曝光光学系统、曝光头以及曝光装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及曝光光学系统、曝光头以及曝光装置。
【背景技术】
[0002] 公知具备曝光头、通过该曝光头来在感光材料上对所期望的图案进行曝光的图像 曝光装置。这种图像曝光装置的曝光头基本上具备：光源；空间光调制元件，由多个像素部 排列而成，该多个像素部根据控制信号而各自独立地对从该光源照射的光进行调制；以及 成像光学系统，将基于通过该空间光调制元件调制过的光的像在感光材料上进行成像。
[0003] 作为上述的图像曝光装置的曝光头的结构例，示出了如下结构，包括：光源；作为 光调制元件的数字微镜器件（以下称为"DMD")，具备多个微镜；以及微透镜阵列，排列有各 自单独地对通过该多个微镜调制过的多个光束进行聚光的多个微透镜（例如，参照专利文 献1) 〇
[0004] 根据使用这样的微透镜阵列的结构，即使放大在感光材料上曝光的图像的尺寸 等，由于来自空间光调制元件的各像素部的光束通过微透镜阵列的各微透镜而被聚光，因 此感光材料上的曝光图像的像素尺寸（=各光线的光斑尺寸）收缩而保持得较小，有能够 将图像的清晰度保持得较高的这样的优点。
[0005] 日本特开2007-33973号公报所示的曝光头在上述的微透镜阵列的射出侧还具备 成像光学系统，在感光材料的表面（曝光面）将来自空间光调制元件的各像素部的光束成 像为光斑。
【发明内容】
[0006] 发明所要解决的课题
[0007] 然而，在图像曝光装置中，设置在微透镜阵列的射出侧的成像光学系统的各像差 对感光面上的光斑形状造成影响，也成为由于光斑的放大、变形而使焦点劣化的原因。
[0008] 在上述的日本特开2007-33973号公报所记载的例子中，特别是在图像周围部分， 无法避免显著的成像光学系统的离轴像差对光斑形状造成的影响。
[0009] 本发明考虑上述实际情况，其课题在于，提供一种具备校正成像光学系统的像差 的微透镜阵列的曝光光学系统、曝光头以及曝光装置。
[0010] 用于解决课题的技术方案
[0011] 本发明的第1方式涉及一种曝光光学系统，包括：空间光调制元件，排列有对来自 光源的光进行调制的像素部；微透镜阵列，在平面上排列有对由所述空间光调制元件调制 过的光进行聚光的微透镜；第1成像光学系统，将通过所述空间光调制元件调制过的光在 所述微透镜阵列上成像；以及第2成像光学系统，将由所述微透镜阵列聚光的光在感光材 料上成像，所述微透镜阵列根据与所述第2成像光学系统的光轴的距离，排列有形状不同 的多个种类的微透镜。
[0012] 根据上述的发明，能够通过配置有形状不同的微透镜的微透镜阵列来校正在曝光 光学系统中存在的像差。在该结构中，不将任何校正光学系统插入到光路中，使微透镜自身 的形状按照与光轴的距离而变化，来校正成像光学系统的离轴像差，因此能够使曝光光学 系统整体的性能（明亮度、对比度等）不发生劣化地校正像差。
[0013] 在本发明的第2方式中，在将所述第2成像光学系统的光瞳坐标设为PL2、(pL2、 将泽尼尔克标准函数设为Zi(p:_，（P)、将所述第2成像光学系统的第i项的泽尼尔克标 准系数设为Ai时，并且在所述第2成像光学系统的某个像位置存在以式1表示的像差时， 如果将表示微透镜表面上的坐标的参数设为r、cpML，将所述微透镜的开口部的最大半径 设为rmax，将校正前的所述微透镜的面形状的曲率设为c，将所述光的波长设为A，将所述 微透镜阵列的原材料的折射率设为n，将泽尼尔克标准函数设为Zi(r/rmax，（p)，则所 述微透镜的一部分是校正所述第2成像光学系统的所述像差以式2、3 (后述）记述的面形 状。
[0014]根据上述的发明，通过根据与第2成像光学系统的光轴的距离来配置形状不同的 多个种类的微透镜的微透镜阵列，来校正在第2成像光学系统中存在的离轴像差，从而能 够不使用校正光学系统而通过简单的结构来校正离轴像差。
[0015] 在本发明的第3方式中，关于所述微透镜阵列满足i多4的i的一部分，满足所述 式3,关于除此以外的i，满足AM(i) = 0。
[0016]根据上述的发明，通过特别地进行选择而校正像散、3阶彗形像差等丧失光束的对 称性的4阶以上的高阶像差，能够维持感光材料表面上的光束斑的形状。
[0017]在本发明的第4方式中，包括第1~第3方式中的任一个所述的曝光光学系统。
[0018]根据上述的发明，能够通过配置形状不同的多种微透镜而利用微透镜阵列来校正 在曝光光学系统中存在的像差。在该结构中，不将任何校正光学系统插入到光路中，使微透 镜自身的形状按照与光轴的距离而变化来校正离轴像差，因此能够使曝光光学系统的性能 不发生劣化地校正像差。
[0019]在本发明的第5方式中，包括本发明的第4方式所述的曝光头。
[0020] 根据上述的发明，能够通过配置形状不同的多种微透镜而利用微透镜阵列来校正 在曝光光学系统中存在的像差。在该结构中，不将任何校正光学系统插入到光路中，使微透 镜自身的形状按照与光轴的距离而变化来校正离轴像差，因此能够使曝光光学系统的性能 不发生劣化地校正像差。
[0021] 发明效果
[0022] 本发明由于采用上述结构，因此能够成为具备校正成像光学系统的像差的微透镜 阵列的曝光光学系统、曝光头以及曝光装置。
【附图说明】
[0023] 图1是示出本发明的实施方式的曝光装置的主要部分的立体图。
[0024] 图2是示出本发明的实施方式的曝光头的主要部分的立体图。
[0025]图3是示出本发明的实施方式的光学系统中使用的DMD的构造例的立体图。
[0026]图4A是示出本发明的实施方式中使用的DMD的接通状态的立体图。
[0027] 图4B是示出本发明的实施方式中使用的DMD的断开状态的立体图。
[0028]图5是示出本发明的实施方式的光学系统的DMD之后的光学构件配置的概念图。
[0029]图6是示出本发明的实施方式的光学系统中使用的微透镜阵列的相对于第2成像 光学系统光轴的多个种类的微透镜的排列的概念图。
[0030]图7A是示出本发明的实施方式的光学系统中的由微镜调制过的光束在感光材料 P上成像为光束斑PB时微透镜、第2成像光学系统、感光材料P的各坐标系下的光束的位置 的光路图。
[0031] 图7B是示出微透镜的面形状的与光轴的距离（矢径方向）和放射方向的图。
[0032] 图7C是示出微透镜表面的极坐标的图。
[0033] 图7D是示出第2成像光学系统中的像差的光瞳坐标系。
[0034] 图8A是示出泽尼尔克（Zernike)标准系数的定义的数值表。
[0035] 图8B是使用图8A的标准泽尼尔克多项式的例子。
[0036]图9是示出本发明的实施方式的光学系统中使用的微透镜阵列的相对于与第2成 像光学系统光轴的距离的高阶像差的增减所导致的光束斑形状的变化的概念图。
[0037] 图10是示出本发明的实施方式的微透镜的面形状的概念图。
[0038] 图IOA是用于校正从光轴到描绘范围的像位置（距离）70%处的像差的面形状。
[0039] 图IOB是用于校正像位置（距离）100%即描绘范围极限处的像差的面形状。
[0040] 图11是示出本发明的实施方式的微透镜的面形状的通过与光轴的距离（矢径方 向）和放射方向来记述的坐标系和与其对应的感光材料表面（焦点面）的坐标系的关系的 概念图。
[0041] 图12是示出以往的光学系统中的物体位置以及成像光学系统的离轴像差对光斑 形状的影响的概念图。
[0042] 图13A是示出本申请发明的实施方式的像位置（像高）70%处的成像面的校正前 后的像差系数值（任意单位）的比较表。
[0043] 图13B是示出本申请发明的实施方式的像位置（像高）100%处的成像面的校正前 后的像差系数值（任意单位）的比较表。
【具体实施方式】
[0044] 以下，参照附图，说明本发明的实施方式的一个例子。
[0045]〈整体结构〉
[0046] 如图1、图2所示，本实施方式的包括曝光光学系统100的曝光装置10具备将片状 的感光材料P吸附在表面并保持的平板状的移动台14。在被多根（例如4根）支脚部16 支撑的厚板状的设置台18的上表面设置有沿台移动方向延伸的2根引导件20。移动台14 配置成其长度方向朝向台移动方向，并且被支撑为能够沿着引导件20往返移动。此外，在 该曝光装置10设置有沿着引导件20驱动作为副扫描构件的移动台14的台驱动装置（未 图示）。
[0047] 在设置台18的中央部，以跨过移动台14的移动路径的方式设置有天桥形状的门 状部22。门状部22的端部分别固定于设置台18的两侧各面。在隔着该门状部22的一侧 设置有扫描仪24,在另一侧设置有检测感光材料P的前端以及后端的多个（例如2个）传 感器26。扫描仪24以及传感器26分别安装于门状部22,固定配置在移动台14的移动路 径的上游。此外，将扫描仪24以及传感器26与控制它们的未图示的控制器连接。
[0048] 扫描仪24具备例如m行n列的呈大致矩阵状排列的多个（在图中为1