KR20170130852A - 도전 물질의 패터닝 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치는 액체 금속을 포함하는 도전 물질이 형성된 전사 기판, 상기 전사 기판을 회전시키는 회전부, 상기 도전 물질에 레이저 빔을 조사하는 레이저부, 상기 전사 기판과 이격되어 위치하며 상기 도전 물질을 수용하는 수용 기판이 탑재되는 스테이지, 그리고 상기 전사 기판과 인접하여 위치하며 상기 도전 물질을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.

Description

도전 물질의 패터닝 장치 및 방법{PATTERNING APPARATUS AND METHOD OF CONDUCTIVE MATERIAL}
본 발명은 도전 물질의 패터닝 장치 및 방법에 관한 것이다.
금속을 패터닝하기 위한 방법으로 사진 식각 공정, 레이저 전사 공정 등이 사용되고 있다.
특히, 레이저 전사 공정은 금속을 전사 기판의 앞면에 코팅하고 레이저 빔을 전사 기판의 뒷면에 조사하여 수용 기판에 특정 패턴의 금속만을 전사시키므로 사진 식각 공정에 비해 제조 공정이 단순하고 제조 비용이 절감된다.
그러나, 레이저 전사 공정으로 금속을 전사시키는 경우에는 레이저 빔의 강한 에너지에 의해 금속에 크랙(crack) 등의 손상이 발생할 수 있어 유연 소자에 적용하기 어렵다.
또한, 전사 기판에 강하게 부착된 금속을 수용 기판으로 용이하게 전사하기 위해서는 전사 기판과 금속 사이에 별도의 희생층을 형성하여야 하므로 제조 공정이 복잡해진다.
본 발명은 제조 공정이 단순한 도전 물질의 패터닝 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치는 액체 금속을 포함하는 도전 물질이 형성된 전사 기판, 상기 전사 기판을 회전시키는 회전부, 상기 도전 물질에 레이저 빔을 조사하는 레이저부, 상기 전사 기판과 이격되어 위치하며 상기 도전 물질을 수용하는 수용 기판이 탑재되는 스테이지, 그리고 상기 전사 기판과 인접하여 위치하며 상기 도전 물질을 냉각시키는 냉각부를 포함한다.
상기 수용 기판에 설치되며 상기 도전 물질과 상기 수용 기판간의 거리를 측정하는 거리 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 스테이지의 위치를 조절하는 스테이지 위치 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 회전부에 연결되어 있으며 상기 전사 기판의 위치를 조절하는 전사 기판 위치 조절부를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔의 파장은 300nm 내지 1500nm이며, 상기 레이저 빔의 펄스 에너지는 0.2 J/cm2 내지 3J/cm2 일 수 있다.
상기 액체 금속은 갈륨(Gallium)계 합금을 포함할 수 있다.
상기 전사 기판은 상기 액체 금속과 접촉할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 방법은 전사 기판 위에 액체 금속을 포함하는 도전 물질을 형성하는 단계, 상기 전사 기판에 연결된 회전부를 이용하여 상기 전사 기판을 회전시켜 레이저 빔에 대응하는 위치에 상기 도전 물질을 위치시키는 단계, 상기 레이저 빔을 이용하여 상기 전사 기판으로부터 상기 도전 물질을 박리시켜 수용 기판에 전사하는 단계, 그리고 상기 전사 기판에 인접한 냉각부를 이용하여 상기 도전 물질을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전사 기판 위에 상기 도전 물질을 형성하는 단계는 상기 전사 기판의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 그리고 상기 전사 기판에 상기 도전 물질을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 수용 기판에 설치되는 거리 센서를 이용하여 상기 전사 기판에 형성된 도전 물질의 표면과 상기 수용 기판간의 거리를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 회전부에 연결된 전사 기판 위치 조절부를 이용하여 상기 전사 기판의 위치를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 빔의 파장은 300nm 내지 1500nm이며, 상기 레이저 빔의 펄스 에너지는 0.2 J/cm2 내지 3J/cm2 일 수 있다.
상기 액체 금속은 갈륨(Gallium)계 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치 및 방법은 액체 금속을 포함하는 도전 물질과 전사 기판간의 결합력이 크지 않으므로 작은 에너지의 레이저 빔을 이용하여 액체 금속을 포함하는 도전 물질을 용이하게 패터닝할 수 있다. 따라서, 작은 선폭의 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 액체 금속을 포함하는 도전 물질과 전사 기판간의 결합력이 크지 않으므로 도전 물질과 전사 기판간에 별도의 희생층이 요구되지 않아 제조 공정이 단순해진다.
또한, 액체 금속을 포함하는 도전 물질은 레이저 빔에 의해 손상되어도 전사 후에 결함이 스스로 메워지므로 공정 효율이 높아진다.
또한, 유연한 액체 금속을 포함하는 도전 물질을 패터닝할 수 있으므로 유연 소자에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치의 개략적인 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치를 이용한 도전 물질의 패터닝 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치에 대하여 도 1을 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치의 개략적인 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치는 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)이 형성된 전사 기판(10), 전사 기판(10)에 연결되는 회전부(20), 전사 기판(10)에 레이저 빔(2)을 조사하는 레이저부(30), 전사 기판(10)과 이격되어 아래에 위치하는 스테이지(40), 그리고 및 도전 물질(10)을 냉각시키는 냉각부(50)를 포함한다.
전사 기판(10)은 원판 형상이나, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상으로 변형이 가능하다. 전사 기판(10)은 레이저 빔(2)이 도전 물질(1)에 효율적으로 조사될 수 있도록 투명한 물질일 수 있다. 전사 기판(10)은 소다 석회 유리(soda lime glass), 쿼츠(quartz), 사파이어(sapphire) 등 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
도전 물질(1)은 전사 기판(10)의 아래에 접촉하여 코팅된다. 도전 물질(1)은 액체 금속을 포함하며, 액체 금속은 GaIn, GaInSn, GaInSnZn 등의 갈륨(Gallium)계 합금을 포함할 수 있다. 고체 금속을 포함하는 도전 물질을 전사시키는 경우, 고체 금속을 포함하는 도전 물질과 전사 기판(10)간의 결합력은 크므로 도전 물질을 전사 기판(10)으로부터 용이하게 박리시키기 위해 희생층을 도전 물질과 전사 기판(10) 사이에 형성하게 된다. 희생층은 레이저 빔(2)에 의해 분해되므로 도전 물질을 전사 기판으로부터 용이하게 박리시킬 수 있다. 그러나, 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)과 전사 기판(10)간의 결합력은 크지 않으므로 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)과 전사 기판(10)간에 별도의 희생층이 요구되지 않아 제조 공정이 단순해진다.
회전부(20)는 전사 기판(10)의 위에 부착되어 있으며, 회전부(20)는 전사 기판(10)의 중심에 위치하는 구동 모터일 수 있다. 회전부(20)가 회전하면서 레이저 빔(2)이 조사되는 도전 물질(1)의 영역을 변경할 수 있다.
레이저부(30)는 전사 기판(10)에 코팅된 도전 물질(1)에 레이저 빔(2)을 조사하여 도전 물질(1)을 전사 기판(10)으로부터 분리시킨다. 레이저부(30)는 비점수차 방법(astigmatic method)을 이용하여 레이저 빔(2)을 도전 물질(1)에 집속한다.
레이저 빔(2)이 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)에 조사되는 경우, 도전 물질(1)은 팽창하여 전사 기판(10)으로부터 분리된다. 즉, 전사 기판(10)보다 도전 물질(1)의 열전도도(thermal conductivity)가 더 크기 때문에 레이저 빔(2)의 열은 주로 도전 물질(1) 내부에 머무르게 된다. 따라서, 레이저 빔(2)에 의해 국부적으로 급격하게 온도가 높아진 도전 물질(1)은 표면 장력과 점도가 낮아진다. 따라서, 도전 물질은 팽창하며 전사 기판(10)과의 결합력이 낮아지게 된다. 결과적으로, 레이저 빔(2)이 조사된 영역의 도전 물질(1)은 전사 기판(10)으로부터 분리되어 마주보는 수용 기판(3)으로 전사된다.
레이저 빔(2)은 레이저 빔(2)의 파장은 300nm 내지 1500nm으로서, 자외선, 가시광선 및 적외선을 사용할 수 있다.
레이저부(30)는 전사 기판(10) 및 도전 물질(1)에 열 영향부를 발생시키지 않고 순간적으로 강한 에너지를 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)에 집속하기 위하여 나노초(nanosecond), 피코초(picosecond), 펨토초(femtosecond)의 펄스폭(pulse duration)을 갖는 레이저 빔(2)를 사용한다. 이러한 레이저 빔(2)의 펄스 에너지는 0.2 J/cm2 내지 3J/cm2 일 수 있다. 레이저 빔(2)의 펄스 에너지가 0.2 J/cm2 보다 작으면 도전 물질(1)을 박리시키기 어렵고, 레이저 빔(2)의 펄스 에너지가 3J/cm2 보다 높으면 도전 물질(1)에 손상이 많이 발생하게 된다.
이와 같이, 액체 금속을 포함하는 도전 물질과 전사 기판간의 결합력이 크지 않으므로 작은 에너지의 레이저 빔을 이용하여 액체 금속을 포함하는 도전 물질을 용이하게 패터닝할 수 있다. 따라서, 작은 선폭의 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 액체 금속을 포함하는 도전 물질은 레이저 빔에 의해 손상되어도 전사 후에 결함이 스스로 메워지므로 공정 효율이 높아진다. 또한, 유연한 액체 금속을 포함하는 도전 물질을 패터닝할 수 있으므로 유연 소자에 적용 가능하다.
전사 기판(10)의 위치를 조절하는 전사 기판 위치 조절부(70)가 회전부(20)에 연결된다. 따라서, 전사 기판 위치 조절부(70)를 이용하여 전사 기판(10)에 코팅된 도전 물질(1)에 레이저 빔(2)이 정확하게 집속되도록 조절한다.
스테이지(40)에 탑재된 수용 기판(3)은 도전 물질(1)을 수용한다. 수용 기판(3)은 실리콘, 유리, 폴리머 필름 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
수용 기판(3)에는 전사 기판(10)에 코팅된 도전 물질(1)의 표면과 수용 기판(3)간의 거리(d)를 측정하는 거리 센서(60)가 설치된다. 스테이지(40)에는 스테이지(40)의 위치를 수평 방향(X, Y) 및 수직 방향(Y)으로 조절하는 스테이지 위치 조절부(80)가 연결된다.
거리 센서(60)를 이용하여 도전 물질(1)의 표면과 수용 기판(3)간의 거리(d)를 측정하고, 측정 결과를 스테이지 위치 조절부(80)로 피드백하여 스테이지(40)의 위치를 조절한다. 따라서, 수용 기판(3)에 전사되는 도전 물질(1)의 전사 위치를 조절할 수 있다. 또한, 도전 물질(1)의 표면과 수용 기판(3)간의 거리(d)를 조절하여 전사하려는 패턴의 선폭을 조절할 수 있다.
냉각부(50)는 전사 기판(10)과 인접하여 위치하며 도전 물질(1)을 냉각시킨다. 냉각부(50)는 전사 기판(10)의 온도를 저온으로 유지시킨다. 따라서, 레이저 빔(2)에 의해 가열된 전사 기판(10)에 의해 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)이 전사 기판(10)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치를 이용한 도전 물질의 패터닝 방법에 대해 이하에서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전 물질의 패터닝 장치를 이용한 도전 물질의 패터닝 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 산소(O2), 아르곤(Ar) 등의 플라즈마(4)를 이용하여 전사 기판(10)의 표면 에너지를 낮추는 표면 처리를 진행한다.
다음으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 표면 처리된 전사 기판(10)에 도전 물질(1)을 코팅한다. 예컨대, 가압 롤러(8)를 이용하여 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1)을 0.5 Pa 내지 1.5 Pa의 압력으로 가압하여 코팅할 수 있다.
다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 회전부(20)를 전사 기판(10)에 부착하고, 전사 기판(10)을 뒤집어서 도전 물질(1)이 수용 기판(3)과 마주보도록 한다. 그리고, 회전부(20)를 이용하여 전사 기판(10)을 회전시켜 레이저 빔(2)에 대응하는 위치에 도전 물질(1)을 위치시킨다.
그리고, 레이저 빔(2)을 이용하여 도전 물질(1)을 가열하여 전사 기판(10)으로부터 도전 물질(1)을 박리시켜 수용 기판(3)에 전사한다. 이 때, 전사 기판 위치 조절부(70)를 이용하여 전사 기판(10)에 코팅된 도전 물질(1)에 레이저 빔(2)이 정확하게 집속되도록 조절한다.
가열된 도전 물질(1)은 수용 기판(3)에 전사되어 도전 패턴(1')이 된다. 거리 센서(60)를 이용하여 도전 물질(1)의 표면과 수용 기판(3)간의 거리(d)를 측정하고, 측정 결과를 스테이지 위치 조절부(80)로 피드백하여 스테이지(40)의 위치를 조절한다. 따라서, 수용 기판(3)에 전사되는 도전 패턴(1')의 전사 위치를 조절할 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 전사 기판(10)에 인접한 냉각부(50)를 이용하여 잔류하는 도전 물질(1") 및 전사 기판(10)을 냉각시킨다. 이는 레이저 빔(2)에 의해 쉽게 가열된 액체 금속을 포함하는 도전 물질(1")이 전사 기판(10)으로부터 이탈되는 것을 방지하기 위함이다.
다음으로, 도 6에 도시한 바와 같이, 도전 물질(1)이 전사 기판(10)으로부터 분리되어 수용 기판(3)으로 전사되면, 레이저 빔(2)에 대응하는 전사 기판(10)에는 도전 물질(1)이 없게 된다. 따라서, 전사 기판(10)을 회전시켜 전사 기판(10)에 잔류하는 도전 물질(1")이 레이저 빔(2)에 대응되도록 위치시킨다. 따라서, 대면적 수용 기판(3)에 연속적으로 도전 물질(1)을 전사할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
1: 도전 물질 2: 레이저 빔
3: 수용 기판 10: 전사 기판
20: 회전부 30: 레이저부
40: 스테이지 50: 냉각부

Claims (13)

  1. 액체 금속을 포함하는 도전 물질이 형성된 전사 기판,
    상기 전사 기판을 회전시키는 회전부,
    상기 도전 물질에 레이저 빔을 조사하는 레이저부,
    상기 전사 기판과 이격되어 위치하며 상기 도전 물질을 수용하는 수용 기판이 탑재되는 스테이지, 그리고
    상기 전사 기판과 인접하여 위치하며 상기 도전 물질을 냉각시키는 냉각부
    를 포함하는 도전 물질의 패터닝 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 수용 기판에 설치되며 상기 도전 물질과 상기 수용 기판간의 거리를 측정하는 거리 센서를 더 포함하는 도전 물질의 패터닝 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 스테이지의 위치를 조절하는 스테이지 위치 조절부를 더 포함하는 도전 물질의 패터닝 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 회전부에 연결되어 있으며 상기 전사 기판의 위치를 조절하는 전사 기판 위치 조절부를 더 포함하는 도전 물질의 패터닝 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 레이저 빔의 파장은 300nm 내지 1500nm이며, 상기 레이저 빔의 펄스 에너지는 0.2 J/cm2 내지 3J/cm2 인 도전 물질의 패터닝 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 액체 금속은 갈륨(Gallium)계 합금을 포함하는 도전 물질의 패터닝 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 전사 기판은 상기 액체 금속과 접촉하는 도전 물질의 패터닝 장치.
  8. 전사 기판 위에 액체 금속을 포함하는 도전 물질을 형성하는 단계,
    상기 전사 기판에 연결된 회전부를 이용하여 상기 전사 기판을 회전시켜 레이저 빔에 대응하는 위치에 상기 도전 물질을 위치시키는 단계,
    상기 레이저 빔을 이용하여 상기 전사 기판으로부터 상기 도전 물질을 박리시켜 수용 기판에 전사하는 단계, 그리고
    상기 전사 기판에 인접한 냉각부를 이용하여 상기 도전 물질을 냉각시키는 단계
    를 포함하는 도전 물질의 패터닝 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 전사 기판 위에 상기 도전 물질을 형성하는 단계는
    상기 전사 기판의 표면을 플라즈마 처리하는 단계, 그리고
    상기 전사 기판에 상기 도전 물질을 코팅하는 단계
    를 포함하는 도전 물질의 패터닝 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 수용 기판에 설치되는 거리 센서를 이용하여 상기 전사 기판에 형성된 도전 물질의 표면과 상기 수용 기판간의 거리를 조절하는 단계를 더 포함하는 도전 물질의 패터닝 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 회전부에 연결된 전사 기판 위치 조절부를 이용하여 상기 전사 기판의 위치를 조절하는 단계를 더 포함하는 도전 물질의 패터닝 방법.
  12. 제8항에서,
    상기 레이저 빔의 파장은 300nm 내지 1500nm이며, 상기 레이저 빔의 펄스 에너지는 0.2 J/cm2 내지 3J/cm2 인 도전 물질의 패터닝 방법.
  13. 제8항에서,
    상기 액체 금속은 갈륨(Gallium)계 합금을 포함하는 도전 물질의 패터닝 방법.
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