KR101310782B1 - 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템 - Google Patents

레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템 Download PDF

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송치영
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(주)하드램
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Abstract

본 발명은 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템에 관한 것으로서, 레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 광원 유닛; 상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되며, 상기 레이저 광원 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하는 초점 조절 유닛; 상기 초점 조절 유닛의 후단에 설치되며, 상기 초점 조절 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 수직 변위와 수평 변위를 조절하여 레이저 광을 원하는 패턴 형태로 기판 상에 반사하는 스캐너 유닛; 상기 스캐너 유닛에서 출사되는 레이저 광의 경로를 감지하여, 감지된 결과를 제어 유닛으로 전송하는 광경로 센싱 유닛; 상기 스캐너 유닛과 기판 사이에 설치되며, 상기 스캐너 유닛으로부터 입사된 레이저 광을 기판 상에 조사하는 광학 유닛; 상기 광경로 센싱 유닛으로부터 수신한 광경로 정보를 기초로 상기 초점 조절 유닛의 동작을 제어하여, 상기 초점 조절 유닛으로부터 출사되는 레이저 광의 초점 거리를 조절하며, 상기 초점 조절 유닛은 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절을 수행하는 초점 가변 렌즈부를 포함하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템이 제공된다.

Description

레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템 {Auto-focusing system for laser beam scanner}
본 발명은 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하는 스테이지나 광학 유닛의 기계적인 작동없이 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절이 가능한 초점 가변 렌즈를 이용하여 기판 상에 조사되는 레이저 광의 초점을 조절하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템에 관한 것이다.
포토리소그라피 방법에 의해 글라스 패터닝 작업을 수행하는 경우 그 공정이 까다롭고 복잡하며 장치 설비에 비용이 많이 들며 제조시간과 비용이 증가하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 레이저를 막에 직접적으로 조사하여 원하는 패턴을 형성하는 방법이 개발되어 이용되고 있으며, 또한 각종 레이저 장비가 반도체, LCD등의 마킹 공정 등에도 이용되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 개략적인 구성도이며, 도 2는 종래 기술에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 초점 불일치로 인한 왜곡 현상을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 레이저 빔 스캔 장치는 레이저 광원부(10), 스캐너부(20), 광학부(30) 및 스테이지(50)를 포함한다.
레이저 광원부(10)는 레이저 광을 생성하여 조사하며, 스캐너부(20)는 레이저 광원부(10)로부터 입사된 레이저 광을 반사하여 기판 상에 원하는 패턴으로 조사한다. 광학부(30)는 스캐너부(20)로부터 입사된 레이저 광을 기판 상에 초점이 맺히도록 조절한다. 광학부(30)로 에프-세타 렌즈를 이용하는데, 에프-세타 렌즈의 특성상 필드의 중심 영역에서 에지 영역으로 갈수록 초점의 높이가 달라지게 되어 기판 상에 조사되는 레이저 광의 초점이 균일하지 않게 되는 문제점이 있었다(도 2 참조).
이러한 문제를 해결하기 위한 레이저 광의 초점을 조절하는 다양한 기술이 사용되고 있다. 종래 기술에 따르면, 모터를 이용하여 광학부 즉, 에프-세타 렌즈를 움직이거나 또는 기판이 놓여지는 스테이지를 움직여서 레이저 광의 초점을 조절하였다. 그러나, 광학부나 스테이지를 모터를 이용하여 기계적으로 구동시키면 장비의 마모가 쉽게 와서 수명이 짧아질 수 있고, 정밀 가공이 필요한 경우 정밀성이 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 스테이지나 광학 유닛의 기계적인 작동없이 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절이 가능한 초점 가변 렌즈를 이용하여 기판 상에 조사되는 레이저 광의 초점을 조절하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 광원 유닛; 상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되며, 상기 레이저 광원 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하는 초점 조절 유닛; 상기 초점 조절 유닛의 후단에 설치되며, 상기 초점 조절 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 수직 변위와 수평 변위를 조절하여 레이저 광을 원하는 패턴 형태로 기판 상에 반사하는 스캐너 유닛; 상기 스캐너 유닛에서 출사되는 레이저 광의 경로를 감지하여, 감지된 결과를 제어 유닛으로 전송하는 광경로 센싱 유닛; 상기 스캐너 유닛과 기판 사이에 설치되며, 상기 스캐너 유닛으로부터 입사된 레이저 광을 기판 상에 조사하는 광학 유닛; 상기 광경로 센싱 유닛으로부터 수신한 광경로 정보를 기초로 상기 초점 조절 유닛의 동작을 제어하여, 상기 초점 조절 유닛으로부터 출사되는 레이저 광의 초점 거리를 조절하며, 상기 초점 조절 유닛은 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절을 수행하는 초점 가변 렌즈부를 포함하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템이 제공된다.
상기 초점 조절 유닛은 상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되어, 상기 레이저 광원에서 출사되는 레이저 광을 수렴하는 광학 렌즈부; 상기 광학 렌즈부의 후단에 설치되며, 레이저 광의 초점 주위에 렌즈의 주변 수차를 제거하기 위하여, 금속 플레이트의 중앙 영역에 홀(hole)을 형성한 핀홀 필터부; 및 상기 핀홀 필터부와 상기 스캐너 유닛 사이에 설치되며, 상기 핀홀 필터부로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하여 상기 스캐너 유닛으로 출사시키고, 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절을 수행하는 초점 가변 렌즈부를 포함한다.
상기 광학 렌즈부는 일면은 평면이고, 타면은 볼록한 형태의 평볼록 렌즈(plano-convex lens)를 이용하며, 상기 초점 가변 렌즈부는 일면은 평면이고, 타면은 볼록한 형태의 평볼록 렌즈(plano-convex lens)를 이용하되, 상기 초점 가변 렌즈부는 볼록한 면의 곡률이 가변된다.
상기 제어 유닛은 상기 광경로 센싱 유닛으로부터 수신한 광경로 정보를 기초로 상기 스캐너 유닛으로부터 출사된 레이저 광이 상기 광학 유닛의 중앙 영역을 통과한다고 판단되면, 상기 초점 가변 렌즈부의 곡률을 상대적으로 크게 하여 상기 레이저 광의 초점 거리를 상대적으로 짧게 조절하고, 상기 스캐너 유닛으로부터 출사된 레이저 광이 상기 광학 유닛의 에지 영역을 통과한다고 판단되면, 상기 초점 가변 렌즈부의 곡률을 상대적으로 크게 하여 상기 레이저 광의 초점 거리를 상대적으로 길게 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 초점 가변 렌즈부는 상기 초점 가변 렌즈부의 부품을 수납하기 위한 공간을 제공하는 하우징; 상기 하우징의 바닥면에 설치되는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트 상에 배치되며, 탄성 재질로 이루어지고, 내부에 수용공간에 형성되고, 상기 수용공간에는 유체가 충전된 탄성막; 상기 유체가 충전된 탄성막의 상부 둘레 영역에 설치되며, 전원부로부터 전압을 공급받아 상기 탄성막의 둘레 영역에 압력을 가하거나 또는 압력을 해제하도록 작동되는 곡률 가변 액추에이터; 및 상기 제어 유닛의 제어 신호에 따라 상기 전원부를 조절하여 상기 곡률 가변 액추에이터에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 초점 가변 렌즈 제어기를 포함한다.
상기 초점 가변 렌즈부는 탄성 재질로 이루어지며, 내부에 수용공간에 형성된 탄성막; 상기 탄성막의 일 측에 배치되며, 유체를 저장하기 위한 공간을 제공하는 유체 저장부; 상기 탄성막과 상기 유체 저장부를 연결하는 연결관; 상기 탄성막, 유체 저장부 및 연결관 내부에 충전되는 유체; 상기 탄성막과 상기 유체 저장부의 둘레 영역에 형성된 체결부; 및 상기 유체 저장부의 일 측에 설치되어, 전원부로터 인가되는 전압에 따라 좌우로 작동되어 상기 유체 저장부에 압력을 가하거나 또는 압력을 해제하는 곡률 가변 액추에이터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절이 가능한 초점 가변 렌즈를 이용하여 기판 상에 조사되는 레이저 광의 초점을 조절함으로써, 전체 필드에서 균일한 초점 높이를 유지할 수 있게 되어, 레이저 가공 품질이 향상된다.
그리고, 기계적인 움직임이 발생하지 않아, 마모 발생이 없고, 진동의 영향이 없으므로 정밀성이 향상되고, 수명 또한 길어지는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 초점 불일치로 인한 왜곡 현상을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 초점 가변 렌즈의 곡률 변화에 따른 초점 거리 변화를 나타낸 개념도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 동작 원리를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 기능 블록도이다.
도 8은 초점 조절 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 9 및 도 10은 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈부의 구성 및 작동 원리를 나타낸 도이다.
도 11은 초점 가변 렌즈부의 기능 블록도이다.
도 12 및 도 13은 초점 조절 가변 렌즈부의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 개념도이며, 도 4a 및 도 4b는 초점 가변 렌즈의 곡률 변화에 따른 초점 거리 변화를 나타낸 개념도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 동작 원리를 나타낸 도이다., 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 구성도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 기능 블록도이고, 도 8은 초점 조절 유닛의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템은 레이저 광원 유닛(100), 초점 조절 유닛(200), 스캐너 유닛(300), 광학 유닛(400), 광경로 센싱 유닛(500), 스테이지(600) 및 제어 유닛(700)을 포함한다.
레이저 광원 유닛(100)은 레이저 광을 생성하여 출력한다.
초점 조절 유닛(200)은 레이저 광원 유닛(100)의 후단에 설치되며, 레이저 광원 유닛(100)으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하는 기능을 수행한다. 이하의 광학 유닛(400)의 물리적 특성으로 인하여 필드 즉, 기판 영역 상에 초점 높이가 다르게 형성되어 레이저 광의 패턴 형상에 왜곡이 발생하게 되는데, 초점 조절 유닛(200)은 이러한 왜곡을 보정하기 위하여, 레이저 광이 광학 유닛을 투과하는 위치에 따라 레이저 광의 초점을 조절함으로써, 기판 전영역에서 레이저 광의 초점 높이가 균일하게 유지되도록 한다.
스캐너 유닛(300)은 초점 조절 유닛(200)의 후단에 설치되며, 초점 조절 유닛(200)으로부터 입사된 레이저 광의 수직 변위와 수평 변위를 조절하여 레이저 광을 원하는 패턴 형태로 기판 상으로 반사하는 기능을 수행한다.
스캐너 유닛(300)은 제1 갈바노 스캐너(310)와 제2 갈바노 스캐너(320)의 조합으로 구성되며, 제1 갈바노 스캐너(310)는 초점 조절 유닛(200)으로부터 입사되는 레이저 광의 제1축 방향의 변위를 조절하고, 제2 갈바노 스캐너(320)는 제1축 방향의 수직인 제2축 방향의 변위를 조절하는 기능을 수행한다.
제1 갈바노 스캐너(310)는 제1 갈바노 미러(311)와 제1 갈바노 미러 구동부(312)를 포함하며, 제2 갈바노 스캐너(320)는 제2 갈바노 미러(321)와 제2 갈바노 미러 구동부(322)를 포함한다.
제1 갈바노 미러(311)는 레이저 광을 반사하도록 회전가능하게 설치되며, 제1 갈바노 미러 구동부(312)는 제1 갈바노 미러(311)의 단부에 설치되어, 제1 갈바노 미러(311)를 지지하면서, 제1 갈바노 미러(311)를 회동시킨다. 그리고, 제2 갈바노 미러(321)는 레이저 광을 반사하도록 회전가능하게 설치되며, 제2 갈바노 미러 구동부(322)는 제2 갈바노 미러(321)의 단부에 설치되어, 제2 갈바노 미러(321)를 지지하면서, 제2 갈바노 미러(321)를 회동시킨다. 제1 갈바노 미러(311)에 의해 반사된 레이저 광은 제2 갈바노 미러(321)로 입사되며, 제2 갈바노 미러(321)에 입사된 레이저 광은 기판 방향으로 반사된다.
광학 유닛(400)은 스캐너 유닛(300)과 기판(800) 사이에 설치되며, 광학 유닛(300)은 스캐너 유닛(300)으로부터 입사된 레이저 광을 기판(800) 상에 초점이 배치되도록 조절하는 기능을 수행한다.
도 6에 도시된 실시예의 경우, 광학 유닛(400)은 제1 광학부(410)와 제2 광학부(450)를 포함한다. 제1 광학부(410)는 초점 조절 유닛(200)과 제1 갈바노 스캐너(310) 사이에 설치되며, 초점 조절 유닛(200)으로부터 입사된 레이저 광을 제1 갈바노 스캐너(310)로 반사하는 기능을 수행한다.
제2 광학부(250)는 스캐너 유닛(300)과 기판(800) 사이에 설치되며, 본 실시예의 경우 제2 광학부(250)로 에프-세타 렌즈가 이용된다. 에프-세타 렌즈의 특성상 필드의 중심 영역에서 에지 영역으로 갈수록 레이저 광의 초점 높이가 달라지게 된다. 이러한 초점 높이의 차이는 위에서 상술한 초점 조절 유닛(200)에 의해서 조절된다.
광경로 센싱 유닛(500)은 스캐너 유닛(300)에서 출사되는 레이저 광의 경로를 감지하여, 감지된 결과를 제어 유닛(700)으로 전송하는 기능을 수행한다. 광경로 센싱 유닛(500)은 스캐너 유닛(300)의 후단에 설치되거나, 또는 광학 유닛(400)의 후단에 설치되어, 스캐너 유닛(300)에서 출사된 레이저 광이 기판(800)의 어느 영역에 입사하는지에 대한 경로 즉, 광경로를 감지하여 제어 유닛(700)으로 전송한다.
스테이지(600)는 기판(800)을 지지하며, 기판(800)을 소정 방향으로 이동시킬 수 있도록 구동가능하다.
제어 유닛(700)은 레이저 광원 유닛(100), 초점 조절 유닛(200), 스캐너 유닛(300), 광학 유닛(400), 광경로 센싱 유닛(500) 및 스테이지(600)의 동작을 제어하는 기능을 수행한다. 또한, 제어 유닛(700)은 광경로 센싱 유닛(500)으로부터 수신한 광경로 정보를 기초로 초점 조절 유닛(200)의 동작을 제어하여, 초점 조절 유닛(200)으로부터 출사되는 레이저 광의 초점 거리를 조절한다.
도 8을 참조하면, 초점 조절 유닛(200)은 광학 렌즈부(210), 핀홀 필터부(230) 및 초점 가변 렌즈부(250)를 포함한다. 광학 렌즈부(210)는 레이저 광원 유닛(100)의 후단에 설치되며, 레이저 광원 유닛(100)에서 출사되는 레이저 광을 핀홀 필터부(230)로 수렴하는 기능을 수행한다. 광학 렌즈부(210)는 일면은 평면이고, 타면은 볼록한 형태의 평볼록 렌즈(plano-convex lens)를 이용한다.
핀홀 필터부(230)는 광학 렌즈부(210)와 초점 가변 렌즈부(250)의 사이에 설치되며, 레이저 광의 초점 주위에 렌즈의 주변 수차를 제거하여 레이저 광의 초점을 보다 선명하게 한다. 핀홀 필터부(230)는 금속 플레이트의 중앙 영역에 홀(hole)을 형성하여 이용한다.
초점 가변 렌즈부(250)는 핀홀 필터부(230)와 스캐너 유닛(300) 사이에 설치되며, 초점 가변 렌즈부(250)는 핀홀 필터부(230)로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하여 스캐너 유닛(300)으로 출사시키는 기능을 수행한다. 초점 가변 렌즈부(250)는 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절이 가능한 초점 가변 렌즈를 이용한다. 초점 가변 렌즈부(250)는 일면은 평면이고, 타면은 볼록한 형태의 평볼록 렌즈(plano-convex lens)를 이용하며, 렌즈 볼록면의 곡률의 크기를 조절하여 출사되는 레이저 광의 초점 거리를 조절한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 렌즈 볼록면의 곡률이 크면 즉, 볼록한 정도가 크면 레이저 광의 초점 거리는 짧아지고, 렌즈 볼록면의 곡률이 작으면 즉, 볼록한 정도가 작으면 레이이 광의 초점 거리는 길어진다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 스캐너 유닛(300)으로부터 레이저 광이 광학 유닛(400)의 중앙 영역을 통하여 기판 상에 조사되는 경우에는 광학 유닛(400)과 기판(800) 간의 거리가 상대적으로 짧기 때문에, 초점 가변 렌즈부(250)의 렌즈 볼록면의 곡률을 상대적으로 크게 하여 레이저 광의 초점 거리를 짧게 함으로써 레이저 광의 초점이 기판 상에 맺힐 있도록 조절한다.
한편, 레이저 광이 광학 유닛(400)의 에지 영역을 통하여 기판 상에 조사되는 경우에는 광학 유닛(400)과 기판(800) 간의 거리가 상대적으로 길기 때문에, 초점 가변 렌즈부(250)의 렌즈 볼록면의 곡률을 상대적으로 작게 하여 레이저 광의 초점 거리를 길게 함으로써 레이저 광의 초점이 기판 상에 맺힐 있도록 조절한다.
이러한 원리를 이용하여, 초점 가변 렌즈부(250)의 렌즈 볼록면의 곡률을 변화시키면 레이저 광이 광학 유닛의 어떠한 영역을 통과하여 기판 상에 조사되어도 초점 높이를 균일하게 유지시킬 수 있게 된다.
도 9 및 도 10은 초점 조절 유닛의 초점 가변 렌즈부의 구성 및 작동 원리를 나타낸 도이고, 도 11은 초점 가변 렌즈부의 기능 블록도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 초점 가변 렌즈부(250)는 하우징(251), 지지 플레이트(252), 탄성막(253), 유체(254), 곡률 가변 액추에이터(255), 커버 플레이트(256), 전원부(257) 및 초점 가변 렌즈 제어기(258)를 포함한다.
하우징(251)은 초점 가변 렌즈부(250)의 다양한 부품을 수납하기 위한 공간을 제공한다. 지지 플레이트(252)는 하우징(251)의 바닥면에 설치되며, 탄성막(253) 및 유체(254)를 지지하는 기능을 수행한다.
탄성막(253)은 탄성 재질로 이루어지며, 내부에 수용공간에 형성되고, 전체적으로 원반형태로 형성된다. 탄성막(253)의 내부 수용공간에는 유체(254)가 충전된다.
곡률 가변 액추에이터(255)는 유체(254)가 충전된 탄성막(253)의 상부 둘레 영역에 설치된다. 곡률 가변 액추에이터(255)는 전원부(257)로부터 전압을 공급받아 탄성막(253)의 상하로 작동되어, 탄성막(253)의 둘레 영역에 압력을 가하거나 또는 압력을 해제한다.
곡률 가변 액추에이터(255)는 전원부(257)에서 공급되는 전압 세기에 따라 작동 거리가 변경되며, 그 결과 탄성막(253)에 인가되는 압력의 세기도 전압의 세기에 따라 가변된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 곡률 가변 액추에이터(255)가 탄성막(253)에 가하는 압력이 상대적으로 작을 경우에는 탄성막(253)의 곡률이 상대적으로 작다. 한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 곡률 가변 액추에이터(255)가 지지 플레이트(252) 방향으로 작동되어 탄성막(253)에 가하는 압력이 상대적으로 커지는 경우에는 둘레 영역에 위치하던 유체가 중앙 영역으로 이동하고, 탄성막의 중앙 상부 영역이 팽창하면서 곡률이 상대적으로 커져서 탄성막의 상부면이 볼록한 형태로 변형된다. 이 상태에서 곡률 가변 액추에이터(255)가 반대 방향으로 작동되어 압력이 상대적으로 작아지면 원래 탄성막(253)은 원래 상태로 복원된다.
초점 가변 렌즈 제어기(258)는 제어 유닛(700)의 제어 신호에 따라 전원부(257)를 조절하여 곡률 가변 액추에이터(255)에 인가되는 전압의 세기를 조절함으로써, 초점 가변 렌즈부의 곡률을 변화하여 초점 거리를 조절하게 된다.
도 12 및 도 13은 초점 조절 가변 렌즈부의 다른 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 초점 조절 가변 렌즈부(260)는 지지 플레이트(262), 탄성막(263), 유체(264), 곡률 가변 액추에이터(265), 연결관(266), 유체 저장부(267) 및 체결부(268)를 포함한다.
탄성막(263)은 탄성 재질로 이루어지며, 내부에 수용공간에 형성되고, 전체적으로 원반형태로 형성된다. 유체 저장부(267)는 유체를 저장하기 위한 별도의 공간을 제공하며, 연결관(266)을 통하여 탄성막(263)과 연결된다. 유체(264)는 탄성막(263), 연결관(266) 및 유체 저장부(267)에 충전된다.
유체 저장부(267)는 탄성막(263)의 일 측에 배치되며, 체결부(268) 내에 삽입 설치된다. 곡률 가변 액추에이터(265)는 유체 저장부(267)의 일 측에 설치되어, 전원부(미도시)로부터 인가되는 전압에 따라 좌우로 작동되어 유체 저장부(267)에 압력을 가하거나 또는 압력을 해제하는 기능을 수행한다.
곡률 가변 액추에이터(265)가 유체 저장부(267)를 가압하게 되면 탄성막(263)의 볼록한 형태로 변형되고, 이 상태에서 곡률 가변 액추에이터(265)가 반대 방향으로 작동되어 압력이 상대적으로 작아지면 원래 탄성막(263)은 원래 상태로 복원된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템의 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.
100 : 레이저 광원 유닛
200 : 초점 조절 유닛
300 : 스캐너 유닛
400 : 광학 유닛
500 : 광경로 센싱 유닛
600 : 스테이지
700 : 제어 유닛

Claims (6)

  1. 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템에 있어서,
    레이저 광을 생성하여 출력하는 레이저 광원 유닛;
    상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되며, 상기 레이저 광원 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하는 초점 조절 유닛;
    상기 초점 조절 유닛의 후단에 설치되며, 상기 초점 조절 유닛으로부터 입사된 레이저 광의 수직 변위와 수평 변위를 조절하여 레이저 광을 원하는 패턴 형태로 기판 상에 반사하는 스캐너 유닛;
    상기 스캐너 유닛에서 출사되는 레이저 광의 경로를 감지하여, 감지된 결과를 제어 유닛으로 전송하는 광경로 센싱 유닛;
    상기 스캐너 유닛과 기판 사이에 설치되며, 상기 스캐너 유닛으로부터 입사된 레이저 광을 기판 상에 조사하는 광학 유닛;
    상기 광경로 센싱 유닛으로부터 수신한 광경로 정보를 기초로 상기 초점 조절 유닛의 동작을 제어하여, 상기 초점 조절 유닛으로부터 출사되는 레이저 광의 초점 거리를 조절하며,
    상기 초점 조절 유닛은 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절을 수행하는 초점 가변 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초점 조절 유닛은,
    상기 레이저 광원 유닛의 후단에 설치되어, 상기 레이저 광원에서 출사되는 레이저 광을 수렴하는 광학 렌즈부;
    상기 광학 렌즈부의 후단에 설치되며, 레이저 광의 초점 주위에 렌즈의 주변 수차를 제거하기 위하여, 금속 플레이트의 중앙 영역에 홀(hole)을 형성한 핀홀 필터부; 및
    상기 핀홀 필터부와 상기 스캐너 유닛 사이에 설치되며, 상기 핀홀 필터부로부터 입사된 레이저 광의 초점을 조절하여 상기 스캐너 유닛으로 출사시키고, 유체 변형에 따른 렌즈의 곡률 변화로 초점 조절을 수행하는 초점 가변 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광학 렌즈부는 일면은 평면이고, 타면은 볼록한 형태의 평볼록 렌즈(plano-convex lens)를 이용하며,
    상기 초점 가변 렌즈부는 일면은 평면이고, 타면은 볼록한 형태의 평볼록 렌즈(plano-convex lens)를 이용하되, 상기 초점 가변 렌즈부는 볼록한 면의 곡률이 가변되는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 광경로 센싱 유닛으로부터 수신한 광경로 정보를 기초로 상기 스캐너 유닛으로부터 출사된 레이저 광이 상기 광학 유닛의 중앙 영역을 통과한다고 판단되면, 상기 초점 가변 렌즈부의 곡률을 상대적으로 크게 하여 상기 레이저 광의 초점 거리를 상대적으로 짧게 조절하고,
    상기 스캐너 유닛으로부터 출사된 레이저 광이 상기 광학 유닛의 에지 영역을 통과한다고 판단되면, 상기 초점 가변 렌즈부의 곡률을 상대적으로 크게 하여 상기 레이저 광의 초점 거리를 상대적으로 길게 조절하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈부는,
    상기 초점 가변 렌즈부의 부품을 수납하기 위한 공간을 제공하는 하우징;
    상기 하우징의 바닥면에 설치되는 지지 플레이트;
    상기 지지 플레이트 상에 배치되며, 탄성 재질로 이루어지고, 내부에 수용공간에 형성되고, 상기 수용공간에는 유체가 충전된 탄성막;
    상기 유체가 충전된 탄성막의 상부 둘레 영역에 설치되며, 전원부로부터 전압을 공급받아 상기 탄성막의 둘레 영역에 압력을 가하거나 또는 압력을 해제하도록 작동되는 곡률 가변 액추에이터; 및
    상기 제어 유닛의 제어 신호에 따라 상기 전원부를 조절하여 상기 곡률 가변 액추에이터에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 초점 가변 렌즈 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 초점 가변 렌즈부는,
    탄성 재질로 이루어지며, 내부에 수용공간에 형성된 탄성막;
    상기 탄성막의 일 측에 배치되며, 유체를 저장하기 위한 공간을 제공하는 유체 저장부;
    상기 탄성막과 상기 유체 저장부를 연결하는 연결관;
    상기 탄성막, 유체 저장부 및 연결관 내부에 충전되는 유체;
    상기 탄성막과 상기 유체 저장부의 둘레 영역에 형성된 체결부; 및
    상기 유체 저장부의 일 측에 설치되어, 전원부로터 인가되는 전압에 따라 좌우로 작동되어 상기 유체 저장부에 압력을 가하거나 또는 압력을 해제하는 곡률 가변 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 빔 스캔 장치의 자동 초점 조절 시스템.

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