KR101211040B1 - 광 균일화 장치 및 상기 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 렌즈 소자들(2)을 가진 하나 이상의 광학 기능면을 구비한 하나 이상의 기판(1)을 포함하는 광 균일화 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 제조 방법의 제 1 단계에서는 상기 렌즈 소자들(2)이 상기 하나 이상의 기판(1)의 하나 이상의 광학 기능면에 형성되고, 그 다음 단계에서 상기 하나 이상의 기판(1)이 2개 이상의 부분들(3, 4, 6, 7, 8, 9)로 분할되고, 그 다음 단계에서 상기 부분들 중 하나 이상의 부분(4, 7, 9)이 달리 배향되면, 상기 하나 이상의 기판(1)의 2개 이상의 부분들(3, 4, 6, 7, 8, 9) 중 2개 이상이 다시 결합된다.

렌즈 소자, 기판, 부분, 광학 기능면, 광 균일화 장치.

Description

광 균일화 장치 및 상기 장치의 제조 방법{DEVICE FOR HOMOGENIZING LIGHT AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF SAID DEVICE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 방법 및 청구항 11의 전제부에 따른 장치에 관한 것이다.

상기 방식의 방법 및 장치는 DE 101 39 355 A1 에 공지되어 있다. 이러한 장치에서의 단점은 렌즈 소자들의 표면이 특정 용도에 대해, 예컨대 칩 제조 분야에서 리소그래픽 용도에 대해 너무 큰 표면 조도를 갖는다는 것이다. 특히, 상기와 같은 렌즈 소자들은 대개 상기 렌즈 소자들 각각에 나타나는 시스템적 표면 불규칙성을 갖는다. 상기 표면 조도 또는 표면 불규칙성은, 실제 표면 형상이 계산된 소정 표면과 수십 나노미터 또는 그 이상 편차를 갖게 할 수 있다. 이러한 균일화 장치의 경우 일반적으로 개별 렌즈 소자들을 통과하는 광이 하나의 작동면에서 중첩된다는 사실로 인해, 상기 표면 불규칙성에 의해 야기되는 장애들이 상기 작동면에서의 세기 분포에 더해진다. 대개, 상기 방식의 균일화 장치의 경우, 개별 렌즈 소자들을 통과한 부분 빔들은, 개별 렌즈 소자들의 동일한 지점이 작동면 내의 동일한 지점에 기여하도록, 작동면에서 중첩된다. 이로 인해, 개별 렌즈 소자들을 통과한 광이 작동면에서 중첩됨으로써, 모든 렌즈 소자에서 반복하는 시스 템적 불규칙성이 조정되는 않는다. 오히려, 도 7에 개략적으로 과도하게 도시된 바와 같이, 작동면에서 균일화된 광의 세기 분포가 나타난다.

본 발명의 목적은 광을 효과적으로 균일화할 수 있는 상기 방식의 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 방식의 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

방법과 관련한 상기 목적은 청구항 1 및/또는 청구항 7의 특징을 가진 상기 방식의 방법에 의해 그리고 장치와 관련한 상기 목적은 청구항 11의 특징을 가진 상기 방식의 장치에 의해 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.

청구항 1에 따라, 다른 단계에서 하나 이상의 기판이 2개 이상의 부분들로 분할되고, 그 다음 단계에서 상기 부분들 중 하나 이상의 부분이 달리 배향되면, 하나 이상의 기판의 2개 이상의 부분들 중 2개 이상이 다시 결합된다. 2개 이상의 부분들 중 하나 이상의 부분이 달리 배향됨으로써, 상기 부분들의 개별 렌즈 소자들을 통과한 후에, 표면의 시스템적 불규칙성에 의해 야기되는 광의 편차가 가산되는 것이 방지될 수 있다.

예컨대, 청구항 2에 따라 분할 후에 상기 부분들 중 하나 이상의 부분이 회전되고, 그 다음에 하나 이상의 다른 부분과 결합된다. 이 경우, 예컨대 청구항 3에 따라 상기 회전은 180°회전일 수 있다. 따라서, 이러한 회전에 의해, 경우에 따라 회전된 부분의 시스템적 불규칙성에 의해 야기된 효과가 정확히 반전됨으로써, 상기 효과는 광이 2개 이상의 부분들의 하나 이상의 다른 부분을 통과할 때 야기되는 효과에 의해 무효화된다. 이로 인해, 하나의 작동면에서 매우 균일한 세기 분포가 이루어질 수 있다.

청구항 4에 따라 상기 회전은 균일화할 광의 진행 방향에 대해 평행한 축을 중심로 이루어질 수 있다.

청구항 5에 따라 하나 이상의 기판이 2개 이상의 부분들, 특히 4개의 부분들 또는 8개의 부분들 또는 16개의 부분들 또는 2의 제곱이 아닌 수의 부분들로 분할될 수 있다. 균일화 장치에서 발생하는 광이 불균일할수록, 기판이 더 많은 수의 부분들로 분할되어야 할 확률이 더 크다. 이 경우에는 다른 배향을 가진 상기 부분들이 개별적으로 다시 결합할 기판 내로 도입되어야 하거나 또는 상기 부분들이 개별적으로 회전되어야 한다. 많은 수의 달리 배향된 부분들에 의해, 입력 불균일성이 비교적 클 때도 효과적인 균일화가 얻어질 수 있다.

청구항 6에 따라 예컨대 기판은 스트립형 부분들로 분할되고, 상기 부분들은 제 1 방향에서 이것에 수직인 제 2 방향에서 보다 더 적은 렌즈 소자들을 갖는 것이 가능하다.

청구항 7에 따라 다수의 기판들이 각각 2개 이상의 부분들로 분할되고, 그 다음에 상이한 기판의 부분들이 결합되어 하나의 새로운 기판을 형성한다. 이로 인해, 작동면에서의 세기 분포에 대한 의도적인 영향이 주어질 수 있는데, 그 이유는 상이한 기판들이 상이한 특성들을 가질 수 있기 때문이다. 이러한 조치에 의해, 모듈 시스템에 의한 것과 같이 소정 특성을 가진 균일화 장치가 구성될 수 있다.

특히 청구항 8에 따라 기판을 상이한 기판의 부분으로 결합하기 전에, 하나의 작동면에서 얻어지는 세기 분포가 분석되고, 결합을 위해 사용된 부분들의 선택 및 배향은 상기 분석을 기초로 선택된다. 예컨대, 균일화 장치가 작동면의 조명을 위한 더 큰 장치 내로 삽입될 수 있다. 작동면의 조명을 위한 상기 장치 내에서 예컨대 푸리에 렌즈들이 하나 이상의 기판의 후방에 배치될 수 있고, 상기 렌즈들은 작동면에서 개별 렌즈 소자를 통과한 광의 중첩에 기여한다. 또한, 광빔 또는 광의 형성에 기여하는 포커싱 수단도 이것 내에 제공될 수 있다. 예컨대 엑시머 레이저 또는 반도체 레이저 장치와 같은 광원이 작동면의 조명을 위한 장치에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 장치 내로 렌즈 소자를 가진 미가공 기판이 삽입되고, 작동면에서 상기 미가공 기판에 의해 얻어질 수 있는 세기 분포가 기록된다. 상기 미가공 기판에 의해 얻어진 세기 분포는 소정 세기 분포와 비교될 수 있고, 상기 작동면에서 소정 세기 분포를 얻기 위해, 개별 기판에 대한 기존 데이터를 기초로, 개별 기판의 부분들이 퍼즐에서와 같이 결합된다.

청구항 11에 따라 장치가 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된다. 청구항 12에 따라 장치가 실린더 렌즈로서 형성된 렌즈 소자를 포함한다. 예컨대 청구항 13에 따라 기판이 입사면으로서 사용되는 광학 기능면과 출사면으로서 사용되는 광학 기능면을 포함하고, 상기 각각의 면 상에 실린더 렌즈의 어레이가 형성되고, 상기 입사면 상에서 상기 어레이의 실린더 축은 상기 출사면 상에서 상기 어레이의 실린더 축에 대해 수직으로 배치된다. 이러한 방식으로 서로 마주 놓여 교차되는 각각 2개의 실린더 렌즈에 의해 렌즈 소자들 중 하나가 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 렌즈 소자들은 광 출력과 관련해서 높은 효율을 갖는다.

청구항 14에 따라 장치가 2개 이상의, 특히 4개의 광학 기능면을 가진 2개의 기판을 포함할 수 있고, 상기 2개의 기판은 균일화할 광의 진행 방향으로 서로 이격되어 차례로 배치될 수 있다. 장치의 이러한 디자인에 의해 균일화할 광의 균일화가 더욱 개선된다.

청구항 15에 따라 장치는 균일화할 광의 진행 방향으로 볼 때 하나 이상의 기판의 후방에 배치되어 푸리에 렌즈로서 사용되는 렌즈 수단들을 포함하고, 상기 렌즈 수단들은 개별 렌즈 소자들을 통과한 광을 서로 중첩할 수 있다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참고로 하는 하기의 바람직한 실시예 설명에 명확히 나타난다.

도 1은 본 발명에 따른 장치용 기판의 평면도.

도 2는 분할, 회전, 결합 후 기판의 평면도.

도 3은 다른 절단면을 가진 도 1에 따른 기판의 평면도.

도 4는 분할, 회전, 결합 후 도 3에 따른 기판의 평면도.

도 5는 다른 절단면을 가진 도 1에 따른 기판의 평면도.

도 6은 분할, 회전 및 결합 후 도 5에 따른 기판의 평면도.

도 7은 작동면 내에서 기판을 통과한 광의 세기 분포를 나타낸 개략도.

도 8은 기판의 분할, 회전 및 결합 후 장치의 작동면 내의 세기 분포를 나타 낸 개략도.

명확화를 위해, 몇몇 도면에 카아티이젼 좌표계가 도시된다.

도 1에는 다수의 렌즈 소자(2)를 포함하는 기판(1)이 예시적으로 도시된다. 도시된 실시예에는 1a 내지 8h로 번호가 매겨진 64개의 렌즈 소자들(2)이 도시된다. 물론, 더 많거나 더 적은 렌즈 소자들이 제공될 수 있다. 렌즈 소자들(2)은 예컨대 기판(1)의 한 측면 또는 양 측면에 형성된 구형 렌즈 소자들 일 수 있다. 그러나, 실린더 렌즈들이 예컨대 서로 교차되는 기판의 전방면과 후방면에 형성될 수도 있다. 이 경우 예컨대 전방면 상에서는 실린더 렌즈들이 Y-방향으로 즉, 1a 내지 1h 방향으로 연장될 수 있다. 기판(1)의 후방면 상에서는 실린더 렌즈들이 X-방향으로 즉, 1a 내지 8a의 방향으로 연장될 수 있다. 전방면과 후방면 상에서 실린더 렌즈들 간의 교차에 의해, 마찬가지로 도시된 64개의 렌즈 소자들(2)이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 각각 하나 또는 2개의 광학 기능면을 가진 하나 이상의 기판을 포함할 수 있다. 예컨대 2개의 기판(1)을 연속해서 배치할 수 있다. 기판 각각은 그 입사면과 그 출사면 상에 각각 서로 교차되는 실린더 렌즈 어레이를 포함한다.

렌즈 소자들은 예컨대 도 1에 도시된 기판(1) 상에, 선행 기술에 공지된 통상의 방법에 의해 제공될 수 있다. 예컨대, 여기서는 단(段)을 형성하기 위한 성형 단계 및 그것에 후속하는, 표면을 평탄화하기 위한 용융 단계가 고려된다. 성 형은 예컨대 에칭에 의해 또는 스퍼터링에 의해 수행될 수 있다. 용융은 예컨대 전자빔 또는 레이저 빔에 의해 이루어질 수 있다.

도 1에 도시된 기판은 본 발명에 따른 방법에서는 Y-평면에 연장된 분리면(5)을 따라 예컨대 절단에 의해 2개의 부분들(3, 4)로 분할된다. 그 다음에, 기판(1)의 부분(4)은 Z-방향, 즉 균일화될 광의 나중 통과 방향을 중심으로 180°회전된다. 그리고 나서, 2개의 부분들(3, 4)은 다시 서로 결합된다. 이러한 결합은 접착 또는 다른 적합한 결합 방법에 의해 이루어질 수 있다. 도 2에는 부분(4)의 절단, 회전 및 다시 결합 후 기판이 나타난다. 이전에 좌측 상부에 있던 렌즈 소자(5a)가 이제 우측 하부에 배치되도록, 부분(4)이 회전되는 것이 명확히 나타난다.

도 3은 동일한 기판(1)을 도시하지만, 이 기판은 본 발명에 따른 방법의 변형예에 따라 Y-Z 평면에 배치된 3개의 절단면(10)을 따라 4개의 부분들(6, 7, 8, 9)로 분할된다. 그리고 나서, 부분(7)과 부분(9)은 각각 Z 방향을 중심으로 180°회전된다. 도 4에는 분할, 회전 및 결합 후 도 3에 따른 기판이 나타난다. 부분(7)에서, 이전에 좌측 상부에 배치되었던 소자(3a)가 결합 후에 우측 하부에 배치되는 것이 나타난다. 마찬가지로, 부분(9)에서 이전에 좌측 상부에 배치되었던 소자(7a)가 이제 우측 하부에 배치된다.

도 5는 대안적 방법에서 6개의 절단면(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 따라 분할될 수 있는 기판(1)을 도시한다. 절단면들(11, 12, 13)은 Y-Z 평면에 있는 한편, 절단면들(14, 15, 16)은 X-Z 평면에 있다. 상기 절단면들(11, 12, 13, 14, 15, 16)을 따라 기판(1)을 분할함으로써, 각각 4개의 렌즈 소자들을 포함하는 16개의 부분들이 얻어진다.

도 6은 도 5에 따른 분할 및 부분들 중 매 2번째 부분을 Z-방향을 중심으로 180°회전한 후 기판(1)을 도시한다. 도 6에서는 코너의 좌측 상부에 렌즈 소자들(3a, 7a, 1c, 5c, 3e, 7e, 1g, 5g)을 가진 부분들이 각각 회전되었다. 물론, 렌즈 소자들 중 다른 것이 회전될 수도 있다.

본 발명에 따라 기판을 상이한 부분에서 다른 절단면 또는 분리면을 따라 분할하는 것도 가능하다. 또한, 기판을 동일하지 않은 크기의 부분들로 분할하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명에 따라 다수의 기판을 분할하거나 또는 전체로 재고 상태로 두어서, 고객 사양의 요구에 따라 소정 세기 분포를 가진 소정 기판들을 결합할 수 있다.

도 7은 분할, 회전 및 결합 전에 기판(1)의 작동면에서의 세기 분포를 예시적으로 과도하게 도시한다. 여기서는 특히, 세기 분포가 완전히 균일하지 않고 그 좌측 영역에 상승부(17)를 갖는 것이 나타난다. 이러한 상승부(17)는 개별 렌즈 소자들의 시스템적 표면 조도에 의해 생길 수 있다. 상기 조도는 예컨대 수 십 나노미터 범위의 개별 렌즈 소자들의 매우 작은 시스템적 표면 조도일 수 있다. 본 발명은 렌즈 소자들(2) 전체가 작동면에서의 광 분포에 동일한 기여를 한다는 사실을 기초로 한다. 특히, 균일화 장치는 일반적으로, 개별 렌즈 소자(2)의 동일한 섹션을 통과한 광이 동일한 지점에서 세기 분포에 기여하도록, 개별 렌즈 소자들을 통과한, 균일화할 광의 부분 빔들이 작동면에서 중첩되게 구성된다.

이러한 이유 때문에, 도 7에 도시된, 작동면 내의 세기 분포는 개별 렌즈 소자들이 상기 세기 분포에 기여하는 세기 분포에 상응한다.

따라서, 기판의 하나 이상의 부분들의 회전에 의해, 다수의 렌즈 소자들이 회전된다. 일반적으로, 회전된 렌즈 소자들(2)의 수는 정확히 회전되지 않은 렌즈 소자들(2)의 수와 일치한다. 이로 인해, 도 8에 나타난 세기 분포는 서로 분리된 부분들의 결합 후에 주어진다. 회전되지 않은 렌즈 소자들(2)의 세기 분포(17)는 회전된 렌즈 소자들의 세기 분포(17')에 의해 보상되므로, 매우 균일한 세기 분포(18)가 생긴다.

본 발명에 따라 도 8에 도시된 직사각형 세기 분포(18)와는 다른 형상을 얻는 것도 가능하다. 여기서는, 개별 렌즈 소자들의 선택에 의해 또는 렌즈 소자들의 결합에 의해 이미 분할되어 임의로 회전된 다수의 렌즈 소자들로부터 기판이 형성될 수 있다.

또한, 작동면 내에 렌즈 소자들(2)을 제공한 후에 기판에 의한 광 분포를 검출한 다음 분석함으로써, 작동 환경을 분석하는 것도 가능하다. 상기 분석에 의해, 작동면에서 매우 균일한 분포가 이루어질 수 있도록, 기판이 적합한 여러 부분들로 구성될 수 있다. 이 경우, 구성할 부분들의 분석 및 선택은 적합한 컴퓨터 프로그램에 의해 실행될 수 있다.

균일화할 광은 예컨대 엑시머 레이저의 광 또는 반도체 레이저 장치의 광일 수 있다.

Claims (15)

1. 다수의 렌즈 소자들(2)을 가진 하나 이상의 광학 기능면을 구비한 하나 이상의 기판(1)을 포함하는 광 균일화 장치의 제조 방법에서,

   상기 렌즈 소자들(2)이 상기 기판(1)의 하나 이상의 광학 기능면 내에 형성되는 제 1단계;

   상기 기판(1)이 2개 이상의 부분들(3, 4, 6, 7, 8, 9)로 분할되는 제 2단계;

   위 부분들(4, 7, 9)의 하나 이상이 달리 배향되면, 상기 기판(1)의 부분들(3, 4, 6, 7, 8, 9) 가운데 2개 이상이 다시 결합하는 제 3단계를 구비하여 이루어지며,

   상기 기판(1)의 분할은 균일화할 광의 진행 방향(Z)에 대해 평행한 면을 따라 이루어지고,

   상기 렌즈 소자들(2)은 시스템적으로 표면의 불규칙성을 가지며, 이때 상기 렌즈 소자들(2)의 표면에서의 시스템적인 불규칙성에 의해 야기되는 광의 편차가 두 개 이상의 부분들(3,4,6,7,8,9)의 개별 렌즈 소자들(2)을 통과한 뒤 결합하는 것은 두 개 이상의 부분들(3,4,6,7,8,9) 중 하나 이상의 다른 배향수단에 의해서 방지될 수 있는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
2. 제 1항에서, 상기 분할 후에 위 부분들(4, 7, 9) 가운데 하나 이상이 회전한 뒤 다른 부분들(3, 6, 8) 가운데 하나 이상과 결합하는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
3. 제 2항에서, 상기 회전은 180°회전인 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
4. 제 2항에서, 상기 회전은 균일화할 광의 진행 방향(Z)에 대해 평행한 축을 중심으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
5. 제 1항에서, 상기 기판(1)은 4개의 부분들 또는 8개의 부분들 또는 16개의 부분들 또는 2의 제곱이 아닌 수의 부분들로 분할되는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
6. 제 1항에서, 상기 기판(1)은 스트립형 부분들(6, 7, 8, 9)로 분할되고, 상기 스트립형 부분들은 제 1 방향(X)에서 이것에 수직인 제 2 방향(Y)에서 보다 더 적은 렌즈 소자들(2)을 갖는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
7. 제 1항에서, 다수의 기판들(1)은 각각 2개 이상의 부분들(3, 4, 6, 7, 8, 9)로 분할된 뒤 상이한 기판의 부분들과 결합되어 하나의 새로운 기판을 형성하는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
8. 제 1항에서, 기판이 상이한 기판의 부분들로부터 결합되기 전에, 하나의 작동면에서 얻어지는 세기 분포가 분석되고, 결합을 위해 사용된 부분들의 선택 및 배향은 상기 분석을 기초로 선택되는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
9. 제 1항에서, 상기 기판의 분할은 인접한 렌즈 소자들(2)을 서로 분리하는 경계면을 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치의 제조 방법.
10. 삭제
11. 다수의 렌즈 소자들(2)을 가진 하나 이상의 광학 기능면을 구비한 하나 이상의 기판(1)을 포함한 광 균일화 장치에서,

    상기 장치는 제 1항 내지 제 9항 가운데 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치.
12. 제 11항에서, 상기 렌즈 소자들(2)은 실린더 렌즈들로 형성되는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치.
13. 제 12항에서, 상기 기판(1)은 입사면으로서 사용되는 광학 기능면과 출사면으로서 사용되는 광학 기능면을 포함하고, 상기 각각의 면 상에 실린더 렌즈의 어레이가 형성되고, 상기 입사면 상에서 상기 어레이의 실린더 축은 상기 출사면 상에서의 상기 어레이의 실린더 축에 대해 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치.
14. 제 11항에서, 상기 장치가 4개의 광학 기능면을 가진 2개의 기판을 포함하고, 상기 2개의 기판은 균일화할 광의 진행 방향(Z)으로 서로 이격되어 차례로 배치되는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치.
15. 제 11항에서, 상기 장치는 균일화할 광의 진행 방향으로 볼 때 상기 기판(1)의 후방에 배치되어 푸리에 렌즈로서 사용되는 렌즈 수단들을 포함하고, 상기 렌즈 수단들은 개별 렌즈 소자들(2)을 통과한 광을 서로 중첩할 수 있는 것을 특징으로 하는, 광 균일화 장치.

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