KR20170030663A - Ｌｅｄ를 이용한 ｄｍｄ 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 장치는, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치로서, 광 조사 광학계, DMD 및 광 결상 광학계를 포함하는 노광 광학계에 있어서, 상기 광 조사 광학계는, 자외선을 방출하는 발광 다이오드(LED)를 포함하는 복수의 조사 광학계, 복수의 조사 광학계에서 방출되는 광을 혼합하는 미러, 및 상기 미러로부터 제공되는 광을 상기 DMD로 반사하는 프리즘을 포함하고, 상기 복수의 조사 광학계 각각의 발광 다이오드들은 서로 다른 중심 파장을 갖는 광을 방출하고, 상기 복수의 조사 광학계 각각의 발광 다이오드들은 서로 수직하는 광축 상에 배치된다.

Description

ＬＥＤ를 이용한 ＤＭＤ 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치{APPARATUS MIXING A PLURALITY OF WAVELENGTH BANDS IN EXPOSURE OPTICAL SYSTEM BASED ON DMD USING LED}
본 발명은 복수의 파장대를 혼합하는 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치에 관한 것이다.
최근의 국내외에서 요구하는 기술적 트렌드는 대체로 기술적 난이도가 높은 고부가가치 제품군 위주로 수요가 창출되고 있는 경향을 보이고 있다. 디지털 전자기기, 스마트 폰 등의 태동에 따른 급속한 패러다임의 변환에 의하여 이에 사용되고 있는 대부분의 PCB 제품이 다품종 소량생산 방식에 빠른 라이프 사이클(Fast Life Cycle)의 형태를 병행하여 급속히 전환되고 있는 시점에 직면하고 있다.
이러한 현상을 기술적 측면에서 적극적으로 대응하기 위해서는 PCB 상에 초미세 회로 선폭을 구현해 주기 위한 기존방식과 다른 새로운 방식의 노광기술 및 시스템이 필요하게 되었다.
이러한 시장의 요구에 적합한 새로운 노광 방법들이 국외시장을 위주로 개발되었는데 마스크를 사용하지 않는 비마스크(Non-Mask or Maskless) 방식의 직접 묘화(Direct Imaging) 노광 방법이 그 중 가장 대표적인 기술로 부각되고 있다.
최근 국내 PCB 산업의 경우 수량 기준으로 국내 Flexible PCB 제품의 주종은 단면(Single-Side)과 양면(Double-Side)이지만 MLB, Embedded PCB, Build-up PCB, RF PCB, Optical PCB 등의 다층 제품군으로 점진적으로 전환되고 있다. PCB 시장의 경향이 최근의 경향을 반영하여 PCB 배선의 회로 선폭이 30㎛ 이하의 미세회로패턴을 요구하는 경성(Rigid) 및 연성(Flexible) PCB 관련 고부가가치 제품 위주로 상당부분 대체하는 방향으로 적극적으로 진행될 것으로 예상된다.
이러한 국내시장의 상황과 추이에 대한 해결방안으로 미세회로 선폭을 노광할 수 있는 핵심기술 확보를 위한 기술개발 필요성이 제기되고 있고, 이를 위하여 기존 마스크 방식의 한계점을 극복하기 위한 직접 묘화(Direct Imaging) 방식을 기반으로 한 PCB 제조공정에 적합한 새로운 노광 방법론 개발이 절실히 요구되고 있다.
DMD(Digital Mirror Device) 기반의 노광 광학계는 노광 공정(Exposure Process)에서 노광 이미지 구현을 위한 패턴 마스크(Mask)를 사용하지 않고 디지털 마스크(Digital Mask) 상에 UV 광원을 조사하여 미세 패턴을 구현하는 직접 묘화(Direct Imaging) 방식의 노광 광학계에 사용된다.
DMD 기반의 노광 광학계는 광 조사 광학계(Optical Illumination Optics), DMD 및 광 결상 광학계(Optical Projection Optics)를 포함한다. 광 조사 광학계는 UV 광원에서 발생한 빔(beam)을 DMD에 균일한 복사 조도의 상태로 입력시켜주기 위한 광학계이고, DMD는 집광된 광원의 빔을 원하는 광원 형태로 변조시키는 소자이고, 광 결상 광학계는 PCB(또는 기판) 표면에 노광을 시켜주기 위해서 DMD에서 반사된 노광 이미지를 원하는 배율로 만들어 주는 광학계이다.
광 조사 광학계의 핵심기술은 UV 광원에서 방출된 빔의 손실률을 최소화하고, 광조도 분포를 최적화하기 위한 구조 설계 및 렌즈 소자의 구성이다. 광조도 분포는 최종 노광면의 에너지 균일도에 영향을 미치므로 설계 시 필수적으로 고려하여야 한다.
종래의 일반적인 광 조사 광학계는 UV 광원으로서 초고압 수은등과 레이저 다이오드를 주로 이용하였다. 하지만, 초고압 수은등과 레이저 다이오드는 낮은 사용시간과 빠른 교체주기 및 고가의 제조원가에 기인하여 전체 노광 광학계의 가격이 상승되는 문제가 있다.
특히, 레이저 다이오드를 UV 광원으로 이용하는 광 조사 광학계의 일 예가 한국공개특허 제10-2005-0014074호에 개시되어 있다. 상기 한국공개특허의 광원 시스템(1)은 복수의 반도체레이저(11), 복수의 렌즈(12) 및 복수의 파이버(14)로 구성된다. 상기 한국공개특허의 광원 시스템(1)은 복수의 반도체레이저(11)를 개별로 공급하기 때문에, 제조 원가가 상승되는 문제가 있고, 파이버(14)의 교체 시 위치 보정이 난해하고, 파이버(14)의 A/S가 어려운 문제 등이 있다.
KR 10-2005-0014074 A
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 제공한다.
또한, 미세 패턴 형성에 유리한, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 제공한다.
또한, 동일 평면 상에 배치된 복수의 LED 각각의 광축을 보정하기 위한 번거로운 절차나 다른 구성이 필요없는, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 제공한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 장치는 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치로서, 광 조사 광학계, DMD 및 광 결상 광학계를 포함하는 노광 광학계에 있어서, 상기 광 조사 광학계는, 자외선을 방출하는 발광 다이오드(LED)를 포함하는 복수의 조사 광학계, 복수의 조사 광학계에서 방출되는 광을 혼합하는 미러, 및 상기 미러로부터 제공되는 광을 상기 DMD로 반사하는 프리즘을 포함하고, 상기 복수의 조사 광학계 각각의 발광 다이오드들은 서로 다른 중심 파장을 갖는 광을 방출하고, 상기 복수의 조사 광학계 각각의 발광 다이오드들은 서로 수직하는 광축 상에 배치된다.
여기서, 상기 미러는 상기 복수의 조사 광학계 중 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광은 투과시키고, 다른 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광은 반사하여, 상기 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광과 상기 다른 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광을 혼합할 수 있다.
여기서, 상기 미러는 다이크로익 코팅(Dichroic Coating)이 적용된 미러일 수 있다.
여기서, 상기 복수의 조사 광학계의 각 발광 다이오드는, 365㎚, 385㎚ 및 405㎚ 중 적어도 하나를 중심 파장으로 하는 광을 방출할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 조사 광학계 각각은 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 램버시안 형태의 광을 균일하게 하기 위한 복수의 렌즈들을 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, UV 광원으로서 LED를 기반으로 하기 때문에, 기존의 UV 광원으로서 레이저를 사용하는 노광 광학계와 대비하여 수명 및 내구성이 2~3배 이상 향상이 되고, 광원 모듈 구성 원가 및 제조비용의 감소가 가능한 이점이 있다. 또한, 별도의 파이버(fiber)가 필요없는 이점이 있다.
또한, 365㎚, 385㎚ 및 405㎚ 중심 파장별로 개별 사용하지 않고, 2개 이상 혼합하여 사용할 수 있어 미세 패턴 형성에 유용한 이점이 있다. 특히, 365㎚와 385㎚ 중심 파장을 갖는 두 개의 LED를 동시에 사용하면 미세 패턴에 많이 발생하는 언더 컷(Under Cut) 현상을 회피 또는 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 서로 다른 파장대를 갖는 복수의 LED가 동일 평면 상에 배치되지 않기 때문에, 동일 평면 상에 배치된 복수의 LED 각각의 광축을 보정하기 위한 번거로운 절차나 다른 구성이 필요없는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 위에서 바라본 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 미러(170)의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 도 1에 도시된 미러(170)의 파장별 투과율을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 위에서 바라본 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치를 아래에서 바라본 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치는, 광 조사 광학계(100), DMD(300) 및 광 결상 광학계(500)를 포함한다.
광 조사 광학계(100)는 복수의 조사 광학계(110, 150), 미러(170) 및 프리즘(190)을 포함한다.
복수의 조사 광학계(110, 150)는 적어도 2개 이상일 수 있다. 도 1 내지 도 4에서는 조사 광학계(110, 150)가 2개로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 조사 광학계는 필요에 따라 3개 이상일 수도 있다.
복수의 조사 광학계(110, 150) 각각은 자외선을 발광하는 발광 다이오드(111, 151)을 포함한다.
각 조사 광학계(110, 150)에는 적어도 하나의 발광 다이오드(111, 151)가 배치될 수 있다.
각 발광 다이오드(111, 151)는 고출력 발광 다이오드로서, 365㎚, 385㎚ 및 405㎚ 중 어느 하나를 중심 파장으로 하는 자외선 광을 방출한다. 그리고, 제1 조사 광학계(110)에 배치된 발광 다이오드(111)와 제2 조사 광학계(150)에 배치된 발광 다이오드(151)는 서로 다른 중심 파장을 갖는 자외선 광을 방출한다. 예를 들어, 제1 조사 광학계(110)에 배치된 발광 다이오드(111)는 365nm를 중심 파장으로 하는 자외선 광을 방출하고, 제2 조사 광학계(150)에 배치된 발광 다이오드(151)는 385nm를 중심 파장으로 하는 자외선 광을 방출할 수 있다.
제1 조사 광학계(110)는 제1 광축(P1)을 중심축으로 하여 균일한 광을 방출하고, 제2 조사 광학계(150)는 제2 광축(P2)을 중심축으로 하여 균일한 광을 방출한다.
제1 조사 광학계(110)에 배치된 발광 다이오드(111)는 제1 광축(P1) 상에 배치되고, 제2 조사 광학계(150)에 배치된 발광 다이오드(151)는 제2 광축(P2) 상에 배치된다. 여기서, 제1 광축(P1)은 제2 광축(P2)과 수직한다.
각 조사 광학계(110, 150)는 발광 다이오드(111, 150)가 배치되는 기판을 포함할 수 있다. 제1 조사 광학계(110)의 기판의 일 면은 제2 조사 광학계(150)의 기판의 일 면과 수직한다.
각 조사 광학계(110, 150)는 발광 다이오드(111, 151) 상에 배치되어 발광 다이오드(111, 151)에서 방출되는 램버시안 형태의 광을 균일하게 변경시키는 복수의 렌즈들(113, 153)을 포함할 수 있다.
미러(170)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 조사 광학계(110, 150)에서 방출되는 광들을 입사받고, 제1 조사 광학계(110)로부터 입사되는 광(R)은 투과시키고, 제2 조사 광학계(150)로부터 입사되는 광(G)은 반사시킬 수 있다. 미러(170)는 다이크로익 코팅(Dichroic Coating)이 적용된 미러일 수 있다.
미러(170)는 소정의 파장 대역의 광은 투과시키고, 나머지 광은 반사시킬 수 있다. 구체적으로, 미러(170)는 도 6에 도시된 그래프와 같은 파장(Wavelength)별 투과율(Transmission)을 가질 수 있다. 도 6의 그래프를 참조하면, 미러(170)는 365㎚과 385㎚의 광은 거의 대부분(3% 이하) 반사시키고, 405㎚의 광은 거의 대부분(95% 이상) 투과시킨다.
제1 조사 광학계(110)에서 방출되는 광의 중심 파장이 405nm이고, 제2 조사 광학계(150)에서 방출되는 광의 중심 파장이 365㎚ 또는 385㎚이라면, 미러(170)는 제1 조사 광학계(110)에서 방출되는 광은 투과시키고, 제2 조사 광학계(150)에서 방출되는 광은 반사시킨다. 따라서, 미러(170)에서는 제1 조사 광학계(110)에서 방출되는 광과 제2 조사 광학계(150)에서 방출되는 광이 혼합되고, 혼합된 혼합광은 제1 광축(P1)을 따라 방출된다.
프리즘(190)은 미러(170)로부터 입사되는 광을 DMD(300)로 반사한다. 여기서, 프리즘(190)은 미러(170)로부터 입사되는 광을 전반사할 수 있다.
이와 같이, 복수의 조사 광학계(110, 150), 미러(170) 및 프리즘(190)을 포함하는 광 조사 광학계(100)는, 서로 다른 중심 파장대를 갖는 복수의 자외선 LED을 이용하고, 미러(170)와 프리즘(190)을 통해 복수의 파장대가 혼합된 광을 DMD(300)로 입사시킬 수 있기 때문에, 이러한 광 조사 광학계(100)를 장착된 LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치는, 기존의 노광 광학계보다 미세 패턴을 더 정확하게 형성할 수 있다. 미세 패턴이 더 정확하게 형성되는 이유는 파장이 단파장이 될수록 노광 대상물의 광원의 흡광도가 높아지기 때문이다. 특히, 제1 조사 광학계(110)가 365㎚를 중심 파장으로 하는 광을 방출하고, 제2 조상 광학계(150)가 385㎚를 중심 파장으로 하는 광을 방출하면, 미러(170)와 프리즘(190)에 의해 DMD(300)는 365㎚를 중심 파장으로 하는 광과 385㎚를 중심 파장으로 하는 광을 동시에 사용할 수 있으므로, 미세 패턴에서 많이 발생하는 언더 컷(Under Cut) 현상이 회피 또는 감소될 수 있다.
또한, 서로 다른 파장대를 갖는 복수의 LED가 동일 평면 상에 배치되지 않고, 서로 수직한 두 개의 광축(P1, P2)에 각각 배치되기 때문에, 동일 평면 상에 배치된 복수의 LED 각각의 광축을 보정하기 위한 번거로운 절차나 다른 구성이 필요없는 이점이 있다.
DMD(300)는 복수의 마이크로 미러들이 행과 열로 정렬된 것으로, 복수의 마이크로 미러들은 DMD 컨트롤러에 의해 온(ON)/오프(OFF)된다. 하나의 마이크로 미러는 가로와 세로가 각각 대략 10 마이크로미터에 해당하고, 인접한 두 개의 마이크로 미러 사이의 간격은 대략 1 마이크로미터에 해당한다.
DMD(300)는 프리즘(190)으로부터 입사되는 광을 변조하여 미리 설정된 노광 이미지를 생성한다. DMD(300)는 DMD 컨트롤러(미도시)에 의해 제어된다.
광 결상 광학계(500)는 DMD(300)에서 반사된 노광 이미지를 소정의 배율로 조정하여 조정된 노광 이미지를 노광축(P3)으로 방출한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
100: 광 조사 광학계
110: 제1 조사 광학계
111: 발광 다이오드
150: 제2 조사 광학계
151: 발광 다이오드
300: DMD(Digital Mirror Device)
500: 광 결상 광학계

Claims (5)

  1. 광 조사 광학계, DMD 및 광 결상 광학계를 포함하는 노광 광학계에 있어서,
    상기 광 조사 광학계는, 자외선을 방출하는 발광 다이오드(LED)를 포함하는 복수의 조사 광학계, 복수의 조사 광학계에서 방출되는 광을 혼합하는 미러, 및 상기 미러로부터 제공되는 광을 상기 DMD로 반사하는 프리즘을 포함하고,
    상기 복수의 조사 광학계 각각의 발광 다이오드들은 서로 다른 중심 파장을 갖는 광을 방출하고,
    상기 복수의 조사 광학계 각각의 발광 다이오드들은 서로 수직하는 광축 상에 배치된, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러는 상기 복수의 조사 광학계 중 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광은 투과시키고, 다른 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광은 반사하여, 상기 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광과 상기 다른 하나의 조사 광학계로부터 제공되는 광을 혼합하는, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미러는 다이크로익 코팅(Dichroic Coating)이 적용된 미러인, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 조사 광학계의 각 발광 다이오드는, 365㎚, 385㎚ 및 405㎚ 중 적어도 하나를 중심 파장으로 하는 광을 방출하는, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 조사 광학계 각각은 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 램버시안 형태의 광을 균일하게 하기 위한 복수의 렌즈들을 포함하는, LED를 이용한 DMD 기반의 노광 광학계에서 복수의 파장대를 혼합하는 장치.
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