KR101866825B1 - 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 에너지 프로파일 피드백을 갖는 레이저 빔 모니터 방법은, 레이저 소스에서 출력되는 레이저의 형태 및 사이즈를 어플리케이션의 요건에 따라 성형하여 조사하는 단계와, 촬상면에 주사된 상기 레이저 빔의 특성을 측정하는 단계 및 상기 측정 결과를 피드백 받아, 상기 측정 결과에 따라 상기 레이저 빔의 이동경로에 삽입된 셰이드 장치를 제어하여 상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법{METHOD FOR SURFACE SCANNING WITH CONTROLING OF LASER　BEAM ENERGY PROFILE}

본 발명은 레이저 빔 모니터 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정 중 실시간으로도 레이저 빔의 다양한 특성을 모니터링하고, 이를 피드백하여 레이저 빔의 강도를 제어할 수 있는 에너지 프로파일 피드백을 갖는 레이저 빔 모니터 방법에 관한 것이다.

또한 본 발명은 촬상면이 레이저 빔의 단면적보다 넓은 경우 스케닝을 통해 촬상면의 에너지 프로파일을 제어하는 방법에 관한 것이다.

최근 반도체, 디스플레이 등의 미세공정에 있어서 기판 표면의 개질이나 비아(via)홀 머시닝, 혹은 특정 패턴의 형성에 레이저 장치가 많이 사용되고 있다. 이를 위해 레이저 빔을 특수한 형태로 가공하는 기술이 다수 개발되었으며 여전히 새로운 레이저 활용 공정을 위해 특수한 형태로 가공하는 기술이 요구되고 있다.

이에 레이저의 공간적인 형태를 선, 면 등으로 성형하는 기술, 즉 빔의 공간적인 세기(intensity)를 특정 형태로 유지하거나 에지 부분의 트랜지션 폭을 최소화 하는 등의 기술이 개발되고 있다.

그러나, 이와 같이 정밀하게 성형된 레이저는 촬상면, 즉 목표물에 주사되기 전까지 초기 레시피(recipe)의 설정과는 다르게 환경적인 요인 등에 의해 빔의 특성이 변형되어, 레이저 빔의 이상에 따라 가공 물품에 연속적으로 이상이 발생되는 문제가 발생하기도 한다.

나아가 레이저 빔의 단면적이 촬상면의 크기보다 작을 경우 스케닝하면서 원하는 형태의 에너지를 전달해야 하나, 레이저 빔 단면적의 에너지 분포형태나 스케닝 속도 및 촬상면에서의 에너지 전파속도 등의 요소들로 인하여 촬상면에 정확인 에너지의 전달이 어려운 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2013-0115887호 대한민국 등록특허 10-0967072호

따라서 본 발명의 목적은 전술된 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공정 중 실시간으로도 레이저 빔의 다양한 특성을 모니터링하고, 이를 피드백하여 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절할 수 있는 셰이딩 방법을 제공하는데 있다.

또한, 조사되는 레이저 빔의 이동 경로에 셰이드 장치를 구비하여 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 변화시킴으로써, 최종적으로는 촬상면에 단면상의 온도분포에 변형을 주고 이를 모니터링하며 피드백 하여 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절할 수 있는 레이저 빔 모니터 방법을 제공하는데 있다.

또한 레이저 빔의 단면적보다 촬상면의 크기가 클 경우 레이저빔을 스케닝하면서도 촬상면 전체영역에 걸쳐 원하는 에너지 프로파일을 갖도록 빔의 에너지 프로파일을 제어하는 방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 프로파일 피드백을 갖는 레이저 빔 모니터 방법은, 레이저 소스에서 출력되는 레이저의 형태 및 사이즈를 어플리케이션의 요건에 따라 성형하여 조사하는 단계와, 촬상면에 주사된 상기 레이저 빔의 특성을 측정하는 단계 및 상기 측정 결과를 피드백 받아, 상기 측정 결과에 따라 상기 레이저 빔의 이동경로에 삽입된 셰이드 장치를 제어하여 상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계를 포함한다.

또한 레이저빔을 스케닝하면서도 촬상면 전체영역에 걸쳐 원하는 에너지 프로파일을 갖도록 하기위해 빔의 에너지 프로파일을 제어하는 단계를 포함한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 빔 모니터 방법에 의하면, 레이저 빔을 이용한 가공 중에도 실시간으로 레이저 빔을 모니터링 하여, 검출된 문제를 보상하기 때문에, 레이저 빔의 이상 문제에 따라 가공 물품에 연속적으로 이상이 발생되는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 방법은 레이저 빔의 조사에 영향을 미치지 않으면서 레이저 빔을 모니터할 수 있고, 빔의 파워, 빔의 이미지, 빔이 조사된 표면의 온도, 빔에 의한 물성 변화 중 적어도 하나를 측정 가능하기 때문에, 빔의 특성을 다양하게 모니터할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 방법은 레이저 빔의 이동 경로에 셰이드 장치를 구비하여 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 역구배(변화)함으로써, 최종적으로는 촬상면 단면상의 온도가 균일하거나 다양한 형태를 갖도록 레이저 빔이 주사되도록 할 수 있다.

더불어, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 방법은 빔의 측정 결과를 피드백하여 이에 따라 셰이드 장치를 제어함으로써, 실시간으로 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한 빔의 에너지 프로파일을 제어하여 레이저빔을 스케닝하면서도 촬상면 전체영역에 걸쳐 원하는 에너지 프로파일을 갖도록 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치에 의한 빔의 조사를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 이용되는 빔의 에너지 프로파일과 촬상면 단면의 온도프로파일을 도시한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셰이드 장치의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4a에 도시된 셰이드 장치의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 6는 빔의 강도를 x축(도 4 참조)을 기준으로 나타낸 도면이다.
도 7(a)는 빔 스캐닝 방식을 도시하고, 도 7(b)는 빔 스캐닝 거리에 따른 타겟의 온도 프로파일을 도시한 그래프를 나타낸다.
도 8(a)은 본 발명의 실시 예에 따른 빔의 y축 상의 에너지 프로파일이고, 도 8(b)은 본 발명의 실시 예에 따른 빔의 x축 상의 에너지 프로파일을 도시한다.
도 9(a)은 본 발명의 실시 예에 따른 빔의 y축 상의 에너지 프로파일이고, 도 9(b)은 본 발명의 실시 예에 따른 빔의 x축 상의 에너지 프로파일을 도시한다.
도 10(a)는 실제 스캐닝 이동 방향의 안쪽 방향에 해당하는 빔 단면상에 셰이드 장치를 삽입함에 따른 빔의 에너지 프로파일과 빔의 단면 이미지를 도시하고, 도 10(b)는 실제 빔 경로의 중심부분에 셰이드 장치를 삽입함에 따른 빔의 에너지 프로파일과 빔의 단면 이미지를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 프로파일 피드백을 갖는 레이저 빔 모니터 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 레이저 빔 모니터 장치의 실시 예를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치에 의한 빔의 조사를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 빔 모니터 장치는 레이저 빔 성형부(100), 셰이드 장치(450, 450a), 빔 모니터부(210, 220, 230), 제어부(700) 및 구동부(800, 800a)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 셰이드 장치는 빔의 평행광이 통과하는 어느 부분에도 설치가 가능하다.

도 1을 참조하면, 레이저 빔 성형부(100)는 일반적으로 레이저 소스에서 출력되는 레이저를 어플리케이션의 요건에 맞게 성형하여 최종 광을 출력시키기 위한 구성으로서, 레이저 소스(110), 콜리메이터(120), 포커싱 렌즈(130) 및 빔 형상 마스크(140)을 포함하여 구성된다.

콜리메이터(120)는 레이저 소스(110)로부터 출사되는 레이저를 평행광으로 만들고, 빔 형상 옵틱은 빔의 형태를 예를 들어, cylindrical lens의 조합을 통해 직사각형이나 정사각형 형태로 성형할 수 있고, 아파춰(Aperture)의 형태에 따라 원형 또는 다각형 형태로도 성형할 수 있다. 각각 형태의 빔의 사이즈는 앞 단의 광학계와 광 파이버의 형태와 사이즈에 따라 달라질 수 있다.

포커싱 렌즈(130)는 콜리메이터(120)에 입력되는 레이저 광 파면의 유니폼(uniform)을 결정하며, 빔 형상 마스크(140)는 포커싱 렌즈(130)를 투과하여 출사되는 레이저에서 주변광을 제거하기 위해 구비된다. 각 형태의 빔 사이즈와 형태는 마스크의 사이즈와 형태에 따라서 크기가 변경될 수 있으며, 마스크는 여러 가지 형태로 가공 가능하며, 빔 릴레이 단의 광학계를 이용하여 최종 빔 단에 주사할 수 있다.

한편, 레이저 빔 성형부(100)에 대한 더 상세한 설명은 대한민국 공개특허 10-2013-0115887호에 게시된 기술을 참조할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 빔 모니터부(210, 220 230)는 레이저 빔 성형부(100)로부터 촬상면(target, 500)으로 주사되는 빔의 특성을 측정하기 위해 구비되고, 위치상으로는 레이저 빔 성형부(100)와 촬상면(500) 사이에 구비된 릴레이 렌즈부(400) 및 콜리메이터와 포커싱 렌즈 사이에 구비될 수 있으며, 다른 위치에 구비될 수 있음에 한정하지 않는다.

릴레이 렌즈부(400)는 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430)가 서로 소정 간격 이격되어 배치되되, 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430) 사이에는 레이저 빔이 평행하게 진행하므로, 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430) 사이의 거리는 제한을 두지 않을 수 있다. 최종 촬상면(500)에 주사되는 빔 사이즈는 릴레이 렌즈부(400)의 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(420)의 조합 배율에 따라 크기가 조정될 수 있다.

빔 모니터부(210, 220)는 이러한 제1 릴레이 렌즈(410)와 제2 릴레이 렌즈(430) 사이에 적어도 하나의 빔 모니터를 위한 구성을 갖출 수 있는데, 특히 본 발명의 실시 예서는 측정하고자 하는 빔의 특성에 따라서, 제1 빔 모니터부(210) 및 제2 빔 모니터부(220) 중 하나만 구비하거나 또는 제1 빔 모니터부(210) 및 제2 빔 모니터부(220)를 둘 다 구비할 수 있다.

제1 빔 모니터부(210)는 레이저 빔 성형부(100)로부터 출력되는 빔의 특성을 측정하고, 제2 빔 모니터부(220)는 촬상면(500)으로부터 반사되는 빔의 특성을 측정한다.

제3 빔 모니터부(230)는 콜리메이터(120)와 포커싱 렌즈(140) 사이에 구비되어 빔 형상 옵틱에 의해 성형된 레이저 빔의 성형 결과를 모니터링 할 수 있다.

이를 위해 제어부(700)는 빔 모니터부(210, 220)에 의해 측정된 상기 빔의 특성 정보가 미리 설정된 기준 범위와 비교하여 오차 범위를 벗어나는지 분석할 수 있고, 상기 분석 결과에 따라 레이저 빔 조사를 정지하거나 라인 환경에 따른 조치를 시스템에 명령할 수 있다.

구체적으로 도 2를 참조하여 제1 빔 모니터부(210), 제2 빔 모니터부(220) 및 제어부(700)에 대해 설명한다.

제1 빔 모니터부는(210)는 제1 빔 스플리터(211), 빔 스플리터(213), 포토 디텍터(215) 및 카메라(217)를 포함하여 구성된다.

제1 빔 스플리터(211)는 레이저 빔 성형부(100)로부터 출력되어 제1 릴레이 렌즈(410)를 투과하여 평행하게 입사하는 빔의 일부를 제2 릴레이 렌즈(430)방향으로 투과시키고, 나머지 빔을 반사시킨다. 여기서 제1 빔 스플리터(211)에 의한 투과도 및 반사도는 빔 스플리터를 코팅하는 정도에 따라 조정될 수 있다.

포토 디텍터(215)는 제1 빔 스플리터(211)로부터 반사된 빔의 일부가 하프 미러(213)에 의해 투과된 빔의 광량(즉, 에너지)을 측정함으로써, 빔의 파워를 실시간으로 측정한다.

카메라(217)는 빔스플리터(213)에 의해 반사된 빔의 이미지를 획득하고 빔의 파워를 측정한다. 카메라(217)로 빔의 파워를 측정 시에는 스텝 투 스텝 이동하여 빔 주사 시에는 파워 모니터링 및 빔의 특성 정보를 매 샷마다 측정 가능하다. 이로써 상시 전체 빔의 정보를 모니터링 하는 것이 가능하다.

라인 빔 형태로 빔을 구성하여 연속적으로 빔을 주사하는 공정 진행 시에는 빔이 연속적으로 주사되기 때문에 빔의 특성 정보를 매 샷마다 취득하는 것이 불가능하다. 이에 인터락 기능을 보완하기 위하여 카메라의 프레임 레이트(frame rate)의 범위까지 빔의 특성 정보를 모니터링하거나, 일정 위치마다 빔의 특성 정보를 취득하여 모니터링 한다. 한편, 이와 달리 빔의 파워는 포토 디텍터(215)를 통해서는 상시 모니터링이 진행 가능하다.

제어부(700)은 포토디텍터(215)와 카메라(217)를 통해 빔의 프로파일링(profiling) 정보를 취득하고, 취득한 프로파일링 정보를 분석하여, 분석에 의해 레이저가 정상적인 동작 범위에서 동작하는지 여부와 레이저 빔 성형부(100)에서 성형된 빔이 정상적으로 주사되는지 여부를 판단한다. 포토디텍터(215)를 통해서 취득한 빔의 세기, 빔의 파워 및 카메라(217)를 통해서 취득한 빔의 이미지가 공정 조건 수립 시 설정된 레시피(recipe)에 설정된 것과 비교했을 때 오차 범위를 벗어나는 경우, 제어부(700)은 레이저 빔 조사를 정지하거나 라인 환경에 따른 조치를 명령한다.

제어부(700)는 빔 모니터부(210, 220, 230)에 의해 검출된 빔의 특성정보 및 촬상면(500)에 주사된 레이저 빔의 특성정보를 분석하여 상기 빔의 특성정보를 미리 설정된 기준 범위와 비교하고, 분석 및 비교결과에 따라 구동부(800, 800a)를 제어하여 레이저 빔의 이동 경로에 셰이드 장치(450, 450a)를 삽입한다. 구동부(800, 800a)는 셰이드 장치(450, 450a)를 레이저 빔의 이동 경로에 삽입 또는 철거시키거나 제어부(700)에 의해 결정된 삽입량에 따라 셰이드 장치(450, 450a)를 이동시키는 역할을 하며, 이는 스텝 모터 또는 서브 모터 등과 같은 구동 모터로 구성될 수 있다.

셰이드 장치(450, 450a)는 구동부(800, 800a)에 의해 레이저 빔의 이동 경로로 삽입/철수되고, 레이저 빔의 이동 경로에 삽입되면 레이저 빔 단면상에 그늘을 형성시키며, 이에 의해 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 변화(역구배 혹은 경사구배)시킴으로써, 최종적으로는 촬상면(500)에 단면상의 온도가 균일하거나 다양한 형태를 갖도록 레이저 빔이 주사되도록 하는 역할을 한다.

셰이드 장치(450, 450a)를 구비하는 이유를 설명하자면, 촬상면을 향해 조사되는 레이저 빔 단면의 에너지 프로파일이 일정할 경우 촬상면의 에너지의 거동을 보면 빔의 경계부분에서의 에너지는 촬상면의 경계 밖으로 이동하기 때문에 도 3에 촬상면에 조사된 빔의 에너지 프로파일로 인해 촬상면의 온도 프로파일은 도시된 바와 같이 중심부분으로 갈수록 온도가 높고, 바깥쪽으로 갈수록 온도가 낮다.

즉, 조사되는 레이저 빔 단면의 에너지 프로파일은 전 단면에서 균일하다 하더라도 열의 흐름 때문에, 이 빔이 촬상면에 조사되면, 위에 설명한 내용과 같이 촬상면(500)의 중심으로 갈수록 온도가 높은 특성을 보여, 촬상면의 재질을 개질시키고자 하는 등의 목적으로 이용될 때 유익하지 않다. 또한, 넓은 촬상면에 대해 빔 스캐닝 시, 빔의 이동에 의해 빔의 조사가 중첩되는 부분도 있고 상대적으로 빔의 조사가 덜되는 부분도 발생하기 때문에 촬상면의 전 영역에 걸쳐 온도 프로파일이 서로 다른 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 레이저 빔 단면의 에너지 프로파일을 변화시켜 촬상면의 온도 분포를 균일하게 하기 위해서 레이저 빔의 이동경로에 셰이드 장치(450, 450a)를 삽입함과 더불어, 제어부(700)가 실시간으로 빔 모니터부(210, 220, 230)에 의해 검출된 빔의 특성정보 및 촬상면(500)에 주사된 레이저 빔의 특성정보를 분석하여, 분석 결과에 따라 셰이드 장치(450, 450a)의 삽입여부, 삽입량을 결정하고, 이에 따라 구동부(800, 800a)를 제어하여 레이저 빔의 이동 경로에 셰이드 장치(450, 450a)를 삽입한다.

여기서 온도란 용어와 에너지란 용어가 사용되는데, 빔이 촬상면에 조사되기 전에는 빔의 물리량은 에너지로 표현되지만, 상기 빔이 촬상면에 조사되면 상기 빔 에너지는 촬상면의 온도를 변화시키기 때문이다.

즉 빔의 단면에서 볼 때 에너지가 높은 부분은 촬상면에 에너지를 많이 전달하므로, 다른 촬상면의 부위보다 온도가 높게됨을 의미한다.

즉, 레이저 빔의 단면 에너지 프로파일은 촬상면에 주사되어 결국은 촬상면의 온도 분포 (즉 촬상면의 에너지 분포)를 결정하게 된다.

본 발명에서는 빔의 이동(스캐닝)에 따른 불균형한 조사와 빔의 경계부분에서 열의 흐름에 의한 촬상면의 불균형한 온도 프로파일을 동시에 개선하기 위해서 빔의 길이방향(혹은 빔의 장축방향향 혹은 x축방향)의 에너지 프로파일과 폭방향(혹은 빔의 단축방향 혹은 y축방향)의 에너지 프로파일을 변화시켜 병합한 형태의 빔을 촬상면에 조사함으로써, 스케닝되는 촬상면 전체의 온도 프로파일이 균일하도록 하고자 한다.

이에 대해서는 하기에 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

한편, 촬상면(빔이 조사되는 시료면)의 온도 분포는 필요에 따라 다양한 형태로 요구될 수 있다.

즉, 필요에 따라 빔이 조사되는 시료 면인 촬상면의 매질과 표면에 도포된 재질에 따라 요구되는 온도 분포가 다를 수 있는데, 일예로 촬상면의 온도분포가 x축 선상에서 중앙부근의 온도가 경계부근의 온도보다 높거나, 낮은 온도분포가 요구되고, 동시에 y축 선상에서 위쪽 부분의 온도가 아래쪽 부분의 온도가 높거나 낮게 요구될 수 있다.

이와 같이 촬상면의 온도분포가 결정되면, 그에 따라 빔의 단면에 맞추어 설치되는 셰이드 형태가 결정된다.

이와 같이 셰이드 형태가 결정되면, 셰이드를 레이져 빔 경로에 삽입시켜 적용함으로써, 빔 모니터링 장치를 통해 실시간으로 빔의 이미지와 에너지 분포를 확인할 수 있다.

셰이드 장치(450, 450a)의 형태는 도 4에 도시된 바와 같이 다양하게 구현될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이 빔의 단면을 투과하는 미세 슬릿으로 구현되거나, 도 4b에 도시된 바와 같이 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 얇고 직선 슬릿으로 구현되거나, 도 4c에 도시된 바와 같이 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 이동할 수 있는 엣지 형상의 부재로 구현되거나, 도 4d에 도시된 바와 같이 빔을 투과하는 단면을 가진 얇은 면 형태로 구비되되, 기울이는 각도에 따라 빔의 단면에 빔의 이동을 방해하는 면적이 조절되는 형태로 구비될 수 있다. 이러한 셰이드는 멤스 공정으로 제조될 수 있다.

도 5는 도 4a에 도시된 셰이드 장치(450)의 상세 구조를 도시한 도면이다. 도5는 빔의 장축방향에 대해 빔의 에너지 프로파일을 변화시키위해 빔의 단축방향으로 셰이드 장치를 삽입하게 된다. 이를 위해 빔의 이동경로의 양쪽 측면으로 소정 간격 이격되어 프레임(452)이 구비된다. 프레임(452)은 슬릿 부재(454)가 끼워질 수 있도록 다수개의 홀이 형성되어 있다. 프레임(452)에 의해 얇은 슬릿 부재(454)는 고정(좌측 슬릿 부재 참고)될 수 있고, 구동부(800)에 의해 슬릿 부재(454)가 프레임(452)의 홀을 통과하며(우측 슬릿 부재 참고) 삽입 또는 철거된다. 이때 제어부(700)는 슬릿 부재(454)의 삽입 개수, 각 슬릿 부재(454)가 홀을 통과하는 길이 등을 결정하여 레이저 빔 단면상의 빔의 강도를 조절한다. 그리고 이에 따른 신호를 구동부(800)로 전달하여 구동부(800)가 슬릿 부재(454)를 프레임(452)의 홀을 통과하며 삽입/제거되게 제어한다.

나머지 도 4b 내지 도d의 슬릿 부재들도 도 4a의 슬릿 부재와 같은 방법에 의해 삽입/제거될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 이용되는 빔 프로파일을 도시한 이미지이다. 제어부(700)의 빔 프로파일링 정보 분석에 대해 설명하기 위해 도 3을 참고할 수 있다. 도 3에 도시된 빔 프로파일을 통해 빔 균일성(beam uniformity), 빔 엣지 기울기, 빔 얼라인먼트(alignment), 빔 사이즈 및 빔 파워를 측정할 수 있다.

구체적으로, 적색 플랫 탑(flat top) 면에서의 카메라 픽셀의 그레이 스케일(gray scale) 값을 모니터링 하여 빔 균일성을 측정할 수 있다.

또한, 적색의 플랫 탑 면에서 청색의 픽셀부분까지 그레이 스케일 값을 이용하여 기울기를 산출함으로써 빔 엣지 기울기를 측정할 수 있다.

또한, 빔의 외곽 부분, 예를 들어 플랫 탑 면의 외곽 픽셀 부분을 추출하여 각도를 재어 빔 얼라인먼트를 측정할 수 있다.

또한, 빔의 외곽 부분의 픽셀의 수를 모니터링 하여 미리 설정된 기준(recipe)보다 많거나 적을 경우, 마스크가 손상되었거나 빔의 광학 정렬이 틀어져 빔의 형태가 변형된 것으로 판단한다.

또한, 카메라(217)에 촬상되는 빔 전면적의 그레이 스케일 평균값을 읽어, 기 환산 도출한 테이블을 기준으로 빔의 파워를 환산하여, 환산된 빔의 파워(에너지)를 모니터한다.

한편, 가공 물체를 등속도로 이동시키고 CW(Continuous wavelength)로 레이저를 주사하여 공정을 진행하는 경우, 빔의 특성과, 주사되는 빔의 파워를 모니터링 하는 것이 필요하다. 이를 위해 실시간으로 빔의 특성과 파워를 측정할 수 있는 고속의 포토디텍터(215)를 적용하여 포토디텍터(215)로 입사되는 광자 에너지를 측정함으로써 빔의 파워를 측정 가능하다. 이를 위해 제어부(700)은 포토디텍터(215)의 측정값과 실제 주사되는 빔의 파워 간의 상호 환산 테이블을 미리 설정한다.

포토디텍터(215)는 아날로그 신호를 출력하므로 제어부(700)에서 신호 입력 후, 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환(converting)하여 이용할 수 있다. 제어부(700)은 입력되는 포토디텍터의 아날로그 신호를 예를 들어, 최소 10us 이하로 샘플링하여 공정 물체의 위치 데이터 및 카메라(217)를 통해 취득한 빔의 특성 정보를 함께 저장한다.

특히, 제어부(700)는 제1 빔 스플리터(211)를 통해 추출된 레이저 빔과 제1 빔 스플리터(211)를 통해 투과되어 촬상면(500)에 주사된 레이저 빔 간의 비율을 미리 설정하여, 상기 비율을 빔의 특성에 관한 수치를 산출하는데 이용한다.

예를 들어, 제1빔 스플리터(211)를 통해 추출된 레이저 빔과, 투과되어 촬상면(500)에 주사된 레이저 빔 간의 비율을 1:9로 설정한 경우, 포토디텍터(215)나 카메라(217)에서 측정된 빔의 특성에 관한 수치에 1:9의 비율로 배수 관계식을 적용하여 촬상면(500)에 주사되는 레이저 빔의 특성을 산출할 수 있으며, 여기서 상기 배수 관계식에 공정 환경 등에 의한 변수를 반영하는 파라미터 값이 적용될 수 있음은 당연하다.

제2 빔 모니터부(220)는 촬상면(500)으로부터 반사되어 제2 릴레이 렌즈(430)를 투과하여 평행하게 입사하는 빔의 일부를 반사시키는 제2 빔 스플리터(221)를 포함하고, 제2 빔 스플리터(221)에 의해 반사된 빔이 주사되는 표면에서의 온도를 실시간 측정하는 파이로미터(223)를 포함하여 구성된다.

제어부(700)는 파이로미터(223)를 통해 레이저 빔이 주사되는 표면에서의 온도를 실시간 측정하고, 이를 통하여 촬상면(500)에서 레이저 빔 주사에 의한 표면 온도를 예측할 수 있다. 파이로미터(223)를 통해 획득한 온도를 공정 조건 수립 시 설정된 표면 온도를 기준으로 측정된 레이저 빔에 의한 표면 온도를 비교 분석한다. 상기 비교 분석 결과에 따라서 제어부(700)는 레이저 빔의 파워 레벨과 주사 시간을 제어함으로써, 초기에 설정된 공정 조건에 따라 공정이 정상적으로 진행되도록 보상할 수 있다.

또는, 제2 빔 모니터부(220)는 제2 빔 스플리터(221)와 제2 빔 스플리터(221)에 의해 반사된 빔을 픽셀 대 픽셀(pixel by pixel)로 측정하여 실제 물성 변화를 측정할 수 있는 IR 카메라(자외선 카메라)를 구비할 수 있다.

위와 같이 서술한 방법에 의해 본 발명의 실시 예에 의한 레이저 빔 모니터 장치에 의하면, 레이저 빔을 이용한 가공 중에도 실시간으로 레이저 빔을 모니터링하여, 검출된 문제를 보상하기 때문에, 레이저 빔의 이상 문제에 따라 가공 물품에 연속적으로 이상이 발생되는 문제를 사전에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 레이저 빔의 조사에 영향을 미치지 않으면서 레이저 빔을 모니터할 수 있고, 빔의 파워, 빔의 이미지, 빔이 조사된 표면의 온도, 빔에 의한 물성 변화 중 적어도 하나를 측정 가능하기 때문에, 빔의 특성을 다양하게 모니터할 수 있다.

도 6은 빔의 강도를 길이방향 혹은 x축(도 4 참조)을 기준으로 나타낸 도면이다.

일반적으로 빔 단면의 온도 프로파일은 빔의 강도와 비례하게 된다. 따라서 x축에 따른 빔의 강도는 셰이드 장치가 없을 경우 대략 일정한 값(500)을 갖고 온도 프로파일도 거의 균일한 값을 갖는다. 그러나 이와 같이 x축에 따른 강도가 균일한 빔으로 촬상면(타겟)을 조사할 경우, 촬상면 상의 에너지 분포를 보면, 외부와의 경계부분에서의 빔의 에너지는 촬상면 상에서 (빔에 대응하는 부분의) 경계 밖으로 이동하기 때문에 촬상면의 온도 프로파일은 균일하지 못하고, 중심부분으로 갈수록 온도가 높고 바깥쪽으로 갈수록 온도가 낮다. 즉, 조사되는 레이저 빔 단면의 에너지 프로파일이 전 단면에서 균일하다 하더라도, 열의 흐름 때문에 이 빔이 촬상면에 조사되면, 앞서 설명한 바와 같이 촬상면의 중심으로 갈수록 온도가 높은 특성을 보여, 촬상면의 재질을 균일하게 개질시키고자 하는 등의 목적으로 이용될 때 유익하지 않다.

따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위해 빔의 단면에 셰이드 장치를 설치하여 x축에 따른 빔의 강도는 안쪽의 강도가 경계부분보다 낮게 설정함으로써 중앙부위가 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 역구배 형태를 구현하여, 결국 온도 프로파일도 중앙부위가 경계부위보다 낮은 역구배 값(510)을 구현한다.

이와 같이 빔의 강도를 안쪽보다 경계부분을 높게 형성하는 역구배를 줌으로써 촬상면은 온도구배를 균일하게 제어할 수 있을 뿐 아니라 촬상면의 재질이나, 변형시키고자 하는 형태에 따라 다양한 형태로 온도 프로파일을 얻을 수 있다.

도 6의 사진은 실제 빔 단면에 셰이드 장치를 삽입하고 그에 따른 빔의 에너지 프로파일을 측정한 결과를 도시한 그림으로, 그림에서 빔의 단면이미지(600 , 601, 602, 603)와, 셰이드 장치가 삽입됨에 따라 변형된 온도프로파일 값(610, 611, 612, 613)을 볼 수 있다.

그림에서와 빔과 촬상면 사이에(즉 빔이 이동하는 경로)셰이드 장치를 삽입시킴으로서 레이저 빔 단면의 온도 프로파일을 얻을 수 있음을 알 수 있으며 이러한 온도 프로파일을 통해 촬상면을 원하는 형태로 변형시킬 수 있다.

일반적으로 빔의 단면적은 개질시키고자 하는 면적보다 작은 경우가 대부분이며, 이럴 경우 빔을 스케닝하면서 개질시키고자 하는 영역전체에 빔을 조사한다.

즉 타겟에서 개질시키고자 하는 영역에 대해 빔을 조사하면서 좌측에서 우측으로 빔을 서서히 이동시키는데, 이 경우 빔이 연속적으로 스캐닝 되는 과정 중에 타겟에 빔이 조사되는 빈도수(시간)이 다르게 된다.

이러한 빔의 조사 빈도수가 다르게 되면 빔 단면의 에너지 프로파일이 균일하다 하더라도 빔이 조사되는 영역의 에너지 프로파일은 다르게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 빔 단면의 에너지 프로파일을 빔의 길이 방향 혹은 x 축방향(도 6 참조)뿐만이 아니라 빔의 단축방향 혹은 y 축 방향 에너지 프로파일도 변화시켜야 한다.

이하 스캐닝에 따른 타켓의 빔 조사 영역의 에너지 프로파일을 균일하게 하기 위한 방안을 설명하고자 한다.

도 7의 (a)는 빔 스캐닝 방식을 도시하고 도 7의 (b)는 빔 스캐닝 된 타켓영역의 온도 프로파일을 도시한 그래프를 나타낸 것이다.

도 8의 (a)는 빔 스캐닝 방식에 적용할 빔의 폭방향 즉 y축 방향의 에너지 프로파일 일정할 때(a 의 위쪽그림 참조) 스캔거리에 따른 타겟의 온도분포를 도시한 것(a 의 아래쪽그림 참조)이고, (b)는 빔의 y축 방향의 에너지 프로파일이 경사구배일 때(b 의 위쪽그림 참조) 스캔거리에 따른 타겟의 온도분포를 도시한 것(b 의 아래쪽그림 참조)이다.

도 8의 (a)에서 보면, 빔의 폭방향에 대해 빔의 에너지 프로파일이 일정한 경우 이를 적용하여 스케닝하면, 타겟(즉 촬상면)에서 볼 때 빔의 이동방향으로 에너지가 전파되어 누적됨으로 인해 타겟의 에너지분포(온도분포)가 빔이 이동하는 방향으로 점점 증가되는 현상을 보이게 된다.

이를 개선하기 위해 빔이 이동하는 y축 방향(빔의 폭방향)에 대해 빔단면의 에너지분포에 경사구배를 줌으로써 타켓 즉 촬상면에서 y축 방향으로 전파되는 에너지의 전파량을 감소시킬 수 있어 촬상면 전체에 대해 타켓의 에너지 분포의 증가를 줄일 수 있다.

즉 도 8의 (b)는 빔이 이동하는 y축 방향(빔의 폭방향)에 대해 빔 단면의 에너지분포에 경사구배를 줌으로써 촬상면에 전달되는 에너지양의 제어가 좀더 쉽기 때문에 타켓의 에너지 분포를 일정(도 8의 b 아래쪽 그림 참조)하게 할 수 있다.

빔의 폭방향에 경사구배를 주는 방법은 도4와 같이 다양한 방식으로 구형될 수 있으며, 구체적으로 도 12를 통해 설명하고자 한다.

셰이드 장치(450a)의 형태는 도 12에서와 빔의 단면(900)에 대해 일부빔이 투과되는 판형의 셰이드(910)를 빔의 가장자리에서 중심방향을 향해 접근시키는 방식을 적용한다.

이와 같이 상기 판형의 셰이드(910)를 빔의 가장자리에서 중심방향을 향해 접근시키면 빔의 폭방향에 대해 에너지 프로파일이 경사구배가 생기게 된다. 이때 상기 판형의 셰이드는 모터에 의해 구동되어 전진 혹은 후진하도록 제어함으로서, 경사구배의 정도를 결정할 수 있다.

도 13은 상기 판형의 셰이드(910)이 빔의 단면(900)에 대해 중심방향으로 이동시키는 정도에 따라 생기는 경사구배의 정도를 도시한 것이다.

도13에서 보는 바와 같이 판형의 셰이드(910)가 빔의 단면을 셰이딩하는 정도가 높을수록(즉 빔의 단면을 많이 가릴수록) 경사구배의 정도가 많이 나타남을 도시한 그림으로 (A)는 셰이딩을 하지 않았을때의 그림이며, 이며 (B), (C), (D)로 가면서 셰이딩 정도를 높인 그림으로 셰이딩의 정도가 높을수록 경사구배의 경사가 높음을 볼 수다.

이때 셰이딩 정도는 촬상면에서 요구되는 빔 에너지의 양과 상황에 따라 결정할 수 있을 것이다.

이때 빔 단면의 에너지 분포 분만 아니라 스케닝하는 속도를 제어한다면 더욱 쉽게 타켓의 에너지 분포를 제어할 수 있다.

즉 타겟의 에너지분포(온도분포)가 빔이 이동하는 방향으로 점점 증가되는 현상을 보이기 때문에 빔의 스케닝 속도는 일정속도보다는 속도가 점점 증가하면서 스케닝 하는 것이 유리하다.

이때 스케닝 속도는 빔의 에너지 프로파일, 촬상면의 상태 등을 고려하여 정할 수 있다.

위에서는 셰이딩장치에 대해 도1의 아래쪽에 위치한 450은 빔의 길이방향에 대해 셰이드를 적용하고, 도1의 위쪽에 위치한 450a 는 빔의 폭방향에 대해, 셰이드를 적용하였으나, 450은 빔의 폭방향에 대해 셰이드를 적용하고, 450a은 빔의 길이방향에 대해 셰이드를 적용할 수 있음은 당연하다.

도 9 는 본 발명에서 스케닝시에 사용하는 빔의 에너지 프로파일을 도시한 그래프로서 (a)은 본 발명의 실시 예에 따른 빔의 폭방향 즉 y축 상의 에너지 프로파일이고, (b)은 본 발명의 실시 예에 따른 빔의 길이방향 즉 x축 상의 에너지 프로파일을 도시한 것으로, 빔의 길이방향(x축 방향)에 대해서는 안쪽부위가 양끝의 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 길이방향 역구배 에너지 프로파일(705 참조)형태이고, 빔의 폭방향(y축 방향)에 대해서는 y축 방향에 대해 스케닝 방향과 반대방향으로 갈수록 빔의 강도가 상대적으로 낮은 폭방향 경사구배 에너지 프로파일(702 참조)형태을 갖는다.

이하 스케닝 방식에 대해 좀더 설명하고자 한다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 빔의 단면보다 넓은 타겟에 대해 빔을 조사해야하는 경우, 빔을 스캐닝 하는 장치를 이용하여 고정된 타켓의 위에서 빔을 타켓에 조사한 채로 빔의 위치를 이동시키는 빔 스캐닝 방식을 이용한다.

빔 스캐닝 시 예를 들어, 빔 단면의 폭방향인 y축 방향의 에너지 프로파일이 균일한 빔(도 8의 701)을 이용하여 타켓에 조사되는 빔이 좌측에서 우측으로 스캐닝(스캐닝 방향이 도7의 y축 방향)할 경우, 타켓의 입장에서 빔이 스캐닝 된 영역에서 볼 때 전체 스캐닝 영역에서 이동방향으로 갈수록 빔의 조사가 중첩되는 빈도수가 많기 때문에 도 7(b)에 도시된 바와 같이 이동방향에 따라 온도분포가 상대적으로 높게(도 8의 711과 스캔영역의 온도프로파일 참조)나타낸다.

즉, 조사되는 레이저 빔 단면의 폭방향인 y축 방향의 에너지 프로파일이 전단면에서 균일하다 하더라도, y 축방향으로 스케닝 할 때 빔의 조사가 중첩되는 빈도수가 전체 스케닝 영역에서 이동방향으로는 에너지가 전파가 누적됨에 따라 온도 프로파일이 점점 더 증가하는 특성을 보인다.

이를 해결하기 위해 도 7의 에너지 프로파일과 같이 빔의 폭방향(y 축 방향)에 대해서는 y축 방향에 대해 스케닝 방향과 반대방향(혹은 동일방향)으로 갈수록 빔의 강도가 상대적으로 낮은 폭방향 경사구배 에너지 프로파일(702 참조)을 갖도록 설정하면, 빔 스캐닝 방향에 따른 타겟의 온도 프로파일(도8의 712 참조)이 대체적으로 균일해질 수 있다.

한편 더불어, 빔 스캐닝 방식에서도 빔의 에너지 프로파일이 x 축방향으로 균일할 경우 도 6에서 설명한 바와 같이 타켓이 조사받은 영역에서 조사받은 빔의 에너지가 x축 방향의 경계 밖으로 이동하기 때문에 빔을 조사받은 영역에서 x 축 방향의 온도 프로파일이 균일하지 못하고, 중심부분으로 갈수록 온도가 높고, 바깥쪽으로 갈수록 온도가 낮은 프로파일을 보인다.

따라서 빔 스캐닝의 경우, 빔의 이동(스캐닝)에 따른 불균형한 조사와 빔의 경계부분에서 열의 흐름에 의한 타켓의 빔 조사영역의 불균형한 온도 프로파일을 동시에 개선하기 위해서, 본 발명은 빔의 폭방향(빔의 단축방향 혹은 y축 방향)에 대하여 스캐닝 방향과 반대방향으로 갈수록 빔의 강도가 상대적으로 낮은 폭방향 경사구배 에너지 프로파일(702 참조)을 갖도록 구비하면서 동시에, 빔의 길이방향(빔의 장축 방향 혹은 x축 방향)에 대해 빔 안쪽의 강도가 양끝의 경계부분보다 낮게 설정함으로써, 안쪽부위가 양끝의 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 길이방향 역구배 에너지 프로파일(705 참조)을 설정한다.

즉 빔의 폭방향에 대해 스캐닝 방향과 반대방향으로 갈수록 빔의 강도가 상대적으로 낮은 폭방향 경사구배 에너지 프로파일(도 9a의 702 참조)을 구비하면서 동시에, 빔의 길이방향에 대해 빔 안쪽부위가 양끝의 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 길이방향 역구배 에너지 프로파일(도 9b 705참조)을 병합한 형태의 에너지 프로파일을 갖도록 함으로써 스케닝에 의한 타켓의 온도분포를 균일하게 제어한다.

이때 위에서 설명한 바와 같이 타켓의 온도분포를 제어함에 있어 타겟의 에너지분포(온도분포)가 빔이 이동하는 방향으로 점점 증가되는 현상을 보이기 때문에 빔의 스케닝 속도는 일정속도보다는 이동방향으로 빔이 이동함에 따라 속도를 점점 증가하면서 스케닝 하는 것이 유리하다.

이때 스케닝 속도의 증가정도는 빔의 에너지 프로파일, 촬상면의 상태 등을 고려하여 정할 수 있음은 당연하다.

위의 내용을 정리하면, 상기레이저 빔의 단면은 길이 a와 폭 b인 직사각형의 형상으로 길이방향은 x축 방향(장축방향)이고 폭방향은 y축 방향(단축방향)이되, 상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계는, 빔의 경계부분에서 열의 흐름에 의한 촬상면의 불균형한 온도 프로파일을 개선하기 위해, x축 방향의 길이 대해 빔 안쪽의 강도가 양끝의 경계부분보다 낮게 설정함으로써, 안쪽부위가 양끝의 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 길이방향 역구배 에너지 프로파일(705 참조)을 구현한다.

또한 빔의 단면의 크기에 비해 타켓에 빔을 조사해야 할 영역이 큰 경우, 상기 빔을 y축 방향으로 스케닝하여 상기 빔을 조사해야할 영역에 스케닝하되, 빔 스캐닝 시, 빔의 이동에 의한 빔 조사영역의 불균형한 온도 프로파일 및 상기 빔의 경계부분에서 열의 흐름에 의한 빔 스케닝영역의 불균형한 온도 프로파일을 동시에 개선하기 위해, 상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계는, 빔의 폭 b에 대하여 스캐닝 방향과 반대방향으로 갈수록 빔의 강도가 상대적으로 낮은 폭방향 경사구배 에너지 프로파일(702 참조)을 갖도록 구비하는 단계; 를 더 포함하여 스케닝 함으로서 상기 길이방향 역구배 프로파일과 상기 폭방향 경사구배 에너지 프로파일을 병합하여 구현함에 따라 타겟의 에너지 프로파일을 균일하게 제어할 수 있다.

이를 위해서는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 레이저 장치에서 빔이 이동하는 경로에 셰이드 장치를 적절하게 삽입시킴으로서 원하는 레이저 빔 단면의 에너지 프로파일을 얻을 수 있다. 구체적으로, 촬상면에 주사된 레이저 빔의 특성을 측정하고, 상기 측정 결과를 피드백 받아, 측정 결과에 따라 빔의 경로에 삽입할 셰이드 장치의 종류, 모양, 크기(면적) 및 위치 중 적어도 하나에 변형을 주면서 빔 단면의 좌표마다 서로 다른 에너지 프로파일이 구현되게 할 수 있다.

도 10(a)는 실제 스캐닝 이동 방향의 일측 방향에 해당하는 빔 단면상에 셰이드 장치를 삽입함에 따른 빔의 에너지 프로파일(707)과 빔의 단면 이미지(703)를 도시하고, 도 10(b)는 실제 빔 경로의 중심부분에 셰이드 장치를 삽입함에 따른 빔의 에너지 프로파일(710)과 빔의 단면 이미지(706)를 도시한다. 이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 셰이드 장치가 삽입됨에 따라 타겟의 온도 프로파일은 대체적으로 균일해질 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 온도 프로파일 피드백을 갖는 레이저 빔 모니터 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 11을 참조하면, 먼저, 레이저 소스에서 출력되는 레이저의 형태 및 사이즈를 어플리케이션의 요건에 따라 성형하여 조사한다.(S610)

그리고, 촬상면에 주사된 상기 레이저 빔의 특성을 측정한다.(S620)

상기 측정 결과를 분석한다.(S630) 상기 분석 결과에 따라 상기 레이저 빔의 이동경로에 삽입된 셰이드 장치를 제어하여 상기 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 조절한다.(S640) 그리고, 다시 S620 단계로 피드백하여 레이저 빔의 특성을 측정하고, 측정된 레이저 빔의 특성을 분석한 결과에 따라 셰이드 장치의 제어를 실행하는 단계를 반복한다.

여기서, 상기 레이저 빔의 이동경로에 셰이드 장치를 삽입 배치하는 단계에서 상기 셰이드 장치에 의해 상기 레이저 빔 상에 그림자가 생성됨에 따라 촬상면에 주사되는 빔의 강도를 변화시킨다.

즉, 상기 셰이드 장치를 제어하는 것은 상기 레이저 빔 상에 생성되는 그림자의 면적, 위치 및 모양 중 적어도 하나를 제어하여 상기 촬상면에 주사되는 빔의 강도를 변화시킴으로써, 상기 레이저 빔 단면의 좌표에 따라 에너지 프로파일을 제어하는 것이다.

상기 셰이드 장치에 사용되는 셰이드의 형태는 상기 레이저 빔의 단면을 투과하는 미세 슬릿, 혹은 상기 레이저 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 직선 슬릿, 혹은 레이저 빔 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 이동할 수 있는 엣지부재, 혹은 레이저 빔을 투과하는 단면을 가진 면의 형태 중 적어도 하나로 구비될 수 있다.

이와 같은 셰이드 장치를 제어하여 레이저 빔의 강도를 조절하는 방법을 설명한다.

삭제

둘째는, 상기 레이저 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 직선 슬릿들을 소정간격 이격하여 배치하되, 상기 직선슬릿들의 굵기 및 개수를 변경함으로써 상기 레이저 빔의 강도를 조절할 수 있다.

셋째는, 상기 레이저 빔 가장자리 양쪽에서 부채꼴 형태의 엣지 부재를 중심방향으로 이동시키면서 상기 레이저 빔 상에 드리워진 그림자를 키우거나, 상기 엣지 부재를 가장자리 방향으로 이동시키면서 상기 레이저 빔 상에 드리워진 그림자를 줄임으로써, 상기 레이저 빔의 강도를 조절할 수 있다.

넷째는, 상기 레이저 빔을 투과하는 단면을 가진 면 부재를 회전시킴으로써, 상기 레이저 빔 상에 드리워진 그림자의 크기를 상기 면 부재의 회전 각도에 따라 변경시킴으로써, 상기 레이저 빔의 강도를 조절할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 방법은 빔의 측정 결과를 피드백하여 이에 따라 셰이드 장치를 제어함으로써, 실시간으로 레이저 빔 단면상의 온도 프로파일을 조절할 수 있는 장점이 있다.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 빔 모니터 장치는 빔의 측정 결과를 피드백하여 이에 따라 셰이드 장치를 적절히 삽입함으로써, 스캐닝에 따른 불균형한 빔의 조사와 경계부분에서 열의 흐름에 의한 촬상면의 불균형한 온도 프로파일을 동시에 개선할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 발명된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100: 레이저 빔 성형부 210, 220, 230: 빔 모니터부
400: 릴레이 렌즈부 450: 셰이드 장치
452: 프레임 454: 슬릿부재
700: 제어부 800: 구동부

Claims (12)

1. 레이저 소스에서 출력되는 레이저빔이 촬상되는 촬상면 영역에 에너지 프로파일을 갖도록 하기 위해
   상기 레이저빔의 형태 및 사이즈를 성형하여 상기 촬상면에 조사하는 단계;
   상기 촬상면에 조사된 상기 레이저 빔의 특성을 측정하는 단계; 및
   상기 측정 결과를 피드백 받아, 상기 측정 결과에 따라 상기 레이저 빔의 이동경로에 삽입된 셰이드 장치를 제어하여 상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계를 포함하고
   상기 셰이드 장치에 사용되는 셰이드의 형태는 상기 레이저 빔의 단면을 투과하는 미세 슬릿, 혹은 상기 레이저 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 직선 슬릿, 혹은 레이저 빔 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 이동할 수 있는 엣지부재, 혹은 레이저 빔을 투과하는 단면을 가진 면의 형태 중 적어도 하나로 구비되되,
   상기 셰이드 장치를 제어하는 단계에서, 상기 셰이드 장치가 상기 엣지부재 를 구비하는 경우
   상기 레이저 빔 가장자리 양쪽에서 일정형태의 엣지부재를 중심방향으로 이동시키면서 상기 레이저 빔 상에 드리워진 그림자를 키우거나, 상기 엣지 부재를 가장자리 방향으로 이동시키면서 상기 레이저 빔 상에 드리워진 그림자를 줄이는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 빔의 이동경로에 셰이드 장치를 삽입 배치하는 단계는,
   상기 레이저 빔의 이동경로에 셰이드 장치를 삽입하여, 빔 단면의 일부에 그림자를 생성함으로써, 촬상면에 주사되는 빔의 좌표에 따라 빔의 강도를 변화시키는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
3. 제1항에 있어서, 상기 셰이드 장치를 제어하는 단계는,
   상기 레이저 빔 상에 생성되는 그림자의 면적, 위치, 모양 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 레이저 빔 단면의 좌표에 따라 에너지 프로파일을 제어하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
4. 삭제
5. 삭제
6. 제3항에 있어서, 상기 셰이드 장치를 제어하는 단계는,
   상기 레이저 빔의 가장자리 양쪽에서 중심방향을 향해 일부 투과되는 직선 슬릿들을 소정간격 이격하여 배치하여 상기 레이저 빔의 강도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
7. 삭제
8. 제3항에 있어서, 상기 셰이드 장치를 제어하는 단계는,
   상기 레이저 빔을 투과하는 단면을 가진 면 부재를 회전시킴으로써, 상기 레이저 빔 상에 드리워진 그림자의 크기를 상기 면 부재의 회전 각도에 따라 변경시키는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
9. 제1항에 있어서,
   상기 측정된 상기 빔의 특성이 미리 설정된 기준 범위와 비교하여 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 레이저 빔 조사를 정지하거나 공정 환경에 따른 조치를 명령하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
10. 제1항에 있어서, 상기 레이저 빔의 특성을 측정하는 단계는,
    상기 레이저 빔의 빔 균일성(beam uniformity), 빔 엣지 기울기, 빔 얼라인먼트(alignment), 빔 사이즈, 빔 파워 및 빔 에너지 프로파일을 측정하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
11. 제1항에 있어서,
    상기레이저 빔의 단면은 길이 a와 폭 b인 직사각형의 형상으로 길이방향은 x축 방향(장축방향)이고 폭방향은 y축 방향(단축방향)이되,
    상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계는,
    빔의 경계부분에서 열의 흐름에 의한 촬상면의 불균형한 온도 프로파일을 개선하기 위해,
    x축 방향의 길이 대해 빔 안쪽의 강도가 양끝의 경계부분보다 낮게 설정함으로써, 안쪽부위가 양끝의 경계부위보다 빔의 강도가 낮은 길이방향 역구배 에너지 프로파일(705 참조)을 구현하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
12. 제11항에 있어서,
    빔의 단면의 크기에 비해 타켓에 빔을 조사해야 할 영역이 큰 경우, 상기 빔을 y축 방향으로 스케닝하여 상기 빔을 조사해야할 영역에 스케닝하되,
    빔 스캐닝 시, 빔의 이동에 의한 빔 조사영역의 불균형한 온도 프로파일 및 상기 빔의 경계부분에서 열의 흐름에 의한 빔 스케닝영역의 불균형한 온도 프로파일을 동시에 개선하기 위해, 상기 레이저 빔 단면상의 에너지 프로파일을 조절하는 단계는, 빔의 폭 b에 대하여 스캐닝 방향과 반대방향으로 갈수록 빔의 강도가 상대적으로 낮은 폭방향 경사구배 에너지 프로파일(702 참조)을 갖도록 구비하는 단계; 를 더 포함하여
    상기 길이방향 역구배 에너지 프로파일과 상기 폭방향 경사구배 에너지 프로파일을 병합하여 구현하는 것을 특징으로 하는, 레이저 빔 에너지 프로파일 제어에 의한 촬상면 스케닝 방법
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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