JP2004012900A - Aligner - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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露光材料を露光する露光ヘッドを備えた露光装置に関する。
【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21(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DMD3、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。
【0003】
上記の露光装置では、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。そして、従来、露光材料は、ステージと呼ばれる基台上に吸着されて保持され、露光ヘッドは、その露光材料の上方に配設されて、ステージが長手方向(副走査方向)に移動することによって、露光材料が露光されるように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように露光ヘッドが露光材料の上方から露光するようになっていると、露光材料の周辺に漂う塵埃等が重力によって露光材料の表面(露光面)に落下したり、更にはステージではなく、露光ヘッドが、例えばレール上に移動可能に支持されて移動する場合、その露光ヘッドとレールとの接続部分の摩耗により、そこから発生する塵埃等が露光材料の表面(露光面)に落下して、思わぬ故障が発生することがあった。また、アナログ露光、特にプロキシ露光や密着露光の場合は、マスクからの塵埃等が露光材料に落下し、それによって故障が発生することがあった。更に、上方側からの露光のみでは、両面を露光する必要がある場合、表裏反転させる工程が加わるため、露光の処理スピードが、どうしても遅くなってしまっていた。
【0005】
そこで、本発明は、塵埃等の影響を受けずに確実に露光することができ、更には、その露光スピードも向上させることができる露光装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の露光装置は、保持される露光材料の露光面を直立させる基台と、前記基台と相対移動し、画像データに応じて露光面を露光する露光ヘッドと、前記基台又は前記露光ヘッドを直立面上で移動させる走査手段と、を備えたことを特徴としている。
【0007】
このような構成にすると、露光材料は直立状態に保持されるので、塵埃等が重力で落下してきても、その露光面には付着しない。したがって、それによる故障等は発生しない。また、動方向には基台及び露光材料の大きさ分の剛性があり、強くなるので、基台自体及び露光材料に重力による反りや歪みが発生しない。
【0008】
また、請求項2に記載の露光装置は、請求項1に記載の露光装置において、前記基台が透明であり、前記露光ヘッドが基台の裏側から露光材料を露光することを特徴としている。これによれば、露光材料の基材を透明とすることで、露光面側に散乱する塵埃の影響を受けずに露光することができる。
【0009】
更に、請求項3に記載の露光装置は、請求項2に記載の露光装置において、前記露光ヘッドが基台の表側にも設けられ、露光材料を表裏両側から露光することを特徴としている。これによれば、両面に露光面が形成された露光材料の両面同時露光が可能となり、その露光スピードの向上を図ることができる。
【0010】
また、請求項4に記載の露光装置は、保持される露光材料の露光面を水平に支持する透明な基台と、前記基台と相対移動し、画像データに応じて露光面を露光する露光ヘッドと、前記基台又は前記露光ヘッドを水平面上で移動させる走査手段と、を備え、前記露光ヘッドが基台の裏側から露光材料を露光することを特徴としている。
【0011】
これによれば、露光ヘッドは、基台の裏側から露光することになるので、仮に塵埃等が重力で落下して露光面に付着しても、それによる影響を回避することができる。
【0012】
そして、請求項5に記載の露光装置は、請求項4に記載の露光装置において、前記露光ヘッドが基台の表側にも設けられ、露光材料を表裏両側から露光することを特徴としている。これによれば、両面に露光面が形成された露光材料の両面同時露光が可能となり、その露光スピードの向上を図ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例を基に詳細に説明する。まず、露光材料を上方から露光する従来の露光装置の構成を簡単に説明する。図7に示すように、この露光装置は、シート状の露光材料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ともに、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152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。
【0014】
設置台156の中央部には、ステージ152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160を挟んで一方の側にはスキャナ162が設けられ、他方の側には露光材料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160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。
【0015】
スキャナ162は、図8及び図9(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、露光材料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。
【0016】
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。したがって、ステージ152の移動に伴い、露光材料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。
【0017】
また、図9(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16811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16831とにより露光することができる。
【0018】
露光ヘッド16611〜166mnの各々は、図10、図11(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。
【0019】
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における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。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DMD50に向けて反射するミラー69がこの順に配置されている。
【0020】
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。
【0021】
また、DMD50の光反射側には、DMD50で反射されたレーザ光を露光材料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。
【0022】
DMD50は、図12に示すように、SRAM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、600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。
【0023】
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13(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13(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。したがって、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12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。
【0024】
なお、図12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62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。
【0025】
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14(A)はDMD50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14(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。
【0026】
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14(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、DMD50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。
【0027】
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。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。
【0028】
ファイバアレイ光源66は、図15(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15(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15(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。
【0029】
光ファイバ31の出射端部は、図15(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ともに劣化を遅らせることができる。
【0030】
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つの出射端間に挟まれるように配列されている。
【0031】
このような光ファイバは、例えば図16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1〜30cm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。
【0032】
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。
【0033】
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=25μm、NA=0.2である。
【0034】
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、通信に用いられる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。したがって、クラッド径を60μmと小さくすることができる。
【0035】
但し、光ファイバ31のクラッド径は60μm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3〜4μm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。
【0036】
レーザモジュール64は、図17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LD1,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11,12,13,14,15,16,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。例えば、クラッド径=60μm、コア径=50μm、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。
【0037】
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100mW、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405nm以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【0038】
上記の合波レーザ光源は、図18及び図19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。
【0039】
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。
【0040】
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GaN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。なお、図19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。
【0041】
図20は、上記コリメータレンズ11〜17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20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。
【0042】
一方、GaN系半導体レーザLD1〜LD7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。したがって、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。
【0043】
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=1.25mmである。
【0044】
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=23mm、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。
【0045】
次に、上記露光装置の動作について説明すると、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,B4,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30aの入射端面に収束する。
【0046】
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。すなわち、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。
【0047】
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(=30mW×0.85×7)の合波レーザビームBを得ることができる。したがって、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(=180mW×6)である。
【0048】
ファイバアレイ光源66のレーザ出射部68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。
【0049】
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×0.925mm)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。
【0050】
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×0.025mm)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。
【0051】
ここで、図21(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。従来の露光ヘッドにおけるバンドル状ファイバ光源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におけるファイバアレイ光源発光領域の副走査方向の径は0.0025mmである。図21(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。
【0052】
一方、図21(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。すなわち、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。したがって、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21(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。
【0053】
露光パターンに応じた画像データが、DMD50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。
【0054】
露光材料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により露光材料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。
【0055】
ファイバアレイ光源66から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により露光材料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、露光材料150がDMD50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、露光材料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、露光材料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。
【0056】
図22(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、本実施の形態では、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×100列)だけが駆動されるように制御する。
【0057】
図22(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22(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。
【0058】
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。
【0059】
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。すなわち、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。すなわち、副走査方向に500mmの領域を9秒で露光できる。
【0060】
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、DMD50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、12mm×150μm以上で且つ12mm×1.5mm以下の領域がより好ましい。
【0061】
使用するマイクロミラー列の数が上記範囲にあれば、図23(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。
【0062】
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は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23(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。
【0063】
スキャナ162による露光材料150の副走査が終了し、検知センサ164で露光材料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。
【0064】
以上のような露光装置は、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 FilmResist)の露光、プリント回路基板(PCB;Printed Circuit 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ーの形成、TFTの製造工程における液体レジストの露光、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が、次に、その露光装置の本発明に係る変形例を説明する。
【0065】
図1、図2に示すように、本発明に係る露光装置は、所定厚(例えば、10mm)の透明なガラス板状のステージ174が直立(縦置き)状態に配置され(幅広な面が前後方向を向くように配置され)、その一方の側方で且つステージ174の長手方向(副走査方向)には、レール178が上下に平行に敷設されている。そして、その一対のレール178に、上記した露光ヘッド166が複数備えられた(露光材料148の幅以上の長さに構成された)ライン状スキャナ162が主走査方向に(ステージ174の長手方向と直交する幅方向に)亘って架設され、左右方向に移動自在に支持されている。
【0066】
また、ステージ174及び露光材料148を挟んで、レール178とは反対側の側方には、シリンダー190等のアクチュエーターにより前後方向に伸縮自在とされたローラー188が配設されており、露光材料148は、その両端部がローラー188によってステージ174側に押圧されることにより、ステージ174に固定されるようになっている。なお、ステージ174は縦置き状態に配置されるので、別途支持台192を設けて、露光材料148が下方から支持されるように構成してもよい。
【0067】
このような構成の露光装置では、図2に示すように、露光ヘッド166から主走査方向に亘って照射されるレーザ光は、透明なステージ174を透過して露光材料148の露光面に達し、レール178に沿って副走査方向に移動しながら、その露光面を1回の走査で露光するが、露光面はステージ174によって直立状態に保持されているので、その露光面に、重力による落下によって塵埃等が付着することはなく、高歩留まりの露光が可能となる。しかも、ステージ及び露光材料に、重力による反りや歪みが発生することもない。なお、露光ヘッド166(スキャナ162)を、ローラー188側に配設すれば、ステージ174を透明にしなくてもよいことは言うまでもない。
【0068】
また、この露光装置にあっては、図3に示すように、露光材料148を表裏両面から露光可能に構成できる。すなわち、ステージ174を透明にし、露光ヘッド166(スキャナ162)を、ステージ174の裏面側(露光材料148とは反対側)に配設するとともに、ローラー188が設けられている表面側にも、一対のレール177をレール178と前後略対称に敷設し、露光ヘッド166を備えたスキャナ162をそのレール177に移動自在に架設する。
【0069】
このような構成にすれば、露光材料148の表裏両面からの同時露光が可能となるので、露光スピードの高速化が図れるようになる。したがって、この露光装置は、例えば最小線幅がL/S=50/50μmのプリント回路基板(PCB)にラミネートされたドライ・フィルム・レジスト(DFR)の露光に特に好適に使用できる。
【0070】
つまり、一方の露光ヘッド166から照射されたレーザ光は、透明なステージ174を透過した後、基板148A上のDFR148Bに照射され、他方の露光ヘッド166から照射されたレーザ光は、そのまま基板148A上のDFR148Bに照射されて、両者がレール178、177に沿って副走査方向に移動することにより、その露光面(DFR148B)を同時に露光することができる。また、露光材料としてはPCB基板のみでなく、液晶用カラーフィルター用の液体レジストを塗布された薄い(0.7mmの)ガラス基板を用いてもよい。この場合、縦型の露光なので、同様に基板の重力による反りや歪みを抑制することができる。
【0071】
また、図4、図5に示す露光装置は、上記した露光ヘッド166がステージ172の下側に配置され、露光材料146を下方側から露光するように構成されている。すなわち、水平(横置き)状態に配置された(幅広な面が上下方向を向くように配置された)ステージ172の下方で且つステージ172の長手方向(副走査方向)には、一対のレール176が敷設され、そのレール176に、主走査方向に跨って露光ヘッド166が複数備えられた(露光材料146の幅以上の長さに構成された)ライン状スキャナ162が移動自在に架設されている。
【0072】
また、ステージ172の上方には、露光材料146の両端部を上方から押さえる一対のローラー186が垂設されており、各ローラー186はシリンダー190等のアクチュエーターによって上下動可能に構成されている。したがって、露光材料146は、上記と同様に、ローラー186によってその両端部がステージ172上に向かって押圧されることにより固定される。
【0073】
このステージ172は所定厚(例えば、10mm)の透明なガラス板状で構成され、図7に示した設置台156を兼ねており、レーザ光が透過可能となっている。したがって、露光ヘッド166から主走査方向に亘って照射されるレーザ光は、ステージ172を透過して露光材料146に照射され、レール176に沿って副走査方向に移動しながら、その露光面を1回の走査で露光する。
【0074】
このような下方側から露光する露光装置の場合は、例えばガラス基板146Aの液晶カラーフィルターの露光に特に好適に使用できる。すなわち、図5に示すように、ステージ172を透過したレーザ光は、ステージ172上のガラス基板146Aを更に透過し、そのガラス基板146Aの上面に塗布されている液体レジスト146Bを露光するが、液体レジスト146Bは、ガラス基板146Aとの境界部分における下面側が露光されるので、酸素阻害による感度低下が抑制される。
【0075】
つまり、図7に示す上方側から露光する露光装置で、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ー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)を抑制するために、窒素雰囲気下で露光材料を露光することが好ましく、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が、下方側から露光する露光装置で、ガラス基板146Aとの境界面(露光面)を露光する場合には、その境界面(露光面)には元々酸素が存在しないので、窒素雰囲気下でなくても、酸素阻害による感度低下が抑制され、高速な露光ヘッドの能力を引き出すことができ、高速かつ大面積露光を実現できる。しかも、露光面が下方を向いているため、塵埃等が重力による落下によってその露光面に付着することはなく、高歩留まりの均一露光が可能となる。
【0076】
なお、この場合も、図6に示すように、上方に一対のレール(図示省略)をレール176と上下略対称に敷設し、露光ヘッド166を備えたスキャナ162をその上方のレールに移動自在に架設すれば、横置きタイプにおいても両面同時露光が可能となるため、露光スピードの高速化が図れるようになる。
【0077】
また、図1乃至図6に示した実施例では、スキャナ162(露光ヘッド166)を移動させて露光する露光装置としたが、図7に示したものと同様に、ステージ172、174の方を移動自在に構成してもよいことは言うまでもない。また、縦置きタイプの場合、スキャナ162をステージ174の長手方向に架設して上下方向に移動させるように構成すると、スキャナ162が上方に待機されている状態で停電等が起き、電源がオフ状態になると、下方へ向かって落下して事故を起こす危険性があるため、スキャナ162(露光ヘッド166)は図示のように縦方向に架設して水平方向(左右方向)に移動させるように構成するのが好ましい。このような構成にすれば、構造上、落下の危険性はなくなる。
【0078】
また、このように、スキャナ162(露光ヘッド166)を、2方向(縦横方向)に移動させるのではなく、主走査方向へ跨るライン状にして(露光材料146、148の幅以上の長さに構成して)、1方向(横方向)にのみ、レール176〜178等のガイド部材によって移動するように構成すると、副走査方向への1回の走査で露光が可能となるため、スキャナ162の移動が低速で済み、両面同時露光の場合、一方のスキャナ162が移動時に発生させる振動の影響を、他方のスキャナ162が受け難くできる。このようにして、構造的にも安価で済みながら、耐振動特性に優れる露光装置が得られる。
【0079】
何れにしても、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。
【0080】
また、DMD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ているので、高出力で且つ深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。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。
【0081】
特に、本実施の形態では、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、より深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。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、露光領域全域に渡って歪みなく、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。したがって、高解像度が必要とされる薄膜トランジスタ(TFT)の露光工程に好適である。
【0082】
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。
【0083】
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、GaN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。
【0084】
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露光材料、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露光材料の何れも使用することができる。フォトンモード露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、ヒートモード露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。
【0085】
上記の実施の形態では、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DMD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。
【0086】
上記の実施の形態では、空間変調素子としてDMD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。
【0087】
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。
【0088】
上記の実施の形態では、図24に示すように、スキャナ162によるX方向への1回の走査で露光材料150の全面を露光してもよく、図25(A)及び(B)に示すように、スキャナ162により露光材料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、複数回の走査で露光材料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。
【0089】
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。
【0090】
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば図26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用いることができる。また、図27(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。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。
【0091】
本実施の形態の露光ヘッドでは、このマルチキャビティレーザ110や、図27(B)に示すように、ヒートブロック100上に、複数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配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ装置(光源)として用いることができる。
【0092】
また、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。例えば図28に示すように、複数(例えば、3個)の発光点110aを有するチップ状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GaN系レーザダイオードで構成することができる。
【0093】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ110における複数の発光点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。
【0094】
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ともに、集光レンズ120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。
【0095】
また、図29に示すように、複数(例えば、3個)の発光点を備えたマルチキャビティレーザ110を用い、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用いることができる。複数のマルチキャビティレーザ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。
【0096】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ140と、各マルチキャビティレーザ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140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、マルチキャビティレーザ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。
【0097】
上記の構成では、複数のマルチキャビティレーザ110における複数の発光点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。
【0098】
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30(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。
【0099】
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。
【0100】
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184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ともに、部品点数が減少し、低コスト化することができる。
【0101】
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130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。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ャビティレーザ110における複数の発光点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。
【0102】
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。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。
【0103】
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、60μm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。
【0104】
また、上記の実施の形態では、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。
【0105】
例えば、露光ヘッドを、図31(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。
【0106】
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480、482により被露光面56上に結像される。
【0107】
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31(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。
【0108】
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る。これにより、図31(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、10μm×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ためにDMD50を傾けて配置しているからである。
【0109】
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。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。
【0110】
【発明の効果】
以上、何れにしても本発明によれば、塵埃等が露光面に付着することはなく、従って、それによる故障は起きない。また、両面同時露光が可能となるため、露光スピードを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】露光ヘッドが下方に設置された露光装置の外観を示す概略斜視図
【図2】同上の概略側面図
【図3】露光ヘッドが側方に設置された露光装置の外観を示す概略斜視図
【図4】同上の概略側面図
【図5】露光ヘッドが露光材料の両側方に設置された露光装置の外観を示す概略側面図
【図6】露光ヘッドが露光材料の下方と上方に設置された露光装置の外観を示す概略側面図
【図7】従来の露光装置の外観を示す斜視図
【図8】露光装置のスキャナの構成を示す斜視図
【図9】(A)露光材料に形成される露光済み領域を示す平面図
(B)各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図
【図10】露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図
【図11】(A)図10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
(B)(A)の側面図
【図12】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
【図13】(A)DMDの動作を説明するための説明図
(B)DMDの動作を説明するための説明図
【図14】(A)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
(B)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
【図15】(A)ファイバアレイ光源の構成を示す斜視図
(B)(A)の部分拡大図
(C)レーザ出射部における発光点の配列を示す平面図
(D)レーザ出射部における発光点の配列を示す平面図
【図16】マルチモード光ファイバの構成を示す図
【図17】合波レーザ光源の構成を示す平面図
【図18】レーザモジュールの構成を示す平面図
【図19】図18のレーザモジュールの構成を示す側面図
【図20】図18のレーザモジュールの構成を示す部分側面図
【図21】(A)従来の露光装置における焦点深度と本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
(B)従来の露光装置における焦点深度と本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
【図22】(A)DMDの使用領域の例を示す図
(B)DMDの使用領域の例を示す図
【図23】(A)DMDの使用領域が適正である場合の側面図
(B)(A)の光軸に沿った副走査方向の断面図
【図24】スキャナによる1回の走査で露光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
【図25】(A)スキャナによる複数回の走査で露光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
(B)スキャナによる複数回の走査で露光材料を露光する露光方式を説明するための平面図
【図26】レーザアレイの構成を示す斜視図
【図27】(A)マルチキャビティレーザの構成を示す斜視図
(B)(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
【図28】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
【図29】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
【図30】(A)合波レーザ光源の他の構成を示す平面図
(B)(A)の光軸に沿った断面図
【図31】(A)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
(B)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
(C)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
【符号の説明】
146〜150 露光材料
152、172、174 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
176〜178 レール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus including an exposure head that exposes an exposure material with a light beam modulated by a spatial light modulator in accordance with image data.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various exposure apparatuses that perform image exposure with a light beam modulated in accordance with image data using a spatial light modulation element such as a digital micromirror device (DMD) have been proposed. For example, the DMD is a mirror device in which a number of micromirrors whose reflection surfaces change in response 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. 21A, the
[0003]
In the above exposure apparatus, each of the micromirrors of the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the exposure head is exposed from above the exposure material in this way, dust or the like drifting around the exposure material falls on the surface (exposure surface) of the exposure material due to gravity, or even on the stage. If, for example, the exposure head moves while being supported so as to be movable on a rail, dust generated from the exposure head falls on the surface (exposure surface) of the exposure material due to wear of the connection portion between the exposure head and the rail. An unexpected failure sometimes occurred. In the case of analog exposure, particularly proxy exposure or contact exposure, dust or the like from the mask may fall on the exposure material, thereby causing a failure. Furthermore, when only the exposure from the upper side is necessary, a process of reversing the front and back is added when it is necessary to expose both sides, so the exposure processing speed is inevitably slowed.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can reliably perform exposure without being affected by dust or the like and that can also improve the exposure speed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exposure apparatus according to
[0007]
With such a configuration, since the exposure material is held in an upright state, even if dust or the like falls due to gravity, it does not adhere to the exposure surface. Therefore, no failure or the like is caused thereby. Further, since the moving direction has a rigidity corresponding to the size of the base and the exposure material, the base and the exposure material are not warped or distorted due to gravity.
[0008]
An exposure apparatus according to a second aspect is the exposure apparatus according to the first aspect, wherein the base is transparent, and the exposure head exposes an exposure material from the back side of the base. According to this, by making the base material of the exposure material transparent, exposure can be performed without being affected by dust scattered on the exposure surface side.
[0009]
Furthermore, an exposure apparatus according to a third aspect is characterized in that, in the exposure apparatus according to the second aspect, the exposure head is also provided on the front side of the base, and the exposure material is exposed from both the front and back sides. According to this, it becomes possible to simultaneously expose both sides of an exposure material having exposure surfaces formed on both sides, and the exposure speed can be improved.
[0010]
The exposure apparatus according to claim 4 is an exposure device that exposes the exposure surface in accordance with image data, and a transparent base that horizontally supports the exposure surface of the exposure material to be held, and a relative base that moves relative to the base. And a scanning means for moving the base or the exposure head on a horizontal plane, wherein the exposure head exposes an exposure material from the back side of the base.
[0011]
According to this, since the exposure head exposes from the back side of the base, even if dust or the like falls due to gravity and adheres to the exposure surface, it is possible to avoid the influence.
[0012]
An exposure apparatus according to
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail based on examples shown in the drawings. First, the configuration of a conventional exposure apparatus that exposes an exposure material from above will be briefly described. As shown in FIG. 7, the exposure apparatus includes a
[0014]
A U-shaped
[0015]
As shown in FIGS. 8 and 9B, the
[0016]
An
[0017]
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, each of the exposure heads in each row arranged in a line so that the strip-shaped exposed
[0018]
[0019]
In addition, the mirror drive control unit controls the angle of the reflection surface of each micromirror of the
[0020]
The
[0021]
Further, on the light reflection side of the
[0022]
As shown in FIG. 12, the
[0023]
When a digital signal is written in the
[0024]
FIG. 12 shows an example of a state in which a part of the
[0025]
Further, it is preferable that the
[0026]
In the
[0027]
Further, the same scanning line is overlapped and exposed (multiple exposure) by different micromirror rows. In this way, by performing multiple exposure, it is possible to control a minute amount of the exposure position and to realize high-definition exposure. Further, the joints between a plurality of exposure heads arranged in the main scanning direction can be connected without a step by a very small exposure position control. Note that the same effect can be obtained by arranging the micromirror rows in a staggered manner by shifting the micromirror rows by a predetermined interval in a direction orthogonal to the sub-scanning direction instead of tilting the
[0028]
As shown in FIG. 15A, the fiber
[0029]
As shown in FIG. 15B, the emission end of the
[0030]
In this example, in order to arrange the emission ends of the
[0031]
For example, as shown in FIG. 16, an
[0032]
In addition, a short optical fiber in which an optical fiber having a short cladding diameter and a large cladding diameter is fused to an optical fiber having a short cladding diameter and a large cladding diameter may be coupled to the output end of the multimode
[0033]
The multimode
[0034]
In general, in laser light in the infrared region, propagation loss increases as the cladding diameter of the optical fiber is reduced. For this reason, a suitable cladding diameter is determined according to the wavelength band of the laser beam. However, the shorter the wavelength, the smaller the propagation loss. In the case of laser light having a wavelength of 405 nm emitted from a GaN-based semiconductor laser, the cladding thickness {(cladding diameter−core diameter) / 2} is set to an infrared light having a wavelength band of 800 nm. The propagation loss hardly increases even if it is about ½ of the case of propagating infrared light and about ¼ of the case of propagating infrared light in the 1.5 μm wavelength band used for communication. Therefore, the cladding diameter can be reduced to 60 μm.
[0035]
However, the cladding diameter of the
[0036]
The
[0037]
The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 all have the same oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output is also all the same (for example, 100 mW for the multimode laser and 30 mW for the single mode laser). As the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, lasers having an oscillation wavelength other than the above 405 nm in a wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used.
[0038]
As shown in FIGS. 18 and 19, the above combined laser light source is housed in a box-shaped
[0039]
A
[0040]
Further, a
[0041]
FIG. 20 shows the front shape of the attachment part of the collimator lenses 11-17. Each of the
[0042]
On the other hand, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and each of the laser beams B1 in a state parallel to the active layer and a divergence angle in a direction perpendicular to the active layer, respectively, for example A laser emitting ~ B7 is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer. Accordingly, in the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction and the divergence angle is small with respect to the
[0043]
That is, the
[0044]
The condensing
[0045]
Next, the operation of the exposure apparatus will be described. Lasers emitted in a divergent light state from each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 constituting the combined laser light source of the fiber
[0046]
In this example, the
[0047]
In each laser module, when the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode
[0048]
In the
[0049]
For example, in a conventional fiber light source in which a semiconductor laser and an optical fiber are coupled on a one-to-one basis, a laser having an output of about 30 mW (milliwatt) is usually used as the semiconductor laser, and the core diameter is 50 μm and the cladding diameter is 125 μm. Since a multimode optical fiber having a numerical aperture (NA) of 0.2 is used, if an output of about 1 W (watt) is to be obtained, 48 multimode optical fibers (8 × 6) must be bundled. The area of the light emitting region is 0.62 mm 2 (0.675 mm × 0.925 mm), the luminance at the
[0050]
On the other hand, in this embodiment, as described above, an output of about 1 W can be obtained with six multimode optical fibers, and the area of the light emitting region at the
[0051]
Here, with reference to FIGS. 21A and 21B, 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 bundled fiber light source emission region in the conventional exposure head in the sub-scanning direction is 0.675 mm, and the diameter of the fiber array light source emission region in the exposure head of this embodiment is 0.0025 mm. As shown in FIG. 21A, 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
[0052]
On the other hand, as shown in FIG. 21B, in the exposure head of this embodiment, the diameter of the light emission region of the fiber
[0053]
Image data corresponding to the exposure pattern is input to a controller (not shown) connected to the
[0054]
The
[0055]
When the
[0056]
As shown in FIGS. 22A and 22B, in this embodiment, the
[0057]
As shown in FIG. 22 (A), a micromirror array arranged at the center of the
[0058]
Since the data processing speed of the
[0059]
For example, when only 300 sets are used in 600 micromirror arrays, modulation can be performed twice as fast per line as compared to the case of using all 600 sets. Further, when only 200 sets of 600 micromirror arrays 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. Further, when only 100 sets are used, 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.
[0060]
The number of micromirror rows to be used, that is, the number of micromirrors arranged in the sub-scanning direction is preferably 10 or more and 200 or less, and more preferably 10 or more and 100 or less. Since the area per micromirror corresponding to one pixel is 15 μm × 15 μm, when converted to the use area of DMD50, an area of 12 mm × 150 μm or more and 12 mm × 3 mm or less is preferable, and 12 mm × 150 μm or more and 12 mm A region of × 1.5 mm or less is more preferable.
[0061]
If the number of micromirror rows to be used is within the above range, as shown in FIGS. 23A and 23B, the laser light emitted from the fiber
[0062]
On the other hand, the diameter of the light beam condensed on the
[0063]
When the sub scanning of the
[0064]
The exposure apparatus as described above is, for example, the exposure of a dry film resist (DFR) in the manufacturing process of a printed wiring board (PWB) and the manufacture of a printed circuit board (PCB). Dry film resist (DFR) exposure in process, formation of color filter in liquid crystal display (LCD) manufacturing process, exposure of liquid resist in TFT manufacturing process, plasma display panel (PDP) Next, a modification of the exposure apparatus according to the present invention will be described.
[0065]
As shown in FIGS. 1 and 2, the exposure apparatus according to the present invention has a transparent
[0066]
Further, a
[0067]
In the exposure apparatus having such a configuration, as shown in FIG. 2, the laser light irradiated from the
[0068]
In this exposure apparatus, as shown in FIG. 3, the
[0069]
With such a configuration, the
[0070]
That is, the laser light emitted from one
[0071]
The exposure apparatus shown in FIGS. 4 and 5 is configured such that the above-described
[0072]
In addition, a pair of
[0073]
The
[0074]
In the case of such an exposure apparatus that exposes from the lower side, for example, it can be particularly suitably used for exposure of a liquid crystal color filter of the
[0075]
That is, in the exposure apparatus that exposes from the upper side shown in FIG. 7, when exposing a liquid resist used for patterning a TFT and a liquid resist used for patterning a color filter, the sensitivity decreases due to oxygen inhibition ( In order to suppress (desensitization), it is preferable to expose the exposure material in a nitrogen atmosphere. By exposing in a nitrogen atmosphere, the oxygen inhibition of the photopolymerization reaction is suppressed, the resist becomes highly sensitive, and high-speed exposure is possible. However, in the case of exposing the boundary surface (exposure surface) with the
[0076]
Also in this case, as shown in FIG. 6, a pair of rails (not shown) are laid on the upper side of the
[0077]
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 6, the exposure apparatus is configured to move the scanner 162 (exposure head 166) for exposure, but the
[0078]
In this way, the scanner 162 (exposure head 166) is not moved in two directions (vertical and horizontal directions), but is formed in a line extending in the main scanning direction (with a length longer than the width of the
[0079]
In any case, the exposure apparatus of this embodiment includes a DMD in which 600 sets of micromirror arrays in which 800 micromirrors are arranged in the main scanning direction are arranged in the subscanning direction. Since control is performed so that only a part of the micromirror rows are driven, the modulation speed per line becomes faster than when all the micromirror rows are driven. This enables high-speed exposure.
[0080]
Further, since a high-intensity fiber array light source in which output ends of optical fibers of a combined laser light source are arranged in an array is used as a light source for illuminating the DMD, an exposure apparatus having a high output and a deep focal depth Can be realized. Furthermore, since the output of each fiber light source is increased, the number of fiber light sources necessary to obtain a desired output is reduced, and the cost of the exposure apparatus can be reduced.
[0081]
In particular, in the present embodiment, since the cladding diameter of the output end of the optical fiber is made smaller than the cladding diameter of the incident end, the diameter of the light emitting section is further reduced, and the brightness of the fiber array light source can be increased. Thereby, an exposure apparatus having a deeper depth of focus can be realized. For example, even in the case of ultra-high resolution exposure with a beam diameter of 1 μm or less and a resolution of 0.1 μm or less, a deep depth of focus can be obtained without distortion over the entire exposure region, and high-speed and high-definition exposure is possible. . Therefore, it is suitable for a thin film transistor (TFT) exposure process that requires high resolution.
[0082]
Furthermore, the above exposure apparatus can be used for various laser processing such as laser ablation, sintering, and lithography in which a part of the material is removed by evaporation, scattering, etc. by laser irradiation. The above exposure apparatus has a high output and can be exposed at a high speed and a long focal depth, so that it can be used for fine processing such as laser ablation. For example, instead of performing development processing, the resist is removed according to a pattern by ablation to create a PWB, or the above exposure apparatus can be used to form a PWB pattern by ablation directly without using a resist. it can. It can also be used to form microchannels with a groove width of several tens of μm in a lab-on-chip in which many solutions are mixed, reacted, separated, detected, etc. on glass or plastic chips.
[0083]
In particular, the exposure apparatus described above uses a GaN-based semiconductor laser as a fiber array light source, and therefore can be suitably used for the laser processing described above. That is, the GaN-based semiconductor laser can be driven with a short pulse, and sufficient power can be obtained for laser ablation and the like. In addition, since it is a semiconductor laser, it can be driven at a high repetition rate of about 10 MHz unlike a solid-state laser having a low driving speed, and high-speed exposure is possible. Furthermore, since metal has a large light absorption rate of laser light having a wavelength of around 400 nm and can be easily converted into thermal energy, laser ablation and the like can be performed at high speed.
[0084]
The exposure apparatus can use either a photon mode exposure material in which information is directly recorded by exposure or a heat mode exposure material in which information is recorded by heat generated by exposure. When a photon mode exposure material is used, a GaN-based semiconductor laser, a wavelength conversion solid-state laser, or the like is used for the laser device. When a heat mode exposure material is used, an AlGaAs-based semiconductor laser (infrared laser) is used for the laser device. A solid state laser is used.
[0085]
In the above embodiment, the example in which the DMD micromirror is partially driven has been described. However, the length of the direction corresponding to the predetermined direction is controlled on the substrate longer than the length of the direction intersecting the predetermined direction. Even if a long and thin DMD in which a number of micromirrors that can change the angle of the reflecting surface according to the signal are arranged in two dimensions is used, the number of micromirrors that control the angle of the reflecting surface is reduced. Speed can be increased.
[0086]
In the above-described embodiment, the exposure head provided with the DMD as the spatial modulation element has been described. For example, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type spatial modulation element (SLM), or transmission using an electro-optic effect is possible. Even when a spatial modulation element other than the MEMS type, such as an optical element (PLZT element) that modulates light or a liquid crystal optical shutter (FLC), is used, a part of the pixel parts is compared with all the pixel parts arranged on the substrate. By using, it is possible to increase the modulation speed per pixel and per main scanning line, so the same effect can be obtained.
[0087]
Note that MEMS is a general term for micro systems that integrate micro-sized sensors, actuators, and control circuits based on micro-machining technology based on the IC manufacturing process. It means a spatial modulation element that is driven by the electromechanical operation used.
[0088]
In the above embodiment, as shown in FIG. 24, the entire surface of the
[0089]
In the above embodiment, an example using a fiber array light source including a plurality of combined laser light sources has been described. However, the laser device is not limited to a fiber array light source in which combined laser light sources are arrayed. For example, a fiber array light source obtained by arraying fiber light sources including one optical fiber that emits laser light incident from a single semiconductor laser having one light emitting point can be used.
[0090]
As a light source having a plurality of light emitting points, for example, as shown in FIG. 26, a laser array in which a plurality of (for example, seven) chip-shaped semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged on a
[0091]
In the exposure head of this embodiment, as shown in FIG. 27B, the
[0092]
The combined laser light source is not limited to one that combines laser beams emitted from a plurality of chip-shaped semiconductor lasers. For example, as shown in FIG. 28, a combined laser light source including a chip-shaped
[0093]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting
[0094]
A plurality of light emitting
[0095]
29, a
[0096]
This combined laser light source includes a
[0097]
In the above configuration, each of the laser beams B emitted from each of the plurality of light emitting points 10a in the plurality of
[0098]
Still another example of the combined laser light source will be described. In this combined laser light source, as shown in FIGS. 30A and 30B, a
[0099]
A concave portion is formed in the substantially
[0100]
On the laser beam emission side of the
[0101]
Further, on the laser beam emitting side of the
[0102]
As described above, this combined laser light source can achieve particularly high output by the multi-stage arrangement of multi-cavity lasers and the array of collimating lenses. By using this combined laser light source, a higher-intensity fiber array light source or bundle fiber light source can be formed, which is particularly suitable as a fiber light source constituting the laser light source of the exposure apparatus of the present invention. It should be noted that a laser module in which each of the above combined laser light sources is housed in a casing and the emission end portion of the multimode
[0103]
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 coupled to the output end of the multimode optical fiber of the combined laser light source. However, for example, a multimode optical fiber having a cladding diameter of 125 μm, 80 μm, 60 μm, or the like can be used without coupling another optical fiber to the output end. Good.
[0104]
In the above embodiment, two sets of lenses are arranged as the imaging optical system on the light reflection side of the DMD used for the exposure head. However, an imaging optical system for enlarging the laser beam to form an image is arranged. May be. By expanding the cross-sectional area of the light beam reflected by the DMD, the exposure area area (image area) on the exposed surface can be expanded to a desired size.
[0105]
For example, as shown in FIG. 31A, the exposure head is configured to illuminate the
[0106]
In this exposure head, when laser light is irradiated from the
[0107]
In this imaging optical system, the laser light reflected by the
[0108]
On the other hand, when the
[0109]
In addition, even if the beam is thick due to the aberration of the microlens, the beam can be shaped by the aperture so that the spot size on the exposed
[0110]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, dust or the like does not adhere to the exposure surface, and therefore no failure occurs. In addition, since the double-sided simultaneous exposure is possible, the exposure speed can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the appearance of an exposure apparatus in which an exposure head is installed below.
FIG. 2 is a schematic side view of the above.
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the appearance of an exposure apparatus in which an exposure head is installed on the side.
FIG. 4 is a schematic side view of the above.
FIG. 5 is a schematic side view showing an appearance of an exposure apparatus in which an exposure head is installed on both sides of an exposure material.
FIG. 6 is a schematic side view showing the appearance of an exposure apparatus in which exposure heads are installed below and above the exposure material.
FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a conventional exposure apparatus.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a scanner of the exposure apparatus.
FIG. 9A is a plan view showing an exposed region formed on an exposure material.
(B) A diagram showing the arrangement of exposure areas by each exposure head
FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of an exposure head of the exposure apparatus.
11A is a cross-sectional view in the sub-scanning direction along the optical axis showing the configuration of the exposure head shown in FIG.
(B) Side view of (A)
FIG. 12 is a partially enlarged view showing a configuration of a digital micromirror device (DMD).
FIG. 13A is an explanatory diagram for explaining the operation of the DMD.
(B) Explanatory diagram for explaining the operation of the DMD
FIG. 14A is a plan view showing the arrangement of exposure beams and scanning lines in a case where the DMD is not inclined and in a case where the DMD is inclined.
(B) A plan view showing the arrangement of the exposure beam and the scanning line in a case where the DMD is not inclined and in a case where the DMD is inclined.
FIG. 15A is a perspective view showing the configuration of a fiber array light source.
(B) Partial enlarged view of (A)
(C) Plan view showing the arrangement of light emitting points in the laser emitting section
(D) A plan view showing an array of light emitting points in the laser emitting section
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of a multimode optical fiber
FIG. 17 is a plan view showing the configuration of a combined laser light source.
FIG. 18 is a plan view showing the configuration of a laser module.
19 is a side view showing the configuration of the laser module of FIG. 18;
20 is a partial side view showing the configuration of the laser module of FIG. 18;
FIG. 21A is a sectional view 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 present embodiment;
(B) Sectional view 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 present embodiment
FIG. 22A is a diagram showing an example of a DMD usage area;
(B) Diagram showing examples of DMD usage areas
FIG. 23A is a side view when the DMD usage area is appropriate.
(B) Sectional view in the sub-scanning direction along the optical axis of (A)
FIG. 24 is a plan view for explaining an exposure method for exposing an exposure material by one scanning by a scanner.
FIG. 25A is a plan view for explaining an exposure method in which an exposure material is exposed by scanning a plurality of times by a scanner.
(B) The top view for demonstrating the exposure system which exposes an exposure material by the multiple times of scanning by a scanner
FIG. 26 is a perspective view showing the configuration of a laser array.
FIG. 27A is a perspective view showing the configuration of a multi-cavity laser.
(B) Perspective view of a multi-cavity laser array in which the multi-cavity lasers shown in (A) are arranged in an array.
FIG. 28 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
FIG. 29 is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
FIG. 30A is a plan view showing another configuration of the combined laser light source.
(B) Sectional view along the optical axis of (A)
FIG. 31A is a cross-sectional view along the optical axis showing the configuration of another exposure head having a different coupling optical system;
(B) A plan view showing a light image projected on a surface to be exposed when a microlens array or the like is not used.
(C) Plan view showing a light image projected on the exposed surface when a microlens array or the like is used.
[Explanation of symbols]
146-150 exposure material
152, 172, 174 stages
162 Scanner
166 Exposure head
168 Exposure area
170 Exposed area
176-178 rail
Claims (5)
前記基台と相対移動し、画像データに応じて露光面を露光する露光ヘッドと、
前記基台又は前記露光ヘッドを直立面上で移動させる走査手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。A base for erecting the exposure surface of the exposure material held;
An exposure head that moves relative to the base and exposes an exposure surface according to image data;
Scanning means for moving the base or the exposure head on an upright surface;
An exposure apparatus comprising:
前記基台と相対移動し、画像データに応じて露光面を露光する露光ヘッドと、
前記基台又は前記露光ヘッドを水平面上で移動させる走査手段と、
を備え、
前記露光ヘッドが基台の裏側から露光材料を露光することを特徴とする露光装置。A transparent base that horizontally supports the exposure surface of the exposure material to be held;
An exposure head that moves relative to the base and exposes an exposure surface according to image data;
Scanning means for moving the base or the exposure head on a horizontal plane;
With
An exposure apparatus, wherein the exposure head exposes an exposure material from the back side of a base.
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JP2006091655A (en) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Tohoku Univ | Device and method for pattern drawing |
JP2006235625A (en) * | 2005-02-18 | 2006-09-07 | Heidelberger Druckmas Ag | Device for imaging printing form and having at least one laser diode bar |
JP2013257409A (en) * | 2012-06-12 | 2013-12-26 | San Ei Giken Inc | Exposure device and exposure method |
-
2002
- 2002-06-07 JP JP2002167407A patent/JP2004012900A/en active Pending
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