KR20080012334A - 화상 노광 장치 - Google Patents

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KR20080012334A
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optical system
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카츠토 스미
슈이치 이시이
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후지필름 가부시키가이샤
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Abstract

화상 노광 장치는 조사된 광을 각각 변조하는 복수의 화소부로 구성된 공간 광 변조 소자(50); 상기 공간 광 변조 소자에 광빔(B)을 조사하는 광원(66); 및 각 화소부에 의해 화상을 결상하는 광학계(51) 및 상기 화소부에 의해 변조된 광빔이 각각 입사하는 복수의 마이크로렌즈(55a)가 어레이에 제공되는 마이크로렌즈 어레이(55)를 포함한다. 상기 마이크로렌즈 어레이(55)는 상기 결상 광학계(51)에 의해 상기 화소부의 결상 위치 근방에 제공된다. 상기 마이크로렌즈 어레이(55)의 각 마이크로렌즈(55a)는 상기 화소부의 이방적 왜곡으로 인한 수차를 보정하기 위해 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 갖는다.
화상 노광 장치, 공간 광 변조 소자, 광학계, 마이크로렌즈

Description

화상 노광 장치{IMAGE EXPOSURE APPARATUS}
본 발명은 화상 노광 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공간 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 결상 광학계에 통과시키고, 상기 광에 의한 상을 감광 재료상에 결상해서 상기 감광 재료를 노광하는 화상 노광 장치에 관한 것이다.
공간 광 변조 소자에 의해 변조된 광을 결상 광학계에 통과시키고, 상기 광에 의한 상을 소정의 감광 재료상에 결상해서 상기 감광 재료를 노광하는 화상 노광 장치가 공지되어 있다. 이러한 형태의 화상 노광 장치는 기본적으로: 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부로 구성된 공간 광 변조 소자; 상기 공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및 상기 공간 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 감광 재료상에 결상하는 결상 광학계를 구비한다. 일본 특허 출원 제2004-001244호, A. Ishikawa, "Shortening Development and Adaptation to Mass Production by Maskless Exposure", 전자 설치 기술, Vol. 18, 제 6, 77-79페이지, Gicho Publishing & Advertising Co., Ltd, 2002은 상술한 기초 구성을 갖는 화상 노광 장치의 예를 공지한다.
이러한 형태의 화상 노광 장치에 있어서, LCD(액정 디스플레이 소자), DMD(디지털 마이크로미러 디바이스) 등이 공간 광 변조 소자로 적합하게 사용된다. DMD는 제어 신호에 따라 반사면의 각도를 변화시키는 다수의 마이크로미러로 구성되고, 실리콘 기판과 같은 반도체 기판상에 2차원으로 배열된 미러 디바이스이다. DMD에 있어서, 마이크로미러는 공간 광 변조 소자의 반사형 화소부로 작용한다.
상술한 화상 노광 장치에 있어서, 감광 재료에 투영되는 화상이 확대될 필요가 있다. 이 경우에, 확대 결상 광학계는 결상 광학계로 사용된다. 공간 광 변조 소자에 의해 변조된 광이 확대 결상 광학계로 들어가도록 하면 공간 광 변조 소자의 각 화소부에서의 콘덴싱이 확대된다. 이는 투영된 화상의 화소 크기가 커지고 화상 해상도가 저하된다.
그러므로, 제 1 결상 광학계는 공간 광 변조 소자에 의해 변조된 광의 광학 경로 내에 제공되며; 공간 광 변조 소자의 각 화소부에 대응하는 마이크로렌즈가 어레이로 배열되는 마이크로렌즈 어레이는 결상 광학계의 결상면에 제공되고; 공간 광 변조 소자에 의해 변조된 광에 의한 화상을 감광 재료 또는 스크린상에 결상하는 제 2 결상 광학계는 마이크로렌즈 어레이를 통과한 광의 광학 경로 내에 제공되는 구성이 고려된다. 이 구성을 채용함으로써 제 1 및 제 2 결상 광학계는 화상을 확대 투영할 수 있다. 상기 구성에 있어서, 감광 재료 또는 스크린상에 투영되는 화상의 크기는 확대된다. 한편, 공간 광 변조 소자의 각 화소부로부터 반송된 광은 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해 집광된다. 그러므로, 투영된 화상 내의 화소 크기(스폿 크기)는 작게 유지되어 화상의 선예도를 유지한다.
일본 특허 출원 제2001-305663호는 공간 광 변조 소자로 DMD를 사용하고 마이크로렌즈 어레이와 조합된 화상 노광 장치의 예를 개시하고 있다.
일본 특허 출원 제2004-122470호는 마이크로렌즈 어레이; 및 각 마이크로렌즈에 대응하는 애퍼쳐(개구)를 가지며 마이크로렌즈 어레이 뒤에 제공된 애퍼쳐 어레이(애퍼쳐판)를 포함하는 동일한 형태의 화상 노광 장치를 공지하고 있다. 이 구성을 채용함으로써 대응하는 마이크로렌즈를 통과한 광만이 애퍼쳐를 통과한다. 이 구성에 있어서, 애퍼쳐판의 각 애퍼쳐는 상기 애퍼쳐에 대응하는 마이크로렌즈에 인접한 마이크로렌즈로부터의 광이 입사하는 것을 방지한다. 그러므로, 인접 화소로 미광의 입사가 억제될 수 있다. 또한, DMD의 화소(마이크로미러)가 오프 상태가 되어 광이 노광면상에 조사되지 않을 때도 약간의 광량이 노광면상에 입사되는 경우가 있다. 그러나, 이 구성을 채용함으로써 DMD 화소가 오프 상태일 때 노광면상에 입사하는 광량은 감소될 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 화상 노광 장치에서, 비점 수차는 공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 후 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈로 집광된 광빔 사이에 발생되고, 광빔이 단면에서 타원 형상이 된다. 그 결과, 작은 화소 크기는 투영 화상에서 유지될 수 없고, 투영 화상의 선예도는 저하된다. 비점 수차는 공간 광 변조 소자의 화소부의 면의 왜곡에 의해 주로 발생된다. 공간 광 변조 소자로 DMD가 사용되는 경우에 왜곡의 주원인은 DMD의 화소부의 반사면의 왜곡이다.
특히, 화소부의 반사면이 광축에 대하여 회전 비대칭이 되는 이방적 왜곡이 있을 경우에는 광학계가 비점 수차를 발생시킨다. 이 경우에, 화소부의 반사면을 경유해서 마이크로렌즈에 의해 집광된 광빔은 광축에 수직한 면 내의 방향에 의거 하여 다른 빔 웨이스트(waist) 위치(빔 직경이 최소인 광축 방향의 위치)를 가진다.
구체적으로, 광축에 수직한 면 내의 방향이 X방향, Y방향으로 지정되면 Y방향의 빔 직경은 X방향의 빔 직경이 최소가 되는 X방향의 빔 웨이스트 위치에서 최소가 아니다. 즉, 광빔의 단면 형상은 타원이 된다. 유사하게, X방향의 빔 직경 은 Y방향의 빔 직경이 최소가 되는 Y방향의 빔 웨이스트 위치에서 최소가 아니고, 광빔의 단면 형상은 타원이 된다. 화상이 감광 재료상에 2차원으로 결상되기 때문에 이 광빔을 사용하여 화상을 형성하면 선예도는 저하된다.
상기 현상은 화소부의 반사면이 광축에 수직한 면 내의 2개의 다른 방향에서 다른 부호의 파워를 가질 때 두드러지며, 아주 상세한 화상을 취득하는 동안 문제가 된다.
또한, 소정의 곡면이 되게 설계되고 의도하지 않은 왜곡이 발생한 반사면은 회전 비대칭한 화소부의 반사면의 예이다. 이러한 형태의 반사면은 동일한 부호의 다른 파워를 통상 가진다. 특히 이 경우에는 전술한 비점 수차를 발생시키고, 화상의 선예도의 왜곡을 피할 수 없다.
한편, 종래 화상 노광 장치는: 상기 DMD와 같은 반사형 화소부를 갖는 공간 광 변조 소자; 마이크로렌즈 어레이; 및 결상 광학계를 포함한다. 종래 화상 노광 장치는 결상 광학계가 화소부(마이크로미러)의 화상을 결상시키고, 그 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가 화소부의 결상 위치에 위치되도록 구성된다.
그러나, 공간 광 변조 소자와 마이크로렌즈 어레이 사이의 상대 위치 관계가 엄밀한 소정 관계로 유지되어야만 한다. 그렇지 않으면, 광 이용 효율 및 소광비의 저하와 같은 문제가 더 발생하기 쉬어진다. 이하, 이 점에 관해서 상세하게 설명한다.
도 48A에서 참조 번호 100으로 나타낸 영역은 공간 광 변조 소자의 화소부, 즉, 예컨대, DMD의 마이크로미러의 화상을 나타낸다. 도 48B에서 참조 번호 101은 마이크로렌즈(102)가 제공되는 마이크로렌즈 어레이(101)를 나타낸다. 마이크로미러 화상(100)이 마이크로렌즈 어레이(101)의 마이크로렌즈부(102)에 결상될 때 상기 마이크미러 화상(100)이 마이크로렌즈(102)의 크기보다 크게 결상되면 도 49A에 도시된 상태가 된다. 공간 광 변조 소자와 마이크로렌즈 어레이가 광빔의 광축과 교차하는 방향으로 이동되면 도 49B에 도시된 상태가 되고, 많은 양의 소멸이 발생된다. 이 경우에, 마이크로미러의 주변부에서 반사된 광은 화상 노광에 이용되지 않고, 광 이용 효율이 저하된다.
많은 경우에, 불필요한 광을 차단하는 마스크가 마이크로렌즈(102)의 주변 가장자리의 외부에 일체적으로 또는 각각 제공된다. 마스크가 제공되는 경우에 소멸 광은 차단된다. 마스크가 제공되지 않는 경우에도 소멸 광은 마이크로렌즈(102)의 애퍼쳐를 빗나가 집광되지 않으므로, 본래의 용도에 이용되지 않는다.
또한, 도 49B에 도시된 바와 같은 이동의 정도가 크면 마이크로렌즈(102A)에 결상된 마이크로미러 화상(100)의 일부는 인접 마이크로렌즈(102B)에 결상될 수 있다. 마이크로렌즈(102B)를 통과하는 광이 완전하게 차단되면 마이크로렌즈(102A)를 통과해야 할 광이 입사하므로 소광비가 감소된다.
본 발명은 상기 상황의 관점에서 개발되었다. 본 발명의 제 1 목적은 이방적 왜곡이 공간 광 변조 소자의 화소부 내에 있는 경우에도 아주 세밀한 화상을 취득할 수 있는 화상 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 공간 광 변조 소자의 화소부가 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 부호의 파워를 갖는 경우에도 아주 세밀한 화상을 취득할 수 있는 화상 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은 광 이용 효율과 소광비를 높게 유지하면서 공간 광 변조 소자의 화소부가 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 동일한 부호의 다른 파워를 갖는 경우에도 아주 세밀한 화상을 취득할 수 있는 화상 노광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 제 1 화상 노광 장치는:
조사된 광을 각각 제어신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 공간 광 변조 소자;
공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및
공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광빔을 결상하여 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계, 및 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광빔이 각각 입사되는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 마이크로 렌즈 어레이를 포함하고, 화상을 변조된 광에 의한 상을 감광 재료에 결상하는 결상 광학계를 포함하는 화상 노광 장치에 있어서,
상기 마이크로렌즈 어레이는 화소부의 상이 광학계에 의해 결상된 위치 근방에 제공되고;
상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 화소부의 이방적 왜곡으로 인한 수차를 보정하기 위해 입사되는 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에 다른 파워를 가진다.
"화소부의 화상이 광학계에 의해 결상된 위치 근방"은 광축의 방향에 따른 위치(z)에 관한 것이다. 위치(z)는 부등식:
-f/5+zf≤z≤f/5+zf
를 만족시키는 범위 내에 있다.
f는 광학계의 초점 거리이고, zf는 화소부의 화상이 광학계에 의해 결상되는 위치이다.
본 발명에 의한 제 2 화상 노광 장치는:
조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 공간 광 변조 소자;
공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및
공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광빔을 결상하여 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계, 및 화소부에 의해 변조되고 광학계를 통과한 광빔이 각각 입사되는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 화상을 변조된 광에 의한 상을 감광 재료에 결상하는 결상 광학계를 구비한 화상 노광 장치에 있어서,
상기 화소부는 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 부호의 파워를 가지며;
상기 마이크로렌즈 어레이는 화소부의 상이 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 분리 집광 위치에 제공되고;
상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 화소부의 다른 부호의 파워로 인한 수차를 보정하기 위해 입사된 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 가진다.
본 발명에 의한 제 3 화상 노광 장치는:
조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 공간 광 변조 소자;
공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및
공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광빔을 결상하여 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계, 및 화소부에 의해 변조되고 광학계를 통과한 광빔이 각각 입사하는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하며, 화상을 변조된 광에 의한 상을 감광 재료상에 결상하는 결상 광학계를 구비한 화상 노광 장치에 있어서,
상기 화소부는 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 동일한 부호와 다른 크기의 파워를 가지며;
상기 마이크로렌즈 어레이는 화소부의 상이 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 분리 집광 위치에 제공되고;
상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 화소부의 다른 크기의 파워로 인한 수차를 보정하기 위해 입사된 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 가진다.
상기 제 1 내지 제 3 화상 노광 장치에 있어서, 마이크로렌즈는 굴절 렌즈인 것에 제한되지 않고, 굴절률 분포용 렌즈 또는 회절 렌즈일 수 있다. 다른 대안으로, 마이크로렌즈는 굴절 렌즈; 굴절률 분포용 렌즈; 및 회절 렌즈 중 2개 이상을 조합하여 구성될 수 있다. 여기서, "조합"은 접합 렌즈뿐만 아니라 복수의 기능이 부여된 싱글 렌즈에 관한 것이다. 예컨대, 프레넬(Fresnel) 렌즈는 굴절 렌즈와 회절 렌즈의 조합이다. 다른 예로서, 굴절률 분포를 갖는 구형 렌즈는 굴절 렌즈와 굴절률 분포용 렌즈의 조합이다.
화상 노광 장치는:
제공되어 화소부의 상이 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 화소부, 광학계, 및 마이크로렌즈 어레이의 분리 집광 위치에 각 화소부를 통해 전파되는 광빔을 각각 집광하는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 집광용 마이크로렌즈 어레이를 더 포함하는 구성이 채용되는 것이 바람직하다.
집광용 마이크로렌즈 어레이가 광빔의 광축 방향으로 이동가능한 것이 바람직하다.
화상 노광 장치는:
화소부의 상이 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 화소부, 광학계, 및 마이크로렌즈 어레이의 분리 집광 위치에 각 화소부를 통해 전파되는 광빔을 각각 투과하는 복수의 애퍼쳐가 제공되는 애퍼쳐 어레이를 더 포함하는 구성이 채용되는 것이 바람직하다.
또한, 공간 광 변조 소자가 마이크로미러가 화소부로서 2차원으로 배열되는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)인 것이 바람직하다.
전술한 "분리 집광 위치"는 각 화소부에 의해 반사된 광빔이 화소부에 의해 각각 집광되고 분리된 광학계에 의해 화소부의 결상 위치로부터 분리된 위치이다. 대안으로, "분리 집광 위치"는 반사되는 화소에 따라 각 화소부에 의해 반사된 광빔이 화소부에 의해 분리되는 위치이다.
본 발명의 제 1 화상 노광 장치에 있어서, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 화소부의 이방적 왜곡에 의해 발생된 수차를 보정하기 위해 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 가진다. 그러므로, 공간 광 변조 소자의 화소부가 이방적 왜곡을 가지더라도 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈는 왜곡에 의해 발생된 비점 수차를 보정한다. 이에 따라, 화소부를 통해 마이크로렌즈에 의해 집광된 광빔의 x방향 및 y방향에서의 빔 웨이스트 위치가 일치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 1 화상 노광 장치는 x방향 및 y방향에서 일치된 빔 웨이스트 위치를 갖는 광빔이 화상을 노광하기 위해 사용될 수 있어서 고선명화를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 화상 노광 장치가 마이크로렌즈 어레이를 화소부의 화상이 결상된 위치 근방에 비점 수차를 보정하기 위해 제공한다. 그러므로, 각 화소부에 의해 반사된 광빔이 각각 집광되는 전술한 분리 집광 위치의 범위가 넓어진다.
본 발명의 제 1 화상 노광 장치가 분리 집광 위치에 제공된 각 화소부에 의해 반사된 광빔을 각각 집광하는 집광용 마이크로렌즈 어레이를 더 포함하는 구성이 채용될 수 있다. 이 경우에, 빔 스폿 크기는 더 집광될 수 있으며, 이는 화상 노광 장치에 의해 노광된 화상의 해상도의 향상에 기여한다. 또한, 광빔은 결상 위치의 근방에 제공된 마이크로렌즈 어레이에 의해 이미 집광되어 있다. 그러므로, 분리 집광 위치에 집광용 마이크로렌즈 어레이에 입사되는 광빔의 빔 직경은 결상 위치에서의 빔 직경보다 더 작다. 따라서, 공간 광 변조 소자와 집광용 마이크로렌즈 어레이가 다소 시프트되더라도 입사된 것 근방의 마이크로렌즈로 광빔의 입사와 광빔의 소멸이 방지된다. 그러므로, 집광용 마이크로렌즈 어레이를 제공할 때 고려될 필요가 있는 광 이용 효율 및 소광비의 저하가 방지될 수 있다.
본 발명의 제 2 화상 노광 장치는 전술한 분리 집광 위치에 제공된 마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 분리 집광 위치에서의 광 스폿은 결상 위치에서 화소부의 화상의 광 스폿보다 작고, 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈보다 작다. 따라서, 공간 광 변조 소자와 마이크로렌즈 어레이가 다소 시프트되더라도 입사된 것 근방의 마이크로렌즈로의 광빔의 입사와 광빔의 소멸이 방지된다. 그러므로, 광 이용 효율 및 소광비의 저하가 방지된다.
또한, 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 부호의 파워를 갖는 화소부에 의해 발생된 수차를 보정하기 위해 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 가진다. 이 구성을 채용함으로써 화소부에 의해 비점 수차가 발생되더라도 광빔의 x방향 및 y방향에서의 빔 웨이스트 위치가 일치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 화상 노광 장치는 x방향 및 y방향에서 일치된 빔 웨이스트 위치를 갖는 광빔을 화상을 노광하는데 사용할 수 있어서 고선명화를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 3 화상 노광 장치는 전술한 분리 집광 위치에 제공된 마이크로렌즈 어레이를 포함한다. 분리 집광 위치에서 광 스폿은 결상 위치에서 화소부의 화상의 광 스폿보다 더 작고, 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈보다 작다. 따라서, 공간 광 변조 소자와 마이크로렌즈 어레이가 다소 시프트되더라도 입사된 것 근방의 마이크로렌즈로의 광빔의 입사와 광빔의 소멸이 방지된다. 그러므로, 광 이용 효율 및 소광비의 저하가 방지된다.
또한, 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 동일한 부호의 다른 파워를 갖는 화소부에 의해 발생된 수차를 보정하기 위해 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 가진다. 이 구성을 채용함으로써 화소부로 인해 비점 수차가 발생하더라도 광빔의 x방향 및 y방향에서 빔 웨이스트 위치가 일치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 2 화상 노광 장치는 x방향 및 y방향에서 일치된 빔 웨이스트 위치를 갖는 집광된 광빔을 화상을 노광하는데 사용할 수 있어서 고선명화를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 2 및 제 3 화상 노광 장치가 상기 분리 집광 위치에 제공된 각 화소부를 통해 전파되는 광빔을 각각 집광하는 집광용 마이크로렌즈 어레이를 더 포함하는 구성이 채용될 수 있다. 이 경우에, 빔 스폿 크기가 더 집광될 수 있으며, 이는 화상 노광 장치에 의해 노광된 화상의 해상도 향상에 기여한다. 또한, 광빔은 결상 위치 근방에 제공된 마이크로렌즈 어레이에 의해 이미 집광된다. 그러므로, 분리 집광 위치에서 집광용 마이크로렌즈 어레이에 입사되는 광빔의 빔 직경은 결상 위치에서의 것보다 작다. 따라서, 공간 광 변조 소자 및 집광용 마이크로렌즈 어레이가 다소 시프트되더라도 입사된 것 근방의 마이크로렌즈로의 광빔의 입사와 광빔의 소멸이 방지된다. 그러므로, 집광용 마이크로렌즈 어레이를 제공할 때 고려될 필요가 있는 광 이용 효율과 소광비의 감소가 방지될 수 있다.
집광용 마이크로렌즈 어레이가 광빔의 광축 방향으로 이동가능하게 제공될 수 있다. 이 경우에, 광의 초점 조정을 용이하게 행할 수 있다. 분리 집광 위치와 그 근방의 광 이용 효율의 변화가 결상 위치와 그 근방의 광 이용 효율의 변화보다 작다. 그러므로, 광 이용 효율의 변화가 최소한으로 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 화상 노광 장치에 있어서, 애퍼쳐 어레이가 분리 집광 위치에 제공될 수 있다. 이 경우에, 각 애퍼쳐는 대응하는 화소부를 통해 집광된 광빔만을 투과한다. 따라서, 미광은 차단될 수 있고, 소광비는 향상될 수 있다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 화상 노광 장치에 있어서, 굴절률 분포용 렌즈가 마이크로렌즈로 사용되는 경우에, 외형 형상이 평행면으로 형성될 수 있다. 회절형 렌즈가 마이크로렌즈로 사용된 경우에 굴절형 렌즈가 사용되는 경우와 비교하여 광축 방향으로 두께를 감소시키며, 외형 형상이 평행면으로 형성될 수 있다. 굴절형 렌즈, 굴절률 분포용 렌즈, 회절형 렌즈 중 2개 이상의 조합이 사용되는 경우에 설계의 자유도가 향상된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 외관을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 스캐너의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3A는 감광 재료에 형성되는 노광 영역을 도시하는 평면도이고, 도 3B는 노광 헤드에 의해 노광된 노광 영역의 배열을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드의 개략적 구성을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다.
도 6은 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)의 구성을 도시하는 부분 확대도이다.
도 7A 및 7B는 DMD의 동작을 설명하는 도면이다.
도 8A는 DMD가 경사지지 않은 경우의 노광 빔의 주사 궤도를 도시하는 평면도이고, 도 8B는 DMD가 경사진 경우의 노광 빔의 주사 궤도를 도시하는 평면도이다.
도 9A는 파이버 어레이 광원의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 9B는 파이버 어레이 광원의 레이저 출사부의 광출사점의 배열을 도시하는 정면도이다.
도 1O은 멀티 모드 광파이버의 구성을 도시하는 도면이다.
도 11은 합파 레이저 광원의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 12는 레이저 모듈의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 13은 도 12의 레이저 모듈의 측면도이다.
도 14는 도 12의 레이저 모듈의 부분 정면도이다.
도 l5는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 16A 및 16B는 DMD의 사용 영역의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 DMD의 마이크로미러의 편향축의 방향을 도시하는 도면이다.
도 18A는 X방향에 평행한 평면의 마이크로미러의 반사면의 높이 변위를 개략적으로 도시하는 그래프이고, 도 18B는 Y방향에 평행한 평면의 마이크로미러의 반사면의 높이 변위를 개략적으로 도시하는 그래프이다.
도 19A는 X방향에 평행한 평면 내에서 마이크로미러에 의해 반사된 광이 전파되는 형태를 도시하는 도이고, 도 19B는 Y 방향에 평행한 평면 내에서 마이크로미러에 의해 반사된 광이 전파되는 형태를 도시하는 도면이다.
도 20A는 마이크로렌즈 어레이의 정면도이고, 도 20B는 마이크로렌즈 어레이의 측면도이다.
도 21A는 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈의 사시도이며, 도 21B는 X방향에 평행한 마이크로렌즈 단면도이고, 도 21C는 Y방향에 평행한 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 마이크로렌즈의 단면도이다.
도 22A 내지 22C는 마이크로렌즈가 수차를 보정하는 형태를 설명하는 도면이 다.
도 23A는 마이크로렌즈의 제 2 예를 나타내는 정면도이고, 도 23B는 마이크로렌즈의 제 2 예를 나타내는 측면도이다.
도 24A는 도 23A 및 도 23B의 마이크로렌즈에 의한 집광 상태를 X방향에 평행한 단면으로 도시하는 개략도이고, 도 24B는 도 23A 및 도 23B의 마이크로렌즈에 의한 집광 상태를 Y방향에 평행한 단면으로 도시하는 개략도이다.
도 25A는 마이크로렌즈의 제 3 예의 집광 상태를 X방향에 평행한 단면으로 도시하는 개략도이고, 도 25B는 마이크로렌즈의 제 3 예의 집광 상태를 Y방향에 평행한 단면으로 도시하는 개략도이다.
도 26A는 마이크로렌즈의 제 4 예의 정면도이고, 도 26B는 마이크로렌즈의 제 4 예의 측면도이다.
도 27A는 마이크로렌즈의 제 5 예의 정면도이고, 도 27B는 마이크로렌즈의 제 5 예의 측면도이다.
도 28은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 29는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 30은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 31은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시 하는 개략 단면도이다.
도 32A 및 32B는 마이크로렌즈가 수차 보정하는 형태를 설명하는 도면이다.
도 33A 및 33B는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 효과를 설명하는 도면이다.
도 34A 및 34B는 본 발명의 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 효과를 설명하는 도면이다.
도 35는 본 발명의 제 6 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 36은 본 발명의 제 7 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 37은 본 발명의 제 8 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 38은 본 발명의 제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 39A는 마이크로미러의 반사면의 왜곡을 X방향에 대하여 도시하는 개략도이고, 도 39B는 마이크로미러의 반사면의 왜곡을 Y방향에 대하여 도시하는 개략도이다.
도 40A는 마이크로미러에 의해 반사된 광이 X방향에 평행인 면 내에서 전파하는 모양을 도시하는 개략도이고, 도 40B는 마이크로미러에 의해 반사된 광이 Y방향에 평행인 면 내에서 전파하는 모양을 도시하는 개략도이다.
도 41A 및 41B는 마이크로렌즈가 수차를 보정하는 형태를 설명하는 도면이다.
도 42A는 마이크로렌즈의 제 6 예의 정면도이고, 도 42B는 마이크로렌즈의 제 6 예의 측면도이다.
도 43A는 도 42A 및 도 42B의 마이크로렌즈에 의한 집광 상태를 X방향에 평행인 단면으로 도시하는 개략도이고, 도 43B는 도 42A 및 도 42B의 마이크로렌즈에 의한 집광 상태를 Y방향에 평행인 단면으로 도시하는 개략도이다.
도 44A 및 44B는 마이크로렌즈가 수차를 보정하는 형태를 설명하는 도면이다.
도 45는 본 발명의 제 10 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 46은 본 발명의 제 11 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 47은 본 발명의 제 12 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략 단면도이다.
도 48A 및 48B는 종래의 화상 노광 장치의 문제점을 설명하는 도면이다.
도 49A 및 49B는 종래의 화상 노광 장치의 문제점을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 우선, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다.
[화상 노광 장치의 구성]
도 1에 도시된 바와 같이, 화상 노광 장치는 감광 재료(150)의 시트를 흡착해서 유지하는 평판상 이동 스테이지(152)를 구비한다. 설치대(156)는 4개의 다리부(154)로 지지된다. 스테이지 이동 방향을 따라 연장된 2개의 가이드(158)는 설치대(156)의 상부면에 제공된다. 스테이지(152)는 그 길이 방향이 스테이지 이동 방향으로 정렬되도록 제공되고, 가이드(158)에 의해 왕복 이동할 수 있게 지지된다. 또한, 화상 노광 장치에는 스테이지(152)를 가이드(158)를 따라 구동하는 부주사 수단으로서 스테이지 구동 장치(304)[도 15 참조]가 제공된다.
C 형상 게이트(160)는 스테이지(152)의 이동 경로 넘어 설치대(156)의 중앙부에 제공된다. C 형상 게이트(160)의 단부는 설치대(156)의 측 가장자리에 고정된다. 스캐너(162)는 게이트(160)의 제 1 측에 제공되고, 감광 재료(150)의 선단 및 후단을 검출하는 복수(예컨대, 2개)의 센서(164)는 게이트(160)의 제 2 측에 제공된다. 스캐너(162) 및 센서(164)는 게이트(160)에 각각 설치되고, 스테이지(152)의 이동 경로의 상부에 고정된다. 스캐너(162) 및 센서(164)는 이들 동작을 제어하는 컨트롤러(도시 생략)에 연결된다.
스캐너(162)는, 도 2 및 도 3B에 도시된 바와 같이, m행 n열(예컨대, 3행 5열)을 갖는 적절한 행렬로 배열된 복수(예컨대, 14개)의 노광 헤드(166)를 구비한다. 이 예에서, 4개의 노광 헤드(166)는 감광 재료(150)의 폭에 의한 제한으로 인해 제 3 행에 제공된다. m행 n열에 배열된 각각의 노광 헤드는 노광 헤드(166mn)로 나타낼 것이다.
노광 헤드(166)에 의해 노광된 노광 영역(168)은 부주사 방향으로 단변을 갖는 사각형 영역이다. 따라서, 밴드 형상의 노광된 영역(170)은 스테이지(152)의 이동에 따라 감광 재료(150)에 각 노광 헤드(166)에 의해 형성된다. m행 n열로 배열된 노광 헤드에 의해 노광된 각각의 노광 영역은 노광 영역(168m,n)으로 나타낼 것이다.
도 3B에 도시된 바와 같이, 각 행의 노광 헤드(166)는 다른 행에 대해 소정 간격(노광 영역의 장변의 자연수배, 본 실시예에서는 2배)의 지그재그로 제공된다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 이는 밴드 형상의 노광된 영역(170)이 부주사 방향에 직교하는 방향으로 틈을 갖지 않도록 하는 것이다. 그러므로, 노광될 수 없는 1행의 노광 영역(1681,1) 및 노광 영역(1681,2) 사이의 일부는 2행의 노광 영역(1682,1)과 3행의 노광 영역(1683,1)에 의해 노광될 수 있다.
각 노광 헤드(1661,1 ~ 166m,n)는 입사된 광빔을 화상 데이터의 각 화소에 따라 변조하는 텍사스 인스트루먼사(미국)의 DMD(50)[디지털 마이크로미러 디바이스]를 구비한다. DMD(50)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부를 포함하고 후술될 컨트롤러(302)[도 15 참조]에 연결된다. 컨트롤러(302)의 데이터 처리부는 입력된 화상 데이터에 의거하여 각 노광 헤드(166)에 대해 제어해야 할 영역 내에 DMD(50)의 각 마이크로미러의 구동을 제어하는 제어 신호를 생성한다. "제어해야 할 영역"이 후술될 것이다. 미러 구동 제어부는 데이터 처리부에 의해 생성된 제어 신호에 따라 각 노광 헤드(166)에 대한 DMD(50)의 각 마이크로미러 반사면의 각도를 제어한 다. 반사면의 각도의 제어가 후술될 것이다.
파이버 어레이 광원(66); 광학계(67); 및 미러(69)는 DMD(50)의 광입사측에 이 순서로 제공된다. 파이버 어레이 광원(66)은 노광 영역(168)의 길이 방향에 대응하는 방향으로 정렬된 발광 단부(발광 점)를 갖는 복수의 광 파이버로 구성된 레이저 출사부를 포함한다. 광학계(67)는 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저빔을 보정해서 DMD(50)상에 집광한다. 미러(69)는 광학계(67)를 통과한 레이저빔을 DMD(50)을 향해서 반사시킨다. 광학계(67)는 도 4에 개략적으로 도시된다.
도 5에 상세하게 도시된 바와 같이, 광학계(67)는 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저빔(B)을 조사광으로서 집광하는 집광 렌즈(71); 집광 렌즈(71)를 통과한 광의 광학 경로에 삽입된 로드 형상 광 인테그레이터(integrator, 72)[이하, 간단히 "로드 인테그레이터(72)"로 칭함]; 및 로드 인테그레이터(72)의 하류측, 즉, 미러(69)측을 향하여 제공된 콜리메이터 렌즈(74)를 포함한다. 집광 렌즈(71), 로드 인테그레이터(72), 및 콜리메이터 렌즈(74)는 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저빔이 평행광에 가깝고 그 단면부를 가로질러 균일한 빔 강도를 갖는 광빔으로 DMD(50)에 입사되게 한다. 로드 인테그레이터(72)의 형상 또는 작용은 이후 상세하게 설명될 것이다.
광학계(67)를 통해 출사된 레이저빔(B)은 미러(69)에 의해 반사되고, TIR( 전반사) 프리즘(70)을 거쳐서 DMD(50)에 조사된다. TIR 프리즘(70)은 도 4에서 생략된다.
DMD(50)에 의해 반사된 레이저빔(B)을 감광 재료(150)상에 결상하는 결상 광 학계(51)는 DMD(50)의 광 반사측에 제공된다. 결상 광학계(51)는 도 4에 개략적으로 도시되지만, 도 5에 상세하게 도시된 바와 같이, 결상 광학계(51)는 렌즈계(52, 54)로 구성된 제 1 결상 광학계; 렌즈계(57, 58)로 구성된 제 2 결상 광학계; 마이크로렌즈 어레이(55); 및 애퍼쳐 어레이(59)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(55)와 애퍼쳐 어레이(59)는 제 1 결상 광학계와 제 2 결상 광학계 사이에 제공된다.
마이크로렌즈 어레이(55)는 DMD(50)의 각 화소에 대응하고 2차원으로 배열된 다수의 마이크로렌즈(55a)로 구성된다. 본 실시예에서, 후술되는 바와 같이, DMD(50)의 1024×768열의 마이크로미러 중 1024×256열만이 구동된다. 그러므로, 1024×256열의 마이크로렌즈(55a)가 대응하여 제공된다. 마이크로렌즈(55a)의 배열 피치는 세로 방향과 가로 방향으로 41㎛이다. 마이크로렌즈(55a)는 광학 글래스(BK7)로 형성되고, 예컨대 초점 거리가 0.19㎜이고 NA(개구수)가 0.11이다. 마이크로렌즈(55a)의 형상은 이후 상세하게 설명될 것이다. 각 마이크로렌즈(55a)의 위치에서 각 레이저빔(B) 빔 직경은 41㎛이다.
애퍼쳐 어레이(59)는 마이크로렌즈 어레이(55)의 마이크로렌즈(55a)에 대응하여 형성된 다수의 애퍼쳐(59a)를 가진다. 본 실시예에서, 애퍼쳐(59a)의 직경은 10㎛이다.
제 1 결상 광학계는 DMD(50)로부터 전파된 화상을 3배 확대해서 화상을 마이크로렌즈 어레이(55)상에 결상한다. 제 2 결상 광학계는 마이크로렌즈 어레이(55)를 통과한 화상을 1.6배 확대해서 화상을 감광 재료(150)상에 결상한다. 따라서, DMD(50)로부터의 화상이 4.8배 크기로 확대되어 감광 재료(150)상에 투영된다.
본 실시예에서, 프리즘 쌍(73)이 제 2 결상 광학계와 감광 재료(150) 사이에 제공된다. 도 5에서, 프리즘 쌍(73)을 수직 방향으로 이동시킴으로써 감광 재료(150)상의 화상의 초점이 조절될 수 있다. 도 5에서, 감광 재료(150)는 화살표(F) 방향으로 반송되어 부주사를 수행한다.
DMD(50)는 SRAM셀(60)[메모리셀]에 행렬로 배열된 화소를 구성하는 다수(예컨대, 1024×768)의 마이크로미러(62)를 갖는 미러 디바이스이다. 지주에 의해 유지된 마이크로미러(62)가 각 화소의 최상부에 제공되고, 알루미늄과 같은 고반사율을 갖는 재료가 증기 증착에 의해 마이크로미러(62)의 표면에 증착된다. 마이크로미러(62)의 반사율은 90% 이상이고, 마이크로미러(62)의 배열 피치는 세로 방향과 가로 방향 모두 13.7㎛이다. 또한, 일반적인 반도체 메모리의 제조 라인에서 제조되는 실리콘 게이트의 CM0S의 SRAM셀(60)이 지주를 거쳐서 힌지 및 요크를 포함하는 마이크로미러(62)의 바로 아래에 제공된다. DMD(50)는 모노리식 구성이다.
디지털 신호가 DMD(50)의 SRAM셀(60)에 쓰여질 때 지주에 의해 지지된 마이크로미러(62)는 대각선을 중심으로하여 DMD(50)가 제공된 기판에 대하여 ±α도(예컨대, ±12도)의 범위 내로 경사진다. 도 7A는 마이크로미러(62)가 온 상태에서 +α도 경사진 상태를 도시하고, 도 7B는 마이크로미러(62)가 오프 상태에서 -α도로 경사진 상태를 도시한다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, DMD(50)에 입사한 레이저빔(B)은 화상 신호에 따라 DMD(50)의 화소에 대응하는 각 마이크로미러(62)의 경사를 제어하여 각 마이크로미러(62)의 경사 방향을 향해 반사된다.
도 6은 마이크로미러(62)가 +α도와 ―α도로 경사지게 제어되는 DMD(50)의 확대된 일부를 도시한다. 각 마이크로미러(62)의 온/오프 동작은 DMD(50)에 연결된 컨트롤러(302)에 의해 행해진다. 또한, 광흡수체(도시 생략)는 오프 상태의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 레이저빔(B)이 반사되는 방향으로 제공된다. 본 실시예의 마이크로미러(62)는 그 반사면에 왜곡을 가진다. 그러나, 왜곡은 도 6, 도 7A, 및 도 7B에서 생략된다.
DMD(50)는 그 단변이 부주사 방향에 대하여 약간의 소정 각도(예컨대, 0.1˚ ~ 5˚)로 경사지게 제공되는 것이 바람직하다. 도 8A는 DMD(50)가 경사지지 않은 경우에 각 마이크로미러의 반사된 광 화상(53)[노광 빔]의 주사 궤적을 도시하고, 도 8B는 DMD(50)가 경사진 경우에 노광 빔(53)의 주사 궤적을 도시한다.
길이 방향으로 배열된 마이크로미러의 다수의(예컨대, 1024) 행과 다수의(예컨대, 756) 열이 DMD(50)의 측 방향으로 제공된다. 도 8B에 도시된 바와 같이, DMD(50)를 기울임으로써 노광 빔(53)의 주사 궤적(주사선)의 피치(P2)는 DMD(50)가 경사지지 않은 경우의 주사선의 피치(P1)보다 좁아진다. 그러므로, 화상의 해상도가 대폭 향상될 수 있다. 한편, DMD(50)의 경사각이 극소이므로 DMD(50)가 경사진 경우의 주사 폭(W2)과 DMD(50)가 경사지지 않은 경우의 주사 폭(W1)은 대략 동일하다.
또한, 동일한 주사선은 다른 마이크로미러 열에 의해 반복적으로 노광(다중 노광)된다. 이 형태로 다중 노광함으로써 얼라인먼트 마크에 대하여 노광 위치를 미세하게 제어하고 아주 세밀한 노광을 실현할 수 있다. 주주사 방향으로 배열된 복수의 노광 헤드 사이의 이음매는 노광 위치를 미세하게 제어하여 사실상 이음매 없게 제공될 수 있다.
마이크로미러 열은 DMD(50)를 기울이는 대신, 지그재그 형상이 되게 부주사 방향에 직교하는 방향으로 소정 간격씩 시프트되어 동일한 효과를 달성할 수 있다.
도 9A에 도시된 바와 같이, 파이버 어레이 광원(66)은 복수(예컨대, 14개)의 레이저 모듈(64)을 구비한다. 멀티 모드 광파이버(30)의 단부는 각 레이저 모듈(64)에 결합되어 있다. 멀티 모드 광파이버(30)와 동일한 코어 직경과 멀티 모드 광파이버(30)보다 작은 클래딩 직경을 갖는 광파이버(31)는 각 멀티 모드 광파이버(30)의 타단에 결합되어 있다. 도 9B에 상세하게 도시된 바와 같이, 광파이버(31)는 멀티 모드 광 파이버에 결합된 단부 반대측의 광파이버(30)의 7개의 단부가 부주사 방향에 직교하는 주주사 방향을 따라 배열된다. 7개의 광 파이버(31)의 2행은 레이저 출사부(68)를 구성한다.
도 9B에 도시된 바와 같이, 광파이버(31)의 단부에 의해 구성되는 레이저 출사부(68)는 평면을 갖는 2개의 지지판(65) 사이에 끼워져서 고정된다. 글래스와 같은 것으로 된 투명 보호판이 광파이버(31)의 광출사 단부면에 배치되는 것이 바람직하다. 광파이버(31)의 광출사 단부면은 광밀도가 높기 때문에 집진하기 쉬우므로 열화되기 쉽다. 그러나, 상술한 바와 같이, 보호판을 배치함으로써 단부면에 진애의 부착이 방지될 수 있고, 열화가 지연될 수 있다.
본 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 작은 클래딩 직경과 대략 1 내지 30㎝의 길이를 갖는 광파이버(31)는 큰 클래딩 직경을 갖는 멀티 모드 광파이버(30)의 광 출사 단부에 동축으로 결합된다. 각 쌍의 광파이버(30, 31)는 코어 축 이 일치하도록 광파이버(31)의 광 입사 단부면을 멀티 모드 광파이버(30)의 광 출사 단부면에 융착함으로써 결합된다. 상술한 바와 같이, 광파이버(31)의 코어(3la)의 직경은 멀티 모드 광파이버(30)의 코어(30a)의 직경과 동일하다.
스텝 인덱스형 광파이버, 그레이디드 인덱스형 광파이버, 또는 복합형 광파이버는 멀티 모드 광파이버(30) 및 광파이버(31)로 사용될 수 있다. 예컨대, 미쓰비시 전선 공업 주식회사(Mitsubishi Wire Industries KK)제 스텝 인덱스형 광파이버가 사용될 수 있다. 본 예에서, 멀티 모드 광파이버(30) 및 광파이버(31)는 스텝 인덱스형 광파이버이다. 멀티 모드 광파이버(30)는 125㎛의 클래딩 직경, 50㎛의 코어 직경, 및 0.2의 NA를 가진다. 광파이버(31)는 60㎛의 클래딩 직경, 50㎛의 코어 직경, 및 0.2의 NA를 가진다. 멀티 모드 광파이버(30)의 광 입사 단부면에 코팅의 투과율은 99.5% 이상이다.
광파이버(31)의 클래딩 직경은 60㎛에 한정되지 않는다. 종래의 파이버 광원에 사용되는 많은 광파이버의 클래딩 직경은 125㎛이다. 그러나, 클래딩 직경이 감소함에 따라 초점 심도가 깊어진다. 그러므로, 멀티 모드 광파이버의 클래딩 층은 80㎛ 이하가 바람직하고, 60㎛ 이하가 더 바람직하다. 한편, 싱글 모드 광파이버의 경우에, 코어 직경은 적어도 3 내지 4㎛일 필요가 있다. 그러므로, 광파이버(31)의 클래딩 직경은 10㎛ 이상인 것이 바람직하다. 멀티 모드 광파이버(30)의 코어 직경과 광파이버(31)의 코어 직경을 결합 효율의 관점으로부터 일치시키는 것이 바람직하다.
각 레이저 모듈(64)은 도 11에 도시된 합파 레이저 광원(파이버 광원)으로 구성된다. 합파 레이저 광원은 히트 블록(10); 히트 블록(10)상에 배열 고정된 복수(예컨대, 7개)의 GaN형 반도체 레이저 칩(LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6 및 LD7); 각 GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)에 대응하여 제공되는 콜리메이터 렌즈(11, 12, 13, 14, 15, 16 및 17); 단일 집광 렌즈(20); 및 단일 멀티 모드 파이버(30)를 포함한다. GaN형 반도체 레이저 칩은 가로 멀티 모드 레이저 칩 또는 단일 모드 레이저 칩일 수 있다. 반도체 레이저의 개수는 7개에 한정된 것은 아니고 어느 개수의 반도체 레이저가 사용될 수 있다. 또한, 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)가 인테그레이트되는 콜리메이터 렌즈 어레이는 콜리 메이터 렌즈(11 내지 17) 대신 사용될 수 있다.
모든 GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)는 동일 발진 파장(예컨대, 405㎚) 및 동일 최대 출력(예컨대, 멀티 모드 레이저의 경우에는 대략 100mW, 싱글 모드 레이저의 경우에는 대략 50mW)을 가진다. GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)는 350㎚ 내지 450㎚의 파장 범위 내에서 405㎚ 이외의 어느 발진 파장을 가질 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 합파 레이저 광원은 다른 광학 요소와 함께 개구 상부를 갖는 상자형 패키지(40) 내에 내장된다. 패키지(40)는 개구 상부를 밀봉하도록 형성된 패키지 리드(41)를 구비한다. 패키지(40)는 탈기 처리되며, 밀봉 가스가 유입되고, 패키지 리드(41)가 패키지에 위치된다. 그래서, 합파 레이저 광원은 패키지(40)의 폐쇄된 공간(밀봉된 공간) 내에 기밀 밀봉된다.
베이스판(42)은 패키지(40)의 바닥면에 고정된다. 히트 블록(10), 집광 렌 즈(20)를 유지하는 집광 렌즈 홀더(45), 및 멀티 모드 광파이버(30)의 광 입사 단부를 유지하는 파이버 홀더(46)가 베이스판(42)의 상부면에 설치된다. 멀티 모드 광파이버(30)의 광 출사 단부는 패키지(40)의 벽면에 형성된 개구를 통해 패키지 외부로 인출된다.
콜리메이터 렌즈 홀더(44)는 히트 블록(10)의 측면에 설치되어 있고, 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)는 그것에 의해 유지되어 있다. 개구는 패키지(40)의 측벽에 형성되고, GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)에 구동 전류를 공급하는 배선(47)은 패키지(40)의 외부를 향해 인출된다.
도 13에 있어서, GaN형 반도체 레이저(LD7) 및 콜리메이터 렌즈(17)만이 도면에 복잡함을 피하기 위해 참조 번호를 첨부한다.
도 14는 콜리메이터 렌즈(11 내지 l7)의 설치 부분의 정면도이다. 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)의 각각은 비구면을 갖는 원형 렌즈의 광축을 포함하는 영역을 잘라냄으로써 얻어진 긴 형상으로 형성된다. 긴 형상 콜리메이터 렌즈는 예컨대, 수지 또는 광학 유리를 성형함으로써 형성될 수 있다. 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)는 그 길이 방향이 GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)의 발광 점의 배열 방향(도 14에 있어서의 수평 방향)에 수직이도록 조밀하게 제공된다.
GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)는 2㎛의 발광 폭을 갖는 활성층을 포함한다. 활성층에 평행한 방향과 활성층에 수직인 방향으로 10˚ 및 30˚의 빔 스프레드 각을 각각 갖는 레이저 빔(B1 내지 B7)은 GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)로부터 출사된다. GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)는 그 발광점이 활성층에 평 행한 방향으로 배열되도록 제공된다.
따라서, 레이저 빔(B1 내지 B7)은 빔 스프레드 각이 큰 방향이 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)의 길이 방향과 일치하는 방향과, 빔 스프레드 각이 작은 방향이 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)의 폭 방향과 일치하는 상태에서 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)에 입사되게 각 발광 점으로부터 출사된다. 각 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)의 폭과 길이는 각각 1.1㎜와 4.6㎜이다. 수평 방향과 수직 방향으로의 레이저 빔(B1 내지 B7)의 빔 직경은 각각 0.9㎜와 2.6㎜이다. 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)는 3㎜의 초점 거리(f1), 0.6의 개구수(NA)를 갖고 1.25㎜의 피치로 배열된다.
집광 렌즈(20)는 비구면을 구비한 원형 렌즈의 광축을 포함하는 긴 형상의 영역을 평행면에서 절단하여 얻어진다. 집광 렌즈(20)는 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)의 배열 방향, 즉, 수평 방향으로 길게 되고, 수직한 방향으로 짧게 되도록 형성된다. 집광 렌즈(20)는 23㎜의 초점 거리와 0.2의 개구수(NA)를 가진다. 또한, 집광 렌즈(20)는 예컨대, 수지 또는 광학 유리를 성형함으로써 형성될 수 있다.
그 다음, 본 실시예의 화상 노광 장치의 전기적 구성이 도 15을 참조하여 설명될 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 전체 제어부(300)는 차례로 DMD(50)를 제어하는 컨트롤러(302)에 연결된 변조 회로(301)에 연결되어 있다. 또한, 전체 제어부(300)는 레이저 모듈(64)을 구동하는 LD 구동 회로(303)에 연결되어 있다. 또한, 전체 제어부(300)는 스테이지(152)를 구동하는 스테이지 구동 장치(304)에 연결되어 있다.
[화상 노광 장치의 동작]
그 다음, 상기 설명된 화상 노광 장치의 동작이 설명될 것이다. 레이저 빔(B1 내지 B7)은 확산 상태에서 파이버 어레이 광원(66)의 합파 레이저 광원을 구성하는 각 GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)에 의해 출사된다(도 11 참조). 레이저 빔(B1 내지 B7)은 콜리메이터 렌즈(11 내지 17)로부터 대응하는 콜리메이터 렌즈에 의해 콜리메이트된다. 콜리메이트된 레이저 빔(B1 내지 B7)은 집광 렌즈(20)에 의해 집광되고, 멀티 모드 광 파이버(30)의 코어(30a)의 광 입사면에 수렴된다.
본 실시예에서, 콜리메이터 렌즈(11 내지 17) 및 집광 렌즈(20)는 집광 광학계를 구성하고, 상기 집광 광학계와 멀티 모드 광파이버(30)는 합파 광학계를 구성한다. 즉, 집광 렌즈(20)에 의해 집광된 레이저 빔(B1 내지 B7)은 멀티 모드 광파이버(30)의 코어(30a)에 입사되며 싱글 레이저 빔(B)으로 합파되고, 멀티 모드 광파이버(30)의 광 출사 단부에 결합된 광파이버(31)로부터 출사된다.
멀티 모드 광 파이버(30)에 대하여 레이저 빔(B1 내지 B7)의 결합 효율은 각 레이저 모듈에서 0.9이다. 각 GaN형 반도체 레이저(LD1 내지 LD7)의 출력이 50㎽인 경우에, 315㎽(30㎽ × 0.9 × 7)의 출력을 갖는 합파된 레이저 빔(B)은 어레이로 제공된 각 광 파이버(31)로부터 얻어질 수 있다. 따라서, 4.4W(0.315W × 14)의 출력을 갖는 레이저 빔(B)은 14개의 결합된 광 파이버(31)로부터 출력될 수 있다.
화상 노광 동안, 노광 패턴에 대응하는 화상 데이터는 모듈 회로(301)로부터 DMD(50)의 컨트롤러(302)에 입력된다. 화상 데이터는 컨트롤러(302)의 프레임 메모리에 일시적으로 기억된다. 화상 데이터는 2진수 데이터로서 화상을 구성하는 각 화소의 밀도(도트의 기록의 유무)를 나타낸다.
감광 재료(150)가 흡착에 의해 고정된 면의 스테이지(152)는 도 15에 도시된 스테이지 구동 장치(304)에 의해 게이트(160)의 상류측으로부터 하류측으로 가이드(158)를 따라 반송된다. 스테이지(152)가 게이트(160) 아래를 통과할 때 감광 재료의 선단은 게이트(160)에 설치된 센서(164)에 의해 검출된다. 그리고, 프레임 메모리에 기억된 화상 데이터는 동시에 복수의 라인씩 순차적으로 판독된다. 제어 신호는 판독된 화상 데이터에 의거하여 각 노광 헤드(166)에 대해 신호 처리부에 의해 생성된다. 그리고, 미러 구동 제어부는 생성된 제어 신호에 의거하여 각 노광 헤드(166)의 DMD(50)의 각 마이크로미러의 온/오프 상태를 제어한다. 본 실시예에서, 싱글 화소에 대응하는 각 마이크로 미러는 14㎛ × 14㎛이다.
레이저 빔(B)이 파이버 어레이 광원(66)으로부터 DMD(50)에 조사될 때 온 상태의 마이크로미러에 의해 반사된 레이저 빔은 렌즈계(54, 58)에 의해 감광 재료(150)상에 결상된다. 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저빔은 각 화소마다 온/오프되어 감광 재료(150)는 이 형태로 DMD(50)의 화소수와 대략 같은 화소 단위[노광 영역(l68)]로 노광된다. 감광 재료(150)는 스테이지(152)와 함께 일정 속도로 반송된다. 스캐너(162)에 의해 스테이지 이동 방향과 반대 방향으로 부주사가 행해지고, 밴드 형상의 노광된 영역(170)은 각 노광 헤드(166)에 의해 감광 재료(150)상에 형성된다.
본 실시예에서, 도 16A 및 도 16B에 도시된 바와 같이, 1024 마이크로미러 의 768열 마이크로미러는 부주사 방향으로 각 DMD(50)에 제공된다. 그러나, 마이크로미러 열의 일부(예컨대, 1024 × 256열)만이 컨트롤러(302)에 의해 구동된다.
이 경우, 도 16A에 도시된 바와 같이, DMD(50)의 중앙부에 배치된 마이크로미러 열이 사용될 수 있다. 대안으로, 도 16B에 도시된 바와 같이, DMD(50)의 가장자리부에 배치된 마이크로미러 열이 사용될 수 있다. 또한, 마이크로미러의 일부 등에 하자가 발생한 경우에 사용될 마이크로미러는 적절하게 변경될 수 있다.
DMD(50)의 데이터 처리 속도는 한정되고, 각 라인에 대한 변조 속도는 사용된 화소 수에 비례해서 결정된다. 그러므로, 변조 속도는 마이크로미러 열의 일부만을 사용하여 증가된다. 한편, 노광 헤드가 노광면에 대하여 연속적으로 이동되는 노광 형태가 채용되는 경우에 부주사 방향에서 모든 화소를 사용할 필요가 없다.
스캐너(162)에 의해 감광 재료(150)의 부주사가 종료되고, 감광 재료(150)의 후단이 센서(164)에 의해 검출될 때 스테이지(152)는 스테이지 구동 장치(304)에 의해 가이드(158)를 따라 게이트(160)의 최상류측에 있는 원점으로 복귀된다. 그리고, 스테이지(152)는 다시 일정 속도로 게이트(160)의 상류측으로부터 하류측으로 이동된다.
[화상 노광 장치의 광학계의 상세]
다음, 도 5에 도시된 파이버 어레이 광원(66), 집광 렌즈(71), 로드 인테그레이터(72), 콜리메이터 렌즈(74), 미러(69), 및 TIR 프리즘(70)을 포함하는 레이저 빔(B)을 DMD(50)에 조사하는 조사 광학계가 설명될 것이다. 로드 인테그레이터(72)는 예컨대, 사각 기둥처럼 형성된 투광성 로드이다. 레이저 빔(B)은 전반사되면서 로드 인테그레이터(72)의 내부를 통해 전파되고, 레이저 빔(B)의 단면 내의 강도 분포가 균일화된다. 반사 방지막은 투광성을 증가시키기 위해 로드 인테그레 이터(72)의 광 입사면과 광 출사면에 코팅된다. 이 형태로 레이저 빔(B)의 단면 내의 강도 분포를 균일화함으로써 조사 광의 강도의 불균일이 제거될 수 있고, 고선명화가 감광 재료(150)상에 노광될 수 있다.
도 17은 DMD(50)의 마이크로미러(62)가 회전하는 중심축이 되는 편향축의 방향을 도시한다. 본 실시예에서, 마이크로미러(62)의 반사면의 대각선의 한쪽은 편향축의 방향이다. 이 방향은 y방향으로 지정되고, 다른 방향의 대각선은 x방향으로 지정된다. 즉, x방향과 y방향은 광축(O)에 수직한 면 내의 2개의 다른 방향이며, 본 실시예에 있어서 2 방향은 직교하고 있다.
도 18A 및 도 18B는 각각 x방향 및 y방향에 평행한 면 내의 마이크로미러(62)의 반사면의 높이 변위를 개략적으로 도시하는 그래프이다. 도 18A 및 도 18B에서, 그래프의 수평축은 각 방향에서 반사면의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 수직축은 광축의 방향에서의 변위를 나타낸다. 도 18A 및 도 18B에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(62)의 반사면은 x방향에서 오목 형상과 y방향에서 볼록 형상을 갖는 곡면 형상이다. 즉, 반사면은 회전 비대칭의 곡면이고, 이방적 왜곡을 가진다. 이 형상으로 인해, 마이크로미러(62)는 x방향과 y방향에서 다른 부호의 파워를 가지는 회전 비대칭 구성이 된다.
상술한 바와 같이, 평행 광이 다른 부호의 파워를 갖는 마이크로미러(62)에 조사되면 반사된 광은 x방향으로 수렴되고, y방향으로 발산될 것이다. 도 19A 및 도 19B는 각각 x방향 및 y방향에 평행한 면 내에서, 상기 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광이 제 1 결상 광학계를 구성하는 렌즈계(52, 54)를 통해 전파되는 형태를 도시하는 도면이다.
렌즈계(52, 54)는 광축에 대하여 회전 대칭의 파워를 가진다. TIR 프리즘(70) 및 마이크로렌즈 어레이(55)는 도 19A 및 도 19B로부터 생략된다. 3개의 인접한 마이크로미러(62)는 도 19A 및 도 19B에 도시된다. 각 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광에 의한 화상은 곡선 화살표에 의해 나타내고, 중심 마이크로미러(62)의 중심 및 가장자리에 의해 반사된 광빔은 실선에 의해 나타낸다. 또한, 3개의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 빔의 빔 직경이 빔이 렌즈계(54)로부터 하류로 전파됨에 따라 변하는 형태로 도 19A 및 도 19B에서 점선에 의해 도시된 타원으로 나타낸다.
상술한 바와 같이, x방향으로 수렴하고 y방향으로 발산하는 광이 광축에 대하여 회전 대칭의 파워를 갖는 보통 렌즈에 의해 집광되는 경우에 빔 직경이 최소인 광축 방향에서 위치(빔 웨이스트 위치)는 x방향에서와 y방향에서 다른 것이다. 즉, 비점 수차가 발생하고, 이는 고선명화를 얻기 위한 장애가 된다.
상술한 문제를 방지하기 위해 본 실시예에 따라 화상 노광 장치의 마이크로렌즈 어레이(55)의 마이크로렌즈(55a)는 종래 마이크로렌즈와 다른 형상이 된다. 이하, 이 점이 상세히 설명될 것이다.
도 20A 및 도 20B는 각각 전체 마이크로렌즈 어레이(55)의 정면도 및 측면도이다. 또한, 마이크로렌즈 어레이(55)의 치수는 ㎜ 단위로 이 도면에서 도시된다. 본 실시예에서, 도 16을 참조하여 미리 설명된 바와 같이, DMD(50)의 1024개 × 256열의 마이크로미러(62)가 구동된다. 마이크로렌즈 어레이(55)는 마이크로미 러(62)에 대응하는 1024개 마이크로렌즈(55A)를 각각 포함하는 가로 행의 256열을 포함한다. 도 20A에서, 마이크로렌즈(55a)의 행이 연장된 가로 방향은 j로 나타내고, 수직 방향은 k로 나타낸다.
각 마이크로렌즈(55a)는 마이크로미러(62)의 반사면의 이방적 왜곡을 보정하기 위해, x방향과 y방향에서 다른 파워를 가진다. 즉, 각 마이크로렌즈(55a)는 광축에 대하여 회전 비대칭의 파워를 가진다. 보다 구체적으로, 본 실시예에서 마이크로렌즈(55a)는 x방향으로 0의 파워와 y방향으로 양의 값의 파워를 갖는 원통형 렌즈이다. y방향의 파워 값은 마이크로미러(62)의 반사면의 곡률을 고려하여 레이저 빔이 렌즈계(52, 54) 및 마이크로렌즈(55a)를 통과한 후에 x방향과 y방향에서 빔 웨이스트 위치의 차가 0에 가까워지도록 결정된다.
도 21A은 그러한 마이크로렌즈(55a)의 예의 사시도이다. 마이크로렌즈(55a)는 x방향 및 y방향으로 대각선을 갖는 사각의 바닥면 및 곡면 상부면을 가진다. 도 21B에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(55a)는 광축을 통과하는 x방향에 평행한 직사각의 단면을 가진다. 도 21C에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(55a)는 선형 바닥부와 아치형 상부를 가지며, y방향에 평행하고 광축을 통과하는 돌출 형상 단면을 가진다.
마이크로미러(62)의 반사면에서 왜곡에 의해 발생된 수차가 마이크로렌즈(55a)에 의해 보정되는 형태가 더 상세하게 설명될 것이다. 도 22A 및 도 22B는 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광이 각각 광축을 통과하고 x방향 및 y방향에 평행한 단면 내에서 보정되는 형태를 도시하는 개략도이다. 마이크로렌즈 어레이(55) 는 제 1 결상 광학계에 의해 마이크로미러(62)의 화상이 결상되는 결상 위치 근방에 제공된다.
TIR 프리즘(70)은 도 22A 및 도 22B에서 생략된다. 3개의 인접한 마이크로미러(62)는 도 22A 및 도 22B에 도시되고, 중심 마이크로미러의 중심 및 가장자리에 의해 반사된 광빔은 실선에 의해 나타낸다. 또한, 3개의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 빔의 빔 직경이 빔이 렌즈계(54)로부터 하류로 전파됨에 따라 변하는 형태는 점선에 의해 도시된 타원으로 나타낸다.
도 22A에 도시된 바와 같이, x방향으로 오목 형상을 갖는 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광은 수렴광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(55a)에 입사한다. 전술한 바와 같이, x방향에서 마이크로렌즈(55a)의 파워는 0이다. 그러므로, 마이크로렌즈(55a)에 입사된 광은 x방향에서 광축에 대하여 각을 변경시키지 않고 전파되고, 그 빔 직경은 빔 웨이스트 위치에서 최소가 된다.
한편, 도 22B에 도시된 바와 같이, y방향으로 볼록 형상을 갖는 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광은 발산광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(55a)에 입사한다. 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈(55a)는 y방향으로 양의 값의 파워를 가진다. 그러므로, 마이크로렌즈(55a)에 입사된 광은 y방향으로 집광되고, 그 빔 직경은 상기 x방향의 빔 웨이스트 위치와 동일한 위치에서 최소가 된다.
상술한 바와 같이, 마이크로렌즈(55a)는 마이크로미러(62)의 반사면의 이방적 형상에 대응하는 x방향과 y방향으로 다른 파워를 갖도록 구성된다. 그래서, 비 점 수차가 보정되고, 빔의 단면 형상은 타원이 되는 것을 막을 수 있다. 따라서, x방향 및 y방향에서 빔 웨이스트 위치가 일치되어 빔의 단면 형상이 형성될 수 있고, 집광된 빔은 화상을 형성에 이용될 수 있다. 그러므로, 고선명화를 얻을 수 있다.
상기 설명에서, 마이크로미러(62)의 반사면이 x방향으로 오목하고, y방향의 볼록한 경우가 설명되었다. 반사면이 x방향과 y방향 중 한쪽으로 평면이고, 다른 쪽은 오목하거나 볼록한 경우에 마이크로미러(62)의 반사면에 의해 발생된 비점 수차를 보정하는 것도 가능하다. 다음, 이 경우가 설명될 것이다.
우선, 반사면이 x방향으로 오목하고 y방향으로 평면인 복수의 마이크로미러(262)를 포함하는 DMD(250)가 화상 형성에 사용될 경우가 설명될 것이다. 간단하게, x방향으로 마이크로미러(262)의 오목 형상은 x방향으로 마이크로미러(62)의 오목 형상과 동일할 것이다.
이 경우에, 복수의 마이크로렌즈(55a')를 포함하는 마이크로렌즈 어레이(55')가 사용된다. 각 마이크로렌즈(55a')는 x방향으로 0의 파워와 y방향으로 상기 마이크로렌즈(55a)의 파워보다 더 작은 양의 값의 파워를 갖는 원통형 렌즈이다. 즉, 마이크로렌즈(55a')는 y방향으로 마이크로렌즈(55a)보다 더 큰 곡률 반경을 가진다. 마이크로렌즈(55a')의 y방향으로 파워 값은 마이크로미러(262)의 반사면의 곡률을 고려하여 레이저 빔이 렌즈계(52, 54) 및 마이크로렌즈(55a)를 통과한 후에 x방향과 y방향에서 빔 웨이스트 위치 차(비점 수차)가 0에 가까워지도록 결정된다.
마이크로미러(262)의 반사면의 왜곡에 의해 발생된 수차가 마이크로렌즈(55a)에 의해 보정되는 형태가 도 22A 및 도 22C을 참조하여 설명될 것이다. 도 22C는 광축을 통과하고, y방향에 평행한 단면 내에서 마이크로미러(262)에 의해 반사된 광이 보정되는 형태를 도시하는 개략도이다. 도 22C의 형태는 도 22A 및 22B의 형태와 동일하다. 이 경우에도 마이크로렌즈 어레이(255)가 제 1 결상 광학계에 의해 마이크로미러(262)의 화상이 결상되는 결상 위치 근방에 제공된다.
x방향에 대하여, 마이크로렌즈(55a')의 동작은 도 22A에 대하여 설명된 마이크로렌즈(55a)의 동작과 동일하다. 그러므로, x방향으로 광의 빔 직경은 빔 웨이스트 위치에서 최소가 된다.
한편, 도 22C에 도시된 바와 같이, y방향으로 평면 형상을 갖는 마이크로미러(262)에 의해 반사된 광은 평행 광처럼 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(55a')에 입사한다. 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈(55a')는 y방향으로 양의 파워를 가진다. 그러므로, 마이크로렌즈(55a')에 입사된 광은 y방향으로 집광되고, 빔 직경은 상기 x방향의 빔 웨이스트 위치와 동일한 위치에서 최소가 된다.
이와 같이, 비점 수차는 마이크로미러의 반사면이 광축에 수직한 면 내의 다른 방향으로 오목 형상과 평면 형상을 갖는 경우에도 반사면의 형상에 대응하는 마이크로렌즈를 사용함으로써 보정될 수 있다. 따라서, 유사한 효과가 미리 설명된 경우에서와 같이 얻어질 수 있다.
y방향으로 마이크로렌즈(55a, 55a')의 단면 형상은 도 21C에 도시된 평평한 바닥 돌출부에 제한된 것은 아니고, 메니스커스(meniscus) 형상일 수 있다. 또한, 본 실시예에서 마이크로미러의 반사면이 오목한 방향으로 마이크로렌즈의 파워는 O이다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 마이크로렌즈는 광이 마이크로렌즈를 통과한 후에 수렴되고 마이크로미러에 의해 발생된 비점 수차가 보정될 수 있는 한 마이크로미러의 반사면이 오목한 방향으로 양 또는 음의 파워를 가질 수 있다.
그 다음, 마이크로미러의 반사면이 x방향으로 평면이고, y방향으로 볼록한 경우가 설명될 것이다. 이 경우에, x방향에서 파워가 y방향에서 파워보다 더 작은 x방향과 y방향으로 양의 파워를 갖는 마이크로렌즈는 원통형 마이크로렌즈(55a, 55a') 대신에 사용된다. x방향 및 y방향에 평행한 방향으로 다른 곡률 반경을 갖는 구면 렌즈와 동일한 단면 형상을 갖도록 구성된 렌즈는 그러한 마이크로렌즈의 일례이다.
마이크로렌즈의 x방향과 y방향에서 파워의 값은 마이크로미러의 반사면의 곡률을 고려하여 레이저 빔이 렌즈계(52, 54) 및 마이크로렌즈를 통과한 후에 x방향과 y방향에서 빔 웨이스트 위치의 차(비점 수차)가 O에 가까워지도록 결정된다.
이 경우에, x방향에 대하여 마이크로렌즈의 동작은 도 22C를 참조하여 설명된 마이크로렌즈(55a')의 동작과 동일하다. 또한, y방향에 대하여, 마이크로렌즈의 동작은 도 22B를 참조하여 설명된 마이크로렌즈(55a)의 동작과 동일하다. 따라서, x방향과 y방향에서 빔 웨이스트 위치가 일치될 수 있다.
이 형태로 비점 수차는 마이크로미러의 반사면이 광축에 수직한 면 내의 다른 방향으로 평면 형상과 볼록 형상을 갖는 경우에도 반사면의 형상 및 곡률에 대 응하는 마이크로렌즈를 사용함으로써 보정될 수 있다. 따라서, 유사한 효과가 미리 설명한 경우에서와 같이 얻어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 마이크로미러의 반사면이 x방향과 y방향으로 다른 형상을 갖더라도 마이크로미러에 의해 발생된 비점 수차는 마이크로렌즈의 파워를 x방향과 y방향으로 다르게 설정함으로써 보정될 수 있다. 따라서, 고선명화가 얻어질 수 있다.
상기 설명에서, 마이크로렌즈의 곡면 형상은 구면 형상이다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 고차(4차, 6차, ···)의 비구면 형상이 채용될 수 있다.
상술한 실시예에 있어서, 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 각 마이크로렌즈는 굴절형 렌즈이다. 굴절형 렌즈 대신 굴절률 분포용 렌즈를 사용함으로써 유사한 효과를 얻을 수 있다. 도 23A 및 도 23B는 그러한 굴절률 분포용 렌즈의 일례로 마이크로렌즈(155a)를 도시하며, 도 23A는 정면도이고 도 20B는 측면도이다. 도 23A 및 도 23B에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(155a)는 평행 평판 형상이다. 도 23A의 x와 y방향은 미리 설명된 바와 같은 것이다.
도 24A 및 도 24B는 레이저 빔(B)이 각 x방향 및 y방향에 평행한 면 내의 마이크로렌즈(l55a)를 통과할 때의 상태를 개략적으로 도시한다. 마이크로렌즈(155a)는 x방향으로 균일한 굴절률 분포를 갖고, y방향으로 광축(O)으로부터 외부를 향해서 증대하는 굴절률 분포를 가진다. 도 24B에 도시된 마이크로렌즈(155a)의 파선은 굴절률 분포가 광축(O)으로부터 소정의 피치로 변하는 위치를 나타낸다.
도 24A 및 도 24B에 도시된 바와 같이, x방향에 평행한 단면과 y방향에 평행한 단면을 비교하면 마이크로렌즈(155a)에 입사된 평행 광은 x방향에 평행한 단면에 평행 광으로서 출사되고, 마이크로렌즈(155a)에 입사된 광은 y방향에 평행한 단면에 수렴광으로서 출사된다. 상기 마이크로렌즈(55a, 55a')로 구성된 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 얻어진 것과 동일한 효과가 굴절률 분포용 렌즈로 구성된 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 얻어질 수 있다.
다른 대안으로, 굴절률 분포가 x방향과 y방향이고 굴절률 분포의 변화율이 y방향보다 x방향이 더 작고 초점 거리가 y방향보다 x방향이 더 긴 마이크로렌즈(255a)가 사용될 수 있다. 도 25A 및 도 25B는 각각 x방향 및 y방향에 평행한 단면에서 마이크로렌즈(255a)에 의해 레이저 빔(B)의 집광 상태를 개략적으로 도시한다. 마이크로렌즈(255a)는 광축(O)으로부터 외부를 향해서 증대하는 굴절률 분포를 가진다. 도 25A 및 도 25B에 도시된 마이크로렌즈(255a)의 파선은 굴절률 분포가 광축(O)으로부터 소정의 피치로 변하는 위치를 나타낸다.
도 25A 및 도 25B에 도시된 바와 같이, x방향에 평행한 단면과 y방향에 평행한 단면을 비교하면 굴절률 분포의 변화율은 마이크로렌즈(255a)의 y방향으로 더 크고, 초점 거리가 더 짧다. x방향과 y방향으로 양의 파워를 갖는 상기 마이크로렌즈로 구성된 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 얻어진 것과 동일한 효과가 굴절률 분포용 렌즈(255a)로 구성된 마이크로렌즈 어레이에 의해 얻어질 수 있다.
또한, 회절형 렌즈(25)는 상기의 굴절형 렌즈 및 굴절률 분포용 렌즈 대신 사용될 수 있다. 도 26A 및 도 26B는 그러한 마이크로렌즈(355a)의 일례로서 마이 크로렌즈(355a)를 도시한다. 도 26A 및 도 26B는 각각 마이크로렌즈(355a)의 정면도 및 측면도이다. 도 26A 및 도 26B에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(355a)는 평행 평판 형상이다. 도 26A에 개략적으로 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(355a)는 소정 피치로 형성된 회절 격자를 가진다. 마이크로렌즈(355a)는 x방향으로 O의 파워를 갖고, y방향으로 양의 파워를 갖는다. 상기 마이크로렌즈(55a 또는 55a')로 구성된 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 얻어진 것과 동일한 효과가 회절형 렌즈(355a)로 구성된 마이크로렌즈 어레이에 의해 얻어질 수 있다.
또한, 도 27A 및 도 27B에 도시된 바와 같이, 회절형 렌즈(455a)는 x방향과 y방향에 양의 파워를 갖고, x방향의 파워가 y방향의 파워보다 작은 상기 렌즈 대신 사용될 수 있다. 도 27A 및 도 27B은 각각 이 마이크로렌즈(455a)의 정면도 및 측면도이다. 도 27A 및 도 27B에 도시된 바와 같이, 회절형 렌즈(455a)는 평행 평판 형상이다. 도 27A의 x와 y방향은 미리 설명한 바와 같다. 도 27A에 개략적으로 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈(455a)의 회절 격자는 x방향보다 y방향으로 피치 간격이 커지고, x방향의 파워는 y방향의 파워보다 작게 구성된다. x방향과 y방향에 양의 파워를 갖고, x방향의 파워가 y방향의 파워보다 작은 상기 마이크로렌즈로 구성된 마이크로렌즈 어레이를 사용하여 얻어진 것과 동일한 효과가 회절형 렌즈(455a)로 구성된 마이크로렌즈 어레이에 의해 얻어질 수 있다.
또한, 굴절형 렌즈; 굴절률 분포용 렌즈; 및 회절형 렌즈 중 2개 이상의 조합이 상기 마이크로렌즈 대신 사용될 수 있다. 프레넬 렌즈는 굴절형 렌즈와 회절형 렌즈의 조합의 일례이다. 다른 예로서, 굴절형 분포를 갖는 구면 렌즈는 굴절형 렌즈와 굴절률 분포용 렌즈의 조합이다. 이러한 형태의 렌즈를 사용한 경우에, 면 형상 및 굴절률 분포는 마이크로미러의 반사면의 왜곡에 의한 수차를 보정한다.
여기서, 분리 집광 위치가 도 22A를 참조하여 설명될 것이다. 도 22A의 파선으로 나타낸 오버랩 타원에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 각 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광빔은 마이크로렌즈(55a)의 상류측에서 넓어지고 오버랩된다. 반대로 도 22A의 파선으로 나타낸 분리된 타원에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 인접한 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광빔은 마이크로렌즈(55a)의 하류측에서 분리된 광빔으로서 집광된다. 또한, 도 22B에서, 각 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광빔은 마이크로렌즈(55a)의 하류측에서 분리된 광빔으로서 집광된다.
즉, 마이크로렌즈(55a)의 하류측에서의 소정 범위는 각 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광빔이 렌즈계(52, 54) 및 마이크로렌즈(55a)에 의해 분리된 광으로서 집광되는 분리 집광 위치를 포함한다.
본 실시예에서, 애퍼쳐 어레이(59)는 범위 내의 분리 집광 위치에 제공된다. 애퍼쳐 어레이(59)는 각 애퍼쳐(59a)가 대응하는 마이크로렌즈(55a)를 거쳐서 전파하는 광빔만을 전송하도록 구성된다. 그래서, 애퍼쳐(59a)에 대응하지 않는 인접한 마이크로렌즈(55a)에 의해 집광된 광의 입사와 미광의 입사가 방지될 수 있어서 화상 노광 장치의 소광비를 향상시킬 수 있다. 또한, 이렇게 구성된 애퍼쳐 어레이(59)는 광 이용 효율이 높게 나타나고, 또한 애퍼쳐(59a)로 광빔의 단면 형상을 형성하는 기능을 할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 의한 노광 화상 장치가 설명될 것이다. 후속 설명과 참조 도면으로 이전 실시예 사이의 특징적 구조와 차이만이 상세하게 설명될 것이다. 이전 실시예의 것과 동일한 소자는 동일한 참조 번호로 나타낼 것이고, 특별히 필요하지 않는 한 그 설명은 생략될 것이다.
본 발명의 제 2 실시예에 의한 화상 노광 장치가 다음에 설명될 것이다. 도 2B는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 28의 노광 헤드는 결상 광학계(51) 대신 결상 광학계(51')를 포함하는 도 5에 도시된 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 결상 광학계(51')는 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계가 생략된 결상 광학계(51)와 다른 것이다. 다른 구성은 이미 설명된 실시예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략될 것이다.
즉, 제 2 실시예에서 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 집광된 광빔은 감광 재료(150)를 직접 노광한다. 제 2 실시예는 제 1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 29는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 나타내는 개략적 단면도이다. 도 29의 노광 헤드는 분리 집광 위치에 마이크로렌즈 어레이(56)를 더 포함하는 도 5에 도시된 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 제 3 실시예에 의한 화상 노광 장치는 제 1 실시예의 결상 광학계(51) 대신 결상 광학계(151)를 사용한다. 결상 광학계(151)는 렌즈계(52, 54)를 포함하는 제 1 결상 광학계; 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계; 마이크 로렌즈 어레이(55); 집광용 마이크로렌즈 어레이(56); 및 애퍼쳐 어레이(159)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(55), 집광용 마이크로렌즈 어레이(56), 및 애퍼쳐 어레이(159)는 제 1 및 제 2 결상 광학계 사이에 제공된다. 다른 구성이 이미 설명된 실시예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략될 것이다.
집광용 마이크로렌즈 어레이(56)는 각 화소부로부터 광빔을 각각 집광하는 복수의 마이크로렌즈(56a)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(55)의 마이크로렌즈(55a)에 의해 수차가 보정된 광빔은 마이크로렌즈(56a)에 입사된다. 또한, 애퍼쳐 어레이(159)는 애퍼쳐 어레이(59)와 유사하게, 차광성 부재에 형성된 마이크로렌즈 어레이(56)의 마이크로렌즈(56a)에 대응하는 다수의 애퍼쳐(159a)를 가진다. 애퍼쳐 어레이(159)는 대응하는 마이크로렌즈(56a)를 통해 전파하는 광빔만이 각 애퍼쳐(159a)에 입사되도록 제공된다.
제 3 실시예는 제 1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상술한 구성에서, 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 집광되어 단면 형상이 형성된 광빔은 마이크로렌즈 어레이(56)에 의해 더 집광된다. 그러므로, 빔 스폿 크기는 제 1 실시예에서 보다 훨씬 더 작게 되도록 제어될 수 있고, 노광되도록 화상의 선예도를 향상시킬 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 4 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 30은 본 발명의 제 4 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 나타내는 개략 단면도이다. 도 30의 노광 헤드는 결상 광학계(151) 대신 결상 광학계(151')를 포함하는 도 29에 도시된 제 3 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 결상 광학계(151')는 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계가 생략된 결상 광학계(151)와 다른 것이다. 다른 구성이 이미 설명된 실시예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략될 것이다.
즉, 제 4 실시예에 있어서, 마이크로렌즈 어레이(55, 56)에 의해 집광된 광빔은 감광 재료(150)를 직접 노광한다. 제 4 실시예는 제 3 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 광빔의 광축 방향으로 이동되게 제공될 수 있다. 이 경우에, 광빔의 초점 조정이 용이하게 된다. 특히, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 결상 위치가 아니라 분리 집광 위치에 제공되므로 초점이 조정될 때 광 이용 효율의 변화가 최소한으로 억제될 수 있다. 즉, 분리 집광 위치와 그 근방에서의 광 이용 효율의 변화는 결상 위치와 그 근방에서의 광 이용 효율의 변화보다 작다. 그러므로, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 광축 방향으로 이동될 때 광 이용 효율이 급격하게 변하는 것을 방지할 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 31은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 31의 노광 헤드는 결상 광학계(51) 대신 결상 광학계(251)를 사용한 도 5에 도시된 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 특징은 마이크로미러가 광축에 수직한 면 내에 2 방향으로 다른 부호의 파워를 가지며; 마이크로렌즈 어레이(555)가 분리 집광 위치에 제공되고; 마이크로렌즈 어레이(555)의 각 마이크로 렌즈(555a)가 마 이크로미러의 파워에 의해 발생된 수차를 보정하기 위해 광축에 수직한 면 내에 2 방향으로 다른 부호의 파워를 가진다는 것이다.
제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 마이크로미러(62)의 형상은, 도 18A 및 도 18B에 도시된 바와 같이, 제 1 실시예의 것과 동일하다. 도 18A 및 도 18B는 각 x방향과 y방향에 평행한 면의 마이크로미러(62)의 반사면의 높이 변위를 개략적으로 도시하는 그래프이다. 또한, x방향과 y방향은 도 17에 도시된 제 1 실시예의 것과 동일하다. 도 18A 및 도 18B에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(62)의 반사면은 x방향으로 오목 형상과 y방향으로 볼록 형상을 갖는 곡면이다. 즉, 반사면은 회전 비대칭 곡면이고, 이방적 왜곡을 가진다. 이 형상에 의해 마이크로미러(62)는 x방향과 y방향으로 다른 부호의 파워를 가지는 회전 비대칭 구조가 된다.
평행 광이 상술한 바와 같이, 다른 부호의 파워를 갖는 마이크로미러(62)에 조사되면 반사된 광은 도 19A 및 도 19B를 참조하여 이미 설명된 바와 같이, x방향으로 수렴되고 y방향으로 발산될 것이다.
상술한 바와 같이, x방향으로 수렴하고 y방향으로 발산하는 광이 광축에 대하여 회전 대칭인 파워를 갖는 보통 렌즈에 의해 집광되는 경우에 빔 직경이 최소인 광축 방향에서 위치(빔 웨이스트 위치)는 x방향과 y방향에서 다른 것이다. 즉, 비점 수차가 발생하여 고선명화를 얻기 위한 장애가 된다.
전술한 문제를 방지하기 위해, 본 실시예에 의한 화상 노광 장치의 마이크로렌즈 어레이(555)의 마이크로렌즈(555a)는 종래 마이크로렌즈와 다른 형상이다. 이하, 이점이 상세하게 설명될 것이다.
전체로서 마이크로렌즈 어레이(555)의 구성은 도 20A 및 도 20B에 도시된 제 1 실시예의 것과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략될 것이다.
각 마이크로렌즈(555a)는 상기 마이크로미러(62)의 반사면의 이방적 왜곡을 보정하기 위해 x방향과 y방향에서 다른 파워를 가진다. 즉, 각 마이크로렌즈(555a)는 광축에 대하여 회전 비대칭인 파워를 가진다. 더 구체적으로, 제 5 실시예의 각 마이크로렌즈(555a)는 도 21A, 21B, 및 21C를 참조하여 설명된 제 1 실시예의 원통형 렌즈와 유사하게 x방향으로 0의 파워를 갖고, y방향으로 양의 파워를 갖는 원통형 렌즈이다. y방향의 파워 값은 마이크로미러(62)의 반사면의 곡률을 고려하여 레이저 빔이 렌즈계(52, 54) 및 마이크로렌즈(555a)를 통과한 후에 x방향과 y방향의 빔 웨이스트 위치의 차(비점 수차)가 O에 가까워지도록 결정된다.
마이크로미러(62)의 반사면의 왜곡에 의해 발생된 수차가 마이크로렌즈(555a)에 의해 보정되는 형태가 더 상세하게 설명될 것이다. 도 32A 및 도 32B는 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광이 각각 광축을 통과하고 x방향 및 y방향에 평행한 단면 내에서 보정되는 형태를 도시하는 개략도이다.
TIR 프리즘(70)이 도 32A 및 도 32B에서 생략된다. 3개의 인접한 마이크로미러(62)는 도 32A 및 도 32B에 도시되고, 중심 마이크로미러의 중심 및 가장자리에 의해 반사된 광빔은 실선으로 나타낸다. 또한, 3개의 마이크로미러(62)에 의해 반사된 빔의 빔 직경이 렌즈계(54)로부터 하류로 빔이 전파함에 따라 변하는 형태는 파선에 의해 도시된 타원으로 나타낸다.
여기서, 제 5 실시예의 마이크로렌즈(555a)에 의한 보정의 효과는 도 19A 및 19B를 도 32A 및 32B와 비교하여 분명하게 된다. 도 19B에서, 파선으로 나타낸 오버랩 타원에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 광빔이 마이크로미러(62)의 결상 위치의 하류에서 y방향으로 넓어지고 오버랩된다. 반대로, 도 19B의 파선으로 나타낸 분리된 타원에 의해 개략적으로 도시된 바와 같이, 광빔이 마이크로미러(62)의 결상 위치의 상류에서 분리된 광빔으로서 집광된다. 도 32B에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이(555)는 분리 집광 위치에 제공된다.
도 32에 도시된 바와 같이, 오목 형상을 갖는 마이크로미러(62)에 의해 반사된 광은 수렴광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로미러(555a)에 입사된다. 전술한 바와 같이, x방향에서 마이크로렌즈(555a) 파워는 0이다. 그러므로, 마이크로렌즈(555a)에 입사된 광은 x방향으로 광축에 대하여 각을 변경하지 않고 전파되고, 그 빔 직경은 빔 웨이스트 위치에서 최소가 된다.
한편, 도 32B에 도시된 바와 같이, y방향으로 볼록 형상을 갖는 마이크로미러에 의해 반사된 광은 발산광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(555a)에 입사한다. 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈(555a)는 y방향으로 양의 파워를 가진다. 그러므로, 마이크로렌즈(555a)에 입사된 광은 y방향으로 집광되고, 그 빔 직경은 상기 x방향의 빔 웨이스트 위치와 동일한 위치에서 최소가 된다.
상술한 바와 같이, 마이크로렌즈(555a)가 x방향과 y방향으로 다른 파워를 갖도록 구성된다. 그래서, 마이크로미러(62)의 반사면이 광축에 수직한 면 내의 2방향에서 다른 부호의 파워를 갖더라도 비점 수차가 보정될 수 있고, 빔의 단면 형상이 타원이 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, x방향과 y방향의 빔 웨이스트 위치 가 일치하며, 빔의 단면 형상이 형성될 수 있고, 집광된 빔을 화상 형성에 이용할 수 있다. 그러므로, 고선명화의 취득이 가능하게 된다.
또, y방향으로 마이크로렌즈(555a)의 단면 형상이 도 21C에 도시된 평평한 바닥의 돌출부에 한정되지 않고, 메니스커스 형상일 수 있다. 또한, 본 실시예에서 마이크로미러의 반사면이 오목한 방향으로 마이크로렌즈의 파워는 O이다. 그러나,본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 광이 마이크로렌즈를 통과한 후에 수렴하게 되고 마이크로미러에 의해 발생된 비점 수차가 보정될 수 있는 한 마이크로미러의 반사면이 오목한 방향으로 마이크로렌즈는 양 또는 음의 파워를 가질 수 있다. 또한, 상기 설명에서, 마이크로렌즈의 곡면 형상은 구면 형상이다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 고차(4차, 6차 ···)의 비구면 형상이 채용될 수 있다.
제 5 실시예의 마이크로렌즈 어레이(555)의 마이크로렌즈(555a)가 굴절형 렌즈로 설명되었다. 대안으로, 오 23A, 23B, 24A, 및 24B에 도시된 굴절률 분포용 렌즈, 도 26A 및 도 26B에 도시된 회절형 렌즈, 혹은 조합 렌즈가 전술한 마이크로렌즈(555a)에 의해 취득된 것과 동일한 효과를 얻기 위해 사용될 수 있다.
여기서, 마이크로렌즈 어레이가 분리 집광 위치에 제공된 경우에 광 이용 효율 및 소광비의 저하를 방지할 수 있는 형태가 도 33A, 도 33B, 도 34A, 및 도 34를 참조하여 설명될 것이다.
도 33A에서 참조번호 110으로 나타내는 원형 영역은 마이크로미러(62)에 의해 반사되고, 렌즈계(52, 54)를 포함하는 제 1 결상 광학계를 통과한 빔 스폿이다. 도 33B에서 참조번호 101로 나타내는 사각 영역은 복수의 마이크로렌즈(102)가 제공된 마이크로렌즈 어레이를 도시한다.
마이크로렌즈(102) 및 마이크로렌즈 어레이(101)는 상기 마이크로렌즈(555a) 및 마이크로렌즈 어레이(555)에 대응한다. 마이크로렌즈 어레이(101)는 분리 집광 위치에 제공된다.
상술한 빔 스폿은 작은 크기(집광 크기)의 빔 스폿이 있는 화소부의 화상과 다른 것이다. 이 빔 스폿과 마이크로렌즈 어레이(101)의 마이크로렌즈(102) 사이의 관계는 도 34A 및 34B에 도시된 바와 같다. 즉, 도 34A에 도시된 바와 같이, 빔 스폿 및 마이크로렌즈(102)가 중심인 경우뿐만 아니라 도 34B에 도시된 바와 같이, 공간 광 변조 소자 및 집광 마이크로렌즈 어레이가 다소 시프트된 경우에도 빔 스폿이 가려지는 것과 입사된 곳 근방의 마이크로렌즈(102)로 빔 스폿이 입사되는 것이 방지된다. 따라서, 화상 노광 장치의 광 이용 효율과 소광비의 저하가 방지된다.
제 5 실시예에서, 애퍼쳐 어레이(59)가 분리 집광 위치에 제공된다. 애퍼쳐 어레이(59)는 대응하는 마이크로렌즈(55a)를 통과한 광만 각 애퍼쳐(59a)에 입사하도록 구성된다. 이에 따라, 애퍼쳐(59a)에 대응하지 않는 근방의 마이크로렌즈(555a)에 의해 집광된 광의 입사와 미광의 입사가 방지될 수 있어 화상 노광 장치의 소광비를 향상시킬 수 있다. 또한, 이렇게 구성된 애퍼쳐 어레이(59)는 광 이용 효율이 높고, 애퍼쳐(59a)로 광빔 단면 형상을 형성하도록 작용할 수도 있다.
그 다음, 본 발명의 제 6 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 35는 본 발명의 제 6 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 35의 노광 헤드는 결상 광학계(251) 대신 결상 광학계(251')를 포함하는 도 31에 도시된 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 결상 과학계(251')는 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계가 생략된 결상 광학계(251)와 다른 것이다. 즉, 제 2 실시예에서, 마이크로렌즈 어레이(555)에 의해 집광된 광빔은 감광 재료(150)를 직접 노광한다. 제 6 실시예는 제 5 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 7 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 36은 본 발명의 제 7 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 36의 노광 헤드는 분리 집광 위치에 마이크로렌즈 어레이(56)를 더 포함하는 도 31에 도시된 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 제 7 실시예에 의한 화상 노광 장치는 제 5 실시예의 결상 광학계(251) 대신 결상 광학계(351)를 사용한다. 결상 광학계(351)는 렌즈계(52, 54)를 포함하는 제 1 결상 광학계; 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계; 마이크로렌즈 어레이(555); 집광용 마이크로렌즈 어레이(56); 및 애퍼쳐 어레이(159)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(555), 집광용 마이크로렌즈 어레이(56), 및 애퍼쳐 어레이(159)는 제 1 및 제 2 결상 광학계 사이에 제공된다. 다른 구성은 이미 설명된 실시예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략될 것이다.
집광용 마이크로렌즈 어레이(56)는 각 화소부로부터 광빔을 각각 집광하는 복수의 마이크로렌즈(56a)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(555)의 마이크로렌 즈(555a)에 의해 수차가 보정된 광빔은 마이크로렌즈(56a)에 입사된다. 또한, 애퍼쳐 어레이(159)는 애퍼쳐 어레이(59)와 유사하게 차광성 부재에 형성된 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)의 마이크로렌즈(56a)에 대응하는 다수의 애퍼쳐(159a)를 가진다. 애퍼쳐 어레이(159)는 대응하는 마이크로렌즈(56a)를 통해 전파하는 광빔만 각 애퍼쳐(159a)에 입사하도록 제공된다.
제 7 실시예는 제 5 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 구성 에 의하면, 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 집광되고, 단면 형상이 형성된 광빔은 마이크로렌즈 어레이(56)에 의해 더 집광된다. 그러므로, 빔 스폿 크기가 제 5 실시예에서 보다 훨씬 작게 제어될 수 있어 노광될 화상의 선예도를 향상시킬 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 8 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 37은 본 발명의 제 8 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 37의 노광 헤드는 결상 광학계(351) 대신 결상 광학계(351')를 포함하는 도 36에 도시된 제 7 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 결상 광학계(351')는 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계가 생략된 결상 광학계(351)와 다른 것이다. 즉, 제 8 실시예에서, 마이크로렌즈 어레이(555)와 마이크로렌즈 어레이(56)에 의해 집광된 광빔이 감광 재료(150)를 직접 노광한다. 제 8 실시예는 제 7 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)는 광빔의 광축 방향으로 이동가능하게 제공될 수 있다. 이 경우에, 광빔의 초점 조정을 용이하게 행할 수 있다. 특히, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 결상 위치가 아닌 분리 집광 위치에 제공되므로 초점이 조정될 때 광 이용 효율의 변화가 최소로 억제될 수 있다. 즉, 분리 집광 위치와 그 근방에서의 광 이용 효율의 변화가 결상 위치와 그 근방에서의 것보다 작다. 따라서, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 광축 방향으로 이동될 때 광 이용 효율의 급격한 변화가 방지될 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 38은 본 발명의 제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 38의 노광 헤드는 DMD(50)와 결상 광학계(51) 대신 DMD(450)와 결상 광학계(451)를 사용하는 도 5에 도시된 제 1 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 제 5 실시예에 의한 화상 노광 장치의 특징은 마이크로미러(462)는 광축에 수직한 면 내에 2 방향으로 동일한 부호의 다른 파워를 가지며; 마이크로렌즈 어레이(655)는 분리 집광 위치에 제공되고; 마이크로렌즈 어레이(555)의 각 마이크로렌즈(655a)는 마이크로미러의 파워에 의해 발생된 수차를 보정하기 위해 광축에 수직한 면 내에 2 방향으로 다른 파워를 가지는 것이다.
제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치의 마이크로미러(462)의 형상은 도 39A 및 39B에 도시된다. 도 39A 및 도 39B는 각 x방향 및 y방향에 평행한 면 내의 마이크로미러(462)의 반사면의 높이 변위를 개략적으로 도시하는 그래프이다. 또한, x방향과 y방향은 도 17에 도시된 제 2 실시예와 동일하다. 도 39A 및 도 39B에서, 그래프의 가로축은 각 방향에서 반사면의 중심으로부터의 거리를 나타내고, 세로축은 광축의 방향에서 변위를 나타낸다. 도 39A 및 도 39B에 도시된 바와 같이, 마이 크로미러(462)의 반사면은 x방향과 y방향으로 볼록 곡면이다. 그러나, y방향의 곡률 반경보다 x방향의 곡률 반경이 작고, 반사면은 이방적 왜곡을 가진다. 이 형상으로 인해, 마이크로미러(462)는 x방향과 y방향으로 양의 파워를 가지며, x방향의 파워가 y방향의 파워보다 큰 회전 비대칭 구조이다.
평행 광이 상술한 바와 같이 다른 파워를 갖는 마이크로미러(462)에 조사되면 반사된 광은 x방향과 y방향으로 수렴될 것이다. 그러나, 수렴의 형태는 x방향과 y방향에서 다른 것이다.
도 40A 및 도 40B는 각 x방향 및 y방향에 평행한 면 내에서 상기 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광이 제 1 결상 광학계를 구성하는 렌즈계(52, 54)를 통해 전파하는 형태를 도시하는 도면이다.
또, TIR 프리즘(70)과 마이크로렌즈 어레이(655)가 도 40A 및 도 40B에서 생략된다. 3개의 인접한 마이크로렌즈(462)가 도 40A 및 도 40B에 도시된다. 각 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광에 의한 화상은 곡선 화살표로 나타내고, 중심 마이크로미러의 중심 및 가장자리에 의해 반사된 광빔은 실선으로 나타낸다. 또한, 3개의 마이크로미러에 의해 반사된 빔의 빔 직경이 렌즈계(54)로부터 하류로 전파하는 형태는 도 40A 및 도 40B에서 파선으로 도시된 타원으로 나타낸다.
도 40A 및 도40B에 도시된 바와 같이, 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광빔은 y방향보다 x방향에서 많이 집광되고, x방향의 빔 웨이스트 위치는 y방향의 빔 웨이스트 위치보다 렌즈계(54)에 더 가깝다. 이 광빔이 광축에 대하여 회전 대칭인 파워를 갖는 보통 렌즈에 의해 집광되는 경우에, 빔 웨이스트 위치가 x방향과 y방 향에서 다를 것이다. 즉, 비점 수차가 발생하며, 이는 고선명화를 취득하는데 장애가 된다.
전술한 문제를 방지하기 위해 제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치의 마이크로렌즈 어레이(655)의 마이크로렌즈(655a)는 종래 마이크로렌즈와 다른 형상이다. 이하, 이 점이 상세하게 설명될 것이다.
전체로서의 마이크로렌즈 어레이(655)의 구성은 도 20A 및 도 20B에 도시된 제 1 실시예의 구성과 동일하므로 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 각 마이크로렌즈(655a)는 상기 마이크로미러(462)의 반사면의 이방적 왜곡에 의한 수차를 보정하기 위해 x방향과 y방향에서 다른 파워를 가진다. 즉, 각 마이크로렌즈(655a)는 광축에 대하여 회전 비대칭의 파워를 갖는 애너모픽(anamorphic) 렌즈이다. 원통형 렌즈 및 토릭(toric) 렌즈는 애너모픽 렌즈의 예이다.
제 9 실시예에서, 각 마이크로렌즈(655a)는 도 21A, 21B, 및 21C를 참조하여 설명된 제 1 실시예의 원통형 렌즈와 유사한 x방향으로 O의 파워와 y방향으로 양의 파워를 갖는 원통형 렌즈이다. y방향으로 파워의 값은 마이크로미러(462)의 반사면의 곡률을 고려하여 레이저 빔이 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 x방향과 y방향에서 빔 웨이스트 위치의 차(비점 수차)가 0에 가까워지도록 결정된다.
마이크로미러(462)의 반사면의 왜곡에 의해 발생된 수차가 마이크로렌즈(655a)에 의해 보정되는 형태가 더 구체적으로 설명될 것이다. 도 41A 및 도 41B는 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광이 각각 광축을 통과하고 x방향 및 y방향에 평행한 단면 내에서 보정되는 형태를 도시하는 개략도이다.
TIR 프리즘(70)은 도 41A 및 도 41B에서 생략된다. 3개의 인접한 마이크로미러(462)가 도 41A 및 도 41B에 도시된다. 각 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광에 의한 화상은 곡선 화살표로 나타내고, 중심 마이크로미러(462)의 중심과 가장자리에 의해 반사된 광빔은 실선으로 나타낸다. 또한, 3개의 마이크로미러(462)에 의해 반사된 빔의 빔 직경이 빔이 렌즈계(54)로부터 하류로 전파함에 따라 변하는 형태는 파선으로 도시된 타원으로 나타낸다.
도 41A 및 도 41B에서, 파선으로 나타낸 오버랩 타원으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 광빔은 마이크로미러(462)의 결상 위치의 상류에 오버랩된다. 반대로, 도 41A 및 도 41B에서 파선으로 나타낸 분리된 타원으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 광빔은 마이크로미러(462)의 결상 위치의 하류에 소정 범위 내에 분리된 광빔으로 집광된다. 마이크로렌즈 어레이(655)는 소정 범위 내에 분리 집광 위치에 제공된다.
도 41A 및 도 41B에 도시된 바와 같이, 오목 형상을 갖는 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광은 수렴광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후 마이크로렌즈(655a)에 입사된다. 전술한 바와 같이, x방향에서 마이크로렌즈(655a)의 파워는 0이다. 그러므로, 마이크로렌즈(655a)에 입사된 광은 x방향에서 광축에 대한 각을 변경하지 않고 전파되고, 그 빔 직경은 빔 웨이스트 위치에서 최소가 된다.
한편, 도 41B에 도시된 바와 같이, y방향으로 더 큰 곡률 반경의 오목 형상을 갖는 마이크로미러(462)에 의해 반사된 광은 수렴광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(655a)에 입사된다. 그러나, 광축에 대하여 광빔에 의해 형성된 각은 x방향의 각보다 작다. 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈(655a)는 y방향으로 양의 파워를 가진다. 그러므로, 마이크로렌즈(655a)에 입사된 광은 y방향에서 집광되고, 그 빔 직경은 x방향의 상기 빔 웨이스트 위치와 동일한 위치에서 최소가 된다.
상술한 바와 같이, 마이크로렌즈(655a)는 x방향과 y방향에서 다른 파워를 갖도록 구성된다. 그래서, 마이크로미러(462)의 반사면이 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 갖더라도 비점 수차가 보정될 수 있고, 빔의 단면 형상이 타원이 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, x방향 및 y방향에서 빔 웨이스트 위치가 일치되며, 빔의 단면 형상이 형성되고, 집광된 빔을 화상 형성에 이용할 수 있다. 그러므로, 고선명화를 얻을 수 있다.
상기 실시예에서, 마이크로미러(462)의 반사면이 x방향과 y방향에서 양의 파워를 가지는 예가 설명된다. 마이크로미러가 x방향과 y방향에서 다른 음의 파워를 갖는 경우에 유사한 형태로 애너모픽 마이크로렌즈를 사용하여 비점 수차를 보정할 수 있다. 이 경우가 다음에 설명될 것이다.
이방적 왜곡을 갖는 마이크로미러(562)를 포함하는 DMD(550)가 화상 형성에 사용되는 예가 설명될 것이다. 마이크로미러(562)는 x방향과 y방향에서 볼록 형상이며, x방향의 곡률 반경이 y방향의 곡률 반경보다 크다. 마이크로미러(562)의 형상으로 인해, 마이크로미러(562)는 x방향과 y방향에서 음의 파워를 갖는 회전 비대칭 형상이며, x방향에서 파워의 절대치는 y방향에서 파워의 절대치보다 작다.
이 경우에, 복수의 마이크로렌즈(755a)를 포함하는 마이크로렌즈 어레 이(755)가 마이크로렌즈(655a)를 포함하는 마이크로렌즈 어레이(655) 대신 사용된다. 각 마이크로렌즈(755a)는 x방향과 y방향에서 양의 파워를 가지며, x방향의 파워가 y방향의 파워보다 작다.
도 42A 및 도 42B는 상술한 바와 같이, 파워를 갖는 토릭(toric) 렌즈의 정면도와 측면도이다. 마이크로렌즈(755a)의 윤곽선은 도 42A에 도시된다. 도 43A 및 도43B은 각각 x방향과 y방향에 수평한 단면에서 마이크로렌즈(755a)를 통과할 때 평행 레이저 빔(B)의 상태를 개략적으로 도시한다. 즉, x방향에 평행한 단면과 y방향에 평행한 단면이 비교될 때 마이크로렌즈(755a)의 곡률 반경은 y방향에서 더 작으며, 이는 초점 거리를 짧아지게 한다.
더 구체적으로, x방향과 y방향에서 파워의 값은 마이크로미러(562)의 반사면의 곡률을 고려하여 레이저 빔이 마이크로미러(562)에 의해 반사되고, 렌즈계(52, 54) 및 마이크로렌즈(755a)를 통과한 후에 x방향과 y방향의 빔 웨이스트 위치의 차(비점 수차)가 0에 가까워지도록 결정된다.
마이크로미러(562)의 반사면의 왜곡에 의해 발생된 수차가 마이크로렌즈(755a)에 의해 보정되는 형태는 도 44A 및 도 44B를 참조하여 설명될 것이다. 도 44A 및 도 44B는 마이크로미러(562)에 의해 반사된 광축을 통과하고, x방향 및 y방향에 평행한 단면 내에서 보정되는 형태를 도시하는 개략도이다.
TIR 프리즘(70)이 도 44A 및 도 44B에 생략된다. 3개의 인접한 마이크로미러(562)는 도 44A 및 도 44B에 도시되고, 중심 마이크로미러(562)의 중심 및 가장자리에 의해 반사된 광빔은 실선으로 나타낸다. 또한, 빔이 렌즈계(54)로부터 하류 로 전파됨에 따라 3개의 마이크로미러(562)에 의해 반사된 빔의 빔 직경이 변하는 형태는 파선으로 도시된 타원으로 나타낸다.
도 44A 및 도 44B에서, 마이크로미러(562)의 결상 위치의 상류의 위치는 도 44A 및 도 44B에 파선으로 나타낸 분리된 타원으로 개략적으로 도시된 바와 같이, 그 볼록 형상으로 인해 분리 집광 위치가 된다. 마이크로렌즈 어레이(755)는 분리 집광 위치에 제공된다.
도 44A에 도시된 바와 같이, 볼록 형상을 갖는 마이크로미러(562)에 의해 반사된 광은 발산 광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(755a)에 입사된다. 전술한 바와 같이, x방향에서 마이크로렌즈(655a)의 파워는 양의 값이다. 그러므로, 마이크로렌즈(755a)에 입사된 광은 집광되고, 그 빔 직경은 빔 웨이스트 위치에서 최소가 된다.
한편, 도 44B에 도시된 바와 같이, y방향의 작은 곡률 반경의 볼록 형상을 갖는 마이크로미러(562)에 의해 반사된 광도 발산광이 되고, 렌즈계(52, 54)를 통과한 후에 마이크로렌즈(755a)에 입사된다. 그러나, 광축에 대하여 광빔에 의해 형성된 각은 x방향의 각보다 크다. 전술한 바와 같이, 마이크로렌즈(755a)는 x방향의 파워보다 더 큰 y 방향의 양의 파워를 가진다. 그러므로, 마이크로렌즈(755a)에 입사된 광은 y방향에서 더 강하게 집광되고, 그 빔 직경은 상기 x방향의 빔 웨이스트 위치와 동일한 위치에서 최소가 된다.
상술한 바와 같이, 마이크로렌즈(755a)는 x방향과 y방향에서 다른 크기의 파워를 갖도록 구성된다. 그래서, 마이크로미러(562)의 반사면이 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 음의 파워를 가지더라도 수차가 보정될 수 있고, 빔의 단면 형상은 타원이 되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 이미 설명된 구성과 동일한 효과가 이 구성으로 얻어질 수 있다.
상기 설명에서, 마이크로렌즈(655a)는 y방향에서만 파워를 갖는 원형 렌즈로 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. x 방향과 y방향에서 0이외의 파워를 갖는 렌즈가 사용될 것이며, x방향의 파워는 y방향의 파워보다 작다. 예컨대, 도 42A, 도 42B, 도 43A, 및 도 43B에 도시된 바와 같은 토릭 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 각 방향의 마이크로렌즈의 형상은 구면 형상에 한정되지 않고, 비구면 형상이어도 된다.
제 9 실시예의 마이크로렌즈 어레이(655 및 755)의 마이크로렌즈(655a 및 755a)가 굴절형 분포용 렌즈로서 설명되었다. 대안으로, 도 23A, 23B, 24A, 및 24B에 도시된 굴절률 분포용 렌즈, 26A 및 26B에 도시된 회절형 렌즈, 또는 조합 렌즈가 전술한 마이크로렌즈(655a 및 755a)에 의해 얻어진 바와 동일한 효과를 얻기 위해 사용될 수 있다.
도 33 및 도 34를 참조하여 제 1 실시예에 설명된 바와 같이, 다른 마이크로렌즈 어레이가 분리 집광 위치에 제공되는 경우에, 화상 노광 장치의 광 이용 효율과 소광비의 감소가 방지될 수 있다.
또한, 애퍼쳐 어레이(59)가 제 5 실시예와 유사한 형태로 제 9 실시예에서 분리 집광 위치에 제공된다. 애퍼쳐 어레이(59)는 대응하는 마이크로렌즈(655a 또는 755a)를 통과한 광만 각 애퍼쳐(59a)에 입사되게 구성된다. 이에 따라, 애퍼 쳐(59a)에 대응하지 않는 인접 마이크로렌즈(55a)에 의해 집광된 광의 입사, 및 미광의 입사가 방지될 수 있어 화상 노광 장치의 소광비를 향상시킬 수 있다. 또한, 이렇게 구성된 애퍼쳐 어레이(59)는 광 이용 효율이 높고, 애퍼쳐(59a)로 광빔의 단면 형상을 형성하도록 작용할 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 10 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 45는 본 발명의 제 10 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 45의 노광 헤드는 결상 광학계(451) 대신 결상 광학계(451')를 포함하는 도 38에 도시된 제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 결상 광학계(451')는 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계가 생략된 결상 광학계(451)와 다른 것이다. 즉, 제 10 실시예에서, 마이크로렌즈 어레이(655)에 의해 집광된 광빔은 감광 재료(150)를 직접 노광한다. 제 10 실시예는 제 9 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 11 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 46은 본 발명의 제 11 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 46의 노광 헤드는 분리 집광 위치에 마이크로렌즈 어레이(56)를 더 포함하는 도 38에 도시된 제 9 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 제 11 실시예에 의한 화상 노광 장치는 제 9 실시예의 결상 광학계(451) 대신 결상 광학계(551)를 사용한다. 결상 광학계(551)는 렌즈계(52, 54)를 포함하는 제 1 결상 광학계; 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계; 마이크로렌즈 어레이(655); 집광용 마이크로렌즈 어레이(56); 및 애퍼쳐 어레 이(159)를 포함한다. 마이크로렌즈 어레이(655), 집광용 마이크로렌즈 어레이(56), 및 애퍼쳐 어레이(159)는 제 1 및 제 2 결상 광학계 사이에 제공된다.
집광용 마이크로렌즈 어레이(56)는 각 화소부로부터 광빔을 각각 집광하는 복수의 마이크로렌즈(56a)를 포함한다. 수차가 마이크로렌즈 어레이(655)의 마이크로렌즈(655a)에 의해 보정된 광빔은 마이크로렌즈(56a)에 입사된다. 또한, 애퍼쳐 어레이(159)는 애퍼쳐 어레이(59)와 유사한 차광성 부재에 형성된 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)의 마이크로렌즈(56a)에 대응하는 다수의 애퍼쳐(159a)를 가진다. 애퍼쳐 어레이(159)는 대응하는 마이크로렌즈(56a)를 통해 전파되는 광빔만 각 애퍼쳐(159a)에 입사되도록 제공된다.
제 11 실시예는 제 9 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상술한 구성에 의하면, 단면 형상이 마이크로렌즈 어레이(655)에 의해 형성된 광빔은 마이크로렌즈 어레이(56)에 의해 더 집광된다. 그러므로, 빔 스폿 크기는 제 1 실시예에서보다 훨씬 작게 조절될 수 있어 노광될 화상의 선예도를 향상시킬 수 있다.
그 다음, 본 발명의 제 12 실시예에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다. 도 47은 본 발명의 제 12 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드를 도시하는 개략적 단면도이다. 도 47의 노광 헤드는 결상 광학계(551) 대신 결상 광학계(551')를 포함하는 도 45에 도시된 제 11 실시예에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드와 다른 것이다. 결상 광학계(551')는 렌즈계(57, 58)를 포함하는 제 2 결상 광학계가 생략된 결상 광학계(551)와 다른 것이다. 즉, 제 12 실시예에 있어서, 마이크로렌즈 어레이(655)와 마이크로렌즈 어레이(56)에 의해 집광된 광빔은 감광 재 료(150)에 직접 노광한다. 제 12 실시예는 제 11 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 광빔의 광축 방향으로 이동가능하게 제공될 수 있다. 이 경우에, 광의 초점 조정을 용이하게 행할 수 있다. 특히, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 결상 위치가 아닌 분리 집광 위치에 제공되므로 초점이 조정될 때 광 이용 효율의 변화가 최소한으로 억제될 수 있다. 즉, 분리 집광 위치와 그 근방의 광 이용 효율의 변화가 결상 위치와 그 근방의 광 이용 효율의 변화보다 작다. 따라서, 집광용 마이크로렌즈 어레이(56)가 광축 방향으로 이동될 때 광 이용 효율의 급격한 변화가 방지될 수 있다.
상술한 제 1 내지 제 12 실시예에 있어서, 마이크로미러의 대각선이 x방향 및 y방향으로 설계되었고, 마이크로렌즈는 이 방향을 따라 다른 파워를 갖도록 구성되었다. 그러나, x방향 및 y방향의 설계가 마이크로미러의 왜곡의 분포에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 예컨대, 특히 다른 곡면이 마이크로미러의 가장자리의 방향을 따라 존재할 경우에 마이크로렌즈가 가장자리의 방향을 따라 다른 파워를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제 1 내지 제 12 실시예에서, 레이저 광원은 광 변조 소자를 조사하는 광원으로서 사용되었다. 그러나, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않고, 수은 화합물 램프와 같은 다른 광원이 대안으로 사용될 수 있다.
또한, 상술한 제 1 내지 제 12 실시예에서, DMD가 공간 광 변조 소자로서 사용되었다. 그러나, DMD 이외의 반사형 공간 광 변조 소자를 사용하는 화상 노광 장 치에 본 발명의 구성을 적용함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 공간 광 변조 소자;
    상기 공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광빔을 결상하여 상기 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계, 및 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광빔이 각각 입사하는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 변조된 광에 의한 상을 감광 재료상에 결상하는 결상 광학계를 구비한 화상 노광 장치에 있어서:
    상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 화소부의 상이 상기 광학계에 의해 결상된 위치 근방에 제공되고;
    상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 상기 화소부의 이방적 왜곡으로 인한 수차를 보정하기 위해 입사된 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  2. 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 공간 광 변조 소자;
    상기 공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광빔을 결상하여 상기 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계, 및 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광빔이 각각 입사하는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 변조된 광에 의한 상을 감광 재료상에 결상하는 결상 광학계를 구비한 화상 노광 장치에 있어서:
    상기 화소부는 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 부호의 파워를 가지며;
    상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 화소부의 상이 상기 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 분리 집광 위치에 제공되고;
    상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 상기 화소부의 다른 부호의 파워로 인한 수차를 보정하기 위해 입사된 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  3. 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 공간 광 변조 소자;
    상기 공간 광 변조 소자에 광을 조사하는 광원; 및
    상기 공간 광 변조 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광빔을 결상하여 상기 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계, 및 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광빔이 각각 입사하는 보수의 마이크로렌즈가 제공되는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 변조된 광에 의한 상을 감광 재료상에 결상하는 결상 광학계를 구비한 화상 노광 장치에 있어서:
    상기 화소부는 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 동일한 부호와 다른 크기의 파워를 가지며;
    상기 마이크로렌즈 어레이는 상기 화소부의 상이 상기 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 분리 집광 위치에 제공되고;
    상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 상기 화소부의 다른 크기의 파워로 인한 수차를 보정하기 위해 입사된 광빔의 광축에 수직한 면 내의 2 방향에서 다른 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 굴절형 렌즈인 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 굴절률 분포용 렌즈인 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 회절형 렌즈인 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로렌즈는 굴절형 렌즈; 굴절률 분포용 렌즈; 및 회절형 렌즈 중 2개 이상을 조합시켜서 구성된 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소부의 상이 상기 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 상기 화소부, 상기 광학계, 및 상기 마이크로렌즈 어레이의 분리 집광 위치에 상기 각 화소부를 통해 전파되는 광빔을 각각 집광하는 복수의 마이크로렌즈가 제공되는 집광용 마이크로렌즈 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 집광용 마이크로렌즈 어레이는 상기 광빔의 광축 방향으로 이동가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화소부의 상이 상기 광학계에 의해 결상되는 위치로부터 오프셋된 상기 화소부, 상기 광학계, 및 상기 마이크로렌즈 어레이의 분리 집광 위치에 상기 각 화소부를 통해 전파되는 광빔을 각각 투과하는 복수의 애퍼쳐가 제공되는 애퍼처 어레이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조 소자는 마이크로미러가 상기 화소부로서 2차원으로 배열 되는 디지털 마이크로미러 디바이스인 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
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