JP2003345030A - Exposure device - Google Patents

Exposure device

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Publication number
JP2003345030A
JP2003345030A JP2002149887A JP2002149887A JP2003345030A JP 2003345030 A JP2003345030 A JP 2003345030A JP 2002149887 A JP2002149887 A JP 2002149887A JP 2002149887 A JP2002149887 A JP 2002149887A JP 2003345030 A JP2003345030 A JP 2003345030A
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JP
Japan
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light
exposure
laser
dmd
optical fiber
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Pending
Application number
JP2002149887A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Ishikawa
弘美 石川
Yoji Okazaki
洋二 岡崎
Kazuhiko Nagano
和彦 永野
Takeshi Fujii
武 藤井
Hiromitsu Yamakawa
博充 山川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujinon Corp
Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
Fuji Photo Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Photo Film Co Ltd, Fuji Photo Optical Co Ltd filed Critical Fuji Photo Film Co Ltd
Priority to JP2002149887A priority Critical patent/JP2003345030A/en
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exposure device capable of high-speed, unevenness-free exposure. <P>SOLUTION: On the light incidence side of the DMD (Digital Micromirror Device) 50 of an exposure head, a fiber array light source 66, a lens system 67 which corrects and converges the laser light emitted by the fiber array light source 66 on the DMD, and a mirror 69 which reflects the laser light transmitted through the lens system 67 toward the DMD 50 are arranged in this order. The lens system 67 includes a pair of combined lenses 73 (light quantity distribution correction system) which make corrections so that the light quantity distribution of collimated laser light becomes uniform. Hence the DMD 50 is illuminated with the laser light whose light quantity distribution is nearly uniform in a luminous flux cross section. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置に関し、
特に、画像データに応じて空間光変調素子により変調さ
れた光ビームで感光材料を露光する露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus,
In particular, it relates to an exposure device that exposes a photosensitive material with a light beam modulated by a spatial light modulator according to image data.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、デジタル・マイクロミラー・デバ
イス(DMD)等の空間光変調素子を利用して、画像デ
ータに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光
装置が種々提案されている。例えば、DMDは、制御信
号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラ
ーが、シリコン等の半導体基板上に2次元状に配列され
たミラーデバイスであり、このDMDを用いた露光装置
は、図15(A)に示すように、レーザ光を照射する光
源1、光源1から照射されたレーザ光をコリメートする
レンズ系2、レンズ系2の略焦点位置に配置されたDM
D3、DMD3で反射されたレーザ光を走査面5上に結
像するレンズ系4、6から構成されている。この露光装
置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によっ
て、DMD3のマイクロミラーの各々を図示しない制御
装置でオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調された
レーザ光で画像露光を行っている。
2. Description of the Related Art Heretofore, various exposure apparatuses have been proposed which use a spatial light modulator such as a digital micromirror device (DMD) to perform image exposure with a light beam modulated according to image data. . For example, a DMD is a mirror device in which a large number of micromirrors whose reflecting surface angles change according to a control signal are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate such as silicon. An exposure apparatus using this DMD is As shown in FIG. 15A, a light source 1 for irradiating laser light, a lens system 2 for collimating the laser light emitted from the light source 1, and a DM arranged at a substantially focal position of the lens system 2.
It is composed of lens systems 4 and 6 for focusing the laser light reflected by D3 and DMD3 on the scanning surface 5. In this exposure apparatus, a control signal generated according to image data or the like controls on / off of each of the micromirrors of the DMD 3 by a control device (not shown) to modulate laser light, and image exposure is performed with the modulated laser light. There is.

【0003】空間光変調素子を用いた露光装置では、所
定面積の領域を同時に露光する面露光、所定線分上を同
時に露光する線露光が行われるため、高速での露光が可
能であると共に、任意のパターンでの露光が可能であ
る。
In an exposure apparatus using a spatial light modulation element, surface exposure for simultaneously exposing a region of a predetermined area and line exposure for simultaneously exposing a predetermined line segment are performed, so that high-speed exposure is possible and Exposure in any pattern is possible.

【0004】上記の露光装置に使用される光源1は、例
えば、図29に示すように、単一の半導体レーザ7、単
一のマルチモード光ファイバ8、及び半導体レーザ7か
ら照射されたレーザ光をコリメートしてマルチモード光
ファイバ8の端面に結合させる1対のコリメートレンズ
9を備えた構成単位を複数個配置し、このマルチモード
光ファイバ8を複数本バンドル(束ねる)したバンドル
状のファイバ光源で構成されている。
The light source 1 used in the above-mentioned exposure apparatus is, for example, as shown in FIG. 29, a single semiconductor laser 7, a single multimode optical fiber 8 and laser light emitted from the semiconductor laser 7. A plurality of structural units each having a pair of collimating lenses 9 for collimating and coupling to the end face of the multimode optical fiber 8 are arranged, and a plurality of the multimode optical fibers 8 are bundled (bundled) It is composed of.

【0005】なお、通常、半導体レーザ7としては、出
力30mW(ミリワット)程度のレーザが使用され、マ
ルチモード光ファイバ8としては、コア径50μm、ク
ラッド径125μm、NA(開口数)0.2の光ファイ
バが使用されている。従って、約1W(ワット)の出力
を得ようとすれば、上記構成単位のマルチモード光ファ
イバ8を、8本×6本の合計48本、束ねなければなら
ず、発光点の径は約1mmとなる。
A laser having an output of about 30 mW (milliwatt) is usually used as the semiconductor laser 7, and a multimode optical fiber 8 having a core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 125 μm, and an NA (numerical aperture) of 0.2. Optical fiber is used. Therefore, in order to obtain an output of about 1 W (watt), it is necessary to bundle a total of 48 multi-mode optical fibers 8 of the above-mentioned constitutional unit of 8 × 6, and the diameter of the light emitting point is about 1 mm. Becomes

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
露光装置では、光源からその断面の光量分布が中央部か
ら周辺部に行くに従い低下するレーザ光が射出され、こ
の光量分布が不均一なレーザ光で空間光変調素子が照射
されるために、同時に露光される領域内で露光ムラが発
生するという問題がある。特に、高解像度で露光する場
合には、露光ムラの発生により画質が著しく損なわれ
る。また、周辺部で光量分布が低下するため、露光ヘッ
ドをマルチ化した際には、繋ぎ目部分が露光されない等
の問題がある。
However, in the above-described exposure apparatus, the light source emits laser light whose light amount distribution in the cross section decreases from the central portion to the peripheral portion, and the laser light has an uneven light amount distribution. Since the spatial light modulation element is irradiated with, there is a problem in that exposure unevenness occurs in the areas that are simultaneously exposed. In particular, when exposure is performed at high resolution, image quality is significantly impaired due to uneven exposure. Further, since the light amount distribution is reduced in the peripheral portion, there is a problem that the joint portion is not exposed when the exposure head is made multi.

【0007】一方、中央部の透過率が低く、周辺部の透
過率が高い光学フィルターを用いて光量分布を均一にす
ることができるが、この場合には、中央部において光量
をロスすることになる。
On the other hand, it is possible to make the light amount distribution uniform by using an optical filter having a low transmittance in the central portion and a high transmittance in the peripheral portion, but in this case, the light amount is lost in the central portion. Become.

【0008】本発明は、上記問題を解決すべく成された
ものであり、本発明の目的は、本発明の目的は、高速で
ムラの無い露光が可能な露光装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of high-speed and uniform exposure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の露光装置は、レーザ光を照射するレーザ装
置、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の
画素部が基板上に1次元又は2次元状に配列され、前記
レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変
調素子、及び該空間光変調素子の各画素部で変調された
レーザ光を露光面上に結像させる光学系を含む露光ヘッ
ドと、該露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる移
動手段と、を備えた露光装置であって、前記レーザ装置
と前記空間光変調素子との間に、前記レーザ装置からの
レーザ光を平行光にするコリメータレンズと、光軸に近
い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射
側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置
における光束幅を変化させ、前記コリメータレンズによ
り平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記空間変調
素子の被照射面において略均一になるように補正する光
量分布補正光学系と、が配置されたことを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, an exposure apparatus of the present invention comprises a laser device for irradiating a laser beam, and a large number of pixel portions whose light modulation state changes according to a control signal on a substrate. A spatial light modulator which is arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner and which modulates the laser light emitted from the laser device, and the laser light which is modulated by each pixel portion of the spatial light modulator is coupled onto the exposure surface. An exposure apparatus comprising: an exposure head including an optical system for forming an image; and a moving means for relatively moving the exposure head with respect to an exposure surface, wherein the exposure apparatus is provided between the laser device and the spatial light modulator. The collimator lens that makes the laser light from the laser device parallel light and the ratio of the light flux width of the peripheral portion to the light flux width of the central portion near the optical axis are smaller on the emission side than on the incident side. Change the luminous flux width at the exit position And a light quantity distribution correction optical system that corrects the light quantity distribution of the laser light collimated by the collimator lens so as to be substantially uniform on the illuminated surface of the spatial modulation element. To do.

【0010】本発明の露光装置では、露光ヘッドのレー
ザ装置から空間光変調素子に照射されたレーザ光は、各
々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部
が基板上に1次元又は2次元状に配列された空間光変調
素子の各画素部により変調される。各画素部で変調され
たレーザ光は光学系により露光面上に結像される。そし
て、この露光ヘッドを移動手段により露光面に対して相
対移動させることにより、所定の大きさの露光領域が露
光面上を移動し、露光面上が高速露光される。
In the exposure apparatus of the present invention, the laser light emitted from the laser device of the exposure head to the spatial light modulation element has a large number of pixel portions whose light modulation state changes in accordance with a control signal, one-dimensionally on the substrate. Alternatively, it is modulated by each pixel portion of the spatial light modulator arranged two-dimensionally. The laser light modulated in each pixel portion is imaged on the exposure surface by the optical system. Then, by moving this exposure head relative to the exposure surface by the moving means, the exposure area of a predetermined size moves on the exposure surface, and the exposure surface is exposed at high speed.

【0011】本発明の露光装置では、露光ヘッドのレー
ザ装置と空間光変調素子との間に、コリメータレンズと
光量分布補正光学系とを配置し、この光量分布補正光学
系により、例えば、入射側において同一の光束幅であっ
た光が、出射側においては中央部の光束幅が周辺部に比
べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅は中心部に比べ
て小さくなるように補正する。このように、中央部の光
束を周辺部へと生かすことができるので、全体として光
の利用効率を低下させずに、光量分布が略均一の光で空
間変調素子を照明することができる。これにより、被露
光面において露光ムラが発生せず、高画質な露光が可能
になる。
In the exposure apparatus of the present invention, a collimator lens and a light quantity distribution correction optical system are arranged between the laser device of the exposure head and the spatial light modulation element. The light beams having the same light flux width in (1) are corrected so that the light flux width in the central portion becomes larger than that in the peripheral portion on the emission side, and conversely, the light flux width in the peripheral portion becomes smaller than that in the central portion. In this way, since the light flux in the central portion can be utilized to the peripheral portion, it is possible to illuminate the spatial modulation element with light having a substantially uniform light amount distribution without lowering the light utilization efficiency as a whole. As a result, exposure unevenness does not occur on the surface to be exposed and high-quality exposure is possible.

【0012】上記の露光装置において、前記空間変調素
子が、その長手方向が露光ヘッドの移動方向と直交する
方向に対し所定角度傾くように配置されていることが好
ましい。空間変調素子の各画素部の間隔が狭くなり、高
精細な露光が可能となる。
In the above-mentioned exposure apparatus, it is preferable that the spatial modulator is arranged so that its longitudinal direction is inclined at a predetermined angle with respect to the direction orthogonal to the moving direction of the exposure head. The interval between the pixel portions of the spatial light modulator becomes narrower, and high-definition exposure becomes possible.

【0013】また、上記の露光装置は、露光ヘッドを複
数備えたマルチヘッドの露光装置とすることもできる。
上記の通り、所定面積の露光領域での露光ムラの発生が
防止されるので、マルチヘッド化した場合にも繋ぎ目に
未露光領域が発生することが無い。
Further, the above-mentioned exposure apparatus may be a multi-head exposure apparatus having a plurality of exposure heads.
As described above, the occurrence of exposure unevenness in the exposure area of a predetermined area is prevented, so that even in the case of using multiple heads, an unexposed area does not occur at the joint.

【0014】レーザ装置としては、光ファイバの入射端
から入射されたレーザ光をその出射端から出射するファ
イバ光源を備えたものを用いることができる。この光フ
ァイバとして、コア径が均一で出射端のクラッド径が入
射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いることが
好ましい。光源の発光部径を小さくでき、高輝度化を図
ることができる。
As the laser device, a device provided with a fiber light source for emitting the laser light incident from the incident end of the optical fiber from its emission end can be used. As this optical fiber, it is preferable to use an optical fiber having a uniform core diameter and a cladding diameter at the exit end smaller than the cladding diameter at the entrance end. The diameter of the light emitting portion of the light source can be reduced, and high brightness can be achieved.

【0015】上記のファイバ光源は、例えば、単一の半
導体レーザを1本の光ファイバの入射端に結合した構成
のファイバ光源でもよいが、複数のレーザ光を合波して
光ファイバの各々に入射させる合波レーザ光源とするの
が好適である。合波レーザ光源とすることで高出力を得
ることができる。また、複数のファイバ光源の光ファイ
バの出射端における発光点の各々をアレイ状に配列して
ファイバアレイ光源としたり、発光点の各々をバンドル
状に配列してファイババンドル光源とすることができる
が、このようにバンドル化又はアレイ化する場合にも、
同じ光出力を得るためにバンドル化又はアレイ化する光
ファイバの本数が少なくて済み、低コストである。更
に、光ファイバの本数が少ないので、バンドル化又はア
レイ化した際の発光領域が更に小さくなる。即ち、高輝
度化する。
The above-mentioned fiber light source may be, for example, a fiber light source having a structure in which a single semiconductor laser is coupled to the incident end of one optical fiber. However, a plurality of laser lights are combined to form an optical fiber. It is preferable to use a combined laser light source for incidence. High output can be obtained by using a combined laser light source. Also, it is possible to arrange each of the light emitting points at the emission ends of the optical fibers of the plurality of fiber light sources in an array to form a fiber array light source, or to arrange each of the light emitting points in a bundle to form a fiber bundle light source. , When bundled or arrayed in this way,
The number of optical fibers bundled or arrayed to obtain the same light output is small, and the cost is low. Furthermore, since the number of optical fibers is small, the light emitting area when bundled or arrayed is further reduced. That is, the brightness is increased.

【0016】合波レーザ光源は、例えば、(1)複数の
半導体レーザと、1本の光ファイバと、前記複数の半導
体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光
ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学
系と、を含む構成、(2)複数の発光点を備えたマルチ
キャビティレーザと、1本の光ファイバと、前記複数の
発光点の各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビ
ームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系
と、を含む構成、又は(3)複数のマルチキャビティレ
ーザと、1本の光ファイバと、前記複数のマルチキャビ
ティレーザの前記複数の発光点の各々から出射されたレ
ーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端
に結合させる集光光学系と、を含む構成、とすることが
できる。
The combined laser light source, for example, (1) condenses laser light emitted from each of the plurality of semiconductor lasers, one optical fiber, and each of the plurality of semiconductor lasers, and produces a condensed beam. A configuration including a condensing optical system coupled to an incident end of an optical fiber, (2) a multi-cavity laser having a plurality of light emitting points, one optical fiber, and light emitted from each of the plurality of light emitting points. And a condensing optical system for condensing the condensed laser beam and coupling the condensed beam to the incident end of the optical fiber, or (3) a plurality of multi-cavity lasers, one optical fiber, and A condensing optical system that condenses laser light emitted from each of the plurality of light emitting points of the plurality of multi-cavity lasers and couples the condensing beam to an incident end of the optical fiber. You can

【0017】光ファイバの出射端のクラッド径は、発光
点の径を小さくする観点から125μmより小さい方が
好ましく、80μm以下がより好ましく、60μm以下
が特に好ましい。コア径が均一で出射端のクラッド径が
入射端のクラッド径より小さい光ファイバは、例えば、
コア径が同じでクラッド径が異なる複数の光ファイバを
結合して構成することができる。また、複数の光ファイ
バをコネクタで着脱可能に接続して構成することによ
り、光源モジュールが部分的に破損した場合等に、交換
が容易になる。
The cladding diameter at the exit end of the optical fiber is preferably smaller than 125 μm, more preferably 80 μm or less, and particularly preferably 60 μm or less, from the viewpoint of reducing the diameter of the light emitting point. An optical fiber with a uniform core diameter and a cladding diameter at the exit end smaller than the cladding diameter at the entrance end is, for example,
It can be configured by coupling a plurality of optical fibers having the same core diameter but different clad diameters. Further, by configuring the plurality of optical fibers to be detachably connected with the connector, replacement becomes easy when the light source module is partially damaged.

【0018】空間変調素子としては、各々制御信号に応
じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが
基板(例えば、シリコン基板)上に2次元状に配列され
て構成された、マイクロミラーデバイス(DMD;デジ
タル・マイクロミラー・デバイス)を用いることができ
る。また、空間変調素子を、リボン状の反射面を備え且
つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の
反射面を備えた固定格子と、を交互に多数個並列配置し
て構成した1次元のグレーティングライトバルブ(GL
V)で構成してもよい。更に、空間変調素子をGLVが
アレイ状に配列された2次元のライトバルブアレイで構
成することもできる。また、各々制御信号に応じて透過
光を遮断することが可能な多数の液晶セルが基板上に2
次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを
用いてもよい。
As the spatial modulation element, a large number of micromirrors whose reflection surface angles can be changed according to control signals are two-dimensionally arranged on a substrate (for example, a silicon substrate). A device (DMD; Digital Micromirror Device) can be used. Further, the spatial modulation element is configured by arranging a plurality of movable gratings having a ribbon-shaped reflecting surface and movable according to a control signal and fixed gratings having a ribbon-shaped reflecting surface alternately in parallel. One-dimensional grating light valve (GL
V). Further, the spatial modulation element can be configured by a two-dimensional light valve array in which GLVs are arrayed. In addition, a large number of liquid crystal cells capable of blocking transmitted light according to control signals are provided on the substrate.
A liquid crystal shutter array arranged in a dimension may be used.

【0019】これら空間変調素子の出射側には、空間変
調素子の各画素部に対応して設けられ且つ各画素毎にレ
ーザ光を集光するマイクロレンズを備えたマイクロレン
ズアレイを配置するのが好ましい。マイクロレンズアレ
イを配置した場合には、空間変調素子の各画素部で変調
されたレーザ光は、マイクロレンズアレイの各マイクロ
レンズにより各画素に対応して集光されるので、被露光
面における露光エリアが拡大された場合でも、各ビーム
スポットのサイズを縮小することができ、高精細な露光
を行うことができる。
On the emission side of these spatial modulators, a microlens array provided corresponding to each pixel portion of the spatial modulator and having a microlens for condensing laser light for each pixel is arranged. preferable. When the microlens array is arranged, the laser light modulated by each pixel portion of the spatial modulation element is condensed by each microlens of the microlens array corresponding to each pixel, so that the exposure on the surface to be exposed is performed. Even if the area is enlarged, the size of each beam spot can be reduced, and high-definition exposure can be performed.

【0020】また、本発明の露光装置では、空間光変調
素子について、その基板上に配列された画素部の全個数
より少ない個数の複数の画素部の各々を、露光情報に応
じて生成した制御信号によって制御すること、即ち、基
板に配列された画素部の全部を制御することなく、一部
の画素部を制御することにより、制御信号の転送速度が
全画素部の制御信号を転送する場合より短くなって、レ
ーザ光の変調速度を速くすることができる。これによ
り、更に高速での露光が可能になる。
Further, in the exposure apparatus of the present invention, in the spatial light modulator, a control is performed in which each of a plurality of pixel units of which the number is smaller than the total number of pixel units arranged on the substrate is generated according to the exposure information. In the case where the control signal is transferred at a control signal transfer rate by controlling by a signal, that is, by controlling a part of the pixel parts without controlling all of the pixel parts arranged on the substrate. It becomes shorter, and the modulation speed of the laser light can be increased. This allows exposure at a higher speed.

【0021】なお、従来、紫外領域のレーザ光で感光材
料を露光する露光装置(紫外露光装置)には、アルゴン
レーザ等のガスレーザ、THG(第3高調波)による固
体レーザが使用されるのが一般的あったが、装置が大型
でメンテナンスが面倒であり、露光速度が遅いという問
題があった。本発明の露光装置は、レーザ装置に波長3
50〜450nmのGaN(窒化ガリウム)系半導体レ
ーザを用いることにより紫外露光装置とすることができ
る。この紫外露光装置によれば、従来の紫外露光装置に
比べて、装置の小型化、低コスト化を図ることができる
と共に、高速且つ高精細な露光が可能となる。
Conventionally, a gas laser such as an argon laser or a solid laser by THG (third harmonic) is used as an exposure device (ultraviolet exposure device) for exposing a photosensitive material with laser light in the ultraviolet region. Although it was common, there was a problem that the apparatus was large and maintenance was troublesome, and the exposure speed was slow. The exposure apparatus of the present invention has a laser device with a wavelength of 3
An ultraviolet exposure apparatus can be obtained by using a GaN (gallium nitride) based semiconductor laser of 50 to 450 nm. According to this ultraviolet exposure apparatus, the size and cost of the apparatus can be reduced as compared with the conventional ultraviolet exposure apparatus, and high-speed and high-definition exposure can be performed.

【0022】また、本発明の露光装置は、光ビームで光
硬化性樹脂を露光して3次元モデルを造形する光造形装
置、光ビームで粉末を焼結させて焼結層を形成し該焼結
層を積層して粉末焼結体からなる3次元モデルを造形す
る積層造形装置等に適宜応用することができる。
The exposure apparatus of the present invention is an optical modeling apparatus that exposes a photo-curable resin with a light beam to model a three-dimensional model, and a powder is sintered with the light beam to form a sintered layer to form a sintered layer. The present invention can be appropriately applied to a layered modeling apparatus or the like that stacks a bonding layer to model a three-dimensional model made of a powder sintered body.

【0023】例えば、光硬化性樹脂を収容する造形槽
と、該造形槽内に昇降可能に設けられた造形物を支持す
るための支持台と、レーザ光を照射するレーザ装置と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素
部が基板上に2次元状に配列され、前記レーザ装置から
照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、各画
素部で変調されたレーザ光を前記造形槽に収容された光
硬化性樹脂の液面に結像させる光学系と、を含む露光ヘ
ッドと、該露光ヘッドを前記光硬化性樹脂の液面に対し
て相対移動させる移動手段と、を備えた光造形装置にお
いて、前記レーザ装置と前記空間光変調素子との間に、
前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメー
タレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部
の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくな
るように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記
コリメータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量
分布が、前記空間変調素子の被照射面において略均一に
なるように補正する光量分布補正光学系と、を配置する
ことにより、高速でムラの無い造形が可能となる。な
お、具体的な装置構成は特願2001−274360号
に記載されている。
For example, a modeling tank containing a photo-curable resin, a support table for supporting a modeled object provided in the modeling tank so as to be able to move up and down, a laser device for irradiating laser light,
A large number of pixel portions, each of which has a light modulation state that changes in response to a control signal, are two-dimensionally arranged on a substrate, and a spatial light modulator for modulating the laser light emitted from the laser device and a modulation by each pixel portion. An exposure head including an optical system that forms an image of the generated laser light on the liquid surface of the photocurable resin housed in the modeling tank, and the exposure head moves relative to the liquid surface of the photocurable resin. In a stereolithography apparatus provided with a moving means for moving, between the laser device and the spatial light modulator,
A collimator lens that collimates the laser light from the laser device, and the ratio of the luminous flux width of the peripheral portion to the luminous flux width of the central portion close to the optical axis is smaller on the emission side than on the incident side, A light amount distribution correction optical system that changes the luminous flux width at each emission position, and corrects the light amount distribution of the laser light that is collimated by the collimator lens so that it is substantially uniform on the illuminated surface of the spatial modulation element. By arranging, it becomes possible to perform high-speed and uniform modeling. The specific device configuration is described in Japanese Patent Application No. 2001-274360.

【0024】また、光照射により燒結する粉末を収容す
る造形槽と、該造形槽内に昇降可能に設けられた造形物
を支持するための支持台と、レーザ光を照射するレーザ
装置と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多
数の画素部が基板上に2次元状に配列され、前記レーザ
装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子
と、各画素部で変調されたレーザ光を前記造形槽に収容
された粉末の表面に結像させる光学系と、を含む露光ヘ
ッドと、該露光ヘッドを前記粉末の表面に対して相対移
動させる移動手段と、を備えた積層造形装置において、
前記レーザ装置と前記空間光変調素子との間に、前記レ
ーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメータレン
ズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束
幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるよう
に、各出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメ
ータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布
が、前記空間変調素子の被照射面において略均一になる
ように補正する光量分布補正光学系と、を配置すること
により、高速でムラの無い造形が可能となる。なお、具
体的な装置構成は特願2001−274351号に記載
されている。
Further, a modeling tank for containing powder that is sintered by light irradiation, a support stand for supporting a modeled object that is vertically movable in the modeling tank, and a laser device for irradiating laser light, respectively. A large number of pixel portions whose light modulation state changes according to a control signal are two-dimensionally arranged on a substrate, and are modulated in each pixel portion and a spatial light modulation element that modulates laser light emitted from the laser device. A stack including an exposure head including an optical system for forming an image of the laser beam on the surface of the powder contained in the modeling tank, and a moving unit that moves the exposure head relative to the surface of the powder. In the modeling device,
Between the laser device and the spatial light modulator, a collimator lens that collimates the laser light from the laser device and a ratio of the light flux width of the peripheral portion to the light flux width of the central portion near the optical axis is incident. The light flux width at each emission position is changed so that the emission side becomes smaller than the emission side, and the light amount distribution of the laser light collimated by the collimator lens is substantially equal on the irradiated surface of the spatial modulation element. By arranging the light amount distribution correction optical system for performing correction so as to be uniform, high-speed and uniform modeling is possible. A specific device configuration is described in Japanese Patent Application No. 2001-274351.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。 (第1の実施の形態) [露光装置の構成]本発明の実施の形態に係る露光装置
は、図1に示すように、シート状の感光材料150を表
面に吸着して保持する平板状のステージ152を備えて
いる。4本の脚部154に支持された厚い板状の設置台
156の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた2
本のガイド158が設置されている。ステージ152
は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置
されると共に、ガイド158によって往復移動可能に支
持されている。なお、この露光装置には、ステージ15
2をガイド158に沿って駆動するための図示しない駆
動装置が設けられている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. (First Embodiment) [Structure of Exposure Apparatus] As shown in FIG. 1, an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention has a flat plate shape for adsorbing and holding a sheet-shaped photosensitive material 150 on its surface. The stage 152 is provided. On the upper surface of the thick plate-shaped installation base 156 supported by the four leg portions 154, 2 extending along the stage moving direction is provided.
A book guide 158 is installed. Stage 152
Is arranged such that its longitudinal direction faces the stage moving direction, and is supported by a guide 158 so as to be capable of reciprocating. In addition, this exposure apparatus includes a stage 15
A drive device (not shown) for driving the guide 2 along the guide 158 is provided.

【0026】設置台156の中央部には、ステージ15
2の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート160が設け
られている。コ字状のゲート160の端部の各々は、設
置台156の両側面に固定されている。このゲート16
0を挟んで一方の側にはスキャナ162が設けられ、他
方の側には感光材料150の先端及び後端を検知する複
数(例えば、2個)の検知センサ164が設けられてい
る。スキャナ162及び検知センサ164はゲート16
0に各々取り付けられて、ステージ152の移動経路の
上方に固定配置されている。なお、スキャナ162及び
検知センサ164は、これらを制御する図示しないコン
トローラに接続されている。
The stage 15 is provided at the center of the installation table 156.
A U-shaped gate 160 is provided so as to straddle the two movement paths. Each of the ends of the U-shaped gate 160 is fixed to both side surfaces of the installation table 156. This gate 16
A scanner 162 is provided on one side across 0, and a plurality of (for example, two) detection sensors 164 for detecting the leading end and the trailing end of the photosensitive material 150 are provided on the other side. The scanner 162 and the detection sensor 164 have the gate 16
0, and is fixedly arranged above the moving path of the stage 152. The scanner 162 and the detection sensor 164 are connected to a controller (not shown) that controls them.

【0027】スキャナ162は、図2及び図3(B)に
示すように、m行n列(例えば、3行5列)の略マトリ
ックス状に配列された複数(例えば、14個)の露光ヘ
ッド166を備えている。この例では、感光材料150
の幅との関係で、3行目には4個の露光ヘッド166を
配置した。なお、m行目のn列目に配列された個々の露
光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド166mnと表記す
る。
As shown in FIGS. 2 and 3B, the scanner 162 includes a plurality of (eg, 14) exposure heads arranged in a matrix of m rows and n columns (eg, 3 rows and 5 columns). 166 is provided. In this example, the photosensitive material 150
The four exposure heads 166 are arranged in the third row in relation to the width of the. When the individual exposure heads arranged in the m-th row and the n-th column are shown, they are referred to as exposure heads 166 mn .

【0028】露光ヘッド166による露光エリア168
は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ス
テージ152の移動に伴い、感光材料150には露光ヘ
ッド166毎に帯状の露光済み領域170が形成され
る。なお、m行目のn列目に配列された個々の露光ヘッ
ドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア168mn
と表記する。
Exposure area 168 by exposure head 166
Is a rectangular shape having a short side in the sub-scanning direction. Therefore, as the stage 152 moves, a belt-shaped exposed region 170 is formed on the photosensitive material 150 for each exposure head 166. In the case of indicating the exposure area by the individual exposure heads arranged in the m-th row and the n-th column, the exposure area 168 mn
It is written as.

【0029】また、図3(A)及び(B)に示すよう
に、帯状の露光済み領域170が副走査方向と直交する
方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行
の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔(露光エリ
アの長辺の自然数倍、本実施の形態では2倍)ずらして
配置されている。このため、1行目の露光エリア168
11と露光エリア16812との間の露光できない部分は、
2行目の露光エリア16821と3行目の露光エリア16
31とにより露光することができる。
As shown in FIGS. 3A and 3B,
In addition, the strip-shaped exposed area 170 is orthogonal to the sub-scanning direction.
Each row arranged in a line so that they are lined up with no gap in the direction
Each of the exposure heads of the
A natural number times the long side of A, twice in this embodiment)
It is arranged. Therefore, the exposure area 168 of the first row
11And exposure area 16812The part that cannot be exposed between
Second row exposure area 168twenty oneAnd exposure area 16 on the 3rd row
831It can be exposed by.

【0030】露光ヘッド16611〜166mn各々は、図
4、図5(A)及び(B)に示すように、入射された光
ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光
変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス
(DMD)50を備えている。このDMD50は、デー
タ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコン
トローラに接続されている。このコントローラのデータ
処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光
ヘッド166毎にDMD50の制御すべき領域内の各マ
イクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。な
お、制御すべき領域については後述する。また、ミラー
駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号
に基づいて、各露光ヘッド166毎にDMD50の各マ
イクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面
の角度の制御に付いては後述する。
Each of the exposure heads 166 11 to 166 mn , as shown in FIGS. 4, 5A and 5B, is a spatial light modulator that modulates an incident light beam for each pixel in accordance with image data. A digital micromirror device (DMD) 50 is provided as an element. The DMD 50 is connected to a controller (not shown) including a data processing unit and a mirror drive control unit. The data processing unit of this controller generates a control signal for driving and controlling each micromirror in the region to be controlled by the DMD 50 for each exposure head 166 based on the input image data. The area to be controlled will be described later. The mirror drive control unit controls the angle of the reflecting surface of each micro mirror of the DMD 50 for each exposure head 166 based on the control signal generated by the image data processing unit. The control of the angle of the reflecting surface will be described later.

【0031】DMD50の光入射側には、光ファイバの
出射端部(発光点)が露光エリア168の長辺方向と対
応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備
えたファイバアレイ光源66、ファイバアレイ光源66
から出射されたレーザ光を補正してDMD上に集光させ
るレンズ系67、レンズ系67を透過したレーザ光をD
MD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置さ
れている。
On the light incident side of the DMD 50, there is provided a fiber array light source having a laser emitting portion in which the emitting ends (light emitting points) of the optical fibers are arranged in a line along the direction corresponding to the long side direction of the exposure area 168. 66, fiber array light source 66
The lens system 67 that corrects the laser light emitted from the lens and focuses it on the DMD, and the laser light that has passed through the lens system 67 is D
A mirror 69 that reflects toward the MD 50 is arranged in this order.

【0032】レンズ系67は、ファイバアレイ光源66
から出射されたレーザ光を平行光化する1対の組合せレ
ンズ71、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一に
なるように補正する1対の組合せレンズ73、及び光量
分布が補正されたレーザ光をDMD上に集光する集光レ
ンズ75で構成されている。組合せレンズ73は、レー
ザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部
分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、
且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのま
ま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となる
ようにレーザ光を補正する。
The lens system 67 is a fiber array light source 66.
A pair of combination lenses 71 for collimating the laser light emitted from the laser beam, a pair of combination lenses 73 for correcting the light amount distribution of the collimated laser light to be uniform, and a light amount distribution are corrected. It is composed of a condenser lens 75 for condensing the laser light on the DMD. With respect to the arrangement direction of the laser emission ends, the combined lens 73 expands the light beam in a portion near the optical axis of the lens and contracts the light beam in a portion away from the optical axis.
Further, it has a function of allowing light to pass as it is in the direction orthogonal to the arrangement direction, and corrects the laser light so that the light amount distribution becomes uniform.

【0033】この光量分布補正光学系は、光軸に近い中
心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比
べて出射側の方が小さくなるように各出射位置における
光束幅を変化させて、光源からの平行光束をDMDに照
射するときに、被照射面での光量分布が略均一になるよ
うに補正する。以下、この光量分布補正光学系の作用に
ついて説明する。
This light quantity distribution correction optical system adjusts the light beam width at each emission position such that the ratio of the light beam width at the peripheral portion to the light beam width at the central portion near the optical axis is smaller on the emission side than on the incident side. When the parallel light flux from the light source is changed to irradiate the DMD, the light amount distribution on the irradiated surface is corrected to be substantially uniform. The operation of this light quantity distribution correction optical system will be described below.

【0034】まず、図25(A)に示したように、入射
光束と出射光束とで、その全体の光束幅(全光束幅)H
0、H1が同じである場合について説明する。なお、図
25(A)において、符号51、52で示した部分は、
光量分布補正光学系における入射面および出射面を仮想
的に示したものである。
First, as shown in FIG. 25A, the entire luminous flux width (total luminous flux width) H of the incident luminous flux and the outgoing luminous flux.
A case where 0 and H1 are the same will be described. Note that, in FIG. 25A, the portions indicated by reference numerals 51 and 52 are
2 is a view virtually showing an entrance surface and an exit surface in a light quantity distribution correction optical system.

【0035】光量分布補正光学系において、光軸Z1に
近い中心部に入射した光束と、周辺部に入射した光束と
のそれぞれの光束幅h0、h1が、同一であるものとす
る(h0=hl)。光量分布補正光学系は、入射側にお
いて同一の光束幅h0,h1であった光に対し、中心部
の入射光束については、その光束幅h0を拡大し、逆
に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅h1を縮小
するような作用を施す。すなわち、中心部の出射光束の
幅h10と、周辺部の出射光束の幅h11とについて、
h11<h10となるようにする。光束幅の比率で表す
と、出射側における中心部の光束幅に対する周辺部の光
束幅の比「h11/h10」が、入射側における比(h
1/h0=1)に比べて小さくなっている((h11/
h10)<1)。
In the light quantity distribution correcting optical system, it is assumed that the luminous fluxes incident on the central portion near the optical axis Z1 and the luminous flux incident on the peripheral portions have the same luminous flux widths h0 and h1 (h0 = hl). ). The light amount distribution correction optical system expands the luminous flux width h0 of the central incident light flux with respect to the light having the same luminous flux width h0 and h1 on the incident side, and conversely with respect to the peripheral incident light flux. As a result, the light beam width h1 is reduced. That is, regarding the width h10 of the emitted light flux at the central portion and the width h11 of the emitted light flux at the peripheral portion,
Make sure that h11 <h10. Expressed by the ratio of the luminous flux width, the ratio “h11 / h10” of the luminous flux width of the peripheral portion to the luminous flux width of the central portion on the emission side is the ratio (h11 / h10) on the incident side.
It is smaller than (1 / h0 = 1) ((h11 /
h10) <1).

【0036】このように光束幅を変化させることによ
り、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束
を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、
全体として光の利用効率を落とさずに、被照射面での光
量分布が略均一化される。均一化の度合いは、例えば、
有効領域内における光量ムラが30%以内、好ましくは
20%以内となるようにする。
By changing the luminous flux width in this manner, the luminous flux in the central portion where the light amount distribution is normally large can be utilized to the peripheral portion where the light amount is insufficient,
As a whole, the light amount distribution on the irradiated surface is made substantially uniform without lowering the light use efficiency. The degree of homogenization is, for example,
The light amount unevenness in the effective area is set to be within 30%, preferably within 20%.

【0037】このような光量分布補正光学系による作
用、効果は、入射側と出射側とで、全体の光束幅を変え
る場合(図25(B),(C))においても同様であ
る。
The operation and effect of such a light quantity distribution correcting optical system is the same when the entire luminous flux width is changed between the incident side and the outgoing side (FIGS. 25B and 25C).

【0038】図25(B)は、入射側の全体の光束幅H
0を、幅H2に“縮小”して出射する場合(H0>H
2)を示している。このような場合においても、光量分
布補正光学系は、入射側において同一の光束幅h0、h
1であった光を、出射側において、中央部の光束幅h1
0が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅
h11が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の
縮小率で考えると、中心部の入射光束に対する縮小率を
周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮
小率を中心部に比べて大きくするような作用を施してい
る。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光
束幅の比「H11/H10」が、入射側における比(h
1/h0=1)に比べて小さくなる((h11/h1
0)<1)。
FIG. 25B shows the total luminous flux width H on the incident side.
When 0 is “reduced” to the width H2 and emitted (H0> H
2) is shown. Even in such a case, the light amount distribution correction optical system has the same light flux widths h0 and h on the incident side.
The light having a value of 1 is changed to a luminous flux width h1 at the central portion on the emission side.
0 is made larger than that in the peripheral portion, and conversely, the luminous flux width h11 in the peripheral portion is made smaller than that in the central portion. Considering the reduction ratio of the luminous flux, the reduction ratio of the incident light flux at the central portion is made smaller than that of the peripheral portion, and the reduction ratio of the incident light flux at the peripheral portion is made larger than that of the central portion. Also in this case, the ratio “H11 / H10” of the luminous flux width of the peripheral portion to the luminous flux width of the central portion is
It is smaller than (1 / h0 = 1) ((h11 / h1
0) <1).

【0039】図25(C)は、入射側の全体の光束幅H
0を、幅Η3に“拡大”して出射する場合(H0<H
3)を示している。このような場合においても、光量分
布補正光学系は、入射側において同一の光束幅h0、h
1であった光を、出射側において、中央部の光束幅h1
0が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅
h11が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の
拡大率で考えると、中心部の入射光束に対する拡大率を
周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡
大率を中心部に比べて小さくするような作用を施してい
る。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光
束幅の比「h11/h10」が、入射側における比(h
1/h0=1)に比べて小さくなる((h11/h1
0)<1)。
FIG. 25C shows the entire luminous flux width H on the incident side.
When 0 is “expanded” to the width Η3 and emitted (H0 <H
3) is shown. Even in such a case, the light amount distribution correction optical system has the same light flux widths h0 and h on the incident side.
The light having a value of 1 is changed to a luminous flux width h1 at the central portion on the emission side.
0 is made larger than that in the peripheral portion, and conversely, the luminous flux width h11 in the peripheral portion is made smaller than that in the central portion. Considering the expansion ratio of the light flux, the expansion ratio for the incident light flux at the central portion is made larger than that at the peripheral portion, and the expansion ratio for the incident light flux at the peripheral portion is made smaller than at the central portion. Also in this case, the ratio “h11 / h10” of the luminous flux width of the peripheral portion to the luminous flux width of the central portion is equal to the ratio (h11 / h10) on the incident side.
It is smaller than (1 / h0 = 1) ((h11 / h1
0) <1).

【0040】このように、光量分布補正光学系は、各出
射位置における光束幅を変化させ、光軸Z1に近い中心
部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べ
て出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側にお
いて同一の光束幅であった光が、出射側においては、中
央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光
束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部
の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体とし
ての光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化さ
れた光束断面を形成することができる。
In this way, the light quantity distribution correcting optical system changes the luminous flux width at each emission position, and the ratio of the luminous flux width of the peripheral portion to the luminous flux width of the central portion near the optical axis Z1 is compared with that on the incident side. Since the light flux with the same luminous flux width on the incident side has a larger luminous flux width on the exit side, the luminous flux width at the central portion is larger than that at the peripheral portion, and the luminous flux width at the peripheral portion is smaller than that at the central portion. Will be smaller than. This makes it possible to utilize the light flux in the central portion to the peripheral portion, and to form a light flux cross section with a substantially uniform light amount distribution without reducing the light utilization efficiency of the optical system as a whole.

【0041】次に、光量分布補正光学系として使用する
1対の組合せレンズの具体的なレンズデータの1例を示
す。この例では、光源がレーザアレイ光源である場合の
ように、出射光束の断面での光量分布がガウス分布であ
る場合のレンズデータを示す。なお、シングルモード光
ファイバの入射端に1個の半導体レーザを接続した場合
には、光ファイバからの射出光束の光量分布がガウス分
布になる。本実施の形態はこのような場合にも適用可能
である。また、マルチモード光ファイバのコア径を小さ
くしてシングルモード光ファイバの構成に近付ける等に
より光軸に近い中心部の光量が周辺部の光量よりも大き
い場合にも適用可能である。
Next, an example of specific lens data of a pair of combination lenses used as a light amount distribution correcting optical system will be shown. This example shows lens data when the light amount distribution in the cross section of the emitted light flux is a Gaussian distribution, as in the case where the light source is a laser array light source. When one semiconductor laser is connected to the incident end of the single mode optical fiber, the light quantity distribution of the light flux emitted from the optical fiber becomes a Gaussian distribution. The present embodiment can be applied to such a case. Further, the present invention is also applicable to the case where the amount of light in the central portion close to the optical axis is larger than the amount of light in the peripheral portion by reducing the core diameter of the multimode optical fiber to approach the configuration of the single mode optical fiber.

【0042】下記表1に基本レンズデータを示す。Table 1 below shows basic lens data.

【0043】[0043]

【表1】 [Table 1]

【0044】表1から分かるように、1対の組合せレン
ズは、回転対称の2つの非球面レンズから構成されてい
る。光入射側に配置された第1のレンズの光入射側の面
を第1面、光出射側の面を第2面とすると、第1面は非
球面形状である。また、光出射側に配置された第2のレ
ンズの光入射側の面を第3面、光出射側の面を第4面と
すると、第4面が非球面形状である。
As can be seen from Table 1, the pair of compound lenses is composed of two rotationally symmetric aspherical lenses. When the surface on the light incident side of the first lens arranged on the light incident side is the first surface and the surface on the light emitting side is the second surface, the first surface has an aspherical shape. When the surface on the light incident side of the second lens arranged on the light emitting side is the third surface and the surface on the light emitting side is the fourth surface, the fourth surface has an aspherical shape.

【0045】表1において、面番号Siはi番目(i=
1〜4)の面の番号を示し、曲率半径riはi番目の面
の曲率半径を示し、面間隔diはi番目の面とi+1番
目の面との光軸上の面間隔を示す。面間隔di値の単位
はミリメートル(mm)である。屈折率Niはi番目の
面を備えた光学要素の波長405nmに対する屈折率の
値を示す。
In Table 1, the surface number Si is the i-th (i =
1 to 4), the radius of curvature ri represents the radius of curvature of the i-th surface, and the surface distance di represents the surface distance between the i-th surface and the (i + 1) th surface on the optical axis. The unit of the surface distance di value is millimeter (mm). The refractive index Ni represents the value of the refractive index for the wavelength 405 nm of the optical element having the i-th surface.

【0046】下記表2に、第1面及び第4面の非球面デ
ータを示す。
Table 2 below shows aspherical surface data of the first and fourth surfaces.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】上記の非球面データは、非球面形状を表す
下記式(A)における係数で表される。
The above-mentioned aspherical surface data is represented by the coefficient in the following expression (A) representing the aspherical surface shape.

【0049】[0049]

【数1】 [Equation 1]

【0050】上記式(A)において各係数を以下の通り
定義する。 Z:光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非
球面の頂点の接平面(光軸に垂直な平面)に下ろした垂
線の長さ(mm) ρ:光軸からの距離(mm) K:円錐係数 C:近軸曲率(1/r、r:近軸曲率半径) ai:第i次(i=3〜10)の非球面係数 表2に示した数値において、記号“E”は、その次に続
く数値が10を底とした“ぺき指数″であることを示
し、その10を底とした指数関数で表される数値が
“E”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、
「1.0E−02」であれば、「1.0×10-2」であ
ることを示す。
In the above equation (A), each coefficient is defined as follows. Z: The length (mm) of a perpendicular line drawn from a point on the aspherical surface located at a height ρ from the optical axis to the tangent plane (the plane perpendicular to the optical axis) at the apex of the aspherical surface ρ: From the optical axis Distance (mm) K: Cone coefficient C: Paraxial curvature (1 / r, r: Paraxial radius of curvature) ai: Aspheric coefficient of the i-th order (i = 3 to 10) Symbol in the values shown in Table 2 "E" indicates that the number following it is a "base index" with a base of 10. The number represented by an exponential function with a base of 10 is multiplied by the number before "E". Indicates that For example,
If "1.0E-02", it means "1.0 × 10 -2 ".

【0051】図27は、上記表1及び表2に示す1対の
組合せレンズによって得られる照明光の光量分布を示し
ている。横軸は光軸からの座標を示し、縦軸は光量比
(%)を示す。なお、比較のために、図26に、補正を
行わなかった場合の照明光の光量分布(ガウス分布)を
示す。図26及び図27から分かるように、光量分布補
正光学系で補正を行うことにより、補正を行わなかった
場合と比べて、略均一化された光量分布が得られてい
る。これにより、露光ヘッドにおける光の利用効率を落
とさずに、均一なレーザ光でムラなく露光を行うことが
できる。光量分布補正光学系73からのレーザ光は平行
性の良い光束となっており、この光をDMDに照射して
結像することにより長焦点深度が実現できる。
FIG. 27 shows the light quantity distribution of the illumination light obtained by the pair of combination lenses shown in Tables 1 and 2. The horizontal axis shows the coordinates from the optical axis, and the vertical axis shows the light amount ratio (%). For comparison, FIG. 26 shows a light amount distribution (Gaussian distribution) of illumination light when no correction is performed. As can be seen from FIGS. 26 and 27, by performing the correction with the light amount distribution correction optical system, a substantially uniform light amount distribution is obtained as compared with the case where the correction is not performed. As a result, it is possible to perform uniform exposure with a uniform laser beam without reducing the light utilization efficiency of the exposure head. The laser light from the light quantity distribution correction optical system 73 is a light flux with good parallelism, and a long focal depth can be realized by irradiating this light on the DMD to form an image.

【0052】また、DMD50の光反射側には、DMD
50で反射されたレーザ光を感光材料150の走査面
(被露光面)56上に結像するレンズ系54、58が配
置されている。レンズ系54及び58は、DMD50と
被露光面56とが共役な関係となるように配置されてい
る。
On the light reflecting side of the DMD 50, the DMD 50
Lens systems 54 and 58 for arranging the laser light reflected by 50 on the scanning surface (exposed surface) 56 of the photosensitive material 150 are arranged. The lens systems 54 and 58 are arranged so that the DMD 50 and the exposed surface 56 have a conjugate relationship.

【0053】DMD50は、図6に示すように、SRA
Mセル(メモリセル)60上に、微小ミラー(マイクロ
ミラー)62が支柱により支持されて配置されたもので
あり、画素(ピクセル)を構成する多数の(例えば、6
00個×800個)の微小ミラーを格子状に配列して構
成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上
部に支柱に支えられたマイクロミラー62が設けられて
おり、マイクロミラー62の表面にはアルミニウム等の
反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミ
ラー62の反射率は90%以上である。また、マイクロ
ミラー62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60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。
The DMD 50, as shown in FIG.
A micro mirror (micro mirror) 62 is disposed on an M cell (memory cell) 60 while being supported by a support, and a large number (for example, 6
(00 × 800) micromirrors arranged in a grid pattern. Each pixel is provided with a micro mirror 62 supported by a column at the top, and a material having a high reflectance such as aluminum is vapor-deposited on the surface of the micro mirror 62. The reflectance of the micro mirror 62 is 90% or more. Immediately below the micro mirror 62, a silicon gate CMOS SRAM cell 60 manufactured in a normal semiconductor memory manufacturing line is arranged via a pillar including a hinge and a yoke, and the whole is monolithic (integrated type). ) Is configured.

【0054】DMD50のSRAMセル60にデジタル
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62が、対角線を中心としてDMD50が配置された
基板側に対して±α度(例えば±10度)の範囲で傾け
られる。図7(A)は、マイクロミラー62がオン状態
である+α度に傾いた状態を示し、図7(B)は、マイ
クロミラー62がオフ状態である−α度に傾いた状態を
示す。従って、画像信号に応じて、DMD50の各ピク
セルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図6に示す
ように制御することによって、DMD50に入射された
光はそれぞれのマイクロミラー62の傾き方向へ反射さ
れる。
When a digital signal is written in the SRAM cell 60 of the DMD 50, the micromirror 62 supported by the supporting column is ± α degrees (for example, ± 10 degrees) with respect to the substrate side on which the DMD 50 is arranged with the diagonal line as the center. Tilt in range. FIG. 7A shows a state in which the micro mirror 62 is in the ON state and is inclined to + α degrees, and FIG. 7B shows a state in which the micro mirror 62 is in the OFF state and is inclined to −α degrees. Therefore, by controlling the inclination of the micro mirror 62 in each pixel of the DMD 50 according to the image signal as shown in FIG. 6, the light incident on the DMD 50 is reflected in the inclination direction of each micro mirror 62. .

【0055】なお、図6には、DMD50の一部を拡大
し、マイクロミラー62が+α度又は−α度に制御され
ている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー6
2のオンオフ制御は、DMD50に接続された図示しな
いコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマ
イクロミラー62により光ビームが反射される方向に
は、光吸収体(図示せず)が配置されている。
FIG. 6 shows an example of a state in which a part of the DMD 50 is enlarged and the micromirror 62 is controlled to + α degree or −α degree. Each micro mirror 6
The on / off control of No. 2 is performed by a controller (not shown) connected to the DMD 50. A light absorber (not shown) is arranged in the direction in which the light beam is reflected by the micro mirror 62 in the off state.

【0056】また、DMD50は、その短辺が副走査方
向と所定角度θ(例えば、1°〜5°)を成すように僅
かに傾斜させて配置するのが好ましい。図8(A)はD
MD50を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる
反射光像(露光ビーム)53の走査軌跡を示し、図8
(B)はDMD50を傾斜させた場合の露光ビーム53
の走査軌跡を示している。
Further, it is preferable that the DMD 50 is disposed so as to be slightly inclined such that its short side makes a predetermined angle θ (for example, 1 ° to 5 °) with the sub-scanning direction. 8 (A) is D
8 shows scanning trajectories of the reflected light image (exposure beam) 53 by each micromirror when the MD 50 is not tilted, and FIG.
(B) is the exposure beam 53 when the DMD 50 is tilted
The scanning locus of is shown.

【0057】DMD50には、長手方向にマイクロミラ
ーが多数個(例えば、800個)配列されたマイクロミ
ラー列が、短手方向に多数組(例えば、600組)配列
されているが、図8(B)に示すように、DMD50を
傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビ
ーム53の走査軌跡(走査線)のピッチP1が、DMD
50を傾斜させない場合の走査線のピッチP2より狭く
なり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、
DMD50の傾斜角は微小であるので、DMD50を傾
斜させた場合の走査幅W2と、DMD50を傾斜させな
い場合の走査幅W1とは略同一である。
In the DMD 50, a large number (for example, 600 sets) of micromirror rows, in which a large number (for example, 800) of micromirrors are arranged in the longitudinal direction, are arranged in the lateral direction. As shown in B), by tilting the DMD 50, the pitch P 1 of the scanning locus (scanning line) of the exposure beam 53 by each micromirror is set to the DMD.
The pitch is narrower than the scanning line pitch P 2 when 50 is not tilted, and the resolution can be greatly improved. on the other hand,
Since the tilt angle of the DMD 50 is small, the scan width W 2 when the DMD 50 is tilted and the scan width W 1 when the DMD 50 is not tilted are substantially the same.

【0058】また、異なるマイクロミラー列により同じ
走査線上が重ねて露光(多重露光)されることになる。
このように、多重露光されることで、露光位置の微少量
をコントロールすることができ、高精細な露光を実現す
ることができる。また、主走査方向に配列された複数の
露光ヘッドの間のつなぎ目を微少量の露光位置制御によ
り段差無くつなぐことができる。
Further, the same scanning line is overlaid and exposed (multiple exposure) by different micromirror rows.
By performing multiple exposure in this way, it is possible to control a very small amount of the exposure position and realize high-definition exposure. Further, the joint between the plurality of exposure heads arranged in the main scanning direction can be connected without a step by controlling the exposure position with a very small amount.

【0059】なお、DMD50を傾斜させる代わりに、
各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定
間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得るこ
とができる。
Instead of tilting the DMD 50,
The same effect can be obtained by arranging the micromirror rows in a zigzag pattern with a predetermined gap in the direction orthogonal to the sub-scanning direction.

【0060】ファイバアレイ光源66は、図9(A)に
示すように、複数(例えば、6個)のレーザモジュール
64を備えており、各レーザモジュール64には、マル
チモード光ファイバ30の一端が結合されている。マル
チモード光ファイバ30の他端には、コア径がマルチモ
ード光ファイバ30と同一で且つクラッド径がマルチモ
ード光ファイバ30より小さい光ファイバ31が結合さ
れ、図9(C)に示すように、光ファイバ31の出射端
部(発光点)が副走査方向と直交する主走査方向に沿っ
て1列に配列されてレーザ出射部68が構成されてい
る。なお、図9(D)に示すように、発光点を主走査方
向に沿って2列に配列することもできる。
As shown in FIG. 9A, the fiber array light source 66 includes a plurality (for example, six) of laser modules 64, and each laser module 64 has one end of the multimode optical fiber 30. Are combined. At the other end of the multimode optical fiber 30, an optical fiber 31 having the same core diameter as the multimode optical fiber 30 and a cladding diameter smaller than the multimode optical fiber 30 is coupled, and as shown in FIG. The laser emitting portion 68 is configured by arranging the emitting ends (light emitting points) of the optical fibers 31 in one line along the main scanning direction orthogonal to the sub scanning direction. As shown in FIG. 9D, the light emitting points can be arranged in two rows along the main scanning direction.

【0061】光ファイバ31の出射端部は、図9(B)
に示すように、表面が平坦な2枚の支持板65に挟み込
まれて固定されている。また、光ファイバ31の光出射
側には、光ファイバ31の端面を保護するために、ガラ
ス等の透明な保護板63が配置されている。保護板63
は、光ファイバ31の端面と密着させて配置してもよ
く、光ファイバ31の端面が密封されるように配置して
もよい。光ファイバ31の出射端部は、光密度が高く集
塵し易く劣化し易いが、保護板63を配置することによ
り端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣
化を遅らせることができる。
The exit end of the optical fiber 31 is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the support plate 65 is sandwiched and fixed by two support plates 65 having flat surfaces. A transparent protective plate 63 such as glass is arranged on the light emitting side of the optical fiber 31 to protect the end face of the optical fiber 31. Protection plate 63
May be arranged in close contact with the end face of the optical fiber 31, or may be arranged so that the end face of the optical fiber 31 is sealed. Although the emission end of the optical fiber 31 has a high light density and easily collects dust and easily deteriorates, by disposing the protective plate 63, it is possible to prevent dust from adhering to the end face and delay the deterioration.

【0062】この例では、クラッド径が小さい光ファイ
バ31の出射端を隙間無く1列に配列するために、クラ
ッド径が大きい部分で隣接する2本のマルチモード光フ
ァイバ30の間にマルチモード光ファイバ30を積み重
ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ30に結合
された光ファイバ31の出射端が、クラッド径が大きい
部分で隣接する2本のマルチモード光ファイバ30に結
合された光ファイバ31の2つの出射端の間に挟まれる
ように配列されている。
In this example, since the emitting ends of the optical fibers 31 having a small clad diameter are arranged in a row without a gap, the multimode optical fibers 30 are adjacent to each other in the portion having a large clad diameter. The fibers 30 are stacked, and the output end of the optical fiber 31 coupled to the stacked multi-mode optical fibers 30 is two of the optical fibers 31 coupled to two multi-mode optical fibers 30 adjacent to each other in a portion having a large cladding diameter. It is arranged so as to be sandwiched between two emission ends.

【0063】このような光ファイバは、例えば、図10
に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファ
イバ30のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1〜30
cmのクラッド径が小さい光ファイバ31を同軸的に結
合することにより得ることができる。2本の光ファイバ
は、光ファイバ31の入射端面が、マルチモード光ファ
イバ30の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致す
るように融着されて結合されている。上述した通り、光
ファイバ31のコア31aの径は、マルチモード光ファ
イバ30のコア30aの径と同じ大きさである。
Such an optical fiber is shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the length of the multimode optical fiber 30 having a large cladding diameter is
It can be obtained by coaxially coupling optical fibers 31 having a small clad diameter of cm. The two optical fibers are fused and coupled so that the incident end face of the optical fiber 31 is connected to the emitting end face of the multimode optical fiber 30 so that the central axes of the both optical fibers coincide with each other. As described above, the diameter of the core 31a of the optical fiber 31 is the same as the diameter of the core 30a of the multimode optical fiber 30.

【0064】また、長さが短くクラッド径が大きい光フ
ァイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短
尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマ
ルチモード光ファイバ30の出射端に結合してもよい。
コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッ
ド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の
交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要する
コストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ31
を、マルチモード光ファイバ30の出射端部と称する場
合がある。
Further, a short optical fiber obtained by fusing an optical fiber having a small clad diameter with an optical fiber having a short clad diameter is coupled to the emitting end of the multimode optical fiber 30 via a ferrule or an optical connector. You may.
By detachably coupling with a connector or the like, the tip portion can be easily replaced when the optical fiber having a small clad diameter is damaged, and the cost required for maintenance of the exposure head can be reduced. In the following, the optical fiber 31
May be referred to as the exit end of the multimode optical fiber 30.

【0065】マルチモード光ファイバ30及び光ファイ
バ31としては、ステップインデックス型光ファイバ、
グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光
ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会
社製のステップインデックス型光ファイバを用いること
ができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ
30及び光ファイバ31は、ステップインデックス型光
ファイバであり、マルチモード光ファイバ30は、クラ
ッド径=125μm、コア径=25μm、NA=0.
2、入射端面コートの透過率=99.5%以上であり、
光ファイバ31は、クラッド径=60μm、コア径=2
5μm、NA=0.2である。
As the multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31, a step index type optical fiber,
Either a graded index type optical fiber or a composite type optical fiber may be used. For example, a step index type optical fiber manufactured by Mitsubishi Cable Industries, Ltd. can be used. In the present embodiment, the multimode optical fiber 30 and the optical fiber 31 are step index type optical fibers, and the multimode optical fiber 30 has a cladding diameter = 125 μm, a core diameter = 25 μm, and NA = 0.
2, the transmittance of the incident end face coat = 99.5% or more,
The optical fiber 31 has a clad diameter of 60 μm and a core diameter of 2
5 μm, NA = 0.2.

【0066】一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファ
イバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。
このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド
径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝
搬損失は少なくなり、GaN系半導体レーザから出射さ
れた波長405nmのレーザ光では、クラッドの厚み
{(クラッド径−コア径)/2}を800nmの波長帯
域の赤外光を伝搬させる場合の1/2程度、通信用の
1.5μmの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約1
/4にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、ク
ラッド径を60μmと小さくすることができる。
In general, with laser light in the infrared region, the propagation loss increases when the cladding diameter of the optical fiber is reduced.
Therefore, a suitable cladding diameter is determined according to the wavelength band of laser light. However, the shorter the wavelength is, the smaller the propagation loss becomes, and in the laser light having a wavelength of 405 nm emitted from the GaN-based semiconductor laser, the cladding thickness {(clad diameter-core diameter) / 2} is the infrared light in the wavelength band of 800 nm. Of about 1/2 when propagating infrared light, and about 1 when propagating infrared light in the wavelength band of 1.5 μm for communication.
Even at / 4, the propagation loss hardly increases. Therefore, the cladding diameter can be reduced to 60 μm.

【0067】但し、光ファイバ31のクラッド径は60
μmには限定されない。従来のファイバ光源に使用され
ている光ファイバのクラッド径は125μmであるが、
クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるの
で、マルチモード光ファイバのクラッド径は80μm以
下が好ましく、60μm以下がより好ましく、40μm
以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも3〜4
μm必要であることから、光ファイバ31のクラッド径
は10μm以上が好ましい。
However, the cladding diameter of the optical fiber 31 is 60
It is not limited to μm. The clad diameter of the optical fiber used in the conventional fiber light source is 125 μm,
Since the depth of focus becomes deeper as the cladding diameter becomes smaller, the cladding diameter of the multimode optical fiber is preferably 80 μm or less, more preferably 60 μm or less, and 40 μm.
The following are more preferable. On the other hand, the core diameter is at least 3-4
Since the μm is required, the cladding diameter of the optical fiber 31 is preferably 10 μm or more.

【0068】レーザモジュール64は、図11に示す合
波レーザ光源(ファイバ光源)によって構成されてい
る。この合波レーザ光源は、ヒートブロック10上に配
列固定された複数(例えば、7個)のチップ状の横マル
チモード又はシングルモードのGaN系半導体レーザL
D1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,及び
LD7と、GaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々
に対応して設けられたコリメータレンズ11,12,1
3,14,15,16,及び17と、1つの集光レンズ
20と、1本のマルチモード光ファイバ30と、から構
成されている。なお、半導体レーザの個数は7個には限
定されない。クラッド径=60μm、コア径=50μ
m、NA=0.2のマルチモード光ファイバには、20
個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露
光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数を
より減らすことができる。
The laser module 64 is composed of a combined laser light source (fiber light source) shown in FIG. This combined laser light source is a plurality (eg, 7) of chip-shaped lateral multimode or single mode GaN-based semiconductor lasers L arranged and fixed on the heat block 10.
D1, LD2, LD3, LD4, LD5, LD6 and LD7, and collimator lenses 11, 12 and 1 provided corresponding to each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7.
It comprises 3, 14, 15, 16, and 17, one condenser lens 20, and one multimode optical fiber 30. The number of semiconductor lasers is not limited to seven. Cladding diameter = 60μm, Core diameter = 50μ
20 for a multimode optical fiber with m and NA = 0.2
As many semiconductor laser beams as possible can be incident, the required amount of light of the exposure head can be realized, and the number of optical fibers can be further reduced.

【0069】GaN系半導体レーザLD1〜LD7は、
発振波長が総て共通(例えば、405nm)であり、最
大出力も総て共通(例えば、マルチモードレーザでは1
00mW、シングルモードレーザでは30mW)であ
る。なお、GaN系半導体レーザLD1〜LD7として
は、350nm〜450nmの波長範囲で、上記の40
5nm以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
The GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 are
The oscillation wavelengths are all common (for example, 405 nm), and the maximum outputs are also all common (for example, 1 for a multimode laser).
00 mW, and 30 mW for a single mode laser). The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have a wavelength range of 350 nm to 450 nm and the above 40
A laser having an oscillation wavelength other than 5 nm may be used.

【0070】上記の合波レーザ光源は、図12及び図1
3に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した
箱状のパッケージ40内に収納されている。パッケージ
40は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ
蓋41を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、
パッケージ40の開口をパッケージ蓋41で閉じること
により、パッケージ40とパッケージ蓋41とにより形
成される閉空間(封止空間)内に上記合波レーザ光源が
気密封止されている。
The above combined laser light source is shown in FIGS.
As shown in FIG. 3, it is housed together with other optical elements in a box-shaped package 40 having an upper opening. The package 40 includes a package lid 41 formed so as to close the opening thereof, and introduces a sealing gas after the degassing process,
By closing the opening of the package 40 with the package lid 41, the combined laser light source is hermetically sealed in the closed space (sealing space) formed by the package 40 and the package lid 41.

【0071】パッケージ40の底面にはベース板42が
固定されており、このベース板42の上面には、前記ヒ
ートブロック10と、集光レンズ20を保持する集光レ
ンズホルダー45と、マルチモード光ファイバ30の入
射端部を保持するファイバホルダー46とが取り付けら
れている。マルチモード光ファイバ30の出射端部は、
パッケージ40の壁面に形成された開口からパッケージ
外に引き出されている。
A base plate 42 is fixed to the bottom surface of the package 40, and the heat block 10, the condenser lens holder 45 for holding the condenser lens 20, and the multimode light are provided on the upper surface of the base plate 42. A fiber holder 46 that holds the entrance end of the fiber 30 is attached. The exit end of the multimode optical fiber 30 is
It is pulled out from the package through an opening formed in the wall surface of the package 40.

【0072】また、ヒートブロック10の側面にはコリ
メータレンズホルダー44が取り付けられており、コリ
メータレンズ11〜17が保持されている。パッケージ
40の横壁面には開口が形成され、この開口を通してG
aN系半導体レーザLD1〜LD7に駆動電流を供給す
る配線47がパッケージ外に引き出されている。
A collimator lens holder 44 is attached to the side surface of the heat block 10 and holds the collimator lenses 11 to 17. An opening is formed on the lateral wall surface of the package 40 and G
A wiring 47 for supplying a drive current to the aN semiconductor lasers LD1 to LD7 is drawn out of the package.

【0073】なお、図13においては、図の煩雑化を避
けるために、複数のGaN系半導体レーザのうちGaN
系半導体レーザLD7にのみ番号を付し、複数のコリメ
ータレンズのうちコリメータレンズ17にのみ番号を付
している。
In FIG. 13, in order to avoid complication of the drawing, GaN among a plurality of GaN-based semiconductor lasers is used.
Only the system semiconductor laser LD7 is numbered, and only the collimator lens 17 of the plurality of collimator lenses is numbered.

【0074】図14は、上記コリメータレンズ11〜1
7の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメ
ータレンズ11〜17の各々は、非球面を備えた円形レ
ンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った
形状に形成されている。この細長形状のコリメータレン
ズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形する
ことによって形成することができる。コリメータレンズ
11〜17は、長さ方向がGaN系半導体レーザLD1
〜LD7の発光点の配列方向(図14の左右方向)と直
交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されて
いる。
FIG. 14 shows the collimator lenses 11-1.
7 is a front view of a mounting portion of No. 7. Each of the collimator lenses 11 to 17 is formed in a shape in which a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface is elongated and cut out in parallel planes. The elongated collimator lens can be formed by molding resin or optical glass, for example. The length direction of the collimator lenses 11 to 17 is a GaN-based semiconductor laser LD1.
~ LD7 is closely arranged in the arrangement direction of the light emitting points so as to be orthogonal to the arrangement direction of the light emitting points (the horizontal direction in FIG. 14).

【0075】一方、GaN系半導体レーザLD1〜LD
7としては、発光幅が2μmの活性層を備え、活性層と
平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば10
°、30°の状態で各々レーザビームB1〜B7を発す
るレーザが用いられている。これらGaN系半導体レー
ザLD1〜LD7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。
On the other hand, GaN semiconductor lasers LD1 to LD
7 includes an active layer having an emission width of 2 μm, and the divergence angle in the direction parallel to the active layer and the divergence angle in the direction perpendicular to the active layer are, for example, 10
Lasers which emit laser beams B1 to B7 in the respective states of 30 ° and 30 ° are used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 have an emission point of 1 in the direction parallel to the active layer.
It is arranged so as to line up in a row.

【0076】従って、各発光点から発せられたレーザビ
ームB1〜B7は、上述のように細長形状の各コリメー
タレンズ11〜17に対して、拡がり角度が大きい方向
が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向
(長さ方向と直交する方向)と一致する状態で入射する
ことになる。つまり、各コリメータレンズ11〜17の
幅が1.1mm、長さが4.6mmであり、それらに入
射するレーザビームB1〜B7の水平方向、垂直方向の
ビーム径は各々0.9mm、2.6mmである。また、
コリメータレンズ11〜17の各々は、焦点距離f1
3mm、NA=0.6、レンズ配置ピッチ=1.25m
mである。
Therefore, the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points diverge with respect to the elongated collimator lenses 11 to 17 as described above, in which the direction with a large divergence angle coincides with the length direction. The light enters in a state in which the direction with a small angle coincides with the width direction (direction orthogonal to the length direction). That is, each collimator lens 11 to 17 has a width of 1.1 mm and a length of 4.6 mm, and the laser beams B1 to B7 incident on them have horizontal and vertical beam diameters of 0.9 mm and 2. It is 6 mm. Also,
Each of the collimator lenses 11 to 17 has a focal length f 1 =
3 mm, NA = 0.6, lens arrangement pitch = 1.25 m
m.

【0077】集光レンズ20は、非球面を備えた円形レ
ンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取っ
て、コリメータレンズ11〜17の配列方向、つまり水
平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成され
ている。この集光レンズ20は、焦点距離f2=23m
m、NA=0.2である。この集光レンズ20も、例え
ば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより
形成される。
The condenser lens 20 is formed by cutting a region including the optical axis of a circular lens having an aspherical surface into long and thin parallel planes and arranging the collimator lenses 11 to 17 in the arrangement direction, that is, in the horizontal direction and in a direction perpendicular to it. It has a short shape. This condenser lens 20 has a focal length f 2 = 23 m
m, NA = 0.2. The condenser lens 20 is also formed by molding resin or optical glass, for example.

【0078】[露光装置の動作]次に、上記露光装置の
動作について説明する。
[Operation of Exposure Apparatus] Next, the operation of the exposure apparatus will be described.

【0079】スキャナ162の各露光ヘッド166にお
いて、ファイバアレイ光源66の合波レーザ光源を構成
するGaN系半導体レーザLD1〜LD7の各々から発
散光状態で出射したレーザビームB1,B2,B3,B
4,B5,B6,及びB7の各々は、対応するコリメー
タレンズ11〜17によって平行光化される。平行光化
されたレーザビームB1〜B7は、集光レンズ20によ
って集光され、マルチモード光ファイバ30のコア30
aの入射端面に収束する。
In each exposure head 166 of the scanner 162, the laser beams B1, B2, B3, B emitted in a diverging state from each of the GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 constituting the combined laser light source of the fiber array light source 66.
4, B5, B6, and B7 are collimated by the corresponding collimator lenses 11 to 17, respectively. The collimated laser beams B1 to B7 are condensed by the condenser lens 20, and the core 30 of the multimode optical fiber 30 is collected.
It converges on the incident end face of a.

【0080】本例では、コリメータレンズ11〜17及
び集光レンズ20によって集光光学系が構成され、その
集光光学系とマルチモード光ファイバ30とによって合
波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ20によ
って上述のように集光されたレーザビームB1〜B7
が、このマルチモード光ファイバ30のコア30aに入
射して光ファイバ内を伝搬し、1本のレーザビームBに
合波されてマルチモード光ファイバ30の出射端部に結
合された光ファイバ31から出射する。
In this example, the collimator lenses 11 to 17 and the condenser lens 20 constitute a condenser optical system, and the condenser optical system and the multimode optical fiber 30 constitute a multiplexing optical system. That is, the laser beams B1 to B7 condensed by the condenser lens 20 as described above.
From the optical fiber 31 which is incident on the core 30a of the multimode optical fiber 30, propagates in the optical fiber, is combined with one laser beam B, and is coupled to the emission end of the multimode optical fiber 30. Emit.

【0081】各レーザモジュールにおいて、レーザビー
ムB1〜B7のマルチモード光ファイバ30への結合効
率が0.85で、GaN系半導体レーザLD1〜LD7
の各出力が30mWの場合には、アレイ状に配列された
光ファイバ31の各々について、出力180mW(=3
0mW×0.85×7)の合波レーザビームBを得るこ
とができる。従って、6本の光ファイバ31がアレイ状
に配列されたレーザ出射部68での出力は約1W(=1
80mW×6)である。
In each laser module, the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode optical fiber 30 is 0.85, and the GaN semiconductor lasers LD1 to LD7 are used.
Output of 30 mW, the output of each of the optical fibers 31 arranged in an array is 180 mW (= 3
A combined laser beam B of 0 mW × 0.85 × 7) can be obtained. Therefore, the output of the laser emitting section 68 in which the six optical fibers 31 are arranged in an array is about 1 W (= 1
80 mW x 6).

【0082】ファイバアレイ光源66のレーザ出射部6
8には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って
一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレー
ザ光を1本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光
源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出
力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用す
る合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば
1列でも所望の出力を得ることができる。
Laser emitting section 6 of fiber array light source 66
As shown in FIG. 8, high-luminance light emitting points are arranged in a line in the main scanning direction. Since the conventional fiber light source that combines the laser light from a single semiconductor laser into one optical fiber has a low output, a desired output could not be obtained without arranging in multiple rows. Since the combined laser light source used in the mode has a high output, a desired output can be obtained even with a small number of rows, for example, one row.

【0083】例えば、半導体レーザと光ファイバを1対
1で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体
レーザとしては出力30mW(ミリワット)程度のレー
ザが使用され、光ファイバとしてはコア径50μm、ク
ラッド径125μm、NA(開口数)0.2のマルチモ
ード光ファイバが使用されているので、約1W(ワッ
ト)の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバ
を48本(8×6)束ねなければならず、発光領域の面
積は0.62mm2(0.675mm×0.925m
m)であるから、レーザ出射部68での輝度は1.6×
106(W/m2)、光ファイバ1本当りの輝度は3.2
×106(W/m2)である。
For example, in a conventional fiber light source in which a semiconductor laser and an optical fiber are coupled one-to-one, a laser having an output of about 30 mW (milliwatt) is usually used as the semiconductor laser and a core diameter of 50 μm is used as the optical fiber. Since a multimode optical fiber with a cladding diameter of 125 μm and an NA (numerical aperture) of 0.2 is used, 48 multimode optical fibers (8 × 6) are required to obtain an output of about 1 W (watt). The area of the light emitting area is 0.62 mm 2 (0.675 mm × 0.925 m)
m), the brightness at the laser emitting portion 68 is 1.6 ×
10 6 (W / m 2 ), the brightness per optical fiber is 3.2
It is × 10 6 (W / m 2 ).

【0084】これに対し、本実施の形態では、上述した
通り、マルチモード光ファイバ6本で約1Wの出力を得
ることができ、レーザ出射部68での発光領域の面積は
0.0081mm2(0.325mm×0.025m
m)であるから、レーザ出射部68での輝度は123×
106(W/m2)となり、従来に比べ約80倍の高輝度
化を図ることができる。また、光ファイバ1本当りの輝
度は90×106(W/m2)であり、従来に比べ約28
倍の高輝度化を図ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, an output of about 1 W can be obtained with the six multimode optical fibers, and the area of the light emitting region at the laser emitting portion 68 is 0.0081 mm 2 ( 0.325 mm x 0.025 m
m), the brightness at the laser emitting portion 68 is 123 ×
Since it is 10 6 (W / m 2 ), it is possible to increase the brightness by about 80 times as compared with the conventional one. The brightness per optical fiber is 90 × 10 6 (W / m 2 ), which is about 28
The brightness can be doubled.

【0085】ここで、図15(A)及び(B)を参照し
て、従来の露光ヘッドと本実施の形態の露光ヘッドとの
焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドの
バンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は
0.675mmであり、本実施の形態の露光ヘッドのフ
ァイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は0.0
25mmである。図15(A)に示すように、従来の露
光ヘッドでは、光源(バンドル状ファイバ光源)1の発
光領域が大きいので、DMD3へ入射する光束の角度が
大きくなり、結果として走査面5へ入射する光束の角度
が大きくなる。このため、集光方向(ピント方向のず
れ)に対してビーム径が太りやすい。
Now, with reference to FIGS. 15A and 15B, the difference in depth of focus between the conventional exposure head and the exposure head of the present embodiment will be described. The diameter of the light emitting region of the bundle-shaped fiber light source of the conventional exposure head in the sub scanning direction is 0.675 mm, and the diameter of the light emitting region of the fiber array light source of the exposure head of the present embodiment in the sub scanning direction is 0.075 mm.
It is 25 mm. As shown in FIG. 15A, in the conventional exposure head, since the light emitting area of the light source (bundle-shaped fiber light source) 1 is large, the angle of the light beam incident on the DMD 3 is large, and as a result, it is incident on the scanning surface 5. The angle of the luminous flux becomes large. For this reason, the beam diameter tends to be thicker in the focusing direction (shift in the focusing direction).

【0086】一方、図15(B)に示すように、本実施
の形態の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源66の発
光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系67を
通過してDMD50へ入射する光束の角度が小さくな
り、結果として走査面56へ入射する光束の角度が小さ
くなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光
領域の副走査方向の径は従来の約30倍になっており、
略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従
って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度
への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著で
あり、有効である。この例では、露光面に投影された1
画素サイズは10μm×10μmである。なお、DMD
は反射型の空間変調素子であるが、図15(A)及び
(B)は、光学的な関係を説明するために展開図とし
た。
On the other hand, as shown in FIG. 15B, in the exposure head of this embodiment, since the diameter of the light emitting area of the fiber array light source 66 in the sub-scanning direction is small, it passes through the lens system 67 to the DMD 50. The angle of the incident light beam becomes smaller, and as a result, the angle of the light beam incident on the scanning surface 56 becomes smaller. That is, the depth of focus becomes deep. In this example, the diameter of the light emitting area in the sub-scanning direction is about 30 times that of the conventional one.
It is possible to obtain a depth of focus corresponding to the diffraction limit. Therefore, it is suitable for exposure of a minute spot. The effect on the depth of focus is more remarkable and effective as the required light amount of the exposure head is larger. In this example, 1 projected on the exposure surface
The pixel size is 10 μm × 10 μm. DMD
Is a reflection type spatial modulation element, but FIGS. 15A and 15B are developed views for explaining the optical relationship.

【0087】露光パターンに応じた画像データが、DM
D50に接続された図示しないコントローラに入力さ
れ、コントローラ内のフレームメモリに一旦記憶され
る。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を
2値(ドットの記録の有無)で表したデータである。
The image data corresponding to the exposure pattern is DM
It is input to a controller (not shown) connected to D50 and is temporarily stored in a frame memory in the controller. This image data is data in which the density of each pixel forming the image is represented by a binary value (whether or not dots are recorded).

【0088】感光材料150を表面に吸着したステージ
152は、図示しない駆動装置により、ガイド158に
沿ってゲート160の上流側から下流側に一定速度で移
動される。ステージ152がゲート160下を通過する
際に、ゲート160に取り付けられた検知センサ164
により感光材料150の先端が検出されると、フレーム
メモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次
読み出され、データ処理部で読み出された画像データに
基づいて各露光ヘッド166毎に制御信号が生成され
る。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御
信号に基づいて各露光ヘッド166毎にDMD50のマ
イクロミラーの各々がオンオフ制御される。
The stage 152 having the photosensitive material 150 adsorbed on its surface is moved at a constant speed from the upstream side of the gate 160 to the downstream side along the guide 158 by a driving device (not shown). When the stage 152 passes under the gate 160, the detection sensor 164 attached to the gate 160
When the leading edge of the photosensitive material 150 is detected by, the image data stored in the frame memory is sequentially read out for each of a plurality of lines, and each exposure head 166 is controlled based on the image data read by the data processing unit. A signal is generated. Then, the mirror drive controller controls on / off of each of the micromirrors of the DMD 50 for each exposure head 166 based on the generated control signal.

【0089】ファイバアレイ光源66から出射されたレ
ーザ光は、組合せレンズ71により平行光化され、組合
せレンズ73によりDMD50の被照射面での光量分布
が略均一になるように補正され、集光レンズ75により
DMD50上に集光される。DMD50にレーザ光が照
射されると、DMD50のマイクロミラーがオン状態の
ときに反射されたレーザ光は、レンズ系54、58によ
り感光材料150の被露光面56上に結像される。この
ようにして、ファイバアレイ光源66から出射されたレ
ーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料150がD
MD50の使用画素数と略同数の画素単位(露光エリア
168)で露光される。また、感光材料150がステー
ジ152と共に一定速度で移動されることにより、感光
材料150がスキャナ162によりステージ移動方向と
反対の方向に副走査され、各露光ヘッド166毎に帯状
の露光済み領域170が形成される。
The laser light emitted from the fiber array light source 66 is collimated by the combination lens 71 and corrected by the combination lens 73 so that the light amount distribution on the illuminated surface of the DMD 50 becomes substantially uniform. It is condensed on the DMD 50 by 75. When the DMD 50 is irradiated with laser light, the laser light reflected when the micromirror of the DMD 50 is in the on state is imaged on the exposed surface 56 of the photosensitive material 150 by the lens systems 54 and 58. In this way, the laser light emitted from the fiber array light source 66 is turned on and off for each pixel, and the photosensitive material 150 is D
Exposure is performed in pixel units (exposure area 168) that are substantially the same as the number of pixels used in MD50. Further, by moving the photosensitive material 150 together with the stage 152 at a constant speed, the photosensitive material 150 is sub-scanned by the scanner 162 in the direction opposite to the stage moving direction, and the strip-shaped exposed area 170 is formed for each exposure head 166. It is formed.

【0090】図16(A)及び(B)に示すように、本
実施の形態では、DMD50には、主走査方向にマイク
ロミラーが800個配列されたマイクロミラー列が、副
走査方向に600組配列されているが、コントローラに
より一部のマイクロミラー列(例えば、800個×10
0列)だけが駆動されるように制御することができる。
As shown in FIGS. 16A and 16B, in this embodiment, the DMD 50 has 600 micromirror rows in which 800 micromirrors are arrayed in the main scanning direction, in the subscanning direction. Although arranged, some micromirror rows (for example, 800 × 10
It can be controlled so that only the 0th column) is driven.

【0091】図16(A)に示すように、DMD50の
中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよ
く、図16(B)に示すように、DMD50の端部に配
置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一
部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発
生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に
応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよ
い。
As shown in FIG. 16 (A), a micromirror array arranged at the center of the DMD 50 may be used, or as shown in FIG. 16 (B), a micromirror array arranged at the end of the DMD 50. Mirror rows may be used. Further, when a defect occurs in some of the micromirrors, the micromirror array used may be appropriately changed depending on the situation, such as using a micromirror array in which no defect has occurred.

【0092】DMD50のデータ処理速度には限界があ
り、使用する画素数に比例して1ライン当りの変調速度
が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用
することで1ライン当りの変調速度が速くなる。一方、
連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露
光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必
要はない。
The data processing speed of the DMD 50 is limited, and the modulation speed per line is determined in proportion to the number of pixels used. Therefore, by using only a part of micromirror rows, The modulation speed becomes faster. on the other hand,
In the case of the exposure method in which the exposure head is continuously moved relative to the exposure surface, it is not necessary to use all the pixels in the sub-scanning direction.

【0093】例えば、600組のマイクロミラー列の
内、300組だけ使用する場合には、600組全部使用
する場合と比較すると1ライン当り2倍速く変調するこ
とができる。また、600組のマイクロミラー列の内、
200組だけ使用する場合には、600組全部使用する
場合と比較すると1ライン当り3倍速く変調することが
できる。即ち、副走査方向に500mmの領域を17秒
で露光できる。更に、100組だけ使用する場合には、
1ライン当り6倍速く変調することができる。即ち、副
走査方向に500mmの領域を9秒で露光できる。
For example, in the case of using only 300 of the 600 sets of micromirror arrays, the modulation can be performed twice as fast per line as compared with the case of using all of the 600 sets. Also, of the 600 pairs of micromirrors,
When only 200 sets are used, modulation can be performed three times faster per line than when all 600 sets are used. That is, an area of 500 mm in the sub-scanning direction can be exposed in 17 seconds. Furthermore, when using only 100 pairs,
Modulation can be performed 6 times faster per line. That is, an area of 500 mm in the sub scanning direction can be exposed in 9 seconds.

【0094】使用するマイクロミラー列の数、即ち、副
走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、10以
上で且つ200以下が好ましく、10以上で且つ100
以下がより好ましい。1画素に相当するマイクロミラー
1個当りの面積は15μm×15μmであるから、DM
D50の使用領域に換算すると、12mm×150μm
以上で且つ12mm×3mm以下の領域が好ましく、1
2mm×150μm以上で且つ12mm×1.5mm以
下の領域がより好ましい。
The number of micromirror rows used, that is, the number of micromirrors arranged in the sub-scanning direction is preferably 10 or more and 200 or less, and 10 or more and 100 or more.
The following is more preferable. Since the area per micromirror corresponding to one pixel is 15 μm × 15 μm, DM
Converted to the usage area of D50, 12 mm x 150 μm
It is preferable that the area is not less than 12 mm × 3 mm and not less than 1
A region of 2 mm × 150 μm or more and 12 mm × 1.5 mm or less is more preferable.

【0095】使用するマイクロミラー列の数が上記範囲
にあれば、図17(A)及び(B)に示すように、ファ
イバアレイ光源66から出射されたレーザ光をレンズ系
67で略平行光化して、DMD50に照射することがで
きる。DMD50によりレーザ光を照射する照射領域
は、DMD50の使用領域と一致することが好ましい。
照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が
低下する。
If the number of micromirror rows used is within the above range, as shown in FIGS. 17A and 17B, the laser light emitted from the fiber array light source 66 is converted into substantially parallel light by the lens system 67. Then, the DMD 50 can be irradiated. It is preferable that the irradiation area where the DMD 50 irradiates the laser light coincides with the usage area of the DMD 50.
If the irradiation area is wider than the usage area, the utilization efficiency of the laser light is reduced.

【0096】一方、DMD50上に集光させる光ビーム
の副走査方向の径を、レンズ系67により副走査方向に
配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必
要があるが、使用するマイクロミラー列の数が10未満
であると、DMD50に入射する光束の角度が大きくな
り、走査面56における光ビームの焦点深度が浅くなる
ので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の
数が200以下が変調速度の観点から好ましい。なお、
DMDは反射型の空間変調素子であるが、図17(A)
及び(B)は、光学的な関係を説明するために展開図と
した。
On the other hand, the diameter of the light beam focused on the DMD 50 in the sub-scanning direction needs to be reduced in accordance with the number of micro mirrors arranged in the sub-scanning direction by the lens system 67. If the number of rows is less than 10, the angle of the light beam incident on the DMD 50 becomes large and the depth of focus of the light beam on the scanning surface 56 becomes shallow, which is not preferable. Further, it is preferable that the number of micromirror rows used is 200 or less from the viewpoint of modulation speed. In addition,
The DMD is a reflective spatial light modulator, which is shown in FIG.
(B) is a developed view for explaining the optical relationship.

【0097】スキャナ162による感光材料150の副
走査が終了し、検知センサ164で感光材料150の後
端が検出されると、ステージ152は、図示しない駆動
装置により、ガイド158に沿ってゲート160の最上
流側にある原点に復帰し、再度、ガイド158に沿って
ゲート160の上流側から下流側に一定速度で移動され
る。
When the sub-scanning of the photosensitive material 150 by the scanner 162 is completed and the rear end of the photosensitive material 150 is detected by the detection sensor 164, the stage 152 moves the gate 160 along the guide 158 by a driving device (not shown). After returning to the origin on the most upstream side, the gate 160 is again moved along the guide 158 from the upstream side to the downstream side at a constant speed.

【0098】以上説明した通り、本実施の形態の露光装
置は、空間変調素子を用いているので、任意パターンで
の高速露光が可能である。また、光量分布補正光学系を
用いて光量分布が略均一の光で空間変調素子を照明して
いるので、被露光面においてムラ無く露光を行うことが
できる。
As described above, since the exposure apparatus of this embodiment uses the spatial modulation element, high speed exposure with an arbitrary pattern is possible. Further, since the spatial modulation element is illuminated with light having a substantially uniform light amount distribution using the light amount distribution correction optical system, it is possible to perform exposure without unevenness on the exposed surface.

【0099】また、本実施の形態の露光装置は、合波レ
ーザ光源の光ファイバの出射端部(発光点)をアレイ状
に配列したファイバアレイ光源で空間光変調素子を照明
する露光ヘッドを備えている。このファイバアレイ光源
において、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端の
クラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより
小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られ
る。これにより、深い焦点深度を備えた露光ヘッド及び
露光装置を実現することができる。
The exposure apparatus of the present embodiment is equipped with an exposure head that illuminates the spatial light modulator with a fiber array light source in which the emission ends (light emitting points) of the optical fibers of the combined laser light source are arranged in an array. ing. In this fiber array light source, the clad diameter at the emitting end of the optical fiber is made smaller than the clad diameter at the incident end, so that the diameter of the light emitting portion becomes smaller and the brightness of the fiber array light source can be increased. Thereby, it is possible to realize an exposure head and an exposure apparatus having a deep depth of focus.

【0100】例えば、ビーム径1μm以下、解像度0.
1μm以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度
を得ることができ、高速且つ高精細な露光が可能とな
る。従って、本実施の形態の露光装置は、高解像度が必
要とされる薄膜トランジスタ(TFT)の露光工程等に
も使用することができる。
For example, a beam diameter of 1 μm or less and a resolution of 0.
Even in the case of ultra-high resolution exposure of 1 μm or less, a deep depth of focus can be obtained, and high-speed and high-definition exposure becomes possible. Therefore, the exposure apparatus of the present embodiment can be used also in the exposure process of a thin film transistor (TFT) which requires high resolution.

【0101】また、複数本のレーザ光を合波して光ファ
イバに入射させる合波レーザ光源を用いているので、光
ファイバの出射端での出力が大きくなり、高出力での露
光が可能となる。更に、各ファイバ光源の出力が大きく
なることで、所望の出力を得るために必要なファイバ光
源数が少なくなり、露光装置の低コスト化が図られる。
Further, since the combined laser light source for combining a plurality of laser lights and making them enter the optical fiber is used, the output at the exit end of the optical fiber becomes large, and exposure at a high output is possible. Become. Furthermore, since the output of each fiber light source increases, the number of fiber light sources required to obtain a desired output decreases, and the cost of the exposure apparatus can be reduced.

【0102】また、本実施の形態の露光装置は、主走査
方向にマイクロミラーが800個配列されたマイクロミ
ラー列が、副走査方向に600組配列されたDMDを備
えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー
列だけが駆動されるように制御するので、全部のマイク
ロミラー列を駆動する場合に比べて、1ライン当りの変
調速度が速くなる。これにより高速での露光が可能にな
る。
Further, the exposure apparatus of the present embodiment is provided with a DMD in which 600 sets of micro mirror rows in which 800 micro mirrors are arranged in the main scanning direction and 600 sets in the sub scanning direction are arranged. Since control is performed so that only some of the micromirror rows are driven, the modulation speed per line is faster than when all the micromirror rows are driven. This enables high-speed exposure.

【0103】(第2の実施の形態)第2の実施の形態に
係る露光装置は、各露光ヘッドに使用される空間光変調
素子としてグレーティング・ライト・バルブ(GLV)
を用いたものである。GLVは、例えば米国特許第5,
311,360号に開示されているように、MEMS
(Micro Electro Mechanical Systems)タイプの空間光
変調素子(SLM;Spacial Light Modulator)の一種
であり、反射回折格子型の空間光変調素子である。その
他の点は第1の実施の形態に係る露光装置と同様の構成
であるため説明を省略する。
(Second Embodiment) An exposure apparatus according to the second embodiment is a grating light valve (GLV) as a spatial light modulator used in each exposure head.
Is used. GLV is described, for example, in US Pat.
311 and 360, as disclosed in
It is a type of (Micro Electro Mechanical Systems) type spatial light modulator (SLM; Spacial Light Modulator), and is a reflective diffraction grating type spatial light modulator. Since the other points are the same as those of the exposure apparatus according to the first embodiment, description thereof will be omitted.

【0104】露光ヘッド16611〜166mn各々は、図
30、図31(A)及び(B)に示すように、入射され
た光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空
間光変調素子として、所定方向に長い形状(ライン状)
をしたGLV300を備えており、GLV300の光入
射側には、第1の実施の形態と同様に、ファイバアレイ
光源66、レンズ系67、ミラー69がこの順に配置さ
れている。
Each of the exposure heads 166 11 to 166 mn , as shown in FIGS. 30, 31 (A) and 31 (B), is a spatial light modulator that modulates an incident light beam for each pixel according to image data. As an element, a shape that is long in a predetermined direction (line shape)
The GLV 300 having the above structure is provided, and the fiber array light source 66, the lens system 67, and the mirror 69 are arranged in this order on the light incident side of the GLV 300, as in the first embodiment.

【0105】ライン状のGLV300は、その長手方向
がファイバアレイ光源66の光ファイバの配列方向と平
行になり且つGLV300のリボン状のマイクロブリッ
ジの反射面がミラー69の反射面と略平行になるように
配置され、これを制御する図示しないコントローラに接
続されている。
The longitudinal direction of the line-shaped GLV 300 is parallel to the arrangement direction of the optical fibers of the fiber array light source 66, and the reflection surface of the ribbon-shaped microbridge of the GLV 300 is substantially parallel to the reflection surface of the mirror 69. And is connected to a controller (not shown) that controls this.

【0106】GLV300は、図32に示すように、シ
リコン等からなる長尺状の基板203上に、リボン状の
反射面を備えたマイクロブリッジ209が多数個(例え
ば、6480個)平行に配列されたものであり、隣接す
るマイクロブリッジ209間には多数のスリット211
が形成されている。通常、1画素は複数(例えば、6
個)のマイクロブリッジ209列で構成されており、1
画素を6個のマイクロブリッジ列で構成すると仮定する
と、6480個のマイクロブリッジで1080画素での
露光が可能である。
As shown in FIG. 32, in the GLV 300, a large number of microbridges 209 (for example, 6480) having ribbon-shaped reflecting surfaces are arranged in parallel on a long substrate 203 made of silicon or the like. A plurality of slits 211 are provided between adjacent microbridges 209.
Are formed. Usually, one pixel has a plurality of pixels (for example, 6 pixels).
209 rows of micro bridges, 1
Assuming that the pixel is composed of a row of 6 microbridges, an exposure of 1080 pixels is possible with 6480 microbridges.

【0107】各マイクロブリッジ209は、図33
(A)及び(B)に示すように、窒化シリコン(SiN
x)等からなる可撓性梁209aの表面に、アルミニウ
ム(又は、金、銀、銅等)の単層金属膜からなる反射電
極膜209bを形成したものである。反射電極膜209
bの各々は、図示しない配線により図示しないスイッチ
を介して電源に接続されている。
Each microbridge 209 is shown in FIG.
As shown in (A) and (B), silicon nitride (SiN
The reflective electrode film 209b made of a single-layer metal film of aluminum (or gold, silver, copper, etc.) is formed on the surface of the flexible beam 209a made of x) or the like. Reflective electrode film 209
Each of b is connected to a power source via a switch (not shown) by a wire (not shown).

【0108】ここで、GLV300の動作原理を簡単に
説明する。電圧を印加していない状態では、マイクロブ
リッジ209は基板203から所定間隔離間されている
が、マイクロブリッジ209と基板203との間に電圧
を印加すると、静電誘導された電荷によってマイクロブ
リッジ209と基板203との間に静電吸引力が発生
し、マイクロブリッジ209が基板203側に撓む。そ
して、電圧の印加を止めると、撓みが解消し、マイクロ
ブリッジ209は弾性復帰により基板203から離間す
る。従って、電圧を印加するマイクロブリッジと電圧を
印加しないマイクロブリッジとを交互に配置すること
で、電圧の印加により回折格子を形成することができ
る。
Here, the operating principle of the GLV 300 will be briefly described. The microbridge 209 is separated from the substrate 203 by a predetermined distance when no voltage is applied. However, when a voltage is applied between the microbridge 209 and the substrate 203, the microbridge 209 is separated from the microbridge 209 by electrostatically induced charges. An electrostatic attraction force is generated between the substrate 203 and the substrate 203, and the microbridge 209 bends toward the substrate 203 side. Then, when the application of the voltage is stopped, the bending is eliminated, and the microbridge 209 is separated from the substrate 203 by the elastic return. Therefore, by alternately arranging the microbridges to which the voltage is applied and the microbridges to which the voltage is not applied, it is possible to form the diffraction grating by applying the voltage.

【0109】図33(A)は、画素単位のマイクロブリ
ッジ列に電圧が印加されておらず、オフ状態にある場合
を示している。オフ状態では、マイクロブリッジ209
の反射面の高さが総て揃い、反射光には光路差が生じず
正反射される。即ち、0次回折光しか得ることができな
い。一方、図33(B)は、画素単位のマイクロブリッ
ジ列に電圧が印加され、オン状態にある場合を示してい
る。なお、電圧は1つおきのマイクロブリッジ209に
印加される。オン状態では、前述した原理によりマイク
ロブリッジ209の中央部が撓み、交互に段差のある反
射面が形成される。即ち、回折格子が形成される。この
反射面にレーザ光を入射させると、撓みのあるマイクロ
ブリッジ209で反射された光と、撓みのないマイクロ
ブリッジ209で反射された光との間に光路差が生じ、
所定方向に±1次回折光が出射される。
FIG. 33A shows a case where no voltage is applied to the microbridge array in pixel units and the microbridge array is in an off state. In the off state, the micro bridge 209
The heights of the reflecting surfaces are uniform and the reflected light is specularly reflected without any optical path difference. That is, only the 0th order diffracted light can be obtained. On the other hand, FIG. 33B shows a case where a voltage is applied to the pixel-based microbridge array and the microbridge array is in the ON state. The voltage is applied to every other microbridge 209. In the ON state, the central portion of the microbridge 209 bends according to the above-described principle, and reflective surfaces having steps are formed alternately. That is, a diffraction grating is formed. When laser light is incident on this reflecting surface, an optical path difference is generated between the light reflected by the flexible microbridge 209 and the light reflected by the non-flexible microbridge 209.
The ± first-order diffracted light is emitted in a predetermined direction.

【0110】従って、図示しないコントローラにより、
制御信号に応じて、GLV300の各画素におけるマイ
クロブリッジ列を、印加される電圧のオン/オフで駆動
制御することによって、GLV300に入射されたレー
ザ光は画素毎に変調されて所定方向に回折される。
Therefore, the controller (not shown)
By controlling the driving of the microbridge array in each pixel of the GLV 300 by turning on / off the applied voltage according to the control signal, the laser light incident on the GLV 300 is modulated for each pixel and diffracted in a predetermined direction. It

【0111】また、GLV300の光反射側、即ち、回
折光(0次回折光及び±1次回折光)が出射される側に
は、回折光を走査面(被露光面)56上に結像するレン
ズ系54、58が、GLV300と被露光面56とが共
役な関係となるように配置されている。また、回折光が
レンズ系54に入射されるように、GLV300はその
リボン状の反射面を予めレンズ系54の光軸に対し所定
角度(例えば45°)傾斜させて配置されている。
On the light reflection side of the GLV 300, that is, on the side where the diffracted light (0th order diffracted light and ± 1st order diffracted light) is emitted, a lens for focusing the diffracted light on the scanning surface (exposed surface) 56. The systems 54 and 58 are arranged so that the GLV 300 and the exposed surface 56 have a conjugate relationship. Further, in order that the diffracted light enters the lens system 54, the GLV 300 is arranged with its ribbon-shaped reflecting surface preliminarily inclined with respect to the optical axis of the lens system 54 by a predetermined angle (for example, 45 °).

【0112】図31(A)及び(B)では、0次回折光
は点線で図示し、±1次回折光は実線で図示している
が、GLV300からの0次回折光は、レンズ系54に
よりGLVの長手方向にだけ集光される。このため、レ
ンズ系54とレンズ系58との間には、0次回折光を走
査面56への光路から除外するための長尺状の遮蔽板5
7がその長手方向がGLV300の長手方向と直交する
ように配置されている。
In FIGS. 31A and 31B, the 0th-order diffracted light is shown by a dotted line and the ± 1st-order diffracted light is shown by a solid line. It is focused only in the longitudinal direction. Therefore, between the lens system 54 and the lens system 58, the elongated shield plate 5 for excluding the 0th-order diffracted light from the optical path to the scanning surface 56.
7 are arranged so that the longitudinal direction thereof is orthogonal to the longitudinal direction of the GLV 300.

【0113】レンズ系54は、入射された回折光をGL
V300の長手方向に集光し且つ副走査方向に平行光化
する。レンズ系54とレンズ系58との間の0次回折光
の焦点位置には、0次回折光を走査面56への光路から
除外するための長尺状の遮蔽板55がその長手方向がG
LVの長手方向と直交するように配置されている。これ
により、0次回折光だけが選択的に排除される。
The lens system 54 makes the incident diffracted light GL
The light is condensed in the longitudinal direction of V300 and is made parallel light in the sub-scanning direction. At the focus position of the 0th-order diffracted light between the lens system 54 and the lens system 58, a long shield plate 55 for excluding the 0th-order diffracted light from the optical path to the scanning surface 56 has a longitudinal direction of G.
It is arranged so as to be orthogonal to the longitudinal direction of the LV. As a result, only the 0th order diffracted light is selectively excluded.

【0114】この露光ヘッドでは、露光パターンに応じ
た画像データが、GLV300に接続された図示しない
コントローラに入力されると、この画像データに基づい
て制御信号が生成され、生成された制御信号に基づいて
各露光ヘッド毎にGLV300のマイクロブリッジの各
々が画素単位でオンオフ制御される。これにより、感光
材料150がGLV300の画素数と略同数の画素単位
で露光され、ステージ152の移動による副走査で、各
露光ヘッド毎に帯状の露光済み領域が形成される。
In this exposure head, when image data according to the exposure pattern is input to a controller (not shown) connected to the GLV 300, a control signal is generated based on this image data, and based on the generated control signal. Thus, each of the microbridges of the GLV 300 is ON / OFF-controlled for each pixel for each exposure head. As a result, the photosensitive material 150 is exposed in pixel units of substantially the same number as the number of pixels of the GLV 300, and a band-shaped exposed region is formed for each exposure head by sub-scanning by the movement of the stage 152.

【0115】本実施の形態で露光装置では、GLV30
0は短辺方向の幅が狭い長尺状の空間光変調素子である
ため、効率良く照明するのが難しいが、第1の実施の形
態で説明した通り、GLVを照明する光源に、合波レー
ザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高
輝度のファイバアレイ光源を用いると共に、光ファイバ
の出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さ
くしているので、レーザ出射部68から出射されるビー
ムの副走査方向の径が小さくなり、レンズ系67等を通
過してGLV300へ入射する光束の角度が小さくな
る。これにより、効率良くGLV300を照明すること
ができると共に、深い焦点深度を得ることができる。ま
た、合波レーザ光源を用いているので高出力での露光が
可能となり、露光装置の低コスト化が図られる。
In the exposure apparatus of this embodiment, the GLV30
Since 0 is a long spatial light modulator having a narrow width in the short side direction, it is difficult to illuminate efficiently, but as described in the first embodiment, the light source for illuminating the GLV is combined. Since a high-brightness fiber array light source in which the emitting ends of the optical fibers of the laser light source are arranged in an array is used and the cladding diameter at the emitting end of the optical fiber is made smaller than the cladding diameter at the incident end, the laser emitting portion The diameter of the beam emitted from 68 in the sub-scanning direction becomes smaller, and the angle of the light beam that passes through the lens system 67 and the like and enters the GLV 300 becomes smaller. This makes it possible to efficiently illuminate the GLV 300 and obtain a deep depth of focus. Further, since the combined laser light source is used, it is possible to perform exposure with high output, and the cost of the exposure apparatus can be reduced.

【0116】次に、以上説明した露光装置の変形例等に
ついて説明する。 [露光装置の用途]上記の露光装置は、例えば、プリン
ト配線基板(PWB;Printed Wiring Board)の製造工
程におけるドライ・フィルム・レジスト(DFR;Dry
Film Resist)の露光、液晶表示装置(LCD)の製造
工程におけるカラーフィルタの形成、TFTの製造工程
におけるDFRの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネ
ル(PDP)の製造工程におけるDFRの露光等の用途
に好適に用いることができる。
Next, a modified example of the above-described exposure apparatus will be described. [Application of exposure apparatus] The above-described exposure apparatus is used, for example, for a dry film resist (DFR; Dry) in a manufacturing process of a printed wiring board (PWB).
Suitable for exposure of film resist, formation of color filter in liquid crystal display (LCD) manufacturing process, exposure of DFR in manufacturing process of TFT, exposure of DFR in manufacturing process of plasma display panel (PDP), etc. Can be used for.

【0117】更に、上記の露光装置は、レーザ照射によ
り材料の一部を蒸発、飛散等させて除去するレーザアブ
レーションや焼結、リソグラフィ等の種々のレーザ加工
にも使用することができる。上記の露光装置は、高出力
であり、高速且つ長焦点深度での露光が可能であること
から、レーザアブレーション等による微細加工に使用す
ることができる。例えば、現像処理を行う代わりにレジ
ストをアブレーションによりパターンに従って除去して
PWBを作成したり、レジストを使用せずに直接アブレ
ーションでPWBのパターンを形成するのに、上記の露
光装置を使用することができる。また、多数の溶液の混
合、反応、分離、検出などをガラスやプラスティックチ
ップに集積したラボオンチップにおける、溝幅数十μm
の微小流路の形成にも使用することができる。
Further, the above-mentioned exposure apparatus can be used for various laser processing such as laser ablation, sintering, and lithography for removing a part of a material by vaporizing, scattering, etc. by laser irradiation. The above-described exposure apparatus has a high output and can perform exposure at a high speed and a long focal depth, and thus can be used for fine processing such as laser ablation. For example, the exposure apparatus described above may be used to form a PWB by removing a resist according to a pattern by ablation instead of performing a development process, or to form a PWB pattern by direct ablation without using a resist. it can. In addition, a groove width of several tens of μm in a lab-on-chip in which mixing, reaction, separation, detection, etc. of many solutions are integrated on glass or plastic chips.
It can also be used for the formation of microchannels.

【0118】特に、上記の露光装置は、ファイバアレイ
光源にGaN系半導体レーザを用いているので、上述の
レーザ加工に好適に使用することができる。即ち、Ga
N系半導体レーザは短パルス駆動が可能であり、レーザ
アブレーション等にも十分なパワーを得ることができ
る。また、半導体レーザであるため、駆動速度が遅い固
体レーザと異なり、繰り返し周波数10MHz程度での
高速駆動が可能であり、高速露光が可能である。更に、
金属は波長400nm付近のレーザ光の光吸収率が大き
く、熱エネルギーへの変換が容易であるため、レーザア
ブレーション等を高速に行うことができる。
In particular, the above-mentioned exposure apparatus uses the GaN-based semiconductor laser for the fiber array light source, and therefore can be suitably used for the above-mentioned laser processing. That is, Ga
The N-based semiconductor laser can be driven by a short pulse, and can obtain sufficient power for laser ablation and the like. Further, since it is a semiconductor laser, it can be driven at high speed at a repetition frequency of about 10 MHz, and can perform high-speed exposure, unlike a solid-state laser having a low driving speed. Furthermore,
Since metal has a large light absorptance of laser light near a wavelength of 400 nm and is easily converted into heat energy, laser ablation or the like can be performed at high speed.

【0119】なお、TFTのパターニングに使用される
液体レジストやカラーフィルタをパターニングするため
に使用される液体レジストを露光する場合には、酸素阻
害による感度低下(減感)を無くすために、窒素雰囲気
下で被露光材料を露光することが好ましい。窒素雰囲気
下で露光することで光重合反応の酸素阻害が抑制されて
レジストが高感度化し、高速露光が可能となる。
When exposing a liquid resist used for patterning a TFT or a liquid resist used for patterning a color filter, in order to eliminate sensitivity deterioration (desensitization) due to oxygen inhibition, a nitrogen atmosphere is used. It is preferable to expose the material to be exposed below. By exposing in a nitrogen atmosphere, oxygen inhibition of the photopolymerization reaction is suppressed, the resist has high sensitivity, and high-speed exposure is possible.

【0120】また、上記の露光装置には、露光により直
接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光によ
り発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料
の何れも使用することができる。フォトンモード感光材
料を使用する場合、レーザ装置にはGaN系半導体レー
ザ、波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感
光材料を使用する場合、レーザ装置にはAlGaAs系
半導体レーザ(赤外レーザ)、固体レーザが使用され
る。
Further, in the above-mentioned exposure apparatus, both a photon mode photosensitive material in which information is directly recorded by exposure and a heat mode photosensitive material in which information is recorded by heat generated by exposure can be used. When using a photon mode photosensitive material, a GaN-based semiconductor laser, a wavelength conversion solid-state laser, or the like is used for the laser device, and when using a heat mode photosensitive material, the laser device is an AlGaAs-based semiconductor laser (infrared laser), A solid state laser is used.

【0121】[他の空間変調素子]上記の第1の実施の
形態では、DMDのマイクロミラーを部分的に駆動する
例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さ
が前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上
に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多
数のマイクロミラーが2次元状に配列された細長いDM
Dを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラー
の個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くするこ
とができる。
[Other Spatial Modulator] In the above-described first embodiment, an example in which the DMD micromirror is partially driven has been described, but the length in the direction corresponding to the predetermined direction is the same as the predetermined direction. A long and narrow DM in which a large number of micromirrors whose reflection surfaces can be changed according to control signals are two-dimensionally arranged on a substrate longer than the length in the intersecting direction.
Even if D is used, the number of micromirrors that control the angle of the reflecting surface is reduced, so that the modulation speed can be similarly increased.

【0122】上記の第1及び第2の実施の形態では、空
間変調素子としてDMDやGLVを備えた露光ヘッドに
ついて説明したが、例えば、MEMS(Micro Electro
Mechanical Systems)タイプの空間変調素子(SLM;
Spacial Light Modulator)や、電気光学効果により透
過光を変調する光学素子(PLZT素子)や液晶光シャ
ッタ(FLC)等、MEMSタイプ以外の空間変調素子
を用いた場合にも、基板上に配列された全画素部に対し
一部の画素部を使用することで、1画素当り、1主走査
ライン当たりの変調速度を速くすることができるので、
同様の効果を得ることができる。
In the above-described first and second embodiments, the exposure head provided with the DMD or GLV as the spatial modulation element has been described.
Mechanical Systems) type spatial modulator (SLM;
Spacial Light Modulator), an optical element (PLZT element) that modulates transmitted light by an electro-optical effect, a liquid crystal light shutter (FLC), and other spatial modulation elements other than the MEMS type are also used. By using a part of the pixel parts for all the pixel parts, it is possible to increase the modulation speed per pixel and one main scanning line.
The same effect can be obtained.

【0123】なお、MEMSとは、IC製造プロセスを
基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイ
ズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化
した微細システムの総称であり、MEMSタイプの空間
変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により
駆動される空間変調素子を意味している。
Incidentally, the MEMS is a general term for a micro system in which micro size sensors, actuators, and control circuits are integrated by the micro machining technology based on the IC manufacturing process, and the MEMS type spatial modulator is It means a spatial modulation element driven by electromechanical operation using electrostatic force.

【0124】[他の露光方式]図18に示すように、上
記の実施の形態と同様に、スキャナ162によるX方向
への1回の走査で感光材料150の全面を露光してもよ
く、図19(A)及び(B)に示すように、スキャナ1
62により感光材料150をX方向へ走査した後、スキ
ャナ162をY方向に1ステップ移動し、X方向へ走査
を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回
の走査で感光材料150の全面を露光するようにしても
よい。なお、この例では、スキャナ162は18個の露
光ヘッド166を備えている。
[Other Exposure Methods] As shown in FIG. 18, the entire surface of the photosensitive material 150 may be exposed by one scan in the X direction by the scanner 162 as in the above-described embodiment. 19 (A) and (B), the scanner 1
After the photosensitive material 150 is scanned in the X direction by 62, the scanner 162 is moved in the Y direction by one step and the scanning is performed in the X direction. The entire surface may be exposed. In this example, the scanner 162 has 18 exposure heads 166.

【0125】[他のレーザ装置(光源)]上記の実施の
形態では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ
光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合
波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限
定されない。例えば、1個の発光点を有する単一の半導
体レーザから入射されたレーザ光を出射する1本の光フ
ァイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバア
レイ光源を用いることができる。
[Other Laser Device (Light Source)] In the above embodiment, an example of using a fiber array light source provided with a plurality of combined laser light sources has been described, but the laser device is an array of combined laser light sources. It is not limited to the fiber array light source. For example, it is possible to use a fiber array light source that is an array of fiber light sources provided with one optical fiber that emits laser light incident from a single semiconductor laser having one light emitting point.

【0126】また、上記の実施の形態では、図20に示
すように、ヒートブロック100上に、複数(例えば、
7個)のチップ状の半導体レーザLD1〜LD7を配列
したレーザアレイを備えた合波レーザ光源を用いる例に
ついて説明したが、合波レーザ光源は、複数のチップ状
の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するもの
には限定されない。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 20, a plurality of (for example,
Although an example of using a combined laser light source provided with a laser array in which seven (7) chip-shaped semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged has been described, the combined laser light source is a laser emitted from a plurality of chip-shaped semiconductor lasers. It is not limited to those that combine lights.

【0127】図21(A)に示す、複数(例えば、5
個)の発光点110aが所定方向に配列されたチップ状
のマルチキャビティレーザ110が知られている。例え
ば、図22に示すように、このマルチキャビティレーザ
110を備えた合波レーザ光源を用いることができる。
この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ110
と、1本のマルチモード光ファイバ130と、集光レン
ズ120と、を備えて構成されている。マルチキャビテ
ィレーザ110は、例えば、発振波長が405nmのG
aN系レーザダイオードで構成することができる。
A plurality (for example, 5) shown in FIG.
There is known a chip-shaped multi-cavity laser 110 in which individual light emitting points 110a are arranged in a predetermined direction. For example, as shown in FIG. 22, a combined laser light source including this multi-cavity laser 110 can be used.
This combined laser light source is a multi-cavity laser 110.
And a single multimode optical fiber 130 and a condenser lens 120. The multi-cavity laser 110 has, for example, a G having an oscillation wavelength of 405 nm.
It can be composed of an aN laser diode.

【0128】マルチキャビティレーザ110は、チップ
状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置
精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレー
ザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレー
ザ製造時にマルチキャビティレーザ110に撓みが発生
し易くなるため、発光点110aの個数は5個以下とす
るのが好ましい。
In the multi-cavity laser 110, the light emitting points can be arranged with high positional accuracy as compared with the case where chip-shaped semiconductor lasers are arranged, and therefore the laser beams emitted from the respective light emitting points are easily combined. However, as the number of light emitting points increases, the multi-cavity laser 110 is likely to bend during laser manufacturing. Therefore, the number of light emitting points 110a is preferably 5 or less.

【0129】上記の構成では、マルチキャビティレーザ
110の複数の発光点110aの各々から出射したレー
ザビームBの各々は、集光レンズ120によって集光さ
れ、マルチモード光ファイバ130のコア130aに入
射する。コア130aに入射したレーザ光は、光ファイ
バ内を伝搬し、1本に合波されて出射する。
In the above structure, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting points 110a of the multi-cavity laser 110 is condensed by the condenser lens 120 and is incident on the core 130a of the multimode optical fiber 130. . The laser light incident on the core 130a propagates in the optical fiber, is combined into one, and is emitted.

【0130】マルチキャビテイレーザ110の複数の発
光点110aを、上記マルチモード光ファイバ130の
コア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ1
20として、マルチモード光ファイバ130のコア径と
略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレー
ザ110からの出射ビームをその活性層に垂直な面内の
みでコリメートするロッドレンズを用いることにより、
レーザビームBのマルチモード光ファイバ130への結
合効率を上げることができる。
A plurality of light emitting points 110a of the multi-cavity laser 110 are arranged side by side within a width substantially equal to the core diameter of the multi-mode optical fiber 130, and the condenser lens 1 is provided.
As 20, a convex lens having a focal length substantially equal to the core diameter of the multimode optical fiber 130, or a rod lens for collimating the emitted beam from the multicavity laser 110 only in a plane perpendicular to its active layer is used.
The coupling efficiency of the laser beam B to the multimode optical fiber 130 can be increased.

【0131】また、図21(B)に示すように、ヒート
ブロック100上に、複数のマルチキヤビティレーザ1
10が各チップの発光点110aの配列方向と同じ方向
に配列されたマルチキャビティレーザアレイを用い、図
23に示すように、ヒートブロック111上に複数(例
えば、9個)のマルチキャビティレーザ110が互いに
等間隔で配列されたレーザアレイ140を備えた合波レ
ーザ光源を構成することができる。複数のマルチキヤビ
ティレーザ110は、各チップの発光点110aの配列
方向と同じ方向に配列されて固定されている。
Further, as shown in FIG. 21B, a plurality of multicavity lasers 1 are provided on the heat block 100.
Using a multi-cavity laser array in which 10 are arranged in the same direction as the light emitting points 110a of each chip, as shown in FIG. 23, a plurality of (for example, nine) multi-cavity lasers 110 are arranged on the heat block 111. A combined laser light source including the laser arrays 140 arranged at equal intervals can be configured. The plurality of multi-cavity lasers 110 are arranged and fixed in the same direction as the light emitting points 110a of each chip.

【0132】この合波レーザ光源は、レーザアレイ14
0と、各マルチキヤピティレーザ110に対応させて配
置した複数のレンズアレイ114と、レーザアレイ14
0と複数のレンズアレイ114との間に配置された1本
のロッドレンズ113と、1本のマルチモード光ファイ
バ130と、集光レンズ120と、を備えて構成されて
いる。レンズアレイ114は、マルチキヤピティレーザ
110の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備え
ている。
This combined laser light source comprises a laser array 14
0, a plurality of lens arrays 114 arranged corresponding to each multi-capability laser 110, and a laser array 14
It is configured to include one rod lens 113 arranged between 0 and a plurality of lens arrays 114, one multimode optical fiber 130, and a condenser lens 120. The lens array 114 includes a plurality of microlenses corresponding to the light emitting points of the multicapability laser 110.

【0133】上記の構成では、複数のマルチキヤビティ
レーザ110の複数の発光点10aの各々から出射した
レーザビームBの各々は、ロッドレンズ113により所
定方向に集光された後、レンズアレイ114の各マイク
ロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザ
ビームLは、集光レンズ120によって集光され、マル
チモード光フアイバ130のコア130aに入射する。
コア130aに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝
搬し、1本に合波されて出射する。
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting points 10a of the plurality of multi-cavity lasers 110 is condensed in a predetermined direction by the rod lens 113, and then the laser beam of the lens array 114 is collected. The light is collimated by each microlens. The collimated laser beam L is condensed by the condenser lens 120 and is incident on the core 130 a of the multimode optical fiber 130.
The laser light that has entered the core 130a propagates in the optical fiber, is combined into one, and is emitted.

【0134】更に他の合波レーザ光源の例を示す。この
合波レーザ光源は、図24(A)及び(B)に示すよう
に、略矩形状のヒートブロック180上に光軸方向の断
面がL字状のヒートブロック182が搭載され、2つの
ヒートブロック間に収納空間が形成されている。L字状
のヒートブロック182の上面には、複数の発光点(例
えば、5個)がアレイ状に配列された複数(例えば、2
個)のマルチキャビティレーザ110が、各チップの発
光点110aの配列方向と同じ方向に等間隔で配列され
て固定されている。
An example of still another combined laser light source will be shown. In this combined laser light source, as shown in FIGS. 24A and 24B, a heat block 182 having an L-shaped cross section in the optical axis direction is mounted on a heat block 180 having a substantially rectangular shape, and two heats are provided. A storage space is formed between the blocks. On the upper surface of the L-shaped heat block 182, a plurality of (for example, 2) light emitting points (for example, 5) are arranged in an array.
The individual multi-cavity lasers 110 are arranged and fixed at equal intervals in the same direction as the arrangement direction of the light emitting points 110a of each chip.

【0135】略矩形状のヒートブロック180には凹部
が形成されており、ヒートブロック180の空間側上面
には、複数の発光点(例えば、5個)がアレイ状に配列
された複数(例えば、2個)のマルチキャビティレーザ
110が、その発光点がヒートブロック182の上面に
配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置
するように配置されている。
A concave portion is formed in the substantially rectangular heat block 180, and a plurality of light emitting points (for example, five) are arranged in an array on the space-side upper surface of the heat block 180 (for example, five). The (two) multi-cavity lasers 110 are arranged such that their light emitting points are located on the same vertical plane as the light emitting points of the laser chips arranged on the upper surface of the heat block 182.

【0136】マルチキャビティレーザ110のレーザ光
出射側には、各チップの発光点110aに対応してコリ
メートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ18
4が配置されている。コリメートレンズアレイ184
は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡
がり角が大きい方向(速軸方向)とが一致し、各コリメ
ートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向(遅軸方
向)と一致するように配置されている。このように、コ
リメートレンズをアレイ化して一体化することで、レー
ザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化
が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化するこ
とができる。
On the laser beam emitting side of the multi-cavity laser 110, a collimating lens array 18 in which collimating lenses are arranged corresponding to the light emitting points 110a of each chip.
4 are arranged. Collimating lens array 184
Is so that the length direction of each collimator lens and the direction where the divergence angle of the laser beam is large (fast axis direction) match, and the width direction of each collimator lens matches the direction where the divergence angle is small (slow axis direction). It is arranged. As described above, by integrating the collimator lenses in an array, the space utilization efficiency of laser light is improved, the output of the combined laser light source is increased, and the number of parts is reduced and the cost can be reduced. .

【0137】また、コリメートレンズアレイ184のレ
ーザ光出射側には、1本のマルチモード光ファイバ13
0と、このマルチモード光ファイバ130の入射端にレ
ーザビームを集光して結合する集光レンズ120と、が
配置されている。
On the laser beam emitting side of the collimator lens array 184, one multimode optical fiber 13 is provided.
0 and a condenser lens 120 that condenses and combines the laser beam at the incident end of the multimode optical fiber 130.

【0138】上記の構成では、レーザブロック180、
182上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ1
10の複数の発光点10aの各々から出射したレーザビ
ームBの各々は、コリメートレンズアレイ184により
平行光化され、集光レンズ120によって集光されて、
マルチモード光フアイバ130のコア130aに入射す
る。コア130aに入射したレーザ光は、光フアイバ内
を伝搬し、1本に合波されて出射する。
With the above arrangement, the laser block 180,
Multiple multi-cavity lasers 1 arranged on 182
Each of the laser beams B emitted from each of the ten emission points 10a is collimated by the collimator lens array 184 and condensed by the condenser lens 120,
The light enters the core 130a of the multimode optical fiber 130. The laser light that has entered the core 130a propagates in the optical fiber, is combined into one, and is emitted.

【0139】この合波レーザ光源は、上記の通り、マル
チキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのア
レイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。こ
の合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なフ
ァイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成するこ
とができるので、本発明の露光装置のレーザ光源を構成
するファイバ光源として特に好適である。
As described above, this combined laser light source can achieve a particularly high output by arranging multi-cavity lasers in multiple stages and forming an array of collimator lenses. By using this combined laser light source, a fiber array light source or a bundle fiber light source with higher brightness can be formed, and thus it is particularly suitable as a fiber light source forming the laser light source of the exposure apparatus of the present invention.

【0140】なお、上記の各合波レーザ光源をケーシン
グ内に収納し、マルチモード光ファイバ130の出射端
部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを
構成することができる。
Incidentally, it is possible to construct a laser module in which each of the above-mentioned combined laser light sources is housed in a casing and the emission end of the multimode optical fiber 130 is pulled out from the casing.

【0141】また、上記の実施の形態では、合波レーザ
光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマ
ルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチ
モード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合して
ファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明し
たが、例えば、クラッド径が125μm、80μm、6
0μm等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光
ファイバを結合せずに使用してもよい。
Further, in the above embodiment, another optical fiber having the same core diameter as the multimode optical fiber and a cladding diameter smaller than the multimode optical fiber is provided at the exit end of the multimode optical fiber of the combined laser light source. Although an example in which the fiber diameter of the fiber array light source is increased by combining the above has been described, for example, the cladding diameter is 125 μm, 80 μm, 6
A multimode optical fiber such as 0 μm may be used without coupling another optical fiber to the output end.

【0142】[他の結像光学系]上記の第1の実施の形
態では、露光ヘッドに使用するDMDの光反射側に、結
像光学系として2組のレンズを配置したが、レーザ光を
拡大して結像する結像光学系を配置してもよい。DMD
により反射される光束線の断面積を拡大することで、被
露光面における露光エリア面積(画像領域)を所望の大
きさに拡大することができる。
[Other Imaging Optical System] In the first embodiment described above, two sets of lenses are arranged as an imaging optical system on the light reflecting side of the DMD used in the exposure head, but laser light is used. An image forming optical system for forming an enlarged image may be arranged. DMD
By enlarging the cross-sectional area of the light flux line reflected by, the exposure area area (image area) on the exposed surface can be enlarged to a desired size.

【0143】例えば、露光ヘッドを、図28(A)に示
すように、DMD50、DMD50にレーザ光を照射す
る照明装置144、DMD50で反射されたレーザ光を
拡大して結像するレンズ系454、458、DMD50
の各画素に対応して多数のマイクロレンズ474が配置
されたマイクロレンズアレイ472、マイクロレンズア
レイ472の各マイクロレンズに対応して多数のアパー
チャ478が設けられたアパーチャアレイ476、アパ
ーチャを通過したレーザ光を被露光面56に結像するレ
ンズ系480、482で構成することができる。
For example, as shown in FIG. 28A, the exposure head DMD 50, the illumination device 144 for irradiating the DMD 50 with the laser light, and the lens system 454 for enlarging the laser light reflected by the DMD 50 to form an image. 458, DMD50
, A microlens array 472 in which a large number of microlenses 474 are arranged corresponding to the respective pixels, an aperture array 476 in which a large number of apertures 478 are provided corresponding to the respective microlenses of the microlens array 472, and a laser which has passed through the apertures. It can be configured with lens systems 480 and 482 that image light on the exposed surface 56.

【0144】この露光ヘッドでは、照明装置144から
レーザ光が照射されると、DMD50によりオン方向に
反射される光束線の断面積が、レンズ系454、458
により数倍(例えば、2倍)に拡大される。拡大された
レーザ光は、マイクロレンズアレイ472の各マイクロ
レンズによりDMD50の各画素に対応して集光され、
アパーチャアレイ476の対応するアパーチャを通過す
る。アパーチャを通過したレーザ光は、レンズ系48
0、482により被露光面56上に結像される。
In this exposure head, when laser light is emitted from the illumination device 144, the cross-sectional areas of the light flux lines reflected in the ON direction by the DMD 50 are changed to the lens systems 454 and 458.
Is enlarged several times (for example, twice). The magnified laser light is condensed by each microlens of the microlens array 472 corresponding to each pixel of the DMD 50,
It passes through the corresponding apertures in aperture array 476. The laser light that has passed through the aperture is reflected by the lens system 48.
An image is formed on the exposed surface 56 by 0 and 482.

【0145】この結像光学系では、DMD50により反
射されたレーザ光は、拡大レンズ454、458により
数倍に拡大されて被露光面56に投影されるので、全体
の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレ
イ472及びアパーチャアレイ476が配置されていな
ければ、図28(B)に示すように、被露光面56に投
影される各ビームスポットBSの1画素サイズ(スポッ
トサイズ)が露光エリア468のサイズに応じて大きな
ものとなり、露光エリア468の鮮鋭度を表すMTF
(Modulation Transfer Function)特性が低下する。
In this imaging optical system, the laser light reflected by the DMD 50 is magnified several times by the magnifying lenses 454 and 458 and projected onto the exposed surface 56, so that the entire image area is widened. At this time, if the microlens array 472 and the aperture array 476 are not arranged, as shown in FIG. 28B, one pixel size (spot size) of each beam spot BS projected on the exposed surface 56 is exposed. The MTF becomes larger according to the size of the area 468 and represents the sharpness of the exposure area 468.
(Modulation Transfer Function) characteristics deteriorate.

【0146】一方、マイクロレンズアレイ472及びア
パーチャアレイ476を配置した場合には、DMD50
により反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ4
72の各マイクロレンズによりDMD50の各画素に対
応して集光される。これにより、図28(C)に示すよ
うに、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポ
ットBSのスポットサイズを所望の大きさ(例えば、1
0μm×10μm)に縮小することができ、MTF特性
の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。な
お、露光エリア468が傾いているのは、画素間の隙間
を無くす為にDMD50を傾けて配置しているからであ
る。
On the other hand, when the microlens array 472 and the aperture array 476 are arranged, the DMD 50
The laser light reflected by the microlens array 4
The microlenses 72 collect light corresponding to the pixels of the DMD 50. As a result, as shown in FIG. 28C, even if the exposure area is enlarged, the spot size of each beam spot BS is set to a desired size (for example, 1).
It is possible to reduce the size to 0 μm × 10 μm), prevent deterioration of MTF characteristics, and perform high-definition exposure. The exposure area 468 is tilted because the DMD 50 is tilted in order to eliminate a gap between pixels.

【0147】また、マイクロレンズの収差によるビーム
の太りがあっても、アパーチャによって被露光面56上
でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビーム
を整形することができると共に、各画素に対応して設け
られたアパーチャを通過させることにより、隣接する画
素間でのクロストークを防止することができる。
Further, even if the beam is thickened by the aberration of the microlens, the beam can be shaped by the aperture so that the spot size on the exposed surface 56 becomes a constant size, and at the same time, each pixel can be shaped. Crosstalk between adjacent pixels can be prevented by passing through the aperture provided correspondingly.

【0148】更に、照明装置144に上記実施の形態と
同様に高輝度光源を使用することにより、レンズ458
からマイクロレンズアレイ472の各マイクロレンズに
入射する光束の角度が小さくなるので、隣接する画素の
光束の一部が入射するのを防止することができる。即
ち、高消光比を実現することができる。
Further, by using a high-intensity light source for the illumination device 144 as in the above embodiment, the lens 458 can be obtained.
Since the angle of the light flux incident on each microlens of the microlens array 472 becomes small, it is possible to prevent a part of the light flux of the adjacent pixel from entering. That is, a high extinction ratio can be realized.

【0149】[応用例]本発明の露光装置は、光ビーム
で光硬化性樹脂を露光して3次元モデルを造形する光造
形装置、光ビームで粉末を焼結させて焼結層を形成し該
焼結層を積層して粉末焼結体からなる3次元モデルを造
形する積層造形装置等に適宜応用することができる。
[Application Example] The exposure apparatus of the present invention is an optical modeling apparatus that exposes a photocurable resin with a light beam to model a three-dimensional model, and a powder is sintered with the light beam to form a sintered layer. The present invention can be appropriately applied to a layered modeling apparatus or the like that stacks the sintered layers to model a three-dimensional model made of a powder sintered body.

【0150】例えば、図34に本発明を応用した光造形
装置の構成を示す。この光造形装置は、上方に開口した
容器556を備えており、容器556内には液状の光硬
化性樹脂550が収容されている。また、容器556内
には、平板状の昇降ステージ552が配置されており、
この昇降ステージ552は、容器556外に配置された
支持部554に支持されている。支持部554には、雄
ねじ部554Aが設けられており、この雄ねじ部554
Aは、図示しない駆動モータにより回転可能とされたリ
ードスクリュー555が螺合されている。このリードス
クリュー555の回転に伴い、昇降ステージ552が昇
降される。
For example, FIG. 34 shows the structure of an optical modeling apparatus to which the present invention is applied. This stereolithography apparatus includes a container 556 that opens upward, and a liquid photo-curable resin 550 is stored in the container 556. Further, in the container 556, a flat plate-shaped lifting stage 552 is arranged,
The lift stage 552 is supported by a support portion 554 arranged outside the container 556. The support portion 554 is provided with a male screw portion 554A.
A lead screw 555, which is rotatable by a drive motor (not shown), is screwed into A. As the lead screw 555 rotates, the elevating stage 552 moves up and down.

【0151】容器556内に収容された光硬化性樹脂5
52の液面上方には、箱状のスキャナ562がその長手
方向を容器556の短手方向に向けて配置されている。
スキャナ562は、短手方向の両側面に取り付けられた
2本の支持アーム560により支持されている。なお、
スキャナ562は、上記実施の形態のスキャナと同じ構
成であり、複数の露光ヘッドを備え、これを制御する図
示しないコントローラに接続されている。
Photocurable resin 5 contained in container 556
A box-shaped scanner 562 is arranged above the liquid surface of 52 with its longitudinal direction oriented in the lateral direction of the container 556.
The scanner 562 is supported by two support arms 560 attached to both side surfaces in the lateral direction. In addition,
The scanner 562 has the same configuration as the scanner of the above-described embodiment, includes a plurality of exposure heads, and is connected to a controller (not shown) that controls the exposure heads.

【0152】また、容器556の長手方向の両側面に
は、副走査方向に延びたガイド558が各々設けられて
いる。2本の支持アーム560の下端部が、このガイド
558に副走査方向に沿って往復移動可能に取り付けら
れている。なお、この光造形装置には、支持アーム56
0と共にスキャナ562をガイド558に沿って駆動す
るための図示しない駆動装置が設けられている。
Guides 558 extending in the sub-scanning direction are provided on both side surfaces in the longitudinal direction of the container 556. The lower ends of the two support arms 560 are attached to the guide 558 so as to be capable of reciprocating along the sub-scanning direction. In addition, the support arm 56 is included in this stereolithography apparatus.
A drive device (not shown) is provided for driving the scanner 562 along with the guide 558 together with the zero.

【0153】この光造形装置では、スキャナ562は、
図示しない駆動装置により、ガイド558に沿って副走
査方向の上流側から下流側に一定速度で移動される。ス
キャナ562が一定速度で移動されることにより、光硬
化性樹脂550の液面が走査され、各露光ヘッド毎に帯
状の硬化領域が形成される。スキャナ562による1回
の副走査により1層分の硬化が終了すると、スキャナ5
62は、図示しない駆動装置により、ガイド558に沿
って最上流側にある原点に復帰する。次に、図示しない
駆動モータによりリードスクリュー555を回転させて
昇降ステージ552を所定量降下させ、光硬化性樹脂5
50の硬化部分を液面下に沈め、硬化部分上方を液状の
光硬化性樹脂550で満たす。そして、再度、スキャナ
562による副走査が行われる。このように、副走査に
よる露光(硬化)とステージの降下とを繰り返し行い、
硬化部分が積み重ねられることにより3次元モデルが形
成される。上記スキャナ562の露光ヘッドに、本発明
の高輝度レーザ装置を用いることにより、深い焦点深度
を得ることができ、高速且つ高精細に造形を行うことが
できる。
In this optical modeling apparatus, the scanner 562 is
A driving device (not shown) moves the guide 558 from the upstream side to the downstream side in the sub-scanning direction at a constant speed. By moving the scanner 562 at a constant speed, the liquid surface of the photocurable resin 550 is scanned, and a strip-shaped cured region is formed for each exposure head. When one layer of curing is completed by one sub-scanning by the scanner 562, the scanner 5
62 is returned to the origin located on the most upstream side along the guide 558 by a driving device (not shown). Next, the lead screw 555 is rotated by a drive motor (not shown) to lower the elevating stage 552 by a predetermined amount, and the photocurable resin 5
The cured portion of 50 is submerged below the liquid surface, and the upper portion of the cured portion is filled with a liquid photocurable resin 550. Then, the sub-scanning by the scanner 562 is performed again. In this way, exposure (curing) by sub-scanning and stage lowering are repeated,
The three-dimensional model is formed by stacking the cured parts. By using the high-intensity laser device of the present invention for the exposure head of the scanner 562, a deep depth of focus can be obtained and high-speed and high-definition modeling can be performed.

【0154】[0154]

【発明の効果】本発明の露光装置によれば、高速でムラ
の無く露光できる、という効果が得られる。
According to the exposure apparatus of the present invention, it is possible to perform exposure at high speed without unevenness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施の形態に係る露光装置の外観を示す
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of an exposure apparatus according to a first embodiment.

【図2】第1の実施の形態に係る露光装置のスキャナの
構成を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a scanner of the exposure apparatus according to the first embodiment.

【図3】(A)は感光材料に形成される露光済み領域を
示す平面図であり、(B)は各露光ヘッドによる露光エ
リアの配列を示す図である。
FIG. 3A is a plan view showing an exposed area formed on a photosensitive material, and FIG. 3B is a view showing an arrangement of exposure areas by each exposure head.

【図4】第1の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッド
の概略構成を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the exposure apparatus according to the first embodiment.

【図5】(A)は図4に示す露光ヘッドの構成を示す光
軸に沿った副走査方向の断面図であり、(B)は(A)
の側面図である。
5A is a cross-sectional view taken along the optical axis in the sub-scanning direction, showing the configuration of the exposure head shown in FIG. 4, and FIG.
FIG.

【図6】デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)の
構成を示す部分拡大図である。
FIG. 6 is a partially enlarged view showing the configuration of a digital micromirror device (DMD).

【図7】(A)及び(B)はDMDの動作を説明するた
めの説明図である。
FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams for explaining the operation of the DMD.

【図8】(A)及び(B)は、DMDを傾斜配置しない
場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走
査線を比較して示す平面図である。
FIGS. 8A and 8B are plan views showing the arrangement of the exposure beam and the scanning line in comparison between the case where the DMD is not tilted and the case where the DMD is tilted.

【図9】(A)はファイバアレイ光源の構成を示す斜視
図であり、(B)は(Aの部分拡大図であり、(C)及
び(D)はレーザ出射部における発光点の配列を示す平
面図である。
9A is a perspective view showing a configuration of a fiber array light source, FIG. 9B is a partially enlarged view of FIG. 9A, and FIGS. 9C and 9D show an array of light emitting points in a laser emitting portion. It is a top view shown.

【図10】マルチモード光ファイバの構成を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a multimode optical fiber.

【図11】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a combined laser light source.

【図12】レーザモジュールの構成を示す平面図であ
る。
FIG. 12 is a plan view showing the configuration of a laser module.

【図13】図12に示すレーザモジュールの構成を示す
側面図である。
13 is a side view showing the configuration of the laser module shown in FIG.

【図14】図12に示すレーザモジュールの構成を示す
部分側面図である。
FIG. 14 is a partial side view showing the configuration of the laser module shown in FIG.

【図15】(A)及び(B)は、従来の露光装置におけ
る焦点深度と第1の実施の形態に係る露光装置における
焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図である。
15A and 15B are cross-sectional views along the optical axis showing the difference between the depth of focus in the conventional exposure apparatus and the depth of focus in the exposure apparatus according to the first embodiment.

【図16】(A)及び(B)は、DMDの使用領域の例
を示す図である。
16A and 16B are diagrams showing an example of a DMD usage area;

【図17】(A)はDMDの使用領域が適正である場合
の側面図であり、(B)は(A)の光軸に沿った副走査
方向の断面図である。
FIG. 17A is a side view when the DMD usage area is appropriate, and FIG. 17B is a cross-sectional view in the sub-scanning direction along the optical axis of FIG.

【図18】スキャナによる1回の走査で感光材料を露光
する露光方式を説明するための平面図である。
FIG. 18 is a plan view for explaining an exposure method in which a photosensitive material is exposed by one scanning with a scanner.

【図19】(A)及び(B)はスキャナによる複数回の
走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平
面図である。
19A and 19B are plan views for explaining an exposure system in which a photosensitive material is exposed by scanning a scanner a plurality of times.

【図20】レーザアレイの構成を示す斜視図である。FIG. 20 is a perspective view showing a configuration of a laser array.

【図21】(A)はマルチキャビティレーザの構成を示
す斜視図であり、(B)は(A)に示すマルチキャビテ
ィレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザ
アレイの斜視図である。
21A is a perspective view showing a configuration of a multi-cavity laser, and FIG. 21B is a perspective view of a multi-cavity laser array in which the multi-cavity lasers shown in FIG.

【図22】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であ
る。
FIG. 22 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.

【図23】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であ
る。
FIG. 23 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.

【図24】(A)は合波レーザ光源の他の構成を示す平
面図であり、(B)は(A)の光軸に沿った断面図であ
る。
24A is a plan view showing another configuration of the combined laser light source, and FIG. 24B is a sectional view taken along the optical axis of FIG.

【図25】光量分布補正光学系による補正の概念につい
ての説明図である。
FIG. 25 is an explanatory diagram of a concept of correction by a light amount distribution correction optical system.

【図26】光源がガウス分布で且つ光量分布の補正を行
わない場合の光量分布を示すグラフである。
FIG. 26 is a graph showing a light amount distribution when the light source has a Gaussian distribution and the light amount distribution is not corrected.

【図27】光量分布補正光学系による補正後の光量分布
を示すグラフである。
FIG. 27 is a graph showing a light quantity distribution after correction by a light quantity distribution correction optical system.

【図28】(A)は結合光学系の異なる他の露光ヘッド
の構成を示す光軸に沿った断面図であり、(B)はマイ
クロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影
される光像を示す平面図であり、(C)はマイクロレン
ズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像
を示す平面図である。
FIG. 28A is a sectional view taken along the optical axis showing the configuration of another exposure head having a different coupling optical system, and FIG. 28B is projected onto the exposed surface when a microlens array or the like is not used. FIG. 6C is a plan view showing a light image that is projected, and FIG. 6C is a plan view showing a light image that is projected onto the exposed surface when a microlens array or the like is used.

【図29】従来のファイバ光源の構成を示す光軸に沿っ
た断面図である。
FIG. 29 is a sectional view taken along the optical axis showing the configuration of a conventional fiber light source.

【図30】第2の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッ
ドの概略構成を示す斜視図である。
FIG. 30 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the exposure apparatus according to the second embodiment.

【図31】(A)は図30に示す露光ヘッドの構成を示
す光軸に沿った断面図であり、(B)は(A)の側面図
である。
31A is a sectional view taken along the optical axis showing the configuration of the exposure head shown in FIG. 30, and FIG. 31B is a side view of FIG.

【図32】グレーティング・ライト・バルブ(GLV)
の構成を示す部分拡大図である。
Figure 32: Grating light valve (GLV)
3 is a partially enlarged view showing the configuration of FIG.

【図33】(A)及び(B)はGLVの動作を説明する
ための説明図である。
33A and 33B are explanatory diagrams for explaining the operation of the GLV.

【図34】本発明を光造形装置に応用した例を示す斜視
図である。
FIG. 34 is a perspective view showing an example in which the present invention is applied to a stereolithography apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

LD1〜LD7 GaN系半導体レーザ 10 ヒートブロック 11〜17 コリメータレンズ 20 集光レンズ 30 マルチモード光ファイバ 50 デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD) 53 反射光像(露光ビーム) 54、58 レンズ系 56 走査面(被露光面) 64 レーザモジュール 66 ファイバアレイ光源 68 レーザ出射部 73 組合せレンズ 150 感光材料 152 ステージ 162 スキャナ 166 露光ヘッド 168 露光エリア 170 露光済み領域 LD1 to LD7 GaN semiconductor laser 10 heat block 11-17 Collimator lens 20 Condensing lens 30 multimode optical fiber 50 Digital Micromirror Device (DMD) 53 Reflected light image (exposure beam) 54, 58 lens system 56 Scanning surface (exposed surface) 64 laser module 66 Fiber array light source 68 Laser emission part 73 Combination lens 150 photosensitive materials 152 stages 162 scanner 166 exposure head 168 exposure area 170 Exposed area

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡崎 洋二 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 (72)発明者 永野 和彦 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 (72)発明者 藤井 武 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 (72)発明者 山川 博充 埼玉県さいたま市植竹町1丁目324番地 富士写真光機株式会社内 Fターム(参考) 2H052 BA02 BA09 BA12 2H097 AA03 CA17 LA09 LA10 5F046 BA07 CA03 CB14 CB18 CB27   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yoji Okazaki             798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Prefecture             Shishi Film Co., Ltd. (72) Inventor Kazuhiko Nagano             798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Prefecture             Shishi Film Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Fujii             798 Miyadai, Kaisei-cho, Ashigarakami-gun, Kanagawa Prefecture             Shishi Film Co., Ltd. (72) Inventor Hiromitsu Yamakawa             1-324 Uetakecho, Saitama City, Saitama Prefecture             Fuji Photo Optical Co., Ltd. F-term (reference) 2H052 BA02 BA09 BA12                 2H097 AA03 CA17 LA09 LA10                 5F046 BA07 CA03 CB14 CB18 CB27

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】レーザ光を照射するレーザ装置、各々制御
信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部が基板
上に1次元又は2次元状に配列され、前記レーザ装置か
ら照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子、及び
該空間光変調素子の各画素部で変調されたレーザ光を露
光面上に結像させる光学系を含む露光ヘッドと、該露光
ヘッドを露光面に対して相対移動させる移動手段と、を
備えた露光装置であって、 前記レーザ装置と前記空間光変調素子との間に、 前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメー
タレンズと、 光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比
が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各
出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメータレ
ンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記
空間変調素子の被照射面において略均一になるように補
正する光量分布補正光学系と、 が配置されたことを特徴とする露光装置。
1. A laser device for irradiating laser light, and a large number of pixel portions each of which has a light modulation state that changes in response to a control signal are arranged in a one-dimensional or two-dimensional manner on a substrate, and are irradiated from the laser device. An exposure head including a spatial light modulator that modulates laser light, and an optical system that forms an image of the laser light modulated by each pixel portion of the spatial light modulator on the exposure surface, and the exposure head with respect to the exposure surface. A moving means for relatively moving the laser device, and a collimator lens for collimating laser light from the laser device into parallel light between the laser device and the spatial light modulator, and an optical axis The light flux width at each exit position was changed so that the ratio of the light flux width at the peripheral portion to the light flux width at the closer central portion was smaller on the exit side than on the incident side, and collimated by the collimator lens. Laser light The amount distribution, exposure apparatus characterized by a light intensity distribution correcting optical system for correcting to become substantially uniform, are located in the illuminated surface of the spatial modulator.
【請求項2】前記空間変調素子が、その長手方向が露光
ヘッドの移動方向と直交する方向に対し所定角度傾くよ
うに配置された請求項1に記載の露光装置。
2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the spatial modulator is arranged so that its longitudinal direction is inclined at a predetermined angle with respect to a direction orthogonal to the moving direction of the exposure head.
【請求項3】前記空間変調素子を、各々制御信号に応じ
て反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが基
板上に2次元状に配列されて構成されたマイクロミラー
デバイスで構成した請求項1又は2に記載の露光装置。
3. The spatial modulation element is composed of a micromirror device in which a large number of micromirrors whose reflecting surface angles can be changed according to control signals are two-dimensionally arranged on a substrate. The exposure apparatus according to Item 1 or 2.
【請求項4】前記空間変調素子を、リボン状の反射面を
備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボ
ン状の反射面を備えた固定格子と、を交互に多数個並列
配置して構成したグレーティングライトバルブで構成し
た請求項1又は2に記載の露光装置。
4. A large number of the spatial modulation elements, which are arranged alternately in parallel, each including a movable grating having a ribbon-shaped reflecting surface and movable according to a control signal, and a fixed grating having a ribbon-shaped reflecting surface. The exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the exposure apparatus is configured by a grating light valve configured as described above.
【請求項5】前記露光ヘッドを複数備えた請求項1乃至
4のいずれか1項に記載の露光装置。
5. The exposure apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of the exposure heads.
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