KR20060044748A - 화상 노광장치 - Google Patents

Abstract

화상 노광장치에 있어서, 광간 광변조 소자의 채터링이나 미광에 기인하는 노광화상의 선예도의 저하를 경감하고, 또한, 높은 전체 소광비와, 얼라이먼트의 조정 및 유지의 용이성을 실현한다.

소망의 패턴을 감광재료 상에 노광하는 화상 노광장치의 노광헤드에, 광원으로부터의 광을 각각 독립적으로 변조하는 다수의 화소부가 배치된 공간 광변조 소자(34)와, 다수의 화소부에 의해 변조된 다수의 광선속을 각각 개별로 집광하는 다수의 마이크로 렌즈가 배치된 마이크로 렌즈 어레이(64)와, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 전단 및/또는 후단에 배치된 합계 2이상의 개구 어레이(66,68)를 구비하고, 개구 어레이(66,68)의 각각에, 상기 다수의 광선속을 각각 개별적으로 제한하는 다수의 개구를 설치한다.

Description

화상 노광장치{IMAGE EXPOSURE APPARATUS}

도1은 본 발명의 일실시 형태인 화상 노광장치의 외관을 나타내는 사시도.

도2는 도1의 화상 노광장치의 스캐너의 구성을 나타내는 사시도.

도3(A)는 감광재료에 형성되는 노광 종료영역을 나타내는 평면도, (B)는 각노광헤드에 의한 노광영역의 배열을 나타내는 평면도.

도4는 도1의 화상 노광장치의 노광헤드의 개략 구성을 나타내는 사시도.

도5는 도1의 화상 노광장치의 노광헤드의 단면도.

도6은 도1의 화상 노광장치의 DMD의 구성을 나타내는 부분 확대도.

도7은 DMD의 동작을 설명하기 위한 설명도.

도8은 DMD를 기울게 하지 않는 경우와 기울게 한 경우로, 노광빔의 배치 및 주사선을 비교해서 나타내는 평면도.

도9a는 화이버 어레이 광원의 구성을 나타내는 사시도.

도9b는 화이버 어레이 광원의 레이저 출사부에 있어서의 발광점의 배열을 나타내는 정면도.

도10은 멀티모드 광섬유의 구성을 나타내는 부분 확대 단면도.

도11은 합파 레이저 광원의 구성을 나타내는 평면도.

도12는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 평면도.

도13은 도12에 나타내는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 측면도.

도14는 도12에 나타내는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 부분 정면도.

도15는 실시예 및 비교예에 관한 마이크로 렌즈 어레이와 개구 어레이의 구성에 있어서, 미광(迷光)제거 및 높은 전체 소광비(消光比) 확보의 작용의 차이를 비교해서 나타낸 설명도.

도16은 DMD를 구성하는 마이크로미러의 반사면의 변형을 등고선으로 나타내는 도.

도17은 상기 마이크로미러의 반사면의 변형을 그 미러의 2개의 대각선 방향에 대해서 나타내는 그래프.

도18은 실시예 및 비교예에 관한 마이크로 렌즈 어레이와 개구 어레이의 구성에 대해서, 채터링에 의한 노광점의 위치변동 경감의 작용의 차이를 비교해서 나타낸 설명도.

도19는 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈면 상에 적층된 개구 어레이를 나타내는 부분 확대 단면도.

도20은 도1의 화상 노광장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도.

도21은 DMD의 사용 영역의 예를 나타내는 평면도.

[부호의 설명]

10:노광장치 12:감광재료

14:이동 스테이지 18:설치대

20:가이드 22:게이트

24:스캐너 26:센서

28:노광헤드 34:DMD

36:화이버 어레이 광원 48:TIR 프리즘

50:주광학계 52:제1 결상광학계

58:제 2결상광학계 64:마이크로 렌즈 어레이

66:제1 개구 어레이 68:제2 개구 어레이

70:프리즘 페어

본 발명은 화상 노광장치에 관한 것이고, 특히 상세하게는 노광헤드를 구비하고, 그 노광헤드에 의해 소망의 패턴을 감광재료 상에 노광하는 면상 노광장치에 관한 것이다.

종래, 노광헤드를 구비하고, 그 노광헤드에 의해 소망의 패턴을 감광재료 상에 노광하는 화상 노광장치가 알려져 있다. 이 종류의 화상 노광장치의 노광헤드는 기본적으로 광원과 그 광원으로부터 조사된 광을, 제어 신호에 따라서 각각 독립적으로 변조하는 다수의 화소부가 배치되어서 이루어지는 공간 광변조 소자와, 그 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광에 의한 상(像)을 감광재료 상에 결상하는 결상 광학계를 구비해서 이루어 지는 것이다. 이 기본적 구성은 예를 들면, 비특허 문헌 1에 기재되어 있다.

또, 화상 노광장치의 노광헤드의 다른 구성으로서, 특허문헌 1에는 광원과 다수의 마이크로미러를 구비한 광변조 소자로서의 디지털 마이크로미러 디바이스(이하,「DMD」라고 부른다)와, 그 다수 마이크로미러에 의해 변조된 다수의 광선속을 각각 개별로 집광하는 다수의 마이크로 렌즈가 배치된 마이크로 렌즈 어레이를 구비한 구성이 나타나 있다. 그러한 마이크로 렌즈 어레이를 사용한 구성에 의하면, 감광재료 상에 노광되는 화상 사이즈를 확대 등을 해도, 공간 광변조 소자의 각 화소부로부터의 광선속은 마이크로 렌즈 어레이의 각 마이크로 렌즈에 의해 집광되기 때문에, 감광재료 상에 있어서의 노광화상의 화소 사이즈(각 광선의 스폿 사이즈)는 압축되어서 작게 유지되어, 화상의 선예도(鮮銳度)를 높게 유지하는 것이 가능하다는 이점이 있다. 또한, 상기의 구성에 있어서 공간 광변조 소자로서 사용되고 있는 DMD란, 제어 신호에 따라서 반사면의 각도가 각각 독립적으로 변화되어지는 다수의 마이크로미러가 실리콘 등의 반도체 기판 상에 배치되어서 이루어진 미러 디바이스이다. 특허문헌 1에 나타나 있는 노광헤드는 또한, 상기의 마이크로 렌즈 어레이의 후단에 1개의 개구 어레이를 구비하고 있다. 개구 어레이에는 상기 다수의 광선속을 각각 개별로 제한하는 다수의 개구가 배치되어 있다. 이 개구 어레이의 작용에 의해, 감광재료 상에서의 화소 사이즈가 일정한 크기가 되도록 각 광선속이 정형됨과 아울러, 인접하는 화소간에서의 크로스 토크가 방지된다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2004-1244호 공보

[비특허 문헌 1] 이시카와 아키히토 "마스크렌즈 노광에 의한 개발단축과 양 산적용화",「일렉트로닉스 실장기술」,가부시키가이샤 기쥬츠 쵸사카이, Vol.18, No.6, 2002년, p.74-79

그러나, DMD와 같은 공간 광변조 소자를 사용한 화상 노광장치에 있어서는, 공간 광변조 소자의 각 화소부를 온/오프 제어할 때, 온상태 또는 오프상태가 안정될때 까지 약간의 시간을 필요로 하는 채터링의 문제가 있었다. 이 채터링은 각 화소부에서 변조된 광선속의 광로를 흔들거리게 해, 감광재료 상에 있어서의 노광점의 위치를 변동시키기 때문에, 노광화상의 흐릿함 즉 선예도의 저하라는 문제를 초래한다. 이 채터링에 의한 악영향은 고속노광을 위한 화소부의 온상태/오프상태의 절환속도를 높일수록 심각해 진다.

또, 화상 노광장치에 있어서 노광 화상의 선예도를 저하시키는 다른 요인으로서, 공간 광변조 소자나 주변광에 유래하는 미광이 발생하고, 그것이 감광재료에 도달해 버린다는 요인도 있었다. 상기의 특허문헌 1에 기재되어 있는 것 같이, 마이크로 렌즈 어레이의 후단에 1개의 개구 어레이를 설치하면, 이 미광을 제거하고, 또한 높은 전체 소광비(전 화소부 온상태시와 전 화소부 오프상태시의 광량비)를 확보하는 것은 가능하다. 그러나, 마이크로 렌즈 어레이의 후단에 배치된 1개의 개구 어레이에 의해서만 미광을 제거한다는 목적을 달성하기에는, 마이크로 렌즈에 의해 집광되어 있는 각 광선속의 결상성분의 지름에 맞춰서, 각 개구의 크기 및 개구 어레이의 위치를 극히 엄밀하게 정할 필요가 있고, 어레이먼트의 조정 및 유지가 곤란하다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여, 공간 광변조 소자와 마이크로 렌즈 어레이를 조합하여 이용하는 화상 노광장치에 있어서, 공간 광변조 소자의 채터링이나 미광에 기인하는 노광화소의 선예도의 저하를 경감하고, 더욱 바람직하게는, 높은 전체 소광비와 어레이먼트의 조정 및 유지의 용이성을 실현하는 것을 목적으로 하는 것이다.

즉, 본 발명의 화상 노광장치는 노광헤드를 구비하고, 그 노광헤드에 의해 소망의 패턴을 감광재료 상에 노광하는 화상 노광장치로서, 그 노광헤드가 광원과, 그 광원으로부터의 광을 각각 독립적으로 변조하는 다수의 화소부가 배치된 공간 광변조 소자와, 그들의 다수의 화소부에 의해 변조된 다수의 광선속을 각각 개별적으로 집광하는 다수의 마이크로 렌즈가 배치된 마이크로 렌즈 어레이와, 그 마이크로 렌즈 어레이의 전단 및/또는 후단에 배치된 합계 2이상의 개구 어레이를 구비하여 이루어지고, 그들의 개구 어레이의 각각이, 상기의 다수의 광선속을 각각 개별적으로 제한하는 다수의 개구가 배치된 것을 특징으로 하는 것이다.

상기의 본 발명의 화상 노광장치는 상기의 마이크로 렌즈 어레이 전단 및/또는 후단에 개구 어레이가 합계 2이상 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 개구 어레이 중 적어도 1개는, 상기 마이크로 렌즈의 렌즈면 상에 적층 되어서 이루어지는 것으로 할 수 있다.

상기의 본 발명의 화상 노광장치는 상기 공간 광변조 소자의 각 화소부 각각의 상을 상기 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈면 상에 결상시키기 위한 렌즈를 구비하고 있는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 광학헤드는, 상기 공간 광변조 소자와, 상기의 개구 어레이 중 공간 광변조 소자의 가장 가깝게 배치된 개구 어레이 사이에, 상기 다수의 광선속을 서로 평행한 광선속으로 하는 광학계를 또한 구비하고 있는 것이어도 좋다. 또한, 광학계는 또한 확대, 축소 기능을 가지고 있어도 좋다

또한, 상기의 본 발명의 화상 노광장치에서는, 상기의 개구 어레이의 모두가, 상기 마이크로 렌즈 어레이와 공간적으로 이간되어서 배치되어 있는 것으로 할 수 있다.

또한, 상기의 공간 광변조 소자는, 상기 다수의 화소부로서, 광원으로부터의 광을 반사하는 다수의 마이크로미러를 구비한 디지털 마이크로미러 디바이스여도 좋다.

또한, 상기의 본 발명의 화상 노광장치는 상기의 노광헤드를 복수개 구비하고 있는 것이어도 좋다.

이하, 도면에 의해, 본 발명의 일실시 형태에 관한 화상 노광장치에 대해서 상세하게 설명한다.

[화상 노광장치의 구성]

본 실시형태에 관한 화상 노광장치(10)는, 도1에 나타낸 바와 같이, 시트상의 감광재료(12)를 표면에 흡착해서 유지하는 평판상의 이동 스테이지(14)를 구비하고 있다. 4개의 다리부(16)에 지지된 두꺼운 판상의 설치대(18)의 상면에는, 스테이지 이동방향을 따라서 연장된 2개의 가이드(20)가 설치되어 있다. 스테이지(14)는, 그 길이방향이 스테이지 이동 방향을 향하도록 배치됨과 아울러, 가이드 (20)에 의해 왕복 이동가능하게 지지되어 있다. 또한, 이 화상 노광장치(10)에는, 부주사 수단으로서의 스테이지(14)를 가이드(20)를 따라서 구동하는 후술의 스테이지 구동장치(116)(도20 참조)가 설치되어 있다.

설치대(18)의 중앙부에는, 스테이지(14)의 이동 경로를 넘는 것 같은 コ자 형상의 게이트(22)가 설치되어 있다. コ자 형상의 게이트(22)의 끝부의 각각은, 설치대(18)의 양측면에 고정되어 있다. 이 게이트(22)를 끼우고 한쪽측에는 스캐너(24)가 설치되고, 다른쪽측에는 감광재료(12)의 선단 및 후단을 검지하는 복수개(예를 들면, 2개)의 센서(26)가 설치되어 있다. 스캐너(24)및 센서(26)는 게이트(22)에 각각 부착되어서, 스테이지(14)의 이동 경로의 상방에 고정 배치되어 있다. 또한, 스캐너(24) 및 센서(26)는 이들을 제어하는 도시하지 않는 콘트롤러에 접속되어 있다.

스캐너(24)는 도2 및 도3(B)에 나타낸 바와 같이, m행 n열(예를 들면, 3행 5열)의 대략 매트릭스상으로 배치된 복수개(예를 들면, 14개)의 노광헤드(28)를 구비하고 있다. 이 예에서는, 감광재료(12)의 폭과의 관계에서, 3행째에는 4개뿐인 노광헤드(28)를 배치하고 있다. 또한, 이하에 있어서, m행째의 n열째에 배치된 각각의 노광헤드를 나타낼 경우는, 노광헤드 28mn으로 표기한다.

각 노광헤드(28)에 의한 노광영역(30)은, 부주사 방향을 단변으로 하는 직사각형상이다. 따라서, 스테이지(14)의 이동에 따라, 감광재료(12)에는 노광헤드(28)마다 띠형상의 노광종료 영역(32)이 형성된다. 또한, 이하에 있어서, m행째의 n열째에 배치된 각각의 노광헤드에 의한 노광영역을 나타내는 경우는, 노광영역 30mn 으로 표기한다.

또, 도3(A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 띠형상의 노광종료 영역(32)이 부주사 방향과 직교하는 방향으로 간극 없이 배열되도록, 라인 상에 배치된 각 행의 노광헤드(28)의 각각은, 그 배열 방향에 소정간격(노광영역의 장변의 자연수배, 본 실시형태에서는 2배)비켜져서 배치되어 있다. 이 때문에, 1행째의 노광영역(30₁₁)과 노광영역(30₁₂) 사이의 노광할 수 없는 부분은, 2행째의 노광영역(30₂₁)과 3행째의 노광영역(30₃₁)에 의해 노광할 수 있다.

노광헤드(28₁₁)로부터 28mn의 각각은, 도4 및 도5에 나타낸 바와 같이, 입사된 광선을 화상 데이터에 따라서 각 화소부 마다에 변조하는 공간 광변조 소자로서, 미국 텍사스ㆍ인스트루먼트사 제품의 DMD(34)를 구비하고 있다. 이 DMD(34)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부를 구비한 후술의 콘트롤러(112)(도20 참조)에 접속되어 있다. 이 콘트롤러(112)의 데이터 처리부에서는, 입력된 화상 데이터에 기초하여, 각 노광헤드(28) 마다, DMD(34) 상의 사용영역 내의 각 마이크로미러를 구동제어하는 제어신호를 생성한다. 또한, DMD(34) 상의 사용영역에 대해서는 후술한다. 또한, 미러 구동 제어부에서는, 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어신호에 기초하여, 각 노광헤드(28) 마다 DMD(34)의 각 마이크로미러의 반사면의 각도를 제어한다. 또한, 반사면의 각도의 제어에 대해서는 후술한다.

도4에 나타낸 바와 같이, DMD(34)의 광입사측에는, 광섬유의 출사끝부(발광 점)가 노광영역(30)의 장변 방향과 대응하는 방향을 따라 일렬로 배치된 레이저출 사부를 구비한 화이버 어레이 광원(36), 화이버 어레이 광원(36)으로부터 출사된 레이저광을 보정해서, DMD 상에 집광시키는 렌즈계(38), 이 렌즈계(38)를 투과한 레이저 광을 DMD(34)를 향해서 반사하는 미러(40)가 이 순서대로 배치되어 있다. 또한, 도4에서는 렌즈계(38)를 개략적으로 나타내고 있다.

상기 렌즈계(38)는, 도5에 자세하게 나타낸 바와 같이, 화이버 어레이 광원(36)으로부터 출사된 조명광으로서의 레이저광(B)을 집광하는 집광렌즈(42), 이 집광렌즈(42)를 통과한 광의 광로에 삽입된 로드형상 옵티컬 인테그레이터(이하, 「로드 인테그레이터」라고 한다)(44), 및 이 로드 인테그레이터(44)의 전방 즉 미러(40)측에 배치된 결상렌즈(46)로 구성되어 있다. 로드 인테그레이터(44)는, 예를 들면, 사각기둥 형상으로 형성된 투광성 로드이다. 화이버 어레이 광원(36)으로부터 출사된 레이저광(B)은, 로드 인테그레이터(44)의 내부를 전 반사하면서 진행하는 동안에, 빔 단면내 강도분포가 균일화되고, 평행광에 가까운 또한 빔 단면내 강도가 균일화된 광속으로서 DMD(34)에 입사한다. 이것에 의해, 조명광 강도의 불균일을 없애고, 고정밀 세밀한 화상을 감광재료(12)에 노광할 수 있다. 또한, 로드 인테그레이터(44)의 입사끝면, 출사끝면에는 반사 방지막이 코트되어서, 투과율이 높아져 있다.

상기 렌즈계(88)로부터 출사된 레이저광(B)은 미러(40)로 반사하고, TIR(전반사) 프리즘(48)을 개재해서 DMD(34)에 조사된다. 또한, 도4에서는, 이 TIR 프리즘(48)은 생략하고 있다.

또, DMD(34)의 광반사측에는 DMD(34)에서 반사된 레이저광(B)을, 감광재료 (12) 상에 결상하는 주광학계(50)가 배치되어 있다. 이 주광학계(50)는 도4에서는 개략적으로 나타내고 있지만, 도5에 상세하게 나타내는 것 같이, 렌즈(54, 56)로 이루어지는 제1 결상광학계(52)와, 렌즈(60, 62)로 이루어지는 제2 결상광학계(58)와, 이들의 결상광학계의 사이에 삽입된 마이크로 렌즈 어레이(64)와, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 전단에 배치된 제1의 개구 어레이(66)와, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 후단에 배치된 제2의 개구 어레이(68)로 구성되어 있다.

마이크로 렌즈 어레이(64)는, DMD(34)의 구동되는 각 마이크로미러에 대응하는 다수의 마이크로 렌즈(64a)가, 2차원 상으로 배치되어서 이루어진 것이다. 본 예에서는, 후술하는 것 같이 DMD(34)의 1024개×768열의 마이크로미러 중 1024개× 256열만이 구동되므로, 거기에 대응시켜서 마이크로 렌즈(64a)는 1024개×256열 배치되어 있다. 또한, 도5에는 3개의 마이크로 렌즈(64a) 만이 도시되어 있지만, 이것은 설명 때문에 간략화해서 나타낸 것이다. 마이크로 렌즈(64a)의 배치 피치는 세로방향, 가로방향 모두 41㎛이다. 본 실시형태에서는, 각 마이크로 렌즈(64a)는 전면이 평면, 후면이 요철면의 평볼록 렌즈이며, 일례로서 초점거리가 0.23㎜, NA (개구수)가 0.09의 석영유리로 형성된 평볼록 렌즈를 사용할 수 있다. 또한, 상기의 예에 한정되지 않고, 양쪽 볼록렌즈 등을 사용해도 좋다. 또한, 각 마이크로 렌즈(64a)와, 그들을 어레이 상에 연결하는 연결부분을, 동일한 재료에 의해 일체 성형하여 마이크로 렌즈 어레이(64)로서도 좋고, 다수의 개구를 설치한 기반에, 각 마이크로 렌즈(64a)를 끼워 넣어도 좋다.

또, 상기의 제1의 개구 어레이(66) 및 제2의 개구 어레이(68)는, 각 마이크 로 렌즈(64a)에 대응하는 다수의 개구가 설치된 것으로, 모두 마이크로 렌즈 어레이(64)로부터 공간적으로 이간되어서 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1의 개구 어레이(66)및 제2의 개구 어레이(68)는 석영유리로 이루어지는 투명지지부재 상에, 크롬으로 이루어진 차광막을 구멍형상으로 실시함으로써 구성되어 있다. 또한, 도5에서는 설명 때문에, 상기의 마이크로 렌즈(64a)와 같이 각 개구 어레이 당 3개만 개구가 설명되어 있지만, 실제로는, 1024개×256열씩의 개구가 배치되어 있다. 이들의 제1 개구 어레이(66) 및 제2 개구 어레이(68)의 구성 및 작용에 대해서는, 뒤에 상세하게 설명한다.

상기 제1 결상 광학계(52)는 DMD(34)에 의한 상을 3배로 확대해서 마이크로 렌즈 어레이(64) 상에 결상한다. 그리고 제2 결상 광학계(58)는, 마이크로 렌즈 어레이(64)를 거친 상을 1.6배로 확대해서 감광재료(12) 상에 결상, 투영한다. 따라서 전체에서는, DMD(34)에 의한 상이 4.8배로 확대되어서 감광재료(12) 상에 결상, 투영되게 된다. 또한, 제1 결상 광학계(52) 및 제2 결상 광학계(58)는, 모두 DMD(34)로부터의 다수의 광선속(도5에서는 설명을 위해 3개의 광선속만 나타내고 있다)을 서로 대략 평행한 광선속으로서 출사시키는 광학계이다.

또한, 본 실시형태에서는, 제2 결상광학계(58)와 감광재료(12) 사이에 프리즘 페어(70)가 배치되고, 이 프리즘 페어(70)를 도5 중에서 상하방향으로 이동시킴으로써, 감광재료(12) 상에 있어서의 상의 핀트를 조절가능하게 되어 있다. 또한, 동도중에 있어서, 감광재료(12)는 화살표(F) 방향으로 부주사 이송된다.

DMD(34)는 도6에 나타낸 바와 같이, SRAM셀(메모리셀)(72) 상에, 각각 화소( 픽셀)를 구성하는 다수(예를 들면, 1024개×768개)의 미소미러(마이크로미러)(74)가 격자상으로 배치되어 이루어진 미러디바이스이다. 각 픽셀에 있어서, 최상부에는 지주에 지지된 직사각형상의 마이크로미러(74)가 설치되어 있고, 마이크로미러(74)의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 각 마이크로미러(74)의 반사율은 90% 이상이며, 그 배열피치는 세로방향, 가로방향 모두 일례로서 13.7㎛이다. 각 마이크로미러(74) 사이에는 약간의 간극이 있기 때문에, 각 마이크로미러(74) 자체의 치수는, 세로가로 모두 13.0㎛로 되어 있다. SRAM셀(72)은 힌지 및 요크를 함유하는 지주를 개재해서 통상의 반도체 메모리의 제조라인으로 제조되는 실리콘 게이트의 CM0S의 것이고, 전체는 모놀리식으로 구성되어 있다.

DMD(34)의 SRAM셀(72)에 디지털 신호가 기입되면, 지주에 지지되었던 각 마이크로미러(74)가 대각선을 중심으로서 DMD(34)가 배치된 기판측에 대해서 ±α도(본 실시형태에서는 ±12°)중 어느 하나로 기울어진다. 도7(A)는 마이크로미러(74)가 온상태인 ＋12°로 기울어진 상태를 나타내고, 도7(B)는 마이크로미러(74)가 오프상태인 －12°로 기울어진 상태를 나타낸다. 따라서, 화상신호에 따라서, DMD(34)의 각 픽셀에 있어서의 마이크로미러(74)의 경사를 도6에 나타낸 바와 같이 제어함으로써, DMD(34)에 입사된 레이저광(B)은 각각의 마이크로미러(74)의 기울기 방향으로 반사된다. 여기서, DMD(34)의 각 마이크로미러(74)를 온상태 또는 오프상태로 절환할 시에는, 그 온상태 또는 오프상태가 안정될때 까지 약간의 시간을 요하는 채터링 문제가 발생한다. 예를 들면, 본 실시형태에서 이용하고 있는 미국 텍 사스ㆍ인스툴먼트사 제품의 DMD(34)에서는 각 마이크로미러(74)를 온상태 또는 오프상태로 절환하면, 그 마이크로미러(74)는 온상태 또는 오프상태의 본래의 설정각도를 중심으로 ＋1°정도의 범위내에서 진동하고, 본래의 설정각도 즉, 안정상태로 안정될때 까지는 약 20 마이크로초의 시간을 요한다.

또한, 도7에서는, DMD(34)의 일부를 확대하고, 각 마이크로미러(74)가 ＋12° 또는 －12°로 제어되고 있는 상태의 일례를 나타낸다. 각각의 마이크로미러(74)의 온오프 제어는, DMD(34)에 접속된 상기의 콘트롤러(112)에 의해 행하여 진다. 또한, 오프상태의 마이크로미러(74)에서 반사된 레이저광(B)이 진행되는 방향에는 광흡수체(도시 생략)이 배치되어 있다.

또한, DMD(34)는, 그 단변이 부주사 방향과 소정각도θ(예를 들면, 0.2°부터 2°)를 이루도록 근소한 기울기 방향으로 배치하는 것이 바람직하다. 도8(A)는 DMD(34)를 기울게 하지 않는 경우의 각 마이크로미러에 의한 반사 및 변조된 각 광선(노광빔)(76)의 주사궤적을 나타내고, 도8(B)은 DMD(34)를 기울게 한 경우의 노광빔(7)의 주사궤적을 나타내고 있다.

DMD(34)에는, 길이방향으로 마이크로미러(74)가 다수개(예를 들면 1024개) 배치된 마이크로미러 열(列)이, 두께방향으로 다수조(예를 들면, 768조) 배치되어 있지만, 도8(B)에 나타낸 바와 같이, DMD(34)를 기울게 함으로써, 각 마이크로미러에 의한 노광빔(76)의 주사궤적(주사선)의 피치(P₂)가, DMD(34)를 기울게 하지 않는 경우의 주사선의 피치(P₁) 보다 좁아지고, 해상도를 대폭적으로 향상시킬 수 있다. 한편, DMD(34)를 기울기 방향으로 하는 각도는 미소하므로, DMD(34)를 기울기 방향으로 한 경우의 주사폭(W₂)과, DMD(34)를 기울기 방향으로 하지 않는 경우의 주사폭(W₁)은 대략 동일하다.

또, 다른 마이크로미러 열에 의해 같은 주사선상이 겹쳐서 노광(다중노광) 되게 된다. 이렇게, 다중노광 됨으로써, 노광위치의 미소량을 콘트롤할 수 있고, 고정밀 세밀한 노광을 실현할 수 있다. 또한, 주주사 방향으로 배치된 복수의 노광헤드(28) 사이의 연결부분을 미소량의 노광위치 제어에 의해 단차없이 연결할 수 있다.

또한, DMD(34)를 기울기 방향으로 하는 대신에, 각 마이크로미러 열을 부주사 방향과 직교하는 방향으로 소정간격 비켜서 지그재그형상으로 배치해도, 같은 효과를 얻을 수 있다.

화이버 어레이 광원(36)은 도9a에 나타낸 바와 같이, 복수개(예를 들면, 14개)의 레이저 모듈(78)을 구비하고 있고, 각 레이저 모듈(78)에는, 멀티모드 광섬유(80)의 일단이 결합되어 있다. 멀티모드 광섬유(8O)의 타단에는, 멀티모드 광섬유(80)보다 작은 클래드(clad) 지름을 갖는 멀티모드 광섬유(82)가 결합되어 있다.도9b에 자세하게 나타낸 바와 같이, 멀티모드 광섬유(82)의 멀티모드 광섬유(80)와 반대측의 끝부는 부주사 방향과 직교하는 주주사 방향을 따라 7개 늘어서고, 그것이 2열로 배치되어서 레이저 출사부(84)가 구성되어 있다.

멀티모드 광섬유(82)의 끝부에서 구성되는 레이저 출사부(84)는, 도9b에 나 타낸 바와 같이, 표면이 평탄한 2장의 지지판(86)에 끼워져서 고정되어 있다. 또한, 멀티모드 광섬유(80)의 광출사 끝면에는, 그 보호 때문에, 유리 등의 투명한 보호판이 배치되는 것이 바람직하다. 멀티모드 광섬유(8O)의 광출사 끝면은, 광밀도가 높기 때문에 먼지가 쌓이기 쉽고 열화되기 쉽지만, 상술한 바와 같은 보호판을 배치함으로써, 끝면에의 진애의 부착을 방지하고, 또 열화를 느리게 할 수 있다.

본 실시형태에서는 도10에 나타낸 바와 같이, 클래드 지름이 큰 멀티모드 광섬유(80)의 레이저 광출사측의 선단부분에, 길이 1m부터 30cm 정도의 클래드 지름이 작은 광섬유(82)가 동축적으로 결합되어 있다. 그들의 광섬유(80,82)는 각각의 코어축이 일치하는 상태로 광섬유(82)의 입사끝면을 광섬유(80)의 출사끝면에 융착함으로서 결합되어 있다.

멀티모드 광섬유(80) 및 광섬유(82)로서는, 스텝 인텍스형 광섬유, 그레이디드 인덱스형 광섬유, 및 복합형 광섬유 모두 적용가능하다. 미쓰비시 덴선고교 가부시키가이샤 제품의 스텝 인텍스형 광섬유를 사용할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 멀티모드 광섬유(80) 및 광섬유(82)는 스텝인텍스형 광섬유이며, 멀티모드 광섬유(80)는, 클래드 지름=125㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2, 입사끝면 코트의 투과율=99.5% 이상이며, 광섬유(82)는 클래드 지름=60㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2이다.

단, 광섬유(82)의 클래드 지름은 60㎛로는 한정되지 않는다. 종래의 섬유광원에 사용되고 있는 대부분의 광섬유의 클래드 지름은 125㎛이지만, 클래드 지름이 작아질수록 초점 심도가 보다 깊어지므로, 멀티모드 광섬유의 클래드 지름은 80㎛ 이하가 바람직하고, 60㎛ 이하가 보다 바람직하다. 한편, 코어 지름은 적어도 3부터 4㎛ 필요하다는 점에서, 광섬유(82)의 클래드 지름은 10㎛ 이상이 바람직하다. 결합효율의 점에서는, 광섬유(80, 82)의 코어 지름을 일치시키는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 있어서는, 상술한 바와 같이 클래드 지름이 서로 다른 2종류의 광섬유(80 및 82)를 융착(이른바 이경(異徑)융착)하여 이용하는 것은 반드시 필요하지 않고, 클래드 지름이 일정의 광섬유(예를 들면 도9a라면 광섬유(80))를 복수개 그대로 번들(bundle)상으로 묶어서 화이버 어레이 광원을 구성해도 좋다.

레이저 모듈(78)은 도11에 나타내는 합파 레이저 광원(화이버 광원)에 의해 구성되어 있다. 이 합파 레이저 광원은 히트 블록(88) 상에 배열고정된 복수개(예를 들면 7개)의 칩형상의 횡멀티모드 또는 싱글모드의 GaN계 반도체 레이저(LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, 및 LD7과, GaN계 반도체 레이저(LD1부터 LD7)의 각각에 대응해서 설치된 콜리메터 렌즈(L1, L2, L3, L4, L5, L6, 및 L7)와, 1개의 집광렌즈(90)와, 1개의 멀티모드 광섬유(80)로 구성되어 있다. 또한, 반도체 레이저의 개수는 7개로 한정되는 것이 아니고, 그 외의 개수가 채용되어도 좋다. 또한, 상술한 바와 같은 7개의 콜리메터 렌즈(L1부터 L7)를 대신하여, 그들의 렌즈가 일체화되어 이루어진 콜리메터 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다.

GaN계 반도체 레이저(LD1부터 LD7)에, 발진파장이 대략 공통(예를 들면, 405㎚)이며, 최대출력도 대략 공통(예를 들면, 멀티모드 레이저에서는 100mW, 싱글모드 레이저에서는 50mW 정도)이다. 또한, GaN 계 반도체 레이저(LD1부터 LD7)로서는, 350㎚부터 450㎚의 파장범위에 있어서, 상기 405㎚ 이외의 파장으로 발진하는 레이저를 사용해도 좋다.

상기의 합파 레이저 광원(78)은, 도12 및 도13에 나타낸 바와 같이, 다른 광학 요소와 함께, 상방이 개구된 상자형상의 패키지(92) 안에 수납되어 있다. 패키지(92)는 그 개구를 닫도록 작성된 패키지 덮개(94)를 구비하고 있고, 탈기처리후에 밀봉가스를 도입하고, 패키지(92)의 개구를 패키지 덮개(94)로 닫음으로써, 그들에 의해 형성되는 닫힘공간(밀봉공간) 내에 상기 합파 레이저광(78)이 기밀 밀봉되어 있다.

패키지(92)의 저면에는 베이스판(96)이 고정되고 있어, 이 베이스판(96)의 상면에는 상기의 히트 블록(88)과, 집광렌즈(90)를 유지하는 집광렌즈 홀더(98)와멀티모드 광섬유(80)의 입사끝부를 유지하는 섬유홀더(100)가 부착되어 있다. 멀티모드 광섬유(80)의 출사끝부는, 패키지(92)의 벽면에 형성된 개구로부터 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또, 히트 블록(88)의 측면에는 콜리메터 렌즈 홀더(102)가 부착되어 있고, 거기에 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)가 유지되어 있다. 패키지(92)의 횡벽면에는 개구가 형성되어, 이 개구를 통과시켜서 GaN계 반도체 레이저(LD1부터 LD7)에 구동 전류를 공급하는 배선(104)이 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또한, 도13에 있어서는 도의 번잡화를 피하기 위해, 복수개의 GaN계 반도체 레이저 중 CaN계 반도체 레이저(LD7)에만 번호를 첨부하고, 복수개의 콜리메터 렌즈 중 콜리메터 렌즈(L7)에만 번호를 첨부하고 있다.

도14는 상기 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)의 설치부분의 정면형상을 나타내는 것이다. 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)의 각각은 비구면(非球面)을 구비한 원형 렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 절단한 형상으로 형성되어 있다. 이 가늘고 긴 형상의 콜리메터 렌즈는, 예를 들면, 수지 또는 광학 유리를 몰드성형 함으로써 형성할 수 있다. 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)는 길이방향이GaN계 반도체 레이저(LD1 부터 LD7)의 발광점의 배열방향(도14의 좌우방향)과 직교하도록, 상기 발광점의 배열방향에 밀접배치되어 있다.

한편, GaN계 반도체 레이저(LD1 부터 LD7)로서는, 발광폭이 2㎛의 활성층을 구비하고, 활성층과 평행한 방향, 직각인 방향의 확대각이 각각 예를 들면, 10°, 30°의 상태로 각각 레이저광(B1 부터 B7)을 발하는 레이저가 사용되고 있다. 이들 GaN계 반도체 레이저(LD1 부터 LD7)는 활성층과 평행한 방향으로 발광점이 1열로 배열되도록 설치되어 있다.

따라서, 각 발광점에서 발생한 레이저광(B1 에서 B7)은 상술한 바와 같이, 가늘고 긴 형상의 각 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)에 대하여, 확대각도가 큰 방향이 길이방향과 일치하고, 확대각도가 작은 방향이 폭방향(길이방향과 직교하는 방향)과 일치하는 상태로 입사하게 된다. 본 실시형태에서는, 각 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)의 폭이 1.1mm, 길이가 4.6mm이며, 그들에 입사하는 레이저광(B1 부터 B7)의 수평방향, 수직방향의 빔지름은 각각 O.9mm, 2.6mm이다. 또한, 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)의 각각은, 초점거리(f₁)=3mm, NA=0.6, 렌즈 배치 피치=1.25mm이다.

집광렌즈(90)는 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라내서, 콜리메터 렌즈(L1 부터 L7)의 배열방향, 즉 수평방향으로 길게, 그것과 직각인 방향으로 짧은 형상으로 형성되어 있다. 이 집광렌즈(90)는 초점거리(f₂)=23mm, NA=0.2이다. 이 집광렌즈(90)도 예를 들면 수지 또는 광학 유리를 몰드성형함으로써 형성된다.

다음으로, 제1의 개구 어레이(66) 및 제2의 개구 어레이(68)의 구성 및 작용에 대해서, 도15부터 18을 이용해서 설명한다.

도15는 본 실시예 및 3개의 비교예에 관한 마이크로 렌즈 어레이와 개구 어레이의 구성에 대해서, 미광제거 및 높은 전체 소광비 확보의 작용의 차이를 비교해서 나타낸 설명도이다. 도15의 (a) 부터 (d)의 상측의 각 도는 DMD(34) 상에 있어서 온상태와 오프상태에 있는 인접하는 2개의 마이크로미러(74)에 대응하는 2개의 마이크로 렌즈(64a) 주변의 구조와, 거기를 통과하는 광선속의 궤적을 나타낸 부분 확대 단면도이다. 하측의 각 도는 상기의 통과하는 광선속에 의해 감광재료(12) 상에 가능한 상의 상태를, 모식적으로 나타낸 부분 확대 평면도이다.

도15의 (a)의 비교예에서는, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 전단에도 후단에도 개구 어레이는 설치되어 있지 않다. 이 비교예에서는, 온상태의 마이크로미러(74)로부터 오는 광선속의 둘레 가장자리부분을 이루고, 감광재료(12) 상에서 적절하게 결상하지 않는 광선성분 즉 미광성분을 제거할 수 없으므로, 감광재료(12) 상의 상점의 주위에는, 미광에 의한 바람직하지 못한 상(106)이 생겨버린다. 추가로, DMD(34)에 기인하는 산란 광성분, 마이크로 렌즈 어레이(64)에 있어서의 난반사나 다중반사에 기인하는 주변 광성분도 제거할 수 없으므로, 하측의 도에 그물로 표시한 바와 같이, 오프상태의 마이크로미러(74)에 대응하는 화소를 포함시켜서 감광재료(12)의 전체가 주변 광성분에서 노광되어, 높은 전체 소광비를 확보할 수 없다.

도15 (b)의 비교예에서는, 마이크로 렌즈 어레이(64) 전단에만 1개의 개구 어레이(66)가 설치되어 있다. 이 비교예에서는, 상기의 적절하게 결상하지 않는 미광성분은, 전단의 개구 어레이(66)에 의해 경감할 수 있지만, DMD(34)에 기인하는산란 광성분, 마이크로 렌즈 어레이(64)에 있어서의 난반사나 다중반사에 기인하는 주변 광성분은 경감할 수 없으므로, 하측의 도에 사선으로 나타낸 바와 같이 감광재료(12)의 전체가 이 주변 광성분으로 노광되어 버린다. 따라서, 감광재료(12) 상에 있어서의 전체 소광비는, 도15 (a)의 비교예보다 높지만 역시 충분한 수준은 아니다.

도15의 (c)의 비교예에서는, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 후단에만 1개의 개구 어레이(68)가 설치되어 있다. 이 비교예에서는 주변 광성분은 양호하게 차단할 수 있지만, 미광성분은 완전히는 제거할 수 없기 때문에, 역시 감광재료(12) 상의 상점의 주위에, 미광에 의한 바람직하지 못한 상(1O6)이 잔존해 버린다. 광선속의 결상성분의 지름에 맞춰서 개구 어레이(68)의 각 개구의 크기를 충분히 작게하면, 미광성분을 완전히 제거하는 것도 가능하지만, 그렇게 하면 마이크로 렌즈 어레이(64)에 대한 개구 어레이(68)의 위치를 지극히 엄밀에 제어할 필요가 발생하고, 얼라인먼트의 조정 및 유지가 곤란하게 되고, 실용적이지 않게 되어 버린다.

도l5 (d)는 본 발명의 실시예이며, 마이크로 렌즈 어레이(64) 전단에 제1의 개구 어레이(66)가 후단에 제2의 개구 어레이(68)가 설치되어 있다. 이 구성에 따르면 미광성분은 제1의 개구 어레이(66)에 의해 제거할 수 있음과 아울러, DMD(34)에 기인하는 산란 광성분, 마이크로 렌즈 어레이(64)에 있어서의 난반사나 다중반사에 기인하는 주변 광성분은 제2의 개구 어레이(68)에 의해 경감할 수 있으므로, 미광의 제거 및 높은 전체 소광비의 확보를 동시에 실현하고, 감광재료(12) 상에 있어서 극히 선예도가 높은 노광화상을 얻을 수 있다. 또한, 미광성분은 제1의 개구 어레이(66)에 의해 제거되므로, 제2의 개구 어레이(68)의 각 개구의 크기는 미광의 제거를 목적으로 하는 경우일수록 작게하지 않아도 좋고, 산란, 난반사나 다중반사에 기인하는 주변 광성분을 차단해서 충분한 전체 소광비를 확보할 수 있는 정도의 크기이면 충분하다. 따라서, 개구 어레이(66 및 68)와 마이크로 렌즈 어레이(64)의 얼라인먼트의 조정 및 유지도 용이하게 할 수 있다.

여기서, 상기의 적절하게 결상하지 않는 미광성분은, 본 실시형태와 같이 DMD를 공간 광변조 소자로서 이용할 경우에 있어서는, 주로 DMD를 구성하는 각 마이크로미러의 둘레 가장자리부의 형상적 변형에 기인해서 발생하고 있는 것을 알았다. 도16은 본 실시형태의 DMD(34)를 구성하는 마이크로미러(74)의 반사면의 평면도를 실제로 측정한 결과를 나타내는 도이다. 이 도에 있어서는, 반사면과 같은 높이 위치를 등고선으로 연결해서 나타내고 있고, 등고선의 피치는 5㎚이다. 또한, 동도에 나타내는 x방향 및 y방향은 마이크로미러(74)의 2개의 대각선 방향이며, 마이크로미러(74)는 y방향으로 연장하는 회전축을 중심으로서 상술과 같이 회전한다. 또한, 도17의 (A) 및 (B)에는 각각 상기 x방향, y방향을 따라 마이크로미러(74)의 반대면의 높이 위치변위를 나타낸다. 상기 도16 및 도17에 나타내는 대로, 마이크로미러(74)의 반사면에는 변형이 존재하고, 그 변형의 변화량은 마이크로미러(74)의 중심으로부터 둘레 가장자리부로 감에 따라서 커지는 경향을 갖고 있다. 그리고 마이크로미러(74)의 회전축 방향(y방향)의 변형은, 다른쪽의 대각선방향(x방향)의 변형과 비교해서 커지고 있다.

그래서, DMD(34)를 사용한 본 실시형태에 있어서는, 제1의 개구 어레이(66)의 각 개구의 크기는 각 마이크로미러(74)의 형상적 변형의 변화량이 큰 둘레 가장자리부에서의 반사광(적어도 0차 광)을 차단할 수 있는 정도로 작은 것으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 상술한 대로, 각 마이크로미러(74)의 크기가 13.0㎛×13.0㎛, 제1 결상 광학계(52)의 배율이 3배이므로, 제1의 개구 어레이(66)에 달하기 직전의 각 광선속의 지름은, 약 39㎛이다. 이에 대하여, 1개의 바람직한예로서, 제1의 개구 어레이(66)의 각 개구의 크기를 34㎛정도, 제2의 개구 어레이(68)의 각 개구의 크기를 12㎛ 정도로 하면 좋다.

또, 전술한 대로, 본 실시형태에 있어서의 제1의 개구 어레이(66) 및 제2의 개구 어레이(68)는 석영유리로 이루어지는 투명지지부재 상에, 크롬으로 이루어지는 차광막을 구멍형상으로 실시함으로써 구성되어 있지만, 2개의 개구 어레이를 이용함으로써 1개뿐인 개구 어레이를 이용하는 경우와 비교하여 1개의 개구 어레이당 차광막의 두께를 엷게하여도 충분한 차광을 보장할 수 있다. 이처럼 1개의 개구 어레이당의 차광막의 두꼐를 얇게함으로써, 차광막의 구성재료가 열을 띠는것에 의해 발생할 수 있는 각 개구 어레이의 변형을 억제할 수 있다는 이점이 이다.

도18은, 본 실시예 및 3개의 비교예에 관한 마이크로 렌즈 어레이와 개구 어레이의 구성에 대해서, 채터링에 의한 노광점의 위치변동 경감의 작용의 차이를, 비교해서 나타낸 설명도이다. 각 도는, DMD(34) 상의 1개의 마이크로미러(74)와, 그것에 대응하는 마이크로 렌즈(64a)의 주변의 구조를, 부분확대 단면도의 형식으로 나타낸 것이다. 또한, 마이크로미러(74)와 마이크로렌즈(64a)의 사이에는, 실제로는 TIR프리즘(48)이나 제1 결상광학계(52)가 존재하지만(도5 참조), 도18에서는, 설명을 위해 이들은 생략한다. 도18에 실제로 나타내고 있는 궤적은 마이크로미러(74)가 온상태의 본래의 설정각도에 안착된 시점에서의, 마이크로미러(74)의 둘레 가장자리에 가까운 부분으로부터의 반사광선의 궤적이다. 한편, 파선으로 나타내고 있는 궤적은, 채터링 때문에 마이크로미러(74)가 진동하고 있는 상태에 있어서의, 동 반사광선의 궤적이다.

도18 (a)에 나타낸 개구 어레이를 전혀 설치하지 않는 비교예에서는, 파선으로 나타낸 채터링에 의한 광선성분이 모두 감광재료(12)에 도달해 버리기 때문에, 감광재료(12) 상에 있어서의 노광점의 위치가 변동하고, 노광화상의 선예도의 저하가 발생한다. 마이크로 렌즈 어레이(64)의 전단 또는 후단에 1개만 개구 어레이를 설치한 도18 (b) 및 (c)의 비교예에서도, 도시한 대로, 채터링에 의한 광선성분의 상당 부분이 감광재료(12)에 도달해 버린다.

한편, 도18 (d)에 나타낸 본 발명의 실시예에서는, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 전단에 제1의 개구 어레이(66), 후단에 제2의 개구 어레이(68)의 합계 2개의 개구 어레이가 설치되어짐으로써, 도시한 대로, 채터링에 의한 광선성분을 양호 하게 차단할 수 있다. 이것에 의해, 감광재료(12) 상에 있어서의 노광점의 위치의 변동을 경감하고, 고정밀 세밀한 화상을 얻는 것이 가능해 진다.

또한, 상기의 실시형태에서는 제1의 개구 어레이(66)와 제2의 개구 어레이(68)의 합계 2개의 개구 어레이를 설치했지만, 3개 또는 그 이상의 개구 어레이를 설치해도 좋다.

또, 미광제거, 높은 전체 소광비의 확보 및 얼라인먼트의 용이성을 동시에 실현한다는 관점에서는, 상기의 실시형태와 같이 마이크로 렌즈 어레이의 전단 및/ 또는 후단에 합계 2개 이상의 개구 어레이를 설치하는 것이 바람직하다. 마이크로 렌즈 어레이의 전단에만 또는 후단에만 2개 이상의 개구 어레이를 설치하는 형태라도, 서로 평행하게 배치된 복수의 개구의 작용에 의해, 위치 변동하는 광선성분을 차단하는 것은 가능하다. 따라서, 그러한 형태도 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

또한, 상기의 실시형태에서는, 각 개구 어레이는 모두 마이크로 렌즈 어레이(64)로부터 공간적으로 이간되어서 배치되어 있는 것으로 했지만, 마이크로 렌즈 어레이(64) 자체의 전면 또는 후면에 마스크를 부착함으로써 구성된 개구 어레이가 포함되어 있어도 좋다.

상기 마이크로 렌즈 어레이(64) 자체의 전면 또는 후면에 마스크를 부착하는 것에 의해 구성된 개구 어레이에 대해서 이하에 설명한다.

도 19(a)는 마이크로 렌즈 어레이의 렌즈면 상에 적층된 개구 어레이와 그 근방의 모양을 나타내는 부분 확대 단면도, 도 19(b)는 상기 마이크로 렌즈 어레이 의 렌즈면 상에 적층된 개구 어레이를 광선속의 전파하는 하류측으로부터 광축방향에서 본 도이다.

도19(a),(b)에 나타낸 바와 같이, 마이크로 렌즈 어레이(64)의 마이크로 렌즈(64a)에 있어서의 렌즈면(La1) 및 렌즈면(La2) 중, 굴절력이 보다 크게 상기 광선속의 전파방향의 하류측에 위치하는 렌즈면(La2)상에 적층되어 이루어진 제1의 개구 어레이(68')는 예를 들면 크롬으로 이루어진 차광막(크롬 마스크)으로 이루어지고, 증착이나 접착에 의해 렌즈면(La2)이나 그 주위의 마스크 렌즈(64a)의 표면상에 적층되어 있다.

또한, 상기 구성의 경우에는, 결상 광학계는, 공간 변조소자의 각 화소부인 DMD(34) 상의 마이크로미러(74) 각각의 상을 마이크로 렌즈 어레이(64)의 각 렌즈면(La2) 상에 결상시키는 것이 바람직하다. 또한, 상기 도19(a)는 상기의 경우, 즉, 마이크로미러(74) 각각의 상을 마이크로 렌즈 어레이(64)의 각 렌즈면(La2) 상에 결상시키는 제1 결상광학계(52)를 구비한 경우를 나타내고 있다(도5 참조). 즉, 제1 결상광학계(52')에 의해 DMD(34)의 마이크로미러(74)의 상을 형성하고, 그 상이 형성된 위치에 상기 제1의 개구 어레이(68')가 배치되어 있는 마이크로 렌즈 어레이(64)의 렌즈면(La2)을 위치시킨다.

상기 구성에 있어서, DMD(34)의 마이크로미러(74)의 중앙부의 수차가 적은 부분에서 반사시킨 광만을 상기 제1의 개구 어레이(68')의 개구에 통과할 수 있고, 광선속을 감광재료(12) 상에 집속시키는 성능을 개선할 수 있다.

즉, 제1 결상 광학계에 의해 결상시킨 마이크로미러(74)의 상을 렌즈면(La2) 상에 결상시킴과 아울러, 제1의 개구 어레이(68')를 상기 렌즈면(La2)상에 배치함으로써, 마이크로미러(74)의 중앙부의 수차가 적은 부위에서 반시시킨 광만을 제1의 개구 어레이(68')의 개구에 통하고, 그 이외의 광을 상기 제1의 개구 어레이(68')에서 차단할 수 있다.

또한, 제1의 개구 어레이(68')의 하류측에 제2의 개구 어레이(68")를 배치하면, 제2의 개구 어레이(68")에 있어서 DMD(34)에 기인하는 산란 광성분, 마이크로 렌즈 어레이(64)에 있어서의 난반사나 다중반사에 기인하는 주변 광성분을 경감할 수 있으므로, 감광재료(12)의 감광에 이용되는 광의 품질이 향상되고, 감광재료 상에 의해 고정밀 세밀한 화상을 형성할 수 있다.

다음으로 도20을 참조하여, 본 실시형태의 화상 노광장치(10)의 전기적인 구성에 대해서 설명한다. 여기에 나타낸 바와 같이 전체 제어부(108)에는 변조회로(110)가 접속되어, 그 변조회로(110)에는 DMD(34)를 제어하는 콘트롤러(112)가 접속되어 있다. 또 전체 제어부(108)에는, 레이저 모듈(78)을 구동하는 LD구동회로(114)가 접속되어 있다. 또한, 이 전체 제어부(108)에는, 상기의 스테이지(14)를 구동하는 스테이지 구동장치(116)가 접속되어 있다.

[화상 노광장치의 동작]

다음으로, 상기 화상 노광장치(10)의 전체적인 동작에 대해서 설명한다. 스캐너(24)의 각 노광헤드(28)에 있어서, 화이버 어레이 광원(36)의 합파 레이저 광원을 구성하는 CaN계 반도체 레이저(LD1부터 LD7)(도11 참조)의 각각에서 산란광 상태로 출사된 레이저광(B1,B2,B3,B4,B5,B6, 및 B7)의 각각은 대응하는 콜리메터 렌즈(L1부터 L7)에 의해 평행광화된다. 평행광화된 레이저광(B1부터 B7)은 집광렌즈(90)에 의해 집광되어, 멀티모드 광섬유(80)의 코어(80a)의 입사단면상에서 수속한다.

본 실시형태에서는, 콜리메터 렌즈(L1부터 L7) 및 집광렌즈(90)에 의해 집광 광학계가 구성되고, 그 집광광학계와 멀티모드 광섬유(80)에 의해 합파 광학계가 구성되어 있다. 즉, 집광렌즈(90)에 의해 상술한 바와 같이 집광된 레이저광(B1 부터 B7)이 멀티모드 광섬유(80)의 코어(80a)에 입사해서 광섬유 내를 전반하고, 1개의 레이저광(B)에 합파되어 멀티모드 광섬유(80)의 출사끝부에 결합된 광섬유(82)로부터 출사한다.

각 레이저 모듈에 있어서, 레이저광(B1 부터 B7)의 멀티모드 광섬유(80)에의 결합효율이 0.9이며, GaN계 반도체 레이저(LD1 부터 LD7)의 각 출력이 50mW의 경우에는, 어레이 상에 배치된 광섬유(82)의 각각에 대해서, 출력 315mW(=50mW×O.9×7)의 합파 레이저광(B)을 얻을 수 있다. 따라서, 14개의 멀티모드 광섬유(82) 전체에서는 4.4W(=0.315W×14)의 출력의 레이저광(B)을 얻을 수 있다.

화상 노광시에 있어서는, 도 20에 나타내는 변조회로(110)로부터 노광패턴에 따른 화상데이터가 DMD(34) 콘트롤러(112)에 입력되어, 그 프레임 메모리에 일단 기억된다. 이 화상데이터는, 화상을 구성하는 각 화소의 농도를 2값(도트의 기록유무)으로 나타낸 데이터이다. 이 2값 데이터에 따라서, DMD(34)의 각 마이크로미러(74)가 ±12°의 어느 하나로 기울어진다.

감광재료(12)를 표면에 흡착한 스테이지(14)는 도20에 나타내는 스테이지 구 동장치(116)에 의해, 가이드(18)를 따라서 게이트(22)의 상류측으로부터 하류측에 일정 속도로 이동된다. 스테이지(14)가 게이트(22) 아래를 통과할 시에, 게이트(22)에 부착된 센서(26)에 의해 감광재료(12)의 선단이 검출되면, 프레임 메모리에 기억된 화소 데이터가 복수 라인분씩 순차로 읽혀지고, 데이터 처리부에서 읽혀진 화상 데이터에 기초하여 각 노광헤드(28)마다 제어신호가 생성된다. 그리고, 미러 구동제어부에 의해, 생성된 제어신호에 기초하여 각 노광헤드(28)마다에 DMD(34)의 마이크로미러의 각각이 온오프 제어된다.

화이버 어레이 광원(36)으로부터 DMD(34)에 레이저광(B)이 조사되면, DMD(34)의 마이크로미러가 온상태일 때에 반사된 레이저광은 제1 결상광학계(52'), 제1 개구 어레이(68), 마이크로 렌즈 어레이(64), 제2의 개구 어레이(68), 제2 결상 광학계(58) 및 프리즘 페어(70)를 거쳐, 감광재료(12) 상에 결상된다. 이렇게 하여, 화이버 어레이 광원(36)으로부터 출사된 레이저 광이 화소마다에 온오프되어서, 감광재료(12)가 DMD(34)의 사용 마이크로미러수와 거의 동수의 화소단위로 노광된다. 또한, 감광재료(12)가 스테이지(14)와 함께 일정 속도로 이동됨으로써, 감광재료(12)가 스캐너(24)에 의해 스테이지 이동방향과 반대인 방향으로 부주사되어, 각 노광헤드(28) 마다에 띠상의 노광종료 영역(32)이 형성된다.

또한, 본 예에서는 도21(A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, DMD(34)에는 주주사 방향에 마이크로미러가 1024개 배치된 마이크로미러 열이 부주사 방향에 768조 배치되어 있지만, 본 예에서는, 콘트롤러(112)에 의해 일부의 마이크로미러 열(예를 들면, 1024개×256열)만이 구동되도록 제어가 된다.

이 경우, 도21(A)에 나타낸 바와 같이 DMD(34)의 중앙부에 배치된 마이크로미러 열을 사용해도 좋고, 도21(B)에 나타낸 바와 같이, DMD(34)의 끝부에 배치된 마이크로미러 열을 사용해도 좋다. 또, 일부의 마이크로미러에 결함이 발생했을 경우는, 결함이 발생하지 않는 마이크로미러 열을 사용하는 등, 상황에 따라서 사용하는 마이크로미러 열을 적절히 변경해도 좋다.

DMD(34)의 데이터 처리속도에는 한계가 있고, 사용하는 마이크로미러수에 비례해서 1라인당의 변조속도가 결정되기 때문에, 일부의 마이크로미러 열만을 사용함으로써, 1라인당의 변조속도가 빨라진다. 한편, 연속적으로 노광헤드를 노광면에 대하여 상대이동시키는 노광방식의 경우에는, 부주사 방향의 마이크로미러를 전부 사용할 필요는 없다.

스캐너(24)에 의한 감광재료(12)의 부주사가 종료하고, 센서(26)에서 감광재료(12)의 후단이 검출되면, 스테이지(14)는 스테이지 구동장치(116)에 의해, 가이드(20)를 따라서 게이트(22)의 최상류측에 있는 원점으로 복귀하고, 다시 한번, 가이드(20)를 따라서 게이트(22)의 상류측으로부터 하류측에 일정속도로 이동된다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해서, 상세하게 서술했지만, 이 실시형태는 예시적인 것이 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위는 본 명세서 중의 특허청구의 범위에 의해서만 당연히 정해지는 것이다.

본 발명의 화상 노광장치에 의하면, 공간 광변조 소자의 채터링에 의한 각 광선속의 광로의 흔들림이 생겨도, 합계 2개 이상의 개구 어레이를 설치함으로써, 흔들림의 영향을 받는 각 광선속의 둘레 가장자리 부분이 차단되기 때문에, 감광재료 상에 있어서의 노광점의 위치의 변동을 경감하고, 고정밀 세밀한 화상을 얻을 수 있다.

또한, 개구 어레이는, 석영유리 등으로 이루어진 투명 지지부재 상에, 크롬 등으로 이루어진 차광막을 충분한 차광을 보장하는 두께로 구멍형상으로 실시함으로써 구성할 수 있지만, 개구 어레이를 1개가 아닌 2개 이상으로 한 경우, 1개의 개구 어레이당 차광막의 두께를 얇게할 수 있기 때문에, 차광막의 구성재료가 열을 띰으로써 생길 수 있는 각 개구 어레이의 변형을 억제할 수 있다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이의 전단 및/또는 후단에, 개구 어레이를 합계 2개 이상 설치하는 구성으로 한 경우에는, 전단의 개구 어레이에 의해 미광을 제거할 수 있으므로, 후단의 개구 어레이의 각 개구의 지름은, 미광의 제거를 목적으로 하는 경우일수록 작게 하지 않아도 좋고, 주로 공간 변조소자에 기인하는 산란 성분, 마이크로 렌즈 어레이에 있어서의 난반사나 다중반사에 기인하는 주변 광성분을 차단해서 충분한 전체 소광비를 확보할 수 있는 정도의 크기면 충분하다. 따라서, 미광의 제거 및 높은 전체 소광비를 실현하면서, 각 개구 어레이와 다른 요소와의 얼라인먼트의 조정 및 유지도 용이하게 할 수 있다.

또, 상기 개구 어레이의 중 적어도 1개를, 상기 마이크로 렌즈면 상에 적층 되어서 이루어지는 것으로 하면, 개구 어레이의 개구위치와, 마이크로 렌즈면의 위치 관계를 보다 정확하게 또한, 경시변화를 일으키지 않도록 정할 수 있으므로, 감광재료 상에 의해 고정밀 세밀한 화상을 형성할 수 있다.

상기 화상 노광장치를, 상기 공간 변조소자의 각 화소부의 각각의 상을 상기 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈면 상에 결상시키기 위한 결상렌즈를 구비한 것으로 하면, 상기 다수의 화소부에 의해 변조된 광선속을 감광재료 상에 의해 정확하게 집속시킬 수 있고, 보다 고정밀 세밀한 화상을 감광재료 상에 형성할 수 있다.

또, 공간 광변조 소자와, 개구 어레이의 중 공간 광변조 소자의 가장 가깝게배치된 것 사이에, 공간 광변조 소자로부터의 다수의 광선속을 서로 평행한 광선속으로 하는 광학계를 또한 설치하는 구성으로 한 경우에는, 공간 변조 소자의 가장 가깝게 배치된 각 개구 어레이에 있어서, 미광의 제거를 하기 위한 각 개구의 크기 및 개구 어레이의 위치의 조정이 용이해 진다.

또한, 각 개구 어레이를, 마이크로 렌즈 어레이와 공간적으로 이간시켜서 배열하는 구성으로 했을 경우에는, 광에 의해 개구 어레이의 구성 부재가 열을 띠어도, 그 열이 마이크로 렌즈 어레이에 거의 전해지지 않고, 마이크로 렌즈 어레이의 광학성능에 악영향을 미칠 우려가 없다.

또, 공간 광변조 소자로서 다수의 마이크로미러를 구비한 DMD를 사용했을 경우에는, 장치의 소형ㆍ경량화나 고콘트라스트의 실현 등의 DMD의 이점을 향수할 수 있다. 한편, 각 마이크로미러의 둘레 가장자리부의 형상적 변형에 기인해서 미광의 원인이 되는 성분이 발생할 수 있지만, 이 성분은 개구 어레이에 의해 제거할 수 있으므로, 노광화상의 선예도의 저하를 초래하는 일은 없다.

또한, 상기의 노광헤드를 복수개 설치하는 것으로 하면, 노광의 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 노광헤드를 구비하고, 상기 노광헤드에 의해 소망의 패턴을 감광재료 상에 노광하는 화상 노광장치로서,

   상기 노광헤드가

   광원;

   상기 광원으로부터의 광을 각각 독립적으로 변조하는 다수의 화소부가 배치된 공간 광변조 소자;

   상기 다수의 화소부에 의해 변조된 다수의 광선속을 각각 개별적으로 집광하는 다수의 마이크로 렌즈가 배치된 마이크로 렌즈 어레이; 및

   상기 마이크로 렌즈 어레이 전단 및/또는 후단에 배치된 합계 2개 이상의 개구 어레이를 구비하여 이루어지고,

   상기 개구 어레이의 각각이 상기 다수의 광선속을 각각 개별적으로 제한하는 다수의 개구가 배치된 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이의 전단 및 후단의 각각에 상기 개구 어레이가 1개 이상씩 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개구 어레이 중, 1개 이상이 상기 마이크로 렌즈의 렌즈면 상에 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간 변조소자의 각 화소부 각각의 상을 상기 마이크로 렌즈 어레이의 각 렌즈면 상에 결상시키기 위한 결상 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노광헤드가, 상기 공간 광변조 소자와, 상기 개구 어레이의 중 상기 공간 광변조 소자의 가장 가깝게 배치된 어레이와의 사이에, 상기 다수의 광선속을 서로 평행한 광선속으로 하는 광학계를 또한 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
6. 제1, 2항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구 어레이 모두가, 상기 마이크로 렌즈 어레이와 공간적으로 이간되어서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간 광변조 소자가 상기 다수의 화소부로서, 상기 광원으로부터의 광을 반사하는 다수의 마이크로미러를 구비한 디지털 마이크로미러 디바이스인 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노광헤드를 복수개 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 화상 노광장치.

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