(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、前記基板上に配置される薄膜であって、前記基板の熱膨脹係数よりも高い熱膨脹係数を有する金属である薄膜と、前記薄膜上に配置される機能層とを含む、被剥離層を配置して積層体を形成する段階と、
前記積層体に熱衝撃を加え、前記基板と前記薄膜との界面にせん断応力を発生させ、前記基板から前記薄膜を剥離する、段階と、
前記基板から前記被剥離層を離脱させる段階と、
離脱された前記被剥離層を対象基板として転写する段階と、を含む、電子装置の製造方法であって、
前記熱衝撃を加える段階では、前記基板の温度が１００℃〜４００℃に至るまで加熱した後、直ちに冷却し、１分以内の冷却で前記基板の温度を常温として、前記熱衝撃を加える、電子装置の製造方法。
【請求項２】
前記熱衝撃を加える段階は、前記基板と前記被剥離層に互いに反対方向の熱応力を発生させる、請求項１に記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記機能層は、
前記薄膜と接触する保護層と、
前記保護層上に配置される電子素子と、を含む、請求項１に記載の電子装置の製造方法。
【請求項４】
前記被剥離層を離脱させる段階は、前記被剥離層上に転写層を接合し、互いに接合された前記被剥離層と前記転写層とを前記基板から離脱させる、請求項１に記載の電子装置の製造方法。
【請求項５】
前記転写層は、ＰＤＭＳ、熱剥離テープ及び水溶性テープのうち、いずれか１つからなる、請求項４に記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、電子装置の製造方法に係り、さらに具体的に、電子素子を剥離する過程で発生する電子素子の損傷及び変形を最小化し、複雑な形状の大面積電子素子を製造することができる電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電子装置を製造する場合、電子素子を電子装置の一構成要素となる転写対象に直接形成してもよいが、必要によって、被転写基板に電子素子を形成した後、それを剥離して転写対象として転写することもできる。
【０００３】
ところで、電子素子を被転写基板から剥離する時、剥離に使用される溶液の流動によって電子素子の配置が初期配置と異なるか、レーザによって電子素子が損傷する問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記問題点を含む従来技術の問題点を解決するためのものであって、電子素子を剥離する過程で電子素子の損傷及び変形を最小化し、複雑な形状の大面積電子素子を製造することができる電子装置の製造方法に関する。但し、かような課題は、例示的なものであって、それによって本発明の範囲が限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施例による電子装置の製造方法は、基板上に被剥離層を配置して積層体を形成する段階、前記積層体に熱衝撃を加える段階、前記基板から前記被剥離層を離脱させる段階、及び離脱された前記被剥離層を対象基板に転写する段階を含む。
【０００６】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板と前記被剥離層に互いに反対方向の熱応力を発生させることができる。
【０００７】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記積層体を加熱した後、冷却することができる。
【０００８】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板を１００℃〜４００℃に加熱することができる。
【０００９】
また、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板を常温まで冷却することができる。
【００１０】
また、前記被剥離層は、薄膜と機能層とを含み、前記積層体を形成する段階は、前記薄膜を前記基板上に配置する段階、及び前記薄膜上に前記機能層を配置する段階を含んでもよい。
【００１１】
また、前記基板と前記薄膜は、互いに異なる熱膨脹係数を有し、前記熱衝撃を加える段階は、前記基板と前記薄膜との界面にせん断応力を発生させ、前記基板から前記薄膜を剥離することができる。
【００１２】
また、前記薄膜は、前記基板の熱膨脹係数よりも高い熱膨脹係数を有する金属であってもよい。
【００１３】
また、前記機能層は、前記薄膜と接触する保護層及び前記保護層上に配置される電子素子を含んでもよい。
【００１４】
また、前記被剥離層を離脱させる段階は、前記被剥離層上に転写層を接合し、互いに接合された前記被剥離層と前記転写層とを前記基板から離脱させることができる。
【００１５】
また、前記転写層は、ＰＤＭＳ、熱剥離テープ及び水溶性テープのうち、いずれか１つからなってもよい。
【００１６】
前記以外の他の側面、特徴、利点は、以下の発明を実施するための具体的な内容、請求範囲及び図面から明確になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一実施例による電子装置の製造方法は、電子素子を剥離する過程で発生する電子素子の損傷、歪曲及び変形を最小化することができる。
また、電子素子の剥離にかかる所要時間を画期的に減らして複雑な形状の大面積電子素子を迅速に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図２】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図３】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図４】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図５】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図６】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図７】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図８】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図９】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図１０】本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
【図１１】本発明の一実施例による電子装置の製造方法で製造された電子装置の一部構成を示す。
【図１２】本発明の一実施例による電子装置の製造方法で製造された電子装置に対するＸＰＳ分析グラフである。
【図１３】本発明の一実施例による電子装置の製造方法と従来の電子装置の製造方法とを比較する図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、多様な変換を加え、様々な実施例を有しているところ、特定実施例を図面に例示し、発明の説明に詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の実施例に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を含むと理解されねばならない。本発明を説明するに当って、他の実施例に示されているとしても、同じ構成要素については同じ識別符号を使用する。
【００２０】
第１、第２などの用語は、多様な構成要素の説明に使用されるが、構成要素は、用語によって限定されてはならない。用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的だけで使用される。
本願で使用した用語は、ただ特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。本願において、「含む」または「有する」などの用語は、明細書上に記載の特徴、数、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組合わせ物が存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数、段階、動作、構成要素、部品またはこれらの組合わせ物などの存在または付加可能性を予め排除しないものと理解されねばならない。
【００２１】
以下、添付図面に示された本発明に係わる実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１ないし図１０は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法を示す図面である。
図１ないし図１０を参照すれば、本発明の一実施例による電子装置の製造方法は、基板１００上に被剥離層２００を配置して積層体１０を形成する段階と、積層体１０に熱衝撃を加える段階と、基板１００から被剥離層２００を離脱させる段階及び離脱された被剥離層２００を転写対象４００に転写する段階を含む。
【００２２】
まず、基板１００を準備する。基板１００の材質は、特に限定されず、一般的に使用されるシリコン基板などが使用される。また、基板１００は、不透明な材質であってもよい。すなわち、本発明の一実施例による電子装置の製造方法では、汎用の基板をそのまま利用することができて活用度が高い。本発明の一実施例において、基板１００は、シリコン基板またはガラス基板であってもよい。
次いで、図１に示したように、基板１００上に薄膜２１０を配置する。薄膜２１０は、基板１００と直接接触して、基板１００と機能層２２０との間に介在される。薄膜２１０の厚さは、特に限定しないが、後述するように積層体１０に熱衝撃を加えたとき、基板１００と薄膜２１０との熱膨脹係数の差によって、薄膜２１０が容易に剥離されるためには、薄膜２１０の厚さが数ｎｍ〜数百ｎｍであることが望ましい。また、フレキシブルな電子装置１を具現するために、薄膜２１０の厚さは薄いことが望ましい。薄膜２１０は、高い熱膨脹係数を有することが望ましく、金属からなってもよい。例えば、薄膜２１０は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）のうちいずれか１つからなってもよい。
薄膜２１０を基板１００上に配置する方法は、特に限定されず、通常の蒸着方法が適用される。例えば、スパッタリング(Sputtering)蒸着法またはE-beam  EvaporationのようなPVD(Physical  Vapor  Deposition)蒸着法が適用される。
【００２３】
次いで、図２に示したように、機能層２２０を薄膜２１０上に配置する。機能層２２０は、保護層で被覆された電子素子であってもよい。保護層は、物理的な衝撃と急激な温度変化から電子素子を保護する絶縁体であってもよい。例えば、保護層は、ポリイミド(Polyimide)のようなポリマーであってもよい。
機能層２２０は、次のような方法で薄膜２１０上に配置される。まず、基板１００に配置された薄膜２１０上に保護層としてポリマーをコーティングする。次いで、ポリマー上に金属を蒸着させ、パターニングを行う。そして、再びポリマーをコーティングして金属部分を被覆する。但し、金属部分を必ずしも被覆する必要はなく、露出状態で次の工程を進めることができる。
積層された薄膜２１０と機能層２２０は、被剥離層２００をなす。被剥離層２００は、剥離工程によって基板１００から剥離され、最終的に転写対象４００上に配置される。また、基板１００と被剥離層２００は、積層体１０をなす。
【００２４】
一方、本発明の一実施例による電子装置の製造方法によれば、サブメートル(Submeter)単位からナノメートル単位の電子装置を形状の歪曲及び変形なしに製造することができる。したがって、薄膜２１０と機能層２２０との大きさ及び形状は、特に限定されず、多様な形状及びパターンを有する薄膜２１０と機能層２２０とを利用することができる。また、薄膜２１０と機能層２２０は、互いに対応する形状を有するか、薄膜２１０が機能層２２０よりも広い面積を有してもよい。
本発明の一実施例において、基板１００と薄膜２１０は、互いに異なる熱膨脹係数を有することが望ましい。例えば、熱衝撃によって基板１００に引っ張り応力が作用し、薄膜２１０に圧縮応力が作用するように、薄膜２１０の熱膨脹係数が基板１００の熱膨脹係数よりもさらに大きくなる。
【００２５】
次いで、積層体１０に熱衝撃(Thermal  shock)を加える。熱衝撃は、物体に急激な温度変化を起こして、物体に物理的な変化を引き起こすことで、本発明の一実施例では、積層体１０を加熱した後、直ちに冷却することで、熱衝撃を与えることができる。
まず、図３に示したように、積層体１０を加熱する。図３に示す矢印は、外部から積層体１０に熱が供給される状態を示す。積層体１０を加熱する方式は、特に限定しない。積層体１０を加熱チャンバまたはオーブンなどに入れて全体的に加熱するか、基板１００と薄膜２１０との界面を選択的に加熱するか、ホットプレートなどを用いて基板１００の下部を選択的に加熱する。本発明の一実施例では、加熱部として、ホットプレート(Hot  plate)を基板１００の下部に配置して積層体１０を加熱することができる。積層体１０を加熱すれば、基板１００と薄膜２１０に熱応力が発生する。
【００２６】
具体的に、図３のＡの拡大図である図４に示したように、積層体１０を加熱すれば、基板１００の温度上昇によって、基板１００が膨脹して内部に引っ張り応力が発生する。一方、薄膜２１０の場合、前述したように熱膨脹係数が基板１００の熱膨脹係数よりも大きいために、基板１００の膨脹率よりもさらに大きい膨脹率を有する。しかし、薄膜２１０は、基板１００によって形状が固定されている状態なので、薄膜２１０の膨脹が拘束されて薄膜２１０の内部には、圧縮応力が発生する。したがって、図４で矢印で示したように、基板１００の上部と薄膜２１０の下部には、互いに反対方向の熱応力が発生する。これにより、基板１００と薄膜２１０との界面に、界面と平行な方向にせん断応力が発生して基板１００と薄膜２１０との結合力が弱化する。
【００２７】
加熱工程は、基板１００の温度が１００℃〜４００℃に至るまで進められる。基板１００の温度が１００℃未満である場合、基板１００と薄膜２１０に熱応力が十分に発生せず、薄膜２１０が基板１００から剥離されない。逆に、基板１００の温度が４００℃を超える場合、機能層２２０に損傷が発生する。
加熱工程にかかる所要時間は、基板１００及び薄膜２１０の材質と大きさ及び加熱部の特性などに依存的であり、特に限定しない。例えば、加熱部としてホットプレートを用いて基板１００を４００℃まで加熱するのに１０分程度の時間が所要する。
【００２８】
次いで、図５に示したように、積層体１０を冷却する。図５に示した矢印は、積層体１０から外部に熱が放出される状態を示す。冷却工程は、積層体１０に熱衝撃を加えるために、加熱工程終了後、直ちに実施することが望ましい。加熱工程と同様に、積層体１０を全体的に冷却するか、基板１００と薄膜２１０との界面を選択的に冷却するか、冷却部を用いて基板１００の下部を選択的に冷却する。本発明の一実施例では、冷却部を基板１００の下部に付着することができる。積層体１０を冷却すれば、基板１００と薄膜２１０に熱応力が発生する。
具体的に、図５のＢの拡大図である図６に示したように、積層体１０を冷却すれば、基板１００は、温度下降によって収縮しつつ内部に圧縮応力が発生する。
【００２９】
一方、薄膜２１０の場合、前述したように熱膨脹係数が基板１００の熱膨脹係数よりも大きいので、基板１００の収縮率よりもさらに大きい収縮率を有する。しかし、薄膜２１０は、基板１００によって形状が固定されている状態なので、薄膜２１０の収縮が拘束されて薄膜２１０の内部には、引っ張り応力が発生する。すなわち、冷却工程では、加熱工程で発生する熱応力と反対方向に積層体１０に熱応力が発生する。これにより、加熱工程を経つつ基板１００と薄膜２１０との結合力が弱化された状態で、反対方向に熱応力が作用しつつ基板１００と薄膜２１０との界面にせん断応力が発生する。これにより、薄膜２１０の長手方向の端部で微細剥離が生じ、薄膜２１０が基板１００から剥離される。すなわち、被剥離層２００が基板１００から剥離される。
【００３０】
冷却部は、特に限定しない。但し、加熱された積層体１０を迅速に冷却して熱衝撃を加えるために、熱伝導率の高い材質からなる冷却プレートなどを基板１００の下部に付着して冷却を実施することができる。具体的に、冷却プレートとしてアルミニウムプレートが用いられる。
冷却工程における冷却温度は、特に限定されず、基板１００の温度が常温に至るまで冷却することができる。または、基板１００と薄膜２１０とをさらに確実に剥離するために常温以下に冷却することもできる。
冷却工程にかかる所要時間は、基板１００及び薄膜２１０の材質と大きさ、及び冷却部の特性に依存的であり、特に限定しない。但し、積層体１０に熱衝撃を加えるために、冷却工程にかかる所要時間は短いことが望ましく、基板１００の温度を１分以内に常温まで冷却することで、基板１００から薄膜２１０が容易に剥離される。
【００３１】
また、加熱工程と冷却工程とを経た後、必ずしも薄膜２１０が基板１００から物理的に完全に剥離されねばならないものではない。すなわち、後述するように転写層３００を用いて被剥離層２００を基板１００から離脱する過程で、基板１００と被剥離層２００に損傷が発生しないほどに基板１００と薄膜２１０との接着力が弱くなった状態であれば、十分である。
【００３２】
次いで、基板１００から剥離された被剥離層２００を離脱させる。被剥離層２００を離脱させる方法は、特に限定しないが、本発明の一実施例では、転写層３００を被剥離層２００上に接合した後、互いに接合された被剥離層２００と転写層３００とを基板１００から離脱させることができる。
【００３３】
まず、図７に示したように、転写層３００を被剥離層２００の上面に接合させる。転写層３００は、機能層２２０と容易に接合され、それを転写対象４００への転写に適した部材であれば、十分である。転写層３００の面積は、被剥離層２００の面積を考慮して適切に選択し、転写工程を容易に遂行するために、被剥離層２００よりも大きい面積を有することが望ましい。転写層３００は、ＰＤＭＳ、熱剥離テープまたは水溶性テープのうち、いずれか１つであってもよい。
【００３４】
次いで、図８に示したように、被剥離層２００と接合された転写層３００を持ち上げて基板１００から被剥離層２００を離脱させる。前述したように、積層体１０に熱衝撃を加える段階が終わった後、基板１００と被剥離層２００は、完全に剥離された状態であるか、接着力が非常に弱くなった状態を保持しつつ互いに付着されている。その場合、剥離に必要な所定の力を印加して基板１００から被剥離層２００を完全に離脱させることができる。いずれの場合でも、熱衝撃を加えてから被剥離層２００を離脱させた後には、基板１００の上面に薄膜２１０が残存しない。
【００３５】
次いで、図９に示したように離脱した被剥離層２００を転写対象４００に転写する。具体的に、転写層３００と接合されている被剥離層２００（薄膜２１０）の下面が転写対象４００の上面と接触するように転写層３００を配置する。被剥離層２００の下面が転写対象４００の上面と接着された後、転写層３００を除去することができる。
転写層３００を除去する方法は、特に限定しない。例えば、転写層３００がＰＤＭＳからなる場合、転写対象４００の上面は、ＰＤＭＳよりもさらに大きい粘着力を有する部材（例えば、ポリイミドなど）からなってもよい。その場合、被剥離層２００を転写対象４００と接合させた後、被剥離層２００から転写層３００を除去することができる。また、転写層３００が熱剥離テープである場合、転写対象４００の上面に配置された転写層３００を所定温度に加熱して、被剥離層２００から転写層３００を剥離することができる。また、転写層３００が水溶性テープである場合、転写層３００に水を接触させて転写層３００を除去することができる。このように本発明の一実施例による電子装置の製造方法では、多様な転写方法を利用することができる。
転写層３００が除去されれば、転写対象４００の上面には、被剥離層２００のみ残る。以後、被剥離層２００の上面に商用チップまたはＬＥＤなどを付着することで、最終的に電子装置１が完成される。
【００３６】
図１１は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法で製造された電子装置１の一部構成を示す図面である。さらに具体的に、図１１は、基板１００から剥離された被剥離層２００の上面を示す。
図１１（ａ）ないし図１１（ｆ）を参照すれば、本発明の一実施例による電子装置の製造方法の場合、薄膜２１０及び機能層２２０が非常に狭幅を有する複雑なパターンの形状である場合にも、形状の歪曲及び変形がほとんど発生しない。
【００３７】
図１２は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法を用いて製造された電子装置１に係わるＸＰＳ分析グラフである。
図１２（ａ）は、剥離後薄膜２１０の下面に対するＸＰＳ(X-ray  Photoelectron  Spectroscopy)分析結果グラフであり、図１２（ｂ）は、剥離後基板１００の上面に対するＸＰＳ分析結果グラフである。ここで、基板１００と薄膜２１０の材質は、それぞれＳｉ及びＣｕである。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示したように、剥離後薄膜２１０の下面には、Ｓｉがほとんど存在せず、剥離後、基板１００の上面には、Ｃｕがほとんど存在しない。すなわち、本発明の一実施例による電子装置の製造方法による場合、基板１００と薄膜２１０との成分が反対側に残らずに剥離されることが分かる。これにより、剥離後、薄膜２１０の下面を平坦かつ均一にすることができ、薄膜２１０と転写対象４００とがさらに確実に接合される。また、薄膜２１０に基板１００の成分が混在されず、目的とする物性を有する電子装置１が最終的に得られる。
【００３８】
図１３は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法と従来の電子装置の製造方法とを比較する図面である。
図１３（ａ）は、電子素子のオリジナル設計図面であり、図１３（ｂ）ないし図１３（ｄ）は、本発明の一実施例による電子装置の製造方法によって剥離された被剥離層２００を示し、図１３（e）ないし図１３（ｇ）は、従来の電子装置の製造方法のうち、湿式剥離方法によって剥離された電子素子を示す。
図１３（ａ）に示したように、電子素子が複雑なパターンの形状を有する場合にも、本発明の一実施例による電子装置の製造方法を用いて得た被剥離層２００の場合、図１３（ｂ）ないし図１３（ｄ）に示したように、表面にしわが発生せず、オリジナル設計図面と比較して、形状のズレがほとんどない。
【００３９】
一方、従来の電子装置の製造方法のうち、湿式剥離方法によって得られた電子素子の場合、図１３（e）ないし図１３（ｇ）に示したように、電子素子にしわが発生し、オリジナル設計図面と比べて、形状のズレが大きい。
これは、湿式剥離方法の場合、犠牲層を除去するために別途の溶液を使用するので、溶液が電子素子の界面に沿って曲面を形成するメニスカス（Ｍｅｎｉｓｃｕｓ）現象または溶液の移動によって電子素子の配置が初期設計と異なって電子素子の形状が歪曲されるからである。
【００４０】
一方、本発明の一実施例による電子装置の製造方法の場合、溶液を利用しないので、図１３に示したように、溶液によって被剥離層２００の配置が変形または歪曲される問題が発生しない。
また、湿式剥離方法の場合、溶液が基板と電子素子との間に介在されている犠牲層に拡散されて、犠牲層と化学反応を行わねばならないので、大面積の基板に対しては、犠牲層を溶かすまで長時間がかかる。基板及び犠牲層の材質または大きさによって異なるが、大面積の基板の場合、剥離工程が完了するまで、通常、数時間が所要する。また、化学物質である溶液の使用による有害性の問題も存在する。
【００４１】
また、従来の電子装置の製造方法のうち、レーザを用いたリフトオフ(Laser  lift-off)方式の場合、基板は、レーザを透過する透光性材質である必要があり、レーザ装備の構築に多くの費用がかかる。また、基板と被剥離層との界面を非常に高温で加熱するので、高熱による変形が不可避である。また、レーザを特定領域に集中させねばならないので、大面積の電子素子を製造するには、不適合である。
【００４２】
一方、本発明の一実施例による電子装置の製造方法の場合、基板１００を所定の温度まで加熱した後、冷却にかかる所要時間だけ必要である。したがって、大面積の被剥離層２００も迅速に剥離することができ、薄膜２１０及び機能層２２０の大きさに係わる制約がなく、電子装置製造工程における所要時間を短縮させうる。また、熱による変形が発生しない温度範囲内で剥離工程を実施するので、基板１００または被剥離層２００に変形が発生しない。
また、本発明の一実施例による電子装置の製造方法では、基板１００上に薄膜２１０及び機能層２２０を形成した状態でそのまま剥離工程を実施し、別途の層（例えば、水素イオン注入層）をさらに形成しなくともよいので、工程が非常に簡単で工程にかかる所要時間及びコストを画期的に減らせる。また、数ｎｍの極薄の薄膜２１０を用いることができ、非常にフレキシブルな電子装置１を具現することができる。
【００４３】
本明細書では、本発明を、限定された実施例を中心に説明したが、本発明の範囲内で多様な実施例が可能である。また、説明されていないが、均等な手段も、本発明にそのまま組み合わせることができるであろう。したがって、本発明の真の保護範囲は、請求範囲によって決められねばならない。
【符号の説明】
【００４４】
１      電子装置
１０      積層体
１００      基板
２００      被剥離層
２１０      薄膜
２２０      機能層
３００      転写層
４００      転写対象
【図１】
0006951697.tif 000002
【図２】
0006951697.tif 000003
【図３】
0006951697.tif 000004
【図４】
0006951697.tif 000005
【図５】
0006951697.tif 000006
【図６】
0006951697.tif 000007
【図７】
0006951697.tif 000008
【図８】
0006951697.tif 000009
【図９】
0006951697.tif 000010
【図１０】
0006951697.tif 000011
【図１１】
0006951697.tif 000012
【図１２】
0006951697.tif 000013
【図１３】
0006951697.tif 000014