KR20190036161A - 플렉서블 전자 소자 제작을 위한 전사 장비 및 이를 이용한 전사 방법 - Google Patents

플렉서블 전자 소자 제작을 위한 전사 장비 및 이를 이용한 전사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전사 및 패키징 장비는 중공의 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상부에 배치되는 이동 모듈; 상기 이동 모듈에 의해 지면과 평행한 상태로 이동 가능하게 배치되는 스테이지 모듈; 및 상기 스테이지 모듈의 상부 상에 이격된 상태에서 이동 가능하게 배치되는 광학 조절계; 상기 스테이지 모듈 상부 측 상에 승강 가능하게 배치된 전달 기판 흡착부;를 포함하고, 상기 스테이지 모듈을 구성하는 복수의 스테이지들 중 어느 하나의 스테이지에 마운팅된 타겟 기판과 상기 전달 기판 흡착부에 마운팅된 전달 기판은 stamping, ACF, SOCF, UV 방식을 포함하는 복수의 프로토콜 중 어느 하나의 프로토콜을 이용하여 전사가 행해진다.

Description

플렉서블 전자 소자 제작을 위한 전사 장비 및 이를 이용한 전사 방법{transferring and packaging apparatus for fabricating flexible electronic device}
본 발명은 전극이 형성된 플렉서블한 성질을 갖는 타겟 기판 및 전달 기판(Carrier Wafer)을 상하로 정렬한 상태에서, 상기 전달 기판과 타겟 기판 사이에 전기적 연결과 접착을 가능하게 하는 전사 부재를 통해 결합을 가능하게 하는 전사 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모기판에서 칩별로 분리(Isolation)된 전자 소자의 일 실시예로서 발광다이오드 무기 복합층(LED Inorganic Multilayer)이 임시적으로 부착된 전달 기판 및 전극이 형성된 타겟 기판을 상하로 정렬한 상태에서, 상기 전달 기판과 타겟 기판 사이에 전기적 연결과 접착을 가능하게 하는 전사 부재를 배치한 상태에서 강한 압력 및 온도를 가하여 본딩을 진행할 수 있는 기술에 관한 것이다.
플렉서블 전자 소자(flexible electronic device)는 소정의 힘이 가해짐에 따라 휘어지거나, 구부러질 수 있는 전자소자를 의미한다. 이와 같은 플렉서블 소자는 소자 자체의 가요성 뿐만 아니라, 소자 하부의 기판과 소자를 덮는 코팅층 또한 소정 수준의 가용성을 가져야 한다. 일반적인 초고밀도 집적회로(VLSI)는 실리콘 기판 상에 경량화 내지 소형화시킨 트랜지스터, 커패시터와 같은 전자소자를 다수개 제조하는 방식으로 제조되는데, 실리콘 기판이 갖는 딱딱한 기판의 한계로 인하여 다양한 용도로의 사용이 힘들게 된다. 상기 종래의 문제를 극복하는 차원에서 딱딱한 기판에서 제작된 고성능의 전자 소자를 떼어내고, 원하는 기판에 정확히 전사하는 것이 점점 중요하게 되고, 디스플레이나 LSI 같이 대면적 전자 소자를 유연화하기 위해서는 전사 방법의 수율과 안정성이 중요하게 된다. 즉, 대면적화되는 전자소자의 안정적인 적층 구조 향상을 위해서는 반복적인 전사 공정을 통하여 플렉서블한 소자를 제조하는 과정이 선행되어야 한다.
최근에 플렉서블 기판 상에서 무기 발광 다이오드와 같은 소자를 제조하는 연구가 활발히 진행되고 있는데, 종래의 일반적인 플렉서블 소자 제조방법은 기판 상에서 소자를 제조한 후 습식 식각 방식으로 소자를 분리하여야 하는 방식을 취하지만, 이 경우에 습식 식각시 발생하는 소자의 정렬문제 및 공정 상의 문제 등이 발생한다.
수직형 발광다이오드와 관련한 플렉서블 소자 제조 과정을 기술하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-1362516호(2014.02.06)를 참조할 수 있는데, 상기 종래의 기술은 플렉서블한 기판 상에 형성된 회로와 무기소자를 연결하기 위해 전사 과정, 열과 압력을 이용한 이방도전성 필름의 접착 또는 금속과 금속 간의 접착을 요구하게 된다. 상기한 방식에서는 제작되는 플렉서블 기판의 두께가 이방 도전성 필름으로 인해 얇아지는데 한계가 있고, 발광다이오드의 크기가 작아질수록 수율이 떨어지며 플렉서블 기판에 형성된 회로와 발광다이오드가 연결됨에 있어서 공간적인 오차가 발생할 수 있다.
플렉서블 전자 소자인 마이크로 발광다이오드의 제작 과정에 있어서는 플렉서블 기판 상으로의 안정적인 전사 과정이 중요한 바, 대면적화되는 마이크로 발광다이오드의 적층 구조 향상을 위해 딱딱한 기판에서 제작된 고성능의 전자 소자를 떼어내어 정확히 전사하여 수율과 안정성을 향상하는 방안이 필요하다.
상기에 기술한 전사 과정에서의 수율과 안정성을 위해서는 전사되는 플렉서블 기판과 임시적으로 플렉서블 전자 소자가 부착된 전달 기판을 정렬한 상태에서 소정의 전사 부재를 매개로 한 전사과정을 효율적으로 진행할 수 있는 장비의 개발이 절실하게 된다.
레이저 열전사 장치 및 이를 이용한 유기 발광 다이오드의 제조방법을 기술하는 종래의 문헌으로는 등록특허 제10-0700824호(2007.03.27)를 참조할 수 있는데, 상기 종래 문헌 상에서는 기판 스테이지 상에 억셉터 기판 및 도너필름이 승하강 가능하게 배치된 상태에서, 레이저 발진기를 통해 조사된 레이저가 도너필름의 전면적에 대해 조사되는 것을 보인다.
한편, 플렉서블 기판, 전달 기판 및 상기 기판들 사이에 배치된 전사 부재를 상하로 배치한 상태에서 플렉서블 전자 소자를 상기 플렉서블 기판 상에 안정적으로 결합하는 과정은 고도의 정밀성을 요한다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 모기판에서 칩별로 분리(Isolation)된 플렉서블 전자 소자가 임시적으로 부착된 전달 기판(Carrier Wafer) 및 전극이 형성된 타겟 기판을 상하 얼라인 광학 기능을 하는 특수한 현미경을 이용하여 상하로 정렬한 상태에서, 상기 전달 기판과 타겟 기판 사이에 전기적 연결과 접착을 가능하게 하는 전사 부재를 배치하고 강한 압력 및 온도를 가하여 본딩을 진행할 수 있는 장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 전사 및 패키징 장비는 중공의 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에 배치되는 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상부에 배치되는 이동 모듈; 상기 이동 모듈에 의해 지면과 평행한 상태로 이동 가능하게 배치되는 스테이지 모듈; 및 상기 스테이지 모듈의 상부 상에 이격된 상태에서 이동 가능하게 배치되는 광학 조절계; 상기 스테이지 모듈 상부 측 상에 승강 가능하게 배치된 전달 기판 흡착부;를 포함하고, 상기 스테이지 모듈을 구성하는 복수의 스테이지들 중 어느 하나의 스테이지에 마운팅된 타겟 기판과 상기 전달 기판 흡착부에 마운팅된 전달 기판은 stamping, ACF, SOCF, UV 방식을 포함하는 복수의 프로토콜 중 어느 하나의 프로토콜을 이용하여 전사가 행해진다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른 전사 방법은 상기 스테이지 모듈을 이루는 복수의 스테이지들 중 하나의 스테이지 상에 모기판을 준비하는 단계; 상기 모기판 상에 전자 소자를 구성하는 무기물질 기반 다층 박막층을 형성하는 단계; 상기 다층 박막층에 형성된 전자 소자를 개별적으로 분리시키는 단계; 상기 전달 기판 흡착부에 마운팅된 전달 기판과 상기 모기판을 결합하여 상기 전달 기판 상에 전자 소자를 결합하는 단계; 상기 모기판을 제거하는 단계; 상기 스테이지 모듈을 이루는 복수의 스테이지들 중 다른 하나의 스테이지 상에 타겟 기판을 배치하는 단계; 상기 전달 기판 흡착부와 상기 타겟 기판이 마운팅된 스테이지를 정렬하는 단계; 상기 전달 기판 흡착부를 하강시켜 외력을 가하는 공정을 통해 전사 부재를 상기 타겟 기판 및 전달 기판 사이에 위치시킨 후 접합하는 단계; 및 상기 전달 기판을 제거하는 단계;를 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 모기판에서 칩별로 분리된 플렉서블 전자 소자가 임시적으로 부착된 전달 기판 및 전극이 형성된 플렉서블한 성질을 갖는 타겟 기판을 상하 얼라인 광학 기능을 하는 특수한 현미경을 이용하여 상하로 정렬한 상태에서, 상기 전달 기판과 타겟 기판 사이에 전기적 연결과 접착을 가능하게 하는 전사 부재를 배치한 상태에서 강한 압력 및 온도를 가하여 본딩을 진행할 수 있게 한다.
본 발명은 전달 기판에 임시적으로 부착된 전자소자인 발광다이오드 무기 복합층을 타겟 기판 상에 전사하는 과정에서 ACF, SOCF, UV 등을 포함한 전사부재를 이용한 조사를 가능하게 한다.
본 발명은 전사 부재로써 이방성 전도필름(ACF, Anisotropic Conductive Film)을 사용하는바, 이는 전사를 위한 접착력을 제공하는 역할 뿐만 아니라 전기적 상호접속(interconnection)의 역할도 있어 공정이 단순하고 안정적인 장점이 있다.
본 발명은 플렉서블 전자 소자의 전사를 위해 이방성 전도필름(ACF)을 활용함으로써 전사 및 상호 접속이 동시에 가능하기 때문에 공정이 안정적인바 대량 생산이 가능하며 양산에 적합하다.
본 발명은 stamping method, ACF, SOCF, UV 등을 포함한 다양한 프로토콜을 이용한 전사가 가능하고, 추가적으로는 스테이징 상에 열선을 수용한 상태에서 타겟 기판과 임시 기판의 온도를 자유롭게 조절 가능하게 함으로써 전사 방법의 활용도를 넓힐 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 전자 소자 제작을 위한 전사 장비의 전체적인 외관을 보인다.
도 2는 도 1에 따른 전사 장비의 구체적인 구성을 보인다.
도 3은 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 전자 소자를 전사하는 방안을 보인다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에서 사용되는 "플렉서블(flexible)" 이라는 용어는 딱딱한(rigid) 특성을 갖는 실리콘 기판 등과 구별되는 용어로서, 플라스틱 기판 등과 같이 기판이 일정각도로 휘어지거나, 접힐 수 있는 특성을 모두 포함하는 용어이다.
본 발명은 임시적으로 사용되는 전달 기판 상에 부착된 전자 소자를 전극이 형성된 플렉서블한 타겟 기판 상에 전사 부재를 매개로 하여 전사 및 상호연결함으로써 플렉서블 전자 소자를 칩 또는 어레이 형태로 구현하는 장치를 제공하는 것이다. 또한, 전자 소자의 적층에 사용되는 각종 기판의 이송 및 패키징을 가능하게 한다. 상기 전자 소자는 마이크로 무기 발광다이오드 소자(LED) 및 고집적 회로(LSI)를 포함한다. 한편, 상기 타겟 기판은 플렉서블 플라스틱 기판 혹은 고분자 기판이 될 수 있다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명에 따라 플렉서블 전자 소자 제작을 위한 전사 및 패키징 장비를 상세히 설명한다.
일반적으로, 전자 소자인 마이크로 발광다이오드 소자는 종래의 발광 다이오드 칩 보다 길이가 10분의 1, 면적은 100분의 1 정도로 10 내지 100 마이크로미터(㎛) 크기의 초소형 LED를 지칭한다.
마이크로 발광다이오드는 기존 LED에 비해 반응 속도가 빠르고, 낮은 전력, 높은 휘도를 지원하며, 디스플레이에 적용할 경우에 휘어질 때에 깨지지 않는 장점을 갖는다. 따라서, 초경량 무게를 필요로 하는 스마트 워치, 스마트 섬유, 머리 착용 디스플레이(HMD) 기기 등에 응용될 수 있다.
전사 및 패키징 장비는 중공의 공정 챔버(10), 공정 챔버(10) 내에 배치되는 베이스 플레이트(110), 베이스 플레이트(110) 상부에 배치되는 이동 모듈(미도시), 이동 모듈에 의해 지면과 평행한 상태로 이동 가능하게 배치되는 스테이지 모듈(120), 스테이지 모듈(120)의 상부 상에 이격된 상태에서 이동 가능하게 배치되는 광학 조절계(130), 스테이지 모듈(120) 상부 측 상에 승강 가능하게 배치된 전달 기판 흡착부(140)를 포함한다.
공정 챔버(10)는 전사 및 패키징 공정이 행해지는 청정 공간으로 조성하기 위해서 진공 펌프 및 별도의 집진 장치 등을 구비할 수 있다. 상기 공정 챔버는 대기압보다 낮은 진공 상태를 유지함으로써 비진공 상태에서보다 훨씬 높은 수율, 작업성 등을 얻을 수 있으며 고품질의 제품을 얻을 수 있다. 상기 공정 챔버 상에는 내부를 관찰할 수 있는 투명한 모니터링창 내지는 내부에 설치된 촬상 장치를 이용한 디스플레이부 등을 구비할 수 있다. 상기 전사 및 패키징 장비에서 공정 챔버는 선택적으로 채용 가능한 것으로서 공정 챔버의 설치 없이 전사 장비를 제작할 수 있다.
베이스 플레이트(110)는 전사 및 패키징 장비의 지지체 기능을 하는 부분으로서 기본적으로는 높은 강성을 갖는 것과 동시에 진동 방지 및 충격 완화를 위하여 댐퍼 부재를 가질 수 있다.
본 발명에서 도입되는 XY축은 지면에 평행한 상태에서의 운동 방향을 정의하는 것으로서 X축은 가로 방향을 가리키고 Y축은 세로 방향을 가리키는 것으로 한다. 한편, Z축은 지면 상에 수직한 방향을 정의하는 것으로서 X축 및 Y축에 모두 직교한다.
이동 모듈은 베이스 플레이트 상에서 상기 스테이지 모듈을 XY축 방향을 따라 이동하게 하는 것으로서, X축 이동부 및 X축 이동부에 수직한 방향으로 이동하게 하는 Y축 이동부를 포함한다.
전달 기판 흡착부는 스테이지 모듈의 상부 측 상에 상하로 승강 가능하게 배치된 상태에서 전자 소자를 정확히 이동시키고, 압력과 속도를 정확히 조절하여 전사와 동시에 접속을 가능하게 한다.
전달 기판 흡착부(140)를 이용하여 전자 소자 상에 인가하는 압력은 ACF, NOCF 등을 이용한 전사/접속 시에 중요한 요인이고, 전자 소자를 이동시키는 속도는 stamping method에 중요한 요인이다. 이는 전달 기판을 이송하는 속도에 따라 전사의 성공 가능성이 변동되는 것과 밀접한 관련성이 있다.
본 전사 및 패키징 장비에서 인가하는 압력과 속도는 전달 기판 흡착부를 통해서 자유롭게 조절된다. 즉, 압력은 1kg~20kg의 범위로 조절되고, 속도는 1μm/s~1000 mm/s로 조절 가능하다.
스테이지 모듈(120)은 이동 모듈 상에 배치된 스테이지 지지대(122) 및 스테이지 지지대(122) 상에 고정된 복수의 스테이지를 포함한다. 상기 복수의 스테이지는 stamping method, ACF, SOCF, UV 등을 포함한 다양한 프로토콜을 이용한 전사가 가능하도록 하기 위해 각각 별개적인 스테이지를 갖게 한다. 즉, XY 평면을 따라 배치되는 복수의 스테이지 중 어느 하나의 스테이지는 스테이지 지지대가 이동 모듈의 구동에 의해 이동되는 과정을 통해 전사 과정이 이루어지도록 위치한다.
상기 스테이지 모듈(120)은 정확한 얼라인을 위해서 상기 스테이지 지지대(122)의 각도를 xy, yz, zx 평면으로 자유롭게 회전가능하다.
상기 복수의 스테이지는 일 실시예로써 중앙의 제1 스테이지(125)를 중심으로 하여 양측에 대칭적으로 배치되는 것으로 할 수 있다. 구체적으로는, 제1 스테이지(125)의 일측에 나란하게 배치되는 제2,3 스테이지(126,127) 및 상기 제1 스테이지(125)를 중심으로 하여 제2,3 스테이지(126,127)와 대향적으로 배치되는 제4,5 스테이지(128,129)를 포함한다.
스테이지 모듈(120)은 하나의 스테이지 상에 다양한 전사 프로토콜을 적용하는 경우에는 스테이지의 변형이 일어날 수 있기에 용도에 따라 교체하여 사용한다.
예를 들어, 제1 스테이지(125)에서는 열과 압력을 동시에 인가하고, 제2 스테이지(126)에서는 압력 만을 인가하고 제3 스테이지(127)에서는 UV 조사를 행하는 방식으로 사용할 수 있다.
한편, 제4,5 스테이지(128,129)를 통해서는 스탬핑 공정을 실시할 수 있는데,
구체적으로는 전달 기판 흡착부(140) 상에 임시적으로 사용되는 전사 부재를 흡착 고정한 상태에서, 스테이지 모듈(120)을 이동하여 제4 스테이지(128) 상에 놓인 모기판이 상기 전달 기판 흡착부(140)의 하부 상에 위치하게 상태에서 모기판 상의 발광다이오드 무기 복합층을 전사 부재 상에 위치하게 한다. 다음으로, 제5 스테이지(129) 상에 놓인 타겟 기판이 전달 기판 흡착부(140)의 직하부에 오도록 스테이지 모듈(120)을 적절하게 이동하여 정렬한다. 상기의 정렬 과정은 제5 스테이지와 전달 기판 흡착부 사이에 배치되는 광학 조절계를 통해서 가능할 수 있다.
전체적으로는, 모기판 상에 집적된 전자 소자인 발광다이오드 무기 복합층을 전달 기판 흡착부를 이루는 샘플 척 상에 붙어 있는 전달 기판으로 옮긴다. 다음으로는, 전달 기판 상의 전자 소자를 타겟 기판으로 전사하는 과정을 통해 모기판 상에 집적된 전자 소자를 타겟 기판으로 옮긴다.
본 발명에 따른 전사 및 패키징 장비는 스테이지 모듈, 광학 조절계, 전달 기판 흡착부 등을 통해서 타겟 기판 상에 전자 소자의 3D 적층 공정을 연속적으로 가능하게 한다. 즉, 전사 부재를 이용한 상태에서 전달 기판 흡착부에 결합된 전달 기판의 전자 소자를 타겟 기판 상에 동시 접속 및 전사를 진행한다.
모기판 상에 적층되는 발광다이오드 무기 복합층은 LED의 종류에 따라 상이하게 되고, 또한 그에 따라 모기판의 종류도 상이해지게 된다. 예를 들어, 모기판은 GaAs기판(GaP_yellow and green light, AlGaAs_red and IR light, AlGaInP_yellow, orange and red light) 및 Sapphire 기판(GaN_blue light, InGaN_blue, green, and UV light) 등이 있으며 이들을 비롯한 여러 기판을 공정에 적용 가능하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 전달 기판은 PDMS, Thermal Release Tape, UV Release Tape 등이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 발광다이오드 칩의 부착이 가능한 다른 다양한 기판의 적용이 가능함은 물론이다. 모기판(100)의 제거는 물리적 또는 화학적 방법을 통하여 제거하고 이를 통해 최종적으로 마이크로 발광다이오드 칩들이 전달 기판에 부착된 형태가 된다. 구체적으로, 상기 모기판의 제거는 식각 또는 레이저 리프트 오프 공정을 통해 수행된다.
광학 조절계(130)는 별도의 이동 장치를 통해 X축 방향을 따라 이송되는 과정을 통해 전달 기판 흡착부와 스테이지 모듈 사이에 배치된다. 구체적인 실시예로서, 복수의 스테이지 중 중앙에 배치된 제1 스테이지를 전달 기판 흡착부의 직하부 방향으로 위치하게 한 상태에서, 상기 제1 스테이지와 전달 기판 흡착부 사이에 상기 광학 조절계를 위치한다.
광학 조절계는 전달 기판 흡착부 상에 결합된 전달 기판과 제1 스테이지 상에 결합된 타겟 기판 사이로 이동하여, 상부의 전달 기판과 하부의 타겟 기판을 동시에 확인한다. 상기 과정에서 정확하게 정렬하기 위하여, 장비에 연결된 컴퓨터를 통해 현미경 이미지를 확인한다. 즉, 광학 조절계는 상부 측에 있는 임시적인 전달 기판에 붙어있는 전자 소자와 하부 측의 타겟 기판을 동시에 한 화면 상에서 확인하게 하고, 이에 따라 정확한 얼라인을 가능하게 된다.
이때, 상부의 전달 기판 및 하부의 타겟 기판의 이미지는 겹친 형태로 모니터 상에 디스플레이되고, 사용자가 직접 XY축 이동 및 각도 조절을 하여 정렬한다. 광학 조절계는 특수 현미경 기능을 하는 것으로서 정확한 정렬을 가능하게 한다. 여기에서, 타겟 기판과 전달 기판을 고정하고 있는 각 스테이지들의 xy, yz, zx 방향으로의 각도 조절을 통해 미정렬(misalignment)을 최소화한다. 또한, x,y,z 축 방향을 따라 스테이지의 이동 속도와 압력 조절을 자유롭게 가능하게 하는 동시에 자체적인 프로그래밍을 통해 반복적으로 공정 자동화가 가능하다.
본 발명은 stamping method, ACF, SOCF, UV 등을 포함한 다양한 프로토콜을 이용한 전사를 가능하게 한다.
전달 기판 상의 전자 소자를 타겟 기판으로 전사하는 과정을 보면 다음과 같다.
플렉서블 기판인 타겟 기판 상에 형성된 하부 전극과 전달 기판 상의 발광다이오드 칩의 위치를 정렬(Alignment)하고, 전사 부재를 타겟 기판 및 전달 기판 사이에 위치시킨다. 상기 상태에서, 전사 부재 상으로 초음파, 물리력, 반데르발스힘, 및 열과 압력 을 포함하는 접합 공법 중 어느 하나를 이용하여 접합을 행한다.
전사 부재는 이방성 전도필름, NCF(Non Conductive Film), SOCF(Self Organized Conductive Film), ACA(Anisotropic Conductive Adhesive), Solder Ball 등과 같은 다양한 기술이 활용될 수 있다. 한편, 전사 부재는 이에 한정되는 것은 아니고 발광다이오드 칩의 부착이 가능한 다른 다양한 기판의 적용이 가능함은 물론이다.
전사 부재 중에서 예시적으로 이방성 전도필름(ACF)을 설명한다.
본 발명에 적용되는 이방성 전도필름(ACF)은 열과 압력을 가해서 접합 본딩(Thermocompression Bonding)을 행하는 것으로서, 접합 후에 접착력이 뛰어나고 전기적 상호접속의 역할도 있어 공정이 단순하고 안정적이다. 게다가 최종 구조가 단순하여 휘어짐에 내구도가 강하다.
한편, 타겟 기판과 전달 기판 사이에 전사 부재를 결합하는 과정은 접합 공정에 한정되는 것은 아니고 복수의 기판 간의 결합 내지 융합을 가능하게 하는 다른 다양한 기법 내지 공정의 적용이 가능함은 물론이다.
추가적으로 복수의 스테이지 중 어느 하나의 스테이지 상에 열선을 넣어 타겟 기판과 전달 기판의 온도를 자유롭게 조절 가능하게 하므로 이를 통해 전사 방법의 활용도를 넓게 한다.
한편, 본 발명은 전사 부재를 이용한 전자 소자의 제조를 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 진행할 수 있다.
스테이지 모듈(120)의 다른 실시예인 롤투롤 방식을 보면, 도 3과 같이 복수 개의 롤러에 의해 지지되는 스테이지 지지대(122) 및 스테이지 지지대(122) 상에 고정된 복수의 스테이지를 포함한다. 도 3에서는 스테이지 지지대(122)의 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 복수의 스테이지 중 하나의 스테이지(126)에서 전달 기판을 제거하는 것을 보인다.
스테이지 모듈의 상부 측으로는 복수의 전달 기판의 외주면을 따라 부착되는 롤 형상의 전달 기판 흡착부가 배치된다.
여기에서, 스테이지 지지대는 복수 개의 롤러에 의하여 이송된다. 스테이지 지지대의 복수의 스테이지 상에는 전달 기판으로부터 전자소자를 받게 되는 타겟 기판이 배치된다.
전달 기판 흡착부의 일측 상에는 광학 조절계가 배치된 상태에서, 롤 형상의 전달 기판 흡착부 상에 부착된 전달 기판과 복수의 스테이지 상에 놓인 타겟 기판을 동시에 확인한다. 즉, 일 실시예로서 광학 조절계의 측방을 통해서는 전달 기판 흡착부 상에 부착된 전달 기판을 확인하는 것과 동시에, 광학 조절계의 하방을 통해서는 타겟 기판을 확인한다.
광학 조절계를 통한 위치 정렬이 이루어진 후에는, 회전 구동하는 전달 기판 흡착부에 부착된 전달 기판 중 하단에 위치한 전달 기판과 타겟 기판 간의 가압 작용에 의해 전사 및 패키징 공정을 수행하고, 이후에 전달 기판을 제거함으로써 전달 기판 상의 발광다이오드 칩을 타겟 기판 상으로의 전사를 완료한다.
한편, 스테이지 모듈을 전달 기판 흡착부와 동일한 롤 형상을 구성할 수 있다. 여기에서, 복수 개의 롤러 형상인 스테이지 모듈과 전달 기판 흡착부는 서로 대향되도록 구성되나, 대향되는 롤러간 거리는 달라진다. 특히 롤러 간 거리가 짧아짐에 따라 복수의 스테이지 사이의 거리 또한 짧아지며, 상기 짧아지는 거리 부분에서 복수의 스테이지에서의 소자 전사가 이루어진다.
본 발명은 롤 형상을 갖는 전달 기판 흡착부의 외주면을 따라 원주 방향으로 복수개의 전사 부재가 소정 간격으로 배열된다. 상기 배열 간격은 복수의 스테이지 사이의 거리에 대응하도록 설정된다.
본 발명은 민감한 플렉서블 VLSI가 아닌, 상기 플렉서블 VLSI 소자를 보호하는 고정 기판인 모기판을 이용하여, 전자 소자를 먼저 전달 기판 흡착부에 결합된 전사 부재 상에 접합시키고, 다시 플렉서블 기판인 타겟 기판에 상기 전사 부재에 접합된 전자 소자를 상기 전사 부재의 하부 방향으로 자동으로 접합시키므로, 상대적으로 안정된 소자 전사가 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. microLED용 전사 및 패키징 장비에 있어서,
    복수의 스테이지들을 포함하는 스테이지 모듈;
    상기 스테이지 모듈의 상부 상에 이격된 상태에서 얼라인을 위해 이동 가능하게 배치되는 광학 조절계; 및
    상기 스테이지 모듈 상부 측 상에 승강 가능하게 배치된 전달 기판 흡착부;를 포함하고,
    상기 복수의 스테이지들 중 하나 이상의 스테이지에 마운팅된 타겟 기판과 상기 전달 기판 흡착부에 마운팅된 전달 기판을 이용하여 전사 및 접속이 행해지고,
    상기 전달 기판 흡착부 또는 상기 타겟 기판이 마운팅된 스테이지를 이동하여 정렬하는,
    전사 및 패키징 장비.
  2. 제 1 항에 따른 전사 및 패키징 장비를 이용한 전자 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 복수의 스테이지들 중 하나 이상의 스테이지 상에 모기판을 준비하는 단계;
    상기 모기판 상에 전자 소자를 구성하는 무기물질 기반 다층 박막층을 형성하는 단계;
    상기 다층 박막층에 형성된 전자 소자를 개별적으로 분리시키는 단계;
    상기 전달 기판 흡착부에 마운팅된 전달 기판과 상기 모기판을 결합하여 상기 전달 기판 상에 전자 소자를 결합하는 단계;
    상기 모기판을 제거하는 단계;
    상기 스테이지 모듈을 이루는 복수의 스테이지들 중 다른 스테이지 상에 타겟 기판을 배치하는 단계;
    상기 전달 기판 흡착부 또는 상기 타겟 기판이 마운팅된 스테이지를 이동하여 정렬하는 단계
    상기 전달 기판 흡착부를 하강시켜 외력을 가하는 공정을 통해 전사 부재를 상기 타겟 기판 또는 전달 기판 사이에 위치시킨 후 전사 및 접속하는 단계; 및
    상기 전달 기판을 제거하는 단계;를 포함하는,
    전자 소자의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외력은 열, 압력, 초음파, 물리력 및 반데르발스힘을 포함한 그룹 중 어느 하나이고, 상기 전사 부재는 ACF, SOCF, ACA 및 Solder Ball 을 포함한 전도성 접착물질 그룹 중 어느 하나인,
    전자 소자의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 타겟 기판은 플렉서블한 플라스틱 기판 또는 고분자 기판인,
    전자 소자의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전자 소자를 개별적으로 분리하는 단계는,
    마스킹 후 식각을 통해 상기 전자 소자를 칩마다 분리하는 단계인,
    전자 소자의 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 전달 기판을 제거한 후에,
    상기 전자 소자 상에 접속되는 상부 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는,
    전자 소자의 제조 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 전달 기판은 PDMS, Thermal Release Tape, UV Release Tape 및 Water Soluble Tape을 포함하는 그룹 중 어느 하나인,
    전자 소자의 제조 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 모기판을 제거하는 단계는,
    식각 또는 레이저 리프트 오프 공정을 통해 수행되는,
    전자 소자의 제조 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 전사 부재는,
    이방성 전도필름, NCF(Non Conductive Film), SOCF(Self Organized Conductive Film), ACA(Anisotropic Conductive Adhesive) 및 Solder Ball 을 포함하는 그룹 중 어느 하나인,
    전자 소자의 제조 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 접합 단계는,
    초음파, 물리력, 반데르발스힘 및 열과 압력 을 포함하는 접합 수단 중 어느 하나를 사용하는,
    전자 소자의 제조 방법.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스킹은 Metal masking, PR을 이용한 masking, 고분자를 이용한 masking 및 Soft masking 을 포함하는 그룹 중 어느 하나인,
    전자 소자의 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020242098A1 (ko) * 2019-05-24 2020-12-03 (주)포인트엔지니어링 마이크로 led 디스플레이 제작 방법 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이
KR20210004767A (ko) * 2019-07-05 2021-01-13 한국과학기술원 마이크로 진공모듈을 이용한 마이크로 led 어레이 전사를 위한 기판, 마이크로 led 어레이, 마이크로 진공모듈 간의 배치 구조 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 제작 방법
CN114695168A (zh) * 2020-12-30 2022-07-01 深圳Tcl新技术有限公司 一种芯片转移方法以及转移装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101362516B1 (ko) * 2013-02-07 2014-02-14 한국과학기술원 플렉서블 수직형 발광다이오드 및 그 제조방법
KR20150004819A (ko) * 2012-03-30 2015-01-13 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 표면에 상응하는 부속체 장착가능한 전자 장치
KR101619466B1 (ko) * 2010-03-26 2016-05-11 삼성전자주식회사 반도체 소자 실장 장치
KR101662386B1 (ko) * 2013-09-13 2016-10-05 한국과학기술원 지지 기판을 이용한 플렉서블 소자 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 소자
US20170025399A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Display apparatus and manufacturing method thereof
KR20170026961A (ko) * 2015-08-31 2017-03-09 삼성디스플레이 주식회사 발광 다이오드 트랜스퍼

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101619466B1 (ko) * 2010-03-26 2016-05-11 삼성전자주식회사 반도체 소자 실장 장치
KR20150004819A (ko) * 2012-03-30 2015-01-13 더 보오드 오브 트러스티스 오브 더 유니버시티 오브 일리노이즈 표면에 상응하는 부속체 장착가능한 전자 장치
KR101362516B1 (ko) * 2013-02-07 2014-02-14 한국과학기술원 플렉서블 수직형 발광다이오드 및 그 제조방법
KR101662386B1 (ko) * 2013-09-13 2016-10-05 한국과학기술원 지지 기판을 이용한 플렉서블 소자 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 소자
US20170025399A1 (en) * 2015-07-23 2017-01-26 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Display apparatus and manufacturing method thereof
KR20170026961A (ko) * 2015-08-31 2017-03-09 삼성디스플레이 주식회사 발광 다이오드 트랜스퍼

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020242098A1 (ko) * 2019-05-24 2020-12-03 (주)포인트엔지니어링 마이크로 led 디스플레이 제작 방법 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이
KR20210004767A (ko) * 2019-07-05 2021-01-13 한국과학기술원 마이크로 진공모듈을 이용한 마이크로 led 어레이 전사를 위한 기판, 마이크로 led 어레이, 마이크로 진공모듈 간의 배치 구조 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 제작 방법
CN114695168A (zh) * 2020-12-30 2022-07-01 深圳Tcl新技术有限公司 一种芯片转移方法以及转移装置

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