KR102572643B1 - 다이 레벨의 레이저 리프트-오프 중에 기계적 손상을 줄이기 위한 사파이어 수집기 - Google Patents

다이 레벨의 레이저 리프트-오프 중에 기계적 손상을 줄이기 위한 사파이어 수집기 Download PDF

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Abstract

사파이어 수집기(SC)에서, 구조적 및 매개변수적인(parametric) 하나 이상의 특징부가, 다이-레벨의 레이저 리프트-오프(LLO) 중에 반도체 구조물로부터 제거되는 다이-크기의 사파이어 칩을 포획하기 위해서 포함된다. 이러한 특징부는, 각각의 사파이어 칩이 반도체 구조물로부터 해방된 직후에 사파이어 수집기에 의해서 확실하게 포획될 가능성을 높이도록 설계된다.

Description

다이 레벨의 레이저 리프트-오프 중에 기계적 손상을 줄이기 위한 사파이어 수집기
본 발명은 발광 소자 분야, 그리고 특히 발광 디바이스가 성장되는 사파이어 기재의 레이저 리프트-오프 중에 발광 디바이스의 손상을 감소시키는 시스템에 관한 것이다.
반도체 발광 디바이스를 포함하는 반도체 소자가, 기재 - 사파이어 웨이퍼 기재가 일반적임 - 상에서 형성/성장된다. 발광 요소의 예에서, GaN 핵생성 층이 사파이어 기재 상에 형성될 수 있고, 이어서 하나 이상의 n-타입 층, 하나 이상의 활성 층, 및 하나 이상의 p-타입 층이 형성될 수 있다. 금속 도체가 층을 통해서 그리고 층 상에 형성되어, 외부 전원에 대한 n-타입 층 및 p-타입 층의 결합을 제공함으로써, 최상부 (p-타입) 층 위의 콘택 패드를 통해서, 발광 요소의 활성 층(들)을 활성화시킨다.
금속 콘택 패드가 일반적으로 불투명하거나 반사적이기 때문에, 발광 요소는 콘택 패드에 반대되는 표면으로부터 그리고 기재를 통해서 광을 방출하도록 설계된다. 광 추출 효율을 개선하기 위해서, 기재가 제거되어 반도체 표면을 노출시킬 수 있다. 반도체 표면을 프로세스하여 광 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다. 일부 경우에, 하나 이상의 콘택 패드가 디바이스의 발광 측면 상에 배치될 수 있다.
레이저 리프트-오프는, 사파이어 기재를 발광 요소로부터 제거하기 위해서 일반적으로 이용되는 프로세스이다. 레이저 펄스가 사파이어 기재를 통해서 투사되고 사파이어-반도체 계면에서 반도체 층에 의해서 흡수되어, 국소화된 폭발적 충격을 생성하는데, 이는 계면에서의 반도체 층의 순간적 열 분해 때문이다.
만약 레이저 리프트-오프(LLO)가 웨이퍼 레벨에서 실시된다면, 웨이퍼-크기의 사파이어 기재는 전체 웨이퍼가 프로세스된 후에 제거된다. 다른 한편으로, 레이저 리프트-오프가 각각의 개별적인 다이에 대해서 실시된다면, 다이는, 사파이어가 위쪽으로 대면되는 상태로, 부-장착부 타일(sub-mount tile) 상에 장착된 뒤집힌-칩이다. 레이저가 각각의 다이에 인가되고, 다이-크기의 사파이어 칩은 각각의 다이에 레이저가 입사된 직후에 "사파이어 수집기" 내로 튀어 들어가서, 부-장착부 타일 상에 반도체 구조물을 남긴다. 부-장착부 타일을 후속하여 프로세스하여, 예를 들어, 각각의 다이 위에 렌즈 요소를 생성하고, 이어서 슬라이싱/다이싱을 실시하여 개별적인 발광 디바이스를 제공한다.
사파이어가 제거되는 시간과 다이가 덮이는 시간 사이에서, 비교적 취약한 반도체 표면이 노출되고, 기계적 손상에 민감하다. 예시적인 생산 작업들의 세트 중에, 그러한 기계적 손상으로 인한 수득 손실은 약 0.236%로 측정되었다.
레이저 리프트-오프 이후의 발광 요소에 대한 기계적 손상 가능성을 줄이는 것이 유리할 것이다.
이러한 우려를 보다 효과적으로 해결하기 위해서, 본 발명의 실시예에서, 구조적 및 매개변수적인(parametric) 하나 이상의 특징부가, 다이-레벨의 레이저 리프트-오프(LLO) 중에 반도체 구조물로부터 제거되는 다이-크기의 사파이어 칩을 포획하기 위한 사파이어 수집기(SC) 내에 포함된다. 이러한 특징부는, 각각의 사파이어 칩이 반도체 구조물로부터 해방된 직후에 사파이어 수집기에 의해서 확실하게 포획될 가능성을 높이도록 설계된다.
사파이어 수집기는, 레이저 리프트-오프에 의해서 부장착부로부터 해방되는 칩들을 수용하는 공동; 공동에 진공을 제공하고 칩들을 공동으로부터 제거하는 터널; 및 칩들을 터널을 향해서 밀기 위해서 공동에 가압 공기를 제공하는 복수의 공기 푸셔(air pusher)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 공동은, 부장착부와 실질적으로 수평이고 공동의 전방 벽과 터널 사이의 길이를 가지는 하부 표면을 포함하고, 그러한 길이는 칩을 수용하는 개구부의 길이보다 적어도 5배 더 길다.
일부 실시예에서, 공동은 이하의 특징부 중 하나 이상을 포함한다: 칩이 터널을 향해서 조비하게 하는(ricochet; 튀어서 날아가게 하는), 개구부 바로 위의 하나의 경사진 세그먼트를 포함하는 상부 표면; 공기가 통과하여 터널 내로 유동하게 하는 하나 이상의 메시 벽; 및 공기 푸셔를 오프셋시키는 경사진 전방 벽.
개구부에 가장 근접한 공기 푸셔로부터의 가압 공기에 대한 수직선의 30도 이내로 주 표면을 가지도록 칩의 대부분이 배향되도록, 부장착부 표면 위의 공동 내의 개구부의 높이가 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 높이는 5.0 mm 내지 7.0 mm이다.
터널 진공은 비교적 낮을 수 있고, 일부 실시예에서, -3.0 kPa 이하, 바람직하게 -1.5 kPa이하이다. 공기 푸셔로부터의 압력은 비교적 높을 수 있고; 일부 실시예에서 적어도 +0.3 MPa, 바람직하게 적어도 +0.4 MPa이고, 공기 유동은 칩의 초기 경로에 실질적으로 수직이다. 3개 이상의 공기 푸셔가 제공될 수 있고, 그 각각은 적어도 0.2 mm 높이 및 7.0 mm 너비인 공기 블레이드 개구부를 갖는다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 레이저 리프트-오프 이후의 기계적 손상으로 인한 수득 손실은 0.236%로부터 0.0001% 미만으로 3자릿수 초과만큼 감소되었다.
예로서 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
도 1a는, 레이저 리프트-오프 이후의 발광 요소의 기계적 손상 가능성을 실질적으로 감소시키는 예시적인 사파이어 수집기를 도시한다.
도 1b 및 도 1c는 도 1a의 사파이어 수집기 내의 사파이어 칩의 부정적인 이동의 예를 도시한다.
도 2는 도 1a의 사파이어 수집기 내의 칩의 궤적의 예시적인 분포를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 레이저 리프트-오프 이후의 발광 요소의 기계적 손상 가능성을 실질적으로 더 감소시키는 사파이어 수집기의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 4는 도 3d의 사파이어 수집기의 예시적인 특징부 및 치수를 도시한다.
도면 전체를 통해서, 동일한 번호는 유사한 또는 상응하는 특징부 또는 기능을 나타낸다. 도면은 예시 목적을 위해서 포함된 것이고 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
이하의 설명에서, 제한이 아닌 설명을 목적으로, 본 발명의 개념의 완전한 이해를 제공하기 위해서, 특별한 구조, 인터페이스, 기술 등과 같은 구체적인 상세 내용이 기술된다. 그러나, 통상의 기술자는, 본 발명이 이러한 구체적인 상세 내용으로부터 벗어나는 다른 실시예로 실시될 수 있다는 것을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 유사한 방식으로, 이러한 설명의 문구는 도면에 도시된 바와 같은 예시적인 실시예에 관한 것이고, 청구범위에 명백하게 포함된 한계를 넘어서서 청구된 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 간결함 및 명료함을 목적으로, 불필요하게 구체적인 본 발명의 설명을 피하기 위해서, 주지의 디바이스 및 방법에 관한 구체적인 설명을 생략하였다. 또한 간결함 및 명료함을 위해서, 도면을 실제 축척으로 제공하지 않았고; 해당 특징부를 명료하게 하는 주석 또는 다른 요소가 가능하도록 특정 특징부를 과장되게 작성하였다. 유사한 방식으로, 비록 도면이 선형 윤곽선을 이용하여 제시되었지만, 통상의 기술자는 제시된 형상이 직사각형 구조로 제한되지 않는다는 것을 인지할 것이다.
도 1a는, 본원에서 참조로 포함되는, 2014년 8월 19일자로 출원된 미국 가출원 제62/038,988호; 및 2015년 7월 29일자로 출원된, PCT 출원 제PCT/IB2015/055712호에서 개시된 바와 같은 사파이어 수집기(SC)(120)를 도시한다. SC(120)는 터널(130)로 개방된 수집 공동(125)을 포함한다. 터널(130)은 음압 하에 있고, 그에 따라 진공 유동(135)이 터널 내로 유도된다. SC(120)는 또한, 파이프(140) 내의 가압 공기(145)를 각각 제공하는, 공동(125)으로의 입력 파이프(140)를 포함한다. 부가적인 터널 및 파이프가 또한 제공될 수 있다.
레이저 요소(110)는, 게이트(128)를 통해서 SC(120)에 진입하는 펄스형 레이저 빔(115)을 제공한다. 레이저 빔(115)을 차단하지 않도록, 그러나 사파이어 칩(170)이 공동(125) 내로 진입한 후에 임의의 사파이어 칩(170)이 빠져나가는 것을 방지하도록, 게이트(128)가 설계된다. 게이트(128)는, 예를 들어, 렌즈 요소, 또는 단순한 격자일 수 있다.
SC(120) 아래에, 사파이어 기재 칩(170)이 부착된 복수의 발광 요소(165)가 부장착부(160) 상에 장착된다. 레이저 리프트-오프 중에, SC(120)를 부장착부(160)에 대해서 이동시키는 것, 또는 부장착부(160)를 SC(120)의 공동(125)까지 개구부(122)에 대해서 이동시키는 것에 의해서, SC(120)는 사파이어 칩(170)이 부착된 발광 요소(165) 위에 위치된다.
발광 요소(165) 및 칩(170)이 개구부(122) 아래에 위치된 상태에서, 펄스형 레이저 빔(115)이 인가되어, 칩(170)이 발광 요소(165)로부터 폭발적으로 해방되게 한다. 상향 힘은 해방된 칩(170)이 개구부(122)에 진입되게 하고, 진공 유동(135)은 칩이 터널(130)을 향해서 이동되게 한다. 파이프(140)를 빠져 나오는 가압된 공기 유동(145)은 또한 이동되는 칩(170)을 터널(130)을 향해 미는 역할을 한다.
진공 유동(135) 및 가압 공기(145)에 대한 칩(170)의 초기 리프트-오프 궤적 방향 및 속도에 따라, 칩(170)은 직접적으로 또는 몇 번의 조비 이후에 진공 터널(130)에 진입할 수 있다. 이상적으로, 칩(170)이 공동(125) 내의 주변부에서 조비하는 경우에도, 칩(170)은 결국 터널(130)에 진입할 것인데, 이는 그 속도가 계속적으로 감소될 것이고, 그에 따라 진공 유동(135) 및 가압 공기 유동(145)에 의해서 점점 더 영향을 받을 것이기 때문이다.
본 발명자는 고속 카메라를 이용하여 부장착부(160) 및 개구부(122)와 관련된 레이저 리프트-오프 동작을 기록하였고, 일부 칩(170)이 개구부(122)를 빠져 나가고 손상을 유발한다는 것을 발견하였다.
일부 경우에, 칩(170)은 개구부(122) 아래에서 공중 부유되고 최종적으로 공동(125) 내로 다시 흡입되어, 부정적인 영향을 미치지 않는다. 그러나, 다른 경우에, 칩(170)은 충분한 하향 속력으로 이동되고, 그러한 하향 속력에서 진공 유동(135) 및 가압 공기 유동(145)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 칩이 개구부(122)를 빠져 나가고 부장착부(160)를 타격하기 전에 칩의 방향을 반전시키거나 변경하기에 충분치 않다. 이러한 하향 이동의 가능한 원인은 칩(170)이 공동(125)의 벽 또는 상단부 표면에서 조비하는 것이다. 진공 유동(135) 및 가압 공기 유동(145)으로 인해서 대부분의 조비 칩(170)은 결국 터널(130) 내로 흡입될 가능성이 높지만, 일부 칩(170)은 개구부(122)를 통해서 빠져 나가고 발광 요소(165)가 장착된 부장착부(160)를 타격한다.
만약 탈출 칩(170)이, 사파이어 칩(170)이 부착되지 않은 발광 요소(165)(즉, 칩(170)이 레이저 제거된 요소(165))가 배치된 위치에서 부장착부(160)를 타격한다면, 느린 속력에서도, 반도체 표면의 취약한 특성이 요소(165)의 파괴를 초래할 가능성이 높다.
도 1c는 관찰된 실패 메커니즘을 도시하고, 여기에서 탈출 칩(170)은 SC(120)의 하부 외측 표면(126)과 부장착부(160) 사이에서 반복적으로 조비하여, 종종 부장착부(160) 상의 복수의 요소(165)에, 실질적인 손상을 가할 수 있다.
앞서서 주목한 바와 같이, 종래 기술에서의 레이저 리프트-오프 이후의 기계적 손상으로 인한 수득 손실은, 주로 탈출 칩(170)이 가하는 손상으로 인해서, 한번의 생산 동작의 세트에서 0.236%까지 상당하는 것으로 관찰되었다. 도 1a의 향상된 사파이어 수집기(120)는 레이저 리프트-오프 이후의 기계적 손상으로 인한 수득 손실을 0.236%로부터 0.023%까지 한 자릿수만큼 감소시켰다. 그러나, 발광 디바이스에서의 점점 더 경쟁적인 시장에서, 이러한 낮은 수득 손실도 이러한 디바이스에 대한 이윤 폭에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
컴퓨터 유체 역학(Computational Fluid Dynamics)(CFD)의 이용, 그리고 고속(750 fps) 카메라 및 투명 벽으로 생성된 사파이어 수집기의 이용을 통해서, 발명자는 실질적으로 칩(170)의 대부분이 공동(125)의 상부 표면을 타격하고, 해당되는 경우에, 적은 칩(170)이 터널(130)에 직접 진입한다는 것을 발견하였다.
본 발명자는 이어서, 칩(170)이 수직 속도(28 m/s 이상)의 큰 비율로 공동(125)에 진입한다는 것 그리고 공동(125) 내의 난류가 공기 푸셔(150) 및 진공(135)의 효율을 감소시킨다는 것을 확인하였다.
도 2는, 시뮬레이션 및 투명 공동(225)을 통한 관찰에 의해서 결정된, 예시적인 사파이어 수집기 내의 칩의 예시적인 궤적 분포를 도시한다. 이러한 예시적인 SC에서, 3개의 공기 유동(145)이 제공된다.
빠른 리프트-오프 속도(~ 28 m/s)로 인해서, 중간 경로(210) 및 메시 상의 타격 위치의 예시적인 분포(250)에 의해서 도시된 바와 같이, 사실상 모든 칩(170)이 공동(225)의 상부 표면(228) 상의 메시(128)를 타격한다. 메시(128)를 타격한 후에, 칩은 조비되고 중간 경로(215)를 통해서 터널(130)의 플레어형 부분(flared portion)(133)까지 이동된다. 예시적인 분포(260)에 의해서 도시된 바와 같이, 칩은, 초기 타격 위치의 분포(250)보다 더 넓은 범위에 걸쳐 플레어형 부분(133)을 타격한다.
조비 경로(216, 218)는, 플레어형 부분(133)의 표면의 법선(233)에 대한 칩의 표면(133) 타격 입사각(235)으로 인해서, 칩(170)의 대부분이 중간 경로(216)를 통해서 터널(130)을 향해서 이동된다는 사실을 설명하기 위한 것이다. 그러나, 많은 칩(170)은 중간 경로(218)를 통해서 개구부(122)를 향해서 역으로 조비되고, 이러한 칩(170)의 몇몇이 개구부(122)를 빠져 나갈 가능성이 있고, 도 1b, 도 1c에 도시된 바와 같이, 부장착부(160) 상의 미보호 칩(165)을 손상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 레이저 리프트-오프 이후의 발광 요소의 기계적 손상 가능성을 실질적으로 더 감소시키는 사파이어 수집기의 예시적인 실시예를 도시한다. 앞서서 주목한 바와 같이, 이러한 실시예는 실제 축척으로 작성된 것이 아니다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 공동의 상단부 표면(328)은 조비 각도를 증가시키기 위해서 터널(130)을 향해서 기울어질 수 있다. 도 2의 SC와 대조적으로, 개구부(122)에 진입하는 칩(170)의 중간 경로(310)는 도 2의 중간 경로(210)와 실질적으로 동일하다. 그러나, 중간 조비 경로(315)에 의해서 도시된 바와 같이, 경사진 상부 표면(328)은 칩(170)이 터널(130)에 더 근접하여 그리고 법선(233)에 대한 더 큰 입사각(335)으로 플레어형 부분(133)을 타격하게 한다. 증가된 입사각(335)은 더 많은 수의 칩(170)이 중간 경로(316)를 통해서 터널(130)을 향해 조비되게 하고 더 적은 수의 칩(170)이 중간 경로(318)를 통해서 개구부(122)를 향해 조비되게 하는 결과를 초래한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 연장된 하부 표면(330)이 공동(325) 내에 제공된다면, 경로(315)를 따른 칩의 입사각(335)은 법선(333)에 대해서 더 증가되는데, 이는 칩이, 개구부(122)를 향해서 경사진 터널(130)의 플레어형 부분(133)이 아니라, 부장착부(160)에 평행한 표면(330)을 타격하기 때문이다. 이러한 더 큰 입사각(335)으로 인해서, 더 많은 칩(170)이 중간 경로(316)를 통해서 터널(130)을 향해 조비되고 더 적은 칩(170)이 중간 경로(318)를 통해서 개구부(122)를 향해 조비된다.
앞서서 주목한 바와 같이, 도면은 실제 축척이 아니고, 해당 특징부를 명료하게 하는 주석 또는 다른 요소가 가능하도록 특정 특징부를 과장되게 작성하였다. 예시적인 실시예에서, 전방 벽(380)과 터널(130)의 플레어형 부분(133) 사이의, 연장된 하부 표면(330)의 길이는 개구부(122)의 길이의 적어도 5배이다.
개구부(122)를 빠져 나가는 칩(170)의 수를 더 줄이기 위해서, 공동(325) 내의 칩(170)의 수평 속도(Vh)를 증가시키도록 및/또는 그 수직 속도(Vv)를 감소시키도록, 공기 유동(145)의 압력 및 터널(130)의 진공(135)을 조정할 수 있다. 예상되는 바와 같이, 공기 유동(145)의 압력 및 부피를 증가시키는 것은 경로(310, 315)를 따른 칩(170)의 수평 속도(Vh)를 증가시킨다. 특히 주목할 것으로서, 공기의 부피를 증가시키기 위해서 더 큰 공기 블레이드 개구부를 제공하는 것이, 칩(170)의 수평 속도(Vh)에 영향을 미치기 위해서 얇은 공기 블레이드 개구부를 이용하는 것 보다 더 긍정적인 효과를 갖는다는 것을 발견하였다. 예시적인 실시예에서, 약 0.2 mm +/- 0.05 mm의 공기 블레이드 개구부에서, 공기 유동(145)의 압력이 적어도 0.3 MPa, 그리고 바람직하게 0.4 MPa 초과일 수 있다.
그러나, 예상치 못하게, 터널(130)의 진공(135)을 감소시키는 것은 경로(310, 315)를 따른 칩의 수평 궤적을 증가시키는 역할을 한다. 본 발명자는, 진공(135)의 크기가, 수평 성분(Vh)에 영향을 미치는 것보다, 칩의 속도(V)의 수직 성분(Vv)에 실질적으로 더 많이 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 이러한 수직 속도(Vv)의 증가는, 공기 블레이드(150)로부터의 공기 유동이, 상부 표면(328)을 향해서 이동되는 칩(170)의 경로(310)를 오프셋시킬 수 있는 능력을 감소시킨다. 바람직하게, 터널(130)에 도착한 칩(170)이 터널(130)을 통해서 터널(130)의 타 단부에 위치된 수집 저장소(미도시)까지 계속 이동되도록 보장하기 위해서 필요한 최소 레벨에서 진공(135)이 유지된다. 저장소의 근접도에 따라, 이러한 최소 진공이 -0.2 kPa 정도로 낮을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 진공(135)의 크기는 -3.0 kPa 미만, 그리고 바람직하게 -1.5 kPa 미만에서 유지된다. (압력과 관련하여, 극성은 방향을 지칭한다("-" = "진공의 공급원을 향하고", "+" = "진공의 공급원으로부터"이다). -1.5 kPa의 진공은 -3.0 kPa의 진공 "미만이다".)
감소된 진공(135)에서, 칩(170)이 개구부(122)에 진입할 때 칩(170)의 수직 속도(Vv)는 전술한 28 m/s로부터 약 19 m/s로 감소될 수 있다. 이러한 감소된 속도(Vv)에서, 개구부(122)로부터 상부 표면(340)까지의 이동의 지속시간은 더 길고, 그에 따라, 칩(170)이 경로(310, 315)를 따라서 이동될 때, 공기 블레이드(150)로부터의 공기가 칩(170)의 수평 궤적에 영향을 미치기 위한 더 긴 시간을 가질 수 있게 한다. 예시적인 실시예에서, 경로(310)를 따른 칩의 수평 이동의 이러한 증가는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 터널(130)을 향해서, 공동(325)의 전방 벽(380)으로부터 더 멀고 상단부 메시(128)에 대한 더 큰 입사각으로 상단부 메시(128)의 연부를 타격하는 칩(170)을 초래한다. 그에 따라, 이는 칩(170)이 터널(130)에 더 근접하여 그리고 또한 더 큰 입사각으로 하부 표면(330)을 타격하게 하고, 그에 의해서 중간 경로(318)를 통해서 개구부(122)를 향해서 조비되는 칩(170)의 수를 더 감소시킨다.
본 발명자는 또한, 공동(325) 내의 난류가, 칩(170)의 경로(310, 315)를 터널(130)을 향해서 오프셋시킬 수 있는 공기 유동(145)의 능력의 효율을 감소시킨다는 것을 발견하였다. 이러한 난류를 줄이기 위해서, 도 2의 예시적인 SC에서와 같이 또는 도 3b와 같은 다른 도면에 도시된 바와 같이 터널(130)을 향하도록 배향되는 대신에, 도 3c에 또한 도시된 바와 같이, 공기 블레이드(150)를 공동(325)의 하부 표면(330)에 평행하게 배향할 수 있다.
공동(325) 내의 난류뿐만 아니라 칩이 개구부(122)로 진입할 때의 칩의 수직 속도(Vv)는, 개구부(122)를 통해서 공기를 끌어당기는 진공(135)에 의해서 유발되는 칩(170)에 대한 상향 견인을 최소화하는 것에 의해서 더 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 공동(325)의 하나 이상의 벽은 공기가 공동(325) 내로 끌어 당겨지게 하여, 개구부(122)를 통해서 공동(325) 내로 끌어 당겨지는 공기를 감소시킨다. 일부 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 전방 벽(380) 및 각각의 측벽(410)의 적어도 일부 그리고 공동(도 3d의 325)의 상부 표면(340) 및 하부 표면(330)은, 공기가 공동(325) 내로 자유롭게 진입할 수 있게 하는 메시 구조물(485, 415, 445, 435)을 각각 포함한다. 메시는, 칩(170)이 터널(130)을 통하지 않고 공동(325)을 빠져 나가는 것을 충분히 방지할 수 있는 크기의 정사각형, 직사각형, 다이아몬드, 원, 벌집형, 등과 같은 임의 패턴일 수 있다.
공동(325) 내로의 공기 유동이 충분히 자유로운 상태에서, 칩(170)이 개구부(122)에 진입할 때 칩(170)의 수직 속도(Vv)는, 도 2의 SC와 관련하여 전술한 28 m/s 보다 상당히 느린, 약 12 m/s일 수 있는, 폭발적 레이저 리프트-오프 프로세스에 의해서 유도되는 속도와 대략적으로 동일하다. 메시형 벽 설계(485, 415, 445 및 435)로 인한 수직 속도(Vv)의 이러한 상당한 감소는, 넓어진 공기 블레이드(150)로부터의 증가된 공기 유동(145)으로 인한 수평 속도(Vh)의 상당한 증가와 함께, 칩(170)이 상단부 메시(128)로부터 멀리 그리고 터널(130)을 향해서 전환되는 결과를 초래한다. 결과적으로, 칩(170)은, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상부 표면(340)에 대한 더 큰 입사각으로 공동(325)의 상부 표면(340)을 타격한다.
공동(325) 내의 난류는, 공기 블레이드(150)에 의해서 제공되는 공기를 위한 더 큰 출구를 제공하는 것에 의해서 더 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 터널(130)의 플레어형 부분(133)(도 3d)이 또한 메시 구조물을 포함할 수 있고, 이는 공기 블레이드(150)로부터의 공기의 상당한 부분이 자유롭게 빠져나가게 할 수 있다. 유사한 방식으로, SC의 전체 연장 부분(330, 340)이 메시 구조물을 포함할 수 있다.
도 3d 및 도 4에 도시된 바와 같이, 칩(170)의 수평 속도(Vh)의 증가는 또한, 개구부(322)에 가장 근접한 공기 블레이드(150A)가 개구부(322)로부터 더 먼 공기 블레이드(150B, 150C) 보다 칩(170)의 수직 경로에 더 근접하도록 공동(325)의 전방 벽(380)을 기울이는 것에 의해서 성취될 수 있다.
레이저 리프트-오프를 유도하는 레이저 빔(390)은 부장착부(160) 상의 칩(170)에 초점 맞춰지고, 그에 따라 개구부(322)에서 보다 메시(128)에서 더 넓다. 전방 벽(380)을 경사지게 함으로써, 공기 블레이드(150A, 150B, 150C)는, 레이저(390)의 (테이퍼링된) 경로와 간섭하지 않고, 칩(170)의 경로(310)에 근접하여 위치될 수 있다.
유사한 방식으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 공동(325)의 전방 벽(380)이 테이퍼링되어, 개구부(122)로부터의 거리가 증가될수록 더 넓은 공기 블레이드(150C, 150B, 150A)를 허용할 수 있다.
이하의 표에 기재된 바와 같은 공칭 값을 가질 수 있는 치수가 도 4에 또한 도시되어 있다. 다른 치수는 이러한 공칭 값 또는 그 실제 값을 기초로 선택될 수 있다. 예를 들어, 공기 블레이드(150)의 폭은, 연장된 표면(330)의 폭(We) 및 전방 표면(380)의 테이퍼링 정도를 기초로, 가능한 한 넓을 수 있다.
Lo, Wo 개구부(322)의 길이 및 폭 7mm, 7mm
Lm, Wm 메시(128)의 길이 및 폭 18mm, 18mm
Le, We 연장된 표면(330)의 길이 및 폭 > 5xLo, >Wo
Hc 공동(325)의 높이 80mm
Hb 공기 블레이드(150) 오리피스의 높이 0.2mm
도 3d를 참조하면, 칩(170)이 개구부(322)의 근접부에 재진입할 가능성이 감소된 상태에서, 기재(160) 위의 개구부(322)의 높이(Ht)로 인해서 칩(170)이 제1 공기 블레이드(150A)를 지나서 이동할 수 있다면, 도 2의 SC의 테이퍼링된 개구부(122)는 더 이상 필요치 않다. 하부 표면(330) 상에 누적될 수 있는 칩(170)이 개구부(322) 내로 낙하하는 것을 방지하기 위해서, 장벽(331)의 높이가 칩(170)의 크기의 1 내지 3배일 수 있다.
특히 경로(310)를 따른 칩(170)의 수평 속도(Vh)는, 칩(170)이 공동(325) 내의 제1 공기 블레이드(150A)로부터의 공기 유동과 만날 때의 칩(170)의 배향에 의해서 강하게 영향을 받는다. 만약 칩(170)의 주 표면(즉, 연부 이외의 상단부 또는 하단부 표면)(370)이, 제1 공기 블레이드(150A)의 공기 유동과 만날 때 그 공기 유동에 대해서 (도시된 바와 같이) 수직의 약 30도 이내로 배향된다면, 그 수평 속도(Vh)는 강하게 영향을 받을 것이다. 만약 칩(170)의 주 표면(370)이 공기 블레이드(150A)의 공기 유동에 수평으로(미도시) 배향된다면, 공기 유동이 칩에 미치는 영향이 상당히 감소된다.
비록 칩(170)이 제1 공기 유동과 만날 때 칩(170)의 배향이 무작위적인 것을 예상할 수 있지만, 본 출원인은 부장착부(160) 위의 개구부(322)의 높이(Ht)가, 칩이 제1 공기 블레이드(150A)의 공기 유동과 만날 때의 칩의 배향과 강한 상관관계를 나타낸다는 것을 발견하였다. 일부 실시예에서, 높이(Ht)가 조정될 수 있고, 예를 들어 칩(170)의 대부분이 공동(325)의 상부 표면(340) 및 하부 표면(330)(터널(130)에 더 근접하는 것이 바람직하다)을 타격하는 곳을 관찰하는 것에 의해서 결정되는 바와 같이, 안정적인 수평 속도(Vh)가 얻어질 때까지 시행착오적인 조정이 이루어진다. 예시적인 실시예에서, 레이저 리프트-오프에 의해서 유발된 약 12 m/s의 초기 수직 속도에서, 약 6 mm +/- 0.5 mm의 높이(Ht)가 최적의 수평 속도(Vh)를 제공한다.
본 발명이 도면에서 그리고 전술한 설명에서 구체적으로 도시되고 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 묘사적인 또는 예시적인 것으로 간주되며 제한적인 것으로 간주되지 않으며; 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는다.
예를 들어, 비록 공동(325)이 본원에서 선형적인 구조물로 도시되었지만, 통상의 기술자는, 다른 형상이 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 개구부(322)와 터널(130)의 플레어형 부분(133) 사이에 위치된 공동(325)의 일부는, 원통형 터널(130)에의 결합을 위해서, 직사각형 형상으로부터 더 원통형인 형상으로 전이될 수 있다. 유사한 방식으로, 비록 터널(130)이 공동(325) 보다 작은 횡단면적을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 터널이 공동(325)과 유사한 횡단면적을 가지거나 그보다 큰 횡단면적을 가질 수 있다. 유사하게, 편향 스크린(128)이 도 3b, 도 3c에 도시된 바와 같이 기울어질 수 있다.
도면, 개시 내용, 및 첨부된 청구항으로부터, 청구된 발명을 실시하는 통상의 기술자는, 개시된 실시예에 대한 다른 변형예를 이해하고 실시할 수 있을 것이다. 청구범위에서, "포함하는"이라는 단어는 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않고, 부정관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 특정 수단이 서로 상이한 종속항 내에서 열거된다는 사실은, 이러한 수단들의 조합이 유리하게 이용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다. 청구범위 내의 임의의 인용 부호가 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 수집기 시스템으로서,
    컨테이너를 포함하고, 상기 컨테이너는:
    제1 개구를 정의하는 상부 표면,
    복수의 측면 - 상기 복수의 측면 중 제1 측면은 복수의 제2 개구를 정의함 -,
    제3 개구를 정의하는 하부 표면 - 상기 하부 표면은 상기 제1 측면에 대향하는 쪽에서 상기 제3 개구에 인접하는 섹션을 갖고, 상기 제1 측면으로부터 상기 섹션의 단부까지의 상기 하부 표면의 길이는 상기 제3 개구의 길이보다 적어도 5배 큼 -,
    상기 제1 개구와 상기 제2 개구 사이에서 상기 컨테이너를 통해 연장되는 공동,
    복수의 터널 - 상기 복수의 터널 각각은 상기 복수의 제2 개구 중 하나와 상기 공동 사이에 연장됨 -, 및
    복수의 공기 푸셔 - 상기 복수의 공기 푸셔 각각은 상기 복수의 터널 중 하나 내에 적어도 부분적으로 존재함 -
    를 포함하는 수집기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제3 개구 위의 상기 상부 표면의 섹션은 상기 하부 표면과 평행한 상기 상부 표면의 섹션에 대해 경사지는, 수집기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 상부 표면, 상기 하부 표면 및 상기 제1 측면 중 적어도 하나는 메시 구조물(mesh structure)을 포함하는, 수집기 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 공기 푸셔는 각각이 0.15㎜와 0.25㎜ 사이의 개구를 갖는 복수의 공기 나이프(air knife)인, 수집기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 복수의 공기 푸셔는 상기 컨테이너의 상기 하부 표면과 평행한, 수집기 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 측면은 제4 개구를 정의하는 제2 측면을 더 포함하고, 상기 컨테이너는 상기 제2 측면과 상기 공동 사이에 연장되는 다른 터널을 더 포함하는, 수집기 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 터널 내의 진공의 크기는 -1.5kPa보다 작은, 수집기 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 하부 표면의 상기 섹션은 제1 섹션이고, 상기 하부 표면은 상기 제1 섹션으로부터 안쪽으로 경사지고 상기 터널과 만나서 상기 공동의 경사진 섹션을 형성하는 제2 섹션을 포함하는, 수집기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 공동의 상기 경사진 섹션은 메시 구조물을 포함하는, 수집기 시스템.
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