KR102486319B1 - 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 광을 조사하는 레이저 광원부와, 상기 레이저 광원부에서 조사되는 레이저 광을 받도록 레이저 광원부의 하부에 위치되는 웨이퍼부와, 상기 웨이퍼부의 하부에 위치되어 웨이퍼부의 마이크로 엘이디칩이 전사되는 글라스 기판부를 포함하며, 상기 글라스 기판부는 상기 웨이퍼부의 하부에 위치되는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 전체를 승하강시키거나 일부분만 승하강시키는 기판 승하강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치에 관한 것이다.

Description

마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치{Micro LED selective Air gap transfer printing device}
본 발명은 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치에 관한 것으로, 좀 더 자세히 설명하면 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치를 구성하는 웨이퍼 스테이지와 기판 스테이지가 작업 상태에 따라서 정밀하게 이동될 수 있는 구조가 형성된 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치에 관한 것이다.
전자기기의 표시등, 계산기의 숫자판, LED TV의 배면광, 그리고 각종 조명기구 등의 사용이 증가함에 따라 발광 다이오드의 수요 또한 증가하게 되었다.
발광 다이오드는 P-N 접합 다이오드에 순방향(N형을 양, P형을 음)으로 전압을 인가함으로써 정공과 전자를 주입하고 그 재결합으로 생기는 에너지를 빛으로 방출시키는 것으로 LED(Light Emitting Diode)라고도 불리며, 효율이 높고 수명이 길며 전력소모와 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있어서 차세대 조명기기 응용 분야에서 주목을 받고 있다.
일반적으로 LED 제작은 질화갈륨(GaN), 인화갈륨(GaP), 비소화 갈륨(GaAs) 등과 같은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체를 사용한다. Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체는 금속안정성이 우수하고 직접천이형의 에너지 밴드(Band)의 구조를 갖고 있어 최근 가시광선 및 자외선 영역의 발광소자용 물질로 많은 각광을 받고 있다.
최근 전세계적인 이슈로 많은 연구가 되고 있는 LED는 기존의 cm2 수준의 대면적 램프용 광소자가 아닌, 발광면적을 100㎛×100㎛급 이내의 마이크로급 LED칩을 개발하는 기술이 화두로 되고 있다.
그러나, 너무 작은 크기의 마이크로 LED칩 개발로 인하여 개발되는 마이크로 LED칩을 직접 사용하기 위해서는 이를 응용단계의 기판 위에 바로 소자를 그대로 옮길 수 있는 전사기술이 중요시되고 있다.
마이크로 LED칩을 광원의 셀(Cell)로 활용하기 위해서 가장 필요한 기술이 마이크로 LED칩을 디스플레이 소재로 활용하는 투명 글라스 기판 상에 전사하는 기술이다.
현재 신뢰성이 높으면서도 신속하게 마이크로 LED칩을 투명 글라스 기판 상에 전사하기 위하여, 웨이퍼 기판상에 마이크로 LED 구조를 성장시킨 뒤 LED 구조를 에어 갭 프린트(Air gap print) 기술을 이용해 글라스 기판으로 전사하는 기술이 요구된다.
이러한 전사 기술은 웨이퍼 기판과 글라스 기판 사이의 간격을 100마이크로미터 이하로 유지하면서 진행되어야 하기 때문에 미세한 오차에 의해 서로 접촉되는 등의 원인으로 불량이 발생하는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1160158호
본 발명은 마이크로 LED칩 전사과정에서 웨이퍼 기판과 글라스 기판의 이동시 발생되는 웨이퍼 기판과 글라스 기판 사이의 간격 변화를 최소화하는 구조가 형성된 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 레이저 광을 조사하는 레이저 광원부와, 상기 레이저 광원부에서 조사되는 레이저 광을 받도록 레이저 광원부의 하부에 위치되는 웨이퍼부와, 상기 웨이퍼부의 하부에 위치되어 웨이퍼부의 마이크로 엘이디칩이 전사되는 글라스 기판부를 포함하며, 상기 글라스 기판부는 상기 웨이퍼부의 하부에 위치되는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지 전체를 승하강시키거나 일부분만 승하강시키는 기판 승하강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치를 제공한다.
상기 레이저 광원부는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원과, 상기 레이저 광원에서 발사된 레이저 광이 통과되는 경통부와, 상기 경통부를 지난 레이저 광을 일부 차단하고 일부만 선별적으로 통과시키는 비투과층 막이 형성된 마스크부 및, 상기 마스크부를 통과하여 전달되는 레이저 광을 웨이퍼의 면적에 맞게 배율을 확대하는 프로젝션 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼부는 상기 레이저 광이 통과되는 레이저 광투과부가 형성된 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지의 하부에 진공 흡착되는 웨이퍼 및, 상기 웨이퍼의 하면에 형성되는 마이크로 엘이디칩을 포함할 수 있다.
상기 글라스 기판부는 상기 기판 승하강부가 상부에 형성되는 기판 승하강 지지대와, 상기 기판 승하강 지지대가 좌우로 이동되도록 가이드하는 기판 좌우 이동 가이드부와, 상기 기판 좌우 이동 가이드부가 상부에 형성되는 기판 좌우 이동 지지대와, 상기 기판 좌우 이동 지지대가 전후 이동되도록 가이드하는 기판 전후 이동부를 더 포함할 수 있다.
상기 기판 승하강부는 복수개로 형성되며, 상기 기판 승하강부 각각은 제1 구동부와, 상기 제1 구동부의 제1 구동축과, 상기 제1 구동축이 회전됨에 따라서 전후로 이동되는 구동 경사 부재와, 상기 구동 경사 부재에 접하여 구동 경사 부재에 의해 승하강되는 피동 경사 부재와, 상기 피동 경사 부재의 승하강을 가이드하도록 형성되는 승하강 가이드부를 포함할 수 있다.
상기 경통부는 상기 레이저 광이 통과되면서 파워가 조절되도록 형성된 감쇠기 모듈과, 상기 감쇠기 모듈을 통과한 레이저 광의 빔 형태를 빔 조사면의 위치에 따라 발생되는 에너지 강도의 차이를 감소시키도록 형성하는 빔 형성부 및, 상기 빔 형성부를 통과한 레이저 광의 왜곡을 감소시키는 필드 렌즈 유닛을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼부는 상기 웨이퍼 스테이지의 웨이퍼 중앙 구멍 둘레 하부에 형성되는 추가 승하강부와, 상기 추가 승하강부 하부에 형성되는 웨이퍼 흡착부 및, 상기 웨이퍼 흡착부에 설치되는 거리측정센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 기판 스테이지의 하부와 기판 승하강 지지대의 상부 사이에는 기판 스테이지를 회전시키는 기판 회전부가 더 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 기판 승하강 지지대에 기판 스테이지의 하부를 지지하는 스테이지 지지부재가 더 형성될 수 있다.
상기 구동 경사 부재에는 경사 돌기가 형성되고, 상기 피동 경사 부재에는 상기 경사 돌기가 인입되는 경사 인입홈이 형성될 수 있다.
상기 피동 경사 부재의 후면에는 승하강 돌기가 형성되고, 상기 승하강 가이드부에는 상기 승하강 돌기가 인입되는 승하강 홈이 형성될 수 있다.
상기 피동 경사 부재의 상부에는 기판 스테이지의 하부와 접하는 승하강 패널이 형성될 수 있다.
상기 빔 형성부는 제1 균질화 어레이부와, 상기 제1 균질화 어레이부에 이격되어 나란히 형성되는 제2 균질화 어레이부 및, 상기 제2 균질화 어레이부에 이격되어 나란히 형성되는 컨덴서 렌즈부를 포함할 수 있다.
상기 기판 회전부는 상기 기판 승하강 지지대의 중앙에 형성되는 회전 중심 원형 기둥 부재와, 상기 회전 중심 원형 기둥 부재의 둘레에 형성되는 회전 기둥 부재와, 상기 기판 스테이지의 일측에 형성되는 기판 피동 회전부재와, 상기 기판 피동 회전부재를 회전시키도록 기판 승하강 지지대의 상부 일측에 형성되는 기판 구동 회전부재를 포함하며, 상기 기판 구동 회전부재에 의해 기판 피동 회전부재가 이동함에 따라서 상기 회전 중심 원형 기둥 부재를 중심으로 회전 기둥 부재가 회전될 수 있다.
상기 스테이지 지지부재는 스테이지 지지 실린더부와, 상기 스테이지 지지 실린더부의 하부에 형성되는 제1 방향 이동 지지부 및, 상기 제1 방향 이동 지지부의 하부에 제1 방향 이동 지지부와 수직인 방향으로 이동가능하게 형성되는 제2 방향 이동 지지부를 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 승하강 패널에 결합되는 제1 탄성 부재가 더 형성되고, 상기 제1 탄성 부재와 상기 기판 승하강 지지대 사이에는 보조 탄성 부재가 형성될 수 있다.
상기 기판 구동 회전부재는 상기 기판 승하강 지지대의 상부 일측에 형성되는 회전 구동부와, 상기 회전 구동부에 연결되는 회전 구동축과, 상기 회전 구동축의 회전에 따라서 제1 방향으로 이동되는 제1 방향 이동부재와, 상기 제1 방향 이동부재의 이동을 가이드하는 제1 방향 가이드 부재와, 상기 제1 방향 이동부재의 상부에 형성되는 제2 방향 가이드부와, 상기 제2 방향 가이드부를 따라서 제1 방향과 수직으로 형성된 제2 방향으로 이동되도록 형성되는 제2 방향 이동부재 및, 상기 제2 방향 이동부재의 상부에 형성되며 내측에 상기 피동 원통부재가 인입되는 원통부재 인입홈을 포함할 수 있다.
본 발명은 마이크로 LED칩 전사과정에서 웨이퍼와 글라스 기판의 이동시 발생되는 웨이퍼와 글라스 기판 사이의 간격 변화를 최소화하는 구조가 형성된 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치를 제공하는 효과가 발생된다.
도 1의 (a)는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 중요부분을 나타내는 개략 측면도이고, 도 1의 (b)는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 광학계 빔 가공 개략 모형도이며, 도 1의 (c)는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 광학계를 통과하는 빔을 나타내는 개략 모형도이다.
도 2는 웨이퍼를 나타내는 개략 정면도이다.
도 3은 마이크로 엘이디칩이 전사되는 과정을 나타내는 제1개념도이다.
도 4는 마이크로 엘이디칩이 전사되는 과정을 나타내는 제2개념도이다.
도 5는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 주요부를 나타내는 개략 정면도이다.
도 6은 도 5에서 기판 스테이지와 기판 승하강 지지대를 분리한 개략 분해 사시도이다.
도 7의 (a)는 변형 구동부에 의해 기판 스테이지가 승하강하는 경우를 나타내는 개략 사시도이고, 도 7의 (b)는 변형 구동부에 의해 기판 스테이지가 기울어지는 경우를 나타내는 개략 사시도이다.
도 8의 (a)는 웨이퍼 전후이동 수동부재의 개략 사시도이고, 도 8의 (b)는 웨이퍼 전후이동 수동부재의 개략 정면도이다.
이하, 본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1의 (a)는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 중요부분을 나타내는 개략 측면도이고, 도 1의 (b)는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 광학계 빔 가공 개략 모형도이며, 도 1의 (c)는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 광학계를 통과하는 빔을 나타내는 개략 모형도이고, 도 2는 웨이퍼를 나타내는 개략 정면도이다.
본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치(100)는 레이저 광을 조사하는 레이저 광원부(120)와, 상기 레이저 광원부(120)에서 조사되는 레이저 광을 받도록 레이저 광원부(120)의 하부에 위치되는 웨이퍼부(140)와, 상기 웨이퍼부(140)의 하부에 위치되어 웨이퍼부(140)의 마이크로 엘이디칩(154)이 전사되는 글라스 기판부(160)를 포함한다.
상기 레이저 광원부(120)는 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원(122)과, 상기 레이저 광원(122)에서 발사된 레이저 광이 통과되는 경통부(132)와, 상기 경통부(132)를 지난 레이저 광을 일부 차단하고 일부만 선별적으로 통과시키는 비투과층 막이 형성된 커스터머스 마스크부(156)(Customer's mask) 및, 상기 커스터머스 마스크부(156)를 통과하여 전달되는 레이저 광을 웨이퍼(152)의 면적에 맞게 배율을 확대하는 프로젝션 렌즈부(Projection Lens)(161)를 포함한다.
상기 레이저 광원(122)에서 발생되는 레이저 광은 밴드갭 에너지에 따라 엑시머 레이저, DPSS 레이저 등 다양한 종류의 레이저가 사용될 수 있다. 본 실시예의 경우, 레이저 조사모듈은 157nm 내지 350nm 파장을 갖는 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 또한, 레이저 조사모듈로부터 출력되는 레이저 광의 파장은 자외선 파장 영역인 것이 바람직하다.
상기 레이저 광원부(120)에는 레이저 광원(122)과 경통부(132) 사이에 형성되는 입구창문부(123)(EW: Entrance window)가 더 형성되며, 상기 입구창문부(123)는 투과성 유리로 형성되어 자외선(UV: Ultraviolet)만 투과한다.
상기 경통부(132)는 상기 입구창문부(123)를 통과한 레이저 광이 통과되면서 파워가 조절되도록 형성된 감쇠기 모듈(Attenuator module)(126)과, 상기 감쇠기 모듈(126)을 통과한 레이저 광의 빔 형태를 가우시안 형태(Gaussian shape)에서 톱 핫 형태(Top hat shape)로 형성시키는 빔 형성부(Beam shaping)(133)와, 상기 빔 형성부(133)를 통과한 레이저 광의 왜곡을 최소화하는 기능을 수행하는 제1 필드 렌즈 유닛(Field lens unit)(143)과, 상기 제1 필드 렌즈 유닛(143)을 통과한 레이저 광의 일부를 차단하는 슬릿 마스크부(Slit mask)(144)와, 상기 슬릿 마스크부(144)를 통과한 레이저 광을 수직 상방으로 이동시키는 제1 거울(146)과, 상기 제1 거울(146)에서 반사되는 레이저 광을 모으는 제2 컨덴서 렌즈부(148)와, 상기 제2 컨덴서 렌즈부(148)를 통과한 레이저 광을 조절하는 스캐너부(Scanner)(150)와, 상기 스캐너부(150)를 통과한 레이저 광의 왜곡을 최소화하는 기능을 수행하는 제2 필드 렌즈 유닛(151) 및, 상기 제2 필드 렌즈 유닛(151)을 통과한 레이저 광이 경통부(132)의 외부로 나가는 출구에 형성되는 출구 창문부(Exit window)(155)를 포함한다.
상기 감쇠기 모듈(126)은 감쇠기 기판(Attenuator substrate)(127)과 보상 기판(Compensator substrate)(128)으로 형성된다.
상기 감쇠기 기판(127)은 파형을 왜곡시키지 않고 레이저 광의 세기를 줄여주는 기능을 하고, 상기 보상 기판(128)은 감쇠기 기판(127)을 통과한 레이저 광의 파형을 유지시켜 주는 기능을 한다.
상기 빔 형성부(Beam shaping)(133)는 제1 균질화 어레이부(Homogenizer arrays)(134)와, 상기 제1 균질화 어레이부(134)에 일정거리 이격되어 나란히 형성되는 제2 균질화 어레이부(Homogenizer arrays)(138) 및, 상기 제2 균질화 어레이부(138)에 인접하게 이격되어 나란히 형성되는 제1 컨덴서 렌즈부(Condenser lenses)(141)를 포함한다.
상기 제1 균질화 어레이부(134)와 상기 제2 균질화 어레이부(138)는 각각 복수개의 마이크로렌즈로 형성된다.
상기 제1 균질화 어레이부(134)를 형성하는 복수개의 제1 마이크로렌즈(136-1, 136-2, 136-3) 중 하나인 제1-1 마이크로렌즈(136-1)의 초점 거리를 f1이라 하고, 제1 균질화 어레이부(134)와 제2 균질화 어레이부(138) 사이의 거리를 f2라 하며, 상기 제1 컨덴서 렌즈부(141)의 초점 거리를 f3라고 하고, 제1-1 마이크로렌즈(136-1)의 직경을 d'이라 하며, 상기 제1 컨덴서 렌즈부(141)의 초점 거리에서 형성되는 레이저 광의 직경을 D'이라 하면 다음과 같은 수학식이 성립한다.
D'=d'*(f3/f2)---(수학식)
상기 레이저 광은 제1 균질화 어레이부(134)와 제2 균질화 어레이부(138) 및 제1 컨덴서 렌즈부(141)를 통과하면서 가우시안 레이저 빔 형태(Gaussian Laser Beam shape) 가공에서 톱 핫 레이저 빔 형태(Top hat Laser Beam shape) 가공으로 형성된다.
상기 가우시안 레이저 빔 형태(Gaussian Laser Beam shape)는 빔 조사면의 위치에 따라서 에너지 강도(Energy Intensity)의 차이가 나는 경우이며, 상기 톱 핫 레이저 빔 형태(Top hat Laser Beam shape)는 빔 조사면의 위치에 따라 발생되는 에너지 강도(Energy Intensity)의 차이를 최소화시키는 빔 형태이다.
상기 커스터머스 마스크부(156)는 경통부(132)의 출구 창문부(155)에 인접하게 형성되어 상기 출구 창문부(155)를 통과한 레이저 광의 일부를 차단시키고 나머지만 통과되도록 한다.
상기 커스터머스 마스크부(156)에 인접하여 제2 거울(158)이 형성되어 상기 커스터머스 마스크부(156)를 통과한 레이저 광을 수직 하방으로 이동시키고, 상기 제2 거울(158)에서 반사된 레이저 광은 상기 프로젝션 렌즈부(Projecton lens)(161)를 통과하여 크기가 조정된다.
상기 웨이퍼부(140)는 중앙에 레이저 광이 통과되는 레이저 광투과부(152-1)가 형성된 웨이퍼 스테이지(175)와, 상기 웨이퍼 스테이지(175)의 하부에 진공 흡착되는 웨이퍼(152)와, 상기 웨이퍼(152)의 하면에 형성되는 마이크로 엘이디칩(154)을 포함한다.
상기 웨이퍼(152)는 마이크로 엘이디칩(154)이 블록(block)(155) 단위로 배치되어 있으며 1개의 블록(155)은 가로 개수 × 세로 개수의 마이크로 엘이디(LED)칩(154)으로 구성되어 있다.
또한, 상기 웨이퍼(152)는 R-웨이퍼, G-웨이퍼, B-웨이퍼가 있을 수 있고, 본 발명에서는 도 2를 통하여 R-웨이퍼가 도시되어 있다. R-웨이퍼의 경우 마이크로 Red-LED칩이 복수개 형성되어 있고, G-웨이퍼의 경우 마이크로 Green-LED칩이 복수개 형성되어 있으며, B-웨이퍼의 경우 마이크로 Blue-LED칩이 복수개 형성되어 있다.
상기 글라스 기판부(160)는 상기 마이크로 엘이디칩(154) 하부에 이격되도록 형성되는 글라스 기판(162)과, 상기 글라스 기판(162)이 상부에 진공 흡착되는 기판 스테이지(164)를 포함한다.
상기 웨이퍼 스테이지(175)의 하면과 기판 스테이지(164) 상면 사이의 간격(a)은 100마이크로미터 이하로 매우 좁은 간격만큼 이격된 상태이다.
상기 레이저 광원(122)에서 발사된 레이저가 웨이퍼(152)에 형성된 마이크로 엘이디칩(154)을 상기 글라스 기판(162)에 낙하시키는 것을 전사(Lift-Off)라고 한다.
상기 레이저 광원부(120)는 고정된 상태이고, 프로젝션 렌즈부(161)를 통과한 레이저는 상기 웨이퍼(152)의 하면에 형성된 복수개의 마이크로 엘이디칩(154) 전체 중 일부 영역에만 조사된다.
따라서, 웨이퍼(152)의 하면에 형성된 복수개의 마이크로 엘이디칩(154) 전체가 전사되기 위해서는 일부를 전사시키고 웨이퍼 스테이지(175)와 기판 스테이지(164)가 동시에 다음 전사 영역만큼 이동된 후 레이저가 조사되어 전사가 진행되는 과정이 복수개의 마이크로 엘이디칩(154) 전체가 전사될 때까지 반복된다.
아래에서 전사 과정이 좀 더 자세히 설명된다.
도 3은 마이크로 엘이디칩이 전사되는 과정을 나타내는 제1개념도이고, 도 4는 마이크로 엘이디칩이 전사되는 과정을 나타내는 제2개념도이다.
도 3에 표기된 화살표는 레이저 광이 조사되는 순서에 따라서 표기된 것이며, 실제로 레이저 광은 고정된 상태에서 동일한 위치의 영역에 조사되고 화살표의 방향과 반대 방향으로 웨이퍼 스테이지(175)와 기판 스테이지(164)가 이동되면서 전사가 진행된다.
즉, 웨이퍼(152)에 형성되어 있는 마이크로 엘이디칩(154)의 전사는 도 3과 같이 웨이퍼(152)의 제1구역(1)에서 진행되고, 레이저 광은 제1구역(1)의 위치에 고정된 상태에서 웨이퍼 스테이지(175)와 기판 스테이지(164)가 동시에 이동되면서 제2구역(2)이 제1구역(1) 위치로 이동되고, 이후에 전사가 진행되며, 다시 웨이퍼 스테이지(175)와 기판 스테이지(164)가 동시에 이동되면서 제3구역(3)이 레이저 광이 조사되는 기존 제1구역(1) 위치로 이동되어 전사가 진행되고, 이러한 과정은 제4구역(4), 제5구역(5) 및 제6구역(6)에서도 동일하게 진행된다.
이때, 상기 웨이퍼(152)에 형성된 마이크로 엘이디칩(154) 전체는 3종류의 칩인 레드, 그린, 블루 중 어느 하나이기 때문에 하나의 영역에 있는 칩이 모두 한 번에 글라스 기판(162)에 전사되는 것이 아니고, 커스터머스 마스크부(156)의 작용에 의하여 하나의 영역에 있는 칩들 중 일정 간격으로 위치된 칩만 전사된다.
제6구역(6)까지 전사가 완료되면, 기판 스테이지(164)는 고정된 상태에서 웨이퍼 스테이지(175)만 도 3의 위치에서 도 4의 위치로 이동된다.
이후, 도 4에서는 도 3을 통하여 설명된 전사 과정과 유사하게 웨이퍼 스테이지(175)와 기판 스테이지(164)가 동시에 이동되면서 제7구역(7)이 기존 제1구역(1)의 위치로 이동되어 레이저 광을 통하여 전사가 진행되고, 그 후 웨이퍼 스테이지(175)와 기판 스테이지(164)가 동시에 이동되면서 제8구역(8)이 기존 제1구역(1) 위치로 이동되어 레이저 광을 통하여 전사가 진행되며, 이러한 과정이 제9구역(9), 제10구역(10), 제11구역(11) 및 제12구역(12)을 통하여 진행된다.
상기 전사 과정 중에서 상기 웨이퍼 스테이지(175)의 하면과 기판 스테이지(164) 상면 사이의 간격은 100마이크로미터 이하로 매우 좁은 간격만큼 이격된 상태이므로, 웨이퍼 스테이지(175) 하부에 위치된 마이크로 엘이디칩(154)과 글라스 기판(162)의 상면 사이의 간격은 더욱 좁으며, 이러한 좁은 간격을 유지하면서 이동되는 과정을 통하여 마이크로 엘이디칩(154)과 글라스 기판(162)이 서로 접촉되어 불량이 발생되는 것이 방지되어야 한다.
도 5는 본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치의 주요부를 나타내는 개략 정면도이고, 도 6은 도 5에서 기판 스테이지와 기판 승하강 지지대를 분리한 개략 분해 사시도이다.
본 발명인 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치(100)는 레이저 광원부(120)와 웨이퍼부(140) 및 글라스 기판부(160)가 상부에 형성되는 기대(166)를 포함한다.
상기 경통부(132)에는 커스터머스 마스크부(156)와 프로젝션 렌즈부(161)가 연결되며, 상기 프로젝션 렌즈부(161)는 상기 기대(166)의 상방에 이격되어 위치된다.
상기 글라스 기판부(160)는 상기 기판 스테이지(164)를 승하강시키는 기판 승하강부(176)와, 상기 기판 승하강부(176)가 상부에 형성되는 기판 승하강 지지대(178)와, 상기 기판 승하강 지지대(178)가 좌우로 이동되도록 가이드하는 기판 좌우 이동 가이드부(182)와, 상기 기판 좌우 이동 가이드부(182)가 상부에 형성되는 기판 좌우 이동 지지대(184)와, 상기 기판 좌우 이동 지지대(184)가 전후 이동되도록 가이드하는 2개의 기판 전후 이동부(188-1, 188-2)를 포함한다.
상기 2개의 기판 전후 이동부(188-1, 188-2)는 기대(166)의 상부에 위치된다.
본 발명에서 상기 기판 스테이지(164)의 하부와 기판 승하강 지지대(178)의 상부 사이에는 기판 스테이지(164)를 회전시키는 기판 회전부(442)가 기판 승하강부(176)에 인접하게 형성된다.
상기 기판 회전부(442)는 기판 승하강 지지대(178)의 중앙에 형성되는 회전 중심 원형 기둥 부재(444)와, 상기 회전 중심 원형 기둥 부재(444)의 둘레에 형성되는 회전 기둥 부재(446)와, 기판 스테이지(164)의 일측에 형성되는 기판 피동 회전부재(448)와, 상기 기판 피동 회전부재(448)를 회전시키도록 기판 승하강 지지대(178)의 상부 일측에 형성되는 기판 구동 회전부재(450)를 포함한다.
상기 회전 기둥 부재(446)는 회전 중심 원형 기둥 부재(444)와 베이링 등으로 연결되어 회전 중심 원형 기둥 부재(444)를 중심으로 회전될 수 있으며, 회전 기둥 부재(446)의 상부는 기판 스테이지(164)의 하면 중앙에 형성된 원형 홈(452)에 접하면서 기판 스테이지(164)에 결합된다.
상기 기판 피동 회전부재(448)는 기판 스테이지(164)의 일측에 형성되는 피동 브래킷부(453)와, 상기 피동 브래킷부(453)에 연결되는 피동 원통부재(454)를 포함한다.
상기 기판 구동 회전부재(450)는 기판 승하강 지지대(178)의 상부 일측에 모터 등으로 형성되는 회전 구동부(455)와, 상기 회전 구동부(455)에 연결되는 회전 구동축(456)과, 상기 회전 구동축(456)에 나선결합 등으로 연결되어 회전 구동축(456)의 회전에 따라서 제1 방향으로 이동되는 제1 방향 이동부재(458)와, 상기 제1 방향 이동부재(458)의 이동을 가이드하는 제1 방향 가이드 부재(460)와, 상기 제1 방향 이동부재(458)의 상부에 형성되는 제2 방향 가이드부(462)와, 상기 제2 방향 가이드부(462)를 따라서 제1 방향과 수직으로 형성된 제2 방향으로 이동되도록 형성되는 제2 방향 이동부재(464)와, 상기 제2 방향 이동부재(464)의 상부에 형성되며 내측에 상기 피동 원통부재(454)가 인입되는 원통부재 인입홈(466)을 포함한다.
상기 기판 구동 회전부재(450)가 작동되면 회전 구동축(456)이 회전되면서 제1 방향 이동부재(458)와 제2 방향 이동부재(464)가 이동됨과 동시에 상기 피동 원통부재(454)를 회전시키고, 결과적으로 상기 회전 기둥 부재(446)가 회전 중심 원형 기둥 부재(444)를 중심으로 회전되면서 상기 기판 스테이지(164)도 동시에 회전된다.
레이저 빔을 이용한 전사과정에서 일반적으로 기판 스테이지(164)가 회전되는 각도는 미미하기 때문에 실질적으로 회전 구동부(455)가 작동되는 범위는 크지 않으나 정밀한 전사를 위해서 필요한 임의의 범위 내에서 작동된다.
상기 기판 승하강 지지대(178)의 3개 지점에 동일한 형태로 형성되는 복수개의 기판 승하강부(176)는 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3)와, 상기 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3)의 제1 구동축(470)과, 상기 제1 구동축(470)과 나선결합 등으로 결합되어 상기 제1 구동축(470)이 회전됨에 따라서 전후로 이동되는 제1 구동 경사 부재(472)와, 상기 제1 구동 경사 부재(472)에 접하여 제1 구동 경사 부재(472)에 의해 승하강되는 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)와, 상기 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)의 승하강을 가이드하도록 형성되는 제1 승하강 가이드부(476: 476-1, 476-2, 476-3)를 포함한다.
상기 제1 구동 경사 부재(472)에는 경사 돌기(478)가 형성되고, 상기 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)에는 상기 경사 돌기(478)가 인입되는 경사 인입홈(480)이 형성되어 경사 돌기(478)가 경사 인입홈(480)을 따라서 이동되어 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)가 승하강한다.
상기 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)의 후면에는 승하강 돌기(482)가 형성되고, 상기 제1 승하강 가이드부(476: 476-1, 476-2, 476-3)에는 상기 승하강 돌기(482)가 인입되는 승하강 홈(484)이 형성되어, 상기 승하강 돌기(482)가 승하강 홈(484)에 인입된 상태에서 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)가 제1 승하강 가이드부(476: 476-1, 476-2, 476-3)에 연결되어 안정적으로 승하강된다.
상기 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)의 상부에는 기판 스테이지(164)의 하부와 접하는 제1 승하강 패널(486: 486-1, 486-2, 486-3)이 형성된다.
본 발명은 상기 3개의 제1 승하강 패널(486: 486-1, 486-2, 486-3)에 공통으로 결합되는 하나의 판스프링 등으로 형성된 제1 탄성 부재(488)가 형성되고, 상기 제1 탄성 부재(488)와 상기 기판 승하강 지지대(178)의 상면 사이에는 절곡된 탄성 형태로 형성된 복수개의 보조 탄성 부재(490)가 형성된다.
상기 3개의 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3)가 일측 방향으로 모두 작동되면 상기 3개의 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)가 상승하면서 기판 스테이지(164)를 상승시키고, 제1 탄성 부재(488)도 상승한다.
상기 3개의 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3)가 타측 방향으로 모두 작동되면 상기 3개의 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3)가 하강하면서 기판 스테이지(164)를 하강시키고, 제1 탄성 부재(488)도 하강한다.
상기 3개의 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3) 중 제1-1 구동부(468-1)만 일측 방향으로 작동되면 상기 3개의 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3) 중 제1-1 피동 경사 부재(474-1)만 상승하면서 기판 스테이지(164)도 제1-1 피동 경사 부재(474-1)가 위치된 일측만 상승하고, 제1 탄성 부재(488)도 제1-1 피동 경사 부재(474-1)가 위치된 일측만 탄성 변형되며, 결과적으로 기판 스테이지(164)의 일부만 높이가 높아져서 미세조절된다.
이 상태에서 3개의 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3) 중 제1-1 구동부(468-1)만 타측 방향으로 작동하면 상기 3개의 제1 피동 경사 부재(474: 474-1, 474-2, 474-3) 중 제1-1 피동 경사 부재(474-1)만 하강하면서 기판 스테이지(164)도 제1-1 피동 경사 부재(474-1)가 위치된 일측만 하강하고, 제1 탄성 부재(488)도 제1-1 피동 경사 부재(474-1)가 위치된 일측만 복원 탄성력이 작용되며, 상기 보조 탄성 부재(490)가 제1 탄성 부재(488)의 복원 탄성력을 보강하여 신속하게 원위치로 이동되도록 작용한다.
본 발명은 상기 기판 승하강 지지대(178)의 상면 중 4개 지점에 기판 스테이지(164)의 하부를 지지하는 스테이지 지지부재(492)가 형성된다.
상기 스테이지 지지부재(492)는 스테이지 지지 실린더부(500)와, 상기 스테이지 지지 실린더부(500)의 하부에 형성되는 제1 방향 이동 지지부(494)와, 상기 제1 방향 이동 지지부(494)의 하부에 제1 방향 이동 지지부(494)와 수직인 방향으로 이동가능하게 형성되는 제2 방향 이동 지지부(496)가 포함된다.
상기 스테이지 지지 실린더부(500)의 하부와 제1 방향 이동 지지부(494)의 상부 사이에는 제1 원통 회전부재(494-1)가 형성되어 스테이지 지지 실린더부(500)가 제1 방향 이동 지지부(494)의 상부에서 제1 방향으로 미세 이동되도록 작용된다.
상기 제1 방향 이동 지지부(494)의 하부와 제2 방향 이동 지지부(496)의 상부 사이에는 제2 원통 회전부재(496-1)가 형성되어 제1 방향 이동 지지부(494)가 제2 방향 이동 지지부(496)의 상부에서 제2 방향으로 미세 이동되도록 작용된다.
상기 스테이지 지지부재(492)가 기판 스테이지(164)의 하부를 지지하고 있는 상태에서 기판 스테이지(164)가 상기 기판 회전부(442)에 의해 회전되는 경우에 스테이지 지지부재(492)도 제1 방향 또는 제2 방향으로 미세하게 이동되면서 기판 스테이지(164)의 회전을 방해하지 않으면서 기판 스테이지(164)를 지지하는 작용을 한다.
또한, 상기 스테이지 지지부재(492)는 스테이지 지지 실린더부(500)의 둘레에 설치되며 거리를 측정하는 초음파 등으로 형성되는 스테이지 지지 센서부(498)와, 상기 스테이지 지지 실린더부(500)에 의해 승하강되는 스테이지 지지 승하강부(502)를 더 포함한다.
상기 기판 승하강부(176)가 작동되어 3개의 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3)가 작동되어 기판 스테이지(164)가 전체적으로 상승하는 경우에 스테이지 지지부재(492)는 상기 스테이지 지지 센서부(498)에서 기판 스테이지(164)와 이격된 거리를 감지하여 스테이지 지지 실린더부(500)가 작동되고, 스테이지 지지 승하강부(502)가 기판 스테이지(164)의 하부에 밀착될 때까지 상승한다.
3개의 제1 구동부(468: 468-1, 468-2, 468-3) 중 하나만 작동되는 경우에는 스테이지 지지 승하강부(502) 중 기판 스테이지(164)와 이격되는 일부만 작동된다.
본 발명은 상기와 같이 기판 스테이지(164)의 승하강과, 회전 및 일부만 승하강시키는 틸팅 구조가 형성되어 기판 스테이지(164)의 정밀한 제어가 가능한 효과가 발생된다.
도 7의 (a)는 변형 구동부에 의해 기판 스테이지가 승하강하는 경우를 나타내는 개략 사시도이고, 도 7의 (b)는 변형 구동부에 의해 기판 스테이지가 기울어지는 경우를 나타내는 개략 사시도이다.
상기 기판 스테이지(164)가 기판 승하강 지지대(178)의 상방에서 전체가 승하강되거나 일측만 승하강되는 구조는 변형 구동부(530, 540, 550)에 의해서도 구현 가능하다.
즉, 도 7과 같이 변형 기판 스테이지(164-3)의 하부와 변형 기판 승하강 지지대(164-2)의 상부 사이에는 3지점에 변형 구동부(530, 540, 550)가 형성될 수 있다.
상기 변형 구동부(530, 540, 550)는 변형 기판 스테이지(164-3)의 하면에 내부가 빈 구형 공간으로 형성된 볼하우징부(536)와, 상기 볼하우징부(536)에 인입되는 볼(534-1)이 형성되는 실린더부(534)와, 상기 실린더부(534)의 하부에 형성된 힌지 부재(532)를 포함한다.
상기 실린더부(534)는 신축가능하다. 그리고 상기 볼(534-1)은 볼하우징부(536)의 내부에서 회전 가능하다.
상기 힌지 부재(532)는 상기 변형 기판 승하강 지지대(164-2)의 상면에 고정된다.
도 7의 (a)와 같이 상기 변형 구동부(530, 540, 550)는 3지점에 형성되어 3개의 변형 구동부(530, 540, 550)가 모두 동일한 크기로 승하강되는 경우에는 변형 기판 스테이지(164-3)가 변형 기판 승하강 지지대(164-2)을 기준으로 높이가 승하강된다.
그리고 도 7의 (b)와 같이 변형 구동부(530, 540, 550) 중 제1 변형 구동부(530)만 하강하면 변형 기판 스테이지(164-3)는 제1 변형 구동부(530)가 위치된 부분에서 아래로 기울어진다.
상기와 같은 구성을 통하여 본 발명에서는 변형 기판 스테이지(164-3)의 승하강과 틸팅이 가능하다.
도 8의 (a)는 웨이퍼 전후이동 수동부재의 개략 사시도이고, 도 8의 (b)는 웨이퍼 전후이동 수동부재의 개략 정면도이다.
상기 웨이퍼부(140)는 웨이퍼 스테이지(175)의 웨이퍼 중앙 구멍(820) 둘레 하부에 형성되는 추가 승하강부(376)와, 상기 추가 승하강부(376) 하부에 형성되는 웨이퍼 흡착부(810) 및, 상기 웨이퍼 흡착부(810)의 하면에 설치되며 초음파를 이용하는 제1거리측정센서(527)와 제2거리측정센서(528)를 포함한다.
상기 웨이퍼 흡착부(810)에는 웨이퍼(152)가 압착되고, 상기 웨이퍼(152)의 하면에는 마이크로 엘이디칩(154)이 형성된다.
상기 추가 승하강부(376)는 웨이퍼 스테이지(175)와 웨이퍼 흡착부(810) 사이의 3지점에 형성되며, 형상은 변형 구동부(530, 540, 550)와 유사하여 자세한 설명은 생략한다.
상기 제1거리측정센서(527)와 제2거리측정센서(528)는 웨이퍼(152)를 중심으로 서로 대향되게 이격된 상태로 하방에 위치된 글라스 기판(162)을 향해 초음파를 발사하고, 반사되는 초음파의 도달 시간을 측정하여 웨이퍼 흡착부(810)와 글라스 기판(162) 사이의 간격이 균일한지 측정한다.
본 발명은 상기 제1거리측정센서(527)와 제2거리측정센서(528)를 통하여 웨이퍼 흡착부(810)와 글라스 기판(162) 사이의 간격을 균일하게 유지하는지 파악할 수 있어 마이크로 LED칩 전사과정에서 웨이퍼(152)와 글라스 기판(162)의 이동시 발생되는 웨이퍼(152)와 글라스 기판(162) 사이의 간격 변화를 최소화하는 구조가 형성된 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치(100)를 제공하는 효과가 발생된다.
상술한 본 발명의 설명에서의 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것으로, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 변경 및 균등한 타의 실시예가 가능한 것이다.
100: 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치 120: 레이저 광원부
122: 레이저 광원 132: 경통부
140: 웨이퍼부 154: 마이크로 엘이디칩
156: 커스터머스 마스크부 160: 글라스 기판부
164: 기판 스테이지 175: 웨이퍼 스테이지
176: 기판 승하강부 442: 기판 회전부
444: 회전 중심 원형 기둥 부재 446: 회전 기둥 부재
450: 기판 구동 회전부재 454: 피동 원통부재
458: 제1 방향 이동부재 464: 제2 방향 이동부재
470: 제1 구동축 472: 제1 구동 경사 부재

Claims (9)

  1. 레이저 광을 조사하는 레이저 광원부와,
    상기 레이저 광원부에서 조사되는 레이저 광을 받도록 레이저 광원부의 하부에 위치되는 웨이퍼부와,
    상기 웨이퍼부의 하부에 위치되어 웨이퍼부의 마이크로 엘이디칩이 전사되는 글라스 기판부를 포함하며,
    상기 글라스 기판부는,
    상기 웨이퍼부의 하부에 위치되는 기판 스테이지와,
    상기 기판 스테이지 전체를 승하강시키거나 일부분만 승하강시키는 기판 승하강부와,
    상기 기판 승하강부가 상부에 형성되는 기판 승하강 지지대와,
    상기 기판 승하강 지지대가 좌우로 이동되도록 가이드하는 기판 좌우 이동 가이드부와,
    상기 기판 좌우 이동 가이드부가 상부에 형성되는 기판 좌우 이동 지지대; 및
    상기 기판 좌우 이동 지지대가 전후 이동되도록 가이드하는 기판 전후 이동부;를 포함하며,
    상기 기판 승하강 지지대에 기판 스테이지의 하부를 지지하는 스테이지 지지부재가 더 형성되며,
    상기 스테이지 지지부재는
    스테이지 지지 실린더부와,
    상기 스테이지 지지 실린더부의 하부에 형성되는 제1 방향 이동 지지부 및,
    상기 제1 방향 이동 지지부의 하부에 제1 방향 이동 지지부와 수직인 방향으로 이동가능하게 형성되는 제2 방향 이동 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 광원부는
    레이저 광을 발생시키는 레이저 광원과,
    상기 레이저 광원에서 발사된 레이저 광이 통과되는 경통부와,
    상기 경통부를 지난 레이저 광을 일부 차단하고 일부만 선별적으로 통과시키는 비투과층 막이 형성된 마스크부 및,
    상기 마스크부를 통과하여 전달되는 레이저 광을 웨이퍼의 면적에 맞게 배율을 확대하는 프로젝션 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 웨이퍼부는,
    상기 레이저 광이 통과되는 레이저 광투과부가 형성된 웨이퍼 스테이지와, 상기 웨이퍼 스테이지의 하부에 진공 흡착되는 웨이퍼 및, 상기 웨이퍼의 하면에 형성되는 마이크로 엘이디칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 승하강부는 복수개로 형성되며,
    상기 기판 승하강부 각각은
    제1 구동부와,
    상기 제1 구동부의 제1 구동축과,
    상기 제1 구동축이 회전됨에 따라서 전후로 이동되는 구동 경사 부재와,
    상기 구동 경사 부재에 접하여 구동 경사 부재에 의해 승하강되는 피동 경사 부재와,
    상기 피동 경사 부재의 승하강을 가이드하도록 형성되는 승하강 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 경통부는
    상기 레이저 광이 통과되면서 파워가 조절되도록 형성된 감쇠기 모듈과,
    상기 감쇠기 모듈을 통과한 레이저 광의 빔 형태를 빔 조사면의 위치에 따라 발생되는 에너지 강도의 차이를 감소시키도록 형성하는 빔 형성부 및,
    상기 빔 형성부를 통과한 레이저 광의 왜곡을 감소시키는 필드 렌즈 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 스테이지의 하부와 기판 승하강 지지대의 상부 사이에는 기판 스테이지를 회전시키는 기판 회전부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  7. 삭제
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기판 회전부는
    상기 기판 승하강 지지대의 중앙에 형성되는 회전 중심 원형 기둥 부재와,
    상기 회전 중심 원형 기둥 부재의 둘레에 형성되는 회전 기둥 부재와,
    상기 기판 스테이지의 일측에 형성되는 기판 피동 회전부재와,
    상기 기판 피동 회전부재를 회전시키도록 기판 승하강 지지대의 상부 일측에 형성되는 기판 구동 회전부재를 포함하며,
    상기 기판 구동 회전부재에 의해 기판 피동 회전부재가 이동함에 따라서 상기 회전 중심 원형 기둥 부재를 중심으로 회전 기둥 부재가 회전되는 것을 특징으로 하는 마이크로 엘이디 선택적 공기층 전사 프린트 장치.
  9. 삭제
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