JP2004101574A

JP2004101574A - 画像露光装置

Info

Publication number: JP2004101574A
Application number: JP2002259319A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tadano; 多田野　宏之; Hisahiro Tamura; 田村　壽宏
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】マスク不要の露光を複数の微小ミラーを用いて実現した画像露光装置において、微小ミラー間の隙間による未露光部分を、分解能の低下を招かず、新たな制御回路の追加や困難調整など無く補完する。
【解決手段】微小ミラーで反射した記録光が偏光光学素子を通過すると、任意の偏光成分を有する記録光が微小ミラー間の隙間を補完するように屈折される。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小ミラーなどを用いて感光材料に画像を露光する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロリソグラフィにおける露光装置はいずれも露光原板、すなわちマスクを用いて、そのマスクの像を、感光材料を表面に塗布した被露光体上に結像させる装置である。しかしこの装置は大量生産には良いが、多品種、少量生産においては、その都度新たにマスクの作製から始めなければならないので費用と時間がかかり、そのような用途には不向きであった。
【０００３】
そこで、マスクの代わりに複数の微小ミラーデバイスを有する空間変調素子を用いる方法が提案された（たとえば特許文献１参照）。この複数の微小ミラーデバイスは、各々の微小ミラーデバイスの向きを独立に変える駆動部を有し、入射した記録光を微小ミラー毎に２つのいずれかの方向に反射させるものである。
【０００４】
このような複数の微小ミラーデバイスを有する空間変調素子をマスクの代わりに用いれば、画像信号に応じて上記駆動部の動作を制御することにより、微小ミラーデバイスに入射してきた光を微小ミラーデバイス毎に変調し、感光材料を塗布した被露光体に任意の画像を露光することができる。そして新たな画像を露光するときは、上記微小ミラーデバイスを駆動することで新たな画像を作り出すことができるので、マスクを新たに作製する必要は無い。さらに露光中に微小ミラーを駆動させることで、同じ露光画像に対し、領域ごとに露光時間を変化させることも可能である。
【０００５】
ところでこのような微小ミラーデバイスには、微小ミラーと微小ミラーの間には各微小ミラーが駆動できるように隙間が存在している。そのため、この隙間に入射してきた記録光は微小ミラーで反射されず、感光材料を塗布した被露光体まで到達しない。そのために、被露光体に未露光部分が発生してしまう。
【０００６】
この隙間を露光するために、マイクロレンズを露光光学系に挿入する方法（たとえば特許文献２参照）や画素ずらしを利用した方法（たとえば特許文献３参照）が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６２−２１２２０号公報
【特許文献２】
特開平９−１７７１９号公報
【特許文献３】
特開平９−２９２６５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロレンズを露光光学系に挿入する方法は、微小ミラーとマイクロレンズを一対一で対応させて設置し、記録光を絞って各微小ミラーに入射させ、反射した記録光を再びマイクロレンズで平行光にすることによって、微小ミラー間の隙間による未露光部分の発生を防いでいる。しかしこの方法だと、微小ミラーとマイクロレンズ位置合わせの精度は非常に厳しくなり、組み立てが困難となる。
【０００９】
また画素ずらしを利用する方法では、画素ずらしを行うためのデバイスを新たに追加しなければならないことや、画素ずらしを実行するための複雑な制御系を追加しなければならない。
【００１０】
本発明の目的は、上記の事情を鑑みて新たに複雑な制御系を追加せず、更に組み立て調整も容易な方法で微小ミラー間の隙間によって発生する未露光部分を露光することができる画像露光装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するため、以下の様な構成とするものである。
【００１２】
本発明は、感光材料を表面に塗布した被露光体を露光するための記録光を発する光源と、
前記光源からの光を平行光に変換する光学素子と、前記光学素子からの光を選択的に被露光体に照射するための露光選択手段とを有する画像露光装置において、
上記被露光体にいたる平行光路中に、偏光成分を有する光を屈折させる偏光光学素子を設けたことを特徴とする画像露光装置である。
【００１３】
本発明に従えば、露光選択手段によって生じる未露光領域を、偏光光学素子によって任意の偏光成分を有する記録光を屈折させて照射することで、上記未露光領域を露光することができる。また、複雑な制御系や困難な画像露光装置の調整を追加せずに未露光領域を補完して露光することができる。
【００１４】
また本発明は、前記露光選択手段は平行光を受ける位置に設置された複数の微小ミラーを有する空間変調素子であり、前記空間変調素子通過後の光路中に偏光光学素子を配置したことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、光源からの光は、複数の微小ミラーを介してそれぞれ選択的に被露光体に照射させることができるうえ、微小ミラー間の隙間による未露光領域を補完して露光することができる。
【００１６】
また本発明は、前記記録光を発する光源は複数の光源部を有しており、前記露光選択手段は複数の各々の光源部をオン／オフすることによって選択的露光を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、各光源部をオン／オフすることによって、光を被露光体へ選択に到達させて照射することができる。
【００１８】
また本発明は、上記光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光方向を回転することによって記録光の強度分布を調整することを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光方向を回転することによって、記録光の強度分布を調整することができる。
【００２０】
また本発明は、上記光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光を直線偏光から円偏光に変換してから上記画像露光装置に用いることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光を直線偏光から円偏光に変換することによって、記録光の強度分布を調整することができる。
【００２２】
また本発明は、上記偏光光学素子による屈折量は、上記被露光体上に未露光領域が発生しないように設定されることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、露光画像の分解能をほとんど低下させることなく、未露光領域を補完して露光することができる。
【００２４】
また本発明は、上記偏光光学素子は水晶から作製されていることを特徴とする。
本発明に従えば、水晶を偏光光学素子に用いることで、安価で量産に向く。
【００２５】
また本発明は、上記偏光光学素子は構造的な変化で複屈折性を有する素子であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、構造的な変化で複屈折性を有する偏光光学素子によって、被露光体の不所望の未露光領域を露光することができる。
【００２７】
【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。
【００２８】
図１に本発明の実施の形態における、画像露光装置４０の概略図を示す。
図１の画像露光装置４０は、感光材料を表面に塗布した被露光体８を露光する記録光を発する光源１、該光源から発せられた記録光を平行光にする光学系２、記録光を反射するミラー３と４、複数の微小ミラー１１を有する空間変調素子５、偏光光学素子６、結像光学系７、感光材料を表面に塗布した被露光体８、空間変調素子駆動回路９とを有している。なお、光学系２は図１では省略しレンズ１枚にて図示しており、また結像光学系７も本実施の形態において詳細な光学素子の配置は省略して簡単に示している。
【００２９】
光源１から発せられた記録光は光学系２において平行光となりミラー３、４で反射を繰り返して空間変調素子５に入射される。空間変調素子５は矢印Ａ方向から眺めると、図２に示すように複数からなる微小ミラー１１を有している。該複数の微小ミラー１１はシリコン基板１０上に隙間１４を開けて１次元に配列されている。各微小ミラー１１は、図３（ａ）に示すように微小ミラー１１を支持するための捩れヒンジ１２と、１対の電極１３とを備えている。
【００３０】
微小ミラー１１の電極側表面２５には電気伝導率の大きい、例えばＡｕなどからできている。微小ミラー１１の駆動は電極１３と微小ミラー１１の電圧印加状態に応じて以下のように行うことができる。
【００３１】
各微小ミラー１１の電極１３への電圧印加は空間変調素子駆動回路９によって制御される。例えば電極１３と微小ミラー１１との間に電圧が印加されていない場合、図３（ａ）に示すように微小ミラー１１は駆動しない。また電極１３と微小ミラー１１との間に所定の電圧が印加されると微小ミラー１１と電極１３の間に静電力が働き、図３（ｂ）のように捩れヒンジ１２を中心に回転する。
【００３２】
そこで、微小ミラー１１が図３（ａ）の状態の場合、微小ミラー１１で反射した記録光２９は結像光学系の開口から外れるが、微小ミラー１１が図３（ｂ）の場合、微小ミラー１１で反射した記録光２９は結像光学系を通過して、被露光体８に到達する。このようにして記録光の被露光体８への到達を、各微小ミラー１１単位で制御できることになる。
【００３３】
上記のように各微小ミラー１１で図３（ａ），（ｂ）の状態を制御すると、被露光体８上に記録光が到達した箇所と到達しなかった箇所が一次元状に並び、記録光が到達した箇所では、感光材料は露光される。更に、記録光の被露光体８への到達を微小ミラー１１ごとに制御しながら被露光体８を微小ミラー列と垂直な方向、すなわち図１で紙面に垂直な方向に移動すると、被露光体８に所望の画像を露光することができる。なお、図１において被露光体８を微小ミラー列と垂直な方向に移動する被露光体駆動部は省略している。
【００３４】
しかし各微小ミラー１１の間には、微小ミラー１１が駆動しても隣接する微小ミラーとの接触が起こらないためと作製上の理由から、図２に示すような隙間１４を設けてあるため、その隙間に入射した記録光は反射されない。そのため、その隙間が原因で被露光体８に記録光が到達しない未露光部分４１（未露光領域に相当する）が発生し、所望の画像を被露光体８に正確に露光できない。
【００３５】
そこで微小ミラー１１間の隙間１４によって発生する未露光部分４１を、偏光光学素子６を用いて露光する。以下に偏光光学素子６によって未露光部分４１を露光する方法を述べる。
【００３６】
図４（ａ）は偏光光学素子６を使用していない場合で、数枚の駆動した微小ミラー１１が連続して並んでおり、その連続した領域は被露光体８へ記録光を到達させている。図４（ｂ）はそのときの被露光体８上での露光像２６を示している。この場合は、各微小ミラー１１に存在する隙間１４のため、露光像にも隙間１４が発生する。ここで図５（ａ）のように微小ミラー１１で記録光が反射した後に偏光光学素子６を挿入する。該偏光光学素子６は図６のような機能を有する。
【００３７】
偏光光学素子６は複屈折性を有する光学素子で、紙面に平行な方向に偏光成分を有する光（Ｐ波）に対してそのまま直進させ、紙面に垂直な方向に偏光成分を持つ光（Ｓ波）に対しては図６のように屈折させて進行方向を変化させ、偏光光学素子から出るとＰ波と平行に進ませる。このように偏光光学素子６はＳ波のみを屈折させることによって、Ｐ波に対して矢印Ｂの方向にＳ波を平行にずらす事ができる。このずれ量ｄは入射光の波長λ、偏光光学素子６の厚さｔと複屈折性によって決定することができる。本実施の形態ではＰ波は偏光光学素子６の中を直進しＳ波は屈折して斜めに進むが、これが逆になってＰ波が偏光光学素子６の中を屈折して斜めに進みＳ波が直進してもかまわない。以下においては、図６で示したようなＰ波が偏光光学素子６の中を直進しＳ波を屈折して斜めに進ませ、Ｓ波をＰ波に対して平行にずらすような機能を持つ偏光光学素子を用いて説明する。
【００３８】
図５（ａ）のように、微小ミラー１１で記録光が反射した後に偏光光学素子６を挿入すると、記録光のうちＰ波（実線）はそのまま直進するがＳ波（点線）は偏光光学素子６によって屈折し、偏光光学素子６の中を斜めに進み偏光光学素子６から再び出るときに屈折してＰ波と平行光になるため、結果として微小ミラー列の方向（矢印Ｂの方向）にずれたことになる。このＳ波がずれたことによって微小ミラー間の記録光が反射されない部分を埋めることができる。図５（ｂ）に図５（ａ）の状態で露光した時の被露光体８上での露光像２７を示す。偏光光学素子６を挿入することで、微小ミラー間の隙間による未露光部分を補完することができる。
【００３９】
また、偏光光学素子６によるＳ波の矢印Ｂ方向へのずれ量を微小ミラー間の隙間に一致するように偏光光学素子６の厚さｔと複屈折性の方向や大きさを設定しておくと、微小ミラー１つによって露光される露光領域は、偏光光学素子がない場合とほとんど同じで微小ミラー１つのサイズとほぼ一緒である。そのため、光学系による縮小を無視するとすれば最小露光幅をほぼ微小ミラーと同等のサイズにすることができ、分解能が高い露光を維持することができる。よって、偏光光学素子を用いて微小ミラー間の隙間を露光画像の分解能にほとんど影響を与えないようにできる。例えば、微小ミラー１１の間隔を１μｍ補完するための偏光光学素子６の厚さｔはおよそ０．２ｍｍ程度に設計できる。
【００４０】
偏光光学素子６によって微小ミラー１１の隙間を補完したときの、記録光の強度分布は図７のようになる。偏光光学素子６で補完するとＳ波の記録光がずれるので、２８で示すような強度分布になる。記録光の強度分布は記録光がずれてＳ波とＰ波が重なっている箇所には最大強度Ｉ１が照射される。Ｓ波のみが照射される箇所にはＩ１よりも低い強度Ｉ２が照射され、Ｐ波のみが照射され箇所には強度Ｉ３が照射される。またＳ波とＰ波の強度が異なり例えばＳ波のほうがＰ波より強度が大きいと、Ｉ２とＩ３の強度も異なり２８のような強度分布になってしまう。できるだけ記録光が強度分布を持たないようにするには、Ｓ波とＰ波の強度を等しくしＩ２とＩ３の強度を等しくすれば良い。そのためには例えば、光源にハロゲンランプ等の偏光がそろっていないものを用いた場合は、Ｓ波とＰ波の強度は等しくなる。また光源にレーザのような直線偏光を出射するものを用いた場合は、Ｓ波とＰ波が等しくなるように偏光方向を光線の進行方向に対して回転させるか、円偏光に変換して用いることが望ましい。
【００４１】
Ｓ波とＰ波の強度が等しくなると、Ｉ１とＩ２（＝Ｉ３）の関係は以下のように表すことができる。
Ｉ１＝２・Ｉ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
【００４２】
上記のように偏光光学素子６を用いれば、偏光光学素子６を駆動する必要は無いので、複雑な制御回路を追加することなく微小ミラー間の隙間による未露光部分を補完することができる。さらに、偏光光学素子６とその他の光学系などとの困難な調整を必要とせずに、記録光の光路中に偏光光学素子６を挿入するだけで未露光部を補完できる。これらの理由からも、偏光光学素子６を用いれば微小ミラー１１間の隙間による未露光部分を容易に補完することができる。
【００４３】
本実施の形態では複数の微小ミラー１１を用いた画像露光装置４０を例に挙げたが、これに限定されたものではない。例えば図８に示すような画像露光装置４０Ａも考えられる。図８の画像露光装置４０Ａは、複数の光源部２９が一列に並んでいる光源としての光源体１５、偏光光学素子６、結像光学系７、感光材料を表面に塗布した被露光体８を有している。光源体１５は例えば図９で示すように、光源部２９とその出射光を平行光にするレンズ３０が一体となったユニットが一次元に配列されている。
【００４４】
光源体１５から発せられた記録光束は図８のように、偏光素子６、結像光学系７を通って被露光体８に到達し、感光材料を露光する。各光源をそれぞれオン、オフに駆動することによって、被露光体８に露光された箇所と露光されなかった箇所が一列にできる。そして、各光源をオン、オフと駆動しながら被露光体８を紙面に垂直な方向に移動させると所望の画像を露光することができる。この場合でも各光源は図９のように密接して配置することはできないので各光源間には隙間１４が存在し、その隙間１４によって被露光体８には未露光部分が発生してしまう。しかし、図６のような機能を有する偏光光学素子６を光路中に挿入してやることで任意の偏光成分を有する記録光を屈折させてずらし、未露光部分を容易に補完することができる。またこの場合も、光ビームのずれ量を各光源間の間隔に設定しておけば、１つの光源にて露光できる領域はさほど広がらず分解能が高い画像の露光を維持することができる。
【００４５】
本実施の形態で用いられた偏光光学素子６は、例えば複屈折性を有する水晶や方解石などがある。どちらを用いても良いが、方解石は人口育成されておらず天然の良質結晶が用いられているため、高価である。一方水晶は量産されているため容易に手に入れることができる。また、近年の微細加工の発達によって微小な構造物を２次元的に作製することによって構造的な変化で素子に複屈折性を持たせることができる。これは波長オーダの周期構造をもつ微小ピッチの格子や柱などを２次元配列させて構造的に方向性を持たせると、複屈折性を有することができる。それを利用して偏光光学素子を実現させたものである。この素子は、微細加工にて作製されるので一度に大量の素子を作製できると考えられる。
【００４６】
また本実施の形態における微小ミラーの駆動は静電力を利用しているが、これに限定されたものではない。例えば、磁力を利用しても微小ミラーを駆動することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、露光選択手段によって生じる未露光領域を、偏光光学素子によって任意の偏光成分を有する記録光を屈折させて照射することで、上記未露光領域を露光することができる。また、複雑な制御系や困難な画像露光装置の調整を追加せずに微小ミラー間の隙間による未露光領域を補完して露光することができる。
【００４８】
また本発明によれば、光源からの光は、複数の微小ミラーを介してそれぞれ選択的に被露光体に照射させることができるうえ、微小ミラー間の隙間による未露光領域を補完して露光することができる。
【００４９】
また本発明によれば、各光源部をオン／オフすることによって、光を被露光体へ選択に到達させて照射することができる。
【００５０】
また本発明によれば、前述の効果に加え、未露光領域を補完することによって発生する記録光の強度分布を小さくすることができる。
【００５１】
また本発明によれば、光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光を直線偏光から円偏光に変換することによって、記録光の強度分布を調整することができる。
【００５２】
また本発明によれば、前述の効果に加え、露光画像の分解能をほとんど低下させることなく、微小ミラー間の隙間や各光源間の間隔による未露光領域を補完することができる。
【００５３】
また本発明によれば、前述の効果に加え、水晶を偏光光学素子に用いることで、安価で量産に向く。また、２次元的に周期的な微小構造を形成することによっても、容易に実現できる。これらを偏光光学素子に用いることで、微小ミラー間や光源間の隙間による未露光領域を補完することができる。
【００５４】
また本発明によれば、構造的な変化で複屈折性を有する偏光光学素子によって、被露光体の不所望の未露光領域を露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における画像露光装置４０の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態における複数の微小ミラー１１を有した空間変調素子５の概略図である。
【図３】微小ミラー１１の駆動を示す図である。
【図４】偏光光学素子６を用いないときの微小ミラー１１での反射を示した図である。
【図５】偏光光学素子６を用いたときの微小ミラー１１での反射を示した図である。
【図６】偏光光学素子６の機能を示した図である。
【図７】本発明における記録光の強度分布を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態における他の画像露光装置４０Ａの概略図である。
【図９】画像露光装置４０Ａの光源体１５の部分拡大図である。
【符号の説明】
１　光源
２　平行光学系
３　ミラー
４　ミラー
５　空間変調素子
６　偏光光学素子
７　結像光学系
８　被露光体
９　空間変調素子駆動回路
１０　シリコン基板
１１　微小ミラー
１２　回転の中心
１３　電極対
１４　隙間
４０　画像露光装置

Claims

感光材料を表面に塗布した被露光体を露光するための記録光を発する光源と、
前記光源からの光を平行光に変換する光学素子と、前記光学素子からの光を選択的に被露光体に照射するための露光選択手段とを有する画像露光装置において、
上記被露光体にいたる平行光路中に、偏光成分を有する光を屈折させる偏光光学素子を設けたことを特徴とする画像露光装置。
前記露光選択手段は平行光を受ける位置に設置された複数の微小ミラーを有する空間変調素子であり、前記空間変調素子通過後の光路中に偏光光学素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
前記記録光を発する光源は複数の光源部を有しており、前記露光選択手段は複数の各々の光源部をオン／オフすることによって選択的露光を行うことを特徴とする請求項１記載の画像記録装置。
上記光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光方向を回転することによって記録光の強度分布を調整することを特徴とする請求項１〜３記載の画像露光装置。
上記光源は直線偏光を有するレーザであり、レーザの偏光を直線偏光から円偏光に変換してから上記画像露光装置に用いることを特徴とする請求項１〜３記載の画像露光装置。
上記偏光光学素子による屈折量は、上記被露光体上に未露光領域が発生しないように設定されることを特徴とする請求項１〜５記載の画像露光装置。
上記偏光光学素子は水晶から作製されていることを特徴とする請求項１〜６記載の画像露光装置。
上記偏光光学素子は構造的な変化で複屈折性を有する素子であることを特徴とする請求項１〜６記載の画像露光装置。