KR101892647B1 - 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법 - Google Patents

고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법 Download PDF

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문영성
이광철
이수진
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Abstract

실시예는 스테이지를 동기화하여 이동시켜 노광이미지의 광 변조 DMD 출력을 제어하는 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 있어서, 노광이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화하고 상기 메모리 셀을 래스터화한 후 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광이미지를 회전시켜 가상프레임을 생성하는 제1 단계, 상기 스테이지의 노광 위치로 이동에 따라 싱크 컨트롤러로부터 대응하여 상기 노광이미지 해상도에 따라 분할시킨 스테이지 트리거 신호를 입력받는 제2 단계, 상기 스테이지 트리거 신호 입력시, 노광이미지 해상도에 따른 기울기 량만큼 스테이지를 Y축으로 이동시킨 후 기울기 기준량만큼 스테이지를 X축으로 이동시키는 제3 단계 및 상기 스테이지 이동시 노광이미지 해상도에 따른 기울기에 의한 채널을 따라, 상기 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화하고 스테이지 이동 경로와 순서에 따른 커맨드로 상기 가상프레임에서 노광이미지 출력하는 제4 단계를 포함하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 관한 것으로, 이전 기술에 따른 매번의 주소 분기로 인한 많은 하드웨어적 성능 저하를 해결한다.

Description

고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법{Method for controlling provision of image to exposing of digital micromirror device for exposing of tiny line width at high speed to high precision}
본 명세서에 개시된 내용은 예를 들어 디렉트 이미지 노광 시스템(Direct Image Expose System) 또는 디렉트 이미지 노광 장비 등에 사용되는 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기(Digital Micromirror Device : DMD, 이하 'DMD'로 약칭함)의 노광이미지 출력 제어 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로, 디렉트 이미지 노광 시스템 또는 장비는 노광이미지를 저장하고 처리하는 관리 정보처리장치(예: PC)와, 고속 광통신 모듈에 의해 관리 정보처리장치와 통신 가능하게 연결되고 관리 정보처리장치에 의해 처리된 이미지를 DMD로 출력하는 DMD 제어기를 포함한다. 또한, 디렉트 이미지 노광 시스템 또는 장비는 DMD 제어기로부터 출력된 이미지를 디지털 광학 처리하는 DLP(Digital Light Processing) 칩셋 및, 디지털 광학 처리된 이미지를 광 변조하는 DMD 등을 포함하여, 이미지를 노광 처리한다.
이러한 디렉트 이미지 노광 시스템 또는 장비의 일 예로, 본 출원인이 출원한 바 있는 대한민국 특허공개 제10-2016-0120156호(2016.10.17)에는 디렉트 이미지 노광 장비(시스템)에서의 노광 광량 조절용 DMD 제어기 및 그의 노광이미지 출력 처리 제어 방법이 개시되어 있다.
일반적인 디렉트 이미지 노광 시스템 또는 장비의 구성요소 중에서, 특히 DMD는 실리콘웨이퍼 상에 16미크론 크기의 미세한 거울을 1미크론 간격으로 심어 이 거울을 통해 빛이 반사되는 것을 제어해 영상을 표현하는 장치를 말한다. DMD에서는 마이크로 디바이스로 불리는 소형 마이크로 칩이 핵심적인 역할을 한다. DMD는 이 마이크로칩 위에 수십만 개에 이르는 초소형 알루미늄 거울이 올려진 구성을 가지고, 이 초소형 거울들이 동영상 시그널에 대응하여 기존에 놓여 있는 위치를 전환하게 되며, 발원체가 초소형 알루미늄 거울 표면에 빛을 비출 경우에 렌즈를 통해 빛을 모은 거울이 동영상 이미지를 스캔하는 원리로 작동되는 것으로 알려져 있다.
한편, 4차 산업 혁명 및 IoT(Internet of Things) 도입과 스마트 폰과 같은 임베드(embed) 제품의 시장 증가 등으로 전자 기기의 수요는 급격히 증가하고 있다. 또한, 다 품종 소 생산 고집적 짧은 라이프 타임(Life Time)의 전자 기기 및 반도체 시장이 폭발적 성장하고 있다. 이에 따라 시장은 고집적 반도체 기술과 미세 패키징(Packaging) 기술과 미세 선폭 구현 PCB 인쇄 기판 기술을 요구하며, 생산 공정 시간 최소화를 요구하고 있다.
특히 웨어러블(wearable) 및 IoT, 임베드, 모바일 등 최근 전자 기기에서 각광받는 플렉시블(Flexible) PCB인 경우 현재 최소 L/S가 보통 10um이지만 8um를 실시한 사례도 있다. 이러한 선폭은 기존의 마스크(Mask) 방식 노광 시스템이 한계가 있으며 제품이 바뀔 경우마다 마스크를 제작해야 하기 때문에 생산비용 및 시간이 증가한다. 이에 대안으로 마스크가 필요하지 않고 미세 선폭 구현이 가능한 디렉트 이미징 방식의 고속 미세 선폭 구현을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
디렉트 이미징 노광 시스템은 폴리곤 미러(Polygon Mirror)를 사용한 방식과 DMD를 사용하는 방식이 있다.
특히 폴리곤 미러는 세계 PCB 비마스크 노광시장 점유율 1위인 오보텍(Orbotech)사가 적용하고 있으며 DMD는 후지(Fuji)를 비롯하여 히타치(Hitachi), 펜텍스(Pentex), 오크(ORC), 대일본인쇄, 인덱스(Index)사 등이 적용하고 있다.
폴리곤 미러 경우 오보텍사의 "Nuvogo Fine Series"의 최소 피치(pitch)는 20um이며 DMD를 적용한 후지사의 INPREX IP-3600H는 1.25um로 정밀도에서 폴리곤 미러 방식의 한계를 보여준다.
후지사를 비롯한 히타치, 펜텍스, 오크, 대일본인쇄, 인덱스사 등은 고 정밀 노광을 위해 볼세라믹(Ball Semiconductor)사의 특허를 사용하고 있다.
볼세라믹사의 노광 알고리즘은 DMD를 틸트 시켰을 경우 스테이지(Stage) 진행 방향과 DMD 픽셀이 사선으로 이루어지기 때문에 픽셀 간의 피치가 좁혀져 DMD를 평행으로 놓고 노광을 진행할 경우보다 더 미세한 선폭을 구현할 수 있는 장점이 있다.
이 기술을 구현할 경우 이미지 데이터 비트와 DMD 픽셀을 매핑(Mapping) 시키는 다양한 방법을 사용한다. 예를 들어, 후지의 경우 DMD의 주(main) 주사방향으로 늘어서도록 화상 데이터 변형 처리를 실시한 다음, 변형된 화상 데이터에 의거하여 프레임 데이터를 생성하는 방법을 사용한다. 이러한 방법의 경우 DMD 각도가 바뀌게 되면 화상데이터를 변형 처리하는 프로그램과 해독하여 프레임 데이터로 생성하는 프로그램이 모두 수정되어야 한다.
한편, 현재 디렉트 이미지 노광 시스템에서는 이미지를 저장하고 처리하는 PC와 그 처리된 이미지를 DMD에 출력하는 제어기 간의 통신을 위해 고속 광통신 모듈이 필요하다. 그리고, 정밀도가 높고 고속으로 노광하기 위해서는 고속 광통신 모듈의 데이터 전송속도가 성능에 아주 큰 영향을 미치게 된다. 일반적으로 1920x1080 해상도를 갖는 DMD를 초당 100mm의 속도로 10um의 라인 스페이스(Line Space) 노광을 하기 위해서는 초당 10000프레임(Frame)(100000um/10um=10000)을 전송해야 한다. 그리고, 초당 전송 데이터량은 2Gbyte(1920x1080x10000/8(bit))가 된다. 종래의 기술은 이 전송속도를 구현하기 위해 PC에서 "PCI express Gen2(Peripheral Component Interconnect 고속 젠2)" 또는 "젠3(Gen3)" 사용하여 광 통신모듈을 구현하고 있다. 이를 위해 고성능 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하고 있다. 참고로, 고성능 "버텍스7(virtex7)(Xilinx 社) FPGA"칩은 수백 만원으로 상당히 고가이므로 고속 광통신 모듈을 구성할 경우 고급 사양의 하드웨어가 요구되므로 비용이 많이 소요된다. 또한, PC는 "리얼 타임 OS(Real Time Operating System)"가 아니므로 노광 스테이지와 동기화 문제도 야기되며, 이 문제를 해결하기 위한 시간과 비용도 크다.
그래서, 이러한 점을 해결할 수 있도록, 이건 출원인은 이미지 노광시에 DMD를 틸트하지 않고 미세한 선폭을 구현할 수 있도록 하는 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 개발하였다.
상기 개발된 방법은 이건 출원의 기초 구성으로, DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때 가상프레임으로부터 노광이미지를 출력하는 기술이다. 그리고, 이러한 가상프레임은 노광이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화해서 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광이미지를 회전시킨 것이다. 그래서, 이를 통해 이미지 노광시에 DMD를 틸트하지 않고 미세한 선폭을 구현한다. 상기 개발된 방법은 이러한 가상화와 회전에 따라서 가상프레임과 DMD 매핑을 시키는 방법에 의해 이루어진다.
그런데, 이러한 가상프레임은 스테이지 이동경로 또는 DMD 틸트에 따른 DMD 원점 위치 이동 경로에 따라 주소만 변경한 경우 정확한 노광 데이터가 노광되는 메커니즘을 가진다.
그래서, 상기 가상프레임으로부터 노광이미지 출력시에, 매번 주소 분기가 일어나기 때문에 하드웨어적으로 성능이 많이 저하된다.
개시된 내용은, 가상프레임으로부터 노광이미지의 출력 시에 매번의 주소 분기에 따른 종래의 하드웨어적 성능 저하를 해결할 수 있도록 한 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법은,
가상프레임으로부터 노광이미지 출력시에, DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때 노광이미지 해상도에 따른 기울기에 의한 채널을 따라, 커맨드로 상기 가상프레임에서 노광이미지 출력한다. 그리고, 이러한 커맨드는 상기 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화되고 스테이지 이동 경로와 순서에 따라 생성된 커맨드인 것을 특징으로 한다.
실시예들에 의하면 가상프레임으로부터 노광이미지 출력시에 매번 주소 분기가 일어나기 때문에 하드웨어적으로 성능이 많이 저하되던 종래의 문제점이 해결되며 노광이미지가 고속으로 출력 가능하다. 그리고, 이미지 노광시에 미세한 선폭을 사용자가 원하는 바에 따른 여러 형태로 구현할 수 있도록 다양한 기울기의 각도를 노광하며 하드웨어 연산이 단순하고 기울기 각도에 다른 1:n의 고 정밀 패터닝 구현한다.
도 1은 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 적용한 DMD 제어기의 구성을 도시한 도면
도 2는 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 적용한 DMD 제어기의 노광이미지 매니저 구성을 도시한 도면
도 3은 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 가상프레임을 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 4는 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 가상프레임과 DMD 매핑을 설명하기 위한 도면
도 5는 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서와 커맨드를 설명하기 위한 도면
도 6은 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 순서대로 도시한 도면
도 1은 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 적용한 DMD 제어기의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예의 DMD 제어기는 노광이미지 관리 정보처리장치와의 인터페이스부(110), 노광이미지 DMD 출력의 메인 제어부(120) 및 고속처리에 따른 커맨드로 노광이미지 출력하는 노광이미지 매니저(130)를 포함한다.
상기 인터페이스부(110)는 노광이미지 관리 정보처리장치와 로컬 네트워킹하여, 구체적으로는, 예를 들어 랜을 통해 노광이미지를 제공받는 것이다.
싱크 컨트롤러는 스테이지의 노광 위치로 이동에 따른 스테이지 트리거 신호를 입력하는 것이다. 이러한 "싱크 컨트롤러"는 예를 들어, 스테이지의 위치 제어를 위해 적용되는 장치를 동기화시키는 스테이지의 싱크 컨트롤러를 사용한다.
메인 제어부(120)는 관리 정보처리장치가 관리하는 노광이미지를 전송받아, 상기 전송된 노광이미지의 DMD 출력을 전체 제어한다. 이러한 메인 제어부(120)는 종래 기술에 속하는 것으로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
노광이미지 매니저(130)는 노광이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지를 모델링하여 메모리로 가상화하고 상기 메모리 셀을 래스터화한 후 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도만큼 노광이미지를 회전시켜 가상프레임 생성한다. 그리고, 상기 스테이지의 노광 위치로 이동에 따라 싱크 컨트롤러로부터 대응하여 상기 노광이미지 해상도에 따라 분할시킨 스테이지 트리거 신호를 입력받는다. 그런 다음, 그리고, 상기 노광이미지의 해상도에 따른 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화되고 상기 스테이지 이동 경로와 순서에 대응하는 커맨드를 생성한다. 상기 스테이지 트리거 신호 입력시, 노광이미지 해상도에 따른 기울기에 의한 채널을 따라, 상기 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화하고 스테이지 이동 경로와 순서에 따른 커맨드로 상기 가상프레임에서 노광이미지 출력한다. 구체적으로는, 상기 채널은 기울기 기준량에 대한 노광이미지 해상도에 따른 기울기 량만큼의 개수 단위와 노광이미지 해상도에 따른 기울기 방향에 의한 순서로 이루어진 채널이다. 추가적으로, 상기 노광이미지 매니저는 상기 스테이지 이외에 다른 예로, 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화한다.
도 2는 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 적용한 DMD 제어기의 노광이미지 매니저 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예의 노광이미지 매니저는 가상프레임과 커맨드 저장부, 상기 커맨드의 FIFO 적재부(131), 적재 커맨드에 대한 커맨드 디코더(132) 및 디코딩 커맨드로 가상프레임에서 노광이미지 출력하는 프레임 버퍼 매니저(133)를 포함한다.
상기 저장부는 가상프레임과 일실시예의 고속처리에 따른 커맨드를 상호 간에 독립적으로 분리해서 저장한 것이다. 예를 들어, 상기 저장부는 커맨드를 저장하는 제1 저장부와 가상프레임을 DMD 출력 프레임으로 저장하는 제2 저장부를 포함한다.
상기 FIFO 적재부(131)는 상기 저장부와 연동하고, DMD 출력 프레임이 생성되는 시간과 동기화하여 연속적으로 상기 저장부에 저장된 커맨드를 업로드해서 FIFO에 적재하는 것이다.
상기 커맨드 디코더(132)는 상기 적재된 커맨드를 해독하는 것이다.
상기 프레임 버퍼 매니저(133)는 상기 해독된 현재 업로드 커맨드에 매칭된 채널의 가상프레임을 상기 저장부로부터 업로드하여, 노광이미지를 출력한다. 이러한 업로드는 상기 현재 업로드된 커맨드에 매칭된 채널을 현재 채널로 현재부터 마지막 이전 채널과 해독된 현재 업로드된 커맨드에 매칭된 채널이 상이한 경우 이루어진다. 이때, 커맨드 디코더(132)에 의해 커맨드가 실행되며 가상프레임 정지 식별자 인식시까지 커맨드를 FIFO 적재부(131)로부터 독출하여 수행한다. 그리고, 가상프레임 정지 식별자 인식시 상기 프레임 버퍼(134)에 위치한 가상프레임을 DMD 출력 프레임으로 임시 프레임 버퍼(135)에 복사한다. 상기 프레임 버퍼(134)는 예를 들어, 블럭 램(BLOCK RAM)을 사용한다. 한편, 전술한 상기 현재부터 마지막 이전 채널과 관련하여, 일실시예는 상기 프레임 버퍼 매니저(133)의 제어하에, 출력 완료시 가상프레임은 임시 프레임 버퍼(135)에 임시 저장된다. 그리고, 커맨드 디코더(132)에 의해 커맨드가 실행시 임시 저장된 가상프레임을 DMD 출력 프레임으로 제2 저장부에 저장하며 이와 더불어 상기 제1 저장부에 저장된 커맨드와 별도 독립적으로 채널 프레임만을 저장하는 지역에 복사한다. 이때, 상기 제2 저장부에 저장된 가상프레임은 DMD 출력 프레임으로 DLP 매니저에 의해 DLP 칩셋을 통해 DMD로 출력된다.
도 3은 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 가상프레임을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 가상프레임은 DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때, 미세한 선폭을 구현한다. 그리고, 이때 DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동됨에 따라 미세 선폭 구현함에 따른 이미지 데이터 비트와 DMD 간의 매핑을 시키는 방법이 필요하다. 그래서, 가상프레임을 생성한다. 이러한 가상프레임은 스테이지 또는 마스크 필름을 메모리에 가상화하여 해상도 및 정밀도에 따른 메모리 셀로 모델링한 것이다. 그리고, 이러한 상태에 더해서 상기 가상프레임은 DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 경우, 일반적인 이미지 스크롤링(Image Scrolling)이 되지 않는다. 이러한 이유는 'DMD 틸트에 따른 DMD 한 행의 출력 데이터가 일렬로 나열되어 있지 않고 X의 변화에 따른 Y 변화에 따라 출력 데이터가 계속 분기 되어야 한다'는 점 때문이다. 이것은 매우 부담스러운 방법이다. 그래서, 임의의 각도에서 이미지 스크롤링 방법은 이미지를 회전한 후 그 원점 위치를 이동하는 것이다. 구체적으로는, 이미지를 회전시킨 후 DMD의 원점 위치를 일정 기울기로 이동시켜 스크롤링됨을 본다. 실제로 이산 연산에 따른 1 픽셀(pixel) 이하 오차를 가지지만 오차보정으로 정확한 데이터를 출력한다. 즉, 이러한 가상프레임은 노광이미지를 즉, 노광 원본 이미지를 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따른 회전을 시키고, 이때 회전 각도는 tan-1(y/x)가 된다. 이는 임의 각도에서의 이미지 스크롤링이다. 더불어, DMD의 원점 위치를 일정 기울기 구체적으로는, 스테이지 기울기나 DMD 틸트로 이동시키고, 스테이지 트리거에 따른 해상도로 래스터화를 하고, 이러한 래스터화는 채널 개념이다.
도 4는 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 가상프레임과 DMD 매핑을 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 노광이미지 출력 방법에 사용하는 가상프레임과 DMD 매핑은 종래 이미지 데이터 비트와 DMD 픽셀을 매핑하는 점에 대응해서 가상프레임의 메모리 셀과 스테이지 상 고유위치를 매핑하여 이루어진다.
상기 가상프레임의 셀이 스테이지 상 고유위치를 가지며 해당 셀의 값이 1인 경우 스테이지 상 고유 위치에 노광이 되고, 0인 경우 노광이 되지 않는다. 이러한 가상프레임이 DMD를 통해 노광될 경우, 출력되는 셀의 주소는 아래의 [식]과 같이 이루어져 표시하며, 이는 바로 메모리 내 위치로 변환된다.
[식]
셀의 주소 = ((Sdx/Scx)×X + (Sdy/Scy)×y) ×(Sdx/Scx)W
여기서, Sdx는 DMD 픽셀 X 축 피치이고, Sdy는 DMD 픽셀 Y 축 피치이며, Scx는 가상프레임 셀 X 축 피치이고, Scy는 가상프레임 셀 Y 축 피치이며, x는 DMD 픽셀 x 축 위치이고, y는 DMD 픽셀 y 축 위치이며, w는 가상프레임 폭이다.
도 5는 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 사용하는 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서와 커맨드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 노광이미지 출력 방법에 사용하는 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서는 DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력할 경우 채널이라는 개념이 사용되어 이루어진다. 여기서 가상프레임과 DMD 출력을 나타낸 것으로, 가상프레임의 기준 원점은 DMD 원점(0, 0) 픽셀을 표시되며 빨간 원으로 명시되고, 주황색은 그 외의 픽셀들을 나타낸 것이다. 여기서 녹색, 노란색 원은 가상프레임 셀 영역을 규정한 것이다. 이때 각각의 셀 번호가 원 안에 순차적으로 부여되며, 알파벳은 그룹을 숫자는 채널 번호를 나타낸다. 채널은 DMD에서 동시간에 출력되는 데이터를 표시하며, 그룹은 노광되는 원본 데이터 이미지의 한 픽셀에 대한 서브 픽셀을 정의한다. 노광 처리를 위한 스캔 스테이지 이동에 따른 가상 프레임 셀 데이터는 DMD 원점 픽셀을 기준으로 점선과 같은 경로를 거쳐서 출력된다. 그리고, 그 외의 DMD 픽셀도 같은 방향으로 정해진 피치를 유지하면서 출력된다. 이것은 가상프레임이 고정되어 있고 빨간 원과 주황 원이 피치 및 일정 배열 형태를 유지한 상태로 점선의 경로로 이동하며 해당 위치와 일치된 가상프레임 셀 데이터를 출력하는 것과 동일함을 나타내는 것이다. 예를 들면, 1a 위치에 있는 DMD 원점 픽셀은 1a, 2e, 3i, 1o의 가상프레임 데이터가 출력된다. 그런데, 이와 동시에 1b 위치의 픽셀도 마찬가지로 1b, 2f, 3j, 1p의 가상 프레임 데이터가 같은 기울기의 경로로 출력된다. 그러나 기술한 경우와 비교하여 고정밀 노광을 위해서는 실선경로인 이산 DMD 원점 픽셀 이동 경로를 사용한다. 이는 실제 DMD 원점 픽셀 이동 경로보다 더 정밀하고 광량도 동시에 제어할 수 있는 특성이 있다. DMD 원점 픽셀 이동 경로는 1a, 2e, 3i, lo로 정수 부분만 사용할 수 있다. 반면에 이산 DMD 원점 픽셀 이동 경로는 1a, 4a, 7a, 2e, 5e, 8e, 3i, 6i, 9i, 1o, 4o, 7o로 실제 경로 상의 실수에 해당하는 부분 예를 들어 4a, 5a의 중간에 있는 경로 값도 사용할 수 있기 때문이다. 이러한 방법은 DMD와 같은 출력 장치 해상도보다 고 해상도, 고 정밀 이미지를 출력하기 위한 방법으로 하드웨어에 대한 유연성을 가진다.
그리고, 일실시예에 따른 커맨드는 기울기의 각도 값과 정방향, 역방향에 상응하여 채널에 따라 가상프레임을 천이하도록 하는 메모리 셀별 시프트 유형을 구비한다.
구체적으로는, 크기가 10um인 픽셀을 갖는 디스플레이 장치로 2um의 정밀 패턴 구현시, 1 픽셀 당 4×4의 데이터 개수에 상응하는 개수만큼 메모리 셀을 각 픽셀별로 구성한 가상프레임을 구현하는 경우를 예로 든다. 그리고 현재 사용 중인 DMD의 기울기가 4 : 1 경우에, 첫번째 채널의 열 1 내 3 번째까지 메모리 셀은 시프트 다운의 시프트 유형이 설정된다. 그리고, 두 번째 채널의 열 2 내 3 번째까지 메모리 셀은 시프트 다운의 시프트 유형이 설정된다. 즉, 정방향에 상응하여 채널의 열에 위치한 메모리 셀은 시프트 레프트로 1 비트하여 시프트 다운하는 시프트 유형이 설정된다.
그리고, 다음 채널과 인접한 열 1의 4 번째 메모리 셀과 열 2의 4 번째 메모리 셀은 시프트 레프트로 1 비트하여 시프트 다운하는 시프트 유형이 설정된다. 즉, 정방향에 상응하여 다음 채널과 인접한 열의 마지막 번째 메모리 셀은 시프트 레프트로 1 비트하여 시프트 다운하는 시프트 유형이 설정된다.
그리고, 이렇게 설정된 메모리 셀별 시프트 유형은 채널별과 메모리 셀에 구현된 화소 데이터별로 매칭되며, 이러한 정보에 따른 커맨드로 노광이미지를 출력하여, 고속 출력한다.
상기 커맨드는 현재 가상프레임의 마지막 시프트 유형으로 이러한 커맨드 실행 후 현재 가상프레임이 저장되어야 하는 가상프레임 정지 식별자를 구비한다.
도 6은 일실시예에 따른 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 일실시예는 노광이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지를 모델링하여 메모리로 가상화한다. 그리고, 상기 메모리 셀을 래스터화한 후 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광이미지를 회전시켜 가상프레임을 생성한다(S601).
구체적으로는, 노광이미지 해상도에 따른 디스플레이 장치 픽셀 패턴과 노광할 이미지의 픽셀 패턴 간 비율에 의한 개수만큼 스테이지 상 고유위치를 가진 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화한다. 구체적으로는, 크기가 10um인 픽셀을 갖는 디스플레이 장치로 2um의 미세 패턴 구현시를 예로 든다. 이러한 경우, 1 픽셀 당 4×4의 데이터 개수에 상응하는 개수만큼 각기 스테이지 상 고유위치를 가진 메모리 셀로 모델링하여 메모리로 가상화한다. 그리고, 스테이지 트리거에 따른 노광이미지 해상도로 상기 가상프레임의 메모리 셀을 래스터화한다. 그런 다음, 상기 가상화된 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광이미지를 회전시키고, DMD의 원점 위치를 노광이미지 해상도에 따른 기울기로 이동시켜, 가상프레임을 생성한다.
계속하여, 또한 상기 가상프레임 셀의 피치를 스테이지와 동기화된 트리거 간격에 종속적으로 지정한다. 그리고, 아래의 [식 1]로 표현된다. 기본단위는 ㎛이다.
[식 1]
Sc .y = A ×Dtrg
Sc .y = B ×Sc .y
여기서, Sc .x는 가상 프레임의 x축 피치이고, A는 트리거 디바이더이다. 또한, Sc .y는 가상 프레임의 y축 피치이며, B는 Sc .y의 디바이더이다.
그리고, 상기 가상 프레임의 그룹 크기를 기울기의 정방행렬에 상응하는 예를 들어, K ×K 또는 K × N 행렬로 설정한다. 다음, 상기 기울기의 역방향으로 노광 이미지를 벡터이미지로 회전시킨다. 그런 다음, 상기 노광 이미지의 벡터 이미지를 가상프레임으로 래스터화 변환하고, DMD 원점의 픽셀 이동 경로의 위치오차를 하기의 [식 2]에 따라 보정한다. 이는 DMD 원점 픽셀의 실제 경로 기울기가 3일 경우 3의 정수인 부분에서 오차가 발생하지 않지만 라인 번호 Ln을 K로 나눈 나머지가 발생할 경우 x축 오차가 생성한다.
[식 2]
xadj = x - Ex
Ex = -(m/k)×Sc .x
여기서, Ex는 래스터화 오차, m은 라인 번호를 기울기로 나눈 나머지, K는 기울기, Ss .x는 가상 프레임의 x축 피치
그리고, 상기 가상 프레임 기준 데이터 주소는 DMD 원점 픽셀 초기 메모리 주소로 지정한다. 이것은 스테이지와 동기화된 트리거 신호가 인입되는 시점에서 최초의 가상 DMD 원점 픽셀로 읽어지는 데이터의 주소를 나타낸다. 계속적으로, 상기 노광 시작점은 트리거 시작 카운트로 설정한다.
또한, 상기 노광 이미지 회전시 DMD 원점 위치를 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기로 이동시키고 DMD 원점 위치와 노광 이미지 원점 위치 간 각도를 상기 이동에 상응하는 동일 값으로 노광 이미지 회전시킨다. 이는 각 픽셀의 메모리 주소 값은 사인과 코사인 값으로 표현되기 때문에 이미지의 첫 번째 행이 DMD의 첫 번째 행으로 인식될 수 없는 구조적인 모순이 발생한다. 이러한 문제점을 고려하여 가상의 DMD를 설정하여 그 첫 번째 행이 설정된 영역과 평행이 되도록 일정 각도로 회전을 시킨다. 그리고, 이때 그에 따른 각도 값도 상기 이동에 상응하는 동일한 값으로 유지될 수 있게 노광 이미지를 더불어 회전시켜 메모리에 적재되게 하는 구조적 방법을 제안한다.
다음, 스테이지의 노광 위치로 이동에 따라 싱크 컨트롤러로부터 대응하여 상기 노광이미지 해상도에 따라 분할시킨 스테이지 트리거 신호를 입력받는다(S602).
그런 다음, 상기 노광이미지의 해상도에 따른 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화되고 상기 스테이지 이동 경로와 순서에 대응하는 커맨드를 생성한다(S603).
그리고, 노광이미지 해상도에 따른 기울기에 의한 채널을 따라, 상기 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화하고 스테이지 이동 경로와 순서에 따른 커맨드로 상기 가상프레임에서 노광이미지 출력한다(S604).
구체적인 동작을 설명한다.
먼저, 상기 스테이지 이동 경로와 순서에 따른 기울기의 각도와 방향에 대응하는 메모리 셀 간 천이 거리와 천이 방향에 따라 가상프레임을 천이하는 설정 메모리 셀별 시프트 유형을 채널별과 화소 데이터별 매칭해서 고속처리 커맨드를 생성한다.
상기 셀별 시프트 유형은 현재 사용 중인 기울기 각도 값과 방향에 따라 가상프레임을 천이하는 동작에 상응하여, 메모리 셀별로 설정된다.
구체적으로는, 크기가 10um인 픽셀을 갖는 디스플레이 장치로 2um의 정밀 패턴 구현시, 1 픽셀 당 4×4의 데이터 개수에 상응하는 개수만큼 메모리 셀을 각 픽셀별로 구성한 가상프레임을 구현하는 경우를 예로 든다. 그리고 현재 사용 중인 DMD의 기울기가 4 : 1인 경우에, 첫 번째 채널의 열 1 내 3 번째까지의 셀은 시프트 다운의 시프트 유형이 설정된다. 그리고, 다음 채널과 인접한 열 1의 4번째 셀은 시프트 레프트로 1 비트하여 시프트 다운하는 시프트 유형이 설정된다.
이렇게 설정된 메모리 셀별 시프트 유형은 채널별과 셀에 구현된 화소 데이터별로 매칭되며, 이러한 정보에 따른 고속처리의 커맨드를 통해 노광이미지를 출력한다.
이외에 일실시예의 고속처리에 따른 커맨드는 스테이지 보정 커맨드 및 데이터 수정 커맨드도 구비한다. 이러한 커맨드들을 통해 노광데이터를 스테이지와 연동하여 정확하게 노광시킨다. 상기 데이터 수정 커맨드는 예를 들어, 노광 데이터 수정 커맨드이다.
그래서, 이건 출원의 기초 구성으로 이전에 개발한 가상프레임으로부터 노광이미지 출력시에, 매번 주소 분기가 일어나기 때문에 하드웨어적으로 성능이 많이 저하됨을 해결한다. 이에 더해, 노광이미지를 고속으로 출력한다.
즉, 기존 노광 이미지 접근에 따른 주소 점프를 미수행하고, 가상프레임을 DMD의 기울기 각도 값과 방향에 상응하는 커맨드에 따라 채널별 천이시켜, 노광이미지를 고속으로 출력한다. 부가하여, 이러한 주소 점프는 가상프레임의 미세 패턴 구현에 따라 읽어올 화소 데이터 량이 증가해서 주소 점프로 인한 출력 시간이 길어지게 한다.
이를 통해, 이전에 개발한 스크롤링의 가상 프레임 방식은 평행 노광 또는 정해진 각도의 노광만 하며 하드웨어 존속적이고 하드웨어 연산이 많이 필요하나, 일실시예에 따른 가상프레임 커맨드 방식은 이미지 노광시에 미세한 선폭을 사용자가 원하는 바에 따른 여러 형태로 구현할 수 있도록 다양한 각도를 노광한다. 또한, 일실시예의 가상프레임 커맨드 방식은 하드웨어 연산이 단순하고 기울기 각도에 다른 1:n의 고 정밀 패터닝 구현한다.
이상과 같이, 일실시예는 이건의 출원인이 이전에 개발한 기술에 따른 가상프레임으로부터 노광이미지 출력시에, DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때 노광이미지 해상도에 따른 기울기에 의한 채널을 따라, 커맨드로 상기 가상프레임에서 노광이미지 출력한다. 그리고, 이러한 커맨드는 상기 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화하고 스테이지 이동 경로와 순서에 따른 커맨드인 것이다. 그래서, 매번 주소 분기가 일어나기 때문에 하드웨어적으로 성능이 많이 저하됨을 해결하며, 노광이미지를 고속으로 출력한다. 그리고, 다양한 각도 노광하며 하드웨어 연산이 단순하며 기울기 각도에 다른 1:n의 고 정밀 패터닝 구현한다.
한편, 일실시예는 현재 채널의 가상프레임 처리시, 현재부터 마지막 이전 채널의 가상프레임이 있을 시에 상기 현재부터 마지막 이전 채널의 가상프레임과 현재 채널의 가상프레임 간의 기울기에 따른 중첩 영역은 스크롤시킨다. 이때, 상기 중첩 영역은 동일 화소 데이터 영역을 나타낸다.
즉, 현재부터 마지막 이전 채널의 가상프레임과 현재 채널의 가상프레임 간의 기울기에 따른 중첩 영역은 스크롤시켜, 화소 데이터를 일괄 삽입한다.
그리고, 이러한 동작을 채널별로 수행한다.
그래서, 노광이미지 출력 시간을 단축시켜, 노광이미지 고속 출력을 향상시킨다.
이러한 실질적 동작 예를 부가하여 설명한다.
예를 들어, 먼저, 최초 현재 채널이 첫 번째 채널인 경우에는 현재 업로드된 커맨드 내의 시프트 유형에 따라 첫 번째 채널의 가상프레임을 천이시키면서 시프트 유형에 매칭된 현재 화소 데이터를 삽입하는 동작을 상기 현재 업로드된 커맨드 내의 설정 가상프레임 정지 식별자 인식시까지 수행하여, DMD 출력 프레임을 순서대로 생성한다. 그리고, 이러한 DMD 출력 프레임은 저장되어 순서대로 하나씩 출력된다.
다음, 두 번째 채널부터는 현재 업로드된 커맨드에 매칭된 현재 채널의 가상 프레임과 현재부터 마지막 이전 채널의 가상프레임 간의 기울기에 따른 중첩 영역의 화소 데이터를 스크롤시킨다. 그리고, 현재 채널의 가상프레임과 현재부터 마지막 이전 채널의 가상프레임 간의 미중첩 영역은 현재 업로드된 커맨드 내의 시프트 유형에 따라 업로드된 현재 채널의 가상프레임을 천이시키면서 시프트 유형의 현재 화소 데이터를 삽입한다. 이러한 동작은 상기 현재 업로드된 고속처리 커맨드 내의 설정 가상프레임 정지 식별자 인식시까지 수행한다. 그래서, DMD 출력 프레임을 순서대로 생성한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : DMD 제어기 110 : 인터페이스부 120 : 메인 제어부 130 : 노광이미지 매니저

Claims (7)

  1. 스테이지를 동기화하여 이동시켜 노광이미지의 광 변조 DMD 출력을 제어하는 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법에 있어서,
    노광이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화하고 상기 메모리 셀을 래스터화한 후 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광이미지를 회전시켜 가상프레임을 생성하는 제1단계;
    상기 스테이지의 노광 위치로 이동에 따라 싱크 컨트롤러로부터 대응하여 상기 노광이미지 해상도에 따라 분할시킨 스테이지 트리거 신호를 입력받는 제2단계;
    상기 노광이미지의 해상도에 따른 기울기로 이동한 DMD 원점 위치 이동 경로에 동기화되고 상기 스테이지 이동 경로와 순서에 대응하는 커맨드를 생성하는 제3단계; 및
    상기 스테이지 트리거 신호 입력시, 상기 커맨드에 따라 가상프레임으로부터 노광이미지를 출력하는 제4단계를 포함하고,

    상기 제1단계는,
    상기 노광이미지 해상도에 따른 디스플레이 장치 픽셀 패턴과 노광이미지의 픽셀 패턴 간 비율에 의한 개수만큼 스테이지 상 고유위치를 가진 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화하는 제1-1단계; 및
    상기 노광이미지 회전시 DMD의 원점 위치를 노광이미지 해상도에 따른 기울기로 이동시키고 DMD 원점 위치와 노광 이미지 원점 위치 간 각도를 상기 이동에 상응하는 동일 값으로 노광 이미지 회전시켜, 가상프레임을 생성하는 제1-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 스테이지 이동 경로와 순서에 따른 기울기의 각도와 방향에 대응하는 메모리 셀 간 천이 거리와 천이 방향에 따라 가상프레임을 천이하는 설정 메모리 셀별 시프트 유형을 채널별과 화소 데이터별 매칭해서 커맨드 만드는 것을 특징으로 하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4단계는 상기 커맨드로 노광이미지 출력시, 현재 채널의 가상프레임과 현재부터 마지막 이전 채널의 가상프레임 간의 기울기에 따른 중첩 영역은 스크롤시켜 출력하는 것을 특징으로 하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제4단계는 기울기 기준량에 대한 노광이미지 해상도에 따른 기울기 량만큼의 개수 단위와 노광이미지 해상도에 따른 기울기 방향에 의한 순서로 이루어진 채널을 따라, 노광이미지 출력하는 것을 특징으로 하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1-1 단계는,
    상기 가상프레임 셀의 피치를 스테이지와 동기화된 트리거 간격에 종속적으로 지정하는 제1-1-1 단계;
    상기 가상 프레임의 그룹 크기를 기울기의 정방행렬에 상응하는 행렬로 설정하는 제1-1-2 단계;
    상기 기울기의 역방향으로 노광 이미지를 벡터이미지로 회전시키는 제1-1-3 단계;
    상기 노광 이미지의 벡터 이미지를 가상프레임으로 래스터화 변환하고, DMD 원점의 픽셀 이동 경로의 위치오차를 하기의 [식]에 따라 보정하는 제1-1-3 단계;
    [식]
    xadj = x - Ex
    Ex = -(m/k)×Sc.x
    여기서, Ex는 래스터화 오차, m은 라인 번호를 기울기로 나눈 나머지, K는 기울기, Ss.x는 가상 프레임의 x축 피치
    상기 가상 프레임 기준 데이터 주소는 DMD 원점 픽셀 초기 메모리 주소로 지정하는 제1-1-4 단계; 및
    상기 노광 시작점은 트리거 시작 카운트로 설정하는 제1-1-5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단계는,
    상기 노광 이미지의 해상도에 따라 스테이지 트리거를 분할하여, 상기 스테이지 트리거에 따른 노광 이미지의 해상도로 상기 가상 프레임의 메모리 셀을 래스터화하여, 가상 프레임을 생성하고,

    상기 제3 단계는,
    상기 노광 이미지의 해상도에 따라 분할된 스테이지 트리거 신호 입력시, 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기에 대응하는 채널에 의해, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 고 정밀 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광이미지 출력 제어 방법.
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