JP4159139B2

JP4159139B2 - Optical image forming apparatus, optical processing apparatus, and exposure apparatus

Info

Publication number: JP4159139B2
Application number: JP15056798A
Authority: JP
Inventors: 真言木下
Original assignee: リコーマイクロエレクトロニクス株式会社
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: JPH11320963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物に対して光像を形成する光像形成装置に係り、詳しくは、反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラーからなる空間光変調器の反射光を対象物に対して照射することにより、該対象物上に光像を形成する光像形成装置、並びに該装置を用いた光加工装置及び露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の光像形成方法に用いることができる空間光変調器として、固定軸周りに回転するマイクロミラーと呼ばれる多数の小型ミラーがＳｉ等の半導体基板上に形成されたデバイス（以下、「ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）」という）が知られている。このＤＭＤは光源からの光が照射され、静電界作用などによって回転制御された各マイクロミラーで偏向される。ここで、各マイクロミラーを選択的に回転させて反射面の傾きを変化させることにより、各マイクロミラーからの反射光で対象物が選択的に照射され、該対象物上に光像を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の複数のミラーを用いた空間変調器に強力な光を照射する場合、各ミラー間の間隙を通過してミラー反射面以外の部分にあたった光によって、空間変調器の一部が損傷を受けるおそれがあった。
【０００４】
一方、従来、対象物に光を照射して該対象物を加工する光加工装置として、加工パターンの貫通孔が形成されたアパチャーマスクを通過した光を対象物上に結像するものが知られているが、本発明者は、上記空間光変調器を応用することにより、加工パターンに対応したアパチャーマスクを用意しなくても任意の加工パターンの貫通孔や凹部を対象物に形成することができることを見いだした。
【０００５】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その第１の目的は、空間光変調器の各ミラー間の間隙を通過した光によって該空間光変調器が損傷されることがない光像形成装置を提供することである。
また、その第２の目的は、加工パターンに対応したアパチャーマスクを用意しなくても任意の加工パターンの貫通孔や凹部を対象物に形成することができる光加工装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１の発明は、光源と、該光源からの光を反射する反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラーからなる空間光変調器と、該空間光変調器からの反射光を対象物上に結像する光学系とを備えた、該対象物上に光像を形成する光像形成装置であって、該光源から該空間光変調器に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を遮る遮光部を有する部分遮光部材と、該部分遮光部材の位置を調整する位置調整機構と、該空間光変調器からの反射光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて該位置調整機構を制御する制御手段と、を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
この請求項１の光像形成装置では、光源から空間光変調器に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を、部分遮光部材の遮光部で遮ることにより、光源からの光が各ミラー間の間隙を通過してミラー反射面以外の部分にあたらないようにする。
特に、本光像形成装置では、位置調整機構で部分遮光部材の位置を変化させながら光検出手段で空間光変調器からの反射光の強度を検出する。この光検出手段の検出結果に基づいて位置調整機構を制御し、該反射光の強度が最大になるように部分遮光部材の位置を調整する。この調整により、部分遮光部材の遮光部以外の部分を通過した光が、各ミラーの反射面に確実に照射されるようにする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の光像形成装置において、上記部分遮光部材として、透明基板上に光反射面からなる遮光部を形成したものを用いたことを特徴とするものである。
【００１１】
この請求項２の光像形成装置では、透明基板上に光反射面からなる遮光部を形成した簡易構成の部分遮光部材により、光源から空間光変調器に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を遮る。
【００１２】
なお、上記部分遮光部材の光反射面は、光源からの光が入射する側の面に形成することが望ましい。この場合には、該部分遮光部材の内部での光の吸収が少なくなり、該部分遮光部材の損傷が発生しにくくなる。
【００１３】
また、上記部分遮光部材の光反射面は、高反射率で且つ光散乱面にしてもよい。このように光反射面を光散乱面にした場合は、光反射面から反射されて周囲の部材に照射される光のエネルギー密度が小さくなるため、該周囲の部材の損傷が発生しにくくなる。
また、上記部分遮光部材の光反射面を、光源からの光の光軸に対して垂直にならないようにわずかに傾けるとともに、周囲の部材の該光反射面で反射された光が当たる部分を、該光による損傷を受けにくいファインセラミックス等の材質で形成しておいてもよい。
【００１６】
なお、上記位置調整をより精度の高いものにするために、該位置調整時に、各ミラーの反射面の中心部に進行しようとする光を遮る第２の部分遮光部材を、上記部分遮光部材の表面側又は裏面側に挿入し、上記光検出手段で検知される光の強度変化率を大きくするのが好ましい。
【００１７】
請求項３の発明は、請求項１の光像形成装置において、上記空間光変調器及び上記部分遮光部材を微振動させる振動手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１８】
この請求項３の光像形成装置では、振動手段で空間光変調器及び部分遮光部材を微振動させることにより、該空間光変調器の各ミラー間の間隙が投影された未照射部が対象物上に発生しないようにする。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の光像形成装置において、上記空間光変調器及び上記部分遮光部材の温度を一定に保持する温度保持手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
この請求項４の光像形成装置では、温度保持手段で空間光変調器及び部分遮光部材の温度を一定に保持することにより、装置周囲の環境温度の変動や光による加熱によって該空間光変調器及び該部分遮光部材が膨張・収縮しないようにし、該部分遮光部材の遮光部以外の部分を通過した光が、各ミラーの反射面に確実に照射されるようにする。
【００２１】
また、上記第２の目的を達成するために、請求項５の発明は、光源、該光源からの光を反射する反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラーからなる空間光変調器、および該空間光変調器からの反射光を加工対象物上に結像する光学系を有する光像形成装置と、加工パターンのデータに基づいて該空間光変調器の各ミラーの反射面の傾きを制御する制御手段とを設け、該光像形成装置として、請求項１乃至４のいずれかの光像形成装置を用いたことを特徴とする光加工装置である。
【００２２】
この請求項５の光加工装置では、制御手段により加工パターンのデータに基づいて空間光変調器の各ミラーの反射面の傾きを制御し、該加工パターンに対応する光像を加工対象物上に形成する。この光像により加工対象物の一部を除去し、該加工対象物上に該加工パターンに対応した貫通孔または凹部を形成する。
【００２３】
請求項６の発明は、光源、該光源からの光を反射する反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラーからなる空間光変調器、および該空間光変調器からの反射光を感光材料からなる露光対象物上に結像する光学系を有する光像形成装置と、露光パターンのデータに基づいて該空間光変調器の各ミラーの反射面の傾きを制御する制御手段とを設け、該光像形成装置として、請求項１乃至４のいずれかの光像形成装置を用いたことを特徴とする露光装置である。
【００２４】
この請求項６の露光装置では、制御手段により露光パターンのデータに基づいて空間光変調器の各ミラーの反射面の傾きを制御し、該露光パターンに対応する光像を感光材料からなる露光対象物上に形成する。この光像により該露光対象物の一部を感光し、該露光対象物を溶剤で部分的に溶かしてフォトレジストパターンを形成したり、該露光対象物の電位を部分的に低下させて帯電パターンを形成したりすることができるようにする。
【００２５】
また、請求項５の光加工装置及び請求項６の露光装置においては、光源から空間光変調器に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を、部分遮光部材の遮光部で遮ることにより、光源からの光が各ミラー間の間隙を通過してミラー反射面以外の部分にあたらないようにすることができる。また、空間光変調器からの反射光の強度を検出する光検出手段の検出結果に基づいて位置調整機構を制御し、該反射光の強度が最大になるように部分遮光部材の位置を調整することができる。この調整により、部分遮光部材の遮光部以外の部分を通過した光が、各ミラーの反射面に確実に照射される。
特に、請求項５の光加工装置及び請求項６の露光装置において、請求項２の光像形成装置を用いた場合は、透明基板上に光反射面からなる遮光部を形成した簡易構成の部分遮光部材により、光源から空間光変調器に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を遮ることができる。
また、請求項５の光加工装置及び請求項６の露光装置において、請求項３の光像形成装置を用いた場合は、空間光変調器及び部分遮光部材を微振動させることにより、該空間光変調器の各ミラー間の間隙が投影された未照射部が加工対象物上又は露光対象物上に発生しないようにすることができる。
また、請求項５の光加工装置及び請求項６の露光装置において、請求項４の光像形成装置を用いた場合は、温度調整手段で空間光変調器及び遮光部材の温度を一定に保持し、装置周囲の環境温度の変動や光による加熱によって該空間光変調器及び該遮光部材が膨張・収縮しないようにし、部分遮光部材の遮光部以外の部分を通過した光が、各ミラーの反射面に確実に照射されるようにすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係る光像形成装置を備えた印刷マスク製造用の光加工装置の概略構成図である。この装置は、光源１と、反射面の傾きを独立制御可能な複数のミラーからなる空間光変調器としてのＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）２と、ＤＭＤ２からの反射光を加工対象物５上に結像する光学系としてのマイクロレンズ３と、加工パターンに基づいてＤＭＤ２の各ミラーの反射面の傾きを制御する制御手段としての制御装置４と、光源１からＤＭＤ２に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を遮る部分遮光部材としてのダメージ防止マスク６とを用いて構成されている。
【００２７】
上記光源１としては、加工対象物５としてのプラスチックシート（例えばＰＥＴシート）をアブレーション加工可能な紫外レーザ光を出射するエキシマレーザを用いている。光源１とＤＭＤ２との間には、必要に応じてスリットを挿入してもよい。また、加工対象物５は、図示しないＸ−Ｙステージ上にセットされている。
【００２８】
図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、光照射面に垂直な方向から見たＤＭＤ２及びダメージ防止マスク６の説明図である。なお、図１及び図２（ａ），（ｂ）には、説明の都合上、座標Ｘ’、Ｘ”及びＹも併せて示している。ＤＭＤ２は、図２（ａ）に例示するように、Ｌｘ’×Ｌｙの四角形の形状をした多数のミラーＭで構成されている。このミラーＭが、間隙（ギャップ）ｇｘ’及びｇｙで配列されている。
【００２９】
ここで、図１に示すようにＤＭＤ２が水平面に対して角度θだけ傾けて配設されているので、加工対象物５上の各ミラーの像を正方形（Ｌｘ＝Ｌｙ）とするために、各ミラーＭの寸法及びギャップは、Ｌｙ＝Ｌｘ’・ｃｏｓθ及びｇｙ＝ｇｘ’・ｃｏｓθの関係を満足するように設定されている（図２（ａ）参照）。例えば、θ＝４５度、Ｌｙ＝１６μm及びｇｙ＝１μmの場合、Ｌｘ’≒２２．６μm及びｇｘ’≒１．４μmとなる。
【００３０】
また、各ミラーＭは２つの固定端Ｍａを結ぶ対角線を中心にして可動端Ｍｂ側が揺動し、反射面が傾くようになっている。図２（ａ）の例では、可動端Ｍｂは図示しない基板側の電極で生じた電界により静電気力を受けて揺動する。
【００３１】
上記ダメージ防止マスク６は、上記レーザ光に対して透明な透明基板（石英板、ガラス板など）の上記各ミラーＭ間の間隙に対応する部分６ａ及び外周部６ｂに、遮光部としての光反射面（図２（ｂ）のハッチングを付した部分）が形成されている。この光反射面は、真空蒸着法等を用いてＡｌ等の金属薄膜を形成することにより形成することができる。より大きな反射率を得るために誘電体多層コーティング層にしてもよい。また、上記光反射面は、その投影がＤＭＤ２の各ミラー間の間隙を確実に覆うように設定される。
【００３２】
ここで、図１に示すようにＤＭＤ２が水平面に対して角度θだけ傾けて配設されているので、光源１からＤＭＤ２に照射されるレーザ光Ｌが平行ビームである条件下で加工対象物５上の各ミラーの像を正方形（Ｌｘ＝Ｌｙ）とするために、ダメージ防止マスク６の光反射面で囲まれた光通過部６ｃの寸法及びギャップは、Ｌｙ＝（Ｌｘ”／ｓｉｎθ）・ｃｏｓθ及びｇｙ＝（ｇｘ”／ｓｉｎθ）・ｃｏｓθの関係を満足するように設定されている。例えば、θ＝４５度、Ｌｙ＝１６μm及びｇｙ＝１μmの場合、Ｌｘ”＝１６μm及びｇｘ”＝１μmとなる。
【００３３】
また、本実施形態では、ＤＭＤ２及びダメージ防止マスク６の温度を一定に保持する温度保持手段を設けている。この温度保持手段は、レーザ光Ｌの光路に光通過窓を形成したカバー部材７と、カバー部材７内の温度を調整する図示しない温度調整装置とにより構成されている。温度調整装置は、例えばカバー部材７内の温度を検知する温度センサ、カバー部材内に冷却ガスを送り込む冷却ファン、それらの制御装置等で構成することができる。この温度保持手段でＤＭＤ２及びダメージ防止マスク６の温度を一定に保持することにより、装置周囲の環境温度の変動又は光による加熱がある場合でも、ＤＭＤ２及びダメージ防止マスク６が膨張・収縮しないようになるので、ダメージ防止マスク６の光通過部６ｃを通過した光が、各ミラーＭの反射面に確実に照射される。
【００３４】
上記マイクロレンズ３は複数のレンズからなり、各ミラーＭの反射面Ｒからの反射光を収束して加工対象物５上に照射するものである。このマイクロレンズ３としては、例えば撮像素子であるＣＣＤ等の検知面の各受光要素に光を集光するためのマイクロレンズと同様なものを用いることできる。
【００３５】
上記制御装置４は、画像データ処理部とミラー駆動制御部とを備えている。画像データ処理部では、外部のコンピュータ等から送られてきた加工パターンの画像データに基づいて、ＤＭＤ２の各ミラーを駆動制御を制御するための駆動制御データを生成する。上記ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した駆動制御データに基づいて、ＤＭＤ２の各ミラーの反射面の傾きを独立制御する。この制御により、光源１からの紫外レーザ光がＤＭＤ２で選択的に反射され、この反射光（光像）がレンズ３で加工対象物５上に結像される。この加工対象物５上に到達した紫外レーザ光で引き起こされるアブレーションにより、加工対象物５の一部が除去され、加工対象物５に上記加工パターンに対応した貫通孔又は凹部からなるパターンが形成される。
【００３６】
以上、本実施形態によれば、加工パターンに対応したアパチャーマスクを用意しなくても、任意の加工パターンに対応する光像を加工対象物５上に形成することにより、該加工対象物５上に該加工パターンに対応した貫通孔または凹部を形成することができる。
特に、アパチャーマスクを用いた光加工装置の場合に該アパチャーマスクの加工対象物５上に投影されるパターンを傾けようとすると、該アパチャーマスク自体を回転させる必要があるが、本実施形態の加工装置によれば制御装置４内のデータを修正するだけで任意の角度に傾けたパターンを形成することができる。
【００３７】
また、本実施形態によれば、光源１からの光がＤＭＤ２の各ミラーＭ間の間隙を通過してミラー反射面以外の部分にあたらないので、該間隙を通過した光によるＤＭＤ２の損傷を防止することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態において、ダメージ防止マスク６の位置を調整する位置調整機構と、ＤＭＤ２からの反射光の強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて該位置調整機構を制御する制御手段とを設け、該光検出手段の検出結果に基づいて該位置調整機構を制御し、該反射光の強度が最大になるように部分遮光部材の位置を調整するるように構成してもよい。この構成により、ダメージ防止マスク６の遮光部（光反射面６ａ、６ｂ）以外の部分（光通過部６ｃ）を通過した光が、各ミラーＭの反射面に確実に照射されるようにすることができる。上記制御手段としては前述の制御装置４を用い、上記位置調整機構としてはサブミクロンオーダーの微小移動が可能な圧電素子等を用いたアクチュエータを用いることができる。また、上記光検出手段としては、図３に例示するように、ＤＭＤ２とレンズ３との間に挿入された光検出位置とＤＭＤ２からの反射光を遮らない退避位置とを取り得るように取付けられた光センサ８を用いることができる。この構成の場合は、上記ダメージ防止マスク６の位置調整を行うときだけ、上記光センサ８を上記光検知位置に移動させる。
【００３９】
また、図４に示すように、ＤＭＤ２とレンズ３との間に挿入したハーフミラー９と、ハーフミラー９から反射された反射光を集光するレンズ１０と、レンズ１０で集光された光を検出する光センサ８とを組み合わせたものを用いることもできる。この構成の場合は、加工対象物５の加工中にダメージ防止マスク６の位置がずれているか否かをモニターすることができる。
【００４０】
また、上記図３及び図４に示すようにＤＭＤ２から反射した光を光センサ８で検知してダメージ防止マスク６の位置調整を行う場合、該位置調整時に、各ミラーの反射面の中心部に進行しようとする光を遮る第２の部分遮光部材を、上記部分遮光部材の表面側又は裏面側に挿入し、光センサ８で検知される光の強度変化率を大きくするように構成してもよい。この構成の場合は、上記ダメージ防止マスク６の位置調整をより精度の高いものにすることができる。
【００４１】
また、上記実施形態において、上記ＤＭＤ２及び上記ダメージ防止マスク６を微振動させる振動手段を設けてもよい。このようにダメージ防止マスク６を微振動させることにより、加工対象物５上に、ＤＭＤ２の各ミラー間の間隙が投影された未照射部が対象物上に発生しないようにすることができる。上記振動手段としては、圧電素子等を用いることができる。
【００４２】
また、上記実施形態においては、光源１として平行ビームからなるレーザ光Ｌを出射するレーザを用い、該レーザ光ＬをＤＭＤ２に照射するように光学系を構成しているが、図５に示すように、光源１として発散光を出射するものを用い、該光源１からの光を集光光学系１１でダメージ防止マスク６上に集光し、該マスク６を通過した光を結像光学系１２でＤＭＤ２上に結像するように構成してもよい。図５において、ダメージ防止マスク６の遮光パターンは、結像光学系１２でＤＭＤ２上に拡大又は縮小されて投影されるので、該遮光パターンは拡大率又は縮小率を考慮して設定される。また、高解像度の光像を加工対象物５上に形成する場合には、必要に応じて、ダメージ防止マスク６をＤＭＤ２の反射面と平行になるように配置し、上記集光光学系１１及び結像光学系１２としてあおり光学系を用いてもよい。上記ＤＭＤ２で反射された光像は結像光学系としてのレンズ３’で加工対象物５上に照射される。
【００４３】
なお、上記実施形態では印刷マスク製造用の光加工装置について説明したが、本発明は、露光パターンのデータに基づいてＤＭＤ２の各ミラーの反射面の傾きを制御し、該露光パターンに対応する光像を感光材料からなる露光対象物上に形成する露光装置にも適用できるものであり、同様な効果が得られるものである。。この露光装置では、上記光像で露光対象物（例えば、フォトレジスト法に用いるレジスト膜や、電子写真方式の複写機等において静電潜像が形成される感光体）の一部を感光し、該露光対象物を溶剤で部分的に溶かしてレジストパターンを形成したり、該感光体の電位を部分的に低下させて帯電パターンを形成したりする。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１乃至６の発明によれば、光源からの光が各ミラー間の間隙を通過してミラー反射面以外の部分にあたらないので、該間隙を通過した光による空間光変調器の損傷を防止することができる。しかも、光検出手段の検出結果に基づいて位置調整機構を制御して部分遮光部材の位置を調整することにより、部分遮光部材の遮光部以外の部分を通過した光が、各ミラーの反射面に確実に照射されるようにすることができる、という効果がある。
【００４５】
特に、請求項２の発明によれば、透明基板上に光反射面からなる遮光部を形成するという簡易構成の部分遮光部材により、光源から空間光変調器に照射される光のうち各ミラー間の間隙に向かって進行しようとする光を遮ることができる。しかも、金属材料で作成した場合に機械的に支えることができないという理由で作成が困難であった遮光パターンも容易に作成することができるという効果がある。
【００４７】
また特に、請求項３の発明によれば、空間光変調器の各ミラー間の間隙が投影された未照射部が対象物上に発生しないようにすることができるという効果がある。
【００４８】
また特に、請求項４の発明によれば、装置周囲の環境温度の変動や光による加熱がある場合でも、空間光変調器及び遮光部材の温度を一定にして膨張・収縮しないようにすることにより、部分遮光部材の遮光部以外の部分を通過した光が、各ミラーの反射面に確実に照射されるようにするができるという効果がある。
【００４９】
また特に、請求項５の発明によれば、加工パターンに対応したアパチャーマスクを用意しなくても、加工対象物上に任意形状の加工パターンに対応した貫通孔または凹部を形成することができるという効果がある。
【００５０】
また特に、請求項６の発明によれば、感光材料からなる露光対象物上に任意形状のフォトレジストパターンや帯電パターンを形成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る光像形成装置を備えた光加工装置の概略構成図。
【図２】（ａ）は、同光像形成装置に用いたＤＭＤの説明図。
（ｂ）は、同光像形成装置に用いたダメージ防止マスクの説明図。
【図３】他の実施形態に係る光加工装置の概略構成図。
【図４】更に他の実施形態に係る光加工装置の概略構成図。
【図５】更に他の実施形態に係る光加工装置の概略構成図。
【符号の説明】
１光源
２ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）
３マイクロレンズ
３’ 結像用レンズ
４制御装置
５加工対象物
６ダメージ防止用マスク
６ａ光反射面（遮光部）
６ｂ外周部の光反射面
６ｃ光通過部
７カバー部材
８光センサ
９ハーフミラー
１０集光レンズ
１１集光光学系
１２結像光学系
Ｍミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical image shape NaruSo location to form an optical image to an object, particularly, the object reflected light spatial light modulator comprising a tilt of the reflecting surface from independent controllable multiple mirrors by irradiating the optical image shape NaruSo location to form an optical image on the object, and to an optical processing apparatus and an exposure apparatus using the device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a spatial light modulator that can be used in this type of optical image forming method, a device in which a number of small mirrors called micromirrors rotating around a fixed axis are formed on a semiconductor substrate such as Si (hereinafter referred to as “ DMD (Digital Micromirror Device) ”is known. The DMD is irradiated with light from a light source and is deflected by each micromirror whose rotation is controlled by an electrostatic field effect or the like. Here, by selectively rotating each micromirror to change the inclination of the reflecting surface, the object is selectively irradiated with the reflected light from each micromirror, and an optical image is formed on the object. be able to.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, when irradiating powerful light to the conventional spatial modulator using a plurality of mirrors, a part of the spatial modulator is caused by light that passes through the gap between the mirrors and strikes a portion other than the mirror reflecting surface. Could be damaged.
[0004]
On the other hand, conventionally, as an optical processing apparatus that processes an object by irradiating the object with light, an apparatus that forms an image of light that has passed through an aperture mask in which a through hole of a processing pattern is formed on the object is known. However, by applying the spatial light modulator, the present inventor can form a through hole or a concave portion of an arbitrary processing pattern in the object without preparing an aperture mask corresponding to the processing pattern. I found what I could do.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and a first object thereof is light in which the spatial light modulator is not damaged by light that has passed through the gaps between the mirrors of the spatial light modulator. it is to provide an image type NaruSo location.
A second object of the present invention is to provide an optical processing apparatus capable of forming a through hole or a concave portion of an arbitrary processing pattern in an object without preparing an aperture mask corresponding to the processing pattern.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the invention of claim 1 includes a light source, a spatial light modulator including a plurality of mirrors capable of independently controlling the inclination of a reflecting surface that reflects light from the light source, An optical image forming apparatus for forming a light image on an object, comprising an optical system for forming an image of reflected light from the spatial light modulator on the object, the light source being applied to the spatial light modulator A partial light shielding member having a light shielding part that shields light that travels toward the gap between the mirrors of the irradiated light, a position adjustment mechanism that adjusts the position of the partial light shielding member , and the spatial light modulator The light detection means for detecting the intensity of the reflected light and the control means for controlling the position adjustment mechanism based on the detection result of the light detection means are provided.
[0009]
In the optical image forming apparatus according to claim 1, the light that is going to travel toward the gap between the mirrors among the light irradiated from the light source to the spatial light modulator is blocked by the light shielding portion of the partial light shielding member, The light from the light source passes through the gaps between the mirrors so that it does not hit any part other than the mirror reflecting surface.
In particular, in this optical image forming apparatus, the intensity of the reflected light from the spatial light modulator is detected by the light detection means while changing the position of the partial light blocking member by the position adjusting mechanism. The position adjustment mechanism is controlled based on the detection result of the light detection means, and the position of the partial light shielding member is adjusted so that the intensity of the reflected light is maximized. By this adjustment, the light that has passed through the portion other than the light shielding portion of the partial light shielding member is reliably irradiated to the reflecting surface of each mirror.
[0010]
The invention of claim 2 is an optical image forming apparatus according to claim 1, as the partial light blocking member, is characterized in that was used to form a light-shielding portion made of a light reflecting surface on a transparent substrate.
[0011]
In the optical image forming apparatus according to the second aspect, between the mirrors of the light irradiated from the light source to the spatial light modulator, the partial light shielding member having a simple configuration in which the light shielding portion including the light reflecting surface is formed on the transparent substrate. Blocks light that travels toward the gap.
[0012]
The light reflecting surface of the partial light shielding member is desirably formed on the surface on the side where light from the light source is incident. In this case, light absorption inside the partial light shielding member is reduced, and the partial light shielding member is less likely to be damaged.
[0013]
In addition, the light reflecting surface of the partial light shielding member may have a high reflectance and a light scattering surface. In this way, when the light reflecting surface is a light scattering surface, the energy density of the light reflected from the light reflecting surface and applied to the surrounding members is reduced, so that the surrounding members are hardly damaged.
Further, the light reflecting surface of the partial light shielding member is slightly tilted so as not to be perpendicular to the optical axis of the light from the light source, and the portion on which the light reflected by the light reflecting surface of the surrounding members hits, It may be formed of a material such as fine ceramics that is not easily damaged by the light.
[0016]
In order to make the position adjustment more accurate, a second partial light shielding member that blocks light that tends to travel to the center of the reflecting surface of each mirror at the time of the position adjustment is provided on the partial light shielding member. It is preferable to insert on the front surface side or the back surface side to increase the rate of change in the intensity of light detected by the light detection means.
[0017]
The invention of claim 3 is an optical image forming apparatus according to claim 1 and is characterized in that a vibration means for minutely vibrating the spatial light modulator and the partial light blocking member.
[0018]
In the optical image forming apparatus according to claim 3 , the non-irradiated portion on which the gap between the mirrors of the spatial light modulator is projected is obtained by subjecting the spatial light modulator and the partial light shielding member to microvibration by the vibrating means. To prevent it from occurring.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the optical image forming apparatus according to the first aspect , further comprising temperature holding means for holding the temperature of the spatial light modulator and the partial light shielding member constant.
[0020]
In the optical image forming apparatus of the fourth aspect, the spatial light modulator at a temperature holding means and by maintaining the temperature of the partial light blocking member constant, the spatial light modulator by heating due to the variation or light in ambient temperature around the apparatus In addition, the partial light shielding member is prevented from expanding and contracting, and the light that has passed through the portion other than the light shielding portion of the partial light shielding member is reliably irradiated to the reflection surface of each mirror.
[0021]
In order to achieve the second object, the invention of claim 5 is a spatial light modulator comprising a light source, a plurality of mirrors capable of independently controlling the inclination of a reflecting surface that reflects light from the light source, and An optical image forming apparatus having an optical system that forms an image of reflected light from the spatial light modulator on a workpiece, and the tilt of the reflecting surface of each mirror of the spatial light modulator is controlled based on processing pattern data And an optical image forming apparatus using the optical image forming apparatus according to claim 1 as the optical image forming apparatus .
[0022]
In the optical processing apparatus according to claim 5 , the control means controls the inclination of the reflecting surface of each mirror of the spatial light modulator based on the processing pattern data, and an optical image corresponding to the processing pattern is placed on the processing object. Form. A part of the processing object is removed by this optical image, and a through hole or a recess corresponding to the processing pattern is formed on the processing object.
[0023]
The invention according to claim 6 is a spatial light modulator comprising a light source, a plurality of mirrors capable of independently controlling the inclination of a reflecting surface that reflects light from the light source, and reflected light from the spatial light modulator from a photosensitive material. comprising an optical image forming apparatus having an optical system for focusing on the object of exposure, and a control means for controlling the tilt of the reflection surface of each mirror in the spatial light modulator on the basis of the data of the exposure pattern provided, light An exposure apparatus using the optical image forming apparatus according to claim 1 as an image forming apparatus .
[0024]
In the exposure apparatus of the sixth aspect, exposure target comprising controlling the tilt of the reflecting surfaces of the mirrors of the spatial light modulator on the basis of the data of the exposure pattern by the control means, a light image corresponding to the exposure pattern of the light-sensitive material Form on the object. A part of the exposure object is exposed to the light image, and the exposure object is partially dissolved with a solvent to form a photoresist pattern, or the potential of the exposure object is partially reduced to form a charged pattern. Can be formed.
[0025]
Further, in the optical processing apparatus according to claim 5 and the exposure apparatus according to claim 6 , the light that travels toward the gap between the mirrors among the light irradiated from the light source to the spatial light modulator is partially blocked. By blocking with the light shielding portion, it is possible to prevent the light from the light source from passing through the gap between the mirrors and not hitting the portion other than the mirror reflecting surface. Further, the position adjustment mechanism is controlled based on the detection result of the light detection means for detecting the intensity of the reflected light from the spatial light modulator, and the position of the partial light shielding member is adjusted so that the intensity of the reflected light is maximized. be able to. By this adjustment, the light that has passed through the portion other than the light shielding portion of the partial light shielding member is reliably irradiated to the reflecting surface of each mirror.
In particular, in the optical processing apparatus according to claim 5 and the exposure apparatus according to claim 6, when the optical image forming apparatus according to claim 2 is used, a portion having a simple configuration in which a light shielding portion made of a light reflecting surface is formed on a transparent substrate. By the light shielding member, it is possible to block light that travels toward the gap between the mirrors among the light emitted from the light source to the spatial light modulator.
Further, in the optical processing apparatus according to claim 5 and the exposure apparatus according to claim 6, when the optical image forming apparatus according to claim 3 is used, the spatial light modulator and the partial light shielding member are finely vibrated to thereby generate the spatial light. It is possible to prevent an unirradiated portion on which a gap between the mirrors of the modulator is projected from being generated on the object to be processed or the object to be exposed.
Further, in the optical processing apparatus according to claim 5 and the exposure apparatus according to claim 6, when the optical image forming apparatus according to claim 4 is used, the temperature of the spatial light modulator and the light shielding member is kept constant by the temperature adjusting means. The spatial light modulator and the light shielding member are prevented from expanding and contracting due to fluctuations in the ambient temperature around the apparatus and heating by light, and the light that has passed through the portion other than the light shielding portion of the partial light shielding member is reflected on the reflecting surface of each mirror Can be reliably irradiated.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical processing apparatus for producing a printing mask provided with an optical image forming apparatus according to the present invention. This apparatus includes a light source 1, a DMD (digital micromirror device) 2 as a spatial light modulator composed of a plurality of mirrors capable of independently controlling the tilt of a reflecting surface, and a reflected light from the DMD 2 to be processed 5. A microlens 3 as an optical system that forms an image on the top, a control device 4 as a control unit that controls the tilt of the reflecting surface of each mirror of the DMD 2 based on the processing pattern, and a light source 1 that irradiates the DMD 2 Of these, a damage prevention mask 6 is used as a partial light shielding member that blocks light that tends to travel toward the gap between the mirrors.
[0027]
As the light source 1, an excimer laser that emits an ultraviolet laser beam capable of ablating a plastic sheet (for example, a PET sheet) as the workpiece 5 is used. A slit may be inserted between the light source 1 and the DMD 2 as necessary. Further, the workpiece 5 is set on an XY stage (not shown).
[0028]
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of the DMD 2 and the damage prevention mask 6 viewed from a direction perpendicular to the light irradiation surface, respectively. 1 and 2 (a) and 2 (b) also show coordinates X ′, X ″, and Y for convenience of explanation. DMD2 is illustrated in FIG. 2 (a). , Lx ′ × Ly, a large number of mirrors M. The mirrors M are arranged with gaps (gaps) gx ′ and gy.
[0029]
Here, as shown in FIG. 1, since the DMD 2 is disposed at an angle θ with respect to the horizontal plane, each mirror image on the workpiece 5 is formed in a square shape (Lx = Ly). The dimension and gap of the mirror M are set so as to satisfy the relationship of Ly = Lx ′ · cos θ and gy = gx ′ · cos θ (see FIG. 2A). For example, when θ = 45 degrees, Ly = 16 μm, and gy = 1 μm, Lx′≈22.6 μm and gx′≈1.4 μm.
[0030]
Further, each mirror M swings on the movable end Mb side about a diagonal line connecting the two fixed ends Ma, and the reflecting surface is inclined. In the example of FIG. 2A, the movable end Mb swings by receiving an electrostatic force due to an electric field generated by an electrode on the substrate side (not shown).
[0031]
The damage prevention mask 6 reflects light as a light-shielding portion on a portion 6a and an outer peripheral portion 6b corresponding to a gap between the mirrors M of a transparent substrate (quartz plate, glass plate, etc.) transparent to the laser light. A surface (a hatched portion in FIG. 2B) is formed. This light reflecting surface can be formed by forming a metal thin film such as Al using a vacuum deposition method or the like. In order to obtain a larger reflectance, a dielectric multilayer coating layer may be used. The light reflecting surface is set so that the projection reliably covers the gap between the mirrors of the DMD 2.
[0032]
Here, as shown in FIG. 1, since the DMD 2 is disposed at an angle θ with respect to the horizontal plane, the workpiece 5 is processed under the condition that the laser light L emitted from the light source 1 to the DMD 2 is a parallel beam. In order to make the image of each of the above mirrors square (Lx = Ly), the dimension and gap of the light passage portion 6c surrounded by the light reflection surface of the damage prevention mask 6 are Ly = (Lx ″ / sin θ) · cos θ. And gy = (gx ″ / sin θ) · cos θ. For example, when θ = 45 degrees, Ly = 16 μm, and gy = 1 μm, Lx ″ = 16 μm and gx ″ = 1 μm.
[0033]
In the present embodiment, temperature holding means for holding the temperature of the DMD 2 and the damage prevention mask 6 constant is provided. This temperature holding means includes a cover member 7 having a light passage window formed in the optical path of the laser light L, and a temperature adjusting device (not shown) that adjusts the temperature in the cover member 7. The temperature adjusting device can be constituted by, for example, a temperature sensor that detects the temperature in the cover member 7, a cooling fan that sends cooling gas into the cover member, and a control device thereof. By keeping the temperature of the DMD 2 and the damage prevention mask 6 constant by this temperature holding means, the DMD 2 and the damage prevention mask 6 do not expand or contract even when there is a change in the environmental temperature around the apparatus or heating by light. Therefore, the light that has passed through the light passage portion 6 c of the damage prevention mask 6 is reliably irradiated to the reflection surface of each mirror M.
[0034]
The microlens 3 is composed of a plurality of lenses, and converges the reflected light from the reflecting surface R of each mirror M to irradiate the workpiece 5. As the microlens 3, for example, a microlens similar to a microlens for condensing light on each light receiving element of a detection surface such as a CCD as an image sensor can be used.
[0035]
The control device 4 includes an image data processing unit and a mirror drive control unit. The image data processing unit generates drive control data for controlling drive control of each mirror of the DMD 2 based on the image data of the processing pattern sent from an external computer or the like. The mirror drive control unit independently controls the inclination of the reflection surface of each mirror of the DMD 2 based on the drive control data generated by the image data processing unit. By this control, the ultraviolet laser light from the light source 1 is selectively reflected by the DMD 2, and this reflected light (light image) is imaged on the workpiece 5 by the lens 3. Due to the ablation caused by the ultraviolet laser light reaching the workpiece 5, a part of the workpiece 5 is removed, and a pattern consisting of through holes or recesses corresponding to the machining pattern is formed on the workpiece 5. The
[0036]
As described above, according to the present embodiment, an optical image corresponding to an arbitrary processing pattern can be formed on the processing object 5 without preparing an aperture mask corresponding to the processing pattern. A through hole or a recess corresponding to the processing pattern can be formed.
In particular, in the case of an optical processing apparatus using an aperture mask, if an attempt is made to tilt the pattern projected onto the workpiece 5 of the aperture mask, the aperture mask itself needs to be rotated. According to the apparatus, it is possible to form a pattern inclined at an arbitrary angle simply by correcting the data in the control device 4.
[0037]
Further, according to the present embodiment, the light from the light source 1 passes through the gaps between the mirrors M of the DMD 2 and does not hit any part other than the mirror reflecting surface, so that the DMD 2 is prevented from being damaged by the light passing through the gaps. can do.
[0038]
In the above embodiment, the position adjustment mechanism for adjusting the position of the damage prevention mask 6, the light detection means for detecting the intensity of the reflected light from the DMD 2, and the position adjustment mechanism based on the detection result of the light detection means. And a control means for controlling the position, and the position adjustment mechanism is controlled based on the detection result of the light detection means to adjust the position of the partial light shielding member so that the intensity of the reflected light is maximized. May be. With this configuration, the light that has passed through the portion (light passage portion 6c) other than the light shielding portions (light reflection surfaces 6a and 6b) of the damage prevention mask 6 is reliably irradiated onto the reflection surface of each mirror M. Can do. As the control means, the above-described control device 4 can be used, and as the position adjusting mechanism, an actuator using a piezoelectric element or the like that can be moved in a submicron order can be used. Further, as illustrated in FIG. 3, the light detection means is attached so that a light detection position inserted between the DMD 2 and the lens 3 and a retreat position that does not block the reflected light from the DMD 2 can be taken. An optical sensor 8 can be used. In the case of this configuration, the photosensor 8 is moved to the photodetection position only when the position of the damage prevention mask 6 is adjusted.
[0039]
Further, as shown in FIG. 4, the half mirror 9 inserted between the DMD 2 and the lens 3, the lens 10 for collecting the reflected light reflected from the half mirror 9, and the light collected by the lens 10 A combination of the optical sensor 8 to be detected can also be used. In the case of this configuration, it is possible to monitor whether or not the position of the damage prevention mask 6 is shifted during the processing of the processing object 5.
[0040]
Further, when the position of the damage prevention mask 6 is adjusted by detecting the light reflected from the DMD 2 by the optical sensor 8 as shown in FIGS. 3 and 4, the center of the reflection surface of each mirror is adjusted during the position adjustment. The second partial light blocking member that blocks the light that is going to travel may be inserted on the front side or the back side of the partial light blocking member so that the rate of change in the intensity of light detected by the optical sensor 8 is increased. Good. In the case of this configuration, the position adjustment of the damage prevention mask 6 can be made with higher accuracy.
[0041]
Moreover, in the said embodiment, you may provide the vibration means to vibrate the said DMD2 and the said damage prevention mask 6 finely. By finely vibrating the damage prevention mask 6 in this way, it is possible to prevent an unirradiated portion on which a gap between the mirrors of the DMD 2 is projected on the object to be processed 5 from occurring on the object. As the vibration means, a piezoelectric element or the like can be used.
[0042]
In the above embodiment, a laser that emits a parallel laser beam L is used as the light source 1 and the optical system is configured to irradiate the DMD 2 with the laser beam L. As shown in FIG. In addition, a light source 1 that emits divergent light is used, the light from the light source 1 is condensed on the damage prevention mask 6 by the condensing optical system 11, and the light that has passed through the mask 6 is focused on the imaging optical system 12. May be configured to form an image on the DMD 2. In FIG. 5, the light shielding pattern of the damage prevention mask 6 is projected after being enlarged or reduced on the DMD 2 by the imaging optical system 12, and thus the light shielding pattern is set in consideration of the enlargement ratio or reduction ratio. Further, when a high-resolution optical image is formed on the workpiece 5, if necessary, a damage prevention mask 6 is arranged so as to be parallel to the reflecting surface of the DMD 2, and the condensing optical system 11 and A tilting optical system may be used as the imaging optical system 12. The light image reflected by the DMD 2 is irradiated onto the workpiece 5 by a lens 3 ′ as an imaging optical system.
[0043]
In the above embodiment, an optical processing apparatus for producing a printing mask has been described. However, the present invention controls the inclination of the reflecting surface of each mirror of the DMD 2 based on the exposure pattern data, and the light corresponding to the exposure pattern. The present invention can also be applied to an exposure apparatus that forms an image on an exposure object made of a photosensitive material, and the same effect can be obtained. . In this exposure apparatus, a part of an object to be exposed (for example, a resist film used in a photoresist method or a photoreceptor on which an electrostatic latent image is formed in an electrophotographic copying machine) is exposed with the optical image, The object to be exposed is partially melted with a solvent to form a resist pattern, or the electric potential of the photoreceptor is partially lowered to form a charged pattern.
[0044]
【The invention's effect】
According to the first to sixth aspects of the present invention, since the light from the light source passes through the gap between the mirrors and does not hit any part other than the mirror reflection surface, the spatial light modulator is damaged by the light that has passed through the gap. Can be prevented . Moreover, by adjusting the position of the partial light shielding member by controlling the position adjustment mechanism based on the detection result of the light detection means, the light that has passed through the part other than the light shielding part of the partial light shielding member is reflected on the reflection surface of each mirror. There is an effect that irradiation can be ensured .
[0045]
In particular, according to the second aspect of the present invention, between the mirrors among the light irradiated from the light source to the spatial light modulator, the partial light shielding member having a simple configuration in which the light shielding portion including the light reflecting surface is formed on the transparent substrate. It is possible to block light that travels toward the gap. Moreover, there is an effect that it is possible to easily create a light-shielding pattern that is difficult to create because it cannot be mechanically supported when made of a metal material.
[0047]
In particular, according to the invention of claim 3 , there is an effect that it is possible to prevent an unirradiated portion where a gap between each mirror of the spatial light modulator is projected from being generated on the object.
[0048]
In particular, according to the fourth aspect of the present invention, even when there is a change in the ambient temperature around the apparatus or heating by light, the temperature of the spatial light modulator and the light shielding member is kept constant so as not to expand or contract. There is an effect that the light that has passed through the portion other than the light shielding portion of the partial light shielding member can be reliably irradiated onto the reflecting surface of each mirror.
[0049]
In particular, according to the invention of claim 5 , it is possible to form a through hole or a recess corresponding to a processing pattern of an arbitrary shape on an object to be processed without preparing an aperture mask corresponding to the processing pattern. effective.
[0050]
In particular, according to the invention of claim 6 , there is an effect that a photoresist pattern or a charging pattern having an arbitrary shape can be formed on an exposure object made of a photosensitive material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical processing apparatus including an optical image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is an explanatory diagram of a DMD used in the optical image forming apparatus.
(B) is explanatory drawing of the damage prevention mask used for the optical image forming apparatus.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an optical processing apparatus according to another embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical processing apparatus according to still another embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical processing apparatus according to still another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Light source 2 DMD (digital micromirror device)
3 Microlens 3 ′ Imaging Lens 4 Control Device 5 Work Object 6 Damage Prevention Mask 6a Light Reflecting Surface (Light Shielding Section)
6b Light reflecting surface 6c on the outer peripheral portion 7 Light passing portion 7 Cover member 8 Optical sensor 9 Half mirror 10 Condensing lens 11 Condensing optical system 12 Imaging optical system M Mirror

Claims

A light source, optics to image the spatial light modulator comprising a plurality of mirrors tilt of the reflecting surface can be independent control that reflects light, on the object light reflected from the spatial light modulator from the light source A light image forming apparatus for forming a light image on the object, comprising:
A partial light-shielding member having a light-shielding part that shields light that travels toward the gap between the mirrors from the light emitted from the light source to the spatial light modulator ;
A position adjusting mechanism for adjusting the position of the partial light shielding member;
Light detection means for detecting the intensity of reflected light from the spatial light modulator;
And a control means for controlling the position adjustment mechanism based on a detection result of the light detection means .

The optical image forming apparatus according to claim 1 .
A light image forming apparatus using a light shielding part formed of a light reflecting surface on a transparent substrate as the partial light shielding member.

The optical image forming apparatus according to claim 1 .
An optical image forming apparatus comprising a vibrating means for finely vibrating the spatial light modulator and the partial light shielding member.

The optical image forming apparatus according to claim 1 .
An optical image forming apparatus comprising temperature holding means for holding the temperature of the spatial light modulator and the partial light shielding member constant.

A light source, a spatial light modulator composed of a plurality of mirrors capable of independently controlling the tilt of a reflecting surface that reflects light from the light source, and an optical system that forms an image of reflected light from the spatial light modulator on a workpiece An optical image forming apparatus comprising:
Control means for controlling the inclination of the reflecting surface of each mirror of the spatial light modulator based on the processing pattern data ;
An optical processing apparatus using the optical image forming apparatus according to claim 1 as the optical image forming apparatus.

A spatial light modulator composed of a light source, a plurality of mirrors capable of independently controlling the tilt of a reflecting surface that reflects light from the light source, and the reflected light from the spatial light modulator on an exposure object made of a photosensitive material. An optical image forming apparatus having an optical system for imaging;
Control means for controlling the tilt of the reflecting surface of each mirror of the spatial light modulator based on exposure pattern data ;
An exposure apparatus using the optical image forming apparatus according to claim 1 as the optical image forming apparatus.