(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記被剥離層を離脱させる段階は、前記被剥離層上に転写層を接合し、互いに接合された前記被剥離層と前記転写層とを前記基板から離脱させる、請求項1に記載の電子装置の製造方法。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、前記問題点を含む従来技術の問題点を解決するためのものであって、電子素子を剥離する過程で電子素子の損傷及び変形を最小化し、複雑な形状の大面積電子素子を製造することができる電子装置の製造方法に関する。但し、かような課題は、例示的なものであって、それによって本発明の範囲が限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施例による電子装置の製造方法は、基板上に被剥離層を配置して積層体を形成する段階、前記積層体に熱衝撃を加える段階、前記基板から前記被剥離層を離脱させる段階、及び離脱された前記被剥離層を対象基板に転写する段階を含む。
【0006】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板と前記被剥離層に互いに反対方向の熱応力を発生させることができる。
【0007】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記積層体を加熱した後、冷却することができる。
【0008】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板を100℃〜400℃に加熱することができる。
【0009】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板を常温まで冷却することができる。
【0010】
また、前記被剥離層は、薄膜と機能層とを含み、前記積層体を形成する段階は、前記薄膜を前記基板上に配置する段階、及び前記薄膜上に前記機能層を配置する段階を含んでもよい。
【0011】
また、前記基板と前記薄膜は、互いに異なる熱膨脹係数を有し、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板と前記薄膜との界面にせん断応力を発生させ、前記基板から前記薄膜を剥離することができる。
【0012】
また、前記薄膜は、前記基板の熱膨脹係数よりも高い熱膨脹係数を有する金属であってもよい。
【0013】
また、前記機能層は、前記薄膜と接触する保護層及び前記保護層上に配置される電子素子を含んでもよい。
【0014】
また、前記被剥離層を離脱させる段階は、前記被剥離層上に転写層を接合し、互いに接合された前記被剥離層と前記転写層とを前記基板から離脱させることができる。
【0015】
また、前記転写層は、PDMS、熱剥離テープ及び水溶性テープのうち、いずれか1つからなってもよい。
【0016】
前記以外の他の側面、特徴、利点は、以下の発明を実施するための具体的な内容、請求範囲及び図面から明確になる。
【発明の効果】
【0017】
本発明の一実施例による電子装置の製造方法は、電子素子を剥離する過程で発生する電子素子の損傷、歪曲及び変形を最小化することができる。
また、電子素子の剥離にかかる所要時間を画期的に減らして複雑な形状の大面積電子素子を迅速に製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明は、多様な変換を加え、様々な実施例を有しているところ、特定実施例を図面に例示し、発明の説明に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施例に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むと理解されねばならない。本発明を説明するに当って、他の実施例に示されているとしても、同じ構成要素については同じ識別符号を使用する。
【0020】
第1、第2などの用語は、多様な構成要素の説明に使用されるが、構成要素は、用語によって限定されてはならない。用語は、1つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用される。
本願で使用した用語は、ただ特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。本願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組合わせ物が存在することを指定しようとするものであって、1つまたはそれ以上の他の特徴や数、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組合わせ物などの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されねばならない。
【0021】
以下、添付図面に示された本発明に係わる実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1ないし
図10は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
図1ないし
図10を参照すれば、本発明の一実施例による電子装置の製造方法は、基板100上に被剥離層200を配置して積層体10を形成する段階と、積層体10に熱衝撃を加える段階と、基板100から被剥離層200を離脱させる段階及び離脱された被剥離層200を転写対象400に転写する段階を含む。
【0022】
まず、基板100を準備する。基板100の材質は、特に限定されず、一般的に使用されるシリコン基板などが使用される。また、基板100は、不透明な材質であってもよい。すなわち、本発明の一実施例による電子装置の製造方法では、汎用の基板をそのまま利用することができて活用度が高い。本発明の一実施例において、基板100は、シリコン基板またはガラス基板であってもよい。
次いで、
図1に示したように、基板100上に薄膜210を配置する。薄膜210は、基板100と直接接触して、基板100と機能層220との間に介在される。薄膜210の厚さは、特に限定しないが、後述するように積層体10に熱衝撃を加えたとき、基板100と薄膜210との熱膨脹係数の差によって、薄膜210が容易に剥離されるためには、薄膜210の厚さが数nm〜数百nmであることが望ましい。また、フレキシブルな電子装置1を具現するために、薄膜210の厚さは薄いことが望ましい。薄膜210は、高い熱膨脹係数を有することが望ましく、金属からなってもよい。例えば、薄膜210は、金(Au)、銀(Ag)及び銅(Cu)のうちいずれか1つからなってもよい。
薄膜210を基板100上に配置する方法は、特に限定されず、通常の蒸着方法が適用される。例えば、スパッタリング(Sputtering)蒸着法またはE-beam EvaporationのようなPVD(Physical Vapor Deposition)蒸着法が適用される。
【0023】
次いで、
図2に示したように、機能層220を薄膜210上に配置する。機能層220は、保護層で被覆された電子素子であってもよい。保護層は、物理的な衝撃と急激な温度変化から電子素子を保護する絶縁体であってもよい。例えば、保護層は、ポリイミド(Polyimide)のようなポリマーであってもよい。
機能層220は、次のような方法で薄膜210上に配置される。まず、基板100に配置された薄膜210上に保護層としてポリマーをコーティングする。次いで、ポリマー上に金属を蒸着させ、パターニングを行う。そして、再びポリマーをコーティングして金属部分を被覆する。但し、金属部分を必ずしも被覆する必要はなく、露出状態で次の工程を進めることができる。
積層された薄膜210と機能層220は、被剥離層200をなす。被剥離層200は、剥離工程によって基板100から剥離され、最終的に転写対象400上に配置される。また、基板100と被剥離層200は、積層体10をなす。
【0024】
一方、本発明の一実施例による電子装置の製造方法によれば、サブメートル(Submeter)単位からナノメートル単位の電子装置を形状の歪曲及び変形なしに製造することができる。したがって、薄膜210と機能層220との大きさ及び形状は、特に限定されず、多様な形状及びパターンを有する薄膜210と機能層220とを利用することができる。また、薄膜210と機能層220は、互いに対応する形状を有するか、薄膜210が機能層220よりも広い面積を有してもよい。
本発明の一実施例において、基板100と薄膜210は、互いに異なる熱膨脹係数を有することが望ましい。例えば、熱衝撃によって基板100に引っ張り応力が作用し、薄膜210に圧縮応力が作用するように、薄膜210の熱膨脹係数が基板100の熱膨脹係数よりもさらに大きくなる。
【0025】
次いで、積層体10に熱衝撃(Thermal shock)を加える。熱衝撃は、物体に急激な温度変化を起こして、物体に物理的な変化を引き起こすことで、本発明の一実施例では、積層体10を加熱した後、直ちに冷却することで、熱衝撃を与えることができる。
まず、
図3に示したように、積層体10を加熱する。
図3に示す矢印は、外部から積層体10に熱が供給される状態を示す。積層体10を加熱する方式は、特に限定しない。積層体10を加熱チャンバまたはオーブンなどに入れて全体的に加熱するか、基板100と薄膜210との界面を選択的に加熱するか、ホットプレートなどを用いて基板100の下部を選択的に加熱する。本発明の一実施例では、加熱部として、ホットプレート(Hot plate)を基板100の下部に配置して積層体10を加熱することができる。積層体10を加熱すれば、基板100と薄膜210に熱応力が発生する。
【0026】
具体的に、
図3のAの拡大図である
図4に示したように、積層体10を加熱すれば、基板100の温度上昇によって、基板100が膨脹して内部に引っ張り応力が発生する。一方、薄膜210の場合、前述したように熱膨脹係数が基板100の熱膨脹係数よりも大きいために、基板100の膨脹率よりもさらに大きい膨脹率を有する。しかし、薄膜210は、基板100によって形状が固定されている状態なので、薄膜210の膨脹が拘束されて薄膜210の内部には、圧縮応力が発生する。したがって、
図4で矢印で示したように、基板100の上部と薄膜210の下部には、互いに反対方向の熱応力が発生する。これにより、基板100と薄膜210との界面に、界面と平行な方向にせん断応力が発生して基板100と薄膜210との結合力が弱化する。
【0027】
加熱工程は、基板100の温度が100℃〜400℃に至るまで進められる。基板100の温度が100℃未満である場合、基板100と薄膜210に熱応力が十分に発生せず、薄膜210が基板100から剥離されない。逆に、基板100の温度が400℃を超える場合、機能層220に損傷が発生する。
加熱工程にかかる所要時間は、基板100及び薄膜210の材質と大きさ及び加熱部の特性などに依存的であり、特に限定しない。例えば、加熱部としてホットプレートを用いて基板100を400℃まで加熱するのに10分程度の時間が所要する。
【0028】
次いで、
図5に示したように、積層体10を冷却する。
図5に示した矢印は、積層体10から外部に熱が放出される状態を示す。冷却工程は、積層体10に熱衝撃を加えるために、加熱工程終了後、直ちに実施することが望ましい。加熱工程と同様に、積層体10を全体的に冷却するか、基板100と薄膜210との界面を選択的に冷却するか、冷却部を用いて基板100の下部を選択的に冷却する。本発明の一実施例では、冷却部を基板100の下部に付着することができる。積層体10を冷却すれば、基板100と薄膜210に熱応力が発生する。
具体的に、
図5のBの拡大図である
図6に示したように、積層体10を冷却すれば、基板100は、温度下降によって収縮しつつ内部に圧縮応力が発生する。
【0029】
一方、薄膜210の場合、前述したように熱膨脹係数が基板100の熱膨脹係数よりも大きいので、基板100の収縮率よりもさらに大きい収縮率を有する。しかし、薄膜210は、基板100によって形状が固定されている状態なので、薄膜210の収縮が拘束されて薄膜210の内部には、引っ張り応力が発生する。すなわち、冷却工程では、加熱工程で発生する熱応力と反対方向に積層体10に熱応力が発生する。これにより、加熱工程を経つつ基板100と薄膜210との結合力が弱化された状態で、反対方向に熱応力が作用しつつ基板100と薄膜210との界面にせん断応力が発生する。これにより、薄膜210の長手方向の端部で微細剥離が生じ、薄膜210が基板100から剥離される。すなわち、被剥離層200が基板100から剥離される。
【0030】
冷却部は、特に限定しない。但し、加熱された積層体10を迅速に冷却して熱衝撃を加えるために、熱伝導率の高い材質からなる冷却プレートなどを基板100の下部に付着して冷却を実施することができる。具体的に、冷却プレートとしてアルミニウムプレートが用いられる。
冷却工程における冷却温度は、特に限定されず、基板100の温度が常温に至るまで冷却することができる。または、基板100と薄膜210とをさらに確実に剥離するために常温以下に冷却することもできる。
冷却工程にかかる所要時間は、基板100及び薄膜210の材質と大きさ、及び冷却部の特性に依存的であり、特に限定しない。但し、積層体10に熱衝撃を加えるために、冷却工程にかかる所要時間は短いことが望ましく、基板100の温度を1分以内に常温まで冷却することで、基板100から薄膜210が容易に剥離される。
【0031】
また、加熱工程と冷却工程とを経た後、必ずしも薄膜210が基板100から物理的に完全に剥離されねばならないものではない。すなわち、後述するように転写層300を用いて被剥離層200を基板100から離脱する過程で、基板100と被剥離層200に損傷が発生しないほどに基板100と薄膜210との接着力が弱くなった状態であれば、十分である。
【0032】
次いで、基板100から剥離された被剥離層200を離脱させる。被剥離層200を離脱させる方法は、特に限定しないが、本発明の一実施例では、転写層300を被剥離層200上に接合した後、互いに接合された被剥離層200と転写層300とを基板100から離脱させることができる。
【0033】
まず、
図7に示したように、転写層300を被剥離層200の上面に接合させる。転写層300は、機能層220と容易に接合され、それを転写対象400への転写に適した部材であれば、十分である。転写層300の面積は、被剥離層200の面積を考慮して適切に選択し、転写工程を容易に遂行するために、被剥離層200よりも大きい面積を有することが望ましい。転写層300は、PDMS、熱剥離テープまたは水溶性テープのうち、いずれか1つであってもよい。
【0034】
次いで、
図8に示したように、被剥離層200と接合された転写層300を持ち上げて基板100から被剥離層200を離脱させる。前述したように、積層体10に熱衝撃を加える段階が終わった後、基板100と被剥離層200は、完全に剥離された状態であるか、接着力が非常に弱くなった状態を保持しつつ互いに付着されている。その場合、剥離に必要な所定の力を印加して基板100から被剥離層200を完全に離脱させることができる。いずれの場合でも、熱衝撃を加えてから被剥離層200を離脱させた後には、基板100の上面に薄膜210が残存しない。
【0035】
次いで、
図9に示したように離脱した被剥離層200を転写対象400に転写する。具体的に、転写層300と接合されている被剥離層200(薄膜210)の下面が転写対象400の上面と接触するように転写層300を配置する。被剥離層200の下面が転写対象400の上面と接着された後、転写層300を除去することができる。
転写層300を除去する方法は、特に限定しない。例えば、転写層300がPDMSからなる場合、転写対象400の上面は、PDMSよりもさらに大きい粘着力を有する部材(例えば、ポリイミドなど)からなってもよい。その場合、被剥離層200を転写対象400と接合させた後、被剥離層200から転写層300を除去することができる。また、転写層300が熱剥離テープである場合、転写対象400の上面に配置された転写層300を所定温度に加熱して、被剥離層200から転写層300を剥離することができる。また、転写層300が水溶性テープである場合、転写層300に水を接触させて転写層300を除去することができる。このように本発明の一実施例による電子装置の製造方法では、多様な転写方法を利用することができる。
転写層300が除去されれば、転写対象400の上面には、被剥離層200のみ残る。以後、被剥離層200の上面に商用チップまたはLEDなどを付着することで、最終的に電子装置1が完成される。
【0036】
図11は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法で製造された電子装置1の一部構成を示す図面である。さらに具体的に、
図11は、基板100から剥離された被剥離層200の上面を示す。
図11(a)ないし
図11(f)を参照すれば、本発明の一実施例による電子装置の製造方法の場合、薄膜210及び機能層220が非常に狭幅を有する複雑なパターンの形状である場合にも、形状の歪曲及び変形がほとんど発生しない。
【0037】
図12は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法を用いて製造された電子装置1に係わるXPS分析グラフである。
図12(a)は、剥離後薄膜210の下面に対するXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析結果グラフであり、
図12(b)は、剥離後基板100の上面に対するXPS分析結果グラフである。ここで、基板100と薄膜210の材質は、それぞれSi及びCuである。
図12(a)及び
図12(b)に示したように、剥離後薄膜210の下面には、Siがほとんど存在せず、剥離後、基板100の上面には、Cuがほとんど存在しない。すなわち、本発明の一実施例による電子装置の製造方法による場合、基板100と薄膜210との成分が反対側に残らずに剥離されることが分かる。これにより、剥離後、薄膜210の下面を平坦かつ均一にすることができ、薄膜210と転写対象400とがさらに確実に接合される。また、薄膜210に基板100の成分が混在されず、目的とする物性を有する電子装置1が最終的に得られる。
【0038】
図13は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法と従来の電子装置の製造方法とを比較する図面である。
図13(a)は、電子素子のオリジナル設計図面であり、
図13(b)ないし
図13(d)は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法によって剥離された被剥離層200を示し、
図13(e)ないし
図13(g)は、従来の電子装置の製造方法のうち、湿式剥離方法によって剥離された電子素子を示す。
図13(a)に示したように、電子素子が複雑なパターンの形状を有する場合にも、本発明の一実施例による電子装置の製造方法を用いて得た被剥離層200の場合、
図13(b)ないし
図13(d)に示したように、表面にしわが発生せず、オリジナル設計図面と比較して、形状のズレがほとんどない。
【0039】
一方、従来の電子装置の製造方法のうち、湿式剥離方法によって得られた電子素子の場合、
図13(e)ないし
図13(g)に示したように、電子素子にしわが発生し、オリジナル設計図面と比べて、形状のズレが大きい。
これは、湿式剥離方法の場合、犠牲層を除去するために別途の溶液を使用するので、溶液が電子素子の界面に沿って曲面を形成するメニスカス(Meniscus)現象または溶液の移動によって電子素子の配置が初期設計と異なって電子素子の形状が歪曲されるからである。
【0040】
一方、本発明の一実施例による電子装置の製造方法の場合、溶液を利用しないので、
図13に示したように、溶液によって被剥離層200の配置が変形または歪曲される問題が発生しない。
また、湿式剥離方法の場合、溶液が基板と電子素子との間に介在されている犠牲層に拡散されて、犠牲層と化学反応を行わねばならないので、大面積の基板に対しては、犠牲層を溶かすまで長時間がかかる。基板及び犠牲層の材質または大きさによって異なるが、大面積の基板の場合、剥離工程が完了するまで、通常、数時間が所要する。また、化学物質である溶液の使用による有害性の問題も存在する。
【0041】
また、従来の電子装置の製造方法のうち、レーザを用いたリフトオフ(Laser lift-off)方式の場合、基板は、レーザを透過する透光性材質である必要があり、レーザ装備の構築に多くの費用がかかる。また、基板と被剥離層との界面を非常に高温で加熱するので、高熱による変形が不可避である。また、レーザを特定領域に集中させねばならないので、大面積の電子素子を製造するには、不適合である。
【0042】
一方、本発明の一実施例による電子装置の製造方法の場合、基板100を所定の温度まで加熱した後、冷却にかかる所要時間だけ必要である。したがって、大面積の被剥離層200も迅速に剥離することができ、薄膜210及び機能層220の大きさに係わる制約がなく、電子装置製造工程における所要時間を短縮させうる。また、熱による変形が発生しない温度範囲内で剥離工程を実施するので、基板100または被剥離層200に変形が発生しない。
また、本発明の一実施例による電子装置の製造方法では、基板100上に薄膜210及び機能層220を形成した状態でそのまま剥離工程を実施し、別途の層(例えば、水素イオン注入層)をさらに形成しなくともよいので、工程が非常に簡単で工程にかかる所要時間及びコストを画期的に減らせる。また、数nmの極薄の薄膜210を用いることができ、非常にフレキシブルな電子装置1を具現することができる。
【0043】
本明細書では、本発明を、限定された実施例を中心に説明したが、本発明の範囲内で多様な実施例が可能である。また、説明されていないが、均等な手段も、本発明にそのまま組み合わせることができるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、請求範囲によって決められねばならない。