KR102264384B1 - 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법 - Google Patents

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Abstract

액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법이 제시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 전사 방법은, 기판 위에 박막을 증착하는 단계; 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 상기 박막에 패터닝하는 단계; 상기 목표 패턴의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계; 마스킹이 완료된 후, 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계; 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계; 및 상기 목표 패턴의 박막이 상기 액상 물질에 플로팅(Floating) 상태일 때, 목표 기판을 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법{Method for Selective Lift-off and Transfer of Thin Film Using Liquid Platform}
본 발명은 박막의 선택적 박리 및 전사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액상 물질 플랫폼을 이용하여 원하는 패턴의 박막 또는 원하는 영역의 박막을 선택적으로 박리한 후 전사하는 방법에 관한 것이다.
최근 기계적, 전기적, 광학적으로 우수한 성능을 가지는 박막 및 이차원 물질을 웨어러블, 플렉서블, 스트레처블 전자 장치, 반도체 소자, 무선통신장치 등에 활용하기 위한 연구가 대두되고 있다. 이러한 응용 제품을 개발하고 상용화 하기 위해서는 증착된 박막을 원하는 패턴으로 제작하고 패턴된 박막을 선택적으로 목표 기판에 옮기기 위한 전사(Transfer) 기술의 개발이 필수적이다. 예를 들면, 기계적 변형 가능성이 요구되는 웨어러블 센서 등의 차세대 전자 소자 경우 두께가 얇은 유연 폴리머 기판에 나노박막 또는 이차원 물질을 집적해야 한다. 이때 폴리머 재료의 낮은 열 안정성으로 인하여 PVD(Physical Vapor Deposition)법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 기상 증착 방법의 직접적인 활용이 어렵다. 따라서 실리콘 웨이퍼 등 열 안정성이 높고 표면이 거칠기가 작은 기판 위에 박막을 증착하고, 증착된 박막을 유연 기판으로 전사하는 공정이 요구된다. 동시에 유연 폴리머 기판은 변형 가능한 성질을 보유하고 있는 반면 대부분의 전도성이 높은 금속 등의 전극 물질은 신축성이 현저히 낮기 때문에 구불구불한(Serpentine) 모양 등 기하학적으로 신축성을 가지는 패턴을 형성할 필요가 있다. 이와 같은 이유로 패턴된 박막을 전사하는 공정이 필수적이다. 또한 디스플레이, 무선통신장치 등에 활용되는 TFT(Thin Film Transistor) 및 인덕터(Inductor)를 제작하기 위해서도 박막에 특정 패턴을 만든 후 집적하는 공정이 매우 중요하다.
실제 디바이스 제작에서 박막의 패터닝(Patterning)을 위해 범용적으로 사용되고 있는 기술은 포토리소그래피(Photolithography)이다. 이는 전극 위에 감광액(Photoresist)를 코팅 후 부분적 마스킹(Masking) 및 자외선(UV Light) 조사를 통해 특정 패턴으로 감광액을 제거하고, 감광액이 제거된 부분에 위치한 전극을 선택적으로 식각(Etching)하여 패턴을 얻는 방법이다. 하지만 포토리소그래피 방법은 패터닝 할 수 있는 분해능(Resolution)이 광 회절(Optical Diffraction) 현상에 의하여 100nm 이상으로 제한되며, 공정 및 장비의 복잡성으로 인하여 비용의 소모가 크다. 또한 식각액(Etchant)의 사용으로 인한 화학 폐기물 생성 문제 및 박막에 의도치 않은 화학적 손상 유발 문제가 있을 수 있다. 더욱이 평면이 아닌 표면에는 패터닝 공정을 적용하기 어렵다. 이러한 한계점을 극복하기 위한 기술로 전자 빔(E-beam), 이온 빔(Ion-beam) 등을 이용한 패터닝 방법이 연구되었으나, 이들은 여전히 고가의 장비가 요구되어 일반적인 연구자들이 접근하기 쉽지 않은 기술이다.
위와 같은 문제로 인하여 포토리소그래피 방법을 대체할 수 있는 박막 패터닝 방법에 대한 많은 연구가 수행되고 있으며, 대표적으로 소프트 리소그래피(Soft Lithography) 방법이 있다. 소프트 리소그래피 방법은 탄성 중합체(Elastomeric) 스탬프 또는 몰드를 이용하여 원하는 패턴의 박막을 제작하는 방법이다. 이때 스탬프 재료로는 PDMS(polydimethylsiloxane)가 가장 많이 사용되며, 미리 제작된 패턴의 박막을 스탬프로 전사하거나 PDMS 스탬프의 미리 설계된 표면 패턴을 따라 박막의 패턴이 형성되게 된다. 이와 비슷하게 접착력을 이용하여 기계적으로 패턴된 박막을 전사할 수 있는 방법으로 나노 임프린트, 그리고 최근에 개발된 Chemical Lift-Off 방법 등이 있다. 이러한 기술들은 기존 포토리소그래피 공정에 비하여 저비용의 공정이 가능하며, 식각액의 사용 및 광 노출이 없기 때문에 바이오 기술에 적합하다. 또한 유연 폴리머 기판에 적용이 가능하고 평면 형태가 아닌 표면에도 적용이 가능하다.
하지만, 소프트 리소그래피 방법에도 다음과 같은 한계점들이 존재한다. 첫째, 탄성 중합체 스탬프의 높은 유연성 및 변형성으로 인하여 찌그러지고 뒤틀리는 현상이 유발되며 높은 분해능을 보유하기 어렵다. 따라서 미세 패턴의 정확한 구현이 어렵다. 둘째, 접촉식 방식은 표면 위의 오염 물질 및 마이크로 입자 등에 의하여 리소그래피 이후의 다른 공정에 문제를 유발할 수 있다. 마지막으로, 다양한 패턴을 형성하기 위해서는 각각의 패턴마다 서로 다른 패턴의 스탬프가 요구되며, 대부분의 소프트 리소그래피 방법에서는 마스터 몰드의 패턴 제작을 위하여 여전히 포토리소그래피의 전 공정을 필요로 한다. 이 밖에도 박막의 패터닝 기술의 개선을 위해 잉크젯 프린팅, 3D 프린팅 등의 기술을 이용하여 다양한 패터닝 기술이 개발되고 있지만 아직까지 공정 분해능, 다양한 박막 물질 응용, 두께 최소화 등의 한계점 등으로 인하여 산업상 이용하기에 기술 성숙도 단계가 낮은 현황이다.
한국등록특허 10-1508738호
본 발명의 실시예들은 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 액상 물질 플랫폼을 이용하여 원하는 패턴의 박막 또는 원하는 영역의 박막을 선택적으로 박리한 후 전사하는 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예들은 기판과 박막 사이의 계면을 액상 물질의 표면장력을 이용하여 박리하는 방법과, 표면처리를 통한 박막 물질의 선택적인 젖음 특성 변화를 유도하여 원하는 패턴이나 영역의 박막을 손쉽게 전사하는 방법을 제공함으로써, 식각 공정이 필요 없고, 기판에 직접적인 광 노출이 없어 바이오 기술에 적용이 용이하며, 저비용, 비접촉식, 친환경적인 선택적 박리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 전사 방법은, 기판 위에 박막을 증착하는 단계; 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 상기 박막에 패터닝하는 단계; 상기 목표 패턴의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계; 마스킹이 완료된 후, 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계; 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계; 및 상기 목표 패턴의 박막이 상기 액상 물질에 플로팅(Floating) 상태일 때, 목표 기판을 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 목표 패턴의 박막에 마스킹을 하는 단계는, 표면처리 효과를 차단할 수 있는 물질을 이용하여 상기 목표 패턴의 박막에 마스킹을 할 수 있다.
상기 박막에 표면처리를 하여 박막 물질의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계는, 마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 함에 따라 상기 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않는 상기 목표 패턴의 박막은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 상기 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다.
상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계는, 소수성(Hydrophobic) 특성의 상기 목표 패턴의 박막의 경우, 상기 액상 물질에 의해 상기 목표 패턴의 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해져 박리가 진행되고, 친수성(Hydrophilic) 특성의 상기 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막의 경우, 상기 액상 물질과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변화되어 균열을 개시하기 위한 힘이 줄어들게 되어 박리가 진행되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목표 기판을 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 단계는, 소정 두께 이하의 얇은 이차원 재료의 경우, 단일 박막층이 균열 없이 물 위에 플로팅하기에 불안정하여 PMMA(poly-methyl methacrylate)의 희생층을 활용하여 보호 후 전사하며, 전사 공정 후 희생층을 제거할 수 있다.
선택적 전사 공정을 반복적으로 수행하여 다양한 형상의 특수 패턴을 적층한 2D 이종구조를 획득할 수 있다.
상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계는, 복수개의 박막에 대해 박리 과정을 반복적으로 수행하여 수면 위에 플로팅 시키는 단계; 및 플로팅된 상기 복수개의 박막을 수면 위에서 조립하는 단계를 포함하고, 상기 목표 기판을 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 단계는, 상기 목표 기판을 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅 후 조립된 상기 복수개의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 전사 방법은, 기판 위에 박막을 증착하는 단계; 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 상기 박막에 패터닝하는 단계; 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계; 마스킹이 완료된 후 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계; 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되는 단계; 및 상기 기판 위에 남아 있는 상기 목표 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 전사하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹을 하는 단계는, 표면처리 효과를 차단할 수 있는 물질을 이용하여 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹을 할 수 있다.
상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계는, 마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 함에 따라 상기 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않는 상기 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 상기 목표 패턴의 박막은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다.
상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되는 단계는, 소수성(Hydrophobic) 특성의 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막의 경우, 상기 액상 물질에 의해 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해져 박리가 진행되고, 친수성(Hydrophilic) 특성의 상기 목표 패턴 형상의 박막의 경우, 상기 액상 물질과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변화되어 균열을 개시하기 위한 힘이 줄어들게 되어 박리가 진행되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기판 위에 남아 있는 상기 목표 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 전사하는 단계는, 상기 목표 패턴의 박막과 목표 기판 사이의 반데르발스(van der Waals) 힘을 이용하거나 접착제를 도포하여 상기 목표 패턴의 박막과 상기 목표 기판 사이의 접착력을 증대시켜, 상기 목표 패턴의 박막을 상기 목표 기판에 전사할 수 있다.
선택적 전사 공정을 반복적으로 수행하여 다양한 형상의 특수 패턴을 적층한 2D 이종구조를 획득할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 목표 기판에 선택적 전사되는 박막은 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 기판 위에 증착된 박막에 패터닝 후 상기 목표 패턴의 박막에 마스킹(Masking)을 하고, 마스킹이 완료된 후 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하며, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 박리되는 목표 패턴의 박막; 및 상기 목표 패턴의 박막이 상기 액상 물질에 플로팅(Floating) 상태일 때, 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 목표 기판을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 목표 기판에 선택적 전사되는 박막은 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 기판 위에 증착된 박막에 패터닝 후 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹(Masking)을 하고, 마스킹이 완료된 후 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하며, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되어, 상기 기판 위에 남아있는 목표 패턴의 박막; 및 상기 기판 위에 남아 있는 상기 목표 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 전사하는 목표 기판을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 기판과 박막 사이의 계면을 액상 물질의 표면장력을 이용하여 박리하는 방법과, 표면처리를 통한 선택적인 젖음 특성 변화를 유도하여 원하는 패턴이나 영역의 박막을 손쉽게 전사하는 방법을 제공함으로써, 기존 공정들의 한계를 넘어서는 분해능을 가지는 패터닝 공정을 달성할 수 있다. 즉, 패턴 사이즈(선 폭) 제어의 범위가 센티미터 스케일부터 나노미터 스케일까지 광범위하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면 식각 공정이 필요 없고, 기판에 직접적인 광 노출이 없어 바이오 기술에 적용이 용이하며 친환경적인 선택적 전사 방법을 제공할 수 있다. 식각액의 사용은 박막 및 기판에 화학적 손상을 유발할 뿐만 아니라 화학 폐기물의 처리 문제가 있기 때문에 지양하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예들에 따르면 식각액 없이 액상 물질(일반적인 경우 물)만으로 패터닝 및 전사가 가능하므로, 화학적인 손상에서 자유로우며 환경 오염 문제가 대두되고 있는 최근의 동향과 매우 적합한 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 저비용 고효율의 공정을 가능하게 하면서도 비접촉식의 박막 패턴 형성 방법을 제공할 수 있다. 기존 박막 패턴을 형성하는 포토리소그래피 및 소프트 리소그래피 방법에 있어서, 포토리소그래피 방법은 비접촉식이지만, 고비용의 첨단 장비 및 클린룸(clean room)환경 구축이 요구된다. 소프트 리소그래피는 상대적으로 저비용 및 고처리율(high throughput) 공정이 가능하지만, 접촉식 공정이기 때문에 표면의 오염 물질 및 미세 입자의 영향으로 인하여 후 공정에 문제를 야기할 수 있다. 본 발명이 이러한 문제를 해결할 대안으로 활용될 수 있으며, 소규모 연구실 및 실험실 규모에서도 차세대 전자 제품 제작을 용이하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 선택적 박리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 박막 영역에 대한 선택적 표면처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구불구불한 패턴의 전극 제작의 예시를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 문자 패턴을 가지는 박막의 제작 예시를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 나선형 인덕터의 제작 예시를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노박막 디바이스 조립 방법을 나타내는 도면이다.
도 11을 본 발명의 일 실시예에 따른 나노박막 디바이스 조립 방법의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 액상 물질 플랫폼을 이용하여 원하는 패턴의 박막 또는 원하는 영역의 박막을 선택적으로 박리한 후 전사하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 물질의 표면 장력을 이용하여 박막을 기판으로부터 박리하는 방법과, 표면처리를 통한 선택적인 젖음 특성 변화를 유도하여 원하는 패턴의 박막만 선택적으로 액상 물질의 표면 위에 플로팅하여 목표 기판으로 전사하거나, 원하는 패턴의 박막만 기판 위에 남긴 후 목표 기판으로 전사하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 박막 박리 방법은 기존 방법의 패러다임과는 전혀 다른 새로운 공정이며 높은 분해능, 친환경적 공정, 다양한 박막 물질 활용 가능성, 두께의 최소화, 공정 시간과 비용 등의 측면에서 기존 공정들과 비교하여 이점을 가질 수 있다. 이러한 장점으로 인하여 본 발명에 따른 박막 박리 방법은 차세대 전자 장치의 개발 및 상용화를 위한 박막 패터닝 및 전사 공정에 적용될 수 있다. 예를 들어, 박막 패터닝 공정, 박막 전사 공정, 마이크로/나노 기술에 적용 가능하며, 웨어러블 센서, 디스플레이 및 반도체 소자, 마이크로 LED, 바이오 메디컬 장치, RF 무선통신장치 등에 응용될 수 있다.
먼저, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 다음과 같다.
기존 포토리소그래피, 소프트 리소그래피, 잉크젯 프린팅 공정 등에서 한계점으로 대두되었던 분해능 문제를 해결한다. 본 발명의 기술 성숙도를 높여 수 나노미터 스케일의 분해능뿐만 아니라 대면적(mm ~ cm) 스케일까지 다양한 스케일의 박막 패터닝 및 정교한 전사 공정이 가능하도록 한다. 공정 중 식각액의 사용 및 목표 기판에 직접적인 광 노출을 제거하여 친환경적인 공정의 수행 및 바이오 응용 분야 개발을 가능하도록 한다.
기판과 증착된 박막 사이의 계면을 추가적인 외력 또는 접착제의 개입 없이 액상 물질의 표면장력을 이용하여 선택적으로 박리하여 공정의 간소화를 달성하고, 다양한 박막 물질의 전사, 매우 얇은 박막의 전사를 가능하도록 한다. 액상 물질의 표면장력을 이용하여 선택적으로 박리할 때 패턴된 박막의 표면 젖음 특성을 제어할 수 있다. 또는 균열의 형상을 다르게 하여 균열 개시가 발생하지 않게 할 수 있다.
기존의 실리콘 웨이퍼 기판뿐만 아니라 유연 기판 및 곡면형 기판 등에도 패턴된 박막을 전사할 수 있는 공정을 개발한다. 또한, 서로 다른 레이어로 구성된 2D 이종구조 및 박막 들의 특수 패턴을 손쉽게 구현하여 기존의 단일 박막 구조에서는 얻을 수 없었던 새로운 기능성을 확보한다. 본 발명의 개발 기술을 활용하여 웨어러블 센서, 유연 디스플레이 및 반도체 소자, 의료 기기, RFID 기반 무선통신장치 등 차세대 전자 장치의 상용화에 폭넓게 활용함을 목표로 한다.
아래에서는 액상 물질을 이용한 박막의 패터닝 및 선택적 전사 방법을 설명하며, 패턴된 박막을 목표 기판에 전사하기 위하여 두 가지 접근법을 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 나타내는 흐름도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법은, 기판 위에 박막을 증착하는 단계(S110), 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 박막에 패터닝하는 단계(S120), 목표 패턴의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계(S130), 마스킹이 완료된 후, 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계(S140), 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 박막과 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계(S150), 및 목표 패턴의 박막이 액상 물질에 플로팅(Floating) 상태일 때, 목표 기판을 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 단계(S160)를 포함하여 이루어질 수 있다.
아래에서 도 1 및 도 2를 참조하여 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법의 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다. 이러한 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법은 컴퓨터 장치 등에 구현된 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 시스템에 의해 수행될 수 있으며, 또한 적어도 어느 하나 이상의 단계가 사용자에 의해 수행될 수 있다.
먼저, 단계(S110)에서 기판(110) 위에 박막(120)을 증착(Film Deposition)할 수 있다. 예를 들어 화학적 기상 증착법(CVD) 또는 물리적 기상 증착법(PVD) 등의 기존 박막 증착법으로 기판(110) 위에 박막(120)을 증착할 수 있다. 여기에서는, 금(Au) 박막과 실리콘 웨이퍼 또는 열 산화 실리콘 웨이퍼(Thermal Oxide Silicon Wafer) 위에 박막(120)을 증착하여 진행하였다. 하지만, 일반적으로 기판(110)의 재료로는 열 안정성이 높고 표면 거칠기가 낮은 Quartz 웨이퍼, GaAs 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼, 유리 등이 활용될 수 있다. 이때 박막(120) 물질로는 금을 포함하여 구리, 니켈 등 금속, 폴리머, 세라믹, 복합재료 박막 및 그래핀과 같은 이차원 물질까지 다양한 물질이 활용될 수 있다.
도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 단계(S120)에서 목표 패턴의 박막(130)을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 박막(120)에 패터닝(Patterning)할 수 있다. 예를 들어 원하는 패턴의 박막(130)을 얻기 위해 커팅 플로터(Cutting Plotter), 레이저, 정밀 공정을 위한 펨토 초 레이저, CNC(Computerized Numerically Controlled) Machining Tool 등을 활용할 수 있다. 이때 목표 패턴은 글자일 수 있으며, 구불구불한 전극용 패턴, 박막 인덕터용 패턴, 박막 트렌지스터용 패턴 등 임의의 패턴일 수 있다.
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 단계(S130)에서 목표 패턴의 박막(130)에 마스킹(Masking)을 할 수 있다. 이때 마스킹 재료로 표면처리 효과를 차단할 수 있는 물질을 이용하여 목표 패턴의 박막(130)에 마스킹을 할 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드(polyimide, PI) 필름, 감광액(Photoresist) 등이 활용될 수 있다.
그리고, 단계(S140)에서 마스킹이 완료된 후, 박막(120, 130)에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다. 즉, 마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 통해 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어한다. 표면처리에 노출되는 영역은 친수성(Hydrophilic) 특성을 가지게 되고, 마스킹이 되어 있어 표면처리에 노출되지 않는 영역은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하게 된다.
다시 말하면, 마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 함에 따라 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않는 목표 패턴의 박막(130)은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(120)은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막(120, 130)의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다. 이때 표면처리 방법으로는 UV Ozone 처리법, 플라즈마 처리법 등 표면 젖음 특성을 변화시키는 방법이 활용될 수 있다.
도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 단계(S150)에서, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 박막(120, 130)의 표면을 액상 물질(l)에 담금에 따라 박막과 기판(110) 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘(Crack Opening Force)이 가해져 목표 패턴의 박막(130)이 박리될 수 있다.
여기서, 액상 물질(l)은 일반적으로 물을 사용할 수 있으며, 식각액 없이 액상 물질(l)만으로 패터닝 및 전사가 가능하다. 또한, 액상 물질(l)의 표면장력을 계면활성제 첨가 또는 다른 액상 물질(l)의 사용 등으로 제어하여 다양한 두께를 가지는 다양한 박막 물질 패턴을 전사할 수 있다. 액체의 표면장력을 낮추는 물질로는 Sodium dodecylbenzenesulfonate(SDBS), Sodium laureth sulfate(SLES) 등을 포함하는 계면활성제(Surfactant)일 수 있다. 반대로 표면장력을 높이는 물질로는 염화나트륨(NaCl), 염화리튬(LiCl) 등을 첨가할 수 있다.
보다 구체적으로, 소수성(Hydrophobic) 특성의 목표 패턴의 박막(130)의 경우, 액상 물질(l)에 의해 목표 패턴의 박막(130)과 기판(110) 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해져 박리가 진행되고, 친수성(Hydrophilic) 특성의 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(120)의 경우, 액상 물질(l)과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변화되어 균열을 개시하기 위한 힘이 줄어들게 되어 박리가 진행되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다. 충분한 균열 열림 힘의 작용으로 인하여 균열이 개시된 후에는 물의 침투 효과(Water Penetration Effect)에 의하여 쉽게 균열 진전이 발생하게 되는 원리이다. 도 1의 (d)에 도시된 바와 같이, 균열이 모두 진전되어 박리가 일어난 박막은 액상 물질(l)의 표면 장력에 의하여 본래의 형상을 유지한 상태로 플로팅(Floating) 되어 있을 수 있다.
한편, 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계는 복수개의 박막에 대해 박리 과정을 반복적으로 수행하여 수면 위에 플로팅 시키는 단계 및 플로팅된 복수개의 박막을 수면 위에서 조립하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 그리고, 목표 기판을 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 목표 패턴의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 단계는 목표 기판을 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅 후 조립된 복수개의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사할 수 있다. 이는 도 10 및 도 11을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 단계(S160)에서, 목표 패턴의 형상에 마스킹을 진행한 경우, 목표 패턴 형상이 물 위에 플로팅 되어 있는 형태가 되고, 전사 대상이 되는 기판(140)을 물에 담근 후 서서히 들어올려 플로팅된 박막을 떠올릴 수 있다(Scoop-up). 즉, 목표 패턴의 박막(130)이 액상 물질(l)에 플로팅 상태일 때, 목표 기판(140)을 액상 물질(l)에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 목표 패턴의 박막(130)을 떠올려(Scoop-up), 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이 목표 기판(140)에 전사할 수 있다.
이때, 목표 기판(140)은 굽힘 강성(Bending Stiffness)이 큰 것이 사용될 수 있으며, 굽힘 강성이 낮은 유연 기판 또는 두께가 얇은 기판의 경우 기판 밑에 두꺼운 기판을 보강하여 목표 기판(140)으로 사용할 수 있다. 목표 기판(140)의 물질로는 Glass, PDMS(polydimethylsiloxane), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PS(polystyrene), Parylene, Ecoflex, Hydrogel 등이 사용될 수 있다.
또한, 그래핀과 같은 소정 두께 이하의 매우 얇은 이차원 재료의 경우에는 단일 박막층이 균열 없이 물 위에 플로팅하기에 불안정하므로 PMMA(poly-methyl methacrylate) 등의 희생층을 활용하여 보호 후 전사할 수 있으며, 전사 공정 후 희생층을 제거할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 선택적 전사 공정(S110 내지 S160)을 반복적으로 수행하여 다양한 형상의 특수 패턴을 적층한 2D 이종구조를 획득할 수 있다. 이러한 이종구조는 기존 단일 박막 구조에서 얻을 수 없던 새로운 기능성을 보유할 수 있을 것이다.
이러한 공정에 따라 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이 목표 기판(140)에 선택적 전사되는 박막을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 목표 기판(140)에 선택적 전사되는 박막은, 목표 패턴의 박막(130)을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 기판(110) 위에 증착된 박막에 패터닝 후 목표 패턴의 박막(130)에 마스킹을 하고, 마스킹이 완료된 후 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하며, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 박막의 표면을 액상 물질(l)에 담금에 따라 박막과 기판(110) 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 박리되는 목표 패턴의 박막(130)과, 목표 패턴의 박막(130)이 액상 물질(l)에 플로팅 상태일 때, 액상 물질(l)에 담근 후 들어올리면서 플로팅된 목표 패턴의 박막(130)을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 목표 기판(140)을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 나타내는 흐름도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법은, 기판 위에 박막을 증착하는 단계(S210), 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 박막에 패터닝하는 단계(S220), 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계(S230), 마스킹이 완료된 후 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계(S240), 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 박막과 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되는 단계(S250), 및 기판 위에 남아 있는 목표 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 전사하는 단계(S260)를 포함하여 이루어질 수 있다.
아래에서 도 3 및 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 선택적 박리 및 전사 방법의 각 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 단계(S210)에서 기판(210) 위에 박막을 증착할 수 있다. 예를 들어 화학적 기상 증착법(CVD) 또는 물리적 기상 증착법(PVD) 등의 기존 박막 증착법으로 기판(210) 위에 박막(220)을 증착할 수 있다. 여기에서는, 금(Au) 박막과 실리콘 웨이퍼 또는 열 산화 실리콘 웨이퍼(Thermal Oxide Silicon Wafer) 위에 박막(220)을 증착하여 진행하였다. 하지만, 일반적으로 기판(210)의 재료로는 열 안정성이 높고 표면 거칠기가 낮은 Quartz 웨이퍼, GaAs 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼, 유리 등이 활용될 수 있다. 이때 박막(220) 물질로는 금을 포함하여 구리, 니켈 등 금속, 폴리머, 세라믹, 복합재료 박막 및 그래핀과 같은 이차원 물질까지 다양한 물질이 활용될 수 있다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 단계(S220)에서 목표 패턴의 박막(230)을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 박막에 패터닝할 수 있다. 예를 들어 원하는 패턴의 박막을 얻기 위해 커팅 플로터(Cutting Plotter), 레이저, 정밀 공정을 위한 펨토 초 레이저, CNC(Computerized Numerically Controlled) Machining Tool 등을 활용할 수 있다. 이때 목표 패턴은 글자일 수 있으며, 구불구불한 전극용 패턴, 박막 인덕터용 패턴, 박막 트렌지스터용 패턴 등 임의의 패턴일 수 있다.
한편, 펨토 초 레이저를 이용하여 가공할 경우에는 마스킹 및 표면처리 공정이 필요하지 않을 수 있다. 왜냐하면 레이저를 이용한 패터닝 공정에서 발생하는 열에 의하여 국소적 나노 용접(nano-welding) 효과를 발생시킬 수 있고 기판(210)과 박막 물질의 접착력이 향상될 수 있기 때문이다. 따라서 표면 젖음 특성을 표면처리 공정을 통하여 표면 젖음 특성을 제어하지 않더라도 선택적인 박리가 가능하다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 단계(S230)에서 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)에 마스킹을 할 수 있다. 표면처리 효과를 차단할 수 있는 물질을 이용하여 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)에 마스킹을 할 수 있으며, 예를 들어 폴리이미드(polyimide, PI) 필름, 감광액(Photoresist) 등이 활용될 수 있다.
그리고, 단계(S240)에서 마스킹이 완료된 후, 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 함에 따라 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않는 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 목표 패턴의 박막(230)은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다. 이때 표면처리 방법으로는 UV Ozone 처리법, 플라즈마 처리법 등 표면 젖음 특성을 변화시키는 방법이 활용될 수 있다.
도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 단계(S250)에서 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 박막의 표면을 액상 물질(l)에 담금에 따라 박막과 기판(210) 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)이 박리될 수 있다.
보다 구체적으로, 소수성(Hydrophobic) 특성의 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)의 경우, 액상 물질(l)에 의해 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)과 기판(210) 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해져 박리가 진행되고, 친수성(Hydrophilic) 특성의 목표 패턴 형상의 박막의 경우, 액상 물질(l)과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변화되어 균열을 개시하기 위한 힘이 줄어들게 되어 박리가 진행되지 않는다. 이때, 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)에 마스킹을 진행한 경우, 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막이 물 위에 플로팅 되어 있다.
도 4의 (e)에 도시된 바와 같이, 단계(S260)에서, 기판(210) 위에 남아 있는 목표 패턴의 박막(230)을 접착력의 차이를 이용하여, 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이 전사 대상이 되는 목표 기판(240)에 전사할 수 있다.
보다 구체적으로, 목표 패턴의 형상을 제외한 부분에 마스킹을 진행한 경우, 패턴 형상이 기판(210) 위에 남아 있는 형태가 된다. 따라서 기판(210) 위에 남아 있는 특정 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 전사할 수 있다. 이때 기판(210) 재료로는 마찬가지로 Glass, PDMS(polydimethylsiloxane), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PS(polystyrene), Parylene, Ecoflex, Hydrogel 등이 사용될 수 있다. 접착 방법으로는 목표 패턴의 박막(230)과 목표 기판(240) 사이의 반데르발스(van der Waals) 힘을 이용하거나, 접착제를 도포하여 목표 패턴의 박막(230)과 목표 기판(240) 사이의 접착력을 증대시켜 목표 패턴의 박막(230)을 목표 기판(240)에 전사할 수 있다. 또한, 열 압착을 또는 추가적인 표면처리를 통한 표면 활성화 방법을 통해 접착력을 제어하여 전사할 수 있다.
한편, 크래킹(Cracking)을 인가하는 힘, 또는 레이저의 세기(Intensity) 등을 통하여 균열의 형상을 제어하고 선택적 박리를 실시할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 표면젖음 특성 및 액체의 표면장력뿐만 아니라, 금-실리콘 웨이퍼 계면의 균열 형상에 따라서 균열 개시여부가 달라지는 것을 확인하였다. 실리콘 웨이퍼의 Cleaving 면을 따라서 형성된 균열은 선단이 날카롭기 때문에 표면장력에 의하여 더 큰 응력 집중이 발생하고 균열 개시가 가능하다. 반면, 균열 선단이 날카롭지 않도록 패터닝 방법을 제어할 경우에는 균열 개시가 발생하지 않도록 할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 선택적 전사 공정(S210 내지 S260)을 반복적으로 수행하여 다양한 형상의 특수 패턴을 적층한 2D 이종구조를 획득할 수 있다. 이러한 이종구조는 기존 단일 박막 구조에서 얻을 수 없던 새로운 기능성을 보유할 수 있을 것이다.
이러한 공정에 따라 도 4의 (f)에 도시된 바와 같이 목표 기판(240)에 선택적 전사되는 박막을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 목표 기판(240)에 선택적 전사되는 박막은, 목표 패턴의 박막(230)을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 기판(210) 위에 증착된 박막에 패터닝 후 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)에 마스킹을 하고, 마스킹이 완료된 후 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하며, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 박막의 표면을 액상 물질(l)에 담금에 따라 박막과 기판(210) 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막(220)이 박리되어, 기판(210) 위에 남아있는 목표 패턴의 박막(230)과, 기판(210) 위에 남아 있는 목표 패턴의 박막(230)을 접착력의 차이를 이용하여 전사하는 목표 기판(240)을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 선택적 박리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 표면을 액상 물질 플랫폼에 서서히 담그면 액상 물질(l)의 표면 장력에 의한 균열 열림 힘(Crack Opening Force)이 박막에 작용하게 된다.
이때, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(510) 상에 증착된 박막에 대하여 표면처리가 진행되어 친수성(Hydrophilic) 표면(520)의 경우, 액상 물질(l)과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변하고 이에 따라 상대적으로 작은 균열 열림 힘이 작용하여 박리가 진행되지 않는다.
반면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(510) 상에 증착된 소수성(Hydrophobic) 표면(530)에는 박막과 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해지게 되어 박리가 진행될 수 있다. 충분한 균열 열림 힘의 작용으로 인하여 균열이 개시된 후에는 물의 침투 효과(Water Penetration Effect)에 의하여 쉽게 균열 진전이 발생하게 되는 원리이다.
이러한 표면의 젖음 특성 변화는 액상 물질(l)과 기판과의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 변화를 야기하고 이는 결과적으로 표면장력에 의한 균열 열림 힘(Crack Opening Force)의 변화를 야기할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 박막 영역에 대한 선택적 표면처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 액상 물질 플랫폼을 이용하여 원하는 패턴의 박막 또는 원하는 영역의 박막을 선택적으로 박리한 후 전사할 수 있다. 기판에 증착된 박막(600)에 대해 구분되어 있는 복수개의 박막 영역이 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 박막 영역은 영역 A(610), 영역 B(620) 및 영역 C(630)로 구분될 수 있으며, 선택적인 표면처리를 통하여 전사하고자 하는 영역의 박막(영역 B(620))만 액상 물질(예컨대, 물) 위에 플로팅하여 전사하고, 나머지 박막을 기판 위에 남겨 둘 수 있다. 이때 전사하고자 하는 영역 B(620)는 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않아 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 목표 패턴의 형상을 제외한 영역 A(610) 및 영역 C(630)를 포함하는 박막(600)은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어할 수 있다.
또한, 선택적인 표면처리를 통하여 전사하고자 하는 영역의 박막(영역 B(620))만 기판 위에 남겨두고, 나머지 영역을 액상 물질(예컨대, 물) 위에 플로팅한 후, 기판 위에 남아 있는 영역 B(620)의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 목표 기판에 전사할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 구불구불한 패턴의 전극 제작의 예시를 나타내는 도면이다. 도 7을 참조하면, 웨어러블, 스트레처블 전자 장치 개발을 위한 구불구불한 패턴의 전극 제작의 예시를 나타낸다. 예를 들어, 100nm 두께의 금 박막을 SiO2 wafer로부터 특정 패턴으로 박리 후 PDMS 위에 전사할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 문자 패턴을 가지는 박막의 제작 예시를 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 문자 패턴을 가지는 박막을 제작하기 위하여 Si wafer로부터 금 박막을 선택적으로 분리하여 PET 기판 위에 전사할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 나선형 인덕터의 제작 예시를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 박막 나선형 인덕터(Thin film spiral inductor)를 제작하기 위하여 Si wafer로부터 금 박막을 선택적으로 분리하여 PET 기판 위에 전사할 수 있다.
이와 같이 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 패터닝 및 선택적 전사 방법을 이용하여 패턴된 박막을 전사할 경우, 기존 공정들의 한계를 넘어서는 분해능을 가지는 패터닝 공정을 달성할 수 있다. 즉, 패턴 사이즈(선 폭) 제어의 범위가 센티미터 스케일부터 나노미터 스케일까지 광범위하다.
식각 공정이 필요 없고, 기판에 직접적인 광 노출이 없어 바이오 기술에 적용이 용이하며 친환경적인 기술이다. 식각액의 사용은 박막 및 기판에 화학적 손상을 유발할 뿐만 아니라 화학 폐기물의 처리 문제가 있기 때문에 지양하는 것이 바람직하다. 본 발명은 식각액 없이 액상 물질(일반적인 경우 물)만으로 패터닝 및 전사가 가능하므로, 화학적인 손상에서 자유로우며 환경 오염 문제가 대두되고 있는 최근의 동향과 매우 적합한 기술이다.
박막과 기판 사이의 접착력과 액상 물질의 표면장력을 정교하게 제어하여 수십 나노미터에서 수 마이크로미터에 이르는 두께의 박막뿐만 아니라, 그래핀, MoS2 와 같은 매우 얇은 이차원 재료까지 패터닝 및 선택적 박리를 수행할 수 있다. 이러한 특징은 디스플레이, 웨어러블 센서, RFID 기반 무선통신장치 및 에너지 저장 장치 등 다양한 방면에서의 응용을 가능하게 한다.
본 발명의 박막 패터닝 및 전사 방법은 두께가 얇은 유연 기판의 활용과 마찬가지로 두께가 얇은 박막의 활용이 가능하며, 추가적인 접착제를 필요로 하지 않는다. 따라서 초박형의 유연 소자를 제작할 수 있다. 이를 이용하면 유연 소자의 굽힘 성능을 개선할 수 있다. 또한 두께가 얇은 초박막의 활용은 RF 통신 장치의 표피 효과(Skin Effect)를 저감하여 전송 손실을 극소화할 수 있다.
또한, 박막 패터닝 및 전사 공정에서 박막에 의도하지 않은 균열 형성을 방지할 수 있어 제작되는 제품의 기계적 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명의 박막 패터닝 및 전사 방법은 장비 구축 및 기술 수행에 있어서 많은 시간과 비용을 요구하지 않는다. 따라서 저비용 고효율의 패터닝 및 전사 공정이 가능하다.
본 발명의 기술은 밀폐되지 않은 비 진공의 대기압 환경에서 수행할 수 있다. 즉, 빠른 공정 구성이 가능하며 실험실 스케일에서 용이하게 활용할 수 있다. 간단한 디스플레이 기기, 광학 기기, 미세전자기기 등은 본 방법을 활용하여 쉽게 제작 가능할 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노박막 디바이스 조립 방법을 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 박리(Lift-off) 공정을 이용한 나노박막 디바이스의 조립 기술을 나타낸다. 차세대 전자 제품(웨어러블, 바이오 메디컬 디바이스 등)을 만들기 위해서 센서, 배터리, 무선통신장치 등 여러 구성요소들을 하나의 플랫폼에 통합할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노박막 디바이스(1000)는 무유기 하이브리드 광전소재(1010), 전기방사 나노섬유 기반 혼성소재(1020), 전기방사 산화물/금속나노섬유 소재(1030) 및 웨어러블 바이오 압력 센서 플랫폼(1040)을 포함할 수 있다. 여기서, 무유기 하이브리드 광전소재(1010)는 예컨대 웨어러블 태양전지용 무유기 하이브리드 광전소재일 수 있고, 전기방사 나노섬유 기반 혼성소재(1020)는 웨어러블 이차전지용 나노섬유 혼성소재일 수 있으며, 전기방사 산화물/금속나노섬유 소재(1030)는 웨어러블 가스센서용 나노섬유 소재일 수 있고, 웨어러블 바이오 압력 센서 플랫폼(1040)은 웨어러블 바이오 압력 센서용 트랜지스터 소재일 수 있다.
물의 높은 표면 장력은 박막의 매우 얇은 두께에도 자유 지지(free-standing) 상태로 박막의 형상을 유지시켜 주고, 물의 낮은 점성은 마찰 없는 슬라이딩을 가능하게 하여 나노박막 조작이 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 통해 물 플랫폼을 이용한 나노박막 디바이스들의 손쉬운 조립이 가능하다. 즉, 다양한 디바이스들을 물 표면(수면) 위에 띄우고 물 위에서 조립한 후 목표 기판으로 전사할 수 있다. 박막의 증착 및 전사 조건(온도 등)이 서로 다른 경우에는 하나의 기판에 여러 부품을 통합하기 어려우나, 물 표면 위의 조립 기술을 이용하여 상기와 같은 문제를 해결할 수 있다.
도 11을 본 발명의 일 실시예에 따른 나노박막 디바이스 조립 방법의 예를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 통해 금 나노박막 패턴(디바이스)들을 물의 표면 위에 띄우고, 물 표면 위에서 조립한 후 유리 기판(glass substrate) 위로 전사할 수 있다. 이때, 유리 기판 위로의 전사 방법은 scoop-up 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 선택적 박리 및 전사 방법은 수면의 고유한 특성에 의해 나노박막 디바이스 조립(assembly)을 가능하게 한다. 물은 박막(필름)-기판 인터페이스의 접착 에너지를 낮출 뿐만 아니라, 나노박막을 조작하기 위한 이상적인 플랫폼으로 활용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막의 선택적 박리 및 전사 방법은, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 패턴화된 디바이스를 선택적으로 마스킹하고 시편을 UV/오존 처리에 노출시켜 수면에 소수성 표면 특성을 갖는 패턴화된 Au 나노박막 디바이스를 부유시킬 수 있다. 그리고 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 박리 과정을 반복적으로 수행하여 복수개의 Au 나노박막 디바이스를 수면에 플로팅 시킬 수 있다. 이때 저점도의 물은 나노박막 디바이스의 조작을 용이하게 하여 마찰 없는 슬라이딩을 가능하게 할 수 있다. 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 나노박막 디바이스는 초박형 바늘로 디바이스들을 조작하여 수면에서 조립될 수 있다. 그리고, 도 11의 (d)에 도시된 바와 같이, 조립된 시스템을 최종적으로 scoop-up 방법으로 유리 기판에 전사될 수 있다.
이와 같이, 다양한 형상 및 색깔을 가지는 나노박막 디바이스(패턴)을 물 표면 위에 플로팅(floating)해서 조립한 후 기판 위에 전사할 수 있다.
표 1은 기존 박막의 선택적 박리 및 전사 방법과 본 발명에 따른 박막의 선택적 박리 및 전사 방법을 비교한 결과를 나타낸다.
[표 1]
Figure 112019114756716-pat00001
본 발명은 패턴 사이즈(또는 선 폭) 제어의 범위가 센티미터 스케일부터 나노미터 스케일까지 광범위하다. 기존 포토리소그래피의 경우 광 회절의 문제로 인하여 100 nm 이하의 분해능(resolution) 구현에서 기술적 한계에 도달하였다. 소프트 리소그래피는 탄성 중합체 스탬프의 변형 및 뒤틀림으로 인하여 복잡한 무늬의 구조를 형성하는데 있어서 문제점이 발생하여 아직까지 20nm 이하의 분해능 구현이 어려우며, 대면적 박막을 균열 없이 전사하는 것이 매우 도전적이다. 또한 잉크젯 프린팅 방법은 용액 기반 공정이기 때문에 가능한 선폭이 수십 마이크로 단위 수준으로 분해능이 좋지 않다. 반면, 본 발명은 펨토 초 레이저를 활용하여 미세한 균열 패턴을 박막에 형성할 수 있으며, 표면처리 영역의 선택이 정밀하지 않더라도 균열 개시가 안되도록 설계가 가능하기 때문에 더 좋은 분해능을 가질 수 있을 뿐만 아니라 대면적의 박막 패턴도 균열 없이 구현 가능하다.
본 발명의 방법은 박막과 기판 사이의 접착력을 제어하거나, 액상 물질의 표면장력을 계면활성제 첨가 또는 다른 액상 물질의 사용 등으로 제어하여 다양한 두께를 가지는 다양한 박막 물질(Film thickness & material) 패턴을 전사할 수 있다. 반면 포토리소그래피의 경우에는 식각이 가능한 박막 물질을 패터닝할 수 있고, 잉크젯 프린팅의 경우에는 '잉크'라는 용액 기반의 재료 사용이 필수적으로 요구되므로 박막 물질 사용에 제한이 있다.
식각 공정(Etching process)은 환경 문제 및 바이오 분야의 응용, 그리고 박막의 품질을 종합적으로 고려하였을 때 지양하여야 하는 공정이다. 이때 기존 포토리소그래피는 대부분의 패터닝 공정에서 식각 공정을 필요로 하며, 소프트 리소그래피 공정 또한 미리 패턴된 마스터 몰드를 얻기 위하여 전 공정으로 포토리소그래피를 활용해야 하므로 식각 공정의 활용이 부분적으로 요구된다고 볼 수 있다. 반면 본 발명의 방법은 패터닝부터 박막의 전사에 이르기까지 전 공정에서 식각 공정이 요구되지 않으므로 친환경적이다.
본 발명은 비교군 중 가장 저렴한 비용(Cost)으로 박막 패터닝이 가능하다. 포토리소그래피 방법은 진공 환경과 고가의 장비를 요구할 뿐만 아니라 패터닝을 위한 시간의 소모도 크다. 잉크젯 프린팅 공정은 대기압 환경에서의 공정이 가능하며 재료의 소모를 최소화 할 수 있다는 점에서 상대적으로 포토리소그래피 공정보다는 경제적이나, 여전히 첨단 장비를 요구하여 공정 구축이 쉽지 않다. 소프트 리소그래피의 경우에는 탄성 중합체의 스탬프를 이용하여 공정이 가능하지만, 특정 패턴의 공정을 위해서는 포토리소그래피의 도움을 받아야 하거나, 원하는 패턴마다 스탬프를 새로 제작해야 한다는 단점이 있다. 반면 본 발명은 박막에 균열을 인가해준 후 표면처리만 진행하면 쉽게 구할 수 있는 물과 같은 액상 물질에 담그면 박막의 패터닝이 완료되게 된다. 따라서 저비용 고효율의 공정이 가능하며 장비 구축이 매우 쉬운 방법이다.
포토리소그래피 공정의 한계점 중 하나는 유연기판에 직접적으로 패턴된 박막을 집적하기가 어렵고, 또한 평면이 아닌 곡면형 기판(Non-planar & flexible substrate)에 적용하기가 어렵다는 것이다. 하지만, 본 발명의 기술은 임의의 형상의 기판 및 유연 기판 위에 고품질의 패턴된 박막을 쉽게 전사할 수 있다.
기존 디스플레이 및 반도체 제조 산업에서 가장 많이 활용되고 있는 것은 포토리소그래피 공정이다. 따라서 초기 공정은 포토리소그래피 공정과 정합성이 높도록 설계되었지만, 포토리소그래피 방법의 광 회절과 효율성 문제가 대두되자 포토리소그래피 공정을 대체할 대안이 요구되는 상황이다. 본 발명의 기술은 기술 도입기의 상태이기 때문에 공정 상의 정합성으로 인하여 산업에서 바로 채택할 수 는 없겠지만, 점차 기술이 성숙도가 향상됨에 따라 이러한 문제를 충분히 해결할 수 있을 것이다.
앞서 언급하였듯, 본 발명에 따른 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 패터닝 및 선택적 전사 방법은 기존 박막 패터닝과 비교하여 다양한 방면에서 이점을 얻을 수 있다. 이러한 이점을 기반으로 본 발명에 따른 박막 패터닝 및 전사 방법을 활용하여 초박형 웨어러블 센서, 유연하고 투명한 디스플레이, 마이크로 LED, 바이오 메디컬 디바이스, 무선통신시스템 등을 구현할 수 있다.
예를 들어, 웨어러블 센서 개발에 중요한 것은 센서를 피부에 부착하였을 때 피부와 컨포멀 컨텍(conformal contact)을 형성하고 있어, 착용자가 이물감이 느껴 지지 않도록 해야 한다는 것이다. 이를 위해서는 기판과 박막의 두께가 극도로 얇아야 한다. 더 자세하게는, 수 마이크로미터 수준의 두께를 가지는 얇은 기판에 수 나노미터에서 수백 나노미터 정도의 두께를 가지는 전극을 정교하게 집적해야 한다. 또한 전극의 기계적 신뢰성을 확보하기 위해서는 실시 예에서 구현한 구불구불한 형상 등의 특정 패턴의 박막을 전사해야 한다. 이와 같이 웨어러블 센서의 상용화를 위해서는 다방면의 도전적인 문제들이 있지만, 본 발명의 방법을 이용하면 굽힘 강성이 극도로 작은 유연한 기판 위에 낮은 두께의 패턴된 박막을 정교하게 집적할 수 있을 것이다.
유연하고 투명한 디스플레이 및 반도체 소자: 디스플레이 및 반도체 소자에서 가장 중요한 핵심 요소는 TFT(Thin Film Transistor)일 것이다. 국내 유명 디스플레이 회사들에서는 TFT 제작을 위해 포토리소그래피 공정을 활용하고 있지만, 플렉서블, 롤러블 등의 유연 디스플레이 개발을 위한 유연 기판 및 얇은 기판의 활용과 광 회절 현상 발생에 따라 포토리소그래피 공정의 한계점이 점차 대두되고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 본 발명에서 개발된 방법의 높은 분해능, 저비용 고효율 공정, 그리고 유연 기판 및 곡면형 기판 적용 가능성 등의 장점을 이용하면 디스플레이 산업에서도 기존 포토리소그래피 공정을 대체할 수 있는 대안으로 떠오를 것으로 예상한다.
또한, 마이크로 LED는 기존 LCD 기술에 비하여 대비, 응답 시간, 효율성 측면에서 우수하며 기존 OLED과 같은 수명 문제가 없는 첨단 디스플레이 기술이다. 하지만, 개개의 화소 요소를 이우는 LED 배열을 정교하게 유연 기판에 전사해야 한다는 점으로 인하여 생산 난이도가 매우 높다. 이러한 마이크로 LED를 상용화하기 위하여 국내외 유명 기업에서 연구 개발을 추진 중 이지만 아직까지 전사 공정의 어려움이 남아 있는 현황이다. 본 발명의 박막 패터닝 및 전사 공정은 높은 Resolution과 유연 기판 적용 가능을 가지고 있기 때문에 위와 같은 마이크로 LED의 정교한 생산 작업에 활용될 수 있을 것이다. 또한 마이크로 LED의 생산 공정에서는 기존 포토리소그래피 방법과 완전히 다른 생산 공정이 적용되므로 기존 공정과의 정합성(Compatibility)를 고려할 필요가 없다는 점도 이점이다.
그리고, 본 발명은 수술용 의료 기기 및 체온, 심박수, 혈당 등의 인체의 건강 상태에 대한 정보를 확보하기 위한 헬스 케어 시스템 개발에도 활용될 수 있을 것이다. 예를 들면, 기존 혈관 질환 수술을 위한 마이크로 카테터의 사용은 매뉴얼 작동 방식으로 의사의 숙련도가 필요하다. 이를 개선하여 마이크로 카테터에 패턴된 전극과 무선통신을 위한 박막 인덕터 등을 집적하여 무선으로 조종 가능한 카테터를 개발할 수 있을 것이다. 또한 우리가 착용하는 콘텍트 렌즈에 매우 얇은 전극을 이용한 센서를 집적하여 혈당 등을 실시간으로 알 수 있을 것이다. 이 밖에도 혈관이나 머리카락, 뇌 등 인체에 부착할 수 있는 바이오 메디컬 디바이스를 개발할 수 있을 것이다.
또한, RFID 기반 무선통신시스템에는 박막 인덕터(Thin Film Inductor)가 필수적으로 사용된다. 박막을 이용하여 인덕터를 제작하기 위해서는 복잡한 패턴을 정교하게 형성하고 전사해야 한다. 이때, 본 발명의 기술을 이용하면 초박막을 이용하여 인덕터용 패턴을 손쉽게 제작할 수 있고 임의의 형상의 기판에 집적이 가능할 것이다. 뿐만 아니라, RF 영역(초고주파수 영역)에서는 표피효과로 인한 손실 문제가 발생하게 되는데, 이때 극도로 얇은 박막을 집적하면 표피효과로 인한 전송 손실을 크게 개선할 수 있다. 따라서 저 손실 무선통신시스템 개발에 매우 적합하다고 할 수 있다.
위의 응용 예시 이외에도 본 발명의 액상 물질 플랫폼을 이용한 박막의 패터닝 및 선택적 전사 방법은 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 간단한 공정을 통하여 활용할 수 있는 방법이기 때문에 기존 시장뿐 아니라 새로운 시장으로의 적용 및 발전 가능성이 매우 높다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 기판 위에 박막을 증착하는 단계;
    목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 상기 박막에 패터닝하는 단계;
    상기 목표 패턴의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계;
    마스킹이 완료된 후, 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계;
    선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계; 및
    상기 목표 패턴의 박막이 상기 액상 물질에 플로팅(Floating) 상태일 때, 목표 기판을 상기 액상 물질에 담그고 상기 목표 패턴의 박막을 원하는 위치로 옮긴 후 상기 목표 기판을 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올림(Scoop-up)에 따라 상기 목표 패턴의 박막과 상기 목표 기판 사이의 반데르발스(van der Waals) 힘을 이용하여 상기 목표 패턴의 박막을 전사하는 단계
    를 포함하는, 선택적 전사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 목표 패턴의 박막에 마스킹을 하는 단계는,
    표면처리 효과를 차단할 수 있는 물질을 이용하여 상기 목표 패턴의 박막에 마스킹을 하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계는,
    마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 함에 따라 상기 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않는 상기 목표 패턴의 박막은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 상기 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계는,
    소수성(Hydrophobic) 특성의 상기 목표 패턴의 박막의 경우, 상기 액상 물질에 의해 상기 목표 패턴의 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해져 박리가 진행되고, 친수성(Hydrophilic) 특성의 상기 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막의 경우, 상기 액상 물질과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변화되어 균열을 개시하기 위한 힘이 줄어들게 되어 박리가 진행되지 않는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전사하는 단계는,
    소정 두께 이하의 얇은 이차원 재료의 경우, 단일 박막층이 균열 없이 물 위에 플로팅하기에 불안정하여 PMMA(poly-methyl methacrylate)의 희생층을 활용하여 보호 후 전사하며, 전사 공정 후 희생층을 제거하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    선택적 전사 공정을 반복적으로 수행하여 다양한 형상의 특수 패턴을 적층한 2D 이종구조를 획득하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 목표 패턴의 박막이 박리되는 단계는,
    복수개의 박막에 대해 박리 과정을 반복적으로 수행하여 수면 위에 플로팅 시키는 단계; 및
    플로팅된 상기 복수개의 박막을 수면 위에서 조립하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전사하는 단계는,
    상기 목표 기판을 상기 액상 물질에 담근 후 들어올리면서 플로팅 후 조립된 상기 복수개의 박막을 떠올려(Scoop-up) 전사하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  8. 기판 위에 박막을 증착하는 단계;
    목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 상기 박막에 패터닝하는 단계;
    상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹(Masking)을 하는 단계;
    마스킹이 완료된 후 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계;
    선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되는 단계; 및
    상기 기판 위에 남아 있는 상기 목표 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 목표 기판에 전사하는 단계
    를 포함하고,
    상기 전사하는 단계는,
    상기 목표 패턴의 박막과 목표 기판 사이의 반데르발스(van der Waals) 힘을 이용하여 전사, 접착제를 도포하여 상기 목표 패턴의 박막과 상기 목표 기판 사이의 접착력을 증대시켜 전사, 및 열압착을 이용하여 전사 중 적어도 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 접착력을 제어함에 따라 상기 목표 패턴의 박막을 상기 목표 기판에 전사하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹을 하는 단계는,
    표면처리 효과를 차단할 수 있는 물질을 이용하여 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹을 하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 단계는,
    마스킹이 완료된 시료에 표면처리를 함에 따라 상기 마스킹이 완료되어 표면처리에 노출되지 않는 상기 목표 패턴 형상을 제외한 영역의 박막은 본래의 소수성(Hydrophobic) 특성을 보유하도록 하고, 표면처리에 노출되는 상기 목표 패턴의 박막은 친수성(Hydrophilic) 특성을 갖게 되어, 박막의 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되는 단계는,
    소수성(Hydrophobic) 특성의 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막의 경우, 상기 액상 물질에 의해 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 충분한 균열 열림 힘이 가해져 박리가 진행되고, 친수성(Hydrophilic) 특성의 상기 목표 패턴 형상의 박막의 경우, 상기 액상 물질과 박막 표면 사이의 메니스커스 라인(Meniscus Line)의 형성 각도가 변화되어 균열을 개시하기 위한 힘이 줄어들게 되어 박리가 진행되지 않는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    선택적 전사 공정을 반복적으로 수행하여 다양한 형상의 특수 패턴을 적층한 2D 이종구조를 획득하는 것
    을 특징으로 하는, 선택적 전사 방법.
  14. 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 기판 위에 증착된 박막에 패터닝 후 상기 목표 패턴의 박막에 마스킹(Masking)을 하고, 마스킹이 완료된 후 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하며, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 박리되는 목표 패턴의 박막; 및
    상기 목표 패턴의 박막이 전사되는 목표 기판
    을 포함하고,
    상기 목표 패턴의 박막이 상기 액상 물질에 플로팅(Floating) 상태일 때, 상기 목표 기판을 상기 액상 물질에 담그고 상기 목표 패턴의 박막을 원하는 위치로 옮긴 후 상기 목표 기판을 들어올리면서 플로팅된 상기 목표 패턴의 박막을 떠올림(Scoop-up)에 따라 상기 목표 패턴의 박막과 상기 목표 기판 사이의 반데르발스(van der Waals) 힘을 이용하여 상기 목표 패턴의 박막을 전사하는 것
    을 특징으로 하는, 목표 기판에 선택적 전사되는 박막.
  15. 목표 패턴의 박막을 얻기 위해 레이저 또는 도구를 이용하여 기판 위에 증착된 박막에 패터닝 후 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막에 마스킹(Masking)을 하고, 마스킹이 완료된 후 상기 박막에 표면처리를 하여 표면 젖음 특성을 선택적으로 제어하며, 선택적으로 표면처리가 완료되어 젖음 특성이 달라진 상기 박막의 표면을 액상 물질에 담금에 따라 상기 박막과 상기 기판 사이의 계면을 박리할 수 있는 균열 열림 힘이 가해져 상기 목표 패턴의 형상을 제외한 영역의 박막이 박리되어, 상기 기판 위에 남아있는 목표 패턴의 박막; 및
    상기 기판 위에 남아 있는 상기 목표 패턴의 박막을 접착력의 차이를 이용하여 전사하는 목표 기판
    을 포함하고,
    상기 목표 패턴의 박막과 목표 기판 사이의 반데르발스(van der Waals) 힘을 이용하여 전사, 접착제를 도포하여 상기 목표 패턴의 박막과 상기 목표 기판 사이의 접착력을 증대시켜 전사, 및 열압착을 이용하여 전사 중 적어도 어느 하나 이상의 방법을 이용하여 접착력을 제어함에 따라 상기 목표 패턴의 박막을 상기 목표 기판에 전사하는 것
    을 특징으로 하는, 목표 기판에 선택적 전사되는 박막.
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