CN103809372B - 印模结构以及利用该印模结构的转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供印模结构以及利用该印模结构的转移方法。该印模结构将形成在供体衬底上的对象转移到目标衬底，该印模结构包括：印模框架，具有板状部，对象将被附接至该板状部；以及多个孔，穿过板状部。
Description
技术领域
本公开涉及印模结构（stamp structure）以及利用该印模结构的转移方法。背景技术
对于使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）印模的转移技术的关注在近来增加。这种技术包括：制造单晶硅或III-V化合物半导体微带，其仅能在特定衬底上制造；利用PDMS印模使单晶硅或III-V族化合物半导体微带（micro ribbon）解吸附；以及将解吸附的单晶硅或III-V化合物半导体微带转移到目标衬底。这种技术允许需要特定的工艺条件（例如，高温、高压、H2气氛等）以及特殊的衬底（例如，绝缘体上硅（SOI）衬底或GaAs衬底）的高功能带被转移到各种衬底，因此能够制造各种器件。
诸如UV可固化聚氨酯的粘合层已经被用于将吸附在PDMS印模上的单晶带转移到目标衬底，但是粘合材料会经常引起工艺限制。为此，近来积极地进行对于无粘合层的利用PDMS印模的转移技术的研究。
无粘合层的转移单晶带的通常方法包括：利用PDMS印模的粘弹性的方法。在这种方法中，带（ribbon）可以通过如下转移到目标衬底：在解吸的情况下通过使单晶带从供体衬底（donor substrate）迅速地解吸以增大单晶带与PDMS印模之间的接合力，以及在转移的情况下通过使单晶带从供体衬底缓慢地解吸以减小单晶带与PDMS印模之间的接合力。为了利用这种技术更有效地控制单晶带与PDMS印模之间的粘合力，已经发展了通过可逆地改变PDMS印模的结构来控制粘合力的方法，还发展了通过照射脉冲激光至单晶带与PDMS印模之间的界面从而引起两者之间的热膨胀差异来转移带的激光驱动转移印刷（LDTP）法。
然而，在利用PDMS印模的形状控制方法和解吸速率的无粘合层的转移方法中，由于随着衬底和设备变大而难以在衬底的整个区域上控制均匀的解吸速率和形状，所以难以制造大尺度的衬底，并且根据PDMS印模的形状变化，在转移期间对准精度降低的可能性大。此外，由于LDTP法还利用PDMS的热膨胀，所以在转移期间对准精度会被进一步降低。
发明内容
本公开提供了印模结构以及利用该印模结构的转移方法。
额外的方面将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述而变得明显，或者可以通过实施给出的实施方式而掌握。
根据本发明的方面，一种将形成在供体衬底上的对象转移到目标衬底的印模结构包括：印模框架，具有板状部（plate part），对象将被附接至该板状部；以及多个孔，穿过板状部。
多个孔可以包括圆柱形的孔或狭缝形状的孔。
印模框架可以包括聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚（甲基-p-甲氧基苯基亚甲硅基）（PMMS）、聚碳酸酯（PC）、聚氨酯（PU）、聚氨酯丙烯酸酯（PUA）、玻璃、石英以及金属中的任一种材料。
印模框架可以由刚性材料形成，在此情况下，印模结构还可以包括由比刚性材料更柔软的材料形成并设置在板状部的一侧上的膜。
所述一侧是当对象被转移时面对对象的一侧，多个孔可以形成为使得孔穿过板状部和膜二者。
膜的一侧（在对象被转移时成为面对对象的一侧）可以被图案化为具有其中凹部和凸部交替的形状。
多个孔可以形成在孔穿过凸部的位置处，或者多个孔可以形成在孔穿过凹部的位置处。
所述一侧是与对象被转移时面对对象的一侧相反的一侧，膜可以形成为使得其覆盖多个通孔。
板状部的底部可以被图案化以具有其中凹部和凸部交替的形状，该板状部的底部在对象被转移时成为面对对象的一侧。
多个孔可以形成在孔穿过凸部的位置处，或者多个孔可以形成在孔穿过凹部的位置处。
印模框架可以由刚性材料形成，在此情况下，印模结构还可以包括由比刚性材料更柔软的材料形成并设置在板状部的底部上的膜。
根据本发明的另一方面，一种转移方法包括：制备印模结构，该印模结构包括具有板状部的印模框架和穿过板状部的多个孔；将形成在供体衬底上的对象附接到印模结构以从供体衬底分离对象；以及将对象移动到目标衬底并从对象分离印模结构。
多个孔可以包括圆柱形的孔或狭缝形状的孔。
在将形成在供体衬底上的对象附接到印模结构以从供体衬底分离对象时，印模结构可以以所述孔中的一个对应于对象的一个图案的方式附接到对象，或者印模结构可以以多个孔对应于对象的一个图案的方式附接到对象。
在将形成在供体衬底上的对象附接到印模结构以从供体衬底分离对象时，可以利用经由多个孔吸取空气的真空压缩法。
在将对象移动到目标衬底并从对象分离印模结构时，可以利用经由多个孔注入空气的空气挤压（air pressing）法。
印模框架可以由刚性材料形成，在此情况下，印模结构还可以包括由比刚性材料更柔软的材料形成并设置在板状部的一侧上的膜。在此情况下，在将形成在供体衬底上的对象附接到印模结构以从供体衬底分离对象时，可以利用膜与对象之间的分子间力。
在将对象移动到目标衬底并从对象分离印模结构时，可以利用经由多个孔注入空气的空气挤压法。
附图说明
从以下结合附图对实施方式的描述，这些和/或其它的方面将变得明显并更易于理解，附图中：
图1是示意性示出根据实施方式的印模结构的透视图；
图2A至图2F是示出利用图1的印模结构的转移方法的示例的视图；
图3A和图3B是示出利用图1的印模结构的转移方法的另一示例的视图；
图4A至图4C是示意性示出根据其它实施方式的印模结构的透视图，并示出利用该印模结构的转移方法；
图5A至图5C是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的视图，并示出利用该印模结构的转移方法；
图6是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；
图7是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；
图8是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；
图9是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；‘
图10是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；
图11是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；
图12是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图；
图13A至图13C是示意性示出制造图12的印模结构的方法的视图；以及
图14A至图14D是描述利用图12的印模结构的转移方法的视图。
具体实施方式
现在将详细参照实施方式，附图中示出实施方式的示例，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这一点上，本公开的实施方式可以具有不同的形式，而不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，以下参照附图仅描述了实施方式以解释本说明书的方面。此外，这里描述的示范性实施方式仅是为了说明的目的而给出，可以对其进行不同的修改。此外，在这里描述的分层结构中，术语“上部”或“上”应当被理解为不仅包括接触并且直接在其它元件上的一个元件，而且包括不接触其它元件而在其它元件上方的一个元件。
图1是示意性示出根据实施方式的印模结构100的透视图。
参照图1，用于将形成在供体衬底上的对象转移到目标衬底的印模结构100包括：印模框架110，具有附接至对象的板状部；和多个孔H，穿过板状部。
形成多个孔H使得对象可以被紧密地挤压到印模结构以及从印模结构良好地分离，其中多个孔的形状、数量和布置可以通过考虑对象的形式而确定。例如，多个孔H可以包括如图1所示的圆柱形孔。然而，多个孔H不限于此。
用于印模框架110的材料可以包括刚性材料以及柔性材料。例如，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚（甲基-p-甲氧基苯基亚甲硅基）（PMMS）、聚碳酸酯（PC）、聚氨酯（PU）、聚氨酯丙烯酸酯（PUA）、玻璃、石英以及金属可以被用作用于印模框架110的材料。
图2A至图2F是示出利用图1的印模结构100的转移方法的示例的视图。
如图2A所示，印模结构100被布置为使得多个孔H分别面对形成在供体衬底S1上的多个对象30。
对象30可以被制备为使得其通过桥50被抬高在供体衬底S1上方。对象30可以以图2A所示的方式制备使得其与供体衬底S1适当地分离，或者可以制备为具有“T”形结构使得一个桥支撑一个对象。
接下来，如图2B所示，印模结构100布置在对象30上，空气经由多个孔H吸取以将对象30真空挤压到印模结构100。
接下来，当印模结构100如图2C所示被提起时，由于对象30被挤压至印模结构100，对象30从桥50解吸并从供体衬底S1分离。
图2D是如图2C所示的附接到印模结构100的对象30的平面图，并示意性示出对象30与孔H之间的对应关系。如图2D所示，对象30附接到印模结构100使得一个孔H对应于一个对象30。
然后，如图2E所示，在将附接有对象30的印模结构100放置在目标衬底S2上之后，通过经由多个孔H注入空气的空气挤压法而将对象30附接到目标衬底S2。
接下来，如图2F所示，印模结构100从对象30分离以完成对象30到目标衬底S2的转移。
利用根据本实施方式的印模结构100的转移方法通过关于形成在印模结构100中的多个孔H的空气吸取和空气注入的方法而从供体衬底S1分离对象30以及将对象30附接到目标衬底S2。由于可以通过简单的工艺转移对象30，所以当形成在大面积上的对象30被转移时对象30的对准精度非常高，并且由于印模结构100由刚性材料形成，所以印模结构100在转移期间不会被改变。
在下文，描述不同实施方式的印模结构和转移方法。
图3A和图3B是使用图1的印模结构100的转移方法的另一示例的视图。
参照图3A，本实施方式的转移方法与图2A至图2F中描述的转移方法的不同之处在于，当对象30附接到印模结构100时两个或更多孔对应于一个对象30。例如，根据对象30的尺寸，适当数量的孔H对应于一个对象30，使得以均匀的压力将对象30附接到印模结构100。
在图3B中示出四个孔H对应于一个对象30。然而，这只是示范性的并不限于此。
图4A至图4C是示意性示出根据另一实施方式的印模结构101的透视图，并示出使用该印模结构的转移方法。
参照图4A，形成在印模结构101中的孔H形成为狭缝。
如图4B和图4C所示，对象30可以附接到印模结构101使得一个对象30对应于三个狭缝形状的孔H。然而，本实施方式不限于此。
图5A至图5C是示意性示出根据另一实施方式的印模结构102的视图，并示出使用该印模结构的转移方法。
参照图5A，印模结构102包括具有板状部的印模框架110、穿过板状部的多个孔H以及形成在板状部的一侧的柔性膜120。印模框架110可以由刚性材料形成，膜120可以由比印模框架110更柔软的材料形成。膜120可以由具有柔软特性的聚合物材料形成。多个孔H可以形成为具有如图1所示的圆柱形状，或者可以形成为如图4A所示的狭缝。然而，本公开不限于这些附图中示出的示例。
如图5B所示，膜120可以形成为具有以下形状，使得在印模结构102的与附接有对象30的一侧相反的一侧所述膜覆盖多个孔H。由于膜120具有柔软特性，所以膜120在向上方向上或在向下方向上以凸起形状变形，如图5B和图5C所示，因此允许对象30被真空挤压至印模结构102或者允许对象30通过空气挤压从印模结构102分离。
上述结构具有使多个孔H的每个通过膜120隔离的效果。在不具有膜120的情况下，当要被转移的对象30被拾取时，一些要被转移的对象30可能没有被拾取。在此情况下，在相应的孔处真空被破坏，从而发生泄露，施加到要被转移的对象30的吸力会相应地被减弱。然而，在本实施方式的情况下，由于多个孔H的每个的吸力通过膜120独立地形成，所以即使一些要被转移的对象30没有被拾取，其余的要被转移的对象30的拾取也不受影响。
虽然上述实施方式描述了其中一个对象30对应于一个孔H的转移方法，但是这只是示范性的，并且其中对象30的一个图案对应于两个或更多孔H的转移方法也是可行的，如图3A和图3B所示。
图6是示意性示出根据另一实施方式的印模结构200的截面图。
本实施方式的印模结构200被图案化为使得印模框架210的底部210a具有凹部213和凸部216的形状。多个孔H以孔H穿过凸部216的方式形成。这样的结构能够使对象30附接至凸部216，有助于在对象30的转移期间调节对准度。虽然图6示出了孔H中的一个形成在每个凸部216中，但是这只是示范性的，凸部216可以被修改为使得多个孔H形成在每个凸部216中。
图7是示意性示出根据另一实施方式的印模结构的截面图。
本实施方式的印模结构300被图案化为使得印模框架310的底部310a具有凹部313和凸部316的形状。多个孔H以孔H穿过凹部313的方式形成。这样的结构能够使对象30附接至凹部313，有助于在对象30的转移期间调节对准度，如图6的实施方式中。虽然图7示出了孔H中的一个形成在每个凹部313中，但是这只是示范性的，凹部313可以变形为使得多个孔H形成在每个凹部313中。
图8是示意性示出根据另一实施方式的印模结构400的截面图。
印模结构400包括具有板状部的印模框架410和形成在印模框架410的底部上的膜420。多个孔H形成为使得所述孔穿过板状部和膜420。印模框架410可以由刚性材料形成，膜420可以由比印模框架410柔软的材料形成。这种结构的印模结构400能够通过利用膜420的粘弹性来挤压对象。也就是，由于膜420与对象30之间的分子间力（范德瓦耳斯力）能够被用于印模结构400中，所以可以省去真空吸取过程。
在下文，将解释印模结构的示例（其被构造为使得在对象的挤压期间可以省去真空吸取过程），如图8的实施方式中。
图9是示意性示出根据另一实施方式的印模结构500的截面图。
本实施方式的印模结构500具有全部由柔性聚合物材料形成的板状部512。也就是，印模框架510可以包括由刚性材料形成的框架部514和由柔性材料形成的板状部512，多个孔H形成为使得所述孔穿过板状部512。
图10是示意性示出根据另一实施方式的印模结构600的截面图。
印模结构600包括具有板状部的印模框架610和形成在印模框架610的底部上的膜620。在对象被转移时膜620的面对对象的底部被图案化为具有其中凹部和凸部交替的形状。多个孔H形成为使得多个孔H穿过板状部和膜620二者。例如，多个孔H可以形成在孔H穿过凸部的位置，如图10所示。
图11是示意性示出根据另一实施方式的印模结构700的截面图。
印模结构700包括具有板状部的印模框架710和形成在印模框架710的底部上的膜720。在对象被转移时膜720的面对对象的底部被图案化为具有其中凹部和凸部交替的形状。多个孔H形成为使得多个孔H穿过板状部和膜720二者。例如，多个孔H可以形成在孔H穿过凹部的位置，如图11所示。
图12是示意性示出根据另一实施方式的印模结构800的截面图。
本实施方式的印模结构800包括印模框架810和形成在印模框架810的底部上的膜820，印模框架810具有多个孔H，印模框架810的底部被图案化为具有其中凹部和凸部交替的形状。
本实施方式的印模结构800与其中膜形成在图6的印模结构200的底部上的结构相同，或者可以修改为其中膜形成在图7的印模结构300（不同于图6的结构）的底部上的结构。
图13A至图13C是示意性示出图12的印模结构800的制造方法的视图。
首先，如图13A所示，形成印模框架810，印模框架810具有多个孔H，在印模框架810的底部上凹部和凸部被图案化为使得凹部和凸部交替的形状。印模框架810可以由刚性材料诸如玻璃、石英和金属形成。
印模结构800通过如下形成：如图13B所示在印模框架810的底部上形成膜820、然后如图13C所示执行氧等离子体工艺从而使孔H延伸使得形成在印模框架810中的孔H穿过膜820。
图14A至图14D是示出使用图12的印模结构800的转移方法的视图。
如本实施方式的图14A和图14B所示，当形成在供体衬底S1上的对象30被挤压至印模结构800时，对象30通过膜820与对象30之间的分子间力而附接到印模结构800的底部。因此，对象30可以从桥50解吸，而不使用真空吸取工艺，使得对象30从供体衬底S1分离。
接下来，被挤压至印模结构800的对象30从印模结构800分离，使得当对象30被转移到目标衬底S2时对象30可以通过经由多个孔H注入空气的空气挤压法而附接到目标衬底S2，如图14C和图14D所示。
尽管已经关于图12的印模结构800示范性描述了图14A至图14D中所示的转移方法，但是即使在使用图8至图11的包括具有粘弹性的聚合物膜的印模结构400、500、600和700时，也可以使用相同的转移方法。
此外，尽管在图14A至图14C的描述中描述了其中一个对象30对应于一个孔H的转移方法，但是这是示范性的，并可以改变为其中一个对象30对应于两个或更多孔H的转移方法。例如，印模结构800可以被改变为具有其中两个或更多孔H形成在每个凸部中的形状从而改变转移方法。
上述印模结构包括具有附接至对象的板状部和穿过板状部的多个孔的印模框架，因此可以将对象从供体衬底分离而将对象转移至目标衬底，而不使用粘合层。
由于使用上述印模结构的转移方法包括使用真空吸取或分子间相互作用来挤压对象、以及利用通过空气挤压的解吸将对象转移到目标衬底，因此印模框架可以由刚性材料形成，使得印模框架在转移期间不变形。因此，即使当多个要被转移的对象被转移到目标衬底时，对准精度也是高的。
根据上述印模结构以及利用该印模结构的转移方法，不同领域中的高功能器件诸如高性能柔性器件可以通过将可在特定衬底上制备的不同功能材料诸如单晶Si、III-V化合物半导体转移到预定衬底来制造。
应当理解，这里描述的示范性实施方式应当仅以描述性的含义来理解而不是为了限制的目的。对每个实施方式内的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其它实施方式中的其他类似特征或方面。
本申请要求于2012年11月14日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0129103的权益，其公开内容通过引用整体结合于此。
Claims (15)
1.一种印模结构，将形成在供体衬底上的对象转移到目标衬底，所述印模结构包括：
印模框架，具有板状部并且由刚性材料形成，所述对象将被吸附至该板状部；
多个孔，穿过所述板状部；以及
膜，由比所述刚性材料更柔软的材料形成，
其中所述板状部具有第一表面和第二表面，所述第一表面当所述对象被转移时面对所述对象，所述第二表面与所述第一表面相反，以及
其中所述膜形成在所述第一表面和所述第二表面中的一个上，在所述膜形成在所述第一表面上的情况下，所述多个孔穿过所述板状部和所述膜两者，在所述膜形成在所述第二表面上的情况下，所述膜形成为使得该膜覆盖所述多个孔。
2.根据权利要求1所述的印模结构，其中所述多个孔包括圆柱形的孔。
3.根据权利要求1所述的印模结构，其中所述多个孔包括狭缝形状的孔。
4.根据权利要求1所述的印模结构，其中所述印模框架包括聚二甲基硅氧烷、聚（甲基-p-甲氧基苯基亚甲硅基）、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、玻璃、石英以及金属中的任一种材料。
5.根据权利要求1所述的印模结构，其中，在所述膜形成在所述第一表面上的情况下，所述膜的一侧被图案化为具有其中凹部和凸部交替的形状，所述膜的该侧在所述对象被转移时成为面对所述对象的一侧。
6.根据权利要求5所述的印模结构，其中所述多个孔形成在所述孔穿过所述凸部的位置处。
7.根据权利要求5所述的印模结构，其中所述多个孔形成在所述孔穿过所述凹部的位置处。
8.根据权利要求1所述的印模结构，其中所述板状部的所述第一表面被图案化为具有其中凹部和凸部交替的形状。
9.根据权利要求8所述的印模结构，其中所述多个孔形成在所述孔穿过所述凸部的位置处。
10.根据权利要求8所述的印模结构，其中所述多个孔形成在所述孔穿过所述凹部的位置处。
11.一种转移方法，包括：
制备印模结构，所述印模结构包括具有板状部并由刚性材料形成的印模框架、穿过所述板状部的多个孔、以及由比所述刚性材料更柔软的材料形成的膜；
将形成在供体衬底上的对象吸附至所述印模结构以从所述供体衬底分离所述对象；以及
使所述对象移动到目标衬底并将所述对象从所述印模结构解吸，
其中所述板状部具有第一表面和第二表面，所述第一表面当所述对象被转移时面对所述对象，所述第二表面与所述第一表面相反，
其中所述膜形成在所述第一表面和所述第二表面中的一个上，在所述膜形成在所述第一表面上的情况下，所述多个孔穿过所述板状部和所述膜两者，在所述膜形成在所述第二表面上的情况下，所述膜形成为使得该膜覆盖所述多个孔，以及
其中在所述膜形成在所述第一表面上的情况下，所述吸附和所述解吸分别通过利用所述膜的粘弹性和空气挤压来执行，在所述膜形成在所述第二表面上的情况下，所述吸附和所述解吸分别通过空气吸取和空气挤压来执行。
12.根据权利要求11所述的转移方法，其中所述多个孔包括圆柱形的孔或狭缝形状的孔。
13.根据权利要求11所述的转移方法，其中，在将形成在供体衬底上的对象附接至所述印模结构以从所述供体衬底分离所述对象时，所述印模结构以所述孔中的一个对应于一个对象的方式附接至所述对象。
14.根据权利要求11所述的转移方法，其中，在将形成在供体衬底上的对象附接至所述印模结构以从所述供体衬底分离所述对象时，所述印模结构以两个或更多孔对应于一个对象的方式附接至所述对象。
15.根据权利要求11所述的转移方法，其中，在将形成在供体衬底上的对象附接至所述印模结构以从所述供体衬底分离所述对象时，利用经由所述多个孔吸取空气的真空挤压法。
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