JP2005277153A - 画像露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 画像露光装置において、露光面上における露光画像の画素サイズを小さく絞り、高い鮮鋭度の露光画像を実現する。
【解決手段】 画像露光装置の各露光ヘッド28内に、均一な平行光とされた照明光を多数の光線束として集光する前段マイクロレンズアレイ38と、その焦点面に配された空間光変調素子としてのマイクロシャッタアレイ40と、変調された各光線束を平行光線束となす第1の後段マイクロレンズアレイ42と、各平行光線束を集光し感光材料12の露光面上に結像させる第2の後段マイクロレンズアレイ44を設ける。
【選択図】 図4
【解決手段】 画像露光装置の各露光ヘッド28内に、均一な平行光とされた照明光を多数の光線束として集光する前段マイクロレンズアレイ38と、その焦点面に配された空間光変調素子としてのマイクロシャッタアレイ40と、変調された各光線束を平行光線束となす第1の後段マイクロレンズアレイ42と、各平行光線束を集光し感光材料12の露光面上に結像させる第2の後段マイクロレンズアレイ44を設ける。
【選択図】 図4
Description
本発明は画像露光装置に関し、特に詳細には、光源からの光を所望のパターン状にして感光材料の露光面上に露光する露光ヘッドを備えた画像露光装置に関するものである。
従来、光源からの光を所望のパターン状にして感光材料の露光面上に露光する露光ヘッドを備えた画像露光装置が知られている。この種の画像露光装置の露光ヘッドは、基本的に、光源から照射された光を、制御信号に応じて各々独立に変調する多数の画素部が配列されてなる空間光変調素子と、その空間光変調素子により変調された光による像を感光材料の露光面上に結像させる結像光学系とを備えてなるものである。この基本的構成は、たとえば非特許文献1に記載されている。
また、上記の結像光学系として、光路上において空間光変調素子の後段に配された1層の後段マイクロレンズアレイを含む光学系を使用した画像露光装置も提案されている。そのような後段マイクロレンズアレイを使用すると、空間光変調素子の多数の画素部により各々独立に変調された多数の光線束を、各々個別に集光することができるので、露光面上における露光画像の画素サイズ(各光線のスポットサイズ)を小さく絞り、画像の鮮鋭度を高めることができるという利点がある。たとえば、特許文献1には、空間光変調素子の一種であるマイクロシャッタアレイと、そのマイクロシャッタアレイの直前に配された1層の前段マイクロレンズアレイと、直後に配された1層の後段マイクロレンズアレイとを備えた画像露光装置が示されている。かかる構成により、特許文献1の画像露光装置では、露光面上で12−25μmの画素サイズが達成されている。
特表2001−519925号公報
石川明人"マスクレス露光による開発短縮と量産適用化"、「エレクロトニクス実装技術」、株式会社技術調査会、Vol.18、No.6、2002年、p.74-79
しかしながら、後段マイクロレンズアレイを1層のみ用いた露光装置では、後段マイクロレンズアレイを全く用いない場合に比べれば画像の鮮鋭度は改善されるが、1層の後段マイクロレンズアレイのみの設計最適化では各光線束の収差を十分に除去しきれないため、上記の特許文献1に記載された12−25μm程度の範囲を超えてさらに小さく画素サイズを絞ることは困難であった。
本発明は、上記事情に鑑み、光源からの光を所望のパターン状にして感光材料の露光面上に露光する露光ヘッドを備えた画像露光装置において、露光面上における露光画像の画素サイズを従来よりもさらに小さく絞り、高い鮮鋭度の露光画像を実現することを目的とするものである。
すなわち、本発明の画像露光装置は、光源からの光を所望のパターン状にして感光材料の露光面上に露光する露光ヘッドを備えた画像露光装置であって、上記の露光ヘッドが、光源からの光を、各々独立に変調された多数の光線束となす多数の画素部が配列された空間光変調素子と、その空間光変調素子により変調された多数の光線束のそれぞれに対応する多数のマイクロレンズが各々配列されてなる、少なくとも2層の後段マイクロレンズアレイとを備えてなることを特徴とするものである。
ここで、本発明において「空間光変調素子」とは、マイクロシャッタアレイのような透過型のものであってもよいし、デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)のような反射型のものであってもよい。
上記の本発明の画像露光装置において、上記の後段マイクロレンズアレイのうち空間光変調素子の最も近くに配された後段マイクロレンズアレイは、上記の多数の光線束をそれぞれ平行光線束となす多数のコリメータレンズが配列されてなるものであってもよい。
また、上記の本発明の画像露光装置は、上記の露光ヘッドが、上記の光源と空間光変調素子との間に配された少なくとも1層の前段マイクロレンズアレイをさらに備え、その前段マイクロレンズアレイの各々が、上記の多数の画素部にそれぞれ対応する多数のマイクロレンズが配列されてなるものであってもよい。
さらに、上記の本発明の画像露光装置は、上記の多数の光線束の各々のビーム径が、上記の後段マイクロレンズアレイのうち空間光変調素子の最も近くに配された後段マイクロレンズアレイへの入射位置において、その最も近くに配された後段マイクロレンズアレイをなす各マイクロレンズのレンズ径よりも小さくなるように構成されたものであってもよい。かかる構成は、たとえば、上記の前段マイクロレンズアレイを設けた場合には、空間光変調素子の直前に、前段マイクロレンズアレイのうちの1つを、その焦点距離分だけ空間光変調素子から離間させて配し、空間光変調素子の直後に、後段マイクロレンズアレイのうちの1つであって、上記の直前の前段マイクロレンズアレイを構成する各マイクロレンズと同一のレンズ径であるが焦点距離がより短い多数のマイクロレンズが配されてなる後段マイクロレンズアレイを、その焦点距離分だけ空間光変調素子から離間させて配することにより実現することができる。
また、上記の本発明の画像露光装置は、上記の露光ヘッドから露光される光の焦点が、上記の露光面に整合しているか否かを監視する焦点モニター手段と、その焦点が露光面に整合していないことを上記の焦点モニター手段が検知した際に、上記の後段マイクロレンズアレイのうちの少なくとも1つを移動させることにより、上記の焦点を露光面に整合させる焦点合わせ手段とをさらに備えたものであってもよい。その場合において、焦点モニター手段は、上記の感光材料が感光しない波長の光を露光面に向けて出射し、その光が露光面上で反射した反射光を検出することにより、上記の焦点が露光面に整合しているか否かを監視するものであって、上記の反射光を取り出すために、上記の後段マイクロレンズアレイのうちのいずれかの前段に定置状態または挿入可能な状態に配された光学素子を備えているものであってもよい。上記の反射光を取り出すための光学素子としては、たとえば平面ミラーやビームスプリッタ等が使用可能である。
さらに、上記の本発明の画像露光装置においては、上記の後段マイクロレンズアレイのうちの少なくとも1つが、多数の非球面レンズが配列されてなるものであってもよい。
また、上記の本発明の画像露光装置は、上記の露光ヘッドを、露光面に対して並列に複数備えているものであってもよい。その場合、光源等の一部の構成が、複数の露光ヘッド間で兼用されていてもよい。
本発明の画像露光装置においては、空間光変調素子の後段に少なくとも2層の後段マイクロレンズアレイが配されているため設計の自由度が高く、それら少なくとも2層の後段マイクロレンズアレイの設計最適化により、空間光変調素子の各画素部で変調された各光線束の収差を良好に除去できるため、露光面上における露光画像の画素サイズを極めて小さく絞り、高い鮮鋭度の画像を得ることができるという効果がある。
また、上記の本発明の画像露光装置において、後段マイクロレンズアレイのうち空間光変調素子の最も近くに配された後段マイクロレンズアレイを、多数のコリメータレンズが配列されてなるものとすれば、上記の収差除去のための設計最適化が容易となる。加えて、そのような後段マイクロレンズアレイの直後に、拡大/縮小光学系その他の要素を容易に介在させることができるようになるという効果もある。
さらに、上記の本発明の画像露光装置において、空間光変調素子の前段にも少なくとも1層の前段マイクロレンズアレイを設けることとすれば、光源からの光を、空間光変調素子の各画素部の中心部分に集光する光線束の群として空間光変調素子に入射させることができるので、光の損失や画素間のにじみの少ない露光画像を得ることができる。特に、空間光変調素子としてマイクロシャッタアレイを使用した場合には、各画素部上に集光された光線束のビーム径に合わせて各シャッタの開口の大きさを小さくできるので、シャッタの開閉駆動を高速化することができ、露光の高速化に繋がるという効果もある。
また、上記の本発明の画像露光装置を、空間光変調素子の各光線束のビーム径が、後段マイクロレンズアレイのうち空間光変調素子の最も近くに配されたものへの入射位置において、その後段マイクロレンズアレイをなす各マイクロレンズのレンズ径よりも小さくなるように構成すれば、空間光変調素子により変調された光を損失なく利用することができ、しかも、開口アレイのような追加の要素を設けることなく隣接するマイクロレンズ間のクロストークを排除することができる。
さらに、上記の本発明の画像露光装置を、焦点モニター手段と焦点合わせ手段とをさらに備えた構成とした場合には、各露光に先立ってまたは露光中に亘って、露光画像を構成する各光線束が感光材料の露光面上に精確に結像するよう調整することができるので、より鮮鋭度の高い画像を得ることができる。
また、上記の本発明の画像露光装置において、後段マイクロレンズアレイのうちの少なくとも1つを、多数の非球面レンズが配列されてなるものとした場合には、各光線束の収差をより良好に除去できる設計が可能となり、さらに鮮鋭度の高い画像を得ることができる。
さらに、上記の本発明の画像露光装置において、上記の露光ヘッドを露光面に対して並列に複数設けることとすれば、露光の効率を向上させることができるという効果が得られる。
以下、図面により、本発明の1つの実施形態に係る画像露光装置について、詳細に説明する。
[画像露光装置の構成]
本実施形態に係る画像露光装置10は、図1に示すように、シート状の感光材料12を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ14を備えている。4本の脚部16に支持された厚い板状の設置台18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20が設置されている。ステージ14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20によって往復移動可能に支持されている。なお、この画像露光装置10には、副走査手段としてのステージ14をガイド20に沿って駆動する後述のステージ駆動装置98(図12参照)が設けられている。
本実施形態に係る画像露光装置10は、図1に示すように、シート状の感光材料12を表面に吸着して保持する平板状の移動ステージ14を備えている。4本の脚部16に支持された厚い板状の設置台18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20が設置されている。ステージ14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20によって往復移動可能に支持されている。なお、この画像露光装置10には、副走査手段としてのステージ14をガイド20に沿って駆動する後述のステージ駆動装置98(図12参照)が設けられている。
設置台18の中央部には、ステージ14の移動経路を跨ぐようにコの字状のゲート22が設けられている。コの字状のゲート22の端部の各々は、設置台18の両側面に固定されている。このゲート22を挟んで一方の側にはスキャナ24が設けられ、他方の側には感光材料12の先端および後端を検知する複数(たとえば2個)のセンサ26が設けられている。スキャナ24およびセンサ26はゲート22に各々取り付けられて、ステージ14の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ24およびセンサ26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。
スキャナ24は、図2および図3(B)に示すように、m行n列(たとえば3行5列)の略マトリックス状に配列された複数(たとえば14個)の露光ヘッド28を備えている。この例では、感光材料12の幅との関係で、3行目には4個のみの露光ヘッド28を配置してある。なお、以下において、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28mnと表記する。
各露光ヘッド28による露光エリア30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14の移動に伴い、感光材料12には露光ヘッド28ごとに帯状の露光済み領域32が形成される。なお、以下において、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30mnと表記する。
また、図3(A)および(B)に示すように、帯状の露光済み領域32が副走査方向と直交する方向に隙間なく並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッド28の各々は、その配列方向に所定間隔(露光エリアの長辺の自然数倍、本実施形態では2倍)ずらされて配置されている。このため、1行目の露光エリア3011と露光エリア3012との間の露光できない部分は、2行目の露光エリア3021と3行目の露光エリア3031とにより露光することができる。
各露光ヘッド28は、図4の断面図に示されるように、ファイバアレイ光源34、レンズ系36、前段マイクロレンズアレイ38、空間光変調素子の一種であるマイクロシャッタアレイ40、第1の後段マイクロレンズアレイ42、第2の後段マイクロレンズアレイ44、焦点モニター部46およびアクチュエータ48を含む内部構成を有している。以下、各部の詳細な構成を、順を追って説明する。
ファイバアレイ光源34は、光ファイバの出射端部(発光点)が露光エリア30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光源であり、図5に示すように、複数(たとえば14個)のレーザモジュール50を備えている。各レーザモジュール50には、マルチモード光ファイバ52の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ52の他端には、マルチモード光ファイバ52より小さいクラッド径を有するマルチモード光ファイバ54が結合されている。図6に詳しく示すように、マルチモード光ファイバ54のマルチモード光ファイバ52と反対側の端部は、副走査方向と直交する主走査方向に沿って7個並べられ、それが2列に配列されてレーザ出射部56が構成されている。
マルチモード光ファイバ54の端部で構成されるレーザ出射部56は、図6に示すように、表面が平坦な2枚の支持板58に挟み込まれて固定されている。また、マルチモード光ファイバ54の光出射端面には、その保護のために、ガラス等の透明な保護板が配置されるのが望ましい。マルチモード光ファイバ54の光出射端面は、光密度が高いため集塵しやすく劣化しやすいが、上述のような保護板を配置することにより、端面への塵埃の付着を防止し、また劣化を遅らせることができる。
本実施形態では図7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52のレーザ光出射側の先端部分に、長さ1から30cm程度のクラッド径が小さい光ファイバ54が同軸的に結合されている。それらの光ファイバ52および54は、それぞれのコア軸が一致する状態で光ファイバ54の入射端面を光ファイバ52の出射端面に融着することにより互いに結合されている。
マルチモード光ファイバ52および光ファイバ54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、および複合型光ファイバの何れも適用可能である。たとえば、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。本実施形態において、マルチモード光ファイバ52および光ファイバ54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52は、クラッド径=125μm、コア径=50μm、開口数(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54は、クラッド径=60μm、コア径=50μm、開口数(NA)=0.2である。
ただし、光ファイバ54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多くの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以下がより好ましい。一方、コア径は少なくとも3から4μm必要であることから、光ファイバ54のクラッド径は10μm以上が好ましい。結合効率の点からは、光ファイバ52と54のコア径を一致させることが好ましい。
また、上述のようにクラッド径が互いに異なる2種類の光ファイバ52および54を融着(いわゆる異径融着)して用いることは必ずしも必要でなく、クラッド径が一定の光ファイバ(たとえば図5なら光ファイバ52)を複数本そのままバンドル状に束ねてファイバアレイ光源を構成してもよい。
各レーザモジュール50は、図8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60上に配列固定された複数(たとえば7個)のチップ状の横マルチモードまたはシングルモードのGaN系半導体レーザLD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6,およびLD7と、GaN系半導体レーザLD1からLD7の各々に対応して設けられたコリメータレンズL1,L2,L3,L4,L5,L6,およびL7と、1つの集光レンズ62と、1本のマルチモード光ファイバ52の入射端とから構成されている。なお、半導体レーザの個数は7個に限定されるものではなく、その他の個数が採用されてもよい。また、上述のような7個のコリメータレンズL1からL7に代えて、それらのレンズが一体化されてなるコリメータレンズアレイを用いることもできる。
GaN系半導体レーザLD1からLD7は、発振波長がほぼ共通(たとえば、405nm)であり、最大出力も共通(たと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50mW程度)である。なお、GaN系半導体レーザLD1からLD7としては、350nmから450nmの波長範囲において、上記405nm以外の波長で発振するレーザを用いてもよい。
各コリメータレンズL1からL7は、本実施形態では、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を有しており、それぞれ幅1.1mm、長さ4.6mm、焦点距離3mm、開口数(NA)0.6のレンズである。また、レンズ配置ピッチは、1.25mmである。各コリメータレンズL1からL7に入射するレーザ光B1から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。
集光レンズ62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L1からL7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62は、焦点距離23mm、開口数(NA)0.2のレンズである。コリメータレンズL1からL7および集光レンズ62は、たとえば樹脂または光学ガラスをモールド成形することにより形成することができる。
図4に戻って、レンズ系36は、ファイバアレイ光源34から出射した照明光としてのレーザ光Bを集光する集光レンズ64、この集光レンズ64を通過した光の光路に挿入されたロッド状オプティカルインテグレータ(以下、「ロッドインテグレータ」という)66、およびこのロッドインテグレータ66の後段に配置されたコリメータレンズ68から構成されている。ロッドインテグレータ66は、たとえば四角柱状に形成された透光性ロッドである。ファイバアレイ光源34から出射したレーザ光Bは、ロッドインテグレータ66の内部を全反射しながら進行するうちにビーム断面内強度分布が均一化され、さらにコリメータレンズ68を通過することにより、照明光として好ましい均一な平行光となる。これにより、照明光強度の不均一をなくして、高精細な画像を感光材料12に露光することができる。なお、ロッドインテグレータ66の入射端面、出射端面には反射防止膜がコートされて、透過率が高められている。
続いて、前段マイクロレンズアレイ38、マイクロシャッタアレイ40、第1の後段マイクロレンズアレイ42および第2の後段マイクロレンズアレイ44の構成について、図4および図9を参照しながら詳細に説明する。
マイクロシャッタアレイ40は、空間光変調素子の一種であって、各々独立に開閉駆動される多数のマイクロシャッタが2次元状に配されてなるものである。本実施形態では、1024×768個のマイクロシャッタが、縦横共に30μmのピッチで配されているものとする。このマイクロシャッタアレイ40は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた後述のコントローラ94(図12参照)に接続されている。このコントローラ94のデータ処理部は、所望のパターンを示す入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド28ごとに、マイクロシャッタアレイ40上の各マイクロシャッタを開閉駆動する制御信号を生成する。また、ミラー駆動制御部は、データ処理部で生成された制御信号に従って、各露光ヘッド28ごとにマイクロシャッタアレイ40上の各マイクロシャッタの開閉を制御する。
前段マイクロレンズアレイ38および第1の後段マイクロレンズアレイ42はいずれも、上記のマイクロシャッタの数と同数の1024×768個のマイクロレンズアレイが配されてなるものである。第2の後段マイクロレンズアレイ44は、図4に示すように、1024×768個のマイクロレンズに加えて、後述する焦点モニターに使用するための余剰のマイクロレンズの列を備えている。いずれのマイクロレンズアレイにおいても、マイクロレンズの配置ピッチは、上記のマイクロシャッタの配置ピッチと同一の30μmである。また、いずれのマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズも同一のレンズ径を有し、そのレンズ径は配置ピッチの30μmにほぼ等しい。なお、図4では、説明のため、マイクロシャッタアレイ40が有するマイクロシャッタの数および各マイクロレンズアレイ38、42および44が有するマイクロレンズの数は、実際より少なく描かれている。
図9は、図4に示した断面図の部分拡大図である。図9において破線で示した面は、各マイクロレンズアレイ38、42および44の主面を表す。図示のとおり、レンズ系36の作用により均一な平行光として前段マイクロレンズアレイ38に入射した光が、マイクロシャッタアレイ40の通過位置において焦点を結ぶように、マイクロシャッタアレイ40は、前段マイクロレンズアレイ38の焦点距離f1分だけ前段マイクロレンズアレイ38から離間されて配されている。第1の後段マイクロレンズアレイ42は、その焦点距離f2分だけ、マイクロシャッタアレイ40から離間されて配されている。本実施形態では、f1=117μm、f2=100μmであり、第1の後段マイクロレンズアレイ42の焦点距離f2の方が、前段マイクロレンズアレイ38の焦点距離f1よりも短くされている。このような焦点距離および配置の選択により、図9に示すように、マイクロシャッタアレイ40を通過した各光線束のビーム径は、第1の後段マイクロレンズアレイ42への入射位置において、第1の後段マイクロレンズアレイ42を構成する各マイクロレンズのレンズ径よりも小さく抑えられる。これにより、光を損失なく利用できると共に、マイクロレンズ間のクロストークによる露光画像の鮮鋭度の低下を防止することができる。
本実施形態では、前段マイクロレンズアレイ38により、マイクロシャッタアレイ40の各マイクロシャッタ上において、各光線束のビーム径は2μmまで絞られる。このように各光線束を小さく集光させてマイクロシャッタアレイ40に入射させることにより、光の損失や画素間のにじみの少ない露光画像を得ることができる。さらに、各光線束のビーム径に合わせて各マイクロシャッタの開口の大きさを小さくできるので、マイクロシャッタの開閉駆動を高速化することができ、露光処理を高速化できるという利点もある。
第1の後段マイクロレンズアレイ42により平行光線束とされた各光線束は、第2の後段マイクロレンズアレイ44を経て、感光材料12の露光面上に結像する。第2の後段マイクロレンズアレイ44を構成する各マイクロレンズは、焦点距離f3=25μm、開口数(NA)0.5の非球面レンズである。各光線束の焦点と感光材料12の露光面とが整合していれば、露光面上における各光線束のビーム径は0.5μmとなる。また、露光面における焦点深度は0.8μmである。
このように、2層の後段マイクロレンズアレイ42および44を設けることにより、レンズ設計の自由度が高まるため、本実施形態に係る画像露光装置10によれば、マイクロシャッタアレイ40で変調された各光線束の収差を良好に除去でき、感光材料12の露光面上における露光画像の画素サイズを極めて小さく絞って、高い鮮鋭度の画像を得ることが可能となる。また、上記のとおり、後段マイクロレンズアレイ42と44の間において各光線束は平行光線束であるので、この間に、拡大/縮小光学系その他の要素を必要に応じて容易に介在させることができる。
図4に戻って、露光ヘッド28は、第2の後段マイクロレンズアレイ44が有する余剰のマイクロレンズの列の前段に定置された焦点モニター部46、および焦点モニター部46からの駆動信号を受けて第2の後段マイクロレンズアレイ44を移動させるアクチュエータ48を備えている。以下、図10の拡大概略図を参照して、この焦点モニター部46およびアクチュエータ48の構成と動作を説明する。
焦点モニター部46は、図10に示すとおり、測定用光源70、ビームスプリッタ72、平面ミラー74、2次元検出器76および駆動信号計算部78を含んでいる。測定用光源70は、感光材料12が感光しない波長の平行光を出射する光源である。出射した平行光は、ビームスプリッタ72および平面ミラー74を経た後、第2の後段マイクロレンズアレイ44が有する余剰のマイクロレンズにより集光され、感光材料12の露光面上で反射する。反射した光は、再び第2の後段マイクロレンズアレイ44、平面ミラー74およびビームスプリッタ72を経て、2次元検出器76により検出される。駆動信号計算部78は、2次元検出器76からの検出信号を解析し、測定用の光の焦点と感光材料12の露光面が整合していない場合には、第2の後段マイクロレンズアレイ44を露光面に垂直な方向にどれだけ移動させれば焦点と露光面とが整合するかを示す駆動信号を算出する。算出された駆動信号は、第2の後段マイクロレンズアレイ44に取り付けられたアクチュエータ48に伝えられ、アクチュエータ48は、その駆動信号に従って、第2の後段マイクロレンズアレイ44を露光面に垂直な方向に移動させる。このような焦点モニター部46およびアクチュエータ48の動作により、画像露光処理中に亘って常に焦点整合状態が保たれるため、鮮鋭度の高い露光画像を得ることができる。なお、本実施形態では、上記のとおり第2の後段マイクロレンズアレイ44に余剰のマイクロレンズを設けて、その前段に焦点モニター部46を定置する構成としたが、焦点モニター部46の一部を後段マイクロレンズアレイ42および44の間に挿入可能なものとし、各画像露光処理に先立って焦点整合状態を確認する構成としてもよい。
また、マイクロシャッタアレイ40とマイクロレンズアレイ38、42および44は、それらの短辺が副走査方向と所定角度θ(たとえば、1°から5°)を成すように僅かに斜め向きに配置するのが好ましい。図11の(A)はそれらを斜め向きにしない場合の各マイクロシャッタにより変調された各光線束80の走査軌跡を示し、図11の(B)はD斜め向きにした場合の各光線束80の走査軌跡を示している。
マイクロシャッタアレイ40には、上記のとおり1024×768個のマイクロシャッタが配されているが、図11の(B)に示すように、マイクロシャッタアレイ40とマイクロレンズアレイ38、42および44を斜め向きにすることにより、各マイクロシャッタによる露光ビーム80の走査軌跡(走査線)のピッチP2が、それらを斜め向きにしない場合の走査線のピッチP1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、上記のように斜め向きにする角度は微小であるので、斜め向きにした場合の走査幅W2と、斜め向きにしない場合の走査幅W1とは略同一である。
また、異なるマイクロシャッタ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28の間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差なくつなぐことができる。
なお、マイクロシャッタアレイ40とマイクロレンズアレイ38、42および44を斜め向きにする代わりに、各マイクロシャッタ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。
次に図12を参照して、本実施形態の画像露光装置10のうち、既に詳述した焦点モニター部46およびアクチュエータ48以外の部分の、全体的な電気的構成について説明する。ここに示されるように、画像露光装置10の全体制御部90には変調回路92が接続され、その変調回路92にはマイクロシャッタアレイ40を制御するコントローラ94が接続されている。また全体制御部90には、レーザモジュール56を駆動するLD駆動回路96が接続されている。さらにこの全体制御部90には、上記のステージ14を駆動するステージ駆動装置98が接続されている。
以上、本発明の1つの実施形態に係る画像露光装置10の構成について詳細に説明したが、本発明の画像露光装置の構成は上記に限られるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更が可能である。
たとえば、上記の実施形態では、各露光ヘッドは、1層の前段マイクロレンズアレイおよび2層の後段マイクロレンズアレイを備えていたが、最低限2層の後段マイクロレンズアレイが備わっていれば、前段マイクロレンズアレイはなくてもよい。あるいは、上記の実施形態よりもさらに多くの層の前段および/または後段マイクロレンズアレイを設けてもよい。そのようにマイクロレンズアレイの層の数を増やすことにより、種々の収差をさらに良好に除去する光学系構成とすることが可能となる。
また、上記の実施形態においては、透過型の空間光変調素子であるマイクロシャッタアレイを用いたが、DMD等の反射型の空間光変調素子を用いてもよい。その場合においても、少なくとも2層の後段マイクロレンズアレイを設けることにより、空間光変調素子で変調された各光線束の収差を良好に除去し、鮮鋭度の高い露光画像を得るという本発明の効果を享受することができる。
さらに、上記の実施形態では、第2の後段マイクロレンズアレイ44を構成する各マイクロレンズを非球面レンズとしたが、すべてのマイクロレンズアレイを球面レンズにより構成してもよい。あるいは、より多くのマイクロレンズアレイにおいて、非球面レンズを使用してもよい。
[画像露光装置の動作]
最後に、上記画像露光装置10の全体的な動作について説明する。スキャナ24の各露光ヘッド28において、ファイバアレイ光源34の合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザLD1からLD7の各々から発散光状態で出射したレーザ光B1,B2,B3,B4,B5,B6,およびB7の各々は、対応するコリメータレンズL1からL7によって平行光化される。平行光化されたレーザ光B1からB7は、集光レンズ62によって集光され、マルチモード光ファイバ52のコア52aの入射端面上で収束し、1本のレーザ光Bに合波されてマルチモード光ファイバ54から出射する。
最後に、上記画像露光装置10の全体的な動作について説明する。スキャナ24の各露光ヘッド28において、ファイバアレイ光源34の合波レーザ光源を構成するGaN系半導体レーザLD1からLD7の各々から発散光状態で出射したレーザ光B1,B2,B3,B4,B5,B6,およびB7の各々は、対応するコリメータレンズL1からL7によって平行光化される。平行光化されたレーザ光B1からB7は、集光レンズ62によって集光され、マルチモード光ファイバ52のコア52aの入射端面上で収束し、1本のレーザ光Bに合波されてマルチモード光ファイバ54から出射する。
各レーザモジュールにおいて、レーザ光B1からB7のマルチモード光ファイバ52への結合効率が0.9で、GaN系半導体レーザLD1からLD7の各出力が50mWの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ54の各々について、出力315mW(=50mW×0.9×7)の合波レーザ光Bを得ることができる。したがって、14本のマルチモード光ファイバ54全体では、4.4W(=0.315W×14)の出力のレーザ光Bが得られる。
画像露光に際しては、図12に示す変調回路92から所望の露光パターンに応じた画像データがマイクロシャッタアレイ40のコントローラ94に入力され、そ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。この2値データに従って、マイクロシャッタアレイ40を構成する各マイクロシャッタが、開状態または閉状態のいずれかに駆動される。
感光材料12を表面に吸着したステージ14は、図12に示すステージ駆動装置98により、ガイド18に沿ってゲート22の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ14がゲート22下を通過する際に、ゲート22に取り付けられたセンサ26により感光材料12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28ごと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28ごとにマイクロシャッタアレイ40を構成する各マイクロシャッタが開閉駆動される。これにより、感光材料12の露光面が、マイクロシャッタアレイ40のマイクロシャッタの数と同数の画素単位で露光される。また、感光材料12がステージ14と共に一定速度で移動されることにより、感光材料12がスキャナ24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28ごとに帯状の露光済み領域32が形成される。
スキャナ24による感光材料12の副走査が終了し、センサ26で感光材料12の後端が検出されると、ステージ14は、ステージ駆動装置98により、ガイド20に沿ってゲート22の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド20に沿ってゲート22の上流側から下流側に一定速度で移動される。
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、この実施形態は例示的なものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、本明細書中の特許請求の範囲のみによって定められるべきものであることは言うまでもない。
10 露光装置
12 感光材料
14 移動ステージ
18 設置台
20 ガイド
22 ゲート
24 スキャナ
26 センサ
28 露光ヘッド
34 ファイバアレイ光源
38 前段マイクロレンズアレイ
40 マイクロシャッタアレイ
42 第1の後段マイクロレンズアレイ
44 第2の後段マイクロレンズアレイ
46 焦点モニター部
48 アクチュエータ
66 ロッドインテグレータ
70 測定用光源
76 2次元検出器
12 感光材料
14 移動ステージ
18 設置台
20 ガイド
22 ゲート
24 スキャナ
26 センサ
28 露光ヘッド
34 ファイバアレイ光源
38 前段マイクロレンズアレイ
40 マイクロシャッタアレイ
42 第1の後段マイクロレンズアレイ
44 第2の後段マイクロレンズアレイ
46 焦点モニター部
48 アクチュエータ
66 ロッドインテグレータ
70 測定用光源
76 2次元検出器
Claims (8)
- 光源からの光を所望のパターン状にして感光材料の露光面上に露光する露光ヘッドを備えた画像露光装置であって、
前記露光ヘッドが、
前記光源からの光を、各々独立に変調された多数の光線束となす多数の画素部が配列された空間光変調素子と、
前記空間光変調素子により変調された前記多数の光線束のそれぞれに対応する多数のマイクロレンズが各々配列されてなる、少なくとも2層の後段マイクロレンズアレイを備えてなるものであることを特徴とする画像露光装置。 - 前記後段マイクロレンズアレイのうち前記空間光変調素子の最も近くに配された後段マイクロレンズアレイが、前記多数の光線束をそれぞれ平行光線束となす多数のコリメータレンズが配列されてなるものであることを特徴とする請求項1記載の画像露光装置。
- 前記露光ヘッドが、前記光源と前記空間光変調素子との間に配された少なくとも1層の前段マイクロレンズアレイをさらに備え、
該前段マイクロレンズアレイの各々が、前記多数の画素部にそれぞれ対応する多数のマイクロレンズが配列されてなるものであることを特徴とする請求項1または2記載の画像露光装置。 - 前記多数の光線束の各々のビーム径が、前記後段マイクロレンズアレイのうち前記空間光変調素子の最も近くに配された後段マイクロレンズアレイへの入射位置において、該最も近くに配された後段マイクロレンズアレイをなす各マイクロレンズのレンズ径よりも小さいことを特徴とすることを特徴とする請求項1から3いずれか1項記載の画像露光装置。
- 前記露光ヘッドから露光される光の焦点が、前記露光面に整合しているか否かを監視する焦点モニター手段と、
前記焦点が前記露光面に整合していないことを前記焦点モニター手段が検知した際に、前記後段マイクロレンズアレイのうちの少なくとも1つを移動させることにより、前記焦点を前記露光面に整合させる焦点合わせ手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の画像露光装置。 - 前記焦点モニター手段が、前記感光材料が感光しない波長の光を前記露光面に向けて出射し、該光が前記露光面上で反射した反射光を検出することにより、前記焦点が前記露光面に整合しているか否かを監視するものであって、該反射光を取り出すために、前記後段マイクロレンズアレイのうちのいずれかの前段に定置状態または挿入可能な状態に配された光学素子を備えていることを特徴とする請求項5記載の画像露光装置。
- 前記後段マイクロレンズアレイのうちの少なくとも1つが、多数の非球面レンズが配列されてなるものであることを特徴とする請求項1から6いずれか1項記載の画像露光装置。
- 前記露光ヘッドを、前記露光面に対して並列に複数備えていることを特徴とする請求項1から7いずれか1項記載の画像露光装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004089271A JP2005277153A (ja) | 2004-03-25 | 2004-03-25 | 画像露光装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005277153A true JP2005277153A (ja) | 2005-10-06 |
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006137486A1 (ja) * | 2005-06-23 | 2006-12-28 | Fujifilm Corporation | 画像露光装置 |
JP2008263090A (ja) * | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Nikon Corp | パターンジェネレータ、パターン形成装置及びパターン生成方法 |
KR100964285B1 (ko) * | 2007-02-22 | 2010-06-16 | 연세대학교 산학협력단 | 광학 리소그래피 장치 및 광학 리소그래피 장치에 사용되는광학 헤드 제조방법 |
JP2012138622A (ja) * | 2012-03-30 | 2012-07-19 | Nikon Corp | パターンジェネレータ、パターン形成装置及び露光装置 |
JP2012222355A (ja) * | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置、デバイス製造方法およびマスクを補正する方法 |
CN105980933A (zh) * | 2014-03-11 | 2016-09-28 | 株式会社V技术 | 射束曝光装置 |
CN112230512A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-15 | 江苏迪盛智能科技有限公司 | 一种网版曝光高度调节装置、曝光机及调节方法 |
-
2004
- 2004-03-25 JP JP2004089271A patent/JP2005277153A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006137486A1 (ja) * | 2005-06-23 | 2006-12-28 | Fujifilm Corporation | 画像露光装置 |
KR100964285B1 (ko) * | 2007-02-22 | 2010-06-16 | 연세대학교 산학협력단 | 광학 리소그래피 장치 및 광학 리소그래피 장치에 사용되는광학 헤드 제조방법 |
JP2008263090A (ja) * | 2007-04-12 | 2008-10-30 | Nikon Corp | パターンジェネレータ、パターン形成装置及びパターン生成方法 |
JP2012222355A (ja) * | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置、デバイス製造方法およびマスクを補正する方法 |
US9417519B2 (en) | 2011-04-07 | 2016-08-16 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus, device manufacturing method, and method of correcting a mask |
JP2012138622A (ja) * | 2012-03-30 | 2012-07-19 | Nikon Corp | パターンジェネレータ、パターン形成装置及び露光装置 |
CN105980933A (zh) * | 2014-03-11 | 2016-09-28 | 株式会社V技术 | 射束曝光装置 |
CN112230512A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-15 | 江苏迪盛智能科技有限公司 | 一种网版曝光高度调节装置、曝光机及调节方法 |
CN112230512B (zh) * | 2020-09-18 | 2024-01-09 | 江苏迪盛智能科技有限公司 | 一种网版曝光高度调节装置、曝光机及调节方法 |
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