KR100983341B1

KR100983341B1 - 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100983341B1
Application number: KR1020080076381A
Authority: KR
Inventors: 민성욱
Original assignee: (주)하드램
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2008-08-05
Publication date: 2010-09-20
Also published as: KR20100016765A

Abstract

본 발명은 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원부와, 레이저 광을 패턴광으로 변환시키는 디지털 마이크로미러 디바이스와, 레이저 광이나 패턴광을 소정 방향으로 안내하는 광학부로 구성된 패턴 생성 유닛과, 패턴 생성 유닛을 이송하는 이송부와, 마킹 대상물이 안착되어 지지되는 스테이지와, 스테이지의 이동 속도를 측정하는 속도 측정부 및 속도 측정부의 출력에 기초하여 이송부의 이동 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법이 제공된다.

마킹 장치, 디지털 마이크로미러 디바이스, 속도 측정부

Description

디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법 {Marking apparatus and marking method using digital micromirror device}

본 발명은 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하여 이동하는 기판 상에 마킹이 가능하도록 구현한 마킹 장치 및 방법에 관한 것이다.

PDP, S/M(Shadow Mask), PCB, C/F(Color Filter), LCD, 반도체 등을 제조하기 위한 메인 노광공정에 이어서 피가공물 예를 들면, 반도체 웨이퍼, 글라스 등에 웨이퍼를 식별하기 위한 식별자(생산자, 주문자, 판매자, 고유 번호 등)를 마킹을 하는 마킹 공정 즉, 타이틀러 공정이 이루어진다.

마킹 공정의 경우에도 메인 노광 공정에서 사용된 포토 리소그라피 공정을 적용할 수 있으나, 포토 리소그라피 공정을 통해 마킹 공정을 수행하게 되면, 제조 공정이 번거로워, 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

이를 보완하기 위하여 레이저를 이용한 레이저 마킹 공정이 등장하였으며, 레이저 마킹이란 레이저 빔의 에너지를 열로 전환하여 이용하는 열적인 물질가공의 한 분야로서, 레이저의 높은 에너지 밀도를 이용하여 물체의 표면을 각인 또는 변 색시켜 기호, 문자, 도형 등을 기록하는 것을 말한다. 레이저 마킹은 잉크가 필요하지 않아 장시간 지속적으로 적용이 가능하며, 용매가 불필요한 점에서 환경 친화적인 방식이다.

이러한 레이저 마킹 장치 및 방법은 사용목적에 따라 크게 스캐닝형, 마스크형, 혼합형 등으로 구분되는데,이 중에서 스캐닝형은 피가공물에 고밀도의 레이저 광을 조사하고, 이 레이저 광을 스캐닝 미러로 방향을 돌려서 피가공물의 표면상에 레이저 스팟광을 스캐닝하고 빔 스팟이 쪼여진 피가공물 표면의 미소 부분을 레이저 에너지로 순간적으로 개질시키면서 기호, 문자, 도형 등의 원하는 패턴을 묘화하여 마킹하는 기술이다. 마스크형은 피가공물에 마스크를 배치한 후, 마스크 상에 레이저 광을 조사하여 마킹하는 기술이며, 혼합형은 스캐닝 미러와 마스크를 둘 다 사용하는 방식이다.

그러나, 이와 같은 레이저 마킹 방식은 원하는 피가공물의 표면에 패턴을 마킹하기 위하여 레이저 스팟광을 이용하기 때문에, 마킹 시간이 오래 걸리는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레이저 스팟광을 이용하지 않고, 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용하여 원하는 패턴을 마킹 대상물 상에 조사하여 마킹함으로써, 마킹 시간을 최소화할 수 있는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 마킹 대상물의 이동중에도 패턴을 마킹할 수 있는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이저 광을 발생시키는 레이저 광원부와, 상기 레이저 광을 패턴광으로 변환시키는 디지털 마이크로미러 디바이스와, 상기 레이저 광이나 패턴광을 소정 방향으로 안내하는 광학부로 구성된 패턴 생성 유닛; 상기 패턴 생성 유닛을 이송하는 이송부; 마킹 대상물이 안착되어 지지되는 스테이지; 상기 스테이지의 이동 속도를 측정하는 속도 측정부; 및 상기 속도 측정부의 출력에 기초하여 상기 이송부의 이동 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치가 제공된다.

상기 패턴 생성 유닛은 상기 레이저 광원부에서 출사된 레이저 광을 상기 광학부로 유도하는 광 가이드부를 더 포함한다.

상기 광학부는 상기 레이저 광의 초점을 조절하기 위한 조명계; 상기 조명계를 통하여 입사된 레이저 광을 상기 디지털 마이크로미러 디바이스에 입사되게 반사시키는 반사미러; 및 상기 디지털 마이크로미러 디바이스에서 출사되는 패턴광을 상기 마킹 대상물의 표면에 결상시키는 프로젝션 렌즈를 포함한다.

상기 속도 측정부는 엔코더를 포함한다.

상기 이송부는 리니어 스테이지 또는 피에조 스테이지를 포함한다.

상기 제어부는 상기 스테이지의 이동 속도와 상기 이송부의 이동 속도를 동기화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 광 가이드부는 광 섬유를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레이저 광을 발생하는 단계; 상기 레이저 광을 디지털 마이크로미러 디바이스에 조사하는 단계; 상기 디지털 마이크로 디바이스를 이용하여 상기 레이저 광을 패턴광으로 변환하는 단계; 마킹 대상물이 안착된 스테이지의 이동 속도를 측정하는 단계; 상기 측정 결과에 기초하여 상기 디지털 마이크로미러 디바이스를 포함하는 패턴 생성 유닛을 이송 속도를 제어하는 단계; 및 상기 마킹 대상물의 마킹 영역에 상기 패턴광을 조사하는 단계를 포함하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 방법이 제공된다.

상기 이송부의 이동 속도를 제어하는 단계는 상기 스테이지의 이동 속도와 상기 패턴 생성 유닛을 이송시키는 이송부의 이동 속도를 동기화하는 단계를 포함한다.

상기 패턴광을 조사하는 단계는 상기 패턴광을 상기 마킹 영역에 기설정된 조사 횟수만큼 조사하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용함으로써, 레이저 스팟광이 마킹 대상물에 조사되는 것이 아니라, 원하는 패턴의 전체 또는 일부를 마킹 대상물 상에 직접 조사하여 마킹함으로써, 마킹 시간을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 마킹 대상물이 안착된 스테이지와 패턴 생성 유닛을 이송시키는 이송부의 속도를 동기화시킴으로써, 이동중인 마킹 대상물에도 패턴을 마킹할 수 있게 되어 작업의 효율성을 극대화할 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치의 개략적인 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치의 개략적인 기능 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치는 패턴 생성 유닛(500), 이송부(600), 스테이지(700), 속도 측정부(800) 및 제어부(900)를 포함하며, 패턴 생성 유닛(500)은 레이저 광원부(100), 광 가이드부(200), 광학부(300) 및 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD; Digital Micromirror Device)(400)로 구성된다.

패턴 생성 유닛(500)은 레이저 광을 패턴 정보에 따라 패턴광으로 변환시켜, 변환된 패턴광을 마킹 대상물에 조사시키는 기능을 수행한다. 이를 위하여, 패턴 생성 유닛(500)은 레이저 광원부(100), 광 가이드부(200), 광학부(300) 및 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD; Digital Micromirror Device)(400)로 구성된다.

레이저 광원부(100)는 레이저 광을 발생시킨다. 본 실시예에서 레이저 광원부(100)로는 레이저 다이오드를 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 광 가이드 부(200)는 레이저 광원부(100)에서 출사된 레이저 광을 광학부(300)로 유도한다. 본 실시예의 경우, 광 가이드부(200)로서 광 섬유를 이용하고 있으나, 광 가이드부(200)가 광 섬유에 한정되는 것은 아니다.

광학부(300)는 레이저 광이나 패턴광을 소정 방향으로 안내한다. 즉, 광 가이드부(200)통하여 유도된 레이저 광을 디지털 마이크로미러 디바이스(400)로 안내하며, 디지털 마이크로미러 디바이스(400)에서 반사되는 패턴광을 마킹 대상물에 조사시킨다. 이러한 광학부(300)는 조명계(310), 반사미러(330) 및 프로젝션 렌즈(350)로 구성되며, 조명계(310)는 레이저 광의 초점을 조절하며, 반사미러(330)는 조명계(310)를 통하여 입사된 레이저 광을 디지털 마이크로미러 디바이스(400)에 입사되게 반사시킨다. 그리고, 프로젝션 렌즈(350)는 디지털 마이크로미러 디바이스(400)에서 출사되는 패턴광을 마킹 대상물의 표면에 결상시키는 기능을 수행한다.

디지털 마이크로미러 디바이스(400)는 레이저 광을 패턴광으로 변환시킨다. 디지털 마이크로미러 디바이스(400)는 다수의 픽셀로 구성되며, 제어부는 각 픽셀을 독립적으로 구동시켜 원하는 레이저 광을 패턴 정보에 따라 패턴광으로 변환시킨다.

이송부(600)는 패턴 생성 유닛(500)을 소정 방향으로 이송시킨다. 본 실시예의 경우, 이송부(600)로서 리니어 스테이지(linear stage) 또는 피에조 스테이지(piezo stage)를 사용한다.

스테이지(700)는 마킹 대상물이 안착되어 지지되는 공간을 제공하며, 소정 방향으로 이동 가능하다. 속도 측정부(800)는 스테이지의 이동 속도를 측정하며, 본 실시예의 경우 엔코더를 사용하나, 속도 측정부(800)가 엔코더로 한정되는 것은 아니며 다른 장치를 이용할 수도 있다.

제어부(900)는 속도 측정부(800)의 출력에 기초하여 이송부(600)의 이동 속도를 제어한다. 또한, 패턴 정보원으로부터 패턴 정보를 전달받고, 이러한 패턴 정보에 따른 패턴 신호를 디지털 마이크로미러 디바이스(400)의 각 픽셀에 전달하여, 복수의 픽셀을 독립적으로 구동시키는 역할을 수행한다.

스테이지(700)를 이동하면서 마킹 공정을 수행하기 위해서는, 스테이지의 이동 속도와 이송부의 이동 속도를 동기화시킬 필요가 있으며, 이러한 동기화 작업은 제어부(900)에 의해서 수행된다. 즉, 속도 측정부(800)에서는 스테이지(700)의 이동 속도를 측정하여, 그 결과를 제어부(900)에 전송한다. 제어부(900)는 그 결과에 기초하여, 이송부(600)의 속도를 증감시키면서, 이송부(600)의 이동 속도를 스테이지(700)의 이동 속도에 맞춘다.

도 3은 본 발명에 이용된 디지털 마이크로미러 디바이스의 개략 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 디지털 마이크로미러 디바이스의 단위 픽셀의 구성을 도시한 도이다.

도 3에는 디지털 마이크로미러 디바이스(400)는 다수의 픽셀(410) 각각에 대한 구성이 도시되어 있다. 각 픽셀(410)은 가로 및 세로로 일정하게 배열되어 있으며, 각각은 독립적으로 제어부(900, 도 1 및 2 참조)에 의해 제어된다. 픽셀(410) 은 회전축(470)을 중심으로 소정 각도 회동함으로써 입사되는 레이저 광을 마킹 대상물로 반사하거나, 또는 다른 방향으로 반사할 수 있게 된다. 제어부는 패턴 정보원으로부터 패턴 정보를 전달받고, 전달받은 패턴 정보에 따른 패턴 신호를 디지털 마이크로미러 디바이스(400)의 각 픽셀(410)에 전달하여, 복수의 픽셀(410)을 독립적으로 구동시켜 레이저 광을 원하는 패턴의 패턴광으로 변환시킨다.

도 4를 참조하여 단위 픽셀의 구성을 살펴보면, 각 단위 픽셀(410)은 본체(420), 지지부(430), 구동부(440), 기둥(450), 반사판(460) 및 회전축(470, 도 3 참조)을 포함한다.

본체(420)에 설치되어 반사판(460) 각각의 모서리를 지지하도록 지지부(430)가 설치된다. 지지부(430)에는 회전 가능하게 결합되고 상면에 반사판(460)이 고정되는 기둥(450)이 형성된 구동부(440)가 형성된다. 회전축은 구동부(440)가 지지부(430)에 유동 가능하게 지지되도록, 구동부(440)의 하면에 십자 모양으로 장착되어 네 모서리에 형성된 각각의 지지부(430)에 힌지 연결된다. 제어부는 사용자에 의해 입력된 신호에 의해 모터를 구동시켜 각각의 픽셀(410)에서 개별적인 반사가 이루어지도록 하여, 패턴광을 형성한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 우선, 레이저 광을 발생하는 과정을 수행한다(S510). 그 다음에 레이저 광을 디지털 마이크로미러 디바이스에 조사하는 과정을 수행한 다(S520).

디지털 마이크로 디바이스를 이용하여 레이저 광을 패턴광으로 변환시킨다(S530). 그리고 나서, 마킹 대상물이 안착된 스테이지의 이동 속도를 측정하는 과정을 수행한다(S540).

그 다음에, 측정 결과에 기초하여 디지털 마이크로미러 디바이스를 포함하는 패턴 생성 유닛의 이송 속도를 제어한다(S550). 즉, 스테이지의 이동 속도와 패턴 생성 유닛을 이송시키는 이송부의 이동 속도를 동기화시킨다.

그리고 나서, 마킹 대상물의 마킹 영역에 패턴광을 조사하여, 식별자를 마킹한다(S560).

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 방법의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 우선, 레이저 광을 발생하는 과정을 수행한다(S610). 그 다음에 레이저 광을 디지털 마이크로미러 디바이스에 조사하는 과정을 수행한다(S620).

디지털 마이크로 디바이스를 이용하여 레이저 광을 패턴광으로 변환시킨다(S630). 그리고 나서, 마킹 대상물의 마킹 영역에 패턴광을 조사하여, 식별자를 마킹한다(S640).

패턴광의 조사 횟수가 설정된 횟수에 도달했는지 판단하는 과정(S650)을 수행하여, 만약 조사 횟수가 설정된 횟수에 도달하지 않은 경우에는 S640 과정을 진 행하고, 만약 조사 횟수가 설정된 횟수에 도달한 경우에는 다음 마킹 영역으로 이동하는 과정을 수행한다(S660).

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치 및 방법의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치의 개략적인 기능 블록도이다.

도 3은 본 발명에 이용된 디지털 마이크로미러 디바이스의 개략 구성도이다.

도 4는 도 3에 도시된 디지털 마이크로미러 디바이스의 단위 픽셀의 구성을 도시한 도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100 : 레이저 광원부 200 : 광 가이드부

300 : 광학부 400 : 디지털 마이크로미러 디바이스

500 : 패턴 생성 유닛 600 : 이송부

700 : 스테이지 800 : 속도 측정부

900 : 제어부

Claims

레이저 광을 발생시키는 레이저 광원부와, 상기 레이저 광을 패턴광으로 변환시키는 디지털 마이크로미러 디바이스와, 상기 레이저 광이나 패턴광을 소정 방향으로 안내하는 광학부로 구성된 패턴 생성 유닛;

상기 패턴 생성 유닛을 이송하는 이송부;

마킹 대상물이 안착되어 지지되는 스테이지;

상기 스테이지의 이동 속도를 측정하는 속도 측정부; 및

상기 속도 측정부의 출력에 기초하여 상기 이송부의 이동 속도를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 디지털 마이크로미러 디바이스는 다수의 픽셀로 구성되며, 상기 각 픽셀은,

본체;

상기 본체 상부에 설치되며, 상기 레이저 광을 반사시키는 반사판;

상기 본체 상에 설치되며, 상기 반사판의 각 모서리를 지지하도록 설치된 지지부; 및

상기 지지부에 회전 가능하게 결합되고, 일 단부가 상기 반사판에 고정되는 기둥을 포함하는 구동부를 포함하며,

상기 제어부는 사용자에 의해 입력된 신호에 의해 상기 구동부를 구동시켜 각 픽셀에서 개별적인 반사가 이루어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
제1항에 있어서, 상기 패턴 생성 유닛은,

상기 레이저 광원부에서 출사된 레이저 광을 상기 광학부로 유도하는 광 가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
제1항에 있어서, 상기 광학부는,

상기 레이저 광의 초점을 조절하기 위한 조명계;

상기 조명계를 통하여 입사된 레이저 광을 상기 디지털 마이크로미러 디바이스에 입사되게 반사시키는 반사미러; 및

상기 디지털 마이크로미러 디바이스에서 출사되는 패턴광을 상기 마킹 대상물의 표면에 결상시키는 프로젝션 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
제1항에 있어서,

상기 속도 측정부는 엔코더를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
제1항에 있어서,

상기 이송부는 리니어 스테이지 또는 피에조 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 스테이지의 이동 속도와 상기 이송부의 이동 속도를 동기 화시키는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
제2항에 있어서,

상기 광 가이드부는 광 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치.
레이저 광을 발생시키는 레이저 광원부와, 상기 레이저 광을 패턴광으로 변환시키는 디지털 마이크로미러 디바이스와, 상기 레이저 광이나 패턴광을 소정 방향으로 안내하는 광학부로 구성된 패턴 생성 유닛; 상기 패턴 생성 유닛을 이송하는 이송부; 마킹 대상물이 안착되어 지지되는 스테이지; 상기 스테이지의 이동 속도를 측정하는 속도 측정부; 및 상기 속도 측정부의 출력에 기초하여 상기 이송부의 이동 속도를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 디지털 마이크로미러 디바이스는 다수의 픽셀로 구성되며, 상기 각 픽셀은 본체; 상기 본체 상부에 설치되며, 상기 레이저 광을 반사시키는 반사판; 상기 본체 상에 설치되며, 상기 반사판의 각 모서리를 지지하도록 설치된 지지부; 및 상기 지지부에 회전 가능하게 결합되고, 일 단부가 상기 반사판에 고정되는 기둥을 포함하는 구동부를 포함하며, 상기 제어부는 사용자에 의해 입력된 신호에 의해 상기 구동부를 구동시켜 각 픽셀에서 개별적인 반사가 이루어지도록 제어하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 장치를 이용한 마킹 방법으로서,

레이저 광을 발생하는 단계;

상기 레이저 광을 디지털 마이크로미러 디바이스에 조사하는 단계;

상기 디지털 마이크로 디바이스를 이용하여 상기 레이저 광을 패턴광으로 변환하는 단계;

마킹 대상물이 안착된 스테이지의 이동 속도를 측정하는 단계;

상기 측정 결과에 기초하여 상기 디지털 마이크로미러 디바이스를 포함하는 패턴 생성 유닛의 이송 속도를 제어하는 단계; 및

상기 마킹 대상물의 마킹 영역에 상기 패턴광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마킹 방법.
제8항에 있어서, 상기 패턴 생성 유닛의 이동 속도를 제어하는 단계는,

상기 스테이지의 이동 속도와 상기 패턴 생성 유닛을 이송시키는 이송부의 이동 속도를 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마킹 방법.
제8항에 있어서, 상기 패턴광을 조사하는 단계는,

상기 패턴광을 상기 마킹 영역에 기설정된 조사 횟수만큼 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로미러 디바이스를 이용한 마킹 방법.