KR20010043419A

KR20010043419A - 인코히어런트 광을 이용한 광학 마스터 제작법

Info

Publication number: KR20010043419A
Application number: KR1020007012454A
Authority: KR
Inventors: 가젠드라디. 사반트; 스테펜에이. 쿠피엑; 조안나엘. 잰슨
Original assignee: 피지컬 옵틱스 코포레이션
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2001-05-25
Also published as: KR100574112B1; JP2010049267A; US6303276B1; JP5133954B2

Abstract

저비용으로 여러 크기의 무솔기(seamless) 광 디퓨저를 제작하기 위해 적절한 임의 분포 스페클 패턴을 가지는 디퓨저 마스터를 생성하기 위한 개선된 방법이 공개된다. 이 방법은 인코히어런트 광원(26)을 사용하고, 상기 광원(26)은 광학 요소(29)를 통과하며, 마스크 패턴(23)을 통해 적절한 기판(25) 위에 코팅되는 포토레지스트(24)를 노출시키기 위해 사용된다.

Description

인코히어런트 광을 이용한 광학 마스터 제작법{METHOD FOR MAKING OPTICAL MASTERS USING INCOHERENT LIGHT}

과거에, 광 정형 디퓨저와 같은 광학 제품을 제작하기 위해 코히어런트 레이저가 사용되었다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 포토레지스트와 같은 포토레지스트 매질(4)이 스패셜 필터(2)와 디퓨저(3)를 통과하는 크립톤 레이저로부터의 코히어런트(레이저) 광에 노출함으로서 기록된다. 디퓨저(3)는 그라운드 글래스, 홀로그래픽, 렌티큘러나 아세테이트 디퓨저, 또는 도 1의 기록 설정에 미리 기록된 디퓨저일 수 있다.

이러한 디퓨저를 제작하는 선호되는 방법 및 장치는 미국 특허 제 5,365, 354 호의 "Grin Type Diffuser Based on Volume Holographic Material", 미국 특허 제 5,534,386 호의 "Homogenizer Formed Using Coherent Light and a Holographic Diffuser", 그리고 미국 특허 제 5,609,939 호의 "Viewing Screen Formed Using Coherent Light"에 공개되어 있다. 상기 특허들은 모두 본 출원인이 권리자이고, 디퓨저와 같은 광학 제품을 기록하고 이러한 디퓨저를 대량생산가능하도록 복제하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 특허들은 본 출원에서 참고로 인용된다. 관련 미국 특허 출원으로는, 08/595,307 호(LCD with Light Source Destructuring and Shaping Device), 08/601,133 호(Liquid Crystal Display System with Collimated Backlighting and Non-Lambertian Diffusing), 08/618,539 호(Method of Making Liquid Crystal Display System), 08/800,872 호(Method of Making Replicas and Compositions for Use therewith), 그리고 09/052,586 호(Method of Making Replicas While Preserving Master)가 있다. 모든 앞서의 출원은 본 출원인의 권리사항이고, 본 발명에서 참고로 인용된다.

상기 특허들에서 제시되는 방법은 기존 방법에서 가능하지 않은 고도로 효율적이면서 균일하고 제어되는 방식으로 광을 확산시키는 "스페클"이라 불리는 감광 매질(4)의 내부 및 표면 구조를 생성한다. 앞서의 특허에서 기술된 바와 같이, 감광 매질에 기록되는 스페클의 크기와 형태가 제어될 수 있어서, 현상된 후 디퓨저로부터 광을 출력 각도를 제어할 수 있다. 앞서의 특허에서 제시되는 방법에 의해 제작되는 디퓨저는 스크린과 호모지나이저 모두에 매우 유용하며, 무수히 많은 장치에 사용될 수 있다.

대량 생산을 위해, 처리후 감광 매질(4)에 남아있는 표면 구조가 활용된다. 감광 매질이 적절한 시간 동안 노출된 이후에, 마스터 제작을 위해 처리과정을 거친다. 에폭시나 다른 플라스틱 수지로 만들어지는 제 1 생성 서브마스터나 그 복제품은 다음의 과정에 의해 마스터로부터 제작될 수 있다. 즉, 1) 마스터 표면에 에폭시를 가하고, 2) 마스터 위에 에폭시를 균일하게 분포시키며, 3) 에폭시 처리후 마스터로부터 에폭시를 분리시킨다. 서브마스터의 이어지는 생성은 앞서의 과정을 이용하여 앞서의 생성 서브마스터로부터 제작되는 것이 일반적이다. 각각의 연속된 생성 서브마스터는 수축으로 인한 표면 구조 외형의 애스펙트비 변화를 보여준다.

앞서 제시된 기존 공정은 다수의 단점을 가진다. 먼저, 처리가능한 디퓨저의 전체 크기가 가용 레이저의 강도와 감광 매질의 감도에 의해 제한된다. 가령, 기존 시스템은 적절한 노출을 위해 2.7 주울/cm²수준의 매우 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있는 코히어런트 광을 필요로한다. 그 결과, 과거에, 도 2에 도시되는 바와 같이 대형 무솔기(seamless) 마스터를 제작하기 위해 서로 인접하게 위치한 다수의 소형 서브마스터로부터 대형 마스터가 조립되었다. 그러나 이 접근법은 서브마스터가 연결되는 변부를 따라 나타나는 불연속성과 솔기(seam)를 피하기 어렵다.

대형 마스터 디퓨저 제작시 발생하는 또다른 문제점은 중앙 영역에 비해 모서리에서 애퍼쳐의 오프셋이 나타나는 것이다. 이로 인해 균일하지 못한 패턴이 나타난다. 마지막으로, 광에 대한 포토레지스트의 상대적으로 낮은 반응 속도와, 광원, 디퓨저, 그리고 감광 매질 사이에 필요한 기록 중의 물리적 분리로 인해, 기존 시스템은 진동 및 움직임에 매우 민감한 것으로 나타난다. 매우 작은 진동조차 코히어런트 광원에 위상 변화를 생성할 수 있고, 그래서 마스터에 불필요한 수차를 유발한다. 이 수차의 크기는 스페클의 크기를 넘을 수 있고, 마스터를 소용없게 한다. 앞서의 기록 방법의 진동 및 다른 단점은 매우 작은 크기의 스페클을 기록하는 것을 어렵게 한다. 예를 들어 수평방향으로 매우 폭넓은 출력을 가지면서 수직 방향으로 매우 폭좁은 출력을 가지는 디퓨저를 제작하기 위하여, 감광 매질에 기록되는 스페클은 수평방향으로 매우 작아야 한다(수직 방향으로 매우 커야만 한다). (디퓨저로부터의 광 출력 방향은 디퓨저 내의 방향과 스페클 크기에 반비례한다) 가령, 수평 출력 각도를 세배로 하기 위하여, 스페클 크기는 1/3로 감소되어야 한다.

더욱이, 기존 기술에서, 특정 출력 각도를 가지는 각각의 디퓨저에 대해 분리 마스터가 만들어져야 했다. 그래서, 다른 출력 각도를 가지는 마스터의 대형 라이브러리를 필요로 한다. 가령, 10°×10° 원형 출력, 10°×10°타원형 출력 등을 얻기 위해 다른 마스터가 필요하다. 이 마스터 각각을 생성하기 위하여, 도 1의 기록 설정이 사용되어야 했다. 앞서 기술한 바와 같이, 이 기록 과정은 느리고, 진동 및 다른 성능 저하 인자의 영향을 받는다.

진동에 영향을 받지 않으면서 신속하고 저렴한 대형, 무솔기(seamless) 마스터를 제작하는 방법이 큰 장점을 가질 것이다.

본 발명은 광 정형 디퓨저 및 유사한 광학 장치를 제작하기에 적합한 마스터에 이의 패턴 애퍼쳐를 생성하기 위한 개선되고 신속하며 보다 신뢰성있는 방법에 관한 것이다.

도 1은 스페클로 감광 매질을 기록하는 기존 방법의 도면.

도 2는 다수의 서브마스터로부터 대형 마스터를 제작하는 기존 방법의 도면.

도 3은 본 발명에 따르는 방법을 실행하기 위해 적합한 이미지세터의 측면도.

도 4A는 장방형 애퍼쳐의 규칙적이고 주기적인 그레이팅의 도면.

도 4B는 백색광으로 이 그레이팅을 비출 때 나타나는 회절 패턴의 도면.

도 5A는 원형 애퍼쳐의 규칙적, 주기적 그레이팅의 도면.

도 5B는 백색광으로 도 5A의 회절 패턴을 비출 때 생기는 회절 패턴의 도면.

도 6A는 장방형 애퍼쳐의 임의 어레이 도면.

도 6B는 결과적인 광 회절 패턴의 도면.

도 7A는 원형 애퍼쳐의 임의 어레이 도면.

도 7B는 결과적인 백색광 회절 패턴으로서, 백색 중앙 디스크를 둘러싸는 일련의 동심 링 도면.

도 8은 본 발명에 따르는 준-임의 순서를 생성하기에 적합한 장치의 기능 다이어그램.

도 9는 포토레지스트 상에서 필름의 접촉 복사를 도시하는 도면.

도 10은 밀리마스크 필름을 이용한 표준 레이저 기록 설정의 도면.

도 11은 필름의 광수축(photoreduction)을 나타내는 도면.

도 12는 스테퍼 마스크의 도면.

도 13은 10×점 크기 수축으로 인한 9°→90°각도 스펙트럼 출력 증가의 도면.

도 14는 스테퍼에서 왜상 렌즈를 이용한 각도 출력의 형태를 변화시키는 기록 설정의 도면.

도 15는 금속 드럼에서 포토레지스트를 이용한 필름이 없는 기록 설정의 도면.

도 16은 연속/분리 드럼 프레스의 도면.

도 17은 전자 광선 또는 엑사이머 레이저 기록 설정의 도면.

본 발명의 주목적은 광 정형 디퓨저를 제작하기 위해 적합한 다수의 임의 분포 스페클을 가지는 마스터를 생성하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 발명의 또한가지 목적은 대형, 무솔기(seamless) 마스터 생성에 대한 간단하면서도 신뢰성있는 방법을 제공하는 것이다. 발명의 다른 한가지 목적은 진동 및 움직임에 민감하지 않은 마스터를 생성하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 마스터는 완전히 균일하면서도 반복가능한 대형 광 정형 디퓨저를 저렴한 비용으로 생산하여야 한다. 발명의 또한가지 목적은 바람직한 각도 분포에 도달하기 위해 수많은 일련의 서브마스터 생성을 필요로 하지 않으면서, 광 정형 디퓨저로부터 출력되는 광의 각도 분포가 제어될 수 있는 마스터를 생성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 감광 매질에 바람직한 스페클 패턴을 기록하기 위해 인코히어런트 광이 사용되도록 하는 방법을 제공함으로서 이 목적들이 달성된다. 발명의 한 태양에 따라, 실제 스페클 패턴이나 컴퓨터에 의해 생성되는 패턴에 필름이 노출된다. 점으로 필름을 임의적으로 노출시키는 임의 순서 번호에 의해 구동되는 컴퓨터 구동 이미지세터에 의해, 또는 필름이 감광 매질(4)을 대치하는 도 1에서와 같은 표준 코히어런트 레이저 설정에 포함되는 여러 방법으로 필름이 노출될 수 있다. 노출 후, 필름이 현상되고, 표준 포토레지스트와 같은 감광 매질과 접촉하며, 필름의 스페클 패턴에 감광 매질을 노출시키는 인코히어런트 광에 노출된다. 감광 매질의 스페클 구조는 이어지는 서브마스터와 최종 디퓨저 제품을 생성하도록 마스터로 사용된다.

발명의 또다른 태양에 따라, 최대 길이 시프트 레지스터로부터 얻는 준-임의 순서에 따라 필름이 이미지세터에 노출된다. 이는 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 구현될 수 있다. 필름 상의 "점", 또는 레이저나 방사 생성부의 임의 분포를 제어하기 위해 이미지세터의 래스터 이미지 프로세서에 의해 준-임의 순서가 사용된다. 필름 위에 이렇게 노출된 점은 도 1에서의 표준 설정에 기록된 스페클과 닮도록 만들어질 수 있다.

발명의 다른 한가지 태양에 따라, 밀리마스크 필름이 일반적인 감광 매질을 대치하도록하는 고감도 밀리마스크 필름이 표준 코히어런트 레이저 설정에서 노출될 수 있다. 이러한 방식으로, 더 짧은 시간에, 진동에 덜 민감하며, 그리고 더 큰 해상도로 필름에 스페클이 기록된다.

대형 각도 출력을 가지는 디퓨저가 필요한 경우와 같이 필름에서 특히 작은 특징부 크기가 필요할 때, 앞서 방법으로부터의 필름이 표준 사진 축소 기술을 이용하여 축소(확대)될 수 있다. 축소되거나 확대된 필름은 포토레지스트 등과 같은 감광 매질 상에 접촉 복사될 수도 있고, 더 작은 크기의 점을 가지는 제 2 필름을 생성하기 위해 스테퍼에 사용될 수도 있다. 이는 포토레지스트 등에 인코히어런트 광으로 접촉 복사될 수도 있고, 포토레지스트를 스테퍼에 노출시키기 위해 스테퍼에 사용될 수도 있다.

발명의 또하나의 태양에 따라, 포토레지스트와 같은 감광 매질로 수정된 이미지 세터에서 드럼을 코팅함으로서, 그리고 이를 이미지세터 레이저로 노출시킴으로서, 필름이 함께 회피될 수 있다. 표준 에칭 기술은 드럼 위에서 비노출 포토레지스트를 에칭하여 없애고 임의 점 패턴으로 드럼 자체를 에칭하기 위해 사용된다. 이 다음에, 에폭시나 다른 층을 플라스틱이나 다른 시트 위에 돌출하도록 연속 공정으로(선호됨) 드럼이 사용된다.

발명의 다른 하나의 태양에 따라, 집광된 자외선, 엑사이머(eximer), 또는 전자 광원이 준-임의 점 패턴에 따라 글래스 위의 크롬에 샌드위치형의 포토레지스트를 노출시키기 위해 사용될 수 있다. 비노출 포토레지스트는 에칭되어 사라지고, 크롬에서 점패턴을 생성하기 위해 크롬이 에칭되어 사라진다.

본 발명의 방법에 의해 제작되는 디퓨저는 충분히 커서, 정면/후면 투사 스크린, 형광 스크린, 고속도로 및 광고용 스크린, 등에 사용된다. 본 발명의 추가적인 장점은 저렴하고 신속한 소요시간(초기 컨셉트로부터 마스터 제작까지 대략 48시간 소요), 포토레지스트 물질 노출을 위한 표준 아크 램프와 같은 저렴한 인코히어런트 광원의 사용, 진동 및 움직임에 대한 불감성, 완전히 균일하면서도 반복가능한 대형 디퓨저 획득, 대형 타원형 및 원형 디퓨저 획득으로 인해 여러 형태의 각도 출력 허용, 선형 또는 원형 기울기나 가변적 방향의 타원형태를 보이는 패턴과 같은 고유 디퓨저 패턴을 생성하는 능력을 포함한다. 본 발명의 다른 장점 및 특징은 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하게 보일 것이다.

본 발명의 여러 특징 및 목적은 다음의 실시예와 첨부 도면을 바탕으로 하여 고려할 때 쉽게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명의 선호되는 실시예를 들어 기술되는 다음의 내용은 설명을 위한 것이지 발명을 이 내용에 국한시키자 하는 의도가 아니다. 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 범위 내에서 여러 수정과 변화가 가능할 것이고, 본 발명은 이러한 모든 수정을 포함한다.

A. 이미지세터의 필름 기록

본 발명의 한가지 선호되는 실시예는 마스터 제작을 위해 고해상동 마스크를 생성하는 이미지세터를 이용한다. 이미지세터는 포토그래픽 필름에 고해상도 마스크를 생성하는 능력 때문에 포토리소그래피 분야에 잘 알려져 있고, 고해상도 칼라 프린팅을 위해 일반적으로 사용된다. 본 발명에 사용하기 적합한 이미지세터는 Agfa ＆ Hellinetronic 제품이다.

이미지세터는 비노출 필름의 공급 장치, 노출 중 물질 지원용 기록 지원 표면 또는 홀더(예를 들어 드럼), 그리고 래스터 이미지 프로세서("RIP")로부터의 지침을 바탕으로 기록될 이미지 형성용 이미지 노출 시스템을 포함한다. 이미지 노출 시스템은 한 개 이상의 레이저나 다른 방사 광원을 사용한다. Kodak 2000 계열 필름 등의 필름이 스캔되고, 광선에 의해 노출되며, 잠복된 이미지가 필름 위에 형성된다. 이때 이어지는 공정을 위해 이미지세터로부터 필름이 제거된다.

도 3은 이미지세터(10)를 묘사한다. 필름(12)은 도 3에 도시되는 캡스턴 롤러(capstan roller)일 수 있는 지원 표면(14), 평판, 원통형 드럼 플래튼, 또는 다른 지원 표면에 의해 보지될 수 있다. 필름 노출용 스캐닝 노출 시스템(16)은 지원 표면(14)으로부터 떨어진 거리에 고정되는 레이저 등의 광원이나 방사원(18), 광원(18)으로부터 방사되는 광선(22) 집광용 광학 시스템(20), 그리고 물질(12) 사이로 광선 스캐닝을 위한 광선 편향 장치를 포함한다. 스캐닝 노출 시스템은 필름이 제 위치에 놓일 때 정확한 선형 구동 메카니즘에 의해 드럼(14)의 라인 C-C을 따라 이동된다. 스캐닝 노출 시스템이 이동함에 따라, 레이저나 다른 광원, 방사원이 RIP에 의해 제공되는 지침에 따라 필름 영역을 노출시키도록 비춘다.

보 발명에서, 필름에 기록될 기본적 형태는 "점"이라고 표현되지만, 이 형태가 반드시 원형이 아니며, 타원형, 장방형, 등일 수 있다. 타원형 구조와 같이 더 큰 형태는 인접 점의 조합에 의해 재생성될 수 있다. 점은 기존 기술의 "스페클"에 상응하고, 바람직한 각도 출력을 가지는 디퓨저를 얻기 위해 필요한만큼 조합될 수 있다. 아래에 기술되는 준-임의 순서에 의해 마스터의 특정 위치에 점이 나타나는 지가 결정된다.

i. 광 확산을 위해 적절한 패턴의 생성

도 4A는 장방형 애퍼쳐의 규칙적이고 주기적인 그레이팅을 도시한다. 도 4B는 백색광으로 이 그레이팅을 비추어 나타나는 회절 패턴을 도시한다. 도 5A는 원형 애퍼쳐의 규칙적이고 주기적인 그레이팅을 도시한다. 도 5B는 결과적인 굴절 패턴을 나타낸다. 이 그레이팅 패턴의 규칙성 및 주기성 때문에, 각각의 광 파장이 다른 광 파장에 대해 고정된 위상 관계를 가진다. 그러므로, 광 파장이 보강 및 소멸식으로 간섭하는 방향이 존재하여, 회절 패턴을 낳는다. 디퓨저 제작의 목표는 광 출력이 균일하게 확산하도록 이러한 회절 패턴을 피하는 것이다.

도 6A는 장방형 애퍼쳐의 임의 어레이를 도시한다. 도 6B는 결과적인 백색광 굴절 패턴을 도시한다. 도 7A는 원형 애퍼쳐의 임의 어레이를 도시한다. 도 7B는 최종 백색광 회절 패턴으로서, 백색 중앙 디스크를 둘러싸는 일련의 동심 링을 도시한다. 도면에서 도시되는 바와 같이, 애처쳐의 임의 어레이는 주기적 어레이로부터 출력되는 패턴보다 확산이 크다. 그러나 여전히 회절 패턴이 존재한다. 이 패턴은 코히어런트 방식의 백색광원 사용으로부터 얻어진다. 완전히 인코히어런트 방식인 광원이 사용되면, 회절 패턴은 균일하게 확산할 것이다. 또는, 날카로운 변부를 제거하기 위해 애퍼쳐를 흐리게 하는 것 역시 패턴을 제거할 것이다. 그러므로 일반적으로, 디퓨저 제작에 필요한 마스크는 임의적일 것이고 어떤 날카로운 변부도 가지지 않는 무질서한 외양을 가질 것이다.

마스크 크기와 동일한 영역 위에서 이를 반복하지 않도록 충분한 길이의 준-임의 순서로 마스크 코드를 생성함으로서, 이러한 패턴이 이미지세터로부터 얻어질 수 있다. 준-임의 순서는 소프트웨어나 하드웨어적으로 구현될 수 잇는 최대 길이 시프트 레지스터에 의해 생성된다. 하드웨어식 구현의 기능 다이어그램이 도 8에 도시되는 데, 피드백 구조에 연결되는 OR 게이트(90)와 시프트 레지스터(80)를 포함한다. 일반형 하드웨어보다 스톡 이미지세터 RIP가 사용될 수 있도록 최대 길이 시프트 레지스터가 소프트웨어식으로 구현된다(선호됨). 특정 장치에 대해 하드웨어가 최적화될 수 있기 때문에 속도가 가장 중요한 경우에 하드웨어 구현이 선호된다. 그러므로 일반적으로 속도가 빠르다. C 언어로 준-임의 순서를 생성하기 적합한 소스 코드의 예가 아래에 나타난다.

ii) 광을 정형하는 형태의 생성

일반적으로, 형태의 크기 및 모양이 광 정형 디퓨저로부터 광의 각도 출력 패턴을 결정한다. 광의 각도 분포는 Fresenel 회절 방정식에 의해 통제된다. 반경 r, 파장 λ의 원형 애퍼쳐에서, 상응하는 각도는 다음과 같다.

sinθ = 1.22λ/2r

정렬 축을 가지는 타원형태가 광정형 디퓨저의 출력 패턴 정형화를 위해 자주 사용된다. 수평으로 정렬된 주축을 가지는 타원형태가 수직 방향으로 장방형인 출력 패턴을 생성한다. 즉, 타원형 디퓨저 형태의 주축에 대해 90도 회전되는 출력 패턴을 생성할 것이다. 광정형 디퓨저로부터 광의 바람직한 각도 분포를 생성하기 위해 스페클을 기록하는 방법에 대한 완전한 공개는 배경 기술 문단에서 언급한 미국 특허에 포함되어 있고, 본 출원에서 참고로 인용된다.

iii. 형태 수 결정

애퍼쳐 크기와 형태가 계산된 후, 이 형태들이 점 클러스터로부터 어떻게 구축될 것인 지를 결정할 필요가 있다. 각각의 기본 형태는 한 개의 이진 비트로 나타날 수 있다.

여러 인자에 의해 기본 형태가 나타날 수 있다. 먼저, 프린팅 과정을 기술하는 프로그래밍 언어는 프린팅 지침을 표현할 수 있는 정확도를 결정한다. 포스트스크립트 언어가 선호되는 실시예에 사용된다. 1개의 포스트스크립트 포인트 = 1인치의 1/72이고 1 인치는 25,400 미크론이므로, 포스트스크립트 포인트는 352.78 미크론이다. 연산은 포스트스크립트 포인트의 0.0001까지, 또는 0.035 미크론까지 실행될 수 있다. 이 수준의 정확도는 본 발명의 어떤 광학적 응용에도 충분하다. 충분한 정확도로서 형태를 표현할 수 있다면, 다른 프린팅 프로그래밍 언어도 사용될 수 있다. 추가적으로, 형태의 크기가 회절 및 렌즈 수차에 의해 또한 제한될 수 있다.

형태간의 공간에 주기적 구조가 나타나는 것을 방지하기 위하여, 일부 형태의 중복이 필요하다. 형태를 포함하지 않는 균일한 영역을 피하기 위한 중복을 보장하기 위해, 형태 사이의 공간에 0.75의 균일한 중복으로 충분하다.

주어진 영역의 마스터에 대한 형태의 수는 다음과 같이 결정된다.

: 형태 밀도 ×필름 영역 = 형태 수

형태가 임의적으로 분포되도록 하기에 충분한 길이의 준-임의 순서는 다음 방정식에 의해 결정될 수 있다.

ln(형태 수)/ln2 = 비트

이때 비트는 반복없이 노출될 필름의 전체 영역을 덮기에 충분한 크기의 임의 순서를 생성하기 위해 필요한 최대 길이 시프트 레지스터의 비트 수이다. 128 비트 길이의 레지스터는 어떤 실용적 장치에도 충분하다.

iv. 마스터 생성

앞서 기술한 방식으로 필름이 노출된 이후에, 네가티브에 도달하기 위한 표준 현상 기술에 의해 필름이 현상될 수 있다.

도 9에 도시되는 바와 같이, 네가티브는 마스크(23)를 포토레지스트(24)나 유사 감광 매질 위에 위치시킴으로서 표준 접촉 복사 과정에서 마스크(23)로 작용한다. 포토레지스트(24)는 글래스로 만들어지는 포토리소그래피 판과 같은 기판 위에 놓인다. 하지만, 다른 적절한 플라스틱 물질도 사용될 수 있다. 마스크(23)는 도 9에 도시되는 바와 같이 클램프, 커버 시트, 또는 진공으로 포토리소그래피 판(25)에 고정될 수 있다.

마스크/포토레지스트 판 조합은 인코히어런트 광(26)의 광원에 노출된다. 이 광은 도 9에 도시되는 바와 같이 마스크 패턴으로 포토레지스트 판을 노출시킨다. 광원으로는 300-500 와트의 출력 전력으로 365-400 nm 파장을 가지는 비집광 자외선 광원이 선호된다. 상기 광원은 균일하게 밝고 확산가능하여야 하며, 노출될 필름 시트와 같은 크기여야 한다. 대형 형광 램프는 충분한 크기의 확산 광원의 좋은 예이다. 노출될 표면에 균일하게 스캔될 경우, 소형 광원이 사용될 수도 있다.

확산되는 광원은 광과 어두운 부분 사이의 경계를 흐리게 한다. 매우 날카로운 변부를 가지는 형태가 도 7B에 도시되는 바와 같이 링-형 패턴과 같은 회절 패턴으로 비-확산 광을 나타내기 때문에, 이 경계들이 흐려지는 것이 바람직하다. 또한, 적절하게 확산되는 광원을 이용할 수 없을 경우, 형태가 흐려짐을 얻기 위해 다른 여러 방법이 있다. 한가지는 형태의 날카로운 변부를 제거하기 위해 제 1 생성 마스터로부터 이어지는 생성 마스터를 제작하는 것이다. 또한, 이미지세터가 초점을 약간 벗어나도록 조절될 수 있다. 형태 변부를 흐리게 하는 또다른 방법은 필름이나 포토레지스트의 선형 화학적 처리에 의한다. 선형 처리는 흑백간의 선형 변화를 얻도록 현상 장치의 강도를 시프팅하는 과정을 포함한다.

B. 표준 레이저 기록 설정에서 필름의 기록

필름을 이용한 제 2 실시예에서, 본 발명에 따르는 마스터는 도 1의 포토레지스트/글래스 판 대신에, 도 10의 기록 설정을 이용하면서 8E56 밀리마스크와 같은 반도체 평필름(31)에 스페클을 기록함으로서 제작된다. 필름은 레이저(28)로부터의 레이저광같은 코히어런트 광으로 노출될 수 있고, 디퓨저(30)를 통과한다. 필름(31)이 민감하기 때문에, 포토레지스트 경우에 수분 걸릴 것이지만, 수초의 노출만이 필요하다. 앞서 기술한 방식으로 인코히어런트 자외선광에 노출함으로서 포토레지스트 판 위에 형태를 복사하도록 도 9에 도시되는 바와 같이 표준 접촉 복사 과정에서 마스크로 필름이 사용될 수 있다. 밀리마스크 필름이 진공이나 클램핑 수단에 의해 포토레지스트와 물리적으로 접촉하기 때문에, 기존 방법에서 생기는 안정성 문제에 대한 걱정없이 노출 시간이 가능한 길 수 있다. 결과적으로, 포토레지스트에 깊은 애스펙트비 구조를 기록하는 것이 가능하도록 매우 긴 노출 시간이 사용될 수 있다.

C. 필름의 광 축소

앞서 기술된 A와 B 문단에서의 접촉 복사법을 이용하여, 네가티브 필름과 포토레지스트로 덮힌 판 사이의 크기 상관성은 항상 1:1이다. 약 5미크론 이하의 형태 크기는 간단한 접촉 복사법을 이용하여 달성되기 어렵다. 4미크론 이하의 점 경우에, 도 11에 도시되는 바와 같이 포토리덕션 기술이 사용될 수 있다. 먼저, 앞서의 기술이나 다른 적절한 기술을 이용하여 노출 필름(32)이 생성된다. 필름이 이때 현상되고 표준 포토리덕션 카메라(34)에 위치하여, 필름에 기록되는 점 크기를 감소시킨다. 그 다음에, 필름은 도 9에 도시되는 바와 같이 포토레지스트로 접촉 복사된다. 추가적으로, 축소된 필름이 도 12에 도시되는 바와 같이 스테퍼에서 마스크로 사용되어, 다시 축소되는(또는 확대되는) 제 2 필름을 노출시킨다. 이때 제 2 필름은 포토레지스트로 접촉 복사된다. 또한, 포토레지스트의 구분부를 따라 필름을 계단화하고 각각의 단계에서 포토레지스트를 노출시킴으로서 마스크로 제 1 필름이나 제 2 필름을 가지는 스테퍼가 포토레지스트 노출용으로 사용될 수 있다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 스테퍼는 셔터를 가지는 자외선 광원(36), 실제 크기의 5배인 대형 마스크(37), 5배 축소 렌즈(38), 그리고 정밀 x-y 이동 스테이지(40)로 이루어진다. 포토레지스트(39)는 스테이지 위에 놓이고, 스테이지가 이동되어, 마스크(37)를 통해 "계단"으로 자외선에 포토레지스트의 선택 영역을 노출시키도록 셔터가 개방된다.

애퍼쳐 크기가 디퓨저로부터 출력되는 광의 각도 확산을 결정하기 때문에, 새로운 마스터를 기록할 필요없이 디퓨저의 각도 확산을 변화시키기 위해 포토리덕션이 사용될 수 있다. 형태 크기의 포토리덕션은 각도 출력이나 확산에 비례 증가를 유발한다. 가령, 10x의 형태 크기 포토리덕션은 10x 각도 증가를 일으킨다. 그러므로 도 13에 도시되는 바와 같이, 축소되지 않은 필름이 9°의 원형 각도 출력을 가지면, 10x의 축소가 각도 출력을 90°로 증가시킬 것이다. 이러한 방식으로, 포토리덕션이나 확대에 의해 마스터의 각도 분포가 조절될 수 있다.

도 14에 도시되는 바와 같이, 수평/수직 방향으로 확대를 일그러뜨리도록 스테퍼에서 왜상 렌즈를 이용함으로서 특징부 형태가 변화될 수 있다. 적절한 광학적 처리로, 형태 크기 및 모양이 단일 마스크로부터 얻어질 수 있고, 그리하여 다른 특성을 가지는 마스터가 필요할 때마다 도 1의 기록 설정 수정에 필요한 기존 광정형 디퓨저의 제작 과정을 크게 간단화할 수 있다.

D. 필름이 없는 금속 드럼 에칭

필름이 없는 세 번째의 실시예에서, 드럼 표면에 고정된 필름 위에 형태를 기록하는 대신에, 포토레지스트층으로 덮히는 금속 드럼의 표면 위에 직접 앞서 기술된 스페클을 나타내는 점 패턴을 기록하기 위해 수정된 이미지세터가 사용된다. 도 15에 도시되는 바와 같이, 포토레지스트로 덮힌 드럼(41)은 이미지세터(43)에서 전체 드럼을 스캐닝하는 레이저(42)에 의해 노출된다. 드럼(41)이 이때 이미지세터(43)로부터 제거되고, 표준 에칭 기술에 의해 처리된다. 표준 물질 및 표준 처리를 이용하여, 드럼 표면 하향으로 비노출 포토레지스트를 에칭하기 위해 포토레지스트 디벨로퍼가 먼저 사용된다. 패턴을 금속으로 에칭하도록 질산으로 비노출 표면이 다시 에칭된다. 포토레지스트는 솔벤트를 이용하여 제거된다. 도 16에 도시되는 바와 같이, 최종 드럼(44)은 길이 제한이 없는 무솔기(seamless) 광정형 디퓨저를 돋아나게 하는 데 사용될 수 있는 마스터이다. 디퓨저는 플라스틱 기판(46)에 고정되는 에폭시(45)나 다른 플라스틱 수지로 돋아날 수 있다. 드럼(44)은 디퓨저의 임프린트를 획득하도록, 그리고 에폭시 치료를 위해 자외선 광원(47)에 노출시키도록 에폭시(45)로 코팅되는 기판(45) 위에 롤링된다. 광원(47)은 300-500 와트의 출력 전력을 가지는 365-400 nm의 파장 범위의 비집광 자외선 광원이다.

E. 엑사이머 레이저 또는 전자 빔 기록

광원으로 자외선 엑사이머 레이저나 전자 빔을 사용함으로서 포토리덕션없이 소형 크기를 얻을 수 있다. 자외선 엑사이머 레이저의 경우에, 약 7미크론 수준의 소형 크기를 얻을 수 있다. 또한, 1 미크론 이하의 소형 점 크기를 얻기 위해 전자 빔이 사용될 수 있다. 도 17에 도시되는 바와 같이, 이 과정은 다음의 세 과정으로 이루어진다. 즉, 글래스(50) 시트를 취하고, 글래스 위에 크롬(49)의 제 1 층을 증착하며, 그리고 크롬(49) 위에 포토레지스트(48) 층을 증착한다. 컴퓨터에 의해 생성되는 준-임의 형태를 포토레지스트로 기록하기 위해 자외선 엑사이머 레이저(51)나 전자 빔이 사용될 수 있다. 준-임의 형태가 앞서 기술한 바와 같이 최대 길이 시프트 레지스터에서 생성된다. 상기 레지스터는 포토레지스트(48) 노출에 따라 광원(51)을 변조하기 위해 사용된다. 이후, 표준 처리를 이용하여, 비노출 포토레지스트가 에칭되어 사라지고, 크롬 금속 층으로 에칭하기 위해 질산 등을 이용하여 추가 에칭이 실행된다. 잔여 포토레지스트는 솔벤트로 씻겨진다. 최종 점 크기는 앞서 제시된 필름 처리보다 상당히 작다. 하지만, 엑사이머 레이저나 전자 빔 유닛은 상당히 고가이다.

본 발명을 실행하기 위해 발명자가 제시한 최선의 모드가 앞서 기술되었으나, 본 발명의 구현이 여기에 제한되지 않는다. 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않으면서 여러 수정, 변경, 추가가 가능할 것이다. 따라서, 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구범위에서 제시될 것이다.

Claims

마스터 광학 디퓨저를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

스페클 패턴으로 변조되는 레이저 광에 포토그래픽 필름을 노출시키고,

포토그래픽 필름을 현상하며,

감광 매질에 인접하게 포토그래픽 필름을 위치시키고, 그리고

포토그래픽 필름을 통해 인코히어런트 광에 감광 매질을 노출시키는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 감광 매질이 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 코닥 2000 8E56 밀리마스크 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 레이저 광은 크립톤 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 인코히어런트 광이 자외선 아크 램프인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 스페클 패턴은 준-임의 순서를 바탕으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
마스터를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

형태의 준-임의 패턴을 생성하고,

마스크에 형태의 준임의 패턴을 기록하며,

마스크로 감광 매질을 덮고, 그리고

인코히어런트 광원에 마스킨된 감광 매질을 노출시키는 이상의 과정을 포함하고,

이에 의해 형태의 임의 패턴이 감광 매질로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
마스터를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

이미지세터의 프린트 드럼에 필름을 위치시키고,

준-임의 진폭 마스크를 형성하기 위해 이미지세터 내부에서 방사 광원으로 필름을 노출시키며,

필름을 제거하고,

네가티브 생성을 위해 필름을 현상하며,

포토레지스트에 인접하게 네가티브를 위치시키고,

필름을 통해 인코히어런트 광에 포토레지스트를 노출시키며, 그리고

포토레지스트를 현상시키는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 방법은 네가티브와 포토레지스트를 인코히어런트 광원에 노출시키면서, 인코히어런트 광원을 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 고해상도 리듀서에서 네가티브를 축소하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 축소된 네가티브가 스테퍼 마스크로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 7 항에 있어서, 인코히어런트 광원이 확산형인 것을 특징으로 하는 방법.
마스터를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

이미지세터의 드럼에 포토레지스트를 위치시키고,

이미지세터 내부의 방사 광원으로 포토레지스트를 노출시키며,

포토레지스트의 비노출부를 에칭하여 없애고,

에칭된 포토레지스트에 의해 노출된 드럼을 에칭하며, 그리고

잔여 포토레지스트를 씻어내는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
마스터를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

스패셜 필터 및 디퓨저를 통과하는 코히어런트 방사 광원에 밀리마스크 필름을 노출시키고,

필름을 현상하며,

포토레지스트 위에 현상 필름을 위치시키고,

인코히어런트 광을 이용하여 필름을 통해 포토레지스트를 노출시키며, 그리고

포토레지스트를 현상하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서, 고해상도 리듀서를 이용하여 필름을 축소하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 방사 광선이 자외선 엑사이머 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
금속 마스터를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

크롬층으로 글래스를 코팅하고,

감광 매질로 크롬층을 코팅하며,

컴퓨터에 의해 생성된 준-임의 진폭 마스크를 생성하고,

컴퓨터에 의해 생성된 마스크를 통과하는 방사 광원으로 포토레지스트를 노출시키며,

포토레지스트의 비노출부를 에칭하여 없애고,

에칭하여 사라진 포토레지스트에 의해 노출된 금속을 에칭하며, 그리고

잔여 포토레지스트를 씻어내는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 15 항에 있어서, 주사 몰딩 과정 및 스탬핑 중 하나로 에칭 금속을 이용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 방사원이 자외선 엑사이머 레이저와 전자 빔 광원 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
이미지세터를 이용하여 마스터 디퓨저를 제작하는 방법으로서, 상기 방법은:

형태의 준-임의 패턴을 생성하고,

상기 이미지세터로 마스크의 형태 준-임의 패턴을 기록하며,

감광 매질을 마스크로 덮고,

마스킹된 감광 매질을 인코히어런트 광원에 노출시키며, 이에 의해 형태의 임의 패턴이 감광 매질로 전달되고, 그리고

감광 매질의 형태 임의 패턴을 실현하도록 감광 매질을 에칭하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 최대 길이 시프트 레지스터에 의해 형태의 준-임의 패턴이 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 마스크는 포토그래픽 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 감광 매질이 포토레지스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 인코히어런트 광원이 아크 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 인코히어런트 광원이 자외선 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 인코히어런트 광원이 확산형인 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 이미지세터가 엑사이머 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 이미지세터가 전자 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 18 항에 있어서, 상기 감광 매질이 포토레지스트로 코팅된 드럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.