(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を照明するために露光装置において使用するための露光ヘッドであって、
複数のビームをもたらすための複数の放射源と、前記ビームを受け取り、前記ビームを前記表面に向けて前記ビームの各々を衝突スポット上に衝突させるように構成された光学走査ユニットと、前記光学走査ユニットを少なくとも部分的に回転させるために前記光学走査ユニットに連結された回転作動ユニットとを備え、
前記ビームの前記衝突スポットは、前記光学走査ユニットの前記少なくとも部分的な回転によって前記表面にわたって走査され、
前記光学走査ユニットは、透過性要素を備え、
前記ビームは、前記透過性要素によって放射源から受け取られ、
前記透過性要素は、ポリゴンプリズムであって、回転時に少なくとも１つの切子面が前記ビームを受け取り、少なくとも１つの前記切子面が前記ビームを前記透過性要素を通して伝えた後で出力するための３つまたはそれ以上の切子面を含んで、
前記ビームを前記透過性要素の回転時に変位させて前記衝突スポットの前記走査を可能にし、それによって前記衝突スポットが、画像を形成するためのパターンで前記表面を照明する透過性要素を備える、
露光ヘッド。
【請求項２】
前記ポリゴンプリズムの前記切子面が、偶数の数のものであり、
前記ポリゴンプリズムの対向する側の各々２つの切子面が、使用時、前記対向する切子面の第１のものが、前記ビームの少なくとも１つを受け取り、前記対向する切子面の第２のものが、前記受け取られた少なくとも１つのビームを出力する、
請求項１に記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記対向する切子面が平行であり、それによって、前記対向する切子面の受け取る側の第１のものの上の前記少なくとも１つのビームの入射角度と同じ角度下で、前記少なくとも１つのビームを出力する、
請求項２に記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記複数の放射源の２つ以上が、前記回転作動ユニットによる前記透過性要素の前記少なくとも部分的な回転の概念的な回転軸に対して垂直な方向に互いに隣り合って配置される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項５】
隣り合って配置された前記複数の放射源の前記２つ以上の前記ビームが、前記透過性要素上の実質的に同じ衝突場所に向けられる、
請求項４に記載の露光ヘッド。
【請求項６】
前記２つ以上の隣り合って配置された放射源が、互いに位置合わせされた走査線にわたる前記ビームの走査を可能にするようにして置かれ、
前記隣り合う放射源の配置または前記透過性要素の前記切子面の少なくとも１つのサイズの少なくとも１つが、前記隣り合うビームの前記走査線が少なくとも部分的に重複するようなものである、
請求項４または５のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項７】
前記２つ以上の隣り合って配置された放射源が、平行であるが互いに位置合わせされない走査線にわたる前記放射源の走査を可能にするように配置され、
前記放射源の配置または前記透過性要素の前記切子面の少なくとも１つのサイズの少なくとも１つが、隣り合うビームの前記走査線が少なくとも部分的に重複して、前記放射源からの光の強度操作によってサブ・ピクセル精度の画像の露光を可能にするようなものである、
請求項４または５のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項８】
前記複数の放射源の別の２つ以上が、前記回転作動ユニットによる前記透過性要素の前記少なくとも部分的な回転の概念的な回転軸に対して平行な方向に互いに隣り合って配置される、
請求項４から７のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項９】
前記露光ヘッドが、使用時、基板表面である前記照明される表面に対してある動作方向に移動され、
前記複数の放射源の２つ以上が、前記動作方向に互いに隣り合って配置され、それによって前記表面を同じ経路内で前記動作方向に同時に照明することを可能にする、
請求項４から８のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項１０】
前記露光ヘッドが、使用時、基板表面である前記照明される表面に対してある動作方向に移動され、
前記複数の放射源の２つ以上が、前記動作方向に対して角度を付けて互いに隣り合って配置され、それにより、前記基板表面を重複するまたは平行の経路内で前記動作方向に同時に照明する、
請求項４から９のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項１１】
前記透過性要素が、前記切子面間の１つまたは複数の縁において、反射性コーティングを含む、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項１２】
前記複数の放射源が、１つまたは複数のレーザ・ダイオードを含む、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の露光ヘッド。
【請求項１３】
請求項１から９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの露光ヘッドを備える露光装置であって、
さらに、前記少なくとも１つの露光ヘッドおよび照明された表面を互いに対して移動させ、前記照明された表面は基板表面であり、それによって前記基板表面にわたって露光軌道を描いて前記基板表面を露光するための動作ドライバを備え、
さらに、露光画像データに応じて前記少なくとも１つの露光ヘッドに電気信号を提供して、前記少なくとも１つの露光ヘッドの少なくとも１つの前記放射源の制御を可能にするように構成された画像制御装置を備える、
露光装置。
【請求項１４】
前記露光ヘッドが、使用時、前記基板表面に対してある動作方向に移動され、
前記複数の放射源の２つ以上が、前記動作方向に対して角度を付けて互いに隣り合って配置され、それにより、前記基板表面を重複するまたは平行の経路内で前記動作方向に同時に照明し、
前記動作ドライバが、適時に、前記２つ以上の隣り合う放射源の後続の照明パターンが少なくとも部分的に重複するように、前記露光ヘッドの動作速度を適合させるように構成される、
請求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記露光ヘッドは、前記切子面間の１つまたは複数の縁において、反射性コーティングを含む透過性要素を備える、
請求項１３または１４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの露光ヘッドの１つまたは複数が、前記露光ヘッドの前記回転作動ユニットによる前記透過性要素の前記少なくとも１つの部分的な回転の概念的な回転軸に対して垂直な方向に互いに隣り合って配置された少なくとも２つのレーザ・ダイオードを備え、
前記少なくとも２つの隣り合って配置されたレーザ・ダイオードが、互いに位置合わせされた走査線にわたる前記ビームの走査を可能にするように置かれ、
前記隣り合うレーザ・ダイオードの配置または前記露光ヘッドの前記透過性要素の前記切子面の少なくとも１つのサイズの少なくとも１つが、前記隣り合うビームの前記走査線が少なくとも部分的に重複するようなものであり、
前記露光装置の前記画像制御装置または前記露光ヘッドの露光制御ユニットの少なくとも１つが、前記露光画像データに応じて前記レーザ・ダイオードをタイミング良く作動させるように構成される、
請求項１３から１５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記露光装置が、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の１つまたは複数の露光ヘッドが、放射線感受性層を選択的に照射するために使用される、印刷回路基板−ＰＣＢ−製造システム、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の１つまたは複数の露光ヘッドが、放射線感受性液体材料の連続層を選択的に照射して有形物体を形成するために使用される、ステレオリソグラフィ・システム、および
請求項１から１２のいずれか１項に記載の１つまたは複数の露光ヘッドが、固体粉末材料の連続層を選択的に照射し、それによって溶融させおよび／または焼結して有形物体を形成するために使用される粉末床溶融結合システム、
を含む群の少なくとも１つである、
請求項１３から１６のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記露光装置が、前記基板表面の各々の表面領域を前記放射源の２つ以上の組によって順次的に２回以上照明するように構成される、
請求項１３から１７のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記放射源が、種々の波長の放射源を含む、
請求項１３から１８のいずれか１項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面を照明する露光装置において使用する露光ヘッドであって、１つまたは複数のビームをもたらすための１つまたは複数の放射源と、１つまたは複数のビームを受け取り、表面に向けてビームの各々を衝突スポット上に衝突させるように構成された光学走査ユニットとを備える、露光ヘッドを対象とする。本発明は、さらに、露光装置および露光ヘッドを作動させて平面を照明するための方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
従来のマスクレス露光システムは、しばしば、単一のレーザおよび走査光学系を使用してビームを基板上の種々の位置に向けて偏向させる。偏向には何らかの重要な副次的影響が通常起こり、これは、種々のシステムにおいて常に対処されているわけではない。たとえば、これらの影響は、完全に平坦ではない基板上に位置誤差を引き起こす斜めビーム照射を含む。リソグラフィ・システムでは、この結果、最終製品に欠陥を引き起こすことがよくある。そのような欠陥を招き得る他の望ましくない副次的影響は、基板上のビームの斜め照射およびスポットの焦点ぼけによるスポット成長である。
【０００３】
偏向は、たとえば、二軸ガルバノメーターミラーによって行われ得る。Ｆシータ対物レンズが、そのため、すべての基板位置上の正しい焦点合わせを達成するために必要とされる。他の２つの副次的影響は、この方法では補正されない。別の方法は、回転式ポリゴンミラーを使用することである。ここでも、少なくとも焦点ぼけを補償するために、スキャナの後に光学系が必要とされる。光学系は、すべてのビームが基板上に垂直に照射するように斜め照射を補正することもできる。しかし、これには、比較的複雑な光学システムが必要とされる。
【０００４】
システムはすべて、達成可能なスポット・サイズにおける制限という問題を抱える。（すべての基板領域に到達するために）偏向の後でビームの長い投射距離が必要とされることにより、スポットは、非常に小さく（たとえば、距離、波長、光学系のアパーチャの数などの要因に応じて５０μｍを下回って）形成することはできない。短い光学距離、したがってより小さく達成可能なスポット・サイズは、多くの光源を使用するときに得られ得る。これは、各々の光源によって対応される基板領域が小さくなるという理由のためである。この原理を使用するいくつかのシステムが、知られている。しかし、上記ですでに示唆したように、多くの走査後レンズが、上記の副次的影響を取り扱うために必要とされる。これらのレンズは、小さいものになることができるが、それほど小さいものではなく、各々のレンズは、少なくとも走査長さのサイズである必要がある。これは、ビーム直径よりかなり大きく、ポリゴンミラーの前の光路内のレンズよりかなり大きい。したがって、多くのレーザ・ビームの使用は、走査後の光学系に関する状況を悪化させ、これをより複雑にするだけである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、露光ヘッドであって、上述の欠点が解決され、基板を１つまたは複数のビームの走査動作で照明することによって、基板を正確に露光することを可能にする露光ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これを達成するために、平面を照明するために露光装置において使用するための露光ヘッドであって、１つまたは複数のビームをもたらすための１つまたは複数の放射源と、１つまたは複数の光学ビームを受け取り、ビームを平面に向けてビームの各々を衝突スポット上に衝突させるように構成された光学走査ユニットと、光学走査ユニットを少なくとも部分的に回転させるために光学走査ユニットに連結された回転作動ユニットとを備え、１つまたは複数のビームの衝突スポットが、光学走査ユニットの前記少なくとも部分的な回転によって平面にわたって走査され、光学走査ユニットは、透過性要素であって、１つまたは複数のレーザ・ビームを受け取り、このビームを透過性要素を通して伝えた後で出力するための１つまたは複数の切子面を含んで、ビームを透過性要素の前記回転時に変位させて照射スポットの走査を可能にする、透過性要素を備える、露光ヘッドがここに提供される。放射源は、光ビームをもたらすための光源でよい。
【０００７】
本発明の露光ヘッドは、スネルの法則（スネル−デカルトの法則または屈折の法則としても知られている）を利用して、露光ヘッドの１つまたは複数の光ビームを基板の表面にわたって走査させることを可能にする。スネルの法則は、光ビームが第１の媒体（たとえば空気）から表界面を通って第２の媒体（たとえばガラス）内へと進行するときの、表界面における法線に対する光ビームの入射角度θ１と屈折角度θ２の間の関係を定義する。スネルの法則によれば、入射光ビームは、より小さい屈折率ｎ１を有する媒体からより大きい屈折率ｎ２を有する媒体に進むとき、表界面の法線ベクトルに向かって屈折する。反対に、光ビームが、より大きい屈折率ｎ２を有する媒体からより小さい屈折率ｎ１を有する媒体に進むとき、光ビームは、表界面において、法線ベクトルからより離れる方向に屈折する。数学的には、入射角度θ１および屈折角度θ２に関して、角度間の関係は、以下の通りである。
ｓｉｎ（θ１）／ｓｉｎ（θ２）＝ｎ２／ｎ１
【０００８】
上記の点から見て、本発明は透過性要素を使用し、この場合、この要素の少なくとも１つの切子面は、１つまたは複数のビームを受け取り、少なくとも１つの他の切子面は、受け取られた１つまたは複数の光ビームを、光ビームが透過性要素を通って進行した後で出力する。透過性要素を回転させることにより、入射する１つまたは複数のビームに対する受け取り切子面の配向は、常に変化する。上記のスネルの法則を参照すれば、切子面によって提供された表界面の法線ベクトルに対する、透過性要素内の内部を進行する屈折した光ビームの角度は、１つまたは複数のビームに対する切子面の回転の結果、変化する。その反対に、透過性要素の出力部を形成する切子面においては、表界面の両側の２つの媒体の屈折率は、逆転される。したがって、透過性要素全体が１つまたは複数の光ビームに対して回転するので、表界面の法線ベクトルに対する、透過性要素を離れる光ビームの出力角度は、回転によって反対方向に変化する。こうして、１つまたは複数の光源からの１つまたは複数の光ビームの経路内に透過性要素を使用し、透過性要素を、（光ビームに対する受け取り切子面および出力切子面の配向が回転によって変わるように）（概念的または物理的な）回転軸の周りで少なくとも部分的に回転させることにより、光ビームの方向を変更することができ、それによって光ビームは、基板の表面にわたって走査され得る。
【０００９】
１つまたは複数の光源は、一実施形態によると、１つまたは複数のレーザ・ダイオード（ＬＤ）から形成されてよく、または含んでよい。理解されるように、他の光源も適切になり得る。たとえば、光源は、さらに、または代替的に、１つまたは複数のレーザ空洞を含んでもよい。光は、案内されずに直接的に放射されてよく、または光学系または１つまたは複数の光ファイバを介して透過性要素に向けて運ばれてよい。
【００１０】
好ましくは、但し必ずしもそうである必要はないが、１つまたは複数の光ビームを受け取る受け取り切子面の表面は、１つまたは複数の光ビームを出力する出力切子面の表面に対して平行である。その場合、受け取り切子面上の入射光ビームの方向の変更は、出力切子面では完全に逆転されることが分かり得る。したがって、受け取り切子面および出力切子面の平行な表面、たとえば平面の平行プレートを使用することにより、透過性要素を離れる光ビームの方向は、透過性要素上に入射する光ビームの方向と全く同じであり、それらの経路だけが、光ビームの入射路に対する切子面表面の配向に応じて変位される。このため、走査中、基板の表面上の光ビームの入射角度に影響を与えることなく、基板の表面にわたって光ビームの各々の衝突スポットを走査することが可能になる。それによって、たとえば鏡を使用する従来技術の方法が遭遇する斜めビーム照射の問題は、補正光学系を使用する必要なく解決される。これは、基板表面にわたってビームを走査させるための明解かつ簡単な解決策を提供する。さらに、複雑な光学系システムが存在しない結果、光源（たとえばレーザ・ダイオード）と基板表面の間の距離は、従来技術の方法よりもかなり短くすることができる。これは、進行経路にわたる発散による照射スポットのスポット・サイズの拡大が、追加の光学系を有することなく、光路の短縮に比例して低減され得るという別の利点を有する。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、透過性要素は、１つまたは複数の切子面を含むポリゴンプリズムである。ポリゴンプリズムを透過性要素として使用することにより、プリズムは、一定の回転速度で連続的に回転させられて、１つまたは複数の光ビームの走査を可能にすることができる。ポリゴンプリズムを、ポリゴンプリズムの次の切子面がその後一定の速度で１つまたは複数の光ビームの正面を向くように回転させることにより、光ビームの衝突スポットは、切子面の各々の通過にわたって同じ線セクションをトレースされ得る。好ましくは、別の実施形態によれば、ポリゴンプリズムの切子面は、偶数の数のものであり、この場合、ポリゴンプリズムの対向する側の各々２つの切子面は、使用時、前記対向する切子面の第１のものが、前記光学光ビームの少なくとも１つを受け取り、前記対向する切子面の第２のものが、前記受け取られた少なくとも１つの光学光ビームを出力するように共働する。さらに、より好ましくは、対向する切子面は平行であり、それによって、前記対向する切子面の受け取る側の第１のものの上の少なくとも１つのビームの入射角度と同じ角度下で、少なくとも１つの光学光ビームを出力する。対向する平行な切子面を使用する利点、すなわち（光ビームに対するポリゴンプリズムの配向に応じて）これらの切子面の１つが受け取り切子面を形成し、対向する切子面の他のものが出力切子面を形成する利点は、基板表面上の光ビームの入射角度を変更することなく、基板の表面にわたって衝突スポットを走査することを可能にすることであるように上記で説明されてきた。基板表面上の入射角度は、したがって、一定に、たとえば表面に対して垂直に保たれ得る。
【００１２】
理解されるように、ポリゴンプリズムは、当業者によって望ましいと考えられる任意の数の切子面を有することができる。しかし、各々の切子面が対向する平行な切子面を有する偶数の数の切子面を使用するとき、良好な結果が、４個、６個、８個、１０個、１２個、および１４個の切子面からなるポリゴンプリズムによって達成されている。より多い数の切子面を使用すると、（ポリゴンプリズムのサイズに関連して）切子面の各々がより小さくなることが、留意される。切子面のサイズは、基板表面上の衝突スポットによって走査動作においてトレースされ得る線セクションの最大長さを決定するため、より少ない数の切子面は、これらの線セクションをより長くすることを可能にする。より長い線セクションが、ほとんどの用途において有利である。切子面の数が少なすぎる場合、大きい入射角度（すなわち臨界角度より大きい）における全内部反射などの望ましくない副次的影響が、ポリゴンプリズムの回転時に起こり得る。切子面の数と基板表面上の衝突スポットによって走査される線セクションの長さとの間の最適条件は、たとえば、８つの切子面を有するポリゴンプリズム、八角プリズムにおいて見出される。
【００１３】
別の実施形態によると、ヘッドは、複数のレーザ・ダイオードを備える。さらに、透過性要素は、光学走査ユニットによる同時走査のために、透過性要素がレーザ・ダイオードの複数のレーザ・ビームを受け取ることを可能にするようなサイズのものになり得る。たとえば、上記で言及した八角プリズムの例を使用すると、プリズムは八角形の断面になることができ、その一方で一行内の（たとえば、プリズムの長さＬにわたって配置された）Ｎ個の全レーザ・ダイオードがプリズムを照射することを可能にするような長さＬを有する。このため、Ｎ個のレーザ・ダイオードの各々の衝突スポットを表面にわたって走査することが可能になる。露光ヘッドが、レーザ・ダイオードを作動させる間、基板表面に対して（たとえば一直線に）並進される場合では、基板表面のストリップまたはバンドが、露光ヘッドを使用して走査され、照明され得る。
【００１４】
別の実施形態によれば、２つ以上の複数のレーザ・ダイオードが、回転作動ユニットによる透過性要素の少なくとも部分的な回転の概念的な回転軸に対して垂直な方向に互いに隣り合って配置される。換言すれば、レーザ・ダイオードは、透過性要素に対して並んで配置される。透過性要素を照射することにより、光ビームの各々は、透過性要素またはポリゴンプリズムによって等しい量で変位され、それにより、対応する光ビームの衝突スポットによってトレースされる線セクションは、互いに平行であり、位置合わせされる。２つ以上のレーザ・ダイオードからの光が同じ線セクションを正確に描く場合、基板の表面における光収率は、対応して増加する。代替的に、上記で説明したように互いに隣り合って配置された２つ以上の光ビームからの光は、基板の表面上の衝突スポットによってトレースされる線セクションが、互いに対して平行であり、互いの延長線上に（または少なくとも部分的に互いの延長線上に）位置合わせされるように、わずかに傾斜され得る。たとえば、隣り合って配置された複数のレーザ・ダイオードの２つ以上のレーザ・ビームは、透過性要素上の実質的に同じ衝突場所に向けられ得る。
【００１５】
さらにより好ましくは、上記で言及した隣り合うレーザ・ダイオードの各々に対応する衝突スポットによって描かれる線セクションは、延長された線セクションを得るように、但し、個々の線セクションが互いの終点の近くで少なくとも部分的に重複するように、平行であり、位置合わせされ、相補的になることができる。終点近くのこの重複により、各々の個々のＬＤの正確な配置または配向における小さい誤差は、走査中、ＬＤの適切な電力供給によって補正され得る。これは、基板の照明時、ＬＤの電力供給を制御する個々のＬＤの駆動ソフトウェア内で小さい誤差を補正することができるため、個々のＬＤの各々の正確な配置は、露光ヘッドの製造中、それほど重要でなくなるという利点を有する。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、上記で言及した２つ以上の隣り合って配置されたレーザ・ダイオードは、平行であるが、互いに位置合わせされない走査線にわたるレーザ・ビームの走査を可能にするように置かれ、この場合、隣り合うレーザ・ダイオードの配置、または透過性要素の切子面の少なくとも１つのサイズの少なくとも１つは、隣り合うビームの走査線が、少なくとも部分的に重複して、レーザ・ビームからの光の強度操作によってサブ・ピクセル精度の画像の露光を可能にするようなものである。この実施形態は、基板表面が正しく露光されるためには、光収率の特定の閾値量を露光ヘッドから受け取らなければならないという前提に基づく。この光の閾値を前提としてとらえると、本実施形態では、隣り合うレーザ・ダイオードの光ビームの衝突スポットの線セクションは、互いに平行で、連続的であり、それにより、側部セクションは部分的に重複する。レーザ・ビームからの光の強度を制御することにより、これは、基板の表面におけるサブ・ピクセルが閾値を受け取る、または受け取らないに関わらず、サブ・ピクセル精度で正確に制御され得る。したがって、透過性要素に対するレーザ・ビームのこの配置は、基板表面のサブ・ピクセル精度の照明を可能にする。
【００１７】
本発明の別の実施形態によれば、複数のレーザ・ダイオードの２つ以上は、回転作動ユニットによる透過性要素の少なくとも部分的な回転の概念的な軸に対して平行な方向に互いに隣り合って配置される。概念的な軸に対して平行に置かれることにより、本明細書の上記で言及した実施形態は、Ｎ個のレーザ・ダイオードがポリゴンプリズムの長さ方向Ｌにわたって配置されるものとなる。
【００１８】
本発明のさらに別の実施形態によると、複数のレーザ・ダイオードは、回転作動ユニットによる透過性要素の少なくとも部分的な回転の前記概念的な回転軸に対して平行な表面にわたって行列の形で配置され、各々のレーザ・ダイオードの出力面は、六角形として成形され、レーザ・ダイオードは、ハニカム配置で配置される。ＬＤのハニカム配置は、行列にわたるＬＤの高密度の集中を可能にし、それにより、レーザ・ダイオードの配置に対して上記で参照された利点のすべてを達成する。
【００１９】
本発明の別の実施形態による露光ヘッドは、さらに、露光データを受け取り、露光データに応じて１つまたは複数のレーザ・ダイオードの作動を制御するように構成された露光制御ユニットを備える。たとえば、制御ユニットは、データ信号を受け取ることができ、受け取られたデータ信号に適切に対応して露光ヘッドの個々のレーザ・ダイオードの各々に電力供給することができる。これは、たとえば、上記で参照した不正確な配置または小さい構造上の誤差を補正するためのレーザ・ダイオードの作動の補正、または上記で参照した露光ヘッドのサブ・ピクセル精度を得るための個々のレーザ・ダイオードの作動の適切な制御を含むことができる。制御ユニットは、露光ヘッドが設置される露光装置の画像制御装置からそれぞれのデータ信号を受け取ることができる。
【００２０】
露光ヘッドは、使用時、基板表面である照明される表面に対してある動作方向に移動され得る。前記複数のレーザ・ダイオードの２つ以上は、その動作方向に互いに隣り合って配置され、それによって表面を同じ経路内で前記動作方向に同時に照明することを可能にする。また、ポリゴンプリズムまたは透過性要素の切子面の後続の通過における隣り合うダイオードの照明パターンは、たとえば、露光ヘッドと基板表面の間の相対動作の速度を制御することによって重複させられ得る。さらに別の実施形態によると、露光ヘッドは、使用時、基板表面である照明される表面に対してある動作方向に移動させることができ、この場合、前記複数のレーザ・ダイオードの２つ以上は、その動作方向に対して角度を付けて互いに隣り合って配置され、それにより、基板表面を重複するまたは平行の経路内で前記動作方向に同時に照明する。
【００２１】
本発明の別の態様によると、本明細書の上記で説明したような露光ヘッドを備える露光装置が提供される。好ましい実施形態では、この態様による露光ヘッドは、さらに、少なくとも１つの露光ヘッドを基板表面上の露光軌道にわたって移動させて基板表面を露光するための動作ドライバを備え、さらに、露光画像データに応じて少なくとも１つの露光ヘッドに電気信号を提供して、少なくとも１つの露光ヘッドのレーザ・ダイオードの制御を可能にするように構成された画像制御装置を備える。動作ドライバは、露光ヘッドが基板表面にわたってストリップまたはバンドを描くことを可能にする。画像制御装置は、露光画像データに応じて少なくとも１つの露光ヘッドの制御ユニットに電気信号を提供することを可能にする。露光画像データは、たとえば、メモリなどのデータ保存場所から、またはネットワークもしくは他のデータ通信手段から得られ得る。露光装置の動作ドライバは、適時に、前記２つ以上の隣り合うレーザ・ダイオードの後続の照明パターンが少なくとも部分的に重複するように、露光ヘッドの動作速度を適合させるように構成され得る。
【００２２】
露光装置の別の実施形態によると、少なくとも１つの露光ヘッドの１つまたは複数は、前記露光ヘッドの回転作動ユニットによる透過性要素の少なくとも部分的な回転の概念的な回転軸に対して垂直な方向に互いに隣り合って配置された少なくとも２つのレーザ・ダイオードを備え、この場合、少なくとも２つの隣り合って配置されたレーザ・ダイオードは、互いに位置合わせされた走査線にわたるレーザ・ビームの走査を可能にするように置かれ、隣り合うレーザ・ダイオードの配置または露光ヘッドの透過性要素の切子面の少なくとも１つのサイズの少なくとも１つは、隣り合うレーザ・ビームの走査線が少なくとも部分的に重複するようなものであり、装置の画像制御装置または露光ヘッドの露光制御ユニットの少なくとも１つは、露光画像データに応じてレーザ・ダイオードをタイミング良く作動させるように構成される。
【００２３】
本発明は、添付の図を参照して、その一部の特有の実施形態の説明によってさらに明瞭にされる。詳細な説明は、本発明の可能な実施の例を提供するが、その範囲下に含まれる実施形態だけを説明するものととらえられるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲において定義され、その説明は、本発明に対する制限ではなく例示的なものとしてみなされる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来技術による露光システムの原理を示す概略図である。
【図２】本発明による露光ヘッドの作用原理を示す概略図である。
【図３】本発明に適用されるスネルの法則の原理を示す概略図である。
【図４】本発明による、基板を露光する露光ヘッドを示す概略図である。
【図５】本発明による、露光ヘッドを備える露光装置を示す図である。
【図６】本発明による、露光ヘッドに適用されるポリゴンプリズムおよび複数の行内のレーザ・ダイオードを示す図である。
【図７】本発明による、露光ヘッド内のレーザ・ダイオードの作動スキームを示す概略図である。
【図８】本発明による、露光ヘッド内のレーザ・ダイオードの配置と、露光ヘッド内のレーザ・ダイオードの配置を使用して得られた露光パターンの一部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
回転式ポリゴンミラー１０に基づく、従来の露光ヘッド１の作用原理が、図１に概略的に示される。露光ヘッド１は、光源３を備える。光源３は、レーザ・ビーム４をもたらす単一レーザであり、レーザ・ビーム４は、成形され、基板３０上の表面３１上の線セクション２８をトレースするように方向が連続的に変更される。基板を矢印２６に示すように移動させることにより、表面３１の領域は、レーザ・ビームによって走査され照明され得る。ビーム４の経路に沿った変調器５ａおよび５ｄは、ビームの強度の変調を可能にし、それによって走査中、ビームをオンオフし、基板３０の表面３１上の所定の照明パターンを照明する。反射鏡６、７、および８を使用して、ビーム４は、ポリゴンミラー１０に向かって導かれる。ポリゴンミラー１０は、軸１１の周りで回転する。それによってビーム４は、通り過ぎていくポリゴンミラー１０の切子面上にあたる。
【００２６】
回転１１の結果、切子面１２は、通り過ぎながら、ビーム４に対する配向を連続的に変更する。それにより、ビーム４は、ビーム４が入射する切子面１２の瞬間位置に応じて方向を絶えず変更している。ポリゴンミラー１０の下流側に、種々の位置のレーザ・ビームが、参照番号１３−１、１３−２、および１３−３で示される。回転方向の点から見て、ビームは最初、これが最初に切子面１２に入射するとすぐに経路１３−１を描く。切子面１２がさらに回転するとき、ビームは、経路１３−２を描き、入射の最終点（レーザ・ビーム４が次の切子面に入射する直前）において、ビームは経路１３−３を描く。図１に示すように、ビーム（１３−１から１３−３）は、反射鏡２３を使用して基板表面３１上に偏向される。
【００２７】
走査後光学系１５、１６、１７、１９、２０、および２５の不在下では、望ましくない影響が起こる。図１に示すように、ミラー１０によって反射されたビームは、ミラーの回転中、方向をわずかに変更する。換言すれば、出力ビームのビーム経路は、切子面１２の配向がミラー１０の回転によって変化する間に変化する。これは、瞬間ビーム経路１３−１から１３−３によって示され、これらは、切子面１２の種々の配向に対して相互に斜めである。これによって引き起こされる望ましくない光学的影響は、走査後光学系１５、１６、１７、１９、２０、および２５によって解決される。
【００２８】
斜めに分岐する出力ビームを有するシステムでは、焦点は、湾曲表面上にある。平坦な表面上では、焦点ぼけが起こる。さらに、（表面上の１点を除いて）斜めに偏向されたビーム照射、および斜め照射ビームからのスポットは、縦長になる（図示せず；ビームを円筒形として、スポットを円筒形を通り抜ける斜めの断面として想像されたい）。これらの望ましくない影響を解決するために、走査後光学系の複雑なシステムが適用される。最初のステップは焦点ぼけの補正である。これは、１つまたはいくつかのレンズ要素によって行われ得る。この補正は、通常、偏向されたスポットを増大させるという副次的影響を与える（これは、偏向された位置方向の光源スポットの光学的拡大がより大きくなる結果として考えられ得る）。次のステップは、斜め照射および／または偏向された位置方向のスポット拡大および／または非均一な走査速度を補正することであり、これは図１のようなより複雑な光学系を必要とする。図１では、これらの光学系は、レンズ１５、１６、１７、１９、２０、および２５を含み、反射鏡２３を含む。光学系１５〜１９および２５は、いくつかの収差を考慮に入れる。しかし、たとえば、ビームの入射角度を常に変化させる結果、これらの光学系を使用してその影響を完全に解決することは難しい。
【００２９】
図２Ａ〜２Ｄは、本発明による透過性要素を含む露光ヘッドの作用原理を概略的に示す。露光ヘッド３３は、透過性要素４０を備える。透過性要素４０は、照明に使用されるレーザ・ダイオードの光を通す任意の適切な材料から作製され得る。たとえば、多くの用途において、ガラスまたは透明ポリマーの適切に選択されたタイプが、透明要素４０の回転時、ビームの変位を可能にするための優れた材料となる。一部の実施形態では、（透過性要素４０の回転時の）切子面の最終端部における最大変位は、可能な限り大きいことが望ましくなり得る。透過性要素４０の表界面における法線に対する屈折されたビームの内部角度は、これらの場合、これを達成するために可能な限り小さくなり得る。透過性要素４０内の内部において、表界面における法線に対するビームの角度が最小限に抑えられる場合、出力側のビームの変位は、それに対応して最大限にされる。図３に関連して以下でさらに説明するように、これは、空気と比較して大きい屈折率を有する材料を選択することによって達成され得る。適切な材料を選択するために考慮され得る別の要件は、透過性要素４０がフィルタとして作用することを防止するために、材料自体が、レーザ・ダイオードから入来する光の波長をできる限り通さなければならないことである。
【００３０】
大まかに波長４００ｎｍから１７００ｎｍの間の場合、十分に透明である一部の材料は、Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）、Ｐｙｒｅｘ７７４０（登録商標）、Ｎ−ＢＫ７、Ｎ−Ｋ５、Ｂ２７０、Ｎ−ＢａＦ１０、Ｎ−ＳＦＳ、Ｎ−ＳＦ１０、Ｎ−ＳＦ１１、Ｎ−ＬａＳＦＮ９を含む群のガラス・タイプの任意のものを含む。言及したこれらのガラス・タイプは、ドイツ国（５５１２２Ｍａｉｎｚ、Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒａｓｓｅ  １０）のＳＣＨＯＴＴ  ＡＧによって市販されているが、当然ながら、他のメーカの類似のまたは異なるガラス・タイプ、または他の光学材料であっても適用することができる。上記で提供したリストは、完全な開示を提供するための指標として提示されたものにすぎず、限定的と解釈されてはならない。４００ｎｍを下回る、および１７００ｎｍを上回る場合、リストしたガラス・タイプの一部は、（種々の波長範囲において）透過性が小さくなり、所望の材料の選択中、光学損失が所望の限界内になるように注意が払われなければならない。
【００３１】
図２Ａ〜２Ｄに戻ると、透過性要素４０は、八角形断面を有するポリゴンプリズムである。八角形のポリゴンプリズム４０は、回転軸４１の周りを、矢印４３によって示す方向に回転する。レーザ・ダイオード３５は、基板４２の表面上のパターンをトレースすることによって走査される、単色光のレーザ・ビーム４５をもたらす。レンズ３７および３８によって示すいくつかの光学系が、八角形のポリゴンプリズム４０の前の光路内に存在し、それによってビームを成形する（たとえば、逸脱を除去する）ことができる。さらに、図２Ａ〜２Ｄには示さないが、レーザ・ダイオード３５の作動は、基板４２の表面上に照明される画像に対応する所望のパターンに従って、レーザ・ビーム４５のオンオフを切り替えるように制御され得る。図２Ａでは、レーザ・ビーム４５は、ポリゴンプリズム４０の切子面４６上に入射する。切子面４６の表面に対する法線が、点線４８によって示される。ポリゴンプリズム４０の屈折率は、周囲空気の屈折率とは異なる。したがって、ビーム４５が切子面４６の表面上に衝突した際、ビーム４５は、ポリゴンプリズム４０を通って進行しながら法線４８により近づく方向に屈折する。ポリゴンプリズム４０の他方の端部では、切子面４７において、ビーム４５は、ポリゴンプリズム４０を離れる。より高い屈折率を有するポリゴンプリズム４０の材料から周囲空気内に進行しながら、ビーム４５は、屈折してその元の方向、すなわち、ビーム４５がポリゴンプリズム４０に入る前の方向に戻る。図２Ａに示す位置では、ビーム４５は、基板４２の表面上の衝突スポット５０−１内に衝突する。ポリゴンプリズム４０が存在しない場合にビーム４５が進行した方向が、点線４９によって示される。点線４９は、図２Ａ〜２Ｄにおける参照として示されており、それによってポリゴンプリズム４０の回転によって引き起こされる、基板４２の表面にわたる衝突点（５０−１から５０−４）の走査を明確に視覚化する。
【００３２】
図２Ｂでは、図２Ａと同じ状況が示されるが、ポリゴンプリズム４０は、図２Ａと比較して、矢印４３によって示す方向にわずかに回転されている。明確なことに、衝突スポット５０−２は、衝突スポット５０−１と比較して基板表面４２上でより左に移動されている。これは、ビーム４５の変位量が、ビーム４５に対するポリゴンプリズム４０の配向の変化によって変更されたためである。同様に、図２Ｃでは、衝突スポット５０−３は、さらに左に移動されており、このとき、基板４２の表面上の参照線４９の左側に衝突する。次に図２Ｄでは、ビーム４５は、ポリゴンプリズム４０の配向の変更により、切子面４６上のその最も左側に衝突する。同様に、基板４２の表面上の衝突スポット５０−４は、衝突スポットによって描かれた線セクション上のその最終点に到達する。ポリゴンプリズム４０が、矢印４３によって示す方向に従ってさらに回転したとき、ビーム４５は、切子面５１の最も右側に衝突し、基本的には、図２Ａに示すような同じ状況が、得られる。したがって、ビーム４５は、次いで、基板４２の表面上の衝突スポット５０−１内に再度衝突する。
【００３３】
図３は、本発明に適用されるスネルの法則を概略的に示す。要素６２は、たとえばガラスから作製された透明ブロックである。ビーム５８は、透明ブロック６２の受け取り表面６６上に衝突する。ビーム５８は、表面６８において透明ブロック６２を離れる。点線６４は、表面６６に対する法線（すなわち垂直）方向を示す。ビーム５８の第１のセクション５８−１は、約１．００の屈折率ｎ１を有する周囲空気を通って進行する。θ１は、表面６６における法線６４に対するビーム５８のセクション５８−１の角度を示す。ガラス要素６２が溶融石英から作製される場合、これは、約１．４６の屈折率ｎ２を有することになる。溶融水晶とも呼ばれる溶融石英は、しばしば、レンズなどの光学要素を製作するために使用され、本発明による透明要素の選択材料になることができる。光学要素６２内のより高い屈折率ｎ２により、ビーム５８は、表面６６における法線６４により近い方向に屈折する。したがって、図３においてθ２によって示すビーム５８のセクション５８−２と法線６４の間の角度は、光学要素６２に入る前の、法線６４と空気中のビーム５８のセクション５８−１との間の元の角度θ１より小さくなる。表面６８において光学要素６２を離れるとき、ビーム５８は、屈折率ｎ２を有する材料から、ここでも約１．００の屈折率ｎ１を有する空気まで進行する。ビーム５８のセクション５８−３は、図３において点線６５によって示す法線に対する角度θ１を有する方向に屈折する。ビーム５８のセクション５８−３の方向は、セクション５８−１の方向に対して平行であるが、わずかに変位される。この原理は、ビーム５８を表面にわたって走査させるために使用され得る。
【００３４】
第１の屈折率ｎ１を有する材料から第２の屈折率ｎ２を有する材料まで進む角度θ１とθ２の間の関係は、本明細書の上記において示されてきた。理解されるように、セクション５８−１に対するセクション５８−３の変位は、最大限にされ、この場合、法線６４とビーム５８のセクション５８−２との間の角度θ２は、可能な限り小さくなる。これを上記の公式１によって示す関係に移すと、これは、理想的には、大きな変位を達成するために、屈折率ｎ２は、屈折率ｎ１に対してできるだけ大きくなければならないことを意味する。これは、光学要素６２の適切な材料の選択によって達成され得る。上記で示したように、光学要素６２の選択材料として、約１．４６の屈折率ｎ２を有する溶融シリカが使用されている。しかし、論理上、要素６２がダイアモンドから作製され得る場合、これは、約２．４２の屈折率を有することになり、それによってビーム５８のビーム・セクション５８−２を法線６４にかなり近づかせ、変位の量を最大限にする。したがって、ポリゴンプリズムの所望のサイズでは容易に入手できないが、ダイアモンドは、別の形で適切な選択肢である。通常、材料は、大きい屈折率を有するように選択され得る。それと同時に、選択材料は、ビーム５８の光の波長を通さなければならないことが、理解されなければならない。そうでなければ、ビーム５８の強度は、光学要素６２の結果、低減することになる。
【００３５】
より大きい変位を達成するための別の方法は、２つの対向する切子面間の距離を増大させることである。これは、欠点（より大きいプリズム、より長い光学距離、より大きいプリズム質量）を有するが、これは、レーザ・ビームのサイズに対する切子面のサイズが増大するという利点を有する。ビームの有限（非ゼロ）のサイズにより、ビームは、１つの切子面から次のものへの移行中、使用することができない。ビームが１つの切子面上に部分的にあたり、次のものに部分的にあたる短い期間では、基板上に２スポット（図２では５０−１および５０−４）が存在し、そのため、これは、この期間中、スイッチが切られ、またはブロックされ得る。プリズムがより大きいとき、この理由のためにビームを使用できない時間の割合は、低減される。
【００３６】
図４Ａおよび４Ｂは、基板８３の表面の上方を矢印８０によって示す方向に移動される、本発明による露光ヘッド７０を概略的に示す。露光ヘッド７０は、複数のレーザ・ダイオード７３を備える（図４Ａを不必要に複雑にしないためにその一部のみが、参照番号７３によって示される）。露光ヘッドは、さらに、回転可能なポリゴンプリズム７２を備え、その回転軸は、点線７８によって概略的に示される。回転の方向は、矢印７９によって示される。ポリゴンプリズム７２の回転により、レーザ・ダイオード７３から入来する光が基板８３の表面上に作り出す衝突スポットは、矢印７５によって示す方向に走査される。点線８１ａおよび８１ｂは、矢印８０によって示す方向に基板８３の上方を移動しながら、露光ヘッド７０を使用して照明することができる領域の境界線を概略的に示す。図４Ｂでは、同じ露光ヘッド７０が、矢印８０によって示す方向に基板８３の上方を移動した位置で示される。分かり得るように、露光ヘッド７０の後方では、露光ヘッドのレーザ・ダイオード７３の衝突スポットは、参照番号８５によって概略的に示す多数の線セクションにわたって表面８３を露光している。線セクション８５は、図４Ｂに示すようにその端点において部分的に重複する。この重複は、意図的に実行され得るが、レーザ・ダイオード７３のオンオフを制御式に切り替えることによって、線セクションの重複無しに表面の照明を実行することも可能である。
【００３７】
本発明による露光装置９０が、図５に概略的に示される。露光装置９０は、基板の表面の上方でグライダ９５を使用してレール９６にわたって移動され得るキャリッジ９３を備える。露光装置９０は、本発明による複数の露光ヘッド９２−１、９２−２、９２−３および９２−４を備える。露光ヘッドの各々は、複数のレーザ・ダイオード９８と、１つの回転可能なポリゴンプリズム９７とを備える。
【００３８】
図６は、本発明による露光ヘッドにおいて使用され得る八角形のポリゴンプリズムを概略的に示す。八角形のポリゴンプリズム４０は、たとえば、上記の図２Ａ〜２Ｄに示すポリゴンプリズムになり得る。ポリゴンプリズム４０は、その上方に配置された複数のレーザ・ダイオード３５からレーザ・ビームを受け取る。レーザ・ダイオード３５は、基板の表面上の所望の露光パターンの露光を可能にするように制御システムを使用して制御式に作動され得る。ポリゴンプリズム４０は、軸１００の周りで回転して、レーザ・ダイオード３５のビームからの光が基板表面上を走査することを可能にすることができる。図６に示す配置では、レーザ・ダイオード３５からのビームは、ポリゴンプリズム４０の表面上に互いに対して平行に衝突する。代替的に、ビームは、以下でさらに説明するように、互いに向かって、または離れるようにわずかに傾けられてよい。
【００３９】
レーザ・ダイオード３５からのビームがポリゴンプリズム４０上に平行に衝突する状態では、ビームはすべて、表界面の法線に対して同じ角度で屈折する。基板表面上において、これは、レーザ・ダイオード３５のビームの各々の衝突スポットが、他のレーザ・ダイオードによって照明された線セクションに対して平行に線セクションを描くようにすることができる。図６に示すレーザ・ダイオードのマトリクスの各々の行内に３つのレーザ・ダイオードがある場合、衝突スポットによって描かれる線セクションは、平行であり、互いの延長線内にある。これは、図６に示すマトリクスの単一の行内のレーザ・ダイオード３５が、ポリゴンプリズム４０の回転軸１００に対して垂直である直線内に配置されるためである。
【００４０】
図６に示すレーザ・ダイオードのマトリクスの単一の行のレーザ・ダイオード３５によって得られ得る照明パターンが、図７Ａおよび７Ｂに示される。図７Ａでは、単一の行内のレーザ・ダイオードＡ、Ｂ、およびＣからのビームの衝突スポットによって描かれる線セクションが、参照番号１１１、１１６、および１２１によって（図７ＡではＡ’、Ｂ’、およびＣ’によっても）示される。これらのレーザ・ダイオードの照明パターンを形成する線セクション１１１、１１６、および１２１は、互いに平行であり、互いの延長線内にあり、それにより、これらは、直線を形成する。レーザ・ダイオードＡ、Ｂ、およびＣの各々によって描かれる個々の線セクションは、図７Ａでは線セクション１１０、１１５、および１２０において示される。照明パターン１１０を単独でもたらす、行内の最も左のレーザ・ダイオードＡは、点線間の線セクション１１０において示すようにその全長にわたって作動され得る。レーザ・ダイオードのすべての期間にわたる電力供給が、レーザ・ダイオードＡ、Ｂ、およびＣすべてに対して実行される場合、この結果、線セクション１１１、１１６、および１２１は、領域１２４および１２５において重複する。理解されるように、レーザ・ダイオードによってもたらされるビームの強度が等しいという前提では、この結果、領域１２４および１２５は、レーザ・ダイオードによってもたらされる光学放射の２倍の露光量を受け取る。これは望ましくないことがあり、したがって、制御システムは、照明される基板の材料がどこでも等しい量を受け取るようにして、レーザ・ダイオード３５Ａ、Ｂ、およびＣの各々が作動される期間を変更することができる。
【００４１】
レーザ・ダイオードの作動期間のこの変更は、図７Ｂに概略的に示される。図７Ｂでは、レーザ・ダイオードＡの場合、レーザ・ダイオードの作動の最大限達成可能な期間に対応する線セクション１１２が、点線によって示される。しかし、制御システムは、線セクション１１０’によって概略的に示すように、より短い時間の間レーザ・ダイオードＡを作動させる。レーザ・ダイオードＢの場合、制御システムは、潜在的に達成可能な照明１１７の両方の最終端部においてレーザ・ダイオードの作動の期間を短縮する。この結果、基板材料に送出される線セクション１１５’は短くなる。同様に、レーザ・ダイオードＣは、このレーザ・ダイオードに対して最大限達成可能な線セクション１２２より短い、照明される線セクション１２０’をもたらす。基板表面上に互いの上方に重ね合わされて、これは、線セクション１１１’、１１６’、および１２１’によって示す照明パターンをもたらす。重複領域１２４’および１２５’では、レーザ・ダイオードの作動は、基板表面が、線セクション１１１’、１１６’、および１２１’の他の部分と大体同じ量の光学エネルギーを受け取るように制御される。
【００４２】
上記ですでに示唆したように、図６のレーザ・ダイオード３５からのビームがポリゴンプリズム４０の表面上に互いに対して平行に衝突する代わりに、ビームは、代替的に、互いに向かってまたは互いから離れるようにわずかに傾斜されてもよい。ビームを相互に傾斜させるのは、非常に小さくてよい（たとえば＜１°、またはさらには＜０．５°、または代替的には０．５°の何分の１かの角度）。ダイオードの上記の制御された作動に加えて、またはその代わりに、わずかな意図的な傾斜は、露光領域の重複の特定の量を確立し、増大させ、または低減することができる。そのような実施形態において望まれる相互の傾斜の量は、当然ながら、システムのいくつかの特性によって決まる。たとえば、光源から基板表面までのビームの光路の長さは、傾斜させない状況と比較したビームのずれの量を決定する。
【００４３】
一部の実施形態では、透明ポリゴンプリズムの位置は、プリズムを回転させるための駆動モータのモータ・パルスによって決定され得る。図６に戻ると、位置のより正確な決定を得るために、一部の実施形態によると、本発明の露光ヘッド内の透明ポリゴンプリズムの切子面間の縁１０１は、反射性コーティングでコーティングされる。これは、たとえば、反射性または鏡面反射性コーティング、たとえば金属コーティングでよい。ポリゴンプリズムの縁におけるビームの反射は、これらの実施形態では、本発明の露光ヘッドまたは露光装置内に含まれる追加のＰＩＮダイオードタイプの光検出機構または電荷結合素子（または別の適切なタイプの光検出機構）を使用して検出され得る。
【００４４】
位置は、ＵＶレーザ・ダイオードの反射を測定することによって正確に決定され得る。各々のレーザ・ダイオードが８つの切子面を通過するとき、ポリゴンプリズムの位置の測定は、モータ・パルスに基づいて位置を測定することと比較して、少なくとも８倍正確になる。また、フォトダイオードが、１０ナノ秒を下回る時間分解能を有することができ、たとえば、一部のフォトダイオードは、さらに短い２．５ナノ秒の応答時間を有することにも留意されたい。レーザ・ダイオード・ビームを過ぎるポリゴンプリズムの縁１０１の各々の通過は、こうして、非常に良好に決定可能である。
【００４５】
反射された光を測定することにより、作動時にＵＶレーザ・ダイオードの故障を検出することがさらにより容易になる。加えて、ＵＶレーザ・ダイオードが依然として焦点が合っているかどうかを決定することも可能である。また、縁上の反射されたコーティングを使用せずに、反射された光の角度変動を測定することもできるが、コーティングの利点は、これが、より明白な振幅変動を与え、光の透過を最小限に抑えることである。
【００４６】
理解されるように、レーザ・ダイオードは、たとえば、図６に示すようにマトリクス構成で置かれ得る。レーザ・ダイオードは、行列の形で配置することができ、この場合、各々の行内および各々の列内のレーザ・ダイオードは、互いに対して平行に配置され得る。これは、２つの方向のレーザ・ダイオードの規則正しい配置をもたらすが、これは、利用可能なレーザ・ダイオードの最も密度の高い可能な配置を達成してはいない。したがって、レーザ・ダイオードの他の配置が適用されてよく、これらの他の配置の１つが、図８Ａに概略的に示される。図８Ａでは、六角形表面の各々は、レーザ・ダイオードの出力表面または出力面を概略的に示す。用語「出力面」は、ここでは、レーザ・ダイオードの出力ビームに属する、またはそのためにとっておかれる（概念的な）空間として理解されるものとする。したがって、レーザ・ダイオードがそれ自体、六角形の発光表面を有して正確に成形されることは必要とされないが、これは、当然ながら一実施形態にもなり得る。レーザ・ダイオードは、たとえば、円形、楕円形、正方形、矩形、三角形、五角形、六角形、七角形、八角または他の多角形などの任意の所望の形状の発光表面を含むことができる。レーザ・ダイオードは、図８Ａでは、ハニカム配置で配置される。図８Ａに示すハニカム配置は、等辺または少なくとも二等辺の三角形の配置であり、この場合、レーザ・ダイオード（または光源）は、三角形のコーナ上に位置決めされる。図８Ａに示すハニカム配置１３０は、レーザ・ダイオードのより緊密な配置を可能にする。
【００４７】
図８Ａのレーザ・ダイオードによる可能な照明パターンを示すために、レーザ・ダイオードの一部が、参照番号によって示されている。参照番号１３５〜１４３の各々は、配置１３０内のレーザ・ダイオードの３つの連続する行内の個々のレーザ・ダイオードを指す。その制御された照明パターンが、図８Ｂに示される。線セクション１４５は、レーザ・ダイオード１３５の照明パターンに対応する。同様に、線セクション１４６は、レーザ・ダイオード１３６に対応し、線セクション１４７はレーザ・ダイオード１３７に、線セクション１４８は、レーザ・ダイオード１３８に対応し、その後同様に続き、図８Ｂの最後の線セクション１５３は、図８Ａ内のレーザ・ダイオード１４３から入来する線に対応する。
【００４８】
図８Ｂで分かり得るように、２つの連続する行（たとえば第１の行１３５〜１３７および第２の行１３８〜１４０）の露光される線セクションは、部分的に重複する。同じ量の重複は、レーザ・ダイオードの各々の２つの連続する行によって得られ得る。ハニカム配置１３０としてのレーザ・ダイオードの配置および図８Ｂに示すその照明パターンは、表面のほとんどすべての部分が、少なくとも２つのレーザ・ダイオードから光を受け取るようなものである。
【００４９】
レーザ・ダイオード１３５〜１４３の各々から入来する光の強度は、レーザ・ダイオードの各々から受け取られた量が、基板の露光に必要とされる全量ではないが少なくとも半分の量であるように選択されている。たとえば、表面によって受け取られる全量は、基板表面上で特定の化学プロセスを実行するために必要とされる量になり得る。したがって、完全に露光されるために、表面の各々の部分は、少なくとも２つのレーザ・ダイオードから光を受け取ることを必要とする。制御システムによってレーザ・ダイオードの各々の光ビームの強度を変調することにより、これは、所望の露光パターンを、基板の表面上に、線セクションの各々の幅によって決定されたものより高い分解能で位置決めすることを可能にする。露光パターンを位置決めするために得ることができる効果的な分解能は、線セクションの重複領域の幅によって定められる。
【００５０】
隣り合うレーザ・ダイオードの数多くの異なる配置が、本発明の露光ヘッド内に適用され得る。たとえば、別の実施形態では、２つ以上の隣り合うレーザ・ビームは、基板表面に対する露光ヘッドの動作の方向に互いに隣り合って配置される。この実施形態では、透過性要素またはポリゴンプリズムの切子面の通過時、隣り合うレーザ・ダイオードは、パターンを同じ経路内で動作の方向に照明することによって基板を照明する。透過性要素の切子面の後続の通過によって作り出されるパターンは、互いに連続するように、またはさらには部分的に重複して作製することができる。後者の場合、パターンが部分的に重複する場合、基板表面上の照明される画像の配置は、光学システムの分解能を下回る精度で行われ得る。透過性要素の切子面の同時の通過の間、２つの（またはそれ以上の）隣り合うレーザ・ダイオードの同時に描かれる照明パターン間の相互の距離を制御するために、各々のダイオードによってもたらされるレーザ・ビームの方向は、たとえば基板表面に向かう光路の長さと組み合わせて、わずかに適合され得る。透過性要素の１つまたは複数の切子面の適時の後続の通過中、２つの（またはそれ以上の）隣り合うレーザ・ダイオードのその後描かれる照明パターン間の相互距離を制御するために、透過性要素の移動の速度が、適合され得る。露光ヘッドが適用される露光装置の動作ドライバは、たとえば、露光ヘッドの動作速度を適合するように構成されてよく、それにより、適時に、前記２つ以上の隣り合うレーザ・ダイオードの後続の照明パターンは、少なくとも部分的に重複する。これと組み合わせて、レーザ・ダイオードのオンオフを切り替えるタイミングが、適切に制御され得る。
【００５１】
上記に加えて、別の実施形態では、２つ以上の隣り合うレーザ・ダイオードが、透過性要素の移動の方向に対して、および／または透過性要素の概念的な回転軸に対して角度を付けて配置される。この角度は、そのように隣り合って配置されたレーザ・ダイオードのそのような照明パターンが、透過性要素の動作の方向に平行な経路またはレーンを形成するように選択され得る。これらの経路またはレーンは、部分的に重複し得る。
【００５２】
レーザ・ダイオードの他の配置またはその配向もまた、所望の実施要求事項に応じて、特許請求の範囲内で、本明細書に説明するような発明的概念から逸脱することなく適用され得る。さらに、透過性要素の動作の方向およびその回転軸の配向もまた、互いに対して適切に選択され得る。
【００５３】
上記から明確になるように、光学系の大きな部分および光路の短縮が存在せず、斜めビーム照射も存在しない本発明の露光ヘッドの簡易化された光学的配置は、レーザ・ダイオードの賢明かつ適切な位置決めおよび透過性要素に対するその配向によって得ることができる多くのさらなる利点を可能にする。これらの利点の一部が、本明細書の上記の説明において説明されている。
【００５４】
本明細書の上記では、ほとんどの実施形態は、レーザ・ダイオードを光源として使用して基板表面にわたって走査されるビームをもたらすものとして説明されてきているが、本発明は、異なるタイプの光源を使用して適用されてもよい。たとえば、レーザ・ビームは、ＹＡＧ−レーザまたはガラス・レーザ（たとえばエルビウム・ガラス・レーザ）または他のタイプのレーザ・デバイスを使用してもたらされてよい。代替的には、他のタイプの光源からのビームが、本発明の露光ヘッドを使用して走査されてよい。通常、色収差を防止するために、小さい波長バンド内の光をもたらす光源が、好まれる（たとえば、上記で言及したレーザ光源などの単色光源）。しかし、一部の追加の光学系を使用して色収差を考慮に入れる場合、または色収差によって引き起こされる不正確性が許容可能であると考えられる用途では、露光ヘッドは、広帯域光源などの他の光源を使用して適用されてもよい。たとえば、これらの場合、本発明は、白熱ランプまたは放電ランプを使用して適用され得る。上記に加えて、光は、光学システムまたは光ファイバを含む、任意の適切な手段を使用して透過性要素（または透明要素またはポリゴンプリズム）に伝えられ得る。
【００５５】
本発明の露光ヘッドは、複数の異なるタイプの露光装置において広く適用され得る。本明細書において説明する提案されたタイプの装置のいかなるものにも制限されることなく、本発明の実施形態による１つまたは複数の露光ヘッドが、たとえば、特有の製造プロセス内で使用される露光装置を確立するために適用されてよい。そのような露光装置は、たとえば、本発明による１つまたは複数の露光ヘッドが、放射線感受性層を選択的に照射するために使用される、印刷回路基板（ＰＣＢ）製造システム、本発明による１つまたは複数の露光ヘッドが、放射線感受性液体材料の連続層を選択的に照射して有形物体を形成するために使用される、ステレオリソグラフィ・システム、および本発明による１つまたは複数の露光ヘッドが、固体粉末材料の連続層を選択的に照射し、それによって溶融させおよび／または焼結して有形物体を形成するために使用される粉末床溶融結合システムを含む群の任意の１つまたは複数でよい。そのような装置のいかなるものも、たとえば、基板表面の各々の表面領域を前記放射源の２つ以上の組によって順次的に２回以上照明するように構成され得る。
【００５６】
上記において、印刷回路基板（ＰＣＢ）製造システムの実施形態が、言及されている。通常、製造プロセスがマスクを作り出すためのフォト・レジストの照射に基づく装置が、想定され得る。レジストの局所的照射は、光感受性レジストの化学的特性を局所的に変更することができ、その後、エッチ・プロセスをたとえばＰＣＢの製造のために適用することができる。理解されるように、ＰＣＢの代わりに、このプロセスは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）・アレイ、太陽パネルまたはＯＬＥＤまたはディスプレイ用の金属格子、たとえばＲＦＩＤ用の金属アンテナなどの製造などの他の目的のために使用され得る。通常、露光ヘッドは、二次元および／または三次元製造プロセスに使用され得る。二次元プロセスは、表面修飾、補修などを含むことができる。三次元プロセスは、付加製造またはステレオリソグラフィを含むことができる。
【００５７】
さらに、本発明は、任意の特定のタイプの放射源を含む露光ヘッドに限定されない。レーザ・ダイオードが好ましい実施形態として説明されてきたが、他のタイプの光源もまた適用されてよい。露光ヘッドは、可視スペクトルの光をもたらす放射源の使用に限定されない。放射源によってもたらされる光または放射は、同じ波長または異なる波長のものでよい。特定の実施形態は、たとえば、前記基板表面の各々の表面領域を、前記放射源の２つ以上の組によって順次的に２回以上照明し、この場合、前記放射源は、種々の波長の放射源を含む。さらに、放射源によってもたらされる放射は、単色光でも多色光でもよく、たとえば、スペクトル・プロファイルに従って放射をもたらすことができる。
【００５８】
本発明は、その一部の特有の実施形態に関して説明されてきた。図において示し、本明細書内で説明する実施形態は、例示された目的を意図するにすぎず、いかなる方法または手段によっても、本発明に対する制限を意図するものではないことが、理解されよう。本明細書において論じる本発明の内容は、付属の特許請求の範囲によってのみ制限される。
【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】
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【図８】
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