JP4749682B2 - Exposure equipment - Google Patents
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
本発明は、露光装置に関し、特に、近接場光で高精度にデジタル露光を行う露光装置に関する。 The present invention relates to an exposure apparatus, and more particularly to an exposure apparatus that performs high-precision digital exposure with near-field light.
近年、近接場光(エバネッセント光)を用いて高密度記録や微細加工を行う近接場光ヘッドが種々提案されている。例えば、尖鋭化した光ファイバの先端に微小開口を形成し、他端からレーザ光を導入して、この微小開口から滲み出るエバネッセント光を用いて感光材料を露光する露光ヘッドが提案されている(特許文献1)。この露光ヘッドでは、光ファイバコアが2次元的に配列されており、書き込もうとする情報のビットパターンに応じた位置の光ファイバコアにレーザ光が導入される。また、製造が容易な光ヘッドとして、レンズアレイの光出射側に微小開口を有する遮光膜が設けられた近接場光ヘッドが提案されている(特許文献2)。
しかしながら、特許文献1には、情報のビットパターンに応じた位置の光ファイバコアにレーザ光を導入するための具体的な手段は記載されていない。光ファイバコアの径は数μm程度であり、2次元的に配列された光ファイバコアの各々に高い結合効率でレーザ光を導入することは困難である、という問題がある。 However, Patent Document 1 does not describe specific means for introducing laser light into an optical fiber core at a position corresponding to a bit pattern of information. The diameter of the optical fiber core is about several μm, and there is a problem that it is difficult to introduce laser light with high coupling efficiency into each of the two-dimensionally arranged optical fiber cores.
また、特許文献2にも、レンズアレイにレーザ光を導入するための具体的な手段は記載されていない。この場合も、レンズアレイの各レンズ毎に光軸を一致させてレーザ光を導入するのは難しい。 Also, Patent Document 2 does not describe specific means for introducing laser light into the lens array. In this case as well, it is difficult to introduce the laser light with the optical axis aligned for each lens of the lens array.
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる露光装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an exposure apparatus capable of performing high-precision digital exposure with high light utilization efficiency using near-field light. There is to do.
上記目的を達成するために本発明の第1の露光装置は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が2次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、コア及びクラッドをテーパ状に形成して出射端が数10〜数100nm程度の径に先鋭化された複数の光ファイバの入射端の各々が2次元的に配列されたヘッド部と、を備え、前記複数の光ファイバの出射端の各々から漏れ出す近接場光で感光材料を露光することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first exposure apparatus of the present invention includes a light source that emits a light beam for illumination and a plurality of pixel units each having a light modulation state that changes in accordance with a control signal. A spatial light modulator that modulates a light beam incident on the plurality of pixel units from the light source for each pixel unit, and a plurality of microlenses arranged two-dimensionally at a pitch corresponding to the plurality of pixel units. A microlens array for condensing the light beam modulated by the pixel unit for each microlens, and a core and a clad formed in a taper shape at a pitch corresponding to a condensing position of the plurality of microlenses. and a head portion for each of the incident end is two-dimensionally arranged in a plurality of optical fibers sharpened diameter of several tens to several hundreds of about 100nm is the emission end Te, the exit end of said plurality of optical fibers From each Wherein the exposing the photosensitive material in the near-field light out is.
本発明の第1の露光装置では、光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。 In the first exposure apparatus of the present invention, the light beam incident on the spatial light modulation element from the light source is modulated for each pixel part of the spatial light modulation element, and the light beam modulated by the pixel part is micro-array of the microlens array. Condensed for each lens.
ヘッド部には、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端が2次元的に配列されている。従って、空間光変調素子の画素部毎に変調され、マイクロレンズアレイで集光された光ビームは、ヘッド部に配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射される。複数の光ファイバの出射端は先鋭化されており、この先鋭化された出射端から漏れ出す近接場光で、感光材料が露光される。即ち、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 In the head portion, incident ends of the plurality of optical fibers are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing positions of the plurality of microlenses. Therefore, the light beam modulated for each pixel portion of the spatial light modulator and condensed by the microlens array is efficiently incident on each of the incident ends of the plurality of optical fibers arranged in the head portion. The emission ends of the plurality of optical fibers are sharpened, and the photosensitive material is exposed with near-field light leaking from the sharpened emission ends. That is, using near-field light, high-precision digital exposure can be performed with high light utilization efficiency.
上記の第1の露光装置において、複数の光ファイバの入射端を固定配置すると共に、複数の光ファイバの出射端を移動可能とすることができる。例えば、光ファイバの長さを長くすることで、光ファイバの入射端を固定配置すると共に出射端を移動可能とすることができる。 In the first exposure apparatus, the incident ends of the plurality of optical fibers can be fixedly arranged, and the emission ends of the plurality of optical fibers can be moved. For example, by increasing the length of the optical fiber, the incident end of the optical fiber can be fixedly arranged and the exit end can be moved.
なお、参考例に係る第2の露光装置は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が2次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口の各々が2次元的に配列された遮光膜と、を備え、前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光で感光材料を露光することを特徴とする。 In the second exposure apparatus according to the reference example, a light source that emits a light beam for illumination and a plurality of pixel units each having a light modulation state that changes according to a control signal are two-dimensionally arranged. A spatial light modulation element that modulates the light beam incident on the plurality of pixel units for each pixel unit, and a plurality of microlenses arranged two-dimensionally at a pitch corresponding to the plurality of pixel units, A microlens array for condensing the light beam modulated by the unit for each microlens, and a plurality of microlens arrays at a pitch corresponding to a condensing position of the plurality of microlenses. A light-shielding film in which each of the micro openings is two-dimensionally arranged, and the photosensitive material is exposed with near-field light leaking from each of the plurality of micro openings.
参考例に係る第2の露光装置では、光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。マイクロレンズアレイの光出射面には、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が2次元的に配列された遮光膜が設けられている。従って、空間光変調素子の画素部毎に変調された光ビームは、マイクロレンズの各々に効率良く入射される。 In the second exposure apparatus according to the reference example, the light beam incident on the spatial light modulation element from the light source is modulated for each pixel part of the spatial light modulation element, and the light beam modulated by the pixel part is transmitted from the microlens array. Light is collected for each microlens. The light exit surface of the microlens array is provided with a light-shielding film in which a plurality of minute openings are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of microlenses. Therefore, the light beam modulated for each pixel portion of the spatial light modulator is efficiently incident on each microlens.
マイクロレンズアレイの光出射面には、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が2次元的に配列された遮光膜が設けられている。この複数の微小開口から漏れ出す近接場光で、感光材料が露光される。即ち、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 The light exit surface of the microlens array is provided with a light-shielding film in which a plurality of minute openings are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of microlenses. The photosensitive material is exposed with the near-field light leaking from the plurality of minute openings. That is, using near-field light, high-precision digital exposure can be performed with high light utilization efficiency.
また、参考例に係る第3の露光装置は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が2次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数の第1のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記第1のマイクロレンズ毎に集光する第1のマイクロレンズアレイと、前記複数の第1のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が2次元的に配列された導光部と、前記光ファイバの出射端に対応するピッチで複数の第2のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記光ファイバから出射された光ビームを、前記第2のマイクロレンズ毎に集光する第2のマイクロレンズアレイと、前記第2のマイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数の第2のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口の各々が2次元的に配列された遮光膜と、を備え、前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光で感光材料を露光することを特徴とする。 Further, the third exposure apparatus according to the reference example includes a light source that emits a light beam for illumination and a plurality of pixel units whose light modulation states change according to control signals, which are two-dimensionally arranged, and the light source A spatial light modulation element that modulates the light beam incident on the plurality of pixel units for each pixel unit, and a plurality of first microlenses are arranged two-dimensionally at a pitch corresponding to the plurality of pixel units. A first microlens array for condensing the light beam modulated by the pixel unit for each of the first microlenses, and a plurality of light beams at a pitch corresponding to a condensing position of the plurality of first microlenses. A light guide unit in which incident ends of the optical fiber are two-dimensionally arranged, and a plurality of second microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the outgoing end of the optical fiber, and are emitted from the optical fiber. Said light beam A second microlens array for condensing each of the two microlenses, and a plurality of microlenses at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of second microlenses, provided on the light exit surface of the second microlens array. And a light-shielding film in which each of the minute openings is two-dimensionally arranged, and the photosensitive material is exposed with near-field light leaking from each of the plurality of minute openings.
参考例に係る第3の露光装置では、光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、第1のマイクロレンズアレイの第1のマイクロレンズ毎に集光される。導光部には、複数の第1のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端の各々が2次元的に配列されており、空間光変調素子の画素部毎に変調され、第1のマイクロレンズアレイで集光された光ビームは、導光部に配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射され導光される。 In the third exposure apparatus according to the reference example, the light beam incident on the spatial light modulation element from the light source is modulated for each pixel part of the spatial light modulation element, and the light beam modulated by the pixel part is The light is collected for each first microlens of the lens array. In the light guide section, each of the incident ends of the plurality of optical fibers is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of first microlenses. The light beam modulated by the first microlens array and efficiently incident on each of the incident ends of the plurality of optical fibers arranged in the light guide is guided.
第2のマイクロレンズアレイには、光ファイバの出射端に対応するピッチで複数の第2のマイクロレンズが2次元的に配列されており、導光部により導光された光ビームは、第2のマイクロレンズアレイの第2のマイクロレンズ毎に集光される。従って、光ビームは、第2のマイクロレンズの各々に効率良く入射される。第2のマイクロレンズアレイの光出射面には、複数の第2のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口の各々が2次元的に配列された遮光膜が設けられている。この複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光で、感光材料が露光される。即ち、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 In the second microlens array, a plurality of second microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the emission end of the optical fiber, and the light beam guided by the light guide unit is the second one. The light is condensed for each second microlens of the microlens array. Accordingly, the light beam is efficiently incident on each of the second microlenses. The light exit surface of the second microlens array is provided with a light-shielding film in which each of a plurality of minute openings is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of second microlenses. . The photosensitive material is exposed with near-field light leaking from each of the plurality of minute openings. That is, using near-field light, high-precision digital exposure can be performed with high light utilization efficiency.
上記目的を達成するために本発明の第4の露光装置は、照明用の光ビームを出射する光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が2次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数の第1のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記第1のマイクロレンズ毎に集光する第1のマイクロレンズアレイと、前記複数の第1のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の光ファイバの入射端の各々が2次元的に配列された導光部と、前記光ファイバの出射端に対応するピッチで複数の第2のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記光ファイバから出射された光ビームを、前記第2のマイクロレンズ毎に集光する第2のマイクロレンズアレイと、前記複数の第2のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の第3のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記第2のマイクロレンズアレイから入射した各光ビームを、前記第3のマイクロレンズ毎に集光する第3のマイクロレンズアレイと、前記第3のマイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数の第3のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口の各々が2次元的に配列された遮光膜と、を備え、前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光で感光材料を露光することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fourth exposure apparatus of the present invention includes a light source that emits a light beam for illumination and a plurality of pixel units each having a light modulation state that changes in accordance with a control signal. A spatial light modulator that modulates a light beam incident on the plurality of pixel units from the light source for each pixel unit, and a plurality of first microlenses at a pitch corresponding to the plurality of pixel units. Corresponding to the first microlens array for condensing the light beam modulated by the pixel unit for each of the first microlenses and the condensing positions of the plurality of first microlenses. A light guide unit in which each of the incident ends of the plurality of optical fibers is arranged two-dimensionally at a pitch, and a plurality of second microlenses are arranged two-dimensionally at a pitch corresponding to the emission end of the optical fiber, Emitted from the optical fiber A second microlens array that collects the light beam for each of the second microlenses, and a plurality of third microlenses at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of second microlenses. A third microlens array that condenses each of the light beams incident in the second microlens array, which is dimensionally arranged, for each of the third microlenses, and the light emission of the third microlens array. Each of the plurality of micro openings is provided with a light-shielding film provided on a surface and in which each of the plurality of micro openings is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to a condensing position of the plurality of third micro lenses. The photosensitive material is exposed with near-field light leaking from the surface.
本発明の第4の露光装置では、光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、第1のマイクロレ
ンズアレイの第1のマイクロレンズ毎に集光される。導光部には、複数の第1のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端の各々が2次元的に配列されており、空間光変調素子の画素部毎に変調され、第1のマイクロレンズアレイで集光された光ビームは、導光部に配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射され導光される。
In the fourth exposure apparatus of the present invention, the light beam incident on the spatial light modulation element from the light source is modulated for each pixel portion of the spatial light modulation element, and the light beam modulated by the pixel portion is the first microlens. Light is collected for each first microlens of the array. In the light guide section, each of the incident ends of the plurality of optical fibers is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of first microlenses. The light beam modulated by the first microlens array and efficiently incident on each of the incident ends of the plurality of optical fibers arranged in the light guide is guided.
第2のマイクロレンズアレイには、光ファイバの出射端に対応するピッチで複数の第2のマイクロレンズが2次元的に配列されており、導光部により導光された光ビームは、第2のマイクロレンズアレイの第2のマイクロレンズ毎に集光される。従って、光ビームは、第2のマイクロレンズの各々に効率良く入射される。 In the second microlens array, a plurality of second microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the emission end of the optical fiber, and the light beam guided by the light guide unit is the second one. The light is condensed for each second microlens of the microlens array. Accordingly, the light beam is efficiently incident on each of the second microlenses.
また、第3のマイクロレンズアレイには、複数の第2のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の第3のマイクロレンズが2次元的に配列されており、第2のマイクロレンズ毎に集光された光ビームは、第3のマイクロレンズアレイの第3のマイクロレンズ毎に集光される。従って、光ビームは、第3のマイクロレンズの各々に効率良く入射される。 In the third microlens array, a plurality of third microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of second microlenses. The light beam condensed on the third microlens array is collected for each third microlens of the third microlens array. Therefore, the light beam is efficiently incident on each of the third microlenses.
第3のマイクロレンズアレイの光出射面には、複数の第3のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口の各々が2次元的に配列された遮光膜が設けられている。この複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光で、感光材料が露光される。即ち、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 The light exit surface of the third microlens array is provided with a light-shielding film in which each of the plurality of minute openings is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of third microlenses. . The photosensitive material is exposed with near-field light leaking from each of the plurality of minute openings. That is, using near-field light, high-precision digital exposure can be performed with high light utilization efficiency.
本発明の露光装置によれば、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる、という効果が得られる。 According to the exposure apparatus of the present invention, there is an effect that digital exposure can be performed with high light utilization efficiency and high accuracy using near-field light.
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。
[第1の実施の形態]
(露光装置の概略構成)
第1の実施の形態に係る露光装置は、図1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)110を備えている。このDMD110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、DMD110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。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、DMD110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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
(Schematic configuration of exposure apparatus)
As shown in FIG. 1, the exposure apparatus according to the first embodiment uses a digital micromirror device (DMD) as a spatial light modulation element that modulates an incident light beam for each pixel in accordance with image data. 110 is provided. The
DMD110の光入射側には、光ファイバの出射端部(発光点)が所定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112、ファイバアレイ光源112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114、レンズ系114を透過したレーザ光をDMD110に向けて反射するミラー122、124がこの順に配置されている。
On the light incident side of the
レンズ系114は、ファイバアレイ光源112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116、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ロッドインテグレータ118、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120で構成されている。ロッドインテグレータ118は、インテグレータ内を光が全反射しながら導光して行くので、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正することができる。
The
また、DMD110の光反射側には、DMD110で反射されたDMD像を拡大する拡大レンズ系126,128が配置されている。拡大レンズ系126,128でDMD像が結像される位置には、マイクロレンズがDMDの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ130が配置されている。そして、マイクロレンズアレイ130の光出射側には、近接場アレイヘッド132が配置されている。近接場アレイヘッド132は、感光材料134を近接場光で露光するように、感光材料134の表面に近接配置される。
Further, on the light reflection side of the
近接場アレイヘッド132は、図2に示すように、コア140及びクラッド142を備えた複数の光ファイバ136が、束ねられて構成されている。光ファイバ136の入射端では、コア140は、マイクロレンズアレイ130の集光位置に対応してマトリクス状に配列されている。光ファイバ136の出射側の端部138は、数10〜数100nm程度の径に尖鋭化され、その先端に微小開口が形成されている。光ファイバ136の他端からレーザ光を導入すると、この微小開口からエバネッセント光が滲み出してくる。
As shown in FIG. 2, the near-
なお、図2では、28本の光ファイバ136が束ねられ、そのコア140が4行7列のマトリクス状に配列されている例を示すが、実際には、マイクロレンズアレイ130に配列されたマイクロレンズと同数の光ファイバ136が束ねられて、近接場アレイヘッド132が構成される。
FIG. 2 shows an example in which 28
DMD110は、図3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。
As shown in FIG. 3, the
DMD110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DMD110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4(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4(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、DMD110の各ピクセルにおけるマイクロミラー62の傾きを、図3に示すように制御することによって、DMD110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。
When a digital signal is written in the
なお、図3には、DMD110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、DMD110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。
FIG. 3 shows an example of a state in which a part of the
ファイバアレイ光源112は、図5(A)に示すように、複数(図では25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5(B)に示すように、光ファイバ31の出射端部(発光点)が所定方向に沿って複数列(図では3列)配列されてレーザ出射部68が構成されている。
As shown in FIG. 5A, the fiber array
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=50μm、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=50μm、NA=0.2である。
The multimode
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。
However, the cladding diameter of the
レーザモジュール64は、図10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、照射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。
The
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。なお、好適な波長範囲については後述する。 The GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 all have the same oscillation wavelength (for example, 405 nm), and the maximum output is also all the same (for example, 100 mW for the multimode laser and 30 mW for the single mode laser). As the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7, lasers having an oscillation wavelength other than the above 405 nm in a wavelength range of 350 nm to 450 nm may be used. A suitable wavelength range will be described later.
上記の合波レーザ光源は、図11及び図12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。
As shown in FIGS. 11 and 12, the combined laser light source is housed in a box-shaped
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。
A
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。
Further, a
なお、図12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。
In FIG. 12, in order to avoid complication of the figure, only the GaN semiconductor laser LD7 is numbered among the plurality of GaN semiconductor lasers, and only the
図13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13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。
FIG. 13 shows the front shape of the mounting portion of the collimator lenses 11-17. Each of the
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。 On the other hand, each of the GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 includes an active layer having a light emission width of 2 μm, and each of the laser beams B1 in a state parallel to the active layer and a divergence angle in a direction perpendicular to the active layer, for example, 10 ° and 30 °. A laser emitting ~ B7 is used. These GaN-based semiconductor lasers LD1 to LD7 are arranged so that the light emitting points are arranged in a line in a direction parallel to the active layer.
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。
Accordingly, in the laser beams B1 to B7 emitted from the respective light emitting points, the direction in which the divergence angle is large coincides with the length direction and the divergence angle is small with respect to the
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。
The condensing
このように構成されたファイバアレイ光源66では、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。
In the fiber
このコリメータレンズ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。
The
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(シングルモードレーザを使用する場合)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、25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4.5W(=180mW×25)である。
In each laser module, when the coupling efficiency of the laser beams B1 to B7 to the multimode
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。本実施の形態の露光装置では、ファイバアレイ光源112の発光領域の径が小さいので、レンズ系114を通過してDMD110へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として近接場アレイヘッド132に入射する光束の角度が小さくなる。即ち、近接場アレイヘッド132に十分小さなスポット径にて集光でき且つ焦点深度を深くすることができるので、近接場アレイヘッド132に高効率の光結合ができる。
In the
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でき、約4.5W(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225本(15×15)束ねなければならず、発光領域の面積は3.6mm2(1.9mm×1.9mm)であるから、レーザ出射部68での輝度は1.25(W/mm2)、光ファイバ1本当りの輝度は10(W/mm2)である。
For example, in a conventional fiber light source in which a semiconductor laser and an optical fiber are coupled on a one-to-one basis, a laser having an output of about 30 mW (milliwatt) is usually used as the semiconductor laser, and the core diameter is 50 μm and the cladding diameter is 125 μm. If a multimode optical fiber with a numerical aperture (NA) of 0.2 can be used and an output of about 4.5 W (watts) is to be obtained, 225 (15 × 15) multimode optical fibers must be bundled. Since the area of the light emitting region is 3.6 mm 2 (1.9 mm × 1.9 mm), the luminance at the
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25本で約4.5W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0.2mm2(0.18mm×1.13mm)であるから、レーザ出射部68での輝度は22.5(W/mm2)となり、従来に比べ約18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(W/mm2)であり、従来に比べ約9倍の高輝度化を図ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, an output of about 4.5 W can be obtained with 25 multimode optical fibers, and the area of the light emitting region at the
合波レーザ光源を構成する半導体レーザとしては、400nm近傍の発振波長を有する青色レーザが好適である。青色レーザを用いた方が、マイクロレンズアレイ130の集光ビームを絞ることができる。その結果、アレイヘッドに高効率で光結合することができ、高強度の光をアレイヘッドに供給することができる。また、1000万画素もの近接場アレイヘッドになっても、マイクロレンズアレイの集光ビームを絞ることができ、且つ高強度の光をアレイヘッドに導入することができることから、1画素の光強度も十分に実用的な値にすることができる。
As a semiconductor laser constituting the combined laser light source, a blue laser having an oscillation wavelength near 400 nm is suitable. When the blue laser is used, the condensed beam of the
なお、上記ではシングルモードレーザからの光を合波する例を示したが、マルチモードの高出力レーザ(例えば、200mW)からの光を合波し結合することで、より高輝度な光源出力を得ることも可能である。例えば、マルチモードレーザの各出力が200mW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1W(=200mW×0.85×6)の合波レーザビームBを得ることができる。従って、5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5W(=1W×5)である。
In addition, although the example which combines the light from a single mode laser was shown above, the light source output with higher brightness can be obtained by combining and combining light from a multi-mode high-power laser (for example, 200 mW). It is also possible to obtain. For example, when each output of the multimode laser is 200 mW, a combined laser beam B having an output of 1 W (= 200 mW × 0.85 × 6) can be obtained for each of the
また、これまでは、複数の半導体レーザを合波する場合について説明してきたが、合波せずに、半導体レーザと光ファイバとを1対1で結合し、先端のファイバーに、合波した場合と同様にクラッド径が小さい(例えば、クラッド径60μmでコア径を同等とする)光ファイバを結合してもよい。特にこの場合は、半導体レーザとしてマルチモードの高出力レーザ(200mW)を用いることが好ましく、このような高出力レーザを用いることで、高輝度な光源を得ることができる。この場合の輝度は、半導体レーザと光ファイバとを1対1で結合した構造に対して、発光面積を1/4にできるので4倍の輝度を実現できる。 In addition, the case where a plurality of semiconductor lasers are combined has been described so far, but the case where a semiconductor laser and an optical fiber are coupled one-to-one without being combined and combined with a fiber at the tip. Similarly, an optical fiber having a small clad diameter (for example, a clad diameter of 60 μm and an equivalent core diameter) may be coupled. Particularly in this case, it is preferable to use a multimode high-power laser (200 mW) as the semiconductor laser, and a high-intensity light source can be obtained by using such a high-power laser. In this case, the luminance can be reduced by a factor of 4 with respect to the structure in which the semiconductor laser and the optical fiber are coupled on a one-to-one basis.
(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。この露光装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、コントローラは入力された画像データに基づいてDMD110の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成し、生成した制御信号に基づいてDMD110の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。
(Exposure device operation)
Next, the operation of the exposure apparatus will be described. In this exposure apparatus, when image data is input to a controller (not shown), the controller generates a control signal for driving and controlling each micromirror of the
光源112からレンズ系114を介してDMD110に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系126,128により拡大される。拡大レンズ系126,128により拡大された光は、マイクロレンズアレイ130に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
The illumination light emitted from the
マイクロレンズアレイ130で集光された光は、近接場アレイヘッド132にマトリクス状に配列された対応するコア140に入射され、光ファイバ136内を導光する。マイクロレンズアレイ130で集光された光を、マイクロレンズに対応するコア140に入射させるので、効率良く入射することができる。また、上述した通り、近接場アレイヘッド132に入射する光ビームの集光スポットを小さくすることができ且つ焦点深度を深くすることで、蹴られが減少し結合効率が高くなる。そして、光ファイバ136の出射側の端部138に形成された微小開口からは、エバネッセント光が滲み出し、このエバネッセント光で感光材料134が露光される。
The light collected by the
マイクロレンズアレイ130により集光される光ビームのビーム径は、光ファイバ136のコア140の径と同じ大きさとすることが好ましい。同じ大きさとすることで、光ビームの光ファイバ136への結合効率が高くなる。例えば、4μmのコア径のシングルモードファイバを用いる場合には、高結合効率を実現するために、集光ビームと光ファイバのビーム径を一致させ、モードマッチングを図るために、集光される光ビームのビーム径も4μmとする。
The beam diameter of the light beam collected by the
以上説明した通り、本実施の形態の露光装置では、DMDの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、マイクロレンズアレイに配列されたマイクロレンズに対応させて、近接場アレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、DMDで変調されマイクロレンズで集光された光を、対応する光ファイバコアに効率良く入射させることができる。即ち、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 As described above, in the exposure apparatus of the present embodiment, the microlens of the microlens array is arranged corresponding to each pixel portion of the DMD, and the microlens arranged in the microlens array is arranged close to the microlens array. Since the optical fiber cores of the field array head are arranged, the light modulated by the DMD and collected by the microlens can be efficiently incident on the corresponding optical fiber core. That is, using near-field light, high-precision digital exposure can be performed with high light utilization efficiency.
特に、本実施の形態では、高輝度光源を用いているので、近接場アレイヘッドに入射する光ビームの焦点深度を深くすることができる。これにより、光ファイバコアでの蹴られが減少し、更に結合効率が高くなる。 In particular, in this embodiment, since a high-intensity light source is used, the depth of focus of the light beam incident on the near-field array head can be increased. This reduces kicking at the optical fiber core and further increases the coupling efficiency.
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態に係る露光装置は、図6に示すように、近接場アレイヘッドの光ファイバの長さを長くした以外は、第1の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
The exposure apparatus according to the second embodiment has the same configuration as the first embodiment except that the length of the optical fiber of the near-field array head is increased as shown in FIG. Parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
近接場アレイヘッド132Aは、光ファイバ136よりも長い光ファイバ136Aを用いた以外は、図2に示す近接場アレイヘッド132と同様に、コア140、クラッド142、及び微小開口が形成される尖鋭化された出射側の端部138を備えて構成されている。光ファイバ136Aの入射端は、マイクロレンズアレイ130の集光位置に対応してコア140がマトリクス状に配列されるように、所定位置に固定配置されている。一方、微小開口が設けられた光ファイバ136Aの出射側の端部138は、感光材料134の表面に近接配置されると共に、感光材料134の表面に沿って移動可能に構成されている。
The near-
この露光装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてDMD110の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源112からレンズ系114を介してDMD110に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系126,128により拡大されて、マイクロレンズアレイ130に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
In this exposure apparatus, when image data is input to a controller (not shown), the angle of the reflection surface of each micromirror of the
マイクロレンズアレイ130で集光された光は、近接場アレイヘッド132Aにマトリクス状に配列された対応するコアに入射され、光ファイバ136A内を導光する。そして、光ファイバ136Aの出射側の端部に形成された微小開口からは、エバネッセント光が滲み出し、このエバネッセント光で感光材料134が露光される。
The light collected by the
以上説明した通り、本実施の形態では、近接場アレイヘッドの入射端が所定位置に固定配置されているので、第1の実施の形態と同様に、DMDで変調されマイクロレンズで集光された光を、対応する光ファイバコアに効率良く入射させることができる。即ち、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。また、長い光ファイバを備えた近接場アレイヘッドを用いているので、近接場アレイヘッドの出射端の空間的自由度を向上させることができ、且つ近接場アレイヘッド部を軽量化することができる。また、近接場アレイヘッドをnmの超高精度で位置決めすることやnmの超高精度で感光材料の表面とのギャップの細かい制御も容易に実現できる。更に、超高精度で感光材料の表面に沿って近接場アレイヘッドを自由に移動させることができる。 As described above, in the present embodiment, since the incident end of the near-field array head is fixedly arranged at a predetermined position, as in the first embodiment, it is modulated by DMD and condensed by a microlens. Light can be efficiently incident on the corresponding optical fiber core. That is, using near-field light, high-precision digital exposure can be performed with high light utilization efficiency. Further, since the near-field array head having a long optical fiber is used, the spatial freedom of the output end of the near-field array head can be improved, and the near-field array head can be reduced in weight. . Further, the near-field array head can be positioned with ultra-high accuracy of nm, and fine control of the gap with the surface of the photosensitive material can be easily realized with ultra-high accuracy of nm. Furthermore, the near-field array head can be freely moved along the surface of the photosensitive material with ultrahigh accuracy.
[第3の実施の形態(参考例)]
参考例に係る露光装置は、図7に示すように、マイクロレンズアレイに遮光膜と微小開口とが設けられた近接場アレイヘッドを用いた以外は、第1の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Third embodiment (reference example) ]
As shown in FIG. 7, the exposure apparatus according to the reference example has the same configuration as that of the first embodiment except that a near-field array head in which a light-shielding film and a minute opening are provided in a microlens array is used. Therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
近接場アレイヘッド144は、拡大レンズ系126,128でDMD像が結像される位置に配置されると共に、感光材料134の表面に近接配置される。また、近接場アレイヘッド144は、図8(A)及び(B)に示すように、マイクロレンズがDMDの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ146を備えている。マイクロレンズアレイ146の光出射側の表面には、遮光膜148が設けられ、遮光膜148の各マイクロレンズの集光位置には、微小開口150が設けられている。微小開口150の径は、略100nm程度である。マイクロレンズアレイ146にレーザ光を入射させると、この微小開口からエバネッセント光が滲み出してくる。
The near-
この近接場アレイヘッド144は、マイクロレンズアレイ146の光出射面にアルミニウム等の金属薄膜を蒸着して遮光膜148を形成し、マイクロレンズに高出力レーザ光を入射させて焦点位置に微小開口150を形成することにより、簡単に作製することができる。
The near-
この露光装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてDMD110の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源112からレンズ系114を介してDMD110に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系126,128により拡大されて、近接場アレイヘッド144のマイクロレンズアレイ146に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。マイクロレンズアレイ146に入射された光は、遮光膜148に形成された微小開口150の近傍に集光される。微小開口150からは、エバネッセント光が滲み出し、このエバネッセント光で感光材料134が露光される。
In this exposure apparatus, when image data is input to a controller (not shown), the angle of the reflection surface of each micromirror of the
以上説明した通り、本実施の形態の露光装置では、DMDの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、このマイクロレンズアレイを近接場アレイヘッドの一部として用いているため、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 As described above, in the exposure apparatus according to the present embodiment, the microlens of the microlens array is arranged corresponding to each pixel portion of the DMD, and this microlens array is used as a part of the near field array head. Therefore, digital exposure can be performed with high accuracy and high light utilization efficiency using near-field light.
また、ファイバーを用いた近接場アレイヘッドに代えて、半導体プロセスを用いて作製可能なマイクロレンズアレイで構成された近接場アレイヘッドを用いているので、その画素ピッチをより高精度で細かくできる。その結果、アレイ数を100万画素、1000万画素と増やすことも容易にでき、より高解像度の近接場アレイヘッドを実現できる。更に、半導体プロセスを用いることができるので、構成が簡単で部品点数の少ない、量産性に優れた近接場アレイヘッドを実現することができる。 Further, since the near-field array head composed of a microlens array that can be manufactured using a semiconductor process is used instead of the near-field array head using fibers, the pixel pitch can be made finer with higher accuracy. As a result, the number of arrays can be easily increased to 1 million pixels and 10 million pixels, and a near-field array head with higher resolution can be realized. Furthermore, since a semiconductor process can be used, it is possible to realize a near-field array head having a simple configuration, a small number of parts, and excellent mass productivity.
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態に係る露光装置は、図9に示すように、長い光ファイバを導光させた光を、マイクロレンズアレイに遮光膜と微小開口とが設けられた近接場アレイヘッドに入射させる構成とした以外は、第1の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
In the exposure apparatus according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, light guided through a long optical fiber is incident on a near-field array head in which a microlens array is provided with a light-shielding film and a minute aperture. Since it is the same structure as 1st Embodiment except having set it as the structure made to carry out, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
マイクロレンズアレイ130の光出射側には、複数の光ファイバが束ねられて構成された導光部152が設けられている。導光部152の入射端では、光ファイバのコアは、マイクロレンズアレイ130の各マイクロレンズの集光位置に対応してマトリクス状に配列されている。導光部152の光出射側には、マイクロレンズアレイ154が配置されている。
On the light emitting side of the
導光部152の入射端は、マイクロレンズアレイ130の集光位置に対応してコアがマトリクス状に配列されるように、所定位置に固定配置されている。一方、導光部152の出射端は、移動可能に構成されている。
The incident end of the
マイクロレンズアレイ154の各マイクロレンズは、導光部152の出射端の光ファイバのコアに対応してマトリクス状に配列されている。マイクロレンズアレイ154でDMD像が結像される位置には、図8(A)及び(B)に示す近接場アレイヘッド144が配置されている。
Each microlens of the
この露光装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてDMD110の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源112からレンズ系114を介してDMD110に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系126,128により拡大されて、マイクロレンズアレイ130に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
In this exposure apparatus, when image data is input to a controller (not shown), the angle of the reflection surface of each micromirror of the
マイクロレンズアレイ130で集光された光は、導光部152を構成する光ファイバに入射され、光ファイバ内を導光して出射される。導光部152より出射された光は、マイクロレンズアレイ154の各マイクロレンズにより集光され、近接場アレイヘッド144のマイクロレンズアレイ146に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。マイクロレンズアレイ146に入射された光は、遮光膜148に形成された微小開口150の近傍に集光される。微小開口150からは、エバネッセント光が滲み出し、このエバネッセント光で感光材料134が露光される。特に、マイクロレンズアレイ146のピッチを小さくした場合は、導光ファイバのクラッド径を10μm程度にして細径化を図り、高密度化することが可能である。
The light collected by the
以上説明した通り、本実施の形態の露光装置では、DMDの各画素部に対応させて第1のマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、各マイクロレンズの集光ビームをファイバーバンドルに導光し、集光ビームに対応させてマイクロレンズが配置された第2のマイクロレンズアレイにより近接場アレイヘッドヘ入射させ、第3のマイクロレンズアレイを近接場アレイヘッドとして用いているため、近接場光を用いて、高い光利用効率で、高精度にデジタル露光を行うことができる。 As described above, in the exposure apparatus of the present embodiment, the microlenses of the first microlens array are arranged corresponding to each pixel portion of the DMD, and the condensed beam of each microlens is guided to the fiber bundle. Since the third microlens array is used as the near field array head by the second microlens array in which the microlens is arranged corresponding to the focused beam, and the third microlens array is used as the nearfield array head, the nearfield light is It is possible to perform high-precision digital exposure with high light utilization efficiency.
本実施形態では、第2のマイクロレンズアレイにより集光された光を、集光位置近傍に遮光膜及び微小開口が設けられた第3のマイクロレンズアレイにより構成される近接場アレイヘッドヘ入射し、近接場アレイヘッドから凄み出したエバネッセント光により露光する構成であるが、第2のマイクロレンズアレイに前記遮光膜及び微小開口を設け、第2のマイクロレンズアレイを近接場アレイヘッドとして用いた構成としても良い。 In this embodiment, the light condensed by the second microlens array is incident on the near-field array head constituted by the third microlens array provided with the light shielding film and the minute aperture in the vicinity of the condensing position. The exposure is performed with evanescent light that is brilliantly projected from the field array head, but the second microlens array may be provided with the light-shielding film and the minute aperture, and the second microlens array may be used as a near field array head. good.
また、長い光ファイバを備えた近接場アレイヘッドを用いているので、近接場アレイヘッドの出射端の空間的自由度を向上させることができ、且つ近接場アレイヘッド部を軽量化することができる。また、近接場アレイヘッドをnmの超高精度で位置決めすることやnmの超高精度で感光材料の表面とのギャップの細かい制御も容易に実現できる。更に、超高精度で感光材料の表面に沿って近接場アレイヘッドを自由に移動させることができる。 Further, since the near-field array head having a long optical fiber is used, the spatial freedom of the output end of the near-field array head can be improved, and the near-field array head can be reduced in weight. . Further, the near-field array head can be positioned with ultra-high accuracy of nm, and fine control of the gap with the surface of the photosensitive material can be easily realized with ultra-high accuracy of nm. Furthermore, the near-field array head can be freely moved along the surface of the photosensitive material with ultrahigh accuracy.
また、ファイバーを用いた近接場アレイヘッドに代えて、半導体プロセスを用いて作製可能なマイクロレンズアレイで構成された近接場アレイヘッドを用いているので、その画素ピッチをより高精度で細かくできる。その結果、アレイ数を100万画素、1000万画素と増やすことも容易にでき、より高解像度の近接場アレイヘッドを実現できる。更に、半導体プロセスを用いることができるので、構成が簡単で部品点数の少ない、量産性に優れた近接場アレイヘッドを実現することができる。 Further, since the near-field array head composed of a microlens array that can be manufactured using a semiconductor process is used instead of the near-field array head using fibers, the pixel pitch can be made finer with higher accuracy. As a result, the number of arrays can be easily increased to 1 million pixels and 10 million pixels, and a near-field array head with higher resolution can be realized. Furthermore, since a semiconductor process can be used, it is possible to realize a near-field array head having a simple configuration, a small number of parts, and excellent mass productivity.
110 デジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)
112 ファイバアレイ光源
114 レンズ系
126,128 拡大レンズ系
130,154 マイクロレンズアレイ
132,132A,144 近接場アレイヘッド
134 感光材料
136,136A 光ファイバ
138 端部
140 コア
142 クラッド
146 マイクロレンズアレイ
148 遮光膜
150 微小開口
152 導光部
110 Digital Micromirror Device (DMD)
112 Fiber array
Claims (4)
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が2次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、
前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、コア及びクラッドをテーパ状に形成して出射端が数10〜数100nm程度の径に先鋭化された複数の光ファイバの入射端の各々が2次元的に配列されたヘッド部と、
を備え、
前記複数の光ファイバの出射端の各々から漏れ出す近接場光で感光材料を露光する露光装置。 A light source that emits a light beam for illumination;
A spatial light modulation element that two-dimensionally arranges a plurality of pixel portions whose light modulation states change according to each control signal and modulates a light beam incident on the plurality of pixel portions from the light source for each pixel portion When,
A microlens array in which a plurality of microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the plurality of pixel portions, and a light beam modulated by the pixel portions is collected for each microlens;
Each of the incident ends of a plurality of optical fibers each having a core and a clad formed in a taper shape at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of microlenses and having an emission end sharpened to a diameter of about several tens to several hundreds of nanometers Are two-dimensionally arranged head parts;
With
An exposure apparatus that exposes a photosensitive material with near-field light leaking from each of emission ends of the plurality of optical fibers.
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が2次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数の第1のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記第1のマイクロレンズ毎に集光する第1のマイクロレンズアレイと、
前記複数の第1のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の光ファイバの入射端の各々が2次元的に配列された導光部と、
前記光ファイバの出射端に対応するピッチで複数の第2のマイクロレンズが2次元的に配列され、前記光ファイバから出射された光ビームを、前記第2のマイクロレンズ毎に集光する第2のマイクロレンズアレイと、
前記複数の第2のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の第3のマイクロ
レンズが2次元的に配列され、前記第2のマイクロレンズアレイから入射した各光ビーム
を、前記第3のマイクロレンズ毎に集光する第3のマイクロレンズアレイと、
前記第3のマイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数の第3のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口の各々が2次元的に配列された遮光膜と、
を備え、
前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光で感光材料を露光する露光装置。 A light source that emits a light beam for illumination;
A spatial light modulation element that two-dimensionally arranges a plurality of pixel portions whose light modulation states change according to each control signal and modulates a light beam incident on the plurality of pixel portions from the light source for each pixel portion When,
A plurality of first microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the plurality of pixel portions, and a light beam modulated by the pixel portions is collected for each of the first microlenses. A microlens array;
A light guide unit in which each of incident ends of a plurality of optical fibers is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to a condensing position of the plurality of first microlenses;
A plurality of second microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the output end of the optical fiber, and a second light beam that is emitted from the optical fiber is collected for each second microlens. A microlens array of
A plurality of third microlenses are two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the condensing position of the plurality of second microlenses, and each light beam incident from the second microlens array is changed to the third microlens array. A third microlens array that collects light for each microlens,
A light-shielding film that is provided on the light exit surface of the third microlens array and in which each of the plurality of microscopic apertures is two-dimensionally arranged at a pitch corresponding to the light collection position of the plurality of third microlenses
With
An exposure apparatus that exposes a photosensitive material with near-field light leaking from each of the plurality of minute openings.
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