(57)【要約】【課題】光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された線像または照明光を形成し、この線像または照明光を用いて良好な露光を行うことができるようにする。【解決手段】光源１１からの光がコリメータレンズ１２の作用によって平行光束とされ、光量分布補正光学系１３に入射される。光量分布補正光学系１３は、平行光束を線像１５にしたときに、その光量分布が均一となるように、その平行光束の各出射位置での光束幅を変化させる。光束幅を変化させることにより、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、全体として光の利用効率を落とさずに、線像１５の光量分布が均一化される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの平行光束を１方向に収束させて線像を形成するための一次元集光光学系であって、
光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記光源からの平行光束を線像にしたときに、その光量分布が略均一となるようにする光量分布補正光学系と、
前記光量分布補正光学系からの光束を１方向にのみ収束させて線像を形成する集光光学系と
を備えたことを特徴とする一次元集光光学系。
【請求項２】
前記光量分布補正光学系は、線像の長手方向にのみパワーを持ち、それと直交する方向にはパワーを持たない
ことを特徴とする請求項１記載の一次元集光光学系。
【請求項３】
前記光量分布補正光学系は、入射された平行光束の全体の光束幅を変えずに出射するものであり、
光軸に近い中心部の入射光束に対しては周辺部に比べてその光束幅を拡大し、周辺部の入射光束に対しては中心部に比べてその光束幅を縮小するような作用を施す
ように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の一次元集光光学系。
【請求項４】
前記光量分布補正光学系は、入射された平行光束の全体の光束幅を縮小して出射するものであり、
光軸に近い中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施す
ように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の一次元集光光学系。
【請求項５】
前記光量分布補正光学系は、入射された平行光束の全体の光束幅を拡大して出射するものであり、
光軸に近い中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施す
ように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の一次元集光光学系。
【請求項６】
前記光量分布補正光学系は、形成される線像の光量ムラが３０％以内となるように、その光量分布を略均一化する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の一次元集光光学系。
【請求項７】
光束を１方向に収束させて線像を形成するための一次元集光光学系であって、
光源と、
前記光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、
光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメータレンズによって形成された平行光束を線像にしたときに、その光量分布が略均一となるようにする光量分布補正光学系と、
前記光量分布補正光学系からの光束を１方向にのみ収束させて線像を形成する集光光学系と
を備えたことを特徴とする一次元集光光学系。
【請求項８】
前記光量分布補正光学系は、線像の長手方向にのみパワーを持ち、それと直交する方向にはパワーを持たない
ことを特徴とする請求項７記載の一次元集光光学系。
【請求項９】
前記光量分布補正光学系は、入射された平行光束の全体の光束幅を変えずに出射するものであり、
光軸に近い中心部の入射光束に対しては周辺部に比べてその光束幅を拡大し、周辺部の入射光束に対しては中心部に比べてその光束幅を縮小するような作用を施す
ように構成されていることを特徴とする請求項７または８に記載の一次元集光光学系。
【請求項１０】
前記光量分布補正光学系は、入射された平行光束の全体の光束幅を縮小して出射するものであり、
光軸に近い中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施す
ことを特徴とする請求項７または８に記載の一次元集光光学系。
【請求項１１】
前記光量分布補正光学系は、入射された平行光束の全体の光束幅を拡大して出射するものであり、
光軸に近い中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施す
ことを特徴とする請求項７または８に記載の一次元集光光学系。
【請求項１２】
前記光量分布補正光学系は、形成される線像の光量ムラが３０％以内となるように、その光量分布を略均一化する
ことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか１項に記載の一次元集光光学系。
【請求項１３】
前記請求項７ないし１２のいずれか１項に記載の一次元集光光学系と、
この一次元集光光学系によって形成された線像を変調する１次元の空間変調器と、
この空間変調器によって変調された光束を露光面に結像させる結像光学系と
を備えたことを特徴とする露光ヘッド。
【請求項１４】
光源と、
前記光源からの光束を平行光束にして照明光を形成するコリメータレンズと、
光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、前記コリメータレンズによって形成された照明光の光量分布が、被照射面において略均一となるようにする光量分布補正光学系と
を備えたことを特徴とする光量分布補正照明光学系。
【請求項１５】
前記光源は、断面の光量分布が、中央部から周辺部に行くに従い低くなるような光束を射出するものであり、
前記光量分布補正光学系は、光軸に近い中心部の入射光束に対しては周辺部に比べてその光束幅を拡大し、周辺部の入射光束に対しては中心部に比べてその光束幅を縮小するような作用を施す
ことを特徴とする請求項１４記載の光量分布補正照明光学系。
【請求項１６】
前記光量分布補正光学系は、形成される照明光の光量ムラが３０％以内となるように、その光量分布を略均一化する
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の光量分布補正照明光学系。
【請求項１７】
前記請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の光量分布補正照明光学系と、
この光量分布補正照明光学系からの照明光を変調する２次元の空間変調器と、
この空間変調器によって変調された光束を露光面に結像させる結像光学系と
を備えたことを特徴とする露光ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光束を１方向のみに収束させて線像を形成するための一次元集光光学系、ならびにこの一次元集光光学系によって形成された線像を用いて露光を行う露光ヘッドに関する。また本発明は、空間変調器などを照明するための光量分布補正照明光学系、ならびにこの光量分布補正照明光学系による照明光を用いて露光を行う露光ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
線像を形成するための光学系は、例えば、光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、その平行光束を１方向にのみ収束させる作用を持つシリンドリカルレンズとを組み合わせることで構成することができる。このような一次元集光光学系によって形成された線像は、例えば、別の光学系でその線像をスクリーン上に投影して走査することで、スクリーン上に２次元の画像を形成させるような装置に使用される。またこのような一次元集光光学系を、一次元的な空間変調器を用いた露光ヘッドに利用することも考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような一次元集光光学系において、光源からの光束の断面形状が、円形や楕円形であった場合、その光源からの光束を１方向に収束させて線像を形成すると、その線像の光強度分布（光量分布）は、図９に示したように、中央部が高く、周辺部が低いものとなる。なお、図９において、横軸は、光軸を中心とした線像の形成方向の座標を示し、縦軸は、光量比（％）を示す。
【０００４】
光源からの光束の断面が矩形形状であれば、光束を１方向に収束させても、その線像の光量分布は略均一になる。光束の断面を矩形形状にする方法としては、矩形形状の開口を設けることが考えられるが、開口を挿入して、円形または楕円形の光束を矩形にすると、その開口による光の蹴られが生じることから、光の利用効率が小さくなってしまうという問題がある。
【０００５】
その他にも、線像の光量分布を略均一にするための方法としては、中央部の透過率が低く、周辺部の透過率が高い光学フィルターを挿入する方法が考えられる。しかしながら、この場合にも、特に中央部の光束に関して光の利用効率が小さくなってしまうという問題がある。
【０００６】
以上の光量分布の不均一性の問題は、線像を形成する場合以外、例えば、２次元的な空間変調器を用いた露光ヘッドにおける、その空間変調器への照明光についても同様に起こりうる。例えば光源としてレーザ光源を用いて、これをコリメータにより平行光束にして照明光とする場合、その光量分布は、一般にガウス分布となっており、中央部の光量が高く周辺部が低くなる。このため、光量分布が不均一となり、良好な露光の妨げとなるおそれがある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された線像を形成することができる一次元集光光学系と、この一次元集光光学系によって形成された線像を用いて良好な露光を行うことができる露光ヘッドとを提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された照明光を得ることができる光量分布補正照明光学系と、この光量分布補正照明光学系による照明光を用いて良好な露光を行うことができる露光ヘッドとを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点に係る一次元集光光学系は、光源からの平行光束を１方向に収束させて線像を形成する一次元集光光学系であって、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、光源からの平行光束を線像にしたときに、その光量分布が略均一となるようにする光量分布補正光学系と、光量分布補正光学系からの光束を１方向にのみ収束させて線像を形成する集光光学系とを備えたものである。
【０００９】
本発明の第２の観点に係る一次元集光光学系は、光束を１方向に収束させて線像を形成する一次元集光光学系であって、光源と、光源からの光束を平行光束にするコリメータレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、コリメータレンズによって形成された平行光束を線像にしたときに、その光量分布が略均一となるようにする光量分布補正光学系と、光量分布補正光学系からの光束を１方向にのみ収束させて線像を形成する集光光学系とを備えたものである。
【００１０】
本発明の第１および第２の観点に係る一次元集光光学系では、光量分布補正光学系に平行光束が入射される。光量分布補正光学系では、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにし、平行光束を線像にしたときに、その光量分布が略均一となるようにする。すなわち、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、全体として、光の利用効率を落とさずに、線像の光量分布が略均一化される。
【００１１】
本発明の第１および第２の観点に係る一次元集光光学系において、光量分布補正光学系は、例えば、線像の長手方向にのみパワーを持ち、それと直交する方向にはパワーを持たないように構成されている。
【００１２】
本発明の第１および第２の観点に係る一次元集光光学系において、光量分布補正光学系を、入射された平行光束の全体の光束幅を変えずに出射するものとした場合、光軸に近い中心部の入射光束に対しては周辺部に比べてその光束幅を拡大し、周辺部の入射光束に対しては中心部に比べてその光束幅を縮小するような作用を施すように構成することができる。
【００１３】
本発明の第１および第２の観点に係る一次元集光光学系において、光量分布補正光学系を、入射された平行光束の全体の光束幅を“縮小”して出射するものとした場合、光軸に近い中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施すように構成することができる。
【００１４】
本発明の第１および第２の観点に係る一次元集光光学系において、光量分布補正光学系を、入射された平行光束の全体の光束幅を“拡大”して出射するものとした場合、光軸に近い中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施すように構成することができる。
【００１５】
このように、本発明の第１および第２の観点に係る一次元集光光学系では、全体として光を拡大、縮小するか否かにかかわらず適用可能である。
【００１６】
本発明による光量分布補正照明光学系は、光源と、光源からの光束を平行光束にして照明光を形成するコリメータレンズと、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させ、コリメータレンズによって形成された照明光の光量分布が、被照射面において略均一となるようにする光量分布補正光学系とを備えたものである。
【００１７】
本発明による光量分布補正照明光学系では、光源からの光束がコリメータレンズによって平行光束にされることにより、照明光が形成される。光量分布補正光学系では、この照明光について、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにし、被照射面に照射したときに、その光量分布が略均一となるようにする。すなわち、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、全体として、光の利用効率を落とさずに、光量分布が略均一化された照明光が得られる。
【００１８】
本発明の第１の観点に係る露光ヘッドは、本発明の第２の観点に係る一次元集光光学系と、この一次元集光光学系によって形成された線像を変調する１次元の空間変調器と、この空間変調器によって変調された光束を露光面に結像させる結像光学系とを備えたものである。
【００１９】
この第１の観点に係る露光ヘッドでは、一次元集光光学系における光量分布補正光学系によって光量分布が略均一化された線像が、空間変調器上に形成され、それが空間変調器によって変調される。その変調光は、結像光学系によって露光面に結像される。これにより、露光が行われる。光量分布補正光学系によって光量分布が略均一化された線像を露光に用いることにより、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、良好な露光が行われる。
【００２０】
本発明の第２の観点に係る露光ヘッドは、上記本発明による光量分布補正照明光学系と、この光量分布補正照明光学系からの照明光を変調する２次元の空間変調器と、この空間変調器によって変調された光束を露光面に結像させる結像光学系とを備えたものである。
【００２１】
この第２の観点に係る露光ヘッドでは、光量分布補正照明光学系における光量分布補正光学系によって光量分布が略均一化された照明光が、空間変調器上に照射され、それが空間変調器によって変調される。その変調光は、結像光学系によって露光面に結像される。これにより、露光が行われる。光量分布補正光学系によって光量分布が略均一化された照明光を露光に用いることにより、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、良好な露光が行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の一実施の形態に係る一次元集光光学系の構成例を示している。図１において、（Ｂ）は、線像の形成方向の断面を示し、（Ａ）は、それに直交する方向の断面を示している。
【００２４】
この一次元集光光学系１は、線像を形成するためのものであり、例えば、線像を別の光学系でスクリーン上に投影して走査することで、スクリーン上に２次元の画像を形成させるような装置に使用される。また、後述する第２の実施の形態に示すように、一次元的な空間変調器を用いた露光ヘッドにも利用される。
【００２５】
この一次元集光光学系１は、光軸Ｚ１に沿って、光線の進む順に、光源１１と、この光源１１からの光束を平行光束にするコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２からの平行光束の光量分布を補正するための光量分布補正光学系１３と、光量分布補正光学系１３からの光束を１方向にのみ収束させて、結像位置Ｓｉｍｇに線像１５を形成する集光光学系１４とを備えている。
【００２６】
集光光学系１４は、例えば、線像１５の長手方向（図のＸ方向）にはパワーを持たず、線像１５に直交する方向（図のＹ方向）にのみパワーを有するようなシリンドリカルレンズによって構成されている。一方、光量分布補正光学系１３は、集光光学系１４とは逆に、線像１５の長手方向にのみパワーを有し、それと直交する方向にはパワーを持たない構成となっている。
【００２７】
光量分布補正光学系１３は、光源１１からの平行光束を線像１５にしたときに、その光量分布が略均一となるようにするためのものである。この光量分布補正光学系１３は、図２を参照して後に詳述するように、光軸Ｚ１に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比が入射側に比べて出射側の方が小さくなるように、各出射位置における光束幅を変化させるようになっている。
【００２８】
次に、この一次元集光光学系１の作用および効果について説明する。
【００２９】
この一次元集光光学系１では、光源１１からの光がコリメータレンズ１２の作用によって平行光束とされ、光量分布補正光学系１３に入射される。光量分布補正光学系１３は、平行光束を線像１５にしたときに、その光量分布が略均一となるように、その平行光束の各出射位置での光束幅を変化させる。集光光学系１４は、光量分布補正光学系１３からの光束を１方向にのみ収束させて、結像位置Ｓｉｍｇに線像１５を形成する。このようにして形成された線像１５は、例えば、別の光学系によってスクリーン上に投影され、走査されることで２次元の画像を形成する。また線像１５は、空間変調器を用いた露光ヘッドにおける、空間変調器への照明光としても利用される。
【００３０】
ここで、図２を参照して、光量分布補正光学系１３の作用をさらに詳述する。まず、図２（Ａ）に示したように、入射光束と出射光束とで、その全体の光束幅（全光束幅）Ｈ０，Ｈ１が同じである場合について説明する。なお、図２（Ａ）において、符号５１，５２で示した部分は、光量分布補正光学系１３における入射面および出射面を仮想的に示したものである。
【００３１】
光量分布補正光学系１３において、光軸Ｚ１に近い中心部に入射した光束と、周辺部に入射した光束とのそれぞれの光束幅ｈ０，ｈ１が、同一であるものとする（ｈ０＝ｈ１）。光量分布補正光学系１３は、入射側において同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光に対し、中心部の入射光束については、その光束幅ｈ０を拡大し、逆に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅ｈ１を縮小するような作用を施す。すなわち、中心部の出射光束の幅ｈ１０と、周辺部の出射光束の幅ｈ１１とについて、ｈ１１＜ｈ１０となるようにする。光束幅の比率で表すと、出射側における中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなっている（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【００３２】
このように光束幅を変化させることにより、通常では光量分布が大きくなっている中央部の光束を、光量の不足している周辺部へと生かすことができ、全体として光の利用効率を落とさずに、線像１５の光量分布が略均一化される。均一化の度合いは、例えば、有効領域内における光量ムラが３０％以内、好ましくは２０％以内となるようにする。
【００３３】
このような光量分布補正光学系１３による作用、効果は、入射側と出射側とで、全体の光束幅を変える場合（図２（Ｂ），（Ｃ））においても同様である。
【００３４】
図２（Ｂ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Ｈ２に“縮小”して出射する場合（Ｈ０＞Ｈ２）を示している。このような場合においても、光量分布補正光学系１３は、入射側において同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さなるようにする。光束の縮小率で考えると、中心部の入射光束に対する縮小率を周辺部に比べて小さくし、周辺部の入射光束に対する縮小率を中心部に比べて大きくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【００３５】
図２（Ｃ）は、入射側の全体の光束幅Ｈ０を、幅Ｈ３に“拡大”して出射する場合（Ｈ０＜Ｈ３）を示している。このような場合においても、光量分布補正光学系１３は、入射側において同一の光束幅ｈ０，ｈ１であった光を、出射側において、中央部の光束幅ｈ１０が周辺部に比べて大きくなり、逆に、周辺部の光束幅ｈ１１が中心部に比べて小さなるようにする。光束の拡大率で考えると、中心部の入射光束に対する拡大率を周辺部に比べて大きくし、周辺部の入射光束に対する拡大率を中心部に比べて小さくするような作用を施している。この場合にも、中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比「ｈ１１／ｈ１０」が、入射側における比（ｈ１／ｈ０＝１）に比べて小さくなる（（ｈ１１／ｈ１０）＜１）。
【００３６】
このように、本実施の形態に係る一次元集光光学系１によれば、光量分布補正光学系１３において、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸Ｚ１に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、開口やフィルターを用いた場合とは異なり、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された線像１５を形成することができる。
【００３７】
［第２の実施の形態］
本実施の形態では、上記第１の実施の形態の一次元集光光学系１を用いた露光ヘッドについて説明する。
【００３８】
図１５は、本発明の第２の実施の形態に係る露光ヘッドの構成例を示している。図１５において、（Ｂ）は、一次元空間変調器２０上に形成する線像の形成方向の断面を示し、（Ａ）は、それに直交する方向の断面を示している。
【００３９】
この露光ヘッド２は、線像を形成する一次元集光光学系１と、この一次元集光光学系１からの線像を変調する一次元空間変調器２０と、一次元集光光学系１からの線像を一次元空間変調器２０に向けて反射する反射ミラー２１と、一次元空間変調器２０からの変調光束を、露光面４０に結像させる結像光学系３０とを備えている。
【００４０】
一次元集光光学系１は、上記第１の実施の形態において説明したとおり、光源１１、コリメータレンズ１２、光量分布補正光学系１３、および集光光学系１４を備えている。光量分布補正光学系１３は、例えば、線像の長手方向にのみパワーを有する２枚のレンズＬ１１，Ｌ１２によって構成されている。光量分布補正光学系１３は、一次元空間変調器２０上に形成される線像の長手方向の光量分布が、一次元空間変調器２０の有効範囲内で略均一になるようにするためのものである。
【００４１】
一次元空間変調器２０は、例えばＧＬＶ（グレーティング・ライト・バルブ）によって構成されている。ＧＬＶは、可動格子と固定格子とを多数、交互に一次元状に並列配置した構成となっている。可動格子と固定格子は、それぞれリボン状の反射面を備えている。可動格子は、制御信号に応じて所定方向に変位するようになっており、これにより、入射光を変調させるようになっている。
【００４２】
一次元空間変調器２０はまた、例えばＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）によって構成されていても良い。ＤＭＤは、多数のマイクロミラーを基板（例えばシリコン基板）上に配列し、各マイクロミラーの反射面の角度を、制御信号に応じて変更可能としたものである。ＤＭＤでは、各マイクロミラーの反射面の角度を制御することにより、入射光の変調制御が可能となっている。
【００４３】
結像光学系３０は、例えば２つのレンズ群３１，３２を含んで構成されている。一次元空間変調器２０をＧＬＶにしたときには、結像光学系３０の第１群３１と第２群３２との間に、ＧＬＶからの０次光を遮光するための遮光板３３が設けられる。
【００４４】
この露光ヘッド２に用いる光源１１としては、例えば、入射端から入射されたレーザ光を出射端から出射する、複数の光ファイバの出射端を、アレイ状に配列したファイバアレイ光源を使用することができる。この場合、複数の光ファイバの出射端は、特にＧＬＶなどの一次元空間変調器２０を使用する場合は、一次元アレイ状に配列されていることが望ましい。なお、特に後述する第３の実施の形態の露光ヘッド３のように、ＤＭＤなどの二次元空間変調器８０（図２５）を使用する場合は、２次元アレイ状に配列されていても良い。このファイバアレイ光源において、各光ファイバには、複数の半導体レーザの各々から出射された複数のレーザ光を合波して入射させるようにしても良いし（後述の図１７に示す構成）、複数の発光点を備えた単一の半導体レーザの各発光点から出射された複数のレーザ光を合波して入射させるようにしても良い（後述の図２３、図２４に示す構成）。
【００４５】
このように各光ファイバに複数のレーザ光を合波して入射させる合波レーザ光源の構成にすることにより、高輝度、高出力の光を得ることができ、露光に好適な性能が得られる。また、アレイ化する光ファイバの本数が少なくて済み、低コストで実施できる。さらに、光ファイバの本数を少なくできるので、アレイ化した際の発光領域が小さくなる（高輝度化する）。
【００４６】
この露光ヘッド２において、光源１１をファイバアレイ光源とする場合、図１６に示したように、例えばクラッド径６０μｍ、コア径２５μｍのマルチモードファイバ３０を線像形成方向に近接して複数本（例えば２５本）並べ、それらの端面からの射出光束を使用する。具体的な構成は後述するが、各マルチモードファイバ３０の入射端には、例えば７個の半導体レーザを接続する。このようにしたマルチモードファイバ３０を近接配置したファイバアレイ光源からの射出光束の断面形状は、例えば全体としてほぼ円形で、その断面内での光量分布はほぼ均一なものとなる。後述の実施例２では、このようなファイバアレイ光源を光源１１として使用した例を示す。
【００４７】
なお、シングルモードファイバの入射端に１個の半導体レーザを接続した場合には、ファイバからの射出光束の光量分布がガウス分布となる。本実施の形態は、このような場合にも適用可能である。
【００４８】
また、マルチモードファイバのコア径を小さくして、シングルモードファイバの構成に近づける等により、光量分布が均一分布とガウス分布との中間になった場合にも、適用可能である。
【００４９】
ところで、光源１１の発光部の大きさが小さいほど、光量分布補正光学系１３からの光束が平行光束化され、焦点深度の大きい露光ヘッド２を実現できる。露光ヘッド２に必要とされる光量を実現し、かつ、発光部を小さくするために、１本のファイバに入射させる半導体レーザの本数を多数にし、ファイバのクラッド径を小さくすることが望ましい。後述の実施例２では、通常の光ファイバのクラッド径がφ１２５μｍであるのに対して、クラッド径がφ６０μｍである例を示した。
【００５０】
その他、コア径５０μｍ，ＮＡ＝０．２のマルチモードファイバに、それぞれ、１４個の半導体レーザからの光を入射させるような構成も可能である。クラッド部の厚さが薄いと、ファイバ内を伝搬する光伝搬効率が低下するが、波長４００ｎｍの場合、クラッド径６０μｍに対してコア径がφ５０μｍ以下であれば、実用上問題ない。従って、本実施の形態の露光ヘッド２に関して、好ましい条件は、コア径φ５０μｍ以下である。
【００５１】
また、２次元空間変調器の場合には、ファイバアレイまたはファイババンドルの構成で、発光部が小さい形態であることが好ましい。
【００５２】
また、この露光ヘッド２に用いる光源１１として、ファイバアレイ光源ではなく、レーザアレイ光源を用いることもできる。レーザアレイ光源としては、発光点となる“単一の出射端”を有する複数の半導体レーザを、その出射端が所定方向に配列されるように構成したもの（後述の図２１に示す構成）であっても良いし、発光点となる複数の出射端が所定方向に配列されているマルチキャビティレーザを、所定方向に複数配列した構成（後述の図２２に示す構成）であっても良い。このようなレーザアレイ光源からの射出光束の断面内での光量分布は、例えばガウス分布となっており、中央部の光量が高く、周辺部が低くなっている。
【００５３】
次に、この光源１１の構成についてさらに具体的に説明する。
【００５４】
まず、光源１１を、マルチモードファイバ３０を用いたファイバアレイ光源にする場合の構成例について説明する。図１７は、マルチモードファイバ３０の入射端側の構造を示している。各マルチモードファイバ３０の入射端側には、ヒートブロック９０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またはシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７と、これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられた複数のコリメータレンズ９１〜９７と、これらコリメータレンズ９１〜９７によって平行光束化されたレーザ光を集光してマルチモードファイバ３０のコア３０Ａの入射端面に入射させる集光レンズ２００とが配置されている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７、コリメータレンズ９１〜９７、および集光レンズ２００と、１つのマルチモードファイバ３０とで１つの合波レーザ光源（ファイバ光源）が形成されている。このファイバ光源を複数並列配置することで、１つのファイバアレイ光源が構成される。
【００５５】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長がすべて共通（例えば４０５ｎｍ）であり、最大出力もすべて共通（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、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲内において、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるものを用いても良い。
【００５６】
各ファイバ光源は、図１８および図１９に示したように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ２４０内に収納されている。パッケージ２４０の開口は、図１９に示したように、パッケージ蓋２４１によって閉口されるようになっている。ファイバ光源は、パッケージ２４０内を脱気処理後に封止ガスを導入し、その開口をパッケージ蓋２４１で閉じることにより形成された閉空間（封止空間）内に気密封止される。
【００５７】
パッケージ２４０の底面には、ベース板２４２が固定されている。このベース板２４２の上面に、ヒートブロック９０と、集光レンズ２００を保持する集光レンズホルダ２４５と、マルチモードファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダ２４６とが取り付けられている。マルチモードファイバ３０の出射端部は、パッケージ２４０の壁面に形成された開口からパッケージ２４０外に引き出されている。
【００５８】
また、ヒートブロック９０の側面には、コリメータレンズホルダ２４４が取り付けられており、このコリメータレンズホルダ２４４によりコリメータレンズ９１〜９７が保持されている。パッケージ２４０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ための配線２４７がパッケージ２４０外に引き出されている。
【００５９】
なお、図１９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ＬＤ１〜ＬＤ７およびコリメータレンズ９１〜９７のうち、１つのＧａＮ系半導体レーザＬＤ７およびコリメータレンズ９７にのみ符号を付して図示している。
【００６０】
図２０は、コリメータレンズ９１〜９７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９１〜９７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、光軸に平行な平面で細長く切り取ったような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９１〜９７は、例えば、光学樹脂また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９１〜９７の各々は、その長さ方向が、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図２０の左右方向）に対して直交する方向になるように配置される。また、コリメータレンズ９１〜９７は、隣接するもの同士が、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向に密接して配置されている。
【００６１】
ところで、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、例えば、発光幅が２μｍの活性層を備え、この活性層に平行な方向と直角な方向の広がり角が、各々例えば１０°，３０°の状態のレーザビームＢ１〜Ｂ７を発するものが用いられる。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。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９１〜９７に対して、広がり角が大きい方向が長さ方向と一致し、広がり角が小さい方向が幅方向（長さ方向に直交する方向）と一致する状態で入射する。
【００６２】
以上のように、１つのファイバ光源が複数のＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７を備え、このファイバ光源をアレイ化したファイバアレイ光源を、光源１１として使用することができる。なお、１つのファイバ光源を、単一の半導体レーザのみを備えた構成にし、この単一の半導体レーザのみ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、光源１１として使用することもできる。この場合、各ファイバ光源では、１個の発光点を有する単一の半導体レーザからのレーザ光が、１つの光ファイバに入射され、その出射端から出射される。
【００６３】
また、光源１１として、マルチモードファイバ３０を用いることなく、半導体レーザをアレイ状に並べたレーザアレイ光源を使用しても良い。レーザアレイ光源としては例えば、図２１に示したように、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ＬＤ１１〜ＬＤ１７を並列配置したものを使用することができる。
【００６４】
また、図２２（Ｂ）に示したように、複数のマルチキャビティレーザ１１０を、ヒートブロック１００上に並列配置したマルチキャビティレーザアレイを、光源１１として使用しても良い。マルチキャビティレーザ１１０は、図２２（Ａ）にも示したように、所定方向に複数（例えば５個）の発光点１１０Ａが配列されている。マルチキャビティレーザアレイでは、この発光点１１０Ａの配列方向と同方向に、複数のマルチキャビティレーザ１１０が並列配置されている。
【００６５】
また、ファイバアレイ光源において、各光ファイバに入射させるレーザ光は、チップ状の複数のＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７から出射されたレーザ光を合波したものに限定されない。
【００６６】
例えば、図２３に示したように、複数（例えば３個）の発光点１１０Ａを有する１つのマルチキャビティレーザ１１０を用い、その各発光点１１０Ａから出射されたレーザ光を合波するようにしても良い。この場合、各ファイバ光源は、１つのマルチキャビティレーザ１１０と、集光レンズ１２０と、１つのマルチモードファイバ１３０とを備えた構成となる。このファイバ光源を複数並列配置することで、１つのファイバアレイ光源が構成される。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。
【００６７】
この構成のファイバ光源では、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０Ａの各々から出射された各レーザビームＢが、集光レンズ１２０によって集光され、マルチモードファイバ１３０のコア１３０Ａに入射する。コア１３０Ａに入射したレーザ光は、ファイバ内を伝搬し、１本に合波されてその出射端から出射される。
【００６８】
この構成のファイバ光源においては、マルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０Ａを、マルチモードファイバ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のマルチモードファイバ１３０への結合効率を上げることができる。
【００６９】
また、図２４に示したように、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、各ファイバ光源に用いても良い。複数のマルチキャビティレーザ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、ヒートブロック１１１上に固定されている。
【００７０】
この場合、各ファイバ光源は、複数のマルチキャビティレーザ１１０を有したレーザアレイ１４０と、各マルチキャビティレーザ１１０に対応させて複数のマイクロレンズを配置したレンズアレイ１１４と、レーザアレイ１４０とレンズアレイ１１４との間に配置された１本のロッドレンズ１１３と、集光レンズ１２０と、１つのマルチモードファイバ１３０とを備えた構成となる。このファイバ光源を複数並列配置することで、１つのファイバアレイ光源が構成される。
【００７１】
このファイバ光源では、複数のマルチキャビティレーザ１１０の複数の発光点１１０Ａの各々から出射された各レーザビームＢが、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束化される。平行光束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、ファイバ内を伝搬し、１本に合波されてその出射端から出射される。
【００７２】
なお、このファイバ光源を、ケーシング内に収納し、マルチモードファイバ１３０の出射端部を、そのケーシングから引き出してレーザモジュールを構成することもできる。
【００７３】
次に、この露光ヘッド２の作用、動作について説明する。
【００７４】
この露光ヘッド２では、光源１１からの光がコリメータレンズ１２の作用によって平行光束とされ、光量分布補正光学系１３に入射される。光量分布補正光学系１３は、平行光束を線像にしたときに、その光量分布が略均一となるように、その平行光束の各出射位置での光束幅を変化させる。
【００７５】
例えば光源１１として、図１６に示したようなファイバアレイ光源などを用いた場合には、その射出光束の断面形状が全体としてほぼ円形となっているので、それをそのまま線像にすると、線像中央部の光量が高く、線像周辺部の光量が低くなる。光量分布補正光学系１３は、中央部の光束幅を大きくし、周辺部の光束幅を狭めるようにして、この光量分布を補正する。
【００７６】
また例えば光源１１として、レーザアレイ光源などを用いた場合には、その光量分布が一般にガウス分布となっているので、それをそのまま線像にすると、ファイバアレイ光源を用いた場合よりもさらに、線像中央部の光量が高く、線像周辺部の光量が低くなる。この場合、光量分布補正光学系１３は、ファイバアレイ光源を用いた場合に比べて、さらに中央部の光束幅をより大きくし、周辺部の光束幅をより狭めるような補正を行う。
【００７７】
集光光学系１４は、光量分布補正光学系１３からの光束を１方向にのみ収束させて、一次元空間変調器２０上に線像を形成する。一次元空間変調器２０は、図示しない露光制御回路において、その露光パターンに応じて発生された制御信号に基づいて、線像を変調する。一次元空間変調器２０としてＧＬＶを用いた場合には、結像光学系３０の第１群３１と第２群３２との間に設けられた遮光板３３によって変調光の０次光が遮光される。１次光は、遮光板３３で遮光されることなく、露光に用いられる。結像光学系３０は、一次元空間変調器２０からの変調光束を、露光面４０に結像させる。このとき、結像光学系３０は、一次元空間変調器２０上の線像形成面と露光面４０とが共役な関係になるように結像させる。従って、露光面４０上の露光像は、一次元空間変調器２０上に形成された線像と同様、その光量分布が略均一化されたものとなる。この露光ヘッド２では、例えば露光面４０を線像に直交させる方向に移動させることにより２次元的な露光を行うこともできる。
【００７８】
このように、本実施の形態に係る露光ヘッド２によれば、光量分布補正光学系１３によって光量分布が略均一化された線像を一次元空間変調器２０上に形成し、それを露光に用いるようにしたので、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、良好な露光を行うことができる。
【００７９】
［第３の実施の形態］
上記第１の実施の形態では、１次元の線像の光量分布を略均一化する場合について述べたが、この光量分布の均一化の手法は、照明光などの２次元的な光束の光量分布を略均一化する場合にも応用できる。本実施の形態では、光量分布の均一化の手法を、二次元空間変調器を用いた露光ヘッドに応用した場合について説明する。
【００８０】
図２５は、本発明の第３の実施の形態に係る露光ヘッドの構成例を示している。図２５において、（Ａ），（Ｂ）は、互いに直交する断面での構成を示している。
【００８１】
この露光ヘッド３は、例えばＤＭＤなどの二次元空間変調器８０を備えている。この露光ヘッド３はまた、光軸Ｚ１に沿って、光線の進む順に、光源１１と、この光源１１からの光束を平行光束にし、被照射面である二次元空間変調器８０への照明光とするコリメータレンズ１２と、コリメータレンズ１２からの照明光の光束幅を拡大するアナモフィックプリズム８３と、照明光の光量分布（照度分布）を補正するための光量分布補正光学系１３Ａと、その補正された照明光を二次元空間変調器８０に向けて反射する反射ミラー８１とを備えている。この露光ヘッド３はまた、二次元空間変調器８０からの変調光束を、露光面７０に結像させる結像光学系６０を備えている。
【００８２】
本実施の形態において、光源１１、コリメータレンズ１２、および光量分布補正光学系１３Ａが、本発明における「光量分布補正照明光学系」に対応する。
【００８３】
光源１１としては、例えば半導体レーザをアレイ状に並べたレーザアレイ光源を使用する。このようなレーザアレイ光源からの射出光束の断面内での光量分布は、一般にガウス分布となっており、中央部の光量が高く、周辺部が低くなっている。また、光源１１としては、ファイバアレイ光源を使用しても良い。レーザアレイ光源およびファイバアレイ光源の構成は、上記第２の実施の形態で説明したものと同様である。
【００８４】
アナモフィックプリズム８３は、例えば２つのプリズムＰ１，Ｐ２によって構成され、コリメータレンズ１２からの照明光を、二次元空間変調器８０の有効領域に合わせて拡大するようになっている。図２５の例では、光束幅を、１方向（図のＸ方向）に拡大している。
【００８５】
光量分布補正光学系１３Ａは、例えば２枚の非球面レンズＬ１１Ａ，Ｌ１２Ａによって構成されている。光量分布補正光学系１３Ａは、上記第１および第２の実施の形態における光量分布補正光学系１３とは異なり、特定方向だけではなく、全方向にパワーを有している。この光量分布補正光学系１３Ａは、入射光束の中央部の光束幅を広げ、周辺部の光束幅を狭める作用を持ち、二次元空間変調器８０上の光量を有効範囲内で略均一化するようになっている。
【００８６】
結像光学系６０は、例えば２つのレンズ群６１，６２を含んで構成され、二次元空間変調器８０による変調光を二次元空間変調器８０と共役な関係になるように露光面４０に結像させるようになっている。
【００８７】
この露光ヘッド３では、光源１１からの光束が、コリメータレンズ１２の作用によって照明用に平行光束とされ、アナモフィックプリズム８３により二次元空間変調器８０の有効範囲に合わせた光束幅にされた後、光量分布補正光学系１３Ａに照明光として入射される。光量分布補正光学系１３Ａは、その照明光の光量分布が被照射面である二次元空間変調器８０上で略均一となるように、その平行光束の各出射位置での光束幅を変化させる。
【００８８】
例えば光源１１としてレーザアレイ光源を用いた場合には、その光量分布が一般にガウス分布となっているので、中央部の光束幅を大きくし、周辺部の光束幅を狭めるような補正を行う。この補正後の照明光によって、二次元空間変調器８０が照明される。
【００８９】
二次元空間変調器８０は、図示しない露光制御回路において、その露光パターンに応じて発生された制御信号に基づいて、照明光を変調する。結像光学系６０は、二次元空間変調器８０からの変調光束を、露光面７０に結像させる。二次元空間変調器８０と露光面７０とは共役な関係になっているので、光量分布の均一化された照明に基づく変調光が、露光面４０に結像され、良好に２次元的な露光が行われる。
【００９０】
このように、本実施の形態に係る露光ヘッド３によれば、光量分布補正光学系１３Ａによって光量分布が略均一化された照明光によって二次元空間変調器８０を照明し、それにより露光を行うようにしたので、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、良好な２次露光を行うことができる。
【００９１】
【実施例】
次に、上記実施の形態に対する具体的な実施例について説明する。
【００９２】
［実施例１］（実施例１−１〜１−３）
まず、第１の実施の形態に対応する、一次元集光光学系（実施例１−１，１−２）と、第３の実施の形態に対応する、光量分布補正照明光学系（実施例１−３）について説明する。
【００９３】
＜実施例１−１＞
本例は、光源１１がファイバアレイ光源など、その出射光束の断面形状が全体としてほぼ円形で、その断面内での光量分布がほぼ均一なものであり、かつ、円形の光束から線像を形成する場合についての実施例である。
【００９４】
図３は、本実施例に係る一次元集光光学系の構成を示している。図４は、この一次元集光光学系において、最も外側を通る光線の光路を示したものである。図３および図４において、（Ｂ）は、線像の形成方向の断面を示し、（Ａ）は、それに直交する方向の断面を示している。なお、図３において、符号ｒｉは、ｉ番目（ｉ＝０〜１４）の構成要素の面の曲率半径を示し、符号ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸上の面間隔を示す。ｒｉ，ｄｉは、光源１１を０番目として、光線の進む順に順次増加させるようにして番号ｉを付している。
【００９５】
この一次元集光光学系は、光軸Ｚ１に沿って、光線の進む順に、光源１１と、コリメータレンズ１２と、光量分布補正光学系１３と、集光光学系１４とを備えている。コリメータレンズ１２は、光源１１側から順に、４枚のレンズＬ１〜Ｌ４で構成されている。光量分布補正光学系１３は、光源１１側から順に、線像１５の長手方向（図３のＸ方向）にのみパワーを有する２枚のレンズＬ１１，Ｌ１２で構成されている。集光光学系１４は、線像１５に直交する方向（図３のＹ方向）にのみパワーを有する１枚のシリンドリカルレンズＬ２１によって構成されている。
【００９６】
図５（Ａ），（Ｂ）は、図３に示した一次元集光光学系の具体的なレンズデータを示している。図５（Ａ）に示した基本レンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、光源１１を０番目として、光線の進む順に順次増加させるようにして番号ｉを付した、各構成要素の面の番号を示している。曲率半径ｒｉ（ｒｈｉ，ｒｖｉ）、および面間隔ｄｉの欄には、図３（Ａ）に付した符号ｒｉ，ｄｉに対応する面の値を示す。曲率半径ｒｉおよび面間隔ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎｉの欄には、ｉ番目の光学要素の波長４０５ｎｍに対する屈折率の値を示す。
【００９７】
なお、曲率半径ｒｉについては、線像１５の長手方向（図３のＸ方向）における曲率半径ｒｈｉと、これに直交する方向（図３のＹ方向）における曲率半径ｒｖｉとを示す。
【００９８】
本実施例では、光量分布補正光学系１３におけるレンズＬ１１の物体側の面（第９面）の線像方向の曲率半径ｒｈ９と、レンズＬ１２の像側の面（第１２面）の線像方向の曲率半径ｒｈ１２とが非球面形状となっている。また、集光光学系１４の像側の面（第１３面）の線像方向に直交する方向の曲率半径ｒｖ１３が非球面形状となっている。
【００９９】
図５（Ｂ）に示した非球面データは、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における係数である。なお、図５（Ｂ）に示した非球面を表す数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０−２」であることを示す。
【０１００】
【数１】
2004004152.tif 000003
ただし、
Ｚ：光軸から高さρの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）
ρ：光軸からの距離（ｍｍ）
Ｋ：円錐係数
Ｃ：近軸曲率（１／ｒ，ｒ：近軸曲率半径）
ａｉ：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数
【０１０１】
図６は、光量分布補正光学系１３に入射した各光線の変化の状態を示したものである。図６に示したように、光量分布補正光学系１３によって、中心部の入射光束については、その光束幅が拡大され、逆に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅が縮小されている。なお、符号５１，５２で示した部分は、光量分布補正光学系１３における入射面および出射面を仮想的に示したものである。
【０１０２】
ここで、具体的なレンズデータは省略するが、参考として、全体の光束幅を２倍にして出射するような構成にした場合における、光量分布補正光学系１３での各光線の変化の状態を、図７に示す。この場合にも、光量分布補正光学系１３によって、出射側において、中心部の入射光束については、その光束幅が拡大され、逆に、周辺部の入射光束に対してはその光束幅が縮小されている。
【０１０３】
図８は、この一次元集光光学系によって形成された線像の光量分布を示している。なお、図８において、横軸は、光軸を中心とした線像の形成方向の座標を示し、縦軸は、光量比（％）を示す。
【０１０４】
図８から分かるように、本実施例では、光量分布の補正を行わない従来の光学系における光量分布（図９）と比べて、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、略均一化された光量分布が得られている。
【０１０５】
＜実施例１−２＞
本例は、光源１１が、図２１等に示したレーザアレイ光源など、その出射光束の断面の光量分布がガウス分布であり、かつ、そのガウス分布の光束から線像を形成する場合についての実施例である。
【０１０６】
本実施例の光学系は、光量分布補正光学系１３のレンズデータを除き、実施例１−１と同様である。従って、ここでは光量分布補正光学系１３のレンズデータのみを実施例として、図１０（Ａ），（Ｂ）に示す。レンズデータの符号の意味は、実施例１−１（図５（Ａ），（Ｂ））と同様である。
【０１０７】
本実施例では、実施例１−１と同様、光量分布補正光学系１３におけるレンズＬ１１の物体側の面（第９面）の線像方向の曲率半径ｒｈ９と、レンズＬ１２の像側の面（第１２面）の線像方向の曲率半径ｒｈ１２とが非球面形状（非円筒面）となっている。図１０（Ｂ）は、この各面の非球面データを示している。各係数は、上述の式（Ａ）における係数を示す。
【０１０８】
図１２は、本実施例の一次元集光光学系によって形成された線像の光量分布を示している。なお、図１２において、横軸は、光軸を中心とした線像の形成方向の座標を示し、縦軸は、光量比（％）を示す。なお、参考として図１１に、光量分布の補正を行わなかった場合の線像の光量分布を示す。
【０１０９】
図１２から分かるように、本実施例では、光量分布の補正を行わなかった場合（図１１）と比べて、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、略均一化された光量分布が得られている。
【０１１０】
＜実施例１−３＞
本例は、光源１１が図２１等に示したレーザアレイ光源など、その出射光束の断面の光量分布がガウス分布であり、かつ、そのガウス分布の光束を、２次元空間変調器などを照明する照明光として利用する場合についての実施例である。
【０１１１】
本実施例の光量分布補正照明光学系の概略は、実施例１−１の一次元集光光学系の構成要素から、集光光学系１４を除いた構成となっている。光量分布補正光学系１３Ａは、回転対称の２つの非球面レンズＬ１１Ａ，Ｌ１２Ａから構成されている。
【０１１２】
ここでは本実施例の特徴部分である光量分布補正光学系１３Ａのデータのみをレンズデータとして、図１３（Ａ），（Ｂ）に示す。レンズデータの符号の意味は、実施例１−１（図５（Ａ），（Ｂ））と同様である。また、比較しやすいよう、各面のデータには、実施例１−１，１−２と同じ面番号を付している。
【０１１３】
なお、実施例１−１，１−２は、線像を形成する光学系であるため、曲率半径ｒｉについて、２方向の曲率半径ｒｈｉ，ｒｖｉを示したが、本実施例は、線像を形成する光学系ではないため、曲率半径ｒｉは各断面方向において同一（回転対称）となっている。
【０１１４】
本実施例では、光量分布補正光学系１３ＡにおけるレンズＬ１１Ａの物体側の面（第９面）の曲率半径ｒ９と、レンズＬ１２Ａの像側の面（第１２面）の線像方向の曲率半径ｒ１２とが非球面形状となっている。図１３（Ｂ）は、この各面の非球面データを示している。各係数は、上述の式（Ａ）における係数を示す。
【０１１５】
図１４は、本実施例の光量分布補正照明光学系によって得られる照明光の光量分布を示している。なお、図１４において、横軸は、光軸からの座標を示し、縦軸は、光量比（％）を示す。光量分布の補正を行わなかった場合の光量分布は、図１１同様である。
【０１１６】
図１４から分かるように、本実施例では、光量分布の補正を行わなかった場合（図１１）と比べて、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、略均一化された光量分布が得られている。
【０１１７】
［実施例２］（実施例２−１，２−２）
次に、第２の実施の形態に対応する露光ヘッドの２つの実施例について説明する。
【０１１８】
＜実施例２−１＞
本実施例の全体構成は、図１５（Ａ），（Ｂ）に示した露光ヘッド２と概略同様である。本実施例において、光源１１としては、ファイバアレイ光源を使用した。具体的には、クラッド径６０μｍ、コア径２５μｍのマルチモードファイバを線像形成方向に２５本並べ、それらの端面からの射出光束を使用した。各マルチモードファイバの入射端には、７個の半導体レーザを接続した。射出光束全体の広がり角はＮＡ＝０．３相当であり、射出光束の断面形状は、全体としてほぼ円形で、その断面内での光量分布はほぼ均一なものを使用した。
【０１１９】
コリメータレンズ１２としては、ＮＡ＝０．３、焦点距離５０ｍｍのものを使用した。集光光学系１４としては、実施例１−１と同様、線像１５に直交する方向にのみパワーを有する１枚の非球面シリンドリカルレンズＬ２１によって構成した。集光光学系１４は、ＮＡ＝０．３、焦点距離５０ｍｍのものを使用した。集光光学系１４によって、一次元空間変調器２０上に幅２５μｍの線像を形成した。光量分布補正光学系１３は、実施例１−１と同様、光源１１側から順に、線像１５の長手方向にのみパワーを有する２枚のレンズＬ１１，Ｌ１２の構成とした。
【０１２０】
一次元空間変調器２０としては、有効長さ２７ｍｍ、有効幅２５μｍのＧＬＶを使用した。結像光学系３０は、２つのレンズ群３１，３２で構成し、第１群３１および第２群３２ともに、ＮＡ＝０．３、焦点距離６０ｍｍとした。これにより、一次元空間変調器２０からの変調光束を、１倍で露光面４０に結像させるようにした。
【０１２１】
一次元空間変調器２０からの０次光は、結像光学系３０の第１群３１と第２群３２との間に設けられた遮光板３３で遮光し、１次光を、遮光板３３で遮光することなく、露光に用いるようにした。
【０１２２】
以上の構成により、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、一次元空間変調器２０上で略均一化された光量分布の線像が得られ、これにより、良好な露光を行うことができた。
【０１２３】
＜実施例２−２＞
本実施例の全体構成も、図１５（Ａ），（Ｂ）に示した露光ヘッド２と概略同様である。本実施例において、光源１１としては、ファイバアレイ光源を使用した。具体的には、クラッド径６０μｍ、コア径２５μｍのマルチモードファイバを線像形成方向に２５本並べ、それらの端面からの射出光束を使用した。各マルチモードファイバの入射端には、７個の半導体レーザを接続した。射出光束全体の広がり角はＮＡ＝０．２相当であり、射出光束の断面形状は、全体としてほぼ円形で、その断面内での光量分布はほぼ均一なものを使用した。
【０１２４】
コリメータレンズ１２としては、ＮＡ＝０．２、焦点距離７５ｍｍのものを使用した。集光光学系１４としては、実施例１−１と同様、線像１５に直交する方向にのみパワーを有する１枚の非球面シリンドリカルレンズＬ２１によって構成した。集光光学系１４は、ＮＡ＝０．２、焦点距離７５ｍｍのものを使用した。集光光学系１４によって、一次元空間変調器２０上に幅２５μｍの線像を形成した。光量分布補正光学系１３は、実施例１−１と同様、光源１１側から順に、線像１５の長手方向にのみパワーを有する２枚のレンズＬ１１，Ｌ１２の構成とした。
【０１２５】
一次元空間変調器２０としては、有効長さ２７ｍｍ、有効幅２５μｍのＧＬＶを使用した。結像光学系３０は、２つのレンズ群３１，３２で構成し、第１群３１として、ＮＡ＝０．２、焦点距離６０ｍｍのものを使用し、第２群３２として、ＮＡ＝０．２５、焦点距離４８ｍｍのものを使用した。これにより、一次元空間変調器２０からの変調光束を、０．８倍で露光面４０に結像させるようにした。
【０１２６】
一次元空間変調器２０からの０次光は、結像光学系３０の第１群３１と第２群３２との間に設けられた遮光板３３で遮光し、１次光を、遮光板３３で遮光することなく、露光に用いるようにした。
【０１２７】
以上の構成によっても、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、一次元空間変調器２０上で略均一化された光量分布の線像が得られ、これにより、良好な露光を行うことができた。
【０１２８】
［実施例３］
次に、第３の実施の形態に対応する露光ヘッドの実施例について説明する。本実施例の全体構成は、図２５（Ａ），（Ｂ）に示した露光ヘッド３と概略同様である。
【０１２９】
本実施例において、光源１１としては、レーザ光源からのガウス分布の光束を使用した。より具体的には、中央部の強度に対して１／ｅ２（ｅ；自然対数の底）の強度となる径をビーム径として、その広がり角が３４°×１７°のものを使用した。
【０１３０】
コリメータレンズ１２としては、ＮＡ＝０．３、焦点距離５０ｍｍのものを使用した。アナモフィックプリズム８３では、１方向（図２５（Ｂ）のＸ方向）に光束幅を約２倍にし、ビーム径（１／ｅ２となる径）が２９．２ｍｍの平行光束になるようにした。光量分布補正光学系１３Ａは、実施例１−３と同様、２枚の非球面レンズＬ１１Ａ，Ｌ１２Ａによって構成した。
【０１３１】
二次元空間変調器８０としては、有効域が２４ｍｍ×１８ｍｍのＤＭＤを使用した。結像光学系６０は、２つのレンズ群６１，６２で構成し、第１群６１および第２群６２ともに、ＮＡ＝０．３、焦点距離６０ｍｍとした。これにより、二次元空間変調器８０からの変調光束を、１倍で露光面７０に結像させるようにした。
【０１３２】
以上の構成により、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、二次元空間変調器８０上で略均一化された光量分布の照明光が得られ、これにより、良好な２次元露光を行うことができた。
【０１３３】
なお、本発明は、上記各実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【０１３４】
また、上記各実施の形態および各実施例では、光源１１からの光束をコリメータレンズ１２によって平行光束にする場合について説明したが、コリメータレンズ１２を用いなくとも平行光束が得られる場合は、コリメータレンズ１２を構成から省略することができる。
【０１３５】
また、上記各実施の形態では、空間変調器として、ＧＬＶおよびＤＭＤの例を挙げたが、その他、例えばＰＬＺＴ（Ｐｌｏｍｂ　Ｌａｎｔｈａｎｕｍ　Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ　Ｔｉｔａｎａｔｅ）素子や、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｏｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）等を用いた空間変調器を使用しても良い。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の一次元集光光学系によれば、光量分布補正光学系において、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体として、光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された線像を形成することができる。
【０１３７】
また、請求項１３に記載の露光ヘッドによれば、光量分布補正光学系によって光量分布が略均一化された線像を、１次元の空間変調器上に形成し、その変調光により露光を行うようにしたので、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、良好な露光を行うことができる。
【０１３８】
また、請求項１４ないし１６のいずれか１項に記載の光量分布補正照明光学系によれば、光量分布補正光学系において、各出射位置における光束幅を変化させ、光軸に近い中心部の光束幅に対する周辺部の光束幅の比を入射側に比べて出射側の方が小さくなるようにしたので、入射側において同一の光束幅であった光が、出射側においては、中央部の光束幅が周辺部に比べて大きくなり、周辺部の光束幅は中心部に比べて小さくなる。これにより、中央部の光束を周辺部へと生かすことができ、光学系全体として、光の利用効率を落とさずに、光量分布の略均一化された照明光を得ることができる。
【０１３９】
また、請求項１７に記載の露光ヘッドによれば、光量分布補正光学系によって光量分布が略均一化された照明光を、２次元の空間変調器上に照射し、その変調光により露光を行うようにしたので、光学系全体としての光の利用効率を落とさずに、良好な露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る一次元集光光学系の構成例を示す光学系配置図である。
【図２】光量分布補正光学系による光束幅の補正の概念についての説明図である。
【図３】実施例１−１に係る一次元集光光学系の光学系配置図である。
【図４】実施例１−１に係る一次元集光光学系の構成を光路と共に示す光学系配置図である。
【図５】実施例１−１に係る一次元集光光学系のレンズデータを示す説明図である。
【図６】実施例１−１における光量分布補正光学系による各光束の変化の状態を示す図である。
【図７】全体の光束幅を２倍にした場合における光量分布補正光学系による各光束の変化の状態を示す図である。
【図８】実施例１−１に係る一次元集光光学系における光量分布を示す図である。
【図９】従来の一次元集光光学系における光量分布を示す図である。
【図１０】実施例１−２における光量分布補正光学系のレンズデータを示す説明図である。
【図１１】光源がガウス分布で、光量分布の補正を行わずに線像を形成した場合の光量分布を示す図である
【図１２】実施例１−２に係る一次元集光光学系における光量分布を示す図である。
【図１３】実施例１−３における光量分布補正光学系のレンズデータを示す説明図である。
【図１４】実施例１−３に係る光量分布補正照明光学系における光量分布を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る露光ヘッドの構成例を示す光学系配置図である。
【図１６】ファイバアレイ光源の出射端側の構造を示す説明図である。
【図１７】ファイバアレイ光源を構成するファイバ光源の光学系の一例を示す構成図である。
【図１８】ファイバ光源の構造を示す平面図である。
【図１９】ファイバ光源の構造を示す平面図である。
【図２０】ファイバ光源の構造を示す平面図である。
【図２１】レーザアレイ光源の一例を示す構成図である。
【図２２】レーザアレイ光源の他の例を示す構成図である。
【図２３】ファイバ光源の他の例を示す構成図である。
【図２４】ファイバ光源のさらに他の例を示す構成図である。
【図２５】
本発明の第３の実施の形態に係る露光ヘッドの構成例を示す光学系配置図である。
【符号の説明】
Ｚ１…光軸、１…一次元集光光学系、２，３…露光ヘッド、１１…光源、１２…コリメータ、１３…光量分布補正光学系、１４…集光光学系、１５…線像、２０…一次元空間変調器、３０，１３０…マルチモードファイバ、８０…二次元空間変調器、１１０…マルチキャビティレーザ、１１０Ａ…発光点。
【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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