JP2013148819A - 露光光学系、露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズのアパーチャ形状によって開口アレイでメインビーム周辺のサイドローブを抑制し、高精細露光を行う露光装置および露光方法を提供する。
【解決手段】マイクロレンズ６４ａの射出側に遮光部６６ｂを設けることでマイクロレンズ６４ａの焦点位置付近でのサイドローブＢｂの位置を移動させる。第２の開口アレイ６８を通過する前においてはメインビームＢａはφ４μｍ程度に収まっており、またサイドローブＢｂはメインビームＢａの中心からφ７．２μｍの範囲において、従来例に比較して相対強度で約１／１０程度に抑制されている。レーザ光Ｂを第２の開口アレイ６８で絞った結果メインビームＢａの周囲におけるサイドローブＢｂを無視できるような光強度分布をもつレーザ光Ｂとすることができる。
【選択図】図１０

Description

本発明は露光光学系、露光装置および露光方法に関し、特に空間光変調素子と、マイクロレンズ射出側で開口形状を規制する開口アレイを備えたマイクロレンズアレイとを用いた露光光学系、露光装置および露光方法に関する。

露光ヘッドを備え、その露光ヘッドにより所望のパターンを感光材料上に露光する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、基本的に光源と、その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上に結像する結像光学系と、を備えている。

上記の画像露光装置の露光ヘッドの構成例として、光源と多数のマイクロミラーを備えた光変調素子としてのデジタル・マイクロミラー・デバイス（以下「ＤＭＤ」と呼ぶ） と、その多数のマイクロミラーにより変調された多数の光線束を各々個別に集光する多数のマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、を備えた構成が示されている（例えば、特許文献１参照）。

このようなマイクロレンズアレイを用いた構成によれば、感光材料上に露光される画像のサイズを拡大等しても、空間光変調素子の各画素部からの光線束はマイクロレンズアレイの各マイクロレンズによって集光されるので、感光材料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） は絞られて小さく保たれ、画像の鮮鋭度を高く保つことができるという利点がある。

特許文献１に示されている露光ヘッドはさらに、上記のマイクロレンズアレイの射出側に開口アレイを備えており、開口アレイには上記の多数の光線束を各々個別に制限する多数の開口が配列されている。この開口アレイの作用により、感光材料上での画素サイズが一定の大きさとなるように各光線束が整形されると共に、隣接する画素間でのクロストークが防止される。

特開２００４−１２４４号公報

しかしながら画像露光装置において露光画像の鮮鋭度を低下させる別の要因として、空間光変調素子や周辺光に由来する迷光が生じ、この迷光が感光材料に到達してしまうという要因もあった。上記の特許文献１に記載されているように、マイクロレンズアレイの射出側にマイクロレンズごとに１つの開口アレイを設ければ、この迷光を除去し、加えて高い全体消光比（全画素部オン状態時と全画素部オフ状態時の光量比）を確保することは可能であるが、マイクロレンズアレイの射出側に配した第１の開口アレイのみによって迷光を除去するという目的を達するには、マイクロレンズアレイにより集光されている各光線束の結像成分の径に合わせて、各開口の大きさおよび第１の開口アレイの位置を極めて厳密に定める必要があり、アラインメントの調整および維持が困難であるという問題があった。

本発明は上記事実を考慮し、マイクロレンズのアパーチャ形状によって開口アレイでメインビーム周辺のサイドローブを抑制し、高精細露光を行う露光光学系、露光装置および露光方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の露光光学系は、光源からの光を変調する画素部が配列された空間光変調素子と、前記空間変調素子で変調された光を集光するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズの射出側に光の透過を規制する開口形状の開口部を備えた第１の開口アレイと、前記マイクロレンズの光軸を中心として前記第１の開口アレイの前記開口部に設けられ、前記開口部の開口形状と外形が相似形で前記開口部を透過した光を遮光するマスクと、前記空間光変調素子により変調された光を前記マイクロレンズアレイに結像する第１の結像光学系と、前記マイクロレンズアレイで集光された光を感光材料上に結像する第２の結像光学系と、前記マイクロレンズアレイの集光位置にて前記マイクロレンズアレイ各々から射出された光を絞る開口を配列した第２の開口アレイと、を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、第１の開口アレイに設けられたマスクにより、第２の開口アレイで絞られるビームの不要光（サイドローブ）を、第２の開口アレイ開口径よりも大きく拡散させることで不要光を効率よくカットすることができる。

請求項２に記載の露光光学系は、前記マイクロレンズの光軸を中心として、前記マスクの中心に前記マスクと相似形の透過部を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、マスクの中心である光軸を含む部分を透過部とすることでメインビームの光量を下げずに不要光を効率よくカットすることができる。

請求項３に記載の露光光学系は、前記マスクは、前記マイクロレンズの光軸を中心とする同心円環状であることを特徴とする。

上記の発明によれば、マイクロレンズの形状が光軸を中心とする円形であった場合、周方向に対してムラの少ない光量分布のビームで露光する露光光学系とすることができる。

請求項４に記載の露光光学系は、前記マスクは、前記マイクロレンズの光軸を中心とする同心矩形状であることを特徴とする。

上記の発明によれば、マイクロレンズの形状が光軸を中心とする矩形であった場合、ムラの少ない光量分布のビームで露光する露光光学系とすることができる。

請求項５に記載の露光光学系は、前記遮光部と前記透過部は前記マイクロレンズの射出側に貼付された膜の、不透明部分および透明部分で構成されていることを特徴とする。

上記の発明によれば、透明な膜の一部を不透明としてマスクを形成することで、少ない工数で正確なマスク加工を行うことができる。

請求項６に記載の露光光学系は、前記マスクは、前記マイクロレンズ射出側に形成されたクロムマスクであるであることを特徴とする。

上記の発明によれば、クロムからなる遮光膜でマスクを形成することで、抜けが少なく高い光学濃度が得られるマスクを備えた露光光学系とすることができる。

請求項７に記載の露光光学系は、前記第１の開口アレイの開口部の外周部分が不透明部分であることを特徴とする。

上記の発明によれば、開口部の外周部分を不透明な遮光部分とすることで、マイクロレンズの透過部分の形状をマスクにより規定することができ、部品点数と工数を削減することができる。

請求項８に記載の露光光学系は、前記光源が半導体レーザ（ＬＤ）であることを特徴とする。

上記の発明によれば、単色のレーザ光を用いることにより光量分布を制御し易く、高信頼性かつ高照度の露光光学系とすることができる。

請求項９に記載の露光光学系は、光源からの光を集光するレンズと、前記レンズの射出側に光の透過を規制する開口形状の開口部を備えた第１の開口と、前記レンズの光軸を中心として前記第１の開口の前記開口部に設けられ、前記開口部の開口形状と外形が相似形で前記開口部を透過した光を遮光するマスクと、前記光を前記レンズに結像する第１の結像光学系と、前記レンズで集光された光を感光材料上に結像する第２の結像光学系と、前記レンズの集光位置にて前記レンズから射出された光を絞る開口を配列した第２の開口と、を備えたことを特徴とする。

上記の発明によれば、第１の開口に設けられたマスクにより、第２の開口で絞られるビームの不要光（サイドローブ）を、第２の開口の径よりも大きく拡散させることで不要光を効率よくカットすることができる。

請求項１０に記載の露光装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の露光光学系を用いて所定のパターンを感光材料に露光することを特徴とする。

上記の発明によれば、マスクにより第２の開口アレイまたは開口で絞られるビームの不要光（サイドローブ）を、第２の開口径よりも大きく拡散させることで、メインビームの光量を下げずに不要光を効率よくカットすることができる。

請求項１１に記載の露光方法は、請求項１０に記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光することを特徴とする。

上記の発明によれば、マスクにより第２の開口アレイまたは開口で絞られるビームの不要光（サイドローブ）を、第２の開口径よりも大きく拡散させることで、メインビームの光量を下げずに不要光を効率よくカットすることができる。

本発明は上記構成としたので、マイクロレンズのアパーチャ形状によって開口アレイでメインビーム周辺のサイドローブを抑制し、高精細露光を行うことができる。

本発明の実施形態に係る露光装置の主要部を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る露光ヘッドの主要部を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るＤＭＤの例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るＤＭＤのオンオフ状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るＤＭＤ以降の光学系配置を示す概念図である。 従来のマイクロレンズ集光位置における光量分布を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る光学系のバラツキ原因を示す概念図である。 従来の第１の開口アレイと光量分布の関係を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る第１の開口アレイと光量分布の関係を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る第１の開口アレイと光量分布、および第２の開口アレイと光量分布の関係を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る第１の開口アレイが光量分布に及ぼす影響を示す概念図である。 本発明の他の実施形態に係る第１の開口アレイの開口形状を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る第１の開口アレイの開口形状とマイクロレンズの焦点面における光強度の関係を示す概念図および数式である。 本発明の実施形態に係る第１の開口アレイの開口形状とマイクロレンズの焦点面における光強度の関係を示す概念図および数式である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態の一例について説明する。

＜全体構成＞

図１、２に示すように、本実施形態に係る露光装置１０は、シート状の感光材料Ｐ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。複数（例えば４本）の脚部１６に支持された厚板状の設置台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。移動ステージ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に沿って往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置１０には、副走査手段としての移動ステージ１４をガイド２０に沿って駆動するステージ駆動装置（図示せず）が設けられている。

設置台１８の中央部には、移動ステージ１４の移動経路を跨ぐように跨線橋形状のゲート２２が設けられている。ゲート２２の端部の各々は、設置台１８の両側各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Ｐ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、移動ステージ１４の移動経路の上流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、例としてｍ行ｎ列の略マトリックス状に配列された複数（図では１４個）の露光ヘッド２８を備えている。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。従って、移動ステージ１４の移動に伴い、感光材料Ｐには露光ヘッド２８毎に帯状の露光済み領域３１が形成される。

複数の露光ヘッド２８は、例えば波長４００ｎｍのレーザ光を射出する図示しない光源（例として半導体レーザ（ＬＤ）など）と、光源から射出されたレーザ光を画像データに応じて各画素部毎に変調する空間光変調素子として、例えば図３に示すＤＭＤ３４とを備えている。このＤＭＤ３４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。コントローラのデータ処理部では、入力された像データに基づいて各露光ヘッド２８毎に、ＤＭＤ３４上の使用領域内の各マイクロミラー７４（後述）を駆動制御する制御信号を生成する。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２８毎にＤＭＤ３４の各マイクロミラー７４の反射面の角度を制御する。

図５にＤＭＤ３４以降の光学系を概念図で示す。ＤＭＤ３４の光反射側（出射側、射出側）には、ＤＭＤ３４で反射されたレーザ光Ｂを、感光材料Ｐ上に結像する主光学系が配置されている。この主光学系はＤＭＤ３４で変調されたビームを拡大する第１結像光学系５２と、感光材料Ｐ上にビームを結像させる第２結像光学系５８と、これらの結像光学系の間に挿入されたマイクロレンズアレイ６４と、マイクロレンズアレイ６４の出射側直近に配された第１の開口アレイ６６と、マイクロレンズアレイ６４の焦点位置に配された第２の開口アレイ６８とから構成されている。

第１結像光学系５２は例えば入射側のレンズ５２Ａ、出射側のレンズ５２Ｂからなり、ＤＭＤ３４はレンズ５２Ａの焦点面上に配置されている。レンズ５２Ａとレンズ５２Ｂとは焦点面が一致し、さらにレンズ５２Ｂの出射側の焦点面上にマイクロレンズアレイ６４が配置されている。第２結像光学系５８もまた例えば入射側のレンズ５８Ａ、出射側のレンズ５８Ｂからなり、レンズ５８Ａとレンズ５８Ｂとは焦点面が一致し、さらに第２の開口アレイ６８が配置されたマイクロレンズアレイ６４の焦点位置はレンズ５８Ａの焦点面である。レンズ５８Ｂの出射側の焦点面に感光材料Ｐが配置されている。

上記第１結像光学系５２は、ＤＭＤ３４による像を拡大してマイクロレンズアレイ６４上に結像する。さらに第２結像光学系５８は、マイクロレンズアレイ６４を経た像を感光材料Ｐ上に結像、投影する。また第１結像光学系５２および第２結像光学系５８は、何れもＤＭＤ３４からの多数の光線束を互いに略平行な光線束として出射させる。

本実施形態に使用されるＤＭＤ３４は図３に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）７２上に、各々画素（ ピクセル）を構成する多数（たとえば１０２４個×７６８個）の微小ミラー（マイクロミラー７４）が格子状に配列されるミラーデバイスである。各ピクセルにおいて、最上部には支柱に支えられた矩形のマイクロミラー７４が設けられており、マイクロミラー７４の表面には例えばアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。

ＤＭＤ３４のＳＲＡＭセル７２にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられた各マイクロミラー７４が、対角線を中心としてＤＭＤ３４が配置された基板側に対して±α度のいずれかに傾けられる。図４（Ａ）は、マイクロミラー７４がオン状態である＋α°に傾いた状態を示し、図４（Ｂ）は、マイクロミラー７４がオフ状態である−α °に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じてＤＭＤ３４の各ピクセルにおけるマイクロミラー７４の傾きを、図４に示すように制御することにより、ＤＭＤ３４に入射したレーザ光Ｂ はそれぞれのマイクロミラー７４の傾き方向へ反射される。

なお図４には、ＤＭＤ３４の一部（１枚のマイクロミラー部分）を拡大し、マイクロミラー７４ が＋α°または−α°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７４のオンオフ制御は、ＤＭＤ３４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。

＜マイクロレンズアレイ＞

マイクロレンズアレイ６４は、ＤＭＤ３４上の各マイクロミラー７４に対応する多数のマイクロレンズ６４ａが、例えばたとえば１０２４個×７６８個程度の２次元状に配列されている。本実施形態では、一例として各マイクロレンズ６４ａは入射面が平面、出射面が凸面の平凸レンズであり、焦点距離が１００μｍの石英ガラスから形成された平凸レンズを用いている。なお上記の例に限らず、両凸レンズ等を用いてもよい。また各マイクロレンズ６４ａと、それらをアレイ状に連結する連結部分とを、同一の材料により一体成型してマイクロレンズアレイ６４としてもよく、あるいはマイクロミラー７４の各々に対応させた多数の開口を設けた基盤の、開口の各々に各マイクロレンズ６４ａを嵌め込んでもよい。

上記の第１の開口アレイ６６および第２の開口アレイ６８は、各マイクロレンズ６４ａに対応する多数の開口が設けられたもので、第１の開口アレイ６６はマイクロレンズアレイ６４の出射側直近（マイクロレンズ６４ａに張り合わされていてもよい）、第２の開口アレイ６８はマイクロレンズアレイ６４から空間的に離間されて配されている。

本実施形態では、第１の開口アレイ６６はマイクロレンズ６４ａの出射側面の開口部以外の箇所にクロムマスク（クロムからなる遮光膜）を設けたもの、あるいは透過性／半透過性のコーティングを施してマスクとしたものでもよく、あるいは直接マイクロレンズ６４ａに接触させず、出射面の近傍に透明なマスク板に遮光膜を設けたものを配置してもよい。第２の開口アレイ６８は、例として石英ガラスからなる透明支持部材の上に、例えばクロムからなる遮光膜を孔あき状に施すことにより構成されている。

＜メインビームと不要光＞

前述のように、本形態の画像露光装置において、マイクロレンズによって集光されたメインビームの周辺に発生するサイドローブは露光画像の鮮鋭度を低下させる一因となる。サイドローブは光変調素子を含むマイクロレンズ上流の光学系収差により発生するだけでなく、マイクロレンズ開口そのものの存在により原理的に発生する。以下、マイクロレンズ開口起因のサイドローブの発生プロセスおよびその軽減方法について説明する。

第１の開口アレイ６６の開口形状が単純な形状（たとえば円形）の場合、図６（Ａ）にＲで示すマイクロレンズ６４ａの焦点位置付近における光強度分布は、一般に図６（Ｂ）で示すような、第１の開口アレイ６６の開口形状をフーリエ変換したものとなっている。このとき光強度の強いメインビームＢａ（中央）の周囲には、メインビームＢａより強度の小さい不要光（サイドローブＢｂ）が発生する。

図６に示す例のほか、第１の開口アレイ６６の開口形状が矩形の場合など、さまざまな場合が考えられるが、いずれの場合も、マイクロレンズ６４ａの焦点位置付近における光強度分布は第１の開口アレイ６６の開口形状のフーリエ変換となる。このメインビームＢａとサイドローブＢｂとの位置関係、強度比は通常、第１の開口アレイ６６の開口サイズと、マイクロレンズ６４ａの焦点距離、およびレーザ光Ｂの波長が決まると一意に決まってしまう。

以下、図１３、１４を用いて第１の開口アレイ６６の開口形状とマイクロレンズ６４ａの焦点面における光強度の関係を説明する。

図１３に示すように第１の開口アレイ６６の形状を表す関数をＶ（ξ、η）とすると、Ｖ（ξ、η）＝１（開口内部、遮蔽なし）、Ｖ（ξ、η）＝０（開口の外側、遮蔽）であり、マイクロレンズ６４ａの焦点面（ｘ、ｙ）における光の強度は図１３の式１で表されるように、第１の開口アレイ６６の開口形状のフーリエ変換になっている。

このとき第１の開口アレイ６６の開口形状が円形であれば上記の式１を簡略化できる。すなわちマイクロレンズ６４ａ開口面のｚ軸（光軸）からの距離をＲ、開口の半径をＲ_maxとしたとき、Ｖ（Ｒ）＝１（｜Ｒ｜＜Ｒ_max）、Ｖ（Ｒ）＝０（｜Ｒ｜＞Ｒ_max）であり、マイクロレンズ６４ａの焦点面（＝第２の開口アレイ６８）にてｚ軸からの距離ｒの距離で光強度を｜Ｕ（ｒ）｜^２とすると、焦点面における光強度は式２のように表される。

ここで、本実施形態のようにマイクロレンズ６４ａの開口面に、開口形状（Ｒ_max）と相似形のリング状の絞りをｎ個設けた場合を考える。Ｒ_m-１≦Ｒ≦Ｒ_ｍにおける透過率をＴｍ（一定）とすれば、焦点面の光強度は式３のように表される。

このように｛Ｒ１...Ｒｎ｝（絞りの半径）および｛Ｔ１...Ｔｎ｝（透過率）を適切に設定することで、図６（Ｂ）に示すサイドローブＢｂ（不要光）を、マイクロレンズ６４ａの焦点面すなわち第２の開口アレイ６８上において光軸（ｚ軸）から外側へ移動させることができ、第２の開口アレイ６８で不要光を除去することができる。｛Ｔ１...Ｔｎ｝を複素数とすれば、単純な透過率変化だけでなく、光の位相成分の変更効果も使ったサイドローブ改善が可能である。

すなわち、Ｔ_１＝１（透過）、Ｔ２＝０（遮蔽）、Ｔ３＝１（透過）、マイクロレンズ６４ａの焦点距離ｆを100μｍとしたとき、図９（Ａ）に示すようにＲ₀＝0、（Ｒ_１/ｆ）＝0.09535（半径Ｒ_１＝9.535μｍ、φ_１＝19.07μｍ）、（Ｒ_２/ｆ）＝0.1277（Ｒ_２＝12.77μｍ、φ_２＝25.54μｍ）、（Ｒ_３/ｆ）＝0.15（Ｒ_３＝15μｍ、φ_３＝30μｍ）のように第１の開口アレイ６６の開口部６６ａ、遮光部６６ｂ、透過部分６６ｃの各サイズが導き出される。これらの数値は上記の数式から導出されたものであり、従来より存在する円環状絞りを備えた光学系とは目的、成立条件等が異なっている。

本実施例はマイクロレンズ開口起因のサイドローブ軽減例であるが、マイクロレンズより上流の光学系、例えばＤＭＤなどの光変調素子起因の軸対照収差により発生するサイドローブに関しても、｛Ｒ１...Ｒｎ｝（絞りの半径）および｛Ｔ１...Ｔｎ｝を適切に選択することで開口の影響と同時にその影響を軽減することが可能である。

一方、以下の理由から、メインビームＢａに対するサイドローブＢｂ部分の相対強度比をできる限り抑制することが望ましい。すなわち一般的に、高感度感材への露光時にはサイドローブ光Ｂｂで感材が感光し（カブリ）、実効的な描画線幅が太くなる（解像度が低下する）可能性がある。またＤＭＤ３４のように二次元光変調素子を用いた露光装置による高精細露光時には、隣接する描画ビーム間隔が近づくため、ＯＮビーム（描画時）の光強度分布が広がり（レーザ光Ｂが太くなり）、隣接する描画線に影響する要因となる、サイドローブＢｂの影響が無視できなくなる。

これに対してマイクロレンズアレイ６４の焦点位置近傍に配設した第２の開口アレイ６８の開口を十分小さくしてメインビームＢａを残し、サイドローブＢｂのみを除去できれば望ましいが、精度良くサイドローブＢｂ成分のみを除去することは以下の理由で困難である。

すなわち図７に示すように、各々マイクロレンズ６４ａにて、製造ばらつきによりレンズ光軸と第２の開口アレイ６８の各開口中心がずれる虞がある。また第１結像光学系５２、第２結像光学系５８の製造ばらつき（テレセントリック性ばらつき）により、各々のマイクロレンズ６４ａから射出されるメインビームＢａの位置が第２の開口アレイ６８の各開口中心から平行シフトしてしまう。このため開口アレイ６８の開口中心とメインビームＢａの中心がずれ、メインビームＢａが絞られて光量不足となる虞がある。

上記のような理由から、第２の開口アレイ６８によるサイドローブＢｂの除去が不十分となるうえ、第２の開口アレイ６８の開口径を小さくしてレーザ光Ｂ全体を絞り過ぎればメインビームＢａも一部分が第２の開口アレイ６８によりカットされてしまうことになり、各マイクロレンズ６４ａの集光ビーム間での強度ムラが発生する不都合が生じる。

そこで本実施形態では、第１の開口アレイ６６に、開口形状と相似形のマスクを設けてレーザ光Ｂを絞ることにより、マイクロレンズアレイ６４の焦点位置におけるサイドローブＢｂの位置をメインビームＢａから離れた方向（光軸から遠くなる方向）にシフトさせ、且つ第２の開口アレイ６８でメインビームＢａ以外を絞ることで、メインビームＢａを残しつつサイドローブＢｂのみを効果的に削減し、露光時の描画線を細く保ちながら隣接するビーム間のクロストークを防ぎ、なおかつ光量低下を防ぐことができる。

図８〜１１を用いて以下にモデル説明を行う。ここではマイクロレンズアレイ６４（マイクロレンズ６４ａ）のレンズ面にクロムマスク等で遮光部６６ｂを設けたものを第１の開口アレイ６６としたモデルになっているが、光利用効率を上げるために透過性／半透過性のコーティングをマイクロレンズ６４ａに付与することで実現してもよい。また、第１の開口アレイ６６をレンズ出射面に直接付与するのでなく、レンズ出射面近傍に別途付与してもよい。ここで紹介するマスクの構造は代表例であり、後述する遮光部６６ｂの輪環数を増やすなどしてもかまわない。

図８（Ａ）に示すような従来の構造では、マイクロレンズ６４ａの焦点位置付近ではメインビームＢａとサイドローブＢｂの相対強度および位置関係は図８（Ｂ）のようになる。すなわちメインビームＢａの中心から４μｍ程度までの範囲にサイドローブＢｂが存在し、これが前述のように種々の問題を起こす原因となり得る。

図９（Ａ）に示す本実施形態においては、マイクロレンズ６４ａの射出側に遮光部６６ｂを設けることでマイクロレンズ６４ａの焦点位置付近でのサイドローブＢｂの位置を移動させている。

遮光部６６ｂは第１の開口アレイ６６の開口部６６ａの中に、開口部６６ａと相似形の遮光部６６ｂを設けたものであり、開口部６６ａが円形であれば遮光部６６ｂもまたこれと相似形の円形であり、中央部には図９（Ａ）に示すように、さらに開口部６６ａと相似形の透過部分６６ｃが設けられていてもよい。この透過部分６６ｃの存在は必須ではないが、レーザ光Ｂ（メインビームＢａ）の光量を有効利用するためには透過部分６６ｃが存在する方が望ましい。

具体的には、マイクロレンズ６４ａを焦点距離１００μｍの平凸レンズ、開口部６６ａをφ３０μｍ、遮光部６６ｂの外径をφ２５．５４μｍ、透過部分６６ｃの径をφ１９．０７μｍとして波長λ＝４００ｎｍのレーザ光を使用した。

図９〜１１に示すように、このモデル例においてはメインビームＢａの広がりφ４μｍ、サイドローブＢｂをメインビームＢａの中心からφ７．２μｍにわたり従来比１／１０に抑制し、第２の開口アレイ６８の開口径をφ５．６μｍとしている。この構成であれば、前述した製造ばらつきの影響で、メインビームＢａの中心と第２の開口アレイ６６の開口中心とが、例えば±０．８μｍずれた場合でも、精度良くサイドローブＢｂのみを第２の開口アレイ６８で抑制することが可能になる。

すなわち図１０（Ａ）に示すようなマイクロレンズ６４ａ、第１の開口アレイ６６（開口部６６ａ、遮光部６６ｂ）の配置におけるレーザ光Ｂの光強度分布は、第２の開口アレイ６８を通過する前においては図１０（Ｂ）に示すようにメインビームＢａはφ４μｍ程度に収まっており、またサイドローブＢｂはメインビームＢａの中心からφ７．２μｍの範囲において、図８に示した従来例に比較して相対強度で約１／１０程度に抑制されている（図１１）。

このような光強度分布のレーザ光Ｂを第２の開口アレイ６８（φ５．６μｍ）で絞った結果、図１０（Ｃ）、図１１に示すようにメインビームＢａの周囲におけるサイドローブＢｂを無視できるような光強度分布をもつレーザ光Ｂとすることができる。

またサイドローブＢｂの強度が従来例に比較して相対強度で約１／１０程度に抑制された範囲はφ７．２μｍであるのに対して、第２の開口アレイ６８の開口径はφ５．６μｍなので、前述のようにマイクロレンズ６４ａの製造バラツキによる光軸と第２の開口アレイ６８との軸ズレ、第１結像光学系５２の製造バラツキによるテレセントリック性の不揃いで生じる集光位置のズレが±０．８μｍ存在しても、サイドローブＢｂのみを精度よく第２の開口アレイ６８で除去することができる。

＜遮光部の形状＞

上記の実施形態では第１の開口アレイ６６の開口形状が円形の場合を例示したが、これに限定せず他の形状においても本発明を応用することができる。

すなわち図１２に示すように、第１の開口アレイ６６の開口形状が矩形であった場合、遮光部６６ｂもまた矩形として、マイクロレンズ６４ａの焦点位置におけるサイドローブＢｂの位置をメインビームＢａから離れた場所にシフトさせることができる。また遮光部６６ｂの中央に透過部分６６ｃを設ける場合も、開口形状と相似形とする。

また、遮光部６６ｂはレーザ光Ｂを完全に遮断するものである必要はなく、回転対称な形状の遮光部６６ｂとして、濃度勾配（グラデーション）をもってレーザ光Ｂを段階的に透過させるものであってもよい。これ以外にも、ＮＤフィルタなど所定の光学濃度を備えたエレメントを遮光部６６ｂとしてもよい。

＜その他＞

以上、本発明の実施例について記述したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

例えば上記実施形態ではレーザ光で露光する露光装置の構成を例に挙げたが、これに限定せず例えば通常の可視光あるいは紫外線などを用いてもよい。あるいは露光装置以外でもスポット光を使用する種々の構成に応用することもできる。

また、本実施形態では反射型の空間変調素子であるＤＭＤ３４を用いて説明したが、これに代えて例えば液晶を用いた透過型の空間変調素子を用いてもよい。

１０ 露光装置
１４ 移動ステージ
１６ 脚部
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
３０ 露光エリア
３４ ＤＭＤ
５２ 第１結像光学系
５８ 第２結像光学系
６４ａ マイクロレンズ
６４ マイクロレンズアレイ
６６ 第１の開口アレイ
６６ａ 開口部
６６ｂ 遮光部
６６ｃ 透過部分
６８ 第２の開口アレイ
Ｂ レーザ光
Ｂａ メインビーム
Ｂｂ サイドローブ
Ｐ 感光材料

請求項１に記載の露光光学系は、光源からの光を変調する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で変調された光を集光するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズの射出側に光の透過を規制する開口形状の開口部を備えた第１の開口アレイと、前記マイクロレンズの光軸を中心として前記第１の開口アレイの前記開口部に設けられ、前記開口部の開口形状と外形が相似形で前記開口部を透過した光を遮光するマスクと、前記空間光変調素子により変調された光を前記マイクロレンズアレイに結像する第１の結像光学系と、前記マイクロレンズアレイで集光された光を感光材料上に結像する第２の結像光学系と、前記マイクロレンズアレイの集光位置にて前記マイクロレンズアレイ各々から射出された光を絞る開口を配列した第２の開口アレイと、を備えたことを特徴とする。

Claims (11)

1. 光源からの光を変調する画素部が配列された空間光変調素子と、
   前記空間変調素子で変調された光を集光するマイクロレンズが配列されたマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズの射出側に光の透過を規制する開口形状の開口部を備えた第１の開口アレイと、
   前記マイクロレンズの光軸を中心として前記第１の開口アレイの前記開口部に設けられ、前記開口部の開口形状と外形が相似形で前記開口部を透過した光を遮光するマスクと、
   前記空間光変調素子により変調された光を前記マイクロレンズアレイに結像する第１の結像光学系と、
   前記マイクロレンズアレイで集光された光を感光材料上に結像する第２の結像光学系と、
   前記マイクロレンズアレイの集光位置にて前記マイクロレンズアレイ各々から射出された光を絞る開口を配列した第２の開口アレイと、を備えた露光光学系。
2. 前記マイクロレンズの光軸を中心として、前記マスクの中心に前記マスクと相似形の透過部を備えた請求項１に記載の露光光学系。
3. 前記マスクは、前記マイクロレンズの光軸を中心とする同心円環状である請求項２に記載の露光光学系。
4. 前記マスクは、前記マイクロレンズの光軸を中心とする同心矩形状である請求項２に記載の露光光学系。
5. 前記マスクと前記透過部は、前記マイクロレンズの射出側に貼付された膜の、不透明部分および透明部分で構成されている請求項２〜請求項４の何れか１項に記載の露光光学系。
6. 前記マスクは、前記マイクロレンズ射出側に形成されたクロムマスクである請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の露光光学系。
7. 前記第１の開口アレイの開口部の外周部分が不透明部分である請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の露光光学系。
8. 前記光源が半導体レーザである請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の露光光学系。
9. 光源からの光を集光するレンズと、
   前記レンズの射出側に光の透過を規制する開口形状の開口部を備えた第１の開口と、
   前記レンズの光軸を中心として前記第１の開口の前記開口部に設けられ、前記開口部の開口形状と外形が相似形で前記開口部を透過した光を遮光するマスクと、
   前記光を前記レンズに結像する第１の結像光学系と、
   前記レンズで集光された光を感光材料上に結像する第２の結像光学系と、
   前記レンズの集光位置にて前記レンズから射出された光を絞る開口を配列した第２の開口と、を備えた露光光学系。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像露光光学系を用いて所定のパターンを感光材料に露光する露光装置。
11. 請求項１０に記載の画像露光装置を用いて所定のパターンを感光材料に露光する露光方法。