KR20120006812A - 광학 소자 및 이를 포함하는 노광 장치 - Google Patents

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Abstract

단일 빔을 빔 다발로 변형하는 광학 소자, 및 이러한 광학 소자를 이용하는 노광 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 광학 소자는 제 1 평면에 2차원으로 배열되고 제 1 평행 빔을 복수의 제 2 빔들로 분할하도록 집광하는 복수의 제 1 DOE 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 어레이, 및 복수의 제 1 DOE 렌즈들에 각각 대응하도록 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 배열되고 복수의 제 2 빔들을 복수의 제 3 빔들로 각각 변형하는 복수의 제 2 DOE 렌즈들을 포함하는 제 2 렌즈 어레이를 포함한다.

Description

광학 소자 및 이를 포함하는 노광 장치{Optical device and exposure apparatus including the same}
본 발명은 단일 빔을 빔 다발로 변형하는 광학 소자, 및 이러한 광학 소자를 이용하는 노광 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 디바이스의 제조에 사용될 수 있는 리소그래픽 공정을 위한 노광 장치, 및 이에 채용될 수 있는 광학 소자에 관한 것이다.
많은 빔 분할 장치(beam spitting apparatus)가 본 기술분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 미국 등록 공보 US 4,707,696는 부분적으로 코팅된 거울들을 사용하여 단일 빔을 복수의 빔으로 변형하는 빔 분할 장치를 개시하고 있다. 그러나 이러한 빔 분할 장치는 다수의 광학 요소들을 사용하기 때문에 광학요소들의 정렬의 어려움, 구조적 복잡성의 문제, 빔 개수를 늘임에 따라 거울의 개수가 늘어나는 어려움을 가지고 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구조적으로 단순한 구성을 가지면서 단일 빔을 빔 다발로 변형하는 광학 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 광학 소자를 이용하는 노광 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 광학 소자는 제 1 평면에 2차원으로 배열되고 제 1 평행 빔을 복수의 제 2 빔들로 분할하도록 집광하는 복수의 제 1 DOE(diffractive optical element) 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 어레이, 및 상기 복수의 제 1 DOE 렌즈들에 각각 대응하도록 상기 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 배열되고 상기 복수의 제 2 빔들을 복수의 제 3 빔들로 각각 변형하는 복수의 제 2 DOE 렌즈들을 포함한다.
상기 광학 소자의 일 예에 따르면, 상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면 사이의 이격 거리는 상기 제 1 DOE 렌즈들의 초점거리와 상기 제 2 DOE 렌즈들의 초점거리의 합과 동일할 수 있으며, 이 때, 상기 제 3 빔들은 상기 제 2 평면에 수직한 평행 빔들일 수 있다. 또한, 상기 제 1 DOE 렌즈들의 초점거리는 상기 제 2 DOE 렌즈들의 초점거리보다 클 수 있다. 또한, 상기 제 3 빔들과 상기 제 1 평행 빔의 단위 면적당 세기의 비는 상기 제 1 DOE 렌즈와 상기 제 2 DOE 렌즈의 초점거리의 비의 제곱에 비례할 수 있다.
상기 광학 소자의 다른 예에 따르면, 상기 제 1 렌즈 어레이와 상기 제 2 렌즈 어레이 사이에 배치되는 압전 소자를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 압전 소자에 인가되는 전압을 조절함으로써 상기 제 1 렌즈 어레이와 상기 제 2 렌즈 어레이 간의 이격 거리를 조절하여 상기 제 3 빔들의 발산 각도가 조절되도록 할 수 있다.
상기 광학 소자의 또 다른 예에 따르면, 상기 제 1 DOE 렌즈들 또는 상기 제 2 DOE 렌즈들은 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)로 이루어지거나 키노폼 렌즈(Kinoform lens)들일 수 있으며, 공정 및 식각 공정을 포함하는 포토마스크 제조 공정에 의해 제조될 수 있다.
상기 광학 소자의 또 다른 예에 따르면, 상기 복수의 제 1 DOE 렌즈들 각각의 중심에 대응하는 위치에 개구(aperture)들이 형성되고, 상기 제 1 평면에 평행하고 상기 제 1 평면으로부터 상기 제 1 DOE 렌즈들의 초점 거리만큼 상기 제 2 평면 방향으로 이격된 제 3 평면에 배치되는 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 소자의 또 다른 예에 따르면, 편광된 빔의 위상을 액정의 구동에 따라 가변시키는 복수의 액정 셀들을 포함하는 액정 패널, 및 상기 가변된 빔의 위상에 따라 상기 빔의 세기를 조절하는 후방 편광판을 더 포함할 수 있으며, 상기 액정 패널은 상기 제 2 빔들의 광 경로 또는 상기 제 3 빔들의 광 경로 상에 배치되고, 상기 액정 셀들은 상기 제 2 빔들 또는 상기 제 3 빔들이 각각 통과하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 빔들 각각의 세기가 독립적으로 조절되도록, 상기 액정 셀들 각각은 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 노광 장치는 제 1 평행 빔을 방출하는 빔 방출부, 상기 제 1 평행 빔을 복수의 제 2 빔들로 분할하도록 집광하는 복수의 제 1 DOE 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 어레이, 상기 제 1 렌즈 어레이에 의해 분할된 상기 복수의 제 2 빔들을 복수의 제 3 빔들로 각각 변형하는 복수의 제 2 DOE 렌즈들을 포함하는 제 2 렌즈 어레이, 및 상기 복수의 제 3 빔들로부터 이미지를 감광 재료 상에 결상하는 결상부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 광학 소자는 제 1 평면에 2차원으로 배열된 복수의 제 1 DOE 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 어레이, 및 상기 복수의 제 1 DOE 렌즈들에 각각 대응하도록 상기 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 배열된 복수의 제 2 DOE 렌즈들을 포함하는 제 2 렌즈 어레이를 포함한다. 여기서, 상기 제 1 렌즈 어레이에 수직으로 입사하는 제 1 평행 빔은 상기 제 1 렌즈 어레이를 통과하면서 상기 복수의 제 1 DOE 렌즈들의 개수로 분할되고 집광됨으로써 제 2 빔들로 변형되고, 상기 제 2 빔들은 상기 제 2 렌즈 어레이를 통과하면서 상기 개수의 제 3 빔들로 이루어진 빔 다발로 변형된다.
본 발명의 광학 소자는 포토마스크 제조 기법을 활용하여 정밀하게 제조될 수 있는 DOE(Diffractive Optical Element, 회절 광학 소자) 렌즈들, 및 이러한 DOE 렌즈들을 포함하는 렌즈 어레이를 이용함으로써, 오직 2개의 플레이트(plate)만으로 단일 빔을 복수의 빔들로 이루어진 빔 다발로 변형할 수 있다. 따라서 본 발명의 광학 소자는 구조적으로 단순하며 정렬의 어려움을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 구조적 단순함으로 인하여 빔의 품질을 개선할 수 있다. 또한, 빔 다발의 개수의 조절도 렌즈 어레이의 DOE 렌즈들의 개수를 조절함으로써 쉽게 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 압전 소자를 이용함으로써 손 쉬운 광학 정렬을 달성할 수도 있다. 또한, 필요에 따라, 렌즈 어레이의 DOE 렌즈들의 크기(또는 직경) 및 초점거리를 조절함으로써 빔 다발의 굵기나 빔 다발의 세기를 조절하는 것도 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 개념도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 제 1 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이의 일 예들을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 제 1 DOE 렌즈들의 일 예를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 제 2 DOE 렌즈들의 일 예를 도시한다.
도 6은 도 2 및 도 3에 각각 도시되는 제 1 DOE 렌즈와 제 2 DOE 렌즈의 광학적 관계를 나타내기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치를 개념적으로 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 아래의 설명에서 어떤 요소가 다른 요소의 위에 존재한다고 기술될 때, 이는 다른 요소의 바로 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제3의 요소가 개재될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 요소, 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 요소, 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 요소, 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 요소, 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 요소, 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 요소, 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 소자의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 광학 소자(100)는 서로 평행하게 배치되는 제 1 렌즈 어레이(10) 및 제 2 렌즈 어레이(20)를 포함한다.
제 1 렌즈 어레이(10)는 제 1 투명 플레이트(12)의 제 1 면에 형성될 수 있다. 제 1 렌즈 어레이(10)는 2차원으로 배열된 복수의 제 1 DOE(diffractive optical element, 회절 광학 소자) 렌즈들을 포함할 수 있다. 제 1 DOE 렌즈들(16, 도 2 참조)은 제 1 투명 플레이트(12)를 통해 입사되는 제 1 평행 빔(90)을 복수의 제 2 빔들(92)로 분할하기 위한 집광 렌즈일 수 있다. 평행 광이 집광 렌즈에 입사하는 경우, 집광 렌즈의 초점으로 응집된다. 따라서 도 1의 좌측에서 우측으로 진행하는 제 1 평행 빔(90)은 제 1 렌즈 어레이(10)을 통과하면서 제 1 DOE 렌즈들(16)의 개수로 분할되며 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점들을 향하여 진행한다. 용이한 설명과 이해에 도움을 주기 위하여 제 1 DOE 렌즈들(16)을 통과하여 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점을 향하여 응집하고 있는 빔을 제 2 빔(92)로 지칭한다. 제 2 빔(92)은 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점을 지나면 발산하게 될 것이다.
제 1 투명 플레이트(12)는 제 1 평행 빔(90)이 투과할 수 있는 투명 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제 1 투명 플레이트(12)는 석영 기판, 유리 기판, 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다.
제 1 투명 플레이트(12)의 제 1 면의 반대 면인 제 2 면에는 반사 방지막(14)이 형성될 수 있다. 반사 방지막(14)은 제 1 평행 빔(90)이 입사할 때 반사를 최소화하고 투과를 증가시키기 위한 것으로서, 제 1 평행 빔(90)이 반사에 의해 손실됨으로써 광 세기가 감소하는 것을 방지할 수 있다. 반사 방지막(14)은 크롬, 탄탈륨, 루세늄, 플래티늄 등과 같은 전이금속을 주성분으로 가질 수 있으며, 여기에 질소, 산소, 탄소 및 불소 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
제 2 렌즈 어레이(20)는 제 2 투명 플레이트(14)의 제 1 면에 형성될 수 있다. 제 2 렌즈 어레이(20)는 제 1 DOE 렌즈들(16)에 대응하도록 배열된 제 2 DOE 렌즈들(26, 도 3 참조)을 포함할 수 있다. 제 2 렌즈 어레이(20)는 제 1 렌즈 어레이(10)와 평행하게 배치되며, 제 2 DOE 렌즈들(26)은 제 1 DOE 렌즈들(16)과 일대일로 대응하도록 배치된다. 제 2 DOE 렌즈들(26)은 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점을 통과하여 발산하는 제 2 빔들(92)을 제 3 빔들(94)로 변형하기 위한 집광 렌즈일 수 있다. 여기서 제 3 빔들(94)은 제 2 렌즈 어레이(20)를 통과한 빔들을 지칭한다. 광원이 집광 렌즈의 초점에 위치하는 경우, 상기 광원으로부터 방출되어 상기 집광 렌즈를 통과한 광은 상기 집광 렌즈에 수직한 방향으로 평행하게 진행한다. 따라서, 만약 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점과 제 2 DOE 렌즈들(26)의 초점이 일치하는 경우, 제 2 빔(92)은 제 2 DOE 렌즈들(26)을 통과하면서 제 2 렌즈 어레이(20)에 수직한 평행 빔으로 변형되며, 이러한 평행 빔은 도 1의 제 3 빔(94)으로 표시될 수 있다. 즉, 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점 거리와 제 2 DOE 렌즈들(26)의 초점 거리의 합만큼 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20)가 이격된 경우, 제 2 렌즈 어레이(20)를 통과하여 방출되는 제 3 빔(94)은 평행 빔일 수 있다. 그러나, 뒤에서 자세히 설명되겠지만, 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20)의 이격 거리가 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점 거리와 제 2 DOE 렌즈들(26)의 초점 거리의 합보다 작거나 큰 경우, 제 3 빔들(94)은 제 2 DOE 렌즈들(26)의 축을 향하여 응집하거나 상기 축으로부터 발산할 수 있다.
제 2 투명 플레이트(22)는 제 1 투명 플레이트(12)와 같이 제 3 빔들(94)이 투과할 수 있는 투명 물질, 예컨대, 석영, 유리, 투명 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 또한, 제 2 투명 플레이트(22)의 제 2 면에도 제 1 투명 플레이트(12)와 마찬가지로 반사 방지막(24)이 형성될 수 있다. 반사 방지막(24)은 제 2 투명 플레이트(22)로부터 제 3 빔들(94)이 방출되는 면에 배치되며, 제 2 투명 플레이트(22)와 대기 사이의 계면에서 발생할 수 있는 반사를 최소화시킬 수 있다. 반사 방지막(24)은 반사 방지막(14)와 실질적으로 동일한 재료와 방법으로 형성될 수 있다.
광학 소자(100)는 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20) 사이에 배치되는 압전 소자(30)를 더 포함할 수 있다. 압전 소자(30)는 압전기 현상을 나타내는 소자로서, 결정체에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양 또는 음의 전하가 나타나는 소자이다. 또한, 반대로, 압전 소자(30)에 일정한 방향으로 전압을 가하게 되면 압전 소자(30)의 결정체가 변형을 일으켜 크기가 변할 수 있다. 압전 소자(30)에 인가되는 전압에 따라서, 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20) 사이의 이격 거리가 조절될 수 있다. 상기 이격 거리가 조절됨에 따라, 상술한 바와 같이 제 3 빔들(94)이 응집 또는 발산하는 각도가 조절될 수 있다. 예컨대, 온도나 습도와 같은 주변 환경의 변화에 따라 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20) 사이의 이격 거리는 달라질 수 있지만, 압전 소자(30)를 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20) 사이에 배치함으로써 상기 이격 거리를 쉽게 조절할 수 있다. 뿐만 아니라, 필요에 따라 제 3 빔들(94)이 응집 빔 또는 발산 빔이 되도록 조절할 수도 있다.
제 1 평행 빔(90), 제 2 빔들(92) 및 제 3 빔들(94)은 세기가 강하고 멀리까지 퍼지지 않고 전달되는 광을 지칭한다. 예컨대, 제 1 평행 빔(90), 제 2 빔들(92) 및 제 3 빔들(94)은 레이저 빔일 수 있다. 제 1 평행 빔(90), 제 2 빔들(92) 및 제 3 빔들(94)은 모두 도 1에서 좌측으로부터 우측으로 진행하는 빔들이다. 제 1 평행 빔(90)은 동일한 파장을 갖는 광일 수 있으며, 편광된 광일 수도 있다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 제 1 렌즈 어레이(10) 및 제 2 렌즈 어레이(20)의 일 예를 도시한다. 도 2 및 도 3에 도시된 제 1 DOE 렌즈들(16) 및 제 2 DOE 렌즈들(26)은 프레넬 존 플레이트 렌즈(Fresnel zone plate lens)인 것으로 도시되어 있지만, 이는 오로지 예시적이며, 본 발명이 이러한 예로 한정되는 것은 아니다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 렌즈 어레이(10)는 8x8로 배열된 제 1 DOE 렌즈들(16)을 포함한다. 또한, 제 2 렌즈 어레이(20)는 제 1 렌즈 어레이(10)에 대응하여 8x8로 배열된 제 2 DOE 렌즈들(26)을 포함한다. 제 2 DOE 렌즈들(26) 간의 피치는 제 1 DOE 렌즈들(16) 간의 피치와 동일하다. 또한, 제 2 DOE 렌즈들(26)의 배열은 제 1 DOE 렌즈들(16)의 배열과 동일하다. 따라서, 제 2 DOE 렌즈들(26)의 중심들은 제 1 DOE 렌즈들(16)의 중심들과 정확히 일치할 수 있다.
다만, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 DOE 렌즈들(16)의 크기가 제 2 DOE 렌즈들(26)의 크기보다 클 수 있다. 또한, 제 2 DOE 렌즈들(26)의 내부 링들은 제 1 DOE 렌즈들(16)의 내부 링들보다 조밀할 수 있으며, 그에 따라 제 2 DOE 렌즈들(26)의 초점거리는 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점거리보다 짧을 수 있다. 이 경우, 제 1 DOE 렌즈들(16)에 입사하는 평행 빔의 단위 면적당 세기에 대한 제 2 DOE 렌즈들(26)을 통과하여 방출되는 평행 빔의 단위 면적당 세기의 비는, 제 2 DOE 렌즈들(26)의 초점거리에 대한 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점거리의 비의 제곱에 비례할 수 있다. 따라서, 광학 소자(100)를 통해 생성되는 복수의 빔들이 특정 세기를 갖는 것이 요구되는 경우, 제 1 DOE 렌즈들(16)의 초점거리 및 제 2 DOE 렌즈들(26)의 초점거리를 조절하여 광학 소자(100)의 설계에 반영함으로써, 원하는 세기의 빔들이 생성되게 할 수 있다.
단일 평행 빔이 도 2 및 도 3에 각각 도시된 제 1 렌즈 어레이(10) 및 제 2 렌즈 어레이(20)를 통과하는 경우 64개의 빔이 형성될 것이며, 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20)의 이격 간격이 적절히 조절함으로써, 64개의 평행 빔이 형성될 수 있을 것이다. 이러한 과정은 상술한 바와 같이 단순한 구조로도 가능하며 광학 요소들 간의 정렬도 상대적으로 용이하다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시된 제 1 DOE 렌즈들(16)의 일 예를 도시한다. 도 4a는 제 1 DOE 렌즈(16)를 바라본 평면도이며, 도 4b는 제 1 DOE 렌즈(16)의 중심을 따라 절취한 제 1 DOE 렌즈(16)의 측단면을 도시한다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 제 1 DOE 렌즈들(16)은 프레넬 존 플레이트 렌즈(Fresnel zone plate lens)이다.
프레넬 존 플레이트 렌즈는 광의 굴절이 아닌 광의 회절을 이용하여 광을 포커싱(focus)할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제 1 DOE 렌즈(16)는 방사상으로 대칭적인 링들로 이루어질 수 있으며, 상기 링들은 동일한 중심을 갖는다. 제 1 DOE 렌즈(16)의 중심 원 부분이 투명인 것으로 도시되어 있지만, 상기 중심 원 부분이 불투명이고, 불투명한 링 부분과 투명한 링 부분이 서로 바뀌어 배치될 수도 있다.
도 4a에 도시된 제 1 DOE 렌즈(16)의 링들은 다음과 같은 반지름을 갖는다.
Figure pat00001
여기서, rn은 링들의 반지름을 의미하는데, 도 4a에 도시된 바와 같이, r1은 첫번째 링의 내부 반지름을 의미하며, r2는 첫번째 링의 외부 반지름을 의미한다. 이러한 방식으로 rn은 n이 짝수인 경우, n/2 번째 링의 외부 반지름을 의미하며, n이 홀수인 경우, (n+1)/2번째 링의 내부 반지름을 의미한다. 또한, λ는 제 1 DOE 렌즈(16)에 입사하는 빔의 파장을 의미하며, f는 제 1 DOE 렌즈(16)의 초점 거리를 의미한다.
따라서, 광학 소자(100)에 사용되는 빔의 파장과 제 1 DOE 렌즈(16)의 초점 거리에 따라서, 제 1 DOE 렌즈(16)의 링들의 반지름을 계산할 수 있다. 즉, 필요에 따라, 사용될 빔의 파장과 필요한 초점거리가 정해진다면, 이에 적합한 제 1 DOE 렌즈(16)를 용이하게 설계할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제 1 투명 플레이트(12) 상에 불투명 물질로 이루어진 링들의 패턴이 형성될 수 있다. 이를 위해, 제 1 투명 플레이트(12) 상에 상기 불투명 물질을 형성할 수 있다. 불투명 물질은 금속이나 수지와 같은 물질일 수 있으며, 포토마스크에 주로 사용되는 크롬일 수 있다. 그 후, 포토리소그래픽 공정 및 식각 공정을 이용하여 불투명 물질층을 원하는 반지름을 갖는 링들의 패턴으로 패터닝할 수 있다. 그 결과, 도 4b에 도시된 바와 같은 제 1 DOE 렌즈(16)가 형성될 수 있다. 제 1 DOE 렌즈(16)는 상술된 반도체 제조 공정을 이용하여 정밀하게 제조될 수 있다. 뿐만 아니라, 반도체 제조 공정을 이용하는 경우, 수십 나노미터의 선폭으로 패터닝할 수 있으므로, 제 1 DOE 렌즈(16)의 직경을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 초점 거리를 갖도록 설계할 수 있다. 뿐만 아니라, 제 1 DOE 렌즈(16)는 일반 광학 렌즈가 아니기 때문에 판형으로 제조될 수 있다. 따라서 광학 소자(100)의 전체 크기를 줄일 수 있다. 또한, 제 1 DOE 렌즈(16)가 프레넬 존 플레이트 렌즈이기 때문에, 비구면을 적용할 수 있으며, 색수차, 구면수차, 비점수차, 코마수차, 왜곡수차, 화상만곡과 같은 다양한 수차들의 문제로부터 자유로울 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서는 제 1 DOE 렌즈(16)가 프레넬 존 플레이트 렌즈인 것으로 도시하였지만, 제 2 DOE 렌즈(26)도 프레넬 존 플레이트 렌즈일 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
도 5a 및 도 5b는 도 3에 도시된 제 2 DOE 렌즈들(26)의 일 예를 도시한다. 도 5a는 제 2 DOE 렌즈(26)를 바라본 평면도이며, 도 5b는 제 2 DOE 렌즈(26)의 중심을 따라 절취한 제 2 DOE 렌즈(26)의 측단면을 도시한다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 제 2 DOE 렌즈들(26)은 키노폼 렌즈(Kinoform lens)이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제 2 DOE 렌즈(26)는 각각의 영역(R1 내지 R6)마다 단차가 있는 표면을 갖는다. 또한 영역들(R1 내지 R6)은 제 1 영역(R1)으로부터 제 6 영역(R6)으로 갈수록 폭이 줄어들게 되며, 그에 따라 표면의 기울기도 급해진다. 이러한 제 2 DOE 렌즈(26)도 집광 렌즈로 기능할 수 있다. 제 2 DOE 렌즈(26)의 초점을 지나 제 2 DOE 렌즈(26)에 입사한 광은 제 2 DOE 렌즈(26)의 평면에 수직한 방향으로 제 2 DOE 렌즈(26)의 축에 평행하게 진행한다. 또한, 제 2 DOE 렌즈(26)에 수직으로 입사한 광은 제 2 DOE 렌즈(26)의 초점으로 진행한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 제 2 DOE 렌즈(26)는 반도체 제조 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 제 2 투명 플레이트(22) 상에 투명 물질을 적층한 후, 포토리소그래픽 공정 및 식각 공정을 반복적으로 수행함으로써 도 5b에 도시된 연속적인 표면을 양자화한 것과 같은 불연속적인 표면을 형성할 수 있다. 그 후, 상기 불연속적인 표면을 등방성 식각하여 연속적인 표면으로 바꿈으로써 도 5a 및 도 5b에 도시된 키노폼 렌즈를 제조할 수 있다. 상술한 바와 같이 반도체 공정을 이용하여 키노폼 렌즈를 제조함으로써 정밀한 DOE 렌즈를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 일반 광학 렌즈, 예컨대 볼록 렌즈에 비해 얇은 두께로 제조할 수 있다. 뿐만 아니라, 빛의 굴절성이 아닌 빛의 회절성을 이용함으로써, 비구면 수차나 색 수차와 같은 수차들의 문제도 해결될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서는 제 2 DOE 렌즈(26)가 키노폼 렌즈인 것으로 도시하였지만, 제 1 DOE 렌즈(16)도 역시 키노폼 렌즈일 수 있다는 것에 주의하여야 한다.
도 6은 도 2 및 도 3에 각각 도시되는 제 1 DOE 렌즈(16)와 제 2 DOE 렌즈(26)의 광학적 관계를 나타내기 위한 개념도이다. 도 6에서 제 1 DOE 렌즈(16') 및 제 2 DOE 렌즈(26')가 마치 일반 광학 렌즈, 즉, 볼록 렌즈인 것처럼 도시되어 있지만, 이는 용이한 이해를 위한 기호(symbol)의 의미를 가질 뿐이며, 실제로는 볼록 렌즈가 아니라는 점에 주의하여야 한다.
도 6을 참조하면, 제 1 DOE 렌즈(16')와 제 2 DOE 렌즈(26')는 서로 d의 거리만큼 이격되어 있다. 제 1 DOE 렌즈(16')의 초점거리는 f1이며, 제 2 DOE 렌즈(26')의 초점거리는 f2이다. 만약 d가 f1과 f2의 합과 같다면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 DOE 렌즈(16')에 입사한 제 1 평행 빔(90)은 제 1 DOE 렌즈(16')와 제 2 DOE 렌즈(26') 모두의 초점(F)을 지나는 제 2 빔(92)로 변형되며, 제 2 빔(92)은 제 2 DOE 렌즈(26')을 통과하면서 제 2 DOE 렌즈(26') 면에 수직한 제 3 평행 빔(94)로 변형될 것이다.
그러나, 만약 d가 f1과 f2의 합보다 작다면, 제 2 DOE 렌즈(26')의 초점은 제 1 DOE 렌즈(16')의 초점(F)보다 좌측에 위치할 것이며, 초점(F)을 지나는 제 2 빔(92)은 제 2 DOE 렌즈(26')의 초점을 지나는 빛보다 큰 입사각으로 제 2 DOE 렌즈(26')에 입사할 것이다. 그에 따라, 제 3 빔(94)은 제 2 DOE 렌즈(26')의 축으로부터 발산할 것이다. 또한, 이격 거리(d)가 점점 작아지는 경우, 제 3 빔(94)은 상기 축에 대해 더 큰 각으로 발산하게 될 것이다.
반대로, 만약 d가 f1과 f2의 합보다 크다면, 제 2 DOE 렌즈(26')의 초점은 제 1 DOE 렌즈(16')의 초점(F)보다 우측에 위치할 것이며, 초점(F)을 지나는 제 2 빔(92)은 제 2 DOE 렌즈(26')의 초점을 지나는 빛보다 작은 입사각으로 제 2 DOE 렌즈(26')에 입사할 것이다. 그에 따라, 제 3 빔(94)은 제 2 DOE 렌즈(26')의 축을 향하여 응집할 것이다. 또한, 이격 거리(d)가 점점 커지는 경우, 제 3 빔(94)은 상기 축에 대해 더 큰 각으로 응집하게 될 것이다.
도 1을 참조로 상술한 바와 같이, 이격 거리(d)는 도 1의 압전 소자(30)를 이용하여 조절될 수 있기 때문에, 광학 소자(100)로부터 방출되는 제 3 빔(94)의 발산 각도는 쉽게 조절될 수 있다. 본 명세서에서 발산 각도는 제 3 빔(94)이 평행 빔이 아닌 경우, 즉, 제 2 DOE 렌즈(26')의 축을 향하여 응집하거나 상기 축으로부터 발산하는 경우 모두에 대하여, 상기 축과의 각도를 의미한다. 따라서, 발산 각도가 양인 경우에는 제 3 빔(94)이 발산 빔이라는 것을 의미하며, 발산 각도가 음인 경우에는 제 3 빔(94)이 응집 빔이라는 것을 의미한다.
또한, 초점(F)을 기준으로 제 1 DOE 렌즈(16')에 의해 한정되는 좌측 원뿔과 초점(F)을 기준으로 제 2 DOE 렌즈(26')에 의해 한정되는 우측 원뿔은 서로 대칭이며, 그 비율은 제 1 DOE 렌즈(16')의 초점거리(f1)와 제 2 DOE 렌즈(26')의 초점 거리(f2)의 비율과 관련된다. 따라서, 제 1 평행 빔(90)의 직경이 d1인 경우, 제 3 평행 빔(94)의 직경은 d1*(f2/f1)으로 결정된다. 또한, 광학적으로 제 1 평행 빔(90)의 에너지는 제 1 및 제 2 DOE 렌즈(16', 26')을 거쳐서 제 3 빔(94)의 에너지로 변환된다. 따라서, 제 1 평행 빔(90)의 단위 면적당 세기에 대한 제 3 평행 빔(94)의 단위 면적당 세기의 비는 (f1/f2)2으로 결정된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시한다. 도 7의 광학소자(200)는 도 1의 광학 소자(100)와 대부분 실질적으로 동일하며, 오직 제 1 렌즈 어레이(10a) 및 제 2 렌즈 어레이(20a) 부분만 상이하다. 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 제 1 렌즈 어레이(10a)와 제 2 렌즈 어레이(20a)는 도 1의 제 1 렌즈 어레이(10)와 제 2 렌즈 어레이(20)과 비교할 때, 일부분, 예컨대, 도 7에서는 중앙 부분에 다른 DOE 렌즈들과는 다른 크기를 갖는 DOE 렌즈들이 배치되어 있다. 그러나, 상기 다른 크기를 갖는 DOE 렌즈들도 상기 다른 DOE 렌즈들과 동일한 초점거리를 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 일부의 DOE 렌즈들이 다른 크기를 가질 수 있으며, 그에 따라 제 2 렌즈 어레이(20a)를 통해 방출되는 제 3 빔들(94)도 다른 직경을 가질 수 있다. 즉, 제 1 렌즈 어레이(10a)의 DOE 렌즈들의 초점거리가 모두 동일하고, 제 2 렌즈 어레이(20a)의 DOE 렌즈들의 초점거리가 모두 동일한 경우, 제 3 빔들(94)의 직경은 상기 제 3 빔들(94) 각각이 통과한 DOE 렌즈들의 크기에 의해 한정된다. 또한, 상술한 바와 같이, DOE 렌즈들의 크기는 이를 통과할 빔의 파장과 상기 DOE 렌즈들의 초점 거리와 무관하므로, DOE 렌즈들의 크기를 쉽게 변화시킬 수 있다. 그에 따라, 다양한 산업분야의 다양한 요구에 적극적으로 대응할 수 있는 광학 소자(200)가 제조될 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이, 제 3 빔들(94)의 직경이 변화되더라도 이들의 단위 면적당 세기는 초점 거리들의 비율에 의해 결정되므로, 초점 거리들을 유지하는 한 상기 단위 면적당 세기는 변화될 수 없다.
제 3 빔들(94)의 단위 면적당 세기를 변화시키기는 것은 제 1 렌즈 어레이(10)의 DOE 렌즈들과 제 2 렌즈 어레이(20)의 DOE 렌즈들의 초점 거리의 합을 동일하게 유지하도록 설계함으로써 달성될 수 있다. 즉, 제 1 렌즈 어레이(10a)의 일부 DOE 렌즈들의 초점거리가 d1이고, 이에 대응하는 제 2 렌즈 어레이(20a)의 일부 DOE 렌즈들의 초점거리가 d2인 경우, 상기 일부 DOE 렌즈들을 통과한 제 3 빔들(94)의 단위 면적당 세기는 제 1 빔(90)의 단위 면적당 세기에 (d1/d2)2을 곱한 크기일 것이다. 그러나, 제 1 렌즈 어레이(10a)의 다른 DOE 렌즈들의 초점거리가 (d1+a)이고, 이에 대응하는 제 2 렌즈 어레이(20a)의 다른 DOE 렌즈들의 초점거리가 (d2-a)인 경우, 초점거리들의 합은 모두 d1+d2로 동일하지만, 상기 다른 DOE 렌즈들을 통과한 제 3 빔들(94)의 단위 면적당 세기는 제 1 빔(90)의 단위 면적당 세기에 ((d1+a)/(d2-a))2을 곱한 크기일 것이다. 이러한 방식으로 제 3 빔들(94)의 단위 면적당 세기를 용이하게 조절할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시한다. 도 8의 광학 소자(300)는 도 1의 광학 소자(100)와 대부분 실질적으로 동일하며, 오직 필터(40)를 더 포함한다는 점이 다르다. 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다. 발명 사상의 용이한 이해를 위하여, 반복되는 부분은 생략하여 도시하였음에 주의하여야 한다.
도 8을 참조하면, 광학 소자(300)는 필터(40)를 더 포함한다. 필터(40)에는 제 1 렌즈 어레이(10) 및 제 2 렌즈 어레이(20)의 DOE 렌즈들의 중심에 각각 대응하는 개구들(42)이 형성된다. 필터(40)는 제 1 렌즈 어레이(10)로부터 제 2 렌즈 어레이(20)를 향하여 대략 제 1 렌즈 어레이(10)의 DOE 렌즈들의 초점거리만큼 이격되어 있다. 따라서 제 1 렌즈 어레이(10)의 DOE 렌즈들의 초점은 필터(40)의 개구들(42) 내에 형성될 수 있다. 제 1 렌즈 어레이(10)로부터 방출된 제 2 빔들(92)은 이론적으로 모두 제 1 렌즈 어레이(10)의 DOE 렌즈들의 초점을 통과하여야 하지만, 실제적으로 존재하는 오차들로 인하여 초점을 통과하지 않는 경우가 존재한다. 필터(40)는 제 2 빔들(92)이 개구들(42)을 통과하도록 배치됨으로써, 상기 초점을 통과하지 않는 제 2 빔들(92)을 차단할 수 있다. 이를 통해 제 2 렌즈 어레이(20)를 통과한 제 3 빔들(94, 도 1 참조)의 품질은 향상될 수 있다.
특히, 제 1 렌즈 어레이(10) 및 제 2 렌즈 어레이(20)의 DOE 렌즈들이 프레넬 존 플레이트 렌즈들인 경우, 프레넬 존 플레이트 렌즈들이 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 투명 영역과 불투명 영역으로 이진적으로 구분되는 경우, 계획했던 초점(f)보다 앞쪽에서, 예컨대, f/3, f/5, f/7 등에서 고조파들의 초점이 형성하게 된다. 이 경우에도, 고조파들을 필터(40)로 차단함으로써 높은 품질의 빔을 획득할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학 소자를 도시한다. 도 9의 광학 소자(400)는 도 1의 광학 소자(100)와 대부분 실질적으로 동일하며, 오직 광량 조절부(50)를 더 포함한다는 점이 다르다. 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다. 발명 사상의 용이한 이해를 위하여, 반복되는 부분은 생략하여 도시하였음에 주의하여야 한다.
도 9를 참조하면, 광학 소자(400)는 광량 조절부(50)를 더 포함한다. 광량 조절부(50)는 제 2 빔들(92)의 광 경로 상에 수직하게 배치될 수 있다. 그러나 이러한 배치로 한정되지 않으며, 제 2 렌즈 어레이(22)의 후단, 즉, 도 1의 제 3 빔들(94)의 광 경로 상에 수직하게 배치될 수 있다.
광량 조절부(50)는 액정 패널(52)을 포함한다. 액정 패널(52)은 제 1 렌즈 어레이(10) 및 제 2 렌즈 어레이(20)의 DOE 렌즈들에 대응하도록 배치되는 복수의 액정 셀들(54)을 포함한다. 각각의 액정 셀들(54)은 각각의 제 2 빔들(92)의 광 경로 상에 배치되어, 제 2 빔들(92)은 각각 대응하는 액정 셀들(54)을 통과하도록 배치된다.
액정 셀들(54)은 액정의 구동에 따라 액정 셀들(54)에 입사한 제 2 빔들(92)의 위상을 가변시킬 수 있다. 상기 액정은 전압이 인가되지 않은 상태에서 빔들의 위상을 0도만큼 회전시키고 전압이 인가됨에 따라 90도만큼 회전시킬 수 있다. 또한, 반대로 상기 액정은 전압이 인가되지 않은 상태에서 빔들의 위상을 90도만큼 회전시키고, 전압이 인가됨에 따라 위상이 변하는 정도가 감소될 수도 있다. 어떠한 액정도 본 발명의 사상을 한정하지 않으며, 본 발명의 사상을 용이하게 이해할 수 있도록 액정 셀들(54)의 액정은 전압이 인가되지 않은 상태에서 위상을 변화시키지 않고 전압이 인가됨에 따라 위상이 변하는 정도가 증가하는 것으로 가정하여 설명한다.
광량 조절부(50)는 액정 패널(52)의 후단에 후방 편광판(58)을 더 포함할 수 있다. 후방 편광판(58)은 액정 셀들(54)을 통과한 빔들의 변화된 위상에 따라 빔의 세기를 조절할 수 있다.
광량 조절부(50)는 액정 패널(52)의 전단에 전방 편광판(56)을 더 포함할 수 있다. 전방 편광판(56)은 입사되는 빔을 제 1 방향으로 편광시킬 수 있다. 그러나, 제 1 렌즈 어레이(10)를 통과한 제 2 빔들(92)은 특정 방향의 위상으로 편광되어 있을 수 있으며, 이 경우, 전방 편광판(56)은 상기 특정 방향과 동일한 방향으로 편광시키는 것이어야 한다. 또한, 이러한 경우, 전방 편광판(56)는 제거될 수 있다.
전방 편광판(56)을 통과한 제 2 빔들(54)은 제 1 방향으로 편광될 수 있다. 제 1 방향으로 편광된 제 2 빔들(54)은 각각 대응하는 액정 셀들(54)을 통과하면서 각각 독립적으로 위상이 변할 수 있다. 후방 편광판(58)은 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 편광시킬 수 있으며, 액정 셀들(54)에서 위상이 변한 제 2 빔들(54)은 제 2 방향 성분만이 통과할 수 있다. 즉, 액정 셀들(54)에서 θ만큼 위상이 변한 경우, 후방 편광판(58)을 통과하면서 sin(θ)를 곱한 양으로 광량이 줄어들게 된다.
액정 패널(52)과 전방 편광판(56) 사이에, 그리고 액정 패널(52)과 후방 편광판(58) 사이에 애노드 전극과 캐소드 전극이 배치될 수 있으며, 애노드 전극은 액정 셀들(54)마다 독립적으로 전압이 인가될 수 있도록 배치될 수 있으며, 캐소드 전극은 액정 셀들(54) 모두에 대해 공통적으로 사용될 수 있다. 액정 셀들(54)을 제어하기 위한 제어 신호는 상기 애노드 전극을 통해 인가될 수 있다. 액정 셀들(54)은 직접 연결된 배선에 의해 동시에 독립적으로 제어될 수도 있다. 또한, 액정 셀들(54)은 박막 트랜지스터 어레이를 이용하여 순차적으로 제어될 수도 있다. 이 경우, 액정 셀들은 각각 하나의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
광학 소자(400)가 광량 조절부(50)를 포함함으로써 단일 평행 빔을 복수의 빔들로 분할하면서, 제어 신호에 따라 분할된 상기 복수의 빔들의 세기를 조절할 수 있다. 또한, 종래의 마이크로 미러 어레이와 같이 복잡한 구조를 갖는 장치와 함께 사용하지 않아도, 필요에 따라 빔들을 쉽게 변조시킬 수 있으므로, 더 많은 장치들에서 광학 소자(400)를 채용할 수 있을 것이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 실시예들에 나타난 발명적 특징들은 단독으로 채용될 수도 있지만, 이러한 특징들은 조합하여 채용될 수도 있다는 것에 주의하여야 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장치를 개념적으로 도시한다.
도 10을 참조하면, 노광 장치(500)는 빔 발생부(110), 다중 빔 생성 광학 소자(100) 및 결상부(120)를 포함한다. 노광 장치(500)에 의해 노광되는 피노광 물체는 기판(130)으로 도시하였으나, 이 외에도 다른 물체들이 노광될 수도 있다. 기판(130)은 감광 물질을 포함한다.
빔 발생부(110)는 제 1 평행 빔(90)을 생성할 수 있다. 제 1 평행 빔(90)은 제 3 빔(94)에 비하여 직경이 크다. 이를 위해 빔 발생부(110)는 레이저 빔을 오목 렌즈로 발산 시킨 후, 다시 볼록 렌즈로 집광 함으로써 직경이 큰 평면 빔을 생성할 수 있다.
제 1 평행 빔(90)은 다중 빔 생성 광학 소자(100)를 통과함으로써 복수의 제 3 빔들(94)로 변형된다. 다중 빔 생성 광학 소자(100)는 도 1을 참조로 위에서 설명하였으므로 반복되는 설명은 생략한다. 다만, 다중 빔 생성 광학 소자(100)는 도 7 내지 도 9에 설명한 광학 소자들(200, 300, 400)로 대체될 수 있다.
결상부(120)는 복수의 제 3 빔들(94)로부터 이미지를 기판(130) 상에 결상시킴으로써, 기판(130)의 감광 물질을 노광시킬 수 있다. 결상부(120)는 제 3 빔들(94)을 입사 받아, 외부 신호에 의해 선택적으로 반사시키는 복수개의 마이크로미러들이 배열되어 있는 디지털 마이크로미러 소자(미 도시), 및 상기 디지털 마이크로미러 소자에서 반사된 빔의 해상도를 조정하여 기판(130)의 감광 물질 상으로 출사하는 프로젝션 렌즈(미 도시)를 포함할 수 있다.
제 3 빔들(94)은 결상부(120)를 통과함으로써 제 4 빔들(96)으로 변형되며, 제 4 빔들(96)은 기판(130)의 감광 물질 상에 결상될 수 있다. 이에 따라 상가 감광 물질은 포토마스크 없이 직접 노광될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 제 1 렌즈 어레이 12: 제 1 투명 플레이트
14: 반사 방지막 16: 제 1 DOE 렌즈
20: 제 2 렌즈 어레이 22: 제 2 투명 플레이트
26: 제 2 DOE 렌즈 30: 압전 소자
40: 필터 50: 광량 조절부
52: 액정 패널 54: 액정 셀
56: 전방 편광판 58: 후방 편광판
90: 제 1 평행 빔 92: 제 2 빔들
94: 제 3 빔들 100: 광학 소자

Claims (10)

  1. 제 1 평면에 2차원으로 배열되고 제 1 평행 빔을 복수의 제 2 빔들로 분할하도록 집광하는 복수의 제 1 DOE(diffractive optical element) 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 어레이; 및
    상기 복수의 제 1 DOE 렌즈들에 각각 대응하도록 상기 제 1 평면에 평행한 제 2 평면에 배열되고 상기 복수의 제 2 빔들을 복수의 제 3 빔들로 각각 변형하는 복수의 제 2 DOE 렌즈들을 포함하는 제 2 렌즈 어레이를 포함하는 광학 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면 사이의 이격 거리는 상기 제 1 DOE 렌즈들의 초점거리와 상기 제 2 DOE 렌즈들의 초점거리의 합과 동일하며, 상기 제 3 빔들은 상기 제 2 평면에 수직한 평행 빔들인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 어레이와 상기 제 2 렌즈 어레이 사이에 배치되는 압전 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압전 소자에 인가되는 전압을 조절함으로써 상기 제 1 렌즈 어레이와 상기 제 2 렌즈 어레이 간의 이격 거리를 조절하여 상기 제 3 빔들의 발산 각도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 DOE 렌즈들 또는 상기 제 2 DOE 렌즈들은 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 DOE 렌즈들 또는 상기 제 2 DOE 렌즈들은 키노폼 렌즈(Kinoform lens)들인 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 렌즈 어레이 또는 상기 제 2 렌즈 어레이는 포토리소그래픽 공정 및 식각 공정을 포함하는 포토마스크 제조 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 제 1 DOE 렌즈들 각각의 중심에 대응하는 위치에 개구(aperture)들이 형성되고 상기 제 1 평면에 평행한 제 3 평면에 배치되는 필터를 더 포함하며,
    상기 제 3 평면은 상기 제 1 평면으로부터 상기 제 1 DOE 렌즈들의 초점 거리만큼 상기 제 2 평면 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    편광된 빔의 위상을 액정의 구동에 따라 가변시키는 복수의 액정 셀들을 포함하는 액정 패널; 및
    상기 가변된 빔의 위상에 따라 상기 빔의 세기를 조절하는 후방 편광판을 더 포함하며,
    상기 액정 패널은 상기 제 2 빔들의 광 경로 또는 상기 제 3 빔들의 광 경로 상에 배치되고, 상기 액정 셀들은 상기 제 2 빔들 또는 상기 제 3 빔들이 각각 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  10. 제 1 평행 빔을 방출하는 빔 방출부;
    상기 제 1 평행 빔을 복수의 제 2 빔들로 분할하도록 집광하는 복수의 제 1 DOE 렌즈들을 포함하는 제 1 렌즈 어레이;
    상기 제 1 렌즈 어레이에 의해 분할된 상기 복수의 제 2 빔들을 복수의 제 3 빔들로 각각 변형하는 복수의 제 2 DOE 렌즈들을 포함하는 제 2 렌즈 어레이; 및
    상기 복수의 제 3 빔들로부터 이미지를 감광 재료 상에 결상하는 결상부를 포함하는 노광 장치.
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