KR102347148B1 - 레이저를 이용한 개별 소자들의 전사 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 개별 소자들의 전사 방법은 소스 기판 상에 복수개의 개별 소자들을 형성하는 단계; 상기 개별 소자들이 형성된 상기 소스 기판 상에 변형 필름을 안착시켜 상기 변형 필름 내부로 상기 개별 소자들중 적어도 하나를 임베딩시키는 단계; 상기 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시켜 상기 개별 소자들중 적어도 하나를 상기 변형 필름 내부로 전사하는 단계; 상기 전사된 적어도 하나의 개별소자를 포함하는 변형 필름과 인터포저 기판을 접착층으로 부착하는 단계; 상기 변형 필름을 상기 인터포저 기판과 분리시켜 상기 인터포저 기판 상에 상기 적어도 하나의 개별 소자를 남기는 단계; 상기 접착층을 식각하여 상기 개별 소자들 하부에 접착 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 인터포저 기판에 남겨진 상기 적어도 하나의 개별 소자에 레이저를 직접적으로 조사하여 배선 기판에 상기 개별 소자를 전사하는 단계를 포함한다. 상기 레이저 조사는 상기 인터포저 기판 및 상기 접착 패턴의 하면에 전달되고, 상기 개별 소자는 상기 접착 패턴을 포함하여 상기 배선 기판에 전사된다.
Description
본 발명은 개별 소자들(개별 컴포넌트들 또는 개별 칩들)의 전사(또는 전달) 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 개별 소자들을 동시에 또는 복수개의 개별 소자들이나 하나의 개별 소자를 선택적으로 타겟 기판(또는 목적 기판), 예컨대 배선 기판(또는 디스플레이 기판) 등으로 대량으로 빠르게 전사하는 전사 방법에 관한 것이다.
본 발명은 중소벤처기업부 기술창업투자연계과제의 일환으로 엘씨스퀘어 주식회사에서 주관하고 연구하여 수행된 연구로부터 도출된 것이다. [연구기간: 2019.07.01~2020.06.30, 주관기관: 엘씨스퀘어 주식회사, 연구과제명: 마이크로 LED 디스플레이 핵심 기술 및 부품 개발, 과제 고유번호: S2767485]
전기 및 전자 기술들이 급속도로 발전함에 따라, 새로운 시대적 요구 및 다양한 소비자들의 요구에 맞춰 기술적 성격이 서로 다른 다양한 개별 소자들의 융합이 필요할 수 있다.
이에 따라, 상이한 기술 기반으로 제작된 개별 소자들(또는 개별 컴포넌트들)을 소스 기판에서 제조한 후, 타겟 기판, 예컨대 배선 기판(또는 디스플레이 기판) 등으로 손상 없이 대량으로 전달(또는 전사)하여 집적할 수 있는 전사 방법이 매우 중요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저를 이용하여 개별 소자들을 손상없이 타겟 기판으로 대량으로 빠르게 전사하는 전사 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법은 소스 기판 상에 서로 떨어져 위치하는 복수개의 개별 소자들을 형성하는 단계; 지지 기판에 부착된 변형 필름을 준비하는 단계; 상기 개별 소자들이 형성된 상기 소스 기판 상에 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 상기 개별 소자들중 적어도 하나를 임베딩시키는 단계; 상기 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시켜 상기 개별 소자들중 적어도 하나를 상기 지지 기판 상에 부착된 상기 변형 필름 내부로 전사하는 단계; 상기 전사된 적어도 하나의 개별소자를 포함하는 상기 변형 필름과 인터포저 기판을 접착층과 부착하는 단계; 상기 지지 기판 및 상기 변형 필름을 상기 인터포저 기판과 분리시켜 상기 인터포저 기판 상에 상기 적어도 하나의 개별 소자를 남기는 단계; 상기 접착층을 패터닝하여 상기 개별 소자들 하부에 접착 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 인터포저 기판 상의 상기 접착 패턴 상에 남겨진 상기 적어도 하나의 개별 소자에 레이저를 직접적으로 조사하여 상기 인터포저 기판과 일정 간격으로 떨어져 있는 배선 기판에 상기 개별 소자를 상기 인터포저 기판으로부터 분리하여 안착시키는 단계를 포함하되, 상기 레이저 조사는 상기 인터포저 기판 및 상기 접착 패턴의 하면에 전달되고, 상기 개별 소자는 상기 접착 패턴을 포함하여 상기 배선 기판에 전사된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변형 필름은 빛 또는 열에 의해 변형되는 것으로서 변형 정도 또는 변형 횟수의 제어가 가능한 열가소성 수지 또는 광가소성 수지로 구성될 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 변형 필름 내부로 제1 개별 소자를 전사한 후에, 상기 개별 소자를 임베딩시키는 단계 및 상기 개별 소자를 상기 변형 필름 내부로 개별 소자를 전사하는 단계를 반복 수행하여 상기 변형 필름 내부로 제2 내지 제n 개별 소자(n>2, n은 양의 정수)를 더 임베딩시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 소스 기판은 상기 지지 기판 상에 상기 개별 소자들이 임베딩된 상기 변형 필름과 레이저 리프트 오프(Laser-lift-off) 또는 화학적 리프트 오프(Chemical lift-off) 방식에 의해 분리될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개별 소자는 전자 소자, 광소자, 센서 소자, 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, 레이저 소자, PN 접합 소자 및 멤스 소자중 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 인터포저 기판은 투명 기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법은 서로 떨어져 있는 제1 내지 제3 개별 소자들을 지지 기판 상에 부착된 변형 필름과 합체시킴으로써 상기 변형 필름 내부로 상기 제1 내지 제3 개별 소자들을 임베딩시켜 전사하는 단계; 상기 전사된 제1 내지 제3 개별소자들을 포함하는 변형 필름 상에 접착층을 형성하는 단계; 상기 접착층 상에 인터포저 기판을 부착하는 단계; 상기 지지 기판 및 상기 변형 필름을 상기 인터포저 기판과 분리시켜 상기 접착층 상에 상기 제1 내지 제3 개별 소자들을 남기는 단계; 상기 접착층을 패터닝하여 상기 제1 내지 제3 개별 소자들의 하부에 접착 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 인터포저 기판의 일면을 통해 상기 접착 패턴 상에 형성된 제1 내지 제3 개별 소자들중 적어도 하나에 레이저를 직접적으로 조사하여 상기 인터포저 기판과 일정 간격으로 떨어져 있는 배선 기판에 상기 제1 내지 제3 개별 소자들중 적어도 하나를 상기 인터포저 기판으로부터 분리하여 안착시키는 단계를 포함하되, 상기 레이저 조사는 상기 인터포저 기판 및 상기 접착 패턴의 하면에 전달되고, 상기 제1 내지 제3 개별 소자들중 어느 하나는 상기 접착 패턴을 포함하여 상기 배선 기판에 전사된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 개별 소자들을 상기 지지 기판 상에 부착된 상기 변형 필름 내부로 전사하는 단계는, 상기 제1 개별 소자가 형성된 제1 소스 기판 상에 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 제1 개별 소자를 임베딩시킨 후 상기 제1 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시키는 단계, 상기 제2 개별 소자가 형성된 제2 소스 기판 상에 상기 제1 개별 소자가 임베딩된 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 제2 개별 소자를 임베딩시킨 후, 상기 제2 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시키는 단계, 및 상기 제3 개별 소자가 형성된 제3 소스 기판 상에 상기 제1 개별 소자 및 상기 제2 개별 소자가 임베딩된 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 제3 개별 소자를 임베딩시킨 후, 상기 제3 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 개별 소자들은 각각 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자일 수 있다.
본 발명은 개별 소자들(개별 컴포넌트들 또는 개별 칩들)을 인터포저 기판으로 전사시킨 후, 레이저를 이용하여 복수개의 개별 소자들을 동시에, 또는 복수개의 개별 소자들이나 하나의 개별 소자를 선택적으로 배선 기판으로 전사할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 개별 소자들을 타겟 기판(또는 목적 기판), 예컨대 배선 기판(또는 디스플레이 기판) 등으로 대량으로 빠르게 전사할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 17 내지 도 23은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 17 내지 도 23은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 본 발명의 실시예들은 어느 하나로만 구현될 수도 있고, 또한, 이하의 실시예들은 하나 이상을 조합하여 구현될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 하나의 실시예에 국한하여 해석되지는 않는다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 소스 기판(100) 상에 복수개의 개별 소자들(200)을 형성한다. 소스 기판(100)은 사파이어 기판, 실리콘(Si) 기판, 갈륨 비소(GaAs) 기판, 갈륨 인(GaP) 기판, 갈륨비소인(GaAsP) 기판, 실리콘 카바이드(SiC) 기판, 칼륨 질소(GaN) 기판, 알루미늄 질소(AlN) 기판, 아연 산화물(ZnO) 기판 및 마그네슘 산화물(MgO) 기판중 어느 하나를 사용할 수 있다.
소스 기판(100)은 반도체 기판일 수 있다. 소스 기판(100)은 웨이퍼일 수 있다. 개별 소자들(200)은 전자 소자, 광소자, 센서 소자, 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, 레이저 소자, PN 접합 소자 및 멤스 소자중 어느 하나일 수 있다. 개별 소자들(200)은 개별 컴포넌트들 또는 개별 칩들로 명명될 수 있다.
본 실시예에서는 개별 소자들(200)의 일 실시예로서 발광 소자, 예컨대 마이크로 LED(light emitting diode) 소자를 이용하여 설명한다. 마이크로 LED 소자는 그 크기가 100㎛ X 100㎛ 이하인 LED 소자를 의미할 수 있다. 마이크로 LED 소자(210, 220, 230)를 이용하여 풀 칼라 디스플레이를 구현하기 위해서, 도 1에 도시한 바와 같이 서로 다른 3개의 소스 기판(100) 각각에 발광 파장이 다른 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)가 제조될 수 있다. 발광 파장은 반도체 밴드갭에 따라 달라질 수 있다.
청색 마이크로 LED 소자(230)는 GaN 기반으로 제조될 수 있다. 녹색 마이크로 LED 소자(220)는 GaN 기반이나, 발광 영역인 양자 우물 구조의 물질(InGaN)의 조성비를 청색 마이크로 LED 소자(230)와 달리함으로써 밴드갭을 조절하여 제조될 수 있다. 적색 마이크로 LED 소자(210)는 GaAs 기반으로 제조될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 서로 다른 소스 기판(100)에 제조된 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 디스플레이 화소로 적용하기 위하여, 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220) 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 인터포저 기판(400, 또는 타겟 기판)으로 전사시킨다. 인터포저 기판(400)은 매개 기판, 임시 기판, 또는 인터포저 등으로 명명될 수 있다.
도 3에서는 하나의 인터포저 기판(400)에 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220) 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 모두 전사시킨 것을 도시하였다. 그러나, 필요에 따라서 세개의 인터포저 기판들에 각각 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220) 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 전사시킬 수도 있다.
인터포저 기판(400)으로 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 전달(또는 전사)할 때, 소스 기판(100)에 제조된 불량의 마이크로 LED 소자들(210, 220, 230)은 인터포저 기판(400)으로 전사시키지 않는다. 또한, 소스 기판(100)에 제조된 마이크로 LED 소자들(210, 220, 230)은 인터포저 기판(400)으로 전사될 때 마이크로 LED 소자들(210, 220, 230)의 개수는 마이크로 LED 소자들(210, 220, 230)의 간격(또는 피치) 등으로 조절한다.
계속하여, 인터포저 기판(400)으로 전사된 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 배선 기판(500, 또는 타겟 기판), 즉 디스플레이 기판으로 전사하여 풀 칼라 디스플레이를 구현한다.
앞서 설명한 바와 같이 세개의 인터포저 기판들로 각각 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 전사시킨 경우에는 각각의 인터포저 기판에서 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 배선 기판(500, 또는 타겟 기판), 즉 디스플레이 기판으로 전사하여 풀 칼라 디스플레이를 구현할 수 있다.
그런데, 서로 다른 소스 기판(100)에 제조된 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)는 수십만개 내지 수백만개일 수 있다. 일부 실시예에서, 서로 다른 소스 기판(100)에 제조된 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)는 수백만개 이상일 수 있다.
본 발명은 후술하는 바와 같이 수십 내지 수백만개의 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)를 타켓 기판, 즉 인터포저 기판(400)이나 배선 기판(500)으로 대량 및 고속으로 전사할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
구체적으로, 도 6에 도시한 바와 같이 인터포저 기판(400)의 일면(400a)에 서로 떨어져 있는 접착 패턴(410a)이 형성되어 있다. 인터포저 기판(400)은 투명 기판일 수 있다. 접착 패턴(410a)은 제거 가능한 접착층일 수 있다. 접착 패턴(410a)은 인터포저 기판(400)에 형성된 접착층(도 6의 410)을 식각하여 형성될 수 있다. 접착 패턴(410a) 상에는 개별 소자들(200)이 전사되어 있다. 개별 소자들(200)은 마이크로 LED 소자들일 수 있다. 인터포저 기판(400)에 개별 소자들(200)을 전사하는 방법에 대하여는 후술한다. 개별 소자들(200)은 전극(202)이 아래로 향하게 배치되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이 인터포저 기판(400)의 타면(400b)으로 레이저(405)를 개별 소자(200)에 직접적으로 전사한다. 레이저(405)는 인터포저 기판(400) 및 접착 패턴(410a)의 일면(410a-1)에 바로 조사될 수 있다. 레이저(405)는 접착 패턴에서 거의 다 흡수될 수 있다. 이렇게 되면, 도 7에 도시한 바와 같이 레이저가 조사된 개별 소자(200-2)은 접착 패턴(410a)를 포함하여 배선 기판(500, 또는 타겟 기판), 예컨대 디스플레이 기판으로 전사될 수 있다.
도 6의 레이저 조사와 도 11의 레이저 조사를 비교할 때, 도 6의 레이저 조사는 레이저 파워가 약 1/7로 줄어들 수 있다. 다시 말해, 도 11의 레이저 조사는 소스 기판(100), 예컨대 사파이어 기판 상에 고온에서 제조한 개별 소자(200, 예컨대 마이크로 LED)를 분리하는 것이고, 도 6의 레이저 소자는 접착 패턴(410a) 상의 개별 소자(200)를 분리하는 것이기 때문에 도 8의 레이저 조사의 레이저 파워는 도 11의 레이저 파워의 1/7 정도일 수 있다.
따라서, 인터포저 기판(400)의 타면(400b)으로 레이저(405)를 개별 소자(200)에 직접적으로 전사하더라도 레이저 파워가 낮고 접착 패턴(410a)에서 레이저를 흡수하여 개별 소자(200)가 손상되지도 않고 크랙이 발생하지도 않고 깨지지도 않는다. 레이저 조사후 개별 소자(200-2)에 남아있는 접착 패턴(410a)는 후속의 습식 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 도 6 및 도 7에서는 편의상 하나의 개별 소자(200-2)가 배선 기판(500)으로 전사되는 것을 설명하였으나, 어레이 형태로 복수개의 개별 소자들(200)이 한번에 배선 기판(500)으로 전사될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
구체적으로, 배선 기판(500) 상에 인터포저 기판(400)이 위치할 수 있다. 인터포저 기판(400)에 위치하는 개별 소자들(200)은 레이저 장치(410)로부터 전달되는 레이저(405)가 조사되어 배선 기판(500)으로 전사될 수 있다.
인터포저 기판(400)에 위치하는 개별 소자들(200)은 하나 또는 복수개에 레이저(405)가 조사될 수 있다. 이렇게 될 경우, 배선 기판(500)에는 하나 또는 복수개의 개별소자들(200)이 배선 기판(500)으로 전사될 수 있다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9을 참조하면, 소스 기판(100) 상에 서로 떨어져 있는 개별 소자들(200)을 형성한다. 본 실시예에서는 소스 기판(100)을 사파이어 기판을 이용할 수 있다. 소스 기판(100)은 개별 소자들(200)을 구성하는 물질층들이 성장되는 성장 기판일 수 있다. 개별 소자들(200)은 앞서 설명한 바와 같이 마이크로 LED 소자들일 수 있다.
개별 소자들(200)이 형성된 소스 기판(100) 상에 지지 기판(310)에 부착된 변형 필름(300)을 위치(안착)시킨다. 지지 기판(310) 상에 변형 필름(300)을 부착한 후, 변형 필름(300)을 하부로 하여 지지 기판을 개별 소자들(200)이 형성된 소스 기판(100) 상에 위치(안착)시킬 수 있다. 변형 필름(300)은 빛 또는 열에 의해 변형되는 소재일 수 있다. 변형 필름(300)은 후술하는 바와 같이 임베딩 공정시마다 개별 소자들(200)의 형태에 대응하여 변형되는 소재일 수 있다.
도 10을 참조하면, 개별 소자들(200)이 형성된 소스 기판(100) 상에 지지 기판(310)에 부착된 변형 필름(300)을 합체한다. 이렇게 되면, 소스 기판(100) 상에 형성된 개별 소자들(200)이 변형 필름(300) 내부로 임베딩(embedding)된다.
변형 필름(300)은 개별 소자들(200)를 임베딩하고 이를 어느 정도 고정시켜 집적할 수 있는 유동성 재료이다. 변형 필름(300)은 빛 또는 열에 의해 변형되는 것으로서 변형 정도 또는 변형 횟수의 제어가 가능한 소재일 수 있다. 변형 필름(300)은 기본(1차) 임베딩 공정 및 추가(2차) 임베딩 공정에 의해서도 빛 또는 열에 의해 변형이 자유롭게 이루어지는 소재일 수 있다. 일부 실시예에서, 변형 필름(300)은 예컨대 열가소성 또는 광가소성 수지로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 변형 필름(300)은 부분 경화 공정이 가능한 열경화성 또는 광경화성 수지를 사용할 수도 있다.
변형 필름(300)은 필름의 형태로 형성되거나, 유동체 상태로 제공되어 개별 소자(200)가 형성된 소스 기판(100) 상에 안착되거나, 라미네이팅 또는 코팅되어 형성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 정확한 소스 기판(100) 상의 위치로 변형 필름(300)을 안착시키고, 변형 필름(300)의 분리의 용이성을 위해 지지 기판(310) 상에 먼저 변형 필름(300)을 형성한 상태에서 소스 기판(100) 상에 안착시킬 수도 있다.
변형 필름(300)은 내부에 개별 소자(200)를 안정적으로 임베딩하는 것이 바람직하므로, 개별 소자(200)의 두께보다는 두껍게 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 변형 필름(300)은 적어도 100㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 변형 필름(300)은 적어도 10㎛ 이상의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 변형 필름(300)은 10㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다. 그러나 경우에 따라서 변형 필름(300)은 표면 또는 표면 근방에서 임베딩 및 집적이 이루어질 수도 있기 때문에 변형 필름(300)의 두께는 임베딩 공정 환경하에서 적절히 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 변형 필름(300)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드, DFR(Dry film photoresist)이나, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 폴리에스터 아크릴레이터 등이 사용될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 도 11 및 도 12에 도시한 바와 같이 소스 기판(100)으로부터 임베딩된 개별 소자들(200)을 포함하는 변형 필름(300)은 서로 분리될 수 있다. 소스 기판(100)과 개별 소자들(200)이 포함된 변형 필름(300)의 분리는 레이저 리프트 오프(Laser-lift-off) 또는 화학적 리프트 오프(Chemical-lift-off) 방식에 의해 수행할 수 있다.
여기서는 레이저 기프트 오프 방식에 의해 소스 기판(100)으로부터 임베딩된 개별 소자들(200)을 포함하는 변형 필름(300)을 분리하는 과정을 설명한다.
도 11에 도시한 바와 같이 소스 기판(100)에 레이저(205)를 가한다. 이렇게 되면, 도 12에 도시한 바와 같이 소스 기판(100)과 변형 필름(300) 사이의 접착력이 저하되어 소스 기판(100)으로부터 임베딩된 개별 소자들(200)을 포함하는 변형 필름(300)은 분리될 수 있다.
다시 말해, 소스 기판(100)의 배면으로부터 조사된 레이저가 소스 기판(100)과 개별 소자(200) 사이에 에너지를 공급하여 개별 소자(200)를 소스 기판(100)으로부터 분리시킨다. 소스 기판(100)이 투명한 사파이어 기판이라면 소스 기판(100)은 빛에 대하여 투명하고(빛이 흡수되지 않는 밴드갭을 가지고 있고), 질소 화합물 등으로 이루어진 개별 소자(200)는 빛에 대하여 불투명하여 에너지가 개별 소자(200)의 표면(소스 기판(100)과 개별 소자(200) 사이)에 집중되는 현상을 이용하여 개별 소자(200)를 소스 기판(100)으로부터 분리시킨다.
변형 필름(300)이 지지 기판(310) 상에 형성된 경우에는 지지 기판(310)을 잡고 소스 기판(100)으로부터 변형 필름(300)을 분리시키거나, 변형 필름(300) 단독으로 형성된 경우에는 소스 기판(100)으로부터 변형 필름(300)을 필링하여 분리시킨다. 필링의 편의를 위해 접착롤러와 같은 접착부재를 이용할 수 있다.
도 13를 참조하면, 임베딩된 개별 소자들(200)을 포함하는 변형 필름(300) 상에 접착층(410)을 형성한다. 접착층(410)은 접착 프로모터(Adhesion promoter) 수지, 예컨대 폴리이미드 또는 PR(photo resist), SU-8과 같은 레진을 코팅하여 형성할 수 있다. 이어서, 접착층(410) 상에 인터포저 기판(400)을 부착한다. 접착층(410)이 형성된 인터포저 기판(400)을 이용할 경우, 접착층(410)이 형성된 인터포저 기판(400)은 임베딩된 개별소자들(200)을 포함하는 변형 필름(300) 상에 바로 부착할 수 있다.
인터포저 기판(400)은 레이저가 투과하는 투명 기판일 수 있다. 인터포저 기판(400)은 레이저 파장에 대하여 투명한 기판일 수 있다. 일부 실시예에서, 인터포저 기판(400)은 반도체 기판, 고분자 기판, 글라스, 금속, 종이 및 절연체중 어느 하나일 수 있다. 인터포저 기판(400)은 유기 또는 무기 기판, 경질 또는 플렉시블 기판 등을 사용할 수 있다.
또한, 인터포저 기판(400)은 경질기판 상에 증착된 박막일 수도 있다. 인터포저 기판(400)은 빛 또는 열로 중간 경화하고 전사가 완료된 후에 완전경화할 수도 있다. 일실시예로 인터포저 기판(400)은 PET(Polyethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane) 또는 PI(Polyimide)와 같은 플렉시블 기판의 재료를 스핀 코팅과 열처리를 통하여 형성할 수 있다.
접착층(410)과 인터포저 기판(400)과의 접착력은 변형 필름(300)과 변형 필름 내에 집적된 개별 소자(200)와의 접착력보다는 클 수 있다. 또한, 접착층(410)과 변형 필름(300) 내부에 집적된 개별 소자(200)의 접착력이 변형 필름(300)과 개별 소자(200)와의 접착력보다 클 수 있다.
도 14 및 도 15을 참조하면, 도 13에 도시한 바와 같이 변형 필름(300) 및 지지 기판(310)을 인터포저 기판(400)의 일면의 접착층(410)에 접착된 개별 소자(200)와 분리시킨다. 접착층(410)과 변형 필름(300) 내부에 집적된 개별 소자(200)의 접착력이 변형 필름(300)과 개별 소자(200)와의 접착력보다 크기 때문에, 변형 필름(300) 및 지지 기판(310)을 인터포저 기판(400)으로부터 분리할 수 있다. 이렇게 되면, 도 15에 도시한 바와 같이 인터포저 기판(400)의 일면에 형성된 접착층(410)에 서로 떨어져 위치하는 개별 소자들(200)이 위치할 수 있다.
앞서 설명한 도 9 내지 도 15은 편의상 동일한 복수개의 개별 소자들(200), 예컨대 3개의 녹색 마이크로 LED 소자들(도 1 및 도 3의 220)의 전사 방법을 설명하였다. 그러나, 도 13에서 변형 필름(300) 내에 포함된 개별 소자들(200)중 어느 하나만을 리프트 오프할 수 있다. 예컨대, 도 11에서 레이저 조사를 개별 소자들(200)중 하나 또는 두개만 수행할 경우 변형 필름(300) 내에 포함된 개별 소자들(200)중 하나 또는 2개만 소스 기판(100)으로부터 분리될 수 있다.
또한, 도 11에서 소스 기판(100) 상에 형성된 복수개의 개별 소자들(200)중 불량 소자들이 존재할 경우, 레이저 조사를 불량 소자에 조사하지 않아 선택적으로 개별 소자들(200)중 하나 또는 2개만 소스 기판(100)으로부터 분리될 수도 있다.
더하여, 변형 필름(300) 내에는 도 9 내지 도 15을 반복 수행하여 개별 소자들(200)중 적색 마이크로 LED 소자(도 1 및 도 3의 210), 및 청색 마이크로 LED 소자(도 1 및 도 3의 230)도 전사할 수도 있다.
계속하여, 도 16에 도시한 바와 같이 개별 소자들(200)에 의해 노출된 접착층(410)을 식각하여 접착 패턴(410a)을 형성한다. 접착 패턴(410a)은 개별 소자들(200)의 하부에만 형성될 수 있다.
도 17 내지 도 22은 본 발명의 일 실시예에 의한 개별 소자들의 전사 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 17을 참조하면, 소스 기판(도 1, 및 도 9 내지 도 12의 100) 상에 개별 소자(200), 예컨대 적색 마이크로 LED 소자(210. 또는 제1 개별 소자)를 형성한다. 적색 마이크로 LED 소자(210))가 형성된 소스 기판(100) 상에 지지 기판(310)에 형성된 변형 필름(300)을 안착시킨 후, 변형 필름(300) 내부의 제1 영역에 개별 소자(200), 예컨대 적색 마이크로 LED 소자(210, 또는 제1 개별 소자)를 임베딩하고 소스 기판(100)을 분리한다. 변형 필름(300)의 내부의 개별 소자(200), 예컨대 적색 마이크로 LED 소자(210, 또는 제1 개별 소자)를 임베딩하고 소스 기판(100)을 분리하는 공정은 도 9 내지 도 12에서 설명한 바와 같다.
도 18를 참조하면, 소스 기판(도 1, 및 도 9 내지 도 12의 100) 상에 개별 소자(200), 예컨대 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 제2 개별 소자)를 형성한다. 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 또는 제2 개별 소자)가 형성된 소스 기판(100) 상에 앞서 적색 마이크로 LED 소자(210, 제1 개별 소자)가 임베딩된 변형 필름(300)을 안착시킨 후, 변형 필름(300) 내부의 제2 영역에 개별 소자(200), 예컨대 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 제2 개별 소자)를 임베딩하고 소스 기판(100)을 분리한다. 변형 필름(300)의 내부의 개별 소자(200), 예컨대 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 제2 개별 소자)를 임베딩하고 소스 기판(100)을 분리하는 공정은 도 9 내지 도 12에서 설명한 바와 같다.
도 19을 참조하면, 소스 기판(도 1, 및 도 9 내지 도 12의 100) 상에 개별 소자(200), 예컨대 청색 마이크로 LED 소자(230, 또는 제3 개별 소자)를 형성한다. 청색 마이크로 LED 소자(230, 또는 제3 개별 소자)가 형성된 소스 기판(100) 상에 앞서 적색 및 녹색 마이크로 LED 소자(210, 220. 또는 제1 및 제2 개별 소자)가 임베딩된 변형 필름(300)을 안착시킨 후, 변형 필름(300) 내부의 제3 영역에 개별 소자(200), 예컨대 청색 마이크로 LED 소자(230. 또는 제3 개별 소자)를 임베딩하고 소스 기판(100)을 분리한다. 변형 필름(300)의 내부의 개별 소자(200), 예컨대 청색 마이크로 LED 소자(320, 또는 제3 개별 소자)를 임베딩하고 소스 기판(100)을 분리하는 공정은 도 9 내지 도 12에서 설명한 바와 같다.
도 17 내지 도 19은 변형 필름 내부로 적색 마이크로 LED 소자(210. 또는 제1 개별 소자), 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 제2 개별 소자), 및 청색 마이크로 LED 소자(230, 또는 제3 개별 소자)로 구성된 3개의 개별 소자들(200)를 임베딩 및 전사하는 단계를 설명하였다. 그러나, 개별 소자(200)를 임베딩시키는 단계 및 개별 소자(200)를 변형 필름(300) 내부로 개별 소자(200)를 전사하는 단계를 반복 수행할 경우 변형 필름(300) 내부로 제2 내지 제n 개별 소자(n>2, n은 양의 정수)를 더 임베딩시킬 수 있다.
도 20를 참조하면, 앞서 도 15에서 설명한 바와 같이 임베딩된 개별 소자들(200), 즉 적색 마이크로 LED 소자(210. 또는 제1 개별 소자), 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 제2 개별 소자), 및 청색 마이크로 LED 소자(230, 또는 제3 개별 소자)을 포함하는 변형 필름(300) 상에 접착층(410)을 형성한다. 이어서, 접착층(410) 상에 인터포저 기판(400)을 부착한다. 도 19에서, 도 13과 동일한 내용은 생략한다.
도 21 및 도 22을 참조하면, 도 21에 도시한 바와 같이 변형 필름(300) 및 지지 기판(310)을 인터포저 기판(400)의 일면의 접착층(410)에 접착된 개별 소자들(200)과 분리시킨다. 접착층(410)과 변형 필름(300) 내부에 집적된 개별 소자(200)의 접착력이 변형 필름(300)과 개별 소자(200)와의 접착력보다 크기 때문에, 변형 필름(300) 및 지지 기판(310)을 인터포저 기판(400)으로부터 분리할 수 있다.
이렇게 되면, 도 22에 도시한 바와 같이 인터포저 기판(400)의 일면에 형성된 접착층(410)에 서로 떨어져 위치하는 개별 소자들(200), 즉 적색 마이크로 LED 소자(210, 또는 제1 개별 소자), 녹색 마이크로 LED 소자(220, 또는 제2 개별 소자), 및 청색 마이크로 LED 소자(230, 또는 제3 개별 소자)가 위치할 수 있다.
계속하여, 도 23에 도시한 바와 같이 개별 소자들(200), 즉 적색 마이크로 LED 소자(210), 녹색 마이크로 LED 소자(220), 및 청색 마이크로 LED 소자(230)에 의해 노출된 접착층(410)을 식각하여 접착 패턴(410a)을 형성한다. 접착 패턴(410a)은 개별 소자들(200)의 하부에만 형성될 수 있다.
이상 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형, 치환 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 소스 기판, 200: 개별 소자, 300: 변형 필름, 310: 지지 기판, 400: 인터포저 기판, 405: 레이저, 410: 접착층, 410a: 접착 패턴
Claims (10)
- 소스 기판 상에 서로 떨어져 위치하는 복수개의 개별 소자들을 형성하는 단계;
지지 기판에 부착된 변형 필름을 준비하는 단계;
상기 개별 소자들이 형성된 상기 소스 기판 상에 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 상기 개별 소자들중 적어도 하나를 임베딩시키는 단계;
상기 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시켜 상기 개별 소자들중 적어도 하나를 상기 지지 기판 상에 부착된 상기 변형 필름 내부로 전사하는 단계;
상기 전사된 적어도 하나의 개별소자를 포함하는 상기 변형 필름과 인터포저 기판을 접착층과 부착하는 단계;
상기 지지 기판 및 상기 변형 필름을 상기 인터포저 기판과 분리시켜 상기 인터포저 기판 상에 상기 적어도 하나의 개별 소자를 남기는 단계;
상기 접착층을 패터닝하여 상기 개별 소자들 하부에 접착 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 인터포저 기판 상의 상기 접착 패턴 상에 남겨진 상기 적어도 하나의 개별 소자에 레이저를 직접적으로 조사하여 상기 인터포저 기판과 일정 간격으로 떨어져 있는 배선 기판에 상기 개별 소자를 상기 인터포저 기판으로부터 분리하여 안착시키는 단계를 포함하되,
상기 레이저 조사는 상기 인터포저 기판 및 상기 접착 패턴의 하면에 전달되고, 상기 개별 소자는 상기 접착 패턴을 포함하여 상기 배선 기판에 전사되는 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법. - 제1항에 있어서, 상기 변형 필름은 빛 또는 열에 의해 변형되는 것으로서 변형 정도 또는 변형 횟수의 제어가 가능한 열가소성 수지 또는 광가소성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 변형 필름 내부로 제1 개별 소자를 전사한 후에,
상기 개별 소자를 임베딩시키는 단계 및 상기 개별 소자를 상기 변형 필름 내부로 개별 소자를 전사하는 단계를 반복 수행하여 상기 변형 필름 내부로 제2 내지 제n 개별 소자(n>2, n은 양의 정수)를 더 임베딩시키는 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법. - 제1항에 있어서, 상기 소스 기판은 상기 지지 기판 상에 상기 개별 소자들이 임베딩된 상기 변형 필름과 레이저 리프트 오프(Laser-lift-off) 또는 화학적 리프트 오프(Chemical lift-off) 방식에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 개별 소자는 전자 소자, 광소자, 센서 소자, 다이오드 소자, 트랜지스터 소자, 레이저 소자, PN 접합 소자 및 멤스 소자중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 인터포저 기판은 투명 기판인 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법.
- 서로 떨어져 있는 제1 내지 제3 개별 소자들을 지지 기판 상에 부착된 변형 필름과 합체시킴으로써 상기 변형 필름 내부로 상기 제1 내지 제3 개별 소자들을 임베딩시켜 전사하는 단계;
상기 전사된 제1 내지 제3 개별소자들을 포함하는 변형 필름 상에 접착층을 형성하는 단계;
상기 접착층 상에 인터포저 기판을 부착하는 단계;
상기 지지 기판 및 상기 변형 필름을 상기 인터포저 기판과 분리시켜 상기 접착층 상에 상기 제1 내지 제3 개별 소자들을 남기는 단계;
상기 접착층을 패터닝하여 상기 제1 내지 제3 개별 소자들의 하부에 접착 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 인터포저 기판의 일면을 통해 상기 접착 패턴 상에 형성된 제1 내지 제3 개별 소자들중 적어도 하나에 레이저를 직접적으로 조사하여 상기 인터포저 기판과 일정 간격으로 떨어져 있는 배선 기판에 상기 제1 내지 제3 개별 소자들중 적어도 하나를 상기 인터포저 기판으로부터 분리하여 안착시키는 단계를 포함하되,
상기 레이저 조사는 상기 인터포저 기판 및 상기 접착 패턴의 하면에 전달되고, 상기 제1 내지 제3 개별 소자들중 어느 하나는 상기 접착 패턴을 포함하여 상기 배선 기판에 전사되는 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법. - 제8항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 개별 소자들을 상기 지지 기판 상에 부착된 상기 변형 필름 내부로 전사하는 단계는,
상기 제1 개별 소자가 형성된 제1 소스 기판 상에 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 제1 개별 소자를 임베딩시킨 후 상기 제1 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시키는 단계,
상기 제2 개별 소자가 형성된 제2 소스 기판 상에 상기 제1 개별 소자가 임베딩된 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 제2 개별 소자를 임베딩시킨 후, 상기 제2 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시키는 단계, 및
상기 제3 개별 소자가 형성된 제3 소스 기판 상에 상기 제1 개별 소자 및 상기 제2 개별 소자가 임베딩된 상기 변형 필름이 부착된 상기 지지 기판을 합체시켜 상기 변형 필름 내부로 제3 개별 소자를 임베딩시킨 후, 상기 제3 소스 기판을 상기 변형 필름과 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법. - 제8항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 개별 소자들은 각각 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자 및 청색 발광 소자인 것을 특징으로 하는 개별 소자들의 전사 방법.
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