KR20170007249A - 직접-이미징 시스템의 교정 - Google Patents

Abstract

광학 장치가 작업편을 유지하는 마운트를 포함한다. 광학 헤드의 어레이가 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영 한다. 교정 장치는 각각의 패턴의 이미지를 캡처한다. 교정 장치가 장착된 모션(motion) 어셈블리는 광학 헤드의 어레이와 마운트 사이의 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하여, 상기 상이한 위치 각 각에서 광학 헤드 각 각에 의해 투영된 각각의 패턴을 인터셉트하고 영상화하도록 한다. 프로세서는 장치의 동작을 모니터링하기 위하여 상이한 위치에서 교정 장치에 의해 캡쳐된 이미지를 처리한다.

Description

직접-이미징 시스템의 교정{Calibration of a direct-imaging system}

본 발명은 광학 시스템에 대한 것이며, 특히 다수의 광학 비임으로 작업편을 비추는 시스템의 교정을 위한 방법 및 장치에 대한 것이다.

직접 이미징(DI) 시스템에서, 스캐닝 비임이 사용되어 한 번에 하나 이상의 픽셀로, 포토레지스트와 같은 노출 표면에 이미지를 직접 기록하도록 한다. 본원 발명 기술 분야에서 알려진 시스템에서, 이미지는 저장된 이미지 데이터에 기초하여 스캐닝 비임을 변조함에 의해 생성된다. 변조된 비임은 노출 표면이 스캔 방향으로 진행함에 따라 래스터 패턴(raster pattern)으로 스캔된다.

일부 D1 시스템은 기록 속도를 증가시키기 위해 평행한 다수의 비임을 사용한다. 예를 들면, 미국 특허 7,046,266는 표면에 패턴을 기록하기 위해 스캐닝 방법을 설명하며, 크로스-스캔 방향으로 나란히 표면을 스캔하는, 다수의 독립적으로 어드레스 가능 서브-비임을 포함하는 스캐닝 비임을 제공함을 포함한다. 서비-비임 각각은 기록될 정보를 반영하기 위해 변조되며, 비임은 크로스-스캔 방향으로 연속 스캔에서 겹쳐져서, 기록된 모든 표면 영역이 적어도 두 스캔 동안 기록되도록 한다.

하기 설명되는 본 발명의 실시 예는 광학 조사 시스템(irradiation system)의 교정을 위한 장치와 방법을 제공한다.

따라서 본 발명의 한 실시 예에 따라, 작업편을 고정하도록 구성된 마운트를 포함하는 광학 장치가 제공된다. 광학 헤드의 어레이는 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하도록 구성된다. 교정 장치는 각각의 패턴의 이미지를 캡처하도록 구성된다. 교정 장치가 장착된 모션(motion) 어셈블리는 광학 헤드의 어레이와 마운트 사이의 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하여, 상기 상이한 위치 각 각에서 광학 헤드 각 각에 의해 투영된 각각의 패턴을 인터셉트하고 영상화하도록 구성된다. 한 프로세서가 상이한 위치에서 교정 장치에 의해 캡쳐된 이미지를 처리하여 장치의 동작을 모니터링하도록 구성된다.

한 실시 예에서, 상기 모션 어셈블리가 교정 과정 중에 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하고, 그리고 교정 과정 후 교정 장치를 휴지 위치로 운반하도록 구성되며, 상기 교정 장치가 광학 헤드 어느 것에 의해서도 투영된 패턴을 인터셉트하지 않는다.

상기 광학 헤드는 다수의 평행한 행들로 어레이 되고, 모션 어셈블리(motion assembly)가 교정 장치를 상기 평행한 행들과 평행한 방향과 수직인 방향 모두로 이동시키도록 구성된다.

일정 실시 예에서, 광학 헤드가 작업편을 향하여 각각의 광학 축을 따라 각각의 패턴을 투영하며, 교정 장치가 카메라 광학 축이 광학 헤드의 광학 축과 평행이지 않은 교정 카메라, 그리고 광학 헤드의 광학 축을 인터셉트하고 투영된 패턴을 카메라를 향해 반사시키는 반사체를 포함한다. 일반적으로, 광학 헤드가 작업편에 초평면(focal plane)을 가지며, 교정 카메라가 이미지 센서를 포함하고, 이미지 센서가 광학 헤드의 초평면 내에 위치하도록 반사체와 교정 카메라가 위치한다.

한 실시 예에서, 상기 장치는 등록 표적(registration target)을 포함하며, 이 같은 등록 표적이 광학 헤드의 초평면 내 마운트에 고정되고 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성되며, 등록 표적의 등록 이미지를 캡쳐하도록 위치하는 등록 카메라를 포함하고, 그리고 처리기가 광학 헤드의 각각의 위치를 교정하도록 등록 이미지를 처리하도록 구성된다.

한 실시 예에서, 교정 카메라가 이미지 센서 평면에 직각인 카메라 축을 가지며, 반사체가 투영된 패턴을 반사하도록 구성되어 카메라 축에 경사진 편향 축을 따라 이미지 센서에 충돌하도록 한다. 모션 어셈블리가 편향 축을 횡단하는 방향으로 교정 카메라를 이동하도록 구성되어서, 상기 교정 카메라가 다수의 횡단 위치에서 광학 헤드 각 각으로부터 투영된 패턴의 이미지를 캡쳐하도록 하고, 처리기가 다수의 횡단 위치에서 캡쳐된 이미지를 처리하도록 구성되어 투영된 패턴의 초점 특성을 평가하도록 한다.

일반적으로, 각각의 패턴이 패턴 픽셀 크기에 의해 특징이 되며, 교정 장치가 교정 카메라를 포함하고, 교정 카메라가 패턴 픽셀 크기보다 크지 않은 이미지 픽셀 크기를 갖는 패턴의 이미지를 형성하도록 구성된다.

추가로 또는 선택적으로, 교정 장치가 투영된 방사선의 세기를 측정하도록 구성된, 파워 미터를 더욱 포함한다.

본 발명의 한 실시 예에 따라. 작업편을 고정하도록 구성된 마운트를 포함하는 광학 장치가 또한 제공된다. 광학 헤드의 어레이는 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하도록 구성된다. 소거 가능 광 변색(erasable photochromic) 엘리먼트를 포함하는 등록 표적(registration target)은 마운트 상에 위치하며 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성된다. 등록 카메라는 등록 표적의 이미지를 캡쳐하도록 위치한다. 프로세서는 작업편과 관련하여 광학 헤드에 의해 투영된 패턴의 각각의 위치를 교정하도록 이미지를 처리하도록 구성된다.

본 발명의 한 실시 예에 따라, 작업편을 고정하는 마운트, 그리고 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하는 광학 헤드의 어레이를 포함하는 광학 장치의 교정 방법이 제공된다. 상기 방법은 교정 장치를 사용하여, 광학 헤드에 의해 투영된 각각의 패턴 이미지를 캡쳐함을 포함한다. 상기 교정 장치는 광학 헤드의 어레이와 마운트 사이의 다수의 상이한 위치 사이에서 운반되어, 교정 장치가 상기 상이한 위치 각 각에서 광학 헤드 각 각에 의해 투영된 각각의 패턴을 인터셉트하고 영상화하도록 한다. 상이한 위치에서 교정 장치에 의해 캡쳐된 이미지는 상기 장치의 동작을 모니터링 하도록 처리 된다.

본 발명의 한 실시 예에 따라, 작업편을 고정하는 마운트, 그리고 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하는 광학 헤드의 어레이를 포함하는 광학 장치의 교정 방법이 제공된다. 상기 방법은 마운트 상에 등록 표적을 위치시키고, 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성된 소거 가능 광 변색(erasable photochromic) 엘리먼트를 포함한다. 등록 표적의 이미지가 캡쳐되며 그리고 작업편과 관련하여 광학 헤드에 의해 투영된 패턴의 각각의 위치를 교정하도록 처리된다.

상기 방법은 이미지를 캡쳐한 후 광 변색 엘리먼트를 소거하고 재사용함을 포함한다.

본 발명은 도면을 참고로 한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명료하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라, 교정 장치를 갖는 멀티-헤드 직접-영상 (D1) 머신의 개략적 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시 예에 따라, 멀티-헤드(D1) 머신 내 광학 브리지를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 4는 도 2의 광학 브리지 평면 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 에에 따라, 광학 헤드와 교정 장치의 개략적 도면이다.
도 6은 도 5 교정 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라, 멀티-헤드(D1) 머신의 교정 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.

생산 분야에서 처리량을 증가시키기 위해, DI 시스템은 다수의 비임으로 동시에 기록할 수 있다. 이 같은 비임은 단일 광학 헤드에 의해 생성되거나, 기록 속도를 더욱 높이기 위해, 각각이 자신의 방사선 소스를 갖는 다수의 광학 헤드에 의해 생성될 수 있다. 단일 헤드에서 조차 고장이 있게 되면 수리가 될 때까지 전체 머신이 사용될 수 없으므로, 멀티-=헤드 머신은 고장에 민감하다. 따라서 이 같은 머신은 온-보드 진단을 포함하여, 고장을 검출하고 분류하도록 하며 필요시에는 부품을 교체할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

하기 설명되는 본 발명의 실시 예는 상기 필요를 충족하는 D1 머신을 위한 온-보드 교정 장치를 제공한다. 상기 교정 장치는 다수 광학 헤드의 성능을 모니터하고 또한 광학 헤드의 온-머신 정렬 및 조정을 가능하게 한다(적절한 이미지 크기, 위치, 초점 및 조명 특성을 위해). 교정 장치는 머신 통합 동안 그리고 필드에서의 서비스를 위해 사용될 수 있다. 교정 장치는 이미지 위치 이동 및 파워 저하와 같은, 광학 헤드 내 작은 고정의 자동 보정을 지원하여서, 정상적인 머신 동작을 거의 간섭하지 않거나 전혀 간섭하지 않고 머신 성능을 유지할 수 있도록 한다. 본 발명의 일정 실시 예는 멀티-헤드 D1 머신과 같은 광학 장치를 제공하며, 마운트가 작업편을 고정하고, 광학 헤드의 어레이가 방사선 각각의 패턴을 작업편으로 투영한다. 패턴 각각의 이미지를 캡쳐하도록 구성된 교정 장치는 광학적 헤드의 어레이와 마운트 사이의 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하는, 모션 어셈블리 상에 장착된다. 위치 각 각에서, 교정 장치는 상이한 광학 헤드에 의해 투영된 각각의 패턴을 인터셉트하고 영상화한다. 처리기는 이들 이미지를 처리하여 장치의 동작을 모니터한다.

일반적으로, 교정 과정이 있은 후, 모션 어셈블리는 교정 장치를 휴지 위치로 운반하며, 여기서 쿄정 장치가 광학 헤드 어느 것에 의해 투영된 패턴을 인터셉트 하지 않는다. 교정 장치는 광학 헤드가 이들의 이미지를 작업편으로 투영하는 동안 휴지 위치에 있으며, 따라서 장치의 정상 동작을 간섭하지 않는다. 교정 및 모션 어셈블리는 다음에 장치의 오퍼레이터에 의해 또는 처리기에 의해 자동으로, 작업편의 처리 사이에 필요한 때 작동되어서, 광학 헤드의 교정과 동작을 검사하도록 한다.

일정 실시 예에서, 교정 장치는 카메라 광학 축이 광학 헤드의 광학 축과 평행이지 않은(예를 들면 수직인) 교정 카메라를 포함한다. 반사체는 광학 헤드의 광학 축을 인터셉트하고 투영된 패턴을 카메라를 향해 반사시킨다. 일반적으로, 교정 카메라는 이미지 센서를 포함하며, 반사체와 교정 카메라는 이미지 센서가 광학 헤드의 초평면 내에 위치하도록, 즉 작업편 자체로서 광학 헤드로부터 동일한 광학 거리에 위치하도록 위치가 정해진다.

반사체는 투영된 패턴의 방향을 바꾸도록 방향이 정해져서, 이들이 카메라 축에 대하여 기울어진 방향이 바뀐 축을 따라 이미지 센서에 충돌하도록 한다. 다음에 모션 어셈블리가 카메라를 이동시키며, 카메라가 방향이 바뀐 축에 대하여 횡단 방향으로 분배된 다수의 위치에서 광학 헤드 각각으로부터 투영된 패턴의 이미지를 캡쳐하도록 한다. 이 같은 배치는 처리기가 투영된 패턴의 초점 특성을 평가할 수 있도록 한다. 다시 말해서, 축에 대한 카메라의 횡단 이동에 의해, 처리기가 투영된 패턴을 3차원으로 맵핑할 수 있으며, 즉 초평면 내 패턴의 횡단 분배 그리고 이 같은 평면에 수직인, 초점 축을 따라 측면 변동 모두를 평가하도록 한다.

일정 실시 예에서, 등록 표적(registration target)이 광학 헤드의 초평면 내 마운트에 고정된다. 상기 등록 표적은 광학 헤드로부터 비임에 의해 조사되는 때 가령, 광색성에 의해 어둡게 함에 의해, 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답한다. (광색성 재료는, 이들이 간단히 가열에 의해 재사용하기 위해 지워질 수 있기 때문에 이 같은 목적에 바람직하다; 그러나 다른 방사선-응답 표적이 선택적으로 사용될 수 있기도 하다.) 광학 헤드에 대하여 알려진 위치에 위치하는 등록 카메라는, 등록 표적의 이미지를 캡쳐한다. 처리기는 이들 이미지를 처리하여 광학 헤드에 의해 투영된 패턴의 위치 각각을 교정하도록 하고 따라서 헤드 위치와 방향의 편차를 보정하도록 한다.

등록 표적 그리고 카메라는 서로 독립적으로 또는 상기 설명된 교정 장치와 협력하여 사용될 수 있다. 후자의 경우, 교정 카메라 그리고 등록 카메라 모두는 광학 헤드의 초평면에 있는 이미지를 초평면 내 교정 카메라의 이미지 센서로 캡쳐하며, 등록 카메라는 초평면 내에 위치하는, 물체-등록 표적-에 충돌한다. 교정 장치 및 등록 어셈블리(표적 및 카메라)는 따라서 광학 헤드 정렬 및 성능의 완전하고 정확한 픽쳐를 제공하며 어떠한 편차에 대해서도 신속하게 진단하고 보정 할 수 있도록 한다.

비록 본원 명세서에서 설명된 실시 예가 일정 타입과 구성을 갖는 D1 머신에 한정하여 설명하고 있으나, 이 같은 실시 예 원리에 기초한 교정 및 등록은 표면으로 패턴을 갖는 방사선을 투영함에 의해 동작하는 다른 종류의 광학 장치에서도 유사하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따라, 교정 장치(32)를 갖는 멀티-헤드 직접-이미징(D1) 머신(20)의 개략적인 도면이다. 머신(20)은 도면에서 표시된 바와 같이 Y-방향을 따라 패널(22)을 운반하는, 이동가능 테이블(24) 상에 장착된 패널(22) 상에 패턴을 기록한다. (정상적인 동작 시, 패널(22) 그리고 테이블(24)은 폐쇄 도어에 의해 커버되며, 그러나 이들 도어는 패널과 테이블을 도시하기 위해 본 도면에서 생략된다.) 패널(22)은, 예를 들면, 머신(20)에 의해 노출된, 포토레지스트 층으로 덮힌 유전체 기판을 포함한다. 본 실시 예에서는, 패널(22)이 작업편이고 테이블(24)은 마운트로 작용한다.

패널(22) 상에 기록하기 위해, 머신(20)은 고정된 브리지(28) 상에서 테이블(24) 위에 장착된 다수의 광학 헤드(26)를 포함한다. 광학 헤드(26)는 다수의 평행한 행들로 배열된다. 예를 들면, 머신(20)에서, 12개의 헤드가 두 개의 지그재그 행으로 배열되며, 각각 6개의 헤드를 갖는다. 그러나 이 같은 이 같은 실시 예의 원리는 적절한 기하학적 배열을 가진 더욱 많은 수의 또는 더욱 적은 수의 헤드를 갖는, 다른 광학 헤드 어레이에도 똑같이 적용될 수있다.

광학 헤드 각각은 패널(22)로 패턴이 만들어진 이미지를 발생시키고 투영한다. 이 같은 목적으로, 예를 들면 헤드는 패턴 그리고 적절한 투영 광학장치를 만들기 위해 다룰 수 있는 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)를 갖는 광원으로서 고밀도 발광 다이오드(LED)를 포함한다. 선택적으로, 헤드(26)는 레이저 다이오드 또는 자외선 램프와 같은 다른 종류의 광원을 포함할 수 있다. 그러나 광 헤드의 디자인과 세부적인 기능은 본원 발명의 범위에 속하지 않는다. 또한, 본원 발명의 원리는 마찬가지로 다른 종류의 광원과 이미징 매트릭스에 유사한 방식으로 적용될 수 있으며, 비임을 이미지 영역 위로 스캔함에 의해 광학 헤드가 각각의 패턴을 투영하는 메신으로도 유사하게 적용가능하다.

테이블(24)이 브리지(28) 아래로 패널(22)을 운반하는 때, 광학 헤드(26)에 의해 투영된 패턴이 계속해서 변경되어서 패널에 요구된 전체 노출을 생성하도록 한다. 이 같은 실시 예에서 12개의 광학 헤드가 이웃하는 헤드 사이에서 작은 오버랩을 가지며 전체 패널 폭을 커버 하여서, 전체 패널이 한 번의 통과로 노출될 수 있도록 한다. 패널(22) 위에서, 등록 어셈블리(30)는 하나 이상의 등록 카메라(도 2-4에서 도시된)를 포함하며, 이 같은 등록 카메라는 패널 상에서 이미 발생된 패턴을 영상화하도록 사용되어서, 헤드(26)에 의해 투영된 패턴이 패널 상의 기존 패턴과 정렬될 수 있도록 한다. 등록 어셈블리(30)가 또한 사용되어서 다음 도면관련 설명에서와 같이, 헤드(26)의 정렬을 교정할 목적으로 테이블(24) 상에서 정렬 표적을 영상화 하도록 한다.

처리기(34)는 본원 명세서에 설명된 교정 과정의 수행을 포함하여 머신(20)의 동작을 조정한다. 일반적으로, 처리기(34)는 이들 기능을 수행하기 위해 소프트웨어 프로그램된 적절한 인터페이스를 갖는 마이크로프로세서를 포함한다. 선택적으로, 이들 제어 및 교정 기능은 분리된, 오프-보드 계산 및 제어 유닛(도시되지 않음)에 의해 수행될 수 있다(도시되지 않음). 전원(36)은 광학 헤드(26) 및 머신(20))의 다른 컴포넌트로의 전기적 파워를 제공한다.

도 2-4는 본 발명의 실시 예에 따라 D1 머신(20)의 광학 브리지(28) 및 다른 엘리먼트의 세부사항을 개략적으로 도시한다. 도 2는 도식적 도면이고, 도 3 및 4는 평면도 및 측면도를 각각 도시한다. 이들 도면은 등록 어셈블리(30) 그리고 교정 장치(32)의 위치와 동작을 개략적으로 설명하며, 이들은 머신(20)에서 교정 시스템을 구성한다.

이 같은 교정 시스템은 조명 세기와 분균일, 패턴 생성, 포커스 그리고 다른 광학적 측정을 포함하는, 광학 헤드(26)의 수행을 모니터한다. 교정 시스템은 또한 모든 광학 헤드의 프린트 영역 절대 및 상대 위치를 모니터한다. 처리기(34)는 이와 같은 수행 및 위치 모니터링 기능을 패널(22) 상에 기록하는 과정 중에 헤드(26)의 동작을 제어하는 데 적용한다. 이들과 동일한 결과가 또한 서비스의 목적을 위해, 그리고 필요시에는 모듈을 대체하기 위해, 이미지 크기, 위치, 포커스 및 조명 특징을 조정함을 포함하여, 광학 헤드(26)의 온-머신 정렬을 가능하게 한다. 모니터링 결과는 또한 머신(20)의 제조 중에 정렬 과정의 복잡합을 줄이는 데 유용하며, 따라서 따라서 더욱 짧고 더욱 자동화된 머신 정렬 처리를 허용한다. 교정 시스템은 또한 시간이 지남에 따라 광학 헤드의 전력 감쇄를 모니터하도록 사용될 수 있으며, 광학 헤드의 대체 또는 유지가 언제 필요한 것인지를 예측할 수 있도록 한다.

교정 장치(32)는 대개 하나 이상의 카메라 및 하나 이상의 파워 미터를 포함한다. (이 같은 종류의 대표 구성이 도 5에서 도시된다.) 선택적으로, 어셈블리(32)는 집적된 카메라 및 파워 미터(예를 들면, Thorlabs Inc., Newton, New Jersey에서 생산되는, BC106 카메라 비임 프로 파일러)를 포함한다.어느 경우에도, 카메라는 광학 헤드(26) 각각에 의해 투영되는, 패턴 또는 패턴의 적어도 일부를 영상화 한다. 테이블(24)의 전 너비에서 연장되는, 광학 헤드 어레이에 의해 투영된 패턴의 전체 영역을 커버하기 위해, 대개 구동된 드라이브를 포함하는 모션 어셈블리(44)가 X-방향(헤드(26)의 행에 평행하고 테이블 이동 방향에 직각인)으로 브리지(28)를 가로지르는 트랙(46)을 따라 교정 장치(32)를 운반한다. 광학 헤드(26)가 머신(20)에서 처럼 다수의 행으로 배열되는 때, 모션 어셈블리(44)는 교정 장치(32)를 Y-방향으로 이동시키도록 구성되어, 모든 행에서 광학 헤드에 의해 투영된 패턴을 캡쳐하도록 한다. 선택적으로, 교정 장치가 Y-방향으로 떨어져 있는 두 개(또는 그 이상)의 카메라를 포함할 수 있다. 교정 장치(32)가 사용되고 있지 않은 때, 모션 어셈블리는 광학 헤드의 비임 영역 바깥, 브리지(28)의 한 측면에 있는 "파킹" 위치로 이것을 이동시킨다.

등록 어셈블리(30)는 테이블(24) 상의 패털(22)을 영상화하기 위해 정렬된 그리고 초점이 맞춰진, 하나 이상의 카메라(40)를 포함하며 따라서 처리 이전에 그리고 처리 중에 패널의 정확한 위치를 식별하도록 사용될 수 있다. 이 같은 예에서 카메라(40)는 트랙(42)위에 장착되어서, X-방향으로 카메라의 이동을 허용한다. 광학 헤드(26)의 기계적인 허용오차 및 오정렬로 인해 패턴 위치가 정확하지 않음을 처리기(34)가 검출하도록 하기 위해, 지정된 표적(48)이 알려진 위치에 있는 테이블(24)에 고정된다. 표적(48)은 광선에 의해 활성화된 광색성 재료(photochromic material)를 포함한다. 즉, 표적이 광학 헤드(26)에 의해 조사되는 때 어두어 진다. 도 3에서 도시된 실시 예에서, 5개 표적(48)이 테이블(24)을 가로질러 배열되며, 약 1.5" 폭 X 25" 길이인 스트립을 형성하도록 된다. 표적(48)은 광색성 폴리머 층(그리고 이를 커버하는 보호 플라스틱 층)을 갖는 글래스 또는 세라믹 기판을 포함할 수 있다. 표적은 이들을 약 60^OC로 예를 들면하여 재사용을 위해 삭제될 수 있다. 선택적으로, 다른 종류, 형상, 크기 및 배열의 표적이 당업자에게 자명한 바와 같이 이 같은 목적으로 사용될 수 있다.

카메라(40)는 광학 헤드(26)에 의해 방출된 비임에 대한 표적(48)의 응답을 검출하며, 처리기(34)가 이들 검출 결과를 사용하여 이웃하는 광학 헤드의 상대적인 위치를 정확하게 측정한다. 테이블(24) 이동의 높은 정확성으로 인해, 등록 표적 위치에서 측정하는 것이 테이블 이동의 전체 범위에서 머신(20)을 교정하고 제어하는 데 충분하다.

도 5와 6은 본 발명의 실시 예에 따라, 교정 장치(32)의 세부사항을 개략적으로 도시한다. 도 5는 광학 헤드(26)의 특징을 도시하는 도면이고, 도 6은 교정 장치의 개략적인 평면도이다.

본 실시 예에서 광학 헤드(26)는 LED 또는 LED 어레이와 같은, 방사선 소스(50)를 포함하며, 패턴을 형성시키기 위해, DMD와 같은 패터닝 엘리먼트(51)로부터 반사된 방사선 비임을 출력한다. 이 같은 패턴이 다음에 패널(22) 표면에 있는 초평면을 향하여 광학 축(53)을 따라 투영 광학장치(52)에 의해 초점이 맞추어진다. 그러나 도 5에서 도시된 구성에서, 모션 어셈블리(44)는 교정 장치(32)를 이동시켜서 교정 장치 내 반사체(54)가 광학 헤드(26)로부터의 패턴화된 비임을 인터셉트하고 방향이 바뀌도록 한다. 반사체(54)는 방향이 바뀐 축(68)을 따라 비임을 카메라(56)를 향하여 반사하며, 카메라는 투영된 패턴의 이미지를 캡쳐한다. 반사체(54)는 조정가능 마운트(60)에 의해 고정되며, 일반적으로 방향이 바뀐 축(68)이 헤드(26)의 광학 축(53)에 직각이도록 조정되고, 그러나 선택적으로 다른 편향 각도로 세트될 수 있기도 하다.

교정 장치(32)는 입사 방사선의 세기를 측정하는 광학 파워 미터(58)를 또한 포함한다. 카메라(56) 및 파워 미터(58)가 모션 어셈블리(44)에 의해 위치가 조정되고 조정될 수 있는 베이스(62) 상에 장착되며, 광학 헤드(26)로부터의 비임이 요구되는 바에 따라 카메라 또는 파워 미터로 입사되도록 한다. 카메라(56)는 예를 들면, Teledyne DALSA Inc. (Waterloo, Ontario)에서 생산되는 Genie TS-M3500 영역 카메라일 수 있으며, 파워 미터(58)는 Ophir Optronic Solutions Ltd. (Jerusalem, Israel)에서 생산되는 PD300 power sensor를 포함한다.

카메라(56)는 이미지 센서(66)를 포함하며 일반적으로 이미지 센서가 광학 헤드(26)에 의해 투영된 패턴의 초평면 내에 있도록 위치가 정해진다. 선택적으로, 카메라(56)는 대물렌즈 광학장치를 포함하여 이미지 센서로 초평면을 이미지화하도록 한다. 이미지 센서(66)의 평면에 직각인 축으로 정해진, 카메라(56)의 카메라 축(64)은 반사체(54)에 대하여 비스듬히 경사지며 카메라 축(64)이 투영된 패턴의 편향 축(deflection angle)(68)에 대하여 경사지도록 한다. 일반적으로, 축(64)과 (68) 사이의 경사 각은 몇 도(예를 들면, 2-3^O)이다. 결과적으로, 모션 어셈블리(44)가 편향 축(68)에 횡단하여, X-방향으로 베이스(62)를 이동시키며, 따라서 카메라(56)는 축(68)에 대한 다수의 횡단(X) 위치에서 투영된 패턴의 이미지를 캡쳐하고, 이 같은 패턴의 한 상이한 부분이 각 위치에 있는 이미지 센서(66)에 초점일 맞추어질 것이다. 특히, Z-방향으로 이미지 센서를 따라 진행되는 수직 스트라이프(stripe)가 초점이 될 것이며, 이 같은 스트라이프 어느 한 측면은 초점에서 벗어날 것이다.

경사진 센서의 사용은 여러가지 이유에서 유리하다: 다른 횡단 위치에서 캡쳐된 이미지를 처리함에 의해, 처리기(34)는 투영된 패턴의 횡단(X- 및 Y- 방향) 품질 뿐 아니라, 측면(Z-방향) 초점 특성도 평가할 수 있다. 다시말해서, 처리기는 전체 패턴이 적절히 초점이 맞춰질 수 있도록 하고, 비임 축을 따라 카메라(56)를 이동할 필요없이 국소 결함(focal defects)을 검출할 수 있다. 이와 같은 경사진 구성은 또한, 경사지고 횡단하는 이동이 작은 오정렬을 보상하기 때문에, 카메라(56)가 광학 헤드(26)에 대하여 미세하게 정렬되어야 하는 필요를 완화시킨다. 패턴닝 엘리먼트(51)는 일정한 패턴 픽셀 크기를 갖는 패턴을 형성하며, 교정 장치(32)의 한 목적은 결함이 있는 조명 픽셀을 발견하는 것이다. 이 같은 목적을 위해, 카메라(56) 내 이미지 센서(66)의 이미지 픽셀 크기는 패턴 픽셀 크기(스폿(spot) 크기라고도 함)보다 크지 않아야 한다. 예를 들면, 패턴닝 엘리먼트(51)가 20㎛ 표적의 패턴 픽셀 크기를 갖는 DMD를 포함한다면, 이미지 센서(66)의 이미지 픽셀 크기가 20 ㎛보다 작은 한, 카메라(56)는 DMD 내 모든 결합이 있는 픽셀을 발견할 수 있을 것이다. 선택적으로, 광학 헤드(26)의 픽셀-픽셀 진단이 필요하지 않다면, 카메라는 더욱 큰 픽셀을 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 카메라(56)는 대물 광학장치(objective optics)를 포함하며, 이 같은 광학장치는 이미지 센서에 투영된 패턴의 배율을 변경하고, 따라서 이미지 픽셀 크기를 효과적으로 변경하도록 조정가능하다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라, 머신(20)의 교정을 위한 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다. 이 같은 방법은 교정 장치(32)가 어떻게 사용되는 가에 대한 예로서 제공되며, 그러나 다른 모드의 동작이 본 발명의 범위에 속하는 것으로도 고려될 수 있다. 특히, 하기 설명되는 방법은 광학 헤드(26)에서 LED 방사선 소스 및 DMD-기반 패턴 제너레이터의 동작을 테스트하는 것에 대한 것이며, 그러나 다른 종류의 멀티-헤드 패턴 투영 머신을 교정하기 위해 적용될 수 있기도 하다. 이 같은 방법은 필요에 따라 처리기(34)의 제어하에 또는 다른 시스템 컨트롤러 하에서 자동으로 수행될 수 있기도 하다.

처리기(34)는 교정 장치(32)를 포지션 시작 단계(70)에서 출발 위치로 이동시키도록 모션 어셈블리(44)를 지시함에 의해 상기 방법을 시작한다. 상기 설명하는 바와 같이, 광학 헤드(26) 각각에 대하여, 교정 장치(32) 내 카메라(56)가 축(68)과 관련된 X-방향을 따라 여러 위치에서 다수의 이미지를 캡쳐한다. (옵션에 따라, 카메라(56)는 교정 중에 X 및/또는 Z 방향으로 이동될 수 있기도 하다.) 카메라(56)는 단계(70)에서 제1 광학 헤드의 투영 필드 내 제1 위치로 이동된다. 처리기(34)는 카메라 작동 단계(72)에서 이미지 챕쳐를 시작하기 위해 카메라를 켠다.

카메라 위치 각각에서, 처리기(34)가 다수의 각기 다른 테스트 이미지를 발생시키기 위해 테스트를 받는 광학 헤드를 지시하며, 투영된 이미지의 모든 픽셀이 조사될 수 있도록 한다. 테스트 이미지 각각에서, 상이한 세트의 DMD 미러가 "온" 위치로 스위치되며, 남아있는 미러들은 "오프"로 스위치된다. 처리기(34)는 이미지 시작 단계(74)에서 제1 DMD 이미지를 세트하며 LED 방사선 소스를 켠다. 카메라(56)는 이미지 분석 단계(76)에서 투영된 이미지의 이미지를 캡쳐하고, 처리기(34)가 이미지를 분석한다. 일반적으로, 이 같은 단계에서, 이미지 내의 패턴이 DMD가 제공하도록 지시되고, 그리고 이미지 초점 품질 및 다른 특징이 명시된 범위 내에 있는 패턴에 해당하는 가를 처리기가 입증한다.

단계(76)에서 이미지를 수신하고 처리한 후, 처리기(34)가 다른 DMD 테스트 이미지가 마지막 이미지 검사 단계(78)에서 현재 카메라 위치에서 평가되기 위해 있는 가를 검사한다. 만약 그렇다면, 이미지 진행 단계(80)에서 처리기가 테스트 받는 광학 헤드를 지시하여 다음 테스트 이미지를 세트하고 투영하도록 한다. 다음에 모든 테스트 이미지가 현재 위치에서 캡쳐되고 평가될 때까지 단계(76, 78)가 반복된다.

정해진 카메라 위치에서 마지막 이미지를 처리한 후, 처리기(34)가 방사선 차단 단계(81)에서 LED 방사선 소스를 턴오프한다. 처리기는 또한 마지막 위치 검사 단계(82)에서, 현재의 광학 헤드를 평가하기 위해 모든 필요한 카메라 위치에서 이미지가 캡쳐되었는가를 검사한다. 만약 그렇지 않다면, 처리기는 모션 어셈블리(44)를 지시하여 카메라 이동 단계(84)에서 교정 장치(32)를 다음 위치로 이동하도록 한다. 이 같은 단계에서, 모뎐 어셈블리는 예를 들면 Y-축을 따라 일정한 정해진 크기 만큼 교정 장치를 이동시킬 수 있다. 다음에 단계(74-81)가 새로운 위치에서 반복된다.

정해진 광학 헤드(26)에 대하여 마지막 카메라 위치 내 모든 필요한 이미지를 캡쳐한 후, 마지막 헤드 검사 단계(88)에서 처리기(34)가 이제 막 테스트된 광학 헤드가 평가될 필요가 있는 머신(20) 내 마지막 광학 헤드인 가를 검사한다. 만약 그렇지 않다면, 헤드 진행 단계(90)에서 처리기(34)가 모션 어셈블리(46)를 지시하여 다음의 광학 헤드 평가를 위해 교정 장치(32)를 출발 위치로 이동시키도록한다. 다음에 처리기가 단계(74-88)를 통해 이 같은 헤드 및 교정 장치 그리고 모션 어셈블리를 구동하여 교정 장치의 모든 각기 다른 적용가능 위치에서 모든 테스트 이미지를 검사하도록 한다.

마지막으로, 단계(88)에서 마지막 광학 헤드(26)가 평가되었는가를 결정한 후에, 처리기(34)가 카메라(56)를 턴 오프하고 데이터 분석 단계(92)에서 이전 단계에서 수집된 모든 데이터를 분석한다. 일반적으로, 처리기(34)는 비교 단계(94)에서, 테스트 결과를 한 세트의 기준점(benchmarks)과 비교하여, 머신(20)의 테스트 수행이 명시된 한계 내에 있는 가를 결정하도록 한다. 만약 그렇다면, 처리기가 머신(20)의 "정상(health)" 기록을 만들며, 종료 단계(96)에서 테스트가 성공적으로 종료되었음을 표시한다. 필요하다면, 처리기는 상이한 광학 헤드에 의해 투영된 이미지를 조정하는 데에 사용하는 교정 파라미터를 변경하는 것과 같이, 시스템 파라미터를 갱신할 수 있으며, 투영된 세기의 작은 오정렬 또는 변동을 보상하도록 한다.

반면에, 머신(20)의 수행 처리가 명시된 한계를 벗어났음을 비교 단계(94)가나타낸다면, 처리기(34)는 에러 보고 단계(98)에서 에러 메시지를 발생시킨다. 일반적으로, 이 같은 메시지는 머신(20)의 오퍼레이터로 보내지며, 다음에 오퍼레이터가 머신의 동작을 인터럽트하고 필요한 조정 또는 수정을 수행한다.

상기 설명된 실시 예는 일례로서 설명되며 본원 발명이 상기 도시되고 설명된 것으로 제한되지 않는다. 본원 발명의 범위는 상기 설명된 다양한 특징의 조합 및 서브 조합 그리고 상기 설명에 비추어 당업자에게 자명한 그리고 종래기술에서 개시되지 않은 변경 및 수정을 포함한다.

Claims (23)

1. 작업편을 고정하도록 구성된 마운트;
   작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하도록 구성된 광학 헤드의 어레이;
   각각의 패턴의 이미지를 캡처하도록 구성된 교정 장치;
   광학 헤드의 어레이와 마운트 사이의 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하여, 상기 상이한 위치 각 각에서 광학 헤드 각 각에 의해 투영된 각각의 패턴을 인터셉트하고 영상화하도록 구성된 교정 장치가 장착된 모션(motion) 어셈블리; 그리고
   상이한 위치에서 교정 장치에 의해 캡쳐된 이미지를 처리하여 장치의 동작을 모니터링하도록 구성된 프로세서를 포함하는 광학 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 모션 어셈블리가 교정 과정 중에 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하고, 그리고 교정 과정 후 교정 장치를 휴지 위치로 운반하도록 구성되며, 상기 교정 장치가 광학 헤드 어느 것에 의해서도 투영된 패턴을 인터셉트하지 않음을 특징으로 하는 광학 장치.
3. 제 1항에 있어서, 광학 헤드가 다수의 평행한 행들로 어레이 되고, 모션 어셈블리가 교정 장치를 상기 평행한 행들과 평행한 방향과 수직인 방향 모두로 이동시키도록 구성됨을 특징으로 하는 광학 장치.
4. 제 1항에 있어서, 광학 헤드가 작업편을 향하여 각각의 광학 축을 따라 각각의 패턴을 투영하며, 교정 장치가 카메라 광학 축이 광학 헤드의 광학 축과 평행이지 않은 교정 카메라, 그리고 광학 헤드의 광학 축을 인터셉트하고 투영된 패턴을 카메라를 향해 반사시키는 반사체를 포함함을 특징으로 하는 광학 장치.
5. 제 4항에 있어서, 광학 헤드가 작업편에 초평면(focal plane)을 가지며, 교정 카메라가 이미지 센서를 포함하고, 이미지 센서가 광학 헤드의 초평면 내에 위치하도록 반사체와 교정 카메라가 위치함을 특징으로 하는 광학 장치.
6. 제 5항에 있어서, 등록 표적(registration target)을 포함하며, 이 같은 등록 표적이 광학 헤드의 초평면 내 마운트에 고정되고 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성되며, 등록 표적의 등록 이미지를 캡쳐하도록 위치하는 등록 카메라를 포함하고, 그리고 처리기가 광학 헤드의 각각의 위치를 교정하도록 등록 이미지를 처리하도록 구성됨을 특징으로 하는 광학 장치.
7. 제 5항에 있어서, 교정 카메라가 이미지 센서 평면에 직각인 카메라 축을 가지며, 반사체가 투영된 패턴을 반사하도록 구성되어 카메라 축에 경사진 편향 축을 따라 이미지 센서에 충돌하도록 함을 특징으로 하는 광학 장치.
8. 제 7항에 있어서, 모션 어셈블리가 편향 축을 횡단하는 방향으로 교정 카메라를 이동하도록 구성되어서, 상기 교정 카메라가 다수의 횡단 위치에서 광학 헤드 각 각으로부터 투영된 패턴의 이미지를 캡쳐하도록 하고, 처리기가 다수의 횡단 위치에서 캡쳐된 이미지를 처리하도록 구성되어 투영된 패턴의 초점 특성을 평가하도록 함을 특징으로 하는 광학 장치.
9. 제 1항에 있어서, 각각의 패턴이 패턴 픽셀 크기에 의해 특징이 되며, 교정 장치가 교정 카메라를 포함하고, 교정 카메라가 패턴 픽셀 크기보다 크지 않은 이미지 픽셀 크기를 갖는 패턴의 이미지를 형성하도록 구성됨을 특징으로 하는 광학 장치.
10. 제 1항에 있어서, 교정 장치가 투영된 방사선의 세기를 측정하도록 구성된, 파워 미터를 더욱 포함함을 특징으로 하는 광학 장치.
11. 작업편을 고정하도록 구성된 마운트;
    작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하도록 구성된 광학 헤드의 어레이;
    마운트 상에 위치하며 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성된 소거 가능 광 변색(erasable photochromic) 엘리먼트를 포함하는 등록 표적;
    등록 표적의 이미지를 캡쳐하도록 위치하는 등록 카메라; 그리고
    작업편과 관련하여 광학 헤드에 의해 투영된 패턴의 각각의 위치를 교정하도록 이미지를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함하는 광학 장치.
12. 작업편을 고정하는 마운트, 그리고 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하는 광학 헤드의 어레이를 포함하는 광학 장치의 교정 방법으로서, 상기 방법이:
    교정 장치를 사용하여, 광학 헤드에 의해 투영된 각각의 패턴 이미지를 캡쳐하고;
    광학 헤드의 어레이와 마운트 사이의 다수의 상이한 위치 사이에서 교정 장치를 운반하여, 상기 상이한 위치 각 각에서 광학 헤드 각 각에 의해 투영된 각각의 패턴을 인터셉트하고 영상화하도록 하며; 그리고
    상이한 위치에서 교정 장치에 의해 캡쳐된 이미지를 처리하여 장치의 동작을 모니터링하도록 하는 광학 장치의 교정 방법.
13. 제 12항에 있어서, 교정 장치를 운반하는 단계는 교정 과정 후 교정 장치를 휴지 위치로 이동시킴을 포함하며, 상기 교정 장치가 광학 헤드 어느 것에 의해서도 투영된 패턴을 인터셉트하지 않음을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
14. 제 12항에 있어서, 광학 헤드가 다수의 평행 행으로 어레이되고, 교정 장치를 운반하는 단계가 상기 평행한 행들과 평행한 방향과 수직인 방향 모두로 교정 조립ㅌ체를 이동시키어 다수의 행 내에 있는 광학 헤드로부터 이미지를 캡쳐하도록 함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
15. 제 12항에 있어서, 광학 헤드가 작업편을 향하여 각각의 광학 축을 따라 각각의 패턴을 투영하며, 이미지를 캡쳐하는 단계가 광학 헤드의 광학 축을 인터셉트하고 투영된 패턴을 카메라 광학 축이 광학 헤드의 광학 축과 평행이지 않은 교정 카메라를 향해 반사시키도록 반사체를 위치시킴을 포함함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
16. 제 15항에 있어서, 광학 헤드가 작업편에 초평면(focal plane)을 가지며, 교정 카메라가 이미지 센서를 포함하고, 이미지를 캡쳐하는 단계가 이미지 센서가 광학 헤드의 초평면 내에 위치하도록 반사체와 교정 카메라를 위치시킴을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
17. 제 16항에 있어서, 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성된 등록 표적을 광학 헤드의 초평면 내 마운트에 고정시킴을 포함하고, 등록 표적의 등록 이미지를 캡쳐함을 포함하며, 그리고 광학 헤드의 각각의 위치를 교정하도록 등록 이미지를 처리하도록 함을 포함함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
18. 제 16항에 있어서, 교정 카메라가 이미지 센서 평면에 직각인 카메라 축을 가지며, 이미지를 캡쳐하는 단계가 반사체을 위치시키어 투영된 패턴을 반사시킴으로써 카메라 축에 경사진 편향 축을 따라 이미지 센서에 충돌하도록 함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
19. 제 18항에 있어서, 교정 장치를 운반하는 것이 편향 축을 횡단하는 방향으로 교정 카메라를 이동시킴을 포함하여, 상기 교정 카메라가 다수의 횡단 위치에서 광학 헤드 각 각으로부터 투영된 패턴의 이미지를 캡쳐하도록 하고, 이미지를 처리하는 단계가 다수의 횡단 위치에서 캡쳐된 이미지를 평가하여서 투영된 패턴의 초점 특성을 평가하도록 함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
20. 제 12항에 있어서, 각각의 패턴이 패턴 픽셀 크기에 의해 특징이 되며, 이미지를 캡쳐하는 단계가 패턴 픽셀 크기보다 크지 않은 이미지 픽셀 크기를 갖는 패턴의 이미지를 형성하도록 함을 포함함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
21. 제 12항에 있어서, 교정 장치 내 파워 미터를 사용하여, 투영된 방사선의 세기를 측정함을 포함함을 특징으로 하는 광학 장치의 교정 방법.
22. 작업편을 고정하는 마운트, 그리고 작업편으로 각각의 패턴을 갖는 방사선을 투영(project)하는 광학 헤드의 어레이를 포함하는 광학 장치의 교정 방법으로서, 상기 방법이:
    마운트 상에 등록 표적을 위치시키고, 광학 헤드에 의해 투영된 방사선에 응답하도록 구성된 소거 가능 광 변색(erasable photochromic) 엘리먼트를 포함하며;
    등록 표적의 이미지를 캡쳐하고; 그리고
    작업편과 관련하여 광학 헤드에 의해 투영된 패턴의 각각의 위치를 교정하도록 이미지를 처리함을 포함하는 광학 장치의 교정 방법.
23. 제 22항에 있어서, 상기 방법이 이미지를 캡쳐한 후 광 변색 엘리먼트를 소거하고 재사용함을 포함함을 특징으로하는 광학 장치의 교정 방법.

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