JP2003337427A

JP2003337427A - 露光装置

Info

Publication number: JP2003337427A
Application number: JP2002145026A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Kudo; 吉光工藤; Takeshi Fujii; 武藤井; Daisuke Nakatani; 大輔中谷
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-05-20
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】空間変調した露光ビームを用いて感光材料を露
光する露光装置において、２次元光検出器を用いること
なく、光量分布を短時間に求めることができ、さらに、
光量分布を求めるための処理回路の回路構成を簡略化す
る。【解決手段】露光装置１０における空間変調素子を、複
数のマイクロミラーを有するデジタル・マイクロミラー
・デバイス６２とし、このマイクロミラーを駆動するこ
とによって、隣接する複数のマイクロミラーからなる所
定の領域に投影されたマルチビームを、この領域に応じ
て定められた駆動周波数で、露光ＯＮの状態と露光ＯＦ
Ｆの状態との２つの状態に交互に一括して切り替える駆
動モードの制御を行う制御ユニット２０と、この駆動モ
ードの際、露光ＯＮの状態および露光ＯＦＦの状態のい
ずれか一方の状態の光の光量を検出し、光量検出信号を
生成する光量検出ユニット８０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に関し、
例えば、３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫外波長領域に感度
を有する感光材料を、高出力のレーザ光を用いて走査露
光する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
は、ガラス基板上に赤、青、緑の３原色でパターンが規
則正しく配列されたカラーフィルタを有する。このカラ
ーフィルタの製造、特にフォトリソグラフィ工程では、
主にプロキシミティ方式の露光装置が使用され、所定の
形状を成したマスクを通して紫外光線を一面に照射して
感光材料であるフォトレジストを露光する。また、プラ
ズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）の製造工程にお
いても、プロキシミティ方式の露光装置が使用され、マ
スクを通して紫外光線を一面に照射して感光材料である
フォトレジストを露光する。一方、プリント基板（ＰＣ
Ｂ）の製造では、フィルムマスクを用いて水銀ランプで
一括露光する。このようにマスクを用いて露光し、所望
のパターンニングを行う工程が種々の分野で用いられて
いる。

【０００３】一方、近年、半導体レーザから射出するレ
ーザ光を光ファイバに入射させ、この光ファイバを複数
本束ねてバンドル状にしたものを光源として用いること
で、数１００ｍＷのマルチビーム状のレーザ光を射出す
るとともに、このレーザ光をデジタル・マイクロミラー
・デバイス（ＤＭＤ）（ＴＩ社製）等の空間変調素子を
用いて変調し、この変調したレーザ光を用いて感光材料
を露光することで、感光材料を所望のパターンに形成す
るマスクレスのＰＣＢ露光装置が提案されている。これ
によると、従来必要としていたマスクを用いないため、
オンデマンド生産に適し、マスク露光に伴うランニング
コストもなくなるといった利点を備える。

【０００４】しかし、上記マスクレスのＰＣＢ露光装置
で用いられるレーザ光は数１００ｍＷであり、カラーの
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマ・ディスプレイ
・パネル（ＰＤＰ）のガラス基板のような極めて広い領
域に短時間の露光によって高精細なパターンを形成する
ことはできない。この場合、複数本の光ファイバを束ね
てバンドル状にした光源を複数個配置するとともに、こ
の配置に対応してレーザ光を変調するＤＭＤを複数個配
置することで、感光材料を同時に露光することができ、
高精細なパターンを短時間で形成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにレーザ光を
射出する光源とレーザ光を変調するＤＭＤとを複数個配
置することで、高精細なパターンを短時間で形成するこ
とができるが、その際、露光開始前に、配置したＤＭＤ
からの露光ＯＮの状態のレーザ光の光量分布や、各ＤＭ
Ｄからの露光ＯＮの状態のレーザ光の光量分布を検出し
て、レーザ光を均一に調整することが必要である。例え
ば、ＤＭＤのマイクロミラーすべてを露光ＯＮの状態と
し、ＤＭＤで反射したレーザ光をＣＣＤ（Charged Coup
led Device) 等の２次元光検出器を用いて、光量分布を
求めることができる。しかし、高精細なパターンを形成
するために、配置するＤＭＤの個数を増やすに従って、
配置する２次元光検出器を増やさなければならない。し
かも、光量分布を求めるための処理回路も煩雑化し、露
光装置のコストも増大するといった問題がある。

【０００６】一方、ＤＭＤのマイクロミラーを１つずつ
順番に露光ＯＮの状態に切り替えて光の光量をＰＤ（フ
ォトダイオード）等の光検出器で検出することによっ
て、光量分布を求めることができる。しかし、配置する
ＤＭＤの個数が増えるに従って、あるいは、ＤＭＤのマ
イクロミラーの数が増えるに従って、全体の光量分布を
求めるのに時間がかかり、露光開始前に短時間に行うこ
とはできない。

【０００７】そこで、本発明は、上記従来技術の問題点
を解消するために、ＤＭＤのマイクロミラー等のような
空間的に区画化されたセル単位で、２つの状態に交互に
切り替えることによって空間変調した露光ビームを生成
し、この露光ビームを用いて感光材料を露光する、空間
変調素子を利用した露光装置において、２次元光検出器
を用いることなく、光量分布を短時間に求めることがで
き、しかも、光量分布を求めるための処理回路の回路構
成も簡略化することのできる露光装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、光を
射出する光射出手段と、投影面を有し、この投影面に沿
って区画化された分割セル単位で、この投影面に投影さ
れた前記光射出手段からの光を、第１の状態と第２の状
態との２つの状態に交互に切り替える空間変調素子を備
え、前記空間変調素子で変調され第１の状態にある光
を、前記光の波長領域に感度を有する感光材料に露光ビ
ームとして照射する露光手段と、前記空間変調素子を駆
動することによって、前記空間変調素子における前記分
割セルの内、隣接する複数の分割セルからなる所定の領
域に対応した前記投影面の部分に投影された光を、前記
所定の領域に応じて定められた駆動周波数で、前記２つ
の状態に交互に一括して切り替える駆動モードの制御を
行う制御手段と、前記駆動モードの際、第１の状態およ
び第２の状態の一方の状態にある光の光量を検出する光
量検出手段と、を有することを特徴とする露光装置を提
供する。

【０００９】ここで、前記制御手段は、前記駆動モード
における前記所定の領域を複数設定するとともに、設定
された複数の領域に対して互いに異なる駆動周波数を設
定するのが好ましい。また、前記光量検出手段は、生成
した光量検出信号を前記駆動周波数に応じてフィルタリ
ングする周波数フィルタを有するのが好ましい。

【００１０】また、前記露光手段は、前記空間変調素子
を複数有し、前記制御手段は、複数の空間変調素子のそ
れぞれに対して、前記駆動モードにおける前記所定の領
域を少なくとも１つ以上設定し、設定された領域に対し
て互いに異なる駆動周波数を設定するのが好ましい。そ
の際、前記光量検出手段は、複数の空間変調素子で生成
された第１の状態の露光ビームを１つの受光面で受光す
るのが好ましい。

【００１１】前記空間変調素子は、例えば、前記投影面
が反射面である反射型空間変調素子である。なお、前記
光量検出手段は、前記反射型空間変調素子の反射面で反
射された第２の状態にある反射光の方向に、光量を検出
する受光面を設けて構成されたものであってもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の露光装置の一例である露
光装置を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、以
下に詳細に説明する。図１は、本発明の露光装置の一例
の露光装置１０の概略の構成を示す概略斜視図である。

【００１３】露光装置１０は、基台１２と、この基台１
２上に設けられた図中ｘ方向に移動し、プリント基板
（ＰＣＢ）、カラーの液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプ
ラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）のガラス基板
等の基板の表面に感光材料を形成したものを載置固定し
て移動する移動ステージ１４と、紫外波長領域を含む、
一方向に延在したマルチビームをレーザ光として射出す
る光源ユニット１６と、このマルチビームを、所望の画
像データに基づきマルチビームの位置に応じて空間変調
し、マルチビームの波長領域に感度を有する感光材料
に、この変調されたマルチビームを露光ビームとして照
射する露光ヘッドユニット１８と、移動ステージ１４の
移動に伴って露光ヘッドユニット１８に供給する変調信
号を画像データから生成する制御ユニット２０とを主に
有して構成される。そして、露光ヘッドユニット１８に
対して移動ステージ１４に載置され、表面に感光材料の
形成された基板を移動しながら、露光装置１０は感光材
料を走査露光する。

【００１４】ここで、光源ユニット１６は本発明におけ
る光射出手段に、露光ヘッドユニット１８は本発明にお
ける露光手段にそれぞれ対応する。移動ステージ１４の
上方には、基板の表面に形成された感光材料を露光する
ように露光ヘッドユニット１８が、また、一対の位置検
出センサ２４が、門型フレーム２２の両面にそれぞれ取
り付けられている。位置検出センサ２４は、移動ステー
ジ１４の通過を検知して検出信号を制御ユニット２０に
供給する。移動ステージ１４は、図示されないリニアモ
ータによって、例えば、１０００ｍｍの移動量を４０ｍ
ｍ／秒といった比較的低速の一定速度で移動する部分で
ある。

【００１５】図２は、光源ユニット１６の概略の斜視
図、図３（Ａ）および（Ｂ）は、光源ユニット１６内の
合波モジュール３０の概略の構成を示す構成図である。
光源ユニット１６は、複数の半導体レーザチップから射
出されたレーザ光を合波して光ファイバ２８に入力する
合波モジュール３０を複数個有するユニットである。各
合波モジュール３０から延びる光ファイバ２８は、合波
したレーザ光を伝搬する合波光ファイバであって、複数
の光ファイバ２８が１つに束ねられてバンドル状光ファ
イバ３２が形成される。このようなバンドル状光ファイ
バ３２が複数本、露光ヘッドユニット１８に接続され
る。

【００１６】光源ユニット１６は、例えば、特願２００
１−２７３８７０号及び特願２００１−２７３８７１号
に記載されているレーザ光源を用いることができる。図
３（Ａ）に示すように、合波モジュール３０は、７つの
半導体レーザチップ３４から射出されるレーザ光を１本
の光ファイバ２８に合波するモジュールであって、各合
波モジュール３０は、図３（Ａ）および（Ｂ）に示され
るように、（例えば、銅からなる）ヒートシンクブロッ
ク３６上に配列固定された複数個（例えば、７個）の横
マルチモード型の窒化ガリウム系の半導体レーザチップ
３４と、半導体レーザチップ３４の各々の発光点に対向
して設けられたコリメータレンズ３８と、集光レンズ４
０とを有して構成され、１本の光ファイバ２８に光結合
されている。

【００１７】ヒートシンクブロック３６、半導体レーザ
チップ３４、コリメータレンズ３８、および集光レンズ
４０は、上方が開口した箱上のパッケージ４２内に収容
され、パッケージ４２の開口がパッケージ蓋４４によっ
て閉じられることにより、パッケージ４２およびパッケ
ージ蓋４４が構成する閉空間内に密閉保持される。

【００１８】パッケージ４２の底面にはベース板４６が
固定され、このベース板４６の上面に前記ヒートシンク
ブロック３６が取り付けられ、このヒートシンクブロッ
ク３６にコリメータレンズ３８を保持するコリメータレ
ンズホルダ４８が固定されている。さらに、ベース板４
６の上面には、集光レンズ４０を保持する集光レンズホ
ルダ５０と、光ファイバ２８の入射端部を保持する光フ
ァイバホルダ５２が固定されている。また窒化ガリウム
系の半導体レーザチップ３４に駆動電流を供給する配線
類５４が、パッケージ４２の横壁面に形成された図示し
ない孔を介して引き出されており、この孔は機密封止材
料で封止されている。

【００１９】コリメータレンズ３８は、半導体レーザチ
ップ３４の発光点の並び方向の開口径がこの並び方向に
垂直な方向（図３（Ｂ）の上下方向）の開口径よりも小
さく（すなわち、細長い形状で）形成されて、上記発光
点の並び方向に密接配置されている。窒化ガリウム系の
半導体レーザチップ３４としては、例えば、発光幅が２
μｍで、活性層と平行な方向、垂直な方向の拡がり角が
それぞれ１０°、３０°の状態で各々レーザ光を発する
ものが用いられる。これらの窒化ガリウム系の半導体レ
ーザチップ３４は、活性層と平行な方向に発光点が１列
に並ぶように配設されている。

【００２０】したがって、各発光点から発せられたレー
ザ光は、上述のように細長い形状とされた各コリメータ
レンズ３８に対して、拡がり角最大の方向が開口径大の
方向と一致し、拡がり角最小の方向が開口径小の方向と
一致する状態で入射することになる。つまり、細長い形
状とされた各コリメータレンズ３８は、入射するレーザ
光の楕円径の断面形状に対応して、非有効成分を極力少
なくして使用されることになる。

【００２１】例えば、本実施の形態では、コリメータレ
ンズ３８の水平方向および垂直方向の開口径１．１ｍ
ｍ、４．６ｍｍ、焦点距離３ｍｍ、ＮＡ０．６、コリメ
ータレンズ３８に入射するレーザ光の水平方向および垂
直方向のビーム径０．９ｍｍ、２．６ｍｍが使用でき
る。また、コリメータレンズ３８はピッチ１．２５ｍｍ
で配置される。

【００２２】集光レンズ４０は、非球面円形レンズの光
軸を含む領域を細長く切り取って、コリメータレンズ３
８の並び方向すなわち水平方向に長く、それと直角な方
向に短い形状とされている。集光レンズ４０は、例え
ば、焦点距離１２．５ｍｍ、ＮＡ０．３であるものが使
用できる。この集光レンズ４０も、例えば、樹脂あるい
は光学ガラスをモールド成形することによって形成され
る。

【００２３】他方、光ファイバ２８は、例えば、三菱電
線製のグレーデッドインデックス型を基本としたコア中
心部がグレーデットインデックス型で外周部がステップ
インデックス型であるコア径２５μｍ、ＮＡ０．３、端
面コートの透過率９９．５％以上の光ファイバが使用で
きる。すなわちコア径×ＮＡの値は７．５μｍとなる。

【００２４】レーザ光の光ファイバ２８への結合効率が
０．９、窒化ガリウム系の半導体レーザチップ３４の出
力１００ｍＷ、半導体レーザチップ３４の個数７の場
合、出力６３０ｍＷ（＝１００ｍＷ×０．９×７）の合
波レーザ光が得られることになる。

【００２５】窒化ガリウム系の半導体レーザチップ３４
で射出されるレーザ光は、発振波長が４０５±１０ｎｍ
であり、最大出力は１００ｍＷである。これらの窒化ガ
リウム系半導体レーザチップ３４から発散光状態で射出
したレーザ光は、各々対抗するコリメータレンズ３８に
よって平行光化される。平行光とされたレーザ光は、集
光レンズ４０によって集光され、光ファイバ２８のコア
の入射端面上で収束する。

【００２６】コリメータレンズ３８および集光レンズ４
０によって集光光学系が構成され、それと光ファイバ２
８とによって合波光学系が構成されている。すなわち、
集光レンズ４０によって上述のように集光されたレーザ
光が光ファイバ２８のコアに入射して、１本のレーザ光
に合波され、さらに光ファイバ２８を伝播し、光ファイ
バ２８の端から射出する。なお光ファイバ２８として
は、例えば、ステップインデックス型のものや微小コア
で高いＮＡのものを使用する場合は、グレードインデッ
クス型のもの及びその複合型のファイバが適用可能であ
る。

【００２７】なお、各々の半導体レーザチップ３４に対
応する各コリメータレンズ３８の代替として、半導体レ
ーザチップ３４の個数に対応する個数のレンズ要素を有
するコリメータレンズアレイが使用されてもよい。個別
のコリメータレンズを使用する場合もそれらを互いに密
接配置して、半導体レーザチップ３４の配置ピッチを小
さくし、空間利用効率を高めることができるが、コリメ
ータレンズアレイを用いることにより、その効果をより
一層高めることが可能である。また、そのようにして空
間利用効率が高められると、合波本数を増やすことがで
き、更に半導体レーザチップ３４、集光光学系および光
ファイバ２８の組立位置精度に比較的余裕を持たせるこ
とができるという効果も得られる。

【００２８】なお、上記実施例では、１つの半導体レー
ザチップから１つのレーザ光を射出するものを用いた
が、複数の発光点を有する窒化ガリウム系の半導体レー
ザチップを用いてもよい。１つの発光点の出力が０．１
Ｗ、発光点数が５点であれば、半導体レーザチップ各々
の出力は０．５Ｗ（＝０．１Ｗ×５個）であり、光源ユ
ニットとして３４個の半導体レーザチップにより構成さ
れていれば、１７Ｗ（＝０．５Ｗ×３４個）の高出力の
マルチビームを出射することができる。この１７Ｗのマ
ルチビームを３つ並べることで、略５０Ｗ（１７Ｗ×３
素子）級の高出力のマルチビームを得ることができる。

【００２９】こうして合波された光ファイバ２８は、複
数本が束ねられてバンドル状光ファイバ３２として露光
ヘッドユニット１８に供給される。露光ヘッドユニット
１８は、複数の露光ヘッド５６を、移動ステージ１４の
移動方向ｘ方向と直交する幅方向に並列して複数個配列
し、複数の露光ヘッド５６から露光ビームを感光材料向
けて照射して露光を行うユニットである。上述したよう
に、半導体レーザチップ３４を合波し、合波したレーザ
光を伝播する光ファイバをバンドル状に束ね、このバン
ドル状の光ファイバを複数本用いるので、露光ヘッドユ
ニット１８に伝播されるマルチビームは２０〜５０Ｗの
高出力のものとすることができる。

【００３０】図４（Ａ）は、１つの露光ヘッド５６の構
成の一例を示している。露光ヘッド５６は、パッケージ
５８内に、バンドル状光ファイバ３２を伝搬したレーザ
光を射出してマルチビームを形成するとともにこのマル
チビームを反射し、空間変調素子であるＤＭＤ６２の入
射光とする反射ミラー６０と、入射したマルチビームを
制御ユニット２０から供給された変調信号に応じてマイ
クロミラーを傾斜させて、変調したマルチビームを生成
するＤＭＤ６２と、変調されたマルチビームを集束させ
る光学系６４，６６と、この集束位置に配置した、マル
チビームのそれぞれに対応したマイクロレンズアレイ６
８と、マイクロレンズアレイ６８を通過したマルチビー
ムを絞るアパーチャアレイ７０と、このアパーチャアレ
イ７０を感光材料上で集束させる光学系７２，７４とを
有し、露光ヘッド５６の射出口７６から射出したレーザ
光は露光ビームとして射出口７６直下に位置する感光材
料を露光する。

【００３１】ＤＭＤ６２は、周知のように、ＳＲＡＭセ
ル（メモリセル）上に、マイクロミラーが支柱により支
持されて配置されたものであり、多数の（数１０万個か
ら数１００万個）のマイクロミラーであるピクセルをア
レイ状に配列して構成されたミラーデバイスである。す
なわち、投影面に投影されたマルチビームを、投影面に
沿って区画化されたピクセル単位で露光ＯＮの状態と露
光ＯＦＦの状態とを交互に切り替えて変調する空間変調
素子である。各ピクセルには、表層部に支柱に支えられ
たマイクロミラーが設けられており、マイクロミラーの
表面にはアルミニウムが蒸着されて反射面を形成してい
る。また、マイクロミラーの直下には、ヒンジ及びヨー
クを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ライン
で製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル
が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構
成されている。

【００３２】ＤＭＤ６２のＳＲＡＭセルにデジタルの変
調信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミ
ラーが、対角線を中心としてＤＭＤが配置された基板側
に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾斜する。
例えば、マイクロミラーがＯＮの状態では、マイクロミ
ラーは＋α度に傾いた状態となり、マイクロミラーがＯ
ＦＦの状態では、マイクロミラーが−α度に傾いた状態
となる。従って、画像データに応じて、ＤＭＤ６２の各
ピクセルにおけるマイクロミラーの傾きを制御すること
によって、ＤＭＤ６２に入射されたマルチビームはそれ
ぞれのマイクロミラーの傾き方向へ反射される。そし
て、ＯＮの状態にあるマイクロミラーでは、露光ＯＮの
状態の光となり、図４（Ａ）に示す光路を通って、露光
ビームとして用いられる。一方、ＯＦＦの状態にあるマ
イクロミラーでは、露光ＯＦＦの状態の光となり、図４
（Ａ）に示すｙ方向に反射され、露光ビームとして用い
られない。ＯＦＦの状態のマイクロミラーでｙ方向に反
射した光は、ｙ方向に配置された図示されない光吸収体
によって吸収される。

【００３３】このようにして露光ヘッド５６の射出口７
６から射出した露光ビームを用いて感光材料を露光する
が、図４（Ｂ）には、露光ヘッド５６におけるＤＭＤ６
２のマイクロミラーをすべてＯＮの状態としたときの露
光ビームによる露光スポットのパターンが示されてい
る。図４（Ｂ）に示すように、露光ビームのスポットが
互いに離間した、スポット径が例えば１５μｍとしたパ
ターン７８を形成することができる。このような露光ビ
ームを用い、ｘ方向に移動する移動ステージ１４に対し
て、規則的に２次元に並ぶマイクロミラーの配列方向
を、僅かに傾斜させることによって、図５に示すよう
に、露光ビームのスポットの配列方向を傾斜させること
ができ、走査露光の際のｘ方向と直交する幅方向の露光
ビームによる露光間隔を密にすることができる。この露
光間隔は、例えば、５μｍとすることができ、極めて高
精細な露光パターンを形成することができる。なお、図
５では一例として、露光ビームのスポットのパターンが
６個×４個のパターンを示している。

【００３４】本実施例では、マイクロミラーを傾斜させ
ることでマルチビームを露光ＯＮの状態および露光ＯＦ
Ｆの状態にするＤＭＤを空間変調素子として用いたが、
静電気力を用いて反射面を駆動することによって、マル
チビームを変調する空間変調素子を用いてもよい。例え
ば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タ
イプの空間変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modulato
r)であり、グレーティングを一方向に複数配列して構成
された、反射回折格子型のグレーティング・ライト・バ
ルブ素子（ＧＬＶ素子、シリコン・ライトマシーン社
製）が挙げられる。なお、ＧＬＶ素子の詳細については
米国特許第５３１１３６０号に記載されているので説明
は省略する。また、反射型の空間変調素子の他に、マル
チビームを変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光
シャッタ（ＦＬＣ）等の透過型の空間変調素子であって
もよい。しかし、紫外波長領域を含む高出力光のレーザ
光に対する耐久性が高く、従来にない数１０ワット級の
高出力レーザ光源をパルス駆動させて使用する場合に
も、安定して使用することができる点で反射型の空間変
調素子を用いるのが好ましい。

【００３５】露光ヘッドユニット１８に供給されるマル
チビームは、図３（Ａ）に示すように半導体レーザチッ
プ各々から射出したレーザ光を合波したものをバンドル
状に束ねたものであるが、本発明においては、半導体レ
ーザ素子を２次元的に並べたものや、１つの半導体レー
ザ素子から出力されるレーザ光を光ファイバで伝搬させ
るとともに、この光ファイバを多数束ねたものを光源と
して用いマルチビームを射出してもよい。

【００３６】制御ユニット２０は、ＤＭＤ６２を駆動す
ることによって、ＤＭＤ６２のマイクロミラーの各ピク
セル（分割セル）の内、隣接する複数のピクセルからな
る所定の領域に投影された光を、この領域に応じて定め
られた駆動周波数で、露光ＯＮの状態と露光ＯＦＦの状
態とを交互に一括して切り替える駆動モードの制御を行
うとともに、感光材料の露光を行う前に、後述する光量
検出ユニット８０で検出された光量を用いて、露光ヘッ
ドユニット１８の射出する露光ビームの光量分布を求
め、この光量分布から光量が均一となるように、変調信
号を調整するためのルックアップテーブルを作成する。
そして、このルックアップテーブルを用いて画像データ
に応じて生成された変調信号を調整する。例えば、変調
信号がパルス信号で構成されている場合、光量の低い部
分には、パルス幅が長くなるようにパルス信号を調整す
る。このような調整された変調信号は露光ヘッドユニッ
ト１８に供給され、ＤＭＤ６２の駆動が調整されて露光
ビームの光量が調整される。

【００３７】また、露光装置１０は、基台１２を挟み露
光ヘッドユニット１８と反対側の、露光ヘッドユニット
１８の射出口７６の対向する位置に、光量検出ユニット
８０が基台１２に固定して設けられる。露光ヘッドユニ
ット１８は複数の露光ヘッド５６をｘ方向と直交する幅
方向に並列して設け、この幅方向に延在するマルチビー
ムを露光ビームとして射出するので、この露光ビームの
延在方向に対応して光量検出ユニット８０が幅方向に延
在して設けられる。

【００３８】光量検出ユニット８０は、露光ヘッドユニ
ット１８の射出口７６の対向する方向に面し、露光ビー
ムの延在方向に延在するビーム入射面８２およびビーム
入射面８２の形状が変形し、ビーム入射面８２の延在方
向の幅が狭くなったビーム出射面８４を有する導光性シ
ート部材８６と、ビーム出射面８４に対向するように設
けられた光学系８８と、光学系８８の集束位置に受光面
を備える光量検出器９０と、光量検出器９０から出力さ
れた光量検出信号を増幅するアンプ９２と、増幅された
光量検出信号を制御ユニット２０からの指示に応じて複
数の周波数帯域を設定して光量検出信号を周波数帯域毎
に分解する周波数フィルタ９４と、さらに、ビーム入射
面８２の前面には、紫外波長領域を含む高強度の露光ビ
ームの光強度を減じるために設けられたＮＤフィルタ８
９と、を有する。そして、上述の駆動モードにおいて、
光量検出ユニット８０は、周波数帯域別に分解された光
量検出信号、すなわち信号成分は制御ユニット２０に送
られるように構成される。ここで、光量検出器９０は、
ＰＤ（フォトダイオード）またはフォトマルチプライヤ
等、受光面で受光した光の光量を検出する公知の光検出
センサが用いられる。

【００３９】導光性シート部材８６は、露光ヘッドユニ
ット１８から射出された露光ビームをビーム入射面８２
から入射すると、ビーム出射面８４からビーム出射面８
４の変形形状に応じた位置に変位して露光ビームを射出
する部材であって、図７（Ａ）および（Ｂ）に示す導光
性シート部材８６ａ、８６ｂが例として挙げられる。

【００４０】図７（Ａ）に示す導光性シート部材８６ａ
は、直線状のビーム入射面８２ａが厚さを一定とした状
態で凹凸を形成し、ビーム入射面８2 a の幅方向の幅が
狭くなったＷ字状のビーム出射面８４ａに変形される。
図７（Ｂ）に示す導光性シート部材８６ｂにおいても、
ビーム出射面８４ｂの幅方向の幅をビーム入射面８２ｂ
に比べて狭くなっている。このように導光性シート部材
８６は、露光ビームの形状を、光量検出器９０の受光面
の形状に合わせることができ、露光ビームの延在方向に
合わせて配列する光量検出器の数を減らすことができ
る。

【００４１】ここで、露光ＯＮの状態と露光ＯＦＦの状
態とを交互に切り替えるＤＭＤ６２の駆動モードを説明
する。この駆動モードでは、図８に示すように、制御ユ
ニット２０からの指示により、マイクロミラーをＯＮの
状態とＯＦＦの状態とに交互に一括して切り替える領域
（以降、この領域を駆動領域という）Ａ₁〜Ａ₅が設定
される。この駆動領域Ａ₁〜Ａ₅は、ＤＭＤ６２の隣接
する複数のマイクロミラー（ピクセル）によって形成さ
れる。また、ＯＮの状態とＯＦＦの状態とを交互に切り
替える駆動周波数は、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅に応じて異な
る駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅が設定される。一方、このよう
な設定の情報は周波数フィルタ９４に送られ、駆動周波
数Ｆ₁〜Ｆ₅を中心周波数とする所定の幅の周波数帯域
のバンドパスフィルタが設定される。このような設定
は、予め、オペレータにより指示入力することができ
る。

【００４２】この駆動モードでは、ＤＭＤ６２の駆動領
域Ａ₁〜Ａ₅において個別の駆動周波数でマルチビーム
を露光ＯＮの状態と露光ＯＦＦの状態とを交互に切り替
えるので、ＮＤフィルタ８９、導光性シート部材８６お
よび光学系８８を介して受光された露光ＯＮの状態のマ
ルチビームである露光ビームは、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅に
対応して駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅で変調されている。この
変調されている露光ビームは光量検出器９０の受光面で
受光され、光量検出器９０で光量検出信号が生成される
ので、光量検出信号は、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅の露光ビー
ムの光量に応じた振幅で、しかも駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅
の周波数で振動する信号となる。

【００４３】ここで、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅のサイズは、
Ｎピクセル×Ｍピクセルである（Ｎ、Ｍは自然数）。駆
動領域のサイズを大きくすると、露光ビームの光量分布
が粗くなる一方、小さくすると外乱光等の迷光の影響が
出て光量レベルの検出精度が落ちるこから、ＮおよびＭ
は、ＤＭＤ６２のピクセルの配列方向のピクセル数の１
／５０〜１／５であるのが好ましい。例えば、６００ピ
クセル×８００ピクセルのＤＭＤ６２の場合、駆動領域
Ａ₁〜Ａ₅のサイズは、１２ピクセル×１６ピクセル〜
１２０ピクセル×１６０ピクセルであるのが好ましい。

【００４４】また、ＤＭＤ６２における設定される駆動
領域の数は５個に制限されず、自由に設定さえる。例え
ば、要求される光量分布の精度によって、駆動領域の数
は設定される。この設定では、少なくともＤＭＤ６２の
中央部分の駆動領域が１つ設定される。また、感光する
ために必要な露光ビームの光量は露光する感光材料の種
類によって異なるため、この必要な露光ビームの光量を
考慮して適切な光量を感光材料に照射する必要がある。
従って、感光材料の種類によって、調整すべき光量の精
度も異なるため、上記駆動領域の数とこの駆動領域のサ
イズを、感光材料の種類に応じて調整するのが好まし
い。

【００４５】光量検出器９０で生成された光量検出信号
は、アンプ９２で増幅された後、駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅
を中心周波数とする周波数帯域が設定された周波数フィ
ルタ９４において、周波数帯域毎にフィルタリングされ
る。フィルタリングされた周波数帯域毎の信号成分は制
御ユニット２０に供給される。従って、制御ユニット２
０では、周波数帯域毎の信号成分から、駆動領域Ａ₁〜
Ａ₅がＯＮの状態となったときのマルチビーム（露光ビ
ーム）の光量の分布を求めることができる。このような
駆動モードの制御を制御ユニット２０は行う。

【００４６】なお、上述したように、露光ヘッドユニッ
ト１８は、複数の露光ヘッド５６をｘ方向と直交する幅
方向に並列して設けられて幅方向に延在するものであ
る。これに対応して、光量検出ユニット８０は、図９に
示すように、各露光ヘッド５６から射出され幅方向に配
列された複数の導光性シート部材８６を通過した露光ビ
ームを、反射ミラー９６、ハーフミラー９８を介して集
光し、１つの光量検出器９０の受光面に受光するように
構成される。

【００４７】なお、図９に示す光量検出ユニット８０の
構成の他に、図１０に示すように、露光ヘッドユニット
１８の各露光ヘッド５６から照射される露光ビームを、
各露光ヘッド５６に対応して設けられた光量検出器９０
で受光して光量検出信号を生成し、アンプ９２で増幅し
た後、増幅された光量検出信号を合成し、これを制御ユ
ニット２０から指示された周波数帯域毎にフィルタリン
グする周波数フィルタ２０に供給する構成としてもよ
い。この場合においても、制御ユニット２０からの指示
に従って、各露光ヘッド５６のＤＭＤ６２に複数の駆動
領域が設定され、設定された駆動領域における駆動周波
数が互いに異なるように設定される。さらに、周波数フ
ィルタ９４におけるフィルタリングの周波数帯域も駆動
周波数に基づいて設定される。従って、周波数帯域ごと
の信号成分によって、各駆動領域における露光ＯＮの状
態の露光ビームの光量を検出することができ、制御ユニ
ット２０において光量の分布を求めることができる。

【００４８】なお、移動ステージ１４に、あるいは、こ
の一部分に透明材料を用いることで、この透明材料を透
過した露光ビームの光量を光量検出ユニット８０に取り
込んで光量を検出してもよい。さらに、光量検出ユニッ
ト８０は、移動ステージ１４等の一定の反射率を備えた
表面で反射した露光ビームを取り込んで光量を測定する
ように、移動ステージ１４からみて露光ヘッドユニット
１８と同じ側に設けられた装置構成としてもよい。

【００４９】上記実施例は、露光ヘッドユニット１８を
固定し、感光材料の形成された基板を載置した移動ステ
ージ１４を移動させる方式であるが、この他に、感光材
料の形成された基板を載置するステージを固定する一
方、露光ヘッドユニット１８を移動させる方式であって
もよい。この場合、露光を行うために移動を開始する時
の露光ヘッドユニット１８のスタート位置近傍に、光量
検出ユニットを配置して光量の検出を行うのが好まし
い。

【００５０】さらに、図１１に示すように、図６に示す
光量検出ユニット８０を、露光ヘッドユニット１８の内
部に設け、ＤＭＤ６２から反射される露光ＯＦＦの状態
の反射光の光量を検出するものであってもよい。すなわ
ち、露光ＯＦＦの状態の反射光の光量を検出することに
よって、露光ＯＮの状態の露光ビームの光量、さらには
光量分布を求めることができる。なお、図１１では、反
射ミラー６０、光学系６４，６６等の露光ヘッド５６内
の構成部材を省略している。

【００５１】このような装置構成の場合、露光ＯＦＦの
状態の反射光の光量を検出することができるので、感光
材料を露光する最中に露光ＯＮの状態の露光ビームの光
量分布を求めることができる。この場合、供給される画
像データに基づいて、マイクロミラーをＯＮの状態とＯ
ＦＦの状態とを交互に切り替えて感光材料を露光する駆
動周波数に比べて高周波の駆動周波数、または低周波の
周波数を用いて光量検出のために変調するとよい。すな
わち、感光材料の露光のための駆動周波数と、光量検出
のための駆動周波数の２つを用いて、ＤＭＤ６２に投影
されるマルチビームを２重変調するとよい。

【００５２】さらに、図６に示す光量検出ユニット８０
と、図１１に示す光量検出ユニット８０とを組み合わせ
て設けることで、露光ビームの光量分布に極端な光量低
下領域が見つかった場合、この光量低下領域が、光源ユ
ニット１６からＤＭＤ６２に至る装置上流側の光路に由
来したものか、ＤＭＤ６２から射出口７６（図６参照）
に至る装置下流側の光路に由来したものかを判断するこ
とができる。例えば、ゴミや塵が部材に付着した場所ま
たは傷の発生した場所等を特定する際、上記装置上流側
あるいは上記装置下流側の一方の光路に原因があると限
定することができる。露光装置１０は、以上のように構
成される。

【００５３】次に、露光装置１０における上述の駆動モ
ードの作用を説明する。図６に示すように構成された露
光装置１０では、感光材料の露光開始前に、上述の駆動
モードにおいて、露光ヘッドユニット１８から照射され
る露光ビームの光量を検出して、光量分布が一定となる
ように調整される。

【００５４】すなわち、まず、制御ユニット２０におい
て、マイクロミラーの内、ＯＮの状態とＯＦＦの状態と
を交互に一括して切り替える駆動領域Ａ₁〜Ａ₅が設定
され、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅に応じて駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ
₅が定められ、露光ヘッドユニット１８に供給する変調
信号が生成される。ここで、駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅はお
互いに異なっている。駆動領域Ａ₁〜Ａ₅以外の領域の
マイクロミラーは上述の駆動モード中、投影されたマル
チビームが露光ＯＦＦの状態となるように、マイクロミ
ラーがＯＦＦの状態となる変調信号が生成される。ＤＭ
Ｄ６２では、制御ユニット２０から供給された変調信号
に従って、各駆動領域Ａ₁〜Ａ₅のマイクロミラーが、
ＯＮの状態とＯＦＦの状態とに交互に一括して切り替え
られる。その時の切り替えは、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅毎
に、駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅で行われる。

【００５５】一方、光源ユニット１６から高出力のマル
チビームが射出され、バンドル状光ファイバ３２から露
光ヘッドユニット１８の露光ヘッド５６に送られ、ＤＭ
Ｄ６２の各マイクロミラーに投影される。従って、駆動
領域Ａ₁〜Ａ₅のマイクロミラーがＯＮ状態となった時
の露光ＯＮ状態のマルチビームの反射光が露光ビームと
なって、射出口７６から射出される。

【００５６】光量検出ユニット８０では、ＮＤフィルタ
ー、導光性シート部材８６および光学系８８を透過した
露光ビームが光量検出器９０の受光面に受光され、光量
検出信号が生成される。この光量検出信号は、アンプ９
２で増幅された後、駆動周波数Ｆ₁〜Ｆ₅を中心周波数
とする周波数帯域が設定された周波数フィルタ９４にお
いて、周波数帯域毎にフィルタリングされる。フィルタ
リングされた周波数帯域毎の信号成分は制御ユニット２
０に供給される。

【００５７】ここで、光量検出器９０に受光する露光ビ
ームは、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅に対応して駆動周波数Ｆ₁
〜Ｆ₅で変調されているので、生成される光量検出信号
も、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅の露光ビームの光量に応じた振
幅で、しかも周波数Ｆ₁〜Ｆ ₅の周波数で振動する。従
って、周波数フィルタ９４においてフィルタリングされ
た周波数帯域毎の信号成分は、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅の光
量に応じた振幅を持った信号となる。

【００５８】この信号成分は制御ユニット２０に供給さ
れ、周波数帯域毎の信号成分から、駆動領域Ａ₁〜Ａ₅
によって露光ＯＮの状態の露光ビームの光量分布が求め
られる。この光量分布から露光ビームの光量が、駆動領
域Ａ₁〜Ａ₅において均一となるように、感光材料の露
光の際に露光ヘッドユニット１８に供給する変調信号を
調整するためのルックアップテーブルが作成される。作
成されたルックアップテーブルは、感光材料を露光する
際のルックアップテーブルとして用いられ、供給される
画像データに応じて生成された変調信号を調整する。

【００５９】このように、空間変調素子の投影面に沿っ
て区画化されたマイクロミラー等の分割セル単位で、マ
ルチビームを露光ＯＮの状態と露光ＯＦＦの状態とに交
互に切り替える際、隣接する複数の分割セル（ピクセ
ル）からなる領域に対して、この領域に応じて定められ
た駆動周波数で、ＯＮの状態とＯＦＦの状態とを交互に
一括して切り替て変調するので、すなわち、空間変調素
子で空間変調される光の情報を時間変調された信号に変
換するので、従来のように、ＣＣＤを用いた２次元光検
出器等を用いる必要がなく、ＰＤやフォトマルチプライ
ヤ等の受光面で受光した全光量を検出する（１次元の）
光検出器を用いることができる。しかも、短時間で光量
分布を求めることができる。さらに、２次元光検出器で
得られた（２次元情報を有する）撮像信号の場合、位置
情報を処理して光量分布を求めるための煩雑な処理回路
を必要とするのに対して、ＰＤやフォトマルチプライヤ
等の（１次元の）光量検出器を用いることができるの
で、周波数帯域毎の（１次元情報を有する）信号成分を
処理する処理回路を構成すればよく、回路構成を簡略化
することができる。

【００６０】なお、本発明の露光装置は、上記実施例に
限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、各種の改良および変更を行ってもよいのはも
ちろんである。

【００６１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、２次元光検出器を用いることなく、ＰＤやフォ
トマルチプライヤ等の受光面で受光した全光量を検出す
る（１次元の）光検出器を用いて、光量分布を求めるこ
とができる。しかも、２次元光検出器を用いた場合に必
要とする位置情報を求めるための処理回路も必要とせ
ず、装置構成が簡略化される。また、空間変調素子を反
射型空間変調素子とし、露光ＯＦＦの状態にある反射光
の光量を検出するように光検出器の受光面を設けること
で、感光材料の露光中に、露光ビームの光量分布を求め
ることもできる。また、露光ＯＮの状態の反射光（露光
ビーム）、および、露光ＯＦＦの状態の反射光の光量を
検出することにより、塵やゴミの付着場所や傷の発生場
所を限定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一例の概略の構成を示す
斜視図である。

【図２】図１に示す露光装置における光源ユニットの
概略の斜視図である。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は、図２に示す光源ユニ
ット内の合波モジュールの概略の構成を示す構成図であ
る。

【図４】（Ａ）は、露光ヘッドユニットにおける露光
ヘッドの構成の一例を示す構成図であり、（Ｂ）は、露
光ユニットから射出される露光ビームの露光スポットの
パターンの一例を示す図である。

【図５】図４（Ａ）から照射される露光ビームを用い
て走査露光する際の露光間隔を説明する図である。

【図６】本発明の露光装置の一例の概略の構成を示す
構成図である。

【図７】（Ａ）および（Ｂ）は、導光性シート部材を
示す斜視図である。

【図８】本発明における空間変調素子の駆動を説明す
る図である。

【図９】本発明の露光装置の他の例の概略の構成を示
す構成図である。

【図１０】本発明の露光装置の他の例の概略の構成を
示す構成図である。

【図１１】本発明の露光装置の他の例の概略の構成を
示す構成図である。

【符号の説明】

１０露光装置１２基台１４移動ステージ１６光源ユニット１８露光ヘッドユニット２０制御ユニット２２門型フレーム２４位置検出センサ２８光ファイバ３０合波モジュール３２バンドル状光ファイバ５６露光ヘッド６２デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）６８マイクロレンズアレイ７０アパーチャアレイ７８パターン８０光量検出ユニット８２ビーム入射面８４ビーム出射面８６導光性シート部材８８光学系８９ＮＤフィルタ９０光量検出器９４周波数フィルタ

フロントページの続き (72)発明者中谷大輔神奈川県足柄上郡開成町宮台798番地富士写真フイルム株式会社内Ｆターム(参考） 2H097 AA03 BB01 CA17 EA03 LA12 5F046 BA10 CA03 CB02 CB04 CB22 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を射出する光射出手段と、投影面を有し、この投影面に沿って区画化された分割セ
ル単位で、この投影面に投影された前記光射出手段から
の光を、第１の状態と第２の状態との２つの状態に交互
に切り替える空間変調素子を備え、前記空間変調素子で
変調され第１の状態にある光を、前記光の波長領域に感
度を有する感光材料に露光ビームとして照射する露光手
段と、前記空間変調素子を駆動することによって、前記空間変
調素子における前記分割セルの内、隣接する複数の分割
セルからなる所定の領域に対応した前記投影面の部分に
投影された光を、前記所定の領域に応じて定められた駆
動周波数で、前記２つの状態に交互に一括して切り替え
る駆動モードの制御を行う制御手段と、前記駆動モードの際、第１の状態および第２の状態の一
方の状態にある光の光量を検出する光量検出手段と、を
有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記駆動モードにおける
前記所定の領域を複数設定するとともに、設定された複
数の領域に対して互いに異なる駆動周波数を設定する請
求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記光量検出手段は、生成した光量検出信
号を前記駆動周波数に応じてフィルタリングする周波数
フィルタを有する請求項１または２に記載の露光装置。
【請求項４】前記露光手段は、前記空間変調素子を複数
有し、前記制御手段は、複数の空間変調素子のそれぞれに対し
て、前記駆動モードにおける前記所定の領域を少なくと
も１つ以上設定し、設定された領域に対して互いに異な
る駆動周波数を設定する請求項２または３に記載の露光
装置。
【請求項５】前記光量検出手段は、複数の空間変調素子
で生成された第１の状態の露光ビームを１つの受光面で
受光する請求項４に記載の露光装置。