KR20180104814A - 전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법 - Google Patents

전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법 Download PDF

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Abstract

전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 전자소자 제조방법에서, 상기 전자소자 제조시스템은 정보제공부, 기판 선택유닛, 패턴 형성유닛 및 후속 공정유닛을 포함한다. 상기 정보제공부는 전도성 패턴 형성 공정 이후의 후속공정의 공정 조건에 대한 정보가 입력된다. 상기 기판 선택유닛은 상기 공정 조건에 적합한 기판에 관한 정보가 저장된 데이터베이스, 및 상기 데이터베이스로부터 상기 공정 조건에 적합한 기판을 선택한다. 상기 패턴 형성유닛은 상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성한다. 상기 후속 공정유닛은 상기 전도성 패턴이 형성된 기판에 대하여 후속공정을 수행하여 전자소자를 완성한다.

Description

전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법{FABRICATING SYSTEM FOR AN ELECTRIC DEVICE CONSIDERING PROCESSING CONDITIONS AFTER FORMING A CONDUCTIVE PATTERN AND A METHOD FOR FABRICATING THE ELECTRIC DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자 등과 같은 전자 소자의 형성을 위해, 패턴 형성 공정 이후에 수행되는 후속 공정의 공정조건을 고려하여 기판을 선택하고 선택된 기판에 대하여 전도성 패턴을 수행하는 전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법에 관한 것이다.
기판 상에 전도성 패턴을 형성하기 위한 공정은 다수의 기술들이 개발되고 있으며, 예를 들어 대한민국 등록특허 제10-1604400호에서는 저온소결을 통해 금속 패턴을 형성하는 공정을 개시하고 있다.
특히, 금속 잉크를 코팅하고 레이저를 이용하여 스폿(spot) 광을 조사하여 국소적으로 소결을 수행하며 패턴을 형성하는 공정은 최근 들어 다수 개발되고 있으며, 이는 대한민국 공개특허 제10-2016-0145336호를 비롯하여 다양한 문헌을 통해 개시되고 있다.
그러나, 레이저를 이용하여 금속 잉크를 소결시키는 공정에서는, 상대적으로 높은 광 에너지가 조사되는 레이저가 이용됨에 따라, 이러한 높은 광 에너지에도 변형이 쉽게 발생하지 않는 기판이 선택되어야 하며 이에 따라 사용될 수 있는 기판의 종류는 제한적이다.
특히, 전도성 패턴이 형성된 기판에 대하여 후속되는 공정이 고온 공정이 포함되지 않은 경우라면, 레이저 소결 공정을 위해서만 고온 공정이 적용될 수 있는 기판을 선택하여야 하는바, 상대적으로 고가의 기판을 선택하여야 하는 등의 문제가 발생한다.
이와 달리, 후속되는 공정이 반도체 소자의 형성에서의 절연층 형성 공정과 같이 공정 온도가 상대적으로 높은 경우 고온 공정이 적용될 수 있는 기판을 선택하여야 하는데, 이렇게 선택된 기판의 경우 상대적으로 저온에서 수행되는 전도성 패턴의 형성 공정이 적용된다면 전도성 패턴이 용이하게 형성되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 현재까지 개발되고 있는 전도성 패턴의 형성 공정은, 공정의 종류에 따라 특정 범위 내의 공정 온도만 적용되며, 이에 따라 후속되는 공정의 공정 온도 등과 같은 공정 조건을 고려한다면, 각 공정 조건 별로 서로 다른 종류(예를 들면, 레이저 소결 공정, 식각 공정 등)의 전도성 패턴 형성 공정을 적용해야 하는바, 이에 따라 하나의 전도성 패턴 형성 공정의 적용 범위가 제한되거나 공정 조건별로 다양한 전도성 패턴 형성 공정을 별도로 구비해야 하는 공정상의 복잡한 문제가 야기된다.
대한민국 등록특허 제10-1604400호 대한민국 공개특허 제10-2016-0145336호 대한민국 등록특허 제10-0838344호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 기판의 종류와 무관하게 효과적인 전도성 패턴이 가능하여, 후속 공정의 공정조건에 따른 최적 기판 선택이 가능한 전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 전자소자 제조시스템을 이용한 전자소자 제조방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전자소자 제조시스템은 정보제공부, 기판 선택유닛, 패턴 형성유닛 및 후속 공정유닛을 포함한다. 상기 정보제공부는 전도성 패턴 형성 공정 이후의 후속공정의 공정 조건에 대한 정보가 입력된다. 상기 기판 선택유닛은 상기 공정 조건에 적합한 기판에 관한 정보가 저장된 데이터베이스, 및 상기 데이터베이스로부터 상기 공정 조건에 적합한 기판을 선택한다. 상기 패턴 형성유닛은 상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성한다. 상기 후속 공정유닛은 상기 전도성 패턴이 형성된 기판에 대하여 후속공정을 수행하여 전자소자를 완성한다.
일 실시예에서, 상기 후속공정의 공정조건은, 후속공정의 최대 공정 온도를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이터베이스에는, 기판의 종류별 최대 가능 공정 온도에 관한 정보, 및 기판의 종류별 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지에 관한 정보가 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지는 상기 기판의 유리 전이 온도와,
광 에너지[Jcm-2]=0.0076*(기판의 유리전이 온도)-0.24 식 (1)
상기 식 (1)의 관계를 만족시킬 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판은, PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PI(polyimide), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄(polyurethane), eco-flex 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 데이터 베이스는, 상기 패턴 형성유닛에서 기판에 전도성 패턴을 형성한 결과, 및 상기 후속 공정유닛에서 기판에 후속공정을 수행한 결과를 피드백 받아 공정 조건에 적합한 기판에 관한 정보를 갱신할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전자소자 제조방법에서, 전도성 패턴 형성 공정 이후의 후속공정의 공정 조건에 대한 정보가 입력된다. 상기 공정 조건에 적합한 기판 정보가 저장된 데이터베이스로부터 기판을 선택한다. 상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성한다. 상기 전도성 패턴이 형성된 기판에 대하여 후속공정을 수행하여 전자소자를 완성한다.
일 실시예에서, 상기 전도성 패턴을 형성하는 단계는, 상기 선택된 기판 상에 금속혼합잉크를 도포하는 단계, 상기 도포된 금속혼합잉크 상에 제1 패턴이 형성된 마스크를 정렬하는 단계, 상기 마스크가 정렬된 기판의 상부에서 면광원을 제공하여 상기 금속혼합잉크를 선택적으로 소결하는 단계, 상기 마스크를 제거하는 단계, 및 상기 소결되지 않은 금속혼합잉크를 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속혼합잉크는, 금속나노분말이 포함된 잉크에, 나노튜브(nano-tube) 형상의 복합재료가 추가될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속혼합잉크를 선택적으로 소결하는 단계에서, 상기 금속혼합잉크는 상기 면광원을 제공받은 영역에서 상기 기판의 상부 계면에서 융화(fusion)될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 면광원은 IPL(intense pulsed light)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전도성 패턴을 형성하는 단계에서, 상기 면광원을 통해 인가되는 광 에너지는 상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성할 수 있는 에너지 범위일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 후속되는 공정에서의 공정 조건, 특히 공정 온도 조건을 미리 고려하여 해당 공정 조건에 적합한 기판을 선택하고, 패턴 형성시 선택된 기판에서의 패턴을 효과적으로 형성할 수 있는 공정 조건을 적용하여 패턴을 형성하므로, 불필요하게 단가가 높은 기판을 사용하지 않을 수 있으며, 패턴 형성 또는 소자 제작시 에너지 낭비를 최소화할 수 있다.
특히, 패턴 형성에 사용되는 잉크는 나노튜브 형상의 복합재료가 추가된 금속혼합잉크이며, 인가되는 광원은 면광원으로서 IPL이므로, 상대적으로 적은 에너지로 소결을 통해 금속패턴의 형성이 가능하며, 다양한 범위에 광 에너지 인가가 가능하므로, 선택된 기판에 대한 최적의 에너지로 금속 패턴을 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 인가되는 광 에너지는 기판의 유리전이 온도에 비례하므로, 선택된 기판의 유리전이 온도에 관한 정보를 통해서 인가가 필요한 광 에너지를 선택할 수 있어, 패턴 형성 공정을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
즉, 종래 레이저 소결을 통해 국부적으로 높은 에너지가 인가되는 문제로 높은 에너지에서 견딜 수 있는 기판을 선택하여야 하는 문제를 해결하여, 선택되는 기판의 범위를 다양하게 확장할 수 있으며, 특히 높은 공정 온도에서 사용이 어려웠던 유연성 기판을 보다 효과적으로 선택하여 전자 소자를 형성할 수 있다.
또한, 데이터 베이스는 해당 공정을 통해서 획득되는 결과, 즉 패턴 형성 공정에서 인가되는 광 에너지와 패턴 형성의 관계, 및 후속 공정에서 선택된 기판의 공정 조건에 대한 변형 또는 결함 발생 여부 등을 즉각 피드백 받아, 이후 기판 선택에 활용할 수 있어, 전자 소자의 제조 공정이 반복됨에 따라 기판 선택의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자 제조시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 전자소자 제조시스템을 이용한 전자소자 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 1에서 전도성 패턴을 형성하는 단계를 도시한 흐름도이다.
도 4a 내지 도 4d는 도 2의 전도성 패턴을 형성하는 단계를 도시한 공정도들이다.
도 5는 도 2의 전도성 패턴 형성에서 금속혼합잉크가 융화되는 상태를 도시한 이미지이다.
도 6a는 기판의 종류별 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지 정보의 예를 도시한 그래프이다.
도 6b는 기판의 유리 전이 온도와 광 에너지의 관계를 도시한 그래프이다.
도 7은 기판의 종류별, 인가되는 광 에너지에 따른 전도성 패턴 형성 상태를 도시한 이미지들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 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. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자 제조시스템을 도시한 블록도이다. 도 2는 도 1의 전자소자 제조시스템을 이용한 전자소자 제조방법을 도시한 흐름도이다. 도 3은 도 1에서 전도성 패턴을 형성하는 단계를 도시한 흐름도이다. 도 4a 내지 도 4d는 도 2의 전도성 패턴을 형성하는 단계를 도시한 공정도들이다. 도 5는 도 2의 전도성 패턴 형성에서 금속혼합잉크가 융화되는 상태를 도시한 이미지이다. 도 6a는 기판의 종류별 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지 정보의 예를 도시한 그래프이다. 도 6b는 기판의 유리 전이 온도와 광 에너지의 관계를 도시한 그래프이다. 도 7은 기판의 종류별, 인가되는 광 에너지에 따른 전도성 패턴 형성 상태를 도시한 이미지들이다.
이하에서는, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법을 동시에 설명한다.
본 실시예에 의한 상기 전자소자 제조시스템(10)은 기판 선택유닛(100), 후속공정 정보제공부(200), 패턴 형성유닛(300) 및 후속 공정유닛(400)을 포함하며, 상기 기판 선택유닛(100)은 기판 선택부(110) 및 데이터 베이스(120)를 포함한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에서, 상기 전자소자 제조시스템(10)을 이용한 전자소자 제조방법에서, 전도성 패턴 형성 공정 이후의 후속공정의 공정 조건에 대한 정보가 상기 후속 공정 정보 제공부(200)를 통해 상기 기판 선택부(110)로 입력된다(단계 S10).
이 경우, 상기 전도성 패턴 형성 공정은 기판(10) 상에 전도성 패턴을 형성하는 공정으로, 상세한 설명은 후술한다.
상기 후속공정은, 상기 기판(10) 상에 전도성 패턴이 형성된 이후, 상기 기판(10) 상에 추가적인 전극 형성 등의 공정을 수행하는 것을 의미한다.
예를 들어, TFT 소자를 제조하는 경우, 기판 상에 소스/드레인 전극 또는 게이트 전극을 전도성 패턴을 통해 형성한 이후, 상기 형성된 전도성 패턴 상에 반도체 층이나 절연층을 추가로 형성하여야 하며, 이러한 반도체 층이나 절연층을 추가로 형성하는 공정이 상기 후속공정에 포함된다고 할 수 있다.
즉, 다양한 전자 소자를 제조하는 경우, 상기 기판(10) 상에 단순히 전도성 패턴을 형성하는 공정 외에, 추가 공정이 필요하며, 이러한 추가 공정은 전도성 패턴을 형성하는 공정과는 다른 공정 조건, 예를 들어, 공정이 수행되는 온도나 습도, 공정에 사용되는 화학 물질 또는 사용 환경 등이 다르다고 할 수 있다.
이에 따라, 패턴 형성 공정에서 기판에게 요구되는 내식성, 내화학성, 내투습성, 내열성 등의 조건들은, 상기 후속 공정에서 기판에게 요구되는 조건들과는 서로 다를 수 있고, 상기 후속 공정 정보 제공부(200)는 이와 같이 상기 후속 공정에서 기판에게 요구되는 조건 또는 후속 공정이 수행되는 공정 조건에 관한 정보를 상기 기판 선택부(110)로 제공한다.
특히, 공정이 수행되는 온도에 관한 조건은, 패턴 형성공정에서와 후속공정에서 큰 차이가 있을 수 있으며, 상기 기판(10)을 변형시키거나 나아가 상기 기판(10)을 손상시킬 수 있으므로 매우 중요하여, 상기 기판(10)에게 요구되는 내열성 또는 후속 공정이 수행되는 온도에 관한 정보는 상기 기판 선택부(110)로 반드시 제공되어야 한다.
이 후, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 후속 공정의 공정 조건에 적합한 기판 정보가 저장된 데이터베이스(120)로부터, 상기 기판 선택부(110)는 상기 공정 조건에 적합한 기판을 선택한다(단계 S20).
상기 데이터베이스(120)는 다양한 종류의 기판들 각각에 대하여, 각각의 기판이 견딜 수 있는 최대 가능 공정 온도에 관한 정보, 즉 내열성에 관한 정보, 각각의 기판이 가진 내화학성, 내투습성, 내식성 등에 관한 정보를 일람하여 저장한다.
또한, 상기 데이터베이스(120)는 상기 각각의 기판에 대하여, 후술되는 전도성 패턴의 형성을 위해 인가될 수 있는 광 에너지의 범위에 관한 정보도 저장한다.
즉, 본 실시예에서는, 후술하겠으나, 상기 패턴 형성 유닛(300)에서는 면광원으로 IPL(intensive pulsed light)을 사용하여 금속혼합잉크를 소결하여 전도성 패턴을 형성하는데, 이렇게 전도성 패턴을 형성하기 위해서는 각각의 기판에 따라 소결에 필요한 광 에너지의 범위가 서로 다르다. 따라서, 상기 데이터베이스(120)는 기판별 상기 전도성 패턴을 형성하기 위한 광 에너지의 범위에 관한 정보도 저장한다.
그리하여, 상기 기판 선택부(110)는 상기 후속공정 정보 제공부(200)를 통해 제공된 후속 공정에서의 공정 조건에 관한 정보를 바탕으로, 상기 데이터베이스(120)에 저장된 패턴 형성 공정 및 후속 공정에서의 상기 공정 조건에 부합되는 최적의 기판을 선택하게 된다.
이 경우, 상기 기판 선택부(110)에서 선택이 가능한 기판들은, 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PI(polyimide), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄(polyurethane), eco-flex 등일 수 있다.
한편, 도 6a에는 상기 기판들 중 일부 기판에 대하여 후술되는 패턴 형성 공정에서 인가되는 광 에너지(photo energy)에 따른 금속혼합잉크의 소결 상태에 관한 정보가 도시되고 있다.
즉, 도 6a에서는 각각의 기판에서 광 에너지의 인가 범위로서, 소결이 발생하지 않는 구간(Resistive), 소결되어 전도성은 발생하나 후술되는 융화가 충분하지 않아 패턴이 형성되지 않는 구간(Conductive), 소결되어 전도성이 발생되며 융화도 충분하여 패턴이 효과적으로 형성되는 구간(Conductive and patternable), 및 광 에너지가 초과되어 금속혼합잉크가 연소되는 구간(Peeled-off)이 도시된다.
도 6a를 참조하면, 예를 들어, PET는 상대적으로 넓은 범위의 광 에너지 영역에 대하여 효과적인 패턴 형성이 가능하지만, PI는 상대적으로 좁은 범위의 광 에너지 영역에 대하여만 효과적인 패턴 형성이 가능하며, 나아가, 효과적인 패턴 형성을 위한 최소 광 에너지의 크기는 PI>PES>PC>PET의 순서임을 확인할 수 있다. 즉, 공정에서 PI>PES>PC>PET의 순서로 상대적으로 높은 온도에서 견딜 수 있는 내열성인 높음을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7은 각각의 인가되는 광 에너지에 따라 실제 기판 상에 전도성 패턴이 소결되는 상태를 나타낸 이미지들이다.
도 7을 참조하면, PET는 광 에너지가 0.71 Jcm-2 이상으로 인가되는 경우 효과적인 전도성 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있고, PC는 광 에너지가 0.85 Jcm-2 이상으로 인가되는 경우 효과적인 전도성 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있고, PES는 광 에너지가 1.23 Jcm-2 이상으로 인가되는 경우 효과적인 전도성 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있으며, PI는 광 에너지가 2.74 Jcm-2 이상으로 인가되는 경우 효과적인 전도성 패턴이 형성되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 기판 선택부(110)에서는, 후속 공정에서의 공정 온도가 그리 높지 않다면 상대적으로 낮은 온도에서도 패턴 형성이 가능한 기판인 PET를 선택하는 것이 바람직하며, 후속 공정에서의 공정 온도가 상대적으로 높다면 상대적으로 높은 온도에서 패턴 형성이 가능한 기판인 PI를 선택하여 패턴 형성에서의 공정온도와 후속 공정에서의 공정 온도를 유사하게 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 도 6b를 참조하면, 전도성 패턴을 형성하기 위해 필요한 광 에너지와 기판의 유리 전이 온도(Tg)는 하기 식 (1)과 같은 관계를 가짐을 확인할 수 있다.
광 에너지[Jcm-2]=0.0076*(기판의 유리전이 온도)-0.24 식 (1)
즉, 상기 식 (1)과 같이 광 에너지와 기판의 유리 전이 온도(Tg)는 서로 비례하는 관계를 가지는 것으로 볼 수 있으므로, 상기 데이터베이스(120)는 각각의 기판별로 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지에 관한 정보를 대신하여, 각각의 기판의 기판 유리전이 온도에 관한 정보를 저장할 수 있으며, 상기 기판 선택부(110)는 상기 기판 유리전이 온도에 관한 정보를 바탕으로 상기 식 (1)을 통해 광 에너지 정보를 추출하여 최적의 기판을 선택할 수 있다.
이 후, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판 선택부(110)에서 선택된 기판 상에 패턴 형성 유닛(300)이 전도성 패턴을 형성한다(단계 S30).
이 경우, 상기 패턴 형성 유닛(300)이 전도성 패턴을 형성하는 구체적인 공정에 대하여는 도 3 내지 도 4d에 도시된 바와 같다.
보다 구체적으로, 도 3 및 도 4a를 참조하면, 상기 패턴 형성 유닛(300)에서 전도성 패턴을 형성하는 경우, 우선, 상기 선택된 기판(10) 상에 금속혼합잉크(20)를 도포한다(단계 S30).
이 경우, 상기 기판(10)은 도시하지는 않았으나, 유연(flexible) 기판으로서, 공급롤과 회수롤 사이에서 연속적으로 공급되는 기판일 수도 있다.
상기 금속혼합잉크(20)는 금속나노분말이 포함된 잉크에, 나노튜브(nano-tube) 형상의 복합재료가 추가된 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 금속나노분말은 예를 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt) 등과 같은 금속의 분말 형태인 것으로, 분말 형태는 입자 형태를 의미하는 것으로, 구(sphere), 와이어(wire), 막대(rod) 형상 등일 수 있다.
또한, 상기 나노튜브 형상의 복합재료는 나노 와이어 형상으로 연장되어 상기 금속나노분말 사이에 분포될 수 있다.
이 경우, 상기 나노튜브 형상의 복합재료는 광흡수율이 상대적으로 높은 검은색 계열의 재료일 수 있으며, 예를 들어, 탄소(carbon), 그래핀(graphene), 흑연(graphite) 등일 수 있다. 즉, 상기 복합재료는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 나노튜브 또는 흑연 나노튜브일 수 있다.
상기 금속혼합잉크(20)는 스핀(spin) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬롯다이(slot die) 코팅, 그라비아(gravure) 코팅, 스프레이(spay) 코팅, 및 딥(dip) 코팅 중 어느 하나의 코팅 방법을 통해 상기 기판(10) 상에 도포될 수 있다.
이 후, 도 3 및 도 4b를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 도포된 상기 금속혼합잉크(20)의 상면에 제1 패턴(31)이 형성된 마스크(30)를 정렬한다(단계 S32).
상기 제1 패턴(31)은 개구(opening)된 패턴으로, 상기 제1 패턴(31)을 통해 후술되는 면광원이 통과하게 된다. 이에 따라, 상기 제1 패턴(31)은 최종적으로 상기 기판(10) 상에 형성되어야 하는 전극 패턴(25)과 동일한 형상을 가지도록 형성된다.
상기 마스크(30)는 상기 금속혼합잉크(20)의 상면에 가깝게 위치하거나 접촉되도록 위치할 수 있으며, 그리하여, 후속공정을 통해 형성되는 전극패턴(25)의 형상 및 위치 정확도와 정밀도가 보다 향상될 수 있다.
특히, 상기 마스크(30)가 상기 금속혼합잉크(20)에 접촉되는 경우, 상기 마스크(30)의 저면이 상기 금속혼합잉크(20)의 표면과 접착이 가능한 점착성 표면으로 형성되거나 별도의 점착성 재료에 의해 상기 마스크(30)와 상기 금속혼합잉크(20)가 접착되어 고정되는 것이 바람직하다.
이 후, 도 3 및 도 4b를 참조하면, 상기 마스크(30)가 정렬된 상기 기판(10)의 상부에서 면광원을 제공하여, 상기 금속혼합잉크(20)를 선택적으로 소결한다(단계 S33).
이 경우, 상기 면광원을 공급하기 위한 광조사유닛(40)이 상기 기판(10)의 상부에 위치하여, 상기 기판(10)을 향해 면광원을 제공한다. 상기 광조사유닛(40)을 통해 제공되는 광은 면(面)광원으로서, 앞서 상기 기판(10) 상에 상기 금속혼합잉크(20)가 도포된 영역 전체에 광을 조사한다.
상기 광조사유닛(40)을 통해 제공된 면광원은 상기 마스크(30) 상에 형성된 제1 패턴(31)을 관통하여 상기 금속혼합잉크(20)로 제공되며, 이렇게 제공된 광에 의해 상기 금속혼합잉크(20)는 광소결된다.
이 경우, 상기 면광원은 IPL(intense pulsed light)일 수 있으며, 상기 광조사유닛(40)을 통해 제공되는 면광원은 소정의 시간동안 한번만 제공되거나, 짧은 시간으로 반복적으로 제공될 수도 있다.
한편, 상기 IPL을 통해 제공되는 광 에너지는, 도 6a 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 선택된 상기 기판(10)의 종류에 따라 상기 금속혼합잉크(20)가 소결될 수 있는 정도로 제공된다. 이에 따라, 상기 선택된 기판(10)은 상기 금속혼합잉크(20)가 소결될 수 있는 최적의 광 에너지만을 제공받으므로, 상기 기판(10)의 변형이나 결함 없이 전도성 패턴이 효과적으로 형성될 수 있다.
특히, 본 실시예에서는, 상기 금속혼합잉크(20)는 나노튜브 형상의 복합재료(22), 예를 들어 탄소나노튜브(CNT)를 포함하므로, 상기 복합재료에 의해 상기 제공되는 광의 흡수율이 향상된다.
즉, 탄소나노튜브의 양이 증가할수록 광흡수율은 증가하고 에너지 저항률은 저하되므로, 상기 금속혼합잉크(20)에서 복합재료의 양이 증가될수록 결국 상기 면광원의 제공시 광흡수율이 증가하게 되며, 결국 광소결 효율이 향상되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라 상기 공급되는 면광원의 광에너지를 상대적으로 줄이면서도 효과적인 광 소결을 수행할 수 있어, 상기 선택된 기판(10)에 제공되는 광 에너지가 줄어 상대적으로 높은 광 에너지에 의해 변형이나 결함이 발생할 수 있는 기판(10)도 후속 공정에서 공정 온도가 높지 않은 경우라면 선택될 수 있으므로, 사용될 수 있는 기판의 범위가 증가하여 보다 유연하고 다양한 종류의 기판을 포함하는 전자 소자를 형성할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 상기 금속 혼합잉크(20)는 광을 제공받음에 따라 도시된 바와 같이 융화(fusion)된다.
즉, 상기 금속혼합잉크(20)는 상기 광을 제공받은 영역에서, 상기 기판(10)의 상부 계면에서 융화(fusion)되어, 상기 기판(10)과의 접착력이 향상된다.
이 경우, 상기 나노튜브 형상의 복합재료(22)는 광흡수율을 향상시키므로, 상대적으로 높은 광흡수율로 상기 금속혼합잉크(20)와 상기 기판(10)의 상부 계면 사이의 융화를 촉진시키며, 이에 따라 소결되는 상기 금속혼합잉크(20)와 상기 기판(10)과의 접착력이 강화될 수 있다.
또한, 상기 금속혼합잉크(20)에 함유되는 상기 나노튜브 형상의 복합재료의 양이 증가할수록, 상기 광의 제공에 따른 융화 현상이 더욱 강화되어 소결된 상기 금속혼합잉크(20)의 기계적 특성(예를 들어, 굽힘 강도)도 향상될 수 있다.
이 후, 도 3 및 도 4c를 참조하면, 상기 마스크(30)를 상기 금속혼합잉크(20)의 상면으로부터 제거한다(단계 S34).
이 경우, 상기 마스크(30)는 상기 금속혼합잉크(20)의 상면으로부터 직접 제거될 수 있으며, 이와 달리, 별도의 점착성 재료가 상기 마스크(30)와 상기 금속혼합잉크(20) 사이에 개재된 경우라면 상기 점착성 재료를 제거함으로써 상기 마스크(30)를 자연스럽게 상기 금속혼합잉크(20)의 상면으로부터 제거시킬 수 있다.
그리하여, 상기 기판(10) 상에는 광이 조사되어 소결된 전극패턴(25)과 소결되지 않은 금속혼합잉크가 잔류하게 된다.
이 후, 도 3 및 도 4d를 참조하면, 상기 기판(10) 상에 소결되지 않은 금속혼합잉크(20)를 상기 기판(10)으로부터 제거한다(단계 S35).
이 경우, 소결되지 않은 상기 금속혼합잉크(20)를 상기 기판(10)으로부터 제거하기 위해, 예를 들어, 점착성 테이프를 이용하여 상기 금속혼합잉크(20)를 탈착시킬 수 있다.
이와 달리, 상기 금속혼합잉크(20)를 선택적으로 제거하는 용매를 이용하여 상기 금속혼합잉크(20)를 와싱(washing)하거나, 상기 용매가 묻은 직물을 이용하여 상기 금속혼합잉크(20)를 와이핑(wiping)하거나, 상기 용매가 저장된 수조 등에 침지시켜 상기 금속혼합잉크(20)를 용해시킬 수도 있다.
그리하여, 상기 기판(10) 상에는 소결되어 상기 기판(10)과 융화된 전극패턴(25)만이 잔류하게 된다.
이와 같이, 상기 선택된 기판(10) 상에 전도성 패턴이 형성된다.
한편, 상기 패턴 형성 유닛(300)은 상기 선택된 기판(10)에 인가된 IPL 면광원의 광 에너지에 관한 정보를 상기 데이터 베이스(100)로 제공하며, 상기 데이터베이스(100)는 해당 기판(10)에 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지에 관한 정보를 갱신한다.
이 후, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 후속 공정유닛(400)은 상기 전도성 패턴이 형성된 기판(10) 상에 후속 공정을 수행한다.
이 경우, 후속 공정이란, 전도성 패턴이 형성된 기판(10)을 전자 소자로 형성하기 위한 모든 공정을 의미하며, 예를 들어, TFT-LCD 패널을 형성하는 경우라면, 상기 전도성 패턴으로는 소스 전극, 드레인 전극 및 게이트 전극이 형성되며, 후속 공정을 통해 반도체 층, 절연층, 추가 전극층 등을 형성하게 된다.
이와 달리, 상기 후속 공정은 최종적으로 구현되는 전자 소자를 완성하기 위한 다양한 공정일 수 있다.
특히, 상기 후속 공정에서는 다양한 공정이 수행될 수 있으므로, 후속 공정에서 수행되는 공정상의 조건들, 예를 들어, 공정 온도, 공정 습도, 사용되는 화학 약품이나 가스의 종류, 공정이 수행되는 환경 등이 미리 고려되어 상기 기판(10)이 선택된 것으로, 상기 후속 공정유닛(400)을 통해 수행된 공정조건들은 상기 기판(10)에 대한 정보와 함께 상기 데이터 베이스(120)로 제공되어, 상기 데이터베이스(120)의 정보가 갱신될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 후속되는 공정에서의 공정 조건, 특히 공정 온도 조건을 미리 고려하여 해당 공정 조건에 적합한 기판을 선택하고, 패턴 형성시 선택된 기판에서의 패턴을 효과적으로 형성할 수 있는 공정 조건을 적용하여 패턴을 형성하므로, 불필요하게 단가가 높은 기판을 사용하지 않을 수 있으며, 패턴 형성 또는 소자 제작시 에너지 낭비를 최소화할 수 있다.
특히, 패턴 형성에 사용되는 잉크는 나노튜브 형상의 복합재료가 추가된 금속혼합잉크이며, 인가되는 광원은 면광원으로서 IPL이므로, 상대적으로 적은 에너지로 소결을 통해 금속패턴의 형성이 가능하며, 다양한 범위에 광 에너지 인가가 가능하므로, 선택된 기판에 대한 최적의 에너지로 금속 패턴을 형성할 수 있다.
이 경우, 상기 인가되는 광 에너지는 기판의 유리전이 온도에 비례하므로, 선택된 기판의 유리전이 온도에 관한 정보를 통해서 인가가 필요한 광 에너지를 선택할 수 있어, 패턴 형성 공정을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.
즉, 종래 레이저 소결을 통해 국부적으로 높은 에너지가 인가되는 문제로 높은 에너지에서 견딜 수 있는 기판을 선택하여야 하는 문제를 해결하여, 선택되는 기판의 범위를 다양하게 확장할 수 있으며, 특히 높은 공정 온도에서 사용이 어려웠던 유연성 기판을 보다 효과적으로 선택하여 전자 소자를 형성할 수 있다.
또한, 데이터 베이스는 해당 공정을 통해서 획득되는 결과, 즉 패턴 형성 공정에서 인가되는 광 에너지와 패턴 형성의 관계, 및 후속 공정에서 선택된 기판의 공정 조건에 대한 변형 또는 결함 발생 여부 등을 즉각 피드백 받아, 이후 기판 선택에 활용할 수 있어, 전자 소자의 제조 공정이 반복됨에 따라 기판 선택의 신뢰성이 향상될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법은 LCD 소자, 반도체 소자, 웨어러블 디바이스 등의 전자 소자의 제작에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 기판 20 : 금속혼합잉크
25 : 전극패턴 30 : 마스크
31 : 제1 패턴 100 : 기판 선택유닛
110 : 기판 선택부 120 : 데이터 베이스
200 : 후속공정 정보제공부 300 : 패턴 형성유닛
400 : 후속 공정유닛

Claims (12)

  1. 전도성 패턴 형성 공정 이후의 후속공정의 공정 조건에 대한 정보가 입력되는 후속공정 정보제공부;
    상기 공정 조건에 적합한 기판에 관한 정보가 저장된 데이터베이스, 및 상기 데이터베이스로부터 상기 공정 조건에 적합한 기판을 선택하는 기판 선택부를 포함하는 기판 선택유닛;
    상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 패턴 형성유닛; 및
    상기 전도성 패턴이 형성된 기판에 대하여 후속공정을 수행하여 전자소자를 완성하는 후속 공정유닛을 포함하는 전자소자 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 후속공정의 공정조건은,
    후속공정의 최대 공정 온도를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 데이터베이스에는,
    기판의 종류별 최대 가능 공정 온도에 관한 정보; 및
    기판의 종류별 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지에 관한 정보가 저장되는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전도성 패턴 형성이 가능한 광 에너지는 상기 기판의 유리 전이 온도와,
    광 에너지[Jcm-2]=0.0076*(기판의 유리전이 온도)-0.24 식 (1)
    상기 식 (1)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 기판은,
    PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyether sulfone), PI(polyimide), PDMS(polydimethylsiloxane), 폴리우레탄(polyurethane), eco-flex 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 데이터 베이스는,
    상기 패턴 형성유닛에서 기판에 전도성 패턴을 형성한 결과, 및 상기 후속 공정유닛에서 기판에 후속공정을 수행한 결과를 피드백 받아 공정 조건에 적합한 기판에 관한 정보를 갱신하는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조시스템.
  7. 전도성 패턴 형성 공정 이후의 후속공정의 공정 조건에 대한 정보가 입력되는 단계;
    상기 공정 조건에 적합한 기판 정보가 저장된 데이터베이스로부터 기판을 선택하는 단계;
    상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 전도성 패턴이 형성된 기판에 대하여 후속공정을 수행하여 전자소자를 완성하는 단계를 포함하는 전자소자 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전도성 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 선택된 기판 상에 금속혼합잉크를 도포하는 단계;
    상기 도포된 금속혼합잉크 상에 제1 패턴이 형성된 마스크를 정렬하는 단계;
    상기 마스크가 정렬된 기판의 상부에서 면광원을 제공하여 상기 금속혼합잉크를 선택적으로 소결하는 단계;
    상기 마스크를 제거하는 단계; 및
    상기 소결되지 않은 금속혼합잉크를 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 금속혼합잉크는,
    금속나노분말이 포함된 잉크에, 나노튜브(nano-tube) 형상의 복합재료가 추가된 것을 특징으로 하는 전자소자 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 금속혼합잉크를 선택적으로 소결하는 단계에서,
    상기 금속혼합잉크는 상기 면광원을 제공받은 영역에서 상기 기판의 상부 계면에서 융화(fusion)되는 것을 특징으로 하는 전자소자 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 면광원은 IPL(intense pulsed light)인 것을 특징으로 하는 전자소자 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전도성 패턴을 형성하는 단계에서,
    상기 면광원을 통해 인가되는 광 에너지는 상기 선택된 기판 상에 전도성 패턴을 형성할 수 있는 에너지 범위인 것을 특징으로 하는 전자소자 제조방법.


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