KR101152226B1 - 투영노광장치 - Google Patents

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오오바마사히로
타카다노리히사
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Abstract

본 발명은 투영노광장치에 있어서, 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료상에 투영할 때의 핀트맞춤을 보다 용이하고, 또한 보다 단시간에 행하는 것을 과제로 한다.
감광재료(150)와 상측 텔레센트릭 제2결상광학계(52) 사이에, 제2결상광학계(52)에 의해서 감광재료(151)상에 결상되는 상의 핀트를 조절하는 쐐기형 프리즘 쌍(540)을 갖는 공기간격 조절부(54)를 배치한다. 광원유닛(60)으로부터 발생되어 DMD 조사 광학계(70)를 통하여 전파된 광을 DMD(80)로 공간 광변조하여 광의 2차원 패턴을 형성하고, 이 공간 광변조된 2차원 패턴을 광학계(50) 및 상기 공기간격 조절부(54)를 통해서 감광재료(150)상에 결상시켜, 이 2차원 패턴을 감광재료(150)상에 투영하여 노광한다.

Description

투영노광장치{PROJECTION AND EXPOSURE APPARATUS}
도 1은 투영노광장치에 탑재되는 노광헤드의 개략구성을 전개해서 나타내는 개념도,
도 2는 노광헤드 내를 전파하는 광속의 광로를 따라서 노광헤드의 구성을 나타내는 측면도,
도 3은 DMD의 개략구성을 나타내는 사시도,
도 4는 공기간격 조절부의 구성을 나타내는 측면도,
도 5는 프리즘 쌍을 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명의 투영노광장치의 외관을 나타내는 사시도,
도 7은 도 6의 투영노광장치에 의한 노광의 모습을 나타내는 사시도,
도 8의 (A)부분은 감광재료상에 형성되는 노광이 완료된 영역을 나타내는 평면도, (B)부분은 각 노광헤드에 의한 노광영역의 배열을 나타내는 도면,
도 9는 레이저광 합파광원의 구성을 나타내는 평면도,
도 10은 레이저광 합파광원의 구성을 나타내는 측면도,
도 11은 레이저광 합파광원의 구성을 나타내는 정면도,
도 12는 레이저광 합파광원의 광학요소를 나타내는 확대 평면도,
도 13의 (A)부분은 광원유닛의 구성을 나타내는 사시도, (B)부분은 레이저 출사부의 부분 확대도, (C)부분 및 (D)부분은 레이저 출사부에 있어서의 광섬유의 배열을 나타내는 정면도,
도 14는 레이저광 합파광원의 멀티모드 광섬유와 레이저 출사부의 광섬유의 접속상태를 나타내는 도면,
도 15의 (A)부분 및 (B)부분은, DMD를 비스듬히 배치하지 않는 경우와 비스듬히 배치하는 경우에 있어서의 감광재료에의 노광상태의 차이를 비교해서 나타내는 평면도,
도 16의 (A)부분 및 (B)부분은, DMD중의 사용영역의 예를 나타내는 도면,
도 17은 공기간격 조절부를 상측 텔레센트릭 제2결상광학계와 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치한 투영노광장치의 개략구성을 나타내는 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
40 : 레이저광 합파광원 50 : 광학계
51 : 제l결상광학계 52 : 제2결상광학계
54 : 공기간격 조절부 60 : 광원유닛
61 : 레이저 출사부 70 : DMD 조사 광학계
80 : 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)
150 : 감광재료 152 : 스테이지
162 : 스캐너 166 : 노광헤드
168 : 노광영역 170 : 노광이 완료된 영역
540 : 쐐기형 프리즘 쌍
본 발명은, 투영노광장치에 관한 것이고, 상세하게는 공간 광변조된 2차원 패턴의 상을 상(像)측 텔레센트릭(telecentric) 결상광학계를 통해 감광재료상에 투영하여 노광하는 투영노광장치에 관한 것이다.
종래부터, 입사된 광을 공간 광변조하는 공간 광변조수단을 이용하여, 이 공간 광변조수단으로 공간 광변조한 2차원 패턴을 감광재료상에 투영해서 이 감광재료를 노광하는 투영노광장치가 알려져 있다. 또, 상기 공간 광변조수단으로서, 경사각도를 변경가능한 마이크로미러를 2차원상으로 다수 배열(예를 들면 1024×756)한 디지털 마이크로미러 디바이스(이후, DMD라고 한다)를 사용한 투영노광장치도 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1). 또, 상기 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)로서는, 예를 들면, 미국 TI사(Texas Instruments사)가 개발한 것이 알려져 있고, 이 DMD를 사용한 동화용 프로젝터 등이 제품화되어 있다.
상기 DMD를 사용한 투영노광장치는, DMD의 각 마이크로미러의 상을 감광재료상에 결상시키기 위한 결상렌즈를 구비하고, 이 결상렌즈는 노광용의 광의 조사를 받은 각 마이크로미러 중의 소정각도로 경사된 마이크로미러로 반사되어 상기 결상렌즈를 향해서 전파되는 광만을 감광재료상에 결상하고, 이것에 의해, 상기 DMD로 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료상에 투영해서 이 감광재료를 노광하는 것이다. 즉, 이 투영노광장치는, 상기 감광재료상에 투영되는 2차원 패턴을 형성하는 각 화소가 각 마이크로미러에 대응하도록 해서 노광을 행하는 것이다.
또, 상기 투영노광장치를 사용하여, 감광재료상, 예를 들면 포토레지스트가 적층된 기판상에 회로패턴을 노광하는 시도도 행하여지고 있고, 기판상에 회로패턴을 정확한 배율로 결상할 수 있도록, 즉 회로패턴이 소정의 크기로부터 변화되거나 변형되거나 하는 일 없이 기판상에 결상되도록, 이 투영노광장치의 결상광학계로서 상측에 텔레센트릭 결상광학계를 사용하는 방식도 검토되고 있다.
[특허문헌 1]
일본 특허공개 200l-305663호 공보
그런데, 상기 회로패턴을 노광할 때에, 결상광학계에 의한 회로패턴의 결상위치와 기판상의 포토레지스트층의 위치를 일치시키는 핀트맞춤이 필요하게 되고, 이 핀트맞춤을 결상광학계를 구성하는 렌즈간의 공기간격의 조정 등에 의해 행하는 것이 고려되지만, 회로패턴의 상의 크기를 변화시키거나, 변형시키는 일 없이 결상광학계를 구성하는 렌즈간의 공기간격을 변경하는 것이 어려우므로, 결상광학계와 기판 간격을 조정하는 것에 의해 상기 핀트맞춤을 행하고 싶다고 하는 요구가 있다.
그러나, 예를 들면, 액정표시용 기판이나 플라즈마 디스플레이용 기판 등의 큰 기판에 노광을 행할 경우에는, 노광대상이 되는 기판의 대형화에 따라 결상광학계 등도 대형화되어, 핀트맞춤을 위한 결상광학계와 기판의 간격의 변경이 어렵게 된다. 또한, 예를 들면, 노광대상이 되는 기판을 반송하면서 기판중의 부분영역을 순차 개별로 노광해서 노광영역의 전체를 노광하는 경우에는, 기판을 반송할 때마다, 기판의 형상의 휘어짐(예를 들면 1OO㎛ 형상의 휘어짐) 등에 의해서 발생하는 핀트의 어긋남을 재빨리 보정하는 것이 요구되어, 핀트를 조절할 때의 결상광학계와 기판의 간격의 변경이 어렵게 된다고 하는 문제도 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료상에 투영할 때의 핀트맞춤을 보다 용이하고, 또한 보다 단시간에 행할 수 있는 투영노광장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 제1투영노광장치는, 광원으로부터 발생된 광을 공간 광변조해서 2차원 패턴을 형성하는 공간 광변조수단과, 상기 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 결상광학계를 구비하고, 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영하여 노광하는 투영노광장치로서, 상기 감광재료와 상기 결상광학계 사이에 배치되어, 상기 감광재료와 결상광학계 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제2투영노광장치는, 입사된 광을 소정의 제어신호에 따라서 변조하는 화소부를 2차원상으로 다수 배열해서 이루어지고, 상기 다수의 화소부에 의해 상기 광을 공간 광변조하는 공간 광변조수단과, 이 공간 광변조수단으로 공간 광변조된 광의 2차원 패턴을 결상시키는 제1결상광학계와, 이 제1결상광학계에 의해 결상되는 상기 2차원 패턴의 결상면 근방에 배치된, 상기 제l결상광학계를 통과한 상 기 각 화소부에 대응하는 각 광을 각각 통과시키는 개별의 마이크로렌즈를 2차원상으로 배치해서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이와, 이 마이크로렌즈 어레이를 통과한 각 광 각각을 감광재료상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 제2결상광학계를 구비하고, 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영해서 상기 감광재료에 상기 2차원 패턴을 노광하는 투영노광장치로서, 상기 감광재료와 상기 제2결상광학계 사이에 배치되어, 상기 감광재료와 제2결상광학계 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 제3투영노광장치는, 입사된 광을 소정의 제어신호에 따라서 변조하는 화소부를 2차원상으로 다수 배열해서 이루어지고, 상기 다수의 화소부에 의해 상기 광을 공간 광변조하는 공간 광변조수단과, 이 공간 광변조수단으로 공간 광변조된 광의 2차원 패턴을 결상시키는 제1결상광학계와, 이 제1결상광학계에 의해 결상되는 상기 2차원 패턴의 결상면 근방에 배치된, 상기 제l결상광학계를 통과한 상기 각 화소부에 대응하는 각 광을 각각 통과시키는 개별의 마이크로렌즈를 2차원상으로 배치해서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이와, 이 마이크로렌즈 어레이를 통과한 각 광 각각을 감광재료상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 제2결상광학계를 구비하여 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영해서 상기 감광재료에 상기 2차원 패턴을 노광하는 투영노광장치로서, 상기 제2결상광학계와 상기 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치되어, 상기 제2결상광학계와 마이크로렌즈 어레이 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단 을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 공기간격 조절수단은, 쐐기형 프리즘 쌍을 갖는 것으로 할 수 있고, 감광재료상에 결상되는 2차원 패턴의 결상영역의 최소폭 방향으로, 상기 쐐기형 프리즘 쌍을 구성하는 각 쐐기형 프리즘의 서로의 위치를 상대적으로 이동시켜서 핀트를 조절하는 것으로 할 수 있다.
상기 공간 광변조수단은, DMD로 하거나, 혹은 2차원 패턴이 유리판상에 그려진 마스크 등으로 할 수 있다.
상기 DMD는, 이 DMD를 구성하는 2차원상으로 배열된 다수의 화소부 중 1부분만을 사용해서 상기 공간 광변조를 행하는 것으로 할 수 있다.
상기 상측 텔레센트릭 결상광학계는, 상측에 텔레센트릭 광로를 형성하는 결상광학계를 의미하는 것이다.
상기 2차원 패턴은, 표시용의 화상, 혹은 전기배선의 회로패턴 등을 나타내는 것으로 할 수 있다.
상기 쐐기형 프리즘 쌍은, 예를 들면, 투명한 평행 평판을, 이 평행 평판의 평행 평면에 대하여 경사진 평면으로 절단해서 얻어지는 한쌍의 쐐기형 프리즘으로 구성할 수 있다. 이러한 경우에는 쐐기형 프리즘 쌍은, 2개의 쐐기형 프리즘의 조합에 의해 평행 평면판을 형성할 수 있으므로, 각 쐐기형 프리즘의 서로의 위치를 상대적으로 1방향으로 이동시킴으로써, 상기 한쌍의 쐐기형 프리즘의 조합에 의해 형성되는 평행 평면판의 두께를 변경할 수 있고, 이것에 의해 감광재료와 결상광학계 사이의 공기간격을 변경할 수 있다.
상기 감광재료는, 2차원상의 회로패턴을 형성하기 위한 포토레지스트가 도포 된 프린트기판 제작용의 기판으로 하거나, 혹은 2차원상의 회로패턴을 형성하기 위한 포토레지스트가 도포된 액정표시기판 제작용의 기판이나 플라즈마 디스플레이기판 제작용의 기판으로 할 수 있다.
이하, 본 발명의 투영노광장치의 실시형태에 대해서, 도면을 사용해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 투영노광장치에 탑재되는 노광헤드의 개략구성을 전개해서 나타내는 개념도, 도 2는 상기 노광헤드 내를 전파하는 광속의 광로를 따라 이 노광헤드를 구성하는 광학요소를 나타내는 측면도, 도 3은 DMD의 개략구성을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 실시형태에 의한 투영노광장치는, 광원인 광원유닛(60)으로부터 발생되어 DMD 조사 광학계(70)를 통과하여 입사된 광을 소정의 제어신호에 따라서 변조하는 화소부인 마이크로미러(81)를 2차원상으로 다수 배열해서 이루어지고, 상기 다수의 마이크로미러(81)에 의해 상기 광을 공간 광변조하는 공간 광변조수단인 DMD(80)와, DMD(80)로 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료(150)상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 결상광학계인, 광학계(50)에 포함되는 제2결상광학계(52)와 감광재료(150) 사이에 배치되어, 감광재료(150)와 제2결상광학계(52) 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 쐐기형 프리즘 쌍(540)을 갖는 공기간격 조절부(54)를 구비하고, 상기 2차원 패턴을 감광재료(150)상에 투영해서 이 감광재료(150)에 상기 2차원 패턴을 노광하는 것이다.
또, 상기 광원유닛(60), DMD 조사 광학계(70), DMD(80), 제2결상광학계(52)를 포함하는 광학계(50), 및 공기간격 조절부(54) 등은 후술하는 노광헤드(166)를 구성하는 광학요소로 되는 것이다. 상기 2차원 패턴은, 예를 들면 회로패턴 등으로 할 수 있고, 감광재료(150)의 노광면의 크기는 예를 들면 500㎜×600㎜이며, 이 감광재료(150)는, 2차원상의 회로패턴을 형성하기 위한 포토레지스트가 도포된 프린트기판 제작용의 기판으로 하거나, 혹은 회로패턴을 형성하기 위한 포토레지스트가 도포된 액정표시용 기판이나 플라즈마 디스플레이용 기판 제작용의 기판으로 할 수 있다.
이하, 상기 상측 텔레센트릭 제2결상광학계(52) 등을 포함하는 광학계(50)에 대해서 설명한다.
<광학계(50)>
상기 도 2에 나타낸 바와 같이, 노광헤드(166)를 구성하는 광학요소인 광학계(50)는, 상기 공간 광변조된 2차원 패턴을 일단 결상하는 제1결상광학계(51)와, 제1결상광학계(51)로 결상된 상기 2차원 패턴을 릴레이하여 감광재료(150)상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 제2결상광학계(52)와, 제1결상광학계(51)와 제2결상광학계(52) 사이에 배치되는 마이크로렌즈 어레이(55) 및 애퍼쳐 어레이(59) 등으로 구성되어 있다.
상기 마이크로렌즈 어레이(55)는, DMD(80)로 반사되어 제1결상광학계(51)를 통과한 각 광속 각각을 개별로 통과시키도록 DMD(80)의 각 마이크로미러(81)(도 3 참조)에 대응해서 2차원상으로 배치된 다수의 마이크로렌즈(55a)로 이루어지는 것 이다. 또 애퍼쳐 어레이(59)는, 상기 각 마이크로렌즈(55a)를 통과한 각 광속 각각을 개별로 통과시키도록 각 마이크로렌즈(55a)에 대응해서 배치된 다수의 애퍼쳐(59a)를 갖는 것이다.
상기 구성에 있어서, DMD(80)의 각 마이크로미러(81)로 반사된 광에 의한 이 마이크로미러(81)의 상은, 제1결상광학계(51)에 의해 3배로 확대되어 결상된다. 여기서, 각 마이크로미러(81)로 반사되어 제1결상광학계(51)를 통과한 상기 각 마이크로미러(81)에 대응하는 각 광속(La)은, 제1결상광학계(51)에 의한 결상위치의 근방에 배치된 마이크로렌즈 어레이(55)의 각 마이크로렌즈(55a)에 의해 개별로 집광되고, 이 개별로 집광된 광속이 애퍼쳐(59a)를 통과해서 결상된다. 마이크로렌즈 어레이(55) 및 애퍼쳐(59a)를 통과해서 결상된 상기 각 마이크로미러(81)의 상은, 제2결상광학계(52)에 의해 1.67배로 더 확대되어, 공기간격 조절부(54)의 쐐기형 프리즘 쌍(540)을 통해서 감광재료(150)상에 결상되고, 이것에 의해, DMD(80)의 각 마이크로미러의 상이, 최종적으로 5배(=3×1.67)로 확대되어서 감광재료(150)상에 투영된다.
즉, 제2결상광학계(52)를 통과한 각 마이크로미러(81)에 대응하는 광속은 상측 텔레센트릭 각 광속(Lb)으로 되고, 각 광속(Lb)은 공기간격 조절부(54)에 의한 공기간격의 조절에 의해 감광재료(150)상에 정확하게 핀트가 맞도록 조절되어서 이 감광재료(150)상에 투영된다.
여기서, 2차원 패턴의 상을 형성하는 각 화소, 즉 각 마이크로미러(81)로 반사되어 제1결상광학계(51) 및 각 마이크로렌즈(55a)를 통과한 광속(La)에 상기 각 광학요소의 수차 등에 의한 굵기가 있어도, 애퍼쳐(59a)에 의해, 제1결상광학계(51)에 의해 결상되는 각 마이크로미러(81)에 대응하는 광속(La)의 스폿 사이즈가 일정한 크기가 되도록 이 광속(La)을 정형할 수 있다. 또한, 각 마이크로미러(81)로 반사된 각 마이크로미러(81)에 대응하는 광속(La)을, 각 마이크로미러(81)에 대응하여 설치된 애퍼쳐(59a)를 통과시킴으로써, 각 마이크로미러(각 화소) 사이에서의 크로스토크를 방지할 수 있고, 노광을 행할 때의 각 마이크로미러에 의한 온/오프의 소광비를 높일 수 있다.
또, 마이크로미러(81)를 상기 소정각도로 경사시켜서 이 마이크로미러로 반사된 광을 광학계(50)의 제1결상광학계(51)를 향해서 전파시키는 상태가 마이크로미러의 온 상태이며, 마이크로미러를 상기 소정각도와는 다른 각도로 경사시켜서 이 마이크로미러로 반사된 광을 상기 제1결상광학계(51)를 향하는 광로로부터 벗어나서 전파시키는 상태가 마이크로미러의 오프 상태이며, 상기 온 상태의 마이크로미러로 반사된 광이 감광재료(150)상에 결상되어 이 감광재료(150)를 노광한다. 즉, 각 마이크로미러는 마이크로미러의 경사각도를 변경하는 것에 의해 입사된 광을 변조하고, DMD는 소정의 제어신호에 따라서 각 마이크로미러의 경사각도를 변경하는 것에 의해 입사된 광을 공간 광변조한다.
이하, 상기 공기간격 조절부(54)에 대해서 도 4 및 도 5를 참조해서 상세하게 설명한다. 도 4는 공기간격 조절부의 구성을 나타내는 측면도, 도 5는 프리즘 쌍을 나타내는 사시도이다.
<공기간격 조절부(54)>
공기간격 조절부(54)는, 상기 쐐기형 프리즘 쌍(540)을 구성하는 쐐기형 프리즘(540A) 및 쐐기형 프리즘(540B)과, 쐐기형 프리즘(540A)을 마운트하는 베이스 프리즘 홀더(541A)와, 베이스 프리즘 홀더(541A)에 마운트된 쐐기형 프리즘(540A)을 사이에 끼우는 베이스 프리즘 홀더(541A)의 양단에 설치된 슬라이드 베이스(542A)를 구비하고, 또한, 상기 쐐기형 프리즘(540B), 이 쐐기형 프리즘(540B)을 마운트하는 프리즘 홀더(541B), 및 프리즘 홀더(541B)에 마운트된 쐐기형 프리즘(540B)을 사이에 끼우는 프리즘 홀더(541B)의 양단에 설치되어, 상기 슬라이드 베이스(542A)상을 이동하는 슬라이더(542B)로 이루어지는 슬라이드부(545)와, 슬라이드부(545)를 이동시키는 베이스 프리즘 홀더(541A)에 설치된 구동부(546)를 구비하고 있다.
여기서, 쐐기형 프리즘 쌍은, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 유리나 아크릴 등의 투명재료로 이루어지는 평행 평판을 이 평행 평판의 평행 평면(H11, H22)에 대하여 비스듬히 경사지는 평면(Hk)으로 절단해서 얻어지는 한쌍의 쐐기형 프리즘(A, B) 각각을, 상기 한쌍의 쐐기형 프리즘으로서 사용할 수 있다. 여기서는, 상기 쐐기형 프리즘(540A), 쐐기형 프리즘(540B)은 굴절률 1.51의 유리로 형성된 것으로 한다.
또, 쐐기형 프리즘(540A)과 쐐기형 프리즘(540B)의 조합에 의해 두께(t)(예를 들면, 10㎛)의 공기층(550)을 개재해서 평행 평면판이 형성되도록, 쐐기형 프리즘(540A) 및 쐐기형 프리즘(540B)이 각각 베이스 프리즘 홀더(541A) 및 프리즘 홀더(541B)에 마운트되어 있다. 또한, 슬라이드 베이스(542A)와 슬라이더(542B)의 조 합에 의해 리니어 슬라이드가 구성되고, 구동부(546)가, 쐐기형 프리즘(540A)과 쐐기형 프리즘(540B)의 서로의 위치를 공기층의 두께(t)가 변화되지 않도록 슬라이드부(545)를 1방향(도면중 화살표 U방향)으로 상대적으로 이동시킨다. 이 슬라이드부(545)의 이동에 의해 한쌍의 쐐기형 프리즘(540A, 540B)의 조합에 의해서 형성되는 평행 평면판의 실질적인 두께(상기와 같이 형성된 평행 평면판의 두께로부터 공기층의 두께(t)를 뺀 두께)를 변경하고, 이것에 의해 감광재료(150)와 제2결상광학계(52) 사이의 공기간격의 조절을 행한다. 여기에서, 평행 평면판의 실질적인 두께에 평행 평면판의 굴절율을 곱한 값이, 평행 평면판이 나타내는 공기간격, 즉 평행 평면판의 두께를 공기의 두께로 환산한 값으로 된다.
쐐기형 프리즘(540A)에 있어서의 경사면(H1)에 대한 상기 평행 평면판의 평행 평면으로 되는 평면(H2)의 각도는 5도이며, 쐐기형 프리즘(540B)에 있어서의 경사면(H3)에 대한 상기 평행 평면판의 평행 평면으로 되는 평면(H4)의 각도도 5도이다. 구동부(546)의 구동에 의한 슬라이드부(545)의 이동거리는 10㎜이며, 슬라이드부(545)의 10㎜의 이동에 의한 한쌍의 쐐기형 프리즘(540A, 540B)의 조합에 의해 형성되는 평행 평면판의 두께의 변화는 870㎛이므로, 이 870㎛의 두께의 변화에 의한 초점위치의 변화량(상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트의 조절량)은 294㎛로 된다. 즉, 상기 초점위치의 변화량(δ)은, 상기 쐐기형 프리즘의 두께의 변화량을 ε, 쐐기형 프리즘의 굴절율을 n이라고 했을 때에, δ=ε((n-1)/n)의 식에 의해 구할 수 있고, 여기에서, 상기 쐐기형 프리즘의 두께의 변화량(ε)=870㎛, 쐐기형 프리즘의 굴절율(n)=1.51을 대입함으로써, δ=294㎛가 구해진다.
또한, 베이스 프리즘 홀더(541A) 및 프리즘 홀더(541B)의 각각은, 제2결상광학계(52)로부터 출사된 광을 한쌍의 쐐기형 프리즘(540A, 540B)을 통과시켜서 감광재료(150)에 전파시키기 위한 개구(543A) 및 개구(543B)가 형성되어 있다.
구동부(546)는, 마이크로미터 헤드(547)의 심블(547a)을 스테핑 모터(548)로 회전해서 이 마이크로미터 헤드(547)의 스핀들(547b)을 출입시킴으로써 슬라이드부(545)를 이동시키는 것이다.
또한, 공기간격 조절부(54)는, 한쌍의 쐐기형 프리즘(540A, 540B)의 조합에 의해 형성되는 평행 평면판의 평행 평면으로 되는 평면(H2, H4)이 제2결상광학계(52)의 광축방향(도면중 화살표 Z방향)과 직교하도록 배치되고, 또한, 상기 슬라이드부(545)의 이동방향이 상기 2차원 패턴의 결상영역의 최소폭 방향(후술하는 도 8에 있어서의 부주사방향)으로 되도록 배치된다. 즉, 상기 광축방향(Z방향)과 직교하는, 상기 상측 텔레센트릭 결상광학계를 통과해서 감광재료(150)상에 결상되는 상기 2차원 패턴의 결상영역의 최소폭 방향(상기 Z방향과 직교하는 방향에 있어서 상기 결상영역의 폭이 최소가 되는 방향)과, 상기 슬라이드부(545)가 이동할 때의 상기 광축에 대하여 직교하는 방향에의 상기 이동성분의 방향이 일치하도록 배치된다.
상기 쐐기형 프리즘 쌍(540)에는, 감광재료(150)를 노광하는 광, 즉 광원유닛(60)으로부터 발생되는 후술하는 청색광에 대한 투과율이 99.5%이상이 되도록, 또한, 공기층(550)을 사이에 두고 이웃하는 쐐기형 프리즘(540A) 및 쐐기형 프리즘(540B) 각각의 평면(H1, H3)에 있어서의, 상기 청색광과는 파장이 다른 광인 적색광에 대한 반사율이 3%이상이 되도록 코팅이 실시되어 있다. 이것에 의해, 코히어런트(coherent)한 적색광을 평면(Hl, H3) 각각에 반사시킨 반사광의 간섭상태를 측정함으로써 상기 평면(H1, H3)간의 평행도 및 이들 평면(H1, H3)의 간격의 변화를 측정할 수 있고, 쐐기형 프리즘 쌍(540)을 통과한 광속(Lb)이 감광재료를 향해서 전파될 때의, 상기 광축방향(Z방향)과 직교하는 방향에의 성분의 변화를 적게 억제하도록 슬라이드부(545)의 이동오차를 교정할 수 있다.
또, 상기 마이크로렌즈 어레이로서 촛점거리가 짧은(예를 들면, 촛점거리 190㎛) 것을 사용함으로써, 제1결상광학계의 수차가 어느 정도 커도 마이크로렌즈 어레이를 통과한 빔의 웨스트 위치(핀트 위치)의 편차를 억제할 수 있으므로, 이 마이크로렌즈 어레이와, 상기 상측 텔레센트릭 제2결상광학계 및 공기간격 조절부를 조합시킴으로써, 상기 핀트의 조절을 보다 빠르게, 보다 용이하게 실시할 수 있다.
이하, 상기 공기간격 조절부(54) 및 광학계(50) 등으로 구성되는 노광헤드(166)를 탑재한 투영노광장치에 대해서 상세하게 설명한다.
《투영노광장치의 전체구성의 설명》
도 6은, 본 발명의 투영노광장치의 외관을 나타내는 사시도, 도 7은 상기 투영노광장치에 의한 노광의 모습을 나타내는 사시도, 도 8의 (A)부분은 감광재료상에 형성되는 노광이 완료된 영역을 나타내는 평면도, 도 8의 (B)부분은 각 노광헤드에 의한 노광영역의 배열을 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 투영노광장치는, 스캐너유닛(162)과, 이 스캐너유닛(162)을 지지하는 본체부로 이루어진다. 상기 본체부는, 감광재료(150)를 표면에 흡착해서 유지하는 평판상의 스테이지(152)를 구비하고, 이 스테이지(152)를 부주사방향으로 이동가능하게 지지하는 상기 부주사방향을 따라서 연장된 2개의 가이드(158)를 설치대(156)상에 갖고 있다. 스테이지(152)는, 가이드(158)에 의해 부주사방향으로 왕복이동 가능하게 지지되고, 이 스테이지(152)의 길이방향이 부주사방향을 향하도록 배치되어 있다. 또한, 이 투영노광장치에는, 스테이지(152)를 가이드(158)를 따라서 구동하기 위한 도시하지 않은 구동부가 구비되어 있다.
설치대(156)의 중앙부에는, 스테이지(152)의 이동경로에 걸쳐져서 상기 스캐너유닛(162)을 지지하는 문형의 스캐너 지지부(160)가 설치되어 있다. 스캐너 지지부(160)에는, 이 스캐너 지지부(160)를 사이에 둔 부주사방향의 한쪽 측에는 스캐너유닛(162)이 설치되고, 다른쪽 측에는 감광재료(150)의 선단 및 후단을 검지하는 2개의 검지센서(164)가 설치되어 있다. 스캐너유닛(162) 및 검지센서(164)는 스캐너 지지부(160)에 각각 부착되고, 스테이지(152)의 이동경로의 윗쪽에 배치되어 있다. 또, 스캐너유닛(162) 및 검지센서(164)는, 이들을 제어하는 도시하지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다.
스캐너유닛(162)은, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, m행 n열(예를 들면, 3행 5열)의 대략 매트릭스상으로 배열된 감광재료(150)에 노광용의 광을 조사하는 복수(예를 들면, 14개)의 노광헤드(166)를 구비하고 있다.
본 실시형태에서는, 감광재료(150)의 폭과의 관계에서, 1행째 및 2행째에는 5개의 노광헤드(166)를, 3행째에는 4개의 노광헤드(166)를 배치하였다. 또 m행째의 n열째에 배열된 각각의 노광헤드를 나타낼 경우는, 노광헤드(166mn)로 표기한다.
노광헤드(166)에 의해 노광되는 각 노광헤드(166mn)에 대응하는 노광영역(168mn)은, 도 8의 (B)부분에 나타낸 바와 같이, 부주사방향을 짧은변으로 하는, 즉 부주사방향을 최소폭 방향으로 하는 직사각형상이며, 스테이지(152)의 이동에 따라, 감광재료(150)에는 각 노광헤드(166mn)에 대응한 도 8의 (A)부분에 나타내는 바와 같은 띠형상의 노광이 완료된 영역(170mn)이 형성된다.
상기 노광헤드의 각각은, 상기 부주사방향과 직교하는 주주사방향으로 소정간격 어긋나서 배치되어 있고, 띠형상의 노광이 완료된 영역(170)이 상기 주주사방향으로 간극없이 형성되도록, 1행째에 배치되어 있는 노광영역(16811)과 노광영역(16812) 사이의 노광할 수 없는 부분은, 2행째에 배치되어 있는 노광영역(16821)과 3행째에 배치되어 있는 노광영역(16831)에 의해 노광된다.
상기 노광헤드(166)는, 상기 광원유닛(60), DMD(80), 및 광학계(50)와, 광원유닛(60)으로부터 출사된 노광용의 광을 입사해서 DMD(80)에 조사하는 DMD 조사 광학계(70)로 구성되어, DMD(80)로 공간 광변조된 광을 감광재료(150)상에 안내하여 이 감광재료(150)를 노광한다.
《노광헤드(166)를 구성하는 각 요소의 설명》
이하, 노광헤드(166)를 구성하는 각 요소에 대해서 설명한다. 또, 이미 설명한 공기간격 조절부(54), 및 광학계(50)에 대해서는, 여기에서의 설명을 생략한다.
<광원유닛(60)>
광원유닛(60)은, 복수(예를 들면, 6개)의 레이저광 합파광원(40)과, 상기 복수의 각 레이저광 합파광원(40)의 구성요소인 각 멀티모드 광섬유(30)에 접속되는 복수의 광섬유(31)를 통합하는 레이저 출사부(61)로 이루어진다.
[레이저광 합파광원(40)의 설명]
도 9는 레이저광 합파광원의 구성을 나타내는 평면도, 도 10은 레이저광 합파광원의 구성을 나타내는 측면도, 도 11은 레이저광 합파광원의 구성을 나타내는 정면도, 도 12는 레이저광 합파광원을 구성하는 광학요소를 나타내는 확대 평면도이다.
○레이저광 합파광원(40)의 구성
레이저광 합파광원(40)은, 복수의 반도체 레이저(LD1～LD7)와, 1개의 광섬유(30)와, 상기 복수의 반도체 레이저(LDl～LD7)로부터 출사된 각 광속으로 이루어지는 전체광속을 수속시켜서 광섬유(30)의 코어부에 입사시키는 광속 수속수단인 콜리메이터렌즈(11～17) 및 1개의 집광렌즈(20)를 구비하고, 상기 광섬유(30)중에 상기 전체 광속을 합파시키고, 이 합파된 광속을 광섬유(30)를 통하여 출사한다.
보다 구체적으로는, 이 레이저광 합파광원(40)은, 구리 등의 열전도율이 높은 재료로 이루어지는 히트블록(10)상의 1방향으로 배열되어 고정된 복수(예를 들면, 7개)의 칩상의 횡멀티모드 또는 싱글모드의 GaN계 반도체 레이저(LDl～LD7)와, GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)의 각각에 대응해서 설치된 콜리메이터렌즈(11～17)와, 콜리메이터렌즈(11～17)로부터 출사된 각 광속의 전체를 1점에 수속시키는 1개 의 집광렌즈(20)와, 집광렌즈(20)로 수속된 상기 전체 광속을 입사해서 합파하는 1개의 멀티모드 광섬유(30) 등으로 구성되어 있다.
또한, 반도체 레이저의 개수는 7개로는 한정되지 않는다. 예를 들면, 클래드 지름=60㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2의 멀티모드 광섬유에, 20개의 반도체 레이저로부터 출사된 각각의 광속을 입사하는 것도 가능하다.
GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)는, 발진파장이 모두 공통(예를 들면, 405㎚)이며, 최대출력도 모두 공통(예를 들면, 멀티모드 레이저에서는 100㎽, 싱글모드 레이저에서는 30㎽)이다. 또, GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)로서는, 350㎚～450㎚의 청색광의 파장범위에 있어서 상기 405㎚ 이외의 발진파장을 구비하는 레이저를 사용해도 좋다.
또, 도 9, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 이 레이저광 합파광원(40)은, 윗쪽이 개구된 상자형상의 패키지(41) 내에 상기 광학요소를 수납한 것이다. 패키지(41)는, 그 개구를 닫도록 제작된 패키지덮개(49)를 구비하고 있고, 상자형상의 패키지(41)를 탈기처리한 후, 밀봉가스를 도입하여 패키지(41)의 개구를 패키지덮개(49)로 닫음으로써 패키지(41)와 패키지덮개(49)로 둘러싸인 폐공간(밀봉공간)이 기밀하게 밀봉되어 있다.
패키지(41)의 저면상에는 베이스판(42)이 고정되어 있고, 이 베이스판(42)의 상면에는, 상기 히트블록(10)과, 집광렌즈(20)를 유지하는 집광렌즈 홀더(45)와, 멀티모드 광섬유(30)의 입사단부를 유지하는 섬유 홀더(46)가 부착되어 있다. 멀티모드 광섬유(30)의 출사단부는, 패키지(41)의 벽면에 형성된 개구로부터 패키지 밖 으로 인출되어 있다.
상기 베이스판(42)은, 유체를 매체로 한 온도조절수단 혹은 펠티에소자 등(도시는 생략)에 의해 온도조절되어 있어, 투영노광장치의 가동중은 항상 일정한 온도로 유지된다.
히트블록(10)의 측면에는 콜리메이터렌즈 홀더(44)가 부착되어 있어, 콜리메이터렌즈(11～17)가 유지되어 있다. 또한, 패키지(41)의 벽면에 형성된 개구를 통해서 GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)에 구동전류를 공급하는 배선(47)이 패키지 밖으로 인출되어 있다.
또한, 도 9 및 도 10에 있어서는, 번잡화를 피하기 위해서, 복수의 GaN계 반도체 레이저 중 GaN계 반도체 레이저(LD1) 및 GaN계 반도체 레이저(LD7)에만 번호를 붙이고, 복수의 콜리메이터렌즈 중 콜리메이터렌즈(11) 및 콜리메이터렌즈(17)에만 번호를 붙이고 있다.
도 11은, 상기 콜리메이터렌즈(11～17)의 부착부분을 정면에서 본 도면이다. 콜리메이터렌즈(11～17)의 각각은, 비구면 렌즈이며, 상기 비구면 렌즈의 광축을 포함하는 영역을 이 광축에 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라낸 형상으로 형성되어 있다. 이 가늘고 긴 형상의 콜리메이터렌즈는, 예를 들면 수지성형 또는 유리성형에 의해서 형성하는 것이 가능하다. 콜리메이터렌즈(11～17)는, 길이방향이 GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)의 발광점이 배열되는 방향(도 11의 좌우방향)과 직교하는 방향으로 되도록 하여, 상기 배열방향(도 11의 좌우방향)으로 밀접하게 배치되어 있다.
GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)로서는, 발광폭이 2㎛의 활성층을 구비하고, 활성층의 표면에 대하여 평행한 방향의 퍼짐각이 각각 예를 들면 10°, 활성층의 표면에 대하여 직각인 방향의 퍼짐각이 각각 예를 들면 30°인 상태로 각각 레이저빔(B1～B7)을 발사하는 것이 사용되고 있다.
이들 GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)는, 활성층의 표면이 상기 발광점이 1열로 배열되는 방향과 평행하게 되도록 배치되어 있다. 즉, 각 발광점에서 발생된 레이저빔(B1～B7)의 퍼짐각도가 큰 방향이, 상기 가늘고 긴 형상의 각 콜리메이터렌즈(11～17)의 길이방향과 일치하고, 퍼짐각도가 작은 방향이 상기 각 콜리메이터렌즈(11～17)의 폭방향과 일치한다.
또, 각 콜리메이터렌즈(11～17)의 길이방향의 폭은 4.6㎜, 폭방향의 폭이 1.1㎜이며, 그들에 대응해서 입사되는 레이저빔(B1～B7)의 타원상의 빔지름의 장지름은 2.6㎜, 단지름이 0.9㎜이다. 또한, 콜리메이터렌즈(11～17)의 각각은 초점거리(f)=3㎜, NA=0.6, 렌즈배치 피치=1.25㎜이다.
집광렌즈(20)는, 비구면 렌즈의 광축을 포함하는 영역을 이 광축에 평행한 평면으로 가늘고 길게 베어낸 형상을 갖고, 콜리메이터렌즈(11～17)가 배열되는 방향으로 이 집광렌즈(20)의 길이방향이 일치하고, 그것과 직각인 방향으로 집광렌즈(20)의 폭방향이 일치하도록 배치되어 있다.
또, 이 집광렌즈(20)는 촛점거리(f)=23㎜, NA=0.2이다. 이 집광렌즈(20)도, 예를 들면, 수지성형 또는 유리성형에 의해 형성할 수 있다.
○레이저광 합파광원(40)의 동작
상기 레이저광 합파광원(40)을 구성하는 GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)의 각각으로부터 출사된 레이저빔(B1～B7)의 각각은, 대응하는 콜리메이터렌즈(11～17)에 의해서 평행 광화된다. 평행 광화된 레이저빔(B1～B7)은 집광렌즈(20)에 의해 수속되어, 멀티모드 광섬유(30)의 코어부(30a)의 입사단면에 입사된다.
집광렌즈(20)에 의해 상술한 바와 같이 수속된 레이저빔(B1～B7)이, 이 멀티모드 광섬유(30)의 코어부(30a)에 입사되어 1개의 레이저빔(B)으로 합파되고, 이 멀티모드 광섬유(30) 내를 전파해서 멀티모드 광섬유(30)의 출사단으로부터 출사된다. 멀티모드 광섬유(30)의 출사단으로부터 출사된 상기 합파된 레이저빔(B)은, 이 멀티모드 광섬유(30)에 접속된 후술하는 광섬유(31)에 입사된다.
예를 들면, 레이저빔(B1～B7)의 멀티모드 광섬유(30)에의 결합효율이 0.85이고, GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)의 각 출력이 30㎽인 경우에는, 출력 180㎽(=30㎽×0.85×7)의 합파 레이저빔(B)을 얻을 수 있고, 이 출력이 광섬유(31)에 전파된다. 따라서, 각 멀티모드 광섬유(30)에 각각 접속된 6개의 광섬유(31)가 통합된 후술하는 레이저 출사부(61)에서의 출력은 약 1W(=l80㎽×6)이다.
[레이저 출사부(61)]
레이저 출사부(61)에 대해서, 도 13 및 도 14를 참조해서 설명한다. 도 13의 (A)부분은 레이저광 합파광원의 멀티모드 광섬유와, 레이저 출사부의 광섬유의 접속상태를 나타내는 사시도, 도 13의 (B)부분은 레이저 출사부의 부분 확대도, 도 13의 (C)부분 및 도 13의 (D)부분은 레이저 출사부에 있어서의 광섬유의 배열을 나 타내는 정면도, 도 14는 레이저광 합파광원의 멀티모드 광섬유와, 레이저 출사부의 광섬유의 접속상태의 상세를 나타내는 단면도이다.
도 13의 (A)에서 (D)부분에 나타낸 바와 같이 상기 레이저 출사부(61)는, 광섬유(31), 지지판(65), 및 보호판(63)으로 이루어지고, 이하와 같이 구성되어 있다.
도 13의 (A)부분에 나타낸 바와 같이, 상기 레이저광 합파광원(40)의 각 멀티모드 광섬유(30)의 출사단에는, 코어 지름이 멀티모드 광섬유(30)의 코어 지름과 동일하고, 클래드 지름이 멀티모드 광섬유(30)의 클래드 지름보다 작은 광섬유(31)의 입사단이 각각 접속되어 있다. 또한, 상기 각 광섬유(31)의 출사단은, 도 13의 (C)부분에 나타낸 바와 같이, 1열로 배열된 출사단부(68)를 구성하고 있다. 또, 도 13의 (D)부분에 나타낸 바와 같이, 출사단부(68)는 1열로 배열되는 경우에 한정되지 않고 2단으로 겹쳐서 적층상태로 배열하도록 해도 좋다.
광섬유(31)의 출사측의 부분은, 도 13의 (B)부분에 나타낸 바와 같이, 표면이 평탄한 2장의 지지판(65)에 끼워넣어져 고정되어 있다. 또, 이 광섬유(31)의 출사측의 끝면에는, 이 끝면을 보호하기 위한 유리 등으로 이루어지는 투명한 보호판(63)이 배치되어 있다. 보호판(63)은, 광섬유(31)의 끝면에 밀착시켜서 배치해도 좋고, 또는 밀착하지 않도록 배치해도 좋다.
상기 광섬유(31)와 멀티모드 광섬유(30)의 접속은, 도 14에 나타낸 바와 같이, 클래드 지름이 큰 멀티모드 광섬유(30)의 끝면중의 소경부분(30c)에, 클래드 지름이 작은 광섬유(31)의 끝면을 동축적으로 결합하는 것이며, 이 결합은 예를 들 면 융착에 의해 실시하는 것이 가능하다.
또, 길이가 짧고 클래드 지름이 큰 광섬유에 클래드 지름이 작은 광섬유를 융착시킨 단척의 광섬유를 별도로 제작해서, 이 단척 광섬유를 페룰이나 광커넥터 등을 개재해서 멀티모드 광섬유(30)의 출사단에 결합해도 좋다. 커넥터 등을 사용해서 착탈가능에 결합함으로써, 클래드 지름이 작은 광섬유가 파손된 경우 등에 선단부분의 교환이 용이하게 되어, 노광헤드의 유지보수에 필요로 하는 비용을 저감할 수 있다.
멀티모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)로서는, 스텝 인덱스형 광섬유, 그레이티드 인덱스형 광섬유, 및 복합형 광섬유 중 어느 것이어도 좋다. 예를 들면, 미츠비시 덴센 고교 가부시키가이샤제의 스텝 인덱스형 광섬유를 사용할 수 있다. 본 예에서는, 멀티모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)는 스텝 인덱스형 광섬유이다.
또한, 멀티모드 광섬유(30)는 클래드 지름=125㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2, 입사단면 코트의 투과율=99.5%이상이며, 광섬유(31)는 클래드 지름=60㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2이다.
<DMD(80)>
계속해서, DMD(80)에 대해서 설명한다. 도 15의 (A)부분 및 도 15의 (B)부분은, DMD를 비스듬히 배치하지 않은 경우와 비스듬히 배치하는 경우에 있어서의 감광재료에의 노광상태의 차이를 비교해서 나타내는 평면도이다.
노광헤드(16611～166mn)의 각각은, 상기 설명한 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 입사된 광빔을 소정의 제어신호에 따라서 변조하는 공간 광변조수단으로서, 디지털 마이크로미러 디바이스:DMD(80)를 구비하고 있다(도 3참조). 이 DMD(80)는, 데이터 처리부와 미러구동 제어부를 구비한 도시하지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다. 이 컨트롤러의 데이터 처리부에서는 입력된 화상 데이터에 기초하여, 각 노광헤드(166)마다 DMD(80)에 배치되어 있는 각 마이크로미러(81)의 구동을 제어하는 제어신호를 생성한다. 또한, 미러구동 제어부에서는, 데이터 처리부에서 생성한 제어신호에 기초하여, 각 노광헤드(166)마다 DMD(80)의 각 마이크로미러(81)의 반사면의 각도를 제어한다.
상기 DMD(80)는, 길이방향으로 마이크로미러(81)가 다수개(예를 들면 1024개) 행방향으로 배열된 마이크로미러가, 폭방향으로 복수열(예를 들면 756열) 배치되어 있다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 각 마이크로미러(81)로 반사된 개별의 광속의 부주사방향의 주사궤적(부주사선)의 피치는, DMD(80)를 비스듬히 배치시키는 것에 의해 DMD(80)를 비스듬히 배치시키지 않을 때의 피치(P1)(도 15의 (A)부분 참조)보다 작은 피치(P2)(도 15의 (B)부분 참조)로 설정할 수 있고, 이 경사의 설정에 의해서 이 노광헤드(166)에 의한 노광의 해상도를 대폭 향상시킬 수 있다.
또, 서로 다른 마이크로미러(81)에 의해 감광재료(150)의 상기 부주사선상의 같은 영역이 겹쳐서 노광(다중노광)됨으로써, 노광위치의 미소량을 컨트롤 할 수 있고, 고정밀한 노광을 실현할 수 있다. 또한, 주주사방향에 이웃하여 배열되는 노광헤드간의 각 광속에 의해서 노광되는 2차원 패턴의 이음매가 눈에 띄지 않도록 하는 것도 가능하다.
<DMD 조사 광학계(70)>
상기 DMD 조사 광학계(70)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 광원유닛(60)의 레이저 출사부(61)로부터 출사된 복수의 광속을, 전체적으로 대략 평행 광화하는 콜리메이터렌즈(71), 이 콜리메이터렌즈(71)를 통과한 광의 광로에 배치된 마이크로 플라이 아이 렌즈(72), 이 마이크로 플라이 아이 렌즈(72)와 마주보는 상태로 배치된 다른 마이크로 플라이 아이 렌즈(73) 및 이 마이크로 플라이 아이 렌즈(73)의 출사측 즉 후술하는 미러(75)측에 배치된 필드렌즈(74), 및 후술하는 프리즘(76)으로 구성되어 있다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(72) 및 마이크로 플라이 아이 렌즈(73)는, 미소 렌즈셀이 종횡으로 다수 배치되어 이루어지는 것이며, 그들의 미소 렌즈셀의 각각을 통과한 광이 미러(75) 및 프리즘(76)을 통해서 DMD(80)에 서로 겹쳐지는 상태로 입사되므로, 이 DMD(80)를 조사하는 광의 광량분포가 균일화된다.
또, 미러(75)는 필드렌즈(74)를 통과한 광을 반사시키고, 프리즘(76)은 TIR프리즘(전반사 프리즘)이며, 미러(75)로 반사된 광을 DMD(80)를 향해서 전반사시킨다. 상기의 것에 의해 DMD 조사 광학계(70)가 DMD(80)에 대하여 대략 균일한 강도분포의 광을 조사한다.
《투영노광장치의 동작의 설명》
다음에, 상기 투영노광장치의 동작에 대해서 설명한다.
투영노광장치가 가동되어 각 부가 가동상태로 된다. 이 상태에 있어서 레이저광 합파광원(40)은 온도조절되지만 GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)는 점등되지 않는다.
2차원 패턴에 따른 화상 데이터가, DMD(80)에 접속된 도시하지 않은 컨트롤러에 입력되어, 컨트롤러 내의 프레임 메모리에 일단 기억된다. 이 화상 데이터는, 화상을 구성하는 각 화소의 농도를 나타낸 데이터이다. 이 데이터는, 예를 들면 각 화소의 농도를 2값(도트의 기록의 유무)으로 나타내는 것으로 할 수 있다.
감광재료(150)를 표면에 흡착한 스테이지(152)는, 도시하지 않은 구동부에 의해 가이드(158)를 따라 스캐너 지지부(160)를 상류측에서 하류측으로 일정 속도로 이동시킨다. 스테이지(152)가 스캐너 지지부(160) 아래를 통과할 때에, 스캐너 지지부(60)에 부착된 검지센서(164)에 의해 감광재료(150)의 선단이 검출되면, 프레임 메모리에 기억된 화상 데이터가 복수 라인분씩 순차 판독되고, 데이터 처리부에서 판독된 화상 데이터에 기초해서 각 노광헤드(166)마다의 제어신호가 생성된다.
그리고, 감광재료(150)에의 노광준비가 갖추어졌을 때에 GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)가 점등되고, 상기 생성된 제어신호에 기초하여, 미러구동 제어부에 의해 각 노광헤드(166)에 있어서의 DMD(80)의 마이크로미러(81)의 각각이 제어되어 감광재료(150)가 노광된다.
각 레이저광 합파광원(40)에서 발생되어 레이저 출사부(61)로부터 출사된 광속이 DMD 조사 광학계(70)를 통해서 DMD(80)에 조사되면, DMD(80)의 마이크로미러(81)가 온 상태일 때에 반사된 광속은, 광학계(50)를 통해서 감광재료(150)상에 결상된다. 한편, DMD(80)의 마이크로미러(81)가 오프 상태일 때에 반사된 광속은, 감광재료(150)상에 결상되지 않으므로 감광재료(150)를 노광하 지 않는다.
이렇게 하여, 광원유닛(60)로부터 출사된 광속이 각 마이크로미러(81)마다(화소마다) 온/오프되어서, 각 노광헤드(166)에 대응하는 감광재료(150)상의 각 노광영역(168)이 노광된다(도 7 및 도 8 참조). 또한, 감광재료(150)가 스테이지(152)와 함께 부주사방향으로 이동되어, 각 노광헤드(166)마다 부주사방향으로 연장되는 띠형상의 노광이 완료된 영역(170)이 형성된다.
여기서, 감광재료(150)에는 휘어짐이나 물결침이 있으므로(예를 들면, 100㎛정도의 휘어짐이나 물결침), 각 노광헤드(166mn)와 각각의 노광헤드(mn)에 의한 노광영역으로 되는 감광재료(150)상의 영역과의 간격을 레이저광의 반사위치의 변화에 의해 검출하는 갭센서 등의 간격검출수단(도시는 생략)으로 검출하고, 이 검출결과를 입력한 공기간격 조절 제어부(도시는 생략)가 상기 간격의 변화를 보정하도록 상기 공기간격 조절부(54)를 제어해서 감광재료(150)와 상측 텔레센트릭 제2결상광학계(52) 사이의 공기간격의 조절을 행한다.
[DMD(80)의 부분사용에 대해서]
또 본 실시형태에서는, 도 16의 (A)부분 및 (B)부분에 나타낸 바와 같이, DMD(80)에는, 노광할 때의 주주사방향 즉, 행방향으로 1024개(화소) 배치된 마이크로미러가, 노광할 때의 부주사방향 즉 열방향으로 756열(화소열) 배열되어 있지만, 본 예에서는, 컨트롤러에 의해 일부의 마이크로미러의 행(예를 들면, 1024개×300행)만을 구동하도록 제어가 이루어진다.
예를 들면, 도 16의 (A)부분에 나타낸 바와 같이, DMD(80)의 열방향의 중앙 부에 배치된 마이크로미러의 행열영역(80C)만을 제어해도 좋고, 도 16의 (B)부분에 나타낸 바와 같이, DMD(80)의 단부에 배치된 마이크로미러의 행열영역(80T)만을 제어해도 좋다. 또한, 일부의 마이크로미러에 결함이 발생했을 경우는, 결함이 발생되어 있지 않은 마이크로미러의 행열영역을 사용하는 등, 상황에 따라서 사용하는 마이크로미러중의 영역을 적당히 변경해도 좋다.
즉, DMD(80)의 데이터 처리속도에는 한계가 있어, 제어하는 마이크로미러의 수(화소수)에 비례하여 1라인당의 변조속도가 결정되므로, 마이크로미러중의 일부분만을 사용함으로써 1라인당의 변조속도를 빠르게 할 수 있다. 이 경우, 상기 DMD를 구성하는 화소부 중 1부분을 사용하므로, 부주사방향의 폭을 좁게 할 수 있고, 이것에 의해, 상기 각 쐐기형 프리즘의 서로의 위치의 상대적인 이동량을 작게 할 수 있다. 또한, 핀트 조절을 행하는 대상이 되는 폭을 좁게 하면, 이 폭이 넓은 경우에 비해서 감광재료의 물결침이 작아지므로, 핀트 조절을 보다 정확하게 행할 수 있다.
또, 마이크로미러를 사용하는 영역을 변경할 경우에는, 이 영역에 따라서 광학계(50)에 의한 감광재료(150)상에의 2차원 패턴의 결상영역도 변화되므로, 슬라이드부(545)의 이동방향이, 감광재료(150)상에 결상되는 2차원 패턴의 결상영역의 최소폭 방향과 일치하도록 공기간격 조절부(54)의 배치를 변경하는 것이 바람직하다.
DMD(80)에 접속된 컨트롤러 내의 프레임 메모리에 기억된 화상 데이터에 기초한 노광이 종료되면, GaN계 반도체 레이저(LD1～LD7)가 소등되어 레이저광 합파 광원으로부터의 광속의 출사가 정지된다. 그 후, 스캐너유닛(162)에 의한 감광재료(150)의 부주사가 종료하고, 검지센서(164)에서 감광재료(150)의 후단이 검출되면, 스테이지(152)는 도시하지 않은 구동부에 의해 가이드(158)를 따라 스캐너 지지부(160)를 최상류측에 있는 원점으로 복귀시키고, 다시, 가이드(158)를 따라서 스캐너 지지부(160)를 상류측에서 하류측으로 이동시켜서 다음 노광을 행한다.
또, 상기 실시형태에 있어서는, 제1결상광학계를 통과한 각 화소부에 대응하는 각 광을 통과시키는 마이크로렌즈 어레이를 광학계(50) 중에 배치하도록 했지만, 반드시 이 마이크로렌즈 어레이를 배치할 필요는 없고, 상기 마이크로렌즈 어레이를 배치하지 않는 경우라도, 상기 공기간격 조절부를 배치한 것에 의한, 2차원 패턴을 감광재료상에 투영할 때의 핀트맞춤을 보다 용이하고, 또한 보다 단시간에 행하는 효과를 얻을 수 있다.
또, 도 17에 나타낸 바와 같이, 상기 공기간격 조절부(54)를, 상기 상측 텔레센트릭 제2결상광학계(52)와 마이크로렌즈 어레이(55) 사이에 배치하고, 이 제2결상광학계(52)와 마이크로렌즈 어레이(55) 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 감광재료(150)상에 결상시킬 때의 핀트를 조절하도록 해도 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 광학계(50)를 확대 광학계로 했을 경우에는, 상기 2차원 패턴을 나타내는 광을 통과시키는 영역의 크기를 작게 할 수 있다. 따라서, 공기간격 조절부를 감광재료와 제2결상광학계 사이에 배치한 경우에 비하여, 공기간격 조절부를 제2결상광학계와 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치한 쪽이 이 공기간격 조절부의 사이즈를 작게 할 수 있다.
또, 본 발명의 투영노광장치는, 노광할 때의 광의 파장이 한정되는 것은 아니고, 어떤 파장의 광에 의한 노광에 대해서나 대응 가능한 것이며, 공간 광변조수단에 광을 조사하는 방식, 및 그 광원 등은 어떤 것이어도 좋다.
또, 공기간격 조절부는, 쐐기형 프리즘 쌍을 사용해서 구성하는 경우에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 2장의 유리 사이에 액체를 충전한 평행 평판을 사용하고, 상기 2장의 유리의 간격을 모터나 피에조소자를 이용해서 변경함으로써 공기간격을 조절하는 구성 등으로 하여도 좋다.
본 발명의 제1투영노광장치는, 감광재료와 결상광학계 사이의 공기간격을 변경하여, 공간 광변조된 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있으므로, 보다 용이하게, 또한 보다 단시간에 결상광학계와 감광재료 사이의 공기간격을 변경하여 핀트맞춤을 행할 수 있다. 즉, 공기간격 조절수단에 의한 상기 공기간격의 조절기능을, 결상광학계의 결상기능이나 감광재료를 지지해 반송하는 기능 등으로 분리할 수 있으므로, 종래에 비해서 공기간격의 조절 기구를 보다 간소화할 수 있고, 2차원 패턴을 감광재료상에 투영할 때의 핀트맞춤을 보다 용이하고 또한 보다 단시간에 행할 수 있다.
본 발명의 제2 및 제3투영노광장치는, 공간 광변조수단으로 공간 광변조된 광의 2차원 패턴을 결상시키는 제1결상광학계와, 이 제1결상광학계에 의해 결상되는 2차원 패턴의 결상면 근방에 배치된 마이크로렌즈 어레이와, 상기 마이크로렌즈 어레이를 통과한 각 광 각각을 감광재료상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 제2결상광학계를 구비하고, 공기간격 조절수단을, 감광재료와 제2결상광학계 사이, 또는 제2결상광학계와 마이크로렌즈 어레이 사이에 구비하도록 했으므로, 보다 용이하고 또한 보다 단시간에 상기 감광재료상에 결상되는 각 광의 핀트맞춤을 행할 수 있다. 즉, 공기간격 조절수단에 의한 상기 공기간격의 조절기능을, 제1결상광학계의 결상기능이나 제2결상광학실의 결상기능, 또는 감광재료를 지지해 반송하는 기능 등으로 분리할 수 있으므로, 종래에 비해서 공기간격의 조절기구를 보다 간소화할 수 있고, 2차원 패턴을 감광재료상에 투영할 때의 핀트맞춤을 보다 용이하고 또한 보다 단시간에 행할 수 있다.
또, 공기간격 조절수단을, 쐐기형 프리즘 쌍을 갖는 것으로 하고, 감광재료상에 결상되는 2차원 패턴의 결상영역의 최소폭 방향으로, 상기 쐐기형 프리즘 쌍을 구성하는 각 쐐기형 프리즘의 서로의 위치를 상대적으로 이동시켜서 핀트조절을 행하도록 하면, 핀트를 조절할 때의 각 쐐기형 프리즘의 상기 상대적인 이동량을 보다 적게 할 수 있고, 공기간격의 조절기구를 보다 간소화할 수 있다. 또한, 공간 광변조수단을 DMD로 하고, 이 DMD를 구성하는 2차원상으로 배열된 다수의 화소부 중 1부분만을 사용해서 공간 광변조를 행하는 것으로 하면, 상기 핀트를 조절할 때의 각 쐐기형 프리즘의 상대적인 이동량을 보다 적게 할 수 있고, 상기 공기간격의 조절을 보다 빠르고, 보다 용이하게 실시할 수 있다.

Claims (6)

  1. 광원으로부터 발생된 광을 공간 광변조해서 2차원 패턴을 형성하는 공간 광변조수단과, 상기 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료상에 결상시키는 상(像)측 텔레센트릭 결상광학계를 구비하고, 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영하여 노광하는 투영노광장치로서,
    상기 감광재료와 상기 결상광학계 사이에 배치되어, 상기 감광재료와 결상광학계 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있고,
    상기 공기간격 조절수단이 쐐기형 프리즘 쌍을 갖고, 상기 감광재료상에 결상되는 상기 2차원 패턴의 결상영역의 최소폭 방향으로, 상기 쐐기형 프리즘 쌍을 구성하는 각 쐐기형 프리즘의 서로의 위치를 상대적으로 이동시켜서 상기 핀트를 조절하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  2. 입사된 광을 소정의 제어신호에 따라서 변조하는 화소부를 2차원상으로 다수 배열해서 이루어지고, 상기 다수의 화소부에 의해 상기 광을 공간 광변조하는 공간 광변조수단;
    상기 공간 광변조수단으로 공간 광변조된 광의 2차원 패턴을 결상시키는 제1결상광학계;
    상기 제1결상광학계에 의해 결상되는 상기 2차원 패턴의 결상면 근방에 배치된, 상기 제1결상광학계를 통과한 상기 각 화소부에 대응하는 각 광을 각각 통과시키는 개별의 마이크로렌즈를 2차원상으로 배치해서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이; 및
    상기 마이크로렌즈 어레이를 통과한 상기 각 광 각각을 감광재료상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 제2결상광학계를 구비하고, 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영해서 상기 감광재료에 상기 2차원 패턴을 노광하는 투영노광장치로서,
    상기 감광재료와 상기 제2결상광학계 사이에 배치되어, 상기 감광재료와 제2결상광학계 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  3. 입사된 광을 소정의 제어신호에 따라서 변조하는 화소부를 2차원상으로 다수 배열해서 이루어지고, 상기 다수의 화소부에 의해 상기 광을 공간 광변조하는 공간 광변조수단;
    상기 공간 광변조수단으로 공간 광변조된 광의 2차원 패턴을 결상시키는 제1결상광학계;
    상기 제1결상광학계에 의해 결상되는 상기 2차원 패턴의 결상면 근방에 배치된, 상기 제1결상광학계를 통과한 상기 각 화소부에 대응하는 각 광을 각각 통과시키는 개별의 마이크로렌즈를 2차원상으로 배치해서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이; 및
    상기 마이크로렌즈 어레이를 통과한 상기 각 광 각각을 감광재료상에 결상시키는 상측 텔레센트릭 제2결상광학계를 구비하여 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영해서 상기 감광재료에 상기 2차원 패턴을 노광하는 투영노광장치로서,
    상기 제2결상광학계와 상기 마이크로렌즈 어레이 사이에 배치되어, 상기 제2결상광학계와 마이크로렌즈 어레이 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  4. 삭제
  5. 광원으로부터 발생된 광을 공간 광변조해서 2차원 패턴을 형성하는 공간 광변조수단과, 상기 공간 광변조된 2차원 패턴을 감광재료상에 결상시키는 상(像)측 텔레센트릭 결상광학계를 구비하고, 상기 2차원 패턴을 상기 감광재료상에 투영하여 노광하는 투영노광장치로서,
    상기 감광재료와 상기 결상광학계 사이에 배치되어, 상기 감광재료와 결상광학계 사이의 공기간격을 변경해서 상기 2차원 패턴을 결상시킬 때의 핀트를 조절하는 공기간격 조절수단을 구비하고 있고,
    상기 공간 광변조수단이 DMD이며,
    상기 DMD가, 이 DMD를 구성하는 2차원형상으로 배열된 다수의 화소부 중 1부분만을 사용하여 상기 공간 광변조를 행하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
  6. 삭제
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