CN1550876A - 投影曝光装置 - Google Patents

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Abstract

在像侧远心的第一成像光学系统(51)和第二成像光学系统(52)的任意一个中，准备在其间夹着入射光瞳位置而相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方透镜的透镜面中的至少一方做成非球面的成像光学系统(50)，将从光源部件(60)发出的光束用DMD(80)进行空间光调制，由该DMD(80)进行空间光调制的2维图案通过所述成像光学系统(50)，成像在感光材料(150)上。在投影曝光装置中，当将调制的光的2维图案投影时，抑制失真，提高MFT性能，并且提高从光源发出的光的利用效率。

Description

投影曝光装置
技术领域
本发明涉及投影曝光装置，具体而言，涉及将从光源发出的光调制而取得的2维图案的像通过远心的成像光学系统，投影到感光材料上，进行曝光的投影曝光装置。
背景技术
以往，知道将通过曝光掩模将入射的光调制过的光的2维图案，或用空间光调制部件进行过空间光调制的光的2维图案投影到感光材料上，将该感光材料曝光的投影曝光装置。此外，还知道作为所述空间光调制部件，使用将能变更倾斜角的多个微反射镜配置为2维形状的(例如1024×756)的数字微反射镜器件(以后，称作DMD)的投影曝光装置(例如，专利文献1)。另外，作为所述数字微反射镜器件，例如知道美国TI公司(TexasInstruments公司)开发的产品，并将使用该DMD的动画用投影仪等已产品化。
使用所述DMD的投影曝光装置具有用于将DMD的各微反射镜的像在感光材料上成像的成像透镜，只将由接受曝光用光的照射的各微反射镜中的倾斜为所定角度的微反射镜反射，向所述成像透镜传播的光通过该成像透镜成像，据此，由所述微反射镜形成的2维图案投影到感光材料上，将该感光材料曝光。即该投影曝光装置将形成所述2维图案的各像素与各微反射镜对应，以进行曝光。
此外，使用所述投影曝光装置，进行在衬底上的感光性树脂(感光材料)上将电路图案曝光的尝试，为了能以正确的倍率将电路图案的像成像在衬底上，即让电路图案不从所定大小变化或变形，成像在衬底上，也研究使用在像侧远心的成像光学系统作为该投影曝光装置的成像光学系统的方式。
[专利文献1]
特开2001-305663号公报
可是，当关于所述电路图案的曝光，形成在衬底上曝光的电路图案的像的各像素的等间隔性的进一步提高。因此，希望成像透镜的失真为1μm以下，同时希望提高MTF(Modulation Transfer Function)性能。即要求抑制失真，提高MTF性能。
此外，在电路图案那样的细线的曝光中，希望在光源中使用例如波长450nm以下的光，但是这样的短波场的光对于构成所述成像透镜的玻璃或树脂的透射率低，所以也要求减少构成成像透镜的透镜个数，以提高光的利用效率。即例如当使用将多个激光束合波的激光合波光源作为曝光光源时，通过提高光的利用效率，减少合波的激光束的数量，也可以取得曝光所必要的所定的激光束的强度，据此，能减少曝光光源的成本，进一步减少光源的故障频率。
此外，如果增多构成成像透镜的透镜个数，则由于各透镜在制造商的误差的累积，存在失真或像面弯曲增大的问题，所以也产生用于取得所定性能的成像透镜的加工、组装、调整的负担增大的问题。
而一般，考虑到对像侧远心的成像透镜的像侧配置失真修正用的非球面透镜，减小该成像透镜的失真，并且减少透镜个数。
可是，因为像侧远心的成像透镜的像侧的开口直径大，所以配置在所述像侧的非球面透镜的直径也按照所述开口直径增大，存在这样大的直径的非球面透镜的制作例如玻璃成形中的制作难的问题。
另外，抑制所述失真并且提高MTF性能的要求、提高光的利用效率的要求、以及非球面透镜的制造困难的问题等，将入射的光通过曝光掩模调制的光的2维图案投影到感光材料上，将该感光材料曝光时使用的投影曝光装置的成像光学系统中也是通用的。
发明内容
本发明是鉴于所述事实而提出的，其目的在于：提供在投影2维图案时，抑制失真，提高MTF性能，并且能提高从光源发出的光的利用效率的投影曝光装置。
本发明的第一投影曝光装置，具有对从光源发出的光进行空间光调制的空间光调制部件，和使由空间光调制部件进行了空间光调制的2维图案在感光材料上成像的像侧远心的成像光学系统，通过该成像光学系统将所述2维图案投影到所述感光材料上，将该2维图案在所述感光材料上曝光，其特征在于：将所述成像光学系统的入射光瞳位置夹在其间而相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方的透镜，使该透镜的透镜面中的至少一方为非球面。
本发明的第二投影曝光装置，具有将从光源发出的光进行调制的曝光掩模、使由该曝光掩模调制过的光的2维图案在感光材料上成像的像侧远心的成像光学系统，并通过成像光学系统将所述2维图案投影到所述感光材料上，将该2维图案在所述感光材料上曝光，其特征在于：将所述成像光学系统的入射光瞳位置夹在其间相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方的透镜，可以使该透镜的透镜面中的至少一方为非球面。
所述两个光瞳相邻透镜，使各透镜面中的与所述入射光瞳侧相反侧的透镜面为非球面。
可以使所述两个光瞳相邻透镜的各透镜面的两面为非球面。
所述成像光学系统的构成优选为，表示所述两个光瞳相邻透镜中的配置在所述感光材料侧相反侧的第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值，比表示该第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值大，或者表示所述两个光瞳相邻透镜中的配置在所述感光材料侧的第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值，比表示该第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值小。
所述成像光学系统最好是，表示所述第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值δ1和表示所述第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值δ2的比δo＝δ1/δ2为1≤δo≤70。
所述成像光学系统最好是，表示所述第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值γ1和表示所述第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值γ2的比γo＝γ1/γ2为1≤γo≤70。
通过所述成像光学系统的光的波长为350nm或其以上，450nm或其以下。
所述空间光调制部件可以是DMD。
所述曝光掩模具有将入射的光反射或吸收或透射的各区域，根据各区域的光调制特性的不同，生成光的2维图案。例如，通过在使光透射的玻璃板上形成吸收光的2维图案，或在反射光的玻璃板上形成吸收光的2维图案，可以生成所述曝光掩模。
本发明者对于所述课题，着眼于能减小像侧远心的成像光学系统中的直径的透镜，即非球面透镜的加工比较容易的透镜，关于能抑制失真，提高MTF性能的成像光学系统的实现进行各种研究的结果表明：将敏感地影响光学性能的入射光瞳位置附近的透镜非球面化，通过对包含非球面化的透镜的入射光瞳位置附近的多个透镜进行特别高精度的加工、组装和调整，可以实现抑制失真，提高MTF性能的所需性能的成像光学系统。根据以上见解，得出本发明。
本发明的投影曝光装置，使在其间夹着由空间光调制部件进行过空间光调制的光的2维图案在感光材料上成像的，像侧远心的成像光学系统的入射光瞳位置的相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方的透镜的透镜面中的至少一方为非球面，或使在其间夹着由曝光掩模调制的光的2维图案在感光材料上成像的像侧远心的成像光学系统的入射光瞳位置的相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方的透镜的透镜面中的至少一方为非球面，即，例如让两个光瞳相邻透镜，各自的透镜面中的与入射光瞳位置侧相反侧的透镜面为非球面，或者使两个光瞳相邻透镜各自的透镜面的两面为非球面，所以能将非球面透镜的直径减小到制造比较容易的程度，通过采用非球面透镜，能减小所述成像光学系统的失真(例如1μm或其以下)，能提高MTF性能，能减小构成该成像光学系统的透镜个数。据此，能提高从光源发出的光的利用效率，并且能抑制成像光学系统的失真，提高MTF性能。
此外，一般而言，如果通过所述成像光学系统的光的波长为350nm或其以上，450nm或其以下，则透镜构件对于所述波长区域的光的透射率低，能取得减小构成所述成像光学系统的透镜个数，提高光的利用效率的显著效果。
此外，表示两个光瞳相邻透镜中，配置在与感光材料侧相反侧的第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值，比表示该第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值大，或者表示两个光瞳相邻透镜中的，配置在感光材料侧的第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值，比表示该第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值小，就能可靠地减小所述成像光学系统的失真，并且能可靠地减少构成该成像光学系统的透镜个数。据此，能提高从光源发出的光的利用效率，并且能减小投影光的2维图案时的失真。
此外，如果表示第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值δ1和表示第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值δ2的比δo＝δ1/δ2为1≤δo≤70，或者表示第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值γ1和表示第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值γ2的比γo＝γ1/γ2为1≤γo≤70，就能可靠地减小所述成像光学系统的失真，提高MTF性能，并且能更可靠地地减少构成该成像光学系统的透镜个数。据此，提高从光源发出的光的利用效率，并且抑制将光2维图案投影时的失真，提高MTF性能。
附图说明
下面简要说明附图。
图1是展开表示搭载在投影曝光装置上的曝光头的概略构成的概念图。
图2是沿着在曝光头内传播的光路表示曝光头的构成的侧视图。
图3是表示DMD的概略构成的立体图。
图4是表示在光瞳相邻透镜中具有非球面的像侧远心的成像光学系统的构成的侧视图。
图5是表示实施例和比较例的规格和性能的图。
图6是表示比较例1的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图7是表示实施例1的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图8是表示实施例2的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图9是表示实施例3的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图10是表示实施例4的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图11是表示实施例5的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图12是表示实施例6的设计值、透镜构成、以及光路的图。
图13是表示本发明的投影曝光装置外观的立体图。
图14是表示图13的投影曝光装置的曝光样子的立体图。
图15(A)是表示形成在感光材料上的曝光完毕区域的平面图，(B)是表示各曝光头的曝光区的排列的图。
图16是表示激光合波光源的平面图。
图17是表示激光合波光源的构成的侧视图。
图18是表示激光合波光源的构成的主视图。
图19是表示激光合波光源的光学要素的放大平面图。
图20(A)是表示光源部件的构成的立体图，(B)是激光射出部的局部放大图，(C)和(D)是表示激光射出部的光纤的排列的主视图。
图21是表示激光合波光源的多模光纤和激光射出部的光纤的连接状态的图。
图22(A)和(B)是表示比较不倾斜配置DMD时和倾斜配置DMD时对感光材料的曝光状态的不同的平面图。
图23(A)和(B)是表示DMD中的使用区域的例子的图。
图中，
40-激光合波光源，50-成像光学系统，51-第一成像光学系统，52-第二成像光学系统，60-光源部件，61-激光射出部，70-DMD照射光学系统，80-数字微反射镜器件(DMD)，150-光材料，152-台架，162-扫描仪，166-曝光头，168-曝光区，170-曝光完毕区域。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的投影曝光装置的实施例。图1是展开表示搭载在投影曝光装置上的曝光头的概略构成的概念图，图2是沿着在曝光头内传播的光路表示曝光头的构成的侧视图，图3是表示DMD的概略构成的立体图。
本发明实施例的投影曝光装置具有：将从光源即光源部件60发出的光进行空间光调制的空间光调制部件DMD80；将由DMD80进行过空间光调制的光的2维图案成像在感光材料150上的像侧远心的成像光学系统，即作为成像系统的具有第一成像光学系统51和第二成像光学系统52的成像光学系统50。该投影曝光装置将通过第一成像光学系统51和第二成像光学系统52将所述2维图案投影到感光材料150上，将该2维图案在感光材料150上曝光。另外，所述光源部件60、DMD80、成像光学系统50成为构成后面描述的曝光头166的光学要素。所述2维图案能为显示用的图像或表示电配线的电路图案的图像图案，该感光材料150可以为层叠在形成电路图案的印刷电路板生成用的衬底上的感光材料，或者是层叠在液晶显示用衬底或等离子体显示器用衬底的生成用的衬底上的感光材料。
下面，说明成像光学系统50。
<成像光学系统50>
如所述图1和图2所示，作为构成曝光头166的光学要素的成像光学系统50，由第一成像光学系统51和第二成像光学系统52、配置在第一成像光学系统51和第二成像光学系统52之间的光路中的微透镜阵列55和孔径阵列59等构成。所述微透镜阵列55为了使由DMD80反射的各光束个别通过，由与DMD80的各微反射镜81(参照图3)对应配置的多个微透镜55a构成。此外，孔径阵列59为了使通过所述各微透镜55a的各光束个别通过，具有与各微透镜55a对应配置的多个孔径59a。
在所述构成中，基于由DMD80的各微反射镜81反射的光的微反射镜81的像，由第一成像光学系统51放大到3倍，成像。这里，由各微反射镜81反射，通过第一成像光学系统51的与所述各微反射镜81对应的各光束La，由配置在基于第一成像光学系统51的成像位置附近的微透镜阵列55的各微透镜55a，个别聚光，个别聚光的光束通过孔径59a。通过微透镜阵列55和孔径59的光束由第二成像光学系统52进一步放大到1.67倍，成像在感光材料150的感光面151上。
这里，即使在由形成2维图案的像的各像素，即微反射镜81反射并通过各微透镜55a的光束La中存在所述各光学要素的像差等引起的变粗，通过孔径59a，能将该光束整形，使由感光面151上的点尺寸变为一定的大小。此外，使由各微反射镜81反射的光束La通过与各微反射镜81对应设置的孔径59a，可以防止各微反射镜(各像素)间的串扰，可以改善进行曝光时的各微反射镜引起的工作和非工作的消光比。
另外，将微反射镜倾斜所述所定角度，由该微反射镜反射的光向成像光学系统50传播的状态是微反射镜的工作状态，使微反射镜倾斜与所述所定角度不同的角度，使由该微反射镜反射的光从向着成像光学系统50的光路错开传播的状态是微反射镜的非工作状态，由所述工作状态的微反射镜反射的光在感光面151上成像，将感光材料150曝光。即各个微反射镜通过变更微反射镜的倾斜角度，将入射的光调制，而DMD，通过按照所定的控制信号变更各个微反射镜的倾斜角度，将入射的光进行空间光调制。
下面，参照图4～图12详细说明所述像侧远心的第一成像光学系统51。
图4是表示像侧远心的第一成像光学系统51的构成的图。另外，在DMD80和第一成像光学系统51之间，配置有将由反射镜75反射的光向DMD80全反射，并且将使由DMD80反射的光通过的组合两个三角棱镜的作为平行平面板的TIR棱镜(全反射棱镜)的棱镜76(参照图1或图2)。
第一成像光学系统51具有：从入射侧按顺序配置第一透镜51A、第二透镜51B、第三透镜51C、第四透镜51D的光瞳前侧透镜群FF；接着所述第四透镜51D按顺序配置第五透镜51F、第六透镜51G、第七透镜51H、第八透镜51I的光瞳后侧透镜群EE。入射光瞳位置51E位于所述光瞳前侧透镜群FF和光瞳后侧透镜群EE之间。
所述第四透镜51D和第五透镜51F是夹着所述入射光瞳位置51E相邻的两个光瞳相邻透镜，配置在感光材料150侧的第五透镜51F是第一光瞳相邻透镜，配置在与感光材料150侧相反侧的第四透镜51D是第二光瞳相邻透镜。
由DMD80中的处于工作状态的微反射镜反射，透过棱镜76的光入射到成像光学系统50中，该光按顺序通过光瞳前侧透镜群FF、入射光瞳位置51E、以及光瞳后侧透镜群EE，向像面ZZ传播。DMD80和像面ZZ存在1∶3(3倍)的成像关系，微透镜55配置在像面ZZ上。
此外，第二成像光学系统52，将由所述微透镜55聚光的光束在感光材料150上成像。
下面，关于第一成像光学系统51的具体的六个实施例和一个比较例，参照图4和图5说明MTF性能和表示所述圆锥成分的系数(以后称作圆锥系数)的绝对值的比δo和γo(以后，称作圆锥系数比δo和圆锥系数比γo)的关系。图5(a)表示将第一光瞳相邻透镜非球面化的实施例和比较例的规格和性能，图5(b)表示将第二光瞳相邻透镜非球面化的实施例和比较例的规格和性能。
这里，六个实施例和一个比较例都是4个光瞳前侧透镜群位于入射光瞳位置的入射侧，4个光瞳后侧透镜群位于入射光瞳位置的射出侧，所以在说明所述实施例和比较例时，共通使用图4和图4所示的符号进行说明。
另外，所述六个实施例和一个比较例都是将失真设计为所定值以下即1μm以下，后面描述具体的设计值。
此外，在以下的说明中，引用按如下决定的第一条件到第五条件，说明各实施例、比较例。
第一条件：将入射光瞳位置夹在其间而相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方透镜，使所述透镜的透镜面中的至少一方为非球面。
第二条件：两个光瞳相邻透镜使各透镜面中与入射光瞳位置侧相反侧的透镜面为非球面。
第三条件：两个光瞳相邻透镜使各透镜的两面为非球面。
第四条件：第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥系数的绝对值比第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥系数的绝对值大，或第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥系数的绝对值，比该第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥系数的绝对值小。
第五条件：第一光瞳相邻透镜的圆锥系数比δo为1≤δo≤70，或第二光瞳相邻透镜的圆锥系数比γo为1≤γo≤70。
<比较例1>
比较例1的成像透镜是只用球面透镜设计的光学系统，不满足所述第一条件到第五条件中的任意条件。如图5(a)和图5(b)所示，MTF(25)的值为2.0，MTF(50)的值为11.0，MTF性能低，不满足所定的MTF性能，性能判定由×表示。另外，MTF(25)的值表示25cycle/mm的MTF性能，MTF(50)的值表示50cycle/mm的MTF性能。
<实施例1>
实施例1的成像透镜是使第一光瞳相邻透镜即第四透镜51D的两面为非球面，圆锥系数比δo为0.90，满足所述第一条件到第三条件。如图5(a)所示，MTF(25)的值为11.7，MTF(50)的值为32.0，满足所定的MTF性能，性能判定由○表示。
<实施例2>
实施例2的成像透镜是使第一光瞳相邻透镜即第四透镜51D的两面为非球面，圆锥系数比δo为89.4，满足所述第一条件到第四条件。如图5(a)所示，MTF(25)的值为12.9，MTF(50)的值为31.0，满足所定的MTF性能，性能判定由○表示。
<实施例3>
实施例3的成像透镜是使第一光瞳相邻透镜即第四透镜51D的两面为非球面，圆锥系数比δo为70.0，满足所述第一条件到第五条件的全部。如图5(a)所示，MTF(25)的值为19.6，MTF(50)的值为37.8，大幅度超过所定的MTF性能，性能判定由◎表示。
<实施例4>
实施例4的成像透镜是使第一光瞳相邻透镜即第四透镜51D的两面为非球面，圆锥系数比δo为14.8，满足所述第一条件到第五条件的全部。如图5(a)所示，MTF(25)的值为39.4，MTF(50)的值为66.8，大幅度超过所定的MTF性能，性能判定由◎表示。向的微反射镜在横向配置为多列(例如756列)。如图22所示，通过倾斜配置DMD80，可以将由各微反射镜81反射的个别光束的副扫描方向的扫描轨迹(副扫描线)的间隔，设定为比不倾斜配置DMD80时的间隔P1(参照图22(A))小的间隔P2(参照图22(B))，通过该倾斜的设定，可以大幅度提高基于该曝光头166的曝光的分辨率。
此外，通过彼此不同的微反射镜81，感光材料150的所述副扫描线上的相同区域重叠曝光(多重曝光)，可以控制曝光位置的微小量，可以实现高精密的曝光。此外，可以使由主扫描方向上相邻排列的曝光头间的各光束曝光的二维图案的连接点不明显。
<DMD照射光学系统70>
所述DMD照射光学系统70如图2所示，由将从光源部件60的激光射出部61射出的多个光束全体变为平行光的视准透镜71；配置在通过该视准透镜71的光的光路上的微蝇眼透镜72；配置为与该微蝇眼透镜72相对的状态的其他微蝇眼透镜73；配置在该微蝇眼透镜73的射出侧即后面描述的反射镜75侧的物镜74；后面描述的棱镜76构成。
微蝇眼透镜72和73是纵横配置多个微小透镜单元而构成的，通过这些微小透镜单元的光通过反射镜75和棱镜76，以彼此重叠的状态入射到DMD80，所以照射DMD80的光的光量分布均匀化。
另外，反射镜75使通过物镜74的光反射，棱镜76是TIR棱镜(全反射棱镜)，使由反射镜75反射的光向DMD80全反射。通过所述事实，DMD照射光学系统70对DMD80照射强度大致均匀分布的光。
《投影曝光装置的动作的说明》
下面，说明所述投影曝光装置的动作。
投影曝光装置工作，各部变为工作状态。在该状态下，对激光合波光源40进行温度调节，但是GaN类半导体激光器LD1～LD7不点亮。
与2维图案对应的图像数据输入到连接在DMD80上的未图示的控制器中，存储在控制器内的帧存储器中。该图像数据是表示构成图像的各像素的浓度的数据。该数据例如，可以用2值(点的记录的有无)表示各像
<实施例5>
实施例5的成像透镜是使作为第二光瞳相邻透镜的第五透镜51F的两面为非球面，圆锥系数比γo为0.1，满足所述第一条件到第三条件。如图5(b)所示，MTF(25)的值为9.6，MTF(50)的值为31.3，满足所定的MTF性能，性能判定由○表示。
<实施例6>
实施例6的成像透镜是使作为第二光瞳相邻透镜的第五透镜51F的两面为非球面，圆锥系数比γo为9.6，满足所述第一条件到第五条件。如图5(b)所示，MTF(25)的值为21.4，MTF(50)的值为37.9，大幅度超过所定的MTF性能，性能判定由◎表示。
图6～图12表示所述比较例1、实施例1到实施例6的具体设计值。图6(a)是表示比较例1的设计值的图，图6(b)是表示比较例1的透镜构成和光路的图。图7(a)是表示实施例1的设计值的图，图7(b)是表示实施例1的透镜构成和光路的图。图8(a)是表示实施例2的设计值的图，图8(b)是表示实施例2的透镜构成和光路的图。图9(a)是表示实施例3的设计值的图，图9(b)是表示实施例3的透镜构成和光路的图。图10(a)是表示实施例4的设计值的图，图10(b)是表示实施例4的透镜构成和光路的图。图11(a)是表示实施例5的设计值的图，图11(b)是表示实施例5的透镜构成和光路的图。图12(a)是表示实施例6的设计值的图，图12(b)是表示实施例6的透镜构成和光路的图。
另外，在所述图6～图12的各图中，由OBJ到IMG为止的各设计值表示的光学元件按照从OBJ、1、…向着21、IMG的顺序，对应于棱镜76、第一透镜51A、第二透镜51B、第三透镜51C、第四透镜51D、第五透镜51F、第六透镜51G、第七透镜51H、第八透镜51I。此外，所述图6～图12中表示的ASP表示对应的透镜面是非球面，该非球面由非球面表达式：Z＝cY2/[1+SQRT{1-(1+K)c2Y2}]+AY4+BY6+CY8+DY10表示。这里，K是圆锥系数，c表示曲率(即c＝1/曲率半径)。
如上所述，通过使光瞳相邻透镜非球面化，不增加透镜个数，就可以抑制所述成像光学系统的失真，提高MTF性能。另外，使所述比较例1、实施例1～实施例6为在空间光调制元件DMD80的位置配置了曝光掩模80R的光学系统，也能取得与所述同样的效果。这时，曝光掩模不是透射型的曝光掩模，使用反射型的曝光掩模。
下面，就搭载了使用具有所述像侧远心的成像光学系统的成像光学系统50的曝光头166的投影曝光装置详细加以说明。
《投影曝光装置的全体构成的说明》
图13是表示本发明的投影曝光装置外观的立体图，图14是表示图13的投影曝光装置的曝光样子的立体图，图15(A)是表示形成在感光材料上的曝光完毕区域的平面图，图15(B)是表示各曝光头的曝光区的排列的图。
如图13所示，本发明的投影曝光装置由扫描仪162、支撑该扫描仪162的主体部构成。所述主体部具有在表面吸附感光材料150并保持的平板状的台架(stage)152，在设置台156上具有将该台架152支撑为能在副扫描方向移动的沿着所述副扫描方向延伸的两条导轨158。台架152由导轨158支撑为能在副扫描方向往复移动，配置为该台架152的纵向向着副扫描方向。另外，在该投影曝光装置中具有用于沿着导轨158驱动台架152的未图示的驱动部。
在设置台156的中央部设置有跨台架152的移动路线支撑所述扫描仪162的门型的扫描仪支撑部160。在扫描仪支撑部160，在夹着扫描仪支撑部160的副扫描方向的一方侧设置扫描仪162，在另一方侧设置检测感光材料150的顶端和后端的检测传感器164。扫描仪162和检测传感器164分别安装在扫描仪支撑部160上，配置在台架152的移动路线的上方。另外，扫描仪162和检测传感器164连接在控制它们的未图示的控制器上。
扫描仪162如图14和图15所示，具有排列为m行n列(例如3行5列)的近似矩阵状的向感光材料150照射曝光用的光的多个(例如14个)曝光头166。
在本实施例中，根据与感光材料150的宽度的关系，在第一行和第二行配置5个曝光头166，在第三行配置4个曝光头166。另外，当表示配置在第m行的第n列的各曝光头时，表示为曝光头166mn。
由曝光头166曝光的与各曝光头166mn对应的曝光区168mn如图15(B)所示，是以副扫描方向为短边的矩形，伴随着台架152的移动，在感光材料150上形成与各曝光头166mn对应的图15(A)所示的带状的曝光完毕区域170mn。
所述曝光头分别错开所定间隔配置在与所述副扫描方向正交的主扫描方向上，配置在第一行中的曝光区16811和曝光区16812之间的不能曝光的部分由配置在第二行中的曝光区16821和配置在第三行中的曝光区16831曝光，从而在所述主扫描方向上无间隙地形成带状的曝光完毕区域170。
所述曝光头166由所述光源部件60、DMD80、光学系统50、入射从光源部件60射出的曝光用的光，并且对DMD80照射的DMD照射光学系统70构成，将由DMD80进行过空间光调制的光向感光材料150上引导，将感光材料150曝光。
《构成曝光头166的各要素的说明》
下面，说明构成曝光头166的各要素。另外，关于已说明的成像光学系统50，在此省略说明。
<光源部件60>
光源部件60由多个(例如6个)激光合波光源40、连接在所述作为多个激光合波光源40的构成要素的多模光纤30上的多个光纤31的激光射出部61构成。
[激光合波光源40的说明]
图16是表示激光合波光源的构成的平面图，图17是表示激光合波光源的构成的侧视图，图18是表示激光合波光源的构成的主视图，图19是表示构成激光合波光源的光学要素的放大平面图。
激光合波光源40的构成
激光合波光源40具有多个半导体激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7、一条光纤30、使从所述多个半导体激光器LD1～LD7射出的光束构成的全体光束聚光并且入射到光纤30的芯部的，作为光束聚光部件的视准透镜11～17和一个聚光透镜20，在所述光纤30中将所述全体光束合波，合波的光束通过光纤30射出。
更具体而言，激光合波光源40，由排列固定在由铜等热传导率高的材料构成的加热块10上的一方向上的多个(例如7个)薄片状的横多模或单模的GaN类半导体激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7；与GaN类半导体激光器LD1～LD7分别对应设置的视准透镜11、12、13、14、15、16、17；将从视准透镜11～17射出的各光束的全体聚光到1点上的一个聚光透镜20；将由聚光透镜20聚光的所述全体光束入射并合波的一条多模光纤30构成。
另外，半导体激光器的个数并不限定为7个。例如，对于包层直径＝60μm、芯直径＝50μm、NA＝0.2的多模光纤能入射从20个半导体激光器射出的各光束。
GaN类半导体激光器LD1～LD7的振荡波长是通用的(例如405nm)，最大输出也是通用的(例如在多模激光器中，是100mW，在单多模激光器中，是30mW)。另外，作为GaN类半导体激光器LD1～LD7，在350nm～450nm的波长范围中，也可以使用具有所述405nm以外的振荡波长的激光器。
另外，如图16、图17和图18所示，该激光合波光源40在上方开口的箱状封装41内容纳所述光学要素。封装41具有将开口封闭而生成的封装盖49，在对箱状封装41进行脱气处理后，导入密封气体，通过用封装盖49关闭封装41的开口，将由封装41和封装盖49包围的封闭空间(密封空间)密封。
在封装41的底面上固定有基板42，在基板42的上表面安装有所述加热块10、保持聚光透镜20的聚光透镜支架45、保持多模光纤30的入射端部的光纤支架46。多模光纤30的射出端部从形成在封装41的壁面上的开口引出到封装外。
所述基板42通过将流体作为媒体的调温部件或珀耳帖元件等(省略图时)进行温度调节，在投影曝光装置的工作中，总保持一定的温度。
在加热块10的侧面安装有视准透镜支架44，保持着视准透镜11～17。此外，通过形成在封装41的壁面上的开口，将对GaN类半导体激光器LD1～LD7供给驱动电流的配线47引出到封装外。
另外，在图16和图17中，为了避免复杂化，在多个GaN类半导体激光器中只对GaN类半导体激光器LD1和LD7付与编号，在多个视准透镜中，只对视准透镜1和17付与编号。
图18是从正面观察所述视准透镜11～17的安装部分的图。视准透镜11～17分别是非球面透镜，形成为用平行于光轴的平面细长切取包含所述非球面透镜的光轴的区域的形状。该细长形状的视准透镜能由树脂成形或玻璃成形形成。视准透镜11～17密接配置在所述排列方向(图18的左右方向)，使纵向变为与GaN类半导体激光器LD1～LD7的发光点排列的方向(图18的左右方向)正交的方向。
作为GaN类半导体激光器LD1～LD7，使用具有发光宽度2μm的活性层，在平行于活性层的表面的方向的束散角为10，垂直于活性层的表面的方向的束散角为30的状态下，发出各激光束B1～B7的激光器。
这些GaN类半导体激光器LD1～LD7配置为活性层的表面与所述发光点排列为1列的方向平行。即从发光点发出的激光束B1～B7的束散角大的方向与所述细长形状的各视准透镜11～17的纵向一致，束散角小的方向与所述各视准透镜11～17的横向一致。
另外，各视准透镜11～17的纵向的宽度为4.6mm，横向的宽度为1.1mm，与它们对应入射的激光束B1～B7的椭圆状的光束直径的长直径为2.6mm，短直径为0.9mm。此外，视准透镜11～17分别为焦距f＝3mm，NA＝0.6，透镜配置间隔＝1.25mm。
聚光透镜20具有用平行于光轴的平面细长切取包含非球面透镜的光轴的区域的形状，配置为该聚光透镜20的纵向与视准透镜11～17排列的方向一致，聚光透镜20的横向与垂直于它的方向一致。
另外，该聚光透镜20的焦距f＝23mm，NA＝0.2。该聚光透镜20例如能通过树脂成形或玻璃成形形成。
激光合波光源40的动作
从构成所述激光合波光源40的GaN类半导体激光器LD1～LD7射出的激光束B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7分别通过对应的视准透镜11～17变为平行光。变为平行光的激光束B1～B7由聚光透镜20聚光，入射到多模光纤30的芯部30a的入射端面。
由聚光透镜20，按上述聚光的激光束B1～B7入射到该多模光纤30的芯部30a，合成为一条激光束B，在该多模光纤30内传播，从多模光纤30的射出端射出。从多模光纤30的射出端射出的所述合成的激光束B入射到连接在该多模光纤30上的后面描述的光纤31中。
例如，当激光束B1～B7对多模光纤30的结合效率为0.85，GaN类半导体激光器LD1～LD7的各输出为30Mw时，可以取得输出180mW(＝30mw×0.85×7)的合波激光束B，该输出传播到光纤31中。因此，合并了分别连接在各多模光纤30上的6条光纤31的后面描述的激光射出部61的输出约为1W(＝180mw×6)。
[激光射出部61]
参照图20和图21就激光射出部61加以说明。图20(A)是表示激光合波光源的多模光纤和激光射出部的光纤的连接状态的立体图，图20(B)是激光射出部的局部放大图，图20(C)和20(D)是表示激光射出部的光纤的排列的主视图，图21是表示激光合波光源的多模光纤和激光射出部的光纤的连接状态细节的剖视图。
如图20(A)～(D)所示，所述激光射出部61由光纤31、支撑板65、保护板63构成，按如下构成。
如图20(A)所示，在所述激光合波光源40的各多模光纤30的射出端分别连接有芯直径与多模光纤30的芯直径相同，包层直径比多模光纤30的包层直径小的光纤31的入射端。此外，所述各光纤31的射出端如图20(C)所示，构成排列为1列的射出端部68。另外，如图20(D)所示，射出端部68并不局限于排列为1列，也可以重叠两层，排列为叠层状。
光纤31的射出侧的部分如图20(B)所示，由表面平坦的两块支撑板65夹入固定着。此外，在光纤31的射出侧的端面配置用于保护该端面的由玻璃构成的透明的保护板63。保护板63密接光纤31的端面配置，或者可以配置为不密接。
所述光纤31和多模光纤30的连接如图21所示，在包层直径大的多模光纤30的端面中的小直径部分30c上，同轴结合包层直径小的光纤31的端面，该结合可以通过熔敷实施。
此外，也可以另外制作在长度短、包层直径大的光纤上使包层直径小的光纤熔敷的长方形光纤，将该长方形光纤通过金属包头或光连接器结合到多模光纤30射出端上。通过使用连接器可装卸地结合，当包层直径小的光纤破损时，顶端部分的更换变得容易，可以降低曝光头的维护所需的成本。
作为多模光纤30和光纤31，可以是阶梯折射率型光纤、渐变折射率型光纤、复合型光纤的任意一种。例如，能使用三菱电线工业株式会社制造的阶梯折射率型光纤。在本例子中，多模光纤30和光纤31是阶梯折射率型光纤。
另外，多模光纤30是包层直径＝125μm，芯直径＝50μm，NA＝0.2，入射端面涂层的透射率＝99.5％以上，光纤31是包层直径＝60μm，芯直径＝50μm，NA＝0.2。
<DMD80>
下面，说明DMD80。图22(A)和图22(B)是表示比较了不倾斜配置DMD时和倾斜配置DMD时对感光材料的曝光状态的不同的平面图。
曝光头16611～166mn，分别如所述说明完毕的图1、图2所示，作为按照所定的控制信号将入射的光束调制的空间光调制部件，具有数字微反射镜器件DMD80(参照图3)。该DMD80连接在具有数据处理部和反射镜驱动控制部的未图示的控制器上。在该控制器的数据处理部中，根据输入的图像数据，对各曝光头166，生成控制配置在DMD80上的各微反射镜81的驱动的控制信号。此外，在反射镜驱动控制部中，根据由数据处理部生成的控制信号，对各曝光头166控制DMD80的各微反射镜81的反射面的角度。
所述DMD80，在纵向微反射镜81使多个(例如1024)排列在行方素的浓度。
将感光材料150吸附在表面上的台架152通过未图示的驱动部，沿着导轨158将扫描仪支撑部160从上游侧向下游侧以一定速度移动。当台架152通过扫描仪支撑部160下时，如果通过安装在扫描仪支撑部160上的检测传感器164检测到感光材料150的顶端，则每次多行，依次读出存储在帧存储器中的图像数据，根据由数据处理部读出的图像数据，生成各曝光头166的控制信号。
然后，当对感光材料150的曝光准备就绪时，GaN类半导体激光器LD1～LD7被点亮，根据所述生成的控制信号，通过反射镜驱动控制部分别控制各曝光头166的DMD80的微反射镜81，将感光材料150曝光。
如果由各激光合波光源40产生，从激光射出部61射出的光束通过DMD照射光学系统70，照射到DMD80上，则DMD80的微反射镜81为工作状态时反射的光束通过成像光学系统50，成像在感光材料150的感光面151上。而DMD80的微反射镜81为非工作状态时，反射的光束不在感光面151上成像，所以感光材料150不曝光。
这样，从光源部件60射出的光束由各微反射镜81(各像素)开/关，与各曝光头166对应的感光材料150上的各曝光区168曝光(参照图14和图15)。此外，感光材料150与台架152一起在副扫描方向上移动，由各曝光头166形成在副扫描方向延伸的带状的曝光完毕区域170。
[关于的DMD80的部分使用]
另外，在本实施例中，如图23(A)和(B)所示，在DMD80中，在曝光时的主扫描方向，即行方向配置1024个(像素)的微反射镜在曝光时的副扫描方向，即列方向配置756列(像素列)，但是在本例子中，通过控制器进行控制，只驱动一部分的微反射镜的行(例如1024×300行)。
例如，如图23(A)所示，可以只控制配置在DMD80的列方向的中央部的微反射镜的矩阵区域80C，如图23(B)所示，也可以只控制配置在DMD80的端部的微反射镜的矩阵区域80T。此外，当在一部分微反射镜中发生缺陷时，可以使用不发生缺陷的微反射镜的矩阵区域，即按照状况变更使用的微反射镜中的区域。
即，在DMD80的数据处理速度上存在界限，与控制的微反射镜的数量(像素数)成比例决定一行的调制速度，所以通过只使用微反射镜中的一部分，能提高一行的调制速度。
如果基于连接在DMD80上的控制器内的帧存储器中存储的图像数据的曝光结束，则GaN类半导体激光器LD1～LD7熄灭，停止来自激光合波光源的光束的射出。然后，基于扫描仪162的感光材料150的副扫描结束，如果由检测传感器164检测到感光材料150的后端，则台架152通过未图示的驱动部，沿着导轨158使扫描仪支撑部160回到位于最上游侧的原点，再度沿着导轨158从扫描仪160的上游侧移动到下游侧，进行接着的曝光。
另外，在所述实施例中，并不局限于适用DMD80作为空间光变换部件，当代替DMD80，使用在玻璃上描绘2维图案的曝光掩模80R等时，也能与所述同样，减小将光的2维图案投影时的失真，提高MTF性能，并且可以提高从光源发出的光的利用效率。
此外，本发明的投影曝光装置不限定曝光时的光的波长，所以对于基于任意波长的光的曝光，都能对应，对空间光调制部件照射光的方式、光源等可以是任意的。

Claims (10)

1、一种投影曝光装置，具有对从光源发出的光进行空间光调制的空间光调制部件，和使由空间光调制部件进行了空间光调制的2维图案在感光材料上成像的像侧远心的成像光学系统，并将该2维图案投影到所述感光材料上，将该2维图案在所述感光材料上曝光，其特征在于：
将所述成像光学系统的入射光瞳位置夹在其间而相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方的透镜，使该透镜的透镜面中的至少一方为非球面。
2、一种投影曝光装置，具有将从光源发出的光进行调制的曝光掩模，和使由该曝光掩模调制过的光的2维图案在感光材料上成像的像侧远心的成像光学系统，并将该2维图案投影到所述感光材料上，将该2维图案在所述感光材料上曝光，其特征在于：
将所述成像光学系统的入射光瞳位置夹在其间而相邻的两个光瞳相邻透镜中的至少一方的透镜，使该透镜的透镜面中的至少一方为非球面。
3、根据权利要求1或2所述的投影曝光装置，其特征在于：
所述两个光瞳相邻透镜，使各透镜面中的与所述入射光瞳侧相反侧的透镜面为非球面。
4、根据权利要求1或2所述的投影曝光装置，其特征在于：
所述两个光瞳相邻透镜的各透镜面的两面为非球面。
5、根据权利要求4所述的投影曝光装置，其特征在于：
表示所述两个光瞳相邻透镜中的，配置在所述感光材料侧相反侧的第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值，比表示该第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值大。
6、根据权利要求4所述的投影曝光装置，其特征在于：
表示所述两个光瞳相邻透镜中的，配置在所述感光材料侧的第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值，比表示该第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的形状的圆锥成分的系数绝对值小。
7、根据权利要求5所述的投影曝光装置，其特征在于：
表示所述第一光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值δ1和表示所述第一光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值δ2的比δo＝δ1/δ2为1≤δo≤70。
8、根据权利要求6所述的投影曝光装置，其特征在于：
表示所述第二光瞳相邻透镜的射出侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值γ1和表示所述第二光瞳相邻透镜的入射侧透镜面的圆锥成分的系数绝对值的值γ2的比γo＝γ1/γ2为1≤γo≤70。
9、根据权利要求1～8中的任意一项所述的投影曝光装置，其特征在于：通过所述成像光学系统的光的波长为350nm或其以上，450nm或其以下。
10、根据权利要求2～8中的任意一项所述的投影曝光装置，其特征在于：所述空间光调制部件是DMD。
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