(57)【要約】【課題】  装置コストを抑えつつ、２次元的に分布した各描画単位の光量を均一化して高精度な画像露光を行う。【解決手段】  空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられた集光レンズ１２０の光出射面１２０Ａにおける光軸Ｌの中心部に、集光レンズ１２０を透過するレーザ光の透過率を低下させるコーティング層１２１を設け、光軸中心部におけるレーザ光の光量（光強度）を低下させて光量分布が均一になるよう補正する。【選択図】    図９
2006221068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを出射する光源と、
画像情報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、
前記空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられ、前記光源から出射された光ビームを透過させて前記複数の画素部に集光する集光光学系と、
前記空間光変調素子の光ビーム出射側の光路上に設けられ、空間光変調素子により変調されて出射された光ビームを透過させて感光材料の露光面に投影する投影光学系と、
前記光ビーム入射側及び前記光ビーム出射側のうちの少なくとも一方の光路上に設けられ、光ビームの光軸中心部における光量を低下させる光量低下手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記光量低下手段は、前記集光光学系及び前記投影光学系のうちの少なくとも一方が有する光学レンズの表面に設けられた光ビームの透過率を低下させるコーティング層であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
光ビームを出射する光源と、
画像情報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、
前記空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられ、前記光源から出射された光ビームを一端部から入射させ内部で導光して他端部から出射し前記複数の画素部に照射するとともに、光ビームの光量分布が均一になるように補正する光量分布補正光学部材と、
前記光量分布補正光学部材の外周面に接触して光量分布補正光学部材を保持するとともに、前記外周面に接触させる位置が変更可能な保持手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
画像情報に応じて光変調状態を変化させる複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子のその複数の画素部に、光源から出射した光ビームを集光光学系を介して照射し、前記複数の画素部によって画素部毎に変調した光ビームを投影光学系を介して感光材料の露光面に投影することにより画像露光を行う露光方法において、
前記空間光変調素子の光ビーム入射側の光路及び光ビーム出射側の光路のうちの少なくとも一方の光路で、光ビームの光軸中心部における光量を低下させて光ビームの光量分布が均一になるように補正することを特徴とする露光方法。
【請求項５】
前記集光光学系及び前記投影光学系のうちの少なくとも一方が有する光学レンズの表面に、光ビームの透過率を低下させるコーティング層を設けることにより、前記光ビームの光軸中心部における光量を低下させることを特徴とする請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
画像情報に応じて光変調状態を変化させる複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子のその複数の画素部に、光源から出射した光ビームを、光ビームの光量分布が均一になるように補正する光量分布補正光学部材を介して照射し、前記複数の画素部によって画素部毎に変調した光ビームにより画像露光を行う露光方法において、
前記光量分布補正光学部材の外周面を保持する保持位置を変更することにより、光量分布補正光学部材から出射される光ビームの光量分布を調整することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及び方法に関し、特に、画像情報に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、光源から複数の画素部に入射した光ビームを画素部毎に変調して露光ヘッドから感光材料に照射し画像露光を行う露光装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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（ＳＬＭ）を利用し、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を用いた従来のデジタル露光方式の露光装置では、レーザ光を照射する光源、光源から照射されたレーザ光をコリメートするレンズ系、レンズ系の略焦点位置に配置されたＤＭＤ、ＤＭＤで反射されたレーザ光を走査面上に結像するレンズ系、を備えた露光ヘッドにより、画像データ等に応じて生成した制御信号によりＤＭＤのマイクロミラーの各々を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（光ビーム）で、ステージ上にセットされ走査方向に沿って移動されるプリント配線板や液晶表示素子等の感光材料に対し画像（パターン）を走査露光している。
【０００４】
このように、描画単位が２次元的に分布した露光ヘッドを備えるデジタル露光装置では、各描画単位で微細なパターンを高精度に形成するために、露光ヘッド内の各描画単位の光量が均一であることが重要である。ただし実際には、露光ヘッドから照射される光ビームは、レンズ系の要因で光軸の中心部に比べて周辺部の光強度が低下してしまい、特にこの傾向は、各描画単位をマイクロレンズアレイにて集光する系で顕著である。そのため、露光ヘッドから照射された光ビームの光強度分布（光量）を測定し、この光強度分布に応じて空間光変調素子の各画素の駆動タイミングを変化させるよう駆動制御することにより、各描画単位の光量が均一になるよう補正するシェーディング技術を、既に本出願人が提案している（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特願２００３−１９０４３３号
【特許文献２】特願２００３−１９０４３４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１、２の技術では、空間光変調素子の駆動制御部に掛かる負荷が増加して処理速度に影響が及び、また、電気的な回路構成や処理ソフトが複雑化してコストアップを招いてしまう場合がある。このような電気的な制御系システムのコストは、装置全体のコストで大きな割合を占めるため、装置コストを抑えるために、制御系システムの負荷を軽減できる新たな技術が望まれる。
【０００６】
本発明は上記事実を考慮して、装置コストを抑えつつ、２次元的に分布した各描画単位の光量を均一化して高精度な画像露光を行うことができる露光装置及び方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、光ビームを出射する光源と、画像情報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、前記空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられ、前記光源から出射された光ビームを透過させて前記複数の画素部に集光する集光光学系と、前記空間光変調素子の光ビーム出射側の光路上に設けられ、空間光変調素子により変調されて出射された光ビームを透過させて感光材料の露光面に投影する投影光学系と、前記光ビーム入射側及び前記光ビーム出射側のうちの少なくとも一方の光路上に設けられ、光ビームの光軸中心部における光量を低下させる光量低下手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、光源から出射された光ビームは、空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられた集光光学系を透過して、空間光変調素子が備える２次元的に配列された複数の画素部に照射される。ここで、空間光変調素子は画像情報に応じて複数の画素部の光変調状態を変化させ、複数の画素部に入射した光ビームを画素部毎に変調する。この空間光変調素子により変調されて出射された光ビームは、空間光変調素子の光ビーム出射側の光路上に設けられた投影光学系を透過して、感光材料の露光面に投影される。これにより、空間光変調素子により変調された光ビームが感光材料に照射され画像露光が行われる。
【０００９】
通常、この光ビームの光量（光強度）分布は、レンズ系の要因により光軸の中心部に比べて周辺部が低下してしまうが、ここでは、光ビーム入射側及び光ビーム出射側のうちの少なくとも一方の光路上に光量低下手段が設けられ、この光量低下手段によって、光ビームの光軸中心部における光量（光強度）が低下される。これにより、２次元的に分布した複数の画素部において、各描画単位の光量が均一になるよう補正され、高精度な画像露光を行うことができる。また、光量分布に応じて空間光変調素子の各画素の駆動タイミングを変化させるよう駆動制御する技術を組み合わせて用いる場合でも、各描画単位の光量が均一になるよう予め補正されているため、空間光変調素子の駆動制御部に掛かる負荷が軽減されて処理速度への影響が低減され、また、電気的な回路構成や処理ソフトを簡素化することができて、コストを抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の露光装置において、前記光量低下手段は、前記集光光学系及び前記投影光学系のうちの少なくとも一方が有する光学レンズの表面に設けられた光ビームの透過率を低下させるコーティング層であることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、集光光学系及び投影光学系のうちの少なくとも一方が有する光学レンズの表面に、光ビームの透過率を低下させるコーティング層を設ける。このコーティング層は、例えば、光学レンズの表面における光軸の中心部に設けられ、光学レンズを透過する光ビームは、このコーティング層によって光軸中心部の光量が低下される。このように、光学レンズの表面にコーティング層を設けるだけの簡単且つ安価な構成で、各描画単位の光量を均一化するよう補正することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、光ビームを出射する光源と、画像情報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、前記空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられ、前記光源から出射された光ビームを一端部から入射させ内部で導光して他端部から出射し前記複数の画素部に照射するとともに、光ビームの光量分布が均一になるように補正する光量分布補正光学部材と、前記光量分布補正光学部材の外周面に接触して光量分布補正光学部材を保持するとともに、前記外周面に接触させる位置が変更可能な保持手段と、を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、光源から出射された光ビームは、空間光変調素子の光ビーム入射側の光路上に設けられた光量分布補正光学部材を透過して、空間光変調素子が備える２次元的に配列された複数の画素部に照射される。この光量分布補正光学部材は、外周面に保持手段が接触することによって保持される。また保持手段は、光量分布補正光学部材の外周面に接触する位置が変更可能であり、この保持手段による外周面の接触位置を変えることにより、光量分布補正光学部材の一端部から入射されて内部を反射しながら導かれる光ビームは、光量分布補正光学部材内部での反射状態が変えられる。これにより、光量分布補正光学部材の他端部から出射された光ビームは、光量分布が均一になるように補正されて、空間光変調素子が備える複数の画素部に照射されるようになり、高精度な画像露光ができるようになる。また、請求項１と同様に、光量分布に応じて空間光変調素子の各画素の駆動タイミングを変化させるよう駆動制御する技術を組み合わせて用いる場合でも、各描画単位の光量が均一になるよう予め補正されているため、制御系システムの負荷を軽減することができるとともに、装置コストを抑えることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、画像情報に応じて光変調状態を変化させる複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子のその複数の画素部に、光源から出射した光ビームを集光光学系を介して照射し、前記複数の画素部によって画素部毎に変調した光ビームを投影光学系を介して感光材料の露光面に投影することにより画像露光を行う露光方法において、前記空間光変調素子の光ビーム入射側の光路及び光ビーム出射側の光路のうちの少なくとも一方の光路で、光ビームの光軸中心部における光量を低下させて光ビームの光量分布が均一になるように補正することを特徴としている。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の発明と同様に、空間光変調素子の光ビーム入射側及び光ビーム出射側のうちの少なくとも一方の光路で、光ビームの光軸中心部における光量を低下させて光ビームの光量分布が均一になるように補正することにより、２次元的に分布した複数の画素部においては、各描画単位の光量が均一になるよう補正される。したがって、画像露光の精度を高めることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の露光方法において、前記集光光学系及び前記投影光学系のうちの少なくとも一方が有する光学レンズの表面に、光ビームの透過率を低下させるコーティング層を設けることにより、前記光ビームの光軸中心部における光量を低下させることを特徴としている。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の発明と同様に、集光光学系及び投影光学系のうちの少なくとも一方が有する光学レンズの表面にコーティング層を設けるだけの簡単且つ安価な構成で、各描画単位の光量を均一化することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、画像情報に応じて光変調状態を変化させる複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子のその複数の画素部に、光源から出射した光ビームを、光ビームの光量分布が均一になるように補正する光量分布補正光学部材を介して照射し、前記複数の画素部によって画素部毎に変調した光ビームにより画像露光を行う露光方法において、前記光量分布補正光学部材の外周面を保持する保持位置を変更することにより、光量分布補正光学部材から出射される光ビームの光量分布を調整することを特徴としている。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、請求項３に記載の発明と同様に、光量分布補正光学部材の外周面を保持する保持位置を変更して、光量分布補正光学部材から出射される光ビームの光量分布を調整することにより、光量分布が均一化された光ビームを、空間光変調素子が備える複数の画素部に照射することができる。したがって、画像露光の精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の露光装置及び方法は上記構成としたので、装置コストを抑えつつ、２次元的に分布した各描画単位の光量を均一化して高精度な画像露光を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［第１の実施形態］
（露光装置の概略構成）
図１には、第１の実施形態に係る露光装置に設けられた露光ヘッド１００の概略構成が示されている。図示のように、この露光ヘッド１００は、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）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、ＤＭＤ５０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、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。
【００２３】
ＤＭＤ５０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上に集光させる集光レンズ系１１４、集光レンズ系１１４を透過したレーザ光をＤＭＤ５０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。
【００２４】
集光レンズ系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。
【００２５】
また、図９（Ａ）に示すように、集光レンズ１２０の光出射面１２０Ａにおける光軸Ｌの中心部には、集光レンズ１２０を透過するレーザ光の透過率を低下させるコーティングが施されている（コーティング層１２１）。この光軸中心部に設けられたコーティング層１２１は、光出射面１２０Ａの正面視にて円形とされ、集光レンズ１２０は直径Ｒに対し、直径Ｒよりも小径（例えば約１／２）の直径Ｓの範囲に設けられている。また、このコーティング層１２１としては、コーティング層全域で透過率の低下量が一定であるもの、あるいは、光軸中心部での透過率の低下量が最も大きく光軸中心から周辺にいくにつれて透過率の低下量が除々に小さくなるようなものなどを用いることができる。
【００２６】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には投影光学系が設けられ、この投影光学系は、ＤＭＤ５０の光反射側の露光面にある感光材料１３４上に光源像を投影するため、ＤＭＤ５０側から感光材料１３４へ向って順に、レンズ系１２６、マイクロレンズアレイ１２８、対物レンズ系１３０の各露光用の光学部材が配置されて構成されている。
【００２７】
ここで、レンズ系１２６及び対物レンズ系１３０は、図１に示すように複数枚のレンズ（凸レンズや凹レンズ等）を組み合せた拡大光学系として構成されており、ＤＭＤ５０により反射されるレーザビーム（光線束）の断面積を拡大することで、ＤＭＤ５０により反射されたレーザビームによる感光材料１３４上の露光エリアの面積を所定の大きさに拡大している。なお、感光材料１３４は、対物レンズ系１３０の後方焦点位置に配置される。
【００２８】
マイクロレンズアレイ１２８は、図１に示すように、ファイバアレイ光源１１２から照射されたレーザ光を反射するＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２（図２参照）に１対１で対応する複数のマイクロレンズ１３２が２次元状に配列され、一体的に成形されて矩形平板状に形成されたものであり、各マイクロレンズ１３２は、それぞれレンズ系１２６を透過した各レーザビームの光軸上にそれぞれ配置されている。このマイクロレンズアレイ１２８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。
【００２９】
ＤＭＤ５０は、図２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。
【００３０】
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３（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３（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２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。
【００３１】
なお、図２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。
【００３２】
ファイバアレイ光源１１２は、図４（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４（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
レーザモジュール６４は、図５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。
【００３６】
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。
【００３７】
上記の合波レーザ光源は、図６及び図７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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
なお、図６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。
【００４１】
図８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８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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
このように構成されたファイバアレイ光源１１２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
ファイバアレイ光源１１２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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
また、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１２８の各マイクロレンズ１３２の集光ビームを絞ることができる。
【００５２】
（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、露光ヘッド１００に設けられたＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２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ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２の反射面の角度を制御する。
【００５３】
ファイバアレイ光源１１２から集光レンズ系１１４を介してＤＭＤ５０に照射された照明光（レーザ光）は、各マイクロミラー６２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、変調された光ビームがレンズ系１２６により拡大されてマイクロレンズアレイ１２８に設けられたマイクロレンズ１３２の各々に入射され集光される。そして、この集光された光ビームは、対物レンズ系１３０によって感光材料１３４の露光面上に結像され、このようにして、ファイバアレイ光源１１２から照射されたレーザ光が画素毎にオンオフ（変調）されて、感光材料１３４がＤＭＤ３６の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア）で露光される。
【００５４】
通常は、この光ビームの光量（光強度）分布は、レンズ系の要因により光軸の中心部に比べて周辺部が低下してしまうが、本実施形態の露光ヘッド１００には、ファイバアレイ光源１１２から出射されたレーザ光の光量分布を均一化してＤＭＤ５０に照射するために、ＤＭＤ５０の光入射側の光路上に配置した集光レンズ系１１４にロッドインテグレータ１１８を設けている。ただし、このロッドインテグレータ１１８によっても、本実施形態のように各描画単位をマイクロレンズアレイ１２８によって集光する系では、光軸中心部に対する周辺部の光強度低下が顕著となり、より高い精度で画像露光を行う場合に光量分布を要求精度まで補正することが難しい。また、この光量分布の補正精度を高めるために、ロッドインテグレータ１１８を長尺化することも考えられるが、その場合、ロッドインテグレータ１１８は非常に高価な光学部品であるため、装置コストが上昇し、また、露光ヘッド１００が大型化してしまうデメリットがある。
【００５５】
そこで、本実施形態の露光ヘッド１００では、集光レンズ系１１４に設けられた集光レンズ１２０の光出射面１２０Ａにおける光軸中心部にコーティング層１２１を設け、このコーティング層１２１によって、光ビームの光軸中心部における光量（光強度）を低下させている。図９（Ｂ）に、本実施形態の露光ヘッド１００における光ビームの光量分布を示す。この図９（Ｂ）では、コーティング層１２１が無い場合の光量分布を一点鎖線で示し、コーティング層１２１を設けた場合の光量分布を実線で示している。この分布図からわかるように、集光レンズ１２０のコーティング層１２１によって、光ビームの光軸中心部における光量（光強度）が低下され、ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２において光量が均一になるよう補正される。
【００５６】
以上説明した通り、本実施の形態の露光装置では、２次元的に分布した複数の画素部において、各描画単位の光量が均一になるよう補正され、高精度な画像露光を行うことができる。また、光量分布に応じてＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２の駆動タイミングを変化させるよう駆動制御する技術を組み合わせて用いる場合でも、各描画単位の光量が均一になるよう予め補正されているため、ＤＭＤ５０の駆動制御部に掛かる負荷が軽減されて処理速度への影響が低減され、また、電気的な回路構成や処理ソフトを簡素化することができて、コストを抑えることができる。
【００５７】
また、特に本実施の形態では、光学レンズ（集光レンズ１２０）の表面（光出射面１２０Ａ）にコーティング層１２１を設けただけの簡単且つ安価な構成で、各描画単位の光量を均一化するよう補正することができる。
【００５８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、上述した第１の実施形態に係る露光装置の露光ヘッド１００において、ロッドインテグレータ１１８によって均一化する光量分布の補正精度を更に高める技術である。
【００５９】
上述したように、露光ヘッド１００内に設けられたロッドインテグレータ１１８は、保持部材によって保持し、レーザ光の光路上における所定の位置に配置する必要がある。本実施形態では、図１０（Ａ）に示すように、ロッドインテグレータ１１８がガラス製で断面矩形の棒状に形成されており、露光ヘッド１００内に設けられた保持ベース１５０上にセットされている。
【００６０】
保持ベース１５０の上面には、一対の固定保持部材１５２Ａ、１５２Ｂが所定の間隔で配置されている。この固定保持部材１５２Ａ、１５２Ｂは、図１０（Ａ）に示すように、レーザ光の光軸Ｌと直交する方向に沿って延出されており、ロッドインテグレータ１１８は、この固定保持部材１５２Ａ、１５２Ｂ上に載置されている。
【００６１】
また、ロッドインテグレータ１１８の上方には、一対の可動保持部材１５４Ａ、１５４Ｂが配置されている。この可動保持部材１５４Ａ、１５４Ｂは、ＳＵＳ等の金属板製で、図示のように略クランク状に屈曲され弾性変形可能とされた保持部材本体１５６と、保持部材本体１５６の先端部に設けられた合成樹脂製の接触部材１５８とを備えている。この接触部材１５８は円柱状に形成されており、下端部が半球面状に形成されている。
【００６２】
また、保持部材本体１５６の基端部側は、アクチュエータ１６０に支持されており、このアクチュエータ１６０が露光装置のコントローラに駆動制御されて作動することにより、光軸Ｌと平行な方向へ移動するよう構成されている。
【００６３】
そして、この可動保持部材１５４Ａ、１５４Ｂは、図１０（Ａ）に示すように、ロッドインテグレータ１１８の上面１１８Ｂに接触部材１５８を点接触させるとともに、保持部材本体１５６の弾性力によってその接触部を保持ベース１５０側へ押圧している。これにより、ロッドインテグレータ１１８は、一対の固定保持部材１５２Ａ、１５２Ｂ、及び、一対の可動保持部材１５４Ａ、１５４Ｂにより保持（挟持）されて、レーザ光の光路上における所定の位置に配置されている。
【００６４】
以上の構成により、本実施形態のロッドインテグレータ１１８は、下面１１８Ａに固定保持部材１５２Ａ、１５２Ｂが接触し、上面１１８Ｂに可動保持部材１５４Ａ、１５４Ｂの各接触部材１５８が接触することによってこれらの保持部材に保持されるとともに、アクチュエータ１６０が作動することにより、上面１１８Ｂに対する接触部材１５８の接触位置が変更される。ここで、この接触位置が変えられると、ロッドインテグレータ１１８の一端部に設けられた光入射面１１８Ｃから入射されて内部を反射しながら導かれるレーザ光は、ロッドインテグレータ１１８内部での反射状態が変えられる。そしてこの接触位置を調整することにより、ロッドインテグレータ１１８の他端部に設けられた光出射面１１８Ｄから出射されるレーザ光の光量分布を更に均一化することができ、この光量分布が高精度に補正されたレーザ光はＤＭＤ５０の複数のマイクロミラー６２に照射される。したがって、本実施形態の露光装置においても高精度な画像露光ができるようになる。
【００６５】
また、第１の実施形態と同様に、光量分布に応じてＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２の駆動タイミングを変化させるよう駆動制御する技術を組み合わせて用いる場合でも、各描画単位の光量が均一になるよう予め補正されているため、制御系システムの負荷を軽減することができるとともに、装置コストを抑えることができる。
【００６６】
以上、本発明を上述した第１及び第２の実施形態により詳細に説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。
【００６７】
例えば、第１の実施形態では、光ビームの透過率を低下させるコーティング層１２１を集光レンズ１２０の光出射面１２０Ａに設けているが、このコーティング層は、集光レンズ１２０の光入射面、あるいは、両面に設けてもよく、さらには、ＤＭＤ５０の光入射側に配置された集光レンズ系１１４に限らず、光出射側に配置されたレンズ系１２６や対物レンズ系１３０が有する光学レンズに設けてもよい。また、このように、光ビームの光軸中心部における光量を低下させる光量低下手段の構成としては、光ビームの透過率を低下させるコーティングを光学レンズに施したものに限らず、例えば、光軸中心部の透過光量を低下させる加工が施された光学フィルタを光ビームの光路上に設けるような構成であってもよい。
【００６８】
また、第２の実施形態では、可動保持部材１５４Ａ、１５４Ｂに設けた保持部材本体１５６を移動可能に構成し、ロッドインテグレータ１１８との接触位置を変更可能とするために、電気的なアクチュエータ１６０を用いて自動で移動させる構成としたが、これについては、機械的なスライドレール等により保持部材本体１５６を支持して手動で移動させるように構成し、保持部材本体１５６の位置調整後にねじ等の固定手段で固定するようにしてもよい。
【００６９】
また、上記の実施の形態における露光装置では、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、このような反射型空間光変調素子の他に、透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用することもできる。例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ；Special 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）等の液晶シャッターアレイなど、ＭＥＭＳタイプ以外の空間光変調素子を用いることも可能である。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タイプの空間光変調素子とは、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光変調素子を意味している。さらに、Grating Light Valve（ＧＬＶ）を複数ならべて二次元状に構成したものを用いることもできる。これらの反射型空間光変調素子（ＧＬＶ）や透過型空間光変調素子（ＬＣＤ）を使用する構成では、上記したレーザの他にランプ等も光源として使用可能である。
【００７０】
また、上記の実施の形態における光源としては、合波レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源、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、複数の発光点が二次元状に配列された光源（たとえば、ＬＤアレイ、有機ＥＬアレイ等）、等が適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光装置が備える露光ヘッドの光学系を示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る露光装置における、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる露光ビームの走査軌跡を示す要部平面図、（Ｂ）はＤＭＤを傾斜させた場合の露光ビームの走査軌跡を示す要部平面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は図２のＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図４】（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５】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図６】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図７】図６に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図８】図６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９】（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る露光ヘッドの光学系の要部を示す概略構成図、（Ｂ）は（Ａ）の光学系を備えた露光ヘッドから照射された光ビームの光量分布を示すグラフ図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る保持部材により保持されたロッドインテグレータにおいて、入射した光が内部を反射ながら導かれ光量分布が均一化されて出射される様子を模式的に示した斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の保持部材の概略構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
５０   ＤＭＤ（空間変調素子）
６２   マイクロミラー（画素部）
１００ 露光ヘッド
１１２ ファイバアレイ光源（光源）
１１４ 集光レンズ系（集光光学系）
１１８ ロッドインテグレータ（光量分布補正光学部材）
１１８Ａ      下面（外周面）
１１８Ｂ      上面（外周面）
１１８Ｃ      光入射面（一端部）
１１８Ｄ      光出射面（他端部）
１２０ 集光レンズ
１２０Ａ      光出射面（表面）
１２１ コーティング層（光量低下手段／コーティング層）
１２６ レンズ系（投影光学系）
１３０ 対物レンズ系（投影光学系）
１３４ 感光材料
１５０ 保持ベース
１５２Ａ      固定保持部材
１５４Ａ      可動保持部材
１５６ 保持部材本体
１５８ 接触部材
１６０ アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006221068.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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