(57)【要約】【課題】入射光のエネルギを損なうことなく滑らかな斜め線を描画することができる露光装置を提供すること。【解決手段】２次元配列された複数の光源系１１のそれぞれから出力される光ビームの光軸を集光光学系によりインテグレータ１４の入射面の光軸に位置決めし、インテグレータ１４から出力された出射光を複数のミラーＭが２次元に配列されたＤＭＤ３に入射させ、ミラーＭで反射された光を配列がミラーＭの配列と同じであるマイクロレンズアレイ９１の個々のマイクロレンズ９１ａにより集光して基板６上に結像させる露光装置において、マイクロレンズアレイ９１の個々のマイクロレンズ９１ａを、形状がミラーＭと相似形で、入射する光軸と直角な断面がミラーＭと相似形の光を円形に集光する非球面レンズとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元配列された複数の光源のそれぞれから出力される光ビームの光軸を集光光学系によりインテグレータの入射面の光軸に位置決めし、前記インテグレータから出力された出射光を複数のミラーが２次元に配列された空間的光変調器に入射させ、前記空間的光変調器の前記ミラーで反射された光を配列が前記空間光変調器の前記ミラーの配列と同じであるマイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズにより集光してワーク上に結像させる露光装置において、
前記マイクロレンズは前記ミラーと相似形に形成され、入射する光ビームの光軸と直角な方向の断面が前記ミラーと相似形の光を円形に集光する非球面レンズからなることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズアレイの光が入射する側の面の前記マイクロレンズ以外の部分に遮光膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズの集光位置に当該各マイクロレンズからの出射光の前記光軸と直角な方向の断面を円形に整形するピンホールアレイが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記ピンホールアレイは、光が入射する側の面に遮光膜が配置され、配列が前記マイクロレンズの配列と同じであるピンホール群を備えていることを特徴とする請求項３に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンマスクを使用することなく空間的光変調器（Digital Micromirror Device−以下、「ＤＭＤ」という。）を用いてプリント基板、半導体、液晶表面の感光性ドライフィルムまたは液状レジスト等の露光対象物（以下、「基板」という。）に紫外光等の光により電気回路等を露光（描画）するマスクレス露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリント基板、液晶ディスプレイのＴＦＴ基板或いはカラーフィルタ基板或いはプラズマディスプレイの基板にパターンを露光するため、従来はパターンの原版となるマスクを製作し、このマスク原版を用いたマスク露光装置で基板を露光していた。しかし、基板毎にマスクを制作すると、製品化までに要する時間が長くなる等の問題があった。この問題を解決するため、近年、ＤＭＤを用いて、所望のパターンを基板に直接描画（露光）する露光装置（Direct Exposure Machine、以下、「ＤＥ」という。）が普及し始めている。
【０００３】
図５は、従来の露光装置の構成図である。
【０００４】
光源１から出力された光はコリメータレンズ２により平行光１ａに変換されてＤＭＤ３に入射する。ＤＭＤ３には、反射面の１辺が１６μｍである正方形の微小なミラーＭが横方向にｍ個、縦方向にｎ列配置されている。ミラーＭと隣接するミラーＭとの間には１μｍの隙間ｇ（図２参照）が設けられている。それぞれのミラーＭは、対角線方向の１対の端部を支点とし、他方の端部が１０度程度回転可能である。
【０００５】
ＤＭＤ制御装置４は、ＤＭＤ３の各ミラーＭを個別にオンオフ制御（回転制御）する。そして、ミラーＭがオンの場合、平行光１ａは入射したミラーＭにより反射され、投影光学系を介してミラーＭ毎に設けられたマイクロレンズ５により集光されて基板６に入射し、オフの場合は基板６から離れた位置に入射する。マイクロレンズ５はミラーＭ毎に設けられており、ミラーＭによって反射された平行光１ａを各辺方向に収束させ、基板６上でそれぞれ１辺が２．８３μｍの大きさのスポットＳにする。基板６はテーブル７に載置されベース９上をＹ方向に移動自在である。そして、基板６をＹ方向に移動させながらミラーＭをオンさせてスポットＳを基板６上に照射し、基板６にパターンを露光する。市販されているＤＭＤ３は、ミラーＭが直交方向に整列されて配列されているので、通常、ＤＭＤ３をＹ方向に傾けて配置する（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−３２０９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、スポットＳが四角であると、斜めの線を描いた場合に線の幅方向の端部（アウトライン）がギザギザになる。そこで、例えば、図６に示すように、マイクロレンズ５の形状を円形にすると共にその配列をＤＭＤのミラーの配列に一致させ、マイクロレンズを保持する装置（以下、「マイクロレンズアレイ」という。）のマイクロレンズ以外の部分に反射膜を設ければ、マイクロレンズを透過する光の断面（外形）を円形にすることができる。
【０００７】
しかし、この場合、同図に斜線を付して示すように、入射光の一部（約２０％）が反射されてしまうため、エネルギ利用効率が低下すると共に描画速度が低下する。
【０００８】
本発明の目的は、入射光のエネルギを損なうことなく滑らかな斜め線を描画することができる露光装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、２次元配列された複数の光源のそれぞれから出力される光ビームの光軸を集光光学系によりインテグレータの入射面の光軸に位置決めし、前記インテグレータから出力された出射光を複数のミラーが２次元に配列された空間的光変調器に入射させ、前記空間的光変調器の前記ミラーで反射された光を配列が前記空間光変調器の前記ミラーの配列と同じであるマイクロレンズアレイの個々のマイクロレンズにより集光してワーク上に結像させる露光装置において、前記マイクロレンズアレイの個々の前記マイクロレンズを、形状が前記ミラーと相似形で、入射する光軸と直角な断面が前記ミラーと相似形の光を円形に集光する非球面レンズとすることを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記マイクロレンズアレイの光が入射する側の面の前記マイクロレンズ以外の部分に遮光膜を配置するとさらに効果的である。
【００１１】
また、前記マイクロレンズの集光位置に、光が入射する側の面に遮光膜が配置され、配列が前記マイクロレンズの配列と同じであるピンホールを備える板状のピンホールアレイを配置するとさらに効果的である。なお、ピンホールアレイはマイクロレンズからの出射光を光軸に直交する断面が円形になるように整形する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エネルギ利用効率及び描画速度を低下させることなく、滑らかな斜め線を描画することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係る露光装置の構成図、図２はマイクロレンズアレイの平面図、図３はピンホールアレイの平面図、図４は中心軸Ｏ方向の光学系構成図であり、図５と同じものまたは同一機能のものは同一の符号を付してある。
【００１４】
複数のＬＤからなる光源系１１の中心光の光軸Ｏ上には、第１の集光レンズ１２、ガラス円板１３、インテグレータ１４、第２の集光レンズ１５、ミラー１６及びＤＭＤ３が配置されている。ＤＭＤ３の図示を省略するミラーＭの反射側にはレンズ８１、８２から構成される拡大投影系８０、マイクロレンズアレイ９１、ピンホールアレイ９２及びレンズ１０１と１０２とから構成される結像光学系１００が配置されている。そして、拡大投影系８０、マイクロレンズアレイ９１、ピンホールアレイ９２及び結像光学系１００により投影結像レンズ３０を構成している。
【００１５】
テーブル７は直線案内装置２０によりベース２１上を直交する２軸方向に移動自在である。テーブル７には図示を省略するリニアスケールが取り付けられている。基板６はテーブル７に設けられた図示を省略する吸着穴により真空吸着されて、テーブル７上に固定されている。
【００１６】
次に、各構成要素について説明する。
【００１７】
光源系１１には、青（紫）色のレーザダイオード（以下、「ＬＤ」という。）が２次元状に配列されている。ＬＤの配置領域はＤＭＤ３のミラーＭの配置領域とほぼ相似形である。個々のＬＤは４０５ｎｍの波長の光を６０ｍＷ程度の出力で出射する。第１の集光レンズ１２の前側焦点はＬＤの虚像位置、後側焦点はインテグレータ１４の入射端である。ガラス円板１３は透明なガラスで形成され、表面には数μｍの凹凸がｍｍ単位の周期で円周方向に形成されている。ガラス円板１３は光源系１１の中心軸である光軸Ｏと交差するように配置され、光軸Ｏに平行な軸線の回りに回転する。モータ３１はガラス円板１３を回転させる。
【００１８】
インテグレータ１４は、断面が方形で長さＬの複数のロッドレンズを光軸Ｏと直角な２方向に積層したものであり、各ロッドレンズの入射側及び出射側の端面はそれぞれ曲率半径がＲの球凸面である。ロッドレンズを構成するガラスの屈折率をｎとすると、ロッドレンズ１３１の長さＬは
Ｌ＝ｎＲ／（ｎ−１）
に定められている。
【００１９】
前端面（光が入射する面）が第１の集光レンズ１２の後側焦点面に位置決めされたインテグレータ１４の後端面（光が出射する面）は、集光レンズ１５の前側焦点に位置決めされている。
【００２０】
また、インテグレータ１４の後端面（出射位置）は、集光レンズ１５を介して投影結像レンズ３０の入射瞳と結像関係にある。すなわち、インテグレータ１４の後端面は集光レンズ１４の前側焦点であり、集光レンズ１４の後側焦点は投影結像レンズ３０の前側焦点の位置に位置決めされている。
【００２１】
ＤＭＤ３には１０２４×７６８のミラーＭが２次元配列されている。ミラーＭは１辺が１３μｍの大きさの正方形である。隣接するミラーＭ間には１μｍの隙間が設けられている。
【００２２】
図２に示すように、マイクロレンズアレイ９１には配列がミラーＭと同じ１０２４×７６８個のマイクロレンズが配置されている。個々のマイクロレンズ９１ａは、外形がミラーＭと相似形、すなわち拡大投影系８０の倍率だけ拡大した形状である。つまり、３倍の拡大投影系の場合、３９μｍの大きさの角形状である。したがって、ＤＭＤ３のミラーＭからの反射光は総てマイクロレンズ９１ａを通過する。そして、マイクロレンズ９１ａは非球面レンズであり、入射する断面が正方形の入射光を断面円形に集光する。マイクロレンズアレイ９１のマイクロレンズ９１ａ以外の入射面には反射膜が形成されている。
【００２３】
図３に示すように、板状のピンホールアレイ９２にはピンホールＰが形成されている。ピンホールＰの配列ピッチはマイクロレンズ９１ａの配列ピッチと同じであり、直径はマイクロレンズ９１ａによるミラーＭの像の直径と同じ大きさである。ピンホールアレイ９２は光軸Ｏと直角な水平方向を各ピンホールＰの中心が各マイクロレンズ９１ａの中心と同軸になるようにして、また、光軸Ｏ方向はマイクロレンズ９１ａによるミラーＭの結像位置に合わせて配置されている。ピンホールアレイ９２のピンホールＰ以外の入射面は反射膜が形成されている。
【００２４】
次に、本発明の動作を説明する。
【００２５】
光源系１１のＬＤから出力された光はそれぞれの光軸が光軸Ｏと平行、広がり角１度程度で広がりながら第１の集光レンズ１２に入射し、ほぼ平行ビームになって第１の集光レンズ１２から出射する。そして、ほぼ平行ビームの状態でガラス円板１３を透過してインテグレータ１４の前面の中心に一致する位置にほぼ平行光で入射する。ガラス円板１３が回転している場合、露光時間内における各平行ビームの位相が２π以上変えられる。このため、干渉性が高い（スペクトル幅が狭い）ＬＤからの出力光であっても、光束間で生じる干渉縞の位置が高速に変化し、露光時間内で平均化されてその存在がほとんど目立たなくなる。なお、ガラス円板１３が回転している場合の各平行ビームの光路の傾きは実用上無視できる程度である。
【００２６】
インテグレータ１４のロッドレンズに入射したビームは入射面の球凸レンズの効果により、出射端面に絞り込まれる。すなわち、ロッドレンズの出射側の端面には、光源系１１を構成する総てのＬＤがＬＤの配置に合わせて絞り込まれる（結像される）。ロッドレンズの出射端面から出射するビームは出射面の球凸レンズの効果により、入射光の入射角に依存せず、総て光軸（ロッドレンズの軸に平行）に平行な主光線を持つ出射光となる。
【００２７】
そして、インテグレータ１４から出射した出射光は第２の集光レンズ１５に入射し、ほぼ平行ビームになって集光レンズ１５から出射し、ほぼ平行ビームの状態でＤＭＤ３に入射する。すなわち、インテグレータ１４を構成する各ロッドレンズから出射するどの光もＤＭＤ３の表示領域全体を照明する。
【００２８】
ＤＭＤ３の各ミラーＭで反射された光は、拡大光学系８０で拡大され（ここでは３倍）、それぞれ位置が対応するマイクロレンズ９１ａ上に結像する。そして、マイクロレンズ９１ａで集光された光は光軸Ｏ上のピンホールＰが配置された位置に円形に結像する。ピンホールアレイ９２を通過した光は投影レンズ１００を透過し、基板６上で結像する。露光エリア５１の露光が終了したら、テーブル２０を露光方向と直角の方向に移動させ、次の露光エリア５１を投影レンズ３に対して位置決めする。
【００２９】
この実施形態では、ミラーＭで反射された光を円形状の光に成形したので、例えば、４５度のラインを描画した場合、滑らかな直線を描くことができる。
【００３０】
また、ピンホールアレイをマイクロレンズによるミラーＭの結像位置に配置したので、光の断面を確実に円形状にすることができる。
【００３１】
なお、ピンホールアレイは設けなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る露光装置の構成図である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズアレイの平面図である。
【図３】ピンホールアレイの平面図である。
【図４】図１における中心軸Ｏ方向の光学系構成図である。
【図５】従来技術の説明図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
３  ＤＭＤ
６  基板
１１  光源系
１４  インテグレータ
９１  マイクロレンズアレイ
９１ａ  マイクロレンズ
【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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