專利名稱：曝光裝置及曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將被空間光調(diào)制元件空間光調(diào)制過的曝光光照射在感光 材料上，進(jìn)行曝光的曝光裝置及曝光方法。
背景技術(shù)：
以往，已知具備基于圖像信號(hào)空間光調(diào)制入射的光，形成二維圖形的 空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)，將形成的二維圖形投影曝光在感光材料上的曝光裝置。 作為所述空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)，已知有二維狀多個(gè)排列傾斜角度可變的微型反
射鏡的數(shù)字微透鏡器件(以下簡稱為"DMD"。)(例如，參照特開 2001-305663號(hào)公報(bào))。另外，作為DMD，已知有例如美國Texas Instruments 公司開發(fā)的DMD。
具備這種DMD的曝光裝置具有多個(gè)曝光頭，該曝光頭具有射出曝 光光的光源、用于向DMD照射曝光光的照射光學(xué)系統(tǒng)、配設(shè)在照射光學(xué) 系統(tǒng)的大致焦點(diǎn)位置上的DMD、成像通過DMD反射的二維圖形的光的 成像光學(xué)系統(tǒng)。而且，從曝光頭照射的二維圖形的光被投影、曝光在朝掃 描方向移動(dòng)的載置臺(tái)上的感光材料上。
在具備所述曝光頭的曝光裝置中，DMD空間光調(diào)制照射的曝光光， 形成二維圖形，換句話講，由構(gòu)成DMD的各微型反射鏡反射的曝光光形 成二維圖形的各像素。因此，重要的是各微型反射鏡正確反射曝光光，形 成二維圖形?？墒?，由于實(shí)際上入射在各微型反射鏡的曝光光的主光線的 角度有偏差，所以由各微型反射鏡反射的曝光光的主光線的角度也產(chǎn)生偏 差，導(dǎo)致形成二維圖形的各像素的間距的混亂。如果投影在感光材料上的 二維圖形的像素間距混亂，曝光圖像質(zhì)量就下降，成為曝光質(zhì)量下降的原 因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述事情而完成的，其目的在于提供一種可高精度地投 影曝光圖像的曝光裝置及曝光方法。
為解決上述問題，本發(fā)明的曝光裝置，其特征是，具備光源，用于 射出曝光光；空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)，其上二維狀排列多個(gè)像素部，基于圖像信 號(hào)按所述每個(gè)像素部空間光調(diào)制從所述光源入射在所述多個(gè)像素部的曝 光光；遠(yuǎn)心光學(xué)機(jī)構(gòu)，其被配置在入射到該空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的所述曝光光 的光路上，使所述曝光光的主光線平行。
此外，本發(fā)明的曝光方法，其特征是對(duì)由遠(yuǎn)心光學(xué)機(jī)構(gòu)使主光線平 行的曝光光基于圖像信號(hào)進(jìn)行空間光調(diào)制，將該空間光調(diào)制過的曝光光投 影在感光材料上。
此外，其特征是具備微透鏡陣列，其中按與所述多個(gè)像素部對(duì)應(yīng)的 間距二維狀排列有多個(gè)微透鏡，按每個(gè)所述微透鏡聚光被所述像素部空間 光調(diào)制過的曝光光。
此外，其特征是所述曝光光相對(duì)于所述空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的照射面被 傾斜入射。另外，其特征是所述空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)是反射型的空間光調(diào)制 機(jī)構(gòu)。
在入射到空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的曝光光的光路上配置遠(yuǎn)心光學(xué)機(jī)構(gòu)，通過 使曝光光的各主光線平行，能夠得到以下的效果。在空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)是反 射型時(shí)，需要相對(duì)于空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的照射面傾斜入射曝光光。在此種情 況下，由于曝光光的焦點(diǎn)被設(shè)定在空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的照射面的規(guī)定位置 上，所以在規(guī)定位置以外的照射面上出現(xiàn)焦點(diǎn)偏移的現(xiàn)象。如果照射在照 射面的曝光光的各主光線的入射角度有偏差，招致焦點(diǎn)偏移造成的黑斑的 增加。因此，通過用遠(yuǎn)心光學(xué)機(jī)構(gòu)使照射在照射面的曝光光的各主光線平 行化，能夠抑制黑斑的發(fā)生。
再有，在具備可將被空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)反射的光聚光的微透鏡陣列的曝 光裝置中，微透鏡陣列以各微透鏡與像素間距(空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的各像素 部)對(duì)應(yīng)的方式配置。如果照射在空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)上的曝光光的各主光線 的入射角度有偏差，反射的曝光光的主光線也會(huì)產(chǎn)生偏差。在此種情況下， 如果相對(duì)于位于空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)下游的成像光學(xué)系統(tǒng)形成的空間光調(diào)制
機(jī)構(gòu)的成像位置，微透鏡陣列的位置向光軸方向偏移，被空間光調(diào)制機(jī)構(gòu) 的各像素部反射的光就不會(huì)正確地入射在對(duì)應(yīng)的微透鏡上，因而使圖像圖 形的精度惡化。此外，由于構(gòu)成微透鏡陣列的各微透鏡的射出光的主光線 角度出現(xiàn)偏差，因而不能保證微透鏡的聚光位置上的各像素的等間距性， 曝光圖像質(zhì)量下降。因此，通過用遠(yuǎn)心光學(xué)機(jī)構(gòu)使各主光線平行化，即使 發(fā)生微透鏡陣列的光軸方向的偏移，也能使被空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的各像素部 反射的光正確地入射在對(duì)應(yīng)的微透鏡上。此外，能夠確保透過微透鏡陣列 后的各描繪單位的等間距性。


圖1是曝光裝置的簡要外觀圖。
圖2是掃描器的簡要外觀圖。
圖3是詳細(xì)表示曝光頭的內(nèi)部構(gòu)成的圖示。
圖4是用于說明光源的構(gòu)成的圖示。
圖5是用于說明LD模塊的構(gòu)成的圖示。
圖6是DMD的簡要立體圖。
圖7A是表示微型反射鏡傾斜+ a度時(shí)的狀態(tài)的圖示。 圖7B是表示微型反射鏡傾斜—a度時(shí)的狀態(tài)的圖示。 圖8A是用于簡要說明不配置遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的DMD和成像光學(xué)系
統(tǒng)上的激光的光路的圖示。
圖8B是用于簡要說明配置遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的DMD和成像光學(xué)系統(tǒng)
上的激光的光路的圖示。
圖9A是用于說明不配置遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的DMD上的焦點(diǎn)偏移的圖示。
圖9B是用于說明配置遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)時(shí)的DMD上的焦點(diǎn)偏移的圖示。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的曝光裝置及曝光方法進(jìn)行說明。首先，對(duì) 曝光裝置的外觀及構(gòu)成進(jìn)行說明。圖l是曝光裝置10的簡要外觀圖。曝光 裝置10具備平板狀的移動(dòng)載置臺(tái)14，用于把片狀的感光材料12吸附、保
持在表面。在由4個(gè)腿部16支承的厚的板狀的設(shè)置臺(tái)18的上面，設(shè)置有 沿著載置臺(tái)移動(dòng)方向延伸的2根導(dǎo)軌20。載置臺(tái)14配置成其長度方向面 向載置臺(tái)移動(dòng)方向，同時(shí)由導(dǎo)軌20可往復(fù)移動(dòng)地支承。再有，曝光裝置 10，還具備沿著導(dǎo)軌20驅(qū)動(dòng)載置臺(tái)14的載置臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)。
另外，在設(shè)置臺(tái)18的中央部，跨越載置臺(tái)14的移動(dòng)路徑地設(shè)置有:n 字狀的門22。〕字狀的門22的端部各自被固定在設(shè)置臺(tái)18的兩側(cè)面。夾 著門22地在一方側(cè)設(shè)置掃描器24，在另一方側(cè)設(shè)置有用于檢測感光材料 12的前端及后端的多個(gè)傳感器26。掃描器24及傳感器26分別被固定在 門22上，設(shè)置在載置臺(tái)14的移動(dòng)路徑的上方。另外，掃描器24及傳感 器26與控制器(未圖示)電連接，通過控制器進(jìn)行動(dòng)作控制。
在載置臺(tái)14上設(shè)置有曝光面計(jì)測傳感器28，用于檢測在掃描器24 開始曝光時(shí)從掃描器24照射在感光材料12的曝光面上的激光的光量。曝 光面計(jì)測傳感器28，向與載置臺(tái)移動(dòng)方向正交的方向延伸地設(shè)在載置臺(tái) 14上的感光材料12設(shè)置面的曝光開始側(cè)的端部。
圖2是掃描器24的簡要外觀圖。如圖2所示，掃描器24，具備例如 以2行5列的大致矩陣狀排列的10個(gè)曝光頭30。各曝光頭30，以DMD 的像素列方向與掃描方向形成規(guī)定的設(shè)定傾斜角度的方式，安裝在掃描器 24上。因此，各曝光頭30的曝光區(qū)域32是相對(duì)于掃描方向傾斜的矩形狀 的區(qū)域。此外，隨著載置臺(tái)14的移動(dòng)，在感光材料12上形成由曝光頭30 形成帯狀的曝光完的區(qū)域34。
圖3是詳細(xì)地表示曝光頭30的內(nèi)部構(gòu)成的圖示。從光源38射出的激 光(曝光光)，經(jīng)由照明光學(xué)系40、反射鏡42、 TIR棱鏡70、 DMD (空 間光調(diào)制機(jī)構(gòu))36和成像光學(xué)系統(tǒng)50，照射在感光材料12上。以下，從 光源38側(cè)依次說明。
圖4是用于說明光源38的構(gòu)成的圖示。光源38具備多個(gè)LD模塊60， 在各LD模塊60上接合有第一多模光纖62的一端。在第一多模光纖62 的另一端上接合有比第一多模光纖62的包層徑小的第二多模光纖64的一 端。多個(gè)第二多模光纖64被束在一起，形成光源38的激光射出部66。
圖5是用于說明LD模塊60的構(gòu)成的圖示。LD模塊60，其構(gòu)成具備 配設(shè)在發(fā)熱部件80上的發(fā)光元件即激光二極管LD1 LD10 (以下統(tǒng)稱為
"LD"。)、與各LD對(duì)應(yīng)地配設(shè)的準(zhǔn)直透鏡CO、聚光透鏡90、第一多 模光纖62。由各LD射出的發(fā)光光透過準(zhǔn)直透鏡CO,被聚光透鏡90聚光。 被聚光的光被第一多模光纖62合波。被合波的光從接合在第一多模光纖 62上的第二多模光纖64的另一端射出，第二多模光纖64被束在一起，進(jìn)
一步被合波。
另外，將準(zhǔn)直透鏡CO規(guī)定為10個(gè)，但也可以采用這些透鏡被一體 化的準(zhǔn)直透鏡陣列。此外，LD是片狀的橫多?；騿文５腉aN系半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元件，振蕩波長全部通用(例如，405 [nm])，最大射出功率 也全部通用(例如，多模激光器為100 [mW]、單模激光器為30 [mW])。 另外，作為LD，只要是350 [m] 450 [nm]的波長范圍，也可以采 用所述405 [nm]以外的振蕩波長的LD。
返回到圖3。照射光學(xué)系統(tǒng)40的構(gòu)成，包括聚光從光源38射出的激 光的聚光透鏡44、配置在被聚光透鏡44聚光的激光的光路上的棒形積分 器46、配置在棒形積分器46的前方即反射鏡42側(cè)的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(遠(yuǎn)心 光學(xué)機(jī)構(gòu))48。
棒形積分器46，使被聚光透鏡44聚光的激光的強(qiáng)度均勻化然后射出。 遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)48組合有2片平凸透鏡，使從棒形積分器46射出的激光的 各主光線平行射出。
從照射光學(xué)系統(tǒng)40射出的激光被反射鏡42反射，經(jīng)由TIR(全反射) 棱鏡70被傾斜入射在DMD36。 DMD36，是格子狀排列構(gòu)成像素的多個(gè) 微型反射鏡而成的反射鏡器件。在本實(shí)施方式中，說明作為空間光調(diào)制機(jī) 構(gòu)采用DMD時(shí)的情況，但只要是基于圖像信號(hào)形成二維圖形的光的空間 光調(diào)制元件就行，也不局限于此。圖6表示DMD36的簡要立體圖。DMD36， 是基于圖像信號(hào)空間光調(diào)制從照射光學(xué)系統(tǒng)40入射的光，形成二維圖形 的空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)。DMD36,是通過將在SRAM單元(存儲(chǔ)單元)362 上構(gòu)成像素的多個(gè)(例如，1024X757像素)微型反射鏡361配置成二維 狀構(gòu)成的，各微型反射鏡361由支柱(未圖示)支承。
再有，DMD36與具備數(shù)據(jù)處理部和反射鏡驅(qū)動(dòng)控制部的控制器(未 圖示)連接。數(shù)據(jù)處理部基于圖像信號(hào)生成用于控制各微型反射鏡361的 傾斜角度的控制信號(hào)。反射鏡驅(qū)動(dòng)控制部基于由數(shù)據(jù)處理部生成的控制信
號(hào)，控制DMD36的各微型反射鏡361的反射面的傾斜。具體是，反射鏡 驅(qū)動(dòng)控制部基于控制信號(hào)的通/斷，相對(duì)于SRAM單元362的基板，按士a 度(例如，±10度)的范圍使微型反射鏡361傾斜。圖7A表示微型反射 鏡361傾斜+a度的狀態(tài)(接通狀態(tài))。在此種情況下，反射的激光Lr 被入射在可向成像光學(xué)系統(tǒng)50入射的方向。圖7B表示微型反射鏡361傾 斜一a度的狀態(tài)(斷開狀態(tài))。在此種情況下，反射的激光Lr不入射在成 像光學(xué)系統(tǒng)50，而被光吸收板等吸收。通過如此控制微型反射鏡361的傾 斜角度，傾斜入射在DMD36的激光被反射到規(guī)定方向，形成二維圖形。
返回到圖3。成像光學(xué)系統(tǒng)50，是用于將通過用DMD36空間光調(diào)制 而形成的二維圖形，成像、投影在感光材料12上的成像機(jī)構(gòu)。成像光學(xué) 系統(tǒng)50，其構(gòu)成具備包含透鏡52及透鏡54的第一成像光學(xué)系統(tǒng)53、 微透鏡陣列55、孔徑陣列59、包含透鏡57及透鏡58的第二成像光學(xué)系 統(tǒng)56。通過DMD36形成的二維圖形，透過第一成像光學(xué)系統(tǒng)53，以規(guī)定 倍數(shù)被放大、成像。此處，透過第一成像光學(xué)系統(tǒng)53的光束，通過配設(shè) 在第一成像光學(xué)系統(tǒng)53的成像位置的近傍的微透鏡陣列55的各微透鏡， 被單個(gè)聚光。該單個(gè)聚光的光束通過孔徑陣列59的各孔徑被成像。經(jīng)過 微透鏡陣列55及孔徑陣列59被成像的二維圖形，透過第二成像光學(xué)系統(tǒng) 56再次被放大規(guī)定倍數(shù)，被成像在感光材料12上。最終，通過DMD36 形成的二維圖形，按分別乘以第一成像光學(xué)系統(tǒng)53和第二成像光學(xué)系統(tǒng) 56的放大倍率得出的倍率被放大，然后投影在感光材料12上。另外，成 像光學(xué)系統(tǒng)50，也不一定必須具備第二成像光學(xué)系統(tǒng)56。
相對(duì)于DMD36的照射面傾斜入射激光。圖9表示此時(shí)的狀況。圖9 表示在照射光學(xué)系統(tǒng)40中，在棒形積分器46的射出側(cè)不配置遠(yuǎn)心光學(xué)系 統(tǒng)48時(shí)(以往的曝光裝置)的激光的光路，圖9B表示配置遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng) 48時(shí)(本實(shí)施方式的曝光裝置)的激光的光路。通過多次反射使光量校正 大致均勻的棒形積分器48的端面的圖像，在包含DMD36的照射面的大致 中央的規(guī)定位置P的面Ps被形成，與DMD36的照射面完全不一致。結(jié)果， 在DMD36的照射面的某部位上，相對(duì)于面Ps產(chǎn)生焦點(diǎn)偏移(例如，在 DMD36的周邊部發(fā)生箭頭Q所示的程度的焦點(diǎn)偏移。)。如圖9A所示， 如果激光的各主光線有偏差，隨著焦點(diǎn)偏移增大光亮度發(fā)生變化，結(jié)果
DMD36上的黑斑增加。
圖8是用于簡要說明DMD36和成像光學(xué)系統(tǒng)50上的激光的光路的 圖示。圖8A表示在照射光學(xué)系統(tǒng)40中，在棒形積分器46的射出側(cè)不配 置遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)48時(shí)(以往的曝光裝置)的激光的光路，圖8B表示配置 遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)48時(shí)(本實(shí)施方式的曝光裝置)的激光的光路。如果相對(duì) 于成像光學(xué)系統(tǒng)50的DMD36的成像位置，微透鏡陣列55的位置相對(duì)于 光軸方向偏移，因主光線角度的偏差，各微型反射鏡361的反射光的等間 距性崩漬，進(jìn)而各微型反射鏡361和微透鏡陣列55的各透鏡的對(duì)應(yīng)崩潰， 嚴(yán)重影響曝光質(zhì)量。例如，在圖8A中，在應(yīng)該原本是位置A的微透鏡陣 列55的位置，調(diào)整的結(jié)果為位置B時(shí)，如線L4r所示，發(fā)生微型反射鏡 361的反射光不能正確入射在對(duì)應(yīng)的微透鏡的現(xiàn)象。此外，根據(jù)光與微透 鏡陣列55的入射角度，發(fā)生不能通過孔徑陣列59光，成為感光材料12 上的黑斑增加的原因。
再有，如果被DMD36反射的光的主光線有偏差，因透過構(gòu)成微透鏡 陣列55的微透鏡的光的主光線角度有偏差，而使微透鏡的聚光位置上的 各描繪單位的等間距性崩潰。該描繪單位的等間距性的崩潰，不管第二成 像光學(xué)系統(tǒng)56的有無，都使曝光質(zhì)量惡化。
因此，如本實(shí)施方式，如果在棒形積分器46的射出側(cè)配置遠(yuǎn)心光學(xué) 系統(tǒng)48，如圖9B所示，可向DMD36入射各主光線平行的激光。由于激 光的各主光線的角度無偏差，平行，因此通過傾斜入射，能夠抑制相對(duì)于 棒形積分器36的射出端面的成像位置，DMD36的位置處于焦點(diǎn)偏移的位 置關(guān)系而造成的黑斑發(fā)生。
此外，通過激光的各主光線的平行化，如圖8B所示即使將微透鏡陣 列55的位置，從利用第一成像光學(xué)系統(tǒng)53的DMD36的成像位置調(diào)整到 向光軸方向偏移的位置，也能確保由微型反射鏡361反射的光的等間距性， 能夠回避微型反射鏡361和微透鏡陣列55的微透鏡的對(duì)應(yīng)性的崩潰，防 止曝光品質(zhì)的下降。
再有，由于通過DMD36反射的光的主光線沒有偏差，因而透過構(gòu)成 微透鏡陣列55的微透鏡的光的主光線角度沒有偏差，所以能夠確保微透 鏡的聚光位置上的各描繪單位的等間距性，防止曝光質(zhì)量的下降。 以上，采用實(shí)施方式說明本發(fā)明，但本發(fā)明也不限定于所述內(nèi)容，在 本發(fā)明的范圍內(nèi)，還可實(shí)施其它多種方式。
例如，以將遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)48配置在棒形積分器46的射出側(cè)進(jìn)行了說 明，但只要是在向DMD36入射的激光的光路上，能夠向DMD36照射主 光線平行的激光的位置就行，不局限于此。
此外，對(duì)作為空間光調(diào)制元件具備DMD36的曝光頭30進(jìn)行了說明，
但除此種反射型空間光調(diào)制元件意外，也能夠使用透射型空間光調(diào)制元件 (LCD)。例如，也能采用MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)型 的空間光調(diào)制元件(SLM: Special Light Modulator)、或利用光電學(xué)效應(yīng) 調(diào)制透射光的光學(xué)元件(PLZT元件)或液晶光光閘(FLC)等液晶光閘 陣列等、MEMS型以外的空間光調(diào)制元件。另外，所謂MEMS，是利用 以IC制造工藝為基礎(chǔ)的微細(xì)加工技術(shù)的顯微尺寸的傳感器、促動(dòng)器、以 及使控制回路集成化的微細(xì)系統(tǒng)的總稱，所謂MEMS型的空間光調(diào)制元 件，指的是利用靜電的通過電力機(jī)械動(dòng)作驅(qū)動(dòng)的空間光調(diào)制元件。再有， 也可以采用多個(gè)排列GLV (Grating Light Value)以二維狀構(gòu)成的。
權(quán)利要求
1.一種曝光裝置，其特征是，具備光源，用于射出曝光光；空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)，二維狀排列有多個(gè)像素部，基于圖像信號(hào)對(duì)從所述光源入射到所述多個(gè)像素部的曝光光按所述每個(gè)像素部進(jìn)行空間光調(diào)制；遠(yuǎn)心光學(xué)機(jī)構(gòu)，其被配置在入射到該空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的所述曝光光的光路上，使所述曝光光的主光線平行。
2. 如權(quán)利要求1所述的曝光裝置，其特征是具備微透鏡陣列，其按 與所述多個(gè)像素部對(duì)應(yīng)的間距二維狀排列有多個(gè)微透鏡，用每個(gè)所述微透 鏡對(duì)已由所述像素部進(jìn)行空間光調(diào)制的曝光光進(jìn)行聚光。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的曝光裝置，其特征是所述曝光光相對(duì)于 所述空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)的照射面被傾斜入射。
4. 如權(quán)利要求3所述的曝光裝置，其特征是所述空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)是 反射型的空間光調(diào)制機(jī)構(gòu)。
5. —種曝光方法，其特征是對(duì)由遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)使主光線平行的曝光光基于圖像信號(hào)進(jìn)行空間光 調(diào)制，將該空間光調(diào)制過的曝光光投影在感光材料上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種曝光裝置及曝光方法，能高精度地投影曝光圖像。作為曝光裝置的構(gòu)成元件，具備射出曝光光的光源；DMD，其上二維狀排列多個(gè)像素部，基于圖像信號(hào)按每個(gè)像素部對(duì)從光源入射到多個(gè)像素部的曝光光進(jìn)行空間光調(diào)制；遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，其被配置在入射到DMD的曝光光的光路上，使曝光光的主光線平行。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101189556SQ20068001963
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者岡崎洋二, 大森利彥, 小森一樹, 石川弘美, 馬場智之 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社;富士能株式會(huì)社