TWI258601B - Exposure head and exposure device - Google Patents

Description

1258 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 明係有關曝光頭及曝光裝置，特別是有關因應畫像資 料Ά由空間光調變元件所調變的光束將感光材料曝光的曝光 頭、及具備有其曝光頭的曝光裝置。 【先前技術】 Μ往係提案有種種利用數位微鏡裝置（DMD )等之空間光 調變元件，以因應畫像資料所調變的光束來執行畫像曝光的 曝光裝置。 例如，DMD係把因應控制信號而反射面之角度會變化之多 數個微鏡被2維狀地配列在矽等之半導體基板上之鏡裝置， 使用有此DMD的曝光裝置如第15 ( A )圖所示，係由照射雷 射光之光源1，將由光源1所照射的雷射光予以准直的透鏡系 2,以及使配置在透鏡系2的略焦點位置的DMD3，DMD3所反 射的雷射光在掃描面5上成像的透鏡系4,6所構成。 在上述曝光裝置中，依據因應畫像資料等所生成的控制信 號，以未圖示的控制裝置將DMD3之微鏡各自作開啓、關閉 控制以調變雷射光，再以被調變的雷射光來執行畫像曝光。 【發明所欲解決之課題】 然而，通常被使用的DMD係構成爲在基板上之主掃描方向約 800個，副掃描方向約600個之微鏡以2維狀配列，而在相當 於1畫素的1個微鏡調變雷射光需要100〜200 // sec的時間。 爲此，例如，使配列在主掃描方向之複數個曝光頭在副掃描 方向連續地移動，且每1主掃描線以200 μ sec調變，在其間使 曝光頭在副掃描方向移動2 // m時，將5 00mm2的區域曝光需 要50秒左右的時間。亦即，由於DMD調變速度慢，所以使

I258p|y/a|J 用DMD作爲空間調變元件的曝光頭係具有難以高速曝光的 問題。 【發明内容】 本發明係爲解決上述問題而成者，本發明之目的爲提供一 、 加快空間光調變元件之調變速度且可高速曝光的曝光頭及曝 光裝置。 【發明用以解決課題之手段】 爲達成上述目的，本發明的曝光頭係相對於曝光面而在與指 定方向交叉的方向上相對移動，其特徵係包含如下之構成： φ 照射雷射光之雷射裝置；空間光調變元件，在基板上以2維 狀配列有因應各個控制信號而變化光調變狀態之多數個畫素 部，用以調變由該雷射裝置所照射的雷射光；控制手段，利用 對應曝光資訊所生成之控制信號，控制比配列在該基板上之 ‘ 畫素部的全部個數還少個數之複數個畫素部；以及使在各畫 t 素部調變之雷射光成像於曝光面之光學系統。 又，本發明之曝光裝置的特徵爲具備有本發明的曝光頭、 以及使該曝光頭相對於曝光面，在與指定方向交叉的方向相 對移動的移動手段。此曝光裝置係也可構成爲具備有複數個 ® 曝光頭的多頭式曝光裝置。 、 本發明之曝光頭及曝光裝置係有關空間光調變元件，利用 對應曝光資訊所生成之控制信號，控制比配列在其基板上之 畫素部之全部個數還少個數之複數個畫素部各自。亦即，並 非控制配列在基板之全部的畫素部，係控制一部分的畫素 部。因此，要控制的畫素部之個數變少，控制信號的轉送速度 係比要轉送全部畫素部的控制信號之場合變還短。依此，可 使雷射光的調變速度加快，使高速曝光成爲可能。 -7- 125 細 Atf! 拥无 丨 | _ _i_ I」 上述的曝光頭係對曝光面以與指定方向交叉的方向 動，但是由該控制手段所控制的畫素部係，對應該指定 方向的長度爲包含在較與該指定方向交叉之方向的長 的區域之畫素部者爲佳。因爲在與曝光頭的移動方向 描方向）交叉的方向使用長區域的畫素部，所以可減 用的曝光頭數目。 在上述的曝光頭中，該雷射裝置係具備有把由光纖 被入射的雷射光由其出射端出射之複數光纖光源，能 該複數光纖光源之出射端的發光點各自作陣列狀配列 光源或束狀配列的光纖束光源來構成。以該光纖而1 核心直徑爲均一且出射端的包層直徑係較入射端的包 還小的光纖者較好。 以構成光纖陣列光源或光纖束光源的各光纖光源Ϊ 佳爲將雷射光予以合波再使其入射至光纖之合波雷射 較好。藉由合波雷射光源，可獲得高亮度、高輸出、 於空間光調變元件之曝光。特別是，振盪波長350nm^ 的半導體雷射難以單一元件作高輸出，但是藉由合波 高輸出化。 又，爲獲得相同光輸出、要陣列化的光纖條數少即 所以成本低。且因光纖的條數少，所以在陣列化之際 區域係變更小（高亮度化）。 例如，光纖光源係能以複數個半導體雷射、1條光纖 把由該複數個半導體雷射所出射的雷射光束予以集光 光束結合於該光纖的入射端之集光光學系統來構成。 又，光纖光源也可以具備有配列在指定方向的複數 點之多腔雷射、1條光纖、以及將該複數個發光點各 相對移 方向之 度還長 (副掃 少要使 入射端 以位於 的光纖 ί，使用 層直徑 5言，較 光源爲 且適合 -4 5 Onm 可圖謀 叮解決， 的發光 、以及 且使集 個發光 自出射 -8- I2585^P^304f 補允— |__丨丨__nw<ww*^l__IIHI1*_l_l """ 的雷射光束予以集光且使集光束結合於該光纖的入射端之集 光光學系統來構成。且也可爲將由複數個多腔雷射之發光點 之各自出射的雷射光束予以集光而結合於1條光纖。 以空間調變元件而言，可以使用在基板上以2維狀配列有 因應各個控制信號可變更反射面角度之多數個微鏡所構成之 數位微鏡裝置（DMD)、或在基板上以2維狀配列有因應各 個控制信號可遮斷透過光之多數個液晶胞所構成之液晶遮板 陣列。 又，在雷射裝置和空間調變元件之間，較佳爲配置有：准 直透鏡，使來自雷射裝置之雷射光（光束）成爲平行光（平 行光束）；光量分布補正光學系統，係變化在各出射位置之 光束寬度，以使相對於接近光軸的中心部的光束寬度之周邊 部的光束寬度之比，在舆入射側相較下，出射側的係變小，且 依該准直透鏡而被平行光化（平行光束化）之雷射光的光量 分布係在該空間調變元件之被照射面成爲略均一般地作補 正。 依此光量分布補正光學系統，例如，於入射側爲同一光束 寬度的光，於出射側中央部的光束寬度係變得比周邊部還大， 反之周邊部的光束寬度係變比中心部還小。如此一來，可將 中央部的光束朝周邊部產生，所以整體而言光之利用效率不 降低，光量分布係可以略均一的光來照射空間調變元件。依 此，在被曝光面不發生曝光斑，高畫質的曝光係成爲可能。 以往，在以紫外線區域的雷射光曝光感光材料之曝光裝置 (紫外線曝光裝置），一般係使用依氬氣雷射等氣體雷射、 THG (第3高諧波）的固體雷射，但是具有裝置係大型且維 修麻煩、曝光速度慢之問題。本發明之曝光裝置係藉由在雷

I25+W# 日 II 射裝置使用波長350〜450n m之GaN (氮化鎵）系半導體雷 射而可作成紫外線曝光裝置。依此紫外線曝光裝置，相較於 以往的紫外線曝光裝置，係可謀求裝置的小型化、低成本化 同時成爲可高速曝光。 【實施方式】 以下，參照圖面以詳細說明本發明之實施形態。 〔曝光裝置之構成〕 有關本發明之實施形態的曝光裝置係如第1圖所示，係具 備有將薄片狀的感光材料15〇吸附在表面而予以保持之平板 狀的載物台1 5 2。而在由4根腳部1 5 4所支持之厚板狀之設 置台156的上面，係設置有沿著載物台移動方向延伸之2根 導引部158。載物台152係使其長度方向朝載物台移動方向 而配置，同時依導引部158以可往復移動地被支持著。此外， 在此曝光裝置設置有用以使載物台152沿著導引部158驅動 之未圖示的驅動裝置。 設置台156的中央部係設置有跨越載物台152的移動路徑 般之〕字狀閘門1 60。〕字狀之閘門1 60的端部係各自固定 在設置台156之兩側面。挾住此閘門160而在一側係設置有 掃描器162,他側係設置有用以檢測感光材料150之前端及後 端的複數（例如2個）個檢測感測器164。掃描器162及檢 測感測器1 64係各自被安裝在閘門1 60且固定配置在載物台 152之移動路徑的上方。此外，掃描器162及檢測感測器164 係連接在未圖示之用以控制此等之控制器上。 掃描器16 2如第2圖及第3 ( B )圖所示，係具備有 m行η 列（例如· 3行5列）之略矩陣狀配列的複數個（例如，1 4個） 曝光頭]66。在此例中，因爲與感光材料1 50之寬度的關係， -10- Ι258ριΛ|| 在第3行配置了 4個曝光頭1 66。此外，在表示配列在第 m 行的第η列之各個曝光頭之場合時，係表示成曝光頭166mn。 依曝光頭166的曝光區域168係以副掃描方向爲短邊之矩 形狀。因此，隨著載物台152之移動，感光材料150係形成有 各曝光頭166之帶狀的已曝光區域170。此外，在表示第m 行之第η列所配列之各個曝光頭的曝光區域之場合，係表示 爲曝光區域168mn。 又，如第3(A)圖及3(B)圖所示，帶狀之已曝光區域170 係無間隙地在與副掃描方向正交的方向排列，線狀配列之各 行的曝光頭各自係在配列方向以指定間隔（曝光區域之長邊 的自然數倍，本實施形態中爲2倍）偏移而配置著。因此，在 第1行的曝光區域1 6 8 i!和曝光區域1 6 8 i 2之間之不能曝光 的部分係可依第2行之曝光區域1 6821和第3行的曝光區域 1 6 8 31而曝光。 曝光頭166M〜166mn係各自如第4,5(A)及5(B)圖所 示，具備數位微鏡裝置（DMD) 50以作爲因應畫像資料把入 射光束因應畫像資料而對各畫素作調變之空間光調變元件。 此DMD50係連接在未圖示之具有資料處理部和鏡驅動控制 部之控制器上。此控制器之資料處理部係依據輸入的畫像資 料，生成用以對各曝光頭166之DMD50之應控制區域內的 各微鏡驅動控制之控制信號。此外有關要控制的區域係在後 面加以敘述。又，鏡驅動控制部係依據在畫像資料處理部生 成的控制信號，控制各曝光頭1 66之DMD50之各微鏡的反 射面之角度。此外有關反射面之角度控制係在後面加以敘 述。 在DMD50的光入射側係以如下之順序配置即：備有光纖的 1258^/曰意管1 補无丨 出射端部（發光點）沿著與曝光區域1 68之長邊方向對應之 方向成一列配列的雷射出射部之光纖陣列光源66;把由光纖 陣列光源66所出射之雷射光作補正且使集光於DMD上之透 鏡系67;以及將透射透鏡系67的雷射光朝DMD50反射之鏡 69 ° 透鏡系67,係由使光纖陣列光源66所出射的雷射光平行光 化之1對組合透鏡7 1、使被平行光化的雷射光之光量分布 成爲均一般而加以補正之1對組合透鏡73、以及把光量分 布被補正的雷射光集光於DMD上之集光透鏡75所構成。組 合透鏡73係具備有，對雷射出射端之配列方向，接近透鏡的 光軸之部分爲擴大光束且離開光軸的部分係光束縮減，且在 與此配列方向正交的方向使光照其原樣通過之機能，使光量 分布成爲均一般地補正雷射光。 又，在DMD50的光反射側配置有使在DMD50反射的雷射光 成像於感光材料150的掃描面（被曝光面）5 6上之透鏡系54、 58。透鏡系54及58係配置成使DMD5 0和被曝光面56成爲共軛 的關係。 DMD50係如第6圖所示，在SRAM胞（記憶體胞）60上，微 小鏡（微鏡）62係由支柱所支持而配置者，係使構成畫素 (PIXEL )之多數個（例如，600個X 800個）微小鏡以格子狀 配列所構成之鏡裝置。各畫素之最上部係設置有由支柱所支 持的微鏡62,微鏡62的表面係蒸鑛有鋁等之反射率高的材 料。此外，微鏡6 2的反射率係9 0 %以上。且在微鏡6 2的正下 係透過包含有鉸鏈及軛架的支柱配置有在通常的半導體記憶 體之生產線所製造之矽閘門的CMOS之SRAM胞60,全體係構 成爲整塊（一體型）。 12- 125㈣㈣f _補无 當DMD50的SRAM胞60被寫入數位信號時，則由支柱所 支撐的微鏡6 2係以對角線爲中心，被以相對於配置有d μ D 5 0 的基板側，以α度（例如± 1 〇度）的範圍傾斜。第7 ( a )圖 係表示微鏡62在開啓狀態之傾斜在+ α度的狀態，第7 ( B ) 圖係微鏡6 2在關閉狀態之傾斜在-α度的狀態。因此，因應 畫像信號，藉由把在DMD50之各畫素的微鏡62之傾斜控制 成如第6圖，則入射至DMD50的光係朝各自的微鏡62之傾 斜方向反射。 又，第6圖係放大DMD50之一部分，表示微鏡62係被控 制+ α度或—α度之一狀態例。各自的微鏡62之開啓、關 閉控制係由連接在DMD50之未圖示的控制器所執行。此外， 在依關閉狀態的微鏡62、光束會被反射之方向上係配置有 光吸收體（未圖示）。 又，DMD50係配置成其短邊與副掃描方向成指定角度例 如，1 °〜5 ° )般地稍微傾斜者爲較佳。第8 ( A )圖係表示 不使DMD5 0傾斜時之依各微鏡的反射光像（曝光束）53之 掃描軌跡，第8 ( B )圖係使DMD 50傾斜時之曝光束5 3的掃 描軌跡。 在DMD5 0中，於長度方向配置有多數個微鏡（例如，8〇〇個） 之微鏡列係在寬度方向配置有多數組（例如，600組），如第8 (B)圖所示，藉由傾斜DMD50,使得依各微鏡的曝光束53 之掃描軌跡（掃描線）的間距Pi係變得比不傾斜DMD50時 之掃描線的間距P 2還狹小，可使解像度大幅地提升。一方面， 因爲DMD50之傾斜角微小之故，所以使DMD50傾斜時之掃 描寬度W2和使DMD50不傾斜時之掃描寬度W1係略相同。 又，依不同的微鏡列、相同掃描線上係成爲重疊被曝光（多 -13- 125_.月30曰秀正 補无 重曝光）。如此，藉由被多重曝光，而可控制曝光位置的微少 量，可實現高精細的曝光。又，藉由微少量的曝光位置控制等 之數位畫像處理，可無段差地把配列在主掃描方向之複數個 曝光頭間之連接處予以連繫。 此外，取代DMD50之傾斜，而改以使各微鏡列在與副掃描 方向正交的方向，以指定間隔偏移作棋盤狀配置，也可獲得同 樣的效果。 光纖陣列光源66,係如第9 ( A)圖所示，具備複數（例如，6 個）個雷射模組64,各雷射模組64係結合在多模光纖30之 一端。多模光纖30之他端係結合有核心直徑爲與多模光纖 30相同且包層直徑較多模光纖30小的光纖31，如第9(C) 圖所示，光纖3 1的出射端部（發光點）係沿著與副掃描方向 正交的主掃描方向配置1列而構成雷射出射部6 8。此外，如 第9 ( D )圖所示，也可把發光點沿著主掃描方向成2列地配 列。 光纖3 1之出射端部係如第9 ( B )圖所示，表面係被平坦 的2片支持板65挾住而固定著。又，光纖31之光出射側係 配置有玻璃等之透明的保護板63,以保護光纖31之端面。保 護板63也可與光纖31的端面密接配置，也可使光纖31之端 面被密封般地配置。光纖31之出射端部雖然光密度高且容 易集塵而劣化，但是藉由配置保護板63,不但可防止塵埃對端 面之附著同時可延緩劣化。 在本例中，爲了將包層直徑小的光纖3 1之出射端無間隙地 配列成1歹卩，在以包層直徑大的部分鄰接的2條多模光纖3 0 之間將多模光纖3 0聚集，而被聚集的多模光纖3 0所結合之 光纖3 ]的出射端，係配列成被挾於以包層直徑爲大的部分鄰 14- 1258卜 VQS|| 接之2條多模光纖3 0所結合的光纖3 1之2個出射端之間。 這樣的光纖，例如第1 0圖所示，係藉由在包層直徑爲大的 多模光纖30之雷射光出射側的前端部分，將長度1〜30cm之 包層直徑爲小的光纖31予以同軸地結合而可獲得。2條的 光纖係光纖3 1之入射端面在多模光纖30之出射端面以兩光 纖的中心軸呈一致般地熔接而被結合著。如同上述，光纖3 1 之核心31a的直徑係與多模光纖30之核心30a的直徑相同 大小。 又，也可以使長度爲短包層直徑爲大的光纖中熔接有包層 直徑爲小的光纖之短尺寸光纖，經由一套圈或光連接器等而 結合至多模光纖30之出射端。藉由利用連接器等以可裝卸 地結合，以在包層直徑爲小的光纖破損時等場合，使前端部 分的交換變成容易，可減低曝光頭的維修所要之成本。此外， 以下有時把光纖3 1稱爲多模光纖30之出射端部。 以多模光纖30及光纖31而言，也可以是STEP INDEX型光 纖、GRATED INDEX型光纖、及複合型光纖之中任一。例如， 可使用由三菱電線工業株式會社所製造的STEP INDEX型光 纖。在本實施形態中，多模光纖30及光纖31係STEP INDEX 型光纖，多模光纖30係包層直徑=125 // m、核心直徑=25 // m、NA =0.2、入射端面塗層的透過率= 99· 5%以上，光纖31 係包層直徑二60 // m、核心直徑=25 μ m、NA= 0.2。 一般，以紅外線區域的雷射光而言，若光纖的包層直徑設定 小則傳送損失會增加。因此，係因應雷射光之波長帶域以決 定合適的包層直徑。然而，波長越短傳送損失係變少，以由GaN 系半導體雷射所出射的波長4〇5nm之雷射光而言，即使包層 的厚度{(包層直徑-核心直徑）/2 }爲傳送800nm之波長帶 Ι25ί—/日 ff 補允 域的紅外光時之1 /2左右、或爲傳送通信用之1 .5 // m之波 長頻帶的紅外光時之約1 /4,傳送損失也幾乎不會增加。因此， 可把包層直徑設小成爲6 0 // m。 但是，光纖31的包層直徑不限定爲60// m。以往在光纖光 源所使用之光纖的包層直徑爲125 // m，但是包層直徑越小則 焦點深度係變越深，所以多模光纖的包層直徑係8 0 // m以下 較好，60 μ m以下更好，40 // m以下更佳。一方面，核心直徑有 必要至少爲3〜4 // m，所以光纖3 1的包層直徑係10 // m以上 較佳。 雷射模組64係由第11圖所示之合波雷射光源（光纖光源） 所構成。此合波雷射光源係由如下所構成：即，配列固定在 熱塊10上之複數（例如7個）個晶片狀之橫多模或單模之 GaN 系半導體雷射 LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、及 LD7 ; 對應GaN系半導體雷射LD1〜LD7各自而設置之准直透鏡 11、12、13、14、15、16、及 17; 1 個集光透鏡 20; 1 條多 模光纖30。此外，半導體雷射之個數不受限爲7個。例如，包 層直徑二60// m、核心直徑=50// m、NA= 0.2的多模光纖係 可入射20多個半導體雷射光，實現曝光頭5之必要光量，且 可將光纖條數減爲更少。

GaN系半導體雷射LD1〜LD7係振盪波長全部共通（例 如，405nm),最大輸出也全部共通（例如，多模雷射爲l〇〇mw、 單模雷射爲30mW)。此外，以GaN系半導體雷射LD1〜LD7 而言，在350nm〜450nm的波長範圍，也可使用具備有上述之 4 05 nm以外的振盪波長之雷射。 上述之合波雷射光源係如第1 2及1 3圖所示，連同其他光 學要素一起被收納在上方有開口之箱狀的封裝40內。封裝 125 8师月气修正 半月日侖充1 40係具備有關閉其開口般所作成之封裝蓋41，在脫氣處理後 導入封止氣體，藉由把封裝40之開口以封裝蓋41閉合，而 在由封裝40和封裝蓋41所形成之閉空間（封止空間）內， 氣密封止上述合波雷射光源。

在封裝40的底面係固定有基板42,此基板42的上面係安 裝有：該熱塊1 0 ;保持集光透鏡20的集光透鏡保持器；以 及用以保持多模光纖30的入射端部之光纖保持器46。多模 光纖30的出射端部係由形成於封裝40之壁面的開口被引出 至封裝外。 又，在熱塊10的側面係安裝有准直透鏡保持器44,准直透 鏡11〜17係被保持著。在封裝40之橫壁面形成有開口，通 過此開口，用以對GaN系半導體雷射LD1〜LD7供給驅動電 流的配線47係被引出至封裝外。 此外，在第13圖中，爲避免圖面之煩雜化，僅對複數個GaN 系半導體雷射之中的GaN系半導體雷射LD7附加編號，及 僅對複數個准直透鏡之中的准直透鏡1 7賦予附加編號。

第14圖係表示上述准直透鏡11〜17之安裝部分的正面形 狀。准直透鏡1 1〜1 7係各自形成爲以平行的平面細長地切 取包含有具備非球面的圓形透鏡之光軸的區域。此細長形狀 的准直透鏡，例如係可藉由將樹脂或光學玻璃予以模製成形 而形成。准直透鏡11〜17係，長度方向爲與GaN系半導體雷 射LD1〜LD7之發光點的配列方向（第14圖之左右方向） 成正交般地被密接配置在上述發光點之配列方向。 一方面，以GaN系半導體雷射LD1〜LD7而言，係使用具備 發光寬度爲2 // m的活性層，與活性層平行的方向、直角的方 向之視角各自爲例如1 0 ° 、3 0 °的狀態之發射各個雷射光束 1258_/^正

年月補无I B1〜B7之雷射。此等GaN系半導體雷射LD1〜LD7係在與 活性層平行的方向上發光點成1列排列地配設著。 因此，由各發光點所發出之雷射光束B1〜B7係如上述般、 對細長形狀之各准直透鏡1 1〜1 7，係成爲以視角角度爲大的 方向與長度方向一致，視角角度爲小的方向係與寬度方向 (與長度方向正交之方向）一致的狀態入射。亦即，各准直 透鏡11〜17之寬度爲1.1mm、長度爲4.6mm,入射至此等之 雷射光束B1〜B7的水平方向、垂直方向的光束直徑係各自 爲0.9mm、2.6mm。又，准直透鏡11〜17係各自爲焦點距離 =3mm、NA = 0.6、透鏡配置間距=1.25mm。 集光透鏡20,係以平行的平面細長地切取包含有具備非球 面之圓形透鏡的光軸之區域，准直透鏡11〜17的配列方向， 亦即形成爲在水平方向爲長、且在與其垂直的方向爲短的形 狀。此集光透鏡20係焦點距離f2= 23mm、NA二0.2。此集 光透鏡20也係藉由例如將樹脂或光學玻璃予以模製成形而 形成。 〔曝光裝置之動作〕 以下，針對上述曝光裝置的動作加以說明。 在掃描器162之各曝光頭166,由構成光纖陣列光源66之 合波雷射光源的GaN系半導體雷射LD1〜LD7各自以發散光 狀態所出射之雷射光束B1、B 2、B 3、B 4、B 5、B 6、及B 7 各自係由對應的准直透鏡1 1〜1 7而被平行光化。被平行光 化之雷射光束B1〜B7係由集光透鏡20所集光而收束至多模 光纖30之核心30a的入射端面。 本例中，由准直透鏡11〜17及集光透鏡20構成了集光光 學系統，由其集光光學系統和多模光纖30而構成合波光學系 -18- 125_/曰！正 補无 統。亦即，利用集光透鏡20、如同上述之被集光之雷射光束 B1〜B7係入射至此多模光纖30之核心30a以在光纖內傳送， 而被合波成1條雷射光束B再由結合至多模光纖30之出射 端部的光纖3 1出射。 於各雷射模組中，雷射光束B1〜B7對多模光纖30之結合 效率係0.85、且GaN系半導體雷射LD1〜LD7之各輸出爲 30mW時，被陣列狀配列的各光纖31係可獲得輸出約i8〇inw (二30Mw X 0·85 X 7 )之合波雷射光束B。因此，以陣列配列 有6條光纖3 1的雷射出射部68之輸出約爲1 W (= 1 8OmW X 6 ) 〇 光纖陣列光源66之雷射出射部68上係沿著主掃描方向呈 一列地配列有此種高亮度之發光點。由於把來自單一半導體 雷射之雷射光結合至1條光纖之以往的光纖光源係低輸出， 所以若未配列多數列則不能獲得所期望的輸出，但在本實施 形態所使用之合波雷射光源係高輸出，所以少數列，例如即使 1列也可獲得所期望的輸出。 例如，在將半導體雷射和光纖以1對1結合之以往的光纖 光源中，通常，以半導體雷射而言，係使用輸出爲30mW (毫 瓦）程度之雷射，以光纖而言，因爲係使用核心直徑50 // m、 包層直徑125 // m、ΝΑ (開口數）0.2之多模光纖，所以若欲 獲得約1W (瓦）的輸出，則多模光纖必需把48條（8 X 6 ) 成一束，發光區域之面積爲0.62mm2 ( 0.67 5 mmX〇.925mm)， 所以在雷射出射部68之亮度爲1.6 X 106 ( W/m2)，每1條光 纖之亮度爲3.2 X 106 ( W/m2 )。 相對地，在本實施形態中，如同上述，以多模光纖6條約可獲 得]1V的輸出，在雷射出射部 68之發光區域的面積爲 -19-

修正 補充 0.008 1 mm2 ( 0.325mm X 0.025mm )，所以雷射出射部 68 之亮 度成爲123xi06(W/m2)，相較於以往約可圖謀80倍的高亮 度化。又，每1條光纖之亮度爲90 X 1 06 ( W/m2 )，相較於以 往約可圖謀2 8倍的高亮度化。 在此，參照第1 5 ( A )及1 5 ( B )圖，針對以往的曝光頭和 本實施形態的曝光頭之焦點深度的差異加以說明。以往的曝 光頭之束狀光纖光源的發光區域之副掃描方向的直徑爲 0.675mm，本實施形態之曝光頭的光纖陣列光源之發光區域的 副掃描方向的直徑爲0.025mm。如第15 ( A )圖所示，在以往 的曝光頭中，光源（束狀光纖光源）1之發光區域大，所以對 DMD3入射的光束之角度變大，其結果，對掃描面5入射的光 束之角度變大。爲此，相對於集光方向（焦點方向之偏差）， 光束直徑係易過寬。 一方面，如第15(B)圖所示，在本實施形態的曝光頭中，光 纖陣列光源66之發光區域的副掃描方向之直徑小，所以通過 透鏡系67對DMD50入射的光束之角度變/]、，其結果，對掃 描面5 6入射的光束之角度變小。亦即，焦點深度變深。在本 例中，發光區域之副掃描方向的徑係約爲以往的3 0倍，可獲 得與略繞折界限相當的焦點深度。因此適於微小光點之曝 光。對此焦點深度之效果係在曝光頭的必要光量越大越顯著 且有效。在此例中，被投影在曝光面之1畫素尺寸係1 0 μ m X 10// m。此外，DMD係反射型的空間調變元件，第15 ( A)及15 (B )圖係用以說明光學方面之關係的展開圖。 對應曝光圖案之畫像資料係被輸入連接在DM D50之未圖 示的控制器，且暫時記憶在控制器內之圖框記憶體。此畫像 資料係以2進制（點記錄之有無）來表示構成畫像之各畫素 -20- 1258雕.月30曰 产 補允 的濃度之資料。 表面上吸附著感光材料150之載物台152係依未圖示的驅 動裝置，沿著導引部158自閘門160的上游側往下游側以一 定速度移動。載物台152在通過閘門160下之際，當安裝在 閘門160之檢測感測器164檢測到感光材料150的前端時， 則記憶在圖框記憶體的畫像資料係被依序讀出各複數線，依 據在資料處理部讀出的畫像資料生成對各曝光頭1 66之控制 信號。然後，藉由鏡驅動控制部，依據生成的控制信號而控制 各曝光頭166各自之DMD50的微鏡之開啓、關閉。 當由光纖陣列光源66對DMD50照射雷射光時，在DMD50 之微鏡爲開啓狀態時，被反射的雷射光係依透鏡系54、5 8 而在感光材料150之被曝光面56上成像。如此一來，由光纖 陣列光源66所出射的雷射光係在各畫素被開啓、關閉，感光 材料150係會被與DMD50的使用畫素數略同數量之畫素單 位（曝光區域168)所曝光。又，藉由感光材料150與載物台 152 —起以一定速度移動，感光材料150係依掃描器162在與 載物台移動方向相反的方向被執行副掃描，而形成各曝光頭 166之帶狀之已曝光區域170。 如第16 ( A)及16 ( B)圖所示，本實施形態中，於DMD5 0, 在主掃描方向配列有800個微鏡的微鏡列雖然在副掃描方向 配列有600組，但在本實施形態中，係依控制器來控制僅一部 分的微鏡列（例如，800個X 100列）被驅動。 如第16 ( A)圖所示，也可以使用配置在DMD50之中央部 的微鏡列，如第16 ( B )圖所示，也可以使用配置在DMD50之 辆邰的微鏡列。又·在一部分的微鏡產生缺陷的場合時，要使 用未發生缺陷的微鏡列等，因應狀況也可適宜變更要使用的 -2 1 - 1258

微鏡列。 DMD50的資料處理速度上係有其限度，與要使用之畫素數 成比例而每1線的調變速度係被決定，所以藉由僅使用一部 分的微鏡列，每1線的調變速度變快。一方面，在連續地使 曝光頭對相對移動之曝光方式時，並沒有將副掃描方向的畫 素予以全部使用之必要。 例如，600組的微鏡列之中，在僅使用300組之場合，與600 組全部使用之場合相比較下，係可將每1線調變快2倍。 又，600組的微鏡列之中，在僅使用200組之場合，與600組全 部使用之場合相比較下，係可將每1線調變快3倍。亦即， 可在副掃描方向將500mm的區域以17秒曝光。再者，在僅使 用1 0 0組之場合時，係可將每1線調變快6倍。亦即，可在副 掃描方向將500mm的區域以9秒曝光。 欲使用之微鏡列的數目，亦即，配置在副掃描方向之微鏡的 個數係10以上且200以下較好，1〇以上且1〇〇以下更好。由 於相當於1畫素之每1個微鏡的面積爲15//mXl5// m，所以 若換算爲DMD50的使用區域，則12mm X 150// m以上且12mm X 3mm以下的區域較好，12mm X 150// m以上且12mmXl.5mm 以下的區域更好。 欲使用之微鏡列的數目若在上述範圍，則如第丨7 ( A )及1 7 (B )圖所示，使由光纖陣列光源6 6所出射的雷射光在透鏡 系67施以略平行光化而可對DMD50照射。由DMD50照射 雷射光的照射區域與D M D 5 0之使用區域係一致者爲較佳。 照射區域右較使用區域還寬則雷射光之利用效率降低。 一方面，因應透鏡系6 7之在副掃描方向配列之微鏡的個數， 雖然有必要將集光於DMD50上之光束的副掃描方向之直徑 -2 2- 125 物 設定小，但是當使用之微鏡列的數目未滿1 〇時，則入射於 DMD50之光束的角度係變大，在掃描面56中之光束的焦點深 度變淺，所以並不佳。又，以調變速度的觀點來說，使用之 微鏡列數爲200以下係較佳。此外，DMD係反射型之空間調 變元件，第1 7 ( A )及1 7 ( B )圖係用以說明光學關係的展開 圖。 當掃描器1 6 2對感光材料1 5 0的副掃描終了，以檢測感測 器1 6 4檢測到感光材料1 5 0的後端時，載物台1 5 2係依未圖 示之驅動裝置，沿著導引部158復歸至位在閘門160的最上 游側之原點，再度沿著導引部1 5 8以一定速度自閘門1 60的 上游側往下游側移動。 如同以上說明，本實施形態的曝光裝置，雖然具備有於副 掃描方向配列有600組在主掃描方向配列800個微鏡的微鏡 列之DMD，但因依控制器控制成僅一部分的微鏡列被驅動，所 以相較於驅動全部的微鏡列之場合，每1線的調變速度變 快。依此，高速之曝光係成爲可能。 又，因爲在用以照明DMD的光源上係使用把合波雷射光源 的光纖之出射端部予以陣列狀配列的高亮度光纖陣列光源， 所以可實現具備高輸出且深焦點深度之曝光裝置。再者，由 於各光纖光源的輸出變大，因用以獲得所期望之輸出所必要 的光纖光源數變少，所以可謀求曝光裝置之低成本化。 特別是在本實施形態中，因爲把光纖的出射端之包層直徑 設定爲比入射端的包層直徑還小，所以發光部直徑係變更小， 所以可謀求光纖陣列光源之高亮度化。藉此，可實現具備有 更深的焦點深度之曝光裝置。例如，在光束直徑1 /i m以下、 解像度〇 · 1 V m以下的超高解像度曝光之場合時也可獲得深 1258 的焦點丨朱度，成爲可局速且局精細的曝光。因此適合於需要 高解像度的薄膜電晶體（TFT )之曝光工程。 以下，針對以上所說明的曝光裝置之變形例等加以說明。 〔曝光裝置的用途〕 上述的曝光裝置係，可適用在例如，印刷配線基板（PWB ; Printed Wiring Board )之製造工程中的乾式阻體膜（DFR ; Dry Film Resist)之曝光，液晶顯示裝置（LCD)之製造工程 中之濾色器的形成、丁FT之製造工程中之DFR的曝光、以及 電漿顯示器（PDP )之製造工程中之DFR的曝光等之用途。 再者，上述之曝光裝置也可使用在依雷射照射而將材料的 一部分予以蒸發、飛散等而除去之雷射消融或燒結、微影成 像術等之各種雷射加工。上述之曝光裝置係高輸出，且高速 且在長焦點深度之曝光係爲可能，所以可使用雷射消融等之 微細加工。例如，取代執行顯影處理、改以消融（ablation ) 方式將阻體伴隨著圖案加以除去而作成PWB、在不使用阻體 下直接以消融方式形成PWB的圖案等，係可使用上述的曝光 裝置。又，也可使用於把多數溶液之混合、反應、分離、檢 測等積體化在玻璃或塑膠晶片之實驗室晶片中之溝寬數十// m之微小流路的形成上。 特別是在上述的曝光裝置係在光纖陣列光源使用GaN系 半導體雷射，所以可適用在上述的雷射加工。亦即，GaN系半 導體雷射係可以短脈波驅動，在雷射消融等也可獲得充分的 功率。且因係半導體雷射，所以與驅動速度慢的固體雷射不 同，可在反覆頻率數10MHz之程度下高速驅動，且可高速曝 光。又，金屬係在波長400nm附近的雷射光之光吸收率大，變 換爲熱能係容易，所以雷射消融等係可高速地執行。 -2 4- 12585¾¾¾ 正 補无 此外，在把使用在TFT之圖案化所使用的液體阻體或把濾 色器圖案化所使用的液體阻體予以曝光時，爲了不讓氧化障 礙造成感度降低（去敏感），所以在氮氣環境下曝光被曝光 材料者係較佳。因爲在氮氣環境下曝光，所以光聚合反應之 氧化障礙受到抑制而阻體係高感度化，高速曝光係成爲可 會b 。 又，上述的曝光裝置係可使用依曝光而直接記錄資訊之光 子模式感光材料、或依曝光所產生的熱而記錄資訊之熱模式 感光材料中任一。在使用光子模式感光材料之場合，在雷射 裝置方面係使用GaN系半導體雷射、波長變換固體雷射等， 而在使用熱模式感光材料之場合，在雷射裝置方面係使用 AIGaAs系半導體雷射（紅外線雷射）、固體雷射。 〔其他空間調變元件〕 在上述的實施形態中，雖然已針對將DMD的微鏡作部分 地驅動之例加以說明，但是即使是在對應指定方向之方向的 長度爲比交叉於該指定方向的方向之長度還長的基板上，使 用因應各個控制信號、以2維配列有可變更反射面角度之多 數個微鏡的細長DMD，由於用以控制反射面之角度的微鏡個 數變少，所以同樣地可加速調變速度。 上述的實施形態中，雖然已針對作爲空間調變元件之具備 有DMD的曝光頭加以說明，例如，即使在使用有MEMS (微機 電系統）型之空間調變元件（SLM )或使用有依電氣光學效 果而調變透過光之光學元件（PLZT元件）及液晶光遮板 (FLC)等，即使在使用除MEMS型以外之空間調變元件的 場合，對基板上所配列之全部畫素部、藉由使用一部分之畫 素部，因爲可使每1畫素、每1主掃描線的調變速度加速，所 修ί·] 補充| 125峰月部日 以可獲得同樣的效果。 此外，所p胃的Μ E M S係以IC製程爲基礎的微機械技術所 成之微尺寸的感測器、致動器，然後把控制電路予以積體化 的微系統之總稱，所謂的MEMS型之空間調變元件係意味著 利用靜電力之電氣機械動作所驅動之空間調變元件。 〔其他曝光方式〕 如第1 8圖所示，與上述的實施形態同樣地，以掃描器i 6 2對 X方向之1次掃描來將感光材料150全面作曝光也可以，如 第19(A)及19(B)圖所示，以掃描器162將感光材料150 往X方向掃描之後，使掃描器162在Y方向移動1步，再往X 方向執行掃描般地反覆掃描和移動，以複數回的掃描將感光 材料150的全面予以曝光也可以。此外，在本例中，掃描器162 係具備有18個曝光頭166。 〔其他雷射裝置（光源）〕 上述的實施形態中，係針對使用具備有複數個合波雷射光 源的光纖陣列光源之例子加以說明，但是雷射裝置並不局限 在把合波雷射光源予以陣列化的光纖陣列光源。例如，可使 用把具備1條用以出射由具有1個發光點的單一半導體雷射 所入射之雷射光之光纖的光纖光源被陣列化的光纖陣列光 線。 又，以具備有複數個發光點之光源而言，例如，如第20圖所 示，可使用在熱塊100上配列有複數個（例如7個）晶片狀 之半導體雷射LD1〜LD7的雷射陣列。又，如第21 ( A )圖所 示，在指定方向配列有複數（例如，5個）個發光點1 1 〇a之晶 片狀的多腔雷射1 1 0係爲人所知悉。多腔雷射1 1 〇與配列晶 片狀的半導體雷射相較下，係可高精度地配列發光點，可容易 -2 6-

地把各發光點所出射的雷射光束予以合波。但是，發光點變 多則於雷射製造時在多腔雷射1 1 0變得容易產生變形，所以 發光點1 1 Oa之個數係設定爲5個以下較佳。 本發明之曝光頭中，可將此多腔雷射110或如第21 (B)圖 所示，在熱塊1 0 0上與各晶片之發光點1 1 0 a之配列方向相同 方向上配列有複數個多腔雷射1 1 0之多腔雷射陣列作爲雷射 裝置（光源）來使用。 又，合波雷射光源並不被限定於用以把由複數個晶片狀之 半導體雷射所出射的雷射光予以合波者。例如，如第22圖所 示，可使用具備有複數（例如，3個）個發光點ll〇a之晶片狀 的多腔雷射1 1 0之合波雷射光源。此合波雷射光源係構成爲 具備有多腔雷射110、1條多模光纖130、以及集光透鏡120。 多腔雷射110係例如可以振盪波長爲405nm的GaN系雷射 二極體來構成。 上述的構成中，由多腔雷射110之複數個發光點110a所出 射的雷射光束B係各自由集光透鏡1 20所集光而入射於多模 光纖130的核心130a。入射到核心130a的雷射光係在光纖 內傳送且合波爲1條而出射。 在與上述多模光纖130之核心直徑略等寬度內並設多腔雷 射110之複數個發光點110a，同時作爲集光透鏡120,係使用 與多模光纖1 30之核心直徑略等焦點距離之凸透鏡或來自多 腔雷射11 0之出射光束僅在垂直其活性層之面內准直的杆式 透鏡，藉此可提升雷射光束B對多模光纖130的結合效率。 又，如第23圖所示，可使用具備有複數（例如，3個）個發 光點之多腔雷射1 1 〇、在熱塊1 1 1上具備有以等間隔配列複 數（例如，9個）個多腔雷射1 10之雷射陣列140的合波雷射 -27-

光源。複數個多腔雷射1 1 ο係配列在與各晶片之發光點1 1 Oa 的配列方向相同方向而固定。 此合波雷射光源係具備有：雷射陣列1 40 ;對應各多腔雷 射1 1 0而配置之複數個透鏡陣列1 1 4 ;配置在雷射陣列1 4 0 與複數個透鏡陣列1 14之間的1條杆式透境1 13 ; 1條多模 光纖130;以及集光透鏡120。透鏡陣列114係具備有對應 多腔雷射110之發光點的複數個微透鏡。 上述的構成中，複數多腔雷射110之複數個發光點l〇a之 各自出射的雷射光束B，係各自依杆式透境113而被集光在 指定方向之後，藉透鏡陣列1 1 4之各微透鏡而平行光化。被 平行光化的雷射光束L係由集光透鏡120集光而入射至多模 光纖130的核心130a。入射至核心130a的雷射光係在光纖 內傳送、合波成1條而出射。 接著要介紹其他合波雷射光源的例子。此合波雷射光源係 如第24 ( A)及24 ( B)圖所示，在略矩形狀之熱塊180上搭 載有光軸方向的斷面爲L字狀的熱塊182,在2個熱塊間形成 有收納空間。在L字狀的熱塊1 82上面，以陣列狀配列有複 數個發光點（例如，5個）的複數（例如，2個）多腔雷射1 1 0 係在與各晶片之發光點1 1 0a的配列方向相同方向以等間隔 配列而固定。 略矩形狀的熱塊180形成有凹部，在熱塊180的空間側上 面，以陣列狀配列有複數個發光點（例如，5個）複數（例如，2 個）之多腔雷射110,係其發光點被配置成位在與配置在熱塊 1 8 2之上面的雷射晶片之發光點相同的鉛直面上。 多腔雷射1 1 0之雷射光出射側係配置有，因應各晶片的發 光點U 0 a而配列有准直透鏡之准直透鏡陣列1 8 4。准直透 -28- 1258

鏡陣列1 8 4，係各准直透鏡之長度方向和和雷射光束之視角爲 大的方向（速軸方向）一致，而各准直透鏡之寬度方向和視 角爲小的方向（遲軸方向）一致般地配置。如此，藉由將准 直透鏡陣列化而成一體化，雷射光之空間利用效率係提升而 可謀求合波雷射光源之高輸出化，同時可使零件數減少且低 成本化。 又，准直透鏡陣列1 84之雷射光出射側係配置有，1條多模 光纖130、以及把雷射光束集光至此多模光纖130的入射端 且結合的集光透鏡120。 上述的構成中，配置在雷射塊180、182上之複數多腔雷射 110之複數個發光點l〇a所各自出射的雷射光束B係各自被 准直透鏡陣列184所平行光化，依集光透鏡120而被集光以 入射至多模光纖130之核心130a。入射至核心130a之雷射 光係在光纖內傳送且被合波成1條而出射。 此合波雷射光源係如同上述，藉由多腔雷射之多段配置和 准直透鏡之陣列化，特別可圖謀高輸出化。藉由使用此合波 雷射光源，因爲可構成高亮度之光纖陣列光源或束光纖光源， 所以特別適合作爲構成本發明之曝光裝置的雷射光源之光纖 光源。 此外，把上述之各合波雷射光源收納至罩內，可構成把多模 光纖130之出射端部由其罩引出的雷射模組。 又，在上述實施形態中，已說明了在合波雷射光源之多模 光纖的出射端，與核心直徑爲與多模光纖相同且包層直徑爲 較多模光纖還小之其他光纖結合，以圖謀光纖陣列光源之高 亮度化的例子，例如第2 9圖所示，把包層直徑爲工2 5 μ m、8 〇 "m、6 0 μ m等之多模光纖3 0在出射端不結合其他光纖之下 -29- 125嘴丨月噹 來使用也可以。 〔光量分布補正光學系統〕 上述的實施形態中，係在曝光頭使用由丨對組合透鏡所構 成之光量分布補正光學系統。此光量分布補正光學系統係使 在各出射位置的光束寬度變化，以使周邊部對接近光軸之中 心部的光束寬度之比與入射側相較下，係出射側的會變小，當 來自光源之平行光束對DMD照射時，在被照射面之光量分布 係成爲略均一般地作補正。以下，針對此光量分布補正光學 系統的作用加以說明。 首先，如第25(A)圖所示，以入射光束及出射光束在其全 體之光束寬度（全光束寬度）HO、H1爲相同之場合加以說 明。此外，在第25 ( A )圖中，以符號51、52所示的部分係表 示假設爲光量分布補正光學系統中之入射面及出射面者。 在光量分布補正光學系統中，設定入射至接近光軸Z1的中 心部之光束與入射至周邊部之光束之各自的光束寬度hO、hi 爲相同（hO = hi )。光量分布補正光學系統，對在入射側爲同 一光束寬度hO、hi的光，有關中心部的入射光束，係放大其光 束寬度hO,反之，對周邊部之入射光束，係施加使其光束寬度 縮小的作用。亦即，有關中心部之出射光束的寬度hlO和周 邊部之出射光束的寬度hll，係成爲hll<hlO。若以光束寬度 的比率來表示，則周邊部對在出射側之中心部的光束寬度比 [hll/hlO]與在入射側之比（hl/hO = 1 )相較下係變小（hU/hlO ) < 1 )。 如此，藉由使光束寬度變化，可將通常光量分布變大之中 央部的光束往光量不足的周邊部產生，整體而言、在不降低 光的利用效率下，被照射面之光量分布係被略均一化。均一 - 30- I258609mf正 補无 化的程度係例如，在有效區域內之亮斑爲3 Ο %以內，較好爲設 定成20%以內。 依此種光量分布補正光學系統之作用、效果也與在入射側 和出射側改變全體的光束寬度之場合（第25 ( Β )、25 ( C )) 同樣。 第25 ( Β )圖係表示把入射側之全體光束寬度Η0縮小成 寬度Η2而加以出射的場合（Η0> Η2)。在此種場合，光量分 布補正光學系統係，在入射側爲同一光束寬度hO、hi的光，於 出射側，中央部的光束寬度hlO係變得比周邊部還大，反之，周 邊部之光束寬度hll係變得比中心部還小。若以光束的縮小 率來考量，則施予把對中心部的入射光束之縮小率設定爲較 周邊部小，而把對周邊部之入射光束的縮小率設定爲較中心 部大的作用。在此場合，周邊部的光束寬度對中心部的光束 寬度之比「H11/H10」係與在入射側的比（hl/h0 = 1 )相較下 變小（（hll/hl〇 ) < 1 )。 第25 ( C )圖係表示把入射側之全體的光束寬度H0放大 成寬度H3而加以出射的場合（HO < H3 )。即使在此種場合， 光量分布補正光學系統係設定成，把入射側爲同一光束寬 h〇、hi的光，於出射側，中央部的光束寬度hlO係與在周邊部 相較下變大，反之，周邊部的光束寬度hll與在中心部相較下 係變小。若以光束的放大率加以考量，與周邊部相較下係把 對中心部的入射光束之放大率設大，施予把對周邊部的入射 光束之放大率設爲較在中心部爲小的作用。在此場合，對中 心部之光束寬度的周邊部之光束寬度比「hll/hio」，係與在 入射側的比（h丨/ h 0 = 1 )相較下變小（（h 11 / h 1 0 ) < 1 )。 如此，光量分布補正光學系統係使在各出射位置的光束寬 -31 - 部的光束寬度之比設定爲，與入射側相較下，出射側係變小，所 以在入射側爲同一光束寬度的光，於出射側，中央部的光束 寬度係變得比周邊部還大，周邊部的光束寬度係變得比中心 部還小。藉此，可將中央部的光束往周邊部產生，在光學系統 全體之光利用效率不降低之下，可形成光量分布被略均一化 之光束斷面。 以下，表示作爲光量分布補正光學系統來使用之成對的組 合透鏡之具體的透鏡資料的1例。在此例中，如同光源爲雷 射陣列光源之場合一般，表示在出射光束的斷面之光量分布 爲高斯分布時之透鏡資料。此外，在單模光纖的入射端連接 有1個半導體雷射的場合，來自光纖的射出光束之光量分布 係成爲商斯分布。本實施形態也可適用在此種場合。又，藉 由把多模光纖的核心直徑設小以接近單模光纖的構成等，則 接近光軸之中心部的光量係也可適用在比周邊部的光量還大 的場合。 下列表1係表示基本透鏡資料。 【表1】 基本透鏡資料 Si ri di Ni (面編號） (曲率半徑） (面間隔） (折射率） 01 非球面 5.000 1.5281 1 02 〇〇 50.000 03 〇〇 7.000 1.528 1 1 04 非球面 I25S〇| 由表1可知，成對的組合透鏡係由旋轉對稱之2個非球面 透鏡所構成。將配置在光入射側之第1透鏡的光入射側的面 設爲第1面、光出射側的面設爲第2面，第1面係非球面形 狀。又，配置在光出射側之第2透鏡的光入射側之面設爲第3 面、光出射側之面設爲第4面，第4面係非球面形狀。 表1中，面編號S i係表示第i ( i二1〜4 )面之編號，曲率半 徑η係表示第i面的曲率半徑，面間隔di[係表示第：面和第 1 + 1面之光軸上的面間隔。面間隔cH値的單位爲毫米 (1mm)。折射率N:係表示相對於具備有第i面之光學要素 的波長405nm之折射率的値。 下列表2係表示第1面及第4面的非球面資料。 【表2】 非球面資料 第1面 第4面 C 一 1.4098E- 02 -9.8506E- 〇3 K ~ 4.2192E+ 00 一 3.6253E+ 〇1 a3 一 1.0027E— 04 -8.9980E- 〇5 a4 3.059 1 E- 05 2.3060E- 〇5 a5 一 4.51 15E— 07 —2.2860E- 〇6 a6 一 8.2819E— 09 8.7661E- 〇8 a7 4.1 020E— 12 4.4028E- 10 a 8 1.223 1 - 1 3 1.3 624E- 12 a9 5.375 3E— 16 3.3965E- 15 alO 1.6315E— 18 7.4823E- 18 上述之非球面資料係以表示非球面形狀之下式（A )中的 係數所表示。 - 33- I258^fA|| 〔數式1〕 〇 〇 〇 。 ο(Α·) r η2 ίο z = —~S==P==+yQi ·ρ丨 1 + ^1 — /C (C *p)2 / =3 上述式（A)中之各係數係定義如下。 Z :由位在距離光軸高度P之位置的非球面上之點降至非球 面之頂點的接平面（垂直於光軸的平面）之垂線的長度 (mm ) p :距離光軸之距離（mm) K :圓錐係數 C:近軸曲率（1/r、r:近軸曲率半徑） ai :第i次（i = 3〜10)之非球面係數 在表2所示的數値中，記號E係表示接在其後之數値爲應 以10爲底的指數，其以10爲底之指數函數所表示的數値係 表示被乘於E之前的數値。例如，以「1.0E - 02」爲例，係 表示「1.0X 10·2」。 第27圖係表示藉由上述表1及表2所示之成對的組合透 鏡可得之照明光的光量分布。橫軸係表示距離光軸之座標， 軸表示光量比（％ )。此外，爲了作比較，係以第26圖表示 未執行補正時之照明光的光量分布（高斯分布）。由第26圖 及第27圖可知，藉由以光量分布補正光學系統執行補正，與 不執行補正的場合相較下，係可獲得被略均一化之光景分 布。藉此，在曝光頭中之光利用效率不降低之下，可以均一的 雷射光執行無斑的曝光。 〔其他的成像光學系統〕 上述的實施形態中，雖然在曝光頭所使用之DMD的光反 12586財月30日f正 _ 補无 射側設置了作爲成像光學系統之2組透鏡，但也可配置將雷 射光放大而成像之成像光學系統。藉由放大由DMD所反射 之光束線的斷面積，可將在被曝光面中之曝光區域面積（畫 像區域）放大成所期望之大小。 例如，曝光頭可由如第28(A)圖所示構成：對DMD50,DMD50 照射雷射光之照明裝置144;把在DMD50反射之雷射光予 以放大而成像之透鏡系454,458;對應DMD50之各畫素而配 置有多數微透鏡474之微透鏡陣列472;對應微透鏡陣列472 之各微透鏡而配置有多數光圈47 8之光圈陣列47 6;以及使通 過光圈之雷射光成像於被曝光面56之透鏡系480，482。 以此曝光頭而言，由照明裝置144照射雷射光時，由DMD50 在開啓方向所反射之光束線的斷面積係經由透鏡系454、458 而被放大數倍（例如，2倍）。被放大的雷射光係由微透鏡陣 列472的各微透鏡而對應DMD50之各畫素被集光，通過光圈 陣列476之對應的光圈。通過光圏之雷射光係經由透鏡系 480、482而成像於被曝光面56上。 在此成像光學系統中，由DMD50所反射之雷射光係經由放 大透鏡454、458被放大數倍而投影至被曝光面56,所以全體 的畫像區域變廣。此時，若未配置有微透鏡陣列472及光圈 陣列476,則如第28 ( B )圖所示，投影至被曝光面56之各光 束光點BS之1畫素尺寸（光點尺寸）係因應曝光區域468 的尺寸而成爲大者，表示曝光區域468之鮮銳度的MTF(光學 傳遞函數）特性會降低。 一方面，在配置有微透鏡陣列472及光圈陣列476之場合， 由DMD50所反射之雷射光係依微透鏡陣列47 2的各微透鏡， 對應DMD5 0之各畫素而被集光。藉此，如第28(C)圖所

示，即使是在曝光區域被放大的場合，也可把各光束光點B S 的光點尺寸縮小成所期望之大小（例如，1 〇 # m X丨〇 # m )，可 防止MTF特性之降低以執行高精細的曝光。此外，曝光區域 468之所以傾斜係，爲了使畫素間沒有間隙而將DMD50傾斜 地配置所致。 又，即使依微透鏡之像差的光束爲寬，也可利用光圈使被曝 光面5 6上之光點尺寸成爲一定大小般地將光束整形，同時藉 由使其通過對應各畫素所設置的光圈，可防止在鄰接之畫素 間的串音。 再者，藉由在照明裝置1 44上使用與上述實施形態同樣的 局売度光源，因爲由透鏡458入射至微透鏡陣列472的各微 透鏡之光束角度變小，所以可防止鄰接的畫素之光束的一部 分之入射。亦即，可實現高消光比。 【發明之效果】 本發明之曝光頭及曝光裝置係具備有空間光調變元件，可 獲得加速此空間光調變元件的調變速度以執行高速曝光之效 果。 【圖面之簡單說明】 第1圖係表示在第1實施形態之曝光裝置的外觀斜視圖。 第2圖係表示在第1實施形態之曝光裝置的掃描器之構成 斜視圖。 第3(A)圖係表示形成在感光材料之已曝光的區域之平面圖， 第3(B)圖係表示各曝光頭的曝光區域之配列圖。 第4圖係表示在第！實施形態之曝光裝置的曝光頭之槪略 構成斜視圖。 第5 (A)圖係沿著第4圖所示之曝光頭之構成的光軸之副掃 -36- 12586(11¾3¾¾ 補无 描方向的斷面圖，第5(B)圖係表示第4圖所示之曝光頭的構 成之側面圖。 第6圖係表示數位微鏡裝置（DMD )的構成之部分放大圖。 第7(A)及7(B)圖係用以說明DMD的動作之說明圖。 第8(A)、8(B)圖係表示DMD不傾斜配置及作傾斜配置時 之比較曝光束的配置及掃描線之平面圖。 第9(A)圖係表示光纖陣列光源的構成之斜視圖，第9B圖係 第9(A)圖之部分放大圖，第9(C)、9(D)圖係表示在雷射出射 部中之發光點的配列平面圖。 第10圖係表示多模光纖的構成圖。 第1 1圖係表示合波雷射光源的構成之平面圖。 第1 2圖係表示雷射模組的構成之平面圖。 第1 3圖係表示第1 2圖所示之雷射模組的構成之側面圖。 第1 4圖係表示第1 2圖所示之雷射模組的構成之部分側面 圖。 第15(A)、15(B)圖係表示沿著以往的曝光裝置中之焦點深 度與第1實施形態之相關的曝光裝置中之焦點深度的差異之 順著光軸之斷面圖。 第16(A)、16(B)圖係表示DMD之使用區域的例圖。 第17(A)圖係DMD之使用區域爲適合之場合的側面圖，第 1 7 (B)圖係沿著第1 7 A圖之光軸的副掃描方向之斷面圖。 弟18圖係用以說明以掃描器的1次掃描來使感光材料曝 光之曝光方式的平面圖。 第19(A)及19(B)圖係用以說明以掃描器的複數次掃描來 使感光材料曝光之曝光方式的平面圖。 第20圖係表示雷射陣列的構成之斜視圖。 -37-

12586 第21 (A)圖係表示多腔雷射的構成之斜視圖，第2 1(B)圖係 將第2 1 (A)圖所示之多腔雷射予以陣列配列的多腔雷射陣列 之斜視圖。 第22圖係表示合波雷射光源之其他構成的平面圖。 第23圖係表示合波雷射光源之其他構成的平面圖。 第24(A)圖係表示合波雷射光源之其他構成之平面圖，第 24(B)圖係沿著第24A圖之光軸的斷面圖。

第25(A)、（B)、（C)圖係針對依光量分布補正光學系統的 補正之槪念說明圖。 第26圖係表示光源爲高斯分布且不執行光量分布補正時 之光量分布圖表。 第27圖係表示由光量分布補正光學系統補正後之光量分 布圖表。

第28(A)圖係表示結合光學系統之其他不同的曝光頭的構 成之沿著光軸的斷面圖，第28(B)圖係表示在不使用微透鏡 陣列等之場合時、投影至被曝光面之光像的平面圖。第28(C) Η係表示在使用有微透鏡陣列等之場合時、投影至被曝光面 之光像的平面圖。 【主要元件符號說明】 LD1 〜LD7 ·. • GaN系半導體雷射 10· · · ·.. •熱塊 11〜17 . · · · •准直透鏡 20· · · ·.. •集光透鏡 30· · · ·.. •多模光纖 50 · · · · ·. •數位微鏡裝置（DMD ) 53 · · · ·.. •反射光像（曝光束） -38- 12586^1^¾ 5 4、5 8.....透鏡系 56.......掃描面（被曝光面） 64.......雷射模組 68.......雷射出射部 73.......組合透鏡 1 5 0 ···...·感光材料 1 5 2 ···.·..載物台 162......掃描器

166· ··.·..曝光頭 168· ···...曝光區域 170......已曝光區域

Claims (1)

1258601 1; / 丨 拾、申請專利範圍： 第92112637號「曝光頭及曝光裝置」專利案 (93年11月30日修正） I 一種曝光頭，相對於曝光面而在與指定方向交叉的方向上 相對移動，係包含有： 照射雷射光之雷射裝置； 空間光調變元件，在基板上以2維狀配列有因應各個控 制信號而變化光調變狀態之多數個畫素部，用以調變由 該雷射裝置所照射的雷射光； 控制手段，利用對應曝光資訊所生成之控制信號，控制比 配列在該基板上之畫素部的全部個數還少個數之複數個 畫素部； 光學系統，使在各畫素部被調變之雷射光成像於曝光面 上。 2. 如申請專利範圍第1項之曝光頭，其中 由該控制手段所控制之畫素部係包含於，對應該指定方 向之方向的長度爲比與該指定方向交叉之方向的長度還 長的區域。 3. 如申請專利範圍第1項之曝光頭，其中 該雷射裝置係構成爲，具備有由核心直徑爲均一且出射 端的包層直徑較入射端的包層直徑還小的光纖之入射端 所入射的雷射光會由其出射端出射之複數個光纖光源，該 複數個光纖光源的出射端中之各個發光點係以陣列狀配 列之光纖陣列光源或束狀配列之光纖束光源。 125个看曰|量 4·如申請專利範圍第2項之曝光頭，其中 該雷射裝置係構成爲，具備有由核心直徑爲均一且出射 端的包層直徑較入射端的包層直徑還小的光纖之入射端 所入射的雷射光會由其出射端出射之複數個光纖光源，該 複數個光纖光源的出射端中之各個發光點係以陣列狀配 列之光纖陣列光源或束狀配列之光纖束光源。 5 ·如申請專利範圍第1項至第4項中任一項之曝光頭，其中 在該雷射裝置和該空間調變元件之間配置有： 准直透鏡，使來自該雷射裝置之雷射光成爲平行光； 光量分布補正光學系統，變化在各出射位置的光束寬 度，以使周邊部之光束寬度對接近光軸之中心部的光束寬 度之比爲，與入射側相較下，出射側係變小，且由該准直透 鏡所平行光化之雷射光的光量分布係在該空間調變元件 的被照射面成爲略均一般地作補正。 6·—種曝光裝置，係具備有：申請專利範圍第1項至第5項 中任一項之曝光頭；及移動手段，使該曝光頭相對於曝 光面，在與指定方向交叉的方向作相對移動。