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엑시머 레이저를 사용한 LLO 시스템 설계 및 분석
Design and Analysis of a Laser Lift-Off System using an Excimer Laser 원문보기

한국광학회지 = Korean journal of optics and photonics, v.24 no.5, 2013년, pp.224 - 230  

김보영 (국립 공주대학교 대학원 광공학과) ,  김준하 (국립 공주대학교 대학원 광공학과) ,  변진아 (국립 공주대학교 대학원 광공학과) ,  이준호 (국립 공주대학교 대학원 광공학과) ,  서종현 ((주)엘티에스 전략제품기술부) ,  이종무 (한국전자통신연구원)

초록
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레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO)는 수직형 LED 제조를 위하여 GaN 또는 AlN 박막을 사파이어 웨어퍼로부터 레이저를 이용하여 제거하는 공정으로 광원, 레이저의 출력 파워를 조절해주는 감쇠기, 빔의 형태를 잡아주는 빔 성형 광학계, 원하는 빔 사이즈를 만들어 주고 빔을 균일하게 섞어주는 빔 균일 광학계, 기판에 투사 이전에 빔을 한번 잘라주는 조리개 부분과 마스크 단에서 잘린 빔을 기판에 투사해주는 투사렌즈 부분으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 LLO 시스템을 구성하고 있는 광학계 중 감쇠기와 투사렌즈 부분의 설계 및 분석을 진행하였다. 투사렌즈의 $7{\times}7mm^2$ 빔 사이즈 구현을 위하여 광학 설계 프로그램인 지맥스를 통해 설계 및 초점심도를 분석하였으며, 조명 설계 프로그램인 라이트 툴을 사용하여 빔 사이즈 및 균일도를 분석하였다. 성능 분석 결과 사각형 빔의 크기 $6.97{\times}6.96mm^2$, 균일도 91.8%, 초점심도 ${\pm}30{\mu}m$를 확인하였다. 또한 고출력의 엑시머레이저의 빔 강도를 감쇠시키기 위한 장치인 감쇠기의 투과율을 높이기 위하여 에센설 맥클라우드 코팅 프로그램을 사용하여 유전체 코팅을 실시한 결과 총 23층의 박막과 s 편광의 입사각도 $45{\sim}60^{\circ}$에서 10-95%의 투과율을 확인 할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Laser Lift-Off (LLO) is a process that removes a GaN or AIN thin layer from a sapphire wafer to manufacture vertical-type LEDs. It consists of a light source, an attenuator, a mask, a projection lens and a beam homogenizer. In this paper, we design an attenuator and a projection lens. We use the 'ZE...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 엑시머 레이저를 이용한 LLO 시스템에서 고출력의 엑시머 레이저의 빔 강도를 감쇠시키기 위한 장치인 감쇠기와 빔을 기판에 투사시켜주는 역할을 하는 투사렌즈의 설계를 진행하였다. 또한 설계된 투사렌즈를 라이트 툴프로그램을 사용하여 flat-top 형태 및 사이즈, 균일도 등을 분석하였으며, 광학 정렬 오차를 위한 초점심도도 진행하였다.
  • [2] 엑시머 레이저는 정밀 가공 및 이중 접합체의 분리와 다양한 물질 가공을 위한 용도로 사용 되고 최근에는 빔의 안전성과 출력이 향상되어 반도체 물질을 가공하는 공정, 특히 소자 형성을 하기 위해 웨이퍼 기판 위에 박막을 분리하는 공정(LLO)으로 사용범위가 넓어지고 있다. 본 연구에서는 LLO 공정에서 기판에 원하는 빔 사이즈를 투사하기 위한 투사렌즈와 그에 따른 초점심도, 고출력 레이저인 엑시머 레이저의 빔 투과율을 조절하기 위한 감쇠기의 연구를 진행하였다.[3]
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LLO 공정에서 레이저 빔을 정밀하게 제어하여 높은 생산성과 수율을 동시에 만족해야 하는 이유는? GaN 버퍼층의 두께가 약 50 nm로 매우 얇기 때문에 필요 이상의 높은 에너지가 공급될 경우 LED 칩에 열적 손상이 발생할 수 있으며, 반대로 에너지가 부족할 경우 사파이어 기판의 분리가 완전히 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다.[4] 따라서 LLO 공정에서 레이저 빔을 정밀하게 제어하여 높은 생산성과 수율을 동시에 만족해야 한다.
레이저 리프트 오프란? 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO)는 수직형 LED 제조를 위하여 GaN 또는 AlN 박막을 사파이어 웨어퍼로부터 레이저를 이용하여 제거하는 공정으로 광원, 레이저의 출력 파워를 조절해주는 감쇠기, 빔의 형태를 잡아주는 빔 성형 광학계, 원하는 빔 사이즈를 만들어 주고 빔을 균일하게 섞어주는 빔 균일 광학계, 기판에 투사 이전에 빔을 한번 잘라주는 조리개 부분과 마스크 단에서 잘린 빔을 기판에 투사해주는 투사렌즈 부분으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 LLO 시스템을 구성하고 있는 광학계 중 감쇠기와 투사렌즈 부분의 설계 및 분석을 진행하였다.
레이저 리프트 오프는 무엇으로 구성되는가? 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off: LLO)는 수직형 LED 제조를 위하여 GaN 또는 AlN 박막을 사파이어 웨어퍼로부터 레이저를 이용하여 제거하는 공정으로 광원, 레이저의 출력 파워를 조절해주는 감쇠기, 빔의 형태를 잡아주는 빔 성형 광학계, 원하는 빔 사이즈를 만들어 주고 빔을 균일하게 섞어주는 빔 균일 광학계, 기판에 투사 이전에 빔을 한번 잘라주는 조리개 부분과 마스크 단에서 잘린 빔을 기판에 투사해주는 투사렌즈 부분으로 구성되어 있다. 본 논문에서는 LLO 시스템을 구성하고 있는 광학계 중 감쇠기와 투사렌즈 부분의 설계 및 분석을 진행하였다.
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참고문헌 (11)

  1. Y. J. Kim, "Design of an excimer laser beam homogenizer for vertical LED manufacturing equipment," Kongju National University, Master's Degree (2011). 

  2. C. F. Chu and F. I. Lai, "Study of GaN light-emitting diodes fabricated by laser lift-off technique," Appl. Phys. 95, 3916 (2004). 

  3. C. L. S. Lewis, I. Weaver, and L. A. Doyle, "Use of a random phase plate as a KrF laser beam homogenizer for thin film deposition applications," SCI 70, 2116 (1999). 

  4. Z. Guoxing and D. Chunlei, "A fluctuation-intensitive diffractive optical homogenizer for excimer beam-shaping," Proc. SPIE 5636, 499-504 (2005). 

  5. Y. S. Kim, "Resolution-enhancing techniques based on the modification of source and mask, and their optimization methods in optical lithography," Inha University, Master's Degree (2010). 

  6. M. Zimmermann, "Micro lens laser beam homogenizerfrom theory to application," SPIE, Optics and Photonics 6663, 1-2 (2007). 

  7. Y. J Matsuura, D. Akiyama, and M. Miyagi, "Beam homogenizer for hollow-fiber delivery system of excimer laser light," Appl. Opt. 42, 3505-3508 (2003). 

  8. QMC, "Method of laser beam delivery system and laser lift-off," Patent 10-0724540 (2007). 

  9. P. Gregorcic, A. Babnik, and J. Mozina, "Interference effects at a dielectric plate applied as a high-power-laser attenuator," Opt. Express 18, 3871-3882 (2010). 

  10. N. Kaiser, H. Uhlig, U. B. Schallengerg, B. Anton, U. Kaiser, K. Mann, and E. Eva, "High damage threshold $Al_{2}O_{3}/SiO_{2}$ Dielectric coatings for excimer lasers," Thin Solid Films 260, 86-92 (1995). 

  11. H. A. Ahmed and A. J. Jalil, "Non-polarizing beam splitter and antireflection coating design," JEEER 2, 154-164 (2010). 

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