KR101140621B1 - 화상 노광 방법 및 장치 - Google Patents

화상 노광 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101140621B1
KR101140621B1 KR1020077013057A KR20077013057A KR101140621B1 KR 101140621 B1 KR101140621 B1 KR 101140621B1 KR 1020077013057 A KR1020077013057 A KR 1020077013057A KR 20077013057 A KR20077013057 A KR 20077013057A KR 101140621 B1 KR101140621 B1 KR 101140621B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
array
pixel
photosensitive material
dmd
Prior art date
Application number
KR1020077013057A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20070085985A (ko
Inventor
히로미 이시카와
Original Assignee
후지필름 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 후지필름 가부시키가이샤 filed Critical 후지필름 가부시키가이샤
Publication of KR20070085985A publication Critical patent/KR20070085985A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101140621B1 publication Critical patent/KR101140621B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B27/00—Photographic printing apparatus
    • G03B27/32—Projection printing apparatus, e.g. enlarger, copying camera
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/008—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using micromirror devices
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/7025—Size or form of projection system aperture, e.g. aperture stops, diaphragms or pupil obscuration; Control thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70275—Multiple projection paths, e.g. array of projection systems, microlens projection systems or tandem projection systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Projection-Type Copiers In General (AREA)

Abstract

본 발명은 공간 광변조 소자의 화소부의 화소 화상을 결상하는 광의 진행 방향에서의 변동으로 인한 노광 화상의 해상도의 저하를 방지할 수 있는 화상 노광 장치를 제공한다. 상기 장치는 이차원적으로 배치되는 다수의 화소부를 가지는 DMD와 같은 공간 광변조 소자(50), 광원(66), 및 결상 광학계(52,54)를 포함한다. 그것은 결상 광학계에 의해 결상된 화상 위치에서 화소부의 각 화소 화상이 각 어퍼쳐(59a)의 면에 위치되도록 배치된 어퍼쳐 어레이(59)를 더 포함한다. 어퍼쳐 어레이(59)의 어퍼쳐면에 위치된 화소 화상은 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 화상으로 결상되고 광학계(57,58)에 의해 감광 재료(150) 상에 투영된다.
화상 노광 장치, 공간 광변조 소자, 광원, 결상 광학계, 어퍼쳐 어레이, 마이크로렌즈 어레이, 광학계

Description

화상 노광 방법 및 장치{IMAGE EXPOSING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 화상 노광 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 공간 광변조 소자로 변조된 광에 의해 나타내어지는 광학 화상을 결상시킴으로써 감광 재료를 노광하는 화상 노광 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 그러한 화상 노광 장치를 사용하는 화상 노광 방법에 관한 것이다.
공간 광변조 소자로 변조된 광을 결상 광학계에 통과시키고 광에 의해 나타내어지는 화상을 소정의 감광 재료 상에 결상하여 감광 재료를 노광하는 화상 노광 장치가 공지되어 있다. 기본적으로 그러한 화상 노광 장치는 조사된 광을 각각 제어 신호에 따라 변조하는 이차원적으로 배열된 다수의 화소부를 가지는 공간 광변조 소자, 공간 광변조 소자에 광을 조사하는 광원, 및 공간 광변조 소자로 변조된 광에 의해 나타내어지는 광학 화상을 감광 재료 상에 결상하는 결상 광학계를 포함한다.
그러한 화상 노광 장치에서 LCD(Liquid Crystal Display), DMD(Digital Micromirror Device) 등과 같은 소자는 바람직하게 공간 광변조 소자로서 사용될 수 있다. 상기 DMD는 제어 신호에 따라 반사면의 각을 변화시키는 다수의 직사각형 마이크로미러가 예를 들면, 실리콘 등의 반도체 기판 상에 이차원적으로 배치되는 미러 디바이스이다.
상기 화상 노광 장치에서 화상을 감광 재료에 투영되기 전에 확대될 필요가 있는 경우가 종종 있다. 그 경우에는 화상 확대 및 결상 광학계가 결상 광학계로서 사용된다. 공간 광변조 소자를 거쳐 화상 확대 및 결상 광학계를 통하여 전파된 광의 단일 통로는 공간 광변조 소자의 각 화소부로부터 광빔을 확대할 수 있다. 그러므로, 투영된 화상에서의 화소 사이즈는 커지고 화상의 선예도는 저하된다.
그 결과, 제 1 및 제 2 결상 광학계를 이용하여 화상을 확대 및 투영하는 것이 고려되어 왔다. 이 구성에서 제 1 결상 광학계는 공간 광변조 소자의 각 화소부에 대응되는 각 마이크로렌즈로 구성되고 제 1 결상 광학계의 결상면에 배치된 어레이로 배열된 마이크로렌즈 어레이를 가지는 공간 광변조 소자로 변조된 광의 광로에 배치되고, 변조된 광에 의해 나타내어지는 화상을 감광 재료나 스크린 상에 결상하는 제 2 결상 광학계는 마이크로렌즈 어레이를 통과한 광의 광로에 배치된다. 상기 구성에서 감광 재료나 스크린 상에 투영되는 화상의 사이즈는 확대될 수 있지만, 공간 광변조 소자의 각 화소부로부터의 광은 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해 집광되어 투영 화상에서의 화소 사이즈(스폿 사이즈)는 좁혀지고 작은 사이즈로 유지되기 때문에 화상의 선예도는 높은 수준으로 유지될 수 있다.
공간 광변조 소자로서 DMD를 마이크로렌즈 어레이와 조합하여 사용하는 그러한 화상 노광 장치 중 하나는 일본 특허 공개 2001-305663호 공보에 기재되어 있 다. 동종의 화상 노광 장치는 일본 특허 공개 2004-122470호 공보에 기재되어 있다. 이 장치에서 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 각각 대응하는 어퍼쳐를 가지는 어퍼쳐 어레이(개구판)가 마이크로 어레이의 뒤에 배치되어 대응하는 마이크로렌즈를 거쳐 전파되는 광만이 어퍼쳐를 통과하게 한다. 이 구성은 개구판의 어퍼쳐에 대응하지 않는 인접한 마이크로렌즈로부터의 광이 어퍼쳐로 입사하는 것을 방지하여 미광(迷光)이 인접 화소로 입사되는 것이 억제될 수 있다. 게다가, DMD의 화소(마이크로미러)가 오프되어 광을 차단할 때에도 소량의 광이 때때로 노광면 상에 입사될 수 있다. 이 경우도 상기 구성은 DMD의 화소가 오프될 때 노광면에 나타나는 광량을 감소시킬 수 있다.
공간 광변조 소자를 마이크로렌즈 어레이와 조합하는 종래의 화상 노광 장치는 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해 집광된 광빔이 감광 재료 상에서 작은 범위로 변동하는 문제점을 갖는다. 이것은 노광이 큰 스폿 직경을 가지는 광빔에 의해 수행되면 노광 화상의 해상도가 저하되는 결과를 초래한다.
특히, 이 문제는 DMD가 공간 광변조 소자로서 사용될 때 더 분명해진다. 이하, DMD가 공간 광변조 소자로서 사용될 때의 그 문제가 상세히 설명될 것이다. 도 17은 DMD의 마이크로미러의 응답 특성을 나타낸다. 여기서, 마이크로미러는 오프일 때 기준 위치(기판면)로부터 -12°벗어난 위치, 및 온일 때 기준 위치로부터 +12°벗어난 위치를 취하는 것으로 가정한다. 도 17에서 "온" 신호가 시간 0 일때 입력된다고 가정하면 마이크로미러는 이상적으로 +12°의 위치를 즉시 취하고 거기에 정지해야한다. 그러나, 실제로는 요동하는 마이크로미러의 관성 및 바운스에 의해 +12°에 센터링된 특정 각 범위에서 채터링이 발생한다. 그러므로, 마이크로미러는 채터링이 수렴된 후에만 정지한다.
종래 장치에서 마이크로렌즈 어레이는 상술한 바와 같이 마이크로렌즈가 제 1 결상 광학계의 결상면에 위치하도록 배치되므로 마이크로미러의 응답이 상기 과도 응답 특성을 가지면 마이크로렌즈에 입사하는 광의 빔 각이 작은 범위로 변동한다. 이것은 감광 재료 상에서의 광빔의 위치 변동을 일으킨다.
지금까지 DMD가 공간 광변조 소자로서 사용될 때의 문제점이 설명되었다. 다른 유형의 공간 광변조 소자가 사용되는 경우에서도 마이크로렌즈에 입사하는 광의 빔 각이 어떤 이유 또는 다른 이유로 변동한다면 노광 화상의 해상도의 저하의 동일한 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 상기 상황을 고려하여 공간 광변조 소자와 마이크로렌즈 어레이를 조합한 화상 노광 장치 및 노광된 화상에 대하여 고해상도를 보증할 수 있는 화상 노광 방법을 제공하는 것이다.
종래 화상 노광 장치에서 공간 광변조 소자의 화소부의 화소 화상을 마이크로렌즈 어레이의 위치에 결상시키는 반면에, 본 발명에 의한 화상 노광 장치에서는 그것을 어퍼쳐 어레이의 각 어퍼쳐에서 결상시켜 마이크로렌즈 어레이, 또는 마이크로렌즈 어레이 및 추가적인 투영 광학계에 의해 감광 재료 상에 화상으로 결상시킨다.
특히, 본 발명에 의한 제 1 화상 노광 장치는 화상을 나타내기 위하여 공간 광변조 소자를 거쳐 전파된 광에 의해 감광 재료를 노광시키는 화상 노광 장치에 있어서,
조사된 광을 각각 변조하는 어레이로 배치된 복수의 화소부를 가지는 공간 광변조 소자,
공간 광변조 소자에 광을 조사하는 광원,
공간 광변조 소자를 거쳐 전파된 광을 집광하여 화소부의 화소 화상을 각각 결상시키는 결상 광학계,
어레이로 배치되는 복수의 어퍼쳐를 가지는 차광성 재료로 이루어지고 결상 광학계에 의해 결상되는 화상 위치에서 화소부의 각 화소 화상이 각 어퍼쳐면에 위치되도록 배치된 어퍼쳐 어레이,
각 어퍼쳐면에 위치되는 각 화소 화상을 각각 소정의 위치에 결상시키는 어레이로 배치된 복수의 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이, 및
마이크로렌즈 어레이에 의해 결상되는 화상을 감광 재료 상에 결상하고 투영하는 광학계를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 화소부, 어퍼쳐, 및 마이크로렌즈는 이차원 어레이 또는 일차원 어레이로 배치될 수 있다.
또한, 상기 그러한 종류의 어퍼쳐 어레이는 예를 들면, 일본 특허 공개 2004-122470호 공보에서 개시되어 있다. 그러나, 상기 공보에 개시된 어퍼쳐 어레이는 마이크로렌즈 어레이의 앞 또는 뒤에 배치되어 마이크로미러 어레이의 마이크로렌즈의 주변 및 외부 영역에서 전파되는 광을 차단한다. 공간 광변조 소자의 화소부의 화상 위치에 배치된 것은 본 발명에서처럼 어퍼쳐 어레이가 아닌 명확히 마이크로렌즈 어레이이다. 그러므로, 상기 공보에 개시된 화상 노광 장치는 이러한 점에서 본 발명의 것과 차이가 있다.
본 발명에 의한 제 2 화상 노광 장치는 상기 제 1 화상 노광 장치와 동일한 공간 광변조 소자, 광원, 결상 광학계, 및 어퍼쳐 어레이를 포함하는 화상 노광 장치이다. 그것은 각 어퍼쳐면에 위치되는 각 화소 화상을 감광 재료상에 결상하는 어레이로 배치되는 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이를 더 포함한다.
본 발명에 의한 각 장치에서는 화소부로서의 마이크로미러가 이차원적으로 배치되는 DMD가 공간 광변조 소자로서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 화상 노광 방법은 상기 본 발명의 화상 노광 장치 중 어느 하나를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 방법이다.
본 발명에 의한 화상 노광 장치에서 공간 광변조 소자의 화소부의 화소 화상은 어퍼쳐 어레이의 각 어퍼쳐면에 결상되어 마이크로렌즈 어레이에 의해 결상된다. 이 배치는 마이크로렌즈 어레이에 의해 결상된 화상 위치가 어떠한 입사각에서 각 어퍼쳐면에 입사하는 공간 광변조 소자의 화소부로부터의 광에 대해 변화없이 유지되게 한다. 마이크로렌즈 어레이에 의해 결상되는 화상을 다른 광학계를 사용하여 감광 재료 상에 투영하는 제 1 화상 노광 장치 또는 마이크로렌즈 어레이에 의해 결상되는 화상을 감광 재료 상에 직접 결상하는 제 2 화상 노광 장치에서는 상기 입사각의 변화로부터 발생하는 감광재료 상의 빔 위치의 변동에 의한 노광 화상의 해상도의 저하가 방지될 수 있다.
게다가, 어퍼쳐 어레이의 각 어퍼쳐면에 위치된 화소 화상은 상술한 바와 같이 마이크로렌즈 어레이에 의해 결상되어 어퍼쳐 어레이(59)에 입사하는 빔의 빔 직경이 어퍼쳐 어레이의 앞에 배치된 결상 광학계의 상면 만곡, 비점격차 등으로 인해 변동될 때에도 감광 재료 상의 빔 직경은 변화가 없다. 또한, 이것은 고해상도 화상이 노광되게 한다.
본 발명에 의한 화상 노광 장치는 이차원적으로 배치되는 마이크로렌즈를 포함하는 DMD를 공간 광변조 소자로서 사용하도록 구성되어 마이크로미러의 과도 응답 특성으로 인해 DMD에서 더 발생하기 쉬운 상기 문제가 방지될 수 있으므로 바람직하다.
본 발명에 의한 화상 노광 방법은 본 발명의 화상 노광 장치 중 어느 하나를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 방법이다. 그러므로, 상기 방법은 상기 문제점을 확실히 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 화상 노광 장치의 외관을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 화상 노광 장치의 스캐너의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 3A는 감광 재료의 노광 영역을 나타내는 평면도이다.
도 3B는 각 노광 헤드의 노광 에리어의 배치를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 화상 노광 장치의 노광 헤드의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 상기 노광 헤드의 개략 단면도이다.
도 6은 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)의 구성을 나타내는 부분 확대도이다.
도 7A은 DMD의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7B는 DMD의 동작을 설명하는 도면이다.
도 8A는 DMD가 부주사 방향에 대하여 경사지지않았을 때 노광빔의 배치와 주사선을 나타내는 DMD의 평면도이다.
도 8B는 DMD가 부주사 방향에 대하여 경사졌을 때 노광빔의 배치와 주사선을 나타내는 DMD의 평면도이다.
도 9A는 파이버 어레이 광원의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 9B는 파이버 어레이 광원의 레이저 출사부에서의 발광점의 배치를 나타내는 정면도이다.
도 10은 멀티모드 광 파이버의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 빔 결합 레이저 광원의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 12는 레이저 모듈의 구성을 나타내는 평면도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 레이저 모듈의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 14는 도 12에 나타낸 레이저 모듈의 구성을 나타내는 부분 정면도이다.
도 15는 상기 화상 노광 장치의 전기적 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 16A는 DMD에서의 사용 영역의 예를 나타내는 도면이다.
도 16B는 DMD에서의 사용 영역의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 DMD를 구성하는 마이크로미러의 과도 응답 특성을 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 화상 노광 장치에서 사용되는 노광 헤드의 개략 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다. 먼저, 제 1 실시형태에 의한 화상 노광 장치가 설명될 것이다.
[화상 노광 장치의 구성]
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 화상 노광 장치는 흡입에 의해 시트상의 감광 재료(150)를 표면에 유지하는 평판상의 이동 스테이지(152)를 포함한다. 스테이지의 이동 방향을 따라 연장된 2개의 가이드(158)는 4개의 다리(154)에 의해 지지된 두꺼운 판상의 설치대(156)의 상면에 제공된다. 스테이지(152)는 그 길이 방향이 스테이지의 이동 방향으로 향하도록 배치되고 가이드(158)에 의해 이동가능하게 지지되어 왕복 이동을 할 수 있다. 본 실시형태의 화상 노광 장치는 가이드(158)를 따라 부주사 수단으로서의 스테이지(152)를 구동하는 후술될 스테이지 구동 장치(304)(도 15)를 더 포함한다.
스테이지(152)의 이동 경로를 넘는 역 U자상의 게이트(160)는 설치대(156)의 중앙부에 제공된다. 역 U자상의 게이트(160)의 단부의 각각은 설치대(156)의 각 측 면에 고정부착된다. 스캐너(162)는 게이트(160)의 한 측면에 제공되고, 감광 재료(150)의 선단 및 후단을 검지하는 복수의 센서(164)(예를 들면, 두개)는 다른 측면에 제공된다. 스캐너(162) 및 센서(164)는 게이트(160)에 부착되어 스테이지(152)의 이동 경로 상방에 고정배치된다. 스캐너(162) 및 센서(164)는 그들을 제어하는 컨트롤러(도시되지 않음)에 접속된다.
도 2 및 도 3B에 나타낸 바와 같이, 스캐너(162)는 "m"행 및 "n"열의 매트릭스 형태로 배치된 복수의 노광 헤드(166)(예를 들면, 14개)를 포함한다. 이러한 예에서 4개의 노광 헤드(166)는 감광 재료(150)의 폭과의 관계에서 3행에 배치된다. 이하, m행의 n열에 배치된 노광 헤드는 노광 헤드(166mn)로 표기될 것이다.
각 노광 헤드(166)의 노광 에리어(168)는 부주사 방향을 단변으로 하는 직사각형를 가진다. 따라서, 띠상의 노광 영역(170)은 스테이지(152)가 이동함에 따라 각 노광 헤드(166)에 의해 감광 재료(150)에 형성된다. 이하, m행의 n열에 배치된 노광 헤드의 노광 에리어는 노광 에리어(168mn)로 표기될 것이다.
도 3A 및 도 3B에 나타낸 바와 같이, 띠상의 노광 영역(170)이 부주사 방향과 직교하는 방향으로 인접한 노광 영역(170)과 어떠한 간극 없이 배치되도록 행에서 선형으로 배열된 각 노광 헤드(166)는 배열 방향으로 소정의 간격(예를 들면, 노광 에리어의 장변의 자연수배, 이 경우에는 장변의 두배)으로 옮겨진다. 그 결과, 1행의 노광 에리어(16811 및 16812) 사이의 공간에 대응되는 감광 재료의 노광되지않은 영역은 2행의 노광 에리어(16821)와 3행의 노광 에리어(16831)에 의해 노광될 수 있다.
각 노광 헤드(16611~166mn)는 입사된 광빔을 화상 데이터에 따라 각 화소에 변조하는 공간 광변조 소자로서 U.S. Texas Instruments Inc로부터 입수할 수 있는 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)(50)를 가진다. DMD(50)는 후술되는 컨트롤러(302)(도 15)에 접속된다. 컨트롤러(302)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부를 포함한다. 컨트롤러(302)의 데이터 처리부는 입력된 화상 데이터에 의거하여 각 노광 헤드(166)에 대하여 제어될 DMD(50)의 영역 내의 각 마이크로미러를 구동 제어하는 제어 신호를 생성한다. "제어될 영역"의 의미는 이하에 제공될 것이다. 미러 구동 제어부는 화상 데이터 처리부에 의해 생성된 제어 신호에 의거하여 각 노광 헤드(166)에 대하여 DMD(50)의 각 마이크로미러의 반사면의 각을 제어한다. 각 마이크로미러의 반사면의 각을 제어하는 방법은 후술될 것이다.
광 파이버의 출사면(발광점)이 노광 에리어(168)의 장변의 방향에 대응되는 방향을 따라 선형으로 배열되는 레이저 출사부를 가지는 파이버 어레이 광원(66), 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저빔을 보정하여 DMD 상에 집광시키는 렌즈계(67), 및 렌즈계(67)를 통과한 레이저빔을 DMD(50)를 향하여 반사하는 미러(69)는 DMD(50)의 광 입사측에 이 순서로 배치된다. 도 4에서는 렌즈계(67)가 개략적으로 예시되어 있다.
도 5에 상세하게 나타낸 바와 같이, 렌즈계(67)는 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 조명 광으로서의 레이저빔(B)를 집광하는 집광 렌즈(71), 집광 렌즈(71)를 통과한 광의 광로에 배치된 로드상의 옵티컬 인테그레이터(72)(이하, "로드 인테그레이터"라 함), 및 미러(69)의 측면인 로드 인테그레이터(72)의 전방에 배치된 결상 렌즈(74)를 포함한다. 파이버 어레이 광원(66)으로부터 출사된 레이저빔은 집광 렌즈(71), 로드 인테그레이터(72), 및 결상 렌즈(74)를 통하여 단면에서 균일한 강도를 가지는 실질적으로 평행한 광빔으로서 DMD(50)에 입사된다. 로드 인테그레이터(72)의 형상과 기능은 나중에 상세하게 설명될 것이다.
렌즈계(67)로부터 출사된 레이저빔(B)은 미러(69)에 의해 반사되고, TIR(Total Internal Reflection) 프리즘(70)을 통하여 DMD(50)에 조사된다. 도 4에서 TIR 프리즘(70)은 생략된다.
DMD(50)에 의해 반사된 레이저빔(B)을 감광 재료(150) 상에 결상하는 결상 광학계(51)는 DMD(50)의 광 반사측에 배치된다. 결상 광학계(51)는 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5에 상세히 나타낸 바와 같이, 결상 광학계(51)는 렌즈계(52,54)에 의해 구성되는 제 1 결상 광학계 및 렌즈계(57,58)에 의해 구성되는 제 2 결상 광학계를 포함한다. 그것은 두 결상 광학계 사이에 배치된 마이크로렌즈 어레이(55)와 어퍼쳐 어레이(59)를 더 포함한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, DMD(50)는 각각 한 화소를 형성하는 다수의 마이크로미러(62)(예를 들면, 1024x768)에 의해 구성되는 미러 디바이스이고, SRAM 셀(메모리 셀)에 격자 패턴으로 배치된다. 각 화소에서 직사각형 마이크로미러는 지주에 의해 지지되는 최상부에 제공된다. 알루미늄 등과 같은 반사율이 높은 재료는 마이크로미러의 표면에 증착되어 있다. 마이크로미러의 반사율은 90% 이상이다. 마 이크로미러의 사이즈가 예를 들면 세로, 가로 방향 모두 13㎛이고, 배열 피치는 예를 들면 두 방향에서 13.7㎛이다. 반도체 메모리를 제조하는 보통 제조 라인에서 제조되는 실리콘 게이트 CMOS SRAM 셀(60)은 힌지와 요크를 가지는 지주를 통하여 각 마이크로미러(62) 바로 아래에 제공된다. 전체 DMD는 모놀리틱하게 구성된다.
디지털 신호가 DMD(50)의 SRAM 셀(60)로 기록될 때 지주에 의해 지지되는 마이크로미러는 DMD(50)이 배치되는 기판에 대하여 대각선을 중심으로 ±α°(예를 들면, 12°)의 범위 내에서 경사진다. 도 7A는 그것이 온 상태라는 것을 의미하는 +α°로 경사진 마이크로미러(62)를 나타내고, 도 7B는 그것이 오프 상태라는 것을 의미하는 -α°로 경사진 마이크로미러(62)를 나타낸다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, DMD(50)의 화상 신호에 따라 DMD(50)의 각 화소에서 마이크로미러(62)의 경사를 제어함으로써 DMD(50)에 입사되는 레이저빔(B)은 각 마이크로미러(62)의 경사 방향으로 반사된다.
도 6은 DMD(50)의 부분에서 마이크로미러 중 몇몇이 + 또는 -α°로 경사지도록 제어되는 상태의 예를 나타내는 DMD(50)의 부분 확대도이다. 각 마이크로미러(62)의 온오프 제어는 DMD(50)에 접속된 컨트롤러(302)에 의해 실시된다. 광 흡수재(설명되지 않음)는 오프 상태의 마이크로미러에 의해 반사되는 레이저빔(B)의 전달 방향으로 배치된다.
어퍼쳐 어레이(59)는 이차원적으로 배치된 복수의 원형 어퍼쳐(개구)(59a)를 가지는 차광성 부재로 구성된다. 어퍼쳐 어레이(59)는 제 1 결상 광학계에 의해 결상되는 DMD(50)의 마이크로미러(62)의 화상 위치에 배치되어 마이크로미러(62)의 각 화상이 각 어퍼쳐(59a)의 면에 위치되도록 한다. 본 실시형태에서 어퍼쳐(59a)의 직경은 9㎛이다.
한편, 마이크로렌즈 어레이(55)는 각각 어퍼쳐 어레이(59)[즉, DMD(50)의 각 마이크로미러]의 각 어퍼쳐에 대응되는 이차원적으로 배치된 다수의 마이크로렌즈(55a)에 의해 구성된다. 각 어퍼쳐(59a)의 면에 위치되는 화상은 각 해당 마이크로렌즈(55a)에 의해 결상면(Q)에 결상된다. DMD는 모두 1024개x768열의 마이크로미러를 가졌지만 후술되는 바와 같이 본 실시형태에서 1024개x256열만 구동된다. 그러므로, 대응되는 1024개x256열의 마이크로렌즈(55a)가 배치된다.
DMD(50)의 마이크로미러(62)의 화상은 1.5 배, 즉 약 20㎛ x 20㎛의 사이즈로 확대되고, 제 1 결상 광학계에 의해 어퍼쳐 어레이(59) 상에 결상된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 중심 영역에서 마이크로미러(62)의 왜곡이 적은 화상만이 9㎛의 작은 직경을 가지는 어퍼쳐(59a)를 통하여 관찰된다. 예를 들면, 마이크로렌즈 어레이(55)는 광학 유리 BK7으로 구성되어 각 마이크로렌즈는 75㎛의 초점거리를 가지고 1/3로 확대함으로써 각 해당 어퍼쳐(59a) 면에 화상을 결상한다. 그리고, 화상은 동일한 확대에서 렌즈계(57,58)로 구성되는 제 2 결상 광학계에 의해 감광 재료 상에 결상된다. 즉, 어퍼쳐(59a)의 면에서의 화상은 직경 3㎛의 화상으로서 감광 재료 상에 결상되고 투영된다는 것이다.
본 실시형태에서 프리즘 페어(73)는 제 2 결상 광학계와 감광 재료(150) 사이에 배치되고 감광 재료(150) 상의 화상의 초점은 도 5에서 상하 방향으로 프리즘 페어(73)를 이동시킴으로써 조정될 수 있다. 도 5에서 감광 재료(150)는 화살표(F) 가 나타내는 부주사 방향으로 들어간다.
DMD(50)는 그 단변이 부주사 방향과 소정의 각(θ)(예를 들면, 0.1°~ 5°)을 형성하도록 약간 경사진 방식으로 배치되는 것이 바람직하다. 도 8A는 DMD(50)이 경사지지 않았을 때 각 마이크로미러에 의해 생성된 반사광 상(53)(노광빔)의 주사 궤적을 나타내고, 도 8B는 DMD(50)이 경사졌을 때 각 마이크로미러로부터 노광빔(53)의 주사 궤적을 나타낸다.
DMD(50)는 각각 세로 방향으로 배치된 다수의 마이크로미러(예를 들면, 1024)를 가지는 가로방향으로 배치된 다수의 마이크로미러 열(예를 들면, 756)을 포함한다. 도 8B에 나타낸 바와 같이, DMD(50)를 경사지게 함으로써 마이크로미러에 의해 생성된 노광빔(53)의 주사 궤적(주사선) 사이의 피치(P2)는 경사지지 않았을 때의 피치(P1)보다 더 좁아지고 화상 해상도는 상당히 향상된다. 한편, 주사 방향과 관련한 DMD(50)의 경사각은 매우 작아 DMD가 경사졌을 때의 주사폭(W1)이 경사지지않았을 때의 주사폭(W2)과 거의 동일하다.
게다가, 동일한 주사선은 다른 마이크로미러 열에 의해 여러 번 노광된다(다중 노광). 다중 노광은 노광 위치를 미세하게 제어할 수 있고 고해상도 노광을 실현할 수 있다. 또한, 주주사 방향으로 배치된 복수의 노광 헤드 사이의 접합점은 미세한 노광 위치 제어에 의해 매끄러워질 수 있다.
동일한 효과는 DMD(50)를 경사지게 하는 대신에 각 마이크로미러 열을 부주사 방향과 직교하는 방향으로 소정 간격 옮김으로써 마이크로미러 열을 지그재그 패턴으로 배치하여도 얻어질 수 있다.
도 9A에 나타낸 바와 같이, 파이버 어레이 광원(66)은 복수의 레이저 모듈(64)(예를 들면, 14)을 포함하고 멀티모드 광 파이버(30)의 길이의 일단은 각 레이저 모듈(64)에 접속된다. 동일한 코어 직경 및 멀티모드 광 파이버(30)보다 더 작은 클래드 직경을 가지는 광 파이버(31)의 길이는 각 멀티모드 광 파이버(30)의 타단에 스플라이싱된다. 도 9B에 상세히 나타낸 바와 같이, 멀티모드 파이버(30)와 반대측의 7개 광 파이버(31)의 각 끝면은 부주사 방향과 직교하는 주주사 방향을 따라 정렬되고 끝면의 두 어레이는 레이저 출사부(68)를 형성하도록 배치된다.
광 파이버(31)의 끝면에 구성되는 레이저 출사부(68)는 평평한 표면을 가지는 2개의 지지판(65)에 의해 고정되게 샌드위치된다. 유리 등으로 구성된 투명한 보호판은 보호를 위해 광 파이버(31)의 각 광 출사면에 제공되는 것이 바람직하다. 각 광 파이버(31)의 광 출사면은 높은 광밀도를 가지기 때문에 먼지를 모으기 쉽고 지연되기 쉽다. 상기 보호판의 제공은 먼지 부착을 방지하고 지연을 늦출 수 있다.
본 실시형태에서 약 1~30cm의 길이의 더 작은 클래드 직경을 가지는 광 파이버(31)은, 도 10에 나타낸 바와 같이, 더 큰 클래드 직경을 가지는 멀티모드 파이버(30)의 레이저빔 출사측의 선단에 동축으로 스플라이싱된다. 광 파이버(30,31)는 코어축이 일치하는 상태에서 광 파이버(31)의 입사면을 광 파이버(30)의 출사면에 융착 스플라이싱함으로써 함께 스플라이싱된다. 상술한 바와 같이, 광 파이버(31)는 멀티모드 광 파이버(30)와 동일한 코어 직경을 가진다.
멀티모드 광 파이버(30) 및 광 파이버(31)로서 계단형 광 파이버, 집속형 광 파이버, 또는 혼성형 광 파이버가 사용될 수 있다. 예를 들면, Mitsubishi Cable Industries, Ltd로부터 입수할 수 있는 계단형 광 파이버가 사용될 수 있다. 본 실시형태에서 멀티모드 광 파이버(30) 및 광 파이버(31)는 계단형이다. 멀티모드 광 파이버(30)는 클래드 직경 125㎛, 코어 직경 50㎛, NA 0.2, 및 입사면의 코팅 투과율 99.5%를 갖는다. 광 파이버(31)는 클래드 직경 60㎛, 코어 직경 50㎛, 및 NA 0.2를 갖는다.
그러나, 광 파이버(31)의 클래드 직경은 60㎛로 한정되지 않는다. 종래 광 파이버 광원에 사용되는 많은 광 파이버의 클래드 직경은 125㎛이다. 더 작은 클래드 직경은 더 깊은 초점 심도를 초래하므로 멀티모드 광 파이버의 클래드 직경은 80㎛보다 크지않은 것이 바람직하고 60㎛보다 크지않은 것이 더 바람직하다. 단일모드 광 파이버는 3~4㎛ 이상의 코어 직경을 요구하므로 광 파이버(31)의 클래드 직경은 lO㎛보다 작지않은 것이 바람직하다. 광 파이버(30,31)은 결합 효율의 기준점으로부터 동일한 코어 직경을 갖는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서 서로 다른 클래드 직경을 가지는 2개의 다른 유형의 광 파이버(30, 31)를 함께 융착 스플라이싱함으로써[소위 테이퍼 스플라이싱(taper splicing)] 사용하는 것은 반드시 요구되지는 않는다. 파이버 어레이 광원은 각각 스플라이싱된 다른 유형의 광 파이버 없이 동일한 클래드 직경을 가지는 복수의 광 파이버[예를 들면, 도 9A의 광 파이버(30)]를 묶음으로써 형성될 수 있다.
레이저 모듈(64)은 빔 결합 레이저 광원(파이버 광원)에 의해 구성된다. 빔 결합 레이저 광원은 히트 블럭(10)에 고정배치된 복수의 가로의 멀티모드 또는 단일모드 GaN계 반도체 레이저 칩(LDl, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6, 및 LD7), 각각이 각 GaN계 반도체 레이저 칩(LDl~LD7)에 대하여 제공되는 콜리메이터 렌즈(11, 12, 13, 14, 15, 16, 및 17), 집광 렌즈(20), 및 멀티모드 광 파이버(30)를 포함한다. 반도체 레이저의 수는 7개로 한정되지 않고 다른 수의 반도체 레이저가 사용될 수 있다. 게다가, 7개의 분리된 콜리메이터 렌즈(11~17)를 대신하여 그런 콜리메이터 렌즈가 통합된 콜리메이터 렌즈 어레이가 사용될 수 있다.
각 GaN계 반도체 레이저(LD1~LD7)는 대체로 동일한 발진 파장(예를 들면, 405nm) 및 최대 출력(예를 들면, 멀티모드 레이저에서 10OmW 및 단일모드 레이저에서 50mW)을 가진다. 각 GaN계 반도체 레이저(LD1~LD7)의 출력은 최대 출력 파워 이하로 서로 다를 수 있다. 또한, GaN계 반도체 레이저(LD1~LD7)로서 405nm 이외의 350nm～450nm의 파장 범위의 파장에서 발진하는 레이저가 사용될 수 있다.
빔 결합 레이저 광원은 다른 광학 요소와 함께 상부 개구를 가지는 박스상의 패키지(40) 내에 수납되어 있다. 패키지(40)는 패키지(40)의 개구를 밀봉하기 위해 형성된 패키지 뚜껑을 포함한다. 밀봉 가스는 공기가 제거된 후 패키지(40)에 도입되고, 패키지(40)의 개구는 패키지 뚜껑(41)과 함께 밀봉되어 그로인해 생성된 폐쇄 공간(밀봉 공간) 내에 빔 결합 레이저 광원을 기밀 밀봉한다.
베이스 판(42)은 패키지(40)의 저면에 고정부착되고, 히트 블럭(10), 콜리메이터 렌즈(20)를 유지하는 콜리메이터 렌즈 홀더(45) 및 멀티모드 파이버(30)의 입사 단부를 유지하는 파이버 홀더(46)는 베이스 판(42)의 상면에 부착된다. 멀티모드 파이버(30)의 출사 단부는 패키지(40)의 벽에 형성된 어퍼쳐를 통하여 외부로 인출되어있다.
콜리메이터 렌즈 홀더(44)는 히트 블럭(10)의 측면에 부착되고, 콜리메이터 렌즈(11~17)는 거기에서 유지된다. 어퍼쳐가 측면의 벽에 형성되어 이것을 통하여 구동 전류를 GaN계 반도체 레이저(LD1~LD7)에 공급하는 배선이 외부로 인출되어있다.
도 13에서는 명확화를 위해서 7개의 반도체 레이저(LDl~LD7) 중 GaN계 반도체 레이저(LD1)와 7개의 콜리메이터 렌즈(11~17) 중 콜리메이터 렌즈(17)만이 도시되어 있다.
도 14는 콜리메이터 렌즈(11~17)의 설치 부분의 정면 형상을 나타내는 정면도이다. 각 콜리메이터 렌즈(11~17)는 비구면을 가지는 원형 렌즈의 광축을 포함하는 영역이 연장된 형태로 평행한 평면에 의해 슬라이스되도록 형성되어 있다. 연장된 콜리메이터 렌즈는 예를 들면, 수지 또는 광학 유리를 몰딩함으로써 형성될 수 있다. 콜리메이터 렌즈(11~17)는 GaN계 반도체 레이저(LDl~LD7)의 발광점의 배열 방향(도 14의 좌우 방향)에서 서로 밀접하게 배치되어 콜리메이터 렌즈(11~17)의 길이 방향이 GaN계 반도체 레이저(LDl~LD7)의 발광점의 배열 방향과 직교하는 방향으로 향한다.
한편, GaN계 반도체 레이저(LDl~LD7)로서 발광 폭 2㎛을 가지는 활성층을 포함하고 활성층과 평행 및 직교하는 방향으로 빔 발산각, 예를 들면 각각 10°및 30°를 가지는 각 레이저빔(B1~B7)을 방사하는 레이저가 사용된다. GaN계 반도체 레이저(LDl~LD7)는 그 발광점이 활성층에 평행한 방향으로 선형으로 정렬되도록 배치된다.
따라서, 각 발광점으로부터 방사되는 레이저빔(B1~B7)은 콜리메이터 렌즈의 길이 방향에 대응되는 더 큰 빔 발산각을 가지는 방향 및 폭 방향(길이 방향과 직교하는 방향)에 대응되는 더 작은 빔 발산각을 가지는 방향으로 각각 연장된 콜리메이터 렌즈(11~17)에 입사된다. 즉, 각 콜리메이터 렌즈(11~17)의 폭이 1.1mm이고, 그 길이가 4.6mm이며, 수평 및 수직 방향으로 콜리메이터 렌즈(11~17)에 입사되는 레이저빔(B1~B7)의 빔 직경은 각각 0.9mm 및 2.6mm이다. 각 콜미메터 렌즈(11~17)는 초점 길이 f1 3mm와 NA 0.6을 가지며 피치 1.25mm를 가지고 배열된다.
집광 렌즈(20)는 비구면을 가지는 원형 렌즈의 광축을 포함하는 영역이 연장된 형태로 평행한 평면에 의해 슬라이스되도록 형성되어있다. 그것은 그 장변이 콜리메이터 렌즈(11~17)의 배열 방향, 즉 수평 방향에 대응되고 그 단변이 수평 방향과 직교하는 방향에 대응되도록 배치된다. 집광 렌즈(20)는 초점 길이 f2 23mm와 NA 0.2를 가진다. 또한, 집광 렌즈(20)는 수지 또는 광학 유리를 몰딩함으로써 형성된다.
본 발명에 의한 화상 노광 장치의 전기적 구성은 도 15를 참조하여 설명될 것이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 전체 제어부(300)는 DMD(50)를 제어하는 컨트롤러(302)를 차례로 접속하는 변조 회로(301)에 접속된다. 또한, 전체 제어부(300)는 레이저 모듈(64)을 구동하는 LD 구동 회로(303)에 접속된다. 게다가, 이것은 스테이지(152)를 구동하는 스테이지 구동 장치(304)에 연결한다.
[화상 노광 장치의 동작]
상기 화상 노광 장치의 동작은 이하에 설명될 것이다. 스캐너(162)의 각 노광 헤드에서 파이버 어레이 광원(66)의 빔 결합 광원을 구성하는 각 GaN계 반도체 레이저(LD1~LD7)(도 11)로부터 발산 방식으로 방사되는 각 레이저빔(Bl, B2, B3, B4, B5, B6, 및 B7)은 각 해당 콜리메이터 렌즈(11~17)에 의해 평행하게 된다. 평행하게 된 레이저빔(B1~B7)은 집광 렌즈(20)에 의해 집광되고 멀티모드 광 파이버(30)의 코어(30a)의 입사 단면에 집중된다.
본 실시형태에서 콜리메이터 렌즈(11~17)와 집광 렌즈(20)는 집광 광학계를 구성하고 집광 광학계와 멀티모드 광 파이버(30)는 빔 결합 광학계를 구성한다. 즉, 상술한 방식으로 집광 렌즈(20)에 의해 집광된 레이저빔(B1~B7)은 멀티모드 광 파이버(30)의 코어(30a)에 입사되어 그곳을 통과하고 단일 결합된 레이저빔(B)으로서 멀티모드 광 파이버(30)의 출사 단면에 스플라이스된 광 파이버(31)로부터 출사된다.
각 레이저 모듈(64)에서 레이저빔(B1~B7)과 멀티모드 광 파이버(30)의 결합 효율은 0.9이고 각 GaN계 반도체 레이저(LD1~LD7)의 출력 파워는 5OmW일 때 어레이에 배열된 각 광 파이버(31)로부터 출력 파워 315mW (5OmWxO.9x7)의 결합된 레이저빔(B)을 얻을 수 있다. 따라서, 총 14개의 광 파이버로부터 출력 파워 4.4W (0.315x14)의 레이저빔(B)을 얻을 수 있다.
화상 노광 수행 시, 노광되는 화상에 따른 화상 데이터는 도 15에 나타낸 변조 회로(301)로부터 DMD(50)의 컨트롤러(302)로 입력되고 그 프레임 메모리에 임시로 저장된다. 화상 데이터는 화상을 형성하는 각 화소의 그레이 레벨이 이진값(도트의 존재/부재)에 의해 나타내어지는 데이터이다.
흡착된 감광 재료(150)를 가지는 스테이지(152)는 게이트(160)의 상류에서 하류까지 일정한 속도로 가이드(158)를 따라 이동된다. 스테이지(152)가 게이트(160)의 아래를 통과하여 감광 재료(150)의 선단이 게이트(160)에 부착된 센서(164)에 의해 검지될 때, 프레임 메모리에 저장된 화상 데이터는 동시에 복수의 라인에 대해 순차적으로 판독된다. 그 다음에 각 노광 헤드(166)에 대한 제어 신호는 판독된 화상 데이터에 의거한 데이터 처리부에 의해 한 헤드 베이스씩 생성되고, 각 노광 헤드(166)에서 DMD(50)의 각 마이크로미러는 생성된 제어 신호에 의거한 미러 구동 제어부에 의해 한 헤드 베이스씩 온오프 제어된다.
레이저빔(B)이 파이버 어레이 광원(66)으로부터 DMD(50)에 조사되는 동안 DMD(50)의 온으로 구동되는 마이크로미러에 의해 반사된 레이저빔은 렌즈계(51)를 통하여 감광 재료(150)에 결상된다. 이러한 방식으로 파이버 어레이 광원(66)으로부터 방사된 레이저빔은 한 화소 베이스씩 온오프 제어되어 감광 재료(150)는 사용된 DMD의 화소와 대체로 동등한 수의 화소[노광 영역(168)]에 노광된다. 감광 재료(150)는 동일한 속도로 스테이지(152)와 함께 이동되어 감광 재료(150)가 스캐너(162)에 의해 스테이지 이동 방향과 마주보는 방향으로 부주사되도록 하고 띠상의 노광 영역(170)은 각 노광 헤드(166)에 의해 형성된다.
DMD(50)가 각각 주주사 방향으로 배치된 1024개의 마이크로미러를 가지는 부주사 방향으로 배치된 768 열의 마이크로미러를 포함하지만, 도 16A 및 도 16B에 나타낸 바와 같이, 마이크로미러 어레이의 한 부분(예를 들면, l024개x256열)만이 본 실시형태에서 컨트롤러(302)에 의해 구동 제어된다.
이러한 경우에서 DMD의 중앙 영역(도 16A) 또는 상부(또는 하부) 단부 영역(도 16B) 중 한 곳에 배치된 마이크로미러 어레이가 사용될 수 있다. 게다가, 일부의 마이크로미러에 결함이 생기면 결함이 있는 마이크로미러를 가지는 마이크로미러 어레이 또는 어레이들 대신에 결함 없는 마이크로미러를 가지는 마이크로미러 어레이 또는 어레이들이 사용될 수 있다. 이러한 방식에서 마이크로미러 어레이는 상황에 따라 적절히 변화될 수 있다.
DMD(50)는 특정 한정된 데이터 처리 속도를 가진다. 라인당 변조 속도는 사용되는 화소수에 반비례한다. 그러므로, 라인당 변조 속도는 전체 마이크로미러 어레이의 한 부분만 사용함으로써 증가될 수 있다. 한편, 노광 헤드가 노광 표면에 관련하여 연속적으로 이동되는 노광 방법에 대하여 부주사 방향에 배치된 화소 모두를 사용할 필요는 없다.
스캐너(162)에 의해 감광 재료(150)의 부주사가 완료되고 감광 재료(150)의 후단이 센서(164)에 의해 검지될 때 스테이지(152)는 스테이지 구동 장치(304)에 의해 가이드(158)를 따라 게이트(160)의 최상류의 원래 위치로 돌아온다. 그 후에 그것은 일정한 속도로 게이트(160)의 상류에서 하류로 가이드(158)를 따라 다시 이동된다.
도 5에 나타낸 파이버 어레이 광원(66), 집광 렌즈(71), 로드 인테그레이터(72), 결상 렌즈(74), 미러(69), 및 TIR 프리즘(70)에 의해 구성되고 DMD(50)에 조명 광으로서 레이저빔(B)을 조사하는 조명 광학계는 이하에 설명될 것이다. 로드 인테그레이터(72)는 예를 들면, 사각기둥에 형성된 투광성 로드이다. 레이저빔(B)이 전반사에 의해 로드 인테그레이터(72)에 전달되는 동안에 레이저빔(B)의 단면 내의 강도 분포는 균일화된다. 로드 인테그레이터(72)의 입사 및 출사 면은 투과율을 향상시키기 위해 반사 방지 코팅을 제공한다. 상술한 바와 같은 방식으로 단면 내에 고도의 균일화된 강도 분포를 가지는 조명 광으로서의 레이저빔(B)의 제공은 고해상도 화상을 감광 재료(150)에 노광할 수 있도록 균일한 광 강도를 가지는 조명 광을 야기할 수 있다.
본 실시형태에 의한 장치에서 DMD(50)의 각 마이크로미러의 화상은 어퍼쳐 어레이(59)의 각 어퍼쳐(59a)의 면에 결상되어 어레이(55)에 의해 결상된다. 이러한 배치는 어퍼쳐(59a)에 마이크로미러(62)에 의해 반사된 레이저빔(B)의 입사각이 상술한 바와 같이 마이크로미러(62)의 과도 응답 특성으로 인해 변동될 때에도 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 결상되는 화상 위치가 변화없이 남아있음을 보증한다. 따라서, 이러한 배치는 상기 입사각에서의 변동으로부터 발생하는 감광 재료(150)에서의 빔의 위치 변동이 방지될 수 있고 노광된 화상의 해상도가 만족스럽게 유지된다.
게다가, 어퍼쳐 어레이(59)의 각 어퍼쳐(59a)의 면에 위치된 화상은 상술한 바와 같이 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 결상되어 감광 재료(150) 위의 빔 직경이 어퍼쳐 어레이(59)에 입사하는 빔(B)의 빔 직경이 렌즈계(52,54)에 의해 구성된 제 1 결상 광학계의 상면 만곡, 비점격차 등으로 인해 변동될 때에도 변화없이 남아있도록 한다. 또한, 이것은 고해상도 화상이 노광되도록 할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 제 2 실시형태가 설명될 것이다. 도 18은 제 2 실시형태에 의한 화상 노광 장치의 노광 헤드의 개략 단면도이다. 제 2 실시형태의 노광 헤드는 렌즈계(57, 58)에 의해 구성되는 제 2 결상 광학계를 포함하지 않는 제 1 실시형태의 노광 헤드와 기본적으로 다르다. 즉, 제 2 실시형태에 의한 화상 노광 장치에서 감광 재료(150)는 마이크로렌즈 어레이(55)의 각 마이크로렌즈(55a)에 의해 결상되는 화상의 위치에 배치되고 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 결상된 화상은 감광 재료(150)에 직접 노광된다.
또한, 본 실시형태에서 제 1 실시형태에서와 같이 마이크로렌즈 어레이(55)에 의해 결상되는 화상 위치는 어퍼쳐(59a)에 마이크로미러(62)에 의해 반사되는 레이저빔(B)의 입사각이 변동될 때에도 변화없이 남아있다. 따라서, 제 2 실시형태는 제 1 실시형태에서와 같이 기본적으로 동일한 이로운 효과를 제공할 수 있다. 광학계 레이아웃의 용이함, 휘어진 감광 재료의 적응성 등의 관점에서 더 큰 간격이 광학계 요소와 감광 재료 사이에 제공될 수 있는 제 1 실시형태가 더 바람직할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 실시형태에 의한 화상 노광 장치는 공간 광변조 소자로서 DMD(50)을 사용하고 DMD(50)의 마이크로미러(62)의 과도 응답 특성으로 인한 노광된 화상의 해상도의 저하가 방지된다. DMD 이외의 공간 광변조 소자를 사용하는 화상 노광 장치에서 공간 광변조 소자의 화소부의 화상을 결상하는 광의 이동 방향은 어떤 이유 또는 다른 이유로 변동될 수 있다. 또한, 본 발명은 그러한 경우에 적용하여 광의 입사각의 변동으로 인한 노광 화상의 해상도의 저하를 방지한다.

Claims (12)

  1. 화상을 나타내기 위하여 공간 광변조 소자를 거쳐 전파된 광에 의해 감광 재료를 노광시키는 화상 노광 장치에 있어서:
    2차원 어레이상으로 배치된 복수의 화소부를 포함하고, 각각의 화소부가 조사된 광을 변조하는 공간 광변조 소자;
    상기 공간 광변조 소자에 광을 조사하는 광원;
    상기 공간 광변조 소자를 거쳐 전파된 광을 집광하여 화소부의 화소 화상을 각각 결상시키는 결상 광학계;
    어레이로 배치된 복수의 어퍼쳐를 가지는 차광성 재료로 이루어지고 결상 광학계에 의해 결상된 화상 위치에서 화소부의 각 화소 화상이 각 어퍼쳐면에 위치되도록 배치된 어퍼쳐 어레이;
    각 어퍼쳐면에 위치되는 각 화소 화상을 각각 소정의 위치에 결상시키는 어레이로 배열된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이; 및
    상기 마이크로렌즈 어레이에 의해 결상되는 화상을 감광 재료 상에 결상하고 투영하는 광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광변조 소자는 화소부로서의 마이크로미러가 이차원적으로 배치되는 DMD를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로렌즈는 이차원 어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로렌즈는 일차원 어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  5. 화상을 나타내기 위하여 공간 광변조 소자를 거쳐 전파된 광에 의해 감광 재료를 노광시키는 화상 노광 장치에 있어서:
    2차원 어레이상으로 배치된 복수의 화소부를 포함하고, 각각의 화소부가 조사된 광을 변조하는 공간 광변조 소자;
    상기 공간 광변조 소자에 광을 조사하는 광원;
    상기 공간 광변조 소자를 거쳐 전파된 광을 집광하여 화소부의 화소 화상을 각각 결상시키는 결상 광학계;
    어레이로 배치된 복수의 어퍼쳐를 가지는 차광성 재료로 이루어지고 결상 광학계에 의해 결상된 화상 위치에서 화소부의 각 화소 화상이 각 어퍼쳐면에 위치되도록 배치된 어퍼쳐 어레이; 및
    각 어퍼쳐면에 위치되는 각 화소 화상을 각각 감광 재료의 위치에 결상시키는 어레이로 배열된 복수의 마이크로렌즈를 포함하는 마이크로렌즈 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공간 광변조 소자는 화소부로서의 마이크로미러가 이차원적으로 배치되는 DMD를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로렌즈는 이차원 어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로렌즈는 일차원 어레이로 배치되는 것을 특징으로 하는 화상 노광 장치.
  9. 제 1 항에 기재된 화상 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 화상 노광 방법.
  10. 제 2 항에 기재된 화상 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 화상 노광 방법.
  11. 제 5 항에 기재된 화상 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 화상 노광 방법.
  12. 제 6 항에 기재된 화상 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 화상 노광 방법.
KR1020077013057A 2004-12-09 2005-12-01 화상 노광 방법 및 장치 KR101140621B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004356409A JP4588428B2 (ja) 2004-12-09 2004-12-09 画像露光方法および装置
JPJP-P-2004-00356409 2004-12-09
PCT/JP2005/022512 WO2006062145A1 (en) 2004-12-09 2005-12-01 Image exposing method and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070085985A KR20070085985A (ko) 2007-08-27
KR101140621B1 true KR101140621B1 (ko) 2012-05-02

Family

ID=36577970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020077013057A KR101140621B1 (ko) 2004-12-09 2005-12-01 화상 노광 방법 및 장치

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20100044596A1 (ko)
JP (1) JP4588428B2 (ko)
KR (1) KR101140621B1 (ko)
CN (1) CN101080675A (ko)
TW (1) TW200628966A (ko)
WO (1) WO2006062145A1 (ko)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100036294A1 (en) 2008-05-07 2010-02-11 Robert Mantell Radially-Firing Electrohydraulic Lithotripsy Probe
KR101064627B1 (ko) * 2008-12-03 2011-09-15 주식회사 프로텍 확산광 차단 기능을 갖는 노광장치용 마이크로프리즘 어레이
WO2014140715A2 (en) 2013-03-11 2014-09-18 Northgate Technologies Inc. Unfocused electrohydraulic lithotripter
KR20150087949A (ko) * 2014-01-23 2015-07-31 삼성디스플레이 주식회사 마스크리스 노광 장치
JP2017090523A (ja) 2015-11-04 2017-05-25 日東電工株式会社 偏光板
CN116047871A (zh) * 2016-06-10 2023-05-02 应用材料公司 微型装置的无掩模并行取放转印
US11776989B2 (en) 2016-06-10 2023-10-03 Applied Materials, Inc. Methods of parallel transfer of micro-devices using treatment
US11756982B2 (en) 2016-06-10 2023-09-12 Applied Materials, Inc. Methods of parallel transfer of micro-devices using mask layer
US11451715B2 (en) 2017-10-19 2022-09-20 Sony Corporation Imaging apparatus, exposure controlling method, and imaging device
CN116626997A (zh) * 2023-05-23 2023-08-22 无锡物联网创新中心有限公司 一种高精度数字光刻机

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997034171A2 (en) 1996-02-28 1997-09-18 Johnson Kenneth C Microlens scanner for microlithography and wide-field confocal microscopy

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6628390B1 (en) * 2000-01-24 2003-09-30 Kenneth C. Johnson Wafer alignment sensor using a phase-shifted microlens array
JP4279053B2 (ja) * 2002-06-07 2009-06-17 富士フイルム株式会社 露光ヘッド及び露光装置
US6876494B2 (en) * 2002-09-30 2005-04-05 Fuji Photo Film Co., Ltd. Imaging forming apparatus
JP4208141B2 (ja) * 2004-01-05 2009-01-14 富士フイルム株式会社 画像露光方法および装置
JP2005309380A (ja) * 2004-03-26 2005-11-04 Fuji Photo Film Co Ltd 画像露光装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997034171A2 (en) 1996-02-28 1997-09-18 Johnson Kenneth C Microlens scanner for microlithography and wide-field confocal microscopy
US6133986A (en) * 1996-02-28 2000-10-17 Johnson; Kenneth C. Microlens scanner for microlithography and wide-field confocal microscopy
JP2001500628A (ja) 1996-02-28 2001-01-16 ケニス シー ジョンソン マイクロリトグラフィ用マイクロレンズスキャナ及び広フィールド共焦顕微鏡

Also Published As

Publication number Publication date
JP4588428B2 (ja) 2010-12-01
CN101080675A (zh) 2007-11-28
WO2006062145A1 (en) 2006-06-15
TW200628966A (en) 2006-08-16
US20100044596A1 (en) 2010-02-25
JP2006163102A (ja) 2006-06-22
KR20070085985A (ko) 2007-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101140621B1 (ko) 화상 노광 방법 및 장치
US7259830B2 (en) Image exposure device
JP4731787B2 (ja) 露光ヘッド及び露光装置
JP4279053B2 (ja) 露光ヘッド及び露光装置
JP2004062156A (ja) 露光ヘッド及び露光装置
JP2004335692A (ja) 投影露光装置
US20040027681A1 (en) Exposure head and exposure apparatus
KR100742251B1 (ko) 화상노광방법 및 장치
TWI352879B (en) Image exposure device
US20080158532A1 (en) Image Exposing Apparatus and Microlens Array Unit
JP2006337528A (ja) 画像露光装置
JP2005275325A (ja) 画像露光装置
JP4323335B2 (ja) 画像露光方法および装置
JP2004126034A (ja) 画像形成装置
JP4208141B2 (ja) 画像露光方法および装置
JP4708785B2 (ja) 画像露光方法および装置
KR100760253B1 (ko) 화상 노광장치
JP2006171426A (ja) 照明光学系及びそれを用いた露光装置
JP4104949B2 (ja) 画像形成装置
JP4014990B2 (ja) 光ファイバの接続方法
JP2005049491A (ja) 照明光学系
JP2007004075A (ja) 画像露光装置
JP2006258852A (ja) マイクロレンズアレイの取付構造および画像露光装置
JP2005217338A (ja) 画像露光方法および装置
JP2006350011A (ja) 画像露光装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170317

Year of fee payment: 6