KR101976800B1 - 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법 - Google Patents

고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법 Download PDF

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Abstract

실시예는 스테이지를 동기화하여 이동시켜 노광 이미지의 광 변조 DMD 출력을 제어하는 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법에 있어서, 노광 이미지의 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화한 후 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광 이미지를 회전시켜 가상 프레임을 생성하는 제1 단계, 상기 스테이지의 노광 위치로 이동에 따라 싱크 컨트롤러로부터 대응하여 스테이지 트리거 신호를 입력받는 제2 단계 및, 상기 스테이지 트리거 신호 입력시, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력하는 제3 단계를 포함하는 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법에 관한 것으로, 종래처럼 DMD를 틸트하지 않고 일실시예에 따라 스테이지를 일정 기울기로 이동시켜 DMD를 평행으로 놓고 노광을 진행할 경우보다 더 미세한 선폭을 구현한다.

Description

고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법{Method for controlling provision of image to exposing of digital micromirror device for exposing of tiny line width at high speed}
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 노광 이미지 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 노광 이미지를 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 노광 이미지 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 비롯한 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 맵핑(Mapping) 시키는 다양한 방법을 사용한다. 예를 들어, 후지의 경우 DMD의 주주사 방향으로 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.
개시된 내용은, 이미지 노광시에 DMD를 틸트하지 않고 미세한 선폭을 구현할 수 있도록 하는 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 제공하고자 한다.
그리고, DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력할 수 있도록 하는 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법은,
DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때 노광 이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 모델링해 가상화한 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도로 노광 이미지를 회전시킨 가상 프레임에서 출력하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법은,
스테이지 트리거에 따른 노광 이미지의 해상도로 상기 가상 프레임의 메모리 셀을 래스터화(rasterization)하여 가상 프레임을 생성해서, 일실시예의 채널과 상기 채널에 따른 순서로 상기 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 이러한 일실시예의 채널은 기울기 기준량에 대한 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 량만큼의 개수 단위와 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 방향에 의한 순서로 이루어진 것을 특징으로 한다.
실시예들에 의하면 이미지 노광시에 DMD를 틸트하지 않고 미세한 선폭을 구현한다. 구체적으로는, DMD를 틸트하지 않고 종래 DMD를 평행으로 놓으며 노광을 진행할 경우보다 더 미세한 선폭을 구현한다. 이에 더하여, 또한 스테이지 이동이 아닌 DMD를 틸트 할 경우에도 일실시예에 따른 가상 프레임 개념을 사용할 경우 모델링이 간단해진다. 아울러, DMD 전체 영역을 모두 사용 가능하며, 비트 마스크를 이용한 광량 조절 및 가상 프레임 자체 광량 조절 방법이 가능하기 때문에 다중 DMD 연동에도 간단한 방법을 제공한다.
더불어, DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력하고, 하드웨어에 대한 유연성을 가진다.
도 1은 일실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 적용한 DMD 제어기의 구성을 도시한 도면
도 2는 일실시예에 따른 가상 프레임을 개념적으로 설명하기 위한 도면
도 3은 일실시예에 따른 가상 프레임과 DMD 맵핑을 설명하기 위한 도면
도 4는 일실시예에 따른 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서를 설명하기 위한 도면
도 5는 일실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 순서대로 도시한 도면
도 1은 일실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 적용한 DMD 제어기의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 DMD 제어기는 노광 이미지를 관리하는 관리 정보처리장치와의 인터페이스부(110), 메인 제어부(120) 및, 노광 이미지 매니저(130)를 포함한다. 즉, 상기 노광 이미지의 DMD 출력을 제어하는 메인 제어부(120) 및, DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때 미세 패턴 정밀도에 따라 생성한 일실시예의 가상 프레임에서 노광 이미지를 DMD 출력하는 노광 이미지 매니저(130)를 포함한다.
상기 인터페이스부(110)는 노광 이미지 관리 정보처리장치와 로컬 네트워킹하여, 구체적으로는, 예를 들어 랜을 통해 노광 이미지를 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 노광 이미지를 전송받아, 상기 전송된 노광 이미지의 DMD 출력을 전체 제어한다. 이러한 메인 제어부(120)는 종래 기술에 속하는 것으로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
노광 이미지 매니저(130)는 노광 이미지 구체적으로는, 일실시예에 따른 미세 패턴 정밀도를 갖는 가상 프레임으로 생성한 노광 이미지의 DMD 출력을 처리하는 것이다. 구체적으로는, 이러한 노광 이미지 매니저(130)가 상기 메인 제어부(120)의 제어하에, 먼저 가상 프레임을 생성한다. 즉, 상기 노광 이미지 매니저(130)가 노광 이미지의 해상도에 따른 메모리 셀로 모델링하여 메모리로 가상화한 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광 이미지를 회전시켜, 가상 프레임을 생성한다. 그런 다음, 상기 노광 이미지 매니저(130)는 스테이지의 노광 위치로 이동에 따른 스테이지 트리거 신호를 입력받는다. 그러면, 상기 노광 이미지 매니저(130)는 스테이지 트리거 신호 입력시, 상기 가상 프레임에서 노광 이미지 출력한다. 즉, 상기 노광 이미지 매니저(130)가 노광 이미지의 해상도에 따른 디스플레이 장치 픽셀 패턴과 노광할 이미지의 픽셀 패턴 간 비율에 의한 개수만큼 스테이지 상 고유위치를 가진 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링한다. 그래서, 스테이지 또는 마스크 필름을 메모리로 가상화한다. 그리고, 상기 가상화된 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광 이미지를 회전시키고, DMD의 원점 위치를 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기로 이동시켜, 가상 프레임을 생성한다. 그래서, 노광 이미지 해상도에 따라 기울기 량을 바꾸면서, 1 : n의 고 정밀 패터닝 구현한다(틸팅 각도에 다름). 그리고, DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력할 수 있도록, 상기 노광 이미지 매니저(130)는 스테이지 트리거에 따른 노광 이미지의 해상도로 상기 가상 프레임의 메모리 셀을 래스터화하여, 가상 프레임을 생성한다. 그리고, 상기 노광 이미지의 해상도에 따라 분할된 스테이지 트리거 신호 입력시, 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기에 대응하는 채널에 의해, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력한다. 구체적으로는, 예를 들어 상기 노광 이미지 매니저(130)가 기울기 기준량에 대한 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 량만큼의 개수 단위와 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 방향에 의한 순서로 상기 채널에 따라, 이루어진다.
부가하여, 전술한 일실시예에 따른 DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때, 아울러, 일실시예의 가상 프레임을 생성해 노광 이미지를 출력하는 내용과 다른 내용으로, 일실시예는 아래의 내용을 포함한다.
즉, 일실시예는 스테이지와 이미지 간 실시간 동기화 동작과 연동해서, 고속 광 통신 전송 기반의 시스템을 미사용하면서도 고속으로 정상 출력 지원할 수 있도록 한다.
이를 위해, 추가적으로, 상기 인터페이스부(110)가 상기 노광 이미지 매니저(130)의 노광 스테이지와 이미지 간 실시간 동기화 동작과 연동하여, 고속 광 통신 전송 기반의 시스템을 미사용하면서도 고속으로 정상 출력 지원한다. 즉, 노광 이미지 매니저(130)가 스테이지 위치별로 일실시예에 따른 가상 프레임과 동기화한다. 그리고, 상기 스테이지의 싱크 컨트롤러부터 노광 스테이지에 장착된 엔코더 신호나 리니어 스케일러 신호 중 어느 하나를 포함한 노광 스테이지의 위치제어용 센서 신호 입력시, 노광 시작 시에 상응하여 스테이지의 현 위치를 산출한다. 그래서, 상기 산출된 현 위치에 상응하는 노광 이미지의 가상 프레임 또는 해당 가상 프레임의 저장 영역을 색출하는 스테이지와 이미지 간 실시간 동기화 동작과 연동하여, 노광할 이미지에 대해 DMD 출력한다. 이를 통해, 고속 광 통신 전송 기반의 시스템을 미사용하면서도 고속으로 정상 출력 지원한다.
그리고, 싱크 컨트롤러는 스테이지의 위치제어용 각 센서 예를 들어, 스테이지에 장착된 엔코더와 리니어 스케일러와 인터페이스 구성을 가지고 해당 센서 신호를 취합, 상기 제어기로 제공하는 스테이지의 싱크 컨트롤러이다. 상기 싱크 컨트롤러는 스테이지 이동에 따른 트리거 신호와 스테이지의 위치제어용 센서의 신호를 제공하고, 제어기는 이 신호를 기반으로 노광 이미지의 DMD 출력을 처리하거나 스테이지의 현 위치를 파악한다.
도 2는 일실시예에 따른 가상 프레임을 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 가상 프레임은 DMD를 틸트하지 않고, DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 때, 종래의 DMD를 틸트시켰을 경우와 동일하게 DMD를 평행으로 놓고 노광을 진행할 경우보다 미세한 선폭을 구현한다. 그리고, 이때 DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동됨에 따라 미세 선폭 구현함에 따른 이미지 데이터 비트와 스테이지 위치 간의 맵핑을 시키는 방법이 필요한다. 그래서, 일실시예에서는 일실시예에 따른 가상 프레임을 생성한다. 이러한 일실시예에 따른 가상 프레임은 스테이지 또는 마스크 필름을 메모리에 가상화하여 해상도 및 정밀도에 따른 메모리 셀로 모델링한 것이다. 그리고, 이러한 상태에 더해서 상기 일실시예의 가상 프레임은 DMD가 틸트되거나 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, 일실시예에 따른 임의의 각도에서 이미지 스크롤링 방법은 이미지를 회전한 후 그 원점 위치를 이동하는 것이다. 구체적으로는, 일실시예가 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 일실시예의 가상 프레임은 노광 이미지를 즉, 노광 원본 이미지를 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따른 회전을 시키고, 이때 회전 각도는 tan-1(y/x)가 된다(임의 각도에서의 이미지 스크롤링). 더불어, DMD의 원점 위치를 일정 기울기 구체적으로는, 스테이지 기울기나 DMD 틸트로 이동시키고, 스테이지 트리거에 따른 해상도로 래스터화를 한다(일실시예에 따른 채널 개념).
도 3은 일실시예에 따른 가상 프레임과 DMD 맵핑을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 가상 프레임과 DMD 맵핑은 가상 프레임 생성시, 즉 종래 이미지 데이터 비트와 DMD 픽셀을 맵핑하는 점에 대응하여, 가상 프레임의 셀 즉, 메모리 셀과 스테이지 상 고유위치를 맵핑하는 것이다.
상기 가상 프레임의 셀이 스테이지 상 고유위치를 가지며 해당 셀의 값이 1인 경우 스테이지 상 고유 위치에 노광이 되고, 0인 경우 노광이 되지 않는다. 이러한 일실시예에 따른 가상 프레임이 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 가상 프레임 셀 X 축 피치이고, Scy는 가상 프레임 셀 Y 축 피치이며, x는 DMD 픽셀 x 축 위치이고, y는 DMD 픽셀 y 축 위치이며, w는 가상 프레임 폭이다.
도 4는 일실시예에 따른 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서는 DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력할 경우 채널이라는 개념이 사용된다. 구체적으로는, 일실시예의 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서가 여기서 가상 프레임과 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.
원은 가상 프레임의 셀을 나타내며, 빨간 원은 DMD가 출력하고 있는 픽셀의 위치를 나타낸다. 그리고, 이러한 일실시예에 따른 DMD 틸트에 따른 채널 출력 순서는 DMD 출력은 파란 색 선 경로(1:4 기울기)로 출력된다. 이때 원 안에 채널 번호가 있다. 채널 번호는 DMD에 데이터가 출력될 경우 같이 출력되는 데이터 또는 레이어 개념이다. 여기서, DMD에 출력되는 채널은 1 -> 5 -> 9 -> 13 -> 2 -> 6 -> 10 -> 14 ->, 3 -> 7 -> 11 -> 15 ->, 4 -> 8 -> 12 -> 16, ... 이다. 이러한 방법은 DMD와 같은 출력 장치 해상도보다 고 해상도, 고 정밀 이미지를 출력하기 위한 방법으로 하드웨어에 대한 유연성을 가진다.
도 5는 일실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법을 순서대로 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 일실시예에 따른 고속 미세 선폭 노광을 위한 DMD 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법은 먼저, 일실시예의 가상 프레임을 생성한다.
즉, 노광 이미지의 해상도에 따른 메모리 셀로 모델링하여 메모리로 가상화한 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광 이미지를 회전시켜, 가상 프레임을 생성한다(S501).
구체적으로는, 노광 이미지의 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. 그리고, 상기 가상화된 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광 이미지를 회전시키고, DMD의 원점 위치를 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기로 이동시켜, 가상 프레임을 생성한다.
보다 구체적으로는, 종래 방식인 DMD를 틸트하지 않고, DMD를 틸트시켰을 경우와 동일하게 DMD를 평행으로 놓고 노광을 진행할 경우보다 미세한 선폭을 구현한다. 그리고, 이때 미세 선폭 구현함에 따른 이미지 데이터 비트와 스테이지 위치 간의 맵핑을 시키는 방법이 필요하다. 그래서, 일실시예에서는 일실시예에 따른 가상 프레임을 생성한다. 즉, 종래 이미지 데이터 비트와 DMD 픽셀을 맵핑하는 점에 대응하여, 일실시예는 가상 프레임의 셀(이러한 가상 프레임의 셀은 메모리 셀로 보다 상세한 설명은 후술함)과 스테이지 상 고유위치를 맵핑한다. 구체적인 동작은 아래의 내용이다. 즉, 스테이지 또는 마스크 필름을 노광 이미지 해상도에 따른 디스플레이 장치 기준 픽셀 패턴과 노광 이미지 디스플레이 단위 패턴 간 비율에 의한 단위 픽셀당 구획 필요 데이터 개수만큼 스테이지 상 고유위치 가진 메모리 셀로 모델링한다. 그래서, 스테이지 또는 마스크 필름을 메모리로 가상화한다. 예를 들어, 크기가 10um인 픽셀을 갖는 디스플레이 장치로 2um의 미세 패턴 구현시, 1 픽셀 당 4×4의 데이터 개수에 상응하는 개수만큼 각기 스테이지 상 고유위치를 가진 메모리 셀로 모델링하여 메모리로 가상화한다. 이때, DMD가 틸트되어 있거나, 스테이지가 고속화된 메카니즘을 가지고 기울어져 이동될 될 경우, DMD 틸트에 따른 DMD 한 행의 출력 데이터가 일렬로 나열되어 있지 않고 X의 변화에 따른 Y 변화에 따라 출력 데이터가 계속 분기 되어야 한다는 점이 발생된다. 그래서, 이미지 스크롤링을 통해 데이터를 출력한다. 하지만, 일반적인 이미지 스크롤링이 되지 않는다. 그래서, 일실시예는 이러한 점에 더하여, 노광 이미지 즉, 노광 원본이미지를 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따른 회전을 시키고, DMD의 원점 위치를 일정 기울기로 구체적으로는, 스테이지 기울기로 이동시킨다. 그래서, 이미지 스크롤링이 됨을 본다. 실제로 이산 연산에 따른 1 픽셀(pixel) 이하 오차를 가지지만 오차보정으로 정확한 데이터를 출력한다.
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, 스테이지 트리거 신호를 입력받는다(S502). 즉, 스테이지의 노광 위치로 이동에 따른 스테이지와 동기화된 스테이지 트리거 신호를 입력받는다.
그런 다음, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력한다(S503).
그래서, 종래 방식인 DMD를 틸트하지 않고, DMD를 틸트시켰을 경우와 동일하게 DMD를 평행으로 놓고 노광을 진행할 경우보다 미세한 선폭을 구현한다. 이때 일실시예에 따른 가상 프레임이라는 개념이 사용되고, 가상 프레임이라는 개념을 사용할 경우 모델링이 간단해 진다. 물론 스테이지 이동이 아닌 DMD를 틸트할 경우에도 가상 프레임 개념을 사용할 경우 모델링이 간단해진다. 또한 DMD 전체 영역을 모두 사용 가능하며, 비트 마스크를 이용한 광량 조절 및 가상 프레임 자체 광량 조절 방법이 가능하기 때문에 다중 DMD 연동에도 간단한 방법을 제공한다.
이상과 같이, 일실시예는 노광 이미지 해상도에 따른 메모리 셀로 모델링해 가상화한 스테이지 또는 마스크 필름에 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도로 노광 이미지를 회전시킨 가상 프레임에서 출력한다.
그래서, 이미지 노광시에 DMD를 틸트하지 않고 미세한 선폭을 구현한다.
즉, 종래 방식인 DMD를 틸트하지 않고, DMD를 틸트시켰을 경우와 동일하게 DMD를 평행으로 놓고 노광을 진행할 경우보다 미세한 선폭을 구현한다.
그리고, 상기 가상 프레임의 개념을 사용함으로, 모델링이 간단해지며, DMD 전체 영역을 사용 가능하고, 비트 마스크를 이용한 광량 조절 및 가상 프레임 자체 광량 조절 방법이 가능하기 때문에 다중 DMD 연동에도 간단한 방법을 제공한다.
한편, 일실시예는 DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력할 수 있도록 한다. 즉, DMD와 같은 출력 장치 해상도보다 고 해상도, 고 정밀 이미지를 출력할 수 있도록 하는 것으로, 하드웨어에 대한 유연성을 가질 수 있도록 한다. 이를 위해, 채널이라는 개념이 사용된다.
구체적으로는, 일실시예가 스테이지 트리거에 따른 노광 이미지의 해상도로 상기 가상 프레임의 메모리 셀을 래스터화하여, 가상 프레임을 생성한다.
그런 다음, 상기 노광 이미지의 해상도에 따라 분할된 스테이지 트리거 신호 입력시, 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기에 대응하는 채널에 의해, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력한다.
즉, 기울기 기준량에 대한 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 량만큼의 개수 단위와 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 방향에 의한 순서로 상기 채널에 따라, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력한다.
그래서, 일실시예에 따른 채널 개념에 의하여, DMD의 픽셀 피치보다 높은 노광 해상도를 출력한다. 즉, DMD와 같은 출력 장치 해상도보다 고 해상도, 고 정밀 이미지를 출력하는 것으로, 하드웨어에 대한 유연성을 가진다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : DMD 제어기
110 : 인터페이스부 120 : 메인 제어부
130 : 노광 이미지 매니저

Claims (3)

  1. 스테이지를 동기화하여 이동시켜 노광 이미지의 광 변조 DMD 출력을 제어하는 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법에 있어서,
    노광 이미지의 해상도에 따른 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화한 후 DMD와 스테이지 이동방향 간 각도에 따라 노광 이미지를 회전시켜 가상 프레임을 생성하는 제 1 단계;
    상기 스테이지의 노광 위치로 이동에 따라 싱크 컨트롤러로부터 대응하여 스테이지 트리거 신호를 입력받는 제 2 단계; 및
    상기 스테이지 트리거 신호 입력시, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력하는 제 3 단계; 를 포함하고,

    상기 제1 단계는,
    상기 노광 이미지의 해상도에 따른 디스플레이 장치 픽셀 패턴과 노광 이미지의 픽셀 패턴 간 비율에 의한 개수만큼 스테이지 상 고유위치를 가진 메모리 셀로 스테이지 또는 마스크 필름을 모델링하여 메모리로 가상화하는 제 1-1 단계; 및
    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 회전시켜, 가상 프레임 생성하는 제 1-2 단계; 를 포함하며,

    상기 제 1-1 단계는,
    상기 가상프레임 셀의 피치를 스테이지와 동기화된 트리거 간격에 종속적으로 지정하는 제 1-1-1 단계;
    상기 가상 프레임의 그룹 크기를 기울기의 정방행렬에 상응하는 행렬로 설정하는 제 1-1-2 단계;
    상기 기울기의 역방향으로 노광 이미지를 벡터이미지로 회전시키는 제 1-1-3 단계;
    상기 노광 이미지의 벡터 이미지를 가상프레임으로 래스터화 변환하고, DMD 원점의 픽셀 이동 경로의 위치오차를 하기의 [식]에 따라 보정하는 제 1-1-4 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 제 1-1-5 단계; 및
    상기 노광 시작점은 트리거 시작 카운트로 설정하는 제 1-1-6 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어비기의 노광 이미지 출력 제어 방법.
  2. 제 1 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 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제3 단계는
    기울기 기준량에 대한 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 량만큼의 개수 단위와 노광 이미지의 해상도에 따른 기울기 방향에 의한 순서로 상기 채널에 따라, 상기 생성된 가상 프레임으로부터 노광 이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 고속 미세 선폭 노광을 위한 디지털 마이크로미러 디바이스 제어기의 노광 이미지 출력 제어 방법.
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