(57)【要約】【課題】投影露光装置装置において、感光材料へ投影する２次元パターンの消光比を向上させる。【解決手段】ＤＭＤ８０で空間光変調された光の２次元パターンを像側テレセントリックな第１結像光学系５１を通して結像させる際の結像倍率を倍率調節光学系５３によって調節する。その後、光源ユニット６０から発せられＤＭＤ照射光学系７０を通して入射された光をＤＭＤ８０で空間光変調し、ＤＭＤ８０により空間変調された２次元パターンを第１結像光学系５１、倍率調節光学系５３、マイクロレンズアレイ５５、アパーチャアレイ５９、および第２結像光学系５２を通して感光材料１５０上に投影しこの感光材料１５０に露光する。【選択図】          図２
2004335640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を所定の制御信号に応じて変調する画素部を２次元状に多数配列してなり、前記多数の画素部により前記光を空間光変調する空間光変調手段と、
前記空間光変調手段で空間光変調された光の２次元パターンを結像させる像側テレセントリックな結像光学系と、
前記結像光学系により結像される前記２次元パターンの結像面近傍に配設された、前記結像光学系を通過した前記各画素部に対応する各光をそれぞれ通す個別のマイクロレンズを２次元状に配置してなるマイクロレンズアレイとを備え、
前記２次元パターンを感光材料上に投影して該感光材料に前記２次元パターンを露光する投影露光装置において、
前記結像光学系と前記マイクロレンズアレイとの間に、前記２次元パターンを前記結像光学系で結像させる際の結像倍率を調節する倍率調節光学系を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２】
前記倍率調節光学系が、凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものであることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項３】
前記倍率調節光学系が、凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものであり、前記凹レンズおよび凸レンズの焦点距離が共に８００ｍｍ以上となるように構成されたものであることを特徴とする請求項１記載の投影露光装置。
【請求項４】
前記凹レンズの焦点距離に対する前記凸レンズの焦点距離の比の値が概略１であることを特徴とする請求項２または３記載の投影露光装置。
【請求項５】
前記倍率調節光学系が、前記２次元パターンを前記結像光学系で結像させる際のディストーションを補正するディストーション補正光学系を兼用するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置に関し、詳しくは、空間光変調された光の２次元パターンをテレセントリックな結像光学系を通して感光材料上に投影し露光する投影露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、入射された光を所定の制御信号に応じて空間光変調する空間光変調手段用い、この空間光変調手段によって空間変調された２次元パターンを感光材料上に投影してこの感光材料を露光する投影露光装置が知られている。また、上記空間光変調手段として、傾斜角度を変更可能なマイクロミラーを２次元状に多数配列（例えば１０２４×７５６）したデジタル・マイクロミラー・デバイス（以後、ＤＭＤという）を用いた投影露光装置も知られている（例えば特許文献１）。なお、上記デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）としては、例えば、米国ＴＩ社（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社）が開発したものが知られており、このＤＭＤを用いた動画用プロジェクタ等が製品化されている。
【０００３】
上記ＤＭＤを用いた投影露光装置は、ＤＭＤの各マイクロミラーの像を感光材料上に結像させるための結像光学系を備え、露光用の光の照射を受けた各マイクロミラー中の所定角度に傾斜したマイクロミラーで反射され、上記結像光学系に向けて伝播された光のみをこの結像光学系を通して結像し、これにより、上記マイクロミラーで形成された２次元パターンを感光材料上に投影してこの感光材料を露光するものである。すなわち、この投影露光装置は、上記２次元パターンの像を形成する各画素が各マイクロミラーに対応するようにして露光を行なうものである。
【０００４】
また、投影露光装置に搭載される、上記２次元パターンを感光材料上に露光する露光ヘッドを構成する光学要素は、例えば、図２０に示すように、ＤＭＤ８０Ｊ、ＤＭＤ８０Ｊを照明する光を発生する光源ユニット６０Ｊ、光源ユニット６０Ｊから発せられた光を伝播し全反射させてＤＭＤ８０Ｊに照射する全反射プリズム７６Ｊを備えたＤＭＤ照射光学系７０Ｊ、ＤＭＤ８０Ｊで空間光変調された光の２次元パターンを感光材料１５０Ｊ上に結像する光学系５０Ｊ等からなる。
【０００５】
上記光学系５０Ｊは、上記第１結像光学系５１Ｊ、第１結像光学系５１Ｊで結像された２次元パターンの像をリレーして感光材料１５０Ｊ上に結像する第２結像光学系５２Ｊ、第１結像光学系５１Ｊと第２結像光学系５２Ｊの間の光路中に配置されたマイクロレンズアレイ５５Ｊおよびアパーチャアレイ５９Ｊ等から構成されている。
【０００６】
上記マイクロレンズアレイ５５Ｊは、ＤＭＤ８０Ｊの各マイクロミラー８１Ｊで反射され第１結像光学系５１Ｊを通った、上記各マイクロミラー８１Ｊに対応するテレセントリックな各光束Ｌｊそれぞれを個別に通して収束させるように上記各マイクロミラー８１Ｊに対応して配置された多数のマイクロレンズ５５Ｊａからなるものである。またアパーチャアレイ５９Ｊは、上記各マイクロレンズ５５Ｊａを通った各光束それぞれを個別に通過させるように各マイクロレンズ５５Ｊａに対応して配置された多数のアパーチャ５９Ｊａを有するものである。
【０００７】
上記構成において、ＤＭＤ８０Ｊの各マイクロミラー８１Ｊで反射され第１結像光学系５１Ｊを通った上記各マイクロミラー８１Ｊに対応するテレセントリックな各光束Ｌｊは、第１結像光学系５１による結像位置近傍の第１結像光学系５１Ｊの側に配されたマイクロレンズアレイ５５Ｊの各マイクロレンズ５５Ｊａによって個別に集光され、この個別に集光された光束がアパーチャ５９Ｊａを通過して結像される。
【０００８】
第１結像光学系５１Ｊにより結像された、上記マイクロレンズアレイ５５Ｊおよびアパーチャ５９Ｊを通った各光束Ｌｊは、第２結像光学系５２Ｊによりリレーされて感光材料１５０Ｊ上に結像され、これにより、上記２次元パターンが感光材料１５０Ｊ上に投影されこの感光材料を露光する。
【０００９】
ここで、２次元パターンの像を形成する各画素すなわち、各マイクロミラー８１Ｊで反射され各マイクロレンズ５５Ｊａを通った各光束Ｌｊに上記光学要素の収差等による太りがあっても、アパーチャ５９Ｊａによって感光材料上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにこの光束Ｌｊを整形することができると共に、各マイクロミラー８１Ｊで反射された光束を各マイクロミラー８１Ｊに対応して設けられたアパーチャ５９Ｊａを通過させることにより、各マイクロミラー８１Ｊ間、すなわち、２次元パターンの像を形成する各画素間でのクロストークを防止することができ、露光を行なう際の各マイクロミラー８１Ｊによるオン・オフの消光比を高めることができる。これにより、感光材料１５０Ｊ上に投影される２次元パターンのコントラストが高くなり、露光品質を高めることができる。
【００１０】
なお、マイクロミラー８１Ｊを上記所定角度に傾斜させてこのマイクロミラー８１Ｊで反射された光を光学系５０Ｊに向けて伝播させる状態がマイクロミラー８１Ｊのオン状態であり、マイクロミラー８１Ｊを上記所定角度とは異なる角度に傾斜させてこのマイクロミラー８１Ｊで反射された光を光学系５０に向かう光路から外して伝播させる状態がマイクロミラー８１Ｊのオフ状態であり、上記オン状態のマイクロミラー８１Ｊで反射された光が感光材料１５０Ｊ上に結像されこの感光材料１５０Ｊを露光する。したがって、マイクロミラー８１Ｊがオンのときに感光材料１５０Ｊ上へ結像されたこのマイクロミラー８１Ｊに対応する画素領域の明るさと、マイクロミラー８１Ｊがオフのときの感光材料１５０Ｊ上の上記画素領域の明るさとの比が消光比となる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３０５６６３号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記投影露光装置に対して消光比を高め露光品質をさらに向上させたいという要請がある。そのためには、上記構成において、例えば、１０２４×２５６（約２６万）の各マイクロミラーで反射され第１結像光学系を通ったテレセントリックな各光束を、より高い精度で、上記各マイクロミラーに対応する１０２４×２５６の各マイクロレンズおよびアパーチャに通して上記各光束を結像させることが要求される。より具体的には、各マイクロレンズおよびアパーチャに入射する上記約２６万のテレセントリックな各光束のピッチを、これに対応する同数の各マイクロレンズおよびアパーチャのピッチに一致させ、かつ、上記各光束の太りや各光束間の平行度の誤差を抑制するする必要があり、そのために、第１結像光学系５１のＭＴＦ性能（光束の太り）、テレセントリック性（各光束間の平行度）、ディストーション性能（等ピッチ性）、および結像倍率の正確性等を所望の露光品質が得られる所定の性能に向上させることが求められる。
【００１３】
しかしながら、上記各性能（ＭＴＦ性能、テレセントリック性、ディストーション性能、および結像倍率の正確性）は互いに関連しており、例えば、結像倍率の正確性を高めるとＭＴＦ性能やディストーション性能が低下したりするので、上記各性能が全て所定の性能以上となるように第１結像光学系を製作することが難しいという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、感光材料へ投影する２次元パターンの消光比を高め、これにより露光品質を向上させることができる投影露光装置を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影露光装置は、入射された光を所定の制御信号に応じて変調する画素部を２次元状に多数配列してなり、前記多数の画素部により前記光を空間光変調する空間光変調手段と、この空間光変調手段で空間光変調された光の２次元パターンを結像させる像側テレセントリックな結像光学系と、前記結像光学系により結像される２次元パターンの結像面近傍に配設された、前記結像光学系を通過した各画素部に対応する各光をそれぞれ通す個別のマイクロレンズを２次元状に配置してなるマイクロレンズアレイとを備え、前記２次元パターンを感光材料上に投影してこの感光材料に２次元パターンを露光する投影露光装置において、結像光学系とマイクロレンズアレイとの間に、前記２次元パターンを結像光学系で結像させる際の結像倍率を調節する倍率調節光学系を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
前記倍率調節光学系は、凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものとすることができる。
【００１７】
前記倍率調節光学系は、前記凹レンズおよび凸レンズの焦点距離が共に８００ｍｍ以上となるように構成されたものとすることができる。
【００１８】
前記凹レンズの焦点距離に対する前記凸レンズの焦点距離の比の値は概略１とすることができる。
【００１９】
なお、前記「比の値を概略１とする」とは、比の値を所望のテレセントリック性を実現できる程度の１に近い値とすることを意味するものである。
【００２０】
前記倍率調節光学系は、２次元パターンを結像光学系で結像させる際のディストーションを補正するディストーション補正光学系を兼用するものとすることができる。例えば、前記ディストーション補正光学系を兼用する倍率調節光学系は、前記凸レンズを結像光学系の光軸に対して直交する方向に移動させてディストーションを補正するように構成することができる。
【００２１】
前記２次元パターンは、表示用の画像、あるいは電気配線の回路パターン等を示すものとすることができる。
【００２２】
前記感光材料は、２次元パターンである配線パターンを形成するための感光材料層を有するプリント基板作成用の基板としたり、あるいは配線パターンを形成するための感光材料層を有する液晶表示基板作成用の基板やプラズマディスプレイ基板作成用の基板としたりすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の投影露光装置は、空間光変調された光の２次元パターンを結像させる像側テレセントリックな結像光学系とマイクロレンズアレイとの間に、上記結像光学系で結像する２次元パターンの結像倍率を調節する倍率調節光学系を備えているので、結像光学系のＭＴＦ性能、テレセントリック性、およびディストーション性能等とは独立して結像倍率を変更することができ、上記ＭＴＦ性能、テレセントリック性、およびディストーション性能等を低下させることなく結像倍率を調節して、上記各光束をより正確に上記各マイクロレンズへ通すことができる。これにより、感光材料上に投影される２次元パターンの像を形成する各画素の消光比を向上させることができ露光品質を高めることができる。
【００２４】
また、倍率調節光学系を、凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものとすれば、結像光学系のＭＴＦ性能、テレセントリック性、およびディストーション性能等と、結像倍率の変更との独立性をより高めることができ、上記消光比を向上させるための結像倍率の調節をより容易に行なうことができる。
【００２５】
また、倍率調節光学系を、凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものとし、上記凹レンズおよび凸レンズの焦点距離が共に８００ｍｍ以上となるように構成したものとすれば、結像光学系のＭＴＦ性能、テレセントリック性、およびディストーション性能等と、結像倍率との独立性をさらに高めることができ、さらに、凹レンズおよび凸レンズのうちのいずれか一方を結像光学系の光軸方向に移動させて倍率調節を行う場合には、凹レンズあるいは凸レンズの移動量に対する倍率変化、すなわち倍率調節感度を鈍くすることができ、より倍率調節の精度を高めることができる。
【００２６】
また、凹レンズの焦点距離に対する凸レンズの焦点距離の比の値を概略１とすれば、結像光学系のＭＴＦ性能、テレセントリック性、およびディストーション性能等と、結像倍率との独立性をさらに高めることができる。
【００２７】
前記倍率調節光学系を、２次元パターンを結像光学系で結像させる際のディストーションを補正するディストーション補正光学系を兼用するものとすれば、上記消光比を向上させるための結像倍率の調節およびディストーションの補正をさらに容易に行なうことができる。例えば、凹レンズおよび凸レンズのうちの少なくともいずれか一方を結像光学系の光軸方向に移動させて倍率調節を行い、前記凸レンズおよび凹レンズのうちの少なくともいずれか一方を、結像光学系の光軸に対して直交する方向に移動させてディストーションを補正することにより、結像倍率の調節、およびディストーションの補正とを独立して実施することができ、上記消光比を向上させるための調節をより容易に行なうことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の投影露光装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の投影露光装置に搭載される露光ヘッドの概略構成を展開して示す概念図、図２は上記露光ヘッド内を伝播する光束の光路に沿ってこの露光ヘッドを構成する光学要素を示す側面図、図３はＤＭＤの概略構成を示す斜視図である。
【００２９】
本発明の実施の形態による投影露光装置は、光源である光源ユニット６０から発せられＤＭＤ照射光学系７０を通して入射された光を所定の制御信号に応じて変調する画素部であるマイクロミラー８１を２次元状に多数配列してなり、上記マイクロミラー８１により上記光を空間光変調する空間光変調手段であるＤＭＤ８０と、ＤＭＤ８０で空間光変調された光の２次元パターンを結像させる像側テレセントリックな結像光学系である第１結像光学系５１と、第１結像光学系５１により結像される上記２次元パターンの結像面近傍のこの第１結像光学系５１側に配設された、上記第１結像光学系５１を通過した上記各マイクロミラー８１に対応する各光をそれぞれ通して集光させる個別のマイクロレンズ５５ａを２次元状に配置してなるマイクロレンズアレイ５５と、第１結像光学系５１とマイクロレンズアレイ５５との間に配置された、上記２次元パターンを第１結像光学系５１で結像する際の結像倍率を調節する倍率調節光学系５３とを備え、上記２次元パターンを感光材料１５０上に投影してこの感光材料１５０に上記２次元パターンを露光するものである。なお、前記画素部であるマイクロミラー８１は、光源である光源ユニット６０から発せられＤＭＤ照射光学系７０を通して入射された光を所定の制御信号に応じて偏向するものである。
【００３０】
なお、上記光源ユニット６０、ＤＭＤ８０、第１結像光学系５１、倍率調節光学系５３、およびマイクロレンズアレイ５５等は後述する露光ヘッド１６６を構成する光学要素となるものである。上記２次元パターンは、例えば電気回路の配線パターン等とすることができ、感光材料１５０は、例えばフォトレジストが表面に塗布された電気回路の基板とすることができる。
【００３１】
上記図２に示すように、露光ヘッド１６６を構成する光学要素である光学系５０は、上記第１結像光学系５１と、第１結像光学系５１で結像された上記２次元パターンをリレーして感光材料１５０上に結像させる第２結像光学系５２と、第１結像光学系５１と第２結像光学系５２との間の光路中に配置された倍率調節光学系５３、マイクロレンズアレイ５５、およびアパーチャアレイ５９等とから構成されている。
【００３２】
上記マイクロレンズアレイ５５は、ＤＭＤ８０で反射され第１結像光学系５１および倍率調節光学系５３を通った各光束それぞれを個別に通すようにＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１（図３参照）に対応して配置された多数のマイクロレンズ５５ａからなるものである。
【００３３】
またアパーチャアレイ５９は、上記各マイクロレンズ５５ａを通った各光束それぞれを個別に通すように各マイクロレンズ５５ａに対応して配置された多数のアパーチャ５９ａを有するものである。
【００３４】
また、上記倍率調節光学系５３は、凹レンズ５３Ｕと凸レンズ５３Ｈとの組合せからなるものであり、凹レンズＵおよび凸レンズＨの焦点距離が共に８００ｍｍ以上であり、凹レンズＵの焦点距離に対する凸レンズＨの焦点距離の比の値が１となるように構成されたものである。また、この倍率調節光学系５３は、上記２次元パターンを第１結像光学系５１で結像させる際のディストーションを補正するディストーション補正光学系を兼用するものである。
【００３５】
上記構成において、ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１で反射した光によるこのマイクロミラー８１の像は、第１結像光学系５１により３倍に拡大されて結像される。ここで、各マイクロミラー８１で反射され第１結像光学系５１を通った上記各マイクロミラー８１に対応するテレセントリックな各光束Ｌａは、第１結像光学系５１による結像位置の近傍に配されたマイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａによって個別に集光され、この個別に集光された光束がアパーチャ５９ａを通過する。マイクロレンズアレイ５５およびアパーチャ５９を通った光束は第２結像光学系５２によりさらに１．６７倍に拡大された上で、感光材料１５０の感光面１５１に結像される。
【００３６】
ここで、２次元パターンの像を形成する各画素、すなわち各マイクロミラー８１で反射されて各マイクロレンズ５５ａを通った光束Ｌａに上記光学要素の収差等による太りがあっても、アパーチャ５９ａによって感光面１５１でのスポットサイズが一定の大きさになるようにこの光束Ｌａを整形することができる。また、各マイクロミラー８１で反射された光束Ｌａを各マイクロミラー８１に対応して設けられたアパーチャ５９ａを通過させることにより、各マイクロミラー８１（各画素）間でのクロストークを防止することができ、露光を行なう際の各マイクロミラー８１によるオン・オフの消光比を高めることができる。
【００３７】
なお、マイクロミラー８１を上記所定角度に傾斜させてこのマイクロミラー８１で反射した光を光学系５０に向けて伝播させる状態がマイクロミラー８１のオン状態であり、マイクロミラー８１を上記所定角度とは異なる角度に傾斜させてこのマイクロミラー８１で反射した光を光学系５０に向かう光路から外して伝播させる状態がマイクロミラー８１のオフ状態であり、上記オン状態のマイクロミラー８１で反射した光が感光面１５１に結像され感光材料１５０を露光する。すなわち、各マイクロミラー８１は、マイクロミラーの傾斜角度を変更することにより入射された光を変調し、ＤＭＤ８０は、所定の制御信号に応じて各マイクロミラー８１の傾斜角度を変更することにより入射された光を空間光変調する。
【００３８】
以下、上記倍率調節光学系５３を用いて、上記２次元パターンを第１結像光学系５１で結像させる際の結像倍率を調節しディストーションを補正して、上記消光比を高める場合について説明する。図４（ａ）はマイクロレンズアレイを第１結像光学系の光軸の方向から見た正面図、図４（ｂ）は上記マイクロレンズアレイの側面図、図５は単一のマイクロレンズの拡大斜視図、図６はマイクロレンズに光束が入射する様子を示す正面図である。
【００３９】
まず始めに、上記消光比と倍率調節光学系５３による倍率調節精度との関係について説明する。
【００４０】
図４に示すように、マイクロレンズアレイ５５は、上記第１結像光学系５１のＺ方向に延びる光軸Ｚｃに対して直交するＹ方向に１０２４個、上記Ｚ方向およびＹ方向に対して直交する方向に２５６個並ぶ、ｎ＝１〜２５６行、ｍ＝１〜１０２４列のマトリクス状の、１０２４×２５６個のマイクロレンズ５５ａを有している。図５に示すように各マイクロレンズ５５ａのＸ方向の幅Ｗ１は０．０４１０ｍｍ、Ｙ方向の幅Ｗ２は０．０４１０ｍｍ、レンズ面Ｒの曲率半径ｒは０．１０ｍｍであり、このマイクロレンズアレイ５５を形成している材料はガラス（ＢＫ７）である。
【００４１】
上記マイクロレンズ５５ａがＹ方向に１０２４個並ぶ長さは４１．９８４ｍｍ（４１．９８４ｍｍ＝０．０４１０ｍｍ×１０２４個）であり、マイクロレンズ５５ａがＹ方向に並ぶ中心位置Ｃ１からの一方の端部（ｍ＝１）の列Ｅ１、および上記中心位置Ｃ１からの他方の端部（ｍ＝１０２４）の列Ｅ２までのそれぞれの距離Ｌ１、Ｌ２は共に２０．９９２ｍｍとなっている。
【００４２】
ここで、上記投影露光装置で、感光材料１５０を露光する際には、感光材料１５０の感光特性により少なくとも１：１０の消光比において露光を行なう必要がある。ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１で反射されたそれぞれの光束が、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａを正確に通るように伝播されれば、上記消光比が得られるが，ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１で反射されたそれぞれの光束が、マイクロレンズアレイ５５の各マイクロレンズ５５ａを正確に通らない場合には上記結像倍率およびディストーションの調節が必要になる。
【００４３】
すなわち、図６に示すように、１つのマイクロミラー８１で反射されて１つのマイクロレンズ５５ａを通る光束Ｋ１が、Ｙ方向に４．１μｍずれてこのマイクロレンズ５５ａを通ると、マイクロレンズ５５ａのＹ方向の幅Ｗ１が４１μｍなので、マイクロレンズ５５ａの９０％（０．９＝（（４１μｍ−４．１μｍ）／４１μｍ）の領域Ｒ１は所定のマイクロミラー８１で反射された光束Ｋ１が通るが、４．１μｍずれて光束Ｋ１が通らない領域Ｒ２には、所定のマイクロミラーとは異なるマイクロミラーで反射された光束Ｋ２が入射することになるので、領域Ｒ２の面積：（領域Ｒ１＋領域Ｒ２）の面積の比率に基づいて、実質的に消光比が１：１０となる。したがって、１：１０以上の消光比を得るためには、マイクロミラー８１で反射されマイクロレンズ５５ａを通る光束のＹ方向のずれが４．１μｍ未満となるように、光束Ｋ１が通るの光路を調節する必要がある。すなわち、マイクロレンズ５５ａの中心位置Ｃ１からＹ方向の両端部の列Ｅ１、列Ｅ２までのそれぞれの距離Ｌ１、Ｌ２は共に２０．９９２ｍｍなので、略０．２％（４．１μｍ／２０．９９２ｍｍ≒０．０００２）の倍率調節精度で倍率調節光学系５３により上記光束の光路を調節すればよいことが解る。
【００４４】
以下、上記０．２％の倍率調節精度を実現するための倍率調節光学系５３、および第１結像光学系５１について具体的に説明する。図７は第１結像光学系と倍率調節光学系の概略構成を示す図であり、図８は第１結像光学系と倍率調節光学系の設計値を示す図である。なお、ＤＭＤ８０と第１結像光学系５１との間には、ミラー７５で反射された光をＤＭＤ８０に向けて全反射させるとともに、ＤＭＤ８０で反射した光を通過させる、２つの三角プリズムが組み合わされた平行平板状のＴＩＲプリズム（全反射プリズム）であるプリズム７６（図１または図２参照）が配置されている。
【００４５】
図７および図８に示すように、第１結像光学系５１は、レンズ５１Ａ、レンズ５１Ｂ、レンズ５１Ｃ、レンズ５１Ｄ、レンズ５１Ｅ、レンズ５１Ｆ、レンズ５１Ｇ、レンズ５１Ｈ、レンズ５１Ｉ、レンズ５１Ｊ、レンズ５１Ｋ、レンズ５１Ｌ、レンズ５１Ｍが、ＤＭＤ８０による反射光束の入射側からこの順に配置されている。なお、上記レンズ５１Ａからレンズ５１Ｍの各レンズはレンズ枠Ｕ１０内に収容されこのレンズ枠Ｕ１０に固定されている。
【００４６】
ＤＭＤ８０中のオン状態となっているマイクロミラーで反射されプリズム７６を通過した光束は第１結像光学系５１に入射し、この光束は上記レンズ５１Ａからレンズ５１Ｍをこの順に通り、さらに倍率調節光学系５３を通ってマイクロレンズアレイ５５に入射する。
【００４７】
上記倍率調節光学系５３の凹レンズ５３Ｕの焦点距離は−８７５ｍｍ、凸レンズ５３Ｈの焦点距離は８７２ｍｍであり、両レンズの焦点距離は共に８００ｍｍ以上である。凸レンズ５３Ｈはレンズ枠Ｈ１に接着固定されている。凹レンズ５３Ｕは、第１結像光学系５５１のレンズ枠Ｕ１０と一体化されたレンズ枠Ｕ１に接着固定されており、このレンズ枠Ｕ１は上記レンズ枠Ｈ１を収容する周縁凸部Ｕ２を有する。
【００４８】
この周縁凸部Ｕ２は、光軸Ｚｃの回りの９０度毎に、光軸Ｚｃと直交しこの光軸Ｚｃに向かうように形成された４つのネジ孔Ｕ３を有しており、各ネジ孔Ｕ３に螺合する４つのネジＵ４によりレンズ枠Ｕ１に収容されたレンズ枠Ｈ１の位置が光軸Ｚｃと直交する方向に調節されるとともに、このレンズ枠Ｈ１の位置が固定される。
【００４９】
また、上記光軸Ｚｃ方向（Ｚ方向）におけるレンズ枠Ｕ１とレンズ枠Ｈ１との間には、厚さ１００μｍの複数のスペーサを含むスペーサＱが配置されており、このスペーサＱの厚さを変更することにより、レンズ枠Ｈ１の上記光軸Ｚｃ方向（Ｚ方向）における位置が調節される。
【００５０】
＜倍率の調節＞
ここで、２次元パターンを第１結像光学系５１で結像させる際の倍率調節光学系５３による倍率の調節について説明する。
【００５１】
上記倍率調節光学系５３による倍率の調節は、凸レンズ５３Ｈを第１結像光学系５１の光軸Ｚｃに沿って平行移動させることにより実施される。例えば，凸レンズ５３Ｈを光軸Ｚｃ（Ｚ方向）に沿って第１結像光学系５１の側に１００μｍ移動させることにより、上記マイクロレンズ５５ａの中心位置Ｃ１からＹ方向に２０．９９２ｍｍ離れた一方の端部の列Ｅ１を通る光束の位置、および上記中心位置Ｃ１から２０．９９２ｍｍ離れた他方の端部の列Ｅ２を通る光束の位置を共に、Ｙ方向に沿って上記中心位置Ｃ１に近づく側に４μｍ移動させることができる。
【００５２】
また、凸レンズ５３Ｈを光軸Ｚｃ（Ｚ方向）に沿ってマイクロレンズアレイ５５の側に１００μｍ移動させることにより、上記マイクロレンズ５５ａの端部の列Ｅ１を通る光束の位置、および上記マイクロレンズ５５ａの端部の列Ｅ２を通る光束の位置をＹ方向に沿って上記中心位置Ｃ１から離れる側に４μｍ移動させることができる。
【００５３】
上記凸レンズ５３Ｈの光軸Ｚｃ（Ｚ方向）に沿った移動は、この凸レンズ５３Ｈのレンズ枠Ｈ１と凹レンズ５３Ｕのレンズ枠Ｕ１との間に配置されている上記スペーサＱ中の厚さ１００μｍのスペーサの数を増減させることにより実施することができ、これにより、上記２次元パターンを第１結像光学系５１で結像させる際の結像倍率を略０．２％の倍率調節精度で調節することができる。
【００５４】
＜ディストーションの補正＞
次に、ディストーション補正光学系を兼用する倍率調節光学系５３によるディストーションの補正について説明する
倍率調節光学系５３によるディストーションの補正は、凸レンズ５３Ｈを第１結像光学系５１の光軸Ｚｃと直交する方向に沿って平行移動させることにより実施される。凸レンズ５３ＨをＹ方向に沿って端部の列Ｅ１の側に４３０μｍ移動させることにより、上記マイクロレンズ５５ａのＹ方向の中心位置Ｃ１から端部の列Ｅ１までの間の領域に位置する各マイクロレンズ５５ａを通る各光束のピッチを概略０．０２％狭めるとともに、上記中心位置Ｃ１から端部の列Ｅ２までの間の領域に位置する各マイクロレンズ５５ａを通る各光束のピッチを概略０．０２％広げることができる。
【００５５】
上記凸レンズ５３Ｈの、光軸Ｚｃ（Ｚ方向）と直交する方向に沿った移動は、４つのネジＵ４によりレンズ枠Ｕ１に収容されたレンズ枠Ｈ１を移動させることにより実施することができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態においては、倍率調節光学系を、凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものとし、凹レンズおよび凸レンズの焦点距離が共に８００ｍｍ以上となるようにし、凹レンズの焦点距離に対する凸レンズの焦点距離の比の値が１となるようにしたが、このような場合に限らず、上記凹レンズの焦点距離に対する凸レンズの焦点距離の比の値が１ではない場合であっても、あるいは、凹レンズおよび凸レンズの焦点距離が共に８００ｍｍ以上ではない場合であっても、さらに、この倍率調節光学系が凹レンズと凸レンズとの組合せからなるものではない場合であっても、結像光学系とマイクロレンズアレイとの間に２次元パターンを結像光学系で結像させる際の結像倍率を調節する倍率調節光学系を備えることにより上記効果を得ることができる。
【００５７】
以下、上記像側テレセントリックな結像光学系を有する光学系５０を使用した露光ヘッド１６６を搭載した投影露光装置について詳しく説明する。
【００５８】
≪投影露光装置の全体構成の説明≫
図９は、本発明の投影露光装置の外観を示す斜視図、図１０は上記投影露光装置による露光の様子を示す斜視図、図１１（Ａ）は感光材料上に形成される露光済領域を示す平面図、図１１（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。
【００５９】
図９に示すように、本発明の投影露光装置は、スキャナユニット１６２と、このスキャナユニット１６２を支持する本体部とからなる。上記本体部は、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、このステージ１５２を副走査方向に移動可能に支持する上記副走査方向に沿って延びた２本のガイド１５８を設置台１５６上に有している。ステージ１５２は、ガイド１５８によって副走査方向に往復移動可能に支持され、このステージ１５２の長手方向が副走査方向を向くように配置されている。なお、この投影露光装置には、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部が備えられている。
【００６０】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨いで上記スキャナユニット１６２を支持する門型のスキャナ支持部１６０が設けられている。スキャナ支持部１６０には、このスキャナ支持部１６０を挟んだ副走査方向の一方の側にはスキャナユニット１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端および後端を検知する２つの検知センサ１６４が設けられている。スキャナユニット１６２および検知センサ１６４は、スキャナ支持部１６０に各々取り付けられ、ステージ１５２の移動経路の上方に配置されている。なお、スキャナユニット１６２および検知センサ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。
【００６１】
スキャナユニット１６２は、図１０および図１１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感光材料１５０に露光用の光を照射する複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。
【００６２】
本実施の形態では、感光材料１５０の幅との関係で、１行目および２行目には５個の露光ヘッド１６６を、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。
【００６３】
露光ヘッド１６６によって露光される各露光ヘッド１６６ｍｎに対応する露光エリア１６８ｍｎは、図１１（Ｂ）に示すように、概略、副走査方向を短辺とする矩形状であり、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には各露光ヘッド１６６ｍｎに対応した図１１（Ａ）に示すような帯状の露光済領域１７０ｍｎが形成される。
【００６４】
上記露光ヘッドの各々は、上記副走査方向と直交する主走査方向に所定間隔ずらして配置されており、帯状の露光済領域１７０が上記主走査方向に隙間無く形成されるように、１行目に配置されている露光エリア１６８１１と露光エリア１６８１２との間の露光できない部分は、２行目に配置されている露光エリア１６８２１と３行目に配置されている露光エリア１６８３１とにより露光される。
【００６５】
上記露光ヘッド１６６は、上記光源ユニット６０、ＤＭＤ８０、および光学系５０と、光源ユニット６０から射出された露光用の光を入射してＤＭＤ８０に照射するＤＭＤ照射光学系７０とから構成され、ＤＭＤ８０で空間光変調された光を感光材料１５０上に導いてこの感光材料１５０を露光する。
【００６６】
≪露光ヘッド１６６を構成する各要素の説明≫
以下、露光ヘッド１６６を構成する各要素について説明する。なお、既に説明済の光学系５０については、ここでの説明を省略する。
【００６７】
＜光源ユニット６０＞
光源ユニット６０は、複数（例えば、６個）のレーザ光合波光源４０と、上記複数の各レーザ光合波光源４０の構成要素である各マルチモード光ファイバ３０に接続される複数の光ファイバ３１を統合するレーザ射出部６１とからなる。
【００６８】
［レーザ光合波光源４０の説明］
図１２はレーザ光合波光源の構成を示す平面図、図１３はレーザ光合波光源の構成を示す側面図、図１４はレーザ光合波光源の構成を示す正面図、図１５はレーザ光合波光源を構成する光学要素を示す拡大平面図である。
【００６９】
○レーザ光合波光源４０の構成
レーザ光合波光源４０は、複数の半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，およびＬＤ７と、１本の光ファイバ３０と、上記複数の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７から射出された各光束からなる全体光束を収束させて光ファイバ３０のコア部に入射させる光束収束手段であるコリメータレンズ１１〜１７および１つの集光レンズ２０とを備え、上記光ファイバ３０中に上記全体光束を合波させ、この合波された光束を光ファイバ３０を通して射出する。
【００７０】
より具体的には、このレーザ光合波光源４０は、銅等の熱伝導率の高い材料からなるヒートブロック１０上の１方向に並べられて固定された複数（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，および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，および１７と、コリメータレンズ１１〜１７から射出された各光束の全体を１点に収束させる１つの集光レンズ２０と、集光レンズ２０で収束された上記全体光束を入射して合波する１本のマルチモード光ファイバ３０等とから構成されている。
【００７１】
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、２０個の半導体レーザから射出されたそれぞれの光束を入射することも可能である。
【００７２】
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の波長範囲において上記４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。
【００７３】
なお、図１２、図１３および図１４に示すように、このレーザ光合波光源４０は、上方が開口した箱状のパッケージ４１内に上記光学要素を収納したものである。パッケージ４１は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４９を備えており、箱状のパッケージ４１を脱気処理した後、封止ガスを導入してパッケージ４１の開口をパッケージ蓋４９で閉じることにより、パッケージ４１とケージ蓋４９とで囲まれた閉空間（封止空間）が気密封止されている。
【００７４】
パッケージ４１の底面上にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、上記ヒートブロック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の射出端部は、パッケージ４１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。
【００７５】
上記ベース板４２は、流体を媒体とした温調手段あるいはペルチェ素子等（図示は省略）により温調されており、投影露光装置の稼動中は常に一定の温度に保たれる。
【００７６】
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。また、パッケージ４１の壁面に形成された開口を通して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。
【００７７】
なお、図１２および図１３においては、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ＬＤ１および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１および１７にのみ番号を付している。
【００７８】
図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分を正面から見た図である。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面レンズであり、上記非球面レンズの光軸を含む領域をこの光軸に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、樹脂成形又はガラス成形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、長手方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点が並ぶ方向（図１４の左右方向）と直交する向きとなるようにして、上記並び方向（図１４の左右方向）に密接配置されている。
【００７９】
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、活性層の表面に対して平行な方向の拡がり角が各々例えば１０°、活性層の表面に対して直角な方向の拡がり角が各々例えば３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するものが用いられている。
【００８０】
これらのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層の表面が上記発光点が１列に並ぶ方向と平行になるように配設されている。すなわち、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７の拡がり角度が大きい方向が、上記細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７の長手方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が上記各コリメータレンズ１１〜１７の短手方向と一致する。
【００８１】
なお、各コリメータレンズ１１〜１７の長手方向の幅は４．６ｍｍ、短手方向の幅が１．１ｍｍであり、それらに対応して入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の楕円状のビーム径の長径は２．６ｍｍ、短径が０．９ｍｍ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。
【００８２】
集光レンズ２０は、非球面レンズの光軸を含む領域をこの光軸に平行な平面で細長く切り取った形状を有し、コリメータレンズ１１〜１７が並ぶ方向にこの集光レンズ２０の長手方向が一致し、それと直角な方向に集光レンズ２０の短手方向が一致するように配置されている。
【００８３】
なお、この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂成形又はガラス成形により形成することができる。
【００８４】
○レーザ光合波光源４０の動作
上記レーザ光合波光源４０を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から射出されたレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，および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によって収束され、マルチモード光ファイバ３０のコア部３０ａの入射端面に入射する。
【００８５】
集光レンズ２０によって上述のように収束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のコア部３０ａに入射し１本のレーザビームＢに合波されて、このマルチモード光ファイバ３０内を伝搬してマルチモード光ファイバ３０の射出端から射出される。マルチモード光ファイバ３０の射出端から射出された上記合波されたレーザビームＢは、このマルチモード光ファイバ３０に接続された後述する光ファイバ３１に入射する。
【００８６】
例えば、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、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、この出力が光ファイバ３１に伝播される。従って、各マルチモード光ファイバ３０にそれぞれ接続された６本の光ファイバ３１が統合された後述するレーザ射出部６１での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００８７】
［レーザ射出部６１］
レーザ射出部６１について、図１６および図１７を参照して説明する。図１６（Ａ）はレーザ光合波光源のマルチモード光ファイバと、レーザ射出部の光ファイバとの接続状態を示す斜視図、図１６（Ｂ）はレーザ射出部の部分拡大図、図１６（Ｃ）および図１６（Ｄ）はレーザ射出部における光ファイバの配列を示す正面図、図１７はレーザ光合波光源のマルチモード光ファイバと、レーザ射出部の光ファイバとの接続状態の詳細を示す断面図である。
【００８８】
図１６の（Ａ）から（Ｄ）に示すように上記レーザ射出部６１は、光ファイバ３１、支持板６５、および保護板６３からなり、以下のように構成されている。
【００８９】
図１６（Ａ）に示すように、上記レーザ光合波光源４０の各マルチモード光ファイバ３０の射出端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０のコア径と同一で、クラッド径がマルチモード光ファイバ３０のクラッド径より小さい光ファイバ３１の入射端がそれぞれ接続されている。また、上記各光ファイバ３１の射出端は、図１６（Ｃ）に示すように、１列に配列された射出端部６８を構成している。なお、図１６（Ｄ）に示すように、射出端部６８は１列に配列される場合に限らず２段重ねて俵積み状に配列するようにしてもよい。
【００９０】
光ファイバ３１の射出側の部分は、図１６（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、この光ファイバ３１の射出側の端面には、この端面を保護するためのガラス等からなる透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面に密着させて配置してもよいし、あるいは密着しないように配置してもよい。
【００９１】
上記光ファイバ３１とマルチモード光ファイバ３０との接続は、図１７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の端面中の小径部分３０ｃに、クラッド径が小さい光ファイバ３１の端面を同軸的に結合するものであり、この結合は例えば融着により実施することができる。
【００９２】
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の光ファイバを別途作成して、この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の射出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。
【００９３】
マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ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、およ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。本例では、マルチモード光ファイバ３０および光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバである。
【００９４】
なお、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。
【００９５】
＜ＤＭＤ８０＞
つづいて、ＤＭＤ８０について説明する。図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、ＤＭＤを斜めに配置しない場合と斜めに配置する場合とにおける感光材料への露光状態の違いを比較して示す平面図である。
【００９６】
露光ヘッド１６６１１〜１６６ｍｎの各々は、上記説明済みの図１、図２に示すように、入射された光ビームを所定の制御信号に応じて変調する空間光変調手段として、デジタル・マイクロミラー・デバイス：ＤＭＤ８０を備えている（図３参照）。このＤＭＤ８０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、ＤＭＤ８０に配されている各マイクロミラー８１の駆動を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、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、ＤＭＤ８０の各マイクロミラー８１の反射面の角度を制御する。
【００９７】
上記ＤＭＤ８０は、長手方向にマイクロミラー８１が多数個（例えば１０２４個）行方向に配列されたマイクロミラーが、短手方向に複数列（例えば７５６列）配置されている。図１８に示すように、各マイクロミラー８１で反射された個別の光束の副走査方向の走査軌跡（副走査線）のピッチは、ＤＭＤ８０を斜めに配置させることにより、ＤＭＤ８０を斜めに配置させないときのピッチＰ１（図１８（Ａ）参照）より小さいピッチＰ２（図１８（Ｂ）参照）に設定することができ、この傾きの設定により、この露光ヘッド１６６による露光の解像度を大幅に向上させることができる。
【００９８】
また、互いに異なるマイクロミラー８１により感光材料１５０の上記副走査線上の同じ領域が重ねて露光（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、主走査方向に隣り合って並ぶ露光ヘッド間の各光束によって露光される２次元パターンのつなぎ目が目立たないようにすることもできる。
【００９９】
＜ＤＭＤ照射光学系７０＞
上記ＤＭＤ照射光学系７０は、図２に示すように、光源ユニット６０のレーザ射出部６１から射出された複数の光束を、全体的に概略平行光化するコリメーターレンズ７１、このコリメーターレンズ７１を通過した光の光路に配設されたマイクロフライアイレンズ７２、このマイクロフライアイレンズ７２と向かい合う状態に配設された別のマイクロフライアイレンズ７３、およびこのマイクロフライアイレンズ７３の射出側つまり後述するミラー７５側に配置されたフィールドレンズ７４、および後述するプリズム７６から構成されている。
【０１００】
マイクロフライアイレンズ７２および７３は、微小レンズセルが縦横に多数配置されてなるものであり、それらの微小レンズセルの各々を通過した光がミラー７５およびプリズム７６を介してＤＭＤ８０に互いに重なる状態で入射するので、このＤＭＤ８０を照射する光の光量分布が均一化される。なお、マイクロフライアイレンズ７２および７３の代わりにロッドインテグレータを使うこともできる。
【０１０１】
なお、ミラー７５は、フィールドレンズ７４を通った光を反射させ、プリズム７６は、ＴＩＲプリズム（全反射プリズム）であり、ミラー７５で反射された光をＤＭＤ８０に向けて全反射させる。上記のことによりＤＭＤ照射光学系７０が、ＤＭＤ８０に対して概略均一な強度分布の光を照射する。
【０１０２】
≪投影露光装置の動作の説明≫
次に、上記投影露光装置の動作について説明する。
【０１０３】
投影露光装置が稼動され各部が稼動状態となる。この状態においてレーザ光合波光源４０は温調されるがＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は点灯されない。
【０１０４】
２次元パターンに応じた画像データが、ＤＭＤ８０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表したデータである。このデータは、例えば、各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表すものとすることができる。
【０１０５】
感光材料１５０を表面に吸着したステージ１５２は、図示しない駆動部により、ガイド１５８に沿ってスキャナ支持部１６０を上流側から下流側に一定速度で移動する。ステージ１５２がスキャナ支持部１６０下を通過する際に、スキャナ支持部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毎の制御信号が生成される。
【０１０６】
そして、感光材料１５０への露光準備が整ったときにＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７が点灯され、上記生成された制御信号に基づいて、ミラー駆動制御部により各露光ヘッド１６６におけるＤＭＤ８０のマイクロミラー８１の各々が制御され感光材料１５０が露光される。
【０１０７】
各レーザ光合波光源４０で発生されレーザ射出部６１から射出された光束がＤＭＤ照射光学系７０を通してＤＭＤ８０に照射されると、ＤＭＤ８０のマイクロミラー８１がオン状態のときに反射された光束は、光学系５０を通して感光材料１５０の感光面１５１上に結像される。一方、ＤＭＤ８０のマイクロミラー８１がオフ状態のときに反射された光束は、感光面１５１上に結像されないので感光材料１５０を露光しない。
【０１０８】
このようにして、光源ユニット６０から射出された光束が各マイクロミラー８１毎（画素毎）にオン・オフされて、各露光ヘッド１６６に対応する感光材料１５０上の各露光エリア１６８が露光される（図１０および図１１参照）。また、感光材料１５０がステージ１５２と共に副走査方向に移動され、各露光ヘッド１６６毎に副走査方向に延びる帯状の露光済領域１７０が形成される。
【０１０９】
［ＤＭＤ８０の部分使用について］
なお本実施の形態では、図１９（Ａ）および（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ８０には、露光する際の主走査方向すなわち、行方向に１０２４個（画素）配置されたマイクロミラーが、露光する際の副走査方向すなわち列方向に７５６列（画素列）配列されているが、本例では、コントローラにより一部のマイクロミラーの行（例えば、１０２４個×３００行）だけを駆動するように制御がなされる。
【０１１０】
例えば、図１９（Ａ）に示すように、ＤＭＤ８０の列方向の中央部に配置されたマイクロミラーの行列領域８０Ｃのみを制御してもよく、図１９（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ８０の端部に配置されたマイクロミラーの行列領域８０Ｔのみを制御してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラーの行列領域を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー中の領域を適宜変更してもよい。
【０１１１】
すなわち、ＤＭＤ８０のデータ処理速度には限界があり、制御するマイクロミラーの数（画素数）に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、マイクロミラー中の一部分だけを使用することで１ライン当りの変調速度を速くすることができる。
【０１１２】
ＤＭＤ８０に接続されたコントローラ内のフレームメモリに記憶された画像データに基づく露光が終了すると、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７が消灯されレーザ光合波光源からの光束の射出が停止される。その後、スキャナユニット１６２による感光材料１５０の副走査が終了し、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、図示しない駆動部により、ガイド１５８に沿ってスキャナ支持部１６０を最上流側にある原点に復帰させ、再度、ガイド１５８に沿ってスキャナ支持部１６０の上流側から下流側に移動させて次の露光を行なう。
【０１１３】
なお、本発明の投影露光装置は、空間光変調手段としてＤＭＤを用いる場合に限らず、このＤＭＤの代わりにＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）タイプの空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｃｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）、あるいは液晶シャッタ（ＦＬＣ）等を用いて装置を構成するようにしても上記実施の形態と同様に、感光材料へ投影する２次元パターンの消光比を高め、これにより露光品質を向上させることができる。
【０１１４】
また、本発明の投影露光装置は、露光する際の光の波長が限定されるのものでなく、どのような波長の光による露光に対しても対応可能なものであり、空間光変調手段に光を照射する方式、およびその光源等はどのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】投影露光装置に搭載される露光ヘッドの概略構成を展開して示す概念図
【図２】露光ヘッド内を伝播する光束の光路に沿って露光ヘッドの構成を示す側面図
【図３】ＤＭＤの概略構成を示す斜視図
【図４】マイクロレンズアレイを示す図
【図５】単一のマイクロレンズの拡大斜視図
【図６】マイクロレンズに光束が入射する様子を示す正面図
【図７】第１結像光学系と倍率調節光学系の概略構成を示す側面図
【図８】第１結像光学系と倍率調節光学系の設計値を示す図
【図９】本発明の投影露光装置の外観を示す斜視図
【図１０】図９の投影露光装置による露光の様子を示す斜視図
【図１１】（Ａ）は感光材料上に形成される露光済領域を示す平面図、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図
【図１２】レーザ光合波光源の構成を示す平面図
【図１３】レーザ光合波光源の構成を示す側面図
【図１４】レーザ光合波光源の構成を示す正面図
【図１５】レーザ光合波光源の光学要素を示す拡大平面図
【図１６】（Ａ）は光源ユニットの構成を示す斜視図、（Ｂ）はレーザ射出部の部分拡大図、（Ｃ）および（Ｄ）はレーザ射出部における光ファイバの配列を示す正面図
【図１７】レーザ光合波光源のマルチモード光ファイバと、レーザ射出部の光ファイバとの接続状態を示す図
【図１８】（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤを斜めに配置しない場合と斜めに配置する場合とにおける感光材料への露光状態の違いを比較して示す平面図
【図１９】（Ａ）および（Ｂ）は、ＤＭＤ中の使用領域の例を示す図
【図２０】従来技術を示す図
【符号の説明】
４０    レーザ光合波光源
５０    結像光学系
５１    第１結像光学系
５２    第２結像光学系
５３    倍率調節光学系
６０    光源ユニット
６１    レーザ射出部
７０    ＤＭＤ照射光学系
８０    デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１５０    感光材料
１５２    ステージ
１６２    スキャナ
１６６    露光ヘッド
１６８    露光エリア
１７０    露光済領域
【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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【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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