KR100346550B1

KR100346550B1 - 레이저 전사장치

Info

Publication number: KR100346550B1
Application number: KR1020000032514A
Authority: KR
Inventors: 강태민
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2002-07-26
Also published as: KR20010111830A

Abstract

본 발명은 대면적 스캔시 스캔위치에 따른 빔 세기와 디더링(DETHERING)폭의 불균일성을 제거할 수 있도록 한 레이저 전사장치에 관한 것으로,

본 발명은 대 면적 스캔시 빔편향신호와 세기 변조신호를 출력하는 콘트롤러와; 상기 콘트롤러로부터 제어신호를 받아 레이저 빔을 조작하는 음향광학 편향기를 통해서 레이저빔을 스테이지 위에 스캔하는 레이저 전사장치에 있어서, 상기 콘트롤러 로부터 출력되는 빔의 세기를 결정하는 변조신호와 빔의 디더링 폭을 결정하는 편향신호를 보정하는 수단과, 상기 수단은 X 갈바노 메터의 위치데이타를 위치정보를 이용하여 보정하는 수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 전사장치{LASER TRANSFER}

본 발명의 레이저 전사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대면적 스캔시 스캔위치에 따른 빔 세기와 디더링(DETHERING)폭의 불균일성을 제거할 수 있도록 한 레이저 전사장치에 관한 것이다.

일반적으로 광식각 방식(Photolithographic)이 아닌 방법으로 칼라 이미지를 형성하는 방법의 한 종류로 빛에 의한 열전사법이 있다.

이 빛에 의한 열전사법은 크게 도너 필름(donor film) 그리고 기판으로 구성되며, 광원에서 나온 빛은 도너 필름의 빛 흡수체에 의하여 흡수되어 열에너지로 변환되고, 이 열에너지에 의하여 도너 필름의 물질이 상기 기판으로 전사(transfer)되어 원하는 이미지를 형성하게 된다(미국특허 US5220348, US5256506, US5278023, US530873, US5521035).

이러한 열전사법은 액정 표시소자에 이용되는 칼라필터의 제조에도 이용될 수 있다(미국특허 US5521035).

즉 레이저 전사장치는 도 1 에 도시한 바와같이, 편향신호와 변조신호를 출력하는 콘트롤러(10)와; 상기 콘트롤러(10)로부터 제어신호를 받아 구동하는 파워서플라이(11)와, 상기 파워서플라이(11)로부터 전원을 받아 빔을 발사하는 레이저(12)와, 상기 마이크로 콘트롤러(10)에서 출력되는 편향신호와 세기 변조신호를 드라이버(13)를 통해서 전달받아 레이저 빔을 편향시키는 음향 광학 편향기(AOD)와, 상기 콘트롤러(10)로부터 받은 X,Y 위치에 따라 드라이버(14)(15), X,Y 갈바노 메터(16)(17) 및 스캔 렌즈(18)를 통해서 레이저빔을 스테이지(STAGE)(19)위에 스캔하게 된다.

이 경우 이용되는 레이저 광원(빔)은 그 모양이 일반적으로 도 2 에 도시한 바와같이 가우스 분포를 갖다.

이러한 가우스 빔을 이용하는 경우, 특히 비교적 큰 빔 크기(약 60 ㎛ 이상)이용하는 경우에는 빔 모양의 특성상, 전사를 일으키는 최소 에너지인 문턱 에너지에서의 빔 모양의 기울기가 완만하기 때문에 형성되는 이미지의 가장자리 품질(EDGE QUALITY)이 떨어지게 되는 단점이 있다.

그러므로 가장자리의 에너지를 도 3 에 도시한 바와같이, 스캔시 스캔방향으로 길이(d)가 길고 스캔방향에 수직방향으로는 폭(b)이 좁은 타원형의 빔을 스캔 방향에 수직으로 원하는 폭 만큼 진동시키면서 스캔하는 디더링 방법이 사용된다.

이때 진동은 음향 광학 편향기(Acousto-Optic Delflector)를 이용하며, 스캔은 갈바노메터(galvonometer)를 이용한다

그러나 보통 스캔 위치에 따라 빔의 세기나 디더링 폭이 달라지고, 이 세기의 변화는 광학계의 효율이 스캔 위치에 따라 균일하지 않기 때문이고, 디더링 폭(2a)이 달라지는 것은 스캐닝 광학계의 왜곡 때문이다.

스캔 영역이 작은 경우에는 무시할 수 있으나, 대 면적에 적용할 때는 무시할 수 없을 정도가 되어 보정이 필요하다.

레이저 파워를 시간변화에 대해 안정화시키는 것이나(US5610709), 음향 광학 편향기의 편향각에 따른 효율의 균일화(US5067798)도 필요하지만 안정화된 레이저를 사용하고 디더링 파형을 변형시키면 이에 의한 불균일은 상대적으로 낮아진다.

따라서 본 발명의 목적은 대 면적 전사장치로 스캔할 때 스캔위치에 따른 빔 세기와 디더링 폭의 불 균일성을 개선하여 균일한 빔 세기와 디더링 폭을 얻을 수 있도록 하고자 하는데 있다.

도 1 은 종래 레이저 전사장치의 회로 블록도

도 2 는 종래 레이저 전사장치의 빔 세기 및 폭 특성도

도 3 은 종래 레이저 전사장치의 디더링

도 4 는 본 발명 레이저 전사장치의 회로 블록도

도 5 는 본 발명에 적용되는 음향광학 편향기의 편향신호 및 편향각도

도 6 은 본 발명 레이저 전사장치의 빔 세기 와 폭에 대한 보정 데이타

도 7 은 본 발명 레이저 전사장치의 빔 세기와 폭 특성도

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 대 면적 스캔시 콘트롤러로부터 음향광학편향기에 변조신호와 편향신호를 출력하여 레이저빔을 스테이지 위에 스캔하는 레이저 전사장치에 있어서, 상기 콘트롤러 로부터 출력되는 빔의 세기를 결정하는 변조신호와 빔의 디더링 폭을 결정하는 편향신호를 보정하는 수단과, 상기 수단은 X 갈바노메터의 위치데이타를 위치정보로 하여 보정하여서 된 것을 특징으로 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 대면적 전사장치를 스캔할 때 보정수단을 통해서 레이저 빔의 세기와 디더링 폭을 보정함으로써, 균일한 빔 세기를 얻을 수 있어 전사된 패턴 폭이 균일해 질 수 있게 된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 은 본 발명 레이저 전사장치의 제어 블록도 로서, 편향신호와 변조신호를 출력하는 콘트롤러(10)와; 상기 콘트롤러(10)로부터 제어신호를 받아 레이저빔을 조작하는 음향광학 편향기(AOD)를 통해서 레이저빔을 스테이지 위에 스캔하는 레이저 전사장치에 있어서, 상기 콘트롤러(10)로부터 출력되는 편향신호와 변조신호를 X 위치정보에 따라 보정하여 빔의 세기와 디더링 폭을 보정하는 보정수단(200)을 구비하되, 상기 보정수단(200)은 X 갈바노메터의 위치에 따른 세기와 폭 보정 데이터가 저장된 메모리(LUT1)(LUT2)와; 상기 마이크로 콘트롤러(10)로부터 보내온 변조신호를 상기 메모리(LUT1)로부터 입력되는 빔의 세기 보정데이타에 따라 변조하는 감쇠기회로(R-2R Ladder)와; 상기 콘트롤러(10)로부터 보내온 편향신호의 교류성분을 직류성분으로 정류하는 정류기와; 상기 편향신호에서 직류성분을 감산하여 교류성분은 출력하는 감산기(-)와; 상기 감산기(-)에서 출력된 교류성분을 상기 메모리(LUT2)로부터 입력되는 빔의 폭 보정 데이터에 따라 빔의 폭 데이터를 변조하는 감쇠기회로(R-2R Ladder)와; 감쇠기회로(R-2R Ladder)에서 출력된 변조신호와 상기 정류기로부터 정류된 직류신호를 가산하여 출력하는 가산기(+)로 구성된다.

상기와 같이 본 발명은 디더링을 위하여 음향 광학 편향기(AOD)드라이버에 변조신호와 편향신호를 가해준다. 상기 편향신호는 편향각도를 조정하는 신호로 도 5 에 도시한 바와 같이 디더링의 폭과 주기등을 결정해 주게 된다.

그런데 일정한 크기의 편향신호를 가해 주더라도 스캔위치에 따라 디더링 폭이 다르게 나타난다.

이것은 광학계(스캔렌즈)의 왜곡 때문이다.

이것을 없애려면 스캔 위치에 따라 편향신호를 다르게 주어야 한다.

편향신호는 직류성분과 교류성분이 합한 것으로 디더링 폭은 교류성분의 진폭과 관련되므로 교류성분의 진폭만을 조정해야 한다.

그리고 변조신호는 음향 광학 편향기(AOD)의 광학효율, 즉 편향된 레이저 빔의 세기를 조정하는 신호로 이것 역시 도 6 에 도시한 바와 같이, 일정한 크기의 신호를 가해 주더라도 스캔 위치에 따라 빔의 세기가 다르게 나온다.

이것은 광학계(렌즈, 미러등)의 광학 효율이 일정하지 않기 때문이다.

상기 변조신호는 펄스형태이며 신호의 크기가 효율과 관계가 있으므로 신호의 크기를 조정하면 된다.

또한 폭과 빔 세기의 변화는 빔의 위치에 따라 결정되므로 빔의 위치에 따라신호의 크기를 조절해야 한다.

빔의 위치는 X 갈바노메터(24)의 위치에 의해 결정되므로 콘트롤러(10)에서 X 갈바노메터(24)로 전달되는 위치 데이터를 끌어와 위치에 따른 세기와 폭 보정 데이터가 저장된 메모리(LUT1)(LUT2)의 주소로 이용한다.

그러면 X 갈바노메터(24)의 위치가 변화함에 따라 X 갈바노메터(24)위치에 해당되는 메모리(LUT1)(LUT2)에서 읽혀진 보정 데이터는 변조와 편향 두 채널의 신호 감쇠기로 전달되어 두 신호를 각각 조절하게 된다.

X 갈바노메터(24)의 위치 데이터는 16 비트로 폭과 빔의 세기의 변화가 위치에 따라 급격하게 변화하지 않으므로 상위 12 비트만을 보정데이타 롬(도시되지않음)의 주소로 이용한다.

상기 보정데이타는 8 비트 크기로 감쇠기회로(R-2R Ladder)에서 가해진 입력신호(Vi)를 보정데이타(0~255)에 따라 변조하여 출력(Vo)한다.

Vo = Vi×(9 + (보정데이타)/256)/10

한편 상기 편향신호의 경우는 디더링 빔의 폭을 결정하는 것으로, 폭 변화를 조정하기 위하여 교류신호만을 변조해야 한다.

그래서 직류와 교류성분이 혼합된 입력신호로부터 정류기로 직류성분을 추출하여 원래 신호에서 직류성분을 빼면 교류성분을 얻을 수 있고, 보정데이타에서 지정한 만큼 감쇄시켜 직류성분에 더하면 된다.

즉 상기 보정데이타 추출 과정을 살펴보면,

1) 빔의 위치와 X 갈바노메터 위치신호와의 관계식은 x(DACx) = -0.0132 ×(DACx - 2¹⁵) [mm] ∴ DACx = 16 비트 x 위치신호이다.

2) 빔위치에 따라 빔의 세기와 디더링 폭을 측정(P(x), W(x)).

3) 각 데이터 설정에 대한 (최소값)/(각 데이터)로 도 6 에 도시한 바와같이 정규: 증폭율(P mim / P(x), W mim / W(x)).

4) 정규화 된 데이터 대한 근사식은 a = a(x)

차수	a(변조)	a(편향)
x⁴	13.05929248	·
x³	-0.26856004	·
x²	-1.604683607	-0.3442
x	0.002391629	0.0012
1	0.9995	0.9995

5) 증폭률을 8 bit 감쇠기회로(R-2R ladder) 데이터 변환

증폭회로 증폭율 : a =(9 + ki)/10, k = DAC / 2⁸(DAC = LUT 8 비트 데이

터, a = 0.9 ~ 1.0) ∴ DAC = 2⁸×(10a - 9)

6) 결론적으로 증폭율 DAC 와 빔 위치 사이의 변환 테이블을 작성

DAC = DAC(x)

a = a(x) → DAC = 2⁸× (10a - 9)

따라서 상기 결과 도 7 에 도시한 바와 같이 스캔영역에 대한 빔의 세기와 폭은 편차는 하기와 같이 거의 없는 상태로 된다.

항 목	보정 전 편차	보정 후 편차
디더링 폭 (100 um)	4.0 um	1.0 um
빔 세기	6.0 %	2.9 %

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 대면적 전사장치로 스캔할 때 X 갈바노메터 위치데이타를 이용하여 레이저빔의 위치에 따라 음향광학편향기의 빔의 세기를 결정하는 변조신호와 빔의 디더링 폭을 결정하는 편향신호를 보정함으로써, 균일한 빔 세기와 디더링 폭을 얻을 수 있어 전사된 패턴 폭이 균일해 질 수 있는 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

Claims

편향신호와 변조신호를 출력하는 콘트롤러와; 상기 콘트롤러로부터 제어신호를 받아 레이저빔을 조작하는 음향광학 편향기를 통해서 레이저빔을 스테이지 위에 스캔하는 레이저 전사장치에 있어서, 상기 콘트롤러로부터 출력되는 편향신호와 변조신호를 보정하여 빔의 세기와 디더링 폭을 균일하게 보정하기 위해 상기 편향신호의 교류성분의 진폭을 조정하는 편향신호 조정수단; 및 상기 변조신호의 신호 크기를 조정하는 변조신호 조정수단을 포함하는 보정수단을 구비하는 레이저 전사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보정수단은 음향 광학 편향기의 변조신호와 편향신호를 레이저 빔의 위치에 따라 변조하여 보정하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 전사 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보정수단은 X 갈바노메터의 위치신호에 따라 보정하여서 된 것을 특징으로 하는 레이저 전사 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 보정수단에서 X 갈바노메터 위치신호를 이용하여 위치에 따른 세기와 폭 보정 데이터를 저장된 메모리로부터 읽어 내어 출력되도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 전사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보정수단의 변조신호 조정 수단은,

상기 콘트롤러로부터 출력되는 변조신호를 메모리로부터 입력되는 빔의 세기 보정데이타와 상기 빔의 세기 보정데이타에 따라 변조하는 감쇠기회로로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 레이저 전사장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보정수단의 편향신호 조정 수단은,

상기 콘트롤러로부터 받은 편향신호에서 교류성분을 직류성분으로 정류하는 정류기와; 상기 편향신호에서 직류성분을 감산하여 교류성분은 출력하는 감산기와; 상기 감산기에서 출력된 교류성분을 상기 메모리로부터 입력되는 빔의 폭 보정데이타와, 빔의 폭 데이터에 따라 변조하는 감쇠기회로(R-2R Ladder)와; 상기 감쇠기회로(R-2R Ladder)에서 출력된 변조신호와 상기 정류기로부터 정류된 직류신호를 가산하여 출력하는 가산기로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 레이저 전사 장치.