CN101142534A - 曝光设备和曝光方法 - Google Patents

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CN101142534A CNA2006800083328A CN200680008332A CN101142534A CN 101142534 A CN101142534 A CN 101142534A CN A2006800083328 A CNA2006800083328 A CN A2006800083328A CN 200680008332 A CN200680008332 A CN 200680008332A CN 101142534 A CN101142534 A CN 101142534A
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Abstract

一种曝光设备(10)包括光源单元(60)、数字微镜器件(90)、成像光学系统(50)以及一对楔形棱镜(54)，所述光源元件(60)用于发出曝光光线；所述数字微镜器件(90)用于基于图像信号、对从光源发出的曝光光线进行空间光调制；所述成像光学系统(50)用于以曝光光线在感光材料(12)上形成图像，所述曝光光线已经进行了空间光调制；所述楔形棱镜对(54)用于在用调制后的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过改变调制后的曝光光线的光程长度来调焦。在所述成像光学系统(50)中，投影透镜的外围部分处的变形增加，并且包括中心部分的区域上的透镜的光学性能得到提高。仅通过投影透镜的基本上成矩形的包括其中心部分的区域、以调制后的曝光光线形成图像。

Description

曝光设备和曝光方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过投影光使感光材料暴露于光下的曝光设备，其中，通过成像光学系统实现了空间光调制。本发明也涉及其曝光方法。
背景技术
在现有技术中，包括空间光调制器的曝光设备是已知的。所述空间光调制器基于图像信号对入射光实现空间光调制，并形成图像。在该曝光设备中，由空间光调制器形成的两维图案被投影到感光材料上，以便对感光材料进行曝光。作为空间光调制器，数字微镜器件(下文中表示为“DMD”)是公知的(请参照申请号为2001-305663的未审查的日本专利申请)。在DMD中，多个微镜两维设置(例如1024像素×756像素)，且每个微镜的倾角都能改变。例如，由美国Texas Instruments Incorporated开发的DMD为人所熟知。
如上所述，在包括DMD的曝光设备中，也提供包括用于借助光形成两维图案的图像的投影透镜的成像装置。所述投影透镜仅仅由DMD的微镜反射的光形成图像，所述DMD的微镜以预定的角度倾斜。换句话说，曝光设备实现曝光，以使得每个像素对应于每个微镜，形成投影到感光材料上的两维图案。
在根据现有技术的曝光设备中，所述投影透镜的整个区域基本上都用于在感光材料上形成两维图案。在这种情况下，必需抑制通过投影透镜的整个区域的像场弯曲(field curvature)、象散差、变形等等，并需要改善投影透镜的焦阑特性(telecentric characteristic)，以使得所述投影透镜具有良好的光学性能。然而，必需提高部件的精度，并选择更好的部件、以生产基本上在透镜的整个区域上具有高光学性能的投影透镜。因此，投影透镜的生产成本很高。进而，由于在遍及其整个区域上具有高光学性能的大直径投影透镜难于生产，所以不可能对大面积的感光材料进行曝光。另外，曝光速度低。
如果所述投影透镜的光学性能差，光束位置(beam positions)精度也会下降。因此，必需增加多重曝光的次数。这造成例如低曝光速度、低图像质量或类似的问题，并且恶化了曝光设备的曝光性能。
发明内容
鉴于上面的叙述，本发明旨在提供一种用于在不增加生产成本或降低曝光速度的情况下，提高曝光性能的曝光设备和方法。
根据本发明的曝光设备包括：
光源，用于发出曝光光线；
空间光调制器，用于基于图像信号，对从光源发出的曝光光线进行空间光调制；
成像装置，用于以曝光光线在感光材料上形成图像，所述曝光光线已经进行了空间光调制；以及
焦点调整装置，用于在通过已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过改变已经进行了的空间光调制的曝光光线的光程长度来调焦，其中成像装置仅通过它的基本上成矩形的包括其中心部分的区域、用已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像。
在此，所述成像装置为在包括其中心区域的区域上具有高光学性能的成像装置。通过增加在成像装置的外围区域上的变形和相应地减少包括其中心部分的区域上的变形来提高包括中心部分的区域上的光学性能。
另外，在根据本发明的曝光设备中，成像装置通过成像装置的基本上成矩形的区域、用已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像，所述矩形区域的较长边的长度为其较短边长度的两倍或更多。
在此，优选地，基本上成矩形的区域的较长边的长度近似为其短边长度的2倍到5倍。
在根据本发明的曝光设备中，焦点调整装置包括一对楔形棱镜。所述楔形棱镜的厚度沿已经进行了空间光调制的曝光光线的光轴方向是变化的。另外，当用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过移动一对楔形棱镜中的至少一个来进行调焦。
另外，在根据本发明的曝光设备中，焦点调整装置包括光学系统和压电元件，并且当用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过调整从所述光学组件到感光材料之间的距离来进行调焦。
此外，在根据本发明的曝光设备中，所述成像装置包括透镜。所述成像装置能围绕透镜的光轴转动或相对于其光轴垂直移动。
在根据本发明的曝光设备中，光源可以是发射由半导体激光元件发出的激光束的激光光源。
进而，在根据本发明的曝光设备中，所述激光光源可以是由多根光纤捆绑在一起形成的束型(bundle-type)光纤光源。在束型光纤光源中，由半导体激光元件发出的激光束入射到每个光纤的一端并从其另一端发射出。
另外，在根据本发明的曝光设备中，光纤光源可以通过使激光束入射在单根光纤上，而多路复用由多个半导体激光元件发出的激光束。
根据本发明的一种曝光方法，包括以下步骤：
发射曝光光线；
基于图像信号，对发射的曝光光线进行空间光调制；
通过成像装置，用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像；以及
当用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过改变已经进行了空间光调制的曝光光线的光程长度进行调焦，其中在形成图像的步骤中，仅通过成像装置的基本上成矩形的包括其中心部分的区域，用已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像，并且，其中曝光以如下方式进行：基本上成矩形的区域的较短边的方向为感光材料的波纹方向(wave direction)。
此外，在根据本发明的曝光方法中，发射曝光光线的步骤可以是发射由半导体激光器元件发射的作为曝光光线的激光束的步骤。
在包括其中心部分的区域上具有高光学性能的成像装置，通过增加形成成像装置的投影透镜的外围区域上的变形和通过相应地减少包括其中心部分的区域上的变形，而被设置。另外，具有高光学性能的区域用于以已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像。因此，能够在已经进行了空间光调制的曝光光线投影到感光材料上时，提高图像质量。
另外，难于生产在形成成像装置的投影透镜的整个区域上具有足够的光学性能的大直径投影透镜。然而，通过增加在其任意区域上的变形(例如其外围区域)和减少包括其中心部分的区域上的变形，能够生产具有高光学性能的大直径投影透镜。相应地，能够增加曝光面积和曝光速度。
另外，能够选择性地以已经进行了空间光调制的光照射形成成像装置的投影透镜的高光学性能的区域。因为成像装置能围绕已经进行了空间光调制的曝光光线的光轴转动，或相对于其光轴垂直移动，所以能够选择性地照射投影透镜的高光学性能区域。
此外，增加投影透镜的外围部分或类似部分上的变形，并使用包括中心部分的其具有良好性能的区域。因此，与其中使用投影透镜的整个区域的光学系统的尺寸相比，能够减小焦点调整装置的光学系统的尺寸。结果，能够实现高精度的稳定的保持/移动机构。另外，还能够进行高精度的焦点位置调整，同时稳定地保持已经进行了空间光调制的曝光光线的光位置。
此外，当已经进行了空间光调制的曝光光线由微透镜阵列会聚成更小的光点时，能够减小昂贵的微透镜阵列的尺寸。因此，能够采用具有更高的间距精度(pitch accuracy)的低成本微透镜阵列。此外，由于采用压电元件作为焦点调整装置，因此，能够抑制沿与焦点方向相垂直的方向的微位移。因此，能够高精度地调整焦点位置，同时保持束位置的高精度。
此外，使得从多个半导体激光元件发射出的激光束在单根光纤上入射，并且多路复用激光束。此外，使用光纤束型(fiber-bundle-type)光源。光纤束型光源是每单位面积上具有大量光的高亮度光源。因此，能够同时增加光功率和减小集光率(Etendue)。于是，能够减小照射将被照射的物体(DMD，数字微镜器件)的光的数值孔径(NA)。相应地，即使仅在成像装置的包括其中心部分的基本上成矩形的区域上用空间光调制器进行空间光调制，也能够减小照射将被照射的物体(DMD)的光的数值孔径。此外，即使成像光学系统设置在将被照射的物体的下游侧，也能够增加成像光学系统的焦深。相应地，能够抑制形成的曝光图像的离焦模糊。
另外，成像装置通过成像装置的基本上成矩形的区域，以已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像，并将曝光光线投影到感光材料上。基本上成矩形的区域的较长边的长度为其较短边的两倍或更多倍。当曝光感光材料时，以如下方式放置成像装置：其中，矩形区域的较短边的方向为感光材料的波纹方向。相应地，能够减小感光材料在已经进行了空间光调制的投影的曝光光线的投影面积上的感光材料的起伏程度。因此，能够将已经进行了空间光调制的曝光光线的焦点位置调整到合适的位置。于是，可以操作曝光设备，好像曝光设备的焦深大于根据相关技术的曝光设备的一样。相应地，能够提高由曝光形成的图像的质量。
附图说明
图1是曝光设备的示意性的外部视图；
图2是扫描器的示意性的外部视图；
图3是详细示出曝光头的内部结构的图；
图4是示出光源单元的结构的图；
图5是示出激光发射部分的结构的图；
图6是示出激光二极管(LD)模块的结构的图；
图7是用于解释形成曝光头的光学元件的图；
图8A是投影透镜的平面图；
图8B是投影透镜的平面图；
图9A是包括成像光学系统的透镜筒(lens barrel)的示意性侧面剖视图；
图9B是透镜筒的示意性平面图；
图10是DMD的示意性透视图；
图11A是用于解释所用的微镜位于其中的DMD区域的图；
图11B是用于解释所用的微镜位于其中的DMD区域的图；
图12是示出一对楔形棱镜的侧向的视图；
图13是该对楔形棱镜的示意性透视图；
图14是用于解释形成曝光头的光学元件的图；
图15A是示出其中设置有微透镜阵列和压电元件的结构的图；
图15B是示出其中设置有微透镜阵列和压电元件的结构的图；
图16A是示出其中设置有微透镜阵列和压电元件的结构的图；
图16B是示出其中设置有微透镜阵列和压电元件的结构的图；
图17A是示出感光材料和DMD之间的位置关系的感光材料和DMD的示意性透视图；以及
图17B是示出感光材料和DMD之间的位置关系的感光材料和DMD的示意性透视图。
具体实施方式
接下来，将参照附图对根据本发明的曝光设备和曝光方法进行描述。
1.曝光设备的结构
1-1曝光设备的外部视图
首先，将描述曝光设备的外部视图。图1是曝光设备10的示意性外部视图。曝光设备10包括移动台14，所述移动台14为扁平板。移动台14通过将感光材料12片吸附在其表面上，而保持感光材料12片。此外，在基座18的上表面上设置沿着台的移动方向延伸的两根导轨20。所述基座18是厚板。基座18由四个腿部件16支撑。台14以如下方式设置：其中台14的纵向为台14的移动方向。另外，台14由导轨20支撑，以使得台14能够前后移动。此外，曝光设备10包括台驱动设备(未示出)。所述台驱动设备沿导轨20驱动台14。
此外，跨在台14的移动路径上的带角的倒U形门22设置在基座18的中心部分处。带角的倒U形门22的每一端固定在基座18的任一侧。扫描器24设置在门22的一侧，而多个传感器26设置在门22的另一侧。多个传感器26检测感光材料12的前边缘和后边缘。每个扫描器24和传感器26固定于门22上，并且，它们设置在台14的移动路径的上方。另外，扫描器24和传感器26以电连接的方式连接到控制器(未示出)，且所述控制器控制扫描器24和传感器26的操作。
此外，曝光表面测量传感器28设置在台14上。曝光表面测量传感器28检测当扫描器24开始曝光时感光材料12的曝光表面被扫描器24照射的激光量。曝光表面测量传感器28设置在台14的表面的曝光起始侧的一端，感光材料12设置在台14上。设置曝光表面测量传感器28，以便沿着与台的移动方向相垂直的方向延伸。
图2是扫描器24的示意性外部视图。如图2所示，扫描器24包括，例如，基本上以矩阵形状排列的十个曝光头30(5行2列)。每个曝光头30具有DMD(数字微镜器件)，且将由DMD形成的两维图案投影到感光材料12上。曝光区段32是当从每个曝光头30发出的两维图案投影到感光材料12上时，在感光材料12上的两维图案的投影区段。另外，带状曝光区域34由曝光头30在台14移动的同时在感光材料12上形成。
1-2曝光头
图3是用于解释曝光头30的结构的示意性概念图。图7是用于解释沿着通过曝光头30传播的激光束的光路形成曝光头30的光学元件的图。曝光头30包括作为光源的光源单元60。曝光头30也包括DMD照射光学系统70、DMD80、成像光学系统50以及楔形棱镜对54。
如图4所示，光源单元60包括多个激光二极管(LD)模块40(例如，14个激光二极管模块40)。每个LD模块40与第一多模光纤41的一端相连。第一多模光纤4的另一端与第二多模光纤68相连。第二多模光纤68具有比第一多模光纤41的直径更小的包覆层直径。
如图5所详细示出的，设置7根第二多模光纤68，以使得每个第二多模光纤6的与其连接到第一多模光纤41的端部相对的端部在垂直于扫描方向的方向上对齐。此外，另外的7根第二多模光纤68以相似的方式对齐，以便形成另一行。第二多模光纤68的端部对齐成两行，并形成激光发射部分66。
如图5所示，由第二多模光纤68的端部形成的激光发射部分66被夹入两块具有平坦表面的支撑板65之间而被固定。此外，优选地，透明的保护板(例如玻璃板)放置于第二多模光纤68的光发射端表面上，以便保护其表面。由于在第二多模光纤68的光发射端的表面上光密度高，因此，灰尘颗粒容易在上面沉积，且激光发射部分66的性能容易恶化。然而，如果上述保护板设置在表面上，则能够防止灰尘颗粒附加到光发射端部的表面上。另外，能够延缓激光发射部分66的性能的恶化。
LD模块40包括多路复用激光光源，如图6所示。多路复用激光光源包括多个LD芯片LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6和LD7(例如，7个LD芯片)。所述LD芯片为半导体激光元件，且它们设置在热块400上并固定于其上。所述多路复用激光光源也包括分别对应于LD芯片LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6和LD7的准直透镜401、402、403、404、405、406和407。所述多路复用激光光源也包括单个会聚透镜90和单根第一多模光纤41。半导体激光元件的数量不限于7个，可以为另一个数。另外，可以用准直透镜阵列替代7个准直透镜401到407。在准直透镜阵列中，集成了多个准直透镜。
LD芯片LD1到LD7为侧向多模(lateral multimode)或单模的芯片形氮化镓基半导体激光元件。每个LD芯片LD1到LD7具有相同的振荡波长(例如，近似405nm)，以及相同的最大输出功率(例如，多模激光器中为100mW和单模激光器中为30mW)。只要振荡波长在350nm到450nm的范围内，振荡波长不为405nm的半导体激光器元件也可以用作每个LD芯片LD1到LD7。
如上所述，通过使得激光束在单根多模光纤41上入射，对从多个LD芯片LD1到LD7发射出的激光束进行多重复用。还可采用光纤束型光源。所述光纤束型光源是每单位面积发射高亮度光的光源。相应地，能够降低集光率，同时增加光源的光功率。由于当空间光调制器进行空间光调制时，仅仅采用包括其中心部分的成像装置的区域，因此照射区域相对于将被照射的物体(DMD)变得更小。然而，由于采用上述光源，能够抑制照射NA值。于是，即使成像光学系统放置在将被照射的物体的下游侧，也能够增加成像光学系统的焦深。另外，具有以下有优势的效果：在由成像光学系统形成的曝光图像中的离焦模糊能够被抑制。在集光率和焦深之间的关系在申请号为2005-018013的日本未审查专利中详细地进行了描述。
在上面的叙述中，曝光光线由从多个LD芯片LD1到LD7发出的多路复用光束产生。然而，所述曝光光线可以不采用多路复用光束而被产生。半导体激光器元件和光纤一端可以互相一对一地相连，而光纤的另一端可以连接到具有比该光纤的包覆层直径更小的包覆层直径的另一光纤。在这种情况下，优选地将高输出的多模激光器用作半导体激光器元件。由于采用上述高输出激光器，所以能够实现高精度的光源。
DMD照射光学系统70包括准直透镜71、微复眼透镜(micro fly eyelens)72和73、物镜74、反射镜75和棱镜76(请参照图7)。准直透镜71基本上使从激光发射部分61发射出的多个激光束准直。每个微复眼透镜72和73通过垂直地和水平地设置多个微透镜单元而形成。所述微复眼透镜72和73用于均匀地分配照射DMD80的激光的量。已经从微复眼透镜72和73透射过的激光束透射通过物镜74。然后，光束被反射镜75反射，并入射到棱镜76。棱镜76为全内反射(TIR)棱镜。棱镜76将由反射镜75反射的激光束全部反射。由反射镜75反射的激光束全部被朝向DMD80反射。DMD80将在下文详细描述。DMD照射光学系统70还可以包括杆状积分器，作为用于均匀分配光量的装置。
1-2-1成像光学系统
成像光学系统50为用于通过将两维图案投影到感光材料12上而在其上形成两维图案的成像装置，所述两维图案通过在DMD80处进行空间光调制而被生成。如图7所示，成像光学系统50包括第一投影透镜51、第二投影透镜52、微透镜阵列55和孔阵列59。DMD80的每个微镜反射光，并形成两维图案。通过第一投影透镜51透射所述两维图案，并将其放大预定的倍数(例如，3倍)。相应地，形成放大的图像。在此，已经透射通过第一投影透镜51的光通量La分别由微透镜阵列55的每个微透镜55a会聚。微透镜阵列55设置在第一投影透镜51的成像位置附近。由每个微透镜55a会聚的光通量透射通过孔59a，并形成图像。通过使光通量透射通过微透镜阵列55和孔阵列59而形成的所述两维图案还透射通过第二投影透镜52。两维图案还被放大了预定的倍数(例如，1.67倍)。然后，两维图案透射通过楔形棱镜对54，并在感光材料12上形成图像。最后，将由DMD80形成的两维图案放大并投影到感光材料12上。所述两维图案的放大倍数为第一投影透镜51的放大率和第二投影透镜52的放大率的乘积(例如，3倍×1.67倍＝5倍)。在此，成像光学系统50并不必需包括第二投影透镜52。
将对第一投影透镜51和第二投影透镜52进行详细描述。图8A和图8B为形成第一投影透镜51和第二投影透镜52的投影透镜300的平面图。需要具有高光学性能(抑制了透镜的像场弯曲、象散差、变形或类似参数，并改善了透镜的焦阑特性)的投影透镜、以提高曝光设备的曝光性能。然而，如果投影透镜的遍及其整个区域的光学性能得到提高，透镜的生产成本也会增加。于是，问题在于难于生产大直径透镜。其间，在近几年内，研究表明在投影透镜的生产中，能够有意地使投影透镜的预定区域发生变形，以便提高投影透镜的任意区域的光学性能。
于是，例如，在投影透镜的生产中，如果使投影透镜的外围部分发生变形，而且减少投影透镜的中心部分的变形，则会提高包括其中心部分的投影透镜区域上的投影透镜的光学性能。此外，由DMD80形成的两维图案透射通过包括其中心部分的投影透镜区域，并形成两维图案的图像。例如，如图8A所示，像场弯曲在作为投影透镜300的外围区域的区域320上增加，而且变形在投影透镜的区域330上增加。同时，投影透镜300的中心部分的变形相应地减少。相应地，生产具有更好光学性能的投影透镜。
然而，当由DMD形成的两维图案投影到投影透镜300的区域310上，并透射通过投影透镜300时，所述两维图案的一部分透射通过投影透镜300的一个区域，在所述区域上像场弯曲或变形大。特别地，所述两维图案必需被投影到投影透镜的具有优良光学性能的区域340上。于是，投影透镜300围绕所述两维图案的光的光轴、沿图8B中箭头A所示的方向转动，以使得所述两维图案选择性地投影到投影透镜300的具有优良光学性能的区域340上。当投影透镜300进行上述转动时，具有优良光学性能的区域340成为所述两维图案投影到其上的区域310。因此，能够使所述两维图案通过具有优良光学性能的区域340透射。由于通过使所述两维图案透射经过具有优良光学性能的区域而形成所述两维图案，所以能够提高投影到感光材料上的所述两维图案的图像质量。
另外，生产在投影透镜的整个区域上具有足够的光学性能的大直径投影透镜是困难的。然而，如果任意区域，例如大直径投影透镜的外围区域，发生变形，同时减少包括其中心部分的透镜区域的变形，能提高透镜的光学性能。如果采用如上所述的大直径投影透镜，则能够增加曝光面积和曝光速度。
另外，优选地，由DMD80形成的两维图案基本上是矩形图案，例如如图8A和8B所示的区域310。优选地，所述矩形图案的较长边的长度为其较短边长度的两倍或更大，以便以由DMD80反射的光在投影透镜的包括其中心部分的部分区域上形成两维图案。这还将在“1-2-2DMD”部分中描述。
成像光学系统50能围绕两维图案的光的光轴转动，以使得两维图案选择性地投影到投影透镜300的具有优良光学性能的区域340上。图9A为包括成像光学系统50的透镜筒400的示意性侧向剖视图。图9B为从图9A中箭头B所示的方向观察到的透镜筒400的示意性的平面图。透镜筒400在其侧面具有边状凸缘(brim-like flange)410。在凸缘410上，每隔α°形成一个螺钉通孔412。此外，在托架420上每隔α°形成一个与螺钉通孔412相对应的母螺孔(未示出)，所述母螺孔的间距与螺钉通孔412的间距相同。螺钉(未示出)被插入到凸缘410的螺钉通孔412，且所述螺钉螺纹连接至托架420上的相应的母螺孔中。由此，凸缘410和托架420互相固定在一起。由于透镜筒400如上所述形成，所以透镜筒400能围绕第一投影透镜51和第二投影透镜52的光轴转动α°，并固定在任意角度位置上。另外，当凸缘410和托架420以螺钉互相固定时，螺钉可以插入到所有的螺钉通孔412中，并可以与托架420上的相应的母螺孔进行螺纹连接。可替代地，例如，螺钉也可以插入到对角排布的两个螺钉通孔，并且所述螺钉可以与托架420上的相应的母螺孔进行螺纹连接。
当透镜筒400转动时，第一投影透镜51和第二投影透镜52也转动。然后，测量已经被投影到感光材料12上的两维图案的曝光性能，例如焦点和图像质量。通过测量曝光性能，凸缘410和托架420相互固定在具有最高的曝光性能的转动位置上。
如上所述，当透镜筒400围绕两维图案的光的光轴转动时，转动第一投影透镜51和第二投影透镜52。于是，在形成第一投影透镜51和第二投影透镜52的每个投影透镜中，具有高光学性能的投影透镜的区域成为两维图案投影到其上的投影透镜的区域。
在此，可以形成透镜筒400，以使得形成第一投影透镜51或第二投影透镜52的每个投影透镜能独立地转动。此外，可以形成透镜筒400，以使得它能相对于两维图案的光轴垂直移动。替代地，也可以形成透镜筒400，以使得形成第一投影透镜51或第二投影透镜52的每个投影透镜能沿着垂直于所述两维图案的光轴的方向独立地移动。
1-2-2DMD
在本实施例中，DMD用作空间光调制器。然而，空间光调制器不限于DMD，只要表示两维图案的光基于图像信号形成即可。图10为DMD80的示意性透视图。DMD80是通过基于图像信号、对从DMD照射光学系统70发出的入射光进行空间光调制而形成两维图案的空间光调制器。DMD80包括多个两维设置的微镜81(例如，1024像素×757像素)。另外，DMD80与包括数据处理单元和镜驱动控制单元的控制器(未示出)相连。所述数据处理单元基于图像信号生成用于控制设置在DMD80上的每个微镜81的控制信号。每个微镜81的反射表面的角度通过数据处理单元和镜驱动控制单元以预定的角度倾斜。相应地，尽管DMD81被光照射，但是两维图案仅仅以微镜81反射的光形成，所述微镜81以预定的角度倾斜。然后，形成两维图案的光入射到成像光学系统50上。
如上所述，在本实施例中，当生产透镜时，使形成第一投影透镜51或第二投影透镜52的投影透镜的外围部分发生变形，并减少在透镜中心部分的变形。相应地，提高了包括其中心部分的投影透镜的光学性能，并且通过使所述两维图案透射经过包括中心部分的区域而形成图像(请参考“1-2-1成像光学系统”)。
优选地，为了形成投影透镜的包括其中心部分的部分区域上的两维图案，由DMD80形成的两维图案类似区域310，如图8B所示。区域310基本上呈矩形，并且区域310的较长边的长度为区域310的较短边的长度的两倍或更大。本实施例的DMD80通过控制DMD80的微镜81的一部分的驱动来形成基本上成矩形的两维图案，所述两维图案的较长边的长度为其较短边的长度的两倍或更大。
将参考图11A和11B对DMD80进行详细描述。在DMD80中，微镜81按两维设置。例如，表示1024个像素的1024个微镜81被设置在主扫描方向上，即行方向上。所述主扫描方向是在曝光过程中进行扫描时的主扫描方向。进而，表示756个像素的756个微镜81设置在子扫描方向上，即列方向。所述子扫描方向是在曝光过程中进行扫描时的子扫描方向。在本实施例中，采用设置在列方向上的微镜81的756个像素的一部分(例如，240像素)，并且形成1024像素×240像素的两维图案。在此，优选地，对应于列方向采用的微镜81的数量近似为设置在行方向上的微镜81的数量的1/2到1/5。
仅仅在DMD80的中心部分上的微镜81的一部分，例如图11A中的区域80C，可以使用。替代地，在DMD80的一端附近的微镜，例如图11B中的区域80T，可以使用。另外，如果在所使用的微镜中出现失效，DMD80的其中微镜中尚未出现失效的区域可以使用，其它情况类似。包括所使用的微镜的DMD80的区域可以根据微镜的条件或类似条件进行适当的改变。
如上所述，在形成DMD80的微镜81中，一部分微镜81相对于列方向使用。于是，能形成基本上成矩形的两维图案。在基本上成矩形的两维图案中，较长边的长度比其短边的长度长。另外，能够易于将两维图案仅仅投影到用于形成第一投影透镜51或第二投影透镜52的投影透镜的具有高光学性能的区域上。另外，DMD80的数据处理时间正比于所控制的微镜81的数量(像素数)。因此，如果仅仅一部分微镜81相对于列方向使用，则能够增加数据处理速度。相应地，能够增加曝光速度。另外，如果由DMD80形成的两维图案的尺寸被减小，则能够减小昂贵的微透镜阵列55的尺寸。因此，能够降低生产曝光设备的成本。
如上所述，仅仅一部分微镜81相对于DMD80的列方向用于形成基本上成矩形的两维图案。然而，可以使用DMD，且在所使用的DMD中，设置在其较长边方向上的微镜数量是设置在其较短边方向上的微镜数量的两倍或更多。
1-3楔形棱镜对
图12是示出楔形棱镜对54的结构的侧视图。图13为楔形棱镜对54的示意性透视图。楔形棱镜对54是用于通过改变当形成两维图案时的两维图案的光的光程长度进行调焦的焦点调整装置。楔形棱镜对54包括滑动单元545和用于移动滑动单元545的驱动单元546。滑动单元545包括楔形棱镜540A和540B。滑动单元545也包括用于分别固定楔形棱镜540A和540B的基体棱镜保持架541A和541B。滑动单元545也包括滑动基体542A和在滑动基体542A上移动的滑块542B。滑动基体542A设置在基体棱镜保持架541A的任一端。如图13所示，一对棱镜A和B可以用作在棱镜对54中的楔形棱镜540A和540B。例如，通过相对于平行平板的平行平坦表面H11和H12，对角切割由透明材料(例如玻璃和丙烯酸)制成的平行平板，制成这对棱镜A和B。
在图12中，具有宽度t(例如10μm)的空气层550设置在楔形棱镜540A和540B之间，并且楔形棱镜540A和540B分别被固定于基体棱镜保持架541A和541B上。另外，滑动基体542A和滑块542B的组合能使得楔形棱镜540A和540B线性滑动。驱动单元546沿一个方向(由图12中箭头u指示的方向)移动滑动单元545，以使得在不改变空气层550的宽度t的情况下，相对地移动楔形棱镜540A和楔形棱镜540B。当移动滑动单元545时，楔形棱镜对54在两维图案的光轴方向上的厚度(通过从平行平板的厚度中减去空气层550的宽度t得到的厚度)发生改变。特别地，形成两维图案的光的光程长度被楔形棱镜对54改变。
由于所述楔形棱镜对设置在第二投影透镜52和感光材料12之间，如上所述，所以能够容易地调整两维图案的光的光程。于是，当由第二投影透镜52形成的两维图案形成于感光材料12上时，能够比对相关技术更容易地调整焦点。另外，两维图案能在短时间内形成。
如图14所示，楔形棱镜对54可以设置在微透镜阵列55和第二投影透镜52之间。相应地，两维图案的焦点可以通过改变两维图案的光的光程长度进行调整。
如上所述，楔形棱镜对54用作焦点调整装置。然而，焦点调整装置不限于楔形棱镜对54。只要不改变形成成像光学系统50的投影透镜的位置的情况下调焦，能够实现高精度光束定位的任何焦点调整装置都可以使用。例如，如图15A、15B、16A和16B所示，可以通过采用压电元件600沿着焦点方向(图15A、15B、16A和16B中箭头X指示的方向)移动微透镜阵列55来调整焦点。由于采用压电元件600，所以能够沿着焦点方向轻微地移动微透镜阵列55，同时抑制微透镜阵列55沿着与焦点方向相垂直的方向的位移。因此，能够在稳定地保持光束定位精度的同时调焦。
2.曝光方法
接下来，将描述曝光设备10的曝光方法。图17A是示出感光材料12和DMD80之间的位置关系的示意性的透视图。在以上描述中，曝光设备10包括10个曝光头30，每个曝光头具有DMD80，如图2所示。然而，在图17A或17B中，仅仅示出一个DMD80以简化附图。在下面的描述中，仅仅采用一个DMD80以简化叙述。
如图17A所示，当采用DMD80的区域80T上的微镜81时，感光材料12以如下方式曝光：其中，区域80T的较短边的方向为感光材料12的波纹方向(区域80T的较短边方向是感光材料12的移动方向)。在此，将具体地描述感光材料12的波纹方向。在本实施例中，感光材料12是通过将感光物质施加在玻璃衬底上制成的感光材料。所述玻璃衬底不平，有波状起伏的(因此，感光材料12也是有波纹的)。此外，该波纹是有方向性的。换句话说，在一定的方向上波纹的高度高，而在另外的方向上，波纹的高度低。在本实施例中，波纹高度高所在的方向被称作感光材料12(玻璃衬底)的波纹方向。在图17A中，曝光区段81是当采用DMD80的所有微镜81形成两维图案时的曝光区段。曝光区段81T是当采用DMD81的区域80T上的微镜81形成两维图案时的曝光区段。
图17B是感光材料12和DMD80的侧视图。图17A的用虚线框架P封闭的部分在图17B中被放大了。如图17B所示，当采用DMD80的所有微镜81形成两维图案时，相对于曝光区段81上的感光材料12在深度上的最大差别(在曝光区段81上的感光材料12的表面高度的最大差别)为d2。同时，当采用DMD80的区域80T上的微镜81时，相对于曝光区段81T上的感光材料12的在深度上的最大差别为d1。如图17B所示，在深度上的最大差为d1＜d2。当在深度上的差小时，在两维图案中感光材料12的波纹的波动程度也小。于是，如果深度的差小，能够将两维图案的焦点位置调整到更合适的位置。
此外，当对一个框架的曝光结束时，台14沿着扫描方向移动。相应地，感光材料12移动。然后，曝光区段81T的位置改变，并且在曝光区段81T上的感光材料12的波纹的波动程度也改变。于是，焦点位置也改变。然而，由于焦点通过楔形棱镜对54调整，所以可立即调整焦点位置。因此，当进行曝光时，也能实现与感光材料12的波纹对应的长焦深。
如上所述，当通过采用DMD80的微镜81的一部分相对于列方向形成基本上成矩形的两维图案时，曝光以如下方式实现：其中，两维图案的较短边的方向是感光材料12的波纹方向。相应地，能够减少在曝光区段81T上的感光材料12的波纹的波动程度。于是，能够合适地调整两维图案的焦点位置。另外，能够进行曝光，就好像曝光设备10的焦深大于根据相关技术的曝光设备的焦深一样。因此，能够提高曝光的图像质量。
如图2所示，在实际的曝光设备中，曝光头30以如下方式附加到扫描器24上：其中，DMD80的微镜的列方向和扫描方向之间形成预定设置的倾斜角。于是，由每个曝光头30形成的曝光区段32(与图17A和17B中的曝光区段81T对应)是关于扫描方向倾斜的矩形区段。理想地，曝光区段81T的较短边的方向应当与感光材料12的波纹方向完全相同，以便最小化在曝光区段81T上的感光材料12的波纹的波动程度。然而，曝光区段81T可以以预设的倾斜角倾斜。在这种情况下，感光材料12的波纹方向应该，与曝光区段81T的较长边的方向相比，更接近曝光区段81T的较短边的方向。

Claims (10)

1.一种曝光设备，包括：
光源，用于发射曝光光线；
空间光调制器，用于基于图像信号、对从光源发出的曝光光线进行空间光调制；
成像装置，用于以曝光光线在感光材料上形成图像，其中所述曝光光线已经进行了空间光调制；以及
焦点调整装置，用于在通过已经进行了空间光调制的曝光光线将图像形成在感光材料上时，通过改变已经进行了的空间光调制的曝光光线的光程长度来调焦，其中成像装置仅通过它的基本上成矩形的包括其中心部分的区域，用已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像。
2.根据权利要求1所述的曝光设备，其中，所述成像装置通过成像装置的基本上成矩形的区域、用已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像，其中所述矩形区域的较长边的长度为其较短边长度的两倍或更多倍。
3.根据权利要求1或2所述的曝光设备，其中，所述焦点调整装置包括一对楔形棱镜，所述楔形棱镜的沿已经进行了空间光调制的曝光光线的光轴方向的厚度是变化的，其中，当用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过移动一对楔形棱镜中的至少一个楔形棱镜进行调焦。
4.根据权利要求1或2所述的曝光设备，其中，所述焦点调整装置包括光学系统和压电元件，并且其中当用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过调整从所述光学系统到所述感光材料的距离进行调焦。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的曝光设备，其中，所述成像装置包括透镜，并且其中所述成像装置能围绕透镜的光轴转动或相对于其光轴垂直移动。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的曝光设备，其中，所述光源是发射由半导体激光元件发出的激光束的激光光源。
7.根据权利要求6所述的曝光设备，其中，所述激光光源是由多根光纤捆绑在一起形成的束型光纤光源，且其中，由半导体激光元件发出的激光束入射到每个光纤的一端并从其另一端发射出。
8.根据权利要求7所述的曝光设备，其中，所述光纤光源通过使激光束入射到单根光纤上，来多路复用多个半导体激光元件发出的激光束。
9.一种曝光方法，包括以下步骤：
发射曝光光线；
基于图像信号，对发射的曝光光线进行空间光调制；
通过成像装置、用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像；以及
当用已经进行了空间光调制的曝光光线在感光材料上形成图像时，通过改变已经进行了空间光调制的曝光光线的光程长度进行调焦，其中在形成图像的步骤中，仅通过成像装置的基本上成矩形的包括其中心部分的区域、用已经进行了空间光调制的曝光光线形成图像，并且，其中曝光以如下方式进行：基本上成矩形的区域的较短边的方向为感光材料的波纹方向。
10.根据权利要求9所述的曝光方法，其中在发射曝光光线的步骤中，由半导体激光元件发射的激光束作为曝光光线发射。
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