KR20200070291A - 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법 및 평탄화 지그 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사파이어 기판(11)과, 사파이어 기판의 한쪽 면에 형성된 마이크로 LED(12)를 포함한 적층체(1)에 대하여, 사파이어 기판의 다른 쪽 면으로부터 펄스 발진에 의한 레이저 광을 조사하여, 각각의 마이크로 LED를 사파이어 기판으로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법으로서, 적층체의 외부로부터의 작용에 의하여 사파이어 기판의 휨을 눌러, 상기 사파이어 기판을 평탄화하는 공정과, 사파이어 기판이 평탄화된 상태에서, 스테이지(91) 위에 탑재된 적층체와, 레이저 광을 조사하는 광학계(6)를 상대적으로 이동시키면서, 사파이어 기판과 마이크로 LED의 경계부에 초점 위치가 맞도록 레이저 광을 상기 다른 쪽 면으로부터 조사하여, 각각의 마이크로 LED를 사파이어 기판으로부터 박리시키는 공정을 실행한다. 이에 의하여, 사파이어 기판의 휨의 문제가 발생하더라도, 마이크로 LED를 사파이어 기판으로부터 양호하게 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의하여 가공 방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 마이크로 LED (Light Emitting Diode)를 화소로 한 평판 디스플레이의 제조 공정에 있어서, 사파이어 기판 위에 형성된 마이크로 LED에 대하여, 레이저 리프트 오프에 의하여 마이크로 LED를 사파이어 기판으로부터 박리시키는 가공 방법에 관한 것으로, 특히 사파이어 기판에 휨이 발생하더라도 그 휨에 기인하는 사파이어 기판의 평면도를 개선하여, 마이크로 LED를 사파이어 기판으로부터 박리할 수 있도록 하는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법 및 평탄화 지그에 관한 것이다.
종래부터 사파이어 기판 위에 발광 반도체층을 포함한 반도체 적층체를 적층시킨 후에, 레이저 조사에 의하여 사파이어 기판과 반도체 적층체의 경계부에서 박리를 발생시키는 레이저 리프트 오프를 함으로써, 사파이어 기판을 제거하는 방법이 알려져 있다. 다만, 사파이어 기판에 휨이 발생하면, 레이저 광의 초점 위치가 맞지 않게 되어, 레이저 리프트 오프에 의한 사파이어 기판의 제거가 곤란해진다는 문제가 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이때, 특허 문헌 1에서는, 사파이어 기판의 휨을 반도체의 구조로 억제시키기 위하여, 예를 들면, 발광 반도체층을 포함한 반도체 적층체와, 이 반도체 적층체 위에 형성된 1층 이상의 금속층으로 이루어진 제1의 금속 적층체와, 지지 기판과, 이 지지 기판 위에 형성된 1층 이상의 금속층으로 이루어진 제2의 금속 적층체를 구비하는 광 반도체 장치가 제안되어 있다.
그러나, 상기와 같은 반도체의 구조를 채용하면, 반도체의 구조가 복잡해져서, 그 만큼 더 많은 제조 공정이 필요하게 된다. 여기서, 예를 들면 1개의 LED의 크기가 1mm 미만(미크론 오더)인 미소한 마이크로 LED를 화소로 한 평판 디스플레이의 제조 공정에 있어서는, 사파이어 기판의 휨을 특허 문헌 1과 같은 반도체의 구조로 억제하는 것은 마이크로 LED의 구조상의 관점에서 곤란하다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점에 대처하여, 사파이어 기판의 휨이 발생하더라도, 반도체의 구조에 의하여 그 휨을 억제하지 않고, 마이크로 LED를 사파이어 기판으로부터 양호하게 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법 및 그 레이저 리프트 오프에 사용하는 평탄화 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법은 박리용의 원반 형상의 사파이어 기판과, 상기 사파이어 기판의 한쪽 면에 형성된 복수의 마이크로 LED를 포함한 적층체에 대하여, 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면으로부터 펄스 발진에 의한 레이저 광을 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED를 상기 사파이어 기판으로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법으로서, 상기 적층체의 외부로부터의 작용에 의하여 상기 사파이어 기판의 휨을 눌러 상기 사파이어 기판을 평탄화하는 공정과, 상기 사파이어 기판이 평탄화된 상태에서, 수평면 내를 이동시키는 반송 기구의 스테이지 위에 탑재된 상기 적층체와, 상기 레이저 광을 조사하는 광학계를 상대적으로 이동시키면서, 상기 사파이어 기판과 상기 마이크로 LED의 경계부에 초첨 위치가 맞도록 상기 레이저 광을 상기 다른 쪽 면으로부터 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED를 상기 사파이어 기판으로부터 박리시키는 공정을 실행한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 평탄화 지그는 박리용 원반 형상의 사파이어 기판과, 상기 사파이어 기판의 한쪽 면에 형성된 복수의 마이크로 LED를 포함한 적층체에 대하여, 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면으로부터 펄스 발진에 의한 레이저 광을 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED를 상기 사파이어 기판으로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 사용되는, 상기 사파이어 기판의 휨을 눌러서 상기 사파이어 기판을 평탄화하는 평탄화 지그로서, 상기 사파이어 기판의 직경보다 큰 직경을 가진 링 부재와, 상기 링 부재의 상단부 주연으로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출되는 평탄한 면을 가진 내환부와, 상기 링 부재의 하단부 주연으로부터 지름 방향 바깥쪽으로 돌출하는 평탄한 면을 가진 외환부를 구비한다.
본 발명의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 따르면, 외부로부터의 작용에 의하여 상기 사파이어 기판의 휨을 눌러서, 이 사파이어 기판을 평탄화하므로, 레이저 광의 초점 위치가 일정하게 되어, 사파이어 기판의 휨의 문제를 반도체의 구조에 의하여 억제하지 않고, 양호하게 레이저 리프트 오프를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 평탄화 지그는 본 발명의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법의 사파이어 기판을 평탄화하는 공정에 사용함으로써, 상기 사파이어 기판의 휨을 눌러, 그 사파이어 기판을 평탄화할 수 있다.
[도 1] 제1 실시 형태에 있어서의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 사용하는 레이저 리프트 오프 장치의 구성도이다.
[도 2] 도 1에 도시하는 컴퓨터의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
[도 3] 제1 실시 형태에 있어서의 적층체의 일례를 나타내는 평면도이다.
[도 4] 도 3의 A-A선 단면도이다.
[도 5] 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법의 흐름도이다.
[도 6] 제1 실시 형태에서의 적층체의 위치 결정을 설명하는 도면이다.
[도 7] 제1 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 8] 제1 실시 형태에서의 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면이다.
[도 9] 제2 실시 형태에서의 적층체의 위치 결정을 설명하는 도면이다.
[도 10] 제2 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 11] 제2 실시 형태에서의 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면이다.
[도 12] 제3 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 13] 제4 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 14] 제5 실시 형태에서의 평탄화 처리 및 레이저 리프트 오프의 시계열 변화를 설명하는 도면이다.
[도 15] 제5 실시 형태의 변형예를 설명하는 도면이다.
[도 16] 비교예를 설명하는 도면이다.
[도 2] 도 1에 도시하는 컴퓨터의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 블록도이다.
[도 3] 제1 실시 형태에 있어서의 적층체의 일례를 나타내는 평면도이다.
[도 4] 도 3의 A-A선 단면도이다.
[도 5] 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법의 흐름도이다.
[도 6] 제1 실시 형태에서의 적층체의 위치 결정을 설명하는 도면이다.
[도 7] 제1 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 8] 제1 실시 형태에서의 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면이다.
[도 9] 제2 실시 형태에서의 적층체의 위치 결정을 설명하는 도면이다.
[도 10] 제2 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 11] 제2 실시 형태에서의 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면이다.
[도 12] 제3 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 13] 제4 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다.
[도 14] 제5 실시 형태에서의 평탄화 처리 및 레이저 리프트 오프의 시계열 변화를 설명하는 도면이다.
[도 15] 제5 실시 형태의 변형예를 설명하는 도면이다.
[도 16] 비교예를 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 설명을 알기 쉽게 하기 위하여, 먼저 본 발명에서의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 사용하는 레이저 리프트 오프 장치의 장치 구성예에 대하여 설명한다.
도 1은 제1 실시 형태에서의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 사용하는 레이저 리프트 오프 장치의 구성도이다. 레이저 리프트 오프 장치(100)는 박리용 사파이어 기판(11)과, 사파이어 기판(11)의 한쪽 면에 형성된 복수의 마이크로 LED(12)를 포함한 적층체(1)에 대하여, 사파이어 기판(11)의 다른 쪽 면으로부터 펄스 발진에 의한 레이저 광을 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공을 실시하는 것이다. 레이저 리프트 오프 장치(100)는 레이저 장치(2), 균일 광학계(3), 미러(4), 투영 마스크(5), 축소 광학계(6), 평탄화 지그(7), 승강 기구(8), 스테이지 제어 기구(9), 및 컴퓨터(10)를 구비한다.
레이저 장치(2)는 레이저 발진에 의한 펄스의 레이저 광(L)을 사출하는 것으로, 레이저 헤드(21)와, 레이저 전원 제어부(22)를 구비한다. 레이저 장치(2)는 예를 들면, 펄스 폭을 피코초 수준까지 단펄스화한 레이저로서, 파장이 심자외 영역의 266nm(제4 고조파)인 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 레이저를 사용하여 레이저 광(L)을 사출한다. 여기에서, 레이저 광(L)의 가공 에너지 밀도는, 예를 들면 200mJ/cm2 이상이며, 레이저 어브레이션의 오염 등에 의한 영향이 발생하지 않을 정도로 설정된다. 또한, 제1 실시 형태에 있어서, 레이저 리프트 오프를 양호하게 실시하려면, 실험 결과로부터 파장이 300nm를 넘지 않는 것이 바람직하다. 그러므로, 제1 실시 형태에서는, 예를 들면 파장이 248nm인 KrF 엑시머 레이저를 채용하여도 좋다.
레이저 헤드(21)는, 예를 들면 램프 여기형의 YAG 레이저 장치이다. 레이저 전원 제어부(22)는 레이저 전원(도시 생략)을 제어하고, 컴퓨터(10)로부터의 제어 신호를 수신함으로써, 레이저 출력 값을 설정하여 레이저 헤드(21)에 대하여 전력을 공급한다. 레이저 장치(2)는 펄스 발생기(도시 생략)로부터 트리거 신호를 수신함으로써, 레이저 헤드(21)로부터 레이저 광(L)(레이저 펄스)을 사출할 수 있는 구성으로 되어 있다. 이 레이저 광(L)은 레이저 빔으로서 작용한다.
균일 광학계(3)는 주로 레이저 빔을 균일한 강도 분포로 하는 것으로, 예를 들면 빔 확대 렌즈(31)와, 호모지나이저 렌즈(32)와, 콘덴서 렌즈(33) 등의 광학소자를 구비한다. 빔 확대 렌즈(31)는 레이저 빔을 확대하는 것이다. 호모지나이저 렌즈는 레이저 빔의 빔 프로파일을 제어하는 광학소자로서, 빔 중심의 강도가 높은 가우시안 분포의 빔 프로파일을 균일한 광 강도 분포의 빔 프로파일로 변환하는 것이다. 콘덴서 렌즈(33)는, 예를 들면 호모지나이저 렌즈(32)를 투과한 레이저 광(L)을 사파이어 기판(11)의 미리 정해진 영역에 조사할 수 있도록 빔의 단면을 직사각형으로 정형하는 것이다.
콘덴서 렌즈(33)를 투과한 레이저 광(L)은 미러(4)에 의하여 광로를 변경하여, 투영 마스크(5)에 입사한다. 투영 마스크(5)는 레이저 빔을 미리 정한 형상으로 하는 슬릿이다. 또한, 투영 마스크(5)의 투광 영역을 통과한 레이저 광(L)은 축소 광학계(6)를 통하여 축소 투영되어 사파이어 기판(11)의 조사 영역으로 안내된다.
축소 광학계(6)는 투영 마스크(5)를 투과한 레이저 광(L)을 적층체(1)의 가공면에 축소 투영하는 것으로, 현미경(61), 대물렌즈(62)를 구비한다. 축소 광학계(6)는 레이저 광(L)을 조사하는 광학계의 일례이다. 제1 실시 형태에서는 일례로서 평탄화하기 전의 사파이어 기판(11)의 평면도(ΔZ)가 100㎛(마이크로미터)인 경우, 평면도(ΔZ)≤20㎛(±10㎛ 이하)로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 축소 광학계(6)는 평면도(ΔZ)≤20㎛(±10㎛ 이하)로 초점 위치를 맞추기 위하여, 0.02배의 축소 투영이 되도록 설정되어 있다. 즉, 제1 실시 형태에서는 평탄화하기 전의 사파이어 기판(11)의 평면도에 따라, 축소 투영하는 배율을 적절하게 변경할 수 있다.
평탄화 지그(7)는 사파이어 기판(11)의 휨을 외부로부터의 작용에 의하여 눌러서, 이 사파이어 기판(11)을 평탄화하는 것이다. 여기서, 외부로부터의 작용은, 예를 들면, 압력이다. 이 압력은 사파이어 기판(11)을 평탄화할 정도의 압력으로서, 마이크로 LED(12) 자체에는 영향을 미치지 않는다. 상세에 대하여는, 도 7 내지 도 13 등을 이용하여 후술한다. 승강 기구(8)는 평탄화 지그(7)나 석영 유리 기판을 z축 방향(도 1 참조)으로 승강시키는 것이다. 석영 유리는 투과 부재의 한 예이다. 이 투과 부재는, 심자외 영역의 레이저 광을 투과시키는 것이다. 승강 기구(8)는 승강 제어부(도시 생략)를 구비하고, 제어부(10a)로부터의 제어 신호에 기초하여 승강 제어부에 의하여 평탄화 지그(7)나 석영 유리 기판을 z축 방향으로 승강시킨다.
스테이지 제어 기구는 적층체(1)를 수평면 내에서 이동시키는 것으로, 구체적으로는 적층체(1)의 반송이나 위치 결정을 하는 스테이지(91)를 제어한다. 스테이지 제어 기구는 반송 기구의 한 예이다. 스테이지(91)는, 예를 들면, 스테이지의 면내 방향의 위치 및 자세 결정 제어를 가능하게 하는 XYθ 스테이지이다. 여기서, 스테이지 제어 기구는 스테이지 제어부(도시 생략)를 구비하고, 컴퓨터(10)로부터의 제어 신호에 기초하여, 스테이지 제어부에 의하여 스테이지(91) 위에 탑재된 적층체(1)의 반송이나 위치를 결정한다. 또한, 스테이지 제어 기구는 공지의 반송 수단 및 위치 결정 수단을 적용할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시하는 컴퓨터 하드웨어 구성의 일례를 도시하는 블록도이다. 컴퓨터(10)는 레이저 리프트 오프 장치(100)를 제어하는 것으로, 제어부(10a), 스토리지(10b), 메모리(10c), 입력 장치(10d), 통신 인터페이스(10e), 표시 장치 (10f) 및 버스(10g)를 구비한다. 제어부(10a), 스토리지(10b), 메모리(10c), 입력 장치(10d), 통신 인터페이스(10e) 및 표시 장치(10f)는 버스(10g)를 통하여 서로 접속되어 있다. 또한, 컴퓨터(10)는 레이저 장치(2), 승강 기구(8) 및 스테이지 제어 기구에, 예를 들면 제어 신호를 송신하기 위하여, 통신 회선에 의하여 접속되어 있다.
제어부(10a)는 예를 들면 프로세서의 기능을 가지며, 컴퓨터(10)의 제어를 실행하는 것이다. 또한, 스토리지(10b)는, 예를 들면, HDD(Hard Disk Drive)나 플래시 메모리 등의 기억 장치이며, 프로그램이나 각종 데이터가 격납된다.
메모리(10c)는 RAM(Random Access Memory) 등의 기억 장치이며, 예를 들면 제어부(10a)에서 실행되는 프로그램이 로드된다. 입력 장치(10d)는, 예를 들면 키보드 방식 또는 터치 패널 방식의 입력 디바이스이다. 통신 인터페이스(10e)는, 예를 들면, 데이터 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스를 구비한다. 표시 장치(10f)는 예를 들면 액정 모니터이며, 제어부(10a)의 지시에 따라 조작용 메뉴 화면이나 출력 결과를 표시한다.
또한, 컴퓨터(10)는 제어부(10a), 스토리지(10b) 및 메모리(10c) 등의 하드웨어와, 프로그램이 협동함으로써, 각종 기능을 실현한다. 이 프로그램에는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법을 실행하기 위한 제어 프로그램이 포함된다.
이 제어 프로그램은 적층체(1)의 외부로부터의 작용에 의하여 사파이어 기판(11)의 휨을 눌러 이 사파이어 기판(11)을 평탄화하는 스텝과, 사파이어 기판(11)이 평탄화한 상태에서, 수평면 내를 이동시키는 스테이지 제어 기구(9)의 스테이지(91) 위에 탑재한 적층체(1)와, 레이저 광(L)을 조사하는 축소 광학계(6)를 상대적으로 이동시키면서, 사파이어 기판(11)과 마이크로 LED(12)의 경계부에 초점 위치가 맞도록, 레이저 광(L)을 사파이어 기판(11)의 다른 쪽 면으로부터 조사하여, 각각의 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시키는 스텝을 포함하는 처리를 컴퓨터(10)에 실행시키는 것이다. 제어부(10a)는 이 제어 프로그램에 따라, 레이저 장치(2), 승강 기구(8) 및 스테이지 제어 기구(9)를 통합하여 제어한다.
도 3은 제1 실시 형태에 있어서의 적층체의 일례를 나타내는 평면도이다. 적층체(1)는 사파이어 기판(11)의 한쪽 면에 형성된 복수의 마이크로 LED(12)를 포함한다. 또한, 사파이어 기판(11)은 원반 형상으로 형성되어 있으며, 직경은 예를 들면 2 내지 8 인치 중 어느 것이든 좋다. 또한, 원반 형상에 대하여는, 일부가 절단된 형상도 포함되도록 한다. 사파이어 기판(11)의 실제 두께는 일례로서 0.2mm이다. 또한, 마이크로 LED(12)의 실제 크기는 일례로서 15㎛(가로)×30㎛(세로)이고, 두께는 6㎛이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다. 다만, 설명의 편의상, 사파이어 기판(11)의 휨이 발생하지 않은 상태를 예시하고 있다. 적층체(1)는 사파이어 기판(11)과, 마이크로 LED(12) 사이에 경계부(13)가 있다. 이 경계부(13)는 레이저 리프트 오프용 박리층으로서, 이 박리층에 레이저의 초점 위치를 맞춤으로써 레이저 어브레이션에 의하여, 예를 들면 질소 가스가 발생한다. 또한, 레이저 리프트 오프에서는 그 질소 가스의 압력으로, 각각의 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시킬 수 있다. 여기서, 박리층은 희생층이라고도 불린다. 또한, 레이저 리프트 오프의 기술 자체는 공지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 이하의 설명에서는, 설명의 편의상 경계부(13)에 대한 도시는 생략한다. 사파이어 기판(11)은 한쪽 면과 그 이면에 위치하는 다른 쪽 면을 가지고 있다. 아래의 설명에서 사파이어 기판(11)은 도 4에서 마이크로 LED(12)가 형성되는 쪽인 한쪽 면을 윗면으로 하고, 레이저 광(L)이 조사되는 쪽인 다른 쪽 면을 아랫면으로 한다.
다음으로, 이렇게 구성된 레이저 리프트 오프 장치(100)의 동작 및 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 대하여 설명한다. 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법은 마이크로 LED의 평판 디스플레이의 제조 공정의 일부에 포함되어 있다.
도 5는 제1 실시 형태에서의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법의 흐름도이다. 먼저, 도 1에 도시하는 레이저 리프트 오프 장치(100)의 전원이 온(On)되고, 레이저 조사가 가능한 레디(Ready) 상태로 이행한 후, 제어부(10a)가 입력 장치(10d)를 통하여 작업자로부터 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법의 동작 개시를 나타내는 지시를 입력받는다. 그러면, 제어부(10a)는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법을 실행하기 위한 제어 프로그램에 기초하여, 도 5에 나타난 흐름도의 처리를 개시한다.
공정 S101에 있어서, 제어부(10a)는 적층체(1)의 위치 결정을 행한다. 구체적으로는, 먼저, 제어부(10a)가 스테이지 제어 기구(9)에 대하여 레이저 광(L)을 조사하는 가공 위치에 위치 결정하는 제어 신호를 송신한다. 그러면, 그 제어 신호를 수신한 스테이지 제어 기구(9)는 적층체(1)를 가공 위치에 위치 결정한다.
도 6은 적층체(1)의 위치 결정을 설명하는 도면이다. 도 6(a)는 위치 결정된 적층체(1)의 평면도를 도시하고 있다. 도 6(b)은 도 6(a)의 A-A선 단면도 및 레이저 조사를 개시하는 가공 위치와 축소 광학계(6)의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 여기서, 사파이어 기판(11)의 윗면에 형성된 마이크로 LED(12)는 상부가 점착성의 필름재(14)에 점착되어 있다. 즉, 복수의 마이크로 LED(12)는 필름재(14)를 사이에 두고 스테이지(91) 위에 탑재된다. 이는 레이저 리프트 오프에 의하여 각각의 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시킬 때에 비산되지 않도록 하기 위한 것이며, 또한, 레이저 리프트 오프의 다음 제조 공정에서 필요에 따라 필름재(14)를 반전시켜, 마이크로 LED(12)를 전사하기 위한 것이다. 스테이지 제어 기구(9)는 위치 결정이 완료되었음을 나타내는 신호를 제어부(10a)에 송신한다. 그러면, 제어부(10a)에 의하여, 공정 S102로 이행한다.
공정 S102에 있어서, 제어부(10a)는 사파이어 기판(11)의 평탄화 처리를 한다.
도 7은 제1 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이며, 도 8은 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면이다. 도 7에서는 이 시계열의 변화를 3 단계 (도 7(a) 내지 (c))로 예시하고 있다. 도 8(a)은 도 1에 도시하는 축소 광학계(6) 쪽으로부터 연직 아래쪽으로 본 평탄화 지그(7), 석영 유리 (G1) 및 사파이어 기판(11)을 포함한 평면도를 도시하며, 도 8(b)는 도 8(a)의 A-A선 단면도를 도시하고 있다. 또한, 설명의 편의상 스테이지(91)에 대하여는, 이하의 설명에 있어서, 스테이지(91)의 수평면만 도시하고 있다.
제어부(10a)는 승강 기구(8)에 평탄화 처리의 실행을 지시하는 제어 신호를 송신한다. 그러면, 그 제어 신호를 수신한 승강 기구(8)는 적층체(1)에 대하여 레이저 광(L)을 투과시키는 석영 유리(G1)를 하강시켜, 사파이어 기판(11)의 아랫면쪽의 면 위에 접촉하게 한다(도 7(a) 참조). 이어서, 승강 기구(8)는 석영 유리(G1)의 주연부를 압압하는 평탄화 지그(7)를 하강시킨다(도 7(b) 참조).
여기서, 평탄화 지그(7)는 본 발명의 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 사용되는 것으로, 사파이어 기판(11)의 휨을 눌러서, 이 사파이어 기판(11)을 평탄화하는 것이다. 상세하게는, 이 평탄화 지그(7)는 사파이어 기판(11)의 직경보다 큰 직경을 가진 링 부재(7a)와, 내환부(7b)와, 외환부(7c)를 구비한다. 내환부(7b)는 링 부재(7a)의 상단부 주연으로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 평탄한 면을 가진다. 외환부(7c)는 링 부재(7a)의 하단부 주연으로부터 지름 방향 바깥쪽으로 돌출하는 평탄한 면을 가진다.
승강 기구(8)가 평탄화 지그(7)를 하강시킴으로써, 평탄화 지그(7)는 석영 유리 (G1)의 주연부를 압압함으로써, 사파이어 기판(11)의 휨을 눌러, 그 사파이어 기판(11)을 평탄화한다(도 7(c), 참조). 따라서 평탄화 지그(7)를 사용함으로써, 사파이어 기판(11)을 용이하게 평탄화할 수 있다. 또한, 평탄화 지그(7)는, 예를 들면 자성을 가진 금속으로, 스테이지(91) 위에서 자력에 의한 흡착 고정이 이루어진다. 이것에 의하여, 적층체(1)의 위치 어긋남을 방지할 수 있다. 다만, 제1 실시 형태에서는, 자력에 의한 흡착 고정에 한정되지 않고, 에어 흡인에 의하여 평탄화 지그를 흡착 고정하는 구성으로 하여도 좋다. 승강 기구(8)는 평탄화 처리가 완료된 것을 나타내는 신호를 제어부(10a)에 송신한다. 그러면, 제어부(10a)에 의하여 공정 S103으로 이행한다.
공정 S103에 있어서, 제어부(10a)는 레이저 리프트 오프를 실행한다. 구체적으로는, 제어부(10a)는 레이저 장치(2) 및 스테이지 제어 기구(9)에 레이저 리프트 오프의 실행을 지시하는 제어 신호를 송신한다. 이에 따라, 스테이지(91) 위에 탑재된 적층체(1)와, 레이저 광(L)을 조사하는 축소 광학계(6)를 상대적으로 이동시키면서, 레이저 장치(2)는 사파이어 기판(11)과 마이크로 LED(12)의 경계부에 초점 위치가 맞도록, 레이저 광(L)을 사파이어 기판(11)의 아랫면 쪽으로부터 조사하여, 도 3에 도시하는 각각의 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시킨다. 여기서, 적층체(1)와 레이저 광(L)을 조사하는 축소 광학계(6)를 상대적으로 이동시키는 것은, 예를 들면 축소 광학계(6)를 고정하고, 제어부(10a)가 스테이지 제어 기구(9)를 통하여 스테이지(91) 위에 탑재된 적층체(1)를 미리 정해진 경로를 따라 수평면 내에서 이동시킨다. 제어부(10a)는 모든 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시키면, 도 5에 도시하는 흐름도를 종료시킨다.
이상에 의하여, 제1 실시 형태에 따른 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 따르면, 사파이어 기판(11)의 휨의 문제가 발생하더라도, 적층체(1)의 외부로부터의 작용에 의하여 사파이어 기판(11)의 휨을 눌러서, 이 사파이어 기판(11)을 평탄화하므로, 레이저 광(L)의 초점 위치가 일정하게 되어, 양호하게 레이저 리프트 오프를 행할 수 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 레이저 리프트 오프에 사용하는 평탄화 지그(7)를 제공할 수 있다. 또한, 제1 실시 형태에서는, 각각의 마이크로 LED(12)에 개별적으로 레이저 조사를 하는 구성으로 하였으나, 라인 빔 등에 의하여 한 번에 복수의 마이크로 LED(12)에 레이저 조사하는 구성으로 하여도 좋다.
다음으로, 제2 실시 형태 내지 제5 실시 형태에 대하여 순서에 따라 설명한다. 또한, 제2 실시 형태 내지 제5 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 도 1에 도시한 레이저 리프트 오프 장치(100)를 사용하기로 하고, 다른 실시 형태와의 차이점에 대하여 주로 상세하게 서술한다. 우선, 제2 실시 형태에서는 필름재(14)를 누르는 서포트재를 사용하는 것을 특징으로 한다. 이 서포트재는, 예를 들면, 자성이 있는 금속이다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대하여는, 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 9는 제2 실시 형태에서의 적층체의 위치 결정을 설명하는 도면이다. 도 9(a)는 위치 결정된 적층체(1)의 평면도를 도시하고 있다. 도 9(b)는 도 9(a)의 A-A선 단면도 및 레이저 조사를 개시하는 가공 위치와 축소 광학계(6)의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 서포트재(74)는 링 형태의 부재이며, 필름재(14)에 탑재된 적층체(1)의 주변 영역에 있어서, 그 필름재(14)를 누르는 것이다.
도 10은 제2 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다. 도 11은, 제2 실시 형태에서의 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면이다. 도 10에서는, 도 7과 마찬가지로, 시계열의 변화를 3 단계(도 10(a) 내지 (c))로 예시하고 있다.
도 11에 도시한 평탄화 지그(71)는, 도 7에 도시한 평탄화 지그(7)와 동일한 구성이다. 도 11(a)는 도 1에 도시한 축소 광학계(6)쪽으로부터 연직 아래 방향으로 본 평탄화 지그(71), 석영 유리(G1) 및 석영 유리(G2)를 포함하는 평면도를 도시하며, 도 11(b)는 도 11(a)의 A-A선 단면도를 도시하고 있다. 제2 실시 형태에서는 직경이 다른 2 종류의 석영 유리(G1, G2)를 채용하였다. 상세하게는, 제2 실시 형태에서 사용되는 투과 부재는 사파이어 기판(11)의 직경보다 큰 직경을 가진 원반 형상의 석영 유리(G1)와, 사파이어 기판(11)의 직경과 거의 동일한 직경을 가진 원반 형상의 석영 유리(G2)가 조합되어 이루어진 것이다.
제2 실시 형태에서는, 석영 유리(G2)를 사파이어 기판(11)의 아래쪽 면 위에 접촉하게 한 후(도 10(a) 참조), 석영 유리(G1)의 주연부를 압압하는 평탄화 지그(71)를 하강시켜, 평탄화 지그(71)가 석영 유리(G1 및 G2)를 통하여 사파이어 기판(11)의 휨을 누름으로써(도 10(b) 참조), 사파이어 기판(11)을 평탄화한다(도 10(c) 참조). 이에 따라 제2 실시 형태에서는 레이저 광(L)의 초점 위치가 일정하게 되고, 양호하게 레이저 리프트 오프로 이루어질 수 있다. 또한, 석영 유리(G1 및 G2)를 2장의 유리를 조합하는 것이 아니라, 처음부터 일체 형성하여 이루어지는 석영 유리도 당연히 투과 부재에 포함된다. 또한, 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 비교하여, 서포트재를 사용함으로써 레이저 리프트 오프 후에, 필름재(14)의 단부가 말려 올라가는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 제3 실시 형태에 대하여 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 제2 실시 형태와 비교하여, 추가로 평탄화 지그에 쿠션재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 12는 제3 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다. 또한, 제3 실시 형태에서의 평탄화 처리가 종료된 상태를 설명하는 도면은 쿠션재의 유무의 차이이며, 도 1에 도시한 축소 광학계(6)측으로부터 연직 아래 방향으로 보았을 경우, 도 11과 동일하므로, 도시를 생략한다. 도 12에 도시하는 바와 같이, 평탄화 지그(72)는 사파이어 기판(11)의 직경보다 큰 직경을 가진 링 부재(72a)와, 내환부(72b)와, 외환부(72c)를 구비하고, 내환부(72b)의 아랫면에 링 형태의 쿠션재가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 쿠션재(75)는 스프링, 탄력성이 있는 고무나 수지 등의 탄성체의 어느 부재로 구성되어 있다.
제3 실시 형태에서는, 제어부(10a)는 도 1에 도시한 승강 기구(8)에 평탄화 처리의 실행을 지시하는 제어 신호를 송신한다. 그러면, 그 제어 신호를 수신한 승강 기구(8)는 석영 유리(G2)를 하강시켜, 사파이어 기판(11)의 아랫면과 접촉하게 한다. 이어서, 승강 기구(8)는 석영 유리(G1)를 하강시켜 석영 유리(G2)와 접촉하게 한다(도 12(a) 참조). 이어서, 승강 기구(8)는 평탄화 지그(72)를 하강시켜, 쿠션재(75)를 통해 석영 유리(G1)의 주연부를 압압한다(도 12(b) 참조). 또한, 승강 기구(8)는 최종적으로 사파이어 기판(11)을 평탄화한다(도 12(c) 참조). 이상에 의하여, 쿠션재(75)를 통하여 압압함으로써, 여분의 힘을 흡수할 수 있다. 제3 실시 형태에 있어서도, 사파이어 기판(11)을 평탄화하므로, 레이저 광(L)의 초점 위치가 일정하게 되어, 양호하게 레이저 리프트 오프를 실시할 수 있다.
다음으로, 제4 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 13은, 제 4 실시 형태에서의 평탄화 처리의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다. 제4 실시 형태에서는 사파이어 기판(11)을 평탄화하는 공정은 적층체(1)에 대하여 레이저 광(L)을 투과시키는 석영 유리(G1, G2)와 석영 유리(G1)의 주연부를 압압하는 평탄화 지그(73)가 일체화된 압압 부재(76)를 하강시켜 석영유리(G2)를 사파이어 기판(11)의 아랫면 위에 접촉하게 하여, 사파이어 기판(11)의 휨을 누르는 것을 특징으로 한다. 평탄화 지그(73)는 사파이어 기판(11)의 직경보다 큰 직경을 가진 링 부재(73a)와, 내환부(73b)와, 외환부(73c)를 구비하고, 석영 유리(G1)의 주연부의 윗면이 내환부(73b)의 아랫면에 고정되어 있다. 이에 따라, 승강 기구(8)는 1회의 하강 동작으로 사파이어 기판(11)의 휨을 누를 수 있다. 또한, 제4 실시 형태에서는 석영 유리(G1)의 주연부의 아랫면에 링 형태의 쿠션재가 설치되어 있는 것이 특징이다.
제4 실시 형태에 있어서, 제어부(10a)는 도 1에 도시한 승강 기구(8)에 평탄화 처리의 실행을 지시하는 제어 신호를 송신한다. 그러면, 그 제어 신호를 수신한 승강 기구(8)는 압압 부재(76)를 하강시켜서(도 13(a)참조), 석영 유리(G2)를 사파이어 기판(11)의 아랫면과 접촉시킨다(도 13(b) 참조). 이어서, 승강 기구(8)는 압압 부재(76)를 더 하강시키고, 그 압압 부재(76)가 쿠션재(75)를 통하여 석영 유리(G1)의 주연부를 압압함으로써, 석영 유리(G2)가 사파이어 기판(11)의 휨을 누른다. 또한, 압압 부재(76)는 최종적으로 사파이어 기판(11)을 평탄화한다(도 13(c) 참조). 또한, 제4 실시 형태에서는 쿠션재(75)를 통하여 압압함으로써, 여분의 힘을 흡수할 수 있다. 또한, 제4 실시 형태에서는 레이저 광(L)의 초점 위치가 일정하게 되어, 양호하게 레이저 리프트 오프를 실시할 수 있다.
다음으로, 제5 실시 형태에 대하여 설명한다. 제5 실시 형태에서는, 외부로부터의 작용에 의하여 사파이어 기판(11)의 휨을 평탄화한 후, 석영 유리 등의 투과 부재에 적층체(1)를 접착하여 일체화하고, 레이저 리프트 오프를 행하는 것을 특징으로 한다. 즉, 제5 실시 형태에서 사파이어 기판(11)을 평탄화하는 공정은 레이저 광(L)을 투과시키는 투과 부재를 하강시켜, 사파이어 기판(11)의 아랫면 위에 접촉시켜, 압압을 함으로써 휨을 눌러, 사파이어 기판(11)을 평탄화한 후에, 사파이어 기판(11)의 주연부를 접착제로 투과 부재에 고정시킨다.
도 14는 제5 실시 형태에 있어서의 평탄화 처리 및 레이저 리프트 오프의 시계열의 변화를 설명하는 도면이다. 제5 실시 형태에 있어서, 사파이어 기판(11)의 윗면에 형성된 마이크로 LED(12)는 상부가 필름재(14)에 점착되어 있다. 승강 기구(8)는 제어부(10a)의 지시에 따라, 휨이 있는 사파이어 기판(11)의 아랫면 쪽에 접촉하도록 석영 유리(G1)를 하강시킨다(도 14(a) 참조).
이어서, 승강 기구(8)는 석영 유리(G1)를 사파이어 기판(11)의 아랫면 쪽에 접촉하게 한 후, 그 석영 유리(G1)를 적층체(1)에 압압함으로써, 적층체(1)의 사파이어 기판(11)이 평탄화된다. 제5 실시 형태에서는, 사파이어 기판(11)의 주연을 고착 부재(77)에 의하여 석영 유리(G1)에 접착시키는 기구(도시 생략)를 추가로 구비한다. 고착 부재(77)는, 예를 들면 접착제이다. 이에 따라, 석영 유리(G1)와 적층체(1)는 일체화된다 (도 14(b) 참조). 즉, 석영 유리(G1) 및 고착 부재(77)는 평면도를 유지하는 평탄화 지그(78)로서 기능한다.
이어서, 제5 실시 형태에서는 적층체(1)가 스테이지(91) 위에서 흡착 고정되어, 축소 광학계(6)의 바로 아래에 가공 개시 위치가 설정되도록 위치 결정한 후, 레이저 리프트 오프를 실행하고(도 14(c) 참조), 각각의 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시킨다 (도 14(d) 참조).
이상으로, 제5 실시 형태에 있어서도, 사파이어 기판(11)을 평탄화한 상태에서 레이저 광(L)를 조사하므로, 레이저 광(L)의 초점 위치가 일정하게 되어, 양호하게 레이저 리프트 오프를 행할 수 있다.
다음으로, 제5 실시 형태의 변형예에 대하여 설명한다. 도 15는 제5 실시 형태의 변형예를 설명하는 도면이다. 이 변형예에서는, 도 14(a), (b)에 도시하는 평탄화 처리를, 스테이지(91) 위가 아니라, 다른 장소에서 실시한다 (도 15(a), (b) 참조). 또한, 필름재(14)가 점착되어 있는 적층체(1)와, 평탄화 지그(78)가 일체화된 형성체(1a)를 스테이지(91)로 반송하여도 좋다. 즉, 형성체(1a)를 미리 준비하는 구성으로 하여도 좋다. 이러한 구성으로 하여도, 이 변형예에서는 사파이어 기판(11)을 평탄화한 상태에서 레이저 광(L)을 조사할 수 있기 때문에, 레이저 광(L)의 초점 위치가 일정하게 되어, 양호하게 레이저 리프트 오프를 할 수 있다.
다음으로, 비교예에 대하여 설명한다. 도 16은 비교예를 설명하는 도면이다. 비교예에서는 사파이어 기판(11)의 휨(ΔZ)이 있는 상태에서, 레이저 리프트 오프를 실시한다. 이 때, 평면도가 나쁜 사파이어 기판(11)(예를 들면 평면도(ΔZ)가 100㎛)에 대하여 레이저 광(L)을 조사하면, 사파이어 기판(11)과 마이크로 LED(12)의 경계부를 가공할 수 없기 때문에, 레이저의 초점 심도 또는 기판의 높이를 제어하여, 일정한 가공 거리를 유지할 필요가 있다. 도 16에서는, 사파이어 기판(11)과 축소 광학계(6)와의 위치 관계를 사파이어 기판(11)의 휨에 따라 도시하고 있다. 예를 들면, 사파이어 기판(11)에 ΔZ의 휨이 있는 경우, 레이저 조사 위치를 맞추기 위하여, 레이저 광(L)의 초점 위치를 ΔZ분만큼 보정하여 맞게 하면서 가공할 필요가 있다.
이에 대하여, 전술한 실시 형태에서는 비교예와 같은 레이저 광(L)에 대하여 사파이어 기판(11)의 높이 조정(제어)을 하지 않고 가공할 수 있게 되어, 용이하게 마이크로 LED(12)를 사파이어 기판(11)으로부터 박리시킬 수 있다.
1...적층체
2...레이저 장치
6...축소 광학계
7...평탄화 지그 번
8...승강 기구
9...스테이지 제어 기구
10...컴퓨터
10a...제어부
11...사파이어 기판
12... 마이크로 LED
13...경계부
71, 72, 73, 78 ...평탄화 지그
75...쿠션재
76 ... 압압 부재
77...고착 부재
100...레이저 리프트 오프 장치
2...레이저 장치
6...축소 광학계
7...평탄화 지그 번
8...승강 기구
9...스테이지 제어 기구
10...컴퓨터
10a...제어부
11...사파이어 기판
12... 마이크로 LED
13...경계부
71, 72, 73, 78 ...평탄화 지그
75...쿠션재
76 ... 압압 부재
77...고착 부재
100...레이저 리프트 오프 장치
Claims (8)
- 박리용 원반 형상의 사파이어 기판과, 상기 사파이어 기판의 한쪽 면에 형성된 복수의 마이크로 LED를 포함한 적층체에 대하여, 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면으로부터 펄스 발진에 의한 레이저 광을 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED를 상기 사파이어 기판으로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법으로서,
상기 적층체의 외부로부터의 작용에 의하여, 상기 사파이어 기판의 휨을 눌러 상기 사파이어 기판을 평탄화하는 공정과,
상기 사파이어 기판이 평탄화된 상태에서 수평면 내를 이동시키는 반송 기구의 스테이지 위에 탑재된 상기 적층체와, 상기 레이저 광을 조사하는 광학계를 상대적으로 이동시키면서, 상기 사파이어 기판과 상기 마이크로 LED의 경계부에 초점 위치가 맞도록 상기 레이저 광을 상기 다른 쪽 면으로부터 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED를 상기 사파이어 기판으로부터 박리시키는 공정
을 실행하는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사파이어 기판을 평탄화하는 공정은 상기 적층체에 대하여, 상기 레이저 광을 투과시키는 투과 부재를 하강시켜, 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면 위에 접촉하게 한 후, 상기 투과 부재의 주연부를 압압하는 평탄화 지그를 하강시켜, 상기 투과 부재를 통하여 상기 사파이어 기판의 휨을 누르는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사파이어 기판을 평탄화하는 공정은 상기 적층체에 대하여 상기 레이저 광을 투과시키는 투과 부재와, 상기 투과 부재의 주연부를 압압하는 평탄화 지그가 일체화되어 있는 압압 부재를 하강시켜, 상기 투과 부재를 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면 위에 접촉하게 하여, 상기 사파이어 기판의 휨을 누르는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법. - 제1항에 있어서,
상기 사파이어 기판을 평탄화하는 공정은, 상기 레이저 광을 투과시키는 투과 부재를 하강시켜, 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면 위에 접촉하게 하여 압압을 함으로써 상기 휨을 눌러, 상기 사파이어 부재를 평탄화한 후에, 상기 사파이어 기판의 주연부를 접착제로 상기 투과 부재에 고정시키는 것을 특징으로 하는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법. - 박리용 원반 형상의 사파이어 기판과, 상기 사파이어 기판의 한쪽 면에 형성된 복수의 마이크로 LED를 포함하는 적층체에 대하여, 상기 사파이어 기판의 다른 쪽 면으로부터 펄스 발진에 의한 레이저 광을 조사하여, 각각의 상기 마이크로 LED를 상기 사파이어 기판으로부터 박리시키는 레이저 리프트 오프에 의한 가공 방법에 사용되는, 상기 사파이어 기판의 휨을 눌러서 상기 사파이어 기판을 평탄화하는 평탄화 지그로서,
상기 사파이어 기판의 직경보다 큰 직경을 가진 링 부재와,
상기 링 부재의 상단부 주연으로부터 지름 방향 안쪽으로 돌출하는 평탄한 면을 가진 내환부와,
상기 링 부재의 하단부 주연으로부터 지름 방향 바깥쪽으로 돌출하는 평탄한 면을 가진 외환부
를 구비한 것을 특징으로 하는 평탄화 지그. - 제5항에 있어서,
상기 내환부의 아랫면에 링 형태의 쿠션재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 평탄화 지그. - 제5항에 있어서,
상기 내환부 아랫면 쪽에 상기 레이저 광을 투과시키는 원반 형상의 투과 부재를 추가로 구비하고,
상기 투과 부재의 주연부의 윗면이 상기 내환부의 아랫면에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 평탄화 지그. - 제7항에 있어서,
상기 투과 부재의 주연부의 아랫면에 링 형태의 쿠션재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 평탄화 지그.
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