에 의해 형성된 조사 패턴(1800o)을 도시한다. 이러한 조사 패턴(1800n, 1800o)은 다양한 정도의 오버랩으로 스캔될 수 있고 그리고/또는 더 큰 조사 패턴으로 형성될 수 있다.
다중 라인으로부터 조사 패턴을 형성함으로써(예를 들어, 고체 빔 스팟과 대조적으로) 조사 패턴은, 균열과 고스트 효과(ghosting effect)를 줄이면서 순차적 조사 패턴에서 오버랩 될 수 있다. 다중 라인은 대체로 균일한 조사를 제공하고 조사 패턴의 가장자리는 조사 패턴 오버랩핑으로 혼합되도록 할 수 있다. 멀티 라인에 의해 만들어진 조사 패턴은 예를 들어, LED 성능 향상을 위해 GaN을 거칠게 하기 위하여, 분리되는 층에 거칠게 하는 효과를 주도록 오버랩될 수 있다. 다른 성형에 따르면, 고체 빔 스팟은 고스팅(ghosting)이 최소한이거나 전혀 없는 오버랩을 허용하는, 하나 또는 그 이상의 고체 스팟의 가장자리의 다중 라인으로 본 출원에서 설명되는, 어떠한 형태로도 만들어질 수 있다. 더 나아간 성형에 따르면, 빔 스팟은 가장 자리에 깃이 달린 중심에는 고체일 수 있다. 가장자리에 깃이 달려있고 중심이 고체일 수 있다.
복수의 라인이나 가장자리에 라인을 가지는 고체 빔 스팟을 포함하는 조사 패턴은, 상술한 바와 같이, 적절한 선형 패턴으로 에치된 포토마스크에 의해 형성될 수 있다. 사용되는 마스크 타입의 하나는 크롬/석영 온/오프 마스크이다. 복수개의 라인을 포함하는 조사 패턴은, 선형 패턴을 만드는 고속 고체 레이저로부터 빔을 성형하는 것에 의해서도 형성될 수 있다. 가장자리에 깃이 달린 빔 스팟은 그레이 스케일 마스크에 의해 형성될 수 있다.
도 19a 내지 19d는 반도체 웨이퍼와 같은 원형 가공물(1001)을 조사하도록 계획된 조사 패턴(깨진 선 안에서 보여지는 총 LOZ를 가지는 것)을 도시한다. 도 19a 에서 조사 패턴(1600a)은 파이 모양 패턴에 따라 배열된 비인접 빔 스팟에 의해 형성되었고 가공물(1001) 중심에서 둘레로 확장된다. 그 조사 패턴(1600a) 및/또는 가공물(1001)은 가공물 주위로 조사 패턴(1600a)를 스캔하기 위해 회전될 수 있다. 파이 모양 조사 패턴(1600a)은 원의 1/4로 도시되었으나, 더 크거나 더 작은 파이 모양 패턴이 사용될 수도 있다.
도 19b 에서, 조사 패턴(1600b)는 원형 가공물(1001)의 중심에서 둘레로 확장되는 바퀴살 패턴으로 배열된 비인접 빔 스팟에 의해 형성된다. 조사 패턴(1600b) 및/또는 가공물(1001)은 가공물 주의에서 조사 패턴(1600a)를 스캔하기 위해 회전될 수 있다. 바퀴살 조사 패턴(1600b)는 4개 살로 나타나고 있으나, 다른 개수의 바퀴살도 이용될 수 있다.
도 19c에서, 조사 패턴(1600c)는 가공물(1001) 주의로 반고리형 모양으로 배열된 비인접 빔 스팟에 의해 형성된다. 반고리형 조사 패턴(1600c)는, 빔 스팟을 안쪽으로 이동함으로써, 그 둘레에서 가공물(1001)의 중심쪽으로 스캔될 수 있다.
도 19d에서, 조사 패턴(1600d)는 가공물(1001) 주의로 반고리형 또는 원호 모양으로 배열된 비인접 빔 스팟에 의해 형성된다. 반고리형 조사 패턴(1600d)는 가공물(1001) 둘레에서 스캔될 수 있고, 그 둘레에서 가공물(1001)의 중심쪽으로 안쪽으로 스캔될 수 있다.
조사 패턴(1600a 내지 d)를 형성하는 데 사용되는 빔 스팟의 크기, 모양은 가공물의 크기, 물질, 적절한 에너지 밀도에 따라 다양할 수 있다.
도 20a 및 20b는 원형 가공물(1001) 상에서 레이저 리프트 오프를 하기 위해 빔 스팟을 스캐닝하는 다른 기술을 보여준다. 도 20A 에서, 빔 스팟(1710a)(예를 들어, 십자 형)은 가공물(1001) 주위에서 나선 패턴으로 스캔될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 빔 스팟(1710a)은 예를들어 갈바노미터를 이용하여 나선 패턴으로 이동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 빔 스팟(1710a)은 가공물(1001)이 회전하는 동안, 그 중심쪽으로 방사상으로 이동될 수 있다. 십자형 빔이 보여지고 있으나, 다른 모양의 빔 스팟이나 빔 스팟 어레이도 나선 방향으로 스캔될 수 있다.
도 20b에서, 고리형 빔 스팟(1710b)은 빔 스팟이 이동할 때 직경과 폭의 감소되면서 안쪽으로 스캔될 수 있다. 고리형 스팟(1710b)은 예를 들어, 어쿠스틱 렌즈를 사용하여 형성될 수 있다. 고리형 빔 스팟(1710b)은 또한, 빔이 안쪽으로 스캔될 때, 폭과 호 길이가 변화하는 동안, 에너지 밀도를 유지하는 디포커스된 고리형 빔으로써 형성될 수 있다. 또 다른 성형으로, 레이저 광의 다양한 직경의 좁은 링이 바깥쪽에서 중심쪽으로 스캔될 수 있으며, 예를 들어, 전기 광학 효과를 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이저 리프트 오프 방법은 물질의 층을 분리하기 위해 제공된다. 그 방법은, 적어도 물질의 제1 및 제2 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계; 적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계; 및 적어도 하나의 상기 레이저 빔에 의해 형성된 빔 스팟으로, 상기 제1 및 제2 층 사이에 인터페이스의 비인접 조사 영역을 조사하는 단계를 포함하되, 리프트 오프 영역은 인터페이스에서 상기 각 조사 영역 주위에서 형성되고, 상기 조사 영역의 크기 이상으로 확대되며, 상기 조사 영역으로 조사하는 상기 레이저 빔으로부터의 레이저 에너지는 상기 리프트 오프 영역에서의 상기 층의 분리를 일으키는 데 충분한 것;을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따르면, 레이저 리프트 오프 방법은 적어도 하나의 기판으로부터 적어도 하나의 물질의 층을 분리하기 위해 제공된다. 그 방법은 적어도 하나의 기판으로부터 적어도 하나의 물질의 층을 분리하는 레이저 리프트 오프 방법에 있어서, 적어도 하나의 기판으로서, 그 위에 적어도 하나의 물질의 층이 형성되어 있는 기판을 제공하는 단계; 복수의 레이저 빔렛을 생성하는 단계; 상기 레이저 빔렛에 의해 형성된 빔 스팟의 패턴으로, 조사 패턴을 동시에 조사하는 단계를 포함하되, 상기 조사 패턴은, 상기 층과 상기 기판 사이의 인터페이스에서 비인접 조사 영역을 포함하는 것; 및 순차적인 조사를 위해, 상기 조사 패턴을 상기 층이 상기 기판으로부터 분리될 때까지, 다른 위치로 이동시키는 단계;를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 레이저 리프트 오프 방법은 적어도 제1 및 제2 의 물질의 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계; 적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계; 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 형성되고, 단계적 방향으로 이동되는 빔 스팟을 갖는, 상기 제1 및 제2 층 사이의 인터페이스에서의 조사 영역의 오버랩핑을 조사하는 단계를 포함하되, 상기 조사 영역은 오버랩되어 상기 인터페이스에서의 상당한 수의 위치가 동일한 수의 레이저 조사의 펄스에 노광되고, 상기 위치에서의 레이저 조사의 펄스의 수는 상기 층을 분리하기에 충분한 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시예에 따르면, 레이저 리프트 오프 시스템은, 원시 빔을 생성하는 레이저; 원시 빔을 성형 빔으로 성형하는 빔 셰이퍼; 및 성형 빔을 수용하고 정의된 패턴에 따라 배열된 비인접 빔 스팟의 어레이를 생성하는 스팟 어레이 생성기;를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 레이저 리프트 오프 시스템은, 원시 빔을 생성하는 레이저; 원시 빔을 성형 빔으로 성형하고 빔의 에너지 밀도를 변화하는 빔 셰이퍼; 및 가공물 상에서 성형 빔 스팟을 스캐닝하는 갈바노미터를 포함한다.
여기에서 발명의 원리가 설명되었으나, 이 설명은 기술분야의 당업자에게 발명의 범위에 대한 제한이 아니며 예시로써 서술된 것으로 이해되어야 한다. 다른 실시예들은, 본 출원에서 보여지고 설명되는 전형적인 실시예에 추가하여, 본 발명의 범위 내에서 고려된다. 일반적인 기술의 하나에 의한 수정 및 추가는 본 발명의 범위 내에서 고려되며, 이는 다음과 같은 청구항에 의한 것을 제외하고는 제한되지 않는다.
1000: 레이저 빔
1001: 가공물
1002, 1004: 층
1006: 인터페이스
1010: 조사 영역
1012: 리프트 오프 영역
1101: 레이저 리프트 오프 시스템
1120: 레이저
1211: 원시 레이저 빔
1122: 빔 셰이퍼
1123: 성형 레이저 빔
1128: 마스크
1130: 모션 스테이지
1322: 빔 셰이퍼
1326: 갈바노미터
1500a: 조사 패턴
1502a: 리프트 오프 패턴
1500a: 순차적 패턴
1500b: 조사 패턴
1710: 빔 스팟

Claims (47)

  1. 물질의 층을 분리하기 위한 레이저 리프트 오프(laser lift off) 방법에 있어서,
    물질의 적어도 제1 및 제2 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계;
    적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 형성된 빔 스팟으로, 상기 제1 및 상기 제2 층 사이의 인터페이스에서 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계를 포함하되,
    리프트 오프 영역들은 상기 인터페이스에서 상기 조사 영역들 각각의 둘레에 형성되고, 상기 조사 영역들의 크기 이상으로 확대되며,
    상기 조사 영역들을 조사하는 상기 레이저 빔으로부터의 레이저 에너지는 상기 리프트 오프 영역들에서의 상기 제1 및 제2 층의 분리를 일으키는데 충분한, 레이저 리프트 오프 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계는 상기 제1 및 제2 층이 상기 가공물 전체에 걸쳐 분리될 때까지 적어도 하나의 조사 영역에 대한 순차적 조사를 수행하는 단계를 포함하되,
    상기 순차적 조사는 비인접한, 레이저 리프트 오프 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 순차적 조사 사이에 상기 가공물을 이동시키는 단계를 더 포함하는 레이저 리프트 오프 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 순차적 조사 사이에 상기 적어도 하나의 레이저 빔을 이동시키는 단계를 더 포함하는 레이저 리프트 오프 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계는 상기 제1 및 제2 층이 상기 가공물 전체에 걸쳐 분리될 때까지 조사 패턴으로 배열된 복수의 동시적인 조사 영역의 순차적 조사를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 조사 패턴의 상기 동시적인 조사 영역은 비인접한, 레이저 리프트 오프 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 동시적인 조사 영역은 원형 조사 패턴으로 배열되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 동시적인 조사 영역은 쐐기 모양의 조사 패턴으로 배열되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 순차적 조사는 상기 복수의 동시적인 조사 영역을 서로 맞물리게 함으로써 수행되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계는 원시 빔을 생성하고, 복수의 빔렛을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 빔렛은 동시에 상기 비인접한 조사 영역들의 적어도 하나의 서브셋(subset)을 조사할 수 있도록 이격되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 빔렛을 형성하는 단계는 회절 광학 소자를 통해 상기 원시 빔을 통과시키는 단계를 포함하는, 레이저 리프트 오프 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스팟의 적어도 일부는 선형인, 레이저 리프트 오프 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스팟의 적어도 일부는 십자형인, 레이저 리프트 오프 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 빔 스팟의 적어도 일부는 L자형인, 레이저 리프트 오프 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 비인접한 조사 영역들을 조사하는 단계는, 조사 패턴으로 배열된 조사 영역을 조사하기 위해 상기 가공물 상에 복수의 빔 스팟을 동시적으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 조사 패턴을 조사하는 상기 복수의 빔 스팟은 상이한 모양들을 갖는, 레이저 리프트 오프 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 초고속 레이저를 이용하여 초단파 펄스 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 레이저 리프트 오프 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 초단파 펄스 레이저 빔은 펄스 폭이 10 피코초(picoseconds) 보다 작고, 파장이 약 0.35 μm 에서 1 μm 의 범위인, 레이저 리프트 오프 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 펄스 지속시간이 약 200나노초 (nanoseconds) 이하인 상기 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 레이저 리프트 오프 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 파장이 약 157nm 에서 355 nm의 범위를 갖는 엑시머(excimer) 레이저를 가지고 상기 레이저 빔을 생성하는 단계를 포함하는, 레이저 리프트 오프 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 레이저 빔을 생성하는 단계는 상기 제1 및 제2 층의 상기 인터페이스에서 형성되는 상기 빔 스팟의 상기 에너지 밀도를 조절하기 위해 상기 초단파 펄스 레이저 빔을 성형(shaping)하는 단계를 더 포함하는, 레이저 리프트 오프 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층은 기판 및 상기 기판 위에 형성된 적어도 하나의 필름을 포함하는, 레이저 리프트 오프 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 필름은 상기 가공물의 상기 기판으로부터 모놀리틱하게(monolithically) 분리되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 기판은 사파이어 기판이고,
    적어도 하나의 상기 필름은 GaN 필름인, 레이저 리프트 오프 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 층이 분리될 때 기계적으로 고정되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 층 중 하나는 투명한 물질로 구성되고, 상기 제1 및 제2 층 중 다른 하나는 상기 투명한 물질로부터 분리될 수 있는 흡수재(absorbent material)로 구성되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  25. 적어도 하나의 기판으로부터 적어도 하나의 물질의 층을 분리하는 레이저 리프트 오프 방법에 있어서,
    상부에 형성된 적어도 하나의 물질의 층을 구비한 적어도 하나의 기판을 제공하는 단계;
    복수의 레이저 빔렛(beamlets)을 생성하는 단계;
    상기 층과 상기 기판 사이의 인터페이스(interface)에서 비인접한 조사 영역들을 포함하는 조사 패턴을 상기 레이저 빔렛에 의해 형성된 빔 스팟의 패턴으로 동시에 조사하는 단계; 및
    상기 층이 상기 기판으로부터 분리될 때까지, 상기 조사 패턴을 순차적인 조사를 위한 다른 위치들로 이동시키는 단계를 포함하는 레이저 리프트 오프 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 조사 패턴은, 상기 조사 영역이 양의 오버래핑(overlapping), 영(0)의 오버래핑, 또는 음의 오버래핑을 갖도록 이동되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 조사 패턴은, 상기 조사 영역이 양의 오버래핑, 영(0)의 오버래핑, 또는 음의 오버래핑을 갖도록 이동되고, 상기 오버래핑은 축마다 다르게 이루어지는, 것을 레이저 리프트 오프 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 조사 패턴은 가공물을 가로지르는 선형 스캐닝에 의해 이동되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  29. 제25항에 있어서,
    상기 조사 패턴은 가공물을 가로지르는 서로 맞물린 스캐닝에 의해 이동되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  30. 제25항에 있어서,
    상기 조사 패턴은 상기 가공물의 이동에 의해 이동되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  31. 제25항에 있어서,
    상기 조사 패턴은 상기 빔렛의 이동에 의해 이동되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  32. 물질의 층을 분리하는 레이저 리프트 오프 방법에 있어서,
    물질의 적어도 제1 및 제2 층을 포함하는 가공물을 제공하는 단계;
    적어도 하나의 레이저 빔을 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 레이저 빔에 의해 형성되고 단계적(stepwise) 방향으로 이동되는 빔 스팟으로, 상기 제1 및 제2 층 사이의 인터페이스에서의 오버랩핑(overlapping)된 조사 영역들을 조사하는 단계를 포함하되,
    상기 조사 영역들은, 상기 인터페이스에서의 상당수의 위치가 동일한 수의 레이저 조사의 펄스에 노출되도록 오버랩되고,, 상기 위치에서의 상기 레이저 조사의 펄스의 수는 상기 제1 및 제2층을 분리하기에 충분한, 레이저 리프트 오프 방법.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 빔 스팟은 상기 빔 스팟 폭의 약 1/2만큼의 스텝 사이즈(step size)로 이동되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 빔 스팟과 상기 조사 영역들은 정사각형이고, 상기 인터페이스에서의 각 위치는 레이저 조사의 4개의 펄스에 노출되는,레이저 리프트 오프 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    상기 빔 스팟과 상기 조사 영역들은 6각형이고, 상기 인터페이스에서의 각 위치는 레이저 조사의 3개의 펄스에 노출되는, 레이저 리프트 오프 방법.
  36. 제32항에 있어서,
    상기 빔 스팟과 상기 조사 영역들은 직사각형이고, 상기 조사 영역들은 상이한 방향들에서 상이한 오버랩을 가지는, 레이저 리프트 오프 방법.
  37. 원시 레이저 빔을 생성하기 위한 레이저;
    상기 원시 레이저 빔을 성형된 빔으로 성형하는 빔 셰이퍼; 및
    상기 성형된 빔을 받아, 미리 정의된 패턴으로 배열된 비인접 빔 스팟들의 어레이를 생성하기 위한 스팟 어레이 생성기를 포함하는 레이저 리프트 오프 시스템.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 레이저는 초단파 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 초고속 레이저를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  39. 제37항에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는 마스크를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는, 상기 빔을 성형하고 상기 빔의 에너지 밀도를 변경하기 위한 빔 성형 광학기를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  41. 상기 스팟 어레이 생성기는 홀로그래픽(holographic) 광학 소자를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  42. 제37항에 있어서,
    상기 스팟 어레이 생성기는 복수의 어퍼쳐(aperture)를 구비하는 마스크를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  43. 원시 레이저 빔을 생성하는 레이저;
    상기 원시 레이저 빔을 성형된 빔으로 성형하고 상기 빔의 에너지 밀도를 변경하기 위한 빔 셰이퍼;
    상기 가공물 상에 상기 성형된 빔 스팟을 스캐닝하기 위한 갈바노미터(galvanometer )를 포함하는 레이저 리프트 오프 시스템.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 레이저는 초단파 펄스 레이저 빔을 생성하기 위한 초고속 레이저를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는 빔 성형 광학기를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  46. 제43항에 있어서,
    상기 빔 쉐이퍼는 마스크를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
  47. 제43항에 있어서,
    상기 빔 셰이퍼는 빔 성형 광학기 및 마스크를 포함하는, 레이저 리프트 오프 시스템.
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