KR101884045B1 - 마이크로렌즈 어레이 및 그것을 사용한 스캔 노광 장치 - Google Patents

Abstract

마이크로렌즈 어레이에 있어서는, 그 반전 결상 위치의 6각 시야 조리개의 배치, 즉 마이크로렌즈의 배치가 스캔 방향에 수직인 방향으로 다수 배치되어 마이크로렌즈열이 구성되어 있다. 그리고, 그 3열의 마이크로렌즈열에 관하여, 마이크로렌즈열은 6각 시야 조리개의 삼각형 부분이 스캔 방향에 겹치도록 각각 스캔 방향에 수직인 방향으로 (길이 S)만큼 치우치게 하여 배치되어 있다. 또한, 이 3열의 마이크로렌즈열로 구성되는 마이크로렌즈열군에 관하여, 마이크로렌즈열군은 예를 들어 미소 시프트량 F(예를 들어, 2㎛)씩 스캔 방향에 수직인 방향으로 치우치게 하여 배치되어 있다. 이에 의해, 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 장치에 있어서, 스캔 방향에 수직인 방향에 대해서도 노광 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

마이크로렌즈 어레이 및 그것을 사용한 스캔 노광 장치{MICROLENS ARRAY AND SCANNING EXPOSURE DEVICE USING SAME}

본 발명은 마이크로렌즈를 이차원적으로 배열한 마이크로렌즈 어레이에 의해 마스크 패턴을 기판 상에 노광하는 노광 장치, 및 그것에 사용하는 마이크로렌즈 어레이에 관한 것이다.

박막 트랜지스터 액정 기판 및 컬러 필터 기판 등은 유리 기판 상에 형성된 레지스트막 등을 수회 중첩 노광하여 소정의 패턴을 형성한다. 또한, 최근, 마이크로렌즈를 이차원적으로 배치한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 스캔 노광 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1). 이 스캔 노광 장치에 있어서는 복수개의 마이크로렌즈 어레이를 일 방향으로 배열하고, 이 배열 방향에 수직인 방향으로 마이크로렌즈 어레이 및 노광 광원을 기판 및 마스크에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 노광광이 마스크를 스캔하여 마스크의 구멍에 형성된 노광 패턴을 기판 상에 결상시킨다. 마이크로렌즈 어레이는, 두께가 예를 들어 4mm인 4매의 유리판의 각 표면 및 이면에 볼록 렌즈 형상의 마이크로렌즈를 형성하고, 이렇게 구성된 4매의 단위 마이크로렌즈 어레이를, 각 마이크로렌즈의 광축이 일치하도록 겹쳐 광축 방향으로 8개의 렌즈를 배치함으로써, 정립 등배상(等倍像)을 기판에 노광하도록 되어 있다.

도 4는 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 장치를 도시하는 종단면도, 도 5는 이 마이크로렌즈 어레이에 의한 노광 상태를 도시하는 단면도, 도 6은 마이크로렌즈 어레이의 배치 형태를 도시하는 사시도, 도 7은 단위 마이크로렌즈 어레이의 일부를 도시하는 단면도, 도 8은 마이크로렌즈의 6각 시야 조리개를 도시하는 도면, 도 9는 마이크로렌즈의 6각 시야 조리개의 배치를 도시하는 평면도, 도 10은 구면 수차를 나타내는 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 노광 광원(4)으로부터 출사된 노광광은 평면 미러를 포함하는 광학계(21)를 통하여 마스크(3)로 유도되고, 마스크(3)를 투과한 노광광은 마이크로렌즈 어레이(2)에 조사되어, 마스크(3)에 형성된 패턴이 마이크로렌즈 어레이(2)에 의해 기판(1) 상에 결상된다. 이 광학계(21)의 광로 상에 다이크로익 미러(22)가 배치되어 있어, 카메라(23)로부터의 관찰광이 다이크로익 미러(22)에서 반사되어 노광 광원(4)으로부터의 노광광과 동축적으로 마스크(3)를 향한다. 또한, 이 관찰광은 마이크로렌즈 어레이(2)에서 기판(1) 상에 수렴되어, 기판(1)에 이미 형성되어 있는 기준 패턴을 반사하여, 이 기준 패턴의 반사광이 마이크로렌즈 어레이(2), 마스크(3) 및 다이크로익 미러(22)를 통하여 카메라(23)에 입사하도록 되어 있다. 카메라(23)는 이 기준 패턴의 반사광을 검출하여, 이 검출 신호를 화상 처리부(24)에 출력한다. 화상 처리부(24)는 기준 패턴의 검출 신호를 화상 처리하여 기준 패턴의 검출 화상을 얻는다. 제어부(25)는 이 검출 화상을 기초로 기판(1), 마이크로렌즈 어레이(2), 마스크(3) 및 노광 광원(4)의 위치 정렬을 행한다. 마이크로렌즈 어레이(2)와 노광 광원(4) 및 광학계(21)는 일체가 되어 일정한 방향으로 이동할 수 있고, 기판(1)과 마스크(3)는 고정적으로 배치되어 있다. 그리고, 기판(1) 및 마스크(3)가 일 방향으로 이동함으로써, 노광광이 기판 상에서 주사되어, 유리 기판으로부터 1매의 기판이 제조되는 소위 1매 취출 기판의 경우에는, 상기 1 주사에 의해 기판의 전체면이 노광된다. 또는, 유리 기판(1)과 마스크(3)가 고정되어 있어, 마이크로렌즈 어레이(2)와 광원(4)이 일체가 되어 일정한 방향으로 이동하도록 구성할 수도 있다. 이 경우에는 노광광이 기판 상을 이동하여 기판면을 주사한다.

이어서, 마이크로렌즈 어레이에 의한 노광 형태에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 유리 기판 등의 피노광 기판(1)의 상방에, 마이크로렌즈(2a)가 이차원적으로 배치되어 구성된 마이크로렌즈 어레이(2)가 배치되고, 또한 이 마이크로렌즈 어레이(2) 상에 마스크(3)가 배치되고, 마스크(3)의 상방에 노광 광원(4)이 배치되어 있다. 마스크(3)는 투명 기판(3a)의 하면에 Cr막(3b)을 포함하는 차광막이 형성되어 있어, 노광광은 이 Cr막(3b)에 형성된 구멍을 투과하여 마이크로렌즈 어레이(2)에 의해 기판 상에 수렴된다. 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 예를 들어 기판(1) 및 마스크(3)가 고정되어 있어, 마이크로렌즈 어레이(2) 및 노광 광원(4)이 동기하여 화살표(5) 방향으로 이동함으로써, 노광 광원(4)으로부터의 노광광이 마스크(3)를 투과하여 기판(1) 상을 화살표(5) 방향으로 스캔된다. 이 마이크로렌즈 어레이(2) 및 노광 광원(4)의 이동은, 적절한 이동 장치의 구동원에 의해 구동된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이(2)는, 지지 기판(6)에 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 예를 들어 4개씩 2열로 배치되어 있고, 이들 마이크로렌즈 어레이(2)는 스캔 방향(5)으로 보아 전단의 4개의 마이크로렌즈 어레이(2)의 상호간에, 후단의 4개의 마이크로렌즈 어레이(2) 중 3개가 각각 배치되어, 2열의 마이크로렌즈 어레이(2)가 지그재그가 되도록 배열되어 있다. 이에 의해, 2열의 마이크로렌즈 어레이(2)에 의해, 기판(1)에서의 스캔 방향(5)에 수직인 방향의 노광 영역의 전역이 노광된다.

도 7에 도시한 바와 같이, 각 마이크로렌즈 어레이(2)의 각 마이크로렌즈(2a)는, 예를 들어 4매 8렌즈 구성이며, 4매의 단위 마이크로렌즈 어레이(2-1, 2-2, 2-3, 2-4)가 적층된 구조를 갖는다. 각 단위 마이크로렌즈 어레이(2-1) 등은 2개의 볼록 렌즈에 의해 표현되는 광학계로 구성되어 있다. 이에 의해, 노광광은 단위 마이크로렌즈 어레이(2-2)와 단위 마이크로렌즈 어레이(2-3)의 사이에서 일단 수렴되고, 또한 단위 마이크로렌즈 어레이(2-4)의 하방의 기판 상에서 결상된다. 그리고, 단위 마이크로렌즈 어레이(2-2)와 단위 마이크로렌즈 어레이(2-3)의 사이에 6각 시야 조리개(12)가 배치되고, 단위 마이크로렌즈 어레이(2-3)와 단위 마이크로렌즈 어레이(2-4)의 사이에 원형의 개구 조리개(10)가 배치되어 있다. 개구 조리개(10)가 각 마이크로렌즈(2a)의 NA(개구수)를 제한함과 함께, 6각 시야 조리개(12)가 결상 위치에 가까운 곳에서 6각형으로 시야를 좁힌다. 이들 6각 시야 조리개(12) 및 개구 조리개(10)는 마이크로렌즈(2a)마다 설치되어 있으며, 각 마이크로렌즈(2a)에 대하여, 마이크로렌즈(2a)의 광투과 영역을 개구 조리개(10)에 의해 원형으로 정형함과 함께, 노광광의 기판 상의 노광 영역을 6각형으로 정형하고 있다. 6각 시야 조리개(12)는, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈(2a)의 개구 조리개(10) 중에 6각형 형상의 개구로서 형성된다. 따라서, 이 6각 시야 조리개(12)에 의해 마이크로렌즈 어레이(2)를 투과한 노광광은, 스캔이 정지하고 있는 것으로 하면, 기판(1) 상에서 도 9에 도시하는 6각형으로 둘러싸여진 영역에만 조사된다. 또한, 6각 시야 조리개(12) 및 원형 개구 조리개(10)는, 광을 투과하지 않는 막으로서 Cr막에 의해 패턴 형성할 수 있다.

도 9는 각 마이크로렌즈 어레이(2)에서의 각 마이크로렌즈(2a)의 배치 형태를 도시하기 위하여, 마이크로렌즈(2a)의 배치 형태를 마이크로렌즈(2a)의 6각 시야 조리개(12)의 위치로서 도시하는 도면이다. 이 도 9에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈(2a)는 스캔 방향(5)에 대하여 순차적으로 약간 가로 방향(스캔 방향(5)에 수직인 방향)으로 어긋나 배치되어 있다. 6각 시야 조리개(12)는, 중앙의 직사각형 부분(12a)과, 그 스캔 방향(5)으로 보아 양측의 삼각형 부분(12b, 12c)으로 나누어진다. 도 9에 있어서, 파선은 6각 시야 조리개(12)의 6각형의 각 코너부를 스캔 방향(5)으로 연결하는 선분이다. 이 도 9에 도시한 바와 같이, 스캔 방향(5)에 수직인 방향의 각 열에 관하여, 스캔 방향(5)에 대하여 3열의 6각 시야 조리개(12)의 열을 보면, 어느 특정한 1열째의 6각 시야 조리개(12)의 우측 삼각형 부분(12c)이, 스캔 방향 후방으로 인접하는 2열째의 6각 시야 조리개(12)의 좌측 삼각형 부분(12b)과 겹치고, 1열째의 6각 시야 조리개(12)의 좌측 삼각형 부분(12b)이, 3열째의 6각 시야 조리개(12)의 우측 삼각형 부분(12c)과 겹치도록 이들 마이크로렌즈(2a)가 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 스캔 방향(5)에 관하여 3열의 마이크로렌즈(2a)가 1세트로 되어 배치된다. 즉, 4열째의 마이크로렌즈(2a)는, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여, 1열째의 마이크로렌즈(2a)와 동일 위치에 배치된다. 이때, 3열의 6각 시야 조리개(12)에 있어서, 인접하는 2열의 6각 시야 조리개(12)의 삼각형 부분(12b)의 면적과 삼각형 부분(12c)의 면적을 가산하면, 이 스캔 방향(5)에 겹치는 2개의 삼각형 부분(12b, 12c)의 합계 면적의 선밀도는, 중앙의 직사각형 부분(12a)의 면적의 선밀도와 동일하게 된다. 또한, 이 선밀도란, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에서의 단위 길이당 6각 시야 조리개(12)의 개구 면적이다. 즉, 삼각형 부분(12b, 12c)의 합계 면적은, 삼각형 부분(12b, 12c)의 저변을 길이로 하고, 삼각형 부분(12b, 12c)의 높이를 폭으로 하는 직사각형 부분의 면적이 된다. 이 직사각형 부분은 직사각형 부분(12a)의 길이와 동일한 길이이기 때문에, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관한 단위 길이당 개구 면적(선밀도)으로 비교하면, 삼각형 부분(12b, 12c)의 선밀도와 직사각형 부분(12a)의 선밀도는 동일하게 된다. 이로 인해, 기판(1)이 3열의 마이크로렌즈(2a)의 스캔을 받으면, 이 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여, 그 전역에서 균일한 광량의 노광을 받게 된다. 따라서, 각 마이크로렌즈 어레이(2)에는 스캔 방향(5)에 관하여 3의 정수배의 열의 마이크로렌즈(2a)가 배치되어 있으며, 이에 의해, 기판은 1회의 스캔에 의해 그 전역에서 균일한 광량의 노광을 받게 된다.

일본 특허 공개 제2007-3829호

그러나, 이 종래의 스캔 노광 장치에 있어서는, 이하에 나타내는 문제점이 있다. 도 10에 도시한 바와 같이, 각 마이크로렌즈(2a)에 있어서는 그 렌즈의 주변 부분에 구면 수차가 존재하여, 주변 부분을 투과하는 광의 광량이 중심 부분을 투과하는 광의 광량보다 저하된다. 이로 인해, 2매째의 단위 마이크로렌즈 어레이(2-2)와 3매째의 단위 마이크로렌즈 어레이(2-3)의 사이에, 6각 시야 조리개(12)를 설치하여 마이크로렌즈(2a)의 주변부를 투과하는 광을 차단하여 마이크로렌즈(2a) 주변부의 구면 수차를 방지하고 있다.

그러나, 렌즈 주변부의 구면 수차는 6각 시야 조리개(12)에 의해 어느 정도 제거할 수는 있지만, 이 6각 시야 조리개를 투과한 광에 있어서도, 6각 시야 조리개(12)의 중심으로부터 주변부를 향하여 광량이 저하하는 광량 분포를 갖는다. 이 광량 분포는 마이크로렌즈 어레이(2)의 스캔 방향(5)에 대해서는, 마이크로렌즈(2a)가 상대적으로 이동하기 때문에, 광량 분포가 평균화되어 고르게 되어 버려 기판 상의 특정한 위치에 광량 분포의 영향이 남는 경우는 없지만, 마이크로렌즈 어레이(2)의 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 대해서는, 마이크로렌즈(2a)가 상대적으로 이동하지 않기 때문에, 1개의 마이크로렌즈(2a)의 구면 수차에 의해 광량의 분포가 기판(1)에 남게 된다. 이로 인해, 종래 기술에 있어서는, 이 스캔 방향에 수직인 방향에 대하여 노광 불균일이 발생한다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 장치에 있어서, 스캔 방향에 수직인 방향에 대해서도 노광 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있는 마이크로렌즈 어레이 및 그것을 사용한 스캔 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 마이크로렌즈 어레이는, 복수개의 마이크로렌즈가 이차원적으로 배치된 단위 마이크로렌즈 어레이가 복수매 서로 적층되어 구성된 마이크로렌즈 어레이에 있어서,

상기 단위 마이크로렌즈 어레이간의 반전 결상 위치에는, 다각형의 개구를 갖는 다각 시야 조리개가 배치되고,

상기 마이크로렌즈는 제1 방향으로 복수개 적정 길이 간격을 두고 배열되어 열을 구성하고, 이 복수개의 마이크로렌즈열이 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 적정 길이 간격을 두고 배치되어 있고,

상기 다각 시야 조리개에 의해 규정되는 시야 영역을 직사각형과 그 양측의 삼각형으로 분해하였을 때, 이 한쪽 측의 삼각형 부분과 직사각형 부분과 다른쪽 측의 삼각형 부분은 상기 제1 방향으로 연결되어 있고,

복수개의 상기 마이크로렌즈열마다,

상기 마이크로렌즈는, 그 한쪽 측의 상기 삼각형 부분이, 이 마이크로렌즈에 대하여 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈의 다른쪽 측의 상기 삼각형 부분과, 상기 제2 방향에 관하여 겹치도록 상기 제1 방향으로 치우쳐 배치되어 있고,

상기 복수개의 마이크로렌즈열로 구성되는 마이크로렌즈열군은,

그 상기 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈열군에 대하여, 상기 제1 방향으로 상기 시야 영역의 상기 제1 방향의 길이보다 짧은 거리만큼 치우쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 스캔 노광 장치는, 노광해야 할 기판의 상방에 배치되어, 각각 복수개의 마이크로렌즈가 이차원적으로 배치된 단위 마이크로렌즈 어레이가 복수매 서로 적층되어 구성된 마이크로렌즈 어레이와, 이 마이크로렌즈 어레이의 상방에 배치되어 소정의 노광 패턴이 형성된 마스크와, 이 마스크에 대하여 노광광을 조사하는 노광 광원과, 상기 마이크로렌즈 어레이 또는 상기 기판 및 상기 마스크를 상대적으로 일방향으로 이동시키는 이동 장치를 가지며,

상기 단위 마이크로렌즈 어레이간의 반전 결상 위치에는, 다각형의 개구를 갖는 다각 시야 조리개가 배치되고,

상기 마이크로렌즈는, 제1 방향으로 복수개 적정 길이 간격을 두고 배열되어 열을 구성하고, 이 복수개의 마이크로렌즈열이 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 적정 길이 간격을 두고 배치되어 있고,

상기 다각 시야 조리개에 의해 규정되는 시야 영역을 직사각형과 그 양측의 삼각형으로 분해하였을 때, 이 한쪽 측의 삼각형 부분과 직사각형 부분과 다른쪽 측의 삼각형 부분은 상기 제1 방향으로 연결되어 있고,

복수개의 상기 마이크로렌즈열마다,

상기 마이크로렌즈는, 그 한쪽 측의 상기 삼각형 부분이, 이 마이크로렌즈에 대하여 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈의 다른쪽 측의 상기 삼각형 부분과 상기 제2 방향에 관하여 겹치도록 상기 제1 방향으로 치우쳐 배치되어 있고,

상기 복수개의 마이크로렌즈열로 구성되는 마이크로렌즈열군은,

그 상기 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈열군에 대하여, 상기 제1 방향으로 상기 시야 영역의 상기 제1 방향의 길이보다 짧은 거리만큼 치우쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 마이크로렌즈 어레이를 사용한 스캔 노광 장치에 있어서, 예를 들어 상기 이동 장치는, 상기 마이크로렌즈 어레이 및 광원을 상기 기판 및 상기 마스크에 대하여 상기 제2 방향으로 이동시키도록 구성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 장치에 있어서, 예를 들어 3열의 마이크로렌즈열군마다 마이크로렌즈열을 제1 방향으로 상기 시야 영역의 상기 제1 방향의 길이보다 짧은 거리만큼 치우쳐 배치하였으므로, 마이크로렌즈에 발생하는 제1 방향의 광량의 분포를 3열의 마이크로렌즈열군마다 제1 방향으로 약간 어긋나게 할 수 있으므로, 복수의 마이크로렌즈열군에 의한 스캔을 받으면, 기판 상의 제1 방향의 광량 분포의 변화를 해소할 수 있어 노광 불균일을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 2는 동일하게 마이크로렌즈의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 효과를 나타내는 그래프도이다.
도 4는 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 장치를 도시하는 모식도이다.
도 5는 동일하게 이 노광 장치의 마이크로렌즈 어레이의 부분을 도시하는 종단면도이다.
도 6은 이 마이크로렌즈 어레이가 복수개 배열되어 있는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 4매 구성의 마이크로렌즈를 도시하는 도면이다.
도 8은 마이크로렌즈의 조리개 형상을 도시하는 도면이다.
도 9는 마이크로렌즈의 6각 시야 조리개의 배치를 도시하는 평면도이다.
도 10은 마이크로렌즈의 구면 수차를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 효과를 나타내는 도면으로서, (a)는 2개의 6각 시야 조리개에서의 광량 변화를 나타내고, (b)는 복수군의 마이크로렌즈열에서의 광량 변화를 나타낸다.
도 12의 (a)는 3열 구성, (b)는 4열 구성의 마이크로렌즈 배치를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태의 마이크로렌즈 어레이(2)의 마이크로렌즈(2a)의 배치를 도시하는 평면도이다. 1개의 마이크로렌즈(2a)는 원형의 개구 조리개(10) 내에 6각 시야 조리개(12)가 배치되고, 이 6각 시야 조리개(12)의 영역만을 노광광이 투과한다. 이 마이크로렌즈 어레이(2)에 있어서는, 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 렌즈 피치(P)로 복수개의 마이크로렌즈(2a)가 배치되어 마이크로렌즈열을 구성하고 있다. 이 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 연장되는 마이크로렌즈열은, 인접하는 마이크로렌즈열끼리 시프트량(S)으로 이 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 치우쳐 있다. 3열의 마이크로렌즈열로 구성되는 마이크로렌즈열군은, 스캔 방향(5)에 대하여 피치(P5)로 배치되어 있으며, 각 마이크로렌즈열군에서의 마이크로렌즈(2a)의 배치 형태는 동일하다.

각 마이크로렌즈열군에 있어서, 인접하는 마이크로렌즈열끼리의 스캔 방향(5)에 관한 겹침량(L)은, 도 9에서 설명한 바와 같이, 6각 시야 조리개(12) 중의 삼각형 부분(12b, 12c)의 높이에 해당한다. 따라서, 각 마이크로렌즈열군(3열의 마이크로렌즈열)이 기판을 스캔 방향(5)으로 스캔하면, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여, 기판은 명목상(구면 수차가 없는 경우) 균일한 광량의 노광을 받는다.

그리고, 본 실시 형태에 있어서는 마이크로렌즈열군(3열의 마이크로렌즈열)마다 마이크로렌즈는 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여 미소 시프트량(F)으로 치우쳐 있다. 스캔 방향(5)의 양단부의 마이크로렌즈열군끼리는 전체 시프트량(TF)으로 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 치우치지만, 마이크로렌즈열군의 수를 n이라고 하면, 이 시프트량(TF)은 n×F가 된다. 또한, 도 1에 있어서, R은 6각 시야 조리개(12)의 스캔 방향(5)에 수직인 방향의 최대 길이이다. 또한, PP는 스캔 방향(5)의 양단부의 마이크로렌즈열군끼리의 피치이다.

이 경우, 각 마이크로렌즈의 최대 노광 영역(R)이 150㎛ 정도라고 하면, 마이크로렌즈열군마다(3열의 마이크로렌즈열마다) 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 치우치는 미소 시프트량(F)은, 예를 들어 2㎛ 정도인 것이 바람직하다. 마이크로렌즈열군은, 통상의 마이크로렌즈 어레이(2)에 있어서, 스캔 방향(5)으로 예를 들어 75군 배치된다. 그러면, 스캔 방향(5)의 양단부의 마이크로렌즈열군의 사이의 스캔 방향(5)에 수직인 방향의 치우침은 2(㎛)×75=150(㎛)이 된다. 따라서, 각 마이크로렌즈의 최대 노광 영역(R)과 동일 정도의 치수만큼 마이크로렌즈열군의 전체에서 치우치게 된다. 덧붙여 말하면, 각 마이크로렌즈열군의 피치(P5)는 예를 들어 1.35mm이기 때문에, 스캔 방향(5)의 양단부의 마이크로렌즈열군간의 피치(PP)는 1.35(mm)×75=101.25(mm)이므로, 마이크로렌즈 어레이(2)의 스캔 방향(5)의 길이는 PP+P5=102.6mm가 된다.

그리고, 인접하는 마이크로렌즈열끼리의 마이크로렌즈의 스캔 방향(5)에 수직인 방향의 치우침(S)이 예를 들어 150㎛인 경우, 1개의 마이크로렌즈열군에 있어서, 인접하는 마이크로렌즈열은 2조 존재하므로 그 사이의 치우침은 150(㎛)×2=300(㎛)이 되고, 마지막 마이크로렌즈열과 인접하는 마이크로렌즈열군과의 사이의 치우침도 150㎛이므로, 1개의 마이크로렌즈열군에서 마이크로렌즈는 합계 450㎛만큼 치우친다. 그리고, 인접하는 마이크로렌즈열군끼리 마이크로렌즈는 미소 치우침(F)(예를 들어, 2㎛)만큼 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 치우쳐 있으므로, 인접하는 마이크로렌즈열군간에서는 마이크로렌즈는 450+2=452(㎛)만큼 치우친다.

또한, 이 마이크로렌즈 어레이(2)의 마이크로렌즈(2a)의 배치 형태 이외의 마이크로렌즈 어레이(2) 및 노광 장치의 구성은, 도 4 내지 도 9에 도시하는 것과 마찬가지로 구성할 수 있다.

이어서, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시 형태의 마이크로렌즈 어레이 및 노광 장치의 동작에 대하여 설명한다. 예를 들어, 기판(1) 및 마스크(3)를 고정해 두고, 마이크로렌즈 어레이(2) 및 광원(4)을 기판(1) 및 마스크(3)에 대하여 스캔 방향(5)으로 이동시킨다. 그러면, 기판(1) 상에 있어서는 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여, 우선, 이 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 마이크로렌즈가 배열된 1열의 마이크로렌즈열의 6각 시야 조리개(12)를 투과한 노광광의 조사를 받고, 계속해서 그 다음 열의 마이크로렌즈열의 6각 시야 조리개(12)를 투과한 노광광의 조사를 받으며, 또한 그 다음 열의 마이크로렌즈열의 6각 시야 조리개(12)를 투과한 노광광의 조사를 받는다. 이때, 기판에 있어서는 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여, 이 3열의 마이크로렌즈열에 의해, 1개의 직사각형 부분과, 2개의 삼각형 부분과, 1개의 직사각형 부분과, 2개의 삼각형 부분과, 1개의 직사각형 부분과…와 같이, 이들 부분이 연속해서 노광광의 조사를 받는다. 2개의 삼각형 부분의 합계 면적은 그 삼각형 부분의 높이에 상당하는 폭을 갖는 직사각형 부분의 면적과 동등하기 때문에, 결국 기판은 3열의 마이크로렌즈열(마이크로렌즈열군)에 의해, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여 연속해서 균일한 광량의 노광을 받게 된다. 종래는 도 9에 도시한 바와 같이, 이 3열의 마이크로렌즈열을 포함하는 모든 마이크로렌즈열군이 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여 동일한 기판 위치를 노광하고 있었다.

종래의 도 9에 도시하는 마이크로렌즈의 배치 형태는, 마이크로렌즈에 구면 수차가 존재하지 않으면 기판의 전역을 간극 없이 균일하게 노광할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 각 마이크로렌즈에는 도 10에 도시한 바와 같은 구면 수차가 존재한다. 즉, 6각 시야 조리개(12)의 중심으로부터 스캔 방향(5)에 수직인 방향의 주변부를 향함에 따라 투과광량이 저하된다. 스캔 방향(5)으로 인접하는 마이크로렌즈열에 있어서, 6각 시야 조리개(12)의 삼각형 부분이 기판의 동일 부분을 중복하여 노광하므로, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 이 6각 시야 조리개(12)의 주연부에서, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여, 노광광량이 저하하는 삼각형 부분과, 노광광량이 증대되는 삼각형 부분을 가산한 광량 분포가 되기 때문에, 노광광량의 변화가 약간 상쇄되어, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 그 광량 변화의 크기가 약간 작아지기는 하지만, 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여 물결치는 듯한 광량 분포가 된다.

종래의 도 9와 같이 마이크로렌즈가 배열되어 있는 경우에는, 각 군의 마이크로렌즈열군은, 도 11의 (a)의 광량 분포와 동일한 광량 분포를 그대로 겹쳐 노광하게 되어, 최종적으로 기판 상의 노광광의 광량 분포는 그대로 남는다. 그러나, 본 발명은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 각 군의 마이크로렌즈열군은 인접하는 것끼리 미소 시프트량(F)만큼 치우쳐 있으므로, 각 군에 의한 노광광의 광량 분포는, 도 11의 (b)와 같이, 도 11의 (a)의 광량 분포가 제1군, 제2군, 제3군…으로 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 F씩 어긋나 간다. 이로 인해, 도 1의 예를 들어 75군의 마이크로렌즈열군이 모두 기판 상을 노광한 경우에는, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이 노광광의 광량 분포의 요철이 고르게 되어 균일화된다. 따라서, 스캔 방향(5)에 수직인 방향으로 균일한 노광광량 분포가 얻어져 노광 불균일을 방지할 수 있다. 또한, 스캔 방향(5)에 대해서는, 각 마이크로렌즈에 있어서는 노광광량의 분포가 존재하지만, 그 광량 분포가 스캔 방향(5)으로 이동해 가므로 광량 분포의 요철이 고르게 되기 때문에, 스캔 후의 기판 상에는 광량 분포의 요철은 남지 않는다.

도 3은 횡축에 전체 시프트량(TF)을 취하고, 종축에 노광 불균일의 비율(불균일율)을 취하여, 전체 시프트량(TF)과 불균일율의 관계를 시뮬레이션한 그래프도이다. 또한, 도 2에 도시하는 불균일율의 수치는, 마이크로렌즈의 배치 관계가 도 2에 있어서 예시한 치수의 경우에 대한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈열군이 시프트되어 있지 않은 경우(전체 시프트량(TF)이 0인 경우), 6％ 이상의 노광 불균일율이 존재하는 것에 반하여, 전체 시프트량(TF)이 150㎛인 경우, 즉 전체 시프트량(TF)이 각 마이크로렌즈의 최대 노광폭(R)(=150㎛)에 가까운 경우, 노광광량 분포의 요철은 거의 0이 되고, 노광광량의 불균일율이 0％에 극히 근접한다.

또한, 전체 시프트량(TF)이 150㎛의 정수배인 경우에도, 노광광량의 분포의 요철이 거의 0이 되어 노광 불균일도 방지할 수 있다. 이것은 마이크로렌즈의 최대 노광폭(R) 내에 존재하는 노광광량의 분포가, 스캔 방향(5)의 전체에서 마이크로렌즈의 최대 노광폭(R) 또는 그 정수배만큼 마이크로렌즈의 위치가 치우쳐 있음으로써 상쇄되기 때문이다. 이 노광광량 분포의 요철이 0에 가까운 값에 이른 마이크로렌즈의 배치로부터, 전체 시프트량(TF)이 더 증가하는 상태, 즉 마이크로렌즈열군을 증가시킨 상태가 되면, 그 증가한 마이크로렌즈열군의 분만큼 노광광량의 분포의 요철이 새롭게 나타나기 때문에 불균일율이 늘어간다. 따라서, 전체 시프트량(TF)이 마이크로렌즈의 최대 노광폭(R)과 일치하도록 마이크로렌즈의 배치를 정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는 다각 시야 조리개는 6각 시야 조리개(12)이며, 마이크로렌즈열이 3열마다 마이크로렌즈열군을 구성하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 다양한 형태가 가능하다. 예를 들어, 마이크로렌즈에 의해 기판 상의 시야를 규정하는 다각 시야 조리개는 6각 시야 조리개에 한정되지 않으며, 예를 들어 마름모형, 평행사변형 또는 사다리꼴 형상 등의 개구를 갖는 것이어도 된다. 예를 들어, 이 사다리꼴 형상(4각형)의 시야 조리개에 있어서도, 중앙의 직사각형 부분과, 그 양측의 삼각형 부분으로 시야 영역을 분해할 수 있다. 또한, 1군의 마이크로렌즈열군을 구성하는 마이크로렌즈열은 3열에 한정되지 않으며, 예를 들어 상술한 사다리꼴 및 평행사변형(가로가 김)의 개구의 경우에는 3열마다 1군을 구성하지만, 마름모형 및 평행사변형(세로가 김)의 경우에는 2열마다 1군을 구성하게 된다. 또한, 도 9에 도시하는 마이크로렌즈의 배열은, 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이 스캔 방향(5)에 관하여 3열로 1군을 구성하여, 4열째의 마이크로렌즈열은 1열째의 마이크로렌즈열과 스캔 방향(5)에 수직인 방향에 관하여 동일한 위치에 배치되어 있지만, 설계한 렌즈 성능에 따라서는 렌즈 크기 및 시야 폭(6각 시야 조리개 폭)이 상이하기 때문에, 렌즈 피치 간격과 시야 폭의 비율이 변경되는 경우가 있다. 그 경우, 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이, 렌즈 피치를 시야 폭의 정수배가 되도록 조정하면, 3열 구성으로 되지 않는 경우도 발생한다.

<산업상 이용가능성>

본 발명은 박막 트랜지스터 액정 기판 및 컬러 필터 기판 등의 스캔 노광과 같이, 유리 기판 상에 형성된 레지스트막 등을 수회 겹쳐 노광하여 소정의 패턴을 형성할 필요가 있는 경우에, 스캔 방향에 수직인 방향에 대해서도 노광 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 중첩 노광에 적용할 수 있다.

1: 기판
2: 마이크로렌즈 어레이
2a: 마이크로렌즈
2-1 내지 2-4: 단위 마이크로렌즈 어레이
3: 마스크
3a: 투명 기판
3b: Cr막
4: 노광 광원
5: 스캔 방향
6: 지지 기판
10: 원형 개구 조리개
12: 6각 시야 조리개
12a: 직사각형 부분
12b, 12c: 삼각형 부분

Claims (3)

1. 복수개의 마이크로렌즈가 2차원적으로 배치된 단위 마이크로렌즈 어레이가 복수매 서로 적층되어 구성된 마이크로렌즈 어레이에 있어서,
   상기 단위 마이크로렌즈 어레이 사이의 반전 결상 위치에는, 다각형의 개구를 갖는 다각 시야 조리개가 배치되고,
   상기 마이크로렌즈는, 제1 방향으로 복수개 서로 간격을 두고 배열되어 열을 구성하고, 이 복수개의 마이크로렌즈열이 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있고,
   상기 다각 시야 조리개에 의해 규정되는 시야 영역을 직사각형과 그 양측의 삼각형으로 분해하였을 때, 이 한쪽 측의 삼각형 부분과 직사각형 부분과 다른쪽 측의 삼각형 부분은 상기 제1 방향으로 연결되어 있고,
   복수개의 상기 마이크로렌즈열마다,
   상기 마이크로렌즈는, 그 한쪽 측의 상기 삼각형 부분이, 이 마이크로렌즈에 대하여 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈의 다른쪽 측의 상기 삼각형 부분과 상기 제2 방향에 관하여 겹치도록 상기 제1 방향으로 치우쳐 배치되어 있고,
   상기 복수개의 마이크로렌즈열로 구성되는 마이크로렌즈열군은,
   그 상기 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈열군에 대하여, 상기 제1 방향으로 상기 시야 영역의 상기 제1 방향의 길이보다도 짧은 거리만큼 치우쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이.
2. 노광해야 할 기판의 상방에 배치되어, 각각 복수개의 마이크로렌즈가 2차원적으로 배치된 단위 마이크로렌즈 어레이가 복수매 서로 적층되어 구성된 마이크로렌즈 어레이와, 이 마이크로렌즈 어레이의 상방에 배치되어 소정의 노광 패턴이 형성된 마스크와, 이 마스크에 대하여 노광광을 조사하는 노광 광원과, 상기 마이크로렌즈 어레이 또는 상기 기판 및 상기 마스크를 상대적으로 일방향으로 이동시키는 이동 장치를 가지며,
   상기 단위 마이크로렌즈 어레이 사이의 반전 결상 위치에는, 다각형의 개구를 갖는 다각 시야 조리개가 배치되고,
   상기 마이크로렌즈는, 제1 방향으로 복수개 서로 간격을 두고 배열되어 열을 구성하고, 이 복수개의 마이크로렌즈열이 제1 방향에 직교하는 제2 방향으로 서로 간격을 두고 배치되어 있고,
   상기 다각 시야 조리개에 의해 규정되는 시야 영역을 직사각형과 그 양측의 삼각형으로 분해하였을 때, 이 한쪽 측의 삼각형 부분과 직사각형 부분과 다른쪽 측의 삼각형 부분은 상기 제1 방향으로 연결되어 있고,
   복수개의 상기 마이크로렌즈열마다,
   상기 마이크로렌즈는, 그 한쪽 측의 상기 삼각형 부분이, 이 마이크로렌즈에 대하여 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈의 다른쪽 측의 상기 삼각형 부분과 상기 제2 방향에 관하여 겹치도록 상기 제1 방향으로 치우쳐 배치되어 있고,
   상기 복수개의 마이크로렌즈열로 구성되는 마이크로렌즈열군은,
   그 상기 제2 방향으로 인접하는 다른 마이크로렌즈열군에 대하여, 상기 제1 방향으로 상기 시야 영역의 상기 제1 방향의 길이보다도 짧은 거리만큼 치우쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이를 사용한 스캔 노광 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 이동 장치는, 상기 마이크로렌즈 어레이 및 광원을, 상기 기판 및 상기 마스크에 대하여 상기 제2 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 어레이를 사용한 스캔 노광 장치.
   

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