JP2006178057A

JP2006178057A - 露光装置

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Publication number: JP2006178057A
Application number: JP2004369217A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Iino; 仁飯野
Original assignee: Integrated Solutions Co Ltd
Current assignee: Integrated Solutions Co Ltd
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP4866002B2

Abstract

【課題】デジタル画像の露光パターンにおける階段状の斜線を直線にすると共に角部を滑らかに形成しようとする露光装置を提供する。
【解決手段】表面に感光材を塗布した被露光体７に対して光源から発射された露光光を照射して被露光体７上に所定の露光パターンを形成する露光装置であって、光源１から発射される露光光の出射方向前方に配設され、マイクロミラーをマトリクス状に配置して露光パターンに対応するデジタル入力信号に応じて各マイクロミラーの傾きを切り替えるマイクロミラーアレイ２と、マイクロミラーの反射光によって生成される露光パターンの像を被露光体７上に結像する結像レンズ３と、光源１と被露光体７との間の光路上に配設され、露光光の光軸を掃引する光軸掃引手段４と、各マイクロミラーの傾きの切り替え及び光軸掃引手段４の光軸掃引方向又は掃引量を制御する制御手段５とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロミラーデバイスを用いて被露光体上に所定の露光パターンを形成する露光装置に関し、詳しくは、露光光の光軸を掃引することによって、デジタル画像の露光パターンにおいて斜線が階段状に表示されるのを直線に近似しようとする露光装置に係るものである。

従来のこの種の露光装置は、露光光を発射する光源と、微小なマイクロミラーをマトリクス状に配設し、デジタルの駆動制御信号に応じて個々のマイクロミラーを傾動動作し、光源からの露光光を反射して露光パターンの像を生成するマイクロミラーデバイスと、所定の露光パターンに応じた駆動制御信号をマイクロミラーデバイスに出力する制御手段とを備え、デジタルの駆動制御信号に基づいて制御されてマイクロミラーデバイスに生成した露光パターンの像を表面に感光性レジストを塗布した被露光体上に露光するものとなっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−４０６７０号公報

しかし、このような従来の露光装置においては、マイクロミラーデバイスによって生成される露光パターンがデジタル画像であるため、図１０に示すように露光パターンＰは斜線が階段状に表示され、直線状に表示することができなかった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、デジタル画像の露光パターンにおいて斜線が階段状に表示されるのを直線に近似しようとする露光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による露光装置は、表面に感光材を塗布した被露光体に対して光源から発射された露光光を照射して前記被露光体上に所定の露光パターンを形成する露光装置であって、前記光源から発射される露光光の出射方向前方に配設され、複数のマイクロミラーがマトリクス状に配列されて入力する駆動制御信号に応じて個々のマイクロミラーが傾動動作し、光源からの露光光を反射して露光パターンの像を生成するマイクロミラーデバイスと、該マイクロミラーデバイスによって生成される露光パターンの像を前記被露光体上に結像する結像レンズと、前記光源と前記被露光体との間の光路上に配設され、前記露光光の光軸を掃引する光軸掃引手段と、前記マイクロミラーデバイスの駆動を制御し、前記光軸掃引手段の光軸掃引方向又は掃引量を制御する制御手段とを備えたものである。

このような構成により、マイクロミラーをマトリクス状に配置したマイクロミラーデバイスに光源から露光光を照射し、制御手段で駆動制御信号に応じて個々のマイクロミラーを傾動動作し、マイクロミラーデバイスで各マイクロミラーにおいて反射される光源からの露光光に基づいて露光パターンの像を生成し、光源と被露光体との間の光路上に配設された光軸掃引手段で制御手段により光軸掃引方向又は掃引量を制御されて露光光の光軸を掃引し、結像レンズによって被露光体上に結像される露光パターンの像を掃引する。これにより、マイクロミラーデバイスによって生成される露光パターンのデジタル画像における階段状の斜線を被露光体上で直線に近似する。

また、前記光軸掃引手段は、電圧の印加により屈折率が変化する非線形光学素子である。これにより、非線形光学素子に電圧を印加して屈折率を変化させ、該非線形光学素子を通過する露光光の光軸を掃引する。

さらに、前記非線形光学素子は、入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜した面とするプリズム形状に形成されたものである。これにより、プリズム形状の非線形光学素子の入射側の面に露光光を垂直に入射し、傾斜面で屈折させて斜め方向に出射する。

また、前記光軸掃引手段は、電圧の印加により屈折率が変化する一対の非線形光学素子を、互いに向き合う面が平行となるように対向して配設したものである。これにより、一対の非線形光学素子のそれぞれに電圧を印加して屈折率を変化させ、該一対の非線形光学素子を通過する露光光の光軸を掃引する。

さらに、前記非線形光学素子の一方は、入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜した面とするプリズム形状に形成され、他方は、出射光の光軸に対して、光の入射側を傾斜した面とし、出射側を直交する面とするプリズム形状に形成されたものである。これにより、露光光は、一方の非線形光学素子の入射側の面から垂直に入射し、出射側の傾斜面で屈折して斜め方向に出射し、他方の非線形光学素子の入射側の傾斜面で屈折して入射し、出射側の面から垂直に出射する。

また、前記光軸掃引手段は、前記光源とマイクロミラーデバイスとの間に配設されたものである。これにより、光軸掃引手段を光源とマイクロミラーデバイスとの間に配設して露光光の光軸を掃引する。

さらに、前記光軸掃引手段は、前記マイクロミラーデバイスと結像レンズとの間に配設されたものである。これにより、光軸掃引手段をマイクロミラーデバイスと結像レンズとの間に配設して露光光の光軸を掃引する。

さらにまた、前記光軸掃引手段は、前記結像レンズと被露光体との間に配設されたものである。これにより、光軸掃引手段を結像レンズと被露光体との間に配設して露光光の光軸を掃引する。

そして、前記光軸掃引手段は、第１及び第２の単位光軸掃引手段からなり、該第１及び第２の単位光軸掃引手段をその光軸掃引方向が互いに直交するように重ねて配設したものである。これにより、第１の単位光軸掃引手段で露光光の光軸を一方向に掃引し、第２の単位光軸掃引手段で第１の単位光軸掃引方向と直交する方向に露光光の光軸を掃引する。

請求項１に係る発明によれば、マイクロミラーデバイスを用いて被露光体上に所定の露光パターンを形成する露光装置の光源と被露光体との間に露光光の光軸を掃引する光軸掃引手段を配設したことにより、マイクロミラーデバイスによって生成されて結像レンズで被露光体上に結像される露光パターンの像を掃引することができる。したがって、マイクロミラーデバイスによって生成されるデジタル画像の露光パターンにおいて、斜線が階段状に表示されるのを直線に近似することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、光軸掃引手段として電圧の印加で屈折率が変化する非線形光学素子を適用したので、印加電圧を調整することにより露光光の光軸の掃引量を可変することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、非線形光学素子を入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜した面とするプリズム形状に形成したことにより、入射側の面における露光光の反射による光利用効率の低下を抑制すると共に屈折率を可変して傾斜面から出射する出射光の光軸を掃引することができる。

また、請求項４に係る発明によれば、電圧の印加により屈折率が変化する一対の非線形光学素子を、互いに向き合う面が平行となるように対向して配設して光軸掃引手段を構成したことにより、光軸掃引手段から出射する露光光の光軸を入射光に対して平行方向に掃引することができる。

さらに、請求項５に係る発明によれば、一対の非線形光学素子の一方を入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜した面とするプリズム形状に形成し、他方を出射光の光軸に対して、光の入射側を傾斜した面とし、出射側を直交する面とするプリズム形状に形成したことにより、入射側の面における露光光の反射による光利用効率の低下を抑制すると共に出射する露光光の光軸を入射光に対して平行方向に掃引することができる。

また、請求項６に係る発明によれば、光軸掃引手段を光源とマイクロミラーデバイスとの間に配設したことにより、該光軸掃引手段でマイクロミラーデバイスに入射する露光光の入射角度を変化して露光光の光軸を掃引することができる。

さらに、請求項７に係る発明によれば、光軸掃引手段をマイクロミラーデバイスと結像レンズとの間に配設したので、マイクロミラーデバイスによって生成された露光パターンの像を掃引することができる。

さらにまた、請求項８に係る発明によれば、光軸掃引手段を結像レンズと被露光体との間に配設したことにより、結像レンズによる被露光体上の露光パターンの結像位置をシフトすることができる。

そして、請求項９に係る発明によれば、光軸掃引手段を第１の単位光軸掃引手段と第２の単位光軸掃引手段とを各掃引方向が互いに直交するように重ねて配設して形成したので、第１及び第２の単位光軸掃引手段の印加電圧をそれぞれ個別に制御することにより、露光光の光軸を二次元の任意の方向に掃引することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による露光装置の実施形態を示す概念図である。この露光装置は、マイクロミラーデバイスを用いて被露光体上に所定の露光パターンを形成するものであり、光源１と、マイクロミラーデバイス２と、結像レンズ３と、光軸掃引手段４と、制御手段５とからなる。

上記光源１は、露光光としての紫外線を発光するものであり、例えばキセノンランプや紫外線レーザ光源等である。そして、後述のマイクロミラーデバイス２を照射するようになっている。

上記光源１の露光光の出射方向前方には、マイクロミラーデバイス２が配置されている。このマイクロミラーデバイス２は、図２に示すように傾動動作可能に軸支された複数のマイクロミラー６をマトリクス状に配置して露光パターンＰに対応するデジタルの駆動制御信号に応じて個々のマイクロミラー６の傾きを２方向に切り替えるものであり、光源１からの露光光を個々のマイクロミラー６で反射して露光パターンの像を生成するようになっている。

図３は、このマイクロミラー６の一つを拡大して示す断面図である。同図に示すように、半導体基板６ａ上に一対のヒンジ６ｂによって傾動動作可能に軸支されたヨーク６ｃを形成し、該ヨーク６ｃの上面に露光光を反射する反射板６ｄを形成している。そして、ヨーク６ｃの下面と半導体基板６ａの上面に対向して一対の電極６ｅを設け、該一対の電極６ｅに電圧を付与することによって両電極６ｅ間に静電吸引力又は反発力を発生して、上記ヒンジ６ｂを中心にヨーク６ｃが同図（ｂ）に示す矢印方向に傾動動作し、反射板６ｄが傾くようになっている。この場合、露光オン状態では、図４（ａ）に示すようにマイクロミラー６の反射板６ｄは、その反射光が結像レンズ３を通過するように傾き、露光オフ状態では、図４（ｂ）に示すように反射光が結像レンズ３を通らないように傾く。以下の説明では、図４（ａ）に示すようなマイクロミラー６の駆動状態をオン駆動と、同図（ｂ）に示すようなマイクロミラー６の駆動状態をオフ駆動とする。これにより、オン駆動されたマイクロミラー６における反射光によって、被露光体の感光材が露光される。なお、上記複数のマイクロミラー６は、後述の制御手段５によって制御されてそれぞれ個別に傾動動作するものである。

上記マイクロミラーデバイス２と被露光体７との間には、結像レンズ３が配設されている。この結像レンズ３は、上記マイクロミラーデバイス２のマイクロミラー６面を被露光体７の表面に結像するものであり、オン駆動されたマイクロミラー６における露光光の反射光によって生成された露光パターンの像を結像するようになっている。

上記マイクロミラーデバイス２と結像レンズ３との間の光路上には、光軸掃引手段４が配設されている。この光軸掃引手段４は、露光光の光軸を所定方向に高速で掃引するものであり、例えば電圧の印加で屈折率が変化する非線形光学素子で形成されている。その具体的構成例は、図５に示すように、入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜する面とする第１のプリズム８ａと、出射光の光軸に対して、光の入射側を傾斜する面とし、出射側を直交する面とする第２のプリズム８ｂとを各傾斜面が互いに平行するように対向して配置し、上記傾斜面と直交する上下又は左右端面に対して高電圧源９によって、例えば１〜10KVの交番電圧又は矩形波電圧が印加されるようになっている。なお、この高圧電源は、後述する制御手段５の光軸掃引手段コントローラ１２により制御可能とされている。

そして、図６に示すようにＸ軸方向に光軸を掃引する第１の単位光軸掃引手段４ａとＹ軸方向に光軸を掃引する第２の単位光軸掃引手段４ｂとの二組を、その光軸掃引方向が互いに直交するように重ねて配設し、露光光の光軸を掃引できるようにしている。これにより、第１及び第２の単位光軸掃引手段４ａ，４ｂに印加する電圧をそれぞれ個別に制御すれば、光軸を二次元の任意の方向に掃引することができる。

上記マイクロミラーデバイス２及び光軸掃引手段４に接続して制御手段５が設けられている。この制御手段５は、装置全体が適切に駆動するように制御するものであり、露光パターンＰに対応するデジタルの駆動制御信号に応じてマイクロミラーデバイス２の各マイクロミラー６の傾きを切り替え制御するミラー駆動コントローラ１０と、上記露光パターンＰのＣＡＤデータを蓄積保存する記憶部１１と、露光光の光軸の掃引方向及び掃引量を制御する制御信号を高圧電源９に出力する光軸掃引手段コントローラ１２と、装置全体を統合して制御する制御部１３とを備えている。

次に、このように構成された露光装置の動作について説明する。
先ず、感光材を塗布した被露光体７が所定位置に配置され、露光装置が起動されると、制御手段５の記憶部１１から露光パターンＰのＣＡＤデータが読み出される。そして、ミラー駆動コントローラ１０から上記ＣＡＤデータに応じて各マイクロミラー６をオン・オフ駆動する駆動制御信号がマイクロミラーデバイス２に出力される。同時に、光源１から紫外線を含む露光光がマイクロミラーデバイス２に対して発射される。これにより、露光域に対応するマイクロミラー６はオン駆動され、図４（ａ）に示すように該マイクロミラー６で反射された露光光が結像レンズ３を通過して被露光体７上に塗布された感光材を露光する。一方、非露光域に対応するマイクロミラー６はオフ駆動され、同図（ｂ）に示すように該マイクロミラー６で反射された露光光は結像レンズ３を通過することなく装置内に設けた図示省略の光吸収材に吸収される。こうして、被露光体７上には、結像レンズ３を通過した露光光により所定の露光パターンＰが形成される。

この場合、上記露光パターンＰが斜線であるとき、マイクロミラーデバイス２によって描かれる画像がデジタル画像であるため、被露光体７上に形成される露光パターンＰは、図７において太い実線で示すように階段状に表示され、直線とならない。

次に、制御手段５の光軸掃引手段コントローラ１２から制御信号が高圧電源９に出力される。高圧電源９は、上記制御信号に基づいて、露光光の光軸を図７における矢印Ａ及びＢ方向に高速で掃引するように第１及び第２の単位光軸掃引手段４ａ，４ｂに対して所定の電圧を供給する。例えば、斜線が45度に傾いた線であるときには、第１及び第２の単位光軸掃引手段４ａ，４ｂの印加電圧を互いに同じ電圧値で変化させれば、光軸は45度方向に掃引され同図に破線で示すように階段状の斜線が直線に近似されることになる。

また、第１及び第２の単位光軸掃引手段４ａ，４ｂに供給する印加電圧の電圧値を互いに同じ割合で変化して、例えば図８に示すように矢印Ａ又はＢ方向に光軸を掃引すると共に、例えば矢印Ａ方向に掃引した後、第１及び第２の単位光軸掃引手段４ａ，４ｂの印加電圧をそれぞれ個別に制御すれば、露光光の光軸は、同図に矢印Ｃ又はＤで示す方向の略円弧状に掃引され、直線の端部の角部が滑らかに形成される。

このように、本発明の露光装置によれば、マイクロミラーデバイス２と結像レンズ３との間に露光光の光軸を所定方向に掃引する光軸掃引手段４を配設したことにより、マイクロミラーデバイス２によって描かれるデジタル画像からなる階段状の斜線の露光パターンＰを該斜線の方向に掃引して直線に近似することができる。

また、第１の単位光軸掃引手段４ａと第２の単位光軸掃引手段４ｂとをその掃引方向が互いに直交するように重ねて配設したことにより、光軸を二次元の任意の方向に掃引することができる。さらに、第１及び第２の単位光軸掃引手段４ａ，４ｂの印加電圧をそれぞれ個別に制御すれば、露光光の光軸を略円弧状に掃引することができ、露光パターンＰの角部の形状を滑らかに形成することができる。

なお、上記実施形態においては、光軸掃引手段４をマイクロミラーデバイス２と結像レンズ３との間に配設した場合について説明したがこれに限らず、光軸掃引手段４は、光源１とマイクロミラーデバイス２との間又は結像レンズ３と被露光体７との間に配設してもよい。ここで、光軸掃引手段４を光源１とマイクロミラーデバイス２との間に配設した場合には、入射光の光軸に対して光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜する面とする第１のプリズム８ａを二つ光軸掃引方向が互いに直交するように重ねて配設するとよい。これにより、図９に示すように、露光光の光軸が二つの第１のプリズム８ａで二次元方向に掃引されてマイクロミラーデバイス２に対する入射角度が変化する。したがって、マイクロミラーデバイス２で反射されて出射する露光光は所定方向に振られ、上記実施形態と同様の効果を奏することになる。

また、露光パターンＰの斜線の方向が所定の方向に固定されたものである場合には、光軸掃引手段４は、第１の単位光軸掃引手段４ａ又は第２の単位光軸掃引手段４ｂの一組であってもよい。さらには、第１のプリズム８ａ又は第２のプリズム８ｂだけであってもよい。これらの場合は、光軸掃引手段４の光軸掃引方向を斜線の方向に合わせて配設するとよい。

本発明による露光装置の実施形態を示す概念図である。上記露光装置の露光光学系を構成するマイクロミラーデバイスを示す平面図である。上記マイクロミラーデバイスを構成するマイクロミラーの構成を示す説明図であり、（ａ）は図２のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は図２のＹ−Ｙ線断面図である。上記マイクロミラーデバイスのマイクロミラーの傾動動作を説明する側面図であり、（ａ）はオン駆動状態を示し、（ｂ）はオフ駆動状態をしている。上記実施形態に適用される光軸掃引手段の基本構成を示す説明図である。露光光の光軸を二次元方向に掃引可能とする上記光軸掃引手段の構成例を説明する斜視図である。上記光軸掃引手段により露光光の光軸を掃引することにより露光パターンのデジタル画像において階段状に表示される斜線が被露光体上で直線に近似される様子を説明する図である。上記光軸掃引手段により露光光の光軸を掃引することにより露光パターンのデジタル画像における角部が被露光体上で滑らかになる様子を説明する図である。上記光軸掃引手段を光源とマイクロミラーデバイスとの間に配設した場合の露光光の光軸が掃引される様子を説明する図である。従来の露光装置における斜線の露光パターンの例を示す図である。

符号の説明

１…光源
２…マイクロミラーデバイス
３…結像レンズ
４…光軸掃引手段
４ａ…第１の単位光軸掃引手段
４ｂ…第２の単位光軸掃引手段
５…制御手段
６…マイクロミラー
７…被露光体
８ａ…第１のプリズム
８ｂ…第２のプリズム
Ｐ…露光パターン

Claims

表面に感光材を塗布した被露光体に対して光源から発射された露光光を照射して前記被露光体上に所定の露光パターンを形成する露光装置であって、
前記光源から発射される露光光の出射方向前方に配設され、複数のマイクロミラーがマトリクス状に配列されて入力する駆動制御信号に応じて個々のマイクロミラーが傾動動作し、光源からの露光光を反射して露光パターンの像を生成するマイクロミラーデバイスと、
該マイクロミラーデバイスによって生成される露光パターンの像を前記被露光体上に結像する結像レンズと、
前記光源と前記被露光体との間の光路上に配設され、前記露光光の光軸を掃引する光軸掃引手段と、
前記マイクロミラーデバイスの駆動を制御し、前記光軸掃引手段の光軸掃引方向又は掃引量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
前記光軸掃引手段は、電圧の印加により屈折率が変化する非線形光学素子であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記非線形光学素子は、入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜した面とするプリズム形状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
前記光軸掃引手段は、電圧の印加により屈折率が変化する一対の非線形光学素子を、互いに向き合う面が平行となるように対向して配設したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記非線形光学素子の一方は、入射光の光軸に対して、光の入射側を直交する面とし、出射側を傾斜した面とするプリズム形状に形成され、他方は、出射光の光軸に対して、光の入射側を傾斜した面とし、出射側を直交する面とするプリズム形状に形成されたことを特徴とする請求項４記載の露光装置。
前記光軸掃引手段は、前記光源とマイクロミラーデバイスとの間に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
前記光軸掃引手段は、前記マイクロミラーデバイスと結像レンズとの間に配設されたことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記光軸掃引手段は、前記結像レンズと被露光体との間に配設されたことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
前記光軸掃引手段は、第１及び第２の光軸掃引手段からなり、該第１及び第２の光軸掃引手段をその光軸掃引方向が互いに直交するように重ねて配設したことを特徴とする請求項１記載の露光装置。