KR20130061513A - 에칭용 지그 및 이를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따르면 에칭 공정이 진행되는 동안 에칭 대상을 지지하며, 상기 에칭 대상의 일부 영역이 노출되도록, 상기 에칭 대상의 일부 영역을 제외한 나머지 영역을 감싸는 것을 특징으로 하는 에칭용 지그를 제공함으로써, 에칭시 안정적인 지지력을 제공하고, 불필요한 영역의 에칭을 방지하여 생산 수율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 에칭용 지그 및 이를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비에 관한 것이다.
반도체 발광소자(Light Emitting Device; LED)는 고효율, 친환경적인 광원으로서 디스플레이, 광통신, 자동차, 일반 조명 등 여러 분야에 사용되고 있다. 최근에는 백색광 LED 기술의 발달로 일반 조명용 LED 기술이 크게 주목받고 있다. 백색광 LED는, 예컨대 청색 LED 또는 자외선 LED와 형광체를 이용하여 만들거나, 또는 적색, 녹색 및 청색 LED를 조합하여 만들 수 있다.
이러한 백색광 LED의 중요 구성요소인 청색 또는 자외선 LED는 주로 질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체를 이용하여 만들어진다. 질화갈륨계 화합물 반도체는 밴드갭이 넓고 질화물의 조성에 따라 자외선에서 가시광선까지 거의 전파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.
통상적으로 박막형 GaN LED는 사파이어(Al2O3) 기판에 GaN계 LED박막을 성장시켜 제조된다. 그런데, 질화갈륨계 화합물 반도체를 사파이어 기판 위에 박막 형태로 성장시킬 경우, 격자상수 부정합이나 열팽창 계수의 차이에 의해 발광 효율이 떨어지게 되며, 대면적의 성장이 어려워서 생산 비용이 증가하게 된다는 문제점이 있었다.
한편, 휘도 향상을 위한 수직구조의 LED를 제조하기 위해서는, 에피성장한 GaN계 LED박막을 기판과 분리하는 과정을 거쳐야 하는데, 이러한 과정에서 레이저 리프트 오프(laser lift off; LLO) 공정이 사용될 수 있다. 그러나, 레이저 리프트 오프 공정에서는 레이저가 조사됨으로써, GaN계 LED박막에 갈륨의 임계 승화 온도 이상으로 열이 가해지게 되고, 이는 결국 GaN계 LED박막의 손상을 유발할 뿐만 아니라 광출력 저하를 야기할 수 있다. 또한, 레이저를 이용한 기판의 분리 후에 GaN계 LED박막에 갈륨 방울이 잔류하여 향후 후속 공정을 통해 이를 제거해야 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 사파이어 기판 대신에 실리콘(Si) 기판을 활용하여 GaN계 LED박막을 에피성장시킨 후, 화학적 리프트 오프 공정(Chemicla Lift Off; CLO)에 의해 GaN계 LED박막을 실리콘 기판으로부터 분리시키는 방법이 제안되고 있다. 실리콘 기판은 현재 12인치 이상의 대구경 웨이퍼가 제공되고 있으며, 고온 공정에서도 사파이어 기판에 비해 기판의 휨이 적은 것이 관찰되고 있는 점에 비추어, 실리콘 기판을 사용함으로써 사파이어 기판 사용에 따른 문제점을 해결할 수 있었다. 또한, 화학적 리프트 오프 공정은 화학적 에칭에 의해 기판을 분리하는 것이므로, 레이저를 사용함으로써 발생하는 국부적인 과열을 피할 수 있을 뿐만 아니라 비교적 낮은 비용으로도 기판의 분리가 가능해졌다.
그러나, 상술한 화학적 리프트 오프 공정을 사용하는 경우, 실리콘 기판을 제거하는 과정에서 에칭이 필요한 실리콘 기판 외에도 에칭이 필요치 않은 영역에도 에칭이 발생하게 되어, 그로 인해 LED박막의 표면상태가 불량하거나, LED박막이 지지층과 떨어져 나가는 등의 안정적인 생산수율 확보에 문제가 있었다.
화학적 리프트 오프 공정에서 에칭이 진행되는 동안에 LED구조물을 지지하며, LED구조물의 불필요한 에칭을 방지할 수 있는 구조를 가지는 에칭용 지그를 제공한다. 또한, 상기 에칭용 지그를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 에칭 공정이 진행되는 동안 에칭 대상을 지지하며, 상기 에칭 대상의 일부 영역이 노출되도록, 상기 에칭 대상의 일부 영역을 제외한 나머지 영역을 감싸는 것을 특징으로 하는 에칭용 지그를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에칭 대상은 지지층, 반도체 박막, 기판이 적층된 반도체 구조물이며, 상기 일부 영역은 상기 기판의 상부면일 수 있다.
이를 위해, 상기 반도체 구조물이 수납되며, 상기 기판의 상부면이 노출되도록 상부에 에칭홀이 형성된 프레임 본체; 및 상기 프레임 본체 내부에 배치되어, 상기 반도체 박막 및 상기 지지층을 밀봉하는 실링부재;를 포함할 수 있다.
상기 프레임 본체는 상기 지지층의 하부를 접촉 지지하는 하부 프레임;과 상기 하부 프레임의 상부에 배치되고, 중심부에 에칭홀이 형성되어 상기 기판의 상부 테두리를 접촉 지지하는 상부 프레임; 및 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 고정 연결하며, 상기 상부프레임과 하부 프레임의 간격을 조절하는 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 실링부재는 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 배치될 수 있다. 일 예로서, 상기 실링부재는 상기 반도체 구조물과 상기 상부 프레임 사이에 배치되는 제1 실링부재; 및 상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 배치되는 제2 실링부재;를 포함할 수 있다.
상기 제1 실링부재는 상기 기판의 상부면과의 접촉영역의 폭이 5mm 이하일 수 있다.
상기 제1 실링부재, 상기 제2 실링부재 중 적어도 하나의 단면형상이 'O'링 형상을 가질 수 있다.
상기 상부 프레임, 상기 하부 프레임 중 적어도 하나는 상기 제2 실링부재가 안착될 수 있는 안착홈이 형성될 수 있다.
상기 상부 프레임은 상기 제1 실링부재를 삽입 고정할 수 있는 삽입홈이 형성될 수 있다. 상기 삽입홈은 상기 상부 프레임이 상기 기판과 중첩되는 영역에 배치될 수 있다.
상기 상부 프레임 및 상기 하부프레임은 상기 고정부재가 결합될 수 있는 고정홀이 각각 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 유형에 따르면, 상술한 에칭용 지그를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비가 제공될 수 있다.
개시된 에칭용 지그는 LED박막으로부터 기판을 제거하기 위한 에칭이 진행되는 동안, LED구조물을 안정적으로 지지할 수 있다. 또한, LED구조물 중 기판을 제외한 나머지 부분의 노출을 방지함으로써, LED박막과 지지층의 접합면 또는 LED박막의 각 층의 계면이 에칭되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, LED소자의 안정된 생산 수율을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화학적 리프트 오프 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 사용상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 분리하여 나타낸 분리사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 4에서 제1 실링부재가 LED구조물과 접촉한 상태를 확대한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 작동상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b은 본 발명에 따른 에칭용 지그를 이용한 에칭공정 진행시, LED구조물의 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 종래 기술에 따른 화학적 리프트 오프 공정시, LED구조물의 상태를 나타낸 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 화학적 리프트 오프 공정시, LED구조물의 상태를 나타낸 사진이다.
도 12는 이러한 에칭용 지그를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비의 예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 사용상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 분리하여 나타낸 분리사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 4에서 제1 실링부재가 LED구조물과 접촉한 상태를 확대한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 작동상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b은 본 발명에 따른 에칭용 지그를 이용한 에칭공정 진행시, LED구조물의 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 종래 기술에 따른 화학적 리프트 오프 공정시, LED구조물의 상태를 나타낸 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 화학적 리프트 오프 공정시, LED구조물의 상태를 나타낸 사진이다.
도 12는 이러한 에칭용 지그를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비의 예를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 에칭용 지그 및 이를 포함하는 화학적 리프트오프 장비에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화학적 리프트 오프 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명을 살펴보기에 앞서 화학적 리프트 오프 공정에 대하여 간략히 살펴본다.
도 1을 참조하면, 화학적 리프트 오프 공정이란 일반적으로 습식 에칭을 사용하여 기판(11)과 반도체 박막(13)을 분리하는 방법이다. 이는 기판(11) 상에 에피성장된 반도체 박막(13)을 포함하는 반도체 구조물(10)을 에칭 용액(E)에 침지시켜, 기판(11) 자체를 제거하거나, 도면에는 나타나지 않았으나 기판(11)과 반도체 박막(13) 사이에 배치되는 버퍼층을 제거하여, 기판(11)을 반도체 박막(13)과 분리한다. 통상 반도체 박막(13)을 기판(11)과 분리하기 전에, 반도체 박막(13)을 지지하기 위한 지지층(15)이 반도체 박막(13)의 일면에 접착층(14)에 의해 접착된다.
본 실시예는 화학적 리프트 오프 공정에서 사용되는 에칭용 지그에 관한 것으로서, 이러한 에칭용 지그를 이용하여 에칭시키는 에칭대상으로서, 반도체 구조물(10), 특히 다음과 같이 기판(11), LED박막(13) 및 지지층(15)이 적층된 LED구조물(10)을 중심으로 설명한다.
기판(11)은 LED박막(13)이 에피성장하기 위한 것으로서, 질화갈륨(GaN) LED박막(13)의 대면적 성장 및 발광효율 등을 고려하여 실리콘(Si) 기판(11)을 사용할 수 있다.
LED박막(13)은 기판(11) 상에 에피 성장하여 형성되며, 비록 도면상 도시되어 있지는 않지만 발광을 위한 층으로서 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함할 수 있다.
n형 반도체층은 기판(11)의 일면에 마련되며, n형 불순물로 도핑된 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 즉, n형 반도체층은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 n형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. n형 반도체층을 형성하는 상기 질화물 반도체는 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN 등을 포함할 수 있다. 상기 n형 불순물은 예를 들어, Si, Ge, Se, Te 등을 포함할 수 있다.
활성층은 n형 반도체층과 p형 반도체층사이에 배치되는 것으로서, 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 빛을 방출하며, 인듐 함량에 따라 밴드갭 에너지가 조절되도록 InxGa1-xN(0≤x≤1) 등의 반도체 재료로 형성될 수 있다. 또한, 활성층은 양자 장벽층과 양자 우물층이 서로 교대로 적층된 다중 양자 우물(multi-quantumn well, MQW)층일 수 있다.
p형 반도체층은 활성층상에 마련되는 것으로서, p형 불순물로 도핑된 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 즉, p형 반도체층은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 갖는 반도체 재료를 p형 불순물로 도핑하여 형성될 수 있다. p형 반도체층을 형성하는 상기 질화물 반도체는 예를 들어, GaN, AlGaN, InGaN 등을 포함할 수 있다. 상기 p형 불순물은 예를 들어, Mg, Zn, Be 등을 포함할 수 있다.
상기와 같이 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층이 순차적으로 적층된 구조에 전류 또는 전압이 인가되면, 활성층에서 전자와 정공이 결합하면서 활성층의 에너지 밴드갭에 해당하는 만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출될 수 있다. 다만, 각층의 적층순서는 이에 한정되지 아니하며, 경우에 따라 p형 반도체층, 활성층, n형 반도체층 순으로 적층될 수도 있다.
상기 지지층(15)은 LED박막(13)을 지지하기 위해 LED박막(13)의 일면에 접착되는 층으로서, 통상 실리콘(Si)을 재질로 할 수 있다. 지지층(15)의 재질로 실리콘을 사용하는 경우에는, 기판(11)에 대한 에칭 공정이 진행되는 동안 실리콘 기판(11)과 재질이 동일하여 지지층(15)의 일부가 제거되는 경우가 발생하는데, 이를 방지하기 위한 에칭용 지그(100)에 대해서는 이하에서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 사용상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 분리하여 나타낸 분리사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 각 구성요소를 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 2를 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그(100)는 에칭 용액(E)이 저장된 에칭 탱크(200)에 LED구조물(10)을 지지한 상태로 담가진다. 이와 같이 에칭용 지그(100)는 에칭공정이 진행되는 동안 LED구조물(10)을 지지하는 역할을 한다. 동시에, 에칭용 지그(100)는 LED구조물(10)의 상부에 위치한 기판만이 노출되도록 기판을 제외한 나머지 구성인 LED박막 및 지지층을 감싸는 상태에서 지지하는 구조를 가진다.
본 실시예에 따른 에칭용 지그(100)는 프레임 본체(110) 및 실링부재(150)를 포함할 수 있다.
프레임 본체(110)는 LED구조물(10)을 수납하는 구성으로서, 상부에 에칭홀(121)이 형성된다. 상부에 에칭홀(121)이 형성됨으로써, 프레임 본체(110) 내부에 수납된 LED구조물(10)은 상부만이 노출된다. 이 때, LED구조물(10)을 기판이 상부에 위치하도록 배치될 경우, 기판의 상부만이 노출될 수 있어 LED구조물(10)의 다른 구성인 LED박막 및 지지층이 노출되는 것을 방지할 수 있다.
실링부재(150)는 프레임 본체(110) 내부에 배치되며, 프레임 본체(110) 내부로 에칭 용액(E)이 침투하지 못하도록 프레임 본체(110) 내부 또는 프레임 본체(110)와 LED구조물(10) 사이를 밀봉한다.
도 3 및 도 4를 보면, 에칭용 지그(100)는 일실시예로서 상부 프레임(120), 하부 프레임(130), 제1 실링부재(151), 제2 실링부재(153) 및 고정부재(140)를 포함한다.
상술한 프레임 본체(110)는 분리, 결합이 가능한 복수의 프레임으로 구성될 수 있다. 복수의 프레임의 일 예로서, 프레임 본체(110)는 도 3 및 도 4와 같이 상부 프레임(120), 하부 프레임(130)으로 구성될 수 있다.
하부 프레임(130)은 LED구조물(10)의 하부, 특히 지지층(15)을 접촉 지지한다.
하부 프레임(130)은 중앙부에 위치 결정홈(131)이 형성될 수 있다. 위치 결정홈(131)이 형성됨으로써, LED구조물(10)을 하부 프레임(130)에 위치시킬 때, 정확한 위치설정이 가능해진다.
상부 프레임(120)은 하부 프레임(130)의 상부에 배치되며, 중심부에 에칭홀(121)이 형성된다. 중심부에 에칭홀(121)이 형성된 상부 프레임(120)은 수납된 LED구조물(10)의 상부 테두리를 지지하여, 기판(11)의 상부 테두리를 제외한 대부분의 영역이 에칭홀(121)을 통하여 외부로 노출된다.
상부 프레임(120)에 형성된 에칭홀(121)의 직경은 수납되는 LED구조물(10)의 직경보다 작을 수 있다. LED구조물(10)의 직경보다 작을 경우, LED구조물(10)의 노출된 영역이 작아지게 되나, 실링부재(150)에 의한 밀봉력을 강화할 수 있어, 에칭 용액(E)이 프레임 본체(110)로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
즉, LED구조물(10)은 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이에 배치되며, LED구조물(10)의 하부에 위치한 지지층(15)은 하부 프레임(130)에 접촉 지지되며, 상부에 위치한 기판(11)은 에칭홀(121)을 통하여 노출된 부분을 제외한 나머지 부분이 상부 프레임(120)에 의해 지지된다.
실링부재(150)는 복수의 실링부재를 포함할 수 있다. 복수의 실링부재(150)는 에칭 공정이 진행되는 동안 밀봉력을 유지하기 위한 것이므로, 에칭 용액(E)에 의해 에칭되지 않는 재질을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 도 3 및 도 4와 같이 실링부재(150)로서, 제1 실링부재(151)와 제2 실링부재(153)를 포함할 수 있다.
제1 실링부재(151)는 LED구조물(10)과 상부 프레임(120) 사이에 배치될 수 있다. LED구조물(10)과 상부 프레임(120) 사이에 배치되어, 이들 사이의 간격을 밀봉함으로써, 상부 프레임(120)의 에칭홀(121)로 유입되는 에칭 용액(E)이 LED구조물(10)과 상부 프레임(120) 사이로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 상부 프레임(120)은 제1 실링부재(151)의 일부가 삽입 고정될 수 있는 삽입홈(123)이 형성될 수 있다. 이를 통해, 제1 실링부재(151)의 정확한 위치를 결정할 수 있어, 부정확한 위치에 배치됨으로써 발생하는 에칭 용액(E)의 유입을 방지할 수 있다. 이 때, 삽입홈(123)은 제1 실링부재(151)가 상부 프레임(120)과 기판(11) 사이의 간격을 밀봉할 수 있도록, 상부 프레임(120)이 기판(11)에 근접시 기판(11)과 중첩되는 영역에 형성될 수 있다.
제2 실링부재(153)는 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이에 배치될 수 있다. 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이에 배치되어, 이들 사이의 간격을 밀봉함으로써, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이로 에칭 용액(E)이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 하부 프레임(130)은 제2 실링부재(153)의 일부가 삽입될 수 있는 안착홈(135)이 형성될 수 있다. 이를 통해, 제2 실링부재(153)의 정확한 위치를 결정할 수 있을 뿐만 아니라 제2 실링부재(153)에 의한 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이의 밀봉력을 향상시킬 수 있다. 본 실시예에서는 안착홈(135)이 하부 프레임(130)에 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나, 안착홈(135)의 위치는 이에 한정되지 아니하며, 도 5와 같이 안착홈(125, 135)은 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)에 동시에 형성될 수도 있으며, 또는 안착홈(125)이 상부 프레임(120)에만 형성될 수 있다.
정리하면, 제1 실링부재(151)는 상부 프레임(120)의 에칭홀(121)로 유입되는 에칭 용액(E)이 LED구조물(10)과 상부 프레임(120) 사이로 유입되는 것을 방지하며, 제2 실링부재(153)는 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이의 간격으로 에칭 용액(E)이 유입되는 것을 방지한다. 그리고, 제1 실링부재(151) 및 제2 실링부재(153)를 안착시키기 위한 삽입홈(123) 및 안착홈(135)이 형성된다.
고정부재(140)는 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)을 연결하여 고정하되, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)의 간격을 조절한다.
고정부재(140)는 분리 형성된 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)을 연결 고정하기 위한 다양한 구조를 사용할 수 있다. 예로서, 고정부재(140)는 도 3 및 도 4와 같이, 상부 프레임(120) 및 하부 프레임(130)에 각각 형성된 고정홀(127, 137)에 나사 결합하여 간격을 조절할 수 있다. 즉, 나사 결합된 고정부재(140)를 조임으로써, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)이 근접하도록 간격을 줄일 수 있다. 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)의 간격이 좁혀짐에 따라, 상부 프레임(120), 하부 프레임(130) 및 LED구조물(10) 사이에 배치된 실링부재들(151, 152)가 압축되면서 노출된 기판(11)을 제외한 나머지 구성에 에칭 용액(E)이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 실링부재(151, 152)은 상부 프레임(120), 하부 프레임(130)의 가압력에 의해 압축되기 위해서 탄성력을 가진 부재일 수 있다. 그리고, 실링부재(151, 152)의 단면 형상은 도 6과 같이 'O'링 형상을 가질 수 있다. 다만, 제1 실링부재(151) 및 제2 실링부재(153)의 단면 형상은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 형상을 가질 수 있다.
고정부재(140)는 실링부재(150), 특히 제2 실링부재(153)의 외곽에 배치될 수 있다. 제2 실링부재(153)의 외곽에 배치됨으로써, 고정홀(127, 137)을 통한 에칭 용액(E)의 유입과 관계없이 제2 실링부재(153)가 밀봉력을 유지할 수 있다.
고정부재(140)는 복수의 부재로 구성되며, 전체적으로 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)에 일정한 가압력을 제공하기 위하여 일정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로서, 도면 3과 같이, 4개의 고정부재(140)가 90도 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
도 7은 도 4에서 제1 실링부재가 LED구조물과 접촉한 상태를 확대한 도면이다. 도 7을 참조하면, 제1 실링부재(151)는 수납된 LED구조물(10)의 상부를 가압 밀봉한다. 이 때, 제1 실링부재(151)는 LED구조물(10)의 상부, 즉 기판(11)에 접촉하게 된다. 기판(11)에서 제1 실링부재(151)와의 접촉영역은 에칭 용액(E)과 접촉하지 않기 때문에, 에칭 공정시 실질적으로 제거되지 않는다. 제거되지 않은 영역은 제품으로서 효용성이 떨어지므로, 이러한 접촉영역의 폭(W)은 제품의 생산수율을 고려할 때, 5mm이하인 것이 바람직하다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭용 지그의 작동상태를 나타낸 것으로, 다음과 같은 단계로 진행된다.
먼저 도 8a를 보면, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)은 에칭의 대상인 LED구조물(10)이 배치될 수 있도록 충분히 이격된 상태로 배치된다. 이 때, 상부 프레임(120)의 삽입홈(123)에는 제1 실링부재(151)가 고정배치되며, 하부 프레임(130)의 안착홈(135)에는 제2 실링부재(153)가 고정배치된다.
다음으로, 도 8b과 같이 충분히 이격된 상태의 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이로 LED구조물(10)을 배치하되, 기판(11)이 상부 프레임(120)을 향하도록 한다. 기판(11)이 에칭홀(121)이 형성된 상부 프레임(120)을 향하도록 배치됨으로써, 기판(11)의 상부면(11a) 대부분이 에칭홀(121)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이 때, LED구조물(10)은 하부 프레임(130)에 형성된 위치 결정홈(131)에 배치되어, LED구조물(10)이 목적하는 위치에 정확히 배치될 수 있다.
이어서, 고정부재(140)를 통하여 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)을 고정 연결한다. 고정부재(140)는 상부 프레임(120)의 고정홀(127)을 관통하여 하부 프레임(130)의 고정홀(137)과 연결된다. 일 예로 고정부재(140)로서 나사를 사용할 수 있으며, 이 경우 고정부재(140)를 점차 조임으로써 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130)을 점차 근접시킬 수 있다. 이 때, 상부 프레임(120)과 LED구조물(10) 사이에 배치된 제1 실링부재(151)가 탄성력에 의해 압축되면서, 상부 프레임(120)과 LED구조물(10) 사이로 에칭 용액(E)이 유입되는 것을 차단한다. 그리고, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이에 배치된 제2 실링부재(153)가 탄성력에 의해 압축되면서, 상부 프레임(120)과 하부 프레임(130) 사이로 에칭 용액(E)이 유입되는 것을 차단한다.
상술한 바와 같이 분리 결합이 가능한 상부/하부 프레임(120, 130), 이들을 고정하는 고정부재(140) 및 상부/하부 프레임(120, 130)과 LED구조물(10)을 밀봉하는 제1 실링부재(151) 및 제2 실링부재(153)의 작용에 의하여, LED구조물(10)은 기판(11)의 상부면(11a)을 제외한 나머지 영역이 밀폐되어, 상기 나머지 영역에서 에칭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 9a 및 도 9b은 본 발명에 따른 에칭용 지그를 이용한 에칭공정 진행시, LED구조물의 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9a는 에칭용 지그(100)에 지지되는 LED구조물(10)이 에칭되기 전 상태를 나타내며, 도 9b는 에칭용 지그(100)에 지지되는 LED구조물(10)이 에칭 완료된 상태를 나타낸다. LED구조물(10)은 기판(11)의 상부면(11a)을 제외한 나머지 면이 프레임 본체(110)와 실링부재들(151, 153)에 의해 밀봉되어 있기 때문에, 기판(11)의 상부면(11a)만이 에칭 용액(E)에 노출된다. 그에 따라 에칭 용액(E)은 기판(11)의 상부면(11a)과 반응하며, 이 때 실리콘을 재질로 한 기판(11)만이 에칭에 의해 제거된다. 본 실시예에 의한 에칭용 지그(100)는 LED구조물(10)의 나머지 면이 제1 실링부재(151) 및 제2 실링부재(153)에 의해 밀봉되어 보호되기 때문에 예정시간을 초과하여 에칭이 진행된다 하더라도 LED구조물(10)의 하부에 배치된 지지층(15)이 에칭되는 것을 방지할 수 있다.
도 10은 종래 기술에 따른 화학적 리프트 오프 공정시, LED구조물의 상태를 나타낸 사진이며, 도 11은 본 발명에 따른 화학적 리프트 오프 공정시, LED구조물의 상태를 나타낸 사진이다.
종래에는 다른 장비에 의해 결합되지 않은 상태인 LED구조물(10) 자체를 그대로 에칭 용액(E)에 담가 기판(11)을 에칭시키는 방법을 사용하였는데, 이러한 방법은 LED구조물(10)의 모든 면이 에칭 용액(E)에 노출되게 된다. 이 경우, LED구조물(10)의 기판(11)은 물론 LED박막(13) 및 이를 지지하는 지지층(15)이 에칭 용액(E)에 그대로 노출되어, LED박막(13)과 지지층(15) 사이의 접착층(14)은 물론 LED박막(13)의 각층의 계면이 에칭되어, 도 10과 같이 LED구조물(10)의 표면 특히, 테두리부에 크랙이 발생하였다.
그에 반해, 본 발명과 같이 기판(11)을 제외한 LED박막(13) 및 지지층(15)을 밀봉하는 에칭용 지그(100)를 사용하여 에칭을 진행하는 경우, LED박막(13)과 지지층(15) 사이의 접착층(14)은 물론 LED박막(13)의 각층 계면에서 에칭이 일어나는 것을 방지할 수 있어, 도 11과 같이 LED구조물(10)의 크랙이 전혀 발생하지 않았다.
이를 통해, 본 발명과 같이 불필요한 에칭을 방지하는 에칭용 지그(100)를 사용하는 것이 완성된 LED구조물(10)의 표면 상태를 양호하게 만들 수 있는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 다른 유형으로, 상술한 에칭용 지그(100)를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비(1000)를 고려할 수 있다.
도 12는 이러한 에칭용 지그를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비의 예를 개략적으로 나타내는 개념도이다. 도 12를 참조하면, 화학적 리프트 오프 장비(1000)는 에칭용 지그(100), 에칭 탱크(200) 및 챔버(300)를 포함할 수 있다.
에칭 탱크(200)는 챔버(300) 내부에 마련되며, 내부에 기판(11)을 에칭시킬 수 있는 에칭 용액(E)이 채워진다.
에칭용 지그(100)는 에칭 용액(E)이 담겨진 에칭 탱크(200)에 침지하여, 일정 시간동안 에칭이 진행된다. 에칭용 지그(100)는 상술한 내용과 동일하므로 그에 대한 설명은 생략한다.
도 12에서는 에칭용 지그(100)가 에칭홀(121)이 형성된 상부 프레임(120)이 상부를 향한 상태로, 에칭 탱크(200)에 침지되는 것으로 나타내었으나, 이에 한정되지 아니한다. 에칭용 지그(100)는 상부 프레임(120)이 하부를 향한 상태로 침지될 수도 있으며, 또는 측부를 향한 상태로도 침지될 수 있다.
이와 같이 침지된 에칭용 지그(100)에 수납된 LED구조물(10)은 상부에 위치한 기판만이 에칭에 의해 제거될 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 LED구조물(10)을 수납하는 에칭용 지그(100) 및 이를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비(1000)에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
10...LED구조물 11...기판
13...LED박막 14...접착층
15...지지층 100...에칭용 지그
110...프레임 본체 120...상부 프레임
121...에칭홀 123...삽입홈
125...안착홈 127...고정홀
130...하부 프레임 131...위치 결정홈
135...안착홈 137...고정홀
140...고정부재 150...실링부재
151...제1 실링부재 153...제2 실링부재
200...에칭 탱크 300...챔버
1000...화학적 리프트 오프 장비
13...LED박막 14...접착층
15...지지층 100...에칭용 지그
110...프레임 본체 120...상부 프레임
121...에칭홀 123...삽입홈
125...안착홈 127...고정홀
130...하부 프레임 131...위치 결정홈
135...안착홈 137...고정홀
140...고정부재 150...실링부재
151...제1 실링부재 153...제2 실링부재
200...에칭 탱크 300...챔버
1000...화학적 리프트 오프 장비
Claims (12)
- 에칭 공정이 진행되는 동안 에칭 대상을 지지하며,
상기 에칭 대상의 일부 영역이 노출되도록, 상기 에칭 대상의 일부 영역을 제외한 나머지 영역을 감싸는 에칭용 지그.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에칭 대상은 지지층, 반도체 박막, 기판이 적층된 반도체 구조물이며,
상기 에칭용 지그는,
상기 반도체 구조물이 수납되며, 상기 기판의 상부면이 노출되도록 상부에 에칭홀이 형성된 프레임 본체; 및
상기 프레임 본체 내부에 배치되어, 상기 반도체 박막 및 상기 지지층을 밀봉하는 실링부재;를 포함하는 에칭용 지그.
- 제 2 항에 있어서,
상기 프레임 본체는,
상기 지지층의 하부를 접촉 지지하는 하부 프레임;
상기 하부 프레임의 상부에 배치되고, 중심부에 에칭홀이 형성되어 상기 기판의 상부 테두리를 접촉 지지하는 상부 프레임; 및
상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임을 고정 연결하며, 상기 상부프레임과 하부 프레임의 간격을 조절하는 고정부재;를 포함하는 에칭용 지그.
- 제 3 항에 있어서,
상기 실링부재는,
상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 배치되는 에칭용 지그.
- 제 4 항에 있어서,
상기 실링부재는,
상기 반도체 구조물과 상기 상부 프레임 사이에 배치되는 제1 실링부재; 및
상기 상부 프레임과 상기 하부 프레임 사이에 배치되는 제2 실링부재;를 포함하는 에칭용 지그.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제1 실링부재는 상기 기판의 상부면과의 접촉영역의 폭이 5mm 이하인 에칭용 지그.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제1 실링부재, 상기 제2 실링부재 중 적어도 하나의 단면형상이 'O'링 형상을 가지는 에칭용 지그.
- 제 5 항에 있어서,
상기 상부 프레임, 상기 하부 프레임 중 적어도 하나는 상기 제2 실링부재가 안착될 수 있는 안착홈이 형성된 에칭용 지그.
- 제 5 항에 있어서,
상기 상부 프레임은 상기 제1 실링부재를 삽입 고정할 수 있는 삽입홈이 형성된 에칭용 지그.
- 제 9 항에 있어서,
상기 삽입홈은 상기 상부 프레임이 상기 기판과 중첩되는 영역에 배치되는 에칭용 지그.
- 제 3 항에 있어서,
상기 상부 프레임 및 상기 하부프레임은 상기 고정부재가 결합될 수 있는 고정홀이 각각 형성된 에칭용 지그.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 에칭용 지그를 포함하는 화학적 리프트 오프 장비.
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