KR20230121358A - Method for stretching pattern mask of mask frame assembly for manufacturing micro LED - Google Patents

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KR20230121358A
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최영묵
윤영석
마지완
심재필
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주식회사 한송네오텍
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Abstract

The present invention relates to a method for stretching a pattern mask of a mask frame assembly for manufacturing micro LEDs. The purpose of the present invention is to provide the method of stretching dissimilar materials to a required tensile length under temperature conditions according to a thermal expansion coefficient of the dissimilar materials by heating the dissimilar materials after performing clamping by bring the dissimilar materials into contact with a pattern mask of a mask frame assembly used in manufacturing the micro LEDs used in a high-resolution display including a high-resolution micro display for AR and VR. According to the present invention, the method for stretching a pattern mask of a mask frame assembly for manufacturing micro LEDs comprises the steps of: (a) placing a pattern mask on an upper part of a dissimilar material (4) which has a higher thermal expansion coefficient than the pattern mask (1); (b) clamping an upper surface of the pattern mask with a clamp (5) and fixing the pattern mask with the dissimilar material; (c) heating the dissimilar material (4) to a temperature equivalent to a tensile length required by the pattern mask (1) through a heating plate (6); (d) and stretching the pattern mask (1) by being stretched laterally according to the thermal expansion coefficient of the dissimilar material being thermally expanded.

Description

마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법{Method for stretching pattern mask of mask frame assembly for manufacturing micro LED}Method for stretching pattern mask of mask frame assembly for manufacturing micro LED}

본 발명은 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 AR(증강현실)·VR(가상현실)용 고해상도 마이크로 디스플레이에 사용되는 마이크로 LED 제조시 사용되는 마이크로 LED 마스크 어셈블리를 구성하는 패턴마스크가 텐션을 가질 수 있도록 일체화 용접 전에 이질재와 접촉시켜 클램핑한 상태에서 가열 공정을 통해 스트레칭시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pattern mask stretching method of a mask frame assembly for manufacturing micro LEDs, and more particularly, to a micro LED mask assembly used in manufacturing micro LEDs used in high-resolution micro displays for AR (augmented reality) and VR (virtual reality). It relates to a method of stretching through a heating process in a clamped state in contact with a dissimilar material before integral welding so that the pattern mask constituting the has tension.

OLED(유기발광다이오드)는 반응속도가 종래 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT LCD)보다 월등히 빠르고, 별도의 백라이트 없이 자체 발광이 가능하고 디스플레이 패널 구조가 LCD 방식 디스플레이 패널 구조 보다 단순하여 제조시 LCD 대비 두께와 무게를 대폭 줄일 수 있고, 넓은 시야각과 저전력 소비 구조를 가져 고급형 디스플레이를 포함한 다양한 용도의 디스플레이 소자로 각광받고 있는 추세이다.OLED (Organic Light-Emitting Diode) has a much faster reaction speed than the conventional thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD), can emit light without a separate backlight, and has a simpler display panel structure than LCD-type display panel structure. It can drastically reduce the size and weight, and has a wide viewing angle and low power consumption structure, so it is attracting attention as a display element for various purposes, including high-end displays.

하지만 OLED(유기발광다이오드)는 많은 장점에도 불구하고 발광소자로 유기물을 사용함으로 인해 산소나 수분에 취약하다는 문제와 디스플레이에 번인(Burn-in)현상이 발생한다는 문제점 그리고 구조상 유리기판에 유기화합물 소스를 증착해야 하는데 디스플레이용 유리기판 크기를 크게 하면 할수록 무게 증가와 내구성 저하 등이 발생하여 보통 100인치 이상 대화면으로 구현하기가 어렵다는 문제점이 있다. However, OLED (Organic Light-Emitting Diode), despite its many advantages, is vulnerable to oxygen or moisture due to the use of organic materials as a light emitting element, the problem of burn-in in the display, and the organic compound source on the glass substrate due to its structure However, as the size of the glass substrate for display increases, weight increases and durability decreases, so it is difficult to implement it into a large screen of 100 inches or more.

이 때문에 최근에는 OLED(유기발광다이오드) 소자가 지닌 물리적 문제점을 해결할 수 있는 무기물을 사용한 자발광 디스플레이 소자인 마이크로 LED 소자가 차세대 디스플레이 기술로 활발히 연구되고 있다.For this reason, recently, a micro LED device, which is a self-luminous display device using an inorganic material that can solve the physical problems of organic light emitting diode (OLED) devices, has been actively researched as a next-generation display technology.

마이크로 LED 소자는 그 크기가 10~100㎛ 정도의 작은 소자로, 발광물질이 무기물이어서 산소나 수분에 취약하지 않아 OLED의 물리적 한계점을 극복할 수 있고, 또한 휘도, 명암비, 화질, 응답속도, 소비전력 효율이 좋고, 적용될 수 있는 디스플레이 기판 소재도 유리기판 뿐만 아니라 플렉시블, 스트레처블 및 웨어러블 소재의 기판을 포함한 다양한 소재 기판에 적용할 수 있어서 디스플레이의 대형화 및 응용성 측면에서 많은 장점을 가진다.A micro LED device is a small device with a size of about 10 ~ 100㎛, and the light emitting material is inorganic, so it is not vulnerable to oxygen or moisture, so it can overcome the physical limitations of OLED, and can also overcome the luminance, contrast ratio, image quality, response speed, and consumption. Display substrate materials that have good power efficiency and can be applied can be applied not only to glass substrates but also to various substrates including flexible, stretchable and wearable substrates, and thus have many advantages in terms of size and applicability of displays.

다만, 마이크로 LED 디스플레이 패널은 OLED 디스플레이 패널과 달리 유리기판에 직접 RGB 유기물을 증착하여 제작하는 것이 아닌, 개별로 제작된 Red, Green, Blue 마이크로 LED 칩을 제조 후 이를 전사공정 및 접합공정을 통해 일일이 유리기판 또는 다양한 소재의 기판에 옮겨 심어야 한다는 제조공정상의 어려움이 있어 제조비용과 시간이 많이 소요된다는 단점이 있어서 아직까지 주력 디스플레이로 대중화 되지 못하고 있는 실정이다.However, unlike OLED display panels, micro LED display panels are not manufactured by directly depositing RGB organic materials on a glass substrate. Instead, individually manufactured red, green, and blue micro LED chips are manufactured and then processed through transfer and bonding processes. Due to the difficulty in the manufacturing process of transplanting to a glass substrate or a substrate of various materials, it has the disadvantage of requiring a lot of manufacturing cost and time, so it has not yet been popularized as a main display.

따라서 마이크로 LED를 제작하는데 소요되는 고비용 소재의 수율 문제와 제조공정의 비효율성 문제와 같은 기술적 문제가 극복되어 생산성이 증대되어 대량 양산 체제만 구축된다면 차세대 디스플레이 시장을 선도할 것으로 전망된다.Therefore, it is expected to lead the next-generation display market if a mass production system is established by increasing productivity by overcoming technical problems such as high-cost material yield and inefficiency of manufacturing process required for manufacturing micro LEDs.

마이크로 LED의 제조방법은 각 픽셀을 이루는 RGB화소를 구현하는 각각의 소자인 Red 마이크로 LED, Green 마이크로 LED, Blue 마이크로 LED를 각각의 웨이퍼 에서 LED 구조로 성장(epitaxy)시킨 후 다이싱(Dicing) 공정을 거쳐 하나 하나의 마이크로 LED로 잘라내는 작업을 거쳐 완성되게 된다.The manufacturing method of micro LED is a dicing process after growing (epitaxy) red micro LED, green micro LED, and blue micro LED, which are each element that implements RGB pixels constituting each pixel, into an LED structure on each wafer. After going through, it is completed through the work of cutting into micro LEDs one by one.

상기와 같이 하나 하나의 마이크로 LED 구조를 웨이퍼 상에서 성장시킨 후 잘라낼 때 제대로 성장되지 않으면 수율의 문제점이 발생하게 되어 제작단가가 올라가게 된다.As described above, if the micro LED structure is not grown properly when it is cut out after growing on a wafer, a problem in yield occurs, resulting in an increase in manufacturing cost.

이를 방지하기 위해서는 웨이퍼에 LED 구조를 성장(epitaxy)시킬 때 고해상도의 정밀한 마이크로 LED 마스크 프레임 어셈블리가 구비되어 패턴마스크(또는 파인 메탈 마스크(FMM))에 미세하게 가공된 북수개의 홀과 동일한 위치와 크기로 웨이퍼 상에 무기물이 공급되어 p형 반도체 또는 n형 반도체가 증착되는 공정이 중요하다.In order to prevent this, when the LED structure is grown (epitaxy) on the wafer, a high-resolution and precise micro LED mask frame assembly is provided, and the position and size are the same as the number of finely machined holes in the pattern mask (or fine metal mask (FMM)). A process in which an inorganic material is supplied on a wafer to deposit a p-type semiconductor or an n-type semiconductor is important.

종래의 마이크로 LED 마스크 프레임 어셈블리 구조를 보면 레이저 가공을 통해 웨이퍼에 성장될 마이크로 LED 패턴과 동일하게 가공된 패턴마스크를 제작 후 접착제 또는 접착층을 형성하여 프레임과 결합시켜 마이크로 LED 마스크 프레임 어셈블리를 제조 후 이를 이용하여 웨이퍼에 마이크로 LED 구조를 성장시키도록 구성된다.Looking at the conventional micro LED mask frame assembly structure, after manufacturing a pattern mask processed identically to the micro LED pattern to be grown on a wafer through laser processing, adhesive or adhesive layer is formed and combined with the frame to manufacture a micro LED mask frame assembly. It is configured to grow a micro LED structure on a wafer using

다만, 상기와 같이 접착제 또는 접착층을 형성하여 패턴마스크를 프레임에 결합시키는 이유는 레이저 용접장치 등을 이용할 경우 튼튼하게 고정시킬 수 있지만 용접과정에서 발생되는 고열로 인해 인바(invar) 재질 패턴마스크가 녹거나 변형되는 문제는 발생하기 때문이다.However, the reason for bonding the pattern mask to the frame by forming an adhesive or adhesive layer as described above is that it can be firmly fixed when using a laser welding device, but the invar material pattern mask melts due to the high heat generated during the welding process. It is because the problem of deformation occurs.

또한 상기와 같은 구조를 가지는 종래 마이크로 LED 마스크 프레임 어셈블리의 또 다른 문제점으로는 패턴마스크가 인장되지 않은 상태로 프레임에 결합된 구조여서 패턴마스크에 균일한 인장력이 제공되지 않아 중심 부위로 갈수록 처짐 현상이 발생할 수 있다는 구조적 문제점이 발생한다.In addition, another problem of the conventional micro LED mask frame assembly having the above structure is that the pattern mask is coupled to the frame without being tensioned, so uniform tension is not provided to the pattern mask, which causes sagging toward the center. There are structural problems that can occur.

이와 같은 처짐현상이 발생하면 패턴마스크에 가공된 패턴과 웨이퍼에서 성장하는 마이크로 LED가 정확히 성장하지 못해 수율 문제가 발생할 수 있다.If such a sagging phenomenon occurs, the pattern processed on the pattern mask and the micro LED growing on the wafer may not grow accurately, resulting in a yield problem.

그럼에도 종래와 같은 구조의 마이크로 LED 마스크 프레임 어셈블리를 사용하는 이유는 인바(invar) 재질 패턴마스크의 두께가 8㎛ 내외로 얇기에 그리퍼로 파지후 잡아당겨 인장하기가 어렵고, 설사 그리퍼로 인장한다 하더라도 필요로 하는 인장 길이로 정밀하고 균일하게 인장시킬 수 없거나 무리한 인장력을 제공하면 얇은 두께를 가진 패턴마스크가 찢어지거나 형태가 변형되어 정밀한 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리로 사용할 수 없기 때문이다.Nevertheless, the reason for using the micro LED mask frame assembly with the same structure as the prior art is that the thickness of the invar material pattern mask is as thin as around 8㎛, so it is difficult to pull and stretch after gripping with a gripper, and even if it is stretched with a gripper, it is necessary This is because it cannot be precisely and uniformly tensioned with a tensile length of , or if excessive tensile force is provided, the pattern mask with a thin thickness is torn or deformed, making it impossible to use it as a mask frame assembly for precise micro LED manufacturing.

물론 인바(invar) 재질 패턴마스크의 두께를 OLED용으로 사용되는 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크처럼 8㎛ 보다 두껍게 하여 상기한 문제점을 해결할 수 있지만, 이 경우 무기물 소스가 패턴마스크에 가공된 홀을 통과시 그 두께로 인해 새도우 이펙트(Shadow Effect)가 발생하여 웨이퍼 상에서 성장하는 마이크로 LED가 불균일하게 증착될 수 있어서 양품으로 제조되는 수율이 저하된다는 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.Of course, the above problem can be solved by making the thickness of the invar material pattern mask thicker than 8㎛ like the pattern mask of the mask frame assembly used for OLED, but in this case, when the inorganic source passes through the hole machined in the pattern mask Due to its thickness, a shadow effect may occur, which is undesirable because there is a problem in that the yield of a non-defective product is lowered because micro LEDs growing on the wafer may be non-uniformly deposited.

따라서 8㎛ 이하 두께를 가지는 패턴마스크가 텐션을 유지하여 중심부 처짐현상이 발생하지 않도록 하는 스트레칭 방법의 필요성이 대두되고 있지만 아직까지 이와 같은 문제를 해결한 기술이 제공되지 못하고 있는 실정이다. Therefore, the need for a stretching method for preventing central sagging by maintaining tension in a pattern mask having a thickness of 8 μm or less has emerged, but a technology that solves this problem has not yet been provided.

한국 등록특허공보 등록번호 10-1792667(2017.10.26.)Korea Registered Patent Publication No. 10-1792667 (2017.10.26.) 한국 공개특허공보 공개번호 10-2018-0130989(2018.12.10)Korean Patent Laid-open Publication No. 10-2018-0130989 (2018.12.10) 한국 등록특허공보 등록번호 10-2280187(2021.07.15.)Korea Registered Patent Publication No. 10-2280187 (2021.07.15.) 한국 등록특허공보 등록번호 10-1867467(2018.06.07.)Korea Registered Patent Publication No. 10-1867467 (2018.06.07.)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 AR(증강현실)·VR(가상현실)용 고해상도 마이크로 디스플레이를 포함하는 고해상도 디스플레이에 사용되는 마이크로 LED 제조에 사용되는 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크를 이질재와 접촉시켜 클램핑 시킨 후 이질재를 가열하여 이질재의 열팽창계수에 따른 온도조건으로 필요로 하는 인장길이만큼 스트레칭시키는 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention to solve the above problems is to make a pattern mask of a mask frame assembly used for manufacturing a micro LED used in a high-resolution display including a high-resolution micro display for AR (augmented reality) and VR (virtual reality). It is to provide a method of heating the heterogeneous material after clamping it in contact with the material to stretch it as much as the required tensile length under temperature conditions according to the thermal expansion coefficient of the heterogeneous material.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법에 있어서,The present invention, which achieves the above object and eliminates the conventional defects, provides a method for stretching a pattern mask of a mask frame assembly for manufacturing micro LEDs,

(a) 패턴마스크의 열팽창 계수보다 높은 이질재 상부에 패턴마스크를 위치시키는 단계와;(a) positioning a pattern mask on top of a foreign material having a higher coefficient of thermal expansion than the pattern mask;

(b) 상기 패턴마스크의 상부면을 클램프(5)로 클램핑하여 이질재와 고정시키는 단계와;(b) clamping the upper surface of the pattern mask with a clamp 5 to fix it to the foreign material;

(c) 히팅플레이트를 통해 패턴마스크가 필요로 하는 인장길이 만큼의 온도로 이질재를 가열시키는 단계와;(c) heating the dissimilar material to a temperature equal to the tensile length required for the pattern mask through a heating plate;

(d) 패턴마스크가 열팽창되는 이질재의 열팽창계수에 따라 측방향으로 늘어나면서 스트레칭되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법을 제공함으로써 달성된다.It is achieved by providing a pattern mask stretching method of a mask frame assembly for manufacturing a micro LED, characterized in that it includes; (d) stretching the pattern mask in the lateral direction according to the thermal expansion coefficient of the dissimilar material to be thermally expanded.

바람직한 실시예로, 상기 패턴마스크는 열팽창계수가 0.9 x 10-6㎝/ ℃인 인바(Invar steel) 재질로 이루어지고, 두께 8㎛ 이하로 구성된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the pattern mask is made of Invar steel having a coefficient of thermal expansion of 0.9 x 10 -6 cm/ °C and has a thickness of 8 µm or less.

바람직한 실시예로, 상기 패턴마스크는 중앙부에 무기물 소스가 증착되는 증착대상 웨이퍼 크기에 해당하는 원형의 패턴 가공된 영역을 포함하고 그 외의 영역은 클램핑 및 용접되는 면상의 영역으로 구성된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the pattern mask includes a circular pattern-processed area corresponding to the size of the deposition target wafer on which the inorganic source is deposited in the central portion, and the other areas are formed of surface areas to be clamped and welded.

바람직한 실시예로, 상기 패턴마스크는 이질재와 이동식 정전척에 의해 함께 고정된 상태에서 상기 이동식 정전척 하부에 위치한 히팅플레이트에서 전도된 열에 의해 이질재가 열팽창시 연동되어 스트레칭된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the pattern mask is characterized in that the dissimilar material and the movable electrostatic chuck are interlocked and stretched when the dissimilar material is thermally expanded by heat conducted from a heating plate located under the movable electrostatic chuck in a state in which the dissimilar material and the movable electrostatic chuck are fixed together.

바람직한 실시예로, 상기 이질재는 열팽창계수가 9.0 x 10-6㎝/℃인 유리를 사용하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the heterogeneous material is characterized by using glass having a thermal expansion coefficient of 9.0 x 10 -6 cm/°C.

바람직한 실시예로, 상기 유리는 37℃의 온도 변화 만큼 가열되어 이와 연동되어 열팽창하는 패턴마스크가 200mm의 패턴 가공 영역 기준으로 텐션을 제공하기 위한 축소율 0.02%에 해당하는 40㎛ 길이로 열팽창되도록 스트레칭 시키는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the glass is heated by a temperature change of 37 ° C., and the pattern mask, which thermally expands in conjunction with this, is stretched so that it thermally expands to a length of 40 μm corresponding to a reduction ratio of 0.02% to provide tension based on a pattern processing area of 200 mm. characterized by

바람직한 실시예로, 상기 클램프는 패턴마스크에 형성된 패턴가공 영역 외곽 상부면에 원형 배열되어 분할된 복수개 클램프 조와 이를 하부방향으로 가압하는 구조의 클램프로 이루어져, 패턴마스크 상부면을 균일하게 누르고 측방향은 개방되게 구성된 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the clamp consists of a plurality of clamp jaws that are circularly arranged and divided on the outer upper surface of the pattern processing area formed on the pattern mask and a clamp having a structure for pressing them downward, uniformly pressing the upper surface of the pattern mask and lateral direction It is characterized in that it is configured to be open.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 따른 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법은 인바(invar) 재질 패턴마스크의 두께가 8㎛ 내외로 얇아 기계적인 클램핑 장치로 직접 클랭핑하여 인장하기 어렵다는 기술적 문제점을 온도조절을 통한 열팽창을 통해 균일하게 인장시킬 수 있다는 효과를 가진다.In the pattern mask stretching method of the mask frame assembly for manufacturing micro LED according to the present invention having the above characteristics, the thickness of the invar material pattern mask is as thin as about 8 μm, so it is difficult to directly clamp and tension with a mechanical clamping device. It has the effect that technical problems can be uniformly stretched through thermal expansion through temperature control.

또한 본 발명에 따른 패턴마스크 스트레칭 방법은 온도변화를 통해 인바(invar) 재질 패턴마스크를 스트레칭시 하부에 이질재인 유리를 접촉시킨 후 패턴마스크 상부를 눌러 클램핑한 상태에서 인바 재질보다 열팽창계수가 높은 유리소재를 가열하여 열팽창율에 따라 패턴마스크가 스트레칭되도록 함으로써 열팽창계수가 낮은 인바 재질 패턴마스크를 직접 고온 온도조건에서 열팽창시 발생하는 변형 문제 등을 방지하면서 낮은 온도조건에서 필요로 하는 인장길이 만큼 정밀하게 제어할 수 있다는 효과를 가진다.In addition, in the pattern mask stretching method according to the present invention, when an invar material pattern mask is stretched through a temperature change, glass having a higher thermal expansion coefficient than the invar material is placed in contact with glass, which is a heterogeneous material, at the bottom, and then pressed and clamped by pressing the upper part of the pattern mask. By heating the material so that the pattern mask is stretched according to the thermal expansion rate, the invar material pattern mask with low thermal expansion coefficient can be precisely adjusted to the tensile length required under low temperature conditions while preventing deformation problems that occur during thermal expansion under high temperature conditions. It has the effect of being able to control it.

또한 본 발명에 따라 스트레칭된 패턴마스크는 마스크 프레임 어셈블리에 용접공정을 통해 일체화가 가능한데, 이를 위해 패턴마스크 상부에 8㎛ 보다 두꺼운 200㎛ 이상의 두께를 가지는 오픈형 지지마스크를 배치후 간접 용접을 통해 패턴마스크를 프레임과 일체화 용접시킴으로써 용접열 때문에 패턴마스크가 녹거나 변형되지 않은 상태에서 일체화된 패턴마스크가 온도가 낮아져 수축작용이 일어나면 텐션이 유지되어 중심부에서의 처짐현상이 방지된 마스크 프레임 어셈블리를 제조할 수 있어서, 텐션이 인가된 상태의 패턴마스크를 통해 무기물을 공급할 경우 패턴마스크에 형성된 패턴에 따라 웨이퍼 상에 마이크로 LED를 성장시킬 수 있어서 AR(증강현실)·VR(가상현실)용 디스플레이 등을 포함한 다양한 고해상도 디스플레이에 사용되는 정밀한 마이크로 LED를 높은 수율로 제조할 수 있다는 효과를 가진다.In addition, the stretched pattern mask according to the present invention can be integrated into the mask frame assembly through a welding process. To this end, an open type support mask having a thickness of 200 μm or more thicker than 8 μm is placed on top of the pattern mask, and then the pattern mask is indirectly welded. By integrally welding the frame with the frame, tension is maintained when the temperature of the integrated pattern mask is lowered and contraction occurs in a state where the pattern mask is not melted or deformed due to welding heat, thereby preventing sagging in the center. Mask frame assembly can be manufactured. In the case of supplying an inorganic material through a pattern mask in which tension is applied, micro LEDs can be grown on the wafer according to the pattern formed on the pattern mask, so that various displays, including AR (augmented reality) and VR (virtual reality) displays, etc. It has the effect of being able to manufacture precise micro LEDs used in high-resolution displays with high yield.

상기와 같이 본 발명은 다양한 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.As described above, the present invention is a useful invention having various effects, and its use in the industry is greatly expected.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴마스크 스트레칭 방법을 보인 순서도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴마스크를 이질재를 이용한 온도조절을 통해 스트레칭하는 개념을 보인 평면 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴마스크를 이질재를 이용한 온도조절을 통해 스트레칭하는 개념을 보인 정면 예시도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 마스크 프레임 어셈블리를 구성하는 패턴마스크의 평면 및 단면도이고,
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 단면 구조도이고,
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 용접부위를 보인 단면 예시도이다.
1 is a flowchart showing a pattern mask stretching method according to an embodiment of the present invention;
2 is an exemplary plane view showing the concept of stretching a pattern mask according to an embodiment of the present invention through temperature control using a heterogeneous material;
3 is a front view illustrating the concept of stretching a pattern mask according to an embodiment of the present invention through temperature control using a heterogeneous material;
4 is a plane and cross-sectional view of a pattern mask constituting a mask frame assembly according to an embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional structural diagram of a mask frame assembly for manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention;
6 is an exemplary cross-sectional view showing a welded portion of a mask frame assembly for manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail in association with the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴마스크 스트레칭 방법을 보인 순서도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴마스크를 이질재를 이용한 온도조절을 통해 스트레칭하는 개념을 보인 평면 예시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 패턴마스크를 이질재를 이용한 온도조절을 통해 스트레칭하는 개념을 보인 정면 예시도이다.1 is a flowchart showing a pattern mask stretching method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the concept of stretching a pattern mask according to an embodiment of the present invention through temperature control using a heterogeneous material. 3 is an exemplary front view showing the concept of stretching a pattern mask according to an embodiment of the present invention through temperature control using a heterogeneous material.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법은 (a) 패턴마스크(1)의 열팽창 계수보다 높은 이질재(4) 상부에 패턴마스크를 위치시키는 단계와; (b) 상기 패턴마스크의 상부면을 클램프(5)로 클램핑하여 이질재와 고정시키는 단계와; (c) 히팅플레이트(6)를 통해 패턴마스크(1)가 필요로 하는 인장길이 만큼의 온도로 이질재(4)를 가열시키는 단계와; (d) 패턴마스크(1)가 열팽창되는 이질재의 열팽창계수에 따라 측방향으로 늘어나면서 스트레칭되는 단계;를 포함하여 패턴마스크를 스트레칭시킨다.1 to 3, a pattern mask stretching method of a mask frame assembly for manufacturing micro LED according to the present invention includes the steps of (a) positioning a pattern mask on top of a heterogeneous material 4 having a higher coefficient of thermal expansion than the pattern mask 1; and; (b) clamping the upper surface of the pattern mask with a clamp 5 to fix it to the foreign material; (c) heating the heterogeneous material 4 to a temperature equal to the tensile length required by the pattern mask 1 through the heating plate 6; (d) stretching the pattern mask 1 while extending it in the lateral direction according to the thermal expansion coefficient of the heterogeneous material to be thermally expanded; including, stretching the pattern mask.

상기와 같이 기계적 인장이 아닌 열팽창을 통한 스트레칭 공정을 거친 패턴마스크(1)는 스트레칭이 유지된 상태에서 후술하는 오픈형 지지마스크와 같은 수단을 통해 용접되어 프레임과 강한 접합력으로 일체화되어 수축되면서 텐션이 유지되게 된다. As described above, the pattern mask 1, which has undergone a stretching process through thermal expansion rather than mechanical tension, is welded through a means such as an open support mask described later in a state where the stretching is maintained, and is integrated with the frame with strong bonding force. Tension is maintained while being contracted. It becomes.

이후 텐션이 유지된 패턴마스크가 구비된 마스크 프레임 어셈블리는 웨이퍼 상에 마이크로 LED를 성장시켜 제조하기 위해 무기물 소스 증착 장치에 설치되어 중심부 처짐없이 정밀한 무기물 공급이 가능하도록 해준다.Thereafter, the mask frame assembly having the pattern mask in which the tension is maintained is installed in the inorganic source deposition apparatus to grow and manufacture micro LEDs on the wafer, enabling precise inorganic material supply without central sagging.

이하 보다 상세하게 상기 패턴마스크를 스트레칭시키는 단계에 개시된 기술을 설명한다.The technique disclosed in the step of stretching the pattern mask will be described in more detail below.

본 발명에 따른 패턴마스크(1)는 직접 가열을 통해 열팽창시켜 스트레칭하지 않고 이질재(4)와의 접촉을 통해 이질재의 열패창계수에 따라 간접적으로 스트레칭되는 과정을 거치는 것이 특징인데, 이와 같은 공정을 사용하는 이유는 인바(Invar steel) 재질로 이루어지는 패턴마스크(1)는 열팽창계수가 0.9 x 10-6㎝/℃로 매우 낮기 때문에 가열공정을 통해 필요로 하는 인장길이를 제공하기 위해서는 고온의 열원이 제공되어야 하는데 이 경우 패턴마스크(1)의 패턴 가공된 영역 및 주변 영역 구조가 변형될 수 있어서 정밀한 마이크로 LED 소자를 제조하는데 문제가 발생할 수 있기 때문이다.The pattern mask 1 according to the present invention is characterized in that it does not stretch by thermal expansion through direct heating, but indirectly stretches according to the thermal expansion coefficient of the heterogeneous material through contact with the heterogeneous material 4. Such a process The reason for the use is that the pattern mask 1 made of Invar steel has a very low thermal expansion coefficient of 0.9 x 10 -6 cm/℃, so a high-temperature heat source is required to provide the required tensile length through the heating process. This is because, in this case, the structure of the pattern-processed region and the surrounding region of the pattern mask 1 may be deformed, which may cause problems in manufacturing a precise micro LED device.

한 실시예로 마이크로 LED가 성장하는 웨이퍼가 200mm의 직경을 가지는 크기에 대응하는 패턴가공 영역을 가지는 패턴마스크(1)를 기준으로 설명하면 다음과 같다.As an example, a pattern mask 1 having a pattern processing area corresponding to a size of a wafer on which micro LEDs grow has a diameter of 200 mm will be described as follows.

200mm의 패턴 가공 영역을 포함하는 열팽창 계수(0.9 x 10-6㎝/℃)인 인바(Invar Steel) 재질 패턴마스크(1)의 1℃ 온도 변화에 대한 변형 길이는 0.108㎛이다.The deformation length of the pattern mask 1 made of Invar Steel, which has a thermal expansion coefficient (0.9 x 10 -6 cm/°C) including a pattern processing area of 200 mm, with respect to a temperature change of 1°C is 0.108 μm.

따라서 마스크 프레임 어셈블리에서 200mm의 패턴 가공 영역을 가지는 패턴마스크(1)에 텐션을 제공하기 위한 축소율을 0.02%로 할 경우 인장시 길이 변화율은 40㎛(200mm X 축소율 0.02% = 40㎛)이다.Therefore, when the reduction rate for providing tension to the pattern mask 1 having a pattern processing area of 200 mm in the mask frame assembly is 0.02%, the length change rate during tension is 40 μm (200 mm X reduction rate 0.02% = 40 μm).

이러한 인장율을 감안할 때 인바(Invar Steel) 재질 패턴마스크(1)를 직접 가열하여 온도 변화를 통한 인장력을 얻기 위해서는 370.4 ℃(40㎛/0.108㎛)의 온도 변화가 필요 하다. Considering this tensile rate, a temperature change of 370.4 ° C (40 μm / 0.108 μm) is required to directly heat the pattern mask 1 made of Invar Steel to obtain a tensile force through temperature change.

하지만 370.4 ℃와 같은 고열로 직접 패턴 가공 영역을 포함하는 패턴마스크(1)를 가열할 경우 열변형이 일어나 이를 통해 무기물 소스를 웨이퍼에 공급시 정밀한 증착공정을 수행하기 어렵기 때문에 직접 고온의 온도를 제공하는 스트레칭 공정을 적용하기 곤란하다.However, when the pattern mask 1 including the direct pattern processing area is heated at a high temperature such as 370.4 ° C, thermal deformation occurs, and it is difficult to perform a precise deposition process when supplying an inorganic source to a wafer through this. It is difficult to apply the stretching process provided.

상기와 같은 문제점 때문에 본 발명은 인바(Invar Steel) 재질 패턴마스크(1) 보다 열팽창 계수가 높은 이질재를 통한 스트레칭 공정을 적용한다. Due to the above problems, the present invention applies a stretching process through a heterogeneous material having a higher coefficient of thermal expansion than the pattern mask 1 made of Invar Steel.

이질재(4)는 다양한 재질을 사용할 수 있지만 본 발명에서는 인바(Invar Steel) 재질 열팽창 계수와 되도록 정수배의 비를 가져 정밀한 온도조절이 가능하고 100℃ 보다 낮은 온도변화 구간을 가져 접촉된 인바(Invar Steel) 재질 패턴마스크(1)에 대한 영향이 적은 유리를 사용하는 것이 바람직하다.Various materials can be used for the heterogeneous material 4, but in the present invention, the ratio of the thermal expansion coefficient of the Invar Steel material and the integer multiple is possible to enable precise temperature control and has a temperature change section lower than 100 ° C. Steel) material It is preferable to use glass that has little effect on the pattern mask (1).

이질재(4)로 사용되는 유리의 열팽창 계수는 9.0 x 10-6㎝/℃로 패턴마스크(1)를 구성하는 인바 재질과 비교시 10배의 열팽창율을 가진다.The thermal expansion coefficient of the glass used as the heterogeneous material 4 is 9.0 x 10 −6 cm/° C., which is 10 times higher than that of the invar material constituting the pattern mask 1 .

따라서 이질재인 유리 위에 인바(Invar Steel) 재질 패턴마스크(1)를 올려놓고 클램프를 사용하여 패턴마스크(1)를 클램핑한 상태로 유리를 가열시킬 경우 40㎛의 인장력을 얻기 위해 37℃의 온도변화 만큼 가열하면 필요로 하는 인장길이가 제공된다.Therefore, when the glass is heated while the pattern mask (1) made of Invar Steel is placed on glass, which is a heterogeneous material, and the pattern mask (1) is clamped using a clamp, a temperature change of 37°C is required to obtain a tensile force of 40 μm. Heating it as much as possible provides the required tensile length.

한편, 상기 클랭핑 공정에서 인바(Invar Steel) 재질 패턴마스크(1)가 하부에 위치한 이질재(4)인 유리에 연동되어 동일한 열팽창을 제공하기 위해 인바 재질 패턴마스크(1)에 형성된 패턴가공 영역 외곽 상부면에 원형 배열되어 분할된 복수개 클램프 조(Clamp Jaw, 51)와 이를 하부방향으로 가압하여 패턴마스크와 유리를 고정하도록 설치된 클램프(5)로 이루어져 패턴마스크 상부면을 균일하게 누르고 측방향은 개방된 상태가 되도록 구성된다.On the other hand, in the clamping process, the pattern processing area formed on the invar material pattern mask 1 in order to provide the same thermal expansion by interlocking the invar steel pattern mask 1 with the glass, which is the heterogeneous material 4 located at the bottom. It consists of a plurality of clamp jaws (51) that are circularly arranged and divided on the outer upper surface and a clamp (5) installed to fix the pattern mask and glass by pressing them downward and presses the upper surface of the pattern mask evenly and in the lateral direction It is configured to be in an open state.

따라서 클램프 조(Clamp Jaw, 51)가 상부면을 가압한 상태에서 히팅플레이트(6)를 통해 유리를 가열하면 열팽창 계수에 따라 바깥방향으로 유리가 팽창하면서 패턴마스크도 연동되어 팽창하게 된다. 히팅플레이트는 정밀한 온도조절이 가능하도록 전기식 가열수단으로 구성되는 것이 바람직하다.Therefore, when the glass is heated through the heating plate 6 in a state in which the clamp jaw 51 presses the upper surface, the glass expands outward according to the thermal expansion coefficient, and the pattern mask also expands in conjunction with each other. The heating plate is preferably composed of an electric heating means to enable precise temperature control.

한 실시예로 도시된 클램프(5)는 8개의 클램프 조(Clamp Jaw)로 구성되었지만 이러한 클램프 조의 개수가 본 발명을 한정하는 것은 아니고 상부에서 하부로 안정적으로 누를 수 있는 구조를 가진 클램프와 복수개의 클램프 조로 구성되면 충분하다.The clamp 5 shown in one embodiment is composed of eight clamp jaws, but the number of these clamp jaws does not limit the present invention, and a clamp having a structure that can be stably pressed from top to bottom and a plurality of clamp jaws It is sufficient if it consists of clamp jaws.

상기와 같이 구성된 상태에서 히팅플레이트(6)를 통해 유리를 37℃의 온도 변화 만큼 가열시키면 유리가 열팽창되면서 상부쪽에 가압되어 접촉된 상태의 패턴마스크(1)도 함께 연동되어 측방향으로 스트레칭되면서 40㎛ 만큼 늘어나게 된다.In the above-configured state, when the glass is heated by a temperature change of 37° C. through the heating plate 6, the glass thermally expands and the pattern mask 1 in contact with the upper side is also interlocked and stretched in the 40 degree direction. will increase by μm.

이때 유리와 패턴마스크(1)의 고정은 열팽창에 방해가 되지 않도록 유리 하부에 이동식 정전척(ESC Chuk, 7)을 설치하여 정전기력으로 유리와 패턴마스크(1)를 함께 고정시켜 스트레칭 공정을 수행하도록 해준다.At this time, the fixing of the glass and the pattern mask 1 is performed by installing a movable electrostatic chuck (ESC Chuk, 7) under the glass so as not to interfere with thermal expansion, fixing the glass and the pattern mask 1 together with electrostatic force to perform the stretching process. it does

특히 이동식 정전척(ESC Chuk, 7)은 금속재질로 이루어진 것을 사용한다. 바람직하게는 열전도율이 좋은 알루미늄 재질로 이루어져 히팅플레이트(7)가 제공하는 열원을 유리까지 신속히 전달하게 된다.In particular, the mobile electrostatic chuck (ESC Chuk, 7) uses a metal material. Preferably, it is made of an aluminum material having good thermal conductivity, so that the heat source provided by the heating plate 7 is quickly transferred to the glass.

상기 이동식 정전척(7)을 사용하는 이유는 스트레칭 공정이 끝나면 사전에 프레임과 일체화된 오픈형 지지마스크를 스트레칭된 패턴마스크(1)와 용접하여 일체화하게 되는데 이때 용접작업이 시작되기 전에 히팅플레이트(6)의 열원 공급이 중단되면 수축작용이 일어나기 때문이다.The reason for using the movable electrostatic chuck 7 is that the open type support mask integrated with the frame is welded and integrated with the stretched pattern mask 1 after the stretching process is finished. At this time, the heating plate 6 ), when the heat source supply is stopped, contraction occurs.

따라서 용접이 끝나기 전까지는 지속적으로 히팅플레이트(6)에서 발생된 열원이 공급되어야 하기 때문에 스트레칭 공정 및 용접 공정 순서에 따라 작업위치를 이동시에는 항시 유리와 패턴마스크(1)를 동시에 고정하는 이동식 정전척 그리고 히칭플레이트가 모두 함께 이동되도록 고정식 정전척이 아닌 이동식 정전척이 사용되어야 한다. Therefore, since the heat source generated from the heating plate (6) must be continuously supplied until welding is completed, a mobile electrostatic chuck that always fixes the glass and the pattern mask (1) at the same time when moving the work position according to the order of the stretching process and the welding process In addition, a movable electrostatic chuck, not a fixed electrostatic chuck, must be used so that the hitching plate is all moved together.

이를 위해 이동식 정전척은 한 실시예로, 외부 전기 공급 없이 최소 10분 이상의 정전기력에 의한 고정력을 발생시키기 위해 내부에 충전지와, 정전기력을 제어하는 컨트롤러가 내장되고, 하부면에는 무접전충전장치가 구성될 수 있다.To this end, the mobile electrostatic chuck is an embodiment. In order to generate a holding force by electrostatic force for at least 10 minutes or more without external electricity supply, a rechargeable battery and a controller controlling the electrostatic force are built-in, and a contactless charging device is configured on the lower surface. It can be.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 마스크 프레임 어셈블리를 구성하는 패턴마스크의 평면 및 단면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 단면 구조도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 용접부위를 보인 단면 예시도이다.4 is a plane and cross-sectional view of a pattern mask constituting a mask frame assembly according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional structural view of a mask frame assembly for manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is an exemplary cross-sectional view showing a welded portion of a mask frame assembly for manufacturing a micro LED according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스트레칭 방법에 사용되는 패턴마스크(1)는 한 실시예로 열팽창계수가 0.9 x 10-6㎝/ ℃인 인바(Invar steel) 재질로 이루어지고, 두께 8㎛ 이하로 구성되는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 4, the pattern mask 1 used in the stretching method according to the present invention is made of an Invar steel material having a thermal expansion coefficient of 0.9 x 10 -6 cm/ ℃ in one embodiment, and has a thickness of 8㎛ It is preferable to be constituted by the following.

이와 같이 두께를 한정한 이유는 크기가 10~100㎛ 정도의 마이크로 LED 소자를 웨이퍼 상에 성장시키기 위해서다. The reason for limiting the thickness in this way is to grow a micro LED device having a size of about 10 to 100 μm on a wafer.

즉, 이보다 두꺼우면 무기물 소스가 패턴마스크(1)의 패턴 가공된 영역(11)을 통과시 홀(11a)의 유입구쪽을 지나 유출구쪽을 통과하면서 새도우 이펙트(Shadow Effect)가 발생하여 웨이퍼에 증착시 불균일한 마이크로 LED 소자가 성장될 수 있기 때문이다.That is, if it is thicker than this, when the inorganic source passes through the pattern-processed region 11 of the pattern mask 1, a shadow effect occurs while passing through the inlet side of the hole 11a and the outlet side, so that it is deposited on the wafer. This is because non-uniform micro LED devices can be grown during this process.

한 실시예로 상기 패턴마스크(1)는 중앙부에 무기물 소스가 증착되는 증착대상 웨이퍼 크기에 해당하는 원형의 패턴 가공된 영역(11)을 포함하고 그 외의 영역은 클램핑 및 용접되는 면상의 영역(12)으로 구성될 수 있다. In one embodiment, the pattern mask 1 includes a circular pattern-processed region 11 corresponding to the size of a deposition target wafer on which an inorganic source is deposited at the center, and the other regions are clamped and welded surface regions 12 ) can be configured.

또한 본 발명에 따른 패턴마스크(1)의 형상은 사각면체 또는 원판형으로 구성할 수 있다. 물론 이와 같은 패턴마스크(1)의 형상뿐만 아니라 다양한 형태로 구성할 수도 있음은 물론이다.In addition, the shape of the pattern mask 1 according to the present invention can be composed of a tetrahedron or a disc shape. Of course, it can be configured in various forms as well as the shape of the pattern mask 1 as described above.

하지만, 본 발명은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리를 구성시 텐션인가 및 용접공정을 통한 일체화를 위해 패턴마스크(1) 상부면과 용접되는 오픈형 지지마스크(2)의 구조가 바람직한 형태로 사각면체로 구성되기 때문에 스트레칭된 상태에서 오픈형 지지마스크(2)와 용접되어 균일한 텐션을 제공하기 위해 패턴마스크(1)도 사각면체로 구성하는 것이 바람직하다.However, in the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, the open type support mask (2) welded to the upper surface of the pattern mask (1) for integration through application of tension and welding process when configuring the mask frame assembly for manufacturing micro LEDs. Since the structure of is composed of a tetrahedron in a preferred form, it is preferable that the pattern mask 1 is also composed of a tetrahedron in order to provide a uniform tension by being welded to the open type support mask 2 in a stretched state.

패턴마스크(1)는 면상의 영역(12)에서 원형의 패턴 가공된 영역(11)의 둘레를 따라 오픈형 지지마스크(2)와 원형 용접라인(13)을 따라 레이저 용접기(9)로 용접되고, 4개의 변을 따라 직선 용접라인(14)을 따라 용접하여 일체화된다. The pattern mask 1 is welded with a laser welder 9 along an open support mask 2 and a circular welding line 13 along the circumference of the circular patterned area 11 in the planar area 12, It is integrated by welding along the straight welding line 14 along the four sides.

용접은 바람직한 실시예로 레이저 용접을 사용하여 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있다.The weld can be made in the form of a line or spot using laser welding in a preferred embodiment.

상기 패턴 가공된 영역(11)의 크기는 무기물 소스가 증착되어 마이크로 LED가 성장되는 다양한 웨이퍼 크기에 따라 정해질 수 있다. 예를 들자면 웨이퍼 크기가 200mm, 300mm, 450mm 등과 같은 웨이퍼 크기에 대응하여 형성될 수 있다. 물론 본 발명이 이러한 웨이퍼 크기에 한정되는 것은 아니다. 다만, 이하에서는 설명의 편의상 200mm 크기의 웨이퍼 기준으로 설명한다. The size of the patterned region 11 may be determined according to the size of various wafers on which the micro LED is grown by depositing an inorganic source. For example, wafer sizes may be formed corresponding to wafer sizes such as 200 mm, 300 mm, and 450 mm. Of course, the present invention is not limited to this wafer size. However, in the following description, for convenience of explanation, a wafer having a size of 200 mm will be described.

또한 패턴마스크(1)의 패턴 가공된 영역은 증착대상 웨이퍼에 성장되는 마이크로 LED의 구조나 공정에 따라 필요한 홀(11a) 크기나 형상 및 배열로 패턴 가공된 것을 사용하면 된다. 따라서, 도면에 형성된 패턴 가공된 영역(11)의 홀(11a) 형상이나 크기 및 배열은 설명의 편의를 위한 예시적인 것으로 본 발명이 이러한 예시에만 패턴이 한정되는 것은 아니다.In addition, the pattern-processed region of the pattern mask 1 may be pattern-processed in the size, shape, and arrangement of the holes 11a required according to the structure or process of the micro LED grown on the deposition target wafer. Accordingly, the shape, size, and arrangement of the hole 11a of the pattern-processed region 11 formed in the drawings are exemplary for convenience of explanation, and the present invention is not limited to the pattern only in these examples.

한 실시예로 패턴 가공된 영역의 홀(11a)은 보통 레이저 가공을 통해 형성하나 그 외 공지의 마스크 홀 가공을 통해 형성할 수도 있다. 본 발명은 패턴 가공된 영역이 존재하면 충분하고, 그 가공방법이나 형상 또는 배열을 한정하지는 않는다.In one embodiment, the hole 11a of the patterned area is usually formed through laser processing, but may be formed through other well-known mask hole processing. The present invention suffices as long as there is a pattern-processed area, and the processing method, shape, or arrangement thereof is not limited.

다만, 패턴마스크(1)의 패턴 가공된 영역의 홀의 해상도는 AR(증강현실)·VR(가상현실)용 고해상도 마이크로 디스플레이에 적용될 수 있도록 적어도 2,000 PPI(pixel per inch) 이상의 고해상도로 가공된 것을 사용하는 것이 바람직하다.However, the resolution of the hole in the pattern-processed area of the pattern mask 1 uses a high-resolution processing of at least 2,000 PPI (pixel per inch) or higher so that it can be applied to a high-resolution micro display for AR (augmented reality) and VR (virtual reality). It is desirable to do

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 스트레칭된 패턴마스크가 사용된 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리는 AR(증강현실)·VR(가상현실)용 고해상도 마이크로 디스플레이를 포함하는 다양한 고해상도 디스플레이에 사용되는 마이크로 LED가 성장되는 증착대상 웨이퍼에 무기물을 공급하는데 사용되는 것으로, 스트레칭된 패턴마스크가 사용되어 일체화된 전체 구성은 마이크로 LED가 성장되는 증착대상 웨이퍼에 공급되는 무기물 소스가 통과되는 다수의 홀(11a)이 패턴 가공된 영역(11)을 포함하고 텐션이 인가된 상태의 패턴마스크(1)와; 스트레칭된 패턴마스크(1)를 지지하게 용접되어 텐션을 유지시키도록 일체화된 오픈형 지지마스크(2)와; 스트레칭된 오픈형 지지마스크(2)를 지지하게 용접되어 텐션을 유지시키도록 일체화된 프레임(3);으로 이루어진다.5 and 6, the mask frame assembly for manufacturing micro LED using the stretched pattern mask according to the present invention is used in various high-resolution displays including high-resolution micro-displays for AR (augmented reality) and VR (virtual reality). It is used to supply inorganic materials to the deposition target wafer on which the micro LED is grown, and the entire structure integrated by using the stretched pattern mask is a plurality of holes through which the inorganic material source supplied to the deposition target wafer on which the micro LED is grown passes ( 11a) a pattern mask 1 including the pattern-processed region 11 and tension applied thereto; an open support mask (2) welded to support the stretched pattern mask (1) and integrated to maintain tension; It consists of a frame 3 integrated to support the stretched open type support mask 2 and welded to maintain tension.

상기 오픈형 지지마스크(2)는 열팽창계수가 0.9 x 10-6㎝/ ℃인 인바(Invar steel) 재질로 이루어지고, 두께 100~200㎛이고 중앙부는 패턴마스크(1)의 패턴 가공 영역보다 동일 하거나 약간 큰 지름을 가지는 원형의 천공부(21)를 가지는 구성이다, 원형의 천공부가 구비됨으로써 패턴마스크(1)의 패턴 가공 영역부를 통해 무기물 소스가 웨이터로 공급될 때 방해되지 않게 된다.The open-type support mask 2 is made of Invar steel having a coefficient of thermal expansion of 0.9 x 10 -6 cm / ° C, has a thickness of 100 to 200 μm, and the central portion is the same as the pattern processing area of the pattern mask 1 or It is a configuration having a circular perforation part 21 having a slightly larger diameter. As the circular perforation part is provided, it is not disturbed when the inorganic source is supplied to the waiter through the pattern processing area of the pattern mask 1.

본 발명에 따른 오픈형 지지마스크(2)는 레이저 용접시 열원이 패턴마스크(1)에 직접 전달되어 용접되지 않고, 오픈형 지지마스크(2)의 상부면으로 레이저 용접기(9)에서 조사된 레이저에 의한 열원이 두께 100~200㎛로 두껍게 형성된 오픈형 지지마스크(2)를 통과하여 패턴마스크(1)의 상부면으로 간접 전달되어 접촉부위에서 용접이 이루어지도록 하는 역할을 한다.The open type support mask 2 according to the present invention is not welded because the heat source is directly transferred to the pattern mask 1 during laser welding. The heat source passes through the thick open support mask 2 with a thickness of 100 to 200 μm and is indirectly transferred to the upper surface of the pattern mask 1 to perform welding at the contact area.

이 때문에 인바재질 오픈형 지지마스크(2)가 용융되면서 패턴마스크(1)와 용접이 이루어지지고, 두꺼운 두께차로 인해 패턴마스크(1)와 접촉부위는 오픈형 지지마스크(2)의 상부면에 조사되는 열원보다 낮은 온도가 전달되어 용접열에 의한 직접적인 변형이 일어나지 않으면서도 강한 접합구성을 제공하게 된다.For this reason, the invar material open type support mask 2 is melted and welded to the pattern mask 1, and due to the thick thickness difference, the contact area with the pattern mask 1 is a heat source irradiated to the upper surface of the open type support mask 2 The lower temperature is delivered to provide a strong joint configuration without direct deformation by welding heat.

도면에서는 나타나지 않지만 오픈형 지지마스크(2)의 하부면과 패턴마스크(1)의 용접부위 영역에는 용접시 발생하는 용접부가 형성되는데 이 용접부는 대부분 두꺼운 오픈형 지지마스크(2)가 용융되어 형성되는 것이고, 그 두께는 무시할 만큼 작아 도시가 생략되었다. 용접은 바람직한 실시예로 레이저 용접을 사용하여 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있다.Although not shown in the drawings, welds that occur during welding are formed on the lower surface of the open type support mask 2 and the weld area of the pattern mask 1. Most of these welds are formed by melting the thick open type support mask 2, Its thickness is so negligible that the illustration is omitted. The weld can be made in the form of a line or spot using laser welding in a preferred embodiment.

한 실시예로 오픈형 지지마스크(2)의 형상은 최종 완성된 마스크 프레임 어셈블리 구조상에서 사각면체로 구성될 수 있다. 물론 원형의 디스크 형태로 구성할 수도 있으나 그 상부면에 용접되는 프레임(3)의 구조가 입체 형상을 가지는 사각면체로 구성되고, 이 프레임(3)에 기계적으로 인장시킨 오픈형 지지마스크(2)를 4개의 직선 용접라인을 따라 균일하게 용접하여 일체화시키기 위해서는 사각면체로 구성하는 것이 바람직하다,In one embodiment, the shape of the open-type support mask 2 may be configured as a quadrangular body on the final completed mask frame assembly structure. Of course, it can be configured in the form of a circular disk, but the structure of the frame 3 welded to the upper surface is composed of a quadrangular body having a three-dimensional shape, and the open type support mask 2 mechanically tensioned to the frame 3 In order to integrate by uniformly welding along the four straight welding lines, it is preferable to configure it as a tetrahedron.

상기 오픈형 지지마스크(2)과 프레임(3) 간의 용접시 레이저 용접기(9)를 사용하여 레이저를 오픈형 지지마스크 표면에 조사시켜 전도된 용접열이 오픈형 지지마스크를 용융시키면서 프레임(3)과 접한 부위를 따라 직선 용접라인(23)을 따라 4변을 모두 용접하여 일체화시킨다.When welding between the open type support mask 2 and the frame 3, a laser is irradiated on the surface of the open type support mask using a laser welding machine 9, and the welding heat conducted melts the open type support mask and the area in contact with the frame 3 Along the straight welding line 23, all four sides are welded and integrated.

상기 프레임(3)은 인바 재질로 이루어지고, 각 변을 이루는 단위 프레임(31)의 일측면이 하부로 갈수록 좁아지게 돌출되면서 내측으로 경사 절곡되게 성형된 내측성형부(31a) 구조를 가진다. 이로인해 4개의 단위 프레임(31)이 4각 구조체로 용접 결합된 하부의 내측으로는 4각 공간부(32)가 형성되는 입체 구조를 가진다. The frame 3 is made of an invar material, and has an inner molded part 31a structure in which one side of the unit frame 31 constituting each side protrudes narrowly toward the bottom and is inclined inwardly bent. As a result, the four unit frames 31 have a three-dimensional structure in which a quadrangular space portion 32 is formed on the inside of the lower portion where the four unit frames 31 are welded to form a quadrangular structure.

상기 프레임(3)의 경사 절곡된 하부면은 상기 오픈형 지지마스크(2)의 천공부 바깥쪽 면상 영역과 맞닿은 상태에서 오픈형 지지마스크(2)를 통해 레이저 용접기의 용접열이 인가되어 용접된다. 용접은 오픈형 지지마스크(2)과 프레임(3) 간의접한 부위를 따라 4변의 직선 용접라인을 따라 용접되어 일체화시킨다.The obliquely bent lower surface of the frame 3 is welded by applying the welding heat of the laser welding machine through the open type support mask 2 in a state of contact with the outer surface area of the perforated portion of the open type support mask 2. Welding is welded along the straight welding line of the four sides along the contact area between the open type support mask 2 and the frame 3 to integrate them.

상기와 같은 구조를 가지는 프레임(3)은 기계적으로 스트레칭된 오픈형 지지마스크(2)와 레이저 용접으로 일체화되면, 오픈형 지지마스크(2)의 텐션이 유지되도록 지지해주게 된다. When the frame 3 having the above structure is integrated with the mechanically stretched open type support mask 2 by laser welding, it supports the open type support mask 2 so that the tension is maintained.

상기 오픈형 지지마스크(2)와 일체화된 프레임(3)은 마이크로LED 무기물 소스 증착 장치 내에 고정 설치되어 안정적으로 마스크 프레임 어셈블리에 의한 무기물 소스가 공급되어 웨이퍼 상에 정밀한 마이크로LED가 성장되도록 한다.The frame 3 integrated with the open support mask 2 is fixedly installed in the microLED inorganic source deposition apparatus so that the inorganic source is stably supplied by the mask frame assembly to grow precise microLEDs on the wafer.

상기 용접은 바람직한 실시예로 레이저 용접을 사용하여 라인(line) 또는 스팟(spot) 형태로 생성될 수 있다.The welding may be performed in a line or spot form using laser welding in a preferred embodiment.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 텐션이 유지되는 패턴마스크를 포함하는 마스크 프레임 어셈블리는 중심부 처짐현상 없이 지속적으로 안정적인 무기물 소스가 웨이퍼 상에 공급되어 10~100㎛ 정도의 크기를 가지는 마이크로 LED 소자를 균일하게 높은 수율로 생산하게 된다.In the mask frame assembly including the pattern mask in which tension is maintained according to the present invention having the above configuration, a micro LED element having a size of about 10 to 100 μm is continuously supplied with a stable inorganic source on the wafer without sagging of the center is produced uniformly in high yield.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and various modifications can be made by anyone having ordinary knowledge in the art to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes are within the scope of the claims.

(1) : 패턴마스크 (2) : 오픈형 지지마스크
(3) : 프레임 (4) : 이질재
(5) : 클램프 (6) : 히팅플레이트
(7) : 이동식 정전척 (9) : 레이저 용접기
(11) : 패턴 가공된 영역 (11a) : 홀
(12) : 면상의 영역 (13) : 원형 용접라인
(14) : 직선 용접라인 (21) : 천공부
(23) : 직선 용접라인 (31) : 단위 프레임
(31a) : 내측성형부 (32) : 공간부
(51) : 클램프 조
(1): pattern mask (2): open type support mask
(3): frame (4): heterogeneous material
(5) : clamp (6) : heating plate
(7): mobile electrostatic chuck (9): laser welding machine
(11): pattern processed area (11a): hole
(12): plane area (13): circular welding line
(14): straight welding line (21): perforation
(23): straight welding line (31): unit frame
(31a): inner molding part (32): space part
(51): clamp jaw

Claims (7)

마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법에 있어서,
(a) 패턴마스크(1)의 열팽창 계수보다 높은 이질재(4) 상부에 패턴마스크를 위치시키는 단계와;
(b) 상기 패턴마스크의 상부면을 클램프(5)로 클램핑하여 이질재와 고정시키는 단계와;
(c) 히팅플레이트(6)를 통해 패턴마스크(1)가 필요로 하는 인장길이 만큼의 온도로 이질재(4)를 가열시키는 단계와;
(d) 패턴마스크(1)가 열팽창되는 이질재의 열팽창계수에 따라 측방향으로 늘어나면서 스트레칭되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
In the pattern mask stretching method of the mask frame assembly for manufacturing micro LED,
(a) positioning the pattern mask on top of the foreign material (4) having a higher coefficient of thermal expansion than the pattern mask (1);
(b) clamping the upper surface of the pattern mask with a clamp 5 to fix it to the foreign material;
(c) heating the heterogeneous material 4 to a temperature equal to the tensile length required by the pattern mask 1 through the heating plate 6;
(d) stretching the pattern mask (1) while extending it in the lateral direction according to the thermal expansion coefficient of the dissimilar material to be thermally expanded.
청구항 1에 있어서,
상기 패턴마스크(1)는 열팽창계수가 0.9 x 10-6㎝/ ℃인 인바(Invar steel) 재질로 이루어지고, 두께 8㎛ 이하로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
The method of claim 1,
The pattern mask (1) is made of Invar steel having a coefficient of thermal expansion of 0.9 x 10 -6 cm / ° C and has a thickness of 8 μm or less. Pattern mask stretching method of mask frame assembly for manufacturing micro LED, characterized in that .
청구항 1에 있어서,
상기 패턴마스크(1)는 중앙부에 무기물 소스가 증착되는 증착대상 웨이퍼 크기에 해당하는 원형의 패턴 가공된 영역을 포함하고 그 외의 영역은 클램핑 및 용접되는 면상의 영역으로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
The method of claim 1,
The pattern mask 1 includes a circular pattern-processed area corresponding to the size of the deposition target wafer on which the inorganic source is deposited in the central portion, and the other areas are formed of surface areas to be clamped and welded. Pattern mask stretching method of mask frame assembly.
청구항 1에 있어서,
상기 패턴마스크(1)는 이질재와 이동식 정전척(7)에 의해 함께 고정된 상태에서 상기 이동식 정전척 하부에 위치한 히팅플레이트(6)에서 전도된 열에 의해 이질재가 열팽창시 연동되어 스트레칭된 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
The method of claim 1,
The pattern mask (1) is characterized in that the dissimilar material and the movable electrostatic chuck (7) are interlocked and stretched when the dissimilar material is thermally expanded by the heat conducted from the heating plate (6) located under the movable electrostatic chuck in a state where the dissimilar material and the movable electrostatic chuck (7) are fixed together. Pattern mask stretching method of mask frame assembly for micro LED manufacturing.
청구항 1에 있어서,
상기 이질재(4)는 열팽창계수가 9.0 x 10-6㎝/℃인 유리를 사용하는 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
The method of claim 1,
The heterogeneous material 4 is a pattern mask stretching method of a mask frame assembly for manufacturing a micro LED, characterized in that using glass having a thermal expansion coefficient of 9.0 x 10 -6 cm / ℃.
청구항 5에 있어서,
상기 유리는 37℃의 온도 변화 만큼 가열되어 이와 연동되어 열팽창하는 패턴마스크(1)가 200mm의 패턴 가공 영역(11) 기준으로 텐션을 제공하기 위한 축소율 0.02%에 해당하는 40㎛ 길이로 열팽창되도록 스트레칭 시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
The method of claim 5,
The glass is heated by a temperature change of 37 ° C., and the pattern mask 1, which thermally expands in conjunction with this, is thermally expanded to a length of 40 μm corresponding to a reduction ratio of 0.02% to provide tension based on the pattern processing area 11 of 200 mm. Stretching Pattern mask stretching method of the mask frame assembly for manufacturing micro LED, characterized in that for.
청구항 1에 있어서,
상기 클램프(5)는 패턴마스크(1)에 형성된 패턴가공 영역 외곽 상부면에 원형 배열되어 분할된 복수개 클램프 조(51)와 이를 하부방향으로 가압하는 구조의 클램프(5)로 이루어져, 패턴마스크 상부면을 균일하게 누르고 측방향은 개방되게 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 LED 제조용 마스크 프레임 어셈블리의 패턴마스크 스트레칭 방법.
The method of claim 1,
The clamp 5 consists of a plurality of clamp jaws 51 that are circularly arranged and divided on the outer upper surface of the pattern processing area formed on the pattern mask 1 and the clamp 5 having a structure that presses them downward, Pattern mask stretching method of the mask frame assembly for manufacturing micro LED, characterized in that the surface is uniformly pressed and the lateral direction is configured to be open.
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