KR101610358B1 - Elastic substrate, and the method for manufacturing elastic substrate - Google Patents
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Abstract
신축성 기판 및 그 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 핸들링 기판을 준비하는 핸들링 기판 준비 단계, 상기 핸들링 기판 상에 희생층을 형성하는 희생층 형성 단계, 상기 희생층 위에 소자를 제조하는 소자 제조 단계, 상기 소자가 제조되고 희생층이 형성된 핸들링 기판에 강성 소재를 이용하여 상기 소자가 위치할 강성 기판을 패터닝하는 강성 기판 패터닝 단계, 상기 강성 기판에 상기 소자를 위치시키고, 신축성 소재를 상기 강성 기판 사이에 채우는 신축성 소재 채움 단계, 및 상기 희생층을 제거한 후 상기 핸들링 기판으로부터 상기 강성 기판과 소자를 분리하는 강성 기판과 소자 분리 단계를 포함한다.A stretchable substrate and a method of manufacturing the same are provided. According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of preparing a handling substrate for preparing a handling substrate, forming a sacrificial layer on the handling substrate, manufacturing an element on the sacrificial layer, A rigid substrate patterning step of patterning the rigid substrate on which the element is to be placed using a rigid material on the formed handling substrate; a step of filling the flexible substrate between the rigid substrates by placing the element on the rigid substrate; And separating the rigid substrate and the element from the handling substrate after removing the sacrificial layer.
Description
본 발명은 신축성 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신축성 소재와 강성(rigid) 소재를 이용하여 신축성 디스플레이 제조 등에 응용 가능한 신축성 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
신축성 전자 소자 예컨대, 신체 부착형 센서, 신축성 디스플레이, 웨어러블 디바이스 등의 등장으로 신축성을 가지는 기판의 필요성이 대두되고 있다.There is a need for a substrate having elasticity due to the appearance of a stretchable electronic device such as a body-mounted sensor, a stretchable display, a wearable device, or the like.
그러나, 기존의 소자는 취성(brittleness)이 강해 신축성 기판 위에 신축성 소자로의 응용이 불가능하기 하다. 따라서, 이를 극복하기 위한 새로운 신축성 기판이 필요하다.However, existing devices have a strong brittleness, which makes it impossible to apply them as a stretchable element on a stretchable substrate. Therefore, a new flexible substrate is needed to overcome this.
즉, 종래에는 신축성을 갖는 신축성 기판 위에 소자를 제조하고 있는데, 신축성 기판 위에 소자를 제조하면, 신축성 소재의 높은 열팽창 계수(예컨대, PDMS 열팽창 계수: 3.0Ⅹ10-4), 용매에 쉽게 팽윤(swelling) 되는 현상 등으로 인하여 신축성 기판 위에 소자를 제조하기 곤란한 문제점이 있었다.That is, in the past, devices have been fabricated on a flexible substrate having elasticity. However, when a device is manufactured on a flexible substrate, a high thermal expansion coefficient (e.g., PDMS thermal expansion coefficient: 3.0 x 10 -4 ) It is difficult to manufacture the device on the flexible substrate.
따라서, 기존의 소자로 신축성 소자의 제조가 가능하게 되는 신축성 기판의 제조 방법 및 그 신축성 기판이 요구되고 있다.
Therefore, there is a demand for a method of manufacturing a stretchable substrate and a stretchable substrate thereof in which a stretchable element can be manufactured using an existing device.
본 발명은 기존의 소자로 신축성 소자의 제조가 가능하며, 신축성 소재와 강성(rigid) 소재를 이용하여 신축성 디스플레이 제조 등에 응용 가능한 신축성 기판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a stretchable substrate which can be manufactured by using a conventional device and which can be applied to a stretchable display using a stretchable material and a rigid material, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 핸들링 기판을 준비하는 핸들링 기판 준비 단계,According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device,
상기 핸들링 기판 상에 희생층을 형성하는 희생층 형성 단계,A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer on the handling substrate,
상기 희생층 위에 소자를 제조하는 소자 제조 단계,A device manufacturing step of manufacturing a device on the sacrificial layer,
상기 소자가 제조되고 희생층이 형성된 핸들링 기판에 강성 소재를 이용하여 상기 소자가 위치할 강성 기판을 패터닝하는 강성 기판 패터닝 단계,A rigid substrate patterning step of patterning the rigid substrate on which the device is to be placed by using a rigid material on a handling substrate having the sacrificial layer formed thereon,
상기 강성 기판에 상기 소자를 위치시키고, 신축성 소재를 상기 강성 기판 사이에 채우는 신축성 소재 채움 단계, 및An elastic material filling step of placing the element on the rigid substrate and filling an elastic material between the rigid substrates,
상기 희생층을 제거한 후 상기 핸들링 기판으로부터 상기 강성 기판과 소자를 분리하는 강성 기판과 소자 분리 단계를 포함하는 신축성 기판의 제조 방법이 제공될 수 있다.A rigid substrate separating the rigid substrate from the handling substrate after removing the sacrificial layer, and a device separating step.
상기 강성 기판 패터닝 단계는 상기 강성 기판을 소정의 패턴으로 분할하여, 상기 분할된 기판 사이 사이에 신축성 소재가 채워지기 위한 공간부가 형성되는 공간부 형성 단계를 포함할 수 있다.The step of patterning the rigid substrate may include a step of forming a space by dividing the rigid substrate into a predetermined pattern and forming a space for filling the stretchable material between the divided substrates.
상기 신축성 소재 채움 단계는 상기 공간부에 신축성 소재를 채운 후 상기 신축성 소재를 경화시키는 신축성 소재 경화 단계를 포함할 수 있다.The stretchable material filling step may include a stretchable material curing step of filling the space portion with the stretchable material and then curing the stretchable material.
상기 강성 기판과 소자 분리 단계는 상기 신축성 소재가 채워진 강성 기판을 식각액에 침지하여 상기 핸들링 기판 상에 형성된 희생층을 에칭시키는 에칭 단계를 포함할 수 있다.The step of separating the rigid substrate and the element may include an etching step of immersing the rigid substrate filled with the stretchable material into the etching solution to etch the sacrificial layer formed on the handling substrate.
상기 희생층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 레이저 리프트-오프(laser lift-off)용 폴리머, PVA(Polyvinyl Alcohol), 게르마늄(Ge), PMMA(polymethyl methacrylate) 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 박막일 수 있다.Wherein the sacrificial layer is selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), a polymer for laser lift-off, PVA (polyvinyl alcohol), germanium (Ge), and polymethyl methacrylate It may be a thin film made of one material.
상기 강성 소재는 SU-8, Ormocore, PI(Polyimide), glass 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The rigid material may be made of one material selected from SU-8, Ormocore, PI (polyimide), and glass.
상기 신축성 소재는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), hydrogel(히드로겔), 고무소재 중에서 선택된 하나의 물질일 수 있다.The stretchable material may be one material selected from PDMS (Polydimethylsiloxane), Ecoflex, hydrogel (hydrogel) and rubber materials.
상기 신축성 소재 채움 단계에서 신축성 소재는 경화제와 일정한 비율로 혼합될 수 있다.In the stretchable material filling step, the stretchable material may be mixed with the curing agent at a certain ratio.
상기 식각액은 Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, 물, 아세톤 중에서 선택되는 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The etchant may be one selected from the group consisting of Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, water, and acetone.
또한, 상기 신축성 기판의 제조 방법에 의하여 제조된 신축성 기판이 제공될 수 있다.In addition, the flexible substrate manufactured by the method for manufacturing the flexible substrate may be provided.
또한, 소정의 패터닝으로 패턴 형성됨과 아울러 소자가 위치하게 되고, 강성 소재로 이루어지는 강성 기판부, 및In addition, a rigid substrate portion made of a rigid material, in which a pattern is formed by predetermined patterning and an element is placed, and
상기 강성 기판부의 패턴 사이를 서로 연결시켜 주고, 신축성 소재로 이루어지는 신축 기판부를 포함하는 신축성 기판이 제공될 수 있다.A stretchable substrate including a stretchable substrate portion made of a stretchable material and connecting the patterns of the rigid substrate portion to each other may be provided.
상기 강성 기판부의 패턴 사이에는 신축성 소재가 채워지기 위한 위한 공간부가 형성될 수 있다.A space for filling a stretchable material may be formed between the patterns of the rigid substrate.
상기 강성 기판부 상에는 희생층을 이용하여 소자가 제조되고,A device is fabricated on the rigid substrate using a sacrificial layer,
상기 희생층은 소자가 상기 강성 기판부 위에 제조된 후 식각액에 의하여 제거될 수 있다.The sacrificial layer may be removed by an etchant after the device is fabricated on the rigid substrate portion.
상기 강성 소재는 SU-8, Ormocore, PI(Polyimide), glass 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The rigid material may be made of one material selected from SU-8, Ormocore, PI (polyimide), and glass.
상기 신축성 소재는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), hydrogel(히드로겔), 고무소재 중에서 선택된 하나의 물질일 수 있다.The stretchable material may be one material selected from PDMS (Polydimethylsiloxane), Ecoflex, hydrogel (hydrogel) and rubber materials.
상기 희생층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 레이저 리프트-오프(laser lift-off)용 폴리머, PVA(Polyvinyl Alcohol), 게르마늄(Ge), PMMA(polymethyl methacrylate) 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 박막일 수 있다.Wherein the sacrificial layer is selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), a polymer for laser lift-off, PVA (polyvinyl alcohol), germanium (Ge), and polymethyl methacrylate It may be a thin film made of one material.
상기 신축성 소재는 경화제와 일정한 비율로 혼합될 수 있다.The stretchable material may be mixed with the curing agent at a certain ratio.
상기 식각액은 Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, 물, 아세톤 중에서 선택되는 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
The etchant may be one selected from the group consisting of Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, water, and acetone.
본 실시예에 따르면, 기존의 소자로 신축성 소자 제조가 가능하며, 특히, 희생층 위에 소자를 제조하고 기판을 마지막에 만드는 방법을 이용하여 신축성 소자 공정상의 문제를 극복할 수 있다.
According to the present embodiment, it is possible to manufacture an elastic element with an existing element, and in particular, a method of manufacturing a device on a sacrificial layer and finally making a substrate can overcome the problem in the elastic element process.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 희생층 위에 소자를 제조하는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 강성 소재를 이용하여 기판을 패터닝하는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 신축성 소재를 이용하여 강성 기판 사이를 채우는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 희생층 제거 후 강성 기판과 소자를 분리하는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 제조된 신축성 기판을 나타낸 OM(Optical Microscope) 사진(왼쪽 사진)과 Photo 사진(오른쪽 사진)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판을 도시한 개략적인 사시도로서, 신축성 소재를 잡아 늘리지 않은 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판을 도시한 개략적인 사시도로서, 신축성 소재를 잡아 늘인 상태를 도시한 도시한 도면이다.1 is a schematic block diagram of a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic perspective view illustrating a process of manufacturing a device on a sacrificial layer according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic perspective view illustrating a process of patterning a substrate using a rigid material according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic perspective view illustrating a process of filling between rigid substrates using a stretchable material according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic perspective view illustrating a process of separating a rigid substrate and a device after a sacrificial layer is removed according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
6 is an optical microscope (OM) photograph (left photograph) and a photo photograph (right photograph) showing a flexible substrate manufactured according to the method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic perspective view showing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention, showing a state in which a stretchable material is not stretched. FIG.
8 is a schematic perspective view showing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention, and is a view showing a state in which a stretchable material is stretched.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Wherever possible, the same or similar parts are denoted using the same reference numerals in the drawings.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.All terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 희생층 위에 소자를 제조하는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 강성 소재를 이용하여 기판을 패터닝하는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 신축성 소재를 이용하여 강성 기판 사이를 채우는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 희생층 제거 후 강성 기판과 소자를 분리하는 과정을 나타내는 개략적인 사시도이다.FIG. 1 is a schematic view of a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view illustrating a process of manufacturing a device on a sacrificial layer according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention. 3 is a schematic perspective view illustrating a process of patterning a substrate using a rigid material according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross- FIG. 5 is a schematic perspective view illustrating a process of filling a space between rigid substrates using a stretchable material according to a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view illustrating a process of separating a substrate and a device.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법은, 핸들링 기판(100)을 준비하는 핸들링 기판 준비 단계(S10),1 to 5, a method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention includes preparing a handling substrate (S10) for preparing a
상기 핸들링 기판(100) 상에 희생층(200)을 형성하는 희생층 형성 단계(S20),A sacrificial layer forming step (S20) of forming a sacrificial layer (200) on the handling substrate (100)
상기 희생층(200) 위에 소자(300)를 제조하는 소자 제조 단계(S30),A device manufacturing step (S30) for manufacturing the
상기 소자(300)가 제조되고 희생층(200)이 형성된 핸들링 기판(100)에 강성 소재를 이용하여 상기 소자(300)가 위치할 강성 기판(400)을 패터닝하는 강성 기판 패터닝 단계(S40),A rigid substrate patterning step (S40) of patterning the rigid substrate (400) on which the device (300) is to be placed using a rigid material to a handling substrate (100) on which the device (300)
상기 강성 기판(400)에 상기 소자(300)를 위치시키고, 신축성 소재를 상기 강성 기판(400) 사이에 채우는 신축성 소재 채움 단계(S50), 및An elastic material filling step (S50) of placing the device (300) on the rigid substrate (400), filling an elastic material between the rigid substrates (400), and
상기 희생층(200)을 제거한 후 상기 핸들링 기판(100)으로부터 상기 강성 기판(400)과 소자(300)를 분리하는 강성 기판과 소자 분리 단계(60)를 포함할 수 있다.And a rigid substrate and an element separation step (60) for separating the rigid substrate (400) and the element (300) from the handling substrate (100) after removing the sacrificial layer (200).
상기 핸들링 기판(100)은 SiO2 기판으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.The handling
상기 희생층 형성 단계(S20)의 상기 희생층(200)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 레이저 리프트-오프(laser lift-off)용 폴리머, PVA(Polyvinyl Alcohol), 게르마늄(Ge), PMMA(polymethyl methacrylate) 등에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 박막일 수 있다.The
상기 희생층(200)은 전자빔 리소그래피(E-beam lithography)에 의해 형성될 수 있다.The
상기 강성 기판 패터닝 단계에서 사용되는 강성 소재는 예컨대, SU-8, Ormocore, PI(Polyimide), glass 등에서 선택된 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The rigid material used in the step of patterning the rigid substrate may be made of a material selected from SU-8, Ormocore, PI (polyimide), glass, and the like, but is not limited thereto.
상기 강성 기판 패터닝 단계(S40)는 상기 강성 기판(400)을 소정의 패턴으로 분할하여, 상기 분할된 기판 사이 사이에 신축성 소재(500)가 채워지기 위한 공간부(410)가 형성되는 공간부 형성 단계(S41)를 포함할 수 있다. The step of patterning the rigid substrate S40 may be performed by dividing the
즉, 상기 강성 기판(400)은 소정의 패턴으로 분할된 기판(420)이며, 상기 분할된 기판(420) 사이 사이에는 신축성 소재가 채워지기 위한 공간부(410)가 형성될 수 있다.That is, the
상기 신축성 소재 채움 단계(S50)에서 사용되는 신축성 소재(500)는 예컨대, PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), hydrogel(히드로겔), 고무소재 등에서 선택된 하나의 물질일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 신축성 소재(500) 위의 연결(interconnect)은 신축성 전극을 사용할 수 있다.The interconnect on the
상기 신축성 소재 채움 단계(S50)에서 신축성 소재(PDMS)는 용이하게 경화될 수 있도록 경화제와 일정한 비율(예컨대, 10:1)로 혼합될 수 있다.In the stretch material filling step (S50), the stretchable material (PDMS) may be mixed with the hardener in a predetermined ratio (e.g., 10: 1) so that the PDMS can be easily cured.
또한, 상기 신축성 소재 채움 단계(S50)는 상기 공간부(410)에 신축성 소재(500)를 채운 후 상기 분할된 기판(420) 사이를 서로 신축 가능하게 연결할 수 있도록 상기 신축성 소재(500)를 경화시키는 신축성 소재 경화 단계(S51)를 포함할 수 있다.The stretchable material filling step S50 may include filling the
상기 신축성 소재 경화 단계(S51)에서 신축성 소재는 상기 분할된 기판 사이를 서로 견고하게 연결하면서도 신축성을 갖도록 소정의 온도에서 일정한 시간 동안 경화될 수 있다.In the stretch material curing step S51, the stretchable material may be cured at a predetermined temperature for a predetermined time so as to have elasticity while firmly connecting the divided substrates to each other.
상기 강성 기판과 소자 분리 단계(60)는 상기 신축성 소재가 채워진 강성 기판을 식각액에 침지하여 상기 핸들링 기판 상에 형성된 희생층을 에칭시키는 에칭 단계(S61)를 포함할 수 있다.The step of separating the rigid substrate and the device (60) may include an etching step (S61) of etching the sacrificial layer formed on the handling substrate by immersing the rigid substrate filled with the stretchable material into the etching solution.
상기 식각액은 상기 소자(300)와 강성 기판(400)에 손상을 주지 않으면서 희생층(200)만을 선택적으로 제거할 수 있는 물질이면 어떠한 물질이라도 사용될 수 있다.Any material may be used as long as the etchant can selectively remove only the
따라서, 상기 식각액은 희생층 물질에 따라 달라지게 되는데, 희생층 물질이 구리일 경우 식각액으로 Ni etchant, Cu etchant가 사용될 수 있으며, 희생층 물질이 니켈일 경우 식각액으로 Ni etchant, Cu etchant가 사용될 수 있으며, 희생층 물질이 알루미늄(Al)일 경우 식각액으로 Al etchant, Cu etchant, Ni etchant가 사용될 수 있으며, 희생층 물질이 레이저 리프트-오프(laser lift-off)용 폴리머일 경우 식각액으로 laser가 사용될 수 있으며, 희생층이 PVA(Polyvinyl Alcohol)일 경우 식각액으로 물이 사용될 수 있으며, 희생층이 게르마늄(Ge)일 경우 물이 식각액으로 사용될 수 있으며, 희생층이 PMMA(polymethyl methacrylate)일 경우 식각액으로 아세톤이 사용될 수 있다.Therefore, the etchant depends on the sacrificial layer material. When the sacrificial layer material is copper, Ni etchant and Cu etchant may be used as the etchant. When the sacrificial layer material is nickel, Ni etchant and Cu etchant may be used as the etchant. Al etchant, Cu etchant, and Ni etchant can be used as an etchant when the sacrificial layer material is aluminum (Al). When the sacrificial layer material is a polymer for laser lift-off, a laser is used as an etchant Water can be used as an etchant when the sacrificial layer is PVA (Polyvinyl Alcohol). Water can be used as an etchant when the sacrificial layer is germanium (Ge). When the sacrificial layer is polymethyl methacrylate (PMMA) Acetone can be used.
이 때, 상기 소자의 주 재료인 재료인 Cr, Au, IO, HfO2 등은 Ni etchant에 에칭(etching) 되지 않으므로 소자의 손상은 없다.
At this time, Cr, Au, IO, HfO 2 and the like which are the main materials of the device are not etched into the Ni etchant, so that the device is not damaged.
[실시예][Example]
희생층Sacrificial layer 위에 소자 제조( Device manufacturing ( S10S10 ~~ S20S20 단계) step)
1) 핸들링 기판으로서 SiO2 기판 상에 E-beam lithography로 희생층으로 사용될 Cu 800nm를 위치시킨다.1) Place 800 nm of Cu to be used as a sacrificial layer by E-beam lithography on a SiO 2 substrate as a handling substrate.
2) 상기 핸들링 기판 위에 포토레지스트인 LOR(Lift-off resist) 3A, s1805를 차례대로 스핀 코팅 (4000rpm, 40s)하고 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용하여 패터닝 한 후 디벨로퍼(developer)로 현상한다.2) Photoresist LOR (lift-off resist) 3A and s1805 are spin-coated (4000 rpm, 40 sec) on the above-mentioned handling substrate in order and patterned using a mask aligner and developed with a developer .
3) Cr 3nm/Au 100nm/Cr 3nm를 열 증착기(thermal evaporator)로 증착한 후 리무버(Remover) PG (80℃)를 이용해 리프트 오프(Lift-off) 과정으로 게이트(gate)를 형성한다.3) Deposition of Cr 3 nm /
4) ALD(Atomic Layer Deposition) 를 이용해 HfO2(30nm) 를 절연막으로 올리고 포토레지스트 s1805 스핀 코팅(4000rmp, 40s) 후 포토리소과정으로 패터닝 후 dielectric RIE(reactive ion etching)로 건식 에칭을 한다. 그 후 아세톤에 포토레지스트를 녹인다.4) HfO 2 (30nm) is deposited as an insulating film by using ALD (Atomic Layer Deposition) and photolithography s1805 spin coating (4000rmp, 40s) followed by photolithography and dry etching by dielectric RIE (reactive ion etching). The photoresist is then dissolved in acetone.
5) 그 위에 IO(Indium Oxide) 를 스핀코팅 (1500rpm, 40s)한 후 250℃ 에서 2시간 30분 동안 어닐링(annealing)을 행한다. 5) ION (Indium Oxide) is spin-coated (1500 rpm, 40 seconds) on the substrate and annealed at 250 ° C for 2 hours and 30 minutes.
6) s1805로 그 위에 스핀코팅(4000rpm, 40s)한 후 포토리소 과정으로 패터닝 후 Cr etchant에 30초 정도 담구어 포토레지스트가 형성 되어 있지 않은 IO부분을 에칭 하여 IO 채널(channel)을 형성한다. 그 후 아세톤에 포토레지스트를 녹인다.6) Spin coating (4000rpm, 40s) on s1805, then patterned by photolithography process and then immersed in Cr etchant for 30 seconds to etch the IO portion where no photoresist is formed to form an IO channel. The photoresist is then dissolved in acetone.
7) 그 위에 포토레지스트인 LOR(Lift-off resist) 3A, s1805를 차례대로 스핀 코팅(4000rpm, 40s)하고 포토리소과정으로 패터닝 한다.7) LOR (lift-off resist) 3A and s1805, which are photoresists, are spin-coated (4000 rpm, 40 sec) in sequence and patterned by photolithography.
8) Cr 3nm/Au 100nm/Cr 3nm를 열 증착기(thermal evaporator)로 증착한 후 Remover PG (80℃)를 이용해 리프트 오프(Lift-off) 과정으로 소스(souce)/드레인(drain)을 형성한다.8) Deposition of Cr 3 nm /
9) s1818을 스핀코팅(3000rpm, 30s)후 포토리소 과정으로 패터닝 후 신축성 기판부분 위에 올라갈 AgNW(Silver Nanowires) 를 스핀코팅(500rpm, 30s) 하여 리프트 오프(Lift-off) 과정으로 신축성 전극을 형성한다.9) After patterning by photolithography after spin coating (3000rpm, 30s) of s1818, silver nanowires (AgNW) (Silver Nanowires) on the stretchable substrate were spin coated (500rpm, 30s) to form a stretchable electrode by lift- do.
상기에서는 상부 게이트일 경우 희생층 위에 소자를 제조하는 경우(게이트-> 절연막->채널->소스&드레인 순서)를 예시하고 있지만, 하부 게이트일 경우에는 상기 상부 게이트일 경우의 반대 순서로 희생층 위에 소자를 형성한다(즉, 소스&드레인->채널->절연막->게이트의 순서)
In the case of the upper gate, the case of forming the device on the sacrificial layer (gate-> insulating film->channel-> source & drain order) is exemplified, but in the case of the lower gate, (I.e., source & drain- > channel- > insulating film- > gate order)
강성(Rigidity rigidrigid ) 소재() Material( SUSU -8)를 이용해 기판 -8) 패터닝Patterning
1) 소자가 제조된 희생층이 포함된 핸들링 기판 위에 negative PR인 SU-8 3050을 스핀 코팅(2000rpm 30s)한 후 소프트 베이킹(soft baking)(65℃ 6min, 95℃ 20min)을 한다. 1) Soft-baking (65 ℃ for 6min, 95 ℃ for 20min) is performed after spin coating (2000rpm for 30s) of negative PR-SU-83050 on the handling substrate containing the sacrificial layer on which the device is manufactured.
2) 그 후 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용해 UV expose를 한 후 포스트-베이킹(post-baking)(65℃ 2min, 95℃ 5min)을 한 뒤 SU-8 디벨로퍼(developer)에 침지하여 소자가 위치할 강성 기판을 만든다
2) After UV exposure using a mask aligner, post-baking (65 ° C for 2 min, 95 ° C for 5 min) and immersion in a SU-8 developer Make rigid substrate to be positioned
신축성 소재(Elastic material ( PDMSPDMS )를 이용해 강성 기판 사이를 채움) To fill the space between rigid substrates
1) PDMS(polydimethylsiloxane) 주제와 경화제를 각각 10:1로 섞어 데시케이터(dessicator)에 넣어 기포를 제거한다.1) Mix the PDMS (polydimethylsiloxane) base and the curing agent in a ratio of 10: 1, and put them in a dessicator to remove bubbles.
2) 이 PDMS를 스핀코팅(1000rpm 30s)후 상온에서 12시간 이상 그대로 두어 강성 기판 사이 사이에 잘 채워지도록 한다.2) The PDMS is spin-coated (1000rpm 30s) and left at room temperature for more than 12 hours so as to fill well between rigid substrates.
3) 140℃ 핫 플레이트(hot plate)에서 4시간 정도 경화시킨다.
3) Cure for 4 hours at 140 ℃ hot plate.
희생층Sacrificial layer 제거 후 강성 기판과 소자를 분리함 Separation of rigid substrate and element after removal
Ni etchant에 침지하여 희생층인 Cu층을 에칭시켜 강성 기판과 소자를 핸들링 기판으로부터 분리한다. (이 때, 소자의 주 재료인 Cr, Au, IO, HfO2 등은 Ni etchant에 etching 되지 않으므로 소자의 손상이 없다.)
Ni etchant to etch the sacrificial Cu layer to separate the rigid substrate and the device from the handling substrate. (At this time, Cr, Au, IO, HfO 2, etc., which are the main materials of the device, are not etched on the Ni etchant,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법에 따라 제조된 신축성 기판을 나타낸 OM(Optical Microscope) 사진(왼쪽 사진)과 Photo 사진(오른쪽 사진)이다.6 is an optical microscope (OM) photograph (left photograph) and a photo photograph (right photograph) showing a flexible substrate manufactured according to the method of manufacturing a flexible substrate according to an embodiment of the present invention.
강성 기판은 SU-8(negative PR)을 사용했으며 신축성 소재는 PDMS를 사용하여 신축성 기판을 제조했다.SU-8 (negative PR) was used for the rigid substrate, and PDMS was used for the stretchable substrate.
즉, 희생층이 포함된 핸들링 기판 위에 negative PR인 SU-8 3050을 스핀 코팅(2000rpm 30s)한 후 소프트 베이킹(soft baking)(65℃ 6min, 95℃ 20min)을 행한다. That is, soft-baking (65 ° C for 6 min, 95 ° C for 20 min) is performed after spin coating (2000 rpm for 30 sec) of SU-8 3050, which is a negative PR, on the handling substrate containing the sacrificial layer.
그 후, 마스크 얼라이너(mask aligner)를 이용해 UV expose를 한 후 포스크베이킹(post-baking)(65℃ 2min, 95℃ 5min)을 한 뒤 SU-8 디벨로퍼(developer)에 담구어 소자가 올라갈 강성 기판을 만든다. After that, UV exposure was performed using a mask aligner, post-baking (65 ° C for 2 min, 95 ° C for 5 min), immersion in a SU-8 developer, Rigid substrate is made.
그리고, Ni etchant에 담궈 희생층 제거 후 찍은 신축성 기판의 OM 사진과 Photo 사진이 도 6에 표시되어 있다.
An OM photograph and a photo photograph of a stretch substrate taken after the sacrificial layer was soaked in a Ni etchant are shown in FIG.
또한, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판을 도시한 개략적인 사시도로서, 신축성 소재를 잡아 늘리지 않은 상태를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판을 도시한 개략적인 사시도로서, 신축성 소재를 잡아 늘인 상태를 도시한 도시한 도면이다.7 is a schematic perspective view illustrating a flexible substrate according to an embodiment of the present invention, in which the flexible material is not stretched. FIG. 8 is a cross-sectional view of a flexible substrate according to an embodiment of the present invention. Fig. 3 is a schematic perspective view showing a state in which a stretchable material is stretched. Fig.
본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판(1)은, 소정의 패터닝으로 패턴 형성됨과 아울러 소자가 위치하게 되고, 강성 소재로 이루어지는 강성 기판부(10), 및The
상기 강성 기판부(10)의 패턴 사이를 서로 연결시켜 주고, 신축성 소재로 이루어지는 신축 기판부(20)를 포함할 수 있다.And a
상기 신축 기판부(20)는 상기 강성 기판부(10)의 외측 테두리부에도 형성될 수 있다.The
상기 강성 기판부(10)의 패턴 사이에는 신축성 소재가 채워지기 위한 위한 공간부(11)가 형성될 수 있다.Between the patterns of the
상기 강성 기판부(10) 상에는 희생층을 이용하여 소자가 제조될 수 있다. 상기 희생층은 소자가 상기 강성 기판부(10) 위에 제조된 후 식각액에 의하여 제거될 수 있다.A device may be fabricated on the
상기 신축성 소재는 용이하게 경화될 수 있도록 경화제와 일정한 비율(예컨대, 10:1)로 혼합될 수 있다.The stretchable material may be mixed with the curing agent at a certain ratio (e.g., 10: 1) so that it can be easily cured.
상기 강성 기판부(10)에 사용되는 강성 소재 및 상기 신축 기판부(20)에 사용되는 신축성 소재, 상기 희생층 물질, 상기 경화제, 상기 식각액 등은 상기에서 설명한 신축성 기판의 제조 방법에 사용되는 강성 소재 및 신축성 소재, 희생층 물질, 경화제, 식각액와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다.The rigid material used for the
따라서, 신축성 기판(1)을 예컨대, 도 8과 같이 잡아 늘렸을 때 강성 소재로 이루어진 강성 기판부(10)는 늘어나지 않으며, 상기 강성 기판부(10) 사이의 상기 공간부(21)에 채워진 신축성 소재로 이루어진 신축 기판부(20)만 늘어나기 때문에 상기 강성 기판부(10) 위의 소자에 균열이 가지 않게 될 수 있다. 신축 기판부(20) 위의 연결(interconnect)은 신축성 전극을 사용할 수 있다.
8, the
10: 강성 기판부 20: 신축 기판부
100: 핸들링 기판 200: 희생층
300: 소자 400: 강성 기판
410: 공간부 500: 신축성 소재10: rigid substrate portion 20: stretchable substrate portion
100: handling substrate 200: sacrificial layer
300: element 400: rigid substrate
410: Space part 500: Elastic material
Claims (18)
상기 핸들링 기판 상에 희생층을 형성하는 희생층 형성 단계,
상기 희생층 위에 소자를 제조하는 소자 제조 단계,
상기 소자가 제조되고 희생층이 형성된 핸들링 기판에 제1 소재를 이용하여 상기 소자가 위치할 강성 기판을 패터닝하는 강성 기판 패터닝 단계,
상기 강성 기판에 상기 소자를 위치시키고, 제2 소재를 상기 강성 기판 사이에 채우는 제2 소재 채움 단계, 및
상기 희생층을 제거한 후 상기 핸들링 기판으로부터 상기 강성 기판과 소자를 분리하는 강성 기판과 소자 분리 단계
를 포함하고,
상기 제1 소재는 SU-8, Ormocore, PI(Polyimide), glass 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어지고,
상기 제2 소재는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), hydrogel(히드로겔), 고무소재 중에서 선택된 하나의 물질인 신축성 기판의 제조 방법.A handling substrate preparation step of preparing a handling substrate,
A sacrificial layer forming step of forming a sacrificial layer on the handling substrate,
A device manufacturing step of manufacturing a device on the sacrificial layer,
A rigid substrate patterning step of patterning a rigid substrate on which the device is to be placed using a first material on a handling substrate having the sacrificial layer formed thereon,
A second material filling step of placing the element on the rigid substrate and filling the second material between the rigid substrates,
A rigid substrate separating the rigid substrate from the handling substrate after removing the sacrificial layer,
Lt; / RTI >
The first material is made of one material selected from SU-8, Ormocore, PI (polyimide) and glass,
Wherein the second material is one material selected from PDMS (Polydimethylsiloxane), Ecoflex, hydrogel (hydrogel) and rubber materials.
상기 강성 기판 패터닝 단계는 상기 강성 기판을 소정의 패턴으로 분할하여, 상기 분할된 기판 사이 사이에 제2 소재가 채워지기 위한 공간부가 형성되는 공간부 형성 단계를 포함하는 신축성 기판의 제조 방법.The method according to claim 1,
Wherein the step of patterning the rigid substrate includes a step of forming a space by dividing the rigid substrate into a predetermined pattern and forming a space for filling the second material between the divided substrates.
상기 제2 소재 채움 단계는 상기 공간부에 제2 소재를 채운 후 상기 제2 소재를 경화시키는 제2 소재 경화 단계를 포함하는 신축성 기판의 제조 방법.3. The method of claim 2,
And the second material filling step includes a second material curing step of curing the second material after filling the space with the second material.
상기 강성 기판과 소자 분리 단계는 상기 제2 소재가 채워진 강성 기판을 식각액에 침지하여 상기 핸들링 기판 상에 형성된 희생층을 에칭시키는 에칭 단계를 포함하는 신축성 기판의 제조 방법.The method of claim 3,
Wherein the step of separating the rigid substrate includes a step of etching the sacrificial layer formed on the handling substrate by dipping the rigid substrate filled with the second material into the etching solution.
상기 희생층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 레이저 리프트-오프(laser lift-off)용 폴리머, PVA(Polyvinyl Alcohol), 게르마늄(Ge), PMMA(polymethyl methacrylate) 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 박막인 신축성 기판의 제조 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the sacrificial layer is selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), a polymer for laser lift-off, PVA (polyvinyl alcohol), germanium (Ge), and polymethyl methacrylate Wherein the substrate is a thin film made of one material.
상기 제2 소재 채움 단계에서 제2 소재는 경화제와 일정한 비율로 혼합되는 신축성 기판의 제조 방법.The method according to claim 1,
And the second material is mixed with the curing agent at a predetermined ratio in the second material filling step.
상기 식각액은 Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, 물, 아세톤 중에서 선택되는 하나의 물질로 이루어지는 신축성 기판의 제조 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the etchant is one material selected from Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, water, and acetone.
상기 강성 기판부의 패턴 사이를 서로 연결시켜 주고, 제2 소재로 이루어지는 신축 기판부
를 포함하고,
상기 제1 소재는 SU-8, Ormocore, PI(Polyimide), glass 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어지고,
상기 제2 소재는 PDMS(Polydimethylsiloxane), 에코플렉스(Ecoflex), hydrogel(히드로겔), 고무소재 중에서 선택된 하나의 물질인 신축성 기판.A rigid substrate portion made of a first material so that a pattern is formed by predetermined patterning and an element is placed,
And the rigid substrate portion is connected to each other, and the elastic substrate portion
Lt; / RTI >
The first material is made of one material selected from SU-8, Ormocore, PI (polyimide) and glass,
Wherein the second material is one material selected from PDMS (Polydimethylsiloxane), Ecoflex, hydrogel (hydrogel) and rubber materials.
상기 강성 기판부의 패턴 사이에는 제2 소재가 채워지기 위한 위한 공간부가 형성되는 신축성 기판.12. The method of claim 11,
Wherein a space for filling the second material is formed between the patterns of the rigid substrate portion.
상기 강성 기판부 상에는 희생층을 이용하여 소자가 제조되고,
상기 희생층은 소자가 상기 강성 기판부 위에 제조된 후 식각액에 의하여 제거되는 신축성 기판.13. The method of claim 12,
A device is fabricated on the rigid substrate using a sacrificial layer,
Wherein the sacrificial layer is removed by an etchant after the device is fabricated on the rigid substrate portion.
상기 희생층은 구리(Cu), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 레이저 리프트-오프(laser lift-off)용 폴리머, PVA(Polyvinyl Alcohol), 게르마늄(Ge), PMMA(polymethyl methacrylate) 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 박막인 신축성 기판.14. The method of claim 13,
Wherein the sacrificial layer is selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), a polymer for laser lift-off, PVA (polyvinyl alcohol), germanium (Ge), and polymethyl methacrylate A stretchable substrate which is a thin film made of one material.
상기 제2 소재는 경화제와 일정한 비율로 혼합되는 신축성 기판.12. The method of claim 11,
And the second material is mixed with the curing agent at a constant ratio.
상기 식각액은 Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, 물, 아세톤 중에서 선택되는 하나의 물질로 이루어지는 신축성 기판.
14. The method of claim 13,
Wherein the etchant comprises one material selected from the group consisting of Ni etchant, Cu etchant, Al etchant, laser, water, and acetone.
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