KR100742251B1

KR100742251B1 - 화상노광방법 및 장치

Info

Publication number: KR100742251B1
Application number: KR1020040112149A
Authority: KR
Inventors: 이시카와히로미; 이시이슈이치
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2007-07-24
Also published as: US7164523B2; US20050168823A1; TWI283795B; CN1637589A; KR20050067073A; TW200532360A

Abstract

본 발명은 공간 광변조소자와 마이크로렌즈 어레이를 조합하여 이루어지는 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈로 집광된 빔의 뒤틀림을 방지하는 것을 과제로 한다.

조사된 광을 각각 변조하는 다수의 화소부가 2차원상으로 배열되어 이루어지는 DMD 등의 공간 광변조소자(50)와, 이 공간 광변조소자(50)에 광(B)을 조사하는 광원(66)과, 공간 광변조소자(50)의 각 화소부로부터의 광(B)을 각각 집광하는 마이크로렌즈(55a)가 어레이상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이(55)를 구비한 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈 어레이(55)의 각 마이크로렌즈(55a)를, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 한다.

Description

화상노광방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR IMAGE EXPOSURE}

도 1은 본 발명의 일실시형태인 화상노광장치의 외관을 나타내는 사시도,

도 2는 도 1의 화상노광장치의 스캐너의 구성을 나타내는 사시도,

도 3의 (A)는 감광재료에 형성되는 노광완료 영역을 나타내는 평면도, (B)는 각 노광헤드에 의한 노광영역의 배열을 나타내는 도면,

도 4는 도 1의 화상노광장치의 노광헤드의 개략구성을 나타내는 사시도,

도 5는 상기 노광헤드의 단면도,

도 6은 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)의 구성을 나타내는 부분 확대도,

도 7의 (A) 및 (B)는 DMD의 동작을 설명하기 위한 설명도,

도 8의 (A) 및 (B)는 DMD를 경사 배치하지 않을 경우와 경사 배치할 경우에서, 노광빔의 배치 및 주사선을 비교해서 나타내는 평면도,

도 9a는 섬유 어레이 광원의 구성을 나타내는 사시도,

도 9b는 섬유 어레이 광원의 레이저 출사부에 있어서의 발광점의 배열을 나타내는 정면도,

도 10은 멀티모드 광섬유의 구성을 나타내는 도면,

도 11은 합파 레이저 광원의 구성을 나타내는 평면도,

도 12는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 평면도,

도 13은 도 12에 나타내는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 측면도,

도 14는 도 12에 나타내는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 부분 정면도,

도 15는 상기 화상노광장치의 전기적 구성을 나타내는 블록도,

도 16의 (A) 및 (B)는 DMD의 사용영역의 예를 나타내는 도면,

도 17은 DMD를 구성하는 마이크로미러의 반사면의 뒤틀림을 등고선으로 나타내는 도면,

도 18은 상기 마이크로미러의 반사면의 뒤틀림을, 상기 미러의 2개의 대각선 방향에 대해서 나타내는 그래프,

도 19는 상기 화상노광장치에 사용된 마이크로렌즈 어레이의 정면도(A)와 측면도(B),

도 20은 상기 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 마이크로렌즈의 정면도(A)와 측면도(B),

도 21은 상기 마이크로렌즈에 의한 집광상태를 1개의 단면 내(A)와 다른 단면 내(B)에 대해서 나타내는 개략도,

도 22a는 본 발명의 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈의 집광위치 근방에 있어서의 빔 지름을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면,

도 22b는 도 22a와 같은 시뮬레이션 결과를, 다른 위치에 대해서 나타내는 도면,

도 22c는 도 22a와 같은 시뮬레이션 결과를, 다른 위치에 대해서 나타내는 도면,

도 22d는 도 22a와 같은 시뮬레이션 결과를, 다른 위치에 대해서 나타내는 도면,

도 23a는 종래의 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈의 집광위치 근방에 있어서의 빔 지름을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면,

도 23b는 도 23a와 같은 시뮬레이션 결과를, 다른 위치에 대해서 나타내는 도면,

도 23c는 도 23a와 같은 시뮬레이션 결과를, 다른 위치에 대해서 나타내는 도면,

도 23d는 도 23a와 같은 시뮬레이션 결과를, 다른 위치에 대해서 나타내는 도면,

도 24는 본 발명의 다른 화상노광장치에 사용되는 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 마이크로렌즈의 정면도(A)와 측면도(B),

도 25는 도 24의 마이크로렌즈에 의한 집광상태를 1개의 단면 내(A)와 다른 단면 내(B)에 대해서 나타내는 개략도,

도 26은 마이크로렌즈의 또 다른 예를 나타내는 정면도(A)와 측면도(B),

도 27은 마이크로렌즈의 또 다른 예를 나타내는 정면도(A)와 측면도(B),

도 28은 구면 렌즈형상 예를 나타내는 그래프,

도 29는 본 발명에 사용되는 마이크로렌즈의 다른 렌즈면 형상 예를 나타내는 그래프,

도 30은 마이크로렌즈 어레이의 다른 예를 나타내는 사시도,

도 31은 마이크로렌즈 어레이의 또 다른 예를 나타내는 평면도,

도 32는 마이크로렌즈 어레이의 또 다른 예를 나타내는 평면도,

도 33은 마이크로렌즈 어레이의 또 다른 예를 나타내는 평면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

LD1∼LD7 : GaN계 반도체 레이저 30, 31 : 멀티모드 광섬유

50 : 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)

51 : 확대 결상광학계 53, 54 : 제1결상광학계의 렌즈

55 , 255, 455, 555, 655, 755, 855 : 마이크로렌즈 어레이

55a, 55a', 55a", 155a, 255a, 455a, 555a, 655a, 755a, 855a : 마이크로렌즈

57, 58 : 제2결상광학계의 렌즈 59 : 어퍼쳐 어레이

64 : 레이저 모듈 66 : 섬유 어레이 광원

68 : 레이저 출사부 72 : 로드 인티그레이터

150 : 감광재료 152 : 스테이지

162 : 스캐너 166 : 노광헤드

168 : 노광영역 170 : 노광완료 영역

본 발명은 화상노광장치에 관한 것이고, 특히 상세하게는, 공간 광변조소자 로 변조된 광을 결상광학계에 통과시키고, 이 광에 의한 상을 감광재료상에 결상 시켜서 상기 감광재료를 노광하는 화상노광장치에 관한 것이다.

또 본 발명은, 상술한 바와 같은 화상노광장치를 사용하는 노광방법에 관한 것이다.

종래, 공간 광변조소자로 변조된 광을 결상광학계에 통과시키고, 이 광에 의한 상을 소정의 감광재료상에 결상해서 상기 감광재료를 노광하는 화상노광장치가 공지로 되어 있다. 이 종류의 화상노광장치는, 기본적으로, 조사된 광을 각각 제어신호에 따라서 변조하는 다수의 화소부가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 공간 광변조소자와, 이 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원과, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 결상광학계를 구비해서 이루어지는 것이다. 또한, 비특허문헌 1 및 본 출원인에 의한 일본 특허출원 2002-149886호 명세서에는, 상기 기본적 구성을 갖는 화상노광장치의 일례가 나타내어져 있다.

이 종류의 화상노광장치에 있어서, 상기 공간 광변조소자로서는, 예를 들면 LCD(액정표시소자)나 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스) 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 또 상기 DMD는, 제어신호에 따라서 반사면의 각도를 변화시키는 다수의 마이크로미러가, 실리콘 등의 반도체 기판상에 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 미러 디바이스이다.

상술한 바와 같은 화상노광장치에 있어서는, 감광재료에 투영하는 화상을 확대하고 싶다고 하는 요구가 수반되는 경우도 많고, 그 경우에는, 결상광학계로서 확대 결상광학계가 사용된다. 그와 같이 할 때, 공간 광변조소자를 거친 광을 단지 확대 결상광학계에 통과시킨 것만으로는, 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광속이 확대되어, 투영된 화상에 있어서 화소 사이즈가 커지고, 화상의 선예도가 저하해 버린다.

그래서, 상기 일본 특허출원 2002-149886호 명세서에도 나타내어지는 바와 같이, 공간 광변조소자로 변조된 광의 광로에 제1의 결상광학계를 배치하고, 이 결상광학계에 의한 결상면에는 공간 광변조소자의 각 화소부가 각각 대응하는 마이크로렌즈가 어레이상으로 배열되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이를 배치하고, 그리고 이 마이크로렌즈 어레이를 통과한 광의 광로에는, 변조된 광에 의한 상을 감광재료나 스크린상에 결상하는 제2의 결상광학계를 배치해서, 이들 제1 및 제2의 결상광학계에 의해 상을 확대 투영하는 것이 고려되고 있다. 이 구성에 있어서는, 감광재료나 스크린상에 투영되는 화상의 사이즈는 확대되는 한편, 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광은 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해서 집광되기 때문에, 투영 화상에 있어서의 화소 사이즈(스폿 사이즈)는 좁혀져서 작게 유지되므로, 화상의 선예도도 높게 유지할 수 있다.

또한 특허문헌 1에는, 공간 광변조소자로서 DMD를 사용하고, 그것과 마이크로렌즈 어레이를 조합하여 이루어지는 화상노광장치의 일례가 나타내어져 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허공개 2001-305663호 공보

[비특허문헌 1] 이시카와 아키히토 "마스크리스 노광에 의한 개발단축과 양산 적용화", 「일렉트로닉스 실장기술」, 가부시키가이샤 기쥬츠초사카이, Vol.18, No.6, 2002년, p.74-79

그런데, 상술한 바와 같이 공간 광변조소자와 마이크로렌즈 어레이를 조합시켜서 이루어지는 종래의 화상노광장치에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에서 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버린다고 하는 문제가 확인되고 있다. 이 문제는, 특히 공간 광변조소자로서 상술의 DMD를 사용했을 경우에 현저하게 확인된다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 공간 광변조소자와 마이크로렌즈 어레이를 조합시켜서 이루어지는 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈로 집광된 빔의 뒤틀림을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은, 상기 빔의 뒤틀림을 방지가능한 화상노광방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 제1의 화상노광장치는,

앞에서 서술한 바와 같이, 조사된 광을 각각 변조하는 다수의 화소부가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 공간 광변조소자와,

이 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원과,

상기 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 마이크로렌즈가 어레이상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상(像)을 감광재료상에 결상하는 결상광학 계를 구비한 화상노광장치에 있어서,

상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 상기 비구면으로서는 예를 들면 원환체면을 바람직하게 채용할 수 있다.

또, 본 발명에 의한 제2의 화상노광장치는, 제1의 화상노광장치에 있어서와 동일한 공간 광변조소자와, 광원과, 결상광학계를 구비한 화상노광장치에 있어서, 결상광학계에 포함되는 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 의한 제3의 화상노광장치는,

조사된 광을 각각 변조하는 다수의 직사각형의 화소부가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 공간 광변조소자와,

이 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원과,

상기 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 마이크로렌즈가 어레이상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 결상광학계를 구비한 화상노광장치에 있어서,

결상광학계에 포함되는 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자의 화소부의 주변부로부터의 광을 입사시키지 않는 렌즈 개구형상을 갖는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 이 제3의 화상노광장치는, 상기 제1의 화상노광장치의 특징부분도 겸비하여, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자의 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있는 것이 특히 바람직하다. 그 경우, 상기 비구면은 원환체면인 것이 바람직하다.

또 상기 제3의 화상노광장치는, 상기 제2의 화상노광장치의 특징부분도 겸비하고, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자의 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있는 것이 특히 바람직하다.

또 상기 제3의 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈는 원형의 렌즈 개구를 갖는 것임이 바람직하다.

또 상기 제3의 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈의 개구형상이, 그 렌즈면의 일부에 차광부를 형성함으로써 규정되어 있는 것이 바람직하다.

또, 이상 설명한 본 발명에 의한 제1∼제3의 화상노광장치에 있어서, 상기 결상광학계가, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제1의 결상광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 제2의 결상광학계를 갖는 것인 경우는, 제1의 결상광학계의 결상위치가 마이크로렌즈 어레이의 렌즈면에 설정되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 이상 설명한 본 발명에 의한 제1∼제3의 화상노광장치에 있어서, 상기 결상광학계가, 상술과 같은 제1의 결상광학계 및 제2의 결상광학계를 갖는 것인 경우는, 마이크로렌즈 어레이와 제2의 결상광학계 사이에, 마이크로렌즈로부터 출사된 광을 각각 개별로 좁히는 다수의 개구를 어레이상으로 배열해서 갖는 개구 어레이가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 그 경우, 상기 개구 어레이는, 마이크로렌즈의 초점위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 의한 제1∼제3의 각 화상노광장치는, 화소부로서의 미소 미러가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)를 공간 광변조소자로서 이용하는 화상노광장치를 전제로 하여 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 의한 화상노광방법은, 상술한 본 발명에 의한 화상노광장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광재료에 노광하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시형태에 의한 화상노광장치에 대해서 설명한다.

[화상노광장치의 구성]

이 화상노광장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 시트상의 감광재료(150)를 표면에 흡착해서 유지하는 평판상의 이동 스테이지(152)를 구비하고 있다. 4개의 다리부(154)에 지지된 두꺼운 판형상의 설치대(156)의 상면에는, 스테이지 이동방향을 따라 연장된 2개의 가이드(158)가 설치되어 있다. 스테이지(152)는 그 길이방향이 스테이지 이동방향을 향하도록 배치됨과 아울러, 가이드(158)에 의해 왕복이동 가능하게 지지되어 있다. 또, 이 화상노광장치에는, 부 주사수단으로서의 스테 이지(152)를 가이드(158)를 따라 구동하는 후술의 스테이지 구동장치(304)(도 15 참조)가 설치되어 있다.

설치대(156)의 중앙부에는, 스테이지(152)의 이동경로를 걸치도록 ㄷ자 형상의 게이트(160)가 설치되어 있다. ㄷ자 형상의 게이트(160)의 끝부의 각각은, 설치대(156)의 양측면에 고정되어 있다. 이 게이트(160)를 사이에 두고 한쪽 측에는 스캐너(162)가 설치되고, 다른쪽 측에는 감광재료(150)의 선단 및 후단을 검지하는 복수(예를 들면 2개)의 센서(164)가 설치되어 있다. 스캐너(162) 및 센서(164)는 게이트(160)에 각각 부착되고, 스테이지(152)의 이동경로의 윗쪽에 고정 배치되어 있다. 또, 스캐너(162) 및 센서(164)는 이들을 제어하는 도시하지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다.

스캐너(162)는, 도 2 및 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, m행 n열(예를 들면 3행 5열)의 대략 매트릭스형상으로 배열된 복수(예를 들면 14개)의 노광헤드(166)를 구비하고 있다. 이 예에서는, 감광재료(150)의 폭과의 관계로, 3행째에는 4개의 노광헤드(166)를 배치하고 있다. 또, m행째의 n열째에 배열된 각각의 노광헤드를 나타낼 경우는, 노광헤드(166_mn)로 표기한다.

노광헤드(166)에 의한 노광영역(168)은, 부 주사방향을 짧은변으로 하는 직사각 형상이다. 따라서, 스테이지(152)의 이동에 따라 감광재료(150)에는 노광헤드(166)마다 띠형상의 노광완료 영역(170)이 형성된다. 또, m행째의 n열째에 배열된 각각의 노광헤드에 의한 노광영역을 나타내는 경우는, 노광영역(168_mn)으로 표기한 다.

또한, 도 3의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 띠형상의 노광완료 영역(170)이 부 주사방향과 직교하는 방향으로 간극없이 배열되도록, 라인상으로 배열된 각 행의 노광헤드의 각각은, 배열방향으로 소정 간격(노광영역의 긴변의 자연수배, 본 예에서는 2배) 어긋나게 배치되어 있다. 이 때문에, 1행째의 노광영역(168₁₁)과 노광영역(168₁₂) 사이의 노광할 수 없는 부분은, 2행째의 노광영역(168₂₁)과 3행째의 노광영역(168₃₁)에 의해 노광할 수 있다.

노광헤드(166₁₁∼166_mn)의 각각은, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 입사된 광빔을 화상 데이터에 따라서 각 화소마다 변조하는 공간 광변조소자로서, 미국 텍사스 인스트루먼트사 제품의 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)(50)를 구비하고 있다. DMD(50)는, 데이터 처리부와 미러 구동제어부를 구비한 후술의 컨트롤러(302)(도 15 참조)에 접속되어 있다. 이 컨트롤러(302)의 데이터 처리부에서는, 입력된 화상 데이터에 근거하여, 각 노광헤드(166)마다 DMD(50)의 제어해야 할 영역내의 각 마이크로미러를 구동제어하는 제어신호를 생성한다. 또, 제어해야 할 영역에 대해서는 후술한다. 또한, 미러 구동제어부에서는, 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어신호에 기초하여, 각 노광헤드(166)마다 DMD(50)의 각 마이크로미러의 반사면의 각도를 제어한다. 또한, 반사면의 각도의 제어에 대해서는 후술한다.

DMD(50)의 광 입사측에는, 광섬유의 출사단부(발광점)가 노광영역(168)의 긴변 방향과 대응하는 방향을 따라 일렬로 배열된 레이저 출사부를 구비한 섬유 어레 이 광원(66), 섬유 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저광을 보정해서 DMD상에 집광시키는 렌즈계(67), 이 렌즈계(67)를 투과한 레이저광을 DMD(50)를 향해서 반사하는 미러(69)가 이 순으로 배치되어 있다. 또 도 4에서는, 렌즈계(67)를 개략적으로 나타내고 있다.

상기 렌즈계(67)는, 도 5에 상세하게 나타내는 바와 같이, 섬유 어레이 광원(66)으로부터 출사된 조명광으로서의 레이저광(B)을 집광하는 집광렌즈(71), 이 집광렌즈(71)를 통과한 광의 광로에 삽입된 로드상 옵티컬 인티그레이터(integrator)(이하, 로드 인티그레이터라고 한다)(72), 및 이 로드 인티그레이터(72)의 전방 즉 미러(69)측에 배치된 결상렌즈(74)로 구성되어 있다. 집광렌즈(71), 로드 인티그레이터(72) 및 결상렌즈(74)는 섬유 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저광을, 평행광에 가깝고 또한 빔 단면 내 강도가 균일화된 광속으로서 DMD(50)에 입사시킨다. 이 로드 인티그레이터(72)의 형상이나 작용에 대해서는 뒤에 상세하게 설명한다.

상기 렌즈계(67)로부터 출사된 레이저광(B)은 미러(69)에 의해 반사되고, TIR(전반사) 프리즘(70)을 통해서 DMD(50)에 조사된다. 또한 도 4에서는, 이 TIR 프리즘(70)은 생략되어 있다.

또 DMD(50)의 광반사측에는, DMD(50)에서 반사된 레이저광(B)을, 감광재료(150)상에 결상하는 결상광학계(51)가 배치되어 있다. 이 결상광학계(51)는 도 4에서는 개략적으로 나타내고 있지만, 도 5에 상세를 나타내는 바와 같이, 렌즈계(52, 54)로 이루어지는 제1결상광학계와, 렌즈계(57, 58)로 이루어지는 제2결상광학계 와, 이들 결상광학계의 사이에 삽입된 마이크로렌즈 어레이(55)와, 어퍼쳐 어레이(59)로 구성되어 있다.

마이크로렌즈 어레이(55)는 DMD(50)의 각 화소에 대응하는 다수의 마이크로렌즈(55a)가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 것이다. 본 예에서는 후술하는 것 같이 DMD(50)의 1024개×768열의 마이크로미러 중 1024개×256열만이 구동되므로, 그것에 대응시켜서 마이크로렌즈(55a)는 1024개×256열 배치되어 있다. 또 마이크로렌즈(55a)의 배치 피치는 세로방향, 가로방향 모두 41㎛이다. 이 마이크로렌즈(55a)는 일례로서 초점거리가 0.19㎜, NA(개구수)가 0.11이고, 광학유리 BK7로 형성되어 있다. 또한 마이크로렌즈(55a)의 형상에 대해서는, 뒤에 상세하게 설명한다. 그리고, 각 마이크로렌즈(55a)의 위치에 있어서의 레이저광(B)의 빔 지름은, 41㎛이다.

또 상기 어퍼쳐 어레이(59)는, 마이크로렌즈 어레이(55)의 각 마이크로렌즈(55a)에 대응하는 다수의 어퍼쳐(개구)(59a)가 형성되어서 이루어지는 것이다. 본 실시형태에 있어서 어퍼쳐(59a)의 지름은 10㎛이다.

상기 제1결상광학계는, DMD(50)에 의한 상을 3배로 확대해서 마이크로렌즈 어레이(55)상에 결상한다. 그리고 제2결상광학계는, 마이크로렌즈 어레이(55)를 거친 상을 1.6배로 확대하여 감광재료(150)상에 결상, 투영한다. 따라서 전체적으로는 DMD(50)에 의한 상이 4.8배로 확대되어 감광재료(150)상에 결상, 투영되게 된다.

또한 본 예에서는, 제2결상광학계와 감광재료(150) 사이에 프리즘 페어(73) 가 설치되고, 이 프리즘 페어(73)를 도 5중에서 상하방향으로 이동시킴으로써, 감광재료(150)상에 있어서의 상의 핀트를 조절가능하게 되어 있다. 또 도 5 중에 있어서, 감광재료(150)는 화살표 F방향으로 부주사 이송된다.

DMD(50)는 도 6에 나타낸 바와 같이, SRAM셀(메모리셀)(60)상에, 각각 화소(픽셀)를 구성하는 다수(예를 들면 1024개×768개)의 미소미러(마이크로미러)(62)가 격자상으로 배열되어서 이루어지는 미러 디바이스이다. 각 픽셀에 있어서, 최상부에는 지주에 지지된 마이크로미러(62)가 설치되어 있고, 마이크로미러(62)의 표면에는 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다. 또, 마이크로미러(62)의 반사율은 90%이상이며, 그 배열 피치는 세로방향, 가로방향 모두 일례로서 13.7㎛이다. 또한, 마이크로미러(62)의 바로 아래에는, 힌지 및 요크를 포함하는 지주를 개재해서 통상의 반도체 메모리의 제조라인에서 제조되는 실리콘 게이트의 CMOS의 SRAM셀(60)이 배치되어 있고, 전체는 모놀리식으로 구성되어 있다.

DMD(50)의 SRAM셀(60)에 디지털 신호가 기록되면, 지주에 지지된 마이크로미러(62)가, 대각선을 중심으로 해서 DMD(50)가 배치된 기판측에 대하여 ±α도(예를 들면 ±12도)의 범위에서 기울어진다. 도 7의 (A)는, 마이크로미러(62)가 온 상태인 +α도로 기운 상태를 나타내고, 도 7의 (B)는, 마이크로미러(62)가 오프 상태인 -α도로 기운 상태를 나타낸다. 따라서, 화상신호에 따라서 DMD(50)의 각 픽셀에 있어서의 마이크로미러(62)의 경사를, 도 6에 나타내는 바와 같이 제어함으로써, DMD(50)에 입사된 레이저광(B)은 각각의 마이크로미러(62)의 경사방향으로 반사된다.

또한 도 6에는, DMD(50)의 일부를 확대하고, 마이크로미러(62)가 +α도 또는 -α도로 제어되어 있는 상태의 일례를 나타낸다. 각각의 마이크로미러(62)의 온/오프 제어는, DMD(50)에 접속된 상기 컨트롤러(302)에 의해 행하여진다. 또한, 오프상태의 마이크로미러(62)에서 반사된 레이저광(B)이 진행하는 방향에는, 광흡수체(도시 생략)가 배치되어 있다.

또한, DMD(50)는 그 짧은변이 부 주사방향과 소정각도(θ)(예를 들면, 0.1°∼5°)를 이루도록 약간 경사시켜서 배치하는 것이 바람직하다. 도 8의 (A)는 DMD(50)를 경사시키지 않는 경우의 각 마이크로미러에 의한 반사광 상(像)(노광빔)(53)의 주사궤적을 나타내고, 도 8의 (B)는 DMD(50)를 경사시켰을 경우의 노광빔(53)의 주사궤적을 나타내고 있다.

DMD(50)에는 길이방향으로 마이크로미러가 다수개(예를 들면 1024개) 배열된 마이크로미러 열이, 폭방향으로 다수세트(예를 들면 756세트) 배열되어 있지만, 도 8의 (B)에 나타내는 바와 같이, DMD(50)를 경사시키는 것에 의해, 각 마이크로미러에 의한 노광빔(53)의 주사궤적(주사선)의 피치(P₁)가, DMD(50)를 경사시키지 않은 경우의 주사선의 피치(P₂)보다 좁아져, 해상도를 대폭 향상시킬 수 있다. 한편, DMD(50)의 경사각은 미소하므로 DMD(50)를 경사시켰을 경우의 주사폭(W₂)과, DMD(50)를 경사시키지 않은 경우의 주사폭(W₁)은 거의 동일하다.

또한, 다른 마이크로미러 열에 의해 같은 주사선상이 겹쳐서 노광(다중노광)되게 된다. 이와 같이, 다중노광됨으로써 얼라이먼트 마크에 대한 노광위치의 미소 량을 컨트롤할 수 있고, 고세밀한 노광을 실현할 수 있다. 또한, 주 주사방향으로 배열된 복수의 노광헤드 사이의 이음매를 미소량의 노광위치 제어에 의해 단차 없이 연결시킬 수 있다.

또, DMD(50)를 경사시키는 대신에, 각 마이크로미러 열을 부 주사방향과 직교하는 방향으로 소정간격 어긋나게 지그재그 형상으로 배치해도, 같은 효과를 얻을 수 있다.

섬유 어레이 광원(66)은 도 9a에 나타낸 바와 같이, 복수(예를 들면 14개)의 레이저 모듈(64)을 구비하고 있고, 각 레이저 모듈(64)에는, 멀티모드 광섬유(30)의 일단이 결합되어 있다. 멀티모드 광섬유(30)의 타단에는, 코어 지름이 멀티모드 광섬유(30)와 동일하고 또한 클래드 지름이 멀티모드 광섬유(30)보다 작은 광섬유(31)가 결합되어 있다. 도 9b에 상세하게 나타내는 바와 같이, 멀티모드 광섬유(31)의 광섬유(30)와 반대측의 끝부는 부 주사방향과 직교하는 주 주사방향을 따라 7개 배열되고, 그것이 2열로 배열되어 레이저 출사부(68)가 구성되어 있다.

멀티모드 광섬유(31)의 끝부로 구성되는 레이저 출사부(68)는 도 9b에 나타낸 바와 같이, 표면이 평탄한 2매의 지지판(65)에 끼워져서 고정되어 있다. 또한, 멀티모드 광섬유(31)의 광출사단면에는, 그 보호를 위하여 유리 등의 투명한 보호판이 배치되는 것이 바람직하다. 멀티모드 광섬유(31)의 광출사단면은, 광밀도가 높기 때문에 집진되기 쉽고 열화되기 쉽지만, 상술한 바와 같은 보호판을 배치하는 것에 의해, 단면에의 진애의 부착을 방지하고, 또 열화를 지연시킬 수 있다.

본 예에서는 도 10에 나타낸 바와 같이, 클래드 지름이 큰 멀티모드 광섬유 (30)의 레이저광 출사측의 선단부분에, 길이 1∼30㎝정도의 클래드 지름이 작은 광섬유(31)가 동축적으로 결합되어 있다. 이들 광섬유(30, 31)는, 각각의 코어축이 일치하는 상태로 광섬유(31)의 입사단면을 광섬유(30)의 출사단면에 융착함으로써 결합되어 있다. 상술한 바와 같이, 광섬유(31)의 코어(31a)의 지름은, 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)의 지름과 같은 크기이다.

멀티모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)로서는, 스텝 인덱스형 광섬유, 그레이디드 인덱스형 광섬유, 및 복합형 광섬유의 어느 것이나 적용가능하다. 예를 들면, 미쓰비시덴센고교 가부시키가이샤 제품의 스텝 인덱스형 광섬유를 이용할 수 있다. 본 예에 있어서, 멀티모드 광섬유(30) 및 광섬유(31)는 스텝 인덱스형 광섬유이며, 멀티모드 광섬유(30)는, 클래드 지름=125㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2, 입사단면 코트의 투과율=99.5%이상이고, 광섬유(31)는, 클래드 지름=60㎛, 코어 지름=50㎛, NA=0.2이다.

단, 광섬유(31)의 클래드 지름은 60㎛에는 한정되지 않는다. 종래의 섬유 광원에 사용되고 있는 대부분의 광섬유의 클래드 지름은 125㎛이지만, 클래드 지름이 작아질수록 초점심도가 보다 깊어지므로, 멀티모드 광섬유의 클래드 지름은 80㎛이하가 바람직하고, 60㎛이하가 보다 바람직하다. 한편, 싱글모드 광섬유의 경우, 코어 지름은 적어도 3∼4㎛ 필요하기 때문에, 광섬유(31)의 클래드 지름은 10㎛이상이 바람직하다. 또한, 광섬유(30)의 코어 지름과 광섬유(31)의 코어 지름을 일치시키는 것이 결합효율의 점에서 바람직하다.

레이저 모듈(64)은, 도 11에 나타내는 합파 레이저 광원(섬유광원)에 의해 구성되어 있다. 이 합파 레이저 광원은, 히트블록(10)상에 배열 고정된 복수(예를 들면 7개)의 칩상의 횡멀티모드 또는 싱글모드의 GaN계 반도체 레이저(LD1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, 및 LD7)와, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각각에 대응해서 설치된 콜리메이터 렌즈(11, 12, 13, 14, 15, 16 및 17)와, 1개의 집광렌즈(20)와, 1개의 멀티모드 광섬유(30)로 구성되어 있다. 또한 반도체 레이저의 개수는 7개로 한정되는 것이 아니고, 그 밖의 개수가 채용되어도 좋다. 또한, 상술한 바와 같은 7개의 콜리메이터 렌즈(11∼17) 대신에, 이들 렌즈가 일체화되어 이루어지는 콜리메이터 렌즈 어레이를 사용할 수도 있다.

GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)는, 발진파장이 모두 공통(예를 들면, 405㎚)이고, 최대출력도 모두 공통(예를 들면 멀티모드 레이저에서는 100㎽, 싱글모드 레이저에서는 50㎽정도)이다. 또, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)로서는 350㎚∼450㎚의 파장범위에 있어서, 상기 405㎚이외의 파장으로 발진하는 레이저를 사용해도 좋다.

상기의 합파 레이저 광원은, 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 다른 광학요소와 함께, 윗쪽이 개구된 상자형상의 패키지(40) 내에 수납되어 있다. 패키지(40)는 그 개구를 닫도록 제작된 패키지 덮개(41)를 구비하고 있고, 탈기처리 후에 밀봉가스를 도입하여 패키지(40)의 개구를 패키지 덮개(41)로 닫음으로써, 그들에 의해 형성되는 폐공간(밀봉공간) 내에 상기 합파 레이저 광원이 기밀밀봉되어 있다.

패키지(40)의 저면에는 베이스판(42)이 고정되어 있고, 이 베이스판(42)의 상면에는, 상기 히트블록(10)과, 집광렌즈(20)를 유지하는 집광렌즈 홀더(45)와, 멀티모드 광섬유(30)의 입사단부를 유지하는 섬유 홀더(46)가 부착되어 있다. 멀티모드 광섬유(30)의 출사단부는, 패키지(40)의 벽면에 형성된 개구로부터 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또한, 히트블록(10)의 측면에는 콜리메이터 렌즈 홀더(44)가 부착되어 있고, 그곳에 콜리메이터 렌즈(11∼17)가 유지되어 있다. 패키지(40)의 횡벽면에는 개구가 형성되고, 이 개구를 통하여 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)에 구동전류를 공급하는 배선(47)이 패키지 밖으로 인출되어 있다.

또한, 도 13에 있어서는, 도면의 번잡화를 피하기 위해서, 복수의 GaN계 반도체 레이저 중 GaN계 반도체 레이저(LD7)에만 번호를 붙이고, 복수의 콜리메이터 렌즈 중 콜리메이터 렌즈(17)에만 번호를 붙이고 있다.

도 14는, 상기 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 설치부분의 정면형상을 나타내는 것이다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 각각은, 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 베어낸 형상으로 형성되어 있다. 이 가늘고 긴 형상의 콜리메이터 렌즈는, 예를 들면, 수지 또는 광학유리를 몰드 성형 함으로써 형성할 수 있다. 콜리메이터 렌즈(11∼17)는 길이방향이 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 발광점의 배열방향(도 14의 좌우방향)과 직교하도록, 상기 발광점의 배열방향으로 밀접 배치되어 있다.

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

따라서, 각 발광점에서 발생한 레이저광(B1∼B7)은, 상술한 바와 같이 가늘고 긴 형상의 각 콜리메이터 렌즈(11∼17)에 대하여, 퍼짐각도가 큰 방향이 길이방향과 일치하고, 퍼짐각도가 작은 방향이 폭방향(길이방향과 직교하는 방향)과 일치하는 상태로 입사하게 된다. 즉, 각 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 폭이 1.1㎜, 길이가 4.6㎜이며, 그들에 입사되는 레이저광(B1∼B7)의 수평방향, 수직방향의 빔 지름은 각각 0.9㎜, 2.6㎜이다. 또한, 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 각각은, 초점거리 f₁=3㎜, NA=0.6, 렌즈 배치 피치=1.25㎜이다.

집광렌즈(20)는 비구면을 구비한 원형렌즈의 광축을 포함하는 영역을 평행한 평면으로 가늘고 길게 잘라내어, 콜리메이터 렌즈(11∼17)의 배열방향, 즉 수평방향으로 길게, 그것과 직각인 방향으로 짧은 형상으로 형성되어 있다. 이 집광렌즈(20)는, 초점거리 f₂=23㎜, NA=0.2이다. 이 집광렌즈(20)도, 예를 들면 수지 또는 광학유리를 몰드 성형함으로써 형성된다.

다음에 도 15를 참조하여, 본 예의 화상노광장치에 있어서의 전기적인 구성에 대해서 설명한다. 여기에 나타내어지는 바와 같이 전체 제어부(300)에는 변조회로(301)가 접속되고, 상기 변조회로(301)에는 DMD(50)를 제어하는 컨트롤러(302)가 접속되어 있다. 또 전체 제어부(300)에는, 레이저 모듈(64)을 구동하는 LD 구동회 로(303)가 접속되어 있다. 또한 이 전체 제어부(300)에는 상기 스테이지(152)를 구동하는 스테이지 구동장치(304)가 접속되어 있다.

[화상노광장치의 동작]

다음에, 상기 화상노광장치의 동작에 대해서 설명한다. 스캐너(162) 각 노광헤드(166)에 있어서, 섬유 어레이 광원(66)의 합파 레이저 광원을 구성하는 GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)(도 11 참조)의 각각으로부터 발산광 상태로 출사된 레이저광(B1, B2, B3, B4, B5, B6, 및 B7)의 각각은, 대응하는 콜리메이터 렌즈(11∼17)에 의해 평행광화된다. 평행광화된 레이저광(B1∼B7)은 집광렌즈(20)에 의해 집광되고, 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)의 입사단면상에서 수속된다.

본 예에서는, 콜리메이터 렌즈(11∼17) 및 집광렌즈(20)에 의해 집광 광학계가 구성되고, 그 집광 광학계와 멀티모드 광섬유(30)에 의해 합파 광학계가 구성되어 있다. 즉, 집광렌즈(20)에 의해 상술한 바와 같이 집광된 레이저광(B1∼B7)이, 이 멀티모드 광섬유(30)의 코어(30a)에 입사해서 광섬유 내를 전파하고, 1개의 레이저광(B)에 합파되어서 멀티모드 광섬유(30)의 출사단부에 결합된 광섬유(31)로부터 출사된다.

각 레이저 모듈에 있어서, 레이저광(B1∼B7)의 멀티모드 광섬유(30)에의 결합효율이 0.9이고, GaN계 반도체 레이저(LD1∼LD7)의 각 출력이 50㎽인 경우에는, 어레이상으로 배열된 광섬유(31)의 각각에 대해서, 출력 315㎽ (=50㎽×0.9×7)의 합파 레이저광(B)을 얻을 수 있다. 따라서, 14개의 멀티모드 광섬유(31) 전체에서는, 4.4W(=0.315W×14)의 출력의 레이저광(B)이 얻어진다.

화상노광시에는, 도 15에 나타내는 변조회로(301)로부터 노광패턴에 따른 화상 데이터가 DMD(50)의 컨트롤러(302)에 입력되어, 그 프레임 메모리에 일단 기억된다. 이 화상 데이터는, 화상을 구성하는 각 화소의 농도를 2값(도트 기록의 유무)으로 나타낸 데이터이다.

감광재료(150)를 표면에 흡착한 스테이지(152)는, 도 15에 나타내는 스테이지 구동장치(304)에 의해 가이드(158)를 따라 게이트(160)의 상류측에서 하류측으로 일정속도로 이동된다. 스테이지(152)가 게이트(160) 밑을 통과할 때에, 게이트(160)에 부착된 센서(164)에 의해 감광재료(150)의 선단이 검출되면, 프레임 메모리에 기억된 화상 데이터가 복수 라인분씩 순차 판독되고, 데이터 처리부에서 판독된 화상 데이터에 근거해서 각 노광헤드(166)마다 제어신호가 생성된다. 그리고, 미러 구동제어부에 의해, 생성된 제어신호에 기초하여 각 노광헤드(166)마다 DMD(50)의 마이크로미러의 각각이 온/오프 제어된다. 또한 본 예의 경우, 1화소부로 되는 상기 마이크로미러의 사이즈는 14㎛×14㎛이다.

섬유 어레이 광원(66)으로부터 DMD(50)에 레이저광(B)이 조사되면, DMD(50)의 마이크로미러가 온 상태일 때에 반사된 레이저광은, 렌즈계(54, 58)에 의해 감광재료(150)상에 결상된다. 이렇게 하여, 섬유 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저광이 화소마다 온/오프되어서 감광재료(150)가 DMD(50)의 사용 화소수와 거의 동수의 화소단위(노광영역(168))로 노광된다. 또한, 감광재료(150)가 스테이지(152)와 함께 일정 속도로 이동됨으로써, 감광재료(150)가 스캐너(162)에 의해 스테이지 이동방향과 반대의 방향으로 부주사되어, 각 노광헤드(166)마다 띠형상의 노광완료 영역(170)이 형성된다.

또 본 예에서는, 도 16의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, DMD(50)에는 주 주사방향으로 마이크로미러가 1024개 배열된 마이크로미러 열이 부 주사방향으로 768세트 배열되어 있지만, 본 예에서는, 컨트롤러(302)에 의해 일부의 마이크로미러 열(예를 들면, 1024개×256열)만이 구동되도록 제어가 이루어진다.

이 경우, 도 16의 (A)에 나타낸 바와 같이 DMD(50)의 중앙부에 배치된 마이크로미러 열을 사용해도 좋고, 도 16의 (B)에 나타낸 바와 같이, DMD(50)의 끝부에 배치된 마이크로미러 열을 사용해도 좋다. 또한, 일부의 마이크로미러에 결함이 발생했을 경우는, 결함이 발생되어 있지 않은 마이크로미러 열을 사용하는 등, 상황에 따라서 사용하는 마이크로미러 열을 적당히 변경해도 좋다.

DMD(50)의 데이터 처리속도에는 한계가 있고, 사용하는 화소수에 비례해서 1라인당의 변조속도가 결정되므로, 일부의 마이크로미러 열만을 사용함으로써 1라인당의 변조속도가 빨라진다. 한편, 연속적으로 노광헤드를 노광면에 대하여 상대이동시키는 노광방식의 경우에는, 부 주사방향의 화소를 전부 사용할 필요는 없다.

스캐너(162)에 의한 감광재료(150)의 부주사가 종료되고, 센서(164)에 의해 감광재료(150)의 후단이 검출되면, 스테이지(152)는 스테이지 구동장치(304)에 의해 가이드(158)를 따라 게이트(160)의 최상류측에 있는 원점에 복귀하고, 다시, 가이드(158)를 따라 게이트(160)의 상류측에서 하류측으로 일정속도로 이동된다.

다음에, 도 5에 나타낸 섬유 어레이 광원(66), 집광렌즈(71), 로드 인티그레이터(72), 결상렌즈(74), 미러(69) 및 TIR 프리즘(70)으로 구성되어서 DMD(50)에 조명광으로서의 레이저광(B)을 조사하는 조명 광학계에 대해서 설명한다. 로드 인티그레이터(72)는 예를 들면 사각기둥 형상으로 형성된 투광성 로드이며, 그 내부를 레이저광(B)이 전반사하면서 진행하는 동안에, 상기 레이저광(B)의 빔 단면 내 강도분포가 균일화된다. 또, 로드 인티그레이터(72)의 입사단면, 출사단면에는 반사방지막이 코팅되어서, 투과율이 높여져 있다. 이상과 같이 해서, 조명광인 레이저광(B)의 빔 단면 내 강도분포를 고도로 균일화할 수 있으면, 조명광 강도의 불균일을 없애서, 고세밀한 화상을 감광재료(150)에 노광할 수 있게 된다.

여기서 도 17에, DMD(50)를 구성하는 마이크로미러(62)의 반사면의 평면도를 측정한 결과를 나타낸다. 도 17에 있어서는, 반사면의 같은 높이위치를 등고선으로 연결해서 나타내고 있고, 등고선의 피치는 5㎚이다. 또 도 17에 나타내는 x방향 및 y방향은, 마이크로미러(62)의 2개의 대각선 방향이며, 마이크로미러(62)는 y방향으로 연장되는 회전축을 중심으로 해서 상술과 같이 회전한다. 또 도 18의 (A) 및 (B)에는 각각 상기 x방향, y방향을 따른 마이크로미러(62)의 반사면의 높이위치 변위를 나타낸다.

상기 도 17 및 도 18에 나타내는 바와 같이, 마이크로미러(62)의 반사면에는 뒤틀림이 존재하고, 그리고 특히 미러 중앙부에 주목해 보면, 1개의 대각선 방향(y방향)의 뒤틀림이, 다른 대각선 방향(x방향)의 뒤틀림보다 크게 되어 있다. 그 때문에, 마이크로렌즈 어레이(55)의 마이크로렌즈(55a)로 집광된 레이저광(B)의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀린다고 하는 문제가 발생할 수 있다.

본 실시형태의 화상노광장치에 있어서는 상술의 문제를 방지하기 위해서, 마 이크로렌즈 어레이(55)의 마이크로렌즈(55a)가, 종래와는 다른 특수한 형상으로 되어 있다. 이하, 그 점에 대해서 상세하게 설명한다.

도 19의 (A) 및 (B)는 각각, 마이크로렌즈 어레이(55) 전체의 정면형상 및 측면형상을 상세하게 나타내는 것이다. 이들 도면에는 마이크로렌즈 어레이(55)의 각 부의 치수도 기입되어 있고, 그들의 단위는 ㎜이다. 본 실시형태에서는, 먼저 도 16을 참조해서 설명한 바와 같이 DMD(50)의 1024개×256열의 마이크로미러(62)가 구동되는 것으로, 그것에 대응시켜서 마이크로렌즈 어레이(55)는 가로방향으로 1024개 늘어선 마이크로렌즈(55a)의 열을 세로방향으로 256열 병설해서 구성되어 있다. 또 도 19의 (A)에서는, 마이크로렌즈 어레이(55)의 배열순을 가로방향에 대해서는 j로, 세로방향에 대해서는 k로 나타내고 있다.

또 도 20의 (A) 및 (B)는 각각, 상기 마이크로렌즈 어레이(55)에 있어서의 1개의 마이크로렌즈(55a)의 정면형상 및 측면형상을 나타내는 것이다. 또한 도 20의 (A)에는, 마이크로렌즈(55a)의 등고선을 아울러 나타내고 있다. 각 마이크로렌즈(55a)의 광출사측의 단면은, 상술한 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있다. 보다 구체적으로, 본 실시형태에 있어서 마이크로렌즈(55a)는 원환체 렌즈로 되어 있고, 상기 x방향에 광학적으로 대응하는 방향의 곡률반경 Rx=-0.125㎜, 상기 y방향에 대응하는 방향의 곡률반경 Ry=-0.1㎜이다.

따라서, 상기 x방향 및 y방향에 평행한 단면 내에 있어서의 레이저광(B)의 집광상태는, 대략 각각 도 21의 (A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, x방향 에 평행한 단면 내와 y방향에 평행한 단면 내를 비교하면, 후자의 단면 내쪽이 마이크로렌즈(55a)의 곡률반경이 보다 작으며, 초점거리가 보다 짧아져 있다.

마이크로렌즈(55a)를 상기 형상으로 했을 경우의, 상기 마이크로렌즈(55a)의 집광위치(초점위치) 근방에 있어서의 빔 지름을 계산기에 의해 시뮬레이션한 결과를 도 22a, 도 22b, 도 22c, 및 도 22d에 나타낸다. 또 비교를 위해서 마이크로렌즈(55a)가 곡률반경 Rx=Ry=-0.1㎜의 구면형상인 경우에 대해서, 같은 시뮬레이션을 행한 결과를 도 23a, 도 23b, 도 23c 및 도 23d에 나타낸다. 또한 각 도면에 있어서의 z의 값은, 마이크로렌즈(55a)의 핀트방향의 평가위치를, 상기 마이크로렌즈(55a)의 빔출사면으로부터의 거리로 나타내고 있다.

또한, 상기 시뮬레이션에 사용한 마이크로렌즈(55a)의 면형상은,

이다. 또 위식에 있어서, Cx: x방향의 곡률(=1/Rx), Cy: y방향의 곡률(=1/Ry), X: x방향에 관한 렌즈 광축(O)으로부터의 거리, Y: y방향에 관한 렌즈 광축(O)으로부터의 거리이다.

도 22a∼도 22d와 도 23a∼도 23d를 비교하면 명확한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 마이크로렌즈(55a)를, y방향에 평행한 단면(斷面) 내의 초점거리가 x방향에 평행한 단면 내의 초점거리보다 작은 원환체 렌즈로 함으로써, 그 집광위 치 근방에 있어서의 빔형상의 뒤틀림이 억제된다. 그러면, 뒤틀림이 없는, 보다 고세밀한 화상을 감광재료(150)에 노광할 수 있게 된다. 또한, 도 22a∼도 22d에 나타내는 본 실시형태의 쪽이, 빔 지름이 작은 영역이 보다 넓은, 즉 초점심도가 보다 큰 것을 알 수 있다.

또한, 마이크로미러(62)의 ｘ방향 및 y방향에 관한 중앙부의 뒤틀림의 대소관계가, 상기와 반대로 되어 있을 경우는, x방향에 평행한 단면 내의 초점거리가 y방향에 평행한 단면 내의 초점거리보다 작은 원환체 렌즈로 마이크로렌즈를 구성하면, 마찬가지로, 뒤틀림이 없는, 보다 고세밀한 화상을 감광재료(150)에 노광할 수 있게 된다.

또한, 마이크로렌즈 어레이(55)의 집광위치 근방에 배치된 어퍼쳐 어레이(59)는, 그 각 어퍼쳐(59a)에, 그것과 대응하는 마이크로렌즈(55a)를 거친 광만이 입사되도록 배치된 것이다. 즉, 이 어퍼쳐 어레이(59)가 설치되어 있는 것에 의해, 각 어퍼쳐(59a)에, 그것과 대응하지 않는 인접의 마이크로렌즈(55a)로부터의 광이 입사되는 것이 방지되어, 소광비를 높일 수 있다. 또 이 어퍼쳐 어레이(59)는 마이크로렌즈 어레이(55)의 초점위치에 배치해 두는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 각 어퍼쳐(59a)와 대응하지 않는 인접의 마이크로렌즈(55a)로부터의 광이 입사되어 버리는 것이, 보다 확실하게 방지된다.

본래, 상기 목적으로 설치되는 어퍼쳐 어레이(59)의 어퍼쳐(59a)의 지름을 어느 정도 작게 하면, 마이크로렌즈(55a)의 집광위치에 있어서의 빔형상의 뒤틀림을 억제하는 효과도 얻어진다. 그러나 그렇게 했을 경우는, 어퍼쳐 어레이(59)에서 차단되는 광량이 보다 많게 되어, 광 이용효율이 저하하게 된다. 그것에 대해서 마이크로렌즈(55a)를 비구면 형상으로 할 경우는, 광을 차단하는 일이 없으므로, 광 이용효율도 높게 유지된다.

또한 본 실시형태에 있어서는, 마이크로미러(62)의 2개의 대각선 방향에 광학적으로 대응하는 x방향 및 y방향의 곡률이 다른 원환체 렌즈인 마이크로렌즈(55a)가 적용되어 있지만, 마이크로미러(62)의 뒤틀림에 따라서, 도 26의 (A), (B)에 각각 등고선이 있는 정면형상, 측면형상을 나타내는 바와 같이, 직사각형의 마이크로미러(62)의 2개의 변 방향에 광학적으로 대응하는 xx방향 및 yy방향의 곡률이 서로 다른 원환체 렌즈로 이루어지는 마이크로렌즈(55a')가 적용되어도 좋다.

또 본 실시형태에 있어서, 마이크로렌즈(55a)는 2차의 비구면 형상으로 되어 있지만, 보다 고차(4차, 6차 …)의 비구면 형상을 채용함으로써, 빔 형상을 더욱 양호하게 할 수 있다. 또한, 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 따라서, 상술한 x방향 및 y방향의 곡률이 서로 일치하고 있는 렌즈형상을 채용하는 것도 가능하다. 이하, 그러한 렌즈형상의 예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 27의 (A), (B)에 각각 등고선이 있는 정면형상, 측면형상을 나타내는 마이크로렌즈(55a")는 x방향 및 y방향의 곡률이 서로 같고, 또한 그 곡률은, 구면렌즈의 곡률(Cy)을 렌즈 중심으로부터의 거리(h)에 따라서 보정한 것으로 되어 있다. 즉, 이 마이크로렌즈(55a")의 렌즈형상의 기초가 되는 구면렌즈 형상은, 예를 들면 하기식(수학식 2)에서 렌즈 높이(렌즈 곡면의 광축방향 위치)(z)를 규정한 것을 채용한다.

또한 상기 곡률 Cy=(1/0.1㎜)일 경우의, 렌즈높이(z)와 거리(h)의 관계를 그래프로 해서 도 28에 나타낸다.

그리고, 상기 구면렌즈 형상의 곡률(Cy)을 렌즈 중심으로부터의 거리(h)에 따라서 하기식(수학식 3)과 같이 보정하여, 마이크로렌즈(55a")의 렌즈형상으로 한다.

이 수학식 3에 있어서도, z가 의미하는 바는 수학식 2와 같고, 여기에서는 4차계수(a) 및 6차계수(b)를 사용해서 곡률(Cy)을 보정하고 있다. 또한, 상기 곡률Cy=(1/0.1㎜), 4차계수 a=1.2×10³, 6차계수 b=5.5×10⁷일 경우의, 렌즈높이(z)와 거리(h)의 관계를 그래프로 해서 도 29에 나타낸다.

또한, 이상 설명한 실시형태에서는, 마이크로렌즈(55a)의 광출사측의 끝면이 비구면(원환체면)으로 되어 있지만, 2개의 광통과 끝면의 한쪽을 구면으로 하고, 다른쪽을 원통모양면으로 한 마이크로렌즈로 마이크로렌즈 어레이를 구성하여, 상기 실시형태와 같은 효과를 얻을 수도 있다.

또한, 이상 설명한 실시형태에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이(55)의 마이크로렌즈(55a)가, 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있지만, 이러한 비구면 형상을 채용하는 대신에, 마이크로렌즈 어레이를 구성하는 각 마이크로렌즈에, 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 가지게 하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.

그러한 마이크로렌즈(155a)의 일례를 도 24에 나타낸다. 도 24의 (A) 및 (B)는 각각, 이 마이크로렌즈(155a)의 정면형상 및 측면형상을 나타내는 것이며, 도시한 바와 같이 이 마이크로렌즈(155a)의 외형형상은 평행 평판상이다. 또한, 도 24에 있어서의 x, y방향은, 이미 서술한 대로이다.

또 도 25의 (A) 및 (B)는, 이 마이크로렌즈(155a)에 의한 상기 x방향 및 y방향에 평행한 단면 내에 있어서의 레이저광(B)의 집광상태를 개략적으로 나타내고 있다. 이 마이크로렌즈(155a)는, 광축(O)으로부터 바깥쪽을 향해서 차츰 증대하는 굴절율 분포를 갖는 것이고, 동 도면에 있어서 마이크로렌즈(155a) 내에 나타내는 파선은, 그 굴절율이 광축(O)으로부터 소정의 등 피치로 변화된 위치를 나타내고 있다. 도시한 바와 같이 x방향에 평행한 단면 내와 y방향에 평행한 단면 내를 비교하면, 후자의 단면 내의 쪽이 마이크로렌즈(155a)의 굴절율 변화의 비율이 보다 크며, 초점거리가 보다 짧아져 있다. 이러한 굴절율 분포형 렌즈로 구성되는 마이크로렌즈 어레이를 사용해도, 상기 마이크로렌즈 어레이(55)를 사용하는 경우와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

또한, 먼저 도 20 및 도 21에 나타낸 마이크로렌즈(55a)와 같이 면형상을 비 구면으로 한 마이크로렌즈에 있어서, 아울러 상술한 바와 같은 굴절율 분포를 주고, 면형상과 굴절율 분포의 쌍방에 의해, 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하도록 해도 좋다.

다음에, 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 화상노광장치에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 화상노광장치는, 먼저 도 1∼도 15를 참조해서 설명한 화상노광장치와 비교하면, 도 5에 나타낸 마이크로렌즈 어레이(55)에 대신해서 도 30에 나타내는 마이크로렌즈 어레이(255)가 사용되고 있는 점만이 다르며, 그 밖의 점은 기본적으로 마찬가지로 형성된 것이다. 이하, 이 마이크로렌즈 어레이(255)에 대해서 상세하게 설명한다.

먼저 도 17 및 도 18을 참조해서 설명한 바와 같이, DMD(50)의 마이크로미러(62)의 반사면에는 뒤틀림이 존재하지만, 그 뒤틀림 변화량은 마이크로미러(62)의 중심에서 주변부로 감에 따라서 차츰 커지는 경향을 갖고 있다. 그리고 마이크로미러(62)의 1개의 대각선 방향(y방향)의 주변부 뒤틀림 변화량은, 다른 대각선 방향(x방향)의 주변부 뒤틀림 변화량과 비교해서 크고, 상기의 경향도 보다 현저하게 되어 있다.

본 실시형태의 화상노광장치는 상술의 문제에 대처하기 위해서, 도 30에 나타내는 마이크로렌즈 어레이(255)가 적용된 것이다. 이 마이크로렌즈 어레이(255)는, 어레이상으로 설치된 마이크로렌즈(255a)가 원형의 렌즈 개구를 갖는 것으로 되어 있다. 그래서, 상술과 같이 뒤틀림이 큰 마이크로미러(62)의 반사면의 주변부, 특히 네모퉁이부에서 반사된 레이저광(B)은 마이크로렌즈(255a)에 의해 집광되 지 않게 되어, 집광된 레이저광(B)의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버리는 것을 방지할 수 있다. 그러면, 뒤틀림이 없는, 보다 고세밀한 화상을 감광재료(150)에 노광할 수 있게 된다.

또 본 실시형태에 있어서는, 동 도면에 나타내어지는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이(255)의 마이크로렌즈(255a)를 유지하고 있는 투명부재(255b)(이것은 통상, 마이크로렌즈(255a)와 일체적으로 형성된다)의 이면, 즉 마이크로렌즈(255a)가 형성되어 있는 면과 반대측의 면에, 서로 떨어진 복수의 마이크로렌즈(255a)의 렌즈 개구의 외측영역을 메우는 상태로 하여, 차광성의 마스크(255c)가 형성되어 있다. 이러한 마스크(255c)가 형성되어 있음으로써, 마이크로미러(62)의 반사면의 주변부, 특히 네모퉁이부에서 반사된 레이저광(B)은 그곳에서 흡수, 차단되므로, 집광된 레이저광(B)의 형상이 뒤틀려 버린다고 하는 문제가 보다 확실하게 방지된다.

본 발명에 있어서, 마이크로렌즈의 개구형상은 위에 설명한 원형에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도 31에 나타내는 바와 같이 타원형의 개구를 갖는 마이크로렌즈(455a)를 복수 병설해서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이(455)나, 도 32에 나타내는 바와 같이 다각형(여기서는 4각형)의 개구를 갖는 마이크로렌즈(555a)를 복수병설해서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이(555) 등을 적용할 수도 있다. 또한 상기 마이크로렌즈(455a 및 555a)는, 통상의 축대칭 구면 렌즈의 일부를 원형 혹은 다각형으로 베어낸 형태의 것이고, 통상의 축대칭 구면 렌즈와 같은 집광기능을 갖는다.

또한, 본 발명에 있어서는, 도 33의 (A), (B) 및 (C)에 나타내는 바와 같은 마이크로렌즈 어레이를 적용하는 것도 가능하다. 도 33의 (A)에 나타내는 마이크로렌즈 어레이(655)는, 투명부재(655b)의 레이저광(B)이 출사되는 쪽의 면에, 상기 마이크로렌즈(55a, 455a 및 555a)와 같은 복수의 마이크로렌즈(655a)가 서로 밀접하도록 병설되고, 레이저광(B)이 입사되는 쪽의 면에 상기 마스크(255c)와 같은 마스크(655c)가 형성되어서 이루어지는 것이다. 또한, 도 30의 마스크(255c)는 렌즈 개구의 외측부분에 형성되어 있는 것에 대해, 이 마스크(655c)는 렌즈 개구 내에 형성되어 있다. 또 도 33의 (B)에 나타내는 마이크로렌즈 어레이(755)는, 투명부재(755b)의 레이저광(B)이 출사되는 쪽의 면에, 서로 떨어져서 복수의 마이크로렌즈(755a)가 병설되고, 그들의 마이크로렌즈(755a)끼리의 사이에 마스크(755c)가 형성되어 이루어지는 것이다. 또 도 33의 (C)에 나타내는 마이크로렌즈 어레이(855)는, 투명부재(855b)의 레이저광(B)이 출사되는 쪽의 면에, 서로 접하는 상태로 해서 복수의 마이크로렌즈(855a)가 병설되고, 각 마이크로렌즈(855a)의 주변부에 마스크(855c)가 형성되어서 이루어지는 것이다.

또한, 상기 마스크(655c, 755c 및 855c)는 모두, 상술의 마스크(255c)와 마찬가지로 원형의 개구를 갖는 것이며, 그것에 의해 마이크로렌즈의 개구가 원형으로 규정되도록 되어 있다.

이상 설명한 마이크로렌즈(255a, 455a, 555a, 655a 및 755a)와 같이, 마스크를 형성하는 등에 의해서, DMD(50)의 마이크로미러(62)의 주변부로부터의 광을 입사시키지 않는 렌즈 개구형상으로 하는 구성은, 이미 서술한 마이크로렌즈(55a)(도 20 참조)와 같이 마이크로미러(62)의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상의 렌즈나, 마이크로렌즈(155a)(도 24 참조)와 같이 상기 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 렌즈에 아울러 채용하는 것도 가능하다. 그렇게 하면, 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 의한 노광화상의 뒤틀림을 방지하는 효과가 상승적으로 높아진다.

특히, 도 33의 (C)에 나타낸 바와 같이 마이크로렌즈(855a)의 렌즈면에 마스크(855c)가 형성되는 구성에 있어서, 마이크로렌즈(855a)가 상술한 바와 같은 비구면 형상이나 굴절율 분포를 갖는 것으로 되고, 게다가, 제1결상광학계(예를 들면 도 5에 나타낸 렌즈계(52, 54))의 결상위치가 마이크로렌즈(855a)의 렌즈면에 설정되어 있을 경우는, 특히 광 이용효율이 높아지고, 보다 고강도의 광으로 감광재료(150)를 노광할 수 있다. 즉 그 경우는 제1의 결상광학계에 의해, 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 의한 미광(迷光)이 상기 광학계의 결상위치에서 1점에 수속되도록 광이 굴절되지만, 이 위치에 마스크(855c)가 형성되어 있으면, 미광 이외의 광이 차광되는 일이 없어지고, 광 이용효율이 향상된다.

또 상술한 실시형태에서는, 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원으로서 레이저 광원을 사용하고 있지만, 본 발명에 있어서는 그것에 한하지 않고, 예를 들면 수은등 등의 램프 광원을 사용하는 것도 가능하다.

또한 상기 실시형태에서는, DMD(50)를 구성하는 마이크로미러(62)의 반사면의 뒤틀림에 따른 수차를 보정하고 있지만, DMD 이외의 공간 광변조소자를 사용하는 화상노광장치에 있어서도, 그 공간 광변조소자의 화소부의 면에 뒤틀림이 존재할 경우는, 본 발명을 적용해서 그 뒤틀림에 의한 수차를 보정하여, 빔 형상에 뒤 틀림이 생기는 것을 방지할 수 있다.

본 발명자의 연구에 의하면, 마이크로렌즈로 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버린다고 하는 상술의 문제는, 공간 광변조소자의 화소부의 면의 뒤틀림에 기인하고 있는 것이 판명되었다. 특히 DMD에 있어서, 화소부로 되는 미소미러의 반사면은 정밀도 좋고 평탄하게 형성되어 있는 것이 고려되어 왔지만, 본 발명자의 분석에 의하면 이 반사면은 상당히 뒤틀려 있고, 그래서 상기 DMD를 공간 광변조소자로서 사용해서 화상노광장치를 구성한 경우에는 상기 문제가 발생하기 쉽게 되어 있다.

이상의 지견을 감안하여, 본 발명에 의한 제1의 화상노광장치에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자의 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 된 것이다. 그래서 본 발명에 의한 제1의 화상노광장치에 따르면, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 기인하는 문제, 즉, 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버린다고 하는 문제를 방지할 수 있게 된다.

또 본 발명에 의한 제2의 화상노광장치에 있어서는, 상기의 지견에 비추어 보아, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있다. 그래서 이 본 발명에 의한 제2의 화상노광장치에 있어서도, 상기의 문제 즉, 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버린다고 하는 문제를 방지할 수 있게 된다.

이상과 같이 해서, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버리는 것을 방지할 수 있으면, 뒤틀림이 없는, 보다 고세밀한 화상을 노광할 수 있게 된다.

또 본 발명자의 연구에 의하면, 특히 DMD에 있어서, 화소부로 되는 직사각형의 미소미러의 뒤틀림의 변화량은, 화소부의 중심에서 주변으로 갈수록 커지는 경향이 있고, 그래서, 상기 DMD를 공간 광변조소자로서 사용해서 화상노광장치를 구성했을 경우에는 상기의 문제가 발생하기 쉽게 되어 있다.

이상의 지견에 비추어 보아, 본 발명에 의한 제3의 화상노광장치에 있어서는, 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자의 직사각형의 화소부의 주변부로부터의 광은 입사시키지 않는 렌즈 개구형상을 갖는 것으로 되어 있다. 그래서 이 제3의 화상노광장치에 따르면, 뒤틀림의 변화량이 큰 상기 화소부의 주변부를 통과한 광은 마이크로렌즈에 의해 집광되지 않게 되고, 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버리는 문제를 방지할 수 있게 된다.

또한, 이 제3의 화상노광장치에 있어서, 특히 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있는 경우는, 이와 같이 비구면 형상으로 한 것에 의한 효과 (제1의 화상노광장치에 있어서의 효과)도 상승적으로 얻을 수 있으므로, 더욱 뒤틀 림이 없는, 보다 고세밀한 화상을 노광할 수 있게 된다.

또한, 이 제3의 화상노광장치에 있어서, 특히 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 공간 광변조소자 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있을 경우는, 이러한 굴절율 분포를 부여한 것에 의한 효과(제2의 화상노광장치에 있어서의 효과)도 상승적으로 얻을 수 있으므로, 더욱 뒤틀림이 없는, 보다 고세밀한 화상을 노광할 수 있게 된다.

또한, 상기 제3의 화상노광장치에 있어서, 마이크로렌즈의 개구형상이, 그 렌즈면의 일부에 차광부를 형성하는 것에 의해 규정되어 있을 경우는, 공간 광변조소자의 화소부의 주변부를 거친 광이 그 차광부에서 차단되므로, 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버린다고 하는 문제가 보다 확실하게 방지된다.

또한, 이상 설명한 본 발명에 의한 제1∼3의 화상노광장치에 있어서, 특히 상기 결상광학계가, 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제1의 결상광학계와, 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 제2의 결상광학계를 갖는 것이며, 제1의 결상광학계의 결상위치가, 마이크로렌즈 어레이의 렌즈면에 설정되어 있을 경우에는, 제1의 결상광학계가 결상하는 화소부의 상이, 상기 렌즈면상에서 가장 작은 상태로 된다. 그러면, 감광재료상에서 빔을 가장 작게 좁힐 수 있으므로 보다 고세밀의 화상을 노광할 수 있게 된다. 또한, 일반적으로 DMD의 미소미러 등의 화소부는 일반적으로 중앙 부근에 있어서 뒤틀림이 보다 적게 되어 있으므로, 상술과 같이 화소부의 상이 렌즈면상에서 가장 작아지는 것이라면, 화소부 중앙 부근으로부터의 보다 수차 가 적은 광만이 마이크로렌즈를 통과하도록 하여, 상기 마이크로렌즈에 의한 집속성능을 개선하는 것도 가능하게 된다.

그리고, 상술한 바와 같이 제1의 결상광학계의 결상위치가 마이크로렌즈 어레이의 렌즈면에 설정되어 있을 경우, 특히 마이크로렌즈가, 그 렌즈면의 일부에 차광부를 형성함으로써 공간 광변조소자의 직사각형의 화소부의 주변부로부터의 광은 입사시키지 않는 렌즈 개구형상으로 되고, 또한, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상 혹은 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있으면, 특히 광 이용효율이 높아져, 보다 고강도의 광으로 감광재료를 노광할 수 있다. 즉 그 경우는 제1의 결상광학계에 의해, 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 미광이 상기 광학계의 결상위치에서 1점에 집속되도록 광이 굴절되지만, 이 위치에 개구를 제한하는 상기 차광부가 형성되어 있으면, 미광 이외의 광이 차광되는 일이 없어지고, 광 이용효율이 향상된다.

또한, 이상 설명한 본 발명에 의한 제1∼3의 화상노광장치에 있어서, 특히 상기 결상광학계가, 상술과 같은 제1의 결상광학계 및 제2의 결상광학계를 갖는 것으로서, 마이크로렌즈 어레이와 제2의 결상광학계 사이에, 마이크로렌즈로부터 출사된 광을 각각 개별로 좁히는 다수의 개구가 어레이상으로 배열되어서 이루어지는 개구 어레이가 설치되어 있을 경우에는, 각 개구에, 그것과 대응하지 않는 인접의 마이크로렌즈로부터의 광이 입사되는 것이 방지되어, 소광비를 높일 수 있다. 이 효과는, 상기 개구 어레이가 마이크로렌즈의 초점위치에 배치되어 있을 경우에는, 특히 현저하게 얻을 수 있다.

또, 본 발명에 의한 상기 제1∼3의 화상노광장치가, 미소미러가 2차원상으로 배열되어 이루어지는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)를 공간 광변조소자로서 사용하는 화상노광장치를 전제로 하여 구성되었을 경우는, 그 경우에 특히 발생하기 쉽게 되어 있는 상기 문제를 방지할 수 있으므로, 특히 바람직하다고 말할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 화상노광방법은, 상술한 본 발명에 의한 화상노광장치를 사용해서 소정의 패턴을 감광재료에 노광하는 것이므로, 집광된 빔의 집광위치에 있어서의 형상이 뒤틀려 버리는 것을 방지하여, 고세밀한 패턴을 노광할 수 있게 된다.

Claims

조사된 광을 각각 변조하는 다수의 화소부로서 미소미러가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 공간 광변조소자;

이 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원; 및

상기 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 마이크로렌즈가 어레이상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상(像)을 감광재료상에 결상하는 결상광학계를 구비한 화상노광장치에 있어서,

상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제1항에 있어서, 상기 비구면이 원환체면인 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
조사된 광을 각각 변조하는 다수의 화소부로서 미소미러가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 공간 광변조소자;

이 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원; 및

상기 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 마이크로렌즈가 어레이상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 결상광학계를 구비한 화상노광장치에 있어서,

상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
조사된 광을 각각 변조하는 다수의 직사각형의 화소부로서 미소미러가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 공간 광변조소자;

이 공간 광변조소자에 광을 조사하는 광원; 및

상기 공간 광변조소자의 각 화소부로부터의 광을 각각 집광하는 마이크로렌즈가 어레이상으로 배치되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이를 포함하고, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 결상광학계를 구비한 화상노광장치에 있어서,

상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 주변부로부터의 광을 입사시키지 않는 렌즈 개구형상을 갖는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 비구면 형상으로 되어 있는 것을 특징으 로 하는 화상노광장치.
제5항에 있어서, 상기 비구면이 원환체면인 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제4항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈가, 상기 화소부의 면의 뒤틀림에 의한 수차를 보정하는 굴절율 분포를 갖는 것으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈가 원형의 렌즈 개구형상을 갖는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈의 개구형상이, 그 렌즈면의 일부에 차광부를 형성함으로써 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결상광학계가, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제1의 결상광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 제2의 결상광학계를 갖고,

상기 제1의 결상광학계의 결상위치가, 상기 마이크로렌즈 어레이의 렌즈면에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결상광학계가, 상기 공간 광변조소자에 의해 변조된 광에 의한 상을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제1의 결상광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광에 의한 상을 감광재료상에 결상하는 제2의 결상광학계를 갖고,

상기 마이크로렌즈 어레이와 상기 제2의 결상광학계 사이에, 상기 마이크로렌즈로부터 출사된 광을 각각 개별로 좁히는 다수의 개구를 어레이상으로 배열해서 갖는 개구 어레이가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제11항에 있어서, 상기 개구 어레이가 상기 마이크로렌즈의 초점위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간 광변조소자가, 상기 화소부로서의 미소미러가 2차원상으로 배열되어서 이루어지는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)인 것을 특징으로 하는 화상노광장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 화상노광장치를 사용해서 소정의 패턴을 감광재료에 노광하는 것을 특징으로 하는 화상노광방법.