KR20200049946A - 마이크로 엘이디칩 제작용 마스크 및 마이크로 엘이디칩 제작 장치와 방법 - Google Patents

마이크로 엘이디칩 제작용 마스크 및 마이크로 엘이디칩 제작 장치와 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시 형태는 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는데 사용되는 마이크로 LED칩 제작용 마스크에 있어서, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판; 상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어, 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층; 및 상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어, 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층;을 포함할 수 있으며, 레이저빔은 157nm 내지 350nm 파장을 갖는 엑시머 레이저를 사용할 수 있다.

Description

마이크로 엘이디칩 제작용 마스크 및 마이크로 엘이디칩 제작 장치와 방법{Mask for manufacturing micro LED chip and Apparatus and Method for producting the same}
본 발명은 마이크로 엘이디칩 제작용 마스크 및 마이크로 엘이디칩 제작 장치와 방법으로서, 마이크로 엘이디칩을 제작하는데 사용되는 마스크 및 제작 장치 및 제작 방법에 관한 것이다.
전자기기의 표시등, 계산기의 숫자판, LED TV의 배면광, 그리고 각종 조명기구 등의 사용이 증가함에 따라 발광 다이오드의 수요 또한 증가하게 되었다.
발광 다이오드는 P-N 접합 다이오드에 순방향(N형을 양, P형을 음)으로 전압을 인가함으로써 정공과 전자를 주입하고 그 재결합으로 생기는 에너지를 빛으로 방출시키는 것으로 LED(Light Emitting Diode)라고도 불리며, 효율이 높고 수명이 길며 전력소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명기기 응용 분야에서 주목을 받고 있다.
일반적으로 LED 제작은 질화갈륨(GaN), 인화갈륨(GaP), GaAs(비소화 갈륨) 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용한다. Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 금속안정성이 우수하고 직접천이형의 에너지 밴드(band)의 구조를 갖고 있어 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다.
최근 전세계적인 이슈로 많은 연구가 되고 있는 LED는 기존의 cm2 수준의 대면적 램프용 광소자가 아닌, 발광면적을 100㎛×100㎛급 이내의 마이크로급 LED칩을 개발하는 기술이 화두로 되고 있으나, 너무 작은 크기의 마이크로 LED칩 개발로 인하여, 개발되는 마이크로 LED칩을 직접 사용하기 위해서는 이를 응용단계의 기판위에 바로 소자를 그대로 옮길 수 있는 전사기술이 중요시되고 있다.
수직형 LED는 n(-)전극과 p(+)전극이 수직으로 배열된 구조로 글라스 기판상에 n형반도체/활성화영역/n-형반도체 LED구조를 성장시킨 뒤 LED 구조를 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off) 기술을 이용해 글라스 기판에서 떼어 제조한다.
도 1은 사파이어 기판 상부에 레이저빔을 조사하여 LED 구조를 회로 기판상에 성장시키는 모습을 도시한 레이저 리프트 오프(LLO) 기반의 전사 공정 개념이다. 도 1과 같이 레이저 리프트 오프(LLO) 기술은 사파이어 기판의 하부면 박리층(희생층)을 삽입하여 라인 형태의 레이저빔 조사시, 박리층에서 레이저의 흡수가 일어나 박리층의 Decomposition을 이용하는 방식이다. 즉 특정 파장의 레이저가 박리층에서 흡수되고 이에 따라 박리층이 가열되면서 thermal decomposition이 일어난다. 이때, 박리층이 분해되기 위해서는 박리층 물질 내의 휘발성 원자를 반드시 포함하고 있어야만 Laser lift-off가 가능한데, 즉, 열적 분해로 생성된 휘발성 원자, 예를 들어 N2, O2, H2가 박리층과 소자 사이에 생성되어 소자를 들어올리면서 Lift-off가 일어난다.
마이크로 LED칩를 기반으로 한 기술은 연구 개발 단계에 있으며, 마이크로 LED칩을 광원의 셀(cell)로 활용하기 위한 연구가 진행중이며, 이를 구현하기 위해서 가장 필요한 기술이 마이크로 LED칩을 디스플레이 소재로 활용하는 투명 글라스 기판 상에 전사하는 기술이다.
현재 신뢰성이 높으면서도 신속하게 마이크로 LED칩을 투명 글라스 기판 상에 전사하기 위하여, 마이크로 LED 칩을 중간과정 없이 투명 글라스 기판에 선택적으로 직접 전사하는 기술에 대한 개발이 절실히 필요한 상황이다.
한국등록특허 10-1160158호
본 발명의 기술적 과제는 마이크로 엘이디칩을 제작하는데 사용되는 마스크의 사용 수명을 연장시킬 수 있는 마이크로 엘이디칩 제작 용도의 마스크와 제작 수단을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 에어갭 상태에서 마이크로 LED 칩을 글라스 기판에 선택적으로 직접 전사하기 위한 마이크로 엘이디칩 제작 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마스크의 비투과층이 강한 레이저빔에 의해 손쉽게 손상되기 때문에 마스크를 자주 교체해주어야 하는 문제를 해결하고, 제조 원가 절감 차원에서, 마이크로 LED칩 제작시에 사용되는 마스크의 사용 수명을 연장시켜 교체 주기를 최대한 늘릴 수 있는 마이크로 엘이디칩 제작용 마스크를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시 형태는 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는데 사용되는 마이크로 LED칩 제작용 마스크에 있어서, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판; 상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어, 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층; 및 상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어, 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층;을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 표면 처리된 표면 처리층으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 표면 처리는, 요철 표면 또는 거칠기 표면으로 처리함을 특징으로 할 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역을 표면 처리한 표면 처리층과 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층이 결합된 복합층으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명은 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는 마이크로 LED칩 제작 장치에 있어서, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판과, 상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층과, 상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층을 구비한 마스크; 상기 마스크의 하측에 대응되어 이격 위치하는 광투과 재질의 기판으로서, 하부면에 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층이 이격되어 복수개 형성된 글라스 기판; 상기 마스크의 상부면을 향하여 라인빔 형태의 레이저빔이 출력되는 레이저빔 발생기; 상기 글라스 기판의 하측에 대응되어 이격 위치하는 기판으로서, 상기 마스크과 글라스 기판을 차례로 투과하는 레이저빔에 의해 질화갈륨계열(GaN)의 희생층이 용융 낙하되어 상부면으로 전사되어 LED칩이 형성되는 회로 기판;을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 표면 처리된 표면 처리층으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 레이저빔 발생기는 157nm 내지 350nm 파장을 갖는 엑시머 레이저를 사용할 수 있다.
상기 버퍼층은, 상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역을 표면 처리한 표면 처리층과 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층이 결합된 복합층으로 구현됨을 특징으로 할 수 있다.
또한 본 발명은 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는 마이크로 LED칩 제작 방법에 있어서, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판과, 상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층과, 상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층을 구비한 마스크를 향해 라인빔 형태의 레이저빔이 조사되는 선택적 레이저빔 조사 과정; 상기 마스크를 통해 선택적으로 투과되는 레이저빔에 의하여, 마스크의 하측에 대응되어 이격 위치한 글라스 기판의 하부면에 형성된 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층이 마스크의 하측에 위치한 회로 기판에 전사되어 LED칩이 형성되는 LED칩 전사 과정;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 에어갭 상태에서 마이크로 LED 칩을 글라스 기판에 선택적으로 직접 전사할 수 있는 마이크로 엘이디칩 제작용 마스크를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 비투과층에 레이저빔이 닿기 전에 버퍼층에서 레이저빔 세기가 감소되어 비투과층의 손상을 최소화시킬 수 있어, 마스크 교체 주기를 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따라 마스크 수명이 연장됨으로써, 대면적 가공이 가능해지고, 마이크로 LED칩의 개수에 상관없이 동일한 tact-time을 유지할 수 있게되어 생산 효율을 높일 수 있게 된다.
도 1은 기존에 사파이어 기판 상부에 레이저빔을 조사하여 LED 구조를 회로 기판상에 성장시키는 모습을 도시한 레이저 리프트 오프(LLO) 기반의 전사 공정 개념도.
도 2는 사파이어 기판 상부에 마스크(MASK)를 구비하여 마스크에 선택적 레이저빔 조사가 이루어지도록 하는 예시 그림.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 마스크용 기판을 통과하는 레이저빔이 버퍼층에 의하여 투과성이 약화되는 모습을 도시한 그림.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 난반사 코팅층으로 버퍼층이 형성된 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 표면 처리층으로 버퍼층이 형성된 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 난반사 코팅층과 표면 처리층이 결합된 복합층으로 버퍼층이 형성된 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED칩 제작 장치를 도시한 그림.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED칩 제작 방법을 도시한 플로차트.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 사파이어 기판 상부에 마스크(MASK)를 구비하여 마스크에 선택적 레이저빔 조사가 이루어지도록 하는 예시 그림이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 마스크용 기판을 통과하는 레이저빔이 버퍼층에 의하여 투과성이 약화되는 모습을 도시한 그림이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 난반사 코팅층으로 버퍼층이 형성된 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 표면 처리층으로 버퍼층이 형성된 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 난반사 코팅층과 표면 처리층이 결합된 복합층으로 버퍼층이 형성된 마이크로 LED칩 제작용 마스크를 도시한 단면도이다.
회로 기판에 성장되는 마이크로 LED칩을 글라스 기판에 선택적으로 직접 전사시키기 위하여, 도 2에 도시한 바와 같이 사파이어 기판 상부에 마스크(MASK)를 구비하여 마스크에 선택적 레이저빔 조사가 이루어질 수 있다. 즉, 마스크는 비투과 영역인 비투과층(Cr)을 구비하여 레이저빔이 비투과층을 통과하지 못하도록 하여 선택적 마이크로 LED칩의 구조 성장이 이루어지도록 하고 있다.
이러한 마스크를 글라스 기판의 상부에 두고 레이저빔을 조사하게 되면, 마스크의 투과 영역을 통과한 레이저빔의 회절로 인하여 레이저 에너지가 불균일하게 되어 LED칩의 올바른 성장이 이루어지지 않게 된다. 이에, 회절 영향을 최소화하기 위하여 레이저, 마스크, 글라스 기판간의 간격을 최대한 좁게한 후, 마스크 상부에 레이저를 조사하게 된다.
레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하기 위하여 마스크를 글라스 기판(210)의 상부에 두고 레이저빔을 마스크에 지속적으로 조사하게 되면, 마스크에 형성된 비투과층이 강한 레이저빔에 의해 손쉽게 손상되기 때문에 마스크를 자주 교체해주어야 한다.
따라서 제조 원가 절감 차원에서, 마이크로 LED칩 제작시에 사용되는 마스크(100)의 사용 수명을 연장시켜 교체 주기를 최대한 늘릴 수 있는 방안이 필요한데, 이를 위하여 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는데 사용되는 본 발명의 마이크로 LED칩 제작용 마스크는, 도 3에 도시한 바와 같이 마스크용 기판(110), 비투과층(130), 및 버퍼층(120)을 포함할 수 있다.
마스크용 기판(110)은, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 기판이다. 마스크용 기판(110)은 쿼츠 재질의 기판으로 형성될 수 있다. 마스크용 기판(110)의 두께는 제한을 가지지 않는다.
비투과층(130)은, 마스크용 기판(110)의 하부면에 복수개로 이격 형성되어, 레이저빔이 마스크용 기판(110)의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 비투과 재질로 구현된다. 예를 들어, 비투과층(130)은 이격된 복수개의 크롬(Cr) 재질의 크롬층으로 구현되어 레이저빔 등의 광이 비투과층을 투과하지 못하고 반사되도록 한다.
버퍼층(120)은, 마스크용 기판(110)의 하부면과 비투과층(130)간의 경계면에 형성되는 경계층으로서, 마스크용 기판(110)의 하부면을 투과하여 비투과층(130)에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼 역할을 하게 된다. 즉, 4에 도시한 바와 같이 레이저빔이 마스크용 기판(110)의 상부면에 도달하여 마스크용 기판(110)을 투과하여 하부면에 도달하게 되는 레이저빔 중에서, 비투과영역에 있는 버퍼층(120)에 도달하는 레이저빔은 버퍼층(120)에 의해 레이저빔이 분산되어, 결과적으로 버퍼층(120)에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 감소될 수 있다.
이러한 버퍼층(120)은 다음과 같이 세 가지 방식으로 구현될 수 있다.
버퍼층(120)을 구현하는 첫 번째 방식은, 도 5에 도시한 바와 같이 난반사 코팅층(120a)으로 구현할 수 있다. 즉, 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역이 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층(120a)으로서 버퍼층(120)을 구현한다. 따라서 마스크용 기판(110)을 투과하여 마스크용 기판(110)의 하부면에 도달하게 되는 레이저빔 중에서, 난반사 코팅층(120a)에 도달하는 레이저빔은 난반사 코팅층(120a)에 의하여 난반사되어, 결과적으로 난반사 코팅층(120a)에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 감소될 수 있다.
버퍼층(120)을 구현하는 다른 두 번째 방식은, 도 6에 도시한 바와 같이 표면 처리층(120b)으로 구현할 수 있다. 즉, 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역이 표면 처리된 표면 처리층(120b)으로 구현될 수 있다. 따라서 마스크용 기판(110)을 투과하여 마스크용 기판(110)의 하부면에 도달하게 되는 레이저빔 중에서, 표면 처리층(120b)에 도달하는 레이저빔은 표면 처리층(120b)에 의하여 분산되어, 결과적으로 표면 처리층(120b)에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 감소될 수 있다.
이러한 표면 처리층(120b)은, 요철 표면으로 처리되는 형태로 구현될 수 있는데, 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역의 표면이 요철 형상으로 처리됨으로서, 요철 표면에 도달하는 레이저빔이 요철 표면에 의하여 분산되어, 결과적으로 요철 표면에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 감소될 수 있다.
또한 표면 처리층(120b)은, 거칠기 표면으로 처리되는 형태로 구현될 수 있는데, 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역의 표면이 거칠기를 가지는 표면으로 처리됨으로서, 거칠기 표면에 도달하는 레이저빔이 거칠기 표면에 의하여 분산되어, 결과적으로 거칠기 표면에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 감소될 수 있다.
버퍼층(120)을 구현하는 다른 세 번째 방식은, 도 7에 도시한 바와 같이 복합층으로 구현할 수 있다. 즉, 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역을 표면 처리한 표면 처리층(120b)과 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층(120a)이 결합된 복합층으로 구현될 수 있다.
이러한 복합층은 도 7(a)에 도시한 바와 같이 표면 처리층(120b)이 상측에 위치하고 난반사 코팅층(120a)이 하측에 위치하도록 구현할 수 있다. 따라서 마스크용 기판(110)을 투과하여 마스크용 기판(110)의 하부면에 도달하게 되는 레이저빔 중에서, 복합층에 도달하는 레이저빔은 복합층내의 표면 처리층(120b)에 의해 1차 분산되고, 복합층내의 난반사 코팅층(120a)에 의해 2차 분산되어, 결과적으로 복합층에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 의미있는 수치로서 감소될 수 있다.
또한 복합층은 도 7(b)에 도시한 바와 같이 난반사 코팅층(120a)이 상측에 위치하고 표면 처리층(120b)이 하측에 위치하도록 구현할 수 있다. 따라서 마스크용 기판(110)을 투과하여 마스크용 기판(110)의 하부면에 도달하게 되는 레이저빔 중에서, 복합층에 도달하는 레이저빔은 복합층내의 난반사 코팅층(120a)에 의해 1차 분산되고, 복합층내의 표면 처리층(120b)에 의해 2차 분산되어, 결과적으로 복합층에 접한 비투과층(130)에 도달하는 레이저빔의 세기가 의미있는 수치로서 감소될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED칩 제작 장치를 도시한 그림이다.
레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는 본 발명의 마이크로 LED칩 제작 장치는, 도 8에 도시한 바와 같이 마스크(100), 글라스 기판(210), 레이저빔 발생기(미도시), 및 회로 기판(300)을 포함할 수 있다.
마스크(100)는, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판(110)과, 상기 마스크용 기판(110)의 하부면에 복수개로 이격 형성되어 레이저빔이 마스크용 기판(110)의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층(130)과, 상기 마스크용 기판(110)의 하부면과 비투과층(130)간의 경계면에 형성되어 마스크용 기판(110)의 하부면을 투과하여 비투과층(130)에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층(120)을 구비한다. 따라서 마스크용 기판(110)을 통과하는 라인형태의 레이저빔은 비투과층(130)에 의하여 차단되어 선택적으로 투과되게 된다.
이러한 버퍼층(120)은, 도 5에 도시한 바와 같이 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역이 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층(120a)으로 구현될 수 있다.
또한 버퍼층(120)은, 도 6에 도시한 바와 같이 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역이 표면 처리된 표면 처리층(120b)으로 구현될 수 있다.
또한 버퍼층(120)은, 도 7에 도시한 바와 같이 비투과층(130)과 접하는 마스크용 기판(110)의 하부면 영역을 표면 처리한 표면 처리층(120b)과 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층(120a)이 결합된 복합층으로 구현될 수 있다.
글라스 기판(210)(Glass Substrate)은, 마스크(100)의 하측에 대응되어 이격 위치하는 광투과 재질의 기판으로서, 하부면에 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층(220)이 이격되어 복수개 형성된 기판이다.
글라스 기판(210)은, 보통 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 유리기판, 세라믹 기판이나 금속 폴리 또는 폴리머 기판과 같은 다양한 기판소재로 이루어질 수 있으나 바람직하게는, 사파이어 기판을 사용한다.
참고로, 사파이어 기판의 경우 단위 칩의 사파이어두께는 80~100μm 정도이며, 사파이어 기판의 열전도 특성은 약 40W/mK 정도인데, 사파이어 기판의 두께가 약 80 미크론일 경우, 열저항 값은 35℃/W 정도로 소자 시스템 전체의 열저항의 약 90%를 차지하게 된다.
희생층(220)은, 157nm 내지 350nm 파장을 가지는 다양한 종류의 엑시머 레이저를 효과적으로 흡수할 수 있는 질화갈륨 계열의 화합물 반도체로 Ga-0-N 계열, Ga-O 계열, Ga-N 계열이 사용될 수 있다.
여기서, 희생층(220)은 화학기상성장법(chemical vapor deposition, CVD) 또는 물리적기상성장법(Physical vapor deposition, PVD)에 의해 형성될 수 있으며 바람직하게는, 물리적기상성장법(Physical vapor deposition, PVD) 중 반응성 스퍼터링 방식에 의해 형성될 수 있다.
또한, 희생층(220)의 두께는 10nm이상인 것을 특징으로 하는데 희생층(220)의 두께가 10nm보다 작을 경우 희생층(220)에서 레이저빔(L)의 흡수율이 떨어져 기판과 희생층(220)의 계면 분리가 완벽하게 이루어지지 않으며 희생층(220)을 통과한 레이저빔이 희생층(220)의 상면에 형성된 LED칩에 영향을 미치게 된다.
레이저빔 발생기(미도시)는, 마스크(100)의 상부면을 향하여 라인빔 형태의 레이저빔이 출력되는 광 조사기이다. 여기서, 레이저빔 발생기(미도시)는 레이저빔(L)을 발생시키는 공지의 구성으로서, 글라스 기판(210)과 희생층(220) 사이의 결합에너지 및 가공하고자 하는 희생층(220)의 밴드갭 에너지에 따라 엑시머 레이저, DPSS 레이저 등 다양한 종류의 레이저가 사용될 수 있다.
본 실시예의 경우, 레이저빔 발생기는 157nm 내지 350nm 파장을 갖는 엑시머 레이저가 사용된다.
또한, 레이저빔 발생기(미도시)로부터 출력되는 레이저빔의 파장은 자외선 파장 영역인 것이 바람직하다. 또한 레이저빔 발생기(미도시)는, 라인 형태의 라인빔을 발생하도록 하는 라인빔 형성수단이 추가로 구비된다.
회로 기판(300)은, 글라스 기판(210)의 하측에 대응되어 이격 위치하는 기판으로서, 상기 마스크(100)과 글라스 기판(210)을 차례로 투과하는 레이저빔에 의해 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층(220)이 용융 낙하되어 상부면으로 전사되어 LED칩이 형성되는 기판이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED칩 제작 방법을 도시한 플로차트이다.
레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는 본 발명의 마이크로 LED칩 제작 방법은, 도 9에 도시한 바와 같이 선택적 레이저빔 조사 과정(S910)과, LED칩 전사 과정(S920)을 포함할 수 있다.
선택적 레이저빔 조사 과정(S910)은, 레이저빔 발생기가 마스크(100)를 향해 라인빔 형태의 레이저빔을 조사하는 과정이다. 여기서 마스크(100)는, 상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판(110)과, 상기 마스크용 기판(110)의 하부면에 복수개로 이격 형성되어 레이저빔이 마스크용 기판(110)의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층(130)과, 마스크용 기판(110)의 하부면과 비투과층(130)간의 경계면에 형성되어 마스크용 기판(110)의 하부면을 투과하여 비투과층(130)에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층(120)을 구비한다. 따라서 레이저빔이 비투과층(130)을 투과하지 못하게 되어, 마스크용 기판(110)을 투과시에 선택적으로 레이저빔이 투과된다.
특히, 본 발명은 비투과층(130)에 레이저빔이 닿기 전에 버퍼층(120)에서 레이저빔 세기가 감소되기 때문에, 비투과층(130)의 손상을 최소화시킬 수 있게 된다.
LED칩 전사 과정(S920)은, 마스크(100)를 통해 선택적으로 투과되는 레이저빔에 의하여, 마스크(100)의 하측에 대응되어 이격 위치한 글라스 기판(210)의 하부면에 형성된 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층(220)이 마스크(100)의 하측에 위치한 회로 기판(300)에 전사되어 LED칩을 형성하는 과정이다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100:마스크 110:마스크용 기판
120:버퍼층 120a:난반사 코팅층
120b:표면 처리층 130:비투과층

Claims (8)

  1. 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는데 사용되는 마이크로 LED칩 제작용 마스크에 있어서,
    상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판;
    상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어, 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층; 및
    상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어, 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층;
    을 포함하는 마이크로 LED칩 제작용 마스크.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼층은,
    상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층으로 구현됨을 특징으로 하는 마이크로 LED칩 제작용 마스크.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 버퍼층은,
    상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 표면 처리된 표면 처리층으로 구현됨을 특징으로 하는 마이크로 LED칩 제작용 마스크.
  4. 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는 마이크로 LED칩 제작 장치에 있어서,
    상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판과, 상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층과, 상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층을 구비한 마스크;
    상기 마스크의 하측에 대응되어 이격 위치하는 광투과 재질의 기판으로서, 하부면에 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층이 이격되어 복수개 형성된 글라스 기판;
    상기 마스크의 상부면을 향하여 라인빔 형태의 레이저빔이 출력되는 레이저빔 발생기;
    상기 글라스 기판의 하측에 대응되어 이격 위치하는 기판으로서, 상기 마스크과 글라스 기판을 차례로 투과하는 레이저빔에 의해 질화갈륨계열(GaN)의 희생층이 용융 낙하되어 상부면으로 전사되어 LED칩이 형성되는 회로 기판;
    을 포함하는 마이크로 LED칩 제작 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 버퍼층은,
    상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 레이저빔을 난반사시키는 재질로 된 난반사 코팅층으로 구현됨을 특징으로 하는 마이크로 LED칩 제작 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이저빔 발생기는 157nm 내지 350nm 파장을 갖는 엑시머 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 LED칩 제작 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 버퍼층은,
    상기 비투과층과 접하는 마스크용 기판의 하부면 영역이 표면 처리된 표면 처리층으로 구현됨을 특징으로 하는 마이크로 LED칩 제작 장치.
  8. 레이저 리프트 오프(LLO;Laser Lift-Off)를 적용하여 마이크로 LED칩을 제작하는 마이크로 LED칩 제작 방법에 있어서,
    상부면으로 레이저빔이 조사되는 광투과 재질의 마스크용 기판과, 상기 마스크용 기판의 하부면에 복수개로 이격 형성되어 레이저빔이 마스크용 기판의 하부면을 투과하지 못하도록 차단하는 재질의 비투과층과, 상기 마스크용 기판의 하부면과 비투과층간의 경계면에 형성되어 마스크용 기판의 하부면을 투과하여 비투과층에 닿는 레이저빔의 세기를 감소시키는 버퍼층을 구비한 마스크를 향해 라인빔 형태의 레이저빔이 조사되는 선택적 레이저빔 조사 과정; 및
    상기 마스크를 통해 선택적으로 투과되는 레이저빔에 의하여, 마스크의 하측에 대응되어 이격 위치한 글라스 기판의 하부면에 형성된 질화갈륨(GaN) 계열의 희생층이 마스크의 하측에 위치한 회로 기판에 전사되어 LED칩이 형성되는 LED칩 전사 과정;
    을 포함하는 마이크로 LED칩 제작 방법.
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