KR102678861B1

KR102678861B1 - 노광시스템

Info

Publication number: KR102678861B1
Application number: KR1020210169173A
Authority: KR
Inventors: 박준한; 이정운; 이정훈; 신보성; 마용원
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2024-06-26
Also published as: KR20230081272A

Abstract

본 발명은 광간섭을 활용하여 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 초적 거리의 조절이 용이한 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것이다.
본 발명에 따른 노광시스템은 제1하우징과, 콜리메이터와, 렌즈부와, 빔분할부와, 제2하우징과, 복수의 거울과, 선형스테이지와, 각도스테이지를 포함한다. 상기 콜리메이터는 상기 제1하우징으로 광을 입사시킬 수 있게 상기 제1하우징의 입구에 장착된다. 상기 렌즈부는 상기 콜리메이터에서 분사되는 광선을 확대시키기 위하여 상기 제1하우징의 내부에 장착된다. 상기 빔분할부는 상기 렌즈부에서 분사되는 광선을 분할시켜 상기 제1하우징에서 출사되도록 상기 제1하우징의 출구에 장착된다. 상기 제2하우징은 상기 빔분할부에서 출사되는 광선을 수용할 수 있다. 상기 복수의 거울은 상기 빔분할부에서 분할되는 각각의 광선을 반사하여 포커싱할 수 있도록 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 선형스테이지는 상기 거울을 상기 제2하우징에서 축방향으로 이동시킬 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 각도스테이지는 상기 거울에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 상기 거울의 각도를 변경할 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다.

Description

노광시스템{Exposure system}

본 발명은 광간섭을 활용하여 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 초점 거리의 조절이 용이한 3차원 구조물 제작을 위한 노광시스템에 대한 것이다.

선반, 밀링 등의 공작기계를 활용한 전통적인 제조방법은 미세 선폭제조에 한계가 있어서, 광원 등 전자기파를 활용한 미래형 제조시스템이 개발되고 있다. 미래형 제조시스템는 해상도를 크게 높여 미세하게 만드는 방향과 집적화하는 방향을 목표로 하고 있다. 특히, 전자기파를 활용한 제조시스템은 전자기파의 소스원이 단 하나인 경우가 많아서, 이를 활용한 3D프린터, 가공장비들은 선폭 미세화에 매우 큰 어려움을 겪을 수 밖에 없었다. 이를 해결하기 위해 다중빔(2개 이상의 빔)을 중첩하여 간섭패턴을 만들면 선폭의 미세화가 가능하지만 장치와 제조하고자 하는 물체의 표면과의 거리를 일정하게 유지시켜야 한다는 문제점이 있었다.

또한, 기존 종래의 공작기계 중에서는 공구를 회전하는 방법으로 제작할 수 있는 장비들이 많지만 다중빔을 노광할 수 있는 장치의 경우 빔 자체를 회전하는 것은 어려워서 가공하고자하는 구조체 모양에 한계가 있다.

등록특허 제10-2149579호(등록일자 2020년 08월 24일)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 다중 빔을 노광할 수 있을 뿐만 아니라, 다중 빔이 포커싱 되는 초점의 거리를 자유롭게 조절할 수 있는 노광시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 노광시스템은 제1하우징과, 콜리메이터와, 렌즈부와, 빔분할부와, 제2하우징과, 복수의 거울과, 선형스테이지와, 각도스테이지를 포함한다. 상기 콜리메이터는 상기 제1하우징으로 광을 입사시킬 수 있게 상기 제1하우징의 입구에 장착된다. 상기 렌즈부는 상기 콜리메이터에서 분사되는 광선을 확대시키기 위하여 상기 제1하우징의 내부에 장착된다. 상기 빔분할부는 상기 렌즈부에서 분사되는 광선을 분할시켜 상기 제1하우징에서 출사되도록 상기 제1하우징의 출구에 장착된다. 상기 제2하우징은 상기 빔분할부에서 출사되는 광선을 수용할 수 있다. 상기 복수의 거울은 상기 빔분할부에서 분할되는 각각의 광선을 반사하여 포커싱할 수 있도록 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 선형스테이지는 상기 거울을 상기 제2하우징에서 축방향으로 이동시킬 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다. 상기 각도스테이지는 상기 거울에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 상기 거울의 각도를 변경할 수 있게 상기 제2하우징에 장착된다.

또한, 상기의 노광시스템에 있어서, 상기 제2하우징은 상기 제1하우징에 회전할 수 있게 장착된 것이 바람직하다.

또한, 상기의 노광시스템에 있어서, 상기 선형스테이지와 상기 각도스테이지를 이동시켜 상기 거울에서 포커싱되는 거리를 조절할 수 있게 상기 제2하우징에서 상기 포커싱되는 물체가 떨어진 거리를 측정하는 거리센서를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 선형스테이지 및 각도스테이지가 복수의 거울의 위치 및 각도를 조절하므로 복수의 거울에서 반사되는 다중의 레이저 빔의 초점을 조절할 수 있다. 그래서 다중 빔의 초점 거리의 조절이 용이하다.

또한, 본 발명에 의하면 거리센서가 빔이 노광될 물체의 표면과의 거리를 파악할 수 있으므로 표면과의 거리에 따라 초점 거리를 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 제2하우징의 회전이 가능하므로 3차원적으로 노광패턴을 원하는 방향으로 조절할 수 있다. 그래서 가공하고자 하는 구조체의 다양한 모양에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 노광시스템의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1을 사용하여 물체의 표면에 레이저 광선을 포커싱하는 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 노광시스템의 일 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 노광시스템은 제1하우징(10)과, 콜리메이터(15)와, 렌즈부(20)와, 빔분할부(25)와, 제2하우징(30)과, 복수의 거울(35)과, 선형스테이지(40)와, 각도스테이지(45) 및 거리센서(50)를 포함한다.

제1하우징(10)은 일단(11)으로 레이저 광선이 들어와서 타단(12)으로 나간다.

콜리메이터(15)는 하우징(10)의 입단(11)에 광섬유로 연결된다. 그래서 레이저 광선은 콜리메이터(15)를 통하여 제1하우징(10)으로 입사된다.

렌즈부(20)는 한 쌍의 렌즈를 구비하며 콜리메이터(15)에서 분사되는 광선을 확대시킬 수 있도록 제1하우징(10)의 내부에 장착된다.

빔분할부(25)는 렌즈부(20)에서 분사되는 광선을 분할시켜 제1하우징(10)에서 출사되도록 제1하우징(10)의 출구(12)에 장착된다.

제2하우징(30)은 빔분할부(25)에서 출사되는 광선을 수용할 수 있게 제1하우징(10)의 타단에 장착된다. 이때 제2하우징(30)은 제1하우징(10)에서 회전할 수 있도록 장착된다.

복수의 거울(35)은 빔분할부(25)에서 분할되어 제2하우징(30)으로 입사되는 각각의 광선(1)이 물체의 표면(3)에 포커싱되도록 각각의 광선(1)을 반사할 수 있게 제2하우징(30)의 내부에 장착된다.

선형스테이지(40)는 거울(35)을 제2하우징(30)의 축방향으로 이동시킬 수 있게 제2하우징(30)에 장착된다.

각도스테이지(45)는 거울(35)에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 거울(35)의 각도를 변경할 수 있게 제2하우징(30)에 장착된다.

거리센서(50)는 제2하우징(30)에서 포커싱되는 물체의 표면(3)까지 떨어진 거리를 측정한다. 거리센서(50)에서 측정된 거리로 선형스테이지(30)와 각도스테이지(45)를 조절한다.

본 실시예의 경우 콜리메이터(15)로 레이저 광선(1)이 제1하우징(10)의 내부로 입사되면 렌즈부(20)와, 빔분활부(25)를 통하여 레이저 광선(1)이 분할되어 제2하우징(30)으로 입사된다. 제2하우징(30)에 입사된 각각의 레이저 광선(1)은 복수의 거울(35)에서 반사되어 포커싱된다. 이때 선형스테이지(40)와 각도스테이지(45)를 조절하면 포커싱되는 초점거리가 달라진다. 거리센서(50)로 물체의 표면(3)과 떨어진 거리가 측정되므로 거리센서(50)에서 측정된 거리로 선형스테이지(40)와 각도스테이지(45)를 조절하여 표면(3)에 각각의 거울(35)에서 반사된 레이저 광선(1)이 포커싱되도록 한다.

한편 본 실시예의 경우 제2하우징(30)이 회전이 가능하므로 표면(1)에 레이저 광선(1)이 포커싱될 때 그 패턴의 방향을 조절할 수 있다.

따라서 본 실시예에 의하면, 레이저 광선(1)이 포커싱 되는 초점 거리의 조절이 용이하며, 포커싱 되는 패턴의 방향의 조절이 자유롭다.

이를 사용하면 레이저 광선 기반의 3D 프린팅이 가능하여 단층이 아닌 다층의 적층 장비로서 사용될 수도 있다.

1 : 레이저 광선 3 : 물체의 표면
10 : 제1하우징 11 : 제1하우징의 일단
13 : 제1하우징의 타단 15 : 콜리메이트
20 : 렌즈부 25 : 빔분할부
30 : 제2하우징 35 : 복수의 거울
40 : 선형스테이지 45 : 각도스테이지
50 : 거리센서

Claims

제1하우징과,
상기 제1하우징으로 광을 입사시킬 수 있게 상기 제1하우징의 입구에 장착된 콜리메이터와,
상기 콜리메이터에서 분사되는 광선을 확대시키기 위하여 상기 제1하우징의 내부에 장착된 렌즈부와,
상기 렌즈부에서 분사되는 광선을 분할시켜 상기 제1하우징에서 출사되도록 상기 제1하우징의 출구에 장착된 빔분할부와,
상기 제1하우징에 회전할 수 있게 장착되어 상기 빔분할부에서 출사되는 광선을 수용할 수 있는 제2하우징과,
상기 빔분할부에서 분할되는 각각의 광선을 반사하여 포커싱할 수 있도록 상기 제2하우징에 장착된 복수의 거울과,
상기 거울을 상기 제2하우징에서 축방향으로 이동시킬 수 있게 상기 제2하우징에 장착된 선형스테이지와,
상기 거울에서 반사되는 광선의 각도를 조절하기 위하여 상기 거울의 각도를 변경할 수 있게 상기 제2하우징에 장착된 각도스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광시스템.
제1항에 있어서,
상기 선형스테이지와 상기 각도스테이지를 이동시켜 상기 거울에서 포커싱되는 거리를 조절할 수 있게 상기 제2하우징에서 상기 포커싱되는 물체가 떨어진 거리를 측정하는 거리센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광시스템.
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