JP2009237321A - 画像露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロミラーの歪み等に起因するマイクロミラーの投影された像形状の歪みをなくし、分解能を向上させる。
【解決手段】デジタル露光装置の露光ヘッド１８には、複数のマイクロミラーによって光源からの光を変調するＤＭＤ５６と、各マイクロミラーからの光を個別に集光するマイクロレンズ６３ａが形成されたマイクロレンズアレイ６３と、各マイクロレンズ６３ａに対応したフィルタ６４ａが形成されたフィルタアレイ６４とが設けられている。各フィルタ６４ａは、マイクロレンズ６３ａで結像されるマイクロミラーの像の歪みを整形するために設けられ、周縁に向かうほど光の減衰を大きくするように透過率分布を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、画像情報を基に変調された光を露光対象に投影することによって露光対象に画像を記録する画像露光装置に関するものである。

感光材料が塗布又は貼着された基板などの投影面に任意のパターンで変調された光を投影することにより、マスクレスで露光記録を行うデジタル露光装置が知られている。このようなデジタル露光装置では、マスクの作成やマスクの切り替えなどの時間を必要としないため、マスクを用いる露光方式に比べて露光記録の処理速度を向上させることができる。また、マスクを用いないことから、ランニングコストが抑えられるという利点もある。

デジタル露光装置は、例えばＤＭＤ（登録商標）などの空間光変調素子を備えており、画像データを基にＤＭＤを駆動制御することによって光を変調して画像を生成する。ＤＭＤは、半導体基板に二次元的に配列された複数のメモリセルと、各メモリセルに傾斜自在に取り付けられたマイクロミラーとからなるデバイスであり、各メモリセルにデータを書き込むことで生じる静電気力によって、マイクロミラーの反射面の角度を変化させるように構成されている。

上記のデジタル露光装置では、ＤＭＤが変調した光による画像を投影光学系で拡大した際に、各マイクロミラーからの光束が広がって投影された画素サイズが大きくなり、露光画像の鮮鋭度が低下するという問題がある。この問題を解決するため、マイクロレンズアレイを配したデジタル露光装置が、例えば、特許文献１などによって提案されている。

マイクロレンズアレイは、ＤＭＤのマイクロミラーの像を個別に結像するマイクロレンズを各マイクロミラーに対応させて設けたものであり、投影面における各光束による画素サイズ、すなわちマイクロミラーの像サイズを小さくするため、画像を拡大した際にも、鮮鋭度の高い露光記録を行うことができる。

一方、上記のように構成されるデジタル露光装置では、マイクロレンズによるマイクロミラーの像形状は歪んだものとなってしまう。このような像形状の歪みは、例えば光の回折に起因したものの他、本出願人によって出願された特許文献１〜３によって知られるマイクロミラーの歪みによるものがある。

像形状の歪みが生じた場合には、例えば露光される画素サイズが所期のものより大きくなり、結果として一定の間隔を離して露光されるべき画素と一体になってしまうため、分解能の低下を招く原因となる。

上記の像形状の歪みに対して、特許文献１では、マイクロレンズからの光路上にアパーチャをそれぞれ配して、そのアパーチャの開口面積や開口形状によって光束の断面形状を整形するアパーチャアレイを配している。また、特許文献２では、特許文献１と同様であるがアパーチャの開口形状をマイクロミラーの歪みに対応させた細長い開口にしている。さらに、特許文献３では、マイクロミラーの歪みによる像形状の歪みを補正するために各マイクロレンズを非球面としている。
特開２００４−３３０５３６号公報 特開２００５−１９５７４７号公報 特開２００５−２２２０３９号公報

しかしながら、特許文献１，２のようにアパーチャアレイを用いる場合においては、それに形成された開口を光が通過する際に回折が発生し、その回折が像形状の歪みの新たな原因となるため、像形状の歪みを除去するには限界があった。また、特許文献３のように非球面としたマイクロレンズで像形状の歪みを補正する場合には、各マイクロレンズの作製において極めて高いレンズの加工精度が要求されるという問題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、低コストで像形状の歪みを修正し、高分解能で画像を露光できるようにした画像露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１に記載の画像露光装置では、各マイクロレンズに入射、または各マイクロレンズから射出される光束の光路上にそれぞれ配され、それぞれが光束の中心から周縁に向かって光の透過率が漸減する複数のフィルタが形成され、マイクロレンズアレイの一方の面に密着または近接して配されたフィルタアレイを備えたものである。

請求項２記載の画像露光装置では、各フィルタは、透過率分布がガウス分布となっているものである。

請求項３記載の画像露光装置では、フィルタアレイは、投影光学系から投影される各画素部に対応する光強度が均一となるように、各フィルタの透過率分布がそれぞれ決定されているものである。

請求項４記載の画像露光装置では、フィルタアレイは、各フィルタの透過率のピークが同じであって、光強度が高いフィルタほど透過率分布の半値幅を小さくしたものである。

請求項５記載の画像露光装置では、フィルタアレイは、各フィルタのフィルタ半径が同じにされ、光強度が高いほどフィルタの透過率のピークを低くしたものである。

請求項６記載の画像露光装置では、各フィルタは、画素部の異方的な歪みに対応して、入射光束の中心からの各方向に異なる透過率分布を有するものである。

請求項７記載の画像露光装置では、空間光変調素子を、画素部として傾斜自在に設けられ、露光すべき画像の画像情報に基づいて傾斜が制御されるマイクロミラーを二次元的に配列したマイクロマイクロデバイスとしたものである。

本発明によれば、マイクロレンズアレイの近傍に設けたフィルタアレイに光束の中心から周縁に向かって光の透過率が漸減するフィルタを各マイクロレンズに対応して設け、各マイクロレンズによって結像される各光をそれぞれフィルタに通すようにしたから、容易に像形状の歪みを除去することができ、高い分解能で画像を露光することができる。

［第１実施形態］
図１に示すように、デジタル露光装置（画像露光装置）１０は、略長方形の平板に形成され、水平配置されるベース１１と、このベース１１にスライド自在に取り付けられ、露光対象となる基板１２を表面に吸着保持する移動ステージ１３と、この移動ステージ１３に保持された基板１２に対して露光を行う露光部１４とを備える。

基板１２は、例えば、表面に感光材料が塗布又は貼着されたプリント配線基板やフラットパネルディスプレイ用ガラス基板などである。デジタル露光装置１０は、基板１２に対して露光を行うことにより、例えば、配線パターンなどを基板１２の感光材料にマスクレスで記録する。

ベース１１は、副走査方向（Ｓ）に長く形成され、四隅のそれぞれに取り付けられた脚部１５によって支持されている。ベース１１の上面１１ａには、副走査方向Ｓに略平行な２本のガイドレール１６を設けてある。移動ステージ１３は、これらの各ガイドレール１６を介して副走査方向にスライド自在にベース１１に取り付けてある。この移動ステージ１３は、例えばリニアモータなどによって構成される駆動機構（図示は省略）により、副走査方向に移動する。

露光部１４は、ベース１１の副走査方向中央部に一対の支柱１７を介して取り付けてある。各支柱１７は、ベース１１の幅方向の両端に固定してあり、これら支柱１７の間に、露光部１４を設けてある。各支柱１７は、移動ステージ１３が副走査方向に移動した際に、露光部１４の下を通過するように、ベース１１の上面１１ａから所定の距離離して露光部１４を保持する。露光部１４は、１６個の露光ヘッド１８を有している。これらの各露光ヘッド１８は、下を通過する基板１２に対して光を照射する。

各露光ヘッド１８は、ベース１１の幅方向、すなわち副走査方向と直交する主走査方向（Ｍ）に８個、副走査方向に２列に配列してある。２列目の各露光ヘッド１８は、それぞれの中心が１列目の各露光ヘッド１８の隣接するもの同士の中央付近に位置するように、１列目の各露光ヘッド１８に対して主走査方向に１／２ピッチずらして配置してある。このようにずらして配置することにより、１列目の各露光ヘッド１８によって露光できない部分を２列目の各露光ヘッド１８によって露光し、基板１２の主走査方向に隙間なく露光記録を行う。なお、露光部１４に設けられる露光ヘッド１８の個数や配列の形態は、基板１２のサイズなどに応じて適宜変更することができる。

各露光ヘッド１８のそれぞれには、光源ユニット１９からの光ファイバ２０と、画像処理ユニット２１からの信号ケーブル２２とを接続してある。光源ユニット１９には、例えば発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系半導体レーザ（図示省略）を光源として複数設けてある。各ＧａＮ系半導体レーザの最大出力は、マルチモードレーザの場合には１００ｍＷ、シングルモードレーザの場合には５０ｍＷ程度にすることが好適である。

光源ユニット１９は、各ＧａＮ系半導体レーザを点灯させ、各光ファイバ２０を介してレーザ光を各露光ヘッド１８に入射させる。なお、露光ヘッド１８に入射するレーザ光は、１つのＧａＮ系半導体レーザから照射されたものでもよいし、複数のＧａＮ系半導体レーザから照射されたものを合波したものでもよい。また、光源ユニット１９に用いられる光源は、ＧａＮ系半導体レーザに限ることなく、例えば、他の種類のレーザダイオードや発光ダイオード（ＬＥＤ）等の各種のものを用いることができる。

画像処理ユニット２１には、基板１２に記録する配線パターンなどに応じた画像データ（画像情報）が入力される。画像処理ユニット２１は、入力された画像データに基づいて、露光ヘッド１８毎のフレームデータを作成し、そのフレームデータを信号ケーブル２２を介して各露光ヘッド１８に入力する。フレームデータは、例えば、画像を構成する各画素を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。

各露光ヘッド１８は、光源ユニット１９から入射されるレーザ光をフレームデータに基づいて変調し、移動ステージ１３によって搬送される基板１２に変調した光を投影する。これにより、画像処理ユニット２１に入力された画像データに応じた画像が基板１２に露光記録される。各露光ヘッド１８による１回の基板１２上の露光領域は、副走査方向に一定の幅を有し主走査方向に長くなっている。移動ステージ１３を副走査方向に移動しながら、各露光ヘッド１８による露光を行うことによって基板１２の全面に露光記録を行う。

ベース１１には、さらに、略コの字型に形成されたゲート２３と、副走査方向の一端部に取り付けられた一対の測長器２４とを設けてある。ゲート２３は、各ガイドレール１６を跨ぐように主走査方向と略平行にベース１１に取り付けてある。このゲート２３には、３台のカメラ２５を取り付けてあり、各カメラ２５は、デジタル露光装置１０全体を統括的に制御するコントローラ（図示省略）に接続してある。

各カメラ２５は、ゲート２３を通過する移動ステージ１３を撮影し、取得した画像データをコントローラに出力する。コントローラは、各カメラ２５が取得した画像データを基に、移動ステージ１３上の適正位置に対する基板１２の主走査方向、副走査方向のズレ量、及び移動ステージ１３の法線方向を軸とする回転のズレ量を算出する。算出されたズレ量は、画像処理ユニット２１に入力され、フレームデータの補正に用いられる。なお、カメラ２５の台数や配置間隔などは、基板１２のサイズなどに応じて適宜変更してよい。また、ズレ量の算出は、周知の画像処理によって行えばよい。この際、ズレ量を算出しやすいように、基板１２にアライメントマークなどを付しておくことが好ましい。

各測長器２４は、各カメラ２５と同様に、コントローラに接続してある。各測長器２４は、移動ステージ１３の側端面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、移動ステージ１３の位置を測定し、測定した移動ステージ１３の位置をコントローラに出力する。なお、本実施形態では、いわゆるレーザ干渉式の測長器２４を用いているが、これに限ることなく、例えば、超音波やステレオカメラを用いるものなど、移動ステージ１３の位置を測定できるものであればよい。

図２に示すように、露光ヘッド１８は、入射光学系４０と、光変調部４１と、投影光学系４２とからなる。入射光学系４０は、露光ヘッド１８に接続された光ファイバ２０の射出端部と対面して配置してある。この入射光学系４０は、光ファイバ２０から射出されたレーザ光ＬＢを集光する集光レンズ５０と、集光レンズ５０を通過したレーザ光ＬＢの光路上に配置されたロッド状のオプティカルインテグレータ５１と、オプティカルインテグレータ５１を通過したレーザ光ＬＢを結像させる集光レンズ５２と、集光レンズ５２からのレーザ光ＬＢを反射させて光変調部４１に入射するミラー５３とを備える。

オプティカルインテグレータ５１は、例えば、四角柱状に形成された透光性ロッドであり、その内部をレーザ光ＬＢが全反射しながら進行させ、そのレーザ光ＬＢのビーム断面内強度を均一化する。これにより、照明光強度のばらつきのない高精細な画像が、基板１２に露光されるようになる。なお、オプティカルインテグレータ５１の入射端面、及び射出端面には、透光率を高めるために、反射防止膜をコーティングすることが好ましい。

光変調部４１は、ＴＩＲ（全反射）プリズム５５と、空間光変調素子であるＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）５６とを備えている。ＴＩＲプリズム５５は、ミラー５３を介して入射したレーザ光ＬＢをＤＭＤ５６に向けて照射する。ＤＭＤ５６は、後述するように、二次元的に配列された複数のマイクロミラー５６ａ（図３参照）からなり、各マイクロミラー５６ａは、それぞれ入射したレーザ光ＬＢを１画素分の画素光ＰＢとして投影光学系４２に向けて反射するオン状態と、レーザ光ＬＢを光吸収体（図示省略）に向けて反射するオフ状態とに傾斜自在になっている。

光変調部４１は、画像処理ユニット２１から入力されるフレームデータに応じてＤＭＤ５６のマイクロミラー５６ａの傾きを制御することにより、フレームデータに応じた画像光を生成する。画像光は、オン状態とされた各マイクロミラー５６ａからの画素光ＰＢからなる。

投影光学系４２は、露光面すなわち基板１２上にＤＭＤ５６により生成される画像を投影するためのものであり、第１光学系６１と、第２光学系６２と、これら各光学系の間に配されたマイクロレンズアレイ（以下、ＭＬＡという）６３及びフィルタアレイ６４とからなる。この投影光学系４２は、その光軸ＰＬが基板１２に垂直となっている。

第１光学系６１は、レンズ６５，６６から構成してあり、ＤＭＤ５６による画像を拡大する拡大光学系となっている。第２光学系６２は、後述するようにマイクロレンズアレイ６３で結像されたマイクロミラー５６ａの像を基板１２に結像・投影するためのものであり、レンズ６７，６８と、プリズムペア６９とからなる。各レンズ６７，６８は、画像光を所定の倍率に拡大するか、あるいは等倍率でプリズムペア６９に入射する。プリズムペア６９は、上下方向に移動自在に設けられており、上下に移動することによって、基板１２上にピントが合致するように調節する。

ＭＬＡ６３は、ＤＭＤ５６の各マイクロミラー５６ａに対応する複数のマイクロレンズ６３ａを二次元的に配列して一体に形成したものである。各マイクロレンズ６３ａは、対応するマイクロミラー５６ａからの画素光ＰＢの光路上に配された、例えば第１光学系６１側が平面、第２光学系６２側が凸面とした平凸レンズであり、それらの各光軸が投影光学系４２の光軸ＰＬと平行となっている。各マイクロレンズ６３ａは、第１光学系６１で拡大された各マイクロミラー５６ａを個別に結像し、画像を鮮鋭化する。なお、各マイクロレンズ６３ａの形状は、平凸レンズに限ることなく、例えば、両凸レンズなどでもよい。

上記の投影光学系４２では、レンズ６５の前方焦点位置にＤＭＤ５６の各マイクロミラー５６ａが配置され、またレンズ６５，６６は、それぞれ後方焦点位置と前方焦点位置とを共有する共焦点位置に配置されている。ＭＬＡ６３は、レンズ６６の後方焦点位置または、その近傍に配置されている。

フィルタアレイ６４は、各マイクロミラー５６ａないしマイクロレンズ６３ａのそれぞれに対応させた複数のフィルタ６４ａ（図５参照）を二次元的に配列したものである。詳細を後述するように、フィルタアレイ６４の各フィルタ６４ａは、中心から透過率が漸減する濃度フィルタであって、ＤＭＤ５６の各マイクロミラー５６ａの歪み等に起因して生じる画素光ＰＢの像形状を整形し、露光画像の分解能を向上させる。

上記のフィルタアレイ６４は、マイクロレンズ６３ａに近接させて第１光学系側に配してある。なお、フィルタアレイ６４の位置は、ＭＬＡ６３に近接させて第２光学系側に配してもよく、またＭＬＡ６３の一方の面に密着させて設けてもよい。

図３に示すように、ＤＭＤ５６は、ＲＡＭに、各々画素部を構成する多数（例えば１０２４個×７６８個）のマイクロミラー５６ａを格子状に配列したミラーデバイスである。マイクロミラー５６ａ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。各マイクロミラー５６ａは、それぞれが下面に設けた支柱，ヨークを介してトーションヒンジでメモリセル上に支持された構造であって、Ｙ方向の対角線を中心として±α度（例えば±１２度）の範囲で傾斜する。

マイクロミラー５６ａは、対応するメモリセルにデジタルデータが書き込まれると、そのデジタルデータに応じて、図４（ａ）に示すように＋α度に傾いたオン状態、または図４（ｂ）に示すように−α度に傾いたオフ状態となる。オン状態のマイクロミラー５６ａに入射したレーザ光ＬＢは、投影光学系４２に向けて画素光ＰＢとして反射され、オフ状態のマイクロミラー５６ａに入射したレーザ光ＬＢは、光吸収体に向けて反射される。なお、メモリセルに書き込まれるデータは、デジタルデータが画像処理ユニット２１からのフレームデータとして入力される。

図５，図６に示すように、フィルタアレイ６４には、多数の円形のフィルタ６４ａを二次元的に配列してある。各フィルタ６４ａは、マイクロレンズ６３ａの配置ピッチと同じピッチで配列してあり、各フィルタ６４ａの中心Ｐが対応するマイクロレンズ６３ａの光軸上に配置される。また、フィルタ６４ａは、その径Ｒ０がレンズ６６から入射する画素光ＰＢの光束の径Ｒ１と同じかそれよりも大きくしてある。なお、フィルタ６４ａは、必ずしも円形である必要はない。

フィルタ６４ａは、中心Ｐから周縁に向かって透過率が漸減する釣鐘状の透過率分布となっており、画素光ＰＢの光束の中心では光強度を減衰させることなく透過させるが、周縁ほど減衰させる。この例では、透過率分布は、等方的であり、中心Ｐからの各方向について同じ態様で透過率が漸減している。フィルタ６４ａの径方向における透過率Ｔの曲線（以下、透過率曲線という）を図７に示すように、透過率分布は、中心Ｐからの距離ｒが大きくなるにしたがって透過率が低くなるガウス分布となっており、その透過率分布は次の式（１）で示される。

上記式（１）中の値Ｒは、フィルタの有効半径であり、マイクロレンズアレイ６３より上流側にある時はマイクロミラー５６ａからの一画素分の光をほぼ入射する大きさに設定され、マイクロレンズアレイ６３より下流側にある時は、マイクロレンズ６３ａで屈折した光の径と同じ大きさに設定される。また、値ｒは、フィルタ６４ａ（画素光ＰＢの光束）の中心Ｐからの距離である。さらに、値Ｇは、透過率曲線の急峻度ないし広がりを規定する係数であり、これを増減することによって透過率分布の半値幅を調節することができる。この例では、係数Ｇは、例えば透過率がほぼ０％となるフィルタ半径が、レーザ光ＬＢの光束の径Ｒ１となるように設定してある。

次に、上記構成によるデジタル露光装置１０の作用について説明する。基板１２に対して露光記録を行う際には、まず基板１２を移動ステージ１３にセットする。そして、画像処理ユニット２１に所望の画像データを入力し、デジタル露光装置１０のコントローラに露光開始を指示する。露光開始が指示されたコントローラは、移動ステージ１３を駆動し、基板１２を露光部１４に向けて副走査方向に搬送する。

搬送を開始したコントローラは、基板１２がゲート２３を通過する際に、各カメラ２５に撮影の実行を指示し、アライメント用の画像データを取得する。画像データを取得したコントローラは、基板１２の搬送を続けるとともに、各画像データを基に基板１２の主走査方向、副走査方向、及び回転のズレ量を算出する。ズレ量を算出したコントローラは、その算出結果を画像処理ユニット２１に入力する。画像処理ユニット２１は、露光用の画像データから露光ヘッド１８毎のフレームデータを作成するとともに、入力されたズレ量に基づいて各フレームデータを補正する。これにより、位置ズレのない露光画像を基板１２に記録することができる。

コントローラは、各測長器２４の測定結果を基に、基板１２の全体が露光部１４を通過するまで移動ステージ１３を移動させる。この後、コントローラは、光源ユニット１９の各光源を点灯させるとともに、基板１２を逆方向に搬送し、露光部１４による基板１２への露光記録を開始する。

画像処理ユニット２１は、基板１２の搬送量に応じたフレームデータを各露光ヘッド１８に入力する。各露光ヘッド１８は、入力されたフレームデータに応じてマイクロミラー５６ａの傾きを制御し、フレームデータに応じた画像光を生成する。

生成された画像光に含まれる各画素光ＰＢは、第１光学系６１から射出された後、フィルタアレイ６４の対応するフィルタ６４ａを透過する。このフィルタ６４ａの透過の際には、フィルタ６４ａの透過率分布にしたがい、画素光ＰＢの光束の中心では光強度がほとんど減衰しないが周縁ほど減衰する。そして、このようにフィルタアレイ６４を透過した各画素光ＰＢは、ＭＬＡ６３の各マイクロレンズ６３ａによって結像される。

図８にシミュレーションによるマイクロレンズ６３ａによって結像されるマイクロミラー５６ａの像の光強度の分布の変化を示す。このシミュレーションでは、マイクロミラー５６ａに対して、図９に示す歪みを与えている。フィルタ６４ａを配さない場合には、図８（ａ）に示すように、画素光ＰＢの光束中心にピーク（最大強度）を有するメインローブとともに、このメインローブに両側に近接して小さなピーク、メインローブのピークに対して２０％程度の光強度を有するサイドローブが発生する。しかしながら、フィルタ６４ａを配した場合には、図８（ｂ）に示すように、サイドローブの発生が解消されている。

なお、シミュレーションでは、マイクロミラー５６ａの幅を１４μｍとし、正規のミラー面の位置（０）に対して上方に２０ｎｍ、下方に１０ｎｍの範囲でマイクロミラー５６ａを略Ｗ字状に湾曲させたものとしている。また、マイクロレンズ６３ａは、焦点距離を７０μｍとし、フィルタアレイ６４は、マイクロレンズアレイ６３の第１光学系側に密着させて配し、マイクロレンズ６３ａによるマイクロミラー５６ａの結像位置における画像光ＰＢの光強度をシミュレーションしている。

上記のようにして、マイクロレンズ６３ａでそれぞれ結像された像は、第２光学系６２によって基板１２に結像・投影される。基板１２の搬送に応じて、それに対応するフレームデータを順次各露光ヘッド１８に入力することにより、ユーザの所望する画像が順次に基板１２に露光記録される。

上述の図８（ａ）に示されるように、画素光ＰＢにサイドローブが発生すると、このサイドローブによりマイクロミラー５６ａの像、すなわち１画素が所期のものより広がり、近接する画素のサイドローブ同士が重なるなどして高い分解能を得ることができない。しかし、本発明では、上記のようにフィルタ６４ａを配することによってサイドローブの発生が防止されるので、高い分解能による高精細なパターンを形成することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態は、像形状の歪みの解消と同時に、各フィルタの透過率分布を光学系のシェーディング特性に応じたものとすることにより、画素光の光強度が均一となるようにするシェーディング補正をフィルタアレイで行うものである。なお、この第２実施形態では、以下に説明するように、フィルタアレイ６４のフィルタ６４ａの透過率分布が異なる他は、第１実施形態と同じであり、実質的に同じ部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

図１０（ａ）に示すように、投影光学系４２は、光軸ＰＬからの離れるほど画素光ＰＢの光強度が低下するシェーディング特性を有する。このようなシェーディング特性を有する場合には、各フィルタ６４ａは、図１０（ｂ）に示すように、透過率がほぼ「０」となるフィルタ半径を例えば径Ｒ１としたまま、光軸ＰＬから距離（例えば中心Ｐまでの距離）ｄが大きいフィルタ６４ａほど透過率分布のピークＴＰが大きくなるようにしてある。このようなフィルタ６４ａの透過率分布は、例えば次の式（２）で示される。

上記式（２）中の値Ｒ、値ｒ、値Ｇは、第１実施形態と同様であり、各フィルタ６４ａについて同じ値にしてある。また、係数ｋは、透過率分布のピークＴＰを決める係数であって、フィルタ６４ａに対応する画素光ＰＢの光強度に応じた値とされる。

各フィルタ６４ａの係数ｋを決める際には、画素光ＰＢの光強度が低いほど係数ｋが大きな値となるようにして、各フィルタ６４ａの透過後の各画素光ＰＢの光強度が均一となるようにすればよい。このときに、シェーディング補正による光量低下を最小限にするために、入射前の光強度が最も低い画素光ＰＢに対応するフィルタ６４ａの透過率のピークＴＰを最大（１００％）とし、画素光ＰＢの光強度が高いほど透過率のピークＴＰが低くなるようにして、各フィルタ６４ａの透過率のピークＴＰを決めるのが好ましい。

上記の例では、各フィルタ６４ａの透過率がほぼ「０」となる半径を同じにしながら、透過率のピークＴＰを変化させることで、シェーディング補正を行っているが、図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すように、透過率のピークＴＰを一定にし、各フィルタ６４ａの透過率分布の急峻度、すなわち透過率分布の半値幅を変化させてもよい。図１１（ｂ）の例では、光軸ＰＬからの距離ｄが小さいほど、すなわち光強度が高くなるほど急峻度を大きくして、半値幅が小さくなるようにしている。なお、この場合には、上記式（２）において、係数Ｇを大きくすればよい。また、光量低下を最小限にするために、各フィルタの透過率のピークを最大（１００％）としておくのがよい。

上記各例では、光軸ＰＬから距離が離れるほど光強度が低くなる場合について説明したが、図１２（ａ）に示すように光軸ＰＬから距離が離れるほど光強度が高くなるシェーディング特性を補正することもできる。この場合には、図１２（ｂ）に示すように、各フィイルタ６４ａの透過率がほぼ「０」となるフィルタ半径を例えば径Ｒ１とするとともに、光軸ＰＬから距離ｄが小さいほど透過率のピークＴＰが大きくなるようすればよい。あるいは図１２（ｃ）に示すように、各フィルタ６４ａの透過率のピークＴＰを一定にしながら、光軸ＰＬから距離が大ききほど急峻度を大きくして半値幅を小さくしてもよい。

［第３実施形態］
第３実施形態は、ＤＭＤのマイクロミラーの歪みの異方性に対応させて、各フィルタの透過率分布に異方性を持たせたものである。なお、この第３実施形態では、以下に説明するように、フィルタアレイの各フィルタの透過率分布が異方性を有する他は、第１実施形態と同じであり、実質的に同じ部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

マイクロミラー５６ａの各対角線方向での歪み量の一例を図１３に示すように、ＤＭＤ５６を構成するマイクロミラー５６ａは、歪みを有するが、その歪みはマイクロミラー５６ａを回動自在に保持する構造等の影響を受けて等方的ではない。前述のように、マイクロミラー５６ａは、Ｙ方向の対角線と平行な回転軸の周りに回転するが、図１３（ａ）に示すように、回転軸と直交するＸ方向の対角線上では、全体の約１／３程度の中央部が多少の凹凸があるがほぼ平坦であって、両端部が垂れ下がるように歪んでいる。一方、図１３（ｂ）に示すように、回転軸と平行なＹ方向の対角線上では、ほぼ中央から両端部が垂れ下がり、中央部が最も高い山状となるとともに両端がそれぞれ小さな山状となった波形となっており、Ｘ方向の対角線上の歪みに比べて歪みが大きくなっている。

上記のようにマイクロミラー５６ａに歪みがある場合には、マイクロレンズ６３ａによって結像されるマイクロミラー５６ａの像の光強度分布は、Ｘ方向側に比べてＹ方向側に大きなサイドローブが発生する。すなわち、マイクロミラー５６ａは、Ｘ方向に比べてＹ方向に大きく伸びた象として結象される。

この例では、上記のようなマイクロミラー５６ａの歪みの異方性に対応して、図１４（ａ）に示すように、マイクロミラー５６ａのＸ方向に相当する透過率分布の急峻度を小さく（半値幅を大きく）し、図１４（ｂ）に示すように、マイクロミラー５６ａのＹ方向に相当する透過率分布の急峻度を大きく（半値幅を小さく）してある。このように、マイクロミラー５６ａの異方的な歪みに対応して、画素光ＰＢの光束中心から径方向に異なる透過率分布とし、Ｙ方向については大きなサイドローブの発生を効果的に解消させて好ましい像形状を形成するとともに、Ｘ方向については不必要な画素光ＰＢの減衰を小さくするようにしている。

上記のようなフィルタ６４ａの透過率分布は、フィルタ６４ａの中心ＰからＸ方向、Ｙ方向に相当する各距離ｒｘ，ｒｙとして、フィルタ６４ａ上での任意の位置の座標を（ｒｘ，ｒｙ）としたときに、例えば次の式（３）で示される。

上記式（３）中の値Ｒは、第１実施形態と同様である。また、値Ｇｘは、Ｘ方向における透過率分布の急峻度ないし広がりを規定する係数であり、値Ｇｙは、Ｙ方向における透過率分布の急峻度ないし広がりを規定する係数である。そして、この式（３）において、大きなサイドローブが生じるＹ方向側の係数Ｇｙを係数Ｇｘよりも大きくすればよい。

上記マイクロミラー５６ａの歪みや、それと画素光ＰＢのサイドローブの発生方向の関係等は一例であり、フィルタ６４ａの透過率分布の異方性は、マイクロミラー５６ａの歪みの異方性に対応して適宜に設定できる。また、マイクロミラー５６ａの歪みの異方性によるものだけではなく、他の光学素子、例えばレンズやアパーチャ等による画素光ＰＢの像を整形する場合にも利用できる。さらに、シェーディング補正と組み合わせてもよい。

また、上記各実施形態では、空間光変調素子としてＤＭＤを用いたが、空間光変調素子は、これに限ることなく、例えば、液晶光シャッタなどであってもよい。さらに、上記実施形態では、露光対象として感光材料が塗布又は貼着された基板を示したが、露光対象は、これに限ることなく、例えば、写真フイルムや印画紙などであってもよい。

デジタル露光装置の構成を概略的に示す斜視図である。 露光ヘッドの構成を概略的に示す説明図である。 デジタルマイクロデバイスの概略を示す説明図である。 マイクロミラーの動作状態を示す説明図である。 フィルタアレイのフィルタの配列を示す説明図である。 フィルタの形状・サイズを示す説明図である。 フィルタの透過率分布を示すグラフである。 フィルタの配置の有無による画素光の光強度分布の変化を示すグラフである。 画素光の光強度分布の変化をシミュレーションの際にマイクロミラーに与えた歪み量を示すグラフである。 シェーディング補正の際の光強度と各フィルタの透過率分布との関係を示すグラフである。 シェーディング補正の際に各フィルタの透過率分布の急峻度を変えた例における光強度と各フィルタの透過率分布との関係を示すグラフである。 光軸近傍で光強度が高くなる例における光強度とシェーディング補正を行う各フィルタの透過率分布との関係を示すグラフである。 マイクロミラーの歪みの異方性を示すグラフである。 マイクロミラーの歪みの異方性に対応して異方性が与えられたフィルタの透過率分布を示すグラフである。

符号の説明

１０ デジタル露光装置
１２ 基板
１８ 露光ヘッド
１９ 光源ユニット
４２ 投影光学系
６３ マイクロレンズアレイ
６３ａ マイクロレンズ
６４ フィルタアレイ
６４ａ フィルタ

Claims (7)

1. 光源から照射された光を変調する複数の画素部が二次元的に配列された空間光変調素子と、前記空間光変調素子の前記各画素部からの光による像をそれぞれ個別に結像する複数のマイクロレンズが二次元的に配列されたマイクロレンズアレイを有し、前記空間光変調素子によって変調された光による像を露光対象に投影する投影光学系とを備えた画像露光装置において、
   前記各マイクロレンズに入射、または各マイクロレンズから射出される光束の光路上にそれぞれ配され、それぞれが光束の中心から周縁に向かって光の透過率が漸減する複数のフィルタが形成され、前記マイクロレンズアレイの一方の面に密着または近接して配されたフィルタアレイを備えたことを特徴とする画像露光装置。
2. 前記各フィルタは、透過率分布がガウス分布とされていることを特徴とする請求項１記載の画像露光装置。
3. 前記フィルタアレイは、前記投影光学系から投影される各画素部に対応する光強度が均一となるように、前記各フィルタの透過率分布がそれぞれ決定されてい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。
4. 前記フィルタアレイは、前記各フィルタの透過率のピークが同じにされ、光強度が高いフィルタほど透過率分布の半値幅が小さくされていることを特徴とする請求項３記載の画像露光装置。
5. 前記フィルタアレイは、前記各フィルタのフィルタ半径が同じにされ、光強度が高いほどフィルタの透過率のピークが低くされていることを特徴とする請求項３記載の画像露光装置。
6. 前記各フィルタは、前記画素部の異方的な歪みに対応して、入射光束の中心からの各方向に異なる透過率分布を有す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。
7. 前記空間光変調素子は、画素部として傾斜自在に設けられ、露光すべき画像の画像情報に基づいて傾斜が制御されるマイクロミラーを二次元的に配列したマイクロマイクロデバイスであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の画像露光装置。

Images