KR101093133B1 - 무기고체층을 포함하는 플렉서블 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
플렉서블 장치 제조 방법은 마더 기판 상에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 상에 무기고체층을 형성하는 단계, 상기 희생층의 일부를 제거하여 상기 무기고체층을 상기 마더 기판에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부를 형성하는 단계, 상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계, 및 상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 플렉서블 장치 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무기고체층(inorganic solid layer)이 형성된 플렉서블 장치 제조 방법에 관한 것이다.
플렉서블 장치는 플렉서블(flexible)한 특성을 가지는 장치로서, 플렉서블 기판에 형성된 무기고체층 박막 및 무기고체층으로 구성된 전자 소자 등의 다양한 소자를 포함하고 있다.
한편, 플렉서블 기판은 폴리머 수지 등과 같이 열에 약한 물질로 구성되는데, 이러한 플렉서블 기판 고유의 특성에 의해 플렉서블 기판에는 소결(sintering), 결정화, 고온 합성 등의 고온 공정이 필요한 무기고체층(일례로 단결정 실리콘, 폴리 실리콘 등의 무기 반도체층)을 형성하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플렉서블 기판에 무기고체층이 형성된 플렉서블 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은 마더 기판 상에 희생층을 형성하는 단계, 상기 희생층 상에 무기고체층을 형성하는 단계, 상기 희생층의 일부를 제거하여 상기 무기고체층을 상기 마더 기판에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부를 형성하는 단계, 상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계, 및 상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계를 포함하는 플렉서블 장치 제조 방법을 제공한다.
상기 마더 기판은 실리콘, 유리(glass), 사파이어 및 석영 중 하나 이상을 포함하며, 상기 플렉서블 기판은 폴리머 수지(resin)을 포함할 수 있다.
상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 습식 식각 공정을 이용해 수행할 수 있다.
상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 상기 무기고체층을 관통하는 하나 이상의 무기 식각홀을 형성하는 단계, 및 상기 무기 식각홀을 통해 상기 희생층에 식각액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 상기 마더 기판을 관통하는 하나 이상의 기판 식각홀을 형성하는 단계, 및 상기 기판 식각홀을 통해 상기 희생층에 식각액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 마더 기판은 상기 마더 기판을 관통하는 하나 이상의 관통홀을 포함하며, 상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 상기 관통홀을 통해 상기 희생층에 식각액을 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 상기 마더 기판을 투과하고 상기 희생층에 흡수되는 레이저를 이용해 상기 마더 기판을 통해 상기 희생층에 레이저를 조사하여 수행할 수 있다.
상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계 및 상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계는 스탬프(stamp) 공정을 이용해 수행할 수 있다.
상기 스탬프 공정에 사용되는 스탬프는 점탄성을 가질 수 있다.
상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계 및 상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계는 롤투롤(roll to roll) 공정을 이용해 수행할 수 있다.
상기 무기고체층은 반도체 특성을 가지는 무기 반도체층일 수 있다.
본 발명의 제2 측면은 상기 플렉서블 장치 제조 방법에 의해 제조된 무기고체층을 포함하는 플렉서블 장치를 제공한다.
상술한 본 발명의 과제 해결 수단의 일부 실시예 중 하나에 의하면, 플렉서블 기판에 무기고체층이 형성된 플렉서블 장치 및 그 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에서 스탬프 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에서 롤투롤 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에서 스탬프 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에서 롤투롤 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 나타낸 순서도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 우선 마더 기판(100) 상에 희생층(200)을 형성한다(S100).
구체적으로, 실리콘, 유리(glass), 사파이어 및 석영 중 하나 이상을 포함하며 소결(sintering) 등의 고온 공정에 변형이 일어나지 않는 마더 기판(100) 상에 희생층(200)을 형성한다. 희생층(200)은 금속, 비정질 재료, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 금속 산화물 등의 다양한 재료를 포함할 수 있으며, 고온 공정에 변형이 일어나지 않는 동시에, 후술할 식각액에 의해 식각되는 재료라면 어떠한 재료라도 포함할 수 있다.
다음, 희생층(200) 상에 무기고체층(300)을 형성한다(S200).
구체적으로, 희생층(200) 상에 무기 재료(ceramic)를 포함하는 무기고체층(300)을 형성한다. 무기고체층(300)에 포함된 무기 재료는 비정질 재료, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 금속 산화물, 결정화 실리콘, 그래핀(grapheme) 등의 탄소나노튜브(carbon nanotube) 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 무기고체층(300)은 소결 등의 고온 공정을 이용해 희생층(200) 상에 형성되며, 반도체 특성을 가지는 무기 반도체층일 수 있다.
다음, 희생층(200)의 일부를 제거하여 희생 지지부(250)를 형성한다(S300).
구체적으로, 무기고체층(300) 상에 무기고체층(300)의 일부를 개구하는 제1 마스크 패턴(MP1)을 형성하고, 제1 마스크 패턴(MP1)을 통해 무기고체층(300)을 관통하는 하나 이상의 무기 식각홀(310)을 형성한 후, 무기 식각홀(310)을 통해 희생층(200)에 식각액을 접촉시켜 희생층(200)의 일부를 제거함으로써, 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부(250)가 희생층(200)으로부터 형성된다. 여기서, 희생 지지부(250)의 형성 위치는 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지할 수 있는 어떠한 위치라도 상관 없다. 일례로, 희생 지지부(250)는 무기고체층(300)의 단부 또는 중앙에 대응하여 위치할 수 있다. 또한, 제1 마스크 패턴(MP1)은 무기고체층(300) 상에 감광층을 형성하고, 마스크를 이용해 감광층을 노광한 후 이 감광층을 현상하여 형성할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 희생층(200)으로부터 희생 지지부(250)를 형성하는 공정은 습식 식각 공정을 이용해 수행할 수 있으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 희생층(200)으로부터 희생 지지부(250)를 형성하는 공정이 레이저(laser)를 이용해 수행할 수 있다. 구체적으로, 마더 기판(100)을 투과하고 희생층(200)에 흡수되는 레이저를 이용해 마더 기판(100)을 통해 희생층(200)에 레이저를 조사하여 희생층(200)의 일부를 제거함으로써, 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부(250)를 희생층(200)으로부터 형성할 수 있다.
다음, 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리한다(S400).
구체적으로, 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리한다. 이때, 희생 지지부(250)가 희생층(200) 대비 작은 부분이 무기고체층(300)과 접하고 있기 때문에, 무기고체층(300)은 희생 지지부(250)로부터 용이하게 분리된다. 이와 같이, 무기고체층(300)을 희생 지지부(250)로부터 분리하여 무기고체층(300)을 마더 기판(100)으로부터 분리하는 공정까지 무기고체층(300)이 희생 지지부(250)에 의해 마더 기판(100)에 지지되어 있음으로써, 희생층(200) 전체를 제거하는 공정에 비해 무기고체층(300)을 후술할 플렉서블 기판(600)에 부착하는 공정까지 무기고체층(300)을 용이하게 취급할 수 있다. 즉, 희생층(200) 전체를 제거하여 무기고체층(300)을 직접 움직이는 대신에 마더 기판(100)을 움직여 무기고체층(300)을 간접적으로 움직일 수 있기 때문에, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착하는 공정까지 무기고체층(300)을 용이하게 취급할 수 있다.
다음, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착한다(S500).
구체적으로, 희생 지지부(250)로부터 분리된 무기고체층(300)을 플렉서블(flexible)한 특성을 가진 폴리이미드, PET, PES 등의 폴리머 수지(resin) 등을 포함하는 플렉서블 기판(600)에 부착한다. 이러한 공정은 무기고체층(300)과 플렉서블 기판(600) 사이에 무기고체층(300)과 플렉서블 기판(600) 간의 접착을 도와주는 접착층을 개재하여 수행하거나, 열을 이용해 무기고체층(300)과 플렉서블 기판(600)사이를 직접 부착하여 수행할 수 있다. 또한, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착한 후 에슁(ashing) 공정 또는 리프트 오프(lift off) 공정을 이용해 제1 마스크 패턴(MP1)을 무기고체층(300)으로부터 제거하며, 무기고체층(300)이 플렉서블 기판(600)에 부착될 때까지 제1 마스크 패턴(MP1)이 공정 중 발생할 수 있는 외부의 간섭으로 무기고체층(300)을 보호하기 때문에 무기고체층(300)의 파손이 억제된다. 한편, 제1 마스크 패턴(MP1)은 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착하기 전에 무기고체층(300)으로부터 제거될 수도 있다.
상술한 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리하고, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착하는 공정은 스탬프(stamp) 공정 또는 롤투롤(roll to roll) 공정을 이용해 인라인(in line)으로 수행할 수 있는데, 이를 이하에서 자세히 설명한다.
우선, 도 3를 참조하여 스탬프 공정에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에서 스탬프 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 점탄성을 가지는 스탬프(10)를 이용해 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리한다.
여기서, 스탬프(10)는 점탄성을 가짐으로써, 점착력과 탄성계수 사이의 관계를 통하여 스탬프(10) 자체의 탄성계수를 조정하여 무기고체층(300)에 대한 점착력을 능동적으로 제어할 수 있다. 즉, 박막으로 형성되는 무기고체층(300)을 고려하여 무기고체층(300)에 대한 점착력을 능등적으로 제어할 수 있는 점탄성을 가지는 스탬프(10)을 이용하여 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 효율적으로 분리할 수 있다.
상세하게, 점탄성을 가지는 스탬프(10)는 몸체 및 몸체 내에 형성된 섬유를 포함할 수 있다. 몸체는 탄성계수가 아주 작은 물질로 형성되고, 섬유는 몸체 내부에서 상하 방향으로 정렬되어 형성되며 몸체 대비 매우 큰 탄성계수를 갖는다. 일례로, 몸체는 폴리디메틸실록산(poly dimethyl siloxane, PDMS), 실리콘 고무 및 부틸 고무 등의 저탄성 폴리머를 포함하여 약 0.01MPa 내지 약 10MPa 사이의 탄성계수를 갖는 반면, 섬유는 1GPa 내지 2TPa 사이의 탄성계수를 갖는 고탄성계수 섬유로 형성된다. 이와 같은 구성에 의하여, 스탬프(10)는 섬유가 정렬된 방향인 상하 방향으로 큰 탄성계수를 갖게 되고, 이에 비스듬한 방향으로는 상대적으로 작은 탄성계수를 갖게 되는 이방성(anoisotropy)을 갖는다.
한편, 두 물체 사이의 점착력은 두 물체의 표면 에너지가 동일할 때, 두 물체의 탄성계수에 의존하는데, 이하에서는 점착력과 탄성계수 사이의 관계를 상세하게 설명한다.
두 물체가 서로 떨어지는 현상은 두 물체 사이에 균열이 발생하여 진전하는 현상으로 이해할 수 있다. 이 경우 균열 선단에는 응력 집중이 발생하는데, 이 때 응력집중계수(stress intensity factor, K)는 하중(P)에 선형적으로 비례한다. 균열을 진전시키는 추진력(crack friving force, G)은 선형 파괴 역학의 이론을 이용하면, 다음과 같이 주어진다.
[수학식 1]
여기에서, 
는 평면 변형률 가정을 사용할 때에는 E/(1-ν2)이고, 평면 응력 가정을 사용할 때에는 E이다. 이 때 E는 영률(Young's modulus)이고, ν 는 포와송비(Poisson's ratio)를 나타낸다. 이를 통해 알 수 있듯이, 같은 하중을 가할 때에 균열을 진전시키는 추진력(G)은 탄성계수(E)에 반비례하게 된다.
[수학식 2]
상기 수학식에서 표현한 바와 같이, 균열 추직력(G)이 두 물체의 화학적인 점착 에너지(Γ)와 같아지는 순간에 균열이 발생하게 된다. 만일, 두 물체 사이의 점착 에너지(Γ)가 일정하다면, 두 물체를 떨어뜨리기 위해서는 탄성계수가 큰 경우에 응력집중계수(K)가 커야 하고, 이를 위하여 더 큰 하중(P)을 가해주어야 한다. 즉, 점착력을 두 물체를 떨어뜨릴 때의 하중으로 정의할 때, 탄성계수(E)가 클수록 더 큰 하중(P)을 가해주어야 한다.
상술한 점착력과 탄성계수 사이의 관계를 통하여, 점탄성을 가진 스탬프(10)의 탄성계수를 조정함으로써, 무기고체층(300)에 대한 스탬프(10)의 점착력을 능등적으로 제어할 수 있기 때문에, 스탬프(10)을 이용하여 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 효율적으로 분리할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 제조 방법에 사용하는 스탬프(10)는 점탄성을 가지나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉서블 제조 방법에 사용하는 스탬프는 표면에 무기고체층(300)을 흡착하기 위한 흡착층이 형성되거나, 공기(air) 또는 정전기 등의 흡착 수단을 이용해 무기고체층(300)을 흡착하여 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리할 수 있다.
이후, 스탬프(10)에 대응하여 표면에 접착층(700)이 형성된 플렉서블 기판(600)을 위치시킨 후, 스탬프(10)로부터 무기고체층(300)을 분리하여 접착층(700)을 이용해 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착한다. 이러한 스탬프(10) 공정을 이용해 인라인으로 플렉서블 기판(600)에 무기고체층(300)을 부착할 수 있다.
다음, 도 4을 참조하여 롤투롤 공정에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에서 롤투롤 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무기고체층(300)이 희생 지지부(250)에 의해 지지된 마더 기판(100)을 제1 방향으로 이송하면서, 제1 롤(20)을 마더 기판(100) 상에서 제2 방향으로 회전시켜 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리한다. 이때, 제1 롤(20)의 표면에 무기고체층(300)을 흡착하기 위한 흡착층이 형성되어 있을 수 있다. 또한, 제1 롤(20)은 공기(air) 등의 흡착 수단을 이용해 무기고체층(300)을 흡착하여 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리할 수 있다.
이후, 제1 롤(20)과 이웃하며 플렉서블 기판(600)을 회전 가이드(guide)하는 하나 이상의 제2 롤(30)을 제2 방향 대비 반대 방향인 제3 방향으로 회전시켜 플렉서블 기판(600)의 표면에 도포 수단(40)을 이용해 접착층(700)을 도포한 후, 제1 롤(20)에 흡착되어 제2 방향으로 회전하는 무기고체층(300)과 제2 롤(30)에 회전 가이드되는 플렉서블 기판(600)을 서로 접촉시켜 접착층(700)을 이용해 제1 롤(20)로부터 무기고체층(300)을 분리하여 플렉서블 기판(600)에 무기고체층(300)을 부착한다. 이와 같은 롤투롤 공정을 이용해 인라인으로 플렉서블 기판(600)에 무기고체층(300)을 부착할 수 있다.
이후, 포토리소그래피(photolithography) 공정 등의 멤스(micro electro mechanical systems, MEMS) 기술을 이용해 무기고체층(300)을 가공하거나, 무기고체층(300) 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극 등의 다양한 층을 적층하여 플렉서블 기판(600) 상에 소자를 형성하여 플렉서블 장치를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 마더 기판(100)에 무기고체층(300)을 형성한 후, 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리하여 분리된 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착함으로써, 유기층에 비해 전기적 특성이 좋으며 소결(sintering) 등의 고온 공정이 필요한 무기고체층(300)을 용이하게 플렉서블 기판(600)에 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 무기고체층(300)을 희생 지지부(250)로부터 분리하여 무기고체층(300)을 마더 기판(100)으로부터 분리하는 공정까지 무기고체층(300)이 희생 지지부(250)에 의해 마더 기판(100)에 지지되어 있음으로써, 희생층(200) 전체를 제거하는 공정에 비해 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착하는 공정까지 무기고체층(300)을 용이하게 취급할 수 있다. 즉, 희생층(200) 전체를 제거하여 무기고체층(300)을 직접 움직이는 대신에 마더 기판(100)을 움직여 무기고체층(300)을 간접적으로 움직일 수 있기 때문에, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착하는 공정까지 무기고체층(300)을 용이하게 취급할 수 있다. 즉, 제조 공정의 신뢰성이 향상된 플렉서블 장치 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 희생 지지부(250)에 의해 마더 기판(100)에 무기고체층(300)이 지지되어 있는 상태에서 스탬프 공정 또는 롤투롤 공정을 이용해 인라인으로 복수의 플렉서블 장치를 제조함으로써, 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 플렉서블 기판(600)에 부착된 무기고체층(300)이 유기 반도체층 대비 반도체 특성이 더 좋은 무기 반도체층이기 때문에, 무기고체층(300)을 이용해 박막 트랜지스터를 형성할 경우 반도체 특성이 향상된 박막 트랜지스터를 포함하는 플렉서블 장치를 제조할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 마더 기판(100) 상에 희생층(200)을 형성한다.
다음, 희생층(200) 상에 무기고체층(300)을 형성한다.
다음, 희생층(200)의 일부를 제거하여 희생 지지부(250)를 형성한다.
구체적으로, 희생층(200)과 대향하는 마더 기판(100)의 배면에 마더 기판(100)의 일부를 개구하는 제2 마스크 패턴(MP2)을 형성하고, 제2 마스크 패턴(MP2)을 통해 마더 기판(100)을 관통하는 하나 이상의 기판 식각홀(110)을 형성한 후, 기판 식각홀(110)을 통해 희생층(200)에 식각액을 접촉시켜 희생층(200)의 일부를 제거함으로써, 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부(250)를 희생층(200)으로부터 형성한다. 여기서, 제2 마스크 패턴(MP2)은 마더 기판(100)의 배면에 감광층을 형성하고, 마스크를 이용해 감광층을 노광한 후 이 감광층을 현상하여 형성할 수 있다.
다음, 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리한다.
다음, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착한다.
이후, 포토리소그래피(photolithography) 공정 등의 멤스(micro electro mechanical systems, MEMS) 기술을 이용해 무기고체층(300)을 가공하거나, 무기고체층(300) 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극 등의 다양한 층을 적층하여 플렉서블 기판(600) 상에 소자를 형성하여 플렉서블 장치를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 희생 지지부(250)를 형성할 때, 마더 기판(100)에 기판 식각홀(110)을 형성하여 기판 식각홀(110)을 통해 희생층(200)으로부터 희생 지지부(250)를 형성함으로써, 희생 지지부(250)를 형성하기 위해 무기고체층(300)을 식각할 필요가 없기 때문에, 대면적의 무기고체층(300)을 형성할 수 있다. 즉, 대면적의 플렉서블 장치를 제조할 수 있는 플렉서블 장치 제조 방법이 제공된다.
이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
우선, 마더 기판(100) 상에 희생층(200)을 형성한다.
구체적으로, 마더 기판(100)의 배면에 마더 기판(100)의 일부를 개구하는 제3 마스크 패턴(MP3)을 형성하고, 제3 마스크 패턴(MP3)을 통해 마더 기판(100)을 관통하는 하나 이상의 관통홀(120)을 형성함으로써, 마더 기판(100)을 관통하는 하나 이상의 관통홀(120)을 포함하는 마더 기판(100) 상에 희생층(200)을 형성한다. 여기서, 제3 마스크 패턴(MP3)은 마더 기판(100)의 배면에 감광층을 형성하고, 마스크를 이용해 감광층을 노광한 후 이 감광층을 현상하여 형성할 수 있다. 한편, 도 6에서 관통홀(120)에 의해 하나의 마더 기판(100)이 복수의 마더 기판(100)으로 분리된 것처럼 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 관통홀(120)은 마더 기판(100)의 일 부분을 관통하는 홀일 뿐, 관통홀(120)에 의해 마더 기판(100)이 복수개로 분리되는 것은 아니다.
다음, 희생층(200) 상에 무기고체층(300)을 형성한다.
다음, 희생층(200)의 일부를 제거하여 희생 지지부(250)를 형성한다.
구체적으로, 마더 기판(100)을 관통하는 관통홀(120)을 통해 희생층(200)에 식각액을 접촉시켜 희생층(200)의 일부를 제거함으로써, 무기고체층(300)을 마더 기판(100)에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부(250)를 희생층(200)으로부터 형성한다.
다음, 희생 지지부(250)로부터 무기고체층(300)을 분리한다.
다음, 무기고체층(300)을 플렉서블 기판(600)에 부착한다.
이후, 포토리소그래피(photolithography) 공정 등의 멤스(micro electro mechanical systems, MEMS) 기술을 이용해 무기고체층(300)을 가공하거나, 무기고체층(300) 상에 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극 등의 다양한 층을 적층하여 플렉서블 기판(600) 상에 소자를 형성하여 플렉서블 장치를 제조할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 희생 지지부(250)를 형성할 때, 마더 기판(100)에 형성된 관통홀(120)을 통해 희생층(200)으로부터 희생 지지부(250)를 형성함으로써, 희생 지지부(250)를 형성하기 위해 무기고체층(300)을 식각할 필요가 없다. 즉, 식각 공정에 의해 무기고체층(300)이 파손되는 것이 원천적으로 방지되는 플렉서블 장치 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 마더 기판(100)에 관통홀(120)이 형성된 상태에서, 희생층(200) 및 무기고체층(300)이 적층한 후 관통홀(120)을 통해 희생층(200)으로부터 희생 지지부(250)를 형성함으로써, 전 공정에서 사용된 관통홀(120)이 형성된 마더 기판(100)을 다음 공정에서 다시 사용하여 마더 기판(100)을 재활용할 수 있기 때문에, 플렉서블 장치를 제조하는 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
나아가, 본 발명의 제3 실시예에 따른 플렉서블 장치 제조 방법은 전 공정에서 사용된 관통홀(120)이 형성된 마더 기판(100)을 다음 공정에서 다시 사용할 경우, 상술한 제1 실시예 및 제2 실시예 대비 감광층을 이용하는 한번의 포토리소그래피 공정을 생략할 수 있기 때문에, 플렉서블 장치를 제조하는 제조 시간 및 제조 비용이 절감된다.
본 발명에서 제시된 전사 과정을 여러번 반복함으로써 복합 소자를 제조하는 것이 가능하다. 예를 들어, 플렉서블한 에너지 소자 제조를 위하여 고온 공정이 필요한 박막 태양전지, 열에너지를 전기로 변환하기 위한 열전(thermoelectric) 박막, 변형 에너지를 전기로 변환하기 위한 압전(piezoelectric) 박막 등을 연속적으로 플렉서블한 기판 위에 형성할 수 있다. 이들 박막들은 모두 고온 공정이 필요하기 때문에, 플렉서블한 기판 위에 바로 형성할 수 없지만, 본 발명을 이용하여 플렉서블한 기판에 전사하는 것이 가능하다. 이들 박막을 3차원적으로 적층하는 것도 가능하며, 2차원 평면 상에 서로다른 위치에 전사하는 것도 가능하다. 마찬가지로 단일 소자를 플렉서블한 기판에 형성하는 경우에도 본 발명을 사용할 수 있다. 예를 들어 박막 태양전지를 구성하는 경우에, 후면전극을 먼저 전사하고, 그 다음 N-type 반도체를 전사하고, 그 다음 P-type 반도체를 전사하고, 마지막으로 전면전극을 전사하는 방식으로 박막 태양전지를 형성할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
마더 기판(100), 희생층(200), 무기고체층(300), 희생 지지부(250), 플렉서블 기판(600)
Claims (12)
- 마더 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
상기 희생층 상에 무기고체층을 형성하는 단계;
상기 희생층의 일부를 제거하여 상기 무기고체층을 상기 마더 기판에 지지하는 하나 이상의 희생 지지부를 형성하는 단계;
상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계; 및
상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계
를 포함하며,
상기 마더 기판은 상기 마더 기판을 관통하는 하나 이상의 관통홀을 포함하며,
상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 상기 관통홀을 통해 상기 희생층에 식각액을 접촉시키는 단계를 포함하는 플렉서블 장치 제조 방법. - 제1항에서,
상기 마더 기판은 실리콘, 유리(glass), 사파이어 및 석영 중 하나 이상을 포함하며,
상기 플렉서블 기판은 수지(resin)을 포함하는 플렉서블 장치 제조 방법. - 제1항에서,
상기 희생 지지부를 형성하는 단계는 습식 식각 공정을 이용해 수행하는 플렉서블 장치 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계 및 상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계는 스탬프(stamp) 공정을 이용해 수행하는 플렉서블 장치 제조 방법. - 제8항에서,
상기 스탬프 공정에 사용되는 스탬프는 점탄성을 가지는 플렉서블 장치 제조 방법. - 제1항에서,
상기 희생 지지부로부터 상기 무기고체층을 분리하는 단계 및 상기 무기고체층을 플렉서블 기판에 부착하는 단계는 롤투롤(roll to roll) 공정을 이용해 수행하는 플렉서블 장치 제조 방법. - 제1항에서,
상기 무기고체층은 반도체 특성을 가지는 무기 반도체층인 플렉서블 장치 제조 방법. - 제1항 내지 제3항 및 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 플렉서블 장치 제조 방법에 의해 제조된 무기고체층을 포함하는 플렉서블 장치.
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