(57)【要約】【課題】微小流路を高速且つ高精度に形成することができる微小流路の形成方法を提供する。また、任意のパターンの微小流路を低コストで形成することができる微小流路の形成方法を提供する。【解決手段】フォトレジスト膜の露光工程では、空間光変調素子を用いて、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光を微小流路の形成パターンに応じて変調し、変調されたレーザ光でフォトレジスト膜をデジタル露光する。より高い精度で露光を行うためには、高輝度光源から出射されたレーザ光を用い、深い焦点深度のレーザ光で露光する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたレジスト膜を、微小流路の形成パターンデータに応じて空間的に変調された波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光で露光する露光工程と、
前記レジスト膜を露光パターンに応じて部分的に除去し、所定パターンのレジスト膜を形成するパターン化工程と、
前記所定パターンのレジスト膜を用いて、前記基板を表面からエッチングして除去し、微小流路を形成するエッチング工程と、
を有する微小流路の形成方法。
【請求項２】
溝幅１０μｍ〜５０μｍの微小流路を形成する場合には、前記レジスト膜の厚さを１０μｍ〜１００μｍとする請求項１に記載の微小流路の形成方法。
【請求項３】
前記レーザ光は、複数の半導体レーザと、１本の光ファイバと、前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、を備えた合波レーザ光源から出射される請求項１又は２に記載の微小流路の形成方法。
【請求項４】
前記光ファイバとして、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いた請求項３に記載の微小流路の形成方法。
【請求項５】
前記レーザ光は、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部が基板上に配列された空間光変調素子に照射され、該空間光変調素子の各画素部で変調される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の微小流路の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小流路の形成方法に係り、特に、マイクロ化学の分野で使用されるマイクロチップに微小流路を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロマシニング技術を用いて、溶液の混合、反応、分離、検出等を行うシステムを数センチ角のガラス基板上に集積化するラボオンチップ（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｎ　ａ　Ｃｈｉｐ）と呼ばれる装置技術が盛んに研究されている。ラボオンチップは、集積化するシステムに応じて、マイクロＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍ）、マイクロリアクター等とも呼称される。
【０００３】
通常、ラボオンチップは、厚さ１ｍｍ程度の基板に形成された溝幅が数十〜数百μｍの微小流路を備えており、微小流路中で溶液の混合等を行う。微小流路中では比界面積が大きくなるので、サイズ効果により反応し難いものが反応し、混合し難いものが混合する等、溶液の混合や反応を効率良く行うことができる。微小流路の溝幅を１０μｍ〜５０μｍとすることにより、流路抵抗が比較的小さくでき、良好なサイズ効果を得ることができる。また、微小流路の形状は流体の送液特性に大きな影響を与えるため、微小流路は平滑な壁面を備え且つ高精度に作製されることが好ましい。
【０００４】
従来、ラボオンチップの微小流路は、基板表面をレジスト膜で被覆し、紫外線や電子線を用いたフォトリソグラフィによりレジスト膜をパターニングした後、これをマスクとして基板をエッチングする、という半導体加工技術を用いて形成されている。フォトリソグラフィは、半導体製造プロセスで使用されている密着露光装置を用いて行われている。その露光方式はマスクアライナを用いたアナログ露光方式であり、例えば１平方メートルといった大面積を高速露光することは難しかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の微小流路の形成方法では、パターニングをマスク露光で行っているため、フォトレジスト膜の厚さが制限され、微小流路を高精度に形成することが難しい、という問題があった。即ち、フォトレジスト膜が薄いと、基板をエッチングする際にサイドエッチされ易くなり、溝幅の作製精度が低下すると共に、十分な溝深さが達成できなくなる。
【０００６】
また、マスク露光では、パターン毎に高精度なガラスマスク等が必要になるため、コストが高くなり、大面積化が困難であると同時に少量多品種生産にも適さない、という問題があった。
【０００７】
一方、フォトリソグラフィ工程を、デジタル露光方式により行うことも考えられるが、紫外線を用いた従来のデジタル露光装置は単一ビームでの走査露光であるため、露光時間が係り過ぎる。特に、ビーム径が１０μｍ以下で且つアドレッサビリティーが１μｍ程度の高精細な露光の場合には、露光時間が係り過ぎるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、微小流路を高速且つ高精度に形成することができる微小流路の形成方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、任意のパターンの微小流路を低コストで形成することができる微小流路の形成方法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に請求項１に記載の微小流路の形成方法は、基板上に形成されたレジスト膜を、微小流路の形成パターンデータに応じて空間的に変調された波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光で露光する露光工程と、前記レジスト膜を露光パターンに応じて部分的に除去し、所定パターンのレジスト膜を形成するパターン化工程と、前記所定パターンのレジスト膜を用いて、前記基板を表面からエッチングして除去し、微小流路を形成するエッチング工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
この微小流路の形成方法では、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光を用いているので、紫外線対応の特殊な材料の光学系を用いる必要が無く、可視域のレーザ露光装置と同様に、ＤＭＤ等の空間光変調素子を用いることができる。これにより、微小流路の形成パターンデータに応じて空間的に変調されたレーザ光でレジスト膜を露光することができる。即ち、任意パターンでのレジスト膜の高速且つ高精細なデジタル露光が可能である。
【００１１】
このように、露光工程において、任意パターンでのレジスト膜の高速且つ高精細な露光が可能であることから、次のパターン化工程及びエッチング工程を経て、任意のパターンの微小流路を高速且つ高精度に形成することができる。また、デジタル露光であるためパターン毎のマスクが不要であり、低コストに微小流路を形成することができる。
【００１２】
上記の露光工程には、レーザ光を照射するレーザ光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部が基板上にマトリックス状に配列され、前記レーザ装置から照射されたレーザ光を変調する空間光変調素子と、各画素部で変調されたレーザ光を露光面上に結像させる光学系と、を備えた露光ヘッドを用いることができる。そして、この露光ヘッドをレジスト膜の露光面に対して所定方向と交差する方向に相対移動させて、基板上に形成されたレジスト膜を走査露光することができる。
【００１３】
レジスト膜をより高精細に露光するために、空間光変調素子をその各画素部の配列方向が副走査方向と直交する方向と所定角度θを成すように僅かに傾斜させて配置し多重露光することが好ましい。これにより、ビーム径１０μｍで１μｍのアドレッサビリティーの高精細な露光が可能である。傾斜角度θは１°〜５°の範囲が好ましい。
【００１４】
また、空間変調素子の出射側には、空間変調素子の各画素部に対応して設けられ且つ各画素毎にレーザ光を集光するマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイを配置するのがより好ましい。マイクロレンズアレイを配置した場合には、空間変調素子の各画素部で変調されたレーザ光は、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにより各画素に対応して集光されるので、被露光面における露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットのサイズを縮小することができ、高精細な露光を行うことができる。この縮小光学系を用いることにより、１μｍのビーム径で０．１μｍのアドレッサビリティーにて超高精細な露光が可能になる。
【００１５】
このようにレジスト膜を高精細に露光することにより、非常にスムーズな微小流路の壁面を形成することができ、流路抵抗を低減して良好なサイズ効果を得ることができる。
【００１６】
微小流路を高精度に形成するために、レジスト膜の厚さは厚い方が好ましい。溝幅１０μｍ〜５０μｍの微小流路を形成する場合には、レジスト膜の厚さは、１０μｍ〜５０μｍが好ましく、１０μｍ〜１００μｍがより好ましい。特に、レジスト膜を２層に積層して露光するのがより好ましい。レジスト膜をデジタル露光するので、デジタルスケーリング機能によって露光時の伸び等の補正を行うことができ、１層目の露光位置と２層目の露光位置の位置合わせを高精度に実現できる。その結果、従来の２倍の厚みのレジスト膜で高精度且つ高アスペクト比のパターニングが可能になり、エッチングで高精度で且つ深い微小流路を形成できる。なお、アスペクト比とは、レジスト膜に形成された溝の溝幅ａに対する溝深さｂの割合ａ／ｂである。
【００１７】
上記形成方法の露光工程においては、高輝度光源を用いて深い焦点深度で露光することにより、より高い精度でレジスト膜を露光することができる。高輝度光源としては、複数のレーザ光を合波して光ファイバの各々に入射させる合波レーザ光源が好適である。また、厚膜化したレジスト膜の露光には、高出力のレーザ光源が必要である。発振波長３５０〜４５０ｎｍの半導体レーザは単一素子での高出力化が難しいが、合波により高出力化を図ることができる。
【００１８】
合波レーザ光源は、例えば、（１）複数の半導体レーザと、１本の光ファイバと、前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、を含む構成、（２）複数の発光点を備えたマルチキャビティレーザと、１本の光ファイバと、前記複数の発光点の各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、を含む構成、又は（３）複数のマルチキャビティレーザと、１本の光ファイバと、前記複数のマルチキャビティレーザの前記複数の発光点の各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系と、を含む構成、とすることができる。
【００１９】
上記の合波レーザ光源の光ファイバの出射端における発光点の各々をアレイ状に配列してファイバアレイ光源としたり、発光点の各々をバンドル状に配列してファイババンドル光源とすることができる。バンドル化又はアレイ化することで、更に高出力化を図ることができる。また、高輝度化を図る観点からは、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバを用いるのが好ましい。
【００２０】
光ファイバの出射端のクラッド径は、発光点の径を小さくする観点から１２５μｍより小さい方が好ましく、８０μｍ以下がより好ましく、６０μｍ以下が特に好ましい。コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバは、例えば、コア径が同じでクラッド径が異なる複数の光ファイバを結合して構成することができる。また、複数の光ファイバをコネクタで着脱可能に接続して構成することにより、光源モジュールが部分的に破損した場合等に、交換が容易になる。
【００２１】
特に、上記の通り空間光変調素子を傾斜配置し且つ縮小光学系を用いて超高精細な露光をする場合において、前述の高輝度なファイバアレイ光源若しくはファイババンドル光源を用いることで、深い焦点深度が得られ、レジスト表面及びレジスト内においてビーム太りが無く、より高精度で高アスペクト比のパターニングが可能になる。また、壁面が傾斜した斜め流路を形成する場合にも、スムーズなパターニングが可能となる。
【００２２】
上記の露光工程では、レーザ光は、例えば、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する多数の画素部が基板上に配列された空間光変調素子に照射され、該空間光変調素子の各画素部で変調される。
【００２３】
空間変調素子としては、各々制御信号に応じて反射面の角度が変更可能な多数のマイクロミラーが基板（例えば、シリコン基板）上に２次元状に配列されて構成された、マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ；デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。また、空間変調素子を、リボン状の反射面を備え且つ制御信号に応じて移動可能な可動格子と、リボン状の反射面を備えた固定格子と、を交互に多数個並列配置して構成した１次元のグレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）で構成してもよい。また、各々制御信号に応じて透過光を遮断することが可能な多数の液晶セルが基板上に２次元状に配列されて構成された液晶シャッターアレイを用いてもよい。
【００２４】
これら空間変調素子の出射側には、空間変調素子の各画素部に対応して設けられ且つ各画素毎にレーザ光を集光するマイクロレンズを備えたマイクロレンズアレイを配置するのが好ましい。マイクロレンズアレイを配置した場合には、空間変調素子の各画素部で変調されたレーザ光は、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズにより各画素に対応して集光されるので、被露光面における露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットのサイズを縮小することができ、大面積化した場合でも高精細な露光を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の微小流路の形成方法を用いて、合成反応用マイクロチップを製造する実施の形態を詳細に説明する。
［合成反応用マイクロチップ］
合成反応用マイクロチップは、図１示すように、ガラス等で形成された平板状の基板１５０上に、保護基板２０２を重ね合わせて構成されている。基板１５０の厚さは、通常、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であり、保護基板２０２の厚さは、通常、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。保護基板２０２には、試薬を注入するための注入口２０４ａ、２０４ｂと、試薬が反応して得られた反応液を排出する排出口２０６とが、各々保護基板２０２を貫通するように設けられている。基板１５０には、試薬又は反応液が流通するための微小流路２０８が設けられている。微小流路２０８は、注入口２０４ａ、２０４ｂの各々から注入された試薬が、合流点２１０で合流した後、排出口２０６へ排出されるように配設されている。微小流路の溝幅は、数十〜数百μｍであり、１０μｍ〜５０μｍが特に好ましい。溝幅が１０μｍ〜５０μｍの微小流路は、流路抵抗が比較的小さく、良好なサイズ効果を得ることができる。
【００２６】
この反応用マイクロチップの注入口２０４ａ、２０４ｂの各々に試薬を注入し、排出口２０６側から吸引すると、試薬は微小流路２０８を流通して合流点２１０において混合されて反応する。これにより所望の物質を合成することができる。得られた反応液が微小流路２０８を流通して排出口２０６から排出される。この排出口２０６から得られた反応液の分析により、通常スケールでの反応と同様に、反応生成物の同定や定量を行うことができる。
【００２７】
［マイクロチップの製造方法］
次に、図２を参照して上記合成反応用マイクロチップの製造方法について説明する。この製造方法は、フォトレジスト膜を露光する露光工程と、フォトレジスト膜を部分的に除去してパターン化するパターン化工程と、基板をエッチングして微小流路を形成するエッチング工程と、微小流路が形成された基板と保護基板とを接合する接合工程と、から構成されている。以下、各工程を説明する。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、基板１５０上にフォトレジスト膜２１２をスピンコート法等により形成した後、図２（Ｂ）に示すように、微小流路２０８のパターンに従いフォトレジスト膜２１２を露光し、図２（Ｃ）に示すように、露光部分２１４を現像液に溶解させて除去する。ここで、フォトレジスト膜２１２を高い位置精度でパターニングすることにより、微小流路２０８を高精度に形成することができる。なお、フォトレジスト膜２１２の露光工程については後述する。
【００２９】
そして、図２（Ｄ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト膜２１２を用いて、基板１５０を表面からエッチングして微小流路２０８を形成し、図２（Ｅ）に示すように、残ったフォトレジスト膜２１２を除去する。基板１５０のエッチングは、ドライエッチング及びウェットエッチングのいずれでも行うことができるが、微細加工であるため、高速原子線（ＦＡＢ）エッチング等のドライエッチングが好適である。
【００３０】
次に、図２（Ｆ）に示すように、超音波加工等により保護基板２０２に、注入口２０４ａ、２０４ｂ、排出口２０６となる貫通孔を形成する。そして、図２（Ｇ）に示すように、保護基板２０２と、基板１５０の微小流路２０８が形成された面とが対向するように両基板を重ね合わせ、密着させて固定する。例えば、固定にはＵＶ接着剤を用いることができる。ＵＶ接着剤を、保護基板２０２の微小流路２０８が形成された面にスピンコート法等により塗布し、基板１５０と保護基板２０２とを密着させた後、紫外線を照射して接着する。
【００３１】
なお、基板１５０と保護基板２０２がガラスで形成されている場合には、フッ化水素酸で両基板の表面を溶解して接合してもよい。
【００３２】
［フォトレジスト膜の露光］
次に、フォトレジスト膜の露光工程について詳しく説明する。この露光工程では、空間光変調素子を用いて、波長３５０ｎｍ〜４５０ｎｍのレーザ光を微小流路の形成パターンデータに応じて変調し、変調されたレーザ光でフォトレジスト膜２１２をデジタル露光する。より高い精度で露光を行うためには、高輝度光源から出射された深い焦点深度のレーザ光で露光するのが好ましい。
【００３３】
（フォトレジスト膜）
フォトレジスト膜２１２には、プリント配線基板（ＰＷＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｗｉｒｉｎｇ　Ｂｏａｒｄ）の製造工程で使用されるドライ・フィルム・レジスト（ＤＦＲ；Ｄｒｙ　ＦｉｌｍＲｅｓｉｓｔ）や電着レジストを用いることができる。これらＤＦＲや電着レジストは、半導体製造プロセスで使用されているレジストに比べて厚膜化が可能で、厚さ１０μｍ〜４０μｍの膜を形成することができる。
【００３４】
また、フォトレジスト膜を複数層積層することにより、一層の厚膜化を図ることができる。この場合、図３（Ａ）に示すように、第１のフォトレジスト膜２１２ａを形成し、所定領域２１４ａを露光した後、図３（Ｂ）に示すように、第１のフォトレジスト膜２１２ａ上に第２のフォトレジスト膜２１２ｂを形成し、デジタル露光のスケーリング機能を用いて所定領域２１４ａに対応する領域２１４ｂを露光する。図３（Ｃ）に示すように、露光された領域２１４ａ及び領域２１４ｂを除去すると、レジストによる深い溝が形成される。なお、この例ではレジスト膜を２層積層する例について説明したが、レジスト膜を３層、４層と積み重ねる、デジタル露光のスケーリング機能により同じ位置を露光することに更に深い溝を形成することができる。
【００３５】
また、このようにフォトレジスト膜２１２を厚膜化することで、レジストによる深い溝を形成することができ、エッチングにより基板２０２に深い溝（微小流路）を精度良く形成することができる。例えば、図４（Ａ）及び（Ｂ）から分かるように、同じ溝幅の微小流路をＦＡＢエッチングで形成する場合、フォトレジスト膜２１２が薄いと、斜め光により基板１５０がサイドエッチされ易いが、フォトレジスト膜２１２が厚いと、蹴られにより斜め光が入射し難く、基板１５０がサイドエッチされ難くなる。これにより、基板１５０に深い溝を精度良く形成することができる。
【００３６】
溝幅１０μｍ〜５０μｍの微小流路を形成する場合には、フォトレジスト膜２１２の厚さは、１０μｍ〜５０μｍが好ましく、１０μｍ〜１００μｍがより好ましい。
【００３７】
また、微小流路をエッチング溶液を用いたウエットエッチングで形成する場合には、図５に示すように、フォトレジスト膜２１２にテーパ状に拡開した開口２１６をパターン形成してもよい。開口２１６がテーパ状に拡開しているので、エッチング溶液を浸入させ易い。
【００３８】
（露光装置）
フォトレジスト膜の露光工程で使用する露光装置としては、例えば、図６に示す装置を用いることができる。この装置は、図６に示すように、フォトレジスト膜が形成された基板１５０を表面に吸着して保持するための平板状のステージ１５２を備えている。４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台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。
【００３９】
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。コ字状のゲート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、他方の側には基板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。
【００４０】
スキャナ１６２は、図７及び図８（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、基板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。
【００４１】
露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、副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、基板１５０上に形成されたフォトレジスト膜には露光ヘッド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。
【００４２】
また、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状の露光済み領域１７０が副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。
【００４３】
露光ヘッド１６６１１〜１６６ｍｎ各々は、図９、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、入射された光ビームを微小流露の形成パターンを表す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。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。
【００４４】
ＤＭＤ５０の光入射側には、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。
【００４５】
レンズ系６７は、ファイバアレイ光源６６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７１、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１対の組合せレンズ７３、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７５で構成されている。組合せレンズ７３は、レーザ出射端の配列方向に対しては、レンズの光軸に近い部分は光束を広げ且つ光軸から離れた部分は光束を縮め、且つこの配列方向と直交する方向に対しては光をそのまま通過させる機能を備えており、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正する。
【００４６】
また、ＤＭＤ５０の光反射側には、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を基板１５０上に形成されたフォトレジスト膜の走査面（被露光面）５６上に結像するレンズ系５４、５８が配置されている。レンズ系５４及び５８は、ＤＭＤ５０と被露光面５６とが共役な関係となるように配置されている。
【００４７】
ＤＭＤ５０は、図１１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。
【００４８】
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１２（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１２（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１１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。
【００４９】
なお、図１１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。
【００５０】
また、ＤＭＤ５０は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、１°〜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１３（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１３（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。
【００５１】
ＤＭＤ５０には、長手方向に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１３（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Ｐ２が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ１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。
【００５２】
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねて露光（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、主走査方向に配列された複数の露光ヘッドの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。
【００５３】
なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副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。
【００５４】
ファイバアレイ光源６６は、図１４（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１４（Ｃ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図１４（Ｄ）に示すように、発光点を主走査方向に沿って２列に配列することもできる。
【００５５】
光ファイバ３１の出射端部は、図１４（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の端面が窒素ガス等の不活性ガス若しくは微量の酸素ガスを含む不活性ガスで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く劣化し易いが、保護板６３を配置して光密度を低下させ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。
【００５６】
この例では、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２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００５７】
このような光ファイバは、例えば、図１５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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
レーザモジュール６４は、図１６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。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、露光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。
【００６３】
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。
【００６４】
上記の合波レーザ光源は、図１７及び図１８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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
なお、図１８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。
【００６８】
図１９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１９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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
次に、上記露光装置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、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。
【００７４】
本例では、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、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出射部６８での出力は約１Ｗ（＝１８０ｍＷ×６）である。
【００７６】
ファイバアレイ光源６６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一列に配列されている。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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
ここで、図２０（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、従来の露光ヘッドと本実施の形態の露光ヘッドとの焦点深度の違いについて説明する。従来の露光ヘッドのバンドル状ファイバ光源の発光領域の副走査方向の径は０．６７５ｍｍであり、本実施の形態の露光ヘッドのファイバアレイ光源の発光領域の副走査方向の径は０．０２５ｍｍである。図２０（Ａ）に示すように、従来の露光ヘッドでは、光源（バンドル状ファイバ光源）１の発光領域が大きいので、ＤＭＤ３へ入射する光束の角度が大きくなり、結果として走査面５へ入射する光束の角度が大きくなる。このため、集光方向（ピント方向のずれ）に対してビーム径が太りやすい。
【００８０】
一方、図２０（Ｂ）に示すように、本実施の形態の露光ヘッドでは、ファイバアレイ光源６６の発光領域の副走査方向の径が小さいので、レンズ系６７を通過してＤＭＤ５０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果として走査面５６へ入射する光束の角度が小さくなる。即ち、焦点深度が深くなる。この例では、発光領域の副走査方向の径は従来の約３０倍になっており、略回折限界に相当する焦点深度を得ることができる。従って、微小スポットの露光に好適である。この焦点深度への効果は、露光ヘッドの必要光量が大きいほど顕著であり、有効である。この例では、露光面に投影された１画素サイズは１０μｍ×１０μｍである。なお、ＤＭＤは反射型の空間変調素子であるが、図２０（Ａ）及び（Ｂ）は、光学的な関係を説明するために展開図とした。
【００８１】
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。
【００８２】
フォトレジスト膜が形成された基板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により基板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。
【００８３】
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により基板１５０上に形成されたフォトレジスト膜の被露光面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、フォトレジスト膜が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、基板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、基板１５０上に形成されたフォトレジスト膜がスキャナ１６２によりステージ移動方向と反対の方向に副走査され、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。
【００８４】
スキャナ１６２によるフォトレジスト膜の副走査が終了し、検知センサ１６４で基板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。
【００８５】
以上説明した通り、本実施の形態では、フォトレジスト膜の露光工程において、ＤＭＤ等の空間光変調素子を用いているので、微小流路の形成パターンに応じてレーザ光を画素毎に変調することができ、変調されたレーザ光でフォトレジスト膜を高速且つ高精細に露光することができる。このように、露光工程において、任意パターンでのフォトレジスト膜の高速且つ高精細な露光が可能であることから、次のパターン化工程及びエッチング工程を経て、任意のパターンの微小流路を高速且つ高精度に形成することができる。
【００８６】
上記の通り、任意のパターンでの露光が可能であることから、複雑なパターンの微小流路を容易に形成することができる。また、高速露光が可能であることから、大面積のガラス基板に短時間で微小流路を形成することができる。更に、デジタル露光であるためパターン毎のマスクが不要であり、低コストに微小流路を形成することができる。
【００８７】
また、フォトレジスト膜に、ＤＦＲや電着レジストを用いるので、半導体製造プロセスで使用されているレジストに比べて厚膜化が可能で、厚さ１０μｍ〜４０μｍのフォトレジスト膜を形成することができる。このように、フォトレジスト膜を厚膜化することで、エッチングにより深溝の微小流路を精度良く形成することができる。
【００８８】
また、フォトレジスト膜を複数層積層して、更に厚膜化を図ることができる。この場合は、デジタル露光のスケーリング機能を用いて、複数積層されたフォトレジスト膜の同じ位置を露光することができる。
【００８９】
また、本実施の形態では、露光装置において、合波レーザ光源を用いてファイバアレイ光源を構成すると共に、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくしているので、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源の高輝度化が図られる。これにより、深い焦点深度のレーザ光でフォトレジスト膜を、更に高精細に露光することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度での露光が可能であり、溝幅１０μｍ〜５０μｍの微小流路を精度良く形成するのに十分である。
【００９０】
以下、本実施の形態の変形例について説明する。
［高速駆動方法］
通常、ＤＭＤには、主走査方向にマイクロミラーが８００個配列されたマイクロミラー列が、副走査方向に６００組配列されているが、コントローラにより一部のマイクロミラー列（例えば、８００個×１０列）だけが駆動されるように制御してもよい。ＤＭＤのデータ処理速度には限界があり、使用する画素数に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。これにより露光時間を短縮できる。一方、連続的に照射ヘッドを露光面に対して相対移動させる走査方式の場合には、副走査方向の画素を全部使用する必要はない。
【００９１】
例えば、６００組のマイクロミラー列の内、３００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り２倍速く変調することができる。また、６００組のマイクロミラー列の内、２００組だけ使用する場合には、６００組全部使用する場合と比較すると１ライン当り３倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を１７秒でレーザ照射できる。更に、１００組だけ使用する場合には、１ライン当り６倍速く変調することができる。即ち、副走査方向に５００ｍｍの領域を９秒でレーザ照射できる。
【００９２】
使用するマイクロミラー列の数、即ち、副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数は、１０以上で且つ２００以下が好ましく、１０以上で且つ１００以下がより好ましい。１画素に相当するマイクロミラー１個当りの面積は１５μｍ×１５μｍであるから、ＤＭＤの使用領域に換算すると、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×３ｍｍ以下の領域が好ましく、１２ｍｍ×１５０μｍ以上で且つ１２ｍｍ×１．５ｍｍ以下の領域がより好ましい。
【００９３】
使用するマイクロミラー列の数が上記範囲にあれば、図１０に示すように、ファイバアレイ光源６６から出射されたレーザ光をレンズ系６７で略平行光化して、ＤＭＤ５０に照射することができる。これにより、ＤＭＤ５０を効率良く且つ均一に照明することができると共に、長焦点深度化を図ることができる。なお、ＤＭＤ５０によりレーザ光を照射する照射領域は、ＤＭＤ５０の使用領域と一致することが好ましい。照射領域が使用領域よりも広いとレーザ光の利用効率が低下する。
【００９４】
一方、ＤＭＤ５０上に集光させる光ビームの副走査方向の径を、レンズ系６７により副走査方向に配列されたマイクロミラーの個数に応じて小さくする必要があるが、使用するマイクロミラー列の数が１０未満であると、ＤＭＤ５０に入射する光束の角度が大きくなり、走査面５６における光ビームの焦点深度が浅くなるので好ましくない。また、使用するマイクロミラー列の数が２００以下が変調速度の観点から好ましい。
【００９５】
［マイクロチップの他の製造方法］
上記の実施の形態では、マイクロチップを構成する基板に、直接、微小流路を形成する例について説明したが、型作製用の基板に微小流路を形成して型を作製し、この型を用いたスタンピングやガラスモールドにより、微小流路を備えたマイクロチップを製造することもできる。
【００９６】
［微小流路を備えたマイクロチップ］
上記の実施の形態では、合成反応用マイクロチップを製造する例について説明したが、本発明の微小流路の形成方法は、微小流路を備えた他種類のマイクロチップを製造する場合にも適用することができる。
【００９７】
他種類のマイクロチップとしては、癌診断チップ、細胞生化学チップ、環境計測チップ、クロマトグラフィチップ、電気泳動チップ、プロテインチップ、免疫分析チップ等が挙げられる。これらのチップは各チップの機能に応じて微小流路の形成パターンが異なっているが、本発明の微小流路の形成方法によれば、微小流路の形成パターンに応じたデジタル露光によりエッチングマスクを形成することができるので、多品種生産への対応が容易である。また、複数の機能を備えた微小流路を形成することも容易である。
【００９８】
また、本発明の微小流路の形成方法は、ラボオンチップの微小流路に限らず、基板上に微細な溝を形成する方法として広く使用することができる。
【００９９】
［他の空間変調素子］
上記の実施の形態では、空間変調素子としてＤＭＤを備えた露光ヘッドを使用する例について説明したが、例えば、グレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ）等の他の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用いることができる。
【０１００】
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。
【０１０１】
［他のレーザ装置（光源）］
上記の実施の形態では、レーザ光源を複数備えたファイバアレイ光源を用いる例について説明したが、レーザ装置は、合波レーザ光源をアレイ化したファイバアレイ光源には限定されない。例えば、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を用いることができる。
【０１０２】
（レーザアレイ）
また、複数の発光点を備えた光源としては、例えば、図２１に示すように、ヒートブロック１００上に、複数（例えば、７個）のチップ状の半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を配列したレーザアレイを用いることができる。
【０１０３】
（マルチキャビティレーザ）
また、図２２（Ａ）に示す、複数（例えば、５個）の発光点１１０ａが所定方向に配列されたチップ状のマルチキャビティレーザ１１０が知られている。マルチキャビティレーザ１１０は、チップ状の半導体レーザを配列する場合と比べ、発光点を位置精度良く配列できるので、各発光点から出射されるレーザビームを合波し易い。但し、発光点が多くなるとレーザ製造時にマルチキャビティレーザ１１０に撓みが発生し易くなるため、発光点１１０ａの個数は５個以下とするのが好ましい。
【０１０４】
本実施の形態の露光ヘッドでは、このマルチキャビティレーザ１１０や、図２２（Ｂ）に示すように、ヒートブロック１００上に、複数のマルチキヤビティレーザ１１０が各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されたマルチキャビティレーザアレイを、レーザ装置（光源）として用いることができる。
【０１０５】
（マルチキャビティレーザを用いた合波レーザ光源）
また、合波レーザ光源は、複数のチップ状の半導体レーザから出射されたレーザ光を合波するものには限定されない。例えば、図２３に示すように、複数（例えば、３個）の発光点１１０ａを有するチップ状のマルチキャビティレーザ１１０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。この合波レーザ光源は、マルチキャビティレーザ１１０と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。マルチキャビティレーザ１１０は、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＧａＮ系レーザダイオードで構成することができる。
【０１０６】
上記の構成では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光ファイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光ファイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１０７】
マルチキャビテイレーザ１１０の複数の発光点１１０ａを、上記マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい幅内に並設すると共に、集光レンズ１２０として、マルチモード光ファイバ１３０のコア径と略等しい焦点距離の凸レンズや、マルチキャビティレーザ１１０からの出射ビームをその活性層に垂直な面内のみでコリメートするロッドレンズを用いることにより、レーザビームＢのマルチモード光ファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【０１０８】
（マルチキャビティレーザアレイを用いた合波レーザ光源）
また、図２４に示すように、複数（例えば、３個）の発光点を備えたマルチキャビティレーザ１１０を用い、ヒートブロック１１１上に複数（例えば、９個）のマルチキャビティレーザ１１０が互いに等間隔で配列されたレーザアレイ１４０を備えた合波レーザ光源を用いることができる。複数のマルチキヤビティレーザ１１０は、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に配列されて固定されている。
【０１０９】
この合波レーザ光源は、レーザアレイ１４０と、各マルチキヤピティレーザ１１０に対応させて配置した複数のレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０と複数のレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、集光レンズ１２０と、を備えて構成されている。レンズアレイ１１４は、マルチキヤピティレーザ１１０の発光点に対応した複数のマイクロレンズを備えている。
【０１１０】
上記の構成では、複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、ロッドレンズ１１３により所定方向に集光された後、レンズアレイ１１４の各マイクロレンズにより平行光化される。平行光化されたレーザビームＬは、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１１１】
（多段構成の合波レーザ光源）
更に他の合波レーザ光源の例を示す。この合波レーザ光源は、図２５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略矩形状のヒートブロック１８０上に光軸方向の断面がＬ字状のヒートブロック１８２が搭載され、２つのヒートブロック間に収納空間が形成されている。Ｌ字状のヒートブロック１８２の上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、各チップの発光点１１０ａの配列方向と同じ方向に等間隔で配列されて固定されている。
【０１１２】
略矩形状のヒートブロック１８０には凹部が形成されており、ヒートブロック１８０の空間側上面には、複数の発光点（例えば、５個）がアレイ状に配列された複数（例えば、２個）のマルチキャビティレーザ１１０が、その発光点がヒートブロック１８２の上面に配置されたレーザチップの発光点と同じ鉛直面上に位置するように配置されている。
【０１１３】
マルチキャビティレーザ１１０のレーザ光出射側には、各チップの発光点１１０ａに対応してコリメートレンズが配列されたコリメートレンズアレイ１８４が配置されている。コリメートレンズアレイ１８４は、各コリメートレンズの長さ方向とレーザビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）とが一致し、各コリメートレンズの幅方向が拡がり角が小さい方向（遅軸方向）と一致するように配置されている。このように、コリメートレンズをアレイ化して一体化することで、レーザ光の空間利用効率が向上し合波レーザ光源の高出力化が図られると共に、部品点数が減少し低コスト化することができる。
【０１１４】
また、コリメートレンズアレイ１８４のレーザ光出射側には、１本のマルチモード光ファイバ１３０と、このマルチモード光ファイバ１３０の入射端にレーザビームを集光して結合する集光レンズ１２０と、が配置されている。
【０１１５】
上記の構成では、レーザブロック１８０、１８２上に配置された複数のマルチキヤビティレーザ１１０の複数の発光点１０ａの各々から出射したレーザビームＢの各々は、コリメートレンズアレイ１８４により平行光化され、集光レンズ１２０によって集光されて、マルチモード光フアイバ１３０のコア１３０ａに入射する。コア１３０ａに入射したレーザ光は、光フアイバ内を伝搬し、１本に合波されて出射する。
【０１１６】
この合波レーザ光源は、上記の通り、マルチキャビティレーザの多段配置とコリメートレンズのアレイ化とにより、特に高出力化を図ることができる。この合波レーザ光源を用いることにより、より高輝度なファイバアレイ光源やバンドルファイバ光源を構成することができるので、本発明の露光装置のレーザ光源を構成するファイバ光源として特に好適である。
【０１１７】
なお、上記の各合波レーザ光源をケーシング内に収納し、マルチモード光ファイバ１３０の出射端部をそのケーシングから引き出したレーザモジュールを構成することができる。
【０１１８】
また、上記の実施の形態では、合波レーザ光源のマルチモード光ファイバの出射端に、コア径がマルチモード光ファイバと同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバより小さい他の光ファイバを結合してファイバアレイ光源の高輝度化を図る例について説明したが、例えば、クラッド径が１２５μｍ、８０μｍ、６０μｍ等のマルチモード光ファイバを、出射端に他の光ファイバを結合せずに使用してもよい。
【０１１９】
［他の結像光学系］
上記の実施の形態では、露光ヘッドに使用するＤＭＤの光反射側に、結像光学系として２組のレンズを配置したが、レーザ光を拡大して結像する結像光学系を配置してもよい。ＤＭＤにより反射される光束線の断面積を拡大することで、被露光面における露光エリア面積（画像領域）を所望の大きさに拡大することができる。
【０１２０】
例えば、露光ヘッドを、図２６（Ａ）に示すように、ＤＭＤ５０、ＤＭＤ５０にレーザ光を照射する照明装置１４４、ＤＭＤ５０で反射されたレーザ光を拡大して結像するレンズ系４５４、４５８、ＤＭＤ５０の各画素に対応して多数のマイクロレンズ４７４が配置されたマイクロレンズアレイ４７２、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに対応して多数のアパーチャ４７８が設けられたアパーチャアレイ４７６、アパーチャを通過したレーザ光を被露光面５６に結像するレンズ系４８０、４８２で構成することができる。
【０１２１】
この露光ヘッドでは、照明装置１４４からレーザ光が照射されると、ＤＭＤ５０によりオン方向に反射される光束線の断面積が、レンズ系４５４、４５８により数倍（例えば、２倍）に拡大される。拡大されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光され、アパーチャアレイ４７６の対応するアパーチャを通過する。アパーチャを通過したレーザ光は、レンズ系４８０、４８２により被露光面５６上に結像される。
【０１２２】
この結像光学系では、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、拡大レンズ４５４、４５８により数倍に拡大されて被露光面５６に投影されるので、全体の画像領域が広くなる。このとき、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６が配置されていなければ、図２６（Ｂ）に示すように、被露光面５６に投影される各ビームスポットＢＳの１画素サイズ（スポットサイズ）が露光エリア４６８のサイズに応じて大きなものとなり、露光エリア４６８の鮮鋭度を表すＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）特性が低下する。
【０１２３】
一方、マイクロレンズアレイ４７２及びアパーチャアレイ４７６を配置した場合には、ＤＭＤ５０により反射されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズによりＤＭＤ５０の各画素に対応して集光される。これにより、図２６（Ｃ）に示すように、露光エリアが拡大された場合でも、各ビームスポットＢＳのスポットサイズを所望の大きさ（例えば、１０μｍ×１０μｍ）に縮小することができ、ＭＴＦ特性の低下を防止して高精細な露光を行うことができる。なお、露光エリア４６８が傾いているのは、画素間の隙間を無くす為にＤＭＤ５０を傾けて配置しているからである。
【０１２４】
また、マイクロレンズの収差によるビームの太りがあっても、アパーチャによって被露光面５６上でのスポットサイズが一定の大きさになるようにビームを整形することができると共に、各画素に対応して設けられたアパーチャを通過させることにより、隣接する画素間でのクロストークを防止することができる。
【０１２５】
更に、照明装置１４４に上記実施の形態と同様に高輝度光源を使用することにより、レンズ４５８からマイクロレンズアレイ４７２の各マイクロレンズに入射する光束の角度が小さくなるので、隣接する画素の光束の一部が入射するのを防止することができる。即ち、高消光比を実現することができる。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明の微小流路の形成方法によれば、微小流路を高速且つ高精度に形成することができる、という効果が得られる。また、任意のパターンの微小流路を低コストで形成することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合成反応用マイクロチップの構成を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｇ）は、図１に示す合成反応用マイクロチップの製造工程を順を追って示す断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、レジスト膜の厚膜化の例を断面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はレジスト膜の厚膜化に従いエッチング精度が向上することを説明するための説明図である。
【図５】テーパ状にパターニングされたレジスト膜を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態で使用する露光装置の外観を示す斜視図である。
【図７】図６に示す露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）はフォトレジスト膜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９】図６に示す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１０】（Ａ）は図９に示す露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った副走査方向の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図である。
【図１１】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１２】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図１３】（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１４】（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）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図１５】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１６】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１７】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１８】図１７に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１９】図１７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２０】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の露光装置における焦点深度と、本実施の形態で使用する露光装置における焦点深度との相違を示す光軸に沿った断面図である。
【図２１】レーザアレイの構成を示す斜視図である。
【図２２】（Ａ）はマルチキャビティレーザの構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示すマルチキャビティレーザをアレイ状に配列したマルチキャビティレーザアレイの斜視図である。
【図２３】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図２４】合波レーザ光源の他の構成を示す平面図である。
【図２５】（Ａ）は合波レーザ光源の他の構成を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【図２６】（Ａ）は結合光学系の異なる他の露光ヘッドの構成を示す光軸に沿った断面図であり、（Ｂ）はマイクロレンズアレイ等を使用しない場合に被露光面に投影される光像を示す平面図であり、（Ｃ）はマイクロレンズアレイ等を使用した場合に被露光面に投影される光像を示す平面図である。
【符号の説明】
ＬＤ１〜ＬＤ７　ＧａＮ系半導体レーザ
１０　ヒートブロック
１１〜１７　コリメータレンズ
２０　集光レンズ
３０　マルチモード光ファイバ
５０　デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
５３　反射光像（露光ビーム）
５４、５８　レンズ系
５６　走査面（被露光面）
６４　レーザモジュール
６６　ファイバアレイ光源
６８　レーザ出射部
７３　組合せレンズ
１５０　基板
１５２　ステージ
１６２　スキャナ
１６６　露光ヘッド
１６８　露光エリア
１７０　露光済み領域
２０２　保護基板
２０４ａ、２０４ｂ　注入口
２０６　排出口
２０８　微小流路
２１０　合流点
２１２　フォトレジスト膜
２１４　露光部分
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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