KR101378638B1

KR101378638B1 - 표면에 화상을 투사하는 장치 및 그 화상을 이동시키는 장치

Info

Publication number: KR101378638B1
Application number: KR1020117018324A
Authority: KR
Inventors: 요스카 요하네스 브뢰크마트; 얀 마티즌 덱커스; 얀 아르노드 얀센스
Original assignee: 솔마이츠 비.브이.
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2014-03-27
Also published as: CN102308019B; US8979282B2; JP2014029030A; EP2204468B1; CN102308019A; EP2204468A1; US20110292354A1; JP5417455B2; KR20110102942A; JP2012514688A; WO2010079092A1

Abstract

본 발명은 표면에 대한 화상 투사 장치에 관한 것으로, 이 장치는 광 비임을 생성하는 광원과, 광 비임의 경로에 배열된 마스크와, 표면상에 마스크의 화상을 집속하기 위해 마스크 뒤에 배열된 렌즈를 포함하며, 표면은 렌즈에 평행하지 않고, 마스크의 모서리를 따라 사실상 각각의 위치에서 렌즈까지의 거리(v) 및 마스크의 화상의 모서리에서 렌즈까지의 대응 위치의 거리(b)는 사실상 공식 1/v+1/b=1/f에 부합하며, f는 렌즈의 초점 길이이다. 또한, 본 발명은 표면상에서 화상을 이동시키기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

표면에 화상을 투사하는 장치 및 그 화상을 이동시키는 장치{DEVICE FOR PROJECTING AN IMAGE ON A SURFACE AND DEVICE FOR MOVING SAID IMAGE}

본 발명은 표면에 화상을 투사하는 장치에 관한 것으로, 이 장치는

- 광 비임을 생성하는 광원과,

- 광 비임의 경로에 배열된 마스크와,

- 표면에 마스크의 화상을 집속하기 위해 마스크 뒤에 배열된 렌즈를 포함하며, 이 표면은 렌즈에 평행하지 않다.

특히, 펄스 레이저 증착(PLD) 분야에서는 표면상에 화상 투사를 제어하는 것이 중요하다. PLD에서, 레이저 광 비임은 삭마성(ablatable) 재료의 표면 위로 소정 각도로 투사된다. 투사된 화상은 레이저 광 비임의 에너지가 집중된 스팟(spot)이다. 이 에너지는 표면의 재료를 플라즈마 플룸(plume)으로 증발시키고, 이 플룸은 기판의 표면을 코팅하는데 사용될 수 있다.

PLD에서, 마스크의 화상인 스팟이 균일하여, 레이저 에너지가 고르게 분배되는 것이 중요하다. 스팟이 투사되는 표면의 고체 재료의 조성에 대응하는 플라즈마 플룸을 가질 필요가 있다. 스팟이 균일하지 않은 경우, 표면의 재료의 일부 성분이 플라즈마상으로 변하고, 일부 성분은 단지 용융되어 액적을 형성하고 일부 요소는 고체로 유지된다.

PLD에서와 같이, 광 비임이 일반적으로 표면 위로 일정 각도로 투사됨에 따라, 스팟은 항상 어느 정도 불균일할 것이다. 이러한 불균일성은 광 비임과 표면 사이의 각도가 감소할수록 더 두드러질 것이다. "일정 각도로"라는 어구는 광 비임이 표면에 수직하지도 않고 평행하지도 않은 것으로 이해되어야 한다.

PLD 분야에서, 점점 더 큰 기판 표면을 코팅하는 경향이 있다. 기판은 광 비임이 투사되는 표면 근처에 위치되어야 하기 때문에, 광 비임이 표면 위로 진행할 수 있는 공간이 감소하고 이에 따라 광 비임과 표면 사이의 각도가 감소하며, 이로써 더욱 불균일한 에너지 분배가 초래된다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 줄이거나 나아가 이를 방지하는 것에 있다.

이러한 목적은 전제부에 따른 장치에 의해 달성되며, 이 장치는 마스크의 모서리를 따라 사실상 모든 위치에서의 렌즈까지의 거리(v)와 마스크의 화상의 모서리에서의 렌즈까지의 대응 위치의 거리(b)는 사실상 공식 1/v+1/b=1/f에 대응하며, f는 렌즈의 초점 길이이다.

마스크의 모서리를 따라 각 지점이 전술한 공식에 부합되도록 렌즈에 대해 마스크를 정렬함으로써, 샤프한 화상이 표면에 투사된다. 본 발명이 PLD에 사용될 때, 샤프한 스팟이 투사되고 이에 따라 스팟에서 균일한 에너지 분배가 달성된다.

본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 표면은 편평하고 렌즈와 각도를 이루어 배열되며, 마스크는 광 비임이 통과하는 개구를 갖는 평판이며, 평판은 렌즈와 각도를 이루어 배열된다.

이 실시예는 본 발명에 대한 단순한 해결책을 제공한다. 표면이 편평하고 마스크가 평판이기 때문에, 표면에 투사되는 샤프한 화상을 갖도록 마스크의 모서리를 따라 몇몇 지점이 공식에 확실히 부합되기에 충분하다.

본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에서, 표면은 만곡되고 마스크는 공식 1/v+1/b=1/f에 부합하기 위해 만곡된다.

본 발명에서, 만곡된 표면에 샤프한 스팟을 투사하는 것도 가능하다. 그러나 이를 위해서 마스크의 모서리를 따라 모든 지점 및 화상의 대응 지점이 공식 1/v+1/b=1/f에 부합하도록 마스크가 또한 형성될 필요가 있다.

본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에서, 마스크는 복수의 마스크 부분으로 이루어진다. 마스크 부분은 작은 마스크로서, 조합되어 본 발명에 따른 장치에 적합한 큰 마스크를 제공한다. 작은 마스크로 인해, 특정한 만곡된 투사 표면에 필요한 만곡된 마스크를 제공하는 것이 쉬워질 수 있다. 바람직하게, 각각의 마스크 부분은 개구를 구비한 편평한 요소이다. 이러한 마스크 부분은 쉽게 제조될 수 있다.

작은 마스크 부분이 별개의 단차를 갖는 주 마스크를 제공하더라도, 그 편차가 작아서 여전히 종래 기술에 비해 현저한 장점이 달성된다.

작은 마스크 부분으로 인해, 마스크 부분을 수동으로 조절하거나 제어되도록 함으로써, 투사 표면의 형상에 따라 마스크를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 화상을 투사하고 광 비임에 대해 표면을 이동하는 동안 또는 광 비임의 각도를 변경하는 동안 마스크를 조정하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에서, 표면은 삭마성 재료의 표면이고, 광 비임은 삭마성 재료의 플라즈마 플룸을 생성하기 위한 레이저 비임이다.

이러한 특징은 펄스 레이저 증착을 위한 장치에 대해 통상적인 것이다. 바람직하게, 기판의 표면이 삭마성 재료로 코팅되도록 기판은 삭마성 재료의 표면에 평행하게 배열된다.

펄스 레이저 증착에서, 삭마성 재료의 표면을 따라 투사된 스팟을 이동시키는 것도 통상적이다. 스팟을 이동시킴으로써, 생성된 플라즈마 플룸도 이동되어 기판의 표면에 걸쳐 플라즈마 플룸을 퍼지게 한다. 스팟의 이러한 이동은 일반적으로 경사형 거울에 의해 광 비임을 반사시킴으로써 달성된다. 거울을 경사지게 할 때, 스팟은 삭마성 재료의 표면을 따라 이동될 수 있다.

그러나 경사형 거울로 스팟을 이동시키는 것은 렌즈와 마스크의 화상의 모서리에서의 위치 사이의 거리(b)를 또한 변경시킨다. 이는 표면상에 마스크의 샤프하지 않은 화상을 야기한다. 이는 마스크의 위치 및 배향을 변경함으로써 수정될 수 있다.

그러나 본 발명에 따르면, 다른 방식으로 집속에 영향을 미치지 않으면서 스팟의 이동이 달성될 수 있으며, 이 방법은 스팟에 초점을 맞추는 것과 관련된 전술한 발명과 독립적으로도 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 스팟의 이동은 종래 기술의 장치와도 사용될 수 있다.

스팟의 집속에 영향을 미치지 않는 스팟의 이동은 표면 위로 일정 각도로 광 비임을 지향시키고 표면을 따라 상기 경사진 광 비임을 이동시키기 위한 장치에 의해 달성되며, 이 장치는

- 표면에 평행하고 광 비임의 진입 경로에 평행한 제1 방향으로 이동가능한 캐리지와,

- 일정 각도로 광 비임을 지향하기 위해 캐리지상에 배열된 제1 거울과,

- 표면상에 광 비임을 집속하기 위해 제1 거울 뒤에서 캐리지상에 배열된 렌즈를 포함한다.

PLD 분야에서, 렌즈까지의 마스크의 거리(v)는 렌즈까지의 화상의 거리(b)보다 현저하게 크다. 따라서, 마스크의 화상과 렌즈 사이의 거리(b)가 일정하게 유지되는 한, 거리(v)의 작은 변화는 화상의 집속에 두드러지게 영향을 미치지 않는다. 이제, 본 발명에 따르면, 광 비임의 진입 경로와 동일한 방향으로 거울과 렌즈를 함께 이동시킴으로써 거리(b)는 일정하게 유지된다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 장치는 광 비임을 추가로 지향시키기 위해 렌즈와 제1 거울 사이에 배열된 제2 거울을 포함한다.

캐리지를 이동시키고 그에 따라 표면을 따라 스팟이 이동될 때, 스팟의 집속을 항상 유지하면서 거리(b)와 거리(v)가 일정하게 유지되도록, 거리(b)와 거리(v)가 동일한 정도일 때, 마스크를 캐리지와 함께 이동시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예는

- 제2 캐리지로서, 제2 캐리지 상에서 제1 캐리지는 제1 방향으로 이동가능하고, 상기 제2 캐리지는 제1 방향과 수직하고 표면에 평행한 제2 방향으로 이동가능한 제2 캐리지와,

- 도달하는 광 비임을 제2 방향으로 편향시키기 위한 고정 거울과,

- 고정 거울로부터 제1 방향으로 광 비임을 편향시키기 위해 제2 캐리지상에 배열된 제3 거울을 포함한다.

이 실시예에서, 표면에서 2개의 축을 따라 스팟을 이동시키는 것이 가능하다. 이는 표면의 형상이 더 이상 종래 기술에서 통상적인 원형으로 제한되지 않는 장점을 갖는다. 다른 장점은 레이저의 펄스 주파수가 더 이상 표면상의 스팟의 위치에 의존하지 않는 것이다. 종래 기술에서, 원형 표면은 회전되고, 스팟이 표면의 중심 근처에 있을 때, 평행한 기판의 표면 전체에 걸쳐 고른 코팅을 갖도록 레이저의 주파수는 낮게 유지되어야 한다. 이제, 본 발명의 경우, 표면을 따라 임의의 소정의 속도로 스팟을 이동시키는 것이 가능하고, 높은 증착 속도를 야기하는 레이저의 최대 펄스 주파수를 사용하는 것이 가능해 진다.

다른 장점은, 스팟이 표면상의 특정 좌표로 이동될 수 있기 때문에, 증착이 국부적으로 수행될 수 있는 것이다. 섀도 마스크를 사용함으로써, 국부적으로 증착된 코팅은 기판상에 정교하게 형성될 수 있다.

또한, 스팟의 이동과 함께 타겟을 이동시키는 것도 가능하다. 이는 더 작은 타겟을 필요로 하면서도, 여전히 비교적 큰 기판 표면상에 코팅을 도포할 수 있다.

나아가, 본 발명은 표면에 화상을 투사하기 위한 본 발명에 따른 장치와 표면 위로 일정 각도로 광 비임을 지향시키고 표면을 따라 상기 경사진 광 비임을 이동시키기 위한 본 발명에 따른 장치의 조합을 제공한다.

본 발명에 따르면, 렌즈의 축과 광 비임 사이에 각도가 형성되는 것도 가능하지만, 렌즈의 축은 광 비임의 축과 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전술한 장점 및 다른 장점은 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 표면에 화상을 투사하는 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 표면 위로 일정 각도로 광 비임을 지향시키고 표면을 따라 상기 경사진 광 비임을 이동시키는 장치의 개략도를 도시한다.
도 3은 광 비임을 지향하는 장치의 제2 실시예의 개략도를 도시한다.

도 1에, 본 발명에 따른 장치의 일 실시예의 개략도가 도시된다. 특히, 장치(1)는 펄스 레이저 증착(PLD)에 적합하다.

장치(1)는 축(3)을 갖는 레이저 비임(2)을 생성한다. 이 레이저 비임(2)은, 본 실시예에서 개구(5)를 구비한 판인, 마스크(4) 위로 투사된다.

마스크(4)의 개구(5)를 통과하는 레이저 비임 부분(6)은, 비임을 집속하고 표면(9)상에 스팟(8)을 투사하는, 렌즈(7)에 도달한다. 스팟(8)에 의해 표면(9)에 인가된 에너지는 표면(9)의 증발된 재료의 플룸(미도시)을 생성할 수 있다. 다음으로, 이 플룸은 기판(10)상에 적층될 것이다.

표면(9)상에 집속된 스팟(8)을 얻기 위해, 마스크 개구(5)의 모서리를 따라 사실상 모든 위치로부터 렌즈(7)까지의 거리(v1, v2) 및 스팟(8), 즉 마스크(4)의 화상의 모서리에서 렌즈(7)까지의 대응 위치의 거리(b1, b2)는 각각 공식 1/v1+1/b1=1/f 및 1/v2+1/b2=1/f에 부합하며, f는 렌즈(7)의 초점 길이이다.

도 2에, 표면(22) 위로 일정 각도(α)로 광 비임(21)을 지향시키고 표면(22)을 따라 상기 경사진 광 비임(21)을 이동시키기 위한 장치(20)가 도시된다.

이 장치는 표면(28) 위에서 이동될 수 있는 캐리지(23)를 갖는다. 이 캐리지(23)상에는 제1 거울(24), 제2 거울(25), 및 렌즈(26)가 배열된다.

표면(28)을 따라 캐리지(23)의 위치와 무관하게 광 비임(21)이 일정한 각도에서 거울(24)에 도달하도록, 광 비임(21)의 진입 경로(27)는 표면(28)에 평행하다.

다음, 광 비임(21)은 거울(24)에 의해 제2 거울(25)로 반사되며, 제2 거울은 렌즈(26)를 향해 광 비임을 반사한다. 다음, 집속된 스팟(30)이 표면(22)상에 투사되도록, 광 비임(21)을 집속한다.

이제, 캐리지(23)가 표면(28)을 따라 이동될 때, 투사된 스팟(30)은 그에 따라 표면(22)상에서 이동할 것이다. 표면(22)이 표면(28)에 평행하기 때문에, 캐리지(23) 및 그로 인해 스팟(30)이 이동될 때, 렌즈(26)와 스팟(30) 사이의 거리(b)는 변하지 않는다.

따라서, 본 발명에 따른 장치(20)로 스팟(30)의 집속을 유지하면서 표면(22)을 따라 스팟(30)을 이동시키는 것이 가능하다.

도 3에, 광 비임을 지향하기 위한 장치의 제2 실시예의 개략도가 도시된다.

이 장치(40)는 제2 방향(42)으로 이동가능한 제2 캐리지(41)를 갖는다. 이 제2 캐리지(41)상에는 (도 2에 도시된 것과도 같은) 제1 캐리지(23)가 배치된다. 이 제1 캐리지(23)는 제1 방향(43)으로 이동가능하다. 제1 방향(43)과 제2 방향(42)은 수직이다.

제2 캐리지(41)상에는 제3 거울(44)이 배열되고, 제2 캐리지(41)와 인접하여 고정 거울(45)이 배치된다.

광 비임(27)은 고정 거울(45)을 경유하여 장치(40)로 진입한다. 진입 경로(27)는 제1 방향(43)에 평행하다. 고정 거울(45)은 반사된 비임(46)이 제2 방향(42)과 평행하도록 광 비임을 반사시킨다. 다음, 반사된 비임(46)은 제3 거울(47)에 도달하며, 제3 거울은 제1 방향(43)에 평행한 방향으로 비임을 반사시킨다. 다음, 이렇게 반사된 비임(48)은 도 2에서 설명된 바와 같이 장치(20)로 진입한다.

이러한 장치(40)로 표면에서 스팟의 집속을 유지하면서, 표면상의 임의의 위치로 광 비임(21)을 지향하는 것이 가능하다.

Claims

광 비임을 생성하는 광원과,
광 비임의 경로에 배열된 마스크와,
렌즈에 평행하지 않은 삭마성 재료의 표면 상에 마스크의 화상을 집속하도록 마스크 뒤에 배열된 렌즈를 포함하는, 상기 표면 상에 화상을 투사하기 위한 장치이며,
마스크의 모서리를 따라 모든 위치에서 렌즈까지의 거리(v) 및 마스크의 화상의 모서리에서 렌즈까지의 대응 위치의 거리(b)는 공식 1/v+1/b=1/f에 부합하며, f는 렌즈의 초점 길이이고,
광 비임은 삭마성 재료의 플라즈마 플룸을 생성하기 위한 레이저 비임이고,
기판이 삭마성 재료의 표면에 평행하게 배열되어, 기판의 표면이 삭마성 재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는
화상 투사 장치.
제1항에 있어서,
표면은 편평하고 렌즈에 대해 일정 각도로 배열되며,
마스크는 광 비임이 통과하는 개구를 갖는 평판이고,
평판은 렌즈에 대해 일정 각도로 배열되는
화상 투사 장치.
제1항에 있어서,
표면은 만곡되고, 마스크는 공식 1/v+1/b=1/f에 부합하기 위해 만곡되는
화상 투사 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
마스크는 복수의 마스크 부분으로 이루어진
화상 투사 장치.
제4항에 있어서,
각각의 마스크 부분은 개구를 구비한 편평한 요소인
화상 투사 장치.
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렌즈에 평행하지 않은 삭마성 재료의 표면 위로 일정 각도로 광 비임을 지향시키고, 상기 표면을 따라 경사진 광 비임을 이동시키는 장치이며,
상기 표면에 평행하고 광 비임의 진입 경로에 평행한 제1 방향으로 이동가능한 제1 캐리지와,
상기 일정 각도로 광 비임을 지향하기 위해 제1 캐리지 상에 배열된 제1 거울과,
상기 표면 상에 광 비임을 집속하기 위해 제1 거울 뒤에서 제1 캐리지 상에 배열된 렌즈를 포함하고,
광 비임은 삭마성 재료의 플라즈마 플룸을 생성하기 위한 레이저 비임이고,
기판이 삭마성 재료의 표면에 평행하게 배열되어, 기판의 표면이 삭마성 재료로 코팅되는
광 비임을 지향시키고 이동시키는 장치.
제8항에 있어서,
광 비임의 추가적인 지향을 위해 제1 거울과 렌즈 사이에 배열된 제2 거울을 포함하는
광 비임을 지향시키고 이동시키는 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서,
제2 캐리지로서, 제2 캐리지상에 제1 캐리지가 제1 방향으로 이동가능하고, 상기 제2 캐리지는 제1 방향에 수직하고 표면에 평행한 제2 방향으로 이동가능한 제2 캐리지와,
도달하는 광 비임을 제2 방향으로 편향시키기 위한 고정 거울과,
고정 거울로부터의 광 비임을 제1 방향으로 편향시키기 위해 제2 캐리지상에 배열된 제3 거울을 포함하는
광 비임을 지향시키고 이동시키는 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 화상 투사 장치, 및 렌즈에 평행하지 않은 삭마성 재료의 표면 위로 일정 각도로 광 비임을 지향시키고 상기 표면을 따라 경사진 광 비임을 이동시키는 장치의 조합체이며,
광 비임을 지향시키고 이동시키는 장치는
상기 표면에 평행하고 광 비임의 진입 경로에 평행한 제1 방향으로 이동가능한 제1 캐리지와,
상기 일정 각도로 광 비임을 지향하기 위해 제1 캐리지 상에 배열된 제1 거울과,
상기 표면 상에 광 비임을 집속하기 위해 제1 거울 뒤에서 제1 캐리지 상에 배열된 렌즈를 포함하고,
광 비임은 삭마성 재료의 플라즈마 플룸을 생성하기 위한 레이저 비임이고,
기판이 삭마성 재료의 표면에 평행하게 배열되어, 기판의 표면이 삭마성 재료로 코팅되는
화상 투사 장치와 광 비임을 지향시키고 이동시키는 장치의 조합체.