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KR20140123055A - Exposure optical system, exposure apparatus, and exposure method - Google Patents

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KR20140123055A
KR20140123055A KR1020147020896A KR20147020896A KR20140123055A KR 20140123055 A KR20140123055 A KR 20140123055A KR 1020147020896 A KR1020147020896 A KR 1020147020896A KR 20147020896 A KR20147020896 A KR 20147020896A KR 20140123055 A KR20140123055 A KR 20140123055A
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카즈키 코모리
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가부시키가이샤 아도테크 엔지니어링
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Abstract

마이크로렌즈의 애퍼처 형상에 의해 개구 어레이에서 메인빔 주변의 사이드 로브를 억제하여 고선명 노광을 행하는 노광 장치 및 노광 방법을 제공한다. 마이크로렌즈(64a)의 사출측에 차광부(66b)를 설치함으로써 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 이동시킨다. 제 2 개구 어레이(68)를 통과하기 전에 있어서는 메인빔(Ba)은 φ4㎛ 정도에 들어가 있고, 또한 사이드 로브(Bb)는 메인빔(Ba)의 중심으로부터 φ7.2㎛의 범위에 있어서 종래 예에 비교해서 상대 강도로 약 1/10 정도로 억제되어 있다. 레이저광(B)을 제 2 개구 어레이(68)에서 좁힌 결과 메인빔(Ba)의 주위에 있어서의 사이드 로브(Bb)를 무시할 수 있는 광강도 분포를 가지는 레이저광(B)으로 할 수 있다.Provided are an exposure apparatus and exposure method for performing high-definition exposure by suppressing side lobes around a main beam in an aperture array by an aperture shape of a microlens. The shielding portion 66b is provided on the emission side of the microlens 64a to move the position of the side lobe Bb in the vicinity of the focus position of the microlens 64a. Before passing through the second aperture array 68, the main beam Ba is about 4 mu m and the side lobe Bb is in the range of about 7.2 mu m from the center of the main beam Ba, The relative strength is suppressed to about 1/10. The laser beam B having a light intensity distribution that can ignore the side lobe Bb around the main beam Ba can be obtained as a result of narrowing the laser beam B at the second aperture array 68. [

Figure P1020147020896
Figure P1020147020896

Description

노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법{EXPOSURE OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an exposing optical system, an exposing apparatus and an exposing method,

본 발명은 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것으로서, 특히 공간 광변조 소자와, 마이크로렌즈 사출측에서 개구 형상을 규제하는 개구 어레이를 구비한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure optical system, an exposure apparatus and an exposure method, and more particularly to an exposure optical system using a microlens array having a spatial light modulation element and an aperture array for regulating the aperture shape on the microlens emission side, .

노광 헤드를 구비하고, 그 노광 헤드에 의해 원하는 패턴을 감광 재료 상에 노광하는 화상 노광 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 화상 노광 장치의 노광 헤드는 기본적으로 광원과, 그 광원에서 조사된 광을 제어 신호에 따라 각각 독립적으로 변조하는 다수의 화소부가 배열되어 이루어지는 공간 광변조 소자와, 그 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광에 의한 상(像)을 감광 재료 상에 결상하는 결상 광학계를 구비하고 있다.There is known an image exposure apparatus having an exposure head and exposing a desired pattern onto a photosensitive material by the exposure head. The exposure head of this type of image exposure apparatus basically comprises a light source, a spatial light modulation element in which a plurality of pixel sections independently modulating the light irradiated from the light source independently in accordance with a control signal are arranged, And an imaging optical system for imaging an image formed by the light modulated by the light source on the photosensitive material.

상기 화상 노광 장치의 노광 헤드의 구성 예로서, 광원과 다수의 마이크로 미러를 구비한 광변조 소자로서의 디지털 마이크로 미러 디바이스(이하 「DMD」라고 부른다)와, 그 다수의 마이크로 미러에 의해 변조된 다수의 광선속을 각각 개별적으로 집광하는 다수의 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이를 구비한 구성이 나타내어져 있다(예를 들면 일본 특허공개 2004-1244호 공보 참조).As an example of the structure of the exposure head of the image exposure apparatus, there is a digital micro mirror device (hereinafter referred to as " DMD ") as a light modulation device having a light source and a plurality of micro mirrors, and a plurality of micro mirrors And a microlens array in which a plurality of microlenses for individually focusing light beams are arranged (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-1244).

이러한 마이크로렌즈 어레이를 사용한 구성에 의하면, 감광 재료 상에 노광되는 화상의 사이즈를 확대하거나 해도 공간 광변조 소자의 각 화소부로부터의 광선속은 마이크로렌즈 어레이의 각 마이크로렌즈에 의해 집광되므로, 감광 재료 상에 있어서의 노광 화상의 화소 사이즈(=각 광선의 스폿 사이즈)는 좁혀져서 작게 유지되어, 화상의 선예도를 높게 유지할 수 있다는 이점이 있다.According to this configuration using the microlens array, even if the size of the image exposed on the photosensitive material is enlarged, the light flux from each pixel portion of the spatial light modulation element is condensed by each microlens of the microlens array, The pixel size (= spot size of each light beam) of the exposed image in the exposure image is narrowed and kept small so that the sharpness of the image can be maintained at a high level.

특허문헌 1에 나타내어져 있는 노광 헤드는 상기 마이크로렌즈 어레이의 사출측에 개구 어레이를 더 구비하고 있고, 개구 어레이에는 상기 다수의 광선속을 각각 개별적으로 제한하는 다수의 개구가 배열되어 있다. 이 개구 어레이의 작용에 의해, 감광 재료 상에서의 화소 사이즈가 일정한 크기가 되도록 각 광선속이 정형됨과 아울러, 인접하는 화소 사이에서의 크로스 토크가 방지된다.The exposure head disclosed in Patent Document 1 further includes an aperture array on the emission side of the micro lens array, and the aperture array is provided with a plurality of apertures for individually limiting the plurality of light beams. By the action of the aperture array, each light beam is shaped so that the pixel size on the photosensitive material becomes a constant size, and crosstalk between adjacent pixels is prevented.

그러나 화상 노광 장치에 있어서 노광 화상의 선예도를 저하시키는 다른 요인으로서, 공간 광변조 소자나 주변광으로부터 유래되는 미광이 발생하고, 이 미광이 감광 재료에 도달해버린다는 요인도 있었다. 상기 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 마이크로렌즈 어레이의 사출측에 마이크로렌즈마다 1개의 개구 어레이를 설치하면 이 미광을 제거하고 또한 높은 전체 소광비(전체 화소부 ON 상태시와 전체 화소부 OFF 상태시의 광량비)를 확보하는 것은 가능하지만, 마이크로렌즈 어레이의 사출측에 배치한 제 1 개구 어레이에 의해서만 미광을 제거한다는 목적을 달성하기 위해서는, 마이크로렌즈 어레이에 의해 집광되고 있는 각 광선속의 결상 성분의 지름에 맞춰서 각 개구의 크기 및 제 1 개구 어레이의 위치를 매우 엄밀하게 정할 필요가 있어, 얼라인먼트의 조정 및 유지가 곤란하다는 문제가 있었다.However, as another factor for lowering the sharpness of the exposed image in the image exposure apparatus, stray light originating from the spatial light modulation element or the ambient light is generated, and the stray light reaches the photosensitive material. As described in Patent Document 1, when one aperture array is provided for each microlens on the emission side of the microlens array, the stray light is removed and a high total extinction ratio (the entire pixel portion ON state and the entire pixel portion OFF state However, in order to achieve the object of removing the stray light only by the first aperture array disposed on the emission side of the microlens array, it is necessary to adjust the phase of each of the light beams converged by the microlens array The size of each opening and the position of the first opening array must be very strictly determined in accordance with the diameter of the first opening array, and it is difficult to adjust and maintain the alignment.

본 발명은 상기 사실을 고려하여, 마이크로렌즈의 애퍼처 형상에 의해 개구 어레이에서 메인빔 주변의 사이드 로브를 억제하여 고선명 노광을 행하는 노광 광학계, 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.An object of the present invention is to provide an exposure optical system, an exposure apparatus, and an exposure method for performing high-definition exposure by suppressing side lobes around a main beam in an aperture array by an aperture shape of a microlens in consideration of the above facts.

본 발명의 제 1 형태는 광원으로부터의 광을 변조하는 화소부가 배열된 공간 광변조 소자와, 상기 공간 광변조 소자에서 변조된 광을 집광하는 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구 어레이의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이의 집광 위치에서 상기 마이크로렌즈 어레이 각각에서 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구 어레이를 구비한 노광 광학계를 제공한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a spatial light modulator comprising a spatial light modulation element in which pixel portions for modulating light from a light source are arranged, a microlens array in which microlenses for condensing the light modulated in the spatial light modulation element are arranged, A first aperture array provided on the aperture of the first aperture array with respect to an optical axis of the microlens and having an aperture shape and an outer shape of the aperture, A first imaging optical system for imaging the light modulated by the spatial light modulation element into the microlens array; and a second imaging optical system for focusing the light condensed by the microlens array on the photosensitive material A second imaging optical system for imaging the microlens array at a converging position of the microlens array, To provide an exposure optical system comprising a second aperture array arranged an aperture to narrow the light emitted by each.

상기 발명에 의하면, 제 1 개구 어레이에 설치된 마스크에 의해 제 2 개구 어레이에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구 어레이 개구지름보다 크게 확산시킴으로써 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.According to the present invention, unnecessary light (side lobe) of the beam narrowed in the second aperture array is diffused by the mask provided in the first aperture array larger than the aperture diameter of the second aperture array, whereby unnecessary light can be efficiently cut.

본 발명의 제 2 형태는, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 마스크의 중심에 상기 마스크와 상사형인 투과부를 구비한 노광 광학계를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an exposure optical system including a transmissive portion, which is in the shape of a rectangle and the mask, at the center of the mask with the optical axis of the microlens as a center.

상기 발명에 의하면, 마스크의 중심인 광축을 포함하는 부분을 투과부로 함으로써 메인빔의 광량을 줄이지 않고 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.According to the present invention, unnecessary light can be efficiently cut without reducing the light amount of the main beam by making the portion including the optical axis, which is the center of the mask, a transmissive portion.

본 발명의 제 3 형태는, 상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심원 환상인 노광 광학계를 제공한다.According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure optical system in which the mask is a concentric annular lens about the optical axis of the microlens.

상기 발명에 의하면, 마이크로렌즈의 형상이 광축을 중심으로 하는 원형이었을 경우, 둘레 방향에 대하여 편차가 적은 광량 분포의 빔으로 노광하는 노광 광학계로 할 수 있다.According to the above invention, when the shape of the microlenses is circular around the optical axis, it is possible to make an exposure optical system that exposes with a beam of a light amount distribution having a small deviation with respect to the circumferential direction.

본 발명의 제 4 형태는, 상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심 직사각형상인 노광 광학계를 제공한다.A fourth aspect of the present invention provides the exposure optical system, wherein the mask is a concentric rectangle centered on the optical axis of the microlens.

상기 발명에 의하면, 마이크로렌즈의 형상이 광축을 중심으로 하는 직사각형이었을 경우, 편차가 적은 광량 분포의 빔으로 노광하는 노광 광학계로 할 수 있다.According to the above invention, when the shape of the microlens is a rectangle centering on the optical axis, it is possible to make an exposure optical system that exposes with a beam of a light quantity distribution with a small deviation.

본 발명의 제 5 형태는, 상기 차광부와 상기 투과부는 상기 마이크로렌즈의 사출측에 부착된 막의 불투명 부분 및 투명 부분으로 구성되어 있는 노광 광학계를 제공한다.A fifth aspect of the present invention provides an exposure optical system in which the light-shielding portion and the transmissive portion are composed of an opaque portion and a transparent portion of a film attached to the emission side of the microlens.

상기 발명에 의하면, 투명한 막의 일부를 불투명으로 하여 마스크를 형성함으로써 적은 공수로 정확한 마스크 가공을 행할 수 있다.According to the present invention, a mask is formed by making a part of the transparent film opaque, so that accurate mask processing can be performed with a small number of holes.

본 발명의 제 6 형태는, 상기 마스크는 상기 마이크로렌즈 사출측에 형성된 크롬 마스크인 노광 광학계를 제공한다.According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exposure optical system, wherein the mask is a chrome mask formed on the micro lens exit side.

상기 발명에 의하면, 크롬으로 이루어진 차광막으로 마스크를 형성함으로써 누락이 적고 높은 광학 농도가 얻어지는 마스크를 구비한 노광 광학계로 할 수 있다.According to the present invention, by forming a mask with a light-shielding film made of chrome, an exposure optical system can be obtained that has a mask which can provide a high optical density with few omissions.

본 발명의 제 7 형태는, 상기 제 1 개구 어레이의 개구부의 외주 부분이 불투명 부분인 노광 광학계를 제공한다.A seventh aspect of the present invention provides an exposure optical system in which an outer peripheral portion of an opening portion of the first aperture array is an opaque portion.

상기 발명에 의하면, 개구부의 외주 부분을 불투명한 차광 부분으로 함으로써 마이크로렌즈의 투과 부분의 형상을 마스크에 의해 규정할 수 있어 부품점수와 공수를 삭감할 수 있다.According to the present invention, by making the outer peripheral portion of the opening portion an opaque light shielding portion, the shape of the transmissive portion of the microlens can be defined by the mask, and the number of parts and the number of air can be reduced.

본 발명의 제 8 형태는, 상기 광원이 반도체 레이저(LD)인 노광 광학계를 제공한다.An eighth aspect of the present invention provides an exposure optical system in which the light source is a semiconductor laser (LD).

상기 발명에 의하면, 단색의 레이저광을 사용함으로써 광량 분포를 제어하기 쉽고, 고신뢰성 및 고조도의 노광 광학계로 할 수 있다.According to the present invention, by using the monochromatic laser light, the light quantity distribution can be easily controlled, and an exposure optical system with high reliability and high image quality can be obtained.

본 발명의 제 9 형태는, 광원으로부터의 광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구와, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 광을 상기 렌즈에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 렌즈에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 렌즈의 집광 위치에서 상기 렌즈로부터 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구를 구비한 노광 광학계를 제공한다.A ninth aspect of the present invention is a light-emitting device comprising: a lens for condensing light from a light source; a first aperture having an aperture-like opening portion for regulating the transmission of light to the emission side of the lens; A mask provided in the opening of the first opening and shielding the light transmitted through the opening and having an opening shape and an outer shape that are similar to each other, a first imaging optical system for imaging the light onto the lens, There is provided an exposure optical system having a second imaging optical system for forming light on a photosensitive material and a second aperture for arranging an aperture for narrowing the light emitted from the lens at a light condensing position of the lens.

상기 발명에 의하면, 제 1 개구에 설치된 마스크에 의해 제 2 개구에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구의 지름보다 크게 확산시킴으로써 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.According to the present invention, unnecessary light (side lobe) of the beam narrowed at the second aperture by the mask provided in the first aperture is diffused larger than the diameter of the second aperture, whereby unnecessary light can be efficiently cut.

본 발명의 제 10 형태는, 제 1 내지 제 9 형태 중 어느 하나에 제공하는 노광 광학계를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 노광 장치를 제공한다.A tenth aspect of the present invention provides an exposure apparatus for exposing a predetermined pattern to a photosensitive material using the exposure optical system provided in any one of the first to ninth aspects.

상기 발명에 의하면, 마스크에 의해 제 2 개구 어레이 또는 개구에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구지름보다 크게 확산시킴으로써 메인빔의 광량을 줄이지 않고 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.According to the present invention, unnecessary light (side lobe) of the beam narrowed in the second aperture array or the aperture by the mask is diffused larger than the second aperture diameter, whereby unnecessary light can be efficiently cut without reducing the light quantity of the main beam .

본 발명의 제 11 형태는, 제 10 형태가 제공하는 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 노광 방법을 제공한다.An eleventh aspect of the present invention provides an exposure method for exposing a predetermined pattern to a photosensitive material using an exposure apparatus provided by the tenth form.

상기 발명에 의하면, 마스크에 의해 제 2 개구 어레이 또는 개구에서 좁혀지는 빔의 불필요광(사이드 로브)을 제 2 개구지름보다 크게 확산시킴으로써 메인빔의 광량을 줄이지 않고 불필요광을 효율적으로 커팅할 수 있다.According to the present invention, unnecessary light (side lobe) of the beam narrowed in the second aperture array or the aperture by the mask is diffused larger than the second aperture diameter, whereby unnecessary light can be efficiently cut without reducing the light quantity of the main beam .

(발명의 효과)(Effects of the Invention)

본 발명은 상기 구성으로 했으므로, 마이크로렌즈의 애퍼처 형상에 의해 개구 어레이에서 메인빔 주변의 사이드 로브를 억제하여 고선명 노광을 행할 수 있다.According to the present invention, since the aperture shape of the microlens can suppress the side lobe around the main beam in the aperture array, high-definition exposure can be performed.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 노광 장치의 주요부를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 노광 헤드의 주요부를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 의한 DMD의 예를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 의한 DMD의 ON OFF 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 의한 DMD 이후의 광학계 배치를 나타내는 개념도이다.
도 6은 종래의 마이크로렌즈 집광 위치에 있어서의 광량 분포를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 의한 광학계의 불균일 원인을 나타내는 개념도이다.
도 8은 종래의 제 1 개구 어레이와 광량 분포의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이와 광량 분포의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이와 광량 분포, 및 제 2 개구 어레이와 광량 분포의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이가 광량 분포에 미치는 영향을 나타내는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이의 개구 형상을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이의 개구 형상과 마이크로렌즈의 초점면에 있어서의 광강도의 관계를 나타내는 개념도 및 수식이다.
도 14는 본 발명의 실시형태에 의한 제 1 개구 어레이의 개구 형상과 마이크로렌즈의 초점면에 있어서의 광강도의 관계를 나타내는 개념도 및 수식이다.
1 is a conceptual diagram showing an essential part of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a main part of an exposure head according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing an example of a DMD according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing the ON-OFF state of the DMD according to the embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram showing the arrangement of optical systems after the DMD according to the embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram showing a light amount distribution at a conventional microlens converging position.
7 is a conceptual diagram showing a cause of non-uniformity of the optical system according to the embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram showing the relationship between the conventional first aperture array and the light amount distribution.
9 is a conceptual diagram showing the relationship between the first aperture array and the light amount distribution according to the embodiment of the present invention.
10 is a conceptual diagram showing the relationship between the first aperture array and the light amount distribution, and the relationship between the second aperture array and the light amount distribution according to the embodiment of the present invention.
11 is a conceptual diagram showing the influence of the first aperture array on the light amount distribution according to the embodiment of the present invention.
12 is a conceptual diagram showing an opening shape of a first opening array according to another embodiment of the present invention.
13 is a conceptual diagram and a formula showing the relationship between the aperture shape of the first aperture array and the light intensity on the focal plane of the microlens according to the embodiment of the present invention.
Fig. 14 is a conceptual diagram and formula showing the relationship between the aperture shape of the first aperture array and the light intensity on the focal plane of the microlens according to the embodiment of the present invention.

이하, 도면을 참조해서 본 발명에 의한 실시형태의 일례에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<전체 구성><Overall configuration>

도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 노광 장치(10)는 시트 형상의 감광 재료(P)를 표면에 흡착해서 유지하는 평판 형상의 이동 스테이지(14)를 구비하고 있다. 복수(예를 들면 4개)의 다리부(16)에 지지된 두꺼운 판 형상의 설치대(18) 상면에는 스테이지 이동 방향을 따라 연장된 2개의 가이드(20)가 설치되어 있다. 이동 스테이지(14)는 그 길이 방향이 스테이지 이동 방향을 향하도록 배치됨과 아울러, 가이드(20)를 따라 왕복 이동할 수 있게 지지되어 있다. 또한, 이 노광 장치(10)에는 부주사 수단으로서의 이동 스테이지(14)를 가이드(20)를 따라 구동하는 스테이지 구동 장치(도면에 나타내지 않음)가 설치되어 있다.As shown in Figs. 1 and 2, the exposure apparatus 10 according to the present embodiment is provided with a flat plate-like moving stage 14 for holding and holding a sheet-shaped photosensitive material P on its surface. Two guides 20 extending along the stage moving direction are provided on the upper surface of the thick plate-like mounting table 18 supported by a plurality of (for example, four) leg portions 16. The movable stage 14 is arranged such that its longitudinal direction is directed to the stage moving direction and is supported so as to be reciprocally movable along the guide 20. [ The exposure apparatus 10 is also provided with a stage driving device (not shown) for driving the moving stage 14 as the sub scanning means along the guide 20.

설치대(18)의 중앙부에는 이동 스테이지(14)의 이동 경로를 걸치도록 구름다리 형상의 게이트(22)가 설치되어 있다. 게이트(22)의 단부의 각각은 설치대(18)의 양측 각 면에 고정되어 있다. 이 게이트(22)를 사이에 두고 한쪽에는 스캐너(24)가 설치되고, 다른쪽에는 감광 재료(P)의 선단 및 후단을 검지하는 복수(예를 들면 2개)의 센서(26)가 설치되어 있다. 스캐너(24) 및 센서(26)는 게이트(22)에 각각 부착되어, 이동 스테이지(14)의 이동 경로의 상류에 고정 배치되어 있다. 또한, 스캐너(24) 및 센서(26)는 이것들을 제어하는 도면에 나타내지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다.At the center of the mounting table 18, a gate 22 in the form of a crisscross bridge is provided so as to extend over the moving path of the moving stage 14. [ Each of the ends of the gate 22 is fixed to both sides of the mount 18. A scanner 24 is provided on one side of the gate 22 and a plurality of sensors 26 are provided on the other side to detect the leading edge and trailing edge of the photosensitive material P have. The scanner 24 and the sensor 26 are respectively attached to the gate 22 and fixedly disposed upstream of the movement path of the moving stage 14. [ Further, the scanner 24 and the sensor 26 are connected to a controller (not shown) for controlling them.

스캐너(24)는, 예로서 m행 n열의 대략 매트릭스 형상으로 배열된 복수(도면에서는 14개)의 노광 헤드(28)를 구비하고 있다. 각 노광 헤드(28)에 의한 노광 에어리어(30)는 부주사 방향을 단변으로 하는 직사각형상이다. 따라서, 이동 스테이지(14)의 이동에 따라 감광 재료(P)에는 노광 헤드(28)마다 띠 형상의 노광 완료 영역(31)이 형성된다.The scanner 24 includes a plurality (14 in the figure) of exposure heads 28 arranged in a substantially matrix shape of m rows and n columns, for example. The exposure area 30 by each exposure head 28 is a rectangular shape with the short side in the sub scanning direction. Thus, in accordance with the movement of the movable stage 14, a strip-shaped exposed area 31 is formed in the photosensitive material P for each of the exposure heads 28. [

복수의 노광 헤드(28)는, 예를 들면 파장 400㎚의 레이저광을 사출하는 도면에 나타내지 않은 광원[예로서 반도체 레이저(LD) 등]과, 광원으로부터 사출된 레이저광을 화상 데이터에 따라 각 화소부마다 변조하는 공간 광변조 소자로서 예를 들면 도 3에 나타내는 DMD(34)를 구비하고 있다. 이 DMD(34)는 데이터 처리부와 미러 구동 제어부를 구비한 도면에 나타내지 않은 컨트롤러에 접속되어 있다. 컨트롤러의 데이터 처리부에서는, 입력된 상(像) 데이터에 의거하여 각 노광 헤드(28)마다 DMD(34) 상의 사용 영역 내의 각 마이크로 미러(74)(후술)를 구동 제어하는 제어 신호를 생성한다. 또한 미러 구동 제어부에서는, 화상 데이터 처리부에서 생성한 제어 신호에 의거하여 각 노광 헤드(28)마다 DMD(34)의 각 마이크로 미러(74) 반사면의 각도를 제어한다.The plurality of exposure heads 28 are formed by a light source (for example, a semiconductor laser (LD) or the like) not shown in the figure for emitting a laser beam having a wavelength of, for example, 400 nm and a laser beam emitted from the light source, For example, a DMD 34 shown in Fig. 3 as a spatial light modulation device modulating every pixel portion. The DMD 34 is connected to a controller (not shown) having a data processing section and a mirror drive control section. The data processing section of the controller generates a control signal for driving and controlling each micromirror 74 (described later) in the use area on the DMD 34 for each exposure head 28 on the basis of the inputted image data. The mirror drive control unit controls the angle of the reflecting surface of each micromirror 74 of the DMD 34 for each exposure head 28 based on the control signal generated by the image data processing unit.

도 5에 DMD(34) 이후의 광학계를 개념도로 나타낸다. DMD(34)의 광 반사측(출사측, 사출측)에는 DMD(34)에서 반사된 레이저광(B)을 감광 재료(P) 상에 결상하는 주광학계가 배치되어 있다. 이 주광학계는 DMD(34)에서 변조된 빔을 확대하는 제 1 결상 광학계(52)와, 감광 재료(P) 상에 빔을 결상시키는 제 2 결상 광학계(58)와, 이들 결상 광학계 사이에 삽입된 마이크로렌즈 어레이(64)와, 마이크로렌즈 어레이(64)의 출사측 가장 가까운 곳에 배치된 제 1 개구 어레이(66)와, 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치에 배치된 제 2 개구 어레이(68)로 구성되어 있다.5 shows the optical system after the DMD 34 in a conceptual view. A main optical system for imaging the laser beam B reflected by the DMD 34 onto the photosensitive material P is disposed on the light reflecting side (emitting side and irradiation side) of the DMD 34. [ The main optical system includes a first imaging optical system 52 for magnifying a beam modulated by the DMD 34, a second imaging optical system 58 for imaging a beam on the photosensitive material P, A first aperture array 66 disposed closest to the emission side of the microlens array 64 and a second aperture array 68 disposed at the focal position of the microlens array 64 ).

제 1 결상 광학계(52)는 예를 들면 입사측 렌즈(52A), 출사측 렌즈(52B)로 이루어지고, DMD(34)는 렌즈(52A)의 초점면 상에 배치되어 있다. 렌즈(52A)와 렌즈(52B)는 초점면이 일치하며, 또한 렌즈(52B)의 출사측의 초점면 상에 마이크로렌즈 어레이(64)가 배치되어 있다. 제 2 결상 광학계(58)도 또한 예를 들면 입사측의 렌즈(58A), 출사측의 렌즈(58B)로 이루어지고, 렌즈(58A)와 렌즈(58B)는 초점면이 일치하며, 또한 제 2 개구 어레이(68)가 배치된 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치는 렌즈(58A)의 초점면이다. 렌즈(58B)의 출사측의 초점면에 감광 재료(P)가 배치되어 있다.The first imaging optical system 52 includes, for example, an incident-side lens 52A and an emergence-side lens 52B, and the DMD 34 is disposed on the focal plane of the lens 52A. The lens 52A and the lens 52B have the same focal plane and the microlens array 64 is disposed on the focal plane on the emission side of the lens 52B. The second imaging optical system 58 also includes, for example, a lens 58A on the incident side and a lens 58B on the exit side. The lens 58A and the lens 58B have the same focal plane, The focal position of the microlens array 64 in which the aperture array 68 is disposed is the focal plane of the lens 58A. And the photosensitive material P is disposed on the focal plane on the exit side of the lens 58B.

상기 제 1 결상 광학계(52)는 DMD(34)에 의한 상을 확대해서 마이크로렌즈 어레이(64) 상에서 결상한다. 또한 제 2 결상 광학계(58)는 마이크로렌즈 어레이(64)를 지난 상을 감광 재료(P) 상에서 결상, 투영한다. 또한 제 1 결상 광학계(52) 및 제 2 결상 광학계(58)는 모두 DMD(34)로부터의 다수의 광선속을 서로 대략 평행한 광선속으로 해서 출사시킨다.The first imaging optical system 52 expands the image by the DMD 34 and forms an image on the microlens array 64. Further, the second imaging optical system 58 images and projects an image passing through the microlens array 64 onto the photosensitive material P. The first imaging optical system 52 and the second imaging optical system 58 all emit a plurality of light beams from the DMD 34 as light beams substantially parallel to each other.

본 실시형태에 사용되는 DMD(34)는 도 3에 나타내는 바와 같이 SRAM 셀(메모리 셀)(72) 상에 각각 화소(픽셀)를 구성하는 다수(예를 들면 1024개×768개)의 매우 작은 미러[마이크로 미러(74)]가 격자 형상으로 배열되는 미러 디바이스이다. 각 픽셀에 있어서 최상부에는 지주에 지지된 직사각형의 마이크로 미러(74)가 설치되어 있고, 마이크로 미러(74)의 표면에는 예를 들면 알루미늄 등의 반사율이 높은 재료가 증착되어 있다.3, the DMD 34 used in the present embodiment is formed by stacking a plurality (for example, 1024 x 768) very small Mirror (micro-mirror 74) are arranged in a lattice shape. For each pixel, a rectangular micromirror 74 supported by a support is provided at the uppermost portion. A material having a high reflectance such as aluminum is deposited on the surface of the micromirror 74, for example.

DMD(34)의 SRAM 셀(72)에 디지털 신호가 기록되면, 지주에 지지된 각 마이크로 미러(74)가 대각선을 중심으로 해서 DMD(34)가 배치된 기판측에 대하여 ±α도의 어느 하나로 경사진다. 도 4의 (A)는 마이크로 미러(74)가 ON 상태인 +α°로 경사진 상태를 나타내고, 도 4의 (B)는 마이크로 미러(74)가 OFF 상태인 -α°로 경사진 상태를 나타낸다. 따라서, 화상 신호에 따라 DMD(34)의 각 픽셀에 있어서의 마이크로 미러(74)의 경사를 도 4에 나타내는 바와 같이 제어함으로써, DMD(34)에 입사한 레이저광(B)은 각각의 마이크로 미러(74)의 경사 방향으로 반사된다.When a digital signal is recorded in the SRAM cell 72 of the DMD 34, each micromirror 74 supported on the support is tilted at any one of 占 degrees with respect to the substrate side on which the DMD 34 is disposed, Loses. 4A shows a state in which the micromirror 74 is inclined at + alpha ° in which the micromirror 74 is in an ON state and FIG. 4B shows a state in which the micromirror 74 is inclined at-alpha DEG in which the micromirror 74 is in an OFF state . Therefore, by controlling the inclination of the micromirror 74 in each pixel of the DMD 34 in accordance with the image signal as shown in Fig. 4, the laser beam B incident on the DMD 34 is incident on each micromirror 74, (74).

또한 도 4에는 DMD(34)의 일부(1매의 마이크로 미러 부분)를 확대하여, 마이크로 미러(74)가 +α° 또는 -α°로 제어되어 있는 상태의 일례를 나타낸다. 각각의 마이크로 미러(74)의 ON OFF 제어는 DMD(34)에 접속된 도면에 나타내지 않은 컨트롤러에 의해 행하여진다.4 shows an example of a state in which a part (one micromirror portion) of the DMD 34 is enlarged and the micromirror 74 is controlled to + alpha DEG or-alpha DEG. ON OFF control of each of the micromirrors 74 is performed by a controller not shown in the drawing connected to the DMD 34. [

<마이크로렌즈 어레이><Micro Lens Array>

마이크로렌즈 어레이(64)는 DMD(34) 상의 각 마이크로 미러(74)에 대응하는 다수의 마이크로렌즈(64a)가, 예를 들면 1024개×768개 정도의 2차원 형상으로 배열되어 있다. 본 실시형태에서는 일례로서 각 마이크로렌즈(64a)는 입사면이 평면, 출사면이 볼록면인 평볼록 렌즈이며, 초점 거리가 100㎛인 석영유리로 형성된 평볼록 렌즈를 사용하고 있다. 또한 상기 예에 한하지 않고, 양볼록 렌즈 등을 사용해도 된다. 또한 각 마이크로렌즈(64a)와 그것들을 어레이 형상으로 연결하는 연결 부분을 동일한 재료에 의해 일체 성형해서 마이크로렌즈 어레이(64)로 해도 되고, 또는 마이크로 미러(74)의 각각에 대응시킨 다수의 개구를 형성한 기반의 개구 각각에 각 마이크로렌즈(64a)를 끼워 넣어도 좋다.The microlens array 64 has a plurality of microlenses 64a corresponding to the respective micromirrors 74 on the DMD 34 arranged in a two-dimensional shape of, for example, about 1024 x 768. In this embodiment, as one example, each microlens 64a is a flat convex lens having a plane of incidence and a convex surface of emission, and a flat convex lens formed of quartz glass having a focal length of 100 mu m is used. Also, a biconvex lens or the like may be used instead of the above example. The microlenses 64a and the connection portions connecting them in an array form may be integrally formed by the same material to form a microlens array 64 or a plurality of openings corresponding to each of the micromirrors 74 And each microlens 64a may be inserted into each of the formed base openings.

상기 제 1 개구 어레이(66) 및 제 2 개구 어레이(68)는 각 마이크로렌즈(64a)에 대응하는 다수의 개구가 형성된 것이고, 제 1 개구 어레이(66)는 마이크로렌즈 어레이(64)의 출사측 가장 가까운 곳에[마이크로렌즈(64a)에 접합되어 있어도 된다], 제 2 개구 어레이(68)는 마이크로렌즈 어레이(64)로부터 공간적으로 이간되어 배치되어 있다.The first aperture array 66 and the second aperture array 68 are formed with a plurality of apertures corresponding to the respective microlenses 64a and the first aperture array 66 is formed on the exit side of the microlens array 64 And the second aperture array 68 are disposed spaced apart from the microlens array 64. The microlens array 64 is disposed at a position spaced apart from the microlens array 64 by a predetermined distance.

본 실시형태에서는 제 1 개구 어레이(66)는 마이크로렌즈(64a)의 출사측면의 개구부 이외의 개소에 크롬 마스크(크롬으로 이루어진 차광막)를 설치한 것, 또는 투과성/반투과성의 코팅을 실시해서 마스크로 한 것이라도 좋고, 또는 직접 마이크로렌즈(64a)에 접촉시키지 않고 출사면의 근방에 투명한 마스크판에 차광막을 설치한 것을 배치해도 좋다. 제 2 개구 어레이(68)는, 예로서 석영 유리로 이루어진 투명 지지 부재 상에 예를 들면 크롬으로 이루어진 차광막을 구멍이 뚫린 형상으로 실시하는 것에 의해 구성되어 있다.In the present embodiment, the first aperture array 66 is formed by providing a chrome mask (light-shielding film made of chrome) at portions other than the openings on the exit side of the microlens 64a, or by applying a permeable / semi- Alternatively, a light shielding film may be provided on a mask plate transparent to the vicinity of the exit surface without directly contacting the microlens 64a. The second aperture array 68 is formed by, for example, forming a light shielding film made of, for example, chromium on a transparent support member made of quartz glass, with a hole.

<메인빔과 불필요광><Main beam and unnecessary light>

상술한 바와 같이, 본 형태의 화상 노광 장치에 있어서 마이크로렌즈에 의해 집광된 메인빔 주변에 발생하는 사이드 로브는 노광 화상의 선예도를 저하시키는 하나의 원인이 된다. 사이드 로브는 광변조 소자를 포함하는 마이크로렌즈 상류의 광학계수차에 의해 발생할 뿐만 아니라, 마이크로렌즈 개구 그 자체의 존재에 의해 원리적으로 발생한다. 이하, 마이크로렌즈 개구에 기인한 사이드 로브의 발생 프로세스 및 그 경감 방법에 대하여 설명한다.As described above, in the image exposure apparatus of the present embodiment, the side lobe generated around the main beam condensed by the microlens is one cause of degrading the sharpness of the exposed image. The side lobe is generated not only by the optical system aberration upstream of the microlens including the optical modulation element, but also by the presence of the microlens aperture itself. Hereinafter, a process of generating a side lobe due to the micro lens opening and a method for alleviating the side lobe will be described.

제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 단순한 형상(예를 들면 원형)인 경우, 도 6의 (A)에 R로 나타내는 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에 있어서의 광강도 분포는 일반적으로 도 6의 (B)에서 나타내는 바와 같은 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상을 푸리에 변환한 것으로 되어있다. 이때 광강도가 강한 메인빔(Ba)(중앙)의 주위에는 메인빔(Ba)보다 강도가 작은 불필요광[사이드 로브(Bb)]이 발생한다.In the case where the opening shape of the first aperture array 66 is a simple shape (for example, a circular shape), the light intensity distribution near the focal position of the microlens 64a indicated by R in FIG. 6 (A) The opening shape of the first aperture array 66 as shown in FIG. 6 (B) is Fourier-transformed. At this time, unnecessary light (side lobe Bb) having a smaller intensity than the main beam Ba is generated around the main beam Ba (center) having a strong light intensity.

도 6에 나타내는 예 이외에 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 직사각형인 경우 등 여러 가지의 경우가 생각되지만, 어느 경우에도 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에 있어서의 광강도 분포는 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상의 푸리에 변환이 된다. 이 메인빔(Ba)과 사이드 로브(Bb)의 위치 관계, 강도비는 통상 제 1 개구 어레이(66)의 개구 사이즈와, 마이크로렌즈(64a)의 초점 거리, 및 레이저광(B)의 파장이 결정되면 일의적으로 결정되어버린다.There are various cases such as the case where the opening shape of the first aperture array 66 is rectangular except for the example shown in Fig. 6, but in either case, the light intensity distribution near the focal position of the microlens 64a is the first The opening shape of the opening array 66 is Fourier transformed. The positional relationship and the intensity ratio between the main beam Ba and the side lobes Bb are normally set such that the aperture size of the first aperture array 66 and the focal length of the microlens 64a and the wavelength of the laser beam B When it is determined, it is determined unilaterally.

이하, 도 13, 14를 사용해서 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상과 마이크로렌즈(64a)의 초점면에 있어서의 광강도의 관계를 설명한다.13 and 14, the relationship between the aperture shape of the first aperture array 66 and the light intensity on the focal plane of the microlenses 64a will be described.

도 13에 나타내는 바와 같이 제 1 개구 어레이(66)의 형상을 나타내는 함수를 V(ξ, η)라고 하면 V(ξ, η)=1(개구 내부, 차폐 없음), V(ξ, η)=0(개구의 외측, 차폐)이며, 마이크로렌즈(64a)의 초점면(x, y)에 있어서의 광의 강도는 도 13의 식 1로 나타내어지는 바와 같이 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상의 푸리에 변환으로 되어 있다.V (ξ, η) = 1 (inside of aperture, no shielding) and V (ξ, η) as a function representing the shape of the first aperture array 66 as shown in FIG. 13, the intensity of light at the focal plane (x, y) of the microlens 64a is 0 (outside of the aperture, shielding) Fourier transform.

이때 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 원형이면 상기 식 1을 간략화 할 수 있다. 즉 마이크로렌즈(64a) 개구면의 z축(광축)으로부터의 거리를 R, 개구의 반지름을 Rmax라고 했을 때 V(R)=1(|R|<Rmax), V(R)=0(|R|>Rmax)이며, 마이크로렌즈(64a)의 초점면[=제 2 개구 어레이(68)]에서 z축으로부터의 거리 r의 거리에서 광강도를 |U(r)|2라고 하면 초점면에 있어서의 광강도는 식 2와 같이 나타내어진다.At this time, if the opening shape of the first opening array 66 is circular, the above Equation 1 can be simplified. (R) = 1 (| R | <Rmax) and V (R) = 0 (| Rmax) when the distance from the z axis (optical axis) of the opening surface of the microlens 64a is R and the radius of the opening is Rmax. R | > Rmax) and letting the light intensity be | U (r) | 2 at a distance r from the z axis in the focal plane of the microlens 64a (= the second aperture array 68) Is expressed by Equation (2).

여기에서 도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태와 같이 마이크로렌즈(64a)의 개구면에 개구 형상(Rmax)과 상사형의 링 형상의 조리개를 n개 설치했을 경우를 생각한다. Rm-1≤R≤Rm에 있어서의 투과율을 Tm(일정)이라고 하면 초점면의 광강도는 식 3과 같이 나타내어진다.Here, as shown in Fig. 14, a case will be considered in which n aperture shapes of the aperture shape Rmax and the top ring shape are provided on the opening surface of the microlens 64a as in the present embodiment. When the transmittance at Rm-1? R? Rm is Tm (constant), the light intensity of the focal plane is expressed by Equation 3.

이와 같이 {R1...Rn}(조리개의 반지름) 및 {T1...Tn}(투과율)을 적절하게 설정함으로써, 도 6의 (B)에 나타내는 사이드 로브(Bb)(불필요광)를 마이크로렌즈(64a)의 초점면 즉 제 2 개구 어레이(68) 상에 있어서 광축(z축)으로부터 외측으로 이동시킬 수 있고, 제 2 개구 어레이(68)에서 불필요광을 제거할 수 있다. {T1...Tn}을 복소수로 하면 단순한 투과율 변화뿐만 아니라, 광의 위상 성분의 변경 효과도 사용한 사이드 로브 개선이 가능하다.By appropriately setting the values of {R1 ... Rn} (the radius of the diaphragm) and {T1 ... Tn} (transmittance) in this way, the side lobes Bb (unnecessary light) It is possible to move outward from the optical axis (z axis) on the focal plane of the lens 64a, that is, on the second aperture array 68, and unnecessary light can be removed from the second aperture array 68. [ If {T1 ... Tn} is a complex number, it is possible to improve not only the transmittance change but also the side lobe using the effect of changing the phase component of the light.

즉, T1=1(투과), T2=0(차폐), T3=1(투과), 마이크로렌즈(64a)의 초점 거리(f)를 100㎛로 했을 때, 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이 R0=0, (R1/f)=0.09535(반지름 R1=9.535㎛, φ1=19.07㎛), (R2/f)=0.1277(R2=12.77㎛, φ2=25.54㎛), (R3/f)=0.15(R3=15㎛, φ3=30㎛)와 같이 제 1 개구 어레이(66)의 개구부(66a), 차광부(66b), 투과 부분(66c)의 각 사이즈가 도출된다. 이들 수치는 상기 수식으로부터 도출된 것이며, 종래부터 존재하는 원환 형상 조리개를 구비한 광학계와는 목적, 성립 조건 등이 다르다.That is, when the focal distance f of the microlenses 64a is 100 mu m, T1 = 1 (transmission), T2 = 0 (shielding), T3 = 1 (R 2 / f) = 0.1277 (R 2 = 12.77 μm, φ 2 = 25.54 μm) and (R 3 / f) = 0.09535 (radius R1 = 9.535 μm, The sizes of the opening 66a, the light shielding portion 66b and the transmitting portion 66c of the first aperture array 66 are derived as shown in Fig. 5 (0.15 (R3 = 15 占 퐉,? 3 = 30 占 퐉). These numerical values are derived from the above equations and are different from purpose, conditions of establishment, and the like with an optical system having a toric iris existing in the past.

본 실시예는 마이크로렌즈 개구에 기인한 사이드 로브 경감 예이지만, 마이크로렌즈보다 상류의 광학계, 예를 들면 DMD 등의 광변조 소자에 기인한 축 대조 수차에 의해 발생하는 사이드 로브에 관해서도 {R1...Rn} (조리개의 반지름) 및 {T1...Tn}을 적절하게 선택함으로써 개구의 영향과 동시에 그 영향을 경감하는 것이 가능하다.This embodiment is a side lobe relief example due to the micro lens opening. However, the side lobe generated by the axial aberration caused by the optical system upstream of the microlens, for example, the light modulation element such as the DMD, . Rn} (the radius of the diaphragm) and {T1 ... Tn}, it is possible to alleviate the influence of the opening and the influence thereof.

한편, 이하의 이유로 메인빔(Ba)에 대한 사이드 로브(Bb) 부분의 상대 강도비를 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. 즉 일반적으로, 고감도 감재(感材)에의 노광시에는 사이드 로브 광(Bb)에 의해 감재가 감광하여(흐려짐), 실효적인 묘화선 폭이 굵어질(해상도가 저하될) 가능성이 있다. 또한 DMD(34)와 같이 이차원 광변조 소자를 사용한 노광 장치에 의한 고선명 노광시에는 인접하는 묘화빔의 간격이 가까워지기 때문에, ON 빔(묘화시)의 광강도 분포가 넓어져[레이저광(B)이 굵어져] 인접하는 묘화선에 영향을 주는 요인이 되는 사이드 로브(Bb)의 영향을 무시할 수 없게 된다.On the other hand, it is preferable to suppress the relative intensity ratio of the side lobe Bb portion to the main beam Ba as much as possible for the following reason. In other words, generally, when exposure is performed to a sensitive photosensitive material (photosensitive material), the photosensitive material is sensitized (blurred) by the side lobe light Bb, and there is a possibility that the effective drawing line width becomes thick (resolution is lowered). Further, at high-definition exposure by an exposure apparatus using a two-dimensional optical modulation element such as the DMD 34, the interval between adjacent drawing beams becomes close to each other, so that the light intensity distribution of the ON beam (at the time of drawing) The influence of the side lobe Bb, which is a factor affecting adjacent drawing lines, can not be ignored.

이에 대하여 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치 근방에 설치한 제 2 개구 어레이(68)의 개구를 충분히 작게 해서 메인빔(Ba)을 남기고, 사이드 로브(Bb)만을 제거할 수 있다면 바람직하지만, 정밀도 좋게 사이드 로브(Bb) 성분만을 제거하는 것은 이하의 이유로 곤란하다.On the contrary, it is preferable that the opening of the second aperture array 68 provided in the vicinity of the focal position of the microlens array 64 be sufficiently small to leave only the main beam Ba and to remove only the side lobe Bb, It is difficult to remove only the side lobe (Bb) component well for the following reason.

즉 도 7에 나타내는 바와 같이, 각각 마이크로렌즈(64a)에서 제조 불균일에 의해 렌즈 광축과 제 2 개구 어레이(68)의 각 개구 중심이 어긋날 우려가 있다. 또한 제 1 결상 광학계(52), 제 2 결상 광학계(58)의 제조 불균일(텔레센트릭성 불균일)에 의해 각각의 마이크로렌즈(64a)로부터 출사되는 메인빔(Ba)의 위치가 제 2 개구 어레이(68)의 각 개구 중심으로부터 평행 이동해 버린다. 이 때문에 개구 어레이(68)의 개구 중심과 메인빔(Ba)의 중심이 어긋나, 메인빔(Ba)이 좁혀져 광량 부족이 될 우려가 있다.That is, as shown in Fig. 7, there is a fear that the lens optical axis and the center of each opening of the second aperture array 68 are displaced due to manufacturing irregularity in the microlenses 64a. The position of the main beam Ba emitted from each microlens 64a by the manufacturing unevenness of the first imaging optical system 52 and the second imaging optical system 58 (telecentricity non-uniformity) (68). Therefore, the center of the opening of the aperture array 68 and the center of the main beam Ba may be shifted, and the main beam Ba may be narrowed, resulting in a shortage of light quantity.

상기한 바와 같은 이유로 제 2 개구 어레이(68)에 의한 사이드 로브(Bb)의 제거가 불충분하게 되는 동시에, 제 2 개구 어레이(68)의 개구지름을 작게 해서 레이저광(B) 전체를 지나치게 좁히면 메인빔(Ba)도 일부분이 제 2 개구 어레이(68)에 의해 커팅되어 버리게 되어, 각 마이크로렌즈(64a)의 집광 빔 사이에서의 강도 편차가 발생하는 문제가 생긴다.The side lobes Bb are insufficiently removed by the second aperture array 68 and the aperture diameter of the second aperture array 68 is reduced and the entire laser beam B is excessively narrowed A part of the main beam Ba is also cut off by the second aperture array 68. This causes a problem that intensity deviations occur between the condensed beams of the respective microlenses 64a.

그래서 본 실시형태에서는 제 1 개구 어레이(66)에 개구 형상과 상사형인 마스크를 설치해서 레이저광(B)을 좁힘으로써, 마이크로렌즈 어레이(64)의 초점 위치에 있어서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 메인빔(Ba)으로부터 떨어진 방향(광축으로부터 멀어지는 방향)으로 이동시키고, 또한 제 2 개구 어레이(68)에서 메인빔(Ba) 이외를 좁힘으로써 메인빔(Ba)을 남기면서 사이드 로브(Bb)만을 효과적으로 삭감하고, 노광시의 묘화선을 가늘게 유지하면서 인접하는 빔 사이의 크로스 토크를 방지하고, 또한 광량 저하를 방지할 수 있다.Therefore, in the present embodiment, by providing a mask having an opening shape and a top shape in the first aperture array 66 and narrowing the laser light B, the position of the side lobe Bb at the focal position of the microlens array 64 And the side lobes Bb while leaving the main beam Ba by moving the second aperture array 68 away from the main beam Ba (in the direction away from the optical axis) It is possible to effectively reduce cross-talk between adjoining beams while keeping the imaging line at the time of exposure fine, and to prevent a decrease in light quantity.

도 8~도 11을 사용해서 이하의 모델 설명을 행한다. 여기에서는 마이크로렌즈 어레이(64)[마이크로렌즈(64a)]의 렌즈면에 크롬 마스크 등으로 차광부(66b)를 설치한 것을 제 1 개구 어레이(66)로 한 모델로 되어 있지만, 광 이용 효율을 올리기 위해서 투과성/반투과성의 코팅을 마이크로렌즈(64a)에 부여함으로써 실현해도 좋다. 또한, 제 1 개구 어레이(66)를 렌즈 출사면에 직접 부여하지 않고, 렌즈 출사면 근방에 별도로 부여해도 좋다. 여기에서 소개하는 마스크의 구조는 대표 예이며, 후술하는 차광부(66b)의 윤환(輪環) 수를 늘리거나 해도 관계없다.The following model description will be made using Figs. 8 to 11. Fig. In this case, the first aperture array 66 is a lens in which the light shielding portion 66b is provided on the lens surface of the microlens array 64 (microlens 64a) with a chrome mask or the like. However, It may be realized by imparting a permeable / semi-permeable coating to the microlenses 64a. Alternatively, the first aperture array 66 may be provided separately in the vicinity of the lens exit surface, instead of directly to the lens exit surface. The structure of the mask introduced here is a typical example, and the number of annular rings of the light-shielding portion 66b described later may be increased.

도 8의 (A)에 나타내는 바와 같은 종래의 구조에서는 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에서는 메인빔(Ba)과 사이드 로브(Bb)의 상대 강도 및 위치 관계는 도 8의 (B)와 같이 된다. 즉 메인빔(Ba)의 중심으로부터 4㎛ 정도까지의 범위에 사이드 로브(Bb)가 존재하고, 이것이 상술한 바와 같이 여러 가지 문제를 일으키는 원인이 될 수 있다.The relative intensity and positional relationship between the main beam Ba and the side lobe Bb in the vicinity of the focus position of the microlens 64a in the conventional structure as shown in Fig. do. That is, the side lobe Bb exists in a range of about 4 mu m from the center of the main beam Ba, which may cause various problems as described above.

도 9의 (A)에 나타내는 본 실시형태에 있어서는, 마이크로렌즈(64a)의 사출측에 차광부(66b)를 설치함으로써 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치 부근에서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 이동시키고 있다.In this embodiment shown in Fig. 9A, the position of the side lobe Bb near the focal point position of the microlens 64a is set to be smaller than that of the micro lens 64a by providing the light shielding portion 66b on the emission side of the microlens 64a .

차광부(66b)는 제 1 개구 어레이(66)의 개구부(66a) 안에 개구부(66a)와 상사형의 차광부(66b)를 설치한 것이며, 개구부(66a)가 원형이면 차광부(66b)도 또한 이것과 상사형의 원형이며, 중앙부에는 도 9의 (A)에 나타내는 바와 같이 개구부(66a)와 상사형의 투과 부분(66c)이 더 형성되어 있어도 된다. 이 투과 부분(66c)의 존재는 필수는 아니지만, 레이저광(B)[메인빔(Ba)]의 광량을 유용하게 이용하기 위해서는 투과 부분(66c)이 존재하는 편이 바람직하다.The light shielding portion 66b is provided with an opening 66a and a top shielding portion 66b in the opening 66a of the first opening array 66. When the opening 66a is circular, In addition, the opening portion 66a and the top-shaped transmitting portion 66c may be further formed in the central portion as shown in Fig. 9 (A). The presence of this transmissive portion 66c is not essential, but it is preferable that the transmissive portion 66c exists in order to make effective use of the light quantity of the laser beam B (main beam Ba).

구체적으로는, 마이크로렌즈(64a)를 초점 거리 100㎛의 평볼록 렌즈, 개구부(66a)를 φ30㎛, 차광부(66b)의 외경을 φ25.54㎛, 투과 부분(66c)의 지름을 φ19.07㎛로 하고 파장(λ)=400㎚의 레이저광을 사용했다.More specifically, the microlenses 64a are formed of a flat convex lens having a focal length of 100 占 퐉, an opening 66a of? 30 占 퐉, an outer diameter of the light shielding portion 66b of? 25.54 占 퐉, and a diameter of the transmitting portion 66c of? And a laser light having a wavelength (?) = 400 nm was used.

도 9~도 11에 나타내는 바와 같이, 이 모델 예에 있어서는 메인빔(Ba)의 확산 φ4㎛, 사이드 로브(Bb)를 메인빔(Ba)의 중심으로부터 φ7.2㎛에 걸쳐 종래비 1/10로 억제하고, 제 2 개구 어레이(68)의 개구지름을 φ5.6㎛로 하고 있다. 이 구성이면, 상술한 제조 불균일의 영향으로 메인빔(Ba)의 중심과 제 2 개구 어레이(66)의 개구 중심이 예를 들면 ±0.8㎛ 어긋난 경우라도 정밀도 좋게 사이드 로브(Bb)만을 제 2 개구 어레이(68)에서 억제하는 것이 가능하게 된다.As shown in Figs. 9 to 11, in this model example, the diffraction of the main beam Ba of 4 mu m and the side lobe Bb of the main beam Ba from the center of the main beam Ba to & And the aperture diameter of the second aperture array 68 is made to be 5.6 mu m. With this configuration, even when the center of the main beam Ba and the center of the opening of the second aperture array 66 are shifted by, for example, +/- 0.8 占 퐉 due to the above-described manufacturing unevenness, only the side lobes Bb, It becomes possible to inhibit it in the array 68.

즉 도 10의 (A)에 나타내는 바와 같은 마이크로렌즈(64a), 제 1 개구 어레이(66)[개구부(66a), 차광부(66b)]의 배치에 있어서의 레이저광(B)의 광강도 분포는, 제 2 개구 어레이(68)를 통과하기 전에 있어서는 도 10의 (B)에 나타내는 바와 같이 메인빔(Ba)은 φ4㎛ 정도에 들어가 있고, 또한 사이드 로브(Bb)는 메인빔(Ba)의 중심으로부터 φ7.2㎛의 범위에 있어서 도 8에 나타낸 종래 예에 비교해서 상대 강도로 약 1/10 정도로 억제되어 있다(도 11).The light intensity distribution of the laser beam B in the arrangement of the microlens 64a, the first aperture array 66 (the opening 66a, and the shielding portion 66b) as shown in Fig. 10 (A) As shown in Fig. 10 (B), before passing through the second aperture array 68, the main beam Ba is about 4 mu m and the side lobe Bb is about 4 mu m, The relative strength is suppressed to about 1/10 as compared with the conventional example shown in Fig. 8 in the range of φ7.2 μm from the center (FIG. 11).

이러한 광강도 분포의 레이저광(B)을 제 2 개구 어레이(68)(φ5.6㎛)에서 좁힌 결과, 도 10의 (C), 도 11에 나타내는 바와 같이 메인빔(Ba) 주위에 있어서의 사이드 로브(Bb)를 무시할 수 있는 광강도 분포를 가지는 레이저광(B)으로 할 수 있다.As a result of narrowing the laser beam B having such a light intensity distribution by the second aperture array 68 (? 5.6 m), as shown in Fig. 10 (C) and Fig. 11, The laser beam B having a light intensity distribution which can ignore the side lobe Bb can be obtained.

또한 사이드 로브(Bb)의 강도가 종래 예에 비교해서 상대 강도로 약 1/10 정도로 억제된 범위는 φ7.2㎛인 것에 대해서 제 2 개구 어레이(68)의 개구지름은 φ5.6㎛이므로, 상술한 바와 같이 마이크로렌즈(64a)의 제조 불균일에 의한 광축과 제 2 개구 어레이(68)의 축 어긋남, 제 1 결상 광학계(52)의 제조 불균일에 의한 고르지 않은 텔레센트릭성에 의해 발생하는 집광 위치의 어긋남이 ±0.8㎛ 존재해도 사이드 로브(Bb)만을 정밀도 좋게 제 2 개구 어레이(68)에서 제거할 수 있다.Since the opening diameter of the second aperture array 68 is? 5.6 占 퐉, while the range in which the intensity of the side lobe Bb is suppressed to about 1/10 of the relative intensity as compared with the conventional example is? 7.2 占 퐉, As described above, the light-converging position caused by the misalignment of the microlens 64a due to the unevenness of the axis, the misalignment of the axis of the second aperture array 68, and the unevenness of the telecentricity due to the manufacturing variation of the first imaging optical system 52 Only the side lobe Bb can be removed with high accuracy from the second aperture array 68 even if there is a deviation of +/- 0.8 mu m.

<차광부의 형상><Shape of light shield>

상기 실시형태에서는 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 원형인 경우를 예시했지만, 이것에 한정하지 않고 다른 형상에 있어서도 본 발명을 응용할 수 있다.In the above embodiment, the case where the opening shape of the first opening array 66 is circular is exemplified. However, the present invention is not limited to this but can be applied to other shapes.

즉 도 12에 나타내는 바와 같이, 제 1 개구 어레이(66)의 개구 형상이 직사각형인 경우 차광부(66b)도 역시 직사각형으로 하여, 마이크로렌즈(64a)의 초점 위치에 있어서의 사이드 로브(Bb)의 위치를 메인빔(Ba)으로부터 떨어진 장소로 이동시킬 수 있다. 또한 차광부(66b)의 중앙에 투과 부분(66c)을 설치할 경우도 개구 형상과 상사형으로 한다.12, when the opening shape of the first aperture array 66 is rectangular, the light-shielding portion 66b also has a rectangular shape, and the light-shielding portion 66b of the side lobe Bb at the focal position of the microlens 64a The position can be moved to a position away from the main beam Ba. Also, when the transmissive portion 66c is provided at the center of the light-shielding portion 66b, the opening shape and topography are also used.

또한, 차광부(66b)는 레이저광(B)을 완전히 차단하는 것일 필요는 없고, 회전 대칭인 형상의 차광부(66b)로서 농도 구배(그라이데이션)를 가지고 레이저광(B)을 단계적으로 투과시키는 것이어도 된다. 이 이외에도, ND 필터 등 소정의 광학 농도를 구비한 엘리먼트를 차광부(66b)로 해도 된다.It is not necessary that the light shielding portion 66b completely shield the laser light B and the light shielding portion 66b having a rotationally symmetrical shape has a gradient of gradation (gradation) It may be done. In addition, an element having a predetermined optical density such as an ND filter may be used as the light-shielding portion 66b.

<기타><Others>

이상, 본 발명의 실시예에 대해서 기술했지만, 본 발명은 상기 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.Although the embodiments of the present invention have been described above, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments, but can be carried out in various forms within the scope not departing from the gist of the present invention.

예를 들면 상기 실시형태에서는 레이저광으로 노광하는 노광 장치의 구성을 예로 들었지만, 이것에 한정하지 않고 예를 들면 통상의 가시광 또는 자외선 등을 사용해도 된다. 또는 노광 장치 이외라도 스폿광을 사용하는 여러 가지 구성에 응용할 수도 있다.For example, in the above embodiment, the configuration of the exposure apparatus for exposing with laser light is described as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, ordinary visible light or ultraviolet light may be used. Or may be applied to various configurations using spot light, other than the exposure apparatus.

또한, 본 실시형태에서는 반사형의 공간 변조 소자인 DMD(34)를 사용하여 설명했지만, 이것을 대신하여 예를 들면 액정을 사용한 투과형의 공간 변조 소자를 사용해도 된다.In this embodiment, the DMD 34, which is a reflection type spatial modulation element, is used. Alternatively, a transmissive spatial modulation element using liquid crystal may be used instead.

일본 출원 2012-011050의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 받아들여진다. 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원 및 기술규격은 각각의 문헌, 특허출원 및 기술규격이 참조에 의해 받아들여지는 것이 구체적 또한 개별적으로 기재된 경우와 같은 정도로 본 명세서 중에 참조에 의해 받아들여진다.The disclosure of Japanese Patent Application No. 2012-011050 is hereby incorporated by reference in its entirety. All publications, patent applications, and technical specifications described in this specification are herein incorporated by reference to the same extent as if each individual publication, patent application, and technical specification were specifically and individually stated to be incorporated by reference.

10 : 노광 장치 14 : 이동 스테이지
16 : 다리부 18 : 설치대
20 : 가이드 22 : 게이트
24 : 스캐너 26 : 센서
28 : 노광 헤드 30 : 노광 에어리어
34 : DMD 52 : 제 1 결상 광학계
58 : 제 2 결상 광학계 64a : 마이크로렌즈
64 : 마이크로렌즈 어레이 66 : 제 1 개구 어레이
66a : 개구부 66b : 차광부
66c : 투과 부분 68 : 제 2 개구 어레이
B : 레이저광 Ba : 메인빔
Bb : 사이드 로브 P : 감광 재료
10: Exposure device 14: Moving stage
16: leg 18:
20: Guide 22: Gate
24: scanner 26: sensor
28: exposure head 30: exposure area
34: DMD 52: first imaging optical system
58: Second imaging optical system 64a: Micro lens
64: microlens array 66: first aperture array
66a: opening 66b:
66c: transmissive portion 68: second aperture array
B: laser beam Ba: main beam
Bb: Side lobe P: Photosensitive material

Claims (10)

광원으로부터의 광을 변조하는 화소부가 배열된 공간 광변조 소자와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 집광하는 마이크로렌즈가 배열된 마이크로렌즈 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구 어레이와, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구 어레이의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하여 상기 마스크의 중심에 설치된 상기 마스크와 상사형인 투과부와, 상기 공간 광변조 소자에 의해 변조된 광을 상기 마이크로렌즈 어레이에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 마이크로렌즈 어레이의 집광 위치에서 상기 마이크로렌즈 어레이 각각으로부터 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구 어레이를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 광학계.A microlens array in which microlenses for condensing light modulated by the spatial light modulation device are arrayed; and a plurality of microlenses arranged on the emission side of the microlenses, And a second aperture array provided in the aperture of the first aperture array with the optical axis of the microlens as a center, the aperture shape and the outer shape of the aperture are topical, A microlens array, a mask for shielding light, a transmissive portion which is generally similar to the mask provided at the center of the mask with the optical axis of the microlens as a center, An image-forming optical system, a device for imaging the light condensed by the microlens array on the photosensitive material And a second aperture array in which an aperture for narrowing the light emitted from each of the microlens arrays at the condensing position of the microlens array is arranged. 제 1 항에 있어서,
상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심 원환상인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
The method according to claim 1,
Wherein the mask is a concentric annular shape centering on the optical axis of the microlens.
제 1 항에 있어서,
상기 마스크는 상기 마이크로렌즈의 광축을 중심으로 하는 동심 직사각형상인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
The method according to claim 1,
Wherein the mask is a concentric rectangle centered on the optical axis of the microlens.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마스크와 상기 투과부는 상기 마이크로렌즈의 사출측에 부착된 막의 불투명 부분 및 투명 부분으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the mask and the transmissive portion are composed of an opaque portion and a transparent portion of a film attached to an emission side of the microlens.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마스크는 상기 마이크로렌즈 사출측에 형성된 크롬 마스크인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the mask is a chrome mask formed on the microlens emission side.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 개구 어레이의 개구부의 외주 부분은 불투명 부분인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
And an outer peripheral portion of the opening portion of the first opening array is an opaque portion.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원은 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 노광 광학계.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the light source is a semiconductor laser.
광원으로부터의 광을 집광하는 렌즈와, 상기 렌즈의 사출측에 광의 투과를 규제하는 개구 형상의 개구부를 구비한 제 1 개구와, 상기 렌즈의 광축을 중심으로 해서 상기 제 1 개구의 상기 개구부에 설치되어 상기 개구부의 개구 형상과 외형이 상사형이고 상기 개구부를 투과한 광을 차광하는 마스크와, 상기 로렌즈의 광축을 중심으로 하여 상기 마스크의 중심에 설치된 상기 마스크와 상사형인 투과부와, 상기 광을 상기 렌즈에 결상하는 제 1 결상 광학계와, 상기 렌즈에서 집광된 광을 감광 재료 상에 결상하는 제 2 결상 광학계와, 상기 렌즈의 집광 위치에서 상기 렌즈로부터 사출된 광을 좁히는 개구를 배열한 제 2 개구를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 광학계.A lens for condensing light from a light source; a first opening having an opening in the form of an opening for regulating the transmission of light to the emission side of the lens; and a second opening provided in the opening of the first opening around the optical axis of the lens A mask for shielding the light transmitted through the opening and having an opening shape and an outer shape of the opening; a transmissive portion that is generally parallel to the mask provided at the center of the mask with the optical axis of the burr as a center; A second imaging optical system for imaging the light condensed by the lens on the photosensitive material, and a second aperture for arranging an aperture for narrowing the light emitted from the lens at the condensing position of the lens, And an exposure optical system. 제 1 항 내지 8 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 광학계를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.An exposure apparatus which exposes a predetermined pattern to a photosensitive material using the exposure optical system according to any one of claims 1 to 8. 제 9 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 소정의 패턴을 감광 재료에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.A method for exposing a photosensitive material, which comprises exposing a predetermined pattern to a photosensitive material using the exposure apparatus according to claim 9.
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