KR101740786B1 - 층상 구조 물질의 전사 방법, 및 전사 장치 - Google Patents

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Abstract

층상 구조 물질의 전사 장치가 제공된다. 상기 층상 구조 물질의 전사 장치는, 층상 구조 물질(layered structure material)이 박리된 피스(piece)를 갖는 소재가 부착되는 캐리어(carrier), 상기 캐리어를 고정시키는 캐리어 지지부, 상기 소재와 마주보도록 기판이 배치되고, 상기 기판이 이동되도록 구성된(configured to) 기판 지지부, 및 상기 소재에 열을 공급하여, 상기 소재에 부착된 상기 피스를 상기 기판 상으로 전사하는 열 제공부를 포함한다.

Description

층상 구조 물질의 전사 방법, 및 전사 장치{Method of transfer layered structure material, and transfer apparatus}
본 발명은 층상 구조 물질의 전사 방법, 및 전사 장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 열을 제공하여 층상 구조 물질을 전사하는 방법, 및 전사 장치에 관련된 것이다.
3차원 재료와 다른 2차원 재료의 전기적, 기계적, 물리적 특성으로 인해, 최근 2차원 재료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 2차원 재료는 저전력 전기 회로, 플렉시블 디스플레이, 센서 등 다양한 분야에 폭 넓게 활용될 수 있다.
최근 2 차원 계 transition metal dichalcogenides(TMDs) 물질이 활발하게 연구되고 있으나, 2차원 박막을 제조하는 것이 용이하지 않아, 대부분 bulk로부터 박리하여 2차원 박막을 제조하고 있다. 2 차원 계 재료의 대표적인 예인 그래핀 또한, 개발 초기 당시에는 기계적으로 박리 전사하는 방법으로 실리콘 산화막 상에 형성되었다.
예를 들어, 대한민국 특허 공개공보 10-2012-0052648(출원번호 10-2010-0113905, 출원인 삼성테크윈)에는, 열 박리 필름에 부착된 그래핀을 전사 대상 필름에 전사하는 과정에서 그래핀이 손상되거나 품질이 저하되는 것을 방지하기 위해, 열 박리 필름과 전사 대상 필름을 예열하고, 예열된 열 박리 필름을 재 가열하는 그래핀 전사 방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허 공개공보 10-2012-0052648
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성을 갖는 층상 구조 물질의 전사 방법 및 전사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 수율이 향상된 층상 구조 물질의 전사 방법 및 전사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 육안으로 제어 가능한 층상 구조 물질의 전사 방법 및 전사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 기판 오염을 최소화시킬 수 있는 층상 구조 물질의 전사 방법 및 전사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 층상 구조 물질의 전사 장치를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 층상 구조 물질의 전사 장치는, 층상 구조 물질(layered structure material)이 박리된 피스(piece)를 갖는 소재가 부착되는 캐리어(carrier), 상기 캐리어를 고정시키는 캐리어 지지부, 상기 소재와 마주보도록 기판이 배치되고, 상기 기판이 이동되도록 구성된(configured to) 기판 지지부, 및 상기 소재에 열을 공급하여, 상기 소재에 부착된 상기 피스를 상기 기판 상으로 전사하는 열 제공부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열 제공부는, 상기 소재에 열을 전달하는 탐침(probe), 상기 탐침에 열을 공급하는 히터(heater), 및 지면에 평행한 제1 방향, 지면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 직각인 제3 방향으로, 상기 탐침을 이동시키는 탐침 이동부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 캐리어는, 상기 캐리어 지지부에 의해 고정되는 평판부, 및 상기 평판부와 탈부착되고, 상기 소재가 부착되고 투명한 소재 부착부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열 제공부에서 제공되는 열은, 상기 소재 부착부를 경유하여, 상기 소재로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 평판부는, 계단 모양의(stepped) 홀(hole)의 측벽을 구성하는 제1 측벽 및 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하는 평면을 포함하고, 상기 소재 부착부는, 상기 피스가 상기 기판과 마주보도록 상기 평면 상에 부착, 또는 상기 평면으로부터 탈착될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소재는, 상기 피스가 부착되는 열가소성 고분자층, 상기 캐리어에 부착되는 접착층, 및 상기 열가소성 고분자층 및 상기 접착층 사이의 지지층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열가소성 고분자층, 상기 접착층, 및 상기 지지층은, 투명할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기판 지지부는, 지면(ground)에 평행한 제1 방향, 지면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 수직한 제3 방향으로 상기 기판을 이동시키도록 구성되고, 상기 기판의 상부면에 대한 법선을 회전축으로 상기 기판을 회전시키도록 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 층상 구조 물질의 전사 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 층상 구조 물질의 전사 방법은, 층상 구조 물질(layered structure material)을 준비하는 단계, 상기 층상 구조 물질과 제1 소재를 접착시켜, 상기 층상 구조 물질이 기계적으로 박리된 피스(piece)를 상기 제1 소재로 전사하는 단계, 상기 제1 소재와 제2 소재를 접착시켜, 상기 피스를 상기 제2 소재로 전사하는 단계, 및 상기 제2 소재로 열을 제공하여, 상기 피스를 기판 상에 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소재는 상기 제2 소재보다 높은 접착력을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소재로 열을 제공하는 단계는, 가열된 탐침을 상기 제2 소재의 일 부분에 인접하게 위치시키는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가열된 탐침 및 상기 제2 소재는 직접적으로 접촉되지 않을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 피스를 상기 기판 상에 전사하는 단계는, 상기 피스가 전사된 상기 제2 소재를 고정시키는 단계, 상기 기판을 움직여, 상기 기판과 상기 제2 소재를 접촉시키는 단계, 및 상기 가열된 탐침을 상기 제2 소재의 상기 일 부분에 인접하게 배치시켜 상기 제2 소재의 접착력을 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치는, 층상 구조 물질이 박리된 피스를 갖는 소재가 부착되는 캐리어, 상기 캐리어를 고정하는 캐리어 지지부, 기판을 이동시키는 기판 지지부, 및 상기 소재에 열을 공급하여 상기 소재에 부착된 상기 피스를 상기 기판 상으로 전사하는 열 제공부를 포함할 수 있다. 상기 피스가 부착된 상기 소재가 고정된 상태에서 상기 기판에 이동되어 상기 소재와 접촉되고, 상기 소재에 열이 제공되어 상기 피스가 상기 소재로부터 상기 기판으로 용이하게 전사될 수 있다. 이에 따라, 전사 수율이 향상된 고 신뢰성의 층상 구조 물질의 전사 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 방법은, 상기 층상 구조 물질에 제1 소재를 접착시켜 상기 층상 구조 물질이 기계적으로 박리된 피스를 상기 제1 소재에 접착시키는 단계, 상기 제1 소재와 상기 제2 소재를 접착시켜 상기 제2 소재로 상기 피스를 전사하는 단계, 및 상기 제2 소재로 열을 제공하여 상기 피스를 상기 기판으로 전사하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 층상 구조 물질이 용이하고 안정적으로 상기 기판으로 전사될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치에 포함된 캐리어 및 열 제공부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치의 캐리어에 부착된 소재를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치에 포함된 캐리어 및 열 제공부를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치의 캐리어에 부착된 소재를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 얘에 따른 층상 구조 물질의 전사 장치는, 캐리어(110, carrier), 상기 캐리어(110)를 지지하는 캐리어 지지부(115), 기판 지지부(120), 열 제공부(130), 현미경(140), 카메라(150), 제어부(160), 및 램프부(170)를 포함할 수 있다.
상기 캐리어(110)는 평판부(114), 및 소재 부착부(112)를 포함할 수 있다. 상기 평판부(114)는, 상기 소재 부착부(112)를 둘러싸고, 상기 캐리어 지지부(115)와 결합되어 고정될 수 있다. 상기 소재 부착부(112)는 투명한 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 소재 부착부(112)는 유리일 수 있다.
상기 평판부(114)는 계단 모양(stepped)의 홀(hole)을 가질 수 있다. 다시 말하면, 상기 평판부(114)는, 상기 홀의 측벽을 구성하는 제1 측벽(114a) 및 제2 측벽(114b), 및 상기 제1 측벽(114a)과 사기 제2 측벽(114b)을 연결하는 평면(114p)을 포함할 수 있다. 상기 평판부(114)는 상기 제1 측벽(114a), 상기 제2 측벽(114b), 및 상기 평면(114p)을 각각 한 쌍(pair)씩 포함할 수 있다. 한 쌍의 상기 제1 측벽(114a)은, 서로 대향하고, 제1 폭을 갖는 제1 홀을 정의할 수 있다. 한 쌍의 상기 제2 측벽(114b)은, 서로 대향하고, 상기 제1 폭보다 좁은 제2 폭을 갖는 제2 홀을 정의할 수 있다. 상기 평면(114p)은 상기 제1 홀 및 상기 제2 홀을 연결하여, 계단 모양의 상기 홀을 정의할 수 있다.
상기 소재 부착부(112)의 지름은, 상기 평판부(114)의 상기 제1 홀의 지름과 실질적으로 동일하거나 또는 작고, 상기 평판부(114)의 상기 제2 홀의 지름보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 소재 부착부(112)는 상기 제2 홀을 통해 상기 평판부(114)에 삽입되어, 상기 평면(114p) 상에 부착될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 평면(114p) 내에 진공 홈이 제공될 수 있고, 상기 진공 홈에 의해 상기 소재 부착부(112)가 상기 평면(114p) 상에 부착되거나, 또는 상기 평면(114p)으로부터 탈착될 수 있다.
상기 평판부(114)의 상기 평면(114p)은, 상기 기판 지지부(120)와 마주볼 수 있다. 이에 따라, 상기 평면(114p) 상에 부착되는 상기 소재 부착부(112)는 상기 기판 지지부(120) 상의 기판(230)과 마주볼 수 있다.
상기 캐리어(110)의 상기 소재 부착부(112) 상에 피스(220, piece)를 갖는 소재(210)가 부착될 수 있다. 상기 피스(220)는 층상 구조 물질(layered structure material)이 박리된 것일 수 있다. 상기 피스(222)는 상기 소재(210)에 접착되어, 지면(ground)를 향하도록 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 소재(210)가, 상기 캐리어(110)의 상기 소재 부착부(112)의 상기 평면(114p)와 접촉하는 제1 면, 및 상기 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하는 경우, 상기 피스(220)는 상기 제2 면에 부착될 수 있다.
상기 소재(210)는, 도 3에 도시된 것과 같이, 상기 피스(220)가 부착되는 열가소성 고분자층(216), 상기 캐리어(110)의 상기 소재 부착부(112)에 부착되는 접착층(212), 및 상기 고분자층(216) 및 상기 접착층(212) 사이의 지지층(214)을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 소재(210)는 상기 소재 부착부(112) 상에 차례로 적층된 상기 접착층(212), 상기 지지층(214), 및 상기 열가소성 고분자층(216)을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 접착층(212)은 신축성이 우수하고, 투명한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(212)은 25μm 두께의 PDMS일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 지지층(214)은 투명하고 상기 접착층(212) 및 상기 열가소성 고분자층(216)을 지지할 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지층(214)은 80 μm 두께의 PET일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 열가소성 고분자층(216)은 열을 전달받는 경우 접착력이 감소되는 투명한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 고분자층(216)은 열을 전달받지 않는 경우 300 gf/20mm의 접착력을 가지고, 90~100℃의 열을 전달받는 경우 5gf/20mm의 접착력을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 열가소성 고분자층(216)은 Nitto Denko 사의 RIVALPHA로 형성될 수 있다.
상기 기판 지지부(120) 상에 상기 기판(230)이 배치될 수 있다. 상기 기판 지지부(120)는 상기 캐리어(110) 아래에 배치되어, 상기 기판(230)의 상부면이 상기 소재(210)의 상기 제2면과 마주볼 수 있다.
상기 기판 지지부(120)는 상기 기판(230)을 이동시켜, 상기 소재(210)의 상기 제2 면 상에 부착된 상기 피스(220)가 상기 기판(230)의 상기 상부면 상으로 전사되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 상기 기판 지지부(120)는, 제1 내지 제3 위치 조절부들(122, 124, 126), 및 회전부(128)를 포함할 수 있다. 상기 제1 위치 조절부(122)는, 지면에 평행한 제1 방향(도 1에서 X 축 방향)으로 상기 기판(230)을 이동시킬 수 있다. 상기 제2 위치 조절부(124)는, 지면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향(도 1에서 Y축 방향)으로 상기 기판(230)을 이동시킬 수 있다. 상기 제3 위치 조절부(126)는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직한(perpendicular) 제3 방향(도 1에서 Z축 방향)으로 상기 기판(230)을 이동시킬 수 있다. 상기 회전부(128)는 상기 기판(220)의 상기 상부면에 대한 법선을 회전축으로 상기 기판(230)을 회전시킬 수 있다.
상기 열 제공부(130)는, 상기 소재(210)에 열을 전달하는 탐침(probe, 132), 상기 탐침(132)에 열을 공급하는 히터(heater, 134), 및 상기 탐침(132)을 이동시키는 탐침 이동부(136a, 136b, 136c)를 포함할 수 있다. 상기 탐침 이동부(136a, 136b, 136c)는, 상기 제1 방향 내지 제3 방향으로 상기 탐침(132)을 이동시키는 제1 탐침 이동부(136a) 내지 제3 탐침 이동부(136c)를 포함할 수 있다.
상기 히터(134)로부터 열을 전달받아 가열된 상기 탐침(132)은, 상기 소재 부착부(112)를 경유하여, 상기 소재(210)의 상기 열가소성 고분자층(216)으로 열을 전달할 수 있다. 다시 말하면, 가열된 상기 탐침(132)은 상기 소재(210)와 직접적으로 접촉되지 않고, 상기 소재 부착부(112)를 통하여, 상기 열가소성 고분자층(216)으로 열을 전달할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 탐침(132)은 상기 소재 부착부(112)의 상기 일 영역과 접촉되거나, 또는 인접하게 배치되어, 상기 소재 부착부(112)의 상기 일 영역으로 열을 전달할 수 있다. 이에 따라, 상기 소재 부착부(112)의 상기 일 영역에 인접한 상기 열가소성 고분자층(216)의 일 영역(216a)의 접착력이 감소되어, 상기 열가소성 고분자층(216)의 상기 일 영역(216a)에 부착된 상기 피스(220)가 상기 기판(230) 상으로 전사될 수 있다. 이 경우, 상기 열가소성 고분자층(216)의 상기 일 영역(216a)을 제외한 나머지 영역의 접착력은 실질적으로 감소되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 상기 열가소성 고분자층(216)의 상기 일 영역(216a)을 제외한 나머지 영역에 부착된 상기 피스(220)는 부착된 상태로 유지될 수 있다.
상기 현미경(140)은 상기 카메라(150)와 연결되고, 상기 캐리어(110) 상에 배치될 수 있다. 상기 현미경(140)은, 위로 연장하는 수직 지지대(142), 및 상기 수직 지지대(142)에서 지면과 평행하게 연장하는 수평 지지대(144)에 고정될 수 있다. 상기 수평 지지대(144)는 높이 조절부(146)에 의해 상기 제3 방향으로 상기 현미경(140)을 이동시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 현미경(140)은 대물 광학 현미경일 수 있다.
상기 현미경(140)의 일단이 램프부(170)와 연결될 수 있다. 상기 램프부(170)는 상기 소재(220)를 향하여 광을 조사할 수 있다.
상기 카메라(150)는 상기 제어부(160)와 연결될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 소재 부착부(112) 및 상기 소재(210)가 투명한 물질로 형성되는 경우, 사용자는, 상기 현미경(140) 및 상기 카메라(150)를 통해, 상기 피스(220)가 상기 기판(230) 상으로 전사되는 과정을 육안으로 관찰하면서, 조절할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 복수의 상기 피스(220)가 상기 열가소성 고분자층(216)에 부착될 수 있고, 상기 히터(134)에 의해 가열된 상기 탐침(132)을 이용하여, 상기 열가소성 고분자층(216)의 상기 일 영역(216a)으로 열이 선택적으로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 열가고성 고분자층(216)의 상기 일 영역(216a)의 접착력이 선택적으로 감소되어, 상기 일 영역(216a) 상에 부착된 피스가 선택적으로 상기 기판(230) 상으로 전사될 수 있다. 이에 따라, 층상 구조 물질의 전사 수율이 향상된 고신뢰성의 층상 구조 물질의 전사 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 피스(220)를 갖는 상기 소재(210)는 상기 캐리어(110)에 부착되고, 상기 캐리어(110)는 상기 캐리어 지지대(115)에 고정된 상태에서, 상기 기판(230)이 상기 기판 지지대(120)에 의해 이동되어, 상기 피스(220)가 상기 기판(230)으로 전사될 수 있다. 이에 따라, 층상 구조 물질이 박리된 상기 피스(220)가 상기 기판(230)으로 용이하고 안정적으로 전사될 수 있다.
만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 상기 피스(220)를 갖는 상기 소재(210)가 이동되어, 상기 기판(230)으로 전사되는 경우, 상기 피스(220)를 갖는 상기 소재(210)가 이동되는 과정에서 발생되는 진동으로 인해, 상기 피스(220)를 상기 기판(230) 전사하기 용이하지 않다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 층상 구조 물질이 박리된 상기 피스(220)가 부착된 상기 소재(210)가 고정된 상태에서, 상기 피스(220)가 전사될 상기 기판(230)이 이동하여 상기 소재(210)와 접촉될 수 있다. 이에 따라, 층상 구조 물질의 전사 수율이 향상된 고신뢰성의 층상 구조 물질의 전사 장치가 제공될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 방법이 도 4, 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 전사 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따른 층상 구조 물질의 설명하기 위한 도면들이다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 층상 구조 물질(200)이 준비된다(S110). 예를 들어, 상기 층상 구조 물질(200)은, 그래핀, hBN, 또는 TMDs 등과 같이, 반데르발스 결합을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
상기 층상 구조 물질(200)에 제1 소재(205)를 접착시켜, 상기 층상 구조 물질(200)이 기계적으로 박리된 피스(220)가 상기 제1 소재(205)로 전사될 수 있다(S120). 예를 들어, 상기 제1 소재(205)는 스카치 테이프(scotch tape)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 층상 구조 물질(200)이 기계적으로 박리된 상기 피스(220)를 상기 제1 소재(205)로 전사하는 단계는, 수작업으로 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 층상 구조 물질(200)이 박리되어, 상기 제1 소재(205)로 복수의 상기 피스(220)가 전사될 수 있다. 다시 말하면, 상기 제1 소재(205)에 상기 복수의 피스(220)가 부착될 수 있다.
도 4 및 도 5b를 참조하면, 제2 소재(212, 214, 216, 218)가 준비된다. 상기 제2 소재(212, 214, 126, 218)는, 도 3을 참조하여 설명된 접착층(212), 지지층(216), 및 열가소성 고분자층(216) 외에, 보호층(218)을 더 포함할 수 있다. 상기 보호층(218)은 상기 열가소성 고분자층(216)을 덮어, 상기 열가소성 고분자층(216)을 외부 오염으로부터 보호할 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(218)은 실리콘으로 형성될 수 있다.
상기 제2 소재(212, 214, 216, 218)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 상기 소재 부착부(112)에 부착될 수 있다. 이후, 상기 보호층(218)이 제거될 수 있다.
도 4 및 도 5c를 참조하면, 상기 보호층(218)이 제거된 후, 상기 제1 소재(205)와 상기 제2 소재(212, 214, 216)의 상기 열가소성 고분자층(216)을 접착시켜, 상기 피스(220)가 상기 제2 소재(212, 214, 216)의 상기 열가소성 고분자층(216)으로 전사될 수 있다(S130). 상기 열가소성 고분자층(216)은 상기 제1 소재(205)보다 낮은 접착력을 가질 수 있다.
상술된 바와 같이, 상기 제1 소재(205)에 상기 복수의 피스(220)가 부착되어 있는 경우, 상기 복수의 피스(220) 중에서, 일부는 상기 제2 소재(220)로 전사되고, 나머지 일부는 상기 제1 소재(205)에 잔존될 수 있다.
상기 제2 소재(212, 214, 216)로 열을 제공하여, 상기 열 가소성 고분자층(216)에 부착된 상기 피스(220)가 기판 상으로 전사될 수 있다(S140). 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소재(212, 214, 216)에 부착된 상기 피스(220)를 상기 기판 상으로 전사하는 단계는, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 층상 구조 물질의 전사 장치를 이용하여 수행될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제2 소재(212, 214, 216)에 부착된 상기 피스(220)를 상기 기판(230) 상으로 전사하는 단계는, 상기 피스(220)를 갖는 상기 제2 소재(212, 214, 216)가 부착된 상기 소재 부착부(112)를 상기 캐리어(110)의 상기 평판부(114)에 부착시키는 단계, 상기 캐리어(110)를 상기 캐리어 지지부(115)와 결합시켜 고정시키는 단계, 상기 기판(230)을 상기 기판 지지대(120)에 배치시킨 후 상기 기판 지지대(120)를 이동시켜 상기 기판(230)을 상기 제2 소재(212, 214, 216)와 접촉시키는 단계, 상기 탐침(132)을 상기 소재 부착부(112)의 상기 일 영역과 접촉시키는 단계, 상기 히터(134)를 통해 상기 탐침(132)으로 열을 공급하는 단계, 및 상기 소재 부착부(112)의 상기 일 영역을 경유하여 상기 탐침(132)으로부터 공급되는 열에 의해 상기 열 가소성 고분자(216)의 상기 일 영역(216a)의 접착력이 감소되어 상기 일 영역(216a)에 부착된 상기 피스(220)가 상기 기판(230) 상으로 전사되는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 접착력이 상대적으로 높은 상기 제1 소재(205)에 의해 상기 층상 구조 물질(200)이 기계적으로 박리된 상기 피스(220)는, 접착력이 상대적으로 낮은 상기 제2 소재(212, 214, 216)의 상기 열 가소성 고분자층(216)으로 전사되고, 이후, 상기 제2 소재(212, 214, 216)의 상기 열 가소성 고분자층(216)으로 열이 공급되어 상기 기판으로 전사될 수 있다. 이로 인해, 상기 층상 구조 물질(200)이 박리된 상기 피스(220)는 상기 기판으로 안정적으로 전사될 수 있다.
만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 상기 층상 구조 물질(200)에 상대적으로 접착력이 높은 상기 제1 소재(205)를 접착시켜 상기 층상 구조 물질(200)이 박리시킨 후, 상기 제1 소재(205)에 부착된 상기 피스(220)를 상기 기판으로 바로 전사하는 경우, 상기 제1 소재(205)의 높은 접착력으로 인해 상기 기판으로 전사하는 것이 용이하지 않다. 또한, 전사 후 상기 기판 상에 접착 물질이 잔존되어, 상기 기판이 오염될 수 있다.
또한, 만약, 상술된 본 발명의 실시 예와 달리, 상기 층상 구조 물질(200)에 상대적으로 접착력이 낮은 상기 제2 소재(212, 214, 216)를 직접 접착시키는 경우, 상기 제2 소재(212, 214, 216)의 낮은 접착력으로 인해, 상기 층상 구조 물질(200)로부터 상기 피스(220)를 기계적으로 박리하는 것이 용이하지 않다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 접착력이 점차적으로 낮아지는 소재들을 이용하여 복수회 전사 공정이 수행될 수 있고, 열가소성 고분자층을 이용하여 최종 전사 공정이 수행될 수 있다. 이에 따라, 층상 구조 물질이 기판 상으로 용이하고 안정적으로 전사될 수 있다.
상술된 본 발명의 실시 예에서, 층상 구조 물질이, 접착력이 다른 2개의 소재를 이용하는 것으로 설명되었으나, 접착력이 다른 3개 이상의 소재를 이용하여 층상 구조 물질을 기판 상으로 전사할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
110: 캐리어
112: 소재 부착부
114: 평판부
115: 캐리어 지지부
120: 기판 지지부
130: 열 제공부
132: 탐침
134: 히터
136a, 136b, 136c: 탐침 이동부
140: 현미경
150: 카메라
160: 제어부
170: 램프부
200: 층상 구조 물질
205: 제1 소재
210: 제2 소재
212: 접착층
214: 지지층
216: 열가소성 고분자층
218: 보호층
220: 피스

Claims (13)

  1. 층상 구조 물질(layered structure material)이 박리된 피스(piece)를 갖는 소재가 부착되는 캐리어(carrier);
    상기 캐리어를 고정시키는 캐리어 지지부;
    상기 소재와 마주보도록 기판이 배치되고, 상기 캐리어 지지부에 의해 상기 소재가 부착된 상기 캐리어가 고정된 상태에서 상기 기판이 상기 캐리어 지지부를 향하여 이동되어, 상기 피스와 상기 기판이 접촉되도록 구성된(configured to) 기판 지지부; 및
    상기 소재에 열을 공급하여, 상기 소재에 부착된 상기 피스를 상기 기판 상으로 전사하는 열 제공부를 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 열 제공부는,
    상기 소재에 열을 전달하는 탐침(probe);
    상기 탐침에 열을 공급하는 히터(heater); 및
    지면에 평행한 제1 방향, 지면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 직각인 제3 방향으로, 상기 탐침을 이동시키는 탐침 이동부를 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 캐리어는,
    상기 캐리어 지지부에 의해 고정되는 평판부; 및
    상기 평판부와 탈부착되고, 상기 소재가 부착되고 투명한 소재 부착부를 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 열 제공부에서 제공되는 열은, 상기 소재 부착부를 경유하여, 상기 소재로 제공되는 것을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 평판부는, 계단 모양의(stepped) 홀(hole)의 측벽을 구성하는 제1 측벽 및 제2 측벽, 및 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽을 연결하는 평면을 포함하고,
    상기 소재 부착부는, 상기 피스가 상기 기판과 마주보도록 상기 평면 상에 부착, 또는 상기 평면으로부터 탈착되는 것을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 소재는,
    상기 피스가 부착되는 열가소성 고분자층;
    상기 캐리어에 부착되는 접착층; 및
    상기 열가소성 고분자층 및 상기 접착층 사이의 지지층을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자층, 상기 접착층, 및 상기 지지층은, 투명한 것을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 지지부는,
    지면(ground)에 평행한 제1 방향, 지면에 평행하고 상기 제1 방향과 교차되는 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 수직한 제3 방향으로 상기 기판을 이동시키도록 구성되고,
    상기 기판의 상부면에 대한 법선을 회전축으로 상기 기판을 회전시키도록 구성되는 것을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 장치.
  9. 층상 구조 물질(layered structure material)을 준비하는 단계;
    상기 층상 구조 물질과 제1 소재를 접착시켜, 상기 층상 구조 물질이 기계적으로 박리된 피스(piece)를 상기 제1 소재로 전사하는 단계;
    상기 제1 소재와 제2 소재를 접착시켜, 상기 피스를 상기 제2 소재로 전사하는 단계; 및
    가열된 탐침을 상기 제2 소재의 일 부분에 인접하게 위치시키는 방법으로, 상기 제2 소재로 열을 제공하여, 상기 피스를 기판 상에 전사하는 단계를 포함하는 층상 구조 물질의 전사 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 소재는 상기 제2 소재보다 높은 접착력을 갖는 것을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 방법.
  11. 삭제
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 가열된 탐침 및 상기 제2 소재는 직접적으로 접촉되지 않는 것을 포함하는 층상 구조 물질의 전사 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 피스를 상기 기판 상에 전사하는 단계는,
    상기 피스가 전사된 상기 제2 소재를 고정시키는 단계;
    상기 기판을 움직여, 상기 기판과 상기 제2 소재를 접착시키는 단계; 및
    상기 가열된 탐침을 상기 제2 소재의 상기 일 부분에 인접하게 배치시켜, 상기 제2 소재의 접착력을 감소시키는 단계를 포함하는 층상 구조 물질의 전사 방법.
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