(57)【要約】【課題】照明手段のレーザー出射部から出射されたレーザビームの利用効率の低下を抑制すると共に、被露光面を所望のスポット径及びスポット形状のビームスポットにより露光する。【解決手段】露光ヘッド１６６には、第１マイクロレンズ７４がＤＭＤ５０における各マイクロミラーと対応するように２次元的に配列されると共に、アパーチャアレイ７６のアパーチャ７８が第１マイクロレンズ７４の後方焦点位置に２次元的に配列されている。露光ヘッド１６６では、第１マイクロレンズ７４により後方焦点位置に形成される縮小された光源像をレンズ系８０，８２により被露光面５６へ投影し、この光源像をビームスポットＢＳとして被露光面５６を露光する。【選択図】　図５
2004062156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光面を複数本のレーザビームにより２次元的に露光するための露光ヘッドであって、
レーザー出射部からレーザビームを出射する照明手段と、
制御信号に応じて光変調状態がそれぞれ変化する複数個の画素部が２次元的に配列され、前記レーザー出射部から入射したレーザビームを前記画素部により露光状態及び非露光状態の何れかに変調する空間光変調素子と、
前記空間光変調素子における各画素部の像をそれぞれ結像する第１の光学系と、
前記複数個の画素部と対応するように２次元的に配列され、前記複数個の画素部の結像位置にそれぞれ支持される複数の第１のマイクロレンズとを有し、
前記第１のマイクロレンズの後方焦点位置に形成される前記レーザー出射部の光源像を前記露光面へ投影し、該光源像をビームスポットとして前記露光面を露光することを特徴とする露光ヘッド。
【請求項２】
前記複数の第１のマイクロレンズによりそれぞれ結像される光源像の集合である光源像群を前記露光面上に結像する第２の光学系を有することを特徴とする請求項１記載の露光ヘッド。
【請求項３】
前記第１のマイクロレンズの後方焦点位置付近に、前記露光面におけるビームスポットのスポット径及びスポット形状に対応する開口径及び開口形状を有するアパーチャを配置したことを特徴とする１又は２記載の露光ヘッド。
【請求項４】
前記第１のマイクロレンズの後方焦点位置に、正のレンズパワーを有する第２のマイクロレンズを配置したことを特徴とする請求項３記載の露光ヘッド。
【請求項５】
前記レーザー出射部における光軸直角方向に沿った輪郭形状を、前記露光面におけるビームスポットの形状に対応する形状としたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の露光ヘッド。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５記載の露光ヘッドと、
前記露光ヘッドを前記複数の画素部の配列方向が前記露光面に対する走査方向に対して傾くように支持すると共に、前記露光ヘッドを前記露光面に対する露光時に前記走査方向へ相対移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像データに応じて空間光変調素子により空間変調された光ビームにより感光材料等における露光面を露光するための露光ヘッド及び、この露光ヘッドを備えた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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を利用して、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としては、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次元的に配列されたミラーデバイスが用いられ、このＤＭＤを用いた露光装置は、図１９に示すように、レーザビームを出射する光源１、光源１から出射されたレーザビームをコリメートするレンズ系２、レンズ系２の略焦点位置に配置されたＤＭＤ３、ＤＭＤ３で反射されたレーザビームを露光面５上に結像するレンズ系４、６から構成されている。なお、ＤＭＤ３は反射型の空間光変調素子であるが、なお、図１９では、説明を簡単にするため、レーザビームが偏向されることなくＤＭＤ３から露光面５側へ出射されるように示されている。
【０００４】
この露光装置では、画像データ等に応じて生成した制御信号によって、ＤＭＤ３のマイクロミラーの各々を図示しない制御装置でオンオフ制御してレーザビームを変調（偏向）し、変調されたレーザビームにより露光面を露光している。ここで、レンズ系４、６は拡大光学系として構成されており、マイクロミラーが配置されたＤＭＤ３の表面部に対して露光面５での露光面積を拡大している。
【０００５】
また、上記のような露光装置では、通常、ＤＭＤにおけるマイクロミラーと露光面５６とが互いに共役とされ、レンズ系４、６によりマイクロミラーによる反射光像が露光面５へ結像され、この反射光像をビームスポットとして露光面５を露光する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レンズ系４、６によりＤＭＤ３の表面部の面積に対して露光面５に対する露光エリアの面積を拡大すると、その拡大率に応じて露光面５におけるビームスポットの面積（スポット径）も拡大するため、露光面５におけるＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）特性が露光面積の拡大率に応じて低下する。
【０００７】
そこで、上記のような露光装置には、ＤＭＤ３とレンズ系４との間に所要のスポット径に対応する開口率を有する複数のアパーチャを設け、このアパーチャによりＤＭＤ３のマイクロミラーにより変調されたレーザビーム（光線束）の一部を遮蔽することにより、露光面５におけるスポット径を所望のサイズに調整すると共に、ビームスポットの形状（スポット形状）を所望の形状に整形するものがある。しかし、上記のような露光装置では、露光面５におけるスポット径をアパーチャにより調整した場合には、スポット径に対する縮小率が増加するに従って、光源１から出射されたレーザビームの光利用効率が低下し、またアパーチャによりスポット形状をマイクロミラーの反射光像と大きく異なるものに整形した場合にも、光源１から出射されたレーザビームの光利用効率が大幅に低下する。
【０００８】
本発明の目的は、上記事実を考慮して、照明手段のレーザー出射部から出射されたレーザビームの利用効率の低下を抑制すると共に、露光面を所望のスポット径及びスポット形状のビームスポットにより露光できる露光ヘッド及び露光装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る請求項１記載の露光ヘッドは、露光面を複数本のレーザビームにより２次元的に露光するための露光ヘッドであって、レーザー出射部からレーザビームを出射する照明手段と、制御信号に応じて光変調状態がそれぞれ変化する複数個の画素部が２次元的に配列され、前記レーザー出射部から入射したレーザビームを前記画素部により露光状態及び非露光状態の何れかに変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子における各画素部の像をそれぞれ結像する第１の光学系と、前記複数個の画素部と対応するように２次元的に配列され、前記複数個の画素部の結像位置にそれぞれ支持される複数の第１のマイクロレンズとを有し、前記第１のマイクロレンズの後方焦点位置に形成される前記レーザー出射部の光源像を前記露光面へ投影し、該光源像をビームスポットとして前記露光面を露光することを特徴とする。
【００１０】
上記請求項１記載の露光ヘッドでは、第１のマイクロレンズを空間光変調素子における複数個の画素部と対応するように２次元的に配列すると共に、複数個の画素部の結像位置にそれぞれ支持し、この第１のマイクロレンズの焦点面に形成される光源像を露光面へ投影して露光面を露光することにより、空間光変調素子の各画素部により露光状態に変調されたレーザビームのビーム径を第１のマイクロレンズにより縮小及び拡大できるので、例えば、第１の光学系を拡大光学系として、この第１の光学系により露光面に対する露光エリアの面積が空間光変調素子の表面部に対して拡大された場合でも、正のレンズパワーを有する第１のマイクロレンズを用いれば、露光面に投影されるビームスポットのビーム径を縮径することが可能になり、被露光領域におけるＭＴＦ特性の低下を防止できる。
【００１１】
また請求項１記載の露光ヘッドでは、レーザー出射部の光源像を露光面へ投影し、この光源像をビームスポットとして露光面を露光することから、例えば、ＤＭＤを空間光変調素子として用いた場合には、ＤＭＤにおけるマイクロミラーの反射面中央部に形成される穴状の非反射部の影響により露光面に投影されるビームスポットの中央部の光量分布が低下することを防止でき、均一な光量分布を有するビームスポットにより露光面を露光できる。
【００１２】
本発明に係る請求項２記載の露光ヘッドは、請求項１記載の露光ヘッドにおいて、前記複数の第１のマイクロレンズによりそれぞれ結像される光源像の集合である光源像群を前記露光面上に結像する第２の光学系を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る請求項３記載の露光ヘッドは、請求項１又は２記載の露光ヘッドにおいて、前記第１のマイクロレンズの後方焦点位置付近に、前記露光面におけるビームスポットのスポット径及びスポット形状に対応する開口径及び開口形状を有するアパーチャを配置したことを特徴とする。
【００１４】
上記請求項３記載の露光ヘッドによれば、後方焦点位置付近に配置されたアパーチャが露光面におけるビームスポットのスポット径及びスポット形状に対応する開口径及び開口形状を有することにより、第１のマイクロレンズから出射されたレーザビームにおける散乱光、回折光等のノイズ成分となる光をアパーチャにより遮断できるので、露光面に投影されるビームスポットを所要のスポット形状に精度良く整形でき、かつビームスポットの外側にノイズ成分となる光が投影されることを防止できる。
【００１５】
本発明に係る請求項４記載の露光ヘッドは、請求項３記載の露光ヘッドにおいて、前記第１のマイクロレンズの後方焦点位置に、正のレンズパワーを有する第２のマイクロレンズを配置したことを特徴とする。
【００１６】
上記請求項４記載の露光ヘッドによれば、後方焦点位置に配置された第２のマイクロレンズにより第１のマイクロレンズのアパーチャ（後方焦点位置）を通過した光線束の広がり角を減少できるので、第１のマイクロレンズのみを用いる場合と比較し、アパーチャを通過した光線束の広がり角の増加に従って増加する露光面におけるビームスポットの焦点深度劣化を効果的に抑制できる。
【００１７】
本発明に係る請求項５記載の露光ヘッドは、請求項１、２、３又は４記載の露光ヘッドにおいて、前記レーザー出射部における光軸直角方向に沿った輪郭形状を、前記露光面におけるビームスポットの形状に対応する形状としたことを特徴とする。
【００１８】
上記請求項５記載の露光ヘッドによれば、レーザー出射部の輪郭形状に略相似する輪郭形状を有するビームスポットとして露光面へ投影できるので、露光面を所望のスポット形状を有するビームスポットにより露光できる。
【００１９】
本発明に係る請求項６記載の露光装置は、請求項１、２、３、４又は５記載の露光ヘッドと、前記露光ヘッドを前記複数個の画素部の配列方向が前記露光面に対する走査方向に対して傾くように支持すると共に、前記露光ヘッドを前記露光面に対する露光時に前記走査方向へ相対移動させる移動手段と、を有することを特徴とする。
【００２０】
上記請求項６記載の露光装置によれば、走査方向に略直交する方向（行方向）に沿ってｊ個の画素部が空間光変調素子に配列され、走査方向に略対応する直交する方向（列方向）に沿ってｋ個の画素部が空間光変調素子に配列されている場合、空間光変調素子の画素部の配列方向が走査方向に対して傾くように露光ヘッドを支持しつつ、露光ヘッドを走査方向へ相対移動させることにより、走査方向に対する画素部の配列方向の傾き角に応じてｊの整数倍、すなわち（ｊ×Ｎ）本のレーザビームにより露光面における同一走査線上のそれぞれ異なる位置を露光できるようになるので、画素部の配列方向の傾き角を適宜調整することで、露光面に形成される露光パターンの画素密度を所要の密度へ増加でき、また同一走査線上の略同一の位置（ドット）を空間光変調素子の同一列に配置されたｋ／Ｎ個の画素部により変調されたレーザビームによりｋ／Ｎ回の露光（多重露光）できるので、露光面に形成される露光パターンの解像度も向上できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
［露光装置の構成］
本発明の実施の形態に係る露光装置１４２は、図１に示すように、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された肉厚板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。ステージ１５２は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置１４２には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００２２】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。ゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び検知センサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
【００２３】
スキャナ１６２は、図２及び図３（Ｂ）に示すように、ｍ行ｎ列（例えば、３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置した。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６ｍｎと表記する。
【００２４】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８ｍｎと表記する。
【００２５】
また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本実施の形態では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８１１と露光エリア１６８１２との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８２１と３行目の露光エリア１６８３１とにより露光することができる。
【００２６】
露光ヘッド１６６１１〜１６６ｍｎ各々は、図４及び図５（Ａ）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各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、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の制御すべき領域内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。なお、制御すべき領域については後述する。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、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０における各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、この反射面の角度の制御に付いては後述する。
【００２７】
露光ヘッド１６６には、図４に示すように、ＤＭＤ５０の光入射側に照明ユニット１４４が設けられている。この照明ユニット１４４には、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザー出射部を備えたファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６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６７、レンズ系６７を透過したレーザ光をＤＭＤ５０に向けて反射するミラー６９がこの順に配置されている。
【００２８】
ＤＭＤ５０は、図６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。
【００２９】
なお、図７に示すように、各マイクロミラー６２には、その反射面中央部に穴状の非反射部６２Ａが形成されている。これにより、マイクロミラー６２により形成される反射光像は、その中央部付近での光量分布が低下して像全体の光量分布が均一にならない。このマイクロミラー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７（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７（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６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６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。ここで、オン状態のマイクロミラー６２により反射された光は露光状態に変調され、ＤＭＤ５０の光出射側に設けられた投影光学系１４６（図５参照）へ入射する。またオフ状態のマイクロミラー６２により反射された光は非露光状態に変調され、光吸収体（図示省略）に入射する。
【００３２】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺方向が走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜０．５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（露光ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光ビーム５３の走査軌跡を示している。
【００３３】
ＤＭＤ５０には、長手方向（行方向）に沿ってマイクロミラーが多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ１が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ２より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ２と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗ１とは略同一である。
【００３４】
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上における略同一の位置（ドット）が重ねて露光（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、露光位置の微少量をコントロールすることができ、高精細な露光を実現することができる。また、走査方向に配列された複数の露光ヘッド間のつなぎ目を微少量の露光位置制御により段差無くつなぐことができる。
【００３５】
なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
ファイバアレイ光源６６は、例えば、図９（Ａ）に示すように、複数（例えば、６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９（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が走査方向と直交する方向に沿って１列に配列されてレーザー出射部６８が構成されている。なお、図９（Ｄ）に示すように、発光点を走査方向に直交する方向に沿って２列に配列することもできる。このような光ファイバ３１の出射端部の配列は、後述するように、露光面５６に投影するビームスポットのスポット形状に基づいて決められる。
【００３７】
光ファイバ３１の出射端部は、図９（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易いため劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００３８】
図９（Ｂ）の例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００３９】
このような光ファイバは、例えば、図１０に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバ３０、３１は、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００４０】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、露光ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００４１】
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＝２５μｍ、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＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００４２】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００４３】
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。
【００４４】
レーザモジュール６４は、図１１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。
【００４５】
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。
【００４６】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１３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密閉空間内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
なお、図１３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。
【００５０】
図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１７及びその取付部を正面から見たものである。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１４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。
【００５１】
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。
【００５２】
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ｆ＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００５３】
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。
【００５４】
次に、露光ヘッド１６６におけるＤＭＤ５０光反射側に設けられた投影光学系１４６について説明する。図５に示されるように、露光ヘッド１６６には、ＤＭＤ５０の光反射側に露光面５６上に光源像を投影するための投影光学系１４６が設けられている。投影光学系１４６には、ＤＭＤ５０の側から露光面５６へ向って順に、一対のレンズ系５４，５８、マイクロレンズアレイ７２、アパーチャアレイ７６、一対のレンズ系８０，８２が配置されている。
【００５５】
ここで、レンズ系５４，５８は拡大光学系（第１の光学系）として構成されており、ＤＭＤ５０により反射される光線束の断面積を拡大することで、露光面５６におけるＤＭＤ５０により反射された光線束による露光エリア１６８の面積を所要の大きさに拡大している。マイクロレンズアレイ７２は、照明ユニット１４４からの光を反射するＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２に１対１で対応する複数の第１マイクロレンズ７４が一体的に成形されたものであり、第１マイクロレンズ７４は、レンズ系５４，５８を透過したレーザビームの光軸上にそれぞれ配置されている。またアパーチャアレイ７６には、マイクロレンズアレイ７２における複数の第１マイクロレンズ７４に１対１で対応する複数のアパーチャ（制限開口）７６が設けられている。
【００５６】
投影光学系１４６では、レンズ系５４の焦点距離がｆ１とされ、レンズ系５８の焦点距離がｆ２とされている。ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２はレンズ系５４の前方焦点位置に配置されている。レンズ系５４，５８は、それぞれ後、前方焦点位置を共有する共焦点位置に配置され、またマイクロレンズアレイ７２はレンズ系５８の後方焦点位置に配置されている。従って、各マイクロミラー６２と第１マイクロレンズ７４とは互いに共役になっている。また第１マイクロレンズ７４の焦点距離はｆ３とされており、アパーチャアレイ７６は第１マイクロレンズ７４の後方焦点位置に配置されている。これにより、第１マイクロレンズ７４及びアパーチャ７８はテレセントリック光学系を構成し、各アパーチャ７８の中心を通る光線は像側（露光面５６側）でもレンズ系５４，５８及び第１マイクロレンズ７４の光軸と平行となる。レンズ系８０，８２は、例えば、等倍光学系として構成されており、複数個の第１マイクロレンズ７４によりそれぞれ結像される光源６８の実像の集合である実像群を露光面５６上に結像する。ここで、レンズ系８０の焦点距離はｆ４とされ、レンズ系８２の焦点距離はｆ５とされている。アパーチャアレイ７６における各アパーチャ７８はレンズ系８０の前方焦点位置に配置され、レンズ系８０，８２は、それぞれ後、前方焦点位置を共有する共焦点位置に配置されている。また露光面５６はレンズ系８２の後方焦点位置に位置調整される。従って、各アパーチャ７８と露光面５６とは互いに共役になっている。なお、投影光学系１４６における各レンズ系５４，５８，レンズ系８０，８２は、図５において、それぞれ１枚のレンズとして示されているが、複数枚のレンズ（例えば、凸レンズと凹レンズ）を組み合せたものであっても良い。
【００５７】
投影光学系１４６では、露光面５６に投影されるビームスポットのスポット径及びスポット形状が、露光済み領域１７０に形成される露光パターンの解像度、露光ヘッド１６６の走査速度、ＤＭＤ５０の走査方向に対する傾き角の大きさ、感光材料１５０の特性等の設計事項に応じて決められる。一方、アパーチャ７８の開口径及び開口形状は、露光面５６に投影されるビームスポットのスポット径及びスポット形状に応じて設定される。また第１マイクロレンズ７４の焦点距離ｆ３は、アパーチャ７８の開口径に応じて設定される。
【００５８】
図５を参照して、投影光学系１４６における第１マイクロレンズ７４の作用を説明する。拡大光学系を構成するレンズ系５４，５８は、ＤＭＤ５０により反射される光線束の断面積を拡大することで、露光面５６における露光エリア１６８の面積を所要の大きさに拡大している。このとき、ＤＭＤ５０のマイクロミラー６２により反射されたレーザビームも、レンズ系５４，５８を透過することで、そのビーム径がレンズ系５４，５８の拡大率に応じて拡大される。このことから、投影光学系１４６にマイクロレンズアレイ７２及びアパーチャアレイ７６が配置されていない場合、図５（Ｂ）に示すように、露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳのスポット径が露光エリア１６８のサイズに応じて大きなものになる。このため、図８（Ａ）に示すように走査露光しても、露光エリア１６８のＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）特性がレンズ系５４，５８の拡大率に応じて低下する。
【００５９】
上記のようなＭＴＦ特性の低下を防止するため、投影光学系１４６には、レンズ系５８の後方焦点位置に正のレンズパワーを有する第１マイクロレンズ７４がＤＭＤ５０のマイクロミラー６２に１対１で対応するように配置されている。この第１マイクロレンズ７４は、レンズ系５４，５８により拡大されたレーザビームのビーム径を縮小する。これにより、図５（Ｃ）に示すように、露光エリア１６８がレンズ系５４，５８により高倍率で拡大された場合でも、ビームスポットＢＳのスポット径を要求されるサイズに縮小できると共に、露光面５６におけるＭＴＦ特性の低下を防止できる。
【００６０】
次に、第１マイクロレンズ７４の焦点距離ｆ３を設定する方法を具体的に説明する。図１５に示すように、レンズ系５８の後方焦点位置に結像されるマイクロミラー６２の反射光像のサイズ（直径）が２Ｒである場合、第１マイクロレンズ７４の開口径を２Ｒに、アパーチャ７８の開口径を（２Ｒ／ｎ）に設定する。このとき、ｎは第１マイクロレンズ７４の開口径に対するアパーチャ７８の開口径の縮小率であり、このｎはビームスポットＢＳのスポット径に基づいて決定される。
【００６１】
第１マイクロレンズ７４を透過した全ての光線束が理論的にアパーチャ７８を通過する条件を考える。このとき、第１マイクロレンズ７４から光源側へ向う光線束の広がり角をαｓとすると、この広がり角αｓは下記（１）式により求められる。
【００６２】
αｓ＝（Ｒ／ｎ）／ｆ３・・・（１）
（１）式からマイクロレンズ７４の焦点距離ｆ３は下記（２）式により求められる。
【００６３】
ｆ３＝（Ｒ／ｎ）／αｓ・・・（２）
第１マイクロレンズ７４の焦点距離ｆ３を上記（２）式による算出値に設定した場合、図１５に示されるように、第１マイクロレンズ７４を透過した光は、理論的には、アパーチャ７８により遮蔽されること無く、すなわち光量損失を生じさせること無く、アパーチャ７８から露光面５６側へ出射される。但し、第１マイクロレンズ７４を透過した光には、第１マイクロレンズ７４の収差による回折光、散乱による散乱光等のノイズ成分となる光が含まれ、このようなノイズ成分となる光がアパーチャ７８により効果的に遮蔽されるため、実際にはアパーチャ７８により僅かな光量損失が生じる。但し、（２）式により得られる焦点距離ｆ３は、光量損失を最小化するための理論的な最適値である。このため、露光ヘッド１６６では、アパーチャ７８によるビームスポットＢＳの整形性、ノイズ光の除去性等を考慮し、アパーチャ７８を第１マイクロレンズ７４の後方焦点位置から微小距離前後へ配置することは許容される。
【００６４】
上記のようにマイクロレンズ７４の焦点距離ｆ３を（２）式に従って設定した場合のアパーチャ７８から出射される光の広がり角について説明する。アパーチャ７８の中心を通過する光の広がり角αｂについて着目すると、下記（３）式が得られる。
【００６５】
αｂ＝Ｒ／ｆ３
＝Ｒ／｛（Ｒ／ｎ）／αｓ｝
＝ｎ×αｓ・・・（３）
上記（３）式から明らかなように、マイクロレンズ７４により光線束を縮小してアパーチャ７８に対する照明領域を縮小するに従って、広がり角αｂが増加する。またアパーチャ７８の開口端での光の広がり角は、アパーチャ７８の中心での光の広がり角αｂよりも大きくなり、この広がり角の増加分をαｃとすると、αｃ＝αｓの関係が成立する。従って、アパーチャ７８を通過した光の最大広がり角αｍは下記（４）式により求められる。
【００６６】
αｍ＝αｂ＋αｃ＝（１＋ｎ）αｓ・・・（４）
次に、ビームスポットＢＳのスポット形状とファイバアレイ光源６６におけるレーザー出射部６８の輪郭形状との関係について説明する。前述したように、投影光学系１４６では、第１マイクロレンズ７４がレンズ系５４，５８を介してマイクロミラー６２と共役とされ、かつアパーチャ７８が第１マイクロレンズ７４の後方焦点位置に配置されている。これにより、図１６に示すように、レンズ系５４の後方焦点位置及びアパーチャ７８には、それぞれレーザー出射部６８の光源像ＬＩが形成される。従って、投影光学系１４６では、アパーチャ７８に形成された光源像をレンズ系８０，８２を介して露光面５６上に投影し、この光源像をビームスポットＢＳとして露光面５６を露光する。
【００６７】
上記のようにレーザー出射部６８の光源像をビームスポットＢＳとして露光面５６に投影した場合には、ビームスポットＢＳの輪郭形状とレーザー出射部６８の光軸直角方向に沿った輪郭形状とは概略的に近似したものとになる。従って、レーザー出射部６８の光軸直角方向に沿った輪郭形状を要求されるビームスポットＢＳのスポット形状に近似させ、かつアパーチャの開口形状をビームスポットＢＳのスポット形状に略相似したものにすれば、レーザー出射部６８から出射されたレーザビームがアパーチャ７８を通過する際の光量損失を効果的に抑制できることになる。
【００６８】
図１７（Ａ）〜（Ｃ）には、それぞれビームスポットＢＳのスポット形状を考慮して、複数本の光ファイバ３１を束ねて構成されたレーザー出射部の構成例が示されている。例えば、ビームスポットＢＳとして円形乃至六角形の形状のものが要求される場合には、図１７（Ａ）に示されるように、複数本（６本）の光ファイバ３１の出射端部を六方細密充填状に束ねて構成されたレーザー出射部６８がてきしている。また、ファイバアレイ光源６６が多数本の光ファイバ３１により構成されている場合には、これらの光ファイバ３１の出射端部を図１７（Ｂ）に示すように略六角形や、図１７（Ｃ）に示すように略矩形等の任意の形状に束ねることが可能になる。
【００６９】
ところで、マイクロレンズ７４により光線束を縮小した場合、アパーチャ７８を通過した光線束の広がり角（最大広がり角αｍ）が大きくなる。ここで、アパーチャ７８を通過した光線束の広がり角が増加するに従って露光面５６におけるビームスポットＢＳの焦点深度が浅くなることから、アパーチャ７８を通過した光線束の最大広がり角は小さい方が好ましい。
【００７０】
図１８（Ａ）及び（Ｂ）には、アパーチャアレイ７６に第２マイクロレンズ８４を設けてアパーチャ７８を通過した光線束の広がり角を小さくした構成例が示されている。このアパーチャアレイ７６には、図１８（Ｂ）に示すように、各アパーチャ７８の内部に、すなわち第１マイクロレンズ７４の後方焦点位置に第２マイクロレンズ８４が配置されている。第２マイクロレンズ８４のレンズ径はアパーチャ７８の開口径（＝２Ｒ／ｎ）と一致しており、また第２マイクロレンズ８４の焦点距離ｆ６は第１マイクロレンズ７４の焦点距離ｆ３と同一の（Ｒ／ｎ）／αｓとされている。
【００７１】
アパーチャアレイ７６の各アパーチャ７８に第２マイクロレンズ８４を配置することにより、アパーチャ７８を通過した各光線束の主光線が光軸と平行となって、アパーチャ７８を通過した光線束の広がり角の増加を抑制できる。すなわち、第２マイクロレンズ８４を追加した場合には、アパーチャ７８の開口端を通過する光線束の傾きの増加分αｃが０°となることから、光線束の最大広がり角αｍ´は下記（５）式により求められる。
【００７２】
αｍ´＝αｂ＋αｃ
＝αｂ
＝Ｒ／ｆ３＝Ｒ／｛（Ｒ／ｎ）／αｓ｝
＝ｎ×αｓ・・・（５）
（４）式により求められる最大広がり角αｍと比較すれば明らかなように、第２マイクロレンズ８４をアパーチャ７８に配置した場合には、最大広がり角αｍ´は十分に小さいものなる。これにより、光源像をビームスポットＢＳとして露光面５６上に投影した際に、ビームスポットＢＳの焦点深度を深くすることができる。
［露光装置の動作］
次に、上記露光装置１４２の動作について説明する。
【００７３】
スキャナ１６２の各露光ヘッド１６６において、ファイバアレイ光源６６の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、図１１に示すように、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。
【００７４】
本実施形態では、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。
【００７５】
各レーザモジュール６４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の場合には、図９に示すように、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、６本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザー出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００７６】
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されているので、約１Ｗ（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４８本（８×６）束ねなければならず、発光領域の面積は０．６２ｍｍ２（０．６７５ｍｍ×０．９２５ｍｍ）であるから、レーザー出射部６８での輝度は１．６×１０６（Ｗ／ｍ２）、光ファイバ１本当りの輝度は３．２×１０６（Ｗ／ｍ２）である。
【００７７】
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６本で約１Ｗの出力を得ることができ、レーザー出射部６８での発光領域の面積は０．００８１ｍｍ２（０．３２５ｍｍ×０．０２５ｍｍ）であるから、レーザー出射部６８での輝度は１２３×１０６（Ｗ／ｍ２）となり、従来に比べ約８０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９０×１０６（Ｗ／ｍ２）であり、従来に比べ約２８倍の高輝度化を図ることができる。これにより、ＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として露光面５６へ入射する光束の角度も小さくなるので、ビームスポットの焦点深度を深くできる。
【００７８】
露光パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラに入力され、コントローラ内のフレームメモリに一旦記憶される。この画像データは、画像を構成する各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。
【００７９】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する際に、ゲート１６０に取り付けられた検知センサ１６４により感光材料１５０の先端が検出されると、フレームメモリに記憶された画像データが複数ライン分ずつ順次読み出され、データ処理部で読み出された画像データに基づいて各露光ヘッド１６６毎に制御信号が生成される。そして、ミラー駆動制御部により、生成された制御信号に基づいて各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０のマイクロミラーの各々がオンオフ制御される。
【００８０】
ファイバアレイ光源６６からＤＭＤ５０にレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０のマイクロミラーがオン状態のときに反射されたレーザ光は、レンズ系５４、５８により感光材料１５０の露光面５６上に結像される。このようにして、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、感光材料１５０がＤＭＤ５０の使用画素数と略同数の画素単位（露光エリア１６８）で露光される。また、感光材料１５０がステージ１５２と共に一定速度で移動されることにより、感光材料１５０がスキャナ１６２によりステージ移動方向と反対の方向に走査され、各露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。
【００８１】
スキャナ１６２による感光材料１５０の走査が終了し、検知センサ１６４で感光材料１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。
【００８２】
以上説明した露光装置１４２では、第１マイクロレンズ７４をＤＭＤ５０における各マイクロミラー６２と１対１に対応するように２次元的に配列すると共に、これらのマイクロレンズ７４をマイクロミラー６２により露光状態に変調されたレーザビームの光路上に支持し、第１マイクロレンズ７４の後方焦点位置に形成される光源像を露光面５６へ投影し、この光源像をビームスポットＢＳとして露光面５６を露光することにより、ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２により露光状態に変調されたレーザビームのビーム径を第１マイクロレンズ７４によりできるので、レンズ系５０，５４により露光エリア１６８の面積がＤＭＤ５０の表面部に対して拡大された場合でも、露光面５６に投影されるビームスポットＢＳのビーム径を縮径することが可能になり、露光エリア１６８におけるＭＴＦ特性下の低下を防止できる。
【００８３】
また露光装置１４２では、レーザー出射部６８の光源像を露光面５６へ投影し、この光源像をビームスポットＢＳとして露光面５６を露光することから、ＤＭＤ５０におけるマイクロミラー６２の非反射部６２Ａの影響によりビームスポットの中央部の光量分布が低下することを防止でき、均一な光量分布を有するビームスポットＢＳにより露光面５６を露光できる。
【００８４】
なお、以上説明した露光ヘッド１４６では、ＤＭＤ５０からビームスポットＢＳの形成位置までの距離を調整するために、拡大光学系を構成したレンズ系５４，５８及び等倍光学系を構成してレンズ系８０，８２をそれぞれ用いているが、ＤＭＤ５０から露光面５６までの距離が短い場合には、図２０（Ａ）に示すように、レンズ系８０，８２を省略し、各第１マイクロレンズ７４により縮小されたレーザー出射部６８の光源像を、直接ビームスポットＢＳとして露光面５６を露光するようにしても良い。この場合には、露光装置１４２では、露光面５６が各第１マイクロレンズ７２の後方焦点位置付近に位置調整される。
【００８５】
但し、図２０（Ａ）に示すように、第１マイクロレンズ７２により形成された光源像を、直接ビームスポットＢＳとした場合には、ビームスポットＢＳの輪郭形状の整形、及び回折光、フレア光等のノイズ成分となる光の遮断ができない。このような問題を解決するため、図２０（Ｂ）に示すように、第１マイクロレンズ７２の後方焦点位置付近にアパーチャアレイ９０を配置し、露光面５６をアパーチャアレイ９０から所定距離だけ離れた位置へ位置調整することが考えられる。このアパーチャアレイ９０には、マイクロレンズアレイ７２における各第１マイクロレンズ７２に正対するように複数のアパーチャ９２が設けられている。また各アパーチャ９２の開口径及び開口形状は、露光面５６上において必要となるビームスポットＢＳのスポット径及びスポット形状に応じて適宜設定される。
【００８６】
ここで、アパーチャアレイ９０と露光面５６との距離Ｄは、アパーチャ９２を通過した光の回折を考慮した場合、レーザ光の波長及びアパーチャ９２の開口径に応じて最適な距離範囲が存在する。例えば、レーザ光の波長が波長４０５ｎｍ、アパーチャ９２の開口径が１３μｍの場合には、距離Ｄは概ね５０〜２００μｍの範囲内で設定される。
【００８７】
また感光材料１５０の特性等によりビームスポットＢＳの輪郭形状、及び回折光、フレア光等のノイズ成分があまり問題とならない場合には、図２１に示すように、アパーチャアレイ７６を投影光学系１４６から省略しても良い。この場合でも、露光領域１５６におけるＭＴＦ特性の低下を防止でき、かつビームスポットＢＳの光量分布を均一化できるという基本的な効果については確保できる。
【００８８】
また、本実施形態に係る露光装置１４２では、空間変調素子としてＤＭＤを用いたが、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間変調素子（ＳＬＭ；Ｓｐａｃｉａｌ　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、ＭＥＭＳタイプ以外の空間変調素子をＤＭＤ５０に代えて用いた場合にも、投影光学系１４６として図５又は図１８に示すものを用いれば、アパーチャ７８による光量損失を抑制しつつ、露光エリア１６８におけるＭＴＦ特性下の低下を防止できる。
【００８９】
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変調素子を意味している。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の露光ヘッド及び露光装置によれば、照明手段のレーザー出射部から出射されたレーザビームの利用効率の低下を抑制すると共に、露光面を所望のスポット径及びスポット形状のビームスポットにより露光できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る露光装置の外観を示す斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係る露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る露光装置の露光ヘッドの概略構成を示す斜視図である。
【図５】（Ａ）は図４に示す露光ヘッドの構成を示す側面図、（Ｂ）及び（Ｃ）は露光ヘッドによる露光エリアの平面図である。
【図６】デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図である。
【図９】（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の部分拡大図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザー出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１２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１５】図５に示す露光ヘッドにおける第１マイクロレンズ及びアパーチャの構成を示す側面図である。
【図１６】図５に示す投影光学系における第１マイクロレンズ付近の拡大図である。
【図１７】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ第１の実施の形態に係る露光装置におけるレーザー出射部の構成例を示す正面図である。
【図１８】第１の実施の形態に係る露光装置におけるアパーチャアレイに第２マイクロレンズを配置した構成例を示す側面図である。
【図１９】従来の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った側面図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る露光ヘッドの変形例の構成を示す側面図である。
【図２１】図５に示す投影光学系からアパーチャアレイを省略した場合の露光ヘッドの構成を示す側面図である。
【符号の説明】
３０　　　マルチモード光ファイバ
５０　　　ＤＭＤ（空間光変調素子）
５４、５８　　レンズ系（第１の光学系）
５６　　　露光面
６２　　　マイクロミラー（画素部）
６８　　　レーザー出射部
７２　　　マイクロレンズアレイ
７４　　　第１マイクロレンズ
７６　　　アパーチャアレイ
７８　　　アパーチャ
８０、８２　　レンズ系（第２の光学系）
８４　　　第２マイクロレンズ
１４２　　露光装置
１４４　　照明ユニット（照明手段）
１４６　　投影光学系
１６６　　露光ヘッド
【図１】
2004062156.tif 000003
【図２】
2004062156.tif 000004
【図３】
2004062156.tif 000005
【図４】
2004062156.tif 000006
【図５】
2004062156.tif 000007
【図６】
2004062156.tif 000008
【図７】
2004062156.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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