KR20180057987A - 자기유도 기반의 마이크로 소자 이송 어레이 및 마이크로 소자의 이송 방법 - Google Patents

자기유도 기반의 마이크로 소자 이송 어레이 및 마이크로 소자의 이송 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로 소자의 픽업, 이송 및 릴리즈 동작이 효율적으로 수행될 수 있는 이송 어레이가 제공된다. 이송 어레이에는 가변 자성체가 구비되고, 하부의 라인 패턴을 흐르는 전류에 의해 자화는 결정된다. 이를 통해 척력과 인력을 고정 자성층이 구비된 마이크로 소자에 선택적으로 인가할 수 있다.

Description

자기유도 기반의 마이크로 소자 이송 어레이 및 마이크로 소자의 이송 방법{Transfer Array of Micro Device based on Magnetic Induction and Method of transferring the Micro Device}
본 발명은 마이크로 소자를 이송하기 위한 이송 어레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자기유도를 이용하여 마이크로 소자를 이송하기 위한 이송 어레이 및 이송 어레이를 이용하여 마이크로 소자를 이송하는 방법에 관한 것이다.
마이크로 소자는 마이크로미터의 사이즈 또는 나노미터의 사이즈를 가지는 전자 소자로 발광 다이오드 등의 광 소자, 열전 소자 또는 트랜지스터 등을 지칭한다. 또한, 마이크로 소자는 오리지널 기판에서 분리되고, 특정의 수용 기판으로 전사되어 집적화되고, 패키징되는 전사기술에 대한 산업적 요구는 날로 증대되고 있다.
특히, 발광 다이오드를 이용하여 디스플레이를 구현하고자 하는 경우, 성장용 기판 상에 에피텍셜 공정을 통해 형성된 발광 다이오드는 마이크로 사이즈로 분리되고, 분리된 개별적인 발광 다이오드는 디스플레이용 기판으로 이송될 필요가 있다.
마이크로 소자를 이송하는 기술은 크게 2가지로 구분될 수 있다.
첫째는 PDMS(poly(dimethylsiloxane))와 같은 탄성 중합체를 이용한 스탬프가 적용된다. 즉, 탄성 중합체를 이용한 스탬프의 어레이들은 오리지널 기판 상의 마이크로 소자들과 반데르발스 힘을 기반으로 치밀한 접촉을 이룬다. 반데르발스 힘에 의해 마이크로 소자의 픽업과 이송이 수행되며, 이송된 마이크로 소자는 수용 기판 상에 접합된다.
탄성 중합체의 스탬프를 이용하는 경우, 반복적인 전사 과정에서 스탬프의 접착력이 감소되고, 이를 해결하기 위해 산소 플라즈마 또는 오존 처리가 지속적으로 수행되어야 한다. 또한, 탄성 중합체가 사용되므로 반복적인 전사과정에서 마모가 발생되어 스탬프 자체의 기능 저하가 생긴다.
둘째는 마이크로 소자의 픽업, 이송 및 접합을 정전기를 이용하여 수행하는 것이다. 예컨대, 미국 등록특허 제8809875호에서는 마이크로 소자의 이송 방법이 개시되고 있다. 상기 특허에서는 원활한 이송과 픽업시의 인력을 가하기 위해 이송 헤드와 마이크로 소자 사이에 정전계를 인가한다. 따라서, 고전압이 이송 헤드에 인가되어야만 한다. 고전압이 이송 헤드를 통해 마이크로 소자에 인가되는 경우, 마이크로 소자에는 높은 전계에 의한 정정 파괴가 발생될 수 있다. 상기 특허에서는 이를 방지하기 위해 개별적으로 분리된 각각의 마이크로 소자를 유전체로 코팅하는 기술을 사용하고 있다.
그러나, 정전기에 의한 인력을 인가하는 동작은 지속적으로 이루어져야 하므로 마이크로 소자의 유전체의 마모 또는 파손은 회피할 수 없는 현상이 된다.
또한, 정전기를 기반으로 하는 마이크로 소자의 이송 헤드를 이용하는 기술은 마이크로 소자의 대량 전사에 장애요인을 유발한다. 예컨대, 다수개의 마이크로 소자를 한번의 픽업과 릴리즈를 통해 정렬하고자 하는 경우, 마이크로 소자의 정확한 정렬을 보장할 수 없는 문제가 발생한다. 또한, 정전인력을 발생하기 위해 인가한 고전압은 릴리즈 동작시 완전히 제거되지 못하고, 잔류 커패시턴스를 유발하여 이송 헤드로부터 마이크로 소자가 원활히 이탈하지 못한다. 이는 정전인력을 이용한 픽업 및 릴리즈 동작에서 마이크로 소자를 릴리즈시 인력의 제거만으로는 동작의 신뢰성을 확보할 수 없는 것에 기인한다.
따라서, 마이크로 소자의 픽업시에는 인력이 작용되고, 릴리즈 동작시에는 척력이 작용하여 마이크로 소자를 수용 기판 상에 원활이 이송할 수 있는 이송 어레이의 구조는 여전히 요청된다 할 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 제1 기술적 과제는 자기력을 이용하여 마이크로 소자를 픽업, 이송 및 릴리즈할 수 있는 마이크로 소자의 이송 어레이를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 제2 기술적 과제는 상기 제1 기술적 과제의 달성에 의해 제공되는 이송 어레이를 이용한 마이크로 소자의 이송 방법을 제공하는데 있다.
상술한 제1 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 도전성의 라인 패턴; 및 상기 라인 패턴 상에 형성되고, 상기 라인 패턴을 흐르는 전류의 방향에 따라 자화 방향을 변경할 수 있는 가변 자성층을 포함하는 마이크로 소자의 이송 어레이를 제공한다.
또한, 제2 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 라인 패턴에 제1 방향의 전류를 인가하여 상기 라인 패턴 상에 형성된 가변 자성층을 자화시키는 단계; 상기 라인 패턴 상에 형성된 가변 자성층을 가지는 이송 어레이를 통해 고정 자성층이 형성된 마이크로 소자에 자기 인력을 인가하여 상기 마이크로 소자를 픽업하는 단계; 및 상기 라인 패턴 상에 상기 제1 방향과 반대로 흐르는 전류를 인가하여 상기 가변 자성층의 반전자화를 유도하여 상기 마이크로 소자를 릴리즈하는 단계를 포함하는 마이크로 소자의 이송 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따르면, 마이크로 소자를 픽업 및 릴리즈하기 위한 이송 어레이는 가변 자성층을 가진다. 가변 자성층 하부에 배치된 라인 패턴을 흐르는 전류 방향에 따라 가변 자성층의 자화 방향은 결정된다. 즉, 전류의 방향의 변경을 통해 자화 반전이 유도될 수 있으며, 이를 통해 용이하게 마이크로 소자를 픽업 및 릴리즈할 수 있다. 특히, 픽업을 위해서는 마이크로 소자에 인력이 요구되며, 릴리즈를 위해서는 마이크로 소자에 척력이 요구되는 바, 본 발명의 이송 어레이는 이를 전류의 방향의 변경을 통해 용이하게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 소자의 이송 어레이를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 소자의 이송 어레이를 A-A'방향으로 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 라인 패턴을 따라 흐르는 전류에 따른 가변 자성층의 자화를 설명하기 위한 상부 평면도들이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1에 도시된 이송 어레이에 픽업 또는 릴리즈되는 마이크로 소자를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 5의 마이크로 소자를 B-B' 방향에 따라 절단한 단면도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마이크로 소자의 이송 어레이에 의한 픽업 및 릴리즈 과정을 도시한 단면도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 소자의 이송 어레이를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 소자의 이송 어레이를 A-A'방향으로 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로 소자를 픽업 또는 릴리즈하기 위한 이송 어레이는 기판(100), 라인 패턴(200) 및 가변 자성층(220)을 가진다. 상기 기판(100) 상에 라인 패턴(200)이 구비되고, 라인 패턴(200) 상에는 가변 자성층(220)이 구비된다.
기판(100)은 반도체, 세라믹, 금속 또는 고분자 재질 등 다양한 재질로 선택될 수 있다. 만일, 기판(100)이 전도성 금속 등의 전도성 재질을 사용하는 경우, 상기 기판(100) 상에는 별도의 절연층이 형성됨이 바람직하다.
또한, 라인 패턴(200)은 전도성 금속이 사용됨이 바람직하다. 사용될 수 있는 재질로는 Au, Ag, Cu, Al, W, Zn, Ni, Fe, Pt, Sn 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 높은 전기 전도도를 갖는 물질이라면 어느 것이나 사용가능할 것이다. 다만, 라인 패턴(200)을 통해 높은 인입 전류가 인가되고, 강한 전계의 형성이 요구되므로, 상기 라인 패턴(200)은 낮은 전기적 저항을 가질 것이 요구된다. 상기 라인 패턴(200)은 전자빔 증착 또는 스퍼터링 등의 증착 방법과 다양한 형태의 마스크를 통해 형성될 수 있다. 또한, 상기 라인 패턴은 포토레지스트 패턴 상에 금속물을 증착하고, 포토레지스트 패턴의 리프트 오프에 의해 형성될 수 있다.
상기 라인 패턴(200)은 일직선 방향으로 형성된 배선층(201) 및 자성 수용층(203)을 가진다. 다만, 상기 배선층(201)과 자성 수용층(203)은 물리적이고 전기적으로 연결된 상태로 제공되고, 동일 재질로 구성됨이 바람직하다.
자성 수용층(203)은 대략 사각형 또는 원형으로 구성되며, 배선층(201)보다 큰 폭을 가지도록 구비된다. 상기 자성 수용층(203) 상에는 가변 자성층(220)이 구비된다.
또한, 상기 라인 패턴(200) 상에는 절연층이 더 포함될 수 있다. 상기 절연층은 상기 전기적 절연층은 질화붕소(BN), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 절연층을 형성하기 위해서는 화학적 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 등을 사용할 수 있다. 다만, 이후의 식각 공정에서 식각이 용이한 재질로 구성됨이 바람직하다.
상기 라인 패턴(200) 상에는 가변 자성층(220)이 구비된다. 만일, 라인 패턴(200) 상에 절연층이 형성될 경우, 상기 가변 자성층(220)는 절연층 상에 형성된다. 상기 가변 자성층(220)은 라인 패턴(200)의 자성 수용층(203) 상에 형성된다.
라인 패턴(200) 상에 구비되는 가변 자성층(220)은 강자성체 물질로서 연자성 재료가 사용됨이 바람직하다. 연자성 재료는 약한 자계에서도 높은 자속 밀도를 가질 수 있다. 또한, 상기 연자성 재료는 보자력이 0.005 Oe 내지 10 Oe의 범위로 자화 반전이 용이함이 바람직하다. 만일, 보자력이 0.005 Oe 미만이면, 마이크로 소자의 픽업이 곤란해지며, 보자력이 10 Oe를 상회하면, 가변 자성층(220)에 대한 자화의 조절이 곤란해지고, 과도한 전류의 인가에 따른 부담이 따른다. 요구되는 연자성 재료로는 연질 페라이트, 퍼멀로이(permalloy) 또는 샌더스트(sendust) 재료일 수 있다.
연질 페라이트로는 금속화합물로 Mn-Zn계, Ni-Zn계, Mg 페라이트, 스피넬 페라이트, ortho 페라이트 또는 Mn-Zn-Cu 페라이트를 포함할 수 있다. 퍼멀로이는 Mo, Cr, Cu 또는 Nb가 함유된 Ni-Fe계 다원화합물로 보자력 특성에 따라 다원계의 성분 함유량을 선택할 수 있다. 샌더스트 재료로는 Fe-Si-Al계 금속간 화합물을 총칭한다.
상기 가변 자성층(220)의 형성은 포토레지스트 패턴을 형성하고, 스퍼터링, 이온 빔 증착 또는 분자선 빔 증착 등의 다양한 증착법을 통해 특정의 패턴 형상으로 증착하고, 형성된 포토레지스트 패턴을 제거하는 리프트 오프법에 의해 형성될 수 있다. 이외에 다양한 방법으로 가변 자성층(220)은 형성될 수 있으며, 제조방법의 특별한 제한은 없는 것으로 이해되어야 한다.
라인 패턴(200) 상에 형성된 가변 자성층(220)은 라인 패턴(200)을 흐르는 전류의 방향에 따라 자화 방향이 결정된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 라인 패턴을 따라 흐르는 전류에 따른 가변 자성층의 자화를 설명하기 위한 상부 평면도들이다.
도 3을 참조하면, 예시적인 의미로 복수개의 라인 패턴들(200)은 각각 공통 전극에 연결된 것으로 도시된다. 즉, 라인 패턴들(200)은 상부에 제1 전극(230)으로 전기적으로 공통 연결되고, 라인 패턴(200)을 중심으로 제1 전극(230)에 대향하는 위치에는 제2 전극(240)이 형성되고, 제2 전극(240)은 타측의 라인 패턴(200)에 공통 연결된다.
도 3에서 제1 전극(230)으로부터 제2 전극(240)을 향하는 전류가 인가된다. 따라서, 라인 패턴(200)을 통하는 전류에 의해 라인 패턴(200) 주위에는 이를 회전하는 자속선이 형성된다. 형성된 자속 밀도는 하기의 수학식 1을 따른다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서 B는 자속 밀도, H는 자계의 세기, μ는 투자율, r은 라인 패턴의 중심으로부터의 거리, I는 라인 패턴을 흐르는 전류를 나타낸다. 수학식 1에서는 라인 패턴(200)에 가까울수록 r의 값은 줄어듦으로 높은 자속 밀도가 형성됨을 알 수 있으며, 투자율이 높은 강자성체를 사용할 경우에도 높은 자속 밀도를 얻으며, 가변 자성층(220)의 자화가 용이함을 알 수 있다.
인가되는 전류에 의해 라인 패턴(200) 상에 형성된 각각의 가변 자성층(220)은 일측이 N극으로 자화되고 타측이 S극으로 자화된다. 가변 자성층(220)에서의 자속은 전류의 방향에 수직한 방향이므로 전류의 방향과 수직한 방향으로 각각의 가변 자성층(220)은 자화된다. 또한, 동일 방향으로 전류가 흐르므로 하나의 라인 패턴 상에 형성된 복수개의 가변 자성층들(220)은 동일 방향으로 자화가 발생됨을 알 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3의 라인 패턴(200)에 연결된 제1 전극(230) 및 제2 전극(240)을 흐르는 전류는 도 3과는 반대 방향으로 흐른다. 즉, 제2 전극(240)으로부터 제1 전극(230)으로 전류가 흐른다.
따라서, 각각의 가변 자성층(220)의 자화는 상기 도 3과는 반대로 수행된다.
또한, 도 3 및 도 4에 의해 자화된 가변 자성층(220)은 개별적으로 각각의 마이크로 소자를 픽업 및 릴리즈할 수 있다.
또한, 상기 도 3 및 도 4에서는 하나의 전극에 다수개의 라인 패턴들(200)이 공통으로 연결된 것으로 도시하나, 실시의 형태에 따라서, 각각의 라인 패턴들(200)마다 전극들이 배치될 수 있다. 이를 통해 하나의 라인 패턴 또는 특정의 라인 패턴들을 선택하여 가변 자성층들(220)의 자화 방향을 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1에 도시된 이송 어레이에 픽업 또는 릴리즈되는 마이크로 소자를 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 5의 마이크로 소자를 B-B' 방향에 따라 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 마이크로 소자(400)는 전달 기판(300) 상에 배치된다. 각각의 마이크로 소자(400)는 기능층(410) 및 고정 자성층(420)을 포함한다.
상기 기능층(410)은 특정의 기능을 수행하기 위해 구비되는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대 상기 기능층(410)은 발광 동작을 수행하기 위해 구비되는 제1 반도체층(411), 활성층(412) 및 제2 반도체층(413)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 반도체층(411) 및 제2 반도체층(413)에서 발생된 전자 및 정공은 활성층(412)에서 양자 구속되고, 재결합에 의해 발광 동작을 수행할 수 있다.
또한, 상기 기능층(410)은 성장용 기판에 의해 단결정 성장된 상태에서 칩 분리 공정이 수행되고, 성장용 기판의 제거와 전달 기판(300)으로의 전사가 수행된 상태일 수 있다.
또한, 상기 기능층(410) 상에는 고정 자성층(420)이 구비된다. 상기 고정 자성층(420)은 라인 패턴 상에 형성된 가변 자성층과는 다른 강자성체임이 바람직하며, 예컨대 경자성(hard magnet) 재료가 사용된다. 경자성 재료는 외부에서 인가된 자계에 대해 자화방향의 변화가 용이하지 않은 물질이며, 잔류 자화와 보자력이 큰 특징을 가진다.
이를 위해 고정 자성층(420)은 희토류 금속계, 페라이트계 또는 희토류계 재료가 적합하며, Sm-Co계, Nd-Fe계 또는 Sm-Fe-N계가 사용된다. 예컨대, 상기 고정 자성층(420)은 Fe, Ni, Co, Cr, Cu, Si, Mn, O, W, C, Al, Pt, Sm, Nd, B, P, Bi, Sb, Y, Gd, Dy 또는 Eu을 포함할 수 있다.
기능층(410) 상에 형성된 고정 자성층(420)은 자화단계의 초기에 외부 자기장에 의해 자화된다. 또한, 외부 자기장의 방향에 따라 고정 자성층(420)에 형성되는 자극의 방향은 고정된다. 즉, 고정 자화층(420)은 발광 동작을 수행할 수 있는 기능층(410) 상부에 형성되어 이송 어레이에 픽업되는 단계에서 자구의 정렬은 흐트러짐이 없고, 마이크로 소자(400)의 릴리즈 단계에서도 자구의 정렬은 유지된다.
즉, 마이크로 소자(400)는 고정 자성층(420)의 초기 자화단계에서 외부 자기장에 의해 자화의 방향은 고정된다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 마이크로 소자의 이송 어레이에 의한 픽업 및 릴리즈 과정을 도시한 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 이송 어레이의 라인 패턴들(220) 및 가변 자성층(220)이 도시된다. 각각의 라인 패턴들(220) 및 가변 자성층들(220)은 상기 도 3의 이송 어레이를 C-C' 방향으로 절단했을 경우에 나타나는 형상이다.
또한, 전달 기판(300) 상에는 마이크로 소자들(400)이 구비된다. 마이크로 소자들(400)은 상기 도 5의 상부 평면도를 B-B' 방향으로 절단했을 경우에 나타나는 형상이다.
상기 도 7에서 라인 패턴(220)에 대한 전류의 인가에 의해 가변 자성체(220)는 자화된다. 예컨대, 지면 방향으로 인입되는 전류에 의해 가변 자성체(220)에는 N극과 S극이 형성된다. 또한, 마이크로 소자(400)의 고정 자성층(420)은 초기 단계에서 자화 방향이 결정되므로 이송 어레이의 가변 자성층(220)에 상응하는 자극이 형성된 상태이다.
도 8을 참조하면, N-S 극의 인력을 이용하여 마이크로 소자(400)는 이송 어레이로 픽업된다. 픽업은 자기력에 의한 것으로 픽업이 용이하며, 픽업 이후에 이송동작이 수행된다.
도 9를 참조하면, 이송 어레이에 픽업된 마이크로 소자(400)는 수용 기판(500) 상의 정해진 위치에 포지셔닝되고, 릴리즈된다. 즉, 릴리즈 동작을 위해 수용 기판(500)의 특정의 위치까지 이송 어레이는 이동하며, 마이크로 소자(400)가 수용 기판(500)에 접촉되거나 근접한 상태에서 이송 어레이는 마이크로 소자(400)를 릴리즈한다.
릴리즈 동작을 위해 이송 어레이에 인가된 자화 방향은 역으로 설정될 수 있다. 이는 픽업을 위해 설정된 가변 자성체(220)의 자화 방향과 반대 방향의 자화 동작을 통해 수행된다. 즉, 픽업에 필요한 자화 동작을 위해 인가된 전류와 반대 방향의 전류를 라인 패턴(200)에 인가하여 가변 자성체(220)의 자화반전을 유도한다. 이를 통해 마이크로 소자(400)의 고정 자성체(420)와 이송 어레이의 가변 자성체(220) 사이에는 척력이 작용한다. 따라서, 용이하게 마이크로 소자(400)는 릴리즈될 수 있다.
또한, 실시의 형태에 따라서, 상기 도 7에 도시된 마이크로 소자의 픽업 동작은 달리 설정될 수 있다. 예컨대, 도 7의 과정에서 먼저, 이송 어레이는 전달 기판(300) 상에 배치된 마이크로 소자(400) 상부에 위치된다. 또한, 마이크로 소자(400)의 상하 이동 또는 이송 어레이의 상하 이동에 의해 마이크로 소자(400)와 이송 어레이는 물리적으로 근접하거나 접하는 동작이 수행된다. 이송 어레이가 마이크로 소자(400)에 근접하기 전에는 이송 어레이는 특정 방향으로 자화가 진행되지 않을 수 있다.
이어서, 이송 어레이가 마이크로 소자(400)에 근접하거나 접하면, 이송 어레이의 라인 패턴(200)에 전류가 인가되고, 전류의 인가에 의해 라인 패턴(200) 상의 가변 자성체(220)는 자화된다. 이를 통해 라인 패턴(200) 상의 가변 자성체(220)와 마이크로 소자(400)의 고정 자성층(420) 사이에는 N-S극의 접합에 따른 인력이 작용하여 픽업 동작이 수행되고, 도 8에 도시된 이송 동작 및 도 9에 도시된 릴리즈 동작이 수행된다.
상술한 본 발명에 따르면, 마이크로 소자를 픽업 및 릴리즈하기 위한 이송 어레이는 가변 자성층을 가진다. 가변 자성층 하부에 배치된 라인 패턴을 흐르는 전류 방향에 따라 가변 자성층의 자화 방향은 결정된다. 즉, 전류의 방향의 변경을 통해 자화 반전이 유도될 수 있으며, 이를 통해 용이하게 마이크로 소자를 픽업 및 릴리즈할 수 있다. 특히, 픽업을 위해서는 마이크로 소자에 인력이 요구되며, 릴리즈를 위해서는 마이크로 소자에 척력이 요구되는 바, 본 발명의 이송 어레이는 이를 전류의 방향의 변경을 통해 용이하게 달성할 수 있다.
200 : 라인 패턴 210 : 가변 자성층
300 : 전달 기판 400 : 마이크로 소자
410 : 기능층 420 : 고정 자성층
500 : 수용 기판

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 도전성의 라인 패턴; 및
    상기 라인 패턴 상에 형성되고, 상기 라인 패턴을 흐르는 전류의 방향에 따라 자화 방향을 변경할 수 있는 가변 자성층을 포함하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 라인 패턴은,
    일직선 상에 형성된 배선층;
    상기 배선층에 전기적으로 연결되고, 상기 가변 자성층을 수용하기 위한 자성 수용층을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가변 자성층은 상기 배선층보다 넓은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  4. 제2항에 있어서, 상기 라인 패턴과 상기 가변 자성층 사이에 형성된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가변 자성층은 연자성 재료인 강자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연자성 재료의 보자력은 0.005 Oe 내지 10 Oe인 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가변 자성층은 연질 페라이트, 퍼멀로이(permalloy) 또는 샌더스트(sendust)를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 어레이.
  8. 라인 패턴에 제1 방향의 전류를 인가하여 상기 라인 패턴 상에 형성된 가변 자성층을 자화시키는 단계;
    상기 라인 패턴 상에 형성된 가변 자성층을 가지는 이송 어레이를 통해 고정 자성층이 형성된 마이크로 소자에 자기 인력을 인가하여 상기 마이크로 소자를 픽업하는 단계; 및
    상기 라인 패턴 상에 상기 제1 방향과 반대로 흐르는 전류를 인가하여 상기 가변 자성층의 반전자화를 유도하여 상기 마이크로 소자를 릴리즈하는 단계를 포함하는 마이크로 소자의 이송 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마이크로 소자를 픽업하는 단계는, 상기 마이크로 소자가 배치된 전달 기판으로부터 상기 마이크로 소자를 이탈시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 마이크로 소자를 픽업하는 단계 이후에 상기 이송 어레이에 픽업된 마이크로 소자를 수용 기판 상으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가변 자성층의 자화반전에 의해 상기 가변 자성층과 상기 고정 자성층 사이에는 자기 척력이 작용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 소자의 이송 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109801868A (zh) * 2019-01-15 2019-05-24 严光能 芯片转移装置及其制作方法、led芯片转移方法
CN115312434A (zh) * 2021-05-07 2022-11-08 江苏宜兴德融科技有限公司 一种巨量转移装置和方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102505763B1 (ko) 2021-01-29 2023-03-02 고려대학교 산학협력단 자성 전사 장치와 자성 전자 장치의 제조 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08167663A (ja) * 1994-12-14 1996-06-25 Toshiba Corp 半導体記憶装置およびその動作方法
KR100834837B1 (ko) * 2006-12-29 2008-06-03 삼성전자주식회사 반도체 다이 픽업 장치와 이를 이용한 반도체 다이 픽업방법
US20110151588A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Cooledge Lighting, Inc. Method and magnetic transfer stamp for transferring semiconductor dice using magnetic transfer printing techniques
KR20140108228A (ko) * 2011-11-18 2014-09-05 럭스뷰 테크놀로지 코포레이션 발광 다이오드를 이송하는 방법
KR20140117497A (ko) * 2012-02-09 2014-10-07 럭스뷰 테크놀로지 코포레이션 마이크로 소자들의 어레이의 이송 및 접합 방법
KR20170113019A (ko) * 2016-03-30 2017-10-12 광주과학기술원 자기유도 기반의 이송 매체를 이용한 전자 소자의 이송방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08167663A (ja) * 1994-12-14 1996-06-25 Toshiba Corp 半導体記憶装置およびその動作方法
KR100834837B1 (ko) * 2006-12-29 2008-06-03 삼성전자주식회사 반도체 다이 픽업 장치와 이를 이용한 반도체 다이 픽업방법
US20110151588A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Cooledge Lighting, Inc. Method and magnetic transfer stamp for transferring semiconductor dice using magnetic transfer printing techniques
KR20140108228A (ko) * 2011-11-18 2014-09-05 럭스뷰 테크놀로지 코포레이션 발광 다이오드를 이송하는 방법
KR20140117497A (ko) * 2012-02-09 2014-10-07 럭스뷰 테크놀로지 코포레이션 마이크로 소자들의 어레이의 이송 및 접합 방법
KR20170113019A (ko) * 2016-03-30 2017-10-12 광주과학기술원 자기유도 기반의 이송 매체를 이용한 전자 소자의 이송방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109801868A (zh) * 2019-01-15 2019-05-24 严光能 芯片转移装置及其制作方法、led芯片转移方法
CN115312434A (zh) * 2021-05-07 2022-11-08 江苏宜兴德融科技有限公司 一种巨量转移装置和方法

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