JP4731787B2 - 露光ヘッド及び露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光ヘッド及び露光装置に関し、特に、画像データに応じて空間光変調素子により変調された光ビームで感光材料を露光する露光ヘッドと、その露光ヘッドを備えた露光装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、ＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されたミラーデバイスであり、このＤＭＤを用いた露光装置は、図１５（Ａ）に示すように、レーザ光を照射する光源１、光源１から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系２、レンズ系２の略焦点位置に配置されたＤＭＤ３、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光を走査面５上に結像するレンズ系４、６から構成されている。
【０００４】
上記の露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によって、ＤＭＤ３のマイクロミラーの各々を図示しない制御装置でオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調されたレーザ光で画像露光を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常使用されているＤＭＤは、基板上に、主走査方向に約８００個、副走査方向に約６００個のマイクロミラーを２次元状に配列して構成されており、１画素に相当する１つのマイクロミラーでレーザ光を変調するのに１００〜２００μｓｅｃの時間を必要とする。
【０００６】
このため、例えば、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドを副走査方向に連続的に移動させながら、１主走査ライン当たり２００μｓｅｃで変調し、その間に露光ヘッドを副走査方向に２μｍ移動させる場合、５００ｍｍの領域を露光するのに５０秒程度の時間を要していた。即ち、ＤＭＤは変調速度が遅いので、空間変調素子としてＤＭＤを用いた露光ヘッドでは高速の露光が困難である、という問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、空間光変調素子の変調速度を速くして、高速露光が可能な露光ヘッド及び露光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の露光ヘッドは、露光面に対して予め定めた第１の方向と交差する第２の方向に相対移動されて前記露光面を帯状に走査露光する露光ヘッドであって、複数の出射位置の各々から射出されたレーザ光を照射するレーザ装置と、前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、基板上に各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数のマイクロミラーが第３の方向に配列されたマイクロミラー列が前記第３の方向と交差する第４の方向に複数配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスであって、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光されると共に、前記第４の方向が前記第２の方向と予め定めた角度をなすように、前記露光面に対し傾斜させて配置されたデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記コリメータレンズと前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとの間に配置され、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させて、前記コリメータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの被照射面において略均一になるように補正する光量分布補正光学系と、前記基板上に配列された全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べ前記デジタル・マイクロミラー・デバイスがレーザ光を変調する変調速度が速くなるように、前記全部のマイクロミラー列のうち数分の１単位の一部のマイクロミラー列だけを駆動して、露光情報に応じて生成した制御信号によって駆動対象であるマイクロミラーをオンオフ制御する制御手段と、前記一部のマイクロミラー列を構成する各マイクロミラーで変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、を含んで構成したことを特徴としている。例えば、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの端部に配置された一部のマイクロミラー列だけを駆動することができる。
【０００９】
また、本発明の露光装置は、本発明の露光ヘッドと、該露光ヘッドを露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動させる移動手段と、を備えたこと特徴としている。この露光装置は、複数の露光ヘッドを備えたマルチヘッド方式の露光装置として構成することもできる。
【００１０】
本発明の露光ヘッド及び露光装置は、複数のマイクロミラーを備えたデジタル・マイクロミラー・デバイス（複数の画素部を備えた空間光変調素子）について、その基板上に配列された全部のマイクロミラー列のうち一部のマイクロミラー列だけを駆動して、これら一部のマイクロミラー列だけを露光情報に応じて生成した制御信号によってオンオフ制御する。即ち、基板上に配列されたマイクロミラー列の全部を駆動制御することなく、数分の１単位の一部のマイクロミラー列を駆動制御している。このため、駆動制御するマイクロミラー列の数が少なくなり、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、デジタル・マイクロミラー・デバイスの１ライン当たりの変調速度が速くなる。これによって、レーザ光の変調速度を速くすることができ、高速露光が可能になる。
【００１１】
上記の露光ヘッドは、露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動されるが、前記制御手段により制御される画素部は、前記所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い領域に含まれる画素部であることが好ましい。露光ヘッドの移動方向（副走査方向）と交差する方向に長い領域の画素部を使用することで、使用する露光ヘッドの数を減らすことができる。
【００１２】
上記の露光ヘッドにおいて、前記レーザ装置を、光ファイバの入射端から入射されたレーザ光をその出射端から出射する複数のファイバ光源を備え、該複数のファイバ光源の出射端における発光点の各々がアレイ状に配列されたファイバアレイ光源又はバンドル状に配列したファイババンドル光源で構成することができる。前記光ファイバとしては、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いるのが好ましい。
【００１３】
ファイバアレイ光源やファイババンドル光源を構成する各ファイバ光源としては、レーザ光を合波して光ファイバに入射させる合波レーザ光源が好ましい。合波レーザ光源とすることで、高輝度、高出力を得ることができ、空間光変調素子の露光に好適である。特に、発振波長３５０〜４５０ｎｍの半導体レーザは単一素子での高出力化が難しいが、合波により高出力化を図ることができる。
【００１４】
また、同じ光出力を得るためにアレイ化する光ファイバの本数が少なくて済み、低コストである。更に、光ファイバの本数が少ないので、アレイ化した際の発光領域が更に小さくなる（高輝度化する）。
【００１５】
例えば、ファイバ光源を、複数の半導体レーザと、１本の光ファイバと、前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、で構成することができる。
【００１６】
また、ファイバ光源を、所定方向に配列された複数の発光点を備えるマルチキャビティレーザと、１本の光ファイバと、前記複数の発光点の各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、で構成してもよい。更に、複数のマルチキャビティレーザの発光点の各々から出射されたレーザビームを集光して１本の光ファイバに結合してもよい。
【００１７】
空間変調素子としては、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが基板上に２次元状に配列されて構成されたマイクロミラーデバイスや、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが基板上に２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを用いることができる。
【００１８】
また、レーザ装置と空間変調素子との間には、レーザ装置からのレーザ光（光束）を平行光（平行光束）にするコリメータレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメータレンズにより平行光化（平行光束化）されたレーザ光の光量分布が、前記空間変調素子の被照射面において略均一になるように補正する光量分布補正光学系と、を配置するのが好ましい。
【００１９】
この光量分布補正光学系によれば、例えば、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。このように、中央部の光束を周辺部へと生かすことができるので、全体として光の利用効率を低下させずに、光量分布が略均一の光で空間変調素子を照明することができる。これにより、被露光面において露光ムラが発生せず、高画質な露光が可能になる。
【００２０】
従来、紫外領域のレーザ光で感光材料を露光する露光装置（紫外露光装置）には、アルゴンレーザ等のガスレーザ、ＴＨＧ（第３高調波）による固体レーザが使用されるのが一般的あったが、装置が大型でメンテナンスが面倒であり、露光速度が遅いという問題があった。本発明の露光装置は、レーザ装置に波長３５０〜４５０ｎｍのＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体レーザを用いることにより紫外露光装置とすることができる。この紫外露光装置によれば、従来の紫外露光装置に比べて、装置の小型化、低コスト化を図ることができると共に、高速露光が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［露光装置の構成］
本発明の実施の形態に係る露光装置は、図１に示すように、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６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１５８が設置されている。ステージ１５２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１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００２２】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。コ字状のゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び検知センサ１６４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。
【００２３】
スキャナ１６２は、図２及び図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置した。なお、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１６６mnと表記する。
【００２４】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、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１６８mnと表記する。
【００２５】
また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本実施の形態では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８11と露光エリア１６８12との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８21と３行目の露光エリア１６８31とにより露光することができる。
【００２６】
露光ヘッド１６６11〜１６６mn各々は、図４、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）５０を備えている。このＤＭＤ５０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。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。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１６６毎にＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御に付いては後述する。
【００２７】
ＤＭＤ５０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８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ファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。
【００２８】
レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレンズ７１、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正する１対の組合せレンズ７３、及び光量分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レンズ７５で構成されている。組合せレンズ７３は、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正する。
【００２９】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を感光材料１５０の走査面（被露光面）５６上に結像するレンズ系５４、５８が配置されている。レンズ系５４及び５８は、ＤＭＤ５０と被露光面５６とが共役な関係となるように配置されている。
【００３０】
ＤＭＤ５０は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２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。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
【００３１】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射された光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００３２】
なお、図６には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度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６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０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。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３３】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、１°〜５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３の走査軌跡を示している。
【００３４】
ＤＭＤ５０には、長手方向にマイクロミラーが多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ1が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ2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、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ2と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ1とは略同一である。
【００３５】
また、異なるマイクロミラー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の間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。
【００３６】
なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー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。
【００３７】
ファイバアレイ光源６６は、図９（Ａ）に示すように、複数（例えば、６個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合され、図９（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図９（Ｄ）に示すように、発光点を主走査方向に沿って２列に配列することもできる。
【００３８】
光ファイバ３１の出射端部は、図９（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００３９】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００４０】
このような光ファイバは、例えば、図１０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３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００４１】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００４２】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１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、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、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。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１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３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、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３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００４３】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００４４】
但し、光ファイバ３１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以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００４５】
レーザモジュール６４は、図１１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１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００４６】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００４７】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００４８】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００４９】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００５０】
なお、図１３においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００５１】
図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、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に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００５２】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００５３】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜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。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ1＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００５４】
集光レンズ２０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１１〜１７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２０は、焦点距離ｆ2＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００５５】
［露光装置の動作］
次に、上記露光装置の動作について説明する。
【００５６】
スキャナ１６２の各露光ヘッド１６６において、ファイバアレイ光源６６の合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００５７】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【００５８】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、６本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００５９】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【００６０】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用されているので、約１Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面積は０．６２ｍｍ2（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．６×１０6（Ｗ／ｍ2）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２×１０6（Ｗ／ｍ2）である。
【００６１】
これに対し、本実施の形態では、上述した通り、マルチモード光ファイバ６本で約１Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．００８１ｍｍ2（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１２３×１０6（Ｗ／ｍ2）となり、従来に比べ約８０倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０×１０6（Ｗ／ｍ2）であり、従来に比べ約２８倍の高輝度化を図ることができる。
【００６２】
ここで、図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の露光ヘッドと本実施の形態の露光ヘッドとの焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドのバンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は０．６７５ｍｍであり、本実施の形態の露光ヘッドのファイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０２５ｍｍである。図１５（Ａ）に示すように、従来の露光ヘッドでは、光源（バンドル状ファイバ光源）１の発光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のずれ）に対してビーム径が太りやすい。
【００６３】
一方、図１５（Ｂ）に示すように、本実施の形態の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光領域の副走査方向の径は従来の約３０倍になっており、略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著であり、有効である。この例では、露光面に投影された１画素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤは反射型の空間変調素子であるが、図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００６４】
露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内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。
【００６５】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する際に、ゲート１６０に取り付けられた検知センサ１６４により感光材料１５０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１６６毎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１６６毎にＤＭＤ５０のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。
【００６６】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系５４、５８により感光材料１５０の被露光面５６上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１５０がＤＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、感光材料１５０がステージ１５２と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１５０がスキャナ１６２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１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。
【００６７】
図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施の形態では、ＤＭＤ５０には、主走査方向にマイクロミラーが８００個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に６００組配列されているが、本実施の形態では、コントローラにより一部のマイクロミラー列（例えば、８００個×１００列）だけが駆動されるように制御する。
【００６８】
図１６（Ａ）に示すように、ＤＭＤ５０の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図１６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。
【００６９】
ＤＭＤ５０のデータ処理速度には限界があり、使用するマイクロミラー列数に比例して１ライン当りの変調速度が決定される。このため、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。
【００７０】
例えば、６００組のマイクロミラー列の内、３００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調することができる。また、６００組のマイクロミラー列の内、２００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を１７秒で露光できる。更に、１００組だけ使用する場合には、１ライン当り６倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を９秒で露光できる。
【００７１】
使用するマイクロミラー列の数、即ち、副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、１０以上で且つ２００以下が好ましく、１０以上で且つ１００以下がより好ましい。１画素に相当するマイクロミラー１個当りの面積は１５μｍ×１５μｍであるから、ＤＭＤ５０の使用領域に換算すると、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×３ｍｍ以下の領域が好ましく、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×１．５ｍｍ以下の領域がより好ましい。
【００７２】
使用するマイクロミラー列の数が上記範囲にあれば、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光をレンズ系６７で略平行光化して、ＤＭＤ５０に照射することができる。ＤＭＤ５０によりレーザ光を照射する照射領域は、ＤＭＤ５０の使用領域と一致することが好ましい。照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が低下する。
【００７３】
一方、ＤＭＤ５０上に集光させる光ビームの副走査方向の径を、レンズ系６７により副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必要があるが、使用するマイクロミラー列の数が１０未満であると、ＤＭＤ５０に入射する光束の角度が大きくなり、走査面５６における光ビームの焦点深度が浅くなるので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の数が２００以下が変調速度の観点から好ましい。なお、ＤＭＤは反射型の空間変調素子であるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００７４】
スキャナ１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。
【００７５】
以上説明した通り、本実施の形態の露光装置は、主走査方向にマイクロミラーが８００個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に６００組配列されたＤＭＤを備えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー列だけが駆動されるように制御するので、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、１ライン当りの変調速度が速くなる。これにより高速での露光が可能になる。
【００７６】
また、ＤＭＤを照明する光源に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高輝度のファイバアレイ光源を用いているので、高出力で且つ深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。更に、各ファイバ光源の出力が大きくなることで、所望の出力を得るために必要なファイバ光源数が少なくなり、露光装置の低コスト化が図られる。
【００７７】
特に、本実施の形態では、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。これにより、より深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度を得ることができ、高速且つ高精細な露光が可能となる。従って、高解像度が必要とされる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の露光工程に好適である。
【００７８】
次に、以上説明した露光装置の変形例等について説明する。
【００７９】
［露光装置の用途］
上記の露光装置は、例えば、プリント配線基板（ＰＷＢ；Printed Wiring Board）の製造工程におけるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ；Dry Film Resist）の露光、液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造工程におけるカラーフィルタの形成、ＴＦＴの製造工程におけるＤＦＲの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）の製造工程におけるＤＦＲの露光等の用途に好適に用いることができる。
【００８０】
更に、上記の露光装置は、レーザ照射により材料の一部を蒸発、飛散等させて除去するレーザアブレーションや焼結、リソグラフィ等の種々のレーザ加工にも使用することができる。上記の露光装置は、高出力であり、高速且つ長焦点深度での露光が可能であることから、レーザアブレーション等による微細加工に使用することができる。例えば、現像処理を行う代わりにレジストをアブレーションによりパターンに従って除去してＰＷＢを作成したり、レジストを使用せずに直接アブレーションでＰＷＢのパターンを形成するのに、上記の露光装置を使用することができる。また、多数の溶液の混合、反応、分離、検出などをガラスやプラスティックチップに集積したラボオンチップにおける、溝幅数十μｍの微小流路の形成にも使用することができる。
【００８１】
特に、上記の露光装置は、ファイバアレイ光源にＧａＮ系半導体レーザを用いているので、上述のレーザ加工に好適に使用することができる。即ち、ＧａＮ系半導体レーザは短パルス駆動が可能であり、レーザアブレーション等にも十分なパワーを得ることができる。また、半導体レーザであるため、駆動速度が遅い固体レーザと異なり、繰り返し周波数１０ＭＨｚ程度での高速駆動が可能であり、高速露光が可能である。更に、金属は波長４００ｎｍ付近のレーザ光の光吸収率が大きく、熱エネルギーへの変換が容易であるため、レーザアブレーション等を高速に行うことができる。
【００８２】
なお、ＴＦＴのパターニングに使用される液体レジストやカラーフィルタをパターニングするために使用される液体レジストを露光する場合には、酸素阻害による感度低下（減感）を無くすために、窒素雰囲気下で被露光材料を露光することが好ましい。窒素雰囲気下で露光することで光重合反応の酸素阻害が抑制されてレジストが高感度化し、高速露光が可能となる。
【００８３】
また、上記の露光装置には、露光により直接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光により発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料の何れも使用することができる。フォトンモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＧａＮ系半導体レーザ、波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ（赤外レーザ）、固体レーザが使用される。
【００８４】
［他の空間変調素子］
上記の実施の形態では、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に駆動する例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが２次元状に配列された細長いＤＭＤを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラーの個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くすることができる。
【００８５】
上記の実施の形態では、空間変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modulator）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間変調素子を用いた場合にも、基板上に配列された全画素部に対し一部の画素部を使用することで、１画素当り、１主走査ライン当たりの変調速度を速くすることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間変調素子を意味している。
【００８７】
［他の露光方式］
図１８に示すように、上記の実施の形態と同様に、スキャナ１６２によるＸ方向への１回の走査で感光材料１５０の全面を露光してもよく、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１６２により感光材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回の走査で感光材料１５０の全面を露光するようにしてもよい。なお、この例では、スキャナ１６２は１８個の露光ヘッド１６６を備えている。
【００８８】
［他のレーザ装置（光源）］
上記の実施の形態では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、１個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【００８９】
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば、図２０に示すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列したレーザアレイを用いることができる。また、図２１（Ａ）に示す、複数（例えば、５個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０が知られている。マルチキャビティレーザ１１０は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とするのが好ましい。
【００９０】
本発明の露光ヘッドでは、このマルチキャビティレーザ１１０や、図２１（Ｂ）に示すように、ヒートブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ装置（光源）として用いることができる。
【００９１】
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。例えば、図２２に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａを有するチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【００９２】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００９３】
マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【００９４】
また、図２３に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【００９５】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【００９６】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００９７】
更に他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図２４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【００９８】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【００９９】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【０１００】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【０１０１】
上記の構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０２】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、本発明の露光装置のレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【０１０３】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【０１０４】
また、上記の実施の形態では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【０１０５】
［光量分布補正光学系］
上記の実施の形態では、露光ヘッドに１対の組合せレンズからなる光量分布補正光学系を用いている。この光量分布補正光学系は、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように各出射位置における光束幅を変化させて、光源からの平行光束をＤＭＤに照射するときに、被照射面での光量分布が略均一になるように補正する。以下、この光量分布補正光学系の作用について説明する。
【０１０６】
まず、図２５（Ａ）に示したように、入射光束と出射光束とで、その全体の光束幅（全光束幅）Ｈ０、Ｈ１が同じである場合について説明する。なお、図２５（Ａ）において、符号５１、５２で示した部分は、光量分布補正光学系における入射面および出射面を仮想的に示したものである。
【０１０７】
光量分布補正光学系において、光軸Ｚ１に近い中心部に入射した光束と、周辺部に入射した光束とのそれぞれの光束幅ｈ０、ｈ１が、同一であるものとする（ｈ０＝ｈｌ）。光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光に対し、中心部の入射光束については、その光束幅ｈ０を拡大し、逆に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅ｈ１を縮小するような作用を施す。すなわち、中心部の出射光束の幅ｈ１０と、周辺部の出射光束の幅ｈ１１とについて、ｈ１１＜ｈ１０となるようにする。光束幅の比率で表すと、出射側における中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなっている（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１０８】
このように光束幅を変化させることにより、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、全体として光の利用効率を落とさずに、被照射面での光量分布が略均一化される。均一化の度合いは、例えば、有効領域内における光量ムラが３０％以内、好ましくは２０％以内となるようにする。
【０１０９】
このような光量分布補正光学系による作用、効果は、入射側と出射側とで、全体の光束幅を変える場合（図２５（Ｂ），（Ｃ））においても同様である。
【０１１０】
図２５（Ｂ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Ｈ２に“縮小”して出射する場合（Ｈ０＞Ｈ２）を示している。このような場合においても、光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の縮小率で考えると、中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「Ｈ１１／Ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１１１】
図２５（Ｃ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Η３に“拡大”して出射する場合（Ｈ０＜Ｈ３）を示している。このような場合においても、光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の拡大率で考えると、中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１１２】
このように、光量分布補正光学系は、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸Ｚ１に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された光束断面を形成することができる。
【０１１３】
次に、光量分布補正光学系として使用する１対の組合せレンズの具体的なレンズデータの１例を示す。この例では、光源がレーザアレイ光源である場合のように、出射光束の断面での光量分布がガウス分布である場合のレンズデータを示す。なお、シングルモード光ファイバの入射端に１個の半導体レーザを接続した場合には、光ファイバからの射出光束の光量分布がガウス分布になる。本実施の形態はこのような場合にも適用可能である。また、マルチモード光ファイバのコア径を小さくしてシングルモード光ファイバの構成に近付ける等により光軸に近い中心部の光量が周辺部の光量よりも大きい場合にも適用可能である。
【０１１４】
下記表１に基本レンズデータを示す。
【０１１５】
【表１】
【０１１６】
表１から分かるように、１対の組合せレンズは、回転対称の２つの非球面レンズから構成されている。光入射側に配置された第１のレンズの光入射側の面を第１面、光出射側の面を第２面とすると、第１面は非球面形状である。また、光出射側に配置された第２のレンズの光入射側の面を第３面、光出射側の面を第４面とすると、第４面が非球面形状である。
【０１１７】
表１において、面番号Ｓｉはｉ番目（ｉ＝１〜４）の面の番号を示し、曲率半径ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。面間隔ｄｉ値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。屈折率Ｎｉはｉ番目の面を備えた光学要素の波長４０５ｎｍに対する屈折率の値を示す。
【０１１８】
下記表２に、第１面及び第４面の非球面データを示す。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
上記の非球面データは、非球面形状を表す下記式（Ａ）における係数で表される。
【０１２１】
【数１】
【０１２２】
上記式（Ａ）において各係数を以下の通り定義する。
Ｚ：光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ρ：光軸からの距離（ｍｍ）
Ｋ：円錐係数
Ｃ：近軸曲率（１／ｒ、ｒ：近軸曲率半径）
ａｉ：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数
表２に示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“ぺき指数″であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０-2」であることを示す。
【０１２３】
図２７は、上記表１及び表２に示す１対の組合せレンズによって得られる照明光の光量分布を示している。横軸は光軸からの座標を示し、縦軸は光量比（％）を示す。なお、比較のために、図２６に、補正を行わなかった場合の照明光の光量分布（ガウス分布）を示す。図２６及び図２７から分かるように、光量分布補正光学系で補正を行うことにより、補正を行わなかった場合と比べて、略均一化された光量分布が得られている。これにより、露光ヘッドにおける光の利用効率を落とさずに、均一なレーザ光でムラなく露光を行うことができる。
【０１２４】
［他の結像光学系］
上記の実施の形態では、露光ヘッドに使用するＤＭＤの光反射側に、結像光学系として２組のレンズを配置したが、レーザ光を拡大して結像する結像光学系を配置してもよい。ＤＭＤにより反射される光束線の断面積を拡大することで、被露光面における露光エリア面積（画像領域）を所望の大きさに拡大することができる。
【０１２５】
例えば、露光ヘッドを、図２８（Ａ）に示すように、ＤＭＤ５０、ＤＭＤ５０にレーザ光を照射する照明装置１４４、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を拡大して結像するレンズ系４５４、４５８、ＤＭＤ５０の各画素に対応して多数のマイクロレンズ４７４が配置されたマイクロレンズアレイ４７２、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに対応して多数のアパーチャ４７８が設けられたアパーチャアレイ４７６、アパーチャを通過したレーザ光を被露光面５６に結像するレンズ系４８０、４８２で構成することができる。
【０１２６】
この露光ヘッドでは、照明装置１４４からレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０によりオン方向に反射される光束線の断面積が、レンズ系４５４、４５８により数倍（例えば、２倍）に拡大される。拡大されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光され、アパーチャアレイ４７６の対応するアパーチャを通過する。アパーチャを通過したレーザ光は、レンズ系４８０、４８２により被露光面５６上に結像される。
【０１２７】
この結像光学系では、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、拡大レンズ４５４、４５８により数倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６が配置されていなければ、図２８（Ｂ）に示すように、被露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳの１画素サイズ（スポットサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きなものとなり、露光エリア４６８の鮮鋭度を表すＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性が低下する。
【０１２８】
一方、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６を配置した場合には、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光される。これにより、図２８（Ｃ）に示すように、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１０μｍ×１０μｍ）に縮小することができ、ＭＴＦ特性の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。なお、露光エリア４６８が傾いているのは、画素間の隙間を無くす為にＤＭＤ５０を傾けて配置しているからである。
【０１２９】
また、マイクロレンズの収差によるビームの太りがあっても、アパーチャによって被露光面５６上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビームを整形することができると共に、各画素に対応して設けられたアパーチャを通過させることにより、隣接する画素間でのクロストークを防止することができる。
【０１３０】
更に、照明装置１４４に上記実施の形態と同様に高輝度光源を使用することにより、レンズ４５８からマイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに入射する光束の角度が小さくなるので、隣接する画素の光束の一部が入射するのを防止することができる。即ち、高消光比を実現することができる。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明の露光ヘッド及び露光装置は、空間光変調素子を備えているが、この空間光変調素子の変調速度を速くして、高速露光を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る露光装置の外観を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は図４に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った副走査方向の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。
【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図である。
【図９】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａの部分拡大図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置における焦点深度と第１の実施の形態に係る露光装置における焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図である。
【図１７】（Ａ）はＤＭＤの使用領域が適正である場合の側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った副走査方向の断面図である。
【図１８】スキャナによる１回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図である。
【図１９】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図である。
【図２０】レーザアレイの構成を示す斜視図である。
【図２１】（Ａ）はマルチキャビティレーザの構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図である。
【図２２】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図２３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図２４】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【図２５】光量分布補正光学系による補正の概念についての説明図である。
【図２６】光源がガウス分布で且つ光量分布の補正を行わない場合の光量分布を示すグラフである。
【図２７】光量分布補正光学系による補正後の光量分布を示すグラフである。
【図２８】（Ａ）は結合光学系の異なる他の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った断面図であり、（Ｂ）はマイクロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影される光像を示す平面図であり、（Ｃ）はマイクロレンズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像を示す平面図である。
【符号の説明】
ＬＤ１〜ＬＤ７ ＧａＮ系半導体レーザ
１０ ヒートブロック
１１〜１７ コリメータレンズ
２０ 集光レンズ
３０ マルチモード光ファイバ
５０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５３ 反射光像（露光ビーム）
５４、５８ レンズ系
５６ 走査面（被露光面）
６４ レーザモジュール
６６ ファイバアレイ光源
６８ レーザ出射部
７３ 組合せレンズ
１５０ 感光材料
１５２ ステージ
１６２ スキャナ
１６６ 露光ヘッド
１６８ 露光エリア
１７０ 露光済み領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光ヘッド及び露光装置に関し、特に、画像データに応じて空間光変調素子により変調された光ビームで感光材料を露光する露光ヘッドと、その露光ヘッドを備えた露光装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行う露光装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、ＤＭＤは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元状に配列されたミラーデバイスであり、このＤＭＤを用いた露光装置は、図１５（Ａ）に示すように、レーザ光を照射する光源１、光源１から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系２、レンズ系２の略焦点位置に配置されたＤＭＤ３、ＤＭＤ３で反射されたレーザ光を走査面５上に結像するレンズ系４、６から構成されている。
【０００４】
上記の露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によって、ＤＭＤ３のマイクロミラーの各々を図示しない制御装置でオンオフ制御してレーザ光を変調し、変調されたレーザ光で画像露光を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常使用されているＤＭＤは、基板上に、主走査方向に約８００個、副走査方向に約６００個のマイクロミラーを２次元状に配列して構成されており、１画素に相当する１つのマイクロミラーでレーザ光を変調するのに１００〜２００μｓｅｃの時間を必要とする。
【０００６】
このため、例えば、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドを副走査方向に連続的に移動させながら、１主走査ライン当たり２００μｓｅｃで変調し、その間に露光ヘッドを副走査方向に２μｍ移動させる場合、５００ｍｍの領域を露光するのに５０秒程度の時間を要していた。即ち、ＤＭＤは変調速度が遅いので、空間変調素子としてＤＭＤを用いた露光ヘッドでは高速の露光が困難である、という問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、空間光変調素子の変調速度を速くして、高速露光が可能な露光ヘッド及び露光装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の露光ヘッドは、露光面に対して予め定めた第１の方向と交差する第２の方向に相対移動されて前記露光面を帯状に走査露光する露光ヘッドであって、複数の出射位置の各々から射出されたレーザ光を照射するレーザ装置と、前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、基板上に各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数のマイクロミラーが第３の方向に配列されたマイクロミラー列が前記第３の方向と交差する第４の方向に複数配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスであって、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光されると共に、前記第４の方向が前記第２の方向と予め定めた角度をなすように、前記露光面に対し傾斜させて配置されたデジタル・マイクロミラー・デバイスと、前記コリメータレンズと前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとの間に配置され、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させて、前記コリメータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの被照射面において略均一になるように補正する光量分布補正光学系と、前記基板上に配列された全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べ前記デジタル・マイクロミラー・デバイスがレーザ光を変調する変調速度が速くなるように、前記全部のマイクロミラー列のうち数分の１単位の一部のマイクロミラー列だけを駆動して、露光情報に応じて生成した制御信号によって駆動対象であるマイクロミラーをオンオフ制御する制御手段と、前記一部のマイクロミラー列を構成する各マイクロミラーで変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、を含んで構成したことを特徴としている。例えば、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの端部に配置された一部のマイクロミラー列だけを駆動することができる。
【０００９】
また、本発明の露光装置は、本発明の露光ヘッドと、該露光ヘッドを露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動させる移動手段と、を備えたこと特徴としている。この露光装置は、複数の露光ヘッドを備えたマルチヘッド方式の露光装置として構成することもできる。
【００１０】
本発明の露光ヘッド及び露光装置は、複数のマイクロミラーを備えたデジタル・マイクロミラー・デバイス（複数の画素部を備えた空間光変調素子）について、その基板上に配列された全部のマイクロミラー列のうち一部のマイクロミラー列だけを駆動して、これら一部のマイクロミラー列だけを露光情報に応じて生成した制御信号によってオンオフ制御する。即ち、基板上に配列されたマイクロミラー列の全部を駆動制御することなく、数分の１単位の一部のマイクロミラー列を駆動制御している。このため、駆動制御するマイクロミラー列の数が少なくなり、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、デジタル・マイクロミラー・デバイスの１ライン当たりの変調速度が速くなる。これによって、レーザ光の変調速度を速くすることができ、高速露光が可能になる。
【００１１】
上記の露光ヘッドは、露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動されるが、前記制御手段により制御される画素部は、前記所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い領域に含まれる画素部であることが好ましい。露光ヘッドの移動方向（副走査方向）と交差する方向に長い領域の画素部を使用することで、使用する露光ヘッドの数を減らすことができる。
【００１２】
上記の露光ヘッドにおいて、前記レーザ装置を、光ファイバの入射端から入射されたレーザ光をその出射端から出射する複数のファイバ光源を備え、該複数のファイバ光源の出射端における発光点の各々がアレイ状に配列されたファイバアレイ光源又はバンドル状に配列したファイババンドル光源で構成することができる。前記光ファイバとしては、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いるのが好ましい。
【００１３】
ファイバアレイ光源やファイババンドル光源を構成する各ファイバ光源としては、レーザ光を合波して光ファイバに入射させる合波レーザ光源が好ましい。合波レーザ光源とすることで、高輝度、高出力を得ることができ、空間光変調素子の露光に好適である。特に、発振波長３５０〜４５０ｎｍの半導体レーザは単一素子での高出力化が難しいが、合波により高出力化を図ることができる。
【００１４】
また、同じ光出力を得るためにアレイ化する光ファイバの本数が少なくて済み、低コストである。更に、光ファイバの本数が少ないので、アレイ化した際の発光領域が更に小さくなる（高輝度化する）。
【００１５】
例えば、ファイバ光源を、複数の半導体レーザと、１本の光ファイバと、前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、で構成することができる。
【００１６】
また、ファイバ光源を、所定方向に配列された複数の発光点を備えるマルチキャビティレーザと、１本の光ファイバと、前記複数の発光点の各々から出射されたレーザビームを集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、で構成してもよい。更に、複数のマルチキャビティレーザの発光点の各々から出射されたレーザビームを集光して１本の光ファイバに結合してもよい。
【００１７】
空間変調素子としては、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが基板上に２次元状に配列されて構成されたマイクロミラーデバイスや、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが基板上に２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを用いることができる。
【００１８】
また、レーザ装置と空間変調素子との間には、レーザ装置からのレーザ光（光束）を平行光（平行光束）にするコリメータレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメータレンズにより平行光化（平行光束化）されたレーザ光の光量分布が、前記空間変調素子の被照射面において略均一になるように補正する光量分布補正光学系と、を配置するのが好ましい。
【００１９】
この光量分布補正光学系によれば、例えば、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。このように、中央部の光束を周辺部へと生かすことができるので、全体として光の利用効率を低下させずに、光量分布が略均一の光で空間変調素子を照明することができる。これにより、被露光面において露光ムラが発生せず、高画質な露光が可能になる。
【００２０】
従来、紫外領域のレーザ光で感光材料を露光する露光装置（紫外露光装置）には、アルゴンレーザ等のガスレーザ、ＴＨＧ（第３高調波）による固体レーザが使用されるのが一般的あったが、装置が大型でメンテナンスが面倒であり、露光速度が遅いという問題があった。本発明の露光装置は、レーザ装置に波長３５０〜４５０ｎｍのＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体レーザを用いることにより紫外露光装置とすることができる。この紫外露光装置によれば、従来の紫外露光装置に比べて、装置の小型化、低コスト化を図ることができると共に、高速露光が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［露光装置の構成］
本発明の実施の形態に係る露光装置は、図１に示すように、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６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１５８が設置されている。ステージ１５２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１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００２２】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。コ字状のゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び検知センサ１６４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。
【００２３】
スキャナ１６２は、図２及び図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置した。なお、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１６６mnと表記する。
【００２４】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、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１６８mnと表記する。
【００２５】
また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が副走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本実施の形態では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８11と露光エリア１６８12との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８21と３行目の露光エリア１６８31とにより露光することができる。
【００２６】
露光ヘッド１６６11〜１６６mn各々は、図４、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）５０を備えている。このＤＭＤ５０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。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、制御すべき領域については後述する。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１６６毎にＤＭＤ５０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御に付いては後述する。
【００２７】
ＤＭＤ５０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８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ファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。
【００２８】
レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレンズ７１、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正する１対の組合せレンズ７３、及び光量分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レンズ７５で構成されている。組合せレンズ７３は、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正する。
【００２９】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を感光材料１５０の走査面（被露光面）５６上に結像するレンズ系５４、５８が配置されている。レンズ系５４及び５８は、ＤＭＤ５０と被露光面５６とが共役な関係となるように配置されている。
【００３０】
ＤＭＤ５０は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２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。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
【００３１】
ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示すように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射された光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００３２】
なお、図６には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度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６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０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。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３３】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、１°〜５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３の走査軌跡を示している。
【００３４】
ＤＭＤ５０には、長手方向にマイクロミラーが多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ1が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ2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、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ2と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ1とは略同一である。
【００３５】
また、異なるマイクロミラー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の間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。
【００３６】
なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー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。
【００３７】
ファイバアレイ光源６６は、図９（Ａ）に示すように、複数（例えば、６個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合され、図９（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図９（Ｄ）に示すように、発光点を主走査方向に沿って２列に配列することもできる。
【００３８】
光ファイバ３１の出射端部は、図９（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００３９】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００４０】
このような光ファイバは、例えば、図１０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３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００４１】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００４２】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１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、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、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。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１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３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、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３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００４３】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００４４】
但し、光ファイバ３１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以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００４５】
レーザモジュール６４は、図１１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１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、露光ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００４６】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００４７】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００４８】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００４９】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００５０】
なお、図１３においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００５１】
図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、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に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００５２】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００５３】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜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。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ1＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００５４】
集光レンズ２０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１１〜１７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２０は、焦点距離ｆ2＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００５５】
［露光装置の動作］
次に、上記露光装置の動作について説明する。
【００５６】
スキャナ１６２の各露光ヘッド１６６において、ファイバアレイ光源６６の合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００５７】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【００５８】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、６本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００５９】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【００６０】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用されているので、約１Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面積は０．６２ｍｍ2（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．６×１０6（Ｗ／ｍ2）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２×１０6（Ｗ／ｍ2）である。
【００６１】
これに対し、本実施の形態では、上述した通り、マルチモード光ファイバ６本で約１Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．００８１ｍｍ2（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１２３×１０6（Ｗ／ｍ2）となり、従来に比べ約８０倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０×１０6（Ｗ／ｍ2）であり、従来に比べ約２８倍の高輝度化を図ることができる。
【００６２】
ここで、図１５（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の露光ヘッドと本実施の形態の露光ヘッドとの焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドのバンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は０．６７５ｍｍであり、本実施の形態の露光ヘッドのファイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０２５ｍｍである。図１５（Ａ）に示すように、従来の露光ヘッドでは、光源（バンドル状ファイバ光源）１の発光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のずれ）に対してビーム径が太りやすい。
【００６３】
一方、図１５（Ｂ）に示すように、本実施の形態の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光領域の副走査方向の径は従来の約３０倍になっており、略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著であり、有効である。この例では、露光面に投影された１画素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤは反射型の空間変調素子であるが、図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００６４】
露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内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。
【００６５】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する際に、ゲート１６０に取り付けられた検知センサ１６４により感光材料１５０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１６６毎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１６６毎にＤＭＤ５０のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。
【００６６】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系５４、５８により感光材料１５０の被露光面５６上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１５０がＤＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、感光材料１５０がステージ１５２と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１５０がスキャナ１６２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１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。
【００６７】
図１６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施の形態では、ＤＭＤ５０には、主走査方向にマイクロミラーが８００個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に６００組配列されているが、本実施の形態では、コントローラにより一部のマイクロミラー列（例えば、８００個×１００列）だけが駆動されるように制御する。
【００６８】
図１６（Ａ）に示すように、ＤＭＤ５０の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図１６（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。
【００６９】
ＤＭＤ５０のデータ処理速度には限界があり、使用するマイクロミラー列数に比例して１ライン当りの変調速度が決定される。このため、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。一方、連続的に露光ヘッドを露光面に対して相対移動させる露光方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。
【００７０】
例えば、６００組のマイクロミラー列の内、３００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調することができる。また、６００組のマイクロミラー列の内、２００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を１７秒で露光できる。更に、１００組だけ使用する場合には、１ライン当り６倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を９秒で露光できる。
【００７１】
使用するマイクロミラー列の数、即ち、副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、１０以上で且つ２００以下が好ましく、１０以上で且つ１００以下がより好ましい。１画素に相当するマイクロミラー１個当りの面積は１５μｍ×１５μｍであるから、ＤＭＤ５０の使用領域に換算すると、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×３ｍｍ以下の領域が好ましく、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×１．５ｍｍ以下の領域がより好ましい。
【００７２】
使用するマイクロミラー列の数が上記範囲にあれば、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光をレンズ系６７で略平行光化して、ＤＭＤ５０に照射することができる。ＤＭＤ５０によりレーザ光を照射する照射領域は、ＤＭＤ５０の使用領域と一致することが好ましい。照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が低下する。
【００７３】
一方、ＤＭＤ５０上に集光させる光ビームの副走査方向の径を、レンズ系６７により副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必要があるが、使用するマイクロミラー列の数が１０未満であると、ＤＭＤ５０に入射する光束の角度が大きくなり、走査面５６における光ビームの焦点深度が浅くなるので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の数が２００以下が変調速度の観点から好ましい。なお、ＤＭＤは反射型の空間変調素子であるが、図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００７４】
スキャナ１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。
【００７５】
以上説明した通り、本実施の形態の露光装置は、主走査方向にマイクロミラーが８００個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に６００組配列されたＤＭＤを備えているが、コントローラにより一部のマイクロミラー列だけが駆動されるように制御するので、全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べて、１ライン当りの変調速度が速くなる。これにより高速での露光が可能になる。
【００７６】
また、ＤＭＤを照明する光源に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列した高輝度のファイバアレイ光源を用いているので、高出力で且つ深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。更に、各ファイバ光源の出力が大きくなることで、所望の出力を得るために必要なファイバ光源数が少なくなり、露光装置の低コスト化が図られる。
【００７７】
特に、本実施の形態では、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。これにより、より深い焦点深度を備えた露光装置を実現することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度露光の場合にも、深い焦点深度を得ることができ、高速且つ高精細な露光が可能となる。従って、高解像度が必要とされる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の露光工程に好適である。
【００７８】
次に、以上説明した露光装置の変形例等について説明する。
【００７９】
［露光装置の用途］
上記の露光装置は、例えば、プリント配線基板（ＰＷＢ；Printed Wiring Board）の製造工程におけるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ；Dry Film Resist）の露光、液晶表示装置（ＬＣＤ）の製造工程におけるカラーフィルタの形成、ＴＦＴの製造工程におけるＤＦＲの露光、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）の製造工程におけるＤＦＲの露光等の用途に好適に用いることができる。
【００８０】
更に、上記の露光装置は、レーザ照射により材料の一部を蒸発、飛散等させて除去するレーザアブレーションや焼結、リソグラフィ等の種々のレーザ加工にも使用することができる。上記の露光装置は、高出力であり、高速且つ長焦点深度での露光が可能であることから、レーザアブレーション等による微細加工に使用することができる。例えば、現像処理を行う代わりにレジストをアブレーションによりパターンに従って除去してＰＷＢを作成したり、レジストを使用せずに直接アブレーションでＰＷＢのパターンを形成するのに、上記の露光装置を使用することができる。また、多数の溶液の混合、反応、分離、検出などをガラスやプラスティックチップに集積したラボオンチップにおける、溝幅数十μｍの微小流路の形成にも使用することができる。
【００８１】
特に、上記の露光装置は、ファイバアレイ光源にＧａＮ系半導体レーザを用いているので、上述のレーザ加工に好適に使用することができる。即ち、ＧａＮ系半導体レーザは短パルス駆動が可能であり、レーザアブレーション等にも十分なパワーを得ることができる。また、半導体レーザであるため、駆動速度が遅い固体レーザと異なり、繰り返し周波数１０ＭＨｚ程度での高速駆動が可能であり、高速露光が可能である。更に、金属は波長４００ｎｍ付近のレーザ光の光吸収率が大きく、熱エネルギーへの変換が容易であるため、レーザアブレーション等を高速に行うことができる。
【００８２】
なお、ＴＦＴのパターニングに使用される液体レジストやカラーフィルタをパターニングするために使用される液体レジストを露光する場合には、酸素阻害による感度低下（減感）を無くすために、窒素雰囲気下で被露光材料を露光することが好ましい。窒素雰囲気下で露光することで光重合反応の酸素阻害が抑制されてレジストが高感度化し、高速露光が可能となる。
【００８３】
また、上記の露光装置には、露光により直接情報が記録されるフォトンモード感光材料、露光により発生した熱で情報が記録されるヒートモード感光材料の何れも使用することができる。フォトンモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＧａＮ系半導体レーザ、波長変換固体レーザ等が使用され、ヒートモード感光材料を使用する場合、レーザ装置にはＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ（赤外レーザ）、固体レーザが使用される。
【００８４】
［他の空間変調素子］
上記の実施の形態では、ＤＭＤのマイクロミラーを部分的に駆動する例について説明したが、所定方向に対応する方向の長さが前記所定方向と交差する方向の長さより長い基板上に、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが２次元状に配列された細長いＤＭＤを用いても、反射面の角度を制御するマイクロミラーの個数が少なくなるので、同様に変調速度を速くすることができる。
【００８５】
上記の実施の形態では、空間変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドについて説明したが、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；Spacial Light Modulator）や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＦＬＣ）等、ＭＥＭＳタイプ以外の空間変調素子を用いた場合にも、基板上に配列された全画素部に対し一部の画素部を使用することで、１画素当り、１主走査ライン当たりの変調速度を速くすることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００８６】
なお、ＭＥＭＳとは、ＩＣ製造プロセスを基盤としたマイクロマシニング技術によるマイクロサイズのセンサ、アクチュエータ、そして制御回路を集積化した微細システムの総称であり、ＭＥＭＳタイプの空間変調素子とは、静電気力を利用した電気機械動作により駆動される空間変調素子を意味している。
【００８７】
［他の露光方式］
図１８に示すように、上記の実施の形態と同様に、スキャナ１６２によるＸ方向への１回の走査で感光材料１５０の全面を露光してもよく、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、スキャナ１６２により感光材料１５０をＸ方向へ走査した後、スキャナ１６２をＹ方向に１ステップ移動し、Ｘ方向へ走査を行うというように、走査と移動を繰り返して、複数回の走査で感光材料１５０の全面を露光するようにしてもよい。なお、この例では、スキャナ１６２は１８個の露光ヘッド１６６を備えている。
【００８８】
［他のレーザ装置（光源）］
上記の実施の形態では、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、１個の発光点を有する単一の半導体レーザから入射されたレーザ光を出射する１本の光ファイバを備えたファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を用いることができる。
【００８９】
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば、図２０に示すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列したレーザアレイを用いることができる。また、図２１（Ａ）に示す、複数（例えば、５個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０が知られている。マルチキャビティレーザ１１０は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とするのが好ましい。
【００９０】
本発明の露光ヘッドでは、このマルチキャビティレーザ１１０や、図２１（Ｂ）に示すように、ヒートブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ装置（光源）として用いることができる。
【００９１】
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。例えば、図２２に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａを有するチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【００９２】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００９３】
マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【００９４】
また、図２３に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【００９５】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【００９６】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【００９７】
更に他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図２４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【００９８】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【００９９】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【０１００】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【０１０１】
上記の構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０２】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、本発明の露光装置のレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【０１０３】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【０１０４】
また、上記の実施の形態では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【０１０５】
［光量分布補正光学系］
上記の実施の形態では、露光ヘッドに１対の組合せレンズからなる光量分布補正光学系を用いている。この光量分布補正光学系は、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように各出射位置における光束幅を変化させて、光源からの平行光束をＤＭＤに照射するときに、被照射面での光量分布が略均一になるように補正する。以下、この光量分布補正光学系の作用について説明する。
【０１０６】
まず、図２５（Ａ）に示したように、入射光束と出射光束とで、その全体の光束幅（全光束幅）Ｈ０、Ｈ１が同じである場合について説明する。なお、図２５（Ａ）において、符号５１、５２で示した部分は、光量分布補正光学系における入射面および出射面を仮想的に示したものである。
【０１０７】
光量分布補正光学系において、光軸Ｚ１に近い中心部に入射した光束と、周辺部に入射した光束とのそれぞれの光束幅ｈ０、ｈ１が、同一であるものとする（ｈ０＝ｈｌ）。光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光に対し、中心部の入射光束については、その光束幅ｈ０を拡大し、逆に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅ｈ１を縮小するような作用を施す。すなわち、中心部の出射光束の幅ｈ１０と、周辺部の出射光束の幅ｈ１１とについて、ｈ１１＜ｈ１０となるようにする。光束幅の比率で表すと、出射側における中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなっている（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１０８】
このように光束幅を変化させることにより、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、全体として光の利用効率を落とさずに、被照射面での光量分布が略均一化される。均一化の度合いは、例えば、有効領域内における光量ムラが３０％以内、好ましくは２０％以内となるようにする。
【０１０９】
このような光量分布補正光学系による作用、効果は、入射側と出射側とで、全体の光束幅を変える場合（図２５（Ｂ），（Ｃ））においても同様である。
【０１１０】
図２５（Ｂ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Ｈ２に“縮小”して出射する場合（Ｈ０＞Ｈ２）を示している。このような場合においても、光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の縮小率で考えると、中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「Ｈ１１／Ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１１１】
図２５（Ｃ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Η３に“拡大”して出射する場合（Ｈ０＜Ｈ３）を示している。このような場合においても、光量分布補正光学系は、入射側において同一の光束幅ｈ０、ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さくなるようにする。光束の拡大率で考えると、中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【０１１２】
このように、光量分布補正光学系は、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸Ｚ１に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された光束断面を形成することができる。
【０１１３】
次に、光量分布補正光学系として使用する１対の組合せレンズの具体的なレンズデータの１例を示す。この例では、光源がレーザアレイ光源である場合のように、出射光束の断面での光量分布がガウス分布である場合のレンズデータを示す。なお、シングルモード光ファイバの入射端に１個の半導体レーザを接続した場合には、光ファイバからの射出光束の光量分布がガウス分布になる。本実施の形態はこのような場合にも適用可能である。また、マルチモード光ファイバのコア径を小さくしてシングルモード光ファイバの構成に近付ける等により光軸に近い中心部の光量が周辺部の光量よりも大きい場合にも適用可能である。
【０１１４】
下記表１に基本レンズデータを示す。
【０１１５】
【表１】
【０１１６】
表１から分かるように、１対の組合せレンズは、回転対称の２つの非球面レンズから構成されている。光入射側に配置された第１のレンズの光入射側の面を第１面、光出射側の面を第２面とすると、第１面は非球面形状である。また、光出射側に配置された第２のレンズの光入射側の面を第３面、光出射側の面を第４面とすると、第４面が非球面形状である。
【０１１７】
表１において、面番号Ｓｉはｉ番目（ｉ＝１〜４）の面の番号を示し、曲率半径ｒｉはｉ番目の面の曲率半径を示し、面間隔ｄｉはｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。面間隔ｄｉ値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。屈折率Ｎｉはｉ番目の面を備えた光学要素の波長４０５ｎｍに対する屈折率の値を示す。
【０１１８】
下記表２に、第１面及び第４面の非球面データを示す。
【０１１９】
【表２】
【０１２０】
上記の非球面データは、非球面形状を表す下記式（Ａ）における係数で表される。
【０１２１】
【数１】
【０１２２】
上記式（Ａ）において各係数を以下の通り定義する。
Ｚ：光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ρ：光軸からの距離（ｍｍ）
Ｋ：円錐係数
Ｃ：近軸曲率（１／ｒ、ｒ：近軸曲率半径）
ａｉ：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数
表２に示した数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“ぺき指数″であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０-2」であることを示す。
【０１２３】
図２７は、上記表１及び表２に示す１対の組合せレンズによって得られる照明光の光量分布を示している。横軸は光軸からの座標を示し、縦軸は光量比（％）を示す。なお、比較のために、図２６に、補正を行わなかった場合の照明光の光量分布（ガウス分布）を示す。図２６及び図２７から分かるように、光量分布補正光学系で補正を行うことにより、補正を行わなかった場合と比べて、略均一化された光量分布が得られている。これにより、露光ヘッドにおける光の利用効率を落とさずに、均一なレーザ光でムラなく露光を行うことができる。
【０１２４】
［他の結像光学系］
上記の実施の形態では、露光ヘッドに使用するＤＭＤの光反射側に、結像光学系として２組のレンズを配置したが、レーザ光を拡大して結像する結像光学系を配置してもよい。ＤＭＤにより反射される光束線の断面積を拡大することで、被露光面における露光エリア面積（画像領域）を所望の大きさに拡大することができる。
【０１２５】
例えば、露光ヘッドを、図２８（Ａ）に示すように、ＤＭＤ５０、ＤＭＤ５０にレーザ光を照射する照明装置１４４、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を拡大して結像するレンズ系４５４、４５８、ＤＭＤ５０の各画素に対応して多数のマイクロレンズ４７４が配置されたマイクロレンズアレイ４７２、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに対応して多数のアパーチャ４７８が設けられたアパーチャアレイ４７６、アパーチャを通過したレーザ光を被露光面５６に結像するレンズ系４８０、４８２で構成することができる。
【０１２６】
この露光ヘッドでは、照明装置１４４からレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０によりオン方向に反射される光束線の断面積が、レンズ系４５４、４５８により数倍（例えば、２倍）に拡大される。拡大されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光され、アパーチャアレイ４７６の対応するアパーチャを通過する。アパーチャを通過したレーザ光は、レンズ系４８０、４８２により被露光面５６上に結像される。
【０１２７】
この結像光学系では、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、拡大レンズ４５４、４５８により数倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６が配置されていなければ、図２８（Ｂ）に示すように、被露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳの１画素サイズ（スポットサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きなものとなり、露光エリア４６８の鮮鋭度を表すＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性が低下する。
【０１２８】
一方、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６を配置した場合には、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光される。これにより、図２８（Ｃ）に示すように、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１０μｍ×１０μｍ）に縮小することができ、ＭＴＦ特性の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。なお、露光エリア４６８が傾いているのは、画素間の隙間を無くす為にＤＭＤ５０を傾けて配置しているからである。
【０１２９】
また、マイクロレンズの収差によるビームの太りがあっても、アパーチャによって被露光面５６上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビームを整形することができると共に、各画素に対応して設けられたアパーチャを通過させることにより、隣接する画素間でのクロストークを防止することができる。
【０１３０】
更に、照明装置１４４に上記実施の形態と同様に高輝度光源を使用することにより、レンズ４５８からマイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに入射する光束の角度が小さくなるので、隣接する画素の光束の一部が入射するのを防止することができる。即ち、高消光比を実現することができる。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明の露光ヘッド及び露光装置は、空間光変調素子を備えているが、この空間光変調素子の変調速度を速くして、高速露光を行うことができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る露光装置の外観を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は図４に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った副走査方向の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。
【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図である。
【図９】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａの部分拡大図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置における焦点深度と第１の実施の形態に係る露光装置における焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図である。
【図１７】（Ａ）はＤＭＤの使用領域が適正である場合の側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った副走査方向の断面図である。
【図１８】スキャナによる１回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図である。
【図１９】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の走査で感光材料を露光する露光方式を説明するための平面図である。
【図２０】レーザアレイの構成を示す斜視図である。
【図２１】（Ａ）はマルチキャビティレーザの構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図である。
【図２２】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図２３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図２４】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【図２５】光量分布補正光学系による補正の概念についての説明図である。
【図２６】光源がガウス分布で且つ光量分布の補正を行わない場合の光量分布を示すグラフである。
【図２７】光量分布補正光学系による補正後の光量分布を示すグラフである。
【図２８】（Ａ）は結合光学系の異なる他の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った断面図であり、（Ｂ）はマイクロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影される光像を示す平面図であり、（Ｃ）はマイクロレンズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像を示す平面図である。
【符号の説明】
ＬＤ１〜ＬＤ７ ＧａＮ系半導体レーザ
１０ ヒートブロック
１１〜１７ コリメータレンズ
２０ 集光レンズ
３０ マルチモード光ファイバ
５０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５３ 反射光像（露光ビーム）
５４、５８ レンズ系
５６ 走査面（被露光面）
６４ レーザモジュール
６６ ファイバアレイ光源
６８ レーザ出射部
７３ 組合せレンズ
１５０ 感光材料
１５２ ステージ
１６２ スキャナ
１６６ 露光ヘッド
１６８ 露光エリア
１７０ 露光済み領域
Claims (5)
- 露光面に対して予め定めた第１の方向と交差する第２の方向に相対移動されて前記露光面を帯状に走査露光する露光ヘッドであって、
複数の出射位置の各々から射出されたレーザ光を照射するレーザ装置と、
前記レーザ装置からのレーザ光を平行光にするコリメータレンズと、
基板上に各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数のマイクロミラーが第３の方向に配列されたマイクロミラー列が前記第３の方向と交差する第４の方向に複数配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調するデジタル・マイクロミラー・デバイスであって、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光されると共に、前記第４の方向が前記第２の方向と予め定めた角度をなすように、前記露光面に対し傾斜させて配置されたデジタル・マイクロミラー・デバイスと、
前記コリメータレンズと前記デジタル・マイクロミラー・デバイスとの間に配置され、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が、入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させて、前記コリメータレンズにより平行光化されたレーザ光の光量分布が、前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの被照射面において略均一になるように補正する光量分布補正光学系と、
前記基板上に配列された全部のマイクロミラー列を駆動する場合に比べ前記デジタル・マイクロミラー・デバイスがレーザ光を変調する変調速度が速くなるように、前記全部のマイクロミラー列のうち数分の１単位の一部のマイクロミラー列だけを駆動して、露光情報に応じて生成した制御信号によって駆動対象であるマイクロミラーをオンオフ制御する制御手段と、
前記一部のマイクロミラー列を構成する各マイクロミラーで変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、
を備えた露光ヘッド。 - 前記レーザ光を変調する変調速度がマイクロミラー列数に反比例して速くなるように、前記全部のマイクロミラー列のうち一部のマイクロミラー列だけを駆動する請求項１に記載の露光ヘッド。
- 前記デジタル・マイクロミラー・デバイスの端部に配置された一部のマイクロミラー列だけを駆動する請求項１又は請求項２に記載の露光ヘッド。
- 前記光量分布補正光学系が、下記（１）〜（３）の条件を満たす請求項１から３までの何れか１項に記載の露光ヘッド。
（１）光入射側に配置された回転対称な第１のレンズと、光出射側に配置された回転対称な第２のレンズとを備え、
前記第１のレンズの光入射側の面を第１面とし且つ光出射側の面を第２面とし、前記第２のレンズの光入射側の面を第３面とし且つ光出射側の面を第４面とした場合に、前記第１面及び前記第４面が非球面形状である。
（２）前記第１のレンズ及び前記第２のレンズは、下記表１に示すレンズデータを有する。
（３）前記第１面及び前記第４面は、下記表２に示す非球面データを有する。
Ｚ：光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ρ：光軸からの距離（ｍｍ）
Ｋ：円錐係数
Ｃ：近軸曲率（１／ｒ、ｒ：近軸曲率半径）
ａｉ：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数 - 請求項１から４までの何れか１項に記載の露光ヘッドと、
該露光ヘッドを露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動させる移動手段と、
を備えた露光装置。
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