KR101064627B1

KR101064627B1 - 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이

Info

Publication number: KR101064627B1
Application number: KR1020080121948A
Authority: KR
Inventors: 진 호 정
Original assignee: 주식회사 프로텍; 진 호 정
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2011-09-15
Also published as: KR20100063431A

Abstract

본 발명은 노광장치용 마이크로프리즘 어레이에 관한 것으로서, 특히 노광장치내부의 디지털 마이크로미러 디스플레이 소자의 상이 제1결상광학계를 통하여 마이크로프리즘에 결상할 때 수차, 왜곡, 정렬오차 등에 의하여 마이크로프리즘에 정확히 결상되지 못하고 상의 번짐이나 위치오차의 발생으로 인해 이웃하는 화소에 영향을 주는 확산광을 차단할 수 있는 마이크로프리즘 어레이를 구비함으로써, 노광성능을 향상시킬 수 있는 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이에 관한 것이다. 구성은 빛을 출사(방출)하는 광원(光源)과, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 디지털 마이크로 미러 디스플레이 소자와, 상기 디지털 마이크로 미러 디스플레이 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광을 결상하여 상기 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계를 포함하는 노광장치의 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광이 각각 입사하는 복수의 마이크로프리즘으로 이루어지는 마이크로프리즘 어레이에 있어서, 상기 마이크로프리즘 어레이는, 광 입사부는 넓게 형성되고 광 출사부는 좁게 형성된 각 마이크로프리즘이 연이어지게 배열되며, 상기 각 마이크로프리즘의 경계부분으로는 이웃 화소에 영향을 주는 확산 광을 차단하고, 투과하는 광은 집광시켜 광량이 상승 되도록 하는 마스크인 확산광 차단부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

노광, 마스크, 프리즘, 원뿔, 굴절반사

Description

확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이{micro prism array for Exposure device having a function of lightbeam diffusing shutting}

본 발명은 노광장치용 마이크로프리즘 어레이에 관한 것으로서, 특히 노광장치내부의 디지털 마이크로미러 디스플레이 소자로부터 입사되는 광이 이웃하는 화소에 영향을 주지 않도록 확산되는 광을 차단할 수 있는 마이크로프리즘 어레이를 구비함으로써, 투과되는 광량을 손실 없이 사용가능할 수 있도록 함과 동시에 노광성능을 향상시킬 수 있는 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼에 만들려고 하는 회로패턴을 지니고 있는 마스크를 통해 빛을 통과시켜 그 형태를 마스크로부터 감광제로 옮기는 작업, 즉 광원을 이용하여 원하는 부분에 미세 패턴을 형성시키는 기술을 광 미세 가공기술(Photolithography)이라 하고, 이러한 공정을 수행하는 장치를 노광장치라고 한다.

이와 같은 노광장치는 반도체 산업뿐만 아니라 디스플레이 산업 등에서 많이 사용되고 있고, 노광 방식에 따라 근접 노광(Proximity Exposure), 투영 노 광(Projection Exposure)으로 구분할 수 있고, 다시 투영노광은 아래 그림에서 보여지는 것과 같이 마스크를 사용하는 대면적 노광장치(전통적인 노광방식)와 마스크를 사용하지 않는 마스크 리스(mask less, 최근 개발된 노광방식)노광장치가 있다.

상기 마스크 리스(mask less) 노광장치는 화소크기(pixel size)가 14um이고, 크기가 20mm 정도인 DMD 모듈을 1.5um선폭이 나오도록 축소하는 방법으로 실재 노광면적은 2mm에 불과하여 노광면적이 Φ200 mm인 대면적 노광렌즈의 1/100에 불과하다.

또, 상기 마스크 리스(mask less) 노광기술의 기본이 되는 micro lens array 기술은 이미 선진국에서 특허를 점유하고 있고 국내 생산기술이 낙후하여 개발 및 생산시 외국의존도가 높을 수밖에 없는 실정이나 대면적 노광방식은 난이도가 높은 광학계임에도 불구하고 국내에도 상당부분 기술적 기반이 구축되어 있고 전량 국내생산이 가능한 분야이다.

또한, 마스크가 있는 전통적인 대면적 노광장치는 마스크(레티클)를 뒤에서 조명하고 한 개의 프로젝션렌즈를 사용하면서 대면적 노광을 하는 장치인데 비하여 마스크 대신 DMD를 사용하는 마스크리스 노광장치는 최근 발명된 노광방법으로 노광하고자하는 면적이 적기 때문에 여러 개의 노광광학계를 병렬로 배치하여(그림에서는 3개) 노광 면적을 확대하는 방식을 택하면서 패턴의 크기가 비교적 큰 경우에는 한 개의 노광 광학계로 투사렌즈가 1개 사용되나 미세패턴을 노광인 경우에는 2개의 투사렌즈를 사용하고 그 중간에 마이크로렌즈 어레이를 두는 방식이 채택되고 있다.


대면적 노광광학계	mask less 노광광학계

마스크 리스 노광(Mask-less Exposure) 방식으로 구성된 노광장치의 일 예를 설명하면 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 빛을 출사(방출)하는 광원(光源)(10)과; 상기 광원(10)으로부터 출사된 광(Le)을 입사시켜 개략 균일한 광 강도 분포를 갖도록 보정 출사시키는 광 강도 분포 보정 광학계(20)와; 상기 광 강도 분포 보정 광학계(20)로부터 출사된 광(Le)을 반사시켜서 광로의 방향을 절곡하는 미러(30)와; 상기 미러(30)로 반사시킨 광(Le)을 전반사시켜 각각 소정의 제어 신호에 따라 공간 광 변조하는 복수의 화소부인 미소 미러(41)를 형성한 디지털 마이크로미러 디스플레이(digital micromirror display, DMD)(40)와; 상기 디지털 마이크로미러 디스플레이(40)에 의해 공간 광 변조되어 출사된 각 광(Le)을 투과시키는 전반사 프리즘(50)과; 상기 디지털 마이크로미러 디스플레이(40)의 미소 미러(41)에 의해 공간 광 변조시킨 각 광(Le)을 결상시키는 렌즈(61a),(61b)로 이루어지는 제 1 결상 광학계(61)와, 상기 제 1 결상 광학계(61)에 의해 결상시킨 각 광(Le)의 결상 위치 근처에 배치됨과 동시에 상기 각 광(Le)을 개별적으로 통과시키는 마이크로렌즈(63a)를 다수 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이(63)와; 다수의 어퍼쳐(64a)로 이루어지는 어퍼쳐 어레이(64)와; 상기 각 마이크로렌즈(63a) 및 어퍼쳐(64a)를 통과한 각 광(Le)을 다시 프린트 배선 기판용 소재(70) 상에 결상시키는 렌즈(62a),(62b)로 이루어지는 제 2 결상 광학계(62) 등으로 이루어져 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 마스크리스 노광장치(100)는 상기 제 1 결상 광학계(61)에서화소(미세미러)의 크기가 13um이고, 화소 간의 간격이 1um로 형성된 디지털 마이크로미러 디스플레이(40)의 상을 마이크로렌즈 어레이(63)에 확대 결상시키는데 상기 제 1 결상 광학계(61)의 성능이 완벽하거나 제작시 정렬이 완벽할 경우 확대된 상의 모양이 도 1c과 같은 모양으로 화소의 간격이 완벽하게 나타나겠지만, 실제 상황에서는 렌즈의 분해능과 왜곡, 수차, 정렬오차 등에 의하여 각 화소로 입사되는 광이 번지거나 위치오차가 발생하여 이웃하는 화소에 영향을 미치게 된다. 이는 결과적으로 상기 노광면(70)에서의 노광성능에 영향을 미치게 되어 원하는 형상의 무늬를 완벽하게 구현하기가 어려운 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 상기 화소의 크기가 통상 14um이고, 어퍼처 어레이(64)의 크기는 3um 정도일 때, 상기 마이크로렌즈(63a)를 통해 입사되는 광이 효율적으로 어퍼처(64a)를 투과하지 못하고 개략 20% 정도만 투과하게 된다. 즉, 상기 마이크로렌즈(63a)는 통상 볼록렌즈로 형성되므로, 각 광(Le)이 상기 마이크로렌즈(63a)를 통과하면서 일부는 굴절, 확산 등에 의해 완벽하게 집광 및 투과되지 못하고 광량 의 손실이 일어나 작은 크기의 어퍼쳐(aperture)(64a)로 구성된 어퍼쳐 어레이(aperture array)(64)에 광(Le)이 효율적으로 출사되지 못하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 디지털 마이크로미러 디스플레이에 의해 변조된 광을 결상시키는 제 1 결상 광학계를 통과한 광이 이웃으로 확산되는 것을 차단하여 이웃하는 화소에 영향을 주지 않게 하고, 동시에 넓은 입사부로 입사시켜 광의 굴절 또는 반사로 집광을 이루도록 하여 좁은 출사부로 모두 투과되도록 함으로써, 광량의 손실 없는 사용을 이루고, 노광성능 향상을 이루도록 한 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 빛을 출사(방출)하는 광원(光源)과, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 디지털 마이크로 미러 디스플레이 소자와, 상기 디지털 마이크로 미러 디스플레이 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광을 결상하여 상기 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계를 포함하는 노광장치의 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광이 각각 입사하는 복수의 마이크로프리즘으로 이루어지는 마이크로프리즘 어레이에 있어서, 상기 마이크로프리즘 어레이는, 광 입사부는 넓게 형성되고 광 출사부는 좁게 형성된 각 마이크로프리즘이 연이어지게 배열되며, 상기 각 마이크로프리즘의 경계부분으로는 이웃 화소에 영향을 주는 확산 광을 차단하고, 투과하는 광은 집광시켜 광량이 상승 되도록 하는 확산광 차단부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 확산광 차단부는 상기 마이크로프리즘 어레이의 각 마이크로프리즘의 경계부분에 일체로 형성되거나, 각 마이크로프리즘의 경계부분에 분리 형성되는 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로프리즘 어레이는 마이크로프리즘 또는 반사방식의 금속재에 상기 마이크로프리즘과 동일한 형상의 입사부와 출사부를 갖는 미러구멍을 다수 배열 형성한 마이크로미러 어레이로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 마이크로미러 어레이는 미러구멍으로 입사되는 광은 입사 후, 미러구멍의 내측면에서 반사 진행시키고, 상기 미러구멍의 바깥으로 일부 확산되는 광은 미러구멍 외측 부분에 형성된 확산광 차단영역에 의해 차단되도록 한 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명은 광의 입사부는 넓게 하고, 출사부는 좁게 하여 디지털 마이크로미러 디스플레이 소자로부터 입사되는 광을 굴절 또는 반사로 집광시키고, 또 확산광 차단부를 형성하여 화소의 광이 번지거나 이동하여 이웃하는 화소에 영향을 주지 않도록 광의 확산을 차단함으로써, 보다 효과적으로 광이 집광 및 투과되도록 하여 광량을 손실 없이 100% 사용가능할 수 있도록 함과 동시에 노 광성능을 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 2a는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 바람직한 일 실시예인 사각뿔 형상을 나타낸 도면이고, 도 2b는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 바람직한 다른 실시예인 사각뿔과 원뿔의 조합 형상을 나타낸 도면이며, 도 2c는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 바람직한 또 다른 실시예인 원뿔형상을 나타낸 도면이다. 또, 도 3a는 본 발명에 따른 사각뿔 형상의 마이크로프리즘을 틈이 없이 배열하고, 확산광 차단부를 분리 형성한 마이크로프리즘 어레이의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 3b는 본 발명에 따른 사각뿔 형상의 마이크로프리즘을 상호 틈을 갖도록 하고 상기 틈에 확산광 차단부를 일체로 형성한 마이크로프리즘 어레이의 다른 실시예를 나타낸 도면이며, 도 3c는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이의 또 다른 실시예로써 금속재에 마이크로프리즘 형상의 미러구멍을 형성하여 마이크로프리즘 역할을 하도록 한 마이크로미러 어레이를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 마이크로프리즘의 광로를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 길이와 입사각에 따른 굴절각, 출사각 등의 변화를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이의 사용 상태를 나타낸 도면이다.

도 2 내지, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로프리즘 어레이(200)는, 광(Le)이 들어가는 입사부(201a)는 출사부(210b)에 비해 넓게 형성되고, 출사부(210b)는 좁게 형성되는 마이크로프리즘(210), (220), (230) 중, 어느 하나가 다수 배열 형성된다.

즉, 상기 마이크로프리즘 어레이(200)는 사각뿔 형상을 이루는 마이크로프리즘(210), 사각뿔과 원뿔의 조합형상을 이루는 마이크로프리즘(220), 원뿔형상을 이루는 마이크로프리즘(230) 또는 다각뿔 형상 등으로 형성될 수 있다.

예컨대, 조합형상의 경우에는 도 2b에 도시된 바와 같이 마이크로프리즘(220)의 광(Le) 입사부(220a)는 디지털 마이크로미러 디스플레이 화소(digital micromirror display pixel)의 모양과 동일한 사각으로 형성되고, 출사부(220b)는 최종 원하는 패턴의 형태에 따라 사각형, 원형, 다각형으로 형성될 수 있다.

특히, 상기와 같은 마이크로프리즘(210),(220),(230)으로 이루어지는 마이크로프리즘 어레이(200)에는 확산광 차단부(211)가 일체로 형성되거나 또는 분리 형성된다.

구체적으로는 상기 확산광 차단부(211)가 일체로 형성된 마이크로프리즘 어레이(200)는, 각 마이크로프리즘(210)의 일측 즉, 각 마이크로프리즘(210)의 입사부(210a)가 상호 틈이 없이 연이어지게 배열된 경계부분 전면에 확산광 차단부(211)를 형성하거나, 또는 마이크로프리즘(210)과 마이크로프리즘(210)의 사이에 틈(212)을 형성하고, 상기 틈(212)에 확산광 차단부(211)를 일체로 형성하여, 디지털 마이크로미러 디스플레이(40)에 의해 공간 광 변조시킨 각 광(Le)을 결상시키는 렌즈(61a),(61b)로 이루어지는 제 1 결상 광학계(61)를 통해 입사되는 광(Le)이 이웃하는 마이크로프리즘(210)으로 확산되는 것을 상기 확산광 차단부(211)가 차단하여 이웃 화소에 영향을 미치지 않도록 하였다.

또한, 상기 마이크로프리즘 어레이(200)는 굴절방식의 마이크로프리즘(210),(220),(230)이 다수 배열되어 이루어지는 것이 바람직하나, 반사방식의 금속재에 상기 마이크로프리즘과 동일한 형상의 입사부(310a)와 출사부(310b)를 갖는 미러구멍(310)을 다수 배열 형성한 마이크로미러 어레이(300)로 대체될 수 있다.

여기서, 상기 마이크로미러 어레이(300)는 확산 광의 차단을 위한 별도의 확산광 차단부(211)를 형성하지 않도록 구성된다. 즉, 상기 마이크로미러 어레이(300)를 금속재로 형성하여 확산광의 차단과 입사광의 집광 투과를 이루도록 한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 광의 반사가능한 금속재에 입사부(310a)와 출사부(310b)를 이루는 마이크로프리즘 형상의 미러구멍(310)을 다수 형성하여 각 미러구멍(310)으로 입사되는 광(Le)은 입사 후, 미러구멍(310)의 측면에서 반사 진행시키고, 미러구멍(310)의 바깥으로 일부 확산되는 광(Le)은 미러구멍(310)의 입사부(310a) 외측 부분에 형성된 확산광 차단영역에 의해 차단되도록 함으로써, 이웃 화소에 영향을 주는 확산 광(Le)은 자연적으로 차단되게 하였다.

그리고, 상기 디지털 마이크로미러 디스플레이(DMD)(40)는 광(Le)을 반사시키는 소자를 이용하여 고선명 화상을 실현하는 첨단 기법, 반사형 소자 수십만 개 를 하나의 칩에 집적한 장치를 이용해 빛을 선택적으로 반사시킴으로써 고휘도, 고해상도의 영상을 표현하는 기술로서, 영사기, 브라운관, 액정 표시 장치(LCD)를 거치며 발전해 온 투사형 화면 표현 기술의 연장선상에 있으나 이미 상용화된 투과형 LCD에 비해 반사형이라는데 특징이 있고, 소형화, 저가격화가 가능하고 광 효율을 극대화할 수 있는 새로운 화면 표시 기법으로 개발이 가속화되고 있는 구성의 하나이다.

상기 마이크로프리즘(210)은 원리적으로는 전반사를 이용하나, 전반사를 이용하지 않는 광이 전반사 면에서 투과하여 콘트라스를 저해하는 것을 방지하기 위하여 필요할 경우 반사 코팅(Mirror Coating)을 할 수도 있다.

상기와 같은 구성의 마이크로프리즘(210)은 예컨대, 입사부(210a)의 크기가 14um이고, 출사부(210b)의 크기가 3um인 경우의 광로에서, 14um면적의 입사부(210a)로 들어오는 광(Le)이 전반사에 의하여 모두 3um인 출사부(210b)를 투과하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 마이크로프리즘 어레이(200)는 마이크로프리즘(210)의 출사부(210b)를 통과하는 광(Le)이 종래의 마이크로렌즈를 투과하는 광(Le)의 큰 유효 크기(지름)를 작게 결상되도록 변경하기 위해 설치된 어퍼쳐 어레이를 통과한 상의 크기(지름)와 동일한 결상 효과를 이룰 수 있으므로, 어퍼쳐 어레이를 설치하지 않아도 된다.

상기와 같이 마이크로프리즘(210)이 배열된 마이크로프리즘 어레이(200)를 형성할 경우에는 최초의 입사각이 15도인 경우 렌즈의 굴절률이 1.5인 경우를 가정 하면 렌즈 내부의 입사각은 10도 ( = 15도 / 1.5 ) 가 되고 렌즈의 경사각이 10도라고 가정하면 옆면에서 전반사할 때 경사면과 20도 각도를 이루게 된다.

전반사 조건임을 확인하자면 경사면과의 각도가 20도이면, 이면에 대한 입사각은 70도 ( = 90-20 )이고, 전반사 조건은 스넬의 법칙에 의거 n sinθ = n' sinθ' 이고 n=1.5, n'=1.0, θ'=90도 이므로 θ = sin-1 ( n' sinθ' / n ) = sin-1 ( 1 / 1.5 ) = 41.81 도 즉 입사각 70도가 전반사각 41.81도 보다 크기 때문에 전반사 조건이 된다.

전반사한 광선은 출사면에 30도의 입사각으로 입사하고 최종 출사시에는 굴절률( 1.5 )이 곱하여져서 45도가 된다.

렌즈의 경계면에서 입사나 반사시에는 스넬의 법칙에 의거 n sinθ = n' sinθ' 이 적용되는데 각도가 적은 경우에는 n θ = n' θ' 로도 사용하므로 이해를 편하게 하기 위하여 입사 및 출사 시에 간이식을 적용하였다.

상기 마이크로프리즘(210)의 입사부(210a)의 크기가 14um이고, 출사부(210b)의 크기가 3um인 경우의 광(Le)의 입사각을 15도로 두고 설명하였으나, 실제 경우에는 이보다 15도보다 상당한 작은 값이 된다.

실제 경우의 입사각은 분해능으로부터 계산이 가능하다. 즉 최초 패턴을 형성하는 디지털 마이크로미러 디스플레이 화소(digital micromirror display pixel)의 사이즈(size)는 13.8um이고, 화소(pixel) 간격은 1um 정도이다. 마이크로프리즘 어레이(200) 앞에 있는 제 1 결상 광학계(beam expander)의 분해능 성능은 최저 13.8um, 최고 1um이라고 볼 수 있다.

상기 분해능에 대한 식은 통상 [ 분해능 = λ(광의 파장) / ( 2 X NA(렌즈 개구수) ) ] 로 주어지고 이 식의 결과는 MTF(Modulation Transfer Function : 피사체의 상과 렌즈를 통과하여 실제로 촬상 면에 맺힌 렌즈의 상의 형태를 비교하여 나타낸 값)값이 0.4 정도인 경우의 NA를 나타내게 된다.

즉, 파장(λ)을 자외선 0.365um 라고 하고 적당히 0.35um을 적용하면 13.8 um (최저 분해능) = 0.35 um / (2 X NA) => NA = n sinθ = 0.01268로서, n은 공기 굴절률 1.0이고, 각도 θ = 0.73 도가 된다.

최고 분해능 1um를 적용하면 θ = 10.08 도가 되어 본 발명에서 실시 예로든 최초 입사각 15도 보다는 작은 값이 된다.

여기서, 본 발명의 마이크로프리즘(210)의 길이를 결정하기 위한 입사각(β)을 적당히 중간값인 3도를 대입하면 다음과 같다.

즉, 마이크로프리즘(210)의 길이(L)를 결정하는 첫 번째 방법은 입사부(210a)의 크기(D1)는 14um, 출사부(210b)의 크기(D2)는 3um이고, 경사각(α)을 1.5도라고 하면,

D2 = D1 - ( 2 * L * tan α )에서 L(길이) = ( D1 - D2 ) / ( 2 * tan α ) ------ (식 1)

= ( 14 - 3 ) / ( 2 * tan 1.5 ) = 210.04um 가 된다.

두 번째 방법은 입사부(210a)의 크기(D1)는 14um, 경사각(α)을 1.5도라고 하고, 최초 광축과 평행하게 입사한 광선(입사각 0도)이 경사면 상부의 끝에서 1번 반사한 후 출사면의 하부 끝을 통과한다면,

D1 = L * ( tan α + tan 2α )에서 L(길이) = D1 / ( tan α + tan 2α ) ------ (식 2)

= 14 / ( tan 1.5 + tan 3 ) = 178.13um 가 된다.

세 번째 방법은 입사부(210a)의 크기(D1)는 13um, 경사각(α)을 1.5도라고 하고, 최초 광선이 3도의 입사각(β)으로 입사하고, 최종 출사 광이 마이크로프리즘(210)의 입사면 상부 끝에서 1번 반사한 후 출사면의 하부 끝을 통과한다고 가정한다.

최초 입사전 3도의 값은 입사후 굴절률로 나누어져서 2도가 되고 경사면 상부에서 전반사를 하기 위하여 경사면과 만나는 각도 및 반사후의 각도는 3.5도 ( 2 + 1.5 )이고, 광축과 이루는 각도는 5도( 3.5 + 1.5)가 된다.

이리하여 최종 출사 광이 마이크로프리즘(210)의 입사면 상부 끝에서 1번 반사한 후 출사면의 하부 끝을 통과한다면, D1 = L(길이) * ( tan β/n + tan 2α )에서 L = D1 / ( tan β/n + tan 2α ) ------ (식 3)

= 14 / ( tan 3/1.5 + tan 2*1.5 ) = 123.16um 가 된다.

이로써, 본 발명에 따른 마이크로프리즘(210)의 길이는 최소 123.16um에서 최대 210.04um 까지 할 수 있는데. 이는 전체 투과 광량과 제작의 효율성을 생각하여 결정하는 것이 바람직하다.

다시 말해, 1번 전반사인 경우 렌즈의 길이는 3도의 입사각으로 입사할 경우 공식은, 최장 : L = ( D1 - D2 ) / ( 2 * tan α )이고, 최단 : L = D1 / ( tan β/n + tan 2α )이다.

본 발명의 마이크로프리즘(210)은 노광장치의 집광효율 및 노광 선폭, 제작의 효율성에 따라 마이크로프리즘(210)의 전장이 긴 것을 적용하거나, 전장이 짧은 것을 선택하여 형성하는 것이 바람직하다.

예컨대, 마이크로프리즘(210)의 전장은 상기 식 1, 2, 3과 같이 계산되며, 전장의 범위는 1번 반사시 최대는 식 1, 최소는 식 3으로 계산한다.

즉, 상기 마이크로프리즘(210)은 1번 전반사를 할 경우 전장(L)의 범위는 최장 L = ( D1 - D2 ) / ( 2 * tan α ) 식이고, 최단 L = D1 / ( tan β/n + tan 2α ) 식이므로, 노광장치의 집광효율 및 노광 선폭, 제작의 효율성에 따라 상기 범위 내의 마이크로프리즘(210)을 선택 형성하게 된다.

이상에서는 1번의 전반사에 대하여 설명하였으나, 두 번 또는 세번 이상 다중 전반사도 가능하다.

즉, 상기 도 5의 경우에 사실은 광축과 평행으로 입사한 광이 2번 전반사하고 최종 출사각은 9도가 되고 있다.

이로부터 정리하여보면 1번 반사 후 출사하는 경우에는 아래 표 1과 같다.

표 1

최초입사각	굴절각	굴절후 경사면과의 각도	1번반사후 광축과의 각도	1번반사후 출사각
0	0	10	20	30
+15	10	20	30	45
-15	-10	0	10	15
β	β/n	β/n+α	β/n + 2α	n ( β/n + 2α )

또, 2번 반사 후 출사하는 경우에는 표 2와 같다.

표 2

최초입사각	굴절각	굴절후 경사면과의 각도	1번반사후 광축과의 각도	2번반사후 광축과의 각도	2번반사후 출사각(n=1.5)
0	0	10	20	40	60
+15	10	20	30	50	75
-15	-10	0	10	30	45
β	β/n	β/n+α	β/n + 2α	β/n + 4α	n (β/n + 4α )

계속해서 3번 반사이상 다중전반사( m번 )에 대한 최종 출사각은 n ( β/n + 2mα)로 주어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 노광장치(100)를 이용하여 프린트 배선 기판용 소재(70) 중에 적층 되어 있는 감광 재료를 노광할 때에는 상기 광원(10)으로부터 출사된 광(Le)은 집광렌즈(21)와 로드 인티그레이터(22) 및 콜리메이트 렌즈(23)로 구성된 광 강도 분포 보정 광학계(20)에 의해 광 강도 분포가 개략 일정한 평행 광으로 보정되어 미러(30)에 의해 반사되어 광로의 방향을 절곡하여 디지털 마이크로미러 디스플레이(40)로 입사시킨다.

상기 디지털 마이크로미러 디스플레이(40)의 화소에 입사된 광(Le)은 공간 광 변조되어 미소 미러(41)가 온 상태일 때에 이 미소 미러(41)에 의해 반사되어 렌즈(61a),(61b)로 이루어지는 제 1 결상 광학계(61)를 투과하면서 광로의 광축 방향과 직교하는 동일 평면상 즉, 다수의 마이크로프리즘(210)으로 이루어지는 마이크로프리즘 어레이(200)에 결상된다.

이때, 상기 마이크로프리즘 어레이(200)에 형성된 확산광 차단부(211)에 의해 디지털 마이크로미러 디스플레이(40) 및 제 1 결상 광학계(61)를 통해 입사되는 광(Le)이 이웃하는 마이크로프리즘(210)으로 확산되는 것이 차단되어 이웃 화소에 영향을 미치지 않게 된다.

또한, 상기 마이크로프리즘(210)은 입사부(210a)의 크기가 출사부(210b)의 크기보다 크게 형성, 예컨대 입사부(210a)의 크기는 14um이고, 출사부(210b)의 크기는 3um로 구성되어 있기 때문에 광로에서, 14um면적의 입사부(210a)로 들어오는 광(Le)이 전반사에 의하여 3um 면적의 출사부(210b)로 모두 투과하게 된다.

따라서, 일부 확산되는 광은 확산광 차단부(211)에 의해 차단되어 이웃하는 화소에 영향을 주지 않게 됨은 물론 효과적으로 집광되어 광량의 손실도 없게 되므로 광량을 거의 100% 사용할 수 있게 되어 종래에 비해 더욱더 월등히 광량을 상승시키게 된다.

이후, 상기 마이크로프리즘 어레이(200) 중에 결상된 광(Le)은 바로 렌즈(62a),(62b)로 이루어지는 제 2 결상 광학계(62)를 거치면서 확대되어 프린트 배선 기판용 소재(70)의 감광 재료상에 배선 패턴의 상이 형성되고, 감광 재료상의 각 노광 영역을 효과적으로 노광하게 되므로 노광성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1a는 종래의 마이크로프리즘 어레이를 설치한 노광장치를 나타낸 도면이다.

도 1b는 종래의 마이크로프리즘 어레이를 광이 투과하는 상태를 나타낸 도면이다.

도 1c는 디지털 마이크로미러 디스플레이를 확대하여 화소와 화소간의 간격을 나타낸 도면이다.

도 2a는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 바람직한 일 실시예인 사각뿔 형상을 나타낸 도면이다.

도 2b는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 바람직한 다른 실시예인 사각뿔과 원뿔의 조합 형상을 나타낸 도면이다.

도 2c는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 바람직한 또 다른 실시예인 원뿔형상을 나타낸 도면이다.

도 3a는 본 발명에 따른 사각뿔 형상의 마이크로프리즘을 틈이 없이 배열하고, 확산광 차단부를 분리 형성한 마이크로프리즘 어레이의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3b는 본 발명에 따른 사각뿔 형상의 마이크로프리즘를 상호 틈을 갖도록 하고 상기 틈에 확산광 차단부를 일체로 형성한 마이크로프리즘 어레이의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3c는 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이의 또 다른 실시예로써 금속 재에 마이크로프리즘 형상의 미러구멍을 형성하여 마이크로프리즘 역할을 하도록 한 마이크로미러 어레이를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 마이크로프리즘의 광로를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 마이크로프리즘의 길이와 입사각에 따른 굴절각, 출사각 등의 변화를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 마이크로프리즘 어레이의 사용 상태를 나타낸 도면이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

100 : 노광장치 10 : 광원

20 : 광 강도 분포 보정 광학계 21 : 집광렌즈

22 : 로드 인티그레이터 23 : 콜리메이트렌즈

30 : 미러

40 : 디지털 마이크로미러 디스플레이

41 : 미소 미러 50 : 프리즘

60 : 결상 광학계 61 : 제 1 결상 광학계

61a, 61b : 렌즈 62 : 제 2 결상 광학계

62a, 62b : 렌즈 70 : 프린트 배선 기판용 소재

200 : 마이크로프리즘 어레이 210 : 마이크로프리즘

210a, 310a : 입사부 210b, 310b : 출사부

211 : 확상광 차단부 212 : 틈

300 : 마이크로미러 어레이 310 : 미러구멍

Claims

빛을 출사(방출)하는 광원(光源)과, 상기 광원으로부터 출사되는 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 복수의 화소부가 제공되는 디지털 마이크로 미러 디스플레이 소자와, 상기 디지털 마이크로 미러 디스플레이 소자의 각 화소부에 의해 변조된 광을 결상하여 상기 각 화소부의 상을 결상시키는 광학계를 포함하는 노광장치의 상기 화소부에 의해 변조되고 상기 광학계를 통과한 광이 각각 입사하는 복수의 마이크로프리즘으로 이루어지는 마이크로프리즘 어레이에 있어서,

상기 마이크로프리즘 어레이는, 광 입사부는 넓게 형성되고 광 출사부는 좁게 형성된 각 마이크로프리즘이 연이어지게 배열되며, 상기 각 마이크로프리즘의 경계부분으로는 이웃 화소에 영향을 주는 확산 광을 차단하고, 투과하는 광은 집광시켜 광량이 상승 되도록 하는 확산광 차단부가 형성되는 것을 특징으로 하는 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이.
제1항에 있어서, 상기 확산광 차단부는 상기 마이크로프리즘 어레이의 각 마이크로프리즘의 경계부분에 일체로 형성되거나, 각 마이크로프리즘의 경계부분에 분리 형성되는 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이.
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