[논문자료]수직형 LED 제조 장비용 엑시머 레이저 빔 균질기 설계

출처: 픽사베이

최근 반도체 산업에서 높은 효율과 정밀도를 요구하는 분야에 레이저를 이용한 광학계의 수요가 늘어나고 있다. 다른 광원에 비해 레이저의 높은 에너지 및 작은 발산으로 인해 미세 가공처리(Micro-Machining) 또는 열처리(Laser Annealing)등 다양한 분야에서 사용 되고 있다. 이 때 레이저 빔의 형태 또는 에너지 분포를 원하는 형태로 바꿔주는 빔 성형(Beam Shaping) 기술이 각광받고 있다. 그 중 엑시머 레이저를 광원으로 사용하여 일정한 영역 내에서 균일한 에너지 분포를 갖게 하는 빔 균질기(Beam Homogenizer)를 연구하였다. 수직형 LED를 제조하는 과정 중 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off : LLO)장비에 사용 되는 광학계로 정사각형의 균일한 에너지 분포를 갖는 빔(Flat-top beam)을 필요로 한다. 본 논문에서는 미세 렌즈를 배열(Microlens Array)하여 빔을 균질화 하는 인테그레이터(Integrator) 방식을 이용하여 빔 균질기를 설계하였다. Optical Research Associates 사의 LightTools를 이용하여 마이크로렌즈 어레이 및 광원으로 사용되는 엑시머 레이저를 모델링하여 해석한 결과 6 mm X 6 mm 크기의 95 % 이상의 균일도(Uniformity)를 갖는 결과를 얻었다. 통상적으로 엑시머 레이저의 빔 형태가 장축과 단축의 길이가 비례하지 않아 실린드리컬 렌즈(Cylindrical lens)로 장축과 단축의 비율을 맞추고 투사광학계(Projection system)를 사용 하여 기판(Substrate)으로 축소 결상한다. 본 연구에서는 이러한 광학계 사용을 배제하고 빔 균질기로 사용되는 마이크로렌즈 어레이와 구면 렌즈만을 이용하여 요구된 성능을 만족하였다. 엑시머 레이저의 파장대가 248 nm로 투과율이 중요한 효율의 척도가 되는데 광학계의 사용을 최소화 하여 기존의 균질기에 비해 투과율이 높으며 원가 절감의 효과도 기대할 수 있다.

 

Recently in the semiconductor industry, the demand for high efficiency and precision in the field of laser optics has increased. Compared to other light sources, the small divergence and high-energy of a laser is more useful in various fields such as laser annealing or micro-machining. At this point, the laser beam shape and the energy distribution of the shape as they relate to beam shaping technology are growing in importance. The excimer laser as a light source uses a uniform energy distribution within a given area. This is investigated in conjunction with a beam homogenizer. During fabrication with vertical LED laser lift-off equipment, which is commonly used in the optical system, a flat-top beam is necessary. In this paper, a homogenized beam using a micro-lens array integrator approach was designed using a beam homogenizer. Via the LightTools modeling of a micro-lens array with an excimer laser to interpret the results, a size of 6mm X 6mm and more than 95% uniformity were obtained. Typically, an excimer laser and a short axis of the beam shape given the length are not proportional to the major axis. To reduce the proportion of a cylindrical lens focused on the substrate, a projection system serves to demagnify the focus. In this paper, as opposed to other types of optical systems, the use of a beam homogenizer with a micro-lens array and a spherical lens successfully satisfied the specified performance levels. A 248nm excimer laser with a light transmission wavelength is an important measure of efficiency. Therefore, minimizing the use of optical systems compared to the existing types of beam homogenizer to permit low-cost permeability is predicted.

 

출처: https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=DIKO0012646139

 

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