KR20150118105A - 개선된 공간 해상도를 갖는, 리소그래피에 의한 체적 물체의 생산 - Google Patents

개선된 공간 해상도를 갖는, 리소그래피에 의한 체적 물체의 생산 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 재료 레이어의 피조사 평면 위에 투영 이미지를 투영하는 단계를 포함하는, 리소그래피에 의해 체적 물체를 생산하기 위한 방법으로, - 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 이동시키는 단계와, - 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3)의 운동을, 마스크(3)로부터 나오는 투영 이미지(5)를 피조사 평면(9)을 향해 반사하는 미러(6)를 이용하여 피조사 평면(9)에 포함된 제1 변위 방향(10)을 따르는 피조사 평면(9) 위에서의 투사 이미지(5)의 변위로 변환하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

개선된 공간 해상도를 갖는, 리소그래피에 의한 체적 물체의 생산{PRODUCTION OF A VOLUME OBJECT BY LITHOGRAPHY, HAVING IMPROVED SPATIAL RESOLUTION}
본 발명은 리소그래피에 의해 체적 물체를 생산하기 위한 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 그런 장치에 의해 실시되는 방법 및 본 발명에 따른 장치에 의해 얻어지는 제품에 관한 것이다.
본 발명은 특히, 삼차원으로 제품을 제조하도록 중첩된 레이어(layer)들 위에 몇 번의 리소그래피 작업들을 계속해서 행하는 것을 가능하게 한다.
삼차원 제품(일반적으로 시제품(prototype)) 제조 방법들은, 예를 들어 스테레오리소그래피(stereolithography) 또는 필라멘트들의 침착(또는 "용착 조형 공정(FDM: Fused Deposition Modeling)")에 의한 레이어들의 적층을 이용하는 것이 알려져 있다.
스테레오리소그래피의 작동 원리는 다음과 같다.
1) 적어도 하나의 투영 이미지가 광반응성 레이어 위에 투영되고, 상기 광반응성 레이어가 투영 이미지가 비춰진 부분(투영 이미지는 일반적으로 광원과 마스크의 상호작용에 의해 얻어지는 패턴을 형성함)에서 고화되며, 그 다음에
2) 부분적으로 고화된 레이어가 새 광반응성 레이어로 덮이며, 그 다음에
3) 적어도 하나의 투영 이미지가 이 새 광반응성 레이어 위로 투영되는데,
단계 2) 및 단계 3)는 제품을 삼차원으로 형성하는 데 필요한 횟수만큼 반복된다. 일반적으로, 투영 이미지는 각각의 레이어에 따라 변화한다. 예를 들어, 볼을 생성하기 위해, 디스크가 고화되는데, 그 직경이 제1 레이어로부터 중간 레이어로 가면서 증가한 다음 중간 레이어에서 마지막 레이어로 가면서 감소한다.
이러한 기법에 의해서 기계 가공 없이 광중합성 수지에서 직접 삼차원으로 제품을 제조할 수 있게 된다. 레이어의 고화된 이미지 또는 고화될 이미지는 희망 이미지라 한다. 투영 이미지는 희망 이미지보다 훨씬 작을 수 있는데, 이 경우, 투영 이미지를 변경하면서 투영 이미지를 레이어의 각기 다른 부분들로 변위시킬 필요가 있다.
예를 들어 유럽특허 EP 1,344,633B1 또는 미국특허 US 5,247,180에 따른 장치에 의해 나타나듯이, 스테레오리소그래피의 한 가지 문제는 공간 해상도를 개선하는 것이다. 이 해상도는 현재, 특히 마스크와 각기 다른 렌즈들에 의해 생성되는 투영 이미지의 파장과 광학적 품질에 의해 제한되어 있다.
더욱이, 리소그래피 장치의 구조와 작동을 단순화시키는 것이 일반적으로 바람직하다.
문서 WO 95/15841은 특히 "활성" 마스크를 포함하는 리소그래피 장치를 개시하는데, 상기 마스크는 감광성 재료의 트로프(trough)의 전체 폭을 조사하는 액정 바의 형상을 취할 수 있다. 이 전체 폭 위에 형성된 이미지는 단일 방향으로 변위될 수 있다(도 5의 F 방향).
이 문서에서는 또한 마스크의 이미지를 액상 수지로 채워진 트로프에 잠긴 창 위로 투영하는 가능성에 대해서도 언급하고 있다. 이러한 가능성에 따라, 장치의 마스크들과 기타 광학 요소들이 창의 수직 이동과 결합되거나 혹은 창의 수직 이동을 수반한다.
본 발명의 목적은 삼차원 물체를 개선된 해상도로 리소그래피하기 위한 방법 또는 장치를 제안하는 데 있다.
이 목적은, - 재료 레이어를 작업 체적 내에 수용하도록 구성된 용기,
- 마스크 및 방사선 방출원으로, 마스크를 떠나는 투영 이미지를 함께 생성하도록 구성된 마스크 및 방사선 방출원,
- 투영 이미지를 작업 체적 내의 피조사 평면 위에 투영하기 위한 수단들로서, 투영 이미지를 피조사 평면 내에서 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단들, 및 투영 이미지를 피조사 평면 내에서 제1 변위 방향과 다르고 제1 변위 방향 위에 중첩되지 않는 제2 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단을 포함하는 수단들을 포함하는, 리소그래피에 의해 체적 물체를 제조하기 위한 장치에 있어서,
투영 이미지를 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단들이,
- 피조사 평면과 각도를 이루는 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 운동에 따라 마스크를 변위시키기 위한 수단과,
- 마스크에 의해 만들어진 투영 이미지를 피조사 평면을 향해 반사하고, 피조사 평면과 각도를 이루는 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 마스크의 운동을 피조사 평면 내에 포함된 제1 변위 방향을 따르는 피조사 평면 위에서의 투영 이미지의 변위로 변환시키도록 구성되어 있는 미러를 포함하는, 장치에 의해 달성된다.
바람직하게는, 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 운동에 따라 마스크를 변위시키기 위한 수단이 마스크를 경사 축선을 따라 변위시키도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 경사 축선이 피조사 평면과 직각을 이룬다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 마스크의 운동과 동기시켜 마스크를 동적으로 변경하기 위한 수단을 포함하는, 투영 이미지의 제1 방향으로의 변위와 동기시켜 투영 이미지를 동적으로 변경하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
미러는, 투영 이미지를 반사하도록 구성되고 피조사 평면에 대해 45° 플러스 또는 마이너스 10°의 각도로 경사져 있는 반사면을 구비할 수 있다.
바람직하게는, 투영 이미지를 투영하기 위한 수단들이, 마스크와 미러 사이에서, 투영 이미지가 피조사 평면과 평행하게 진행하도록 구성되어 있다.
마스크가 피조사 평면과 평행하지 않을 수 있으며, 오히려 바람직하게는 직교한다.
투영 이미지를 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단들이, 투영 이미지를 피조사 평면 내에서 몇 개의 평행선들을 따라 연속으로 제1 변위 방향을 따라 변위시키도록 구성될 수 있고, 투영 이미지를 제2 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단이, 각 완료선의 끝에 있는 투영 이미지를 완료선과 평행한 다음선을 향해 오프셋시키도록 구성될 수 있고, 이에 따라 완료선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치가 다음선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치와 접하거나 혹은 부분적으로 중첩될 수 있다.
바람직하게는, 투영 이미지를 피조사 평면 내에 투영시키기 위한 수단들이, 평행하고 작업 체적 내에 포함되어 있는 각기 다른 피조사 평면들 위에 투영 이미지를 투영시킬 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면,
- 경화 방사선의 작용 하에 경화되도록 구성된 감광성 재료로 된 레이어를 작업 체적 내에 공급하는 단계,
- 마스크와 방사선 방출원을 통해 상기 마스크를 떠나는 투영 이미지를 생성하는 단계,
- 투영 이미지를 재료 레이어의 피조사 평면 위에 투영하는 단계,
- 피조사 평면 내의 투영 이미지를 제1 변위 방향으로 변위시키고, 피조사 평면 내의 투영 이미지를 제1 방향과 함께 피조사 평면 내에 포함되되 제1 변위 방향과 다르고 제1 변위 방향 위에 중첩되지 않는 제2 변위 방향으로 변위시키는 단계를 포함하는 리소그래피에 의해 체적 물체를 제조하기 위한 방법에 있어서,
투영 이미지를 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위해,
- 피조사 평면과 각도를 이루는 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 운동에 따라 마스크가 변위되고, 그리고
- 피조사 평면과 각도를 이루는 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 이러한 마스크의 운동이, 마스크에 의해 만들어진 투영 이미지를 피조사 평면을 향해 반사하는 미러를 이용하여 투영 이미지를 피조사 평면 위에서 피조사 평면 내에 포함된 제1 변위 방향을 따라 변위시키는 것에 의해 변환되도록 된 방법이 제안된다.
바람직하게는, 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 운동에 따라 마스크를 변위시키기 위해, 마스크가 경사 축선을 따라 변위된다.
바람직하게는, 경사 축선이 피조사 평면과 직각을 이룬다.
본 발명에 따른 방법은, 제1 방향을 따르는 변위 중에, 투영 이미지의 제1 방향으로의 변위와 동기된 투영 이미지의 동적 변경을 포함할 수 있고, 이러한 이미지 변경은 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 마스크의 운동에 따른 마스크의 변위와 동기된 마스크의 동적 변경에 의해 이루어진다.
미러가, 투영 이미지를 반사하도록 구성되고 피조사 평면에 대해 45° 플러스 또는 마이너스 10°의 각도로 경사져 있는 반사면을 구비할 수 있다.
바람직하게는, 마스크와 미러 사이에서, 투영 이미지가 피조사 평면과 평행하게 진행한다.
바람직하게는, 마스크가 피조사 평면과 평행하지 않으며, 바람직하게는 직교한다.
투영 이미지를 피조사 평면 내에서 몇 개의 평행선들을 따라 연속으로 제1 변위 방향을 따라 변위시킬 수 있고, 각 완료선의 끝에 있는 투영 이미지를 완료선과 평행한 다음선을 향해 오프셋시키도록 투영 이미지를 제2 변위 방향을 따라 변위시킬 수 있으며, 이에 따라 완료선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치가 다음선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치와 접하거나 혹은 부분적으로 중첩된다.
바람직하게는, 중첩되어 있는 몇 개의 감광성 재료 레이어들 위에서 공정 단계들이 반복된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 본 발명에 따른 방법 또는 장치를 이용한 (스테레오)리소그래피에 의해 얻어지는 체적 물체 또는 제품이 제안된다.
다른 목적들 및 특별한 특징들은 결코 한정적이지 않은 구현례들과 실시예들의 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하면 명확하게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제1 실시예를 헤드가 "고(high)" 위치에 있는 상태로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 장치의 일부분을 헤드가 "저(low)" 위치에 있는 상태로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 장치를 헤드가 "저" 위치에 있는 상태에서 도 1의 축선 A 쪽에서 바라본 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 장치를 헤드가 "고" 위치에 있는 상태에서 도 1의 축선 A 쪽에서 바라본 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 장치를 축선 B 쪽에서 바라본 배면도이다.
도 6은 도 1에 따른 장치의 헤드(12)의 제1 변형례의 내부를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7은 도 1에 따른 장치의 헤드(12)의 제2 변형례의 내부를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 장치의 제2 실시예를 헤드(12)의 이동을 나타내기 위하여 헤드가 서로 다른 순간에 "저" 위치와 "고" 위치에 있는 상태로 도시한 측면도이다.
이 실시예들은 결코 한정적이지 않으며, 특히, 이하 설명하는 특징들 중에서 선택되고, 만일 이러한 특징들 중에서의 선택이 기술적인 장점을 부여하거나 혹은 본 발명을 종래 기술과 차별화하기에 충분하다면, (이러한 선택이 다른 특징들을 포함하는 문장 내에서 구분되더라도) 설명하는 다른 특징들과 구분되는 단 하나의 특징을 포함하는 본 발명의 변형례들을 고려할 수 있다. 이러한 선택에는 구조적인 세부 사항이 없거나 혹은, 구조적인 세부사항의 단지 일부가 기술적인 장점을 부여하거나 혹은 본 발명을 종래 기술과 차별화하기에 충분하다면, 이 일부만을 갖는 적어도 하나의 기능적인 특징 우선(preference)을 포함한다.
우선, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 장치(1)의 제1 실시예를 설명한다.
장치(1)는 스테레오리소그래피 장치이다.
장치(1)는 중첩되어 있는 몇 개의 레이어들에 대한 리소그래피에 의해 (시제품과 같은) 체적 물체를 제조하도록 구성되어 있다.
장치(1)는 경화 방사선의 작용 하에 경화되도록 구성된 감광성 또는 광반응성 재료로 된 레이어를 작업 체적 내에 수용하도록 구성된 수납 받침(receptacle)(2)을 포함한다.
경화 방사선은 일반적으로 가시광(380 내지 780 나노미터 파장) 또는 훨씬 바람직하게는 자외선광(355 내지 385 나노미터 파장)으로 이루어진 전자기 방사선이다.
감광성 재료는 반드시 액체일 필요는 없다. 감광성 재료는 경화 방사선의 작용 하에 경화되도록 구성된 액체, 페이스트, 겔 또는 임의의 연성 재료이다. 예를 들어, 상용 레퍼런스(commercial reference)가 Innovation Meditech FotoMed.LED A/Pattern/Flex 70인 수지가 감광성 재료로 사용될 수 있다. 예를 들어 옵토폼(OptoForm) 공정용으로 2000년에 개발된 재료에 기반한 금속 또는 세라믹 충전재를 구비한 페이스트도 또한 고려될 수 있다.
수납 받침(2)은 저장조(reservoir)(예를 들어 감광성 재료가 액체인 경우) 또는 트레이나 플레이트(예를 들어 감광성 재료가 겔이나 페이스트인 경우)일 수 있고, 또는 심지어 그릴(예를 들어 감광성 재료가 본질적으로 유동하지 않는 페이스트인 경우)일 수도 있다.
장치는 또 마스크(3)와, 경화 방사선을 방출하도록 구성된 방출원(4)을 포함한다.
방출원(4)은 주로 렌즈(28)에 또는 렌즈(28)들의 세트에 결합된다.
방출원(4)은 일반적으로 상용 레퍼런스가 Nichia NLBU21P02인 파워 엘이디로 이루어진다.
마스크(3)는, 예를 들어,
- 액정 픽셀들로 이루어지고, 각각의 픽셀이 해당 픽셀의 액정 상태에 따라 조사되는(경화 방사선에 대해 투명함) 액정 스크린(3a)(도 6), 또는
- 가동형 미러들로 된 그리드로 이루어지고, 각각의 가동형 미러가 이 가동형 미러의 자세에 따라 조사되거나 혹은 꺼지는 마스크(3)의 픽셀에 상응하는 칩(3b)(예를 들어 XGA 또는 1080p 형의 "디지털 광 프로세서(DLP: Digital Light Processor)")(도 7)일 수 있다.
따라서 마스크(3)는 픽셀들을 포함한다. 마스크(3)와 방출원(4)은 함께
- 방출원(4)으로부터 나오는 경화 방사선의, 마스크(3)(예를 들어 DLP칩)에 의한, 반사에 의해서, 또는
- 방출원(4)으로부터 나오는 경화 방사선의, 마스크(3)(예를 들어 액정 스크린)를 통한, 투과에 의해서
마스크에 의해 만들어지는 투영 이미지(5)를 생성하도록 배치되어 있다.
마스크(3)의 픽셀들 각각의 조사된 상태 또는 꺼진 상태는 경화 방사선에 의해 각각 조사되거나 혹은 조사되지 않는 투영 이미지(5)의 픽셀에 상응한다.
마스크(3)와 방출원(4)은 헤드(12)의 내부에 모여 있다.
헤드(12)는 일반적으로 직사각형인 (금속) 프레임(29) 내부에 설치되어 있다.
장치(1)는 또한 투영 이미지(5)를 초점을 맞춰서 작업 체적 내의 피조사 평면(9)으로 투영하기 위한 수단들(6, 7, 8)을 포함한다. 이 투영 수단들(6, 7, 8)은 투영 이미지를 피조사 평면(9) 내에서 제2 변위 방향(11)을 따라 변위시키기 위한 수단(8)을 포함한다.
제2 변위 방향(11)은 제1 방향(10)과 다르고 제1 방향(10)과 중첩되지 않는다(즉, 평행하지 않다). 바람직하게는, 제2 변위 방향(11)은 제1 방향과 직교한다. 이 두 변위 방향들(10, 11)은 피조사 평면(9) 내에 포함되어 있다.
따라서 헤드(12)에 의해 만들어진 투영 이미지(5)는 피조사 평면(9)의 각기 다른 두 방향들로 변위될 수 있다. 이렇게, 이 이미지(5)를 두 방향들로 변위시키는 것에 의해, 평면(9)의 희망하는 영역을 커버할 수 있다.
투영 이미지를 제2 변위 방향(11)을 따라 변위시키기 위한 수단(8)은 일반적으로 이 제2 방향(11)을 따라 연장하는 한 개 또는 몇 개의 (금속) 바(13)와, 마스크(3) 및 방출원(4)(정확히는 헤드(12), 더 정확히는 프레임(29))을 바(13)를 따라 그리고 이에 따라 이 제2 방향(11)을 따라 변위시키도록 배치되어 있는 모터(14)를 포함한다. 모터(14)는 프레임(29)이 적어도 한 개의 바(13)를 따라 활주이동하게 한다.
투영 이미지(5)를 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단들(6, 7)은,
- 피조사 평면(9)과 (영이 아닌) 각도(17)를 형성하는 경사진 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 변위시키기 위한 수단(7),
- ○ 피조사 평면(9)을 향해 마스크(3)에 의해 만들어진 투영 이미지(5)를 반사시키고,
○ 이에 따라 "피조사 평면(9)과 각도(17)를 형성하는 경사진 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동"을 "피조사 평면(9)에 포함된 제1 변위 방향(10)을 따르는 피조사 평면(9) 위에서의 투영 이미지(5)의 변위"로 변환시키도록 구성된 미러(6)를 포함한다.
다시 말해,
- 마스크(3)에 의해 만들어진 이미지(5)가 피조사 평면(9)에 대해 성분(15)의 경사진 운동을 갖는다는 점과,
- 마스크(3)에 의해 생성되는 이미지(5)가 피조사 평면(9)을 향하는 투영 이미지(5)로 반사되도록 미러를 향해 투영된다는 점이 조합되어, 투영 이미지(5)의 피조사 평면(9) 위에서의 변위가 이루어진다.
그리고, 이 변위는 제1 방향(10)으로 이루어진다.
피조사 평면(9)에 포함된 제1 방향(10)은 일반적으로 헤드(12)에 의한 발광 방향이다. 변형례로서, 방향(10)은 헤드(12)에 의한 발광 방향으로의 성분을 포함하는 평면(9)의 방향일 수 있다.
바람직하게는, 마스크(3)의 변위는 마스크(3)의 미러(6)에 대한 변위를 포함하고, 마스크(3)를 변위시키기 위한 수단(7)은 상기 마스크(3)를 미러(6)에 대해 변위시키도록 구성되어 있다.
본 명세서에서는 마스크(3)의 변위가 마스크를 일체형 부품으로 포함하는 헤드(12)의 변위와 동일한 것으로 명시되어 있다.
마스크(3)를 떠난 후에 그리고 피조사 평면(9)에 도달하기 전에, 투영 이미지(5)가 형성(치수화, 초점 등)된다. 특히, 마스크를 떠나서 미러(6)에 이르기 전에, 투영 이미지(5)는 투영 이미지(5)를 형성(치수화, 초점 등)하는 대물렌즈(18)(헤드(12)의 일체형 부품) 내부에 있는 몇 개의 렌즈들을 통과한다.
경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 변위시키기 위한 수단(7)은 마스크(3)를 경사 축선(16)을 따라, 즉 성분(15) 외에는 운동 성분 없이 변위시키도록 구성되어 있다.
경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 변위시키기 위한 수단(7)은 예를 들어 모터(30), 전송 시스템(31)(일반적으로 벨트를 포함함), 적어도 한 개(바람직하게는 두 개)의 균형추(32, 33) 및 바(34)(일반적으로 금속)를 포함한다. 바(34)는 프레임(29)의 일체형 부품이다. 바(34)는 경사 축선(16)과 종방향으로 평행하게 연장하거나 혹은 바람직하게는 피조사 평면과 직교한다. 헤드(12)는 바(34) 위에 설치되고, 이 바(34)를 따라 변위될 수 있다. 모터(30)는 헤드(12)를 이 바(34)를 따라 이동시키도록 구성되어 있다. 전송 시스템(31)은 마스크(3) 또는 헤드(12)의 축선(16)을 따르는 방향(상방 또는 하방)으로의 운동 중에 각각의 평형추(32, 33)를 반대 방향(각각 하방 또는 상방)으로 변위시키도록 구성되어 있다.
도 4에 도시되어 있는 것처럼, 경사 축선(16)은 피조사 평면(9)과 직각(17)을 이룬다. 다시 말해, 경사 축선은 피조사 평면과 직교한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 투영 이미지(5)를 수평한 피조사 평면(9) 내에서 변위시키기 위해, 마스크(3)가 수직으로 변위되고, 이에 따라 비교적 무거운 헤드(12)가 수직으로 변위된다. 다시 말해, 마스크(3)가 자중 방향으로 변위되고, 이에 따라 헤드(12)가 자중 방향으로 변위된다. 이러한 방안은 기계적으로 매우 안정적이며, 공간 리소그래피 해상도가 더욱 양호해질 수 있다. 사실, 종래 기술에 따르면, 헤드 및 그 마스크가 수평 바를 따라 수평으로 변위될 때, 바가 헤드의 중량 때문에 휘어질 수 있고, 헤드의 위치 결정에 문제가 발생되고 이에 따라 투영 이미지에 문제가 생길 수 있으며, 헤드 및 투영 이미지의 배향에 있어서 반복성의 문제가 발생될 수 있으며, 이에 따라 각 레이어의 리소그래피의 공간 해상도의 문제가 발생될 수 있다.
장치(1)는 또한, 본 발명의 특수한 경우에는 마스크(3)를 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3)의 운동에 동기시켜 변경하기 위한 수단을 포함하는, (문서 EP 1,344,633에 개시된 작업 원리에 기초하여) 평면(9) 내의 투영 이미지(5)를 투영 이미지(5)의 제1 방향(10)으로의 변위에 동기시켜 변경하기 위한 수단도 포함한다. 이들 통신 수단은 일반적으로 희망하는 이미지 및 피조사 평면(9) 내에서의 투영 이미지(5)의 현재 위치(즉 축선(16)을 따르는 헤드(12)의 위치 또는 마스크(3)의 위치)에 따라 투영 이미지(5)를 계산하도록 구성된 (프로세서, 및/또는 아날로그 및/또는 디지털 회로, 및/또는 중앙 연산 장치, 및/또는 소프트웨어 수단을 포함하는) 계산 수단 또는 제어 수단을 포함한다.
계산 및 제어 수단은 추가적으로 장치(1)의 모든 모터들을 제어하도록 구성되어 있다.
미러(6)는, 투영 이미지(5)를 반사하도록 구성되고 피조사 평면(9)에 대해 45° 플러스 또는 마이너스 10°(바람직하게는 플러스 또는 마이너스 1°)의 각도(20)로 경사져 있는 반사면(19)을 구비한다.
투영 이미지(5)를 투영하기 위한 수단들(6, 7, 8)은, 마스크(3)와 미러(6) 사이에서 투영 이미지(5)가 피조사 평면(9)과 평행하게 진행하도록 해당 이미지를 투영하도록 구성되어 있다.
투영 이미지(5)를 투영하는 수단들(6, 7, 8)은, 미러(6)와 피조사 평면(9) 사이에서 투영 이미지가 피조사 평면(9)과 직교하게 진행하도록 해당 이미지를 투영하도록 구성되어 있다.
마스크(3)는 평면형이다. 마스크(3)의 평면(DLP 칩 또는 액정 스크린의 평면)은 피조사 평면(9)과 평행하지 않고, 피조사 평면(9)에 대해 각도(21)를 이루며 바람직하게는 직교한다.
투영 이미지(5)를 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단들(6, 7)은 투영 이미지(5)의 이미지를 평면(9) 내에서 몇 개의 평행한 선들(22 내지 24)(도면들에는 너무 많지 않게 단 세 개의 선들만을 도시하였음)을 따라 연속적으로 변위시키도록 구성되어 있다.
투영 이미지(5)를 제2 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단(8)은, 평면(9) 내에서 각 완료선(finished line)(22 또는 23)의 끝에 있는 투영 이미지를 완료선과 평행한 각각의 다음선(following line)(23 또는 24)을 향해 오프셋시키도록 구성되어 있고, 이에 따라,
- 완료선(22)을 따르는 피조사 평면(9) 위의 투영 이미지(5)의 위치(25)가 다음선(23)을 따르는 피조사 평면(9) 위의 투영 이미지(5)의 위치(26)와 접하거나(완료선(22)을 따르는 위치(25)에서의 투영 이미지(5)의 가장자리가 다음선(23)을 따르는 위치(26)에서의 투영 이미지(5)의 가장자리에 닿지만, 완료선(22)을 따르는 피조사 평면(9) 위의 투영 이미지(5)의 위치(25)가 다음선(23)을 따르는 피조사 평면(9) 위의 투영 이미지(5)의 위치(26)와 중첩되지는 않음을 의미함), 혹은
- 완료선(23)을 따르는 피조사 평면(9) 위의 투영 이미지(5)의 위치(26)가 다음선(24)을 따르는 피조사 평면(9) 위의 투영 이미지(5)의 위치(27)와 부분적으로 중첩된다.
몇 개의 레이어들을 중첩시키는 것에 의해 물체를 삼차원으로 제조하기 위해, 투영 이미지(5)를 피조사 평면(9) 위에 초점을 맞춰 투영하기 위한 수단들(6, 7, 8)은 투영 이미지(5)를, 일반적으로 대물렌즈(18)를 조정하는 것에 의해, 평행하고 작업 체적 내에 포함되어 있는 각기 다른 적절한(possible) 피조사 평면들(9, 9', 9") 위에 초점을 맞춰 투영할 수 있도록 구성되어 있다.
그러면, 장치(1)에서 실행되는, 스테레오리소그래피에 의한 체적 물체 또는 제품을 위한 본 발명에 따른 제작 방법은 다음의 단계들을 포함한다.
a) 경화 방사선의 작용 하에 경화되도록 구성된 감광성 재료로 된 레이어를 작업 체적 내에 공급하는 단계,
b) 경화 방사선을 방출하는 방사선 방출원(4) 및 방출원(4)으로부터 방출되는 경화 방사선을 반사하거나 혹은 투과시키는 마스크(3)에 의해, 마스크(3)를 떠나는 투영 이미지(5)를 생성하는 단계,
c) 투영 이미지(5)를 재료 레이어의 피조사 평면(9) 위에 초점을 맞춰 투영하는 단계,
d) 평면(9) 내의 투영 이미지(5)를 수단들(6, 7)에 의해 제1 변위 방향을 따라 변위시킨 다음, 바람직하게는 비동시적으로, 평면(9) 내의 투영 이미지(5)를 수단(8)에 의해 제2 변위 방향을 따라 변위시키는 단계.
투영 이미지(5)를 제1 방향(10)을 따라 변위시키기 위해,
- 마스크(3)가 피조사 평면과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 변위되고, 마스크(3)와 미러(6) 사이에서는, 투영 이미지(5)가 피조사 평면(9)과 평행하게 진행되고, 그리고
- 이 "경사진 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3) 운동"이 마스크(3)에 의해 만들어진 투영 이미지(5)를 피조사 평면(9)을 향해 반사하는 미러(6)에 의해 "제1 변위 방향(10)을 따르는 피조사 평면(9) 내에서의 투영 이미지(5)의 변위"로 변환된다.
제1 방향을 따르는 변위 중에, 투영 이미지(5)는 평면(9) 내에서의 제1 방향으로의 투영 이미지(5)의 변위에 동기되어 (계산 및 제어 수단에 의해) 변경되고, 이러한 이미지(5)의 변경은 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에서의 마스크(3)의 변위에 동기되는 마스크(3)의 변경에 의해 이루어진다.
따라서, 투영 이미지(5)는 평면(9) 내에서 제1 변위 방향(10)을 따라 각기 다른 평행한 선들(22, 23, 24)을 따라 연속적으로 변위되고, 투영 이미지(5)는 평면(9) 내에서 제2 변위 방향(11)을 따라 변위되어 각 완료선(22, 23)의 끝에 있는 투영 이미지(5)를 완료선과 평행한 각각의 다음선(23, 24)을 향해 오프셋시킨다.
단계 a) 내지 단계 d)가 광감성 재료로 된 몇 개의 중첩된 레이어들에 대해 반복됨으로써 물체를 삼차원으로 제조하게 된다.
도 8을 참조하여 본 발명에 따른 장치(100)의 제2 실시예를 설명하는데, 장치(1)의 제1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명한다. 특히 특징들, 공통의 참조 부호 및 실행되는 방법은 다시 전반적으로 설명하지 않는다.
장치(100)에서, 바(34)는 경사 축선(16)과 평행하게 종방향으로 연장하지는 않지만, 여전히 피조사 평면(9)과 직교하게 연장하고 있다.
장치(100)에서, 축선(16)은 이전과 같이 피조사 평면(9)에 대해 경사져 있다. 즉, 경사 축선은 피조사 평면(9) 내에 포함되지 않거나 혹은 피조사 평면(9)과 평행하지 않다. 한편, 축선(16)은 피조사 평면(9)과 직교하지 않는다.
도 8은 마스크(3) 또는 헤드(12)의 다음과 같은 두 개의 위치들을 도시하고 있다.
- 평면(9) 내에서의 선(23)을 따르는 이미지(5)의 변위를 위한 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3)의 운동의 시작 시의 마스크(3) 또는 헤드(12)의 제1 위치(35)(해칭되어 도시된 헤드(12)의 부분), 및
- 평면(9) 내에서의 동일한 선(23)을 따르는 이미지(5)의 변위를 위한 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3)의 운동의 종료 시의 마스크(3) 또는 헤드(12)의 제2 위치(35)(해칭되지 않은 채 도시된 헤드(12)의 부분).
제1 변위 방향(10)을 따라 피조사 평면(9) 내에서 투영 이미지(5)를 변위시키기 위한 수단들(6, 7)이, 동일한 시간 간격에서, 투영 이미지(5)가 피조사 평면(9) 내에서 제1 변위 방향(10)을 따라 이동한 거리(37)가 마스크(3)(또는 헤드(12))가 피조사 평면(9) 내에서 제1 변위 방향(10)을 따라 이동한 거리(38)보다 크도록 구성된다는 점에 유의해야 한다.
경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 변위시키기 위한 수단(7)이, 상기 운동이 두 개의 직교하는 성분들, 즉
- 피조사 평면(9)과 직교하는 제1 성분(39)과,
- 피조사 평면(9)과 평행하고, 바람직하게는 더 정확히는 제1 변위 방향(10)과 평행한 제2 성분(40)으로 나누어지도록 구성된다는 점에 유의해야 한다.
이를 위하여, 제2 실시예의 이 예에서는, 프레임(29)이 제1 변위 방향(10)을 따라 종방향으로 연장하는 적어도 하나의 바(41)를 따라 모터에 의해 변위되도록 구성되어 있다.
또한, 제1 실시예는, 마스크(3)(또는 헤드(12))가 항상 적어도 부분적으로(성분(39)) 그 자중의 수직 축선을 따라 변위되어 이미지(5)를 평면(9) 내에서 수평으로 변위시키기 때문에, (비록 약간의 성능 저하는 있지만) 안정성 개선, 진동 감소, 위치 결정 반복성의 개선 및 리소그래피 해상도 개선이라는 장점들이 항상 존재한다.
당연히, 본 발명은 지금까지 설명한 예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않으면서 이 예들에 많은 변경이 가해질 수 있다.
당연히, 본 발명의 각기 다른 특징들, 형태들, 변형례들 및 실시예들이 서로 호환되거나 양립될 수 있는 한도 내에서 다양한 조합에 따라 서로 결합될 수 있다.

Claims (19)

  1. a) 경화 방사선의 작용 하에 경화되도록 구성된 감광성 재료로 된 레이어를 작업 체적 내에 공급하는 단계;
    b) 마스크(3)와 방사선 방출원(4)을 통해 상기 마스크를 떠나는 투영 이미지(5)를 생성하는 단계;
    c) 투영 이미지(5)를 재료 레이어의 피조사 평면(9) 위에 투영하는 단계;
    d) 피조사 평면(9) 내의 투영 이미지(5)를 제1 변위 방향(10)으로 변위시키고, 피조사 평면(9) 내의 투영 이미지(5)를 제1 방향과 함께 피조사 평면(9) 내에 포함되되 제1 변위 방향(10)과 다르고 제1 변위 방향 위에 중첩되지 않는 제2 변위 방향으로 변위시키는 단계를 포함하는 리소그래피에 의해 체적 물체를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    투영 이미지를 제1 변위 방향(10)을 따라 변위시키기 위해,
    - 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)가 변위되고, 그리고
    - 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 이러한 마스크(3)의 운동이, 마스크(3)에 의해 만들어진 투영 이미지(5)를 피조사 평면(9)을 향해 반사하는 미러(6)를 이용하여 투영 이미지를 피조사 평면(9) 위에서 피조사 평면(9) 내에 포함된 제1 변위 방향(10)을 따라 변위시키는 것에 의해 변환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 변위시키기 위해, 마스크(3)가 경사 축선(16)을 따라 변위되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    경사 축선(16)이 피조사 평면(9)과 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 방향(10)을 따르는 변위 중에, 투영 이미지의 제1 방향으로의 변위와 동기된 투영 이미지의 동적 변경을 포함하며,
    이러한 이미지 변경은 경사 축선을 따르는 성분을 갖는 마스크의 운동에 따른 마스크의 변위와 동기된 마스크의 동적 변경에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    미러(6)가, 투영 이미지를 반사하도록 구성되고 피조사 평면에 대해 45° 플러스 또는 마이너스 10°의 각도(20)로 경사져 있는 반사면(19)을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    마스크(3)와 미러(6) 사이에서, 투영 이미지가 피조사 평면(9)과 평행하게 진행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    마스크(3)가 피조사 평면(9)과 평행하지 않으며, 바람직하게는 직교하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 이미지(5)가 피조사 평면(9) 내에서 몇 개의 평행선들(22, 23, 24)을 따라 연속으로 제1 변위 방향(10)을 따라 변위되고, 각 완료선의 끝에 있는 투영 이미지를 완료선과 평행한 다음선을 향해 오프셋시키도록 투영 이미지가 제2 변위 방향(11)을 따라 변위되고, 이에 따라 완료선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치가 다음선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치와 접하거나 혹은 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    중첩되어 있는 몇 개의 감광성 재료 레이어들 위에서 상기 단계들이 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 얻어지는 제품.
  11. - 재료 레이어를 작업 체적 내에 수용하도록 구성된 용기(2),
    - 마스크(3) 및 방사선 방출원(4)으로, 함께 마스크를 떠나는 투영 이미지(5)를 생성하도록 구성된 마스크 및 방사선 방출원,
    - 투영 이미지를 작업 체적 내의 피조사 평면(9) 위에 투영하기 위한 수단들(6, 7, 8)로서, 투영 이미지를 피조사 평면 내에서 제1 변위 방향(10)을 따라 변위시키기 위한 수단들(6, 7), 및 투영 이미지를 피조사 평면 내에서 제1 변위 방향(10)과 다르고 제1 변위 방향 위에 중첩되지 않는 제2 변위 방향(10)을 따라 변위시키기 위한 수단(8)을 포함하는 수단들을 포함하는, 리소그래피에 의해 체적 물체를 제조하기 위한 장치(1; 100)에 있어서,
    투영 이미지를 제1 변위 방향(10)을 따라 변위시키기 위한 수단들(6, 7)이,
    - 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크를 변위시키기 위한 수단(7)과,
    - 마스크(3)에 의해 만들어진 투영 이미지(5)를 피조사 평면(9)을 향해 반사하고, 피조사 평면(9)과 각도(17)를 이루는 경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3)의 운동을 피조사 평면(9) 내에 포함된 제1 변위 방향(10)을 따르는 피조사 평면(9) 위에서의 투영 이미지(5)의 변위로 변환시키도록 구성되어 있는 미러(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 운동에 따라 마스크(3)를 변위시키기 위한 수단(7)이 마스크(3)를 경사 축선(16)을 따라 변위시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    경사 축선(16)이 피조사 평면(9)과 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    경사 축선(16)을 따르는 성분(15)을 갖는 마스크(3)의 운동과 동기시켜 마스크(3)를 동적으로 변경하기 위한 수단을 포함하는, 투영 이미지(5)의 제1 방향(10)으로의 변위와 동기시켜 투영 이미지를 동적으로 변경하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    미러(6)가, 투영 이미지를 반사하도록 구성되고 피조사 평면에 대해 45° 플러스 또는 마이너스 10°의 각도(20)로 경사져 있는 반사면(19)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 이미지를 투영하기 위한 수단들(6, 7, 8)이, 마스크(3)와 미러(6) 사이에서, 투영 이미지가 피조사 평면(9)과 평행하게 진행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    마스크(3)가 피조사 평면(9)과 평행하지 않으며, 바람직하게는 직교하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 이미지(5)를 제1 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단들(6, 7)이, 투영 이미지(5)를 피조사 평면(9) 내에서 몇 개의 평행선들(22, 23, 24)을 따라 연속으로 제1 변위 방향(10)을 따라 변위시키도록 구성되고,
    투영 이미지를 제2 변위 방향을 따라 변위시키기 위한 수단(8)이, 각 완료선의 끝에 있는 투영 이미지를 완료선과 평행한 다음선을 향해 오프셋시키도록 구성되고, 이에 따라 완료선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치가 다음선을 따르는 피조사 평면 위의 투영 이미지의 위치와 접하거나 혹은 부분적으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    투영 이미지를 피조사 평면 내에 투영시키기 위한 수단들(6, 7, 8)이, 평행하고 작업 체적 내에 포함되어 있는 각기 다른 피조사 평면들(9, 9', 9") 위에 투영 이미지를 투영시킬 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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