专利名称：投影曝光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影曝光装置，具体而言，涉及将进行过空间光调制的2维图案通过像一侧远心的成像光学系统，投影到感光材料上，进行曝光的投影曝光装置。
背景技术：
以往，知道使用按照所定的控制信号对入射的光进行空间光调制的空间光调制部件，将用该空间光调制部件进行过空间调制的2维图案投影到感光材料上，将该感光材料曝光的投影曝光装置。此外，还知道作为所述空间光调制部件，使用将可以变更倾斜角的多个微反射镜配置为2维形状的(例如1024×756)的数字微反射镜器件(以后，称作DMD)的投影曝光装置(例如，专利文献1)。另外，作为所述数字微反射镜器件，例如知道美国TI公司(Texas Instruments公司)开发的产品，将使用该DMD的动画用投影仪等产品化。
使用所述DMD的投影曝光装置具有用于将DMD的各微反射镜的像在感光材料上成像的成像光学系统，只将由接受曝光用光的照射的各微反射镜中的倾斜为所定角度的微反射镜反射，向所述成像光学系统传播的光通过该成像光学系统成像，据此，将由所述微反射镜形成的2维图案投影到感光材料上，将该感光材料曝光。即该投影曝光装置将形成所述2维图案的像的各像素与各微反射镜对应，进行曝光。
此外，搭载在投影曝光装置上的将所述2维图案在感光材料上曝光的曝光头的光学要素，例如如图20所示，由以下部分构成DMD80J；产生照亮DMD80J的光的光源部件60J；传播从光源部件60J发出的光，使其全反射，对DMD80J照射的具有全反射棱镜76J的DMD照射光学系统70J；将由DMD80J进行过空间光调制的光的2维图案在感光材料150J上成像的光学系统50J等。
所述光学系统50J，由所述第一成像光学系统51J；中继第一成像光学系统51J成像的2维图案的像，并且在感光材料150J上成像的第二成像光学系统52J；配置在第一成像光学系统51J和第二成像光学系统52J之间的光路中的微透镜阵列55J和孔径阵列59J等构成。
所述微透镜阵列55J，由与所述各微反射镜81J对应配置的多个微透镜55Ja构成，以便将在DMD80J的各微反射镜81J反射，通过第一成像光学系统51J的与所述各微反射镜81J对应的远心的各光束Lj分别个别通过后聚光，。此外，孔径阵列59J为了使通过所述各微透镜55Ja的各光束个别通过，具有与各微透镜55Ja对应配置的多个孔径59Ja。
在所述结构中，由DMD80J的各微反射镜81J反射，并通过第一成像光学系统51J的与所述各微反射镜81J对应的远心的各光束Lj，由配置在基于第一成像光学系统51J的成像位置附近的第一成像光学系统51J一侧的微透镜阵列55J的各微透镜阵55Ja个别聚光，该个别聚光的光束通过孔径59Ja成像。
由第一成像光学系统51J成像的通过所述微透镜阵列55J和孔径59J的各光束Lj，由第二成像光学系统52J中继，在感光材料150J上成像，据此，所述2维图案投影到感光材料150J上，将该感光材料曝光。
这里，即使在由形成2维图案的像的各像素即各微反射镜81J反射，通过各微透镜55Ja的光束Lj中存在所述各光学要素的像差等引起的变粗，通过孔径59Ja，可以将该光束Lj整形，使感光材料上的点尺寸变为一定的大小，并且通过使由各微反射镜81J反射的光束，通过与各微反射镜81J对应设置的孔径59Ja，可以防止各微反射镜81J间，即形成2维图案的像的各像素间的串扰，可以提高进行曝光时的各微反射镜81J引起的工作和非工作(接通/断开)的消光比。据此，投影到感光材料150上的2维图案的对比度提高，可以提高曝光质量。
另外，将微反射镜81J倾斜所述所定角度，由该微反射镜81J反射的光向着光学系统50J传播的状态是微反射镜81J的工作状态，使微反射镜81J倾斜与所述所定角度不同的角度，使由该微反射镜81J反射的光从向着所述成像光学系统50的光路错开传播的状态是微反射镜81J的非工作状态，由所述工作状态的微反射镜81J反射的光在感光材料150J上成像，将该感光材料150J曝光。因此，各微反射镜81J工作时向感光材料150J上成像的与微反射镜81J对应的像素区域的亮度和微反射镜81J非工作时的感光材料150J上的所述像素区域的亮度的比成为消光比。
特开2001-305663号公报可是，对所述投影曝光装置要求进一步提高消光比，提高曝光质量。因此，在所述结构中，要求由1024×768(约26万)的各微透镜反射，通过第一成像光学系统的远心的各光束以更高精度通过与所述各微反射镜对应的1024×768的各微透镜和孔径，使所述各光束成像。更具体而言，入射到各微透镜和孔径中的所述约26万的远心的各光束的间隔与对应于它的相同数量的各微透镜以及孔径的间隔一致，并且有必要抑制所述各光束的变粗或各光束间的平行度的误差，因此，要求将第一成像光学系统51的MTF性能(光束的变粗)、远心性能(各光束间的平行度)、失真性能(等间隔性)、成像倍率的正确性等提高到可以取得所需曝光质量的所定性能。
可是，所述各性能(MTF性能、失真性能、成像倍率的正确性)彼此关联，如果提高成像倍率的正确性，则MTF性能、失真性能下降，所以难以制作第一成像光学系统，使所述各性能变为所定性能以上。
发明内容
本发明是鉴于所述事实提出的，其目的在于提高对感光材料投影的2维图案的消光比，据此，提供可以提高曝光质量的投影曝光装置。
本发明的投影曝光装置，包括将按照所定的控制信号调制入射的光的多个像素部排列为二维形状，通过所述多个像素部对所述光进行空间光调制的空间光调制部件；将用所述空间光调制部件进行了空间光调制的光的2维图案成像的像一侧远心的成像光学系统；配置在由该所述成像光学系统成像的所述2维图案的成像面附近，将通过所述成像光学系统的与所述各像素部对应的各光分别通过的个别的微透镜配置为2维形状的微透镜阵列；并将所述2维图案投影到所述感光材料上，在该感光材料上将所述2维图案曝光，其特征在于在所述成像光学系统和所述微透镜阵列之间具有倍率调节光学系统，以调节以所述成像光学系统使所述2维图案成像时的成像倍率。
所述倍率调节光学系统可以由凹透镜和凸透镜的组合构成。
所述倍率调节光学系统由凹透镜和凸透镜的组合构成，可以使所述凹透镜和凸透镜的焦距都为800mm或其以上。
所述凸透镜的焦距对于所述凹透镜的焦距的比的值大致为1。
另外，所述“比的值大致为1”意味着比的值为可以实现所需远心性程度的接近1的值。
所述倍率调节光学系统，可以兼任失真修正用光学系统，以对所述2维图案在成像光学系统成像时的失真进行修正。例如，兼任所述失真修正光学系统的倍率调节光学系统，可以构成为使所述凸透镜向与成像光学系统正交的方向移动，修正失真。
所述2维图案表示显示用的图像或电路配线的电路图案。
所述感光材料可以为具有形成作为2维图案的配线图案的感光材料层的印刷电路板生成用的衬底，或具有形成配线图案的感光材料层的液晶显示衬底生成用的衬底或等离子体显示器衬底生成用的衬底。
本发明的投影曝光装置，在将空间光调制过的光的2维图案成像的像一侧远心的成像光学系统和微透镜阵列之间，具有倍率调节光学系统，以调节由所述成像光学系统成像的2维图案的成像倍率，所以可以独立于成像光学系统MTF性能、远心性、失真性能，变更成像倍率，不使所述MTF性能、远心性、失真性能等下降，调节成像倍率，可以使所述各光束更确认地通过所述各微透镜。据此，可以提高形成投影到感光材料上的2维图案的像的各像素的消光比，可以提高曝光质量。
此外，如果倍率调节光学系统由凹透镜和凸透镜的组合构成，则可以进一步提高成像光学系统的MTF性能、远心性、以及失真性能与成像倍率的变更的独立性，可以更容易进行提高所述消光比的成像倍率的调节。
此外，如果使述倍率调节光学系统由凹透镜和凸透镜的组合构成，所述凹透镜和凸透镜的焦距都为800mm或其以上，则可以进一步提高成像光学系统的MTF性能、远心性、失真性能与成像倍率的独立性，当使凹透镜和凸透镜中的任意一方，向成像光学系统的光轴方向移动而进行倍率调节时，可以使对于凹透镜或凸透镜的倍率变化，即倍率调节灵敏度下降，可以进一步提高倍率调节的精度。
此外，如果凸透镜的焦距对于所述凹透镜的焦距的比的值大致为1，则可以进一步提高成像光学系统的MTF性能、远心性、失真性能与成像倍率的独立性。
如果使所述倍率调节光学系统兼任失真修正光学系统，以使所述2维图案在成像系统成像时的失真进行修正，就可以更容易进行提高所述消光比的成像倍率调节和失真的修正。例如，使凹透镜和凸透镜中的至少任意一方，向成像光学系统的光轴方向移动，以进行倍率调节，使所述凹透镜和凸透镜中的至少任意一方，向与成像光学系统的光轴正交的方向移动，以修正失真，可以独立实施成像倍率的调节和失真的修正，可以更容易进行提高所述消光比的调节。
下面简要说明附图。
图1是展开表示搭载在投影曝光装置上的曝光头的概略结构的概念图。
图2是沿着在曝光头内传播的光路表示曝光头的结构的侧视图。
图3是表示DMD的概略结构的立体图。
图4是表示微透镜阵列的图。
图5是单一的微透镜的放大立体图。
图6是表示光束入射到微透镜中的样子的主视图。
图7是表示第一成像光学系统和倍率调节光学系统的概略结构的侧视图。
图8是表示第一成像光学系统和倍率调节光学系统的设计值的图。
图9表示本发明的投影曝光装置的外观的立体图。
图10是表示基于图9的投影曝光装置的曝光样子的立体图。
图11(A)是表示形成在感光材料上的曝光完毕区域的平面图，图11(B)是表示基于各曝光头的曝光区的排列的图。
图12是表示激光合波光源的结构的平面图。
图13是表示激光合波光源的结构的侧视图。
图14是表示激光合波光源的结构的主视图。
图15是表示激光合波光源的光学要素的放大平面图。
图16(A)是表示光源部件的结构的立体图，(B)是激光射出部的局部放大图，(C)和(D)是表示激光射出部的光纤的排列的主视图。
图17是表示激光合波光源的多模光纤和激光射出部的光纤的连接状态的图。
图18(A)和(B)是表示比较不倾斜配置DMD时和倾斜配置DMD时对感光材料的曝光状态的不同情况的平面图。
图19(A)和(B)是表示DMD中的使用区域的例子的图。
图20是表示以往技术的图。
图中40-激光合波光源，50-成像光学系统，51-第一成像光学系统，52-第二成像光学系统，53-倍率调节光学系统，60-光源部件，61-激光射出部，70-DMD照射光学系统，80-数字微反射镜器件(DMD)，150-感光材料，152-台架，162-扫描仪，166-曝光头，168-曝光区，170-曝光完毕区域。
具体实施例方式
下面，参照
本发明的投影曝光装置的实施例。图1是展开表示搭载在投影曝光装置上的曝光头的概略结构的概念图，图2是沿着在曝光头内传播的光路表示曝光头的结构的侧视图，图3是表示DMD的概略结构的立体图。
本发明实施例的投影曝光装置，是具有作为空间光变换部件的DMD80，其将从作为光源的光源部件60发出并通过DMD照射光学系统70入射的光，按照所定的控制信号进行调制的，作为像素部的微反射镜81多个排列为2维形状，通过所述多个微反射镜81将所述光进行空间光调制；第一成像光学系统51，其将由DMD80进行过空间光调制的光的2维图案成像的像一侧远心的成像光学系统；微透镜阵列55，其配置在由第一成像光学系统51成像的所述2维图案的成像面附近的该第一成像光学系统51一侧，将通过所述第一成像光学系统51的与所述各微反射镜81对应的各光分别通过、聚光的个别微透镜55a配置为2维形状而形成；倍率调节光学系统53，其配置在第一成像光学系统51和微透镜阵列55之间，以调节以第一成像光学系统51将所述2维图案成像时的成像倍率；将所述2维图案投影到感光材料150上，在该感光材料150上将所述2维图案曝光的装置。另外，作为所述像素部的微反射镜81，按照所定的控制信号，将从作光源的光源部件60发出，通过DMD照射光学系统70入射的光偏向。
另外，所述光源部件60、DMD80、倍率调节光学系统53、微透镜阵列55等成为构成后面描述的曝光头166的光学要素。所述2维图案可以为电路的配线图案，感光材料150可以为在表面涂敷感光性树脂的电路板。
如所述图2所示，构成曝光头166的光学要素即光学系统50由所述第一成像光学系统51、中继由第一成像光学系统51成像的所述2维图案并且在感光材料150上成像的第二成像光学系统52、配置在第一成像光学系统51和第二成像光学系统52之间的光路中的倍率调节光学系统53、微透镜阵列55、孔径阵列59等而构成。
所述微透镜阵列55为了将用DMD80反射，通过第一成像光学系统51的光束个别通过，由与DMD80的各微反射镜81(参照图3)对应配置的多个微透镜55a构成。
此外，孔径阵列59为了使通过所述各微透镜55a的各光束个别通过，具有与各微透镜55a对应配置的多个孔径59a。
此外，所述倍率调节光学系统53，由凹透镜53U和凸透镜53H的组合构成，并构成为凹透镜53U和凸透镜53H的焦距都为800mm或其以上，凸透镜53H的焦距对于凹透镜53U的焦距的比值为1。此外，该倍率调节光学系统53兼任失真修正光学系统，以对在所述第一成像光学系统51，使所述2维图案成像时的失真进行修正。
在所述结构中，基于由DMD80的各微反射镜81反射的光的微反射镜81的像，由第一成像光学系统51放大到3倍，成像。这里，由各微反射镜81反射，通过第一成像光学系统51的与所述各微反射镜81对应的远心的各光束La，由配置在基于第一成像光学系统51的成像位置附近的微透镜阵列55的各微透镜55a，个别聚光，该个别聚光的光束通过孔径59a。通过微透镜阵列55和孔径59的光束再由第二成像光学系统52进一步放大到1.67倍，成像在感光材料150的感光面151上。
这里，即使在由形成2维图案的像的各像素，即微反射镜81反射，通过各微透镜55a的光束La中存在所述各光学要素的像差等引起的变粗，通过孔径59a，可以将该光束La整形，使感光面151上的点尺寸变为一定的大小。此外，通过使由各微反射镜81反射的光束La通过与各微反射镜81对应设置的孔径59a，可以防止各微反射镜81(各像素)间的串扰，可以提高进行曝光时的各微反射镜81引起的工作和非工作的消光比。
另外，将微反射镜81倾斜所述所定角度，由该微反射镜81反射的光向着光学系统50的第一成像光学系统51传播的状态是微反射镜81的工作状态，使微反射镜81倾斜与所述所定角度不同的角度，使由该微反射镜81反射的光从向着光学系统50的光路错开传播的状态是微反射镜81的非工作状态，由所述工作状态的微反射镜81反射的光在感光材料150上成像，将该感光材料150曝光。即各微反射镜81通过变更微反射镜的倾斜角度，将入射的光调制，而DMD80通过按照所定的控制信号变更各微反射镜81的倾斜角度，将入射的光进行空间光调制。
下面，说明使用所述倍率调节光学系统53，调节以第一成像光学系统51使所述2维图案成像时的成像倍率，修正失真，以提高所述消光比的情形。图4(a)是从第一成像光学系统的光轴方向观察微透镜阵列的主视图，图4(b)是微透镜阵列的侧视图，图5是单一的微透镜的放大立体图，图6是表示光束入射到微透镜中的样子的主视图。
首先，说明所述消光比和基于倍率调节光学系统53的倍率调节精度的关系。
如图4所示，微透镜阵列55具有与在所述第一成像光学系统51的Z方向延伸的光轴Zc正交的Y方向上排列1024个，在与所述Z方向以及Y方向正交的方向排列256个的n＝1～256行、m＝1～1024列的矩阵状的1024×256个微透镜55a。如图5所示，各微透镜55a的X方向的宽度W1为0.0410mm，Y方向的宽度W2为0.0410mm，透镜面R的曲率半径r为0.10mm，形成该微透镜阵列55的材料是玻璃(BK7)。
在Y方向排列1024个所述微透镜55a的长度是41.984mm(41.984＝0.0410×1024个)，从在Y方向排列微透镜55a的中心位置C1到一方端部(m＝1)的列E1和从所述中心位置C1到另一方端部(m＝1024)的列E2的各距离L1、L2都为20.992mm。
这里，当用所述投影曝光装置将感光材料150曝光时，根据感光材料150的感光特性，有必要至少在1∶10的消光比下进行曝光。由DMD80的各微反射镜81反射的各光束如果传播，正确通过微透镜阵列55的各微透镜55a，就取得所述消光比，但是由DMD80的各微反射镜81反射的各光束未正确通过微透镜阵列55的各微透镜55a时，所述成像倍率和失真的调节成为必要。
即如图6所示，如果由一个微反射镜81反射，通过一个微透镜55a的光束K1从Y方向偏移4.1μm，通过该微透镜55a，微透镜55a的Y方向的宽度W1为41μm，所以由所定微反射镜81反射的光束K1通过微透镜55a的90％(0.9-(41μm-4.1μm)/41μm)的区域R1，但是在偏移4.1μm，光束K1不通过的区域R2中，由与所定微反射镜不同的微反射镜分设的光束K2入射，所以根据区域R2的面积(区域R1+R2)的面积比率，实质上消光比变为1∶10。因此，为了取得1∶10以上的消光比，有必要调节光束K1通过的光路，使由微反射镜81反射，通过微透镜55a的光束的Y方向的偏移变为低于4.1μm。即从微透镜55a的中心位置C1到Y方向的两端部的列E1、E2各自的距离L1、L2都为20.992mm，所以可知应该以约0.2％(4.1μm/20.992mm0.0002)的倍率调节精度，通过倍率调节光学系统53调整所述光束的光路。
下面，具体说明用于实现所述0.2％的倍率调节精度的倍率调节光学系统53和第一成像光学系统51。图7是表示第一成像光学系统和倍率调节光学系统的概略结构的图，图8是表示第一成像光学系统和倍率调节光学系统的设计值的图。另外，在DMD80和第一成像光学系统51之间配置将由反射镜75反射的光向DMD80全反射，并且使由DMD80反射的光通过的组合两个三角棱镜的平行平板状的TIR棱镜(全反射棱镜)即棱镜76(参照图1或图2)。
如图7和图8所示，第一成像光学系统51从基于DMD80的反射光束的入射一侧按顺序配置透镜51A、透镜51B、透镜51C、透镜51D、透镜51E、透镜51F、透镜51G、透镜51H、透镜51I、透镜51J、透镜51K、透镜51L、透镜51M。另外，所述透镜51A到透镜51M的各透镜收藏在透镜框U10内，固定在该透镜框U10中。
由DMD80中的处于工作状态的微反射镜反射，通过棱镜76的光束入射到第一成像光学系统51，该光束按顺序通过透镜51A到51M，再通过倍率调节光学系统53，入射到微透镜阵列55。
所述微透镜阵列55的凹透镜53U的焦距为-875mm，凸透镜53H的焦距为872mm，两透镜的焦距都为800mm或其以上。凸透镜53H紧贴固定在透镜框H1上。凹透镜53U紧贴固定在与第一成像光学系统551的透镜框U10一体化的透镜框U1上，该透镜框U1具有收藏所述透镜框H1的周围凸部U2。
该周围凸部U2在围绕光轴Zc的每90度，具有以与光轴Zc正交地，向着该光轴Zc形成的四个螺丝孔U3，通过与各螺丝孔U3配合的四个螺丝U4，将收藏在透镜框U1中的透镜框H1的位置调节到与光轴Zc正交的方向，固定该透镜框H1的位置。
此外，所述光轴Zc方向(Z方向)的透镜框U1和透镜框H1之间配置有包含厚度100μm的多个垫片的垫片Q，通过变更垫片Q的厚度，调整透镜框H1的所述光轴Zc方向(Z方向)上的位置。
<倍率的调节>
这里，说明在第一成像光学系统51使2维图案成像时的倍率调节光学系统53的倍率调节。
通过使凸透镜53H沿着第一成像光学系统51的光轴Zc平行移动，实施基于倍率调节光学系统53的倍率调节。例如通过使凸透镜53H沿着光轴Zc方向(Z方向)向第一成像光学系统51一侧移动100μm，可以使通过从所述微透镜55a的中心位置C1向Y方向偏移20.992mm的一方端部的列E1的光束位置，和通过从所述微透镜55a的中心位置C1偏移20.992mm的另一方端部的列E2的光束位置都沿着Y方向向着靠近所述中心位置C1的一侧移动4μm。
此外，通过使凸透镜53H沿着光轴Zc方向(Z方向)向微透镜阵列55一侧移动100μm，可以使通过所述微透镜55a的端部的列E1的光束位置和通过所述微透镜55a的端部的列E2的光束位置，沿着Y方向向着远离中心位置C1的一侧移动4μm。
可以通过增减配置在凸透镜53H的透镜框H1和凹透镜53U的透镜框U1之间的所述垫片Q的厚度100μm的垫片数，实施沿着所述凸透镜53H的光轴Zc(Z方向)的移动，据此，可以以约0.2％的倍率调节精度，调整用第一成像光学系统51使所述2维图案成像时的成像倍率。
<失真的修正>
下面，说明兼任失真修正光学系统的倍率调节光学系统53对失真的修正。
通过使凸透镜53H沿着与第一成像光学系统51的光轴Zc正交的方向平行移动，实施倍率调节光学系统53对失真的修正。通过使凸透镜53H沿着Y方向，向端部的列E1一侧移动430μm，可以使通过位于所述微透镜55a的Y方向中心位置C1到端部E1之间区域的各微透镜55a的各光束的间隔减小0.02％，并且可以使通过位于所述微透镜55a的Y方向中心位置C1到端部E2之间区域的各微透镜55a的各光束的间隔扩大大约0.02％。
通过4个螺丝使收藏在透镜框U1中的透镜框H1移动，可以实施所述凸透镜53H的沿着与光轴Zc(Z方向)正交的移动。
另外，在所述实施例中，倍率调节光学系统由凹透镜和凸透镜的组合构成，凹透镜和凸透镜的焦距都为800mm或其以上，凸透镜的焦距对于凹透镜的焦距的比值为1，但是并不局限于此，即使凸透镜的焦距对于凹透镜的焦距的比值不是1时，或者凹透镜和凸透镜的焦距都不是800mm或其以上时，倍率调节光学系统不由凹透镜和凸透镜的组合构成时，通过成像光学系统和微透镜阵列之间，配置以成像光学系统使2维图案成像时调节成像倍率的倍率调节光学系统，也可以取得所述效果。
下面，详细说明搭载了使用具有所述像一侧远心的成像光学系统的光学系统50的曝光头166的投影曝光装置。
《投影曝光装置的全体结构的说明》图9是表示本发明的投影曝光装置的外观的立体图，图10是表示所述投影曝光装置的曝光的样子的立体图，图11(A)是表示形成在感光材料上的曝光完毕区域的平面图，图11(B)是表示基于各曝光头的曝光区的排列的图。
如图9所示，本发明的投影曝光装置由扫描仪162、支撑该扫描仪162的主体部构成。所述主体部具有在表面吸附感光材料150并保持的平板状的台架(stage)152，在设置台156上具有将该台架152支撑为可以在副扫描方向移动的沿着所述副扫描方向延伸的两条导轨158。抬架152由导轨158支撑为可以在副扫描方向往复移动，配置为该抬架152的纵向向着副扫描方向。另外，在该投影曝光装置中具有用于沿着导轨158驱动抬架152的未图示的驱动部。
在设置台156的中央部，设置有跨抬架152的移动路线支撑所述扫描仪162的门型的扫描仪支撑部160。在扫描仪支撑部160，在夹着扫描仪支撑部160的副扫描方向的一方一侧设置扫描仪162，在另一方一侧设置检测感光材料150的顶端和后端的两个检测传感器164。扫描仪162和检测传感器164分别安装在扫描仪支撑部160上，配置在抬架152的移动路线的上方。另外，扫描仪162和检测传感器164连接在控制它们的未图示的控制器上。
扫描仪162如图10和图11所示，具有排列为m行n列(例如3行5列)的近矩阵状的向感光材料150照射曝光用的光的多个(例如14个)曝光头166。
在本实施例中，根据与感光材料150的宽度的关系，在第一行和第二行配置5个曝光头166，在第三行配置4个曝光头166。另外，当表示配置在第m行的第n列的各曝光头时，表示为曝光头166mn。
由曝光头166曝光的与各曝光头166mn对应的曝光区168mn，如图11(B)所示，是以副扫描方向为短边的矩形，伴随着抬架152的移动，在感光材料150上形成与各曝光头166mn对应的图11(A)所示的带状的曝光完毕区域170mn。
所述曝光头分别错开所定间隔配置在与所述副扫描方向正交的主扫描方向上，配置在第一行中的曝光区16811和曝光区16812之间的无法曝光的部分，由配置在第二行中的曝光区16821和配置在第三行中的曝光区16831曝光，从而在所述主扫描方向上无间隙地形成带状的曝光完毕区域170。
所述曝光头166由所述光源部件60、DMD80、光学系统50、入射从光源部件60射出的曝光用的光，并且对DMD80照射的DMD照射光学系统70构成，将由DMD80进行空间光调制的光向感光材料150上引导，将感光材料150曝光。
《构成曝光头166的各要素的说明》下面，说明构成曝光头166的各要素。另外，关于已说明的光学系统50，在此省略说明。
<光源部件60>
光源部件60由多个(例如6个)激光合波光源40和激光射出部61构成，该激光射出部将连接以作为所述多个激光合波光源40的构成要素的多模光纤30上的多个光纤31结合。
图12是表示激光合波光源的结构的平面图，图13是表示激光合波光源的结构的侧视图，图14是表示激光合波光源的结构的主视图，图15是表示构成激光合波光源的光学要素的放大平面图。
激光合波光源40的结构激光合波光源40具有多个半导体激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7、一条光纤30、使从所述多个半导体激光器LD1～LD7射出的全体光束聚光并且入射到光纤30的芯部的光束聚光部件，即视准透镜11～17和一个聚光透镜20，在所述光纤30中将所述全体光束合波，合波的光束通过光纤30射出。
更具体而言，激光合波光源40，由排列固定在由铜等热传导率高的材料构成的加热块10上的一方向上的多个(例如7个)薄片状的横多模或单模的GaN类半导体激光器LD1、LD2、LD3、LD4、LD5、LD6、LD7；与GaN类半导体激光器LD1～LD7分别对应设置的视准透镜11、12、13、14、15、16、17、将从视准透镜11～17射出的各光束的全体聚光到1点上的一个聚光透镜20；将由聚光透镜20聚光的所述全体光束入射并合波的一条多模光纤30等而构成。
另外，半导体激光器的个数并不限定为7个。例如，对于包层直径＝60μm、芯直径＝50μm、NA＝0.2的多模光纤，可以入射从20个半导体激光器射出的各光束。
GaN类半导体激光器LD1～LD7的振荡波长是通用的(例如405nm)，最大输出也是通用(例如在多模激光器中，是100mW，在单多模激光器中，是30mW)。另外，作为GaN类半导体激光器LD1～LD7，在350nm～450nm的蓝色光的波长范围中，也可以使用具有所述405nm以外的振荡波长的激光器。
另外，如图12、图13和图14所示，该激光合波光源40在上方开口的箱状封装41内容纳所述光学要素。封装41具有将开口封闭而生成的封装盖49，在对箱状封装41进行脱气处理后，导入密封气体，通过用封装盖49关闭封装41的开口，将由封装41和封装盖49包围的封闭空间(密封空间)密封。
在封装41的底面上固定有基板42，在基板42的上表面安装有所述加热块10、保持聚光透镜20的聚光透镜支架45、保持多模光纤30的入射端部的光纤支架46。多模光纤30的射出端部从形成在封装41的壁面上的开口引出到封装外。
所述基板42通过将流体作为媒体的调温部件或珀耳帖元件等(省略图示)进行温度调节，在投影曝光装置的工作中，总保持一定的温度。
在加热块10的侧面安装有视准透镜支架44，保持着视准透镜11～17。此外，通过形成在封装41的壁面上的开口，将对GaN类半导体激光器LD1～LD7供给驱动电流的配线47引出到封装外。
另外，在图12和图13中，为了避免复杂化，在多个GaN类半导体激光器中只对GaN类半导体激光器LD1和LD7付与编号，在多个视准透镜中，只对视准透镜1和17付与编号。
图14是从正面观察所述视准透镜11～17的安装部分的图。视准透镜11～17分别是非球面透镜，形成用平行于光轴的平面细长切取包含所述非球面透镜的光轴的区域的形状。该细长形状的视准透镜，如可以由树脂成形或玻璃成形形成。视准透镜11～17紧贴配置在所述排列方向(图14的左右方向)，使纵向变为与GaN类半导体激光器LD1～LD7的发光点排列的方向(图14的左右方向)正交的方向。
作为GaN类半导体激光器LD1～LD7，使用具有发光宽度2μm的活性层，在平行于活性层的表面的方向的束散角为10°，垂直于活性层的表面的方向的束散角为30°的状态下，各自发出激光束B1～B7的激光器。
这些GaN类半导体激光器LD1～LD7配置为活性层的表面与所述发光点排列为1列的方向平行。即从各发光点发出的激光束B1～B7的束散角大的方向与所述细长形状的各视准透镜11～17的纵向一致，束散角小的方向与所述各视准透镜11～17的横向一致。
另外，各视准透镜11～17的纵向的宽度为4.6mm，横向的宽度为1.1mm，与它们对应入射的激光束B1～B7的椭圆状的光束直径的长直径为2.6mm，短直径为0.9mm。此外，视准透镜11～17分别为焦距f＝3mm，NA＝0.6，透镜配置间隔＝1.25mm。
聚光透镜20具有用平行于光轴的平面细长切取包含非球面透镜的光轴的区域的形状，配置为该聚光透镜20的纵向与视准透镜11～17排列的方向一致，聚光透镜20的横向与垂直于它的方向一致。
另外，该聚光透镜20的焦距f＝23mm，NA＝0.2。该聚光透镜20例如可以通过树脂成形或玻璃成形形成。
激光合波光源40的动作从构成所述激光合波光源40的GaN类半导体激光器LD1～LD7射出的激光束B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7分别通过对应的视准透镜11～17变为平行光。变为平行光的激光束B1～B7由聚光透镜20聚光，入射到多模光纤30的芯部30a。
由聚光透镜20按上述聚光的激光束B1～B7入射到该多模光纤30的芯部30a，合成为一条激光束B，在该多模光纤30内传播，从多模光纤30的射出端射出。从多模光纤30的射出端射出的所述合成的激光束B入射到连接在该多模光纤30上的后面描述的光纤31中。
例如，当激光束B1～B7对多模光纤30的结合效率为0.85，GaN类半导体激光器LD1～LD7的各输出为30mW时，可以取得输出180mW(＝30mW×0.85×7)的合波激光束B，该输出传播到光纤31中。因此，合并了分别连接在各多模光纤30上的6条光纤31的后面描述的激光射出部61的输出约为1W(＝180mW×6)。
参照图16和图17就激光射出部61加以说明。图16(A)是表示激光合波光源的多模光纤和激光射出部的光纤的连接状态的立体图，图16(B)是激光射出部的局部放大图，图16(C)和图16(D)是表示激光射出部的光纤的排列的主视图，图17是表示激光合波光源的多模光纤和激光射出部的光纤的连接状态细节的剖面图。
如图16(A)～(D)所示，所述激光射出部61由光纤31、支撑板65、保护板63构成，按如下构成。
如图16(A)所示，在所述激光合波光源40的各多模光纤30的射出端分别连接在芯直径与多模光纤30的芯直径相同，包层直径比多模光纤30的包层直径小的光纤31的入射端。此外，所述各光纤31的射出端如图16(C)所示，构成为排列成1列的射出端部68。另外，如图16(D)所示，射出端部68并不局限于排列为1列，也可以重叠两层，排列为叠层状。
光纤31的射出一侧的部分如图16(B)所示，由表面平坦的两块支撑板65夹入固定。此外，在光纤31的射出一侧的端面配置有用于保护该端面的由玻璃构成的透明的保护板63。保护板63密接光纤31的形态端面配置，或者可以配置为不密接。
所述光纤31和多模光纤30的连接如图17所示，在包层直径大的多模光纤30的端面中的小直径部分30c上，同轴结合包层直径小的光纤31的端面，该结合可以通过熔敷实施。
此外，也可以另外制作在长度短、包层直径大的光纤上使包层直径小的光纤熔敷的长方形光纤，将该长方形光纤通过金属包头或光连接器结合到多模光纤30射出端上。通过使用连接器可装卸地结合，当包层直径小的光纤破损时等，顶端部分的更换变得容易，可以降低曝光头的维护所需的成本。
作为多模光纤30和光纤31，可以是阶梯折射率型光纤、渐变折射率型光纤、复合型光纤的任意一种。例如，可以使用三菱电线工业株式会社制造的阶梯折射率型光纤。在本例子中，多模光纤30和光纤31是阶梯折射率型光纤。
另外，多模光纤30是包层直径＝125μm，芯直径＝50μm，NA＝0.2，入射端面涂层的透射率＝99.5％以上，光纤31是包层直径＝60μm，芯直径＝50μm，NA＝0.2。
<DMD80>
下面，说明DMD80。图18(A)和图18(B)是表示比较了不倾斜配置DMD时和倾斜配置DMD时对感光材料的曝光状态的不同的平面图。
曝光头16611～166mn分别如所述已说明完的图1、图2所示，作为按照所定的控制信号将入射的光束调制的空间光调制部件，具有数字微反射镜器件DMD80(参照图3)。该DMD80连接在具有数据处理部和反射镜驱动控制部的未图示的控制器上。在该控制器的数据处理部中，根据输入的图像数据，对各曝光头166生成控制配置在DMD80上的各微反射镜81的驱动的控制信号。此外，在反射镜驱动控制部中，根据由数据处理部生成的控制信号，对各曝光头166控制DMD80的各微反射镜81的反射面的角度。
所述DMD80在纵向排列多个微反射镜81(例如1024)，排列在行方向的微反射镜在横向配置多列(例如756列)。如图18所示，通过倾斜配置DMD80，可以将由各微反射镜81反射的个别光束的副扫描方向的扫描轨迹(副扫描线)的间隔设定为比不倾斜配置DMD80时的间隔P1(参照图18(A))小的间隔P2(参照图18(B))，通过该倾斜的设定，可以大幅度提高基于该曝光头166的曝光的分辨率。
此外，通过彼此不同的微反射镜81，感光材料150的所述副扫描线上的相同区域重叠曝光(多重曝光)，可以控制曝光位置的微小量，可以实现高精密的曝光。此外，可以使由主扫描方向上相邻排列的曝光头间的各光束曝光的二维图案的连接点不明显。
<DMD照射光学系统70>
所述DMD照射光学系统70如图2所示，由将从光源部件60的激光射出部61射出的多个光束全体变为平行光的视准透镜71、配置在通过该视准透镜71的光的光路上的微(fly eye)透镜72、配置为与该微蝇眼透镜72相面对的状态的其他微蝇眼透镜73、配置在该微蝇眼透镜73的射出一侧即后面描述的反射镜75一侧的物镜74、以及后面描述的棱镜76构成。
微蝇眼透镜72和73是纵横配置多个微小透镜单元而构成的，通过这些微小透镜单元的光通过反射镜75和棱镜76，以彼此重叠的状态入射到DMD80，所以照射DMD80的光的光量分布均匀化。另外，代替微蝇眼透镜72和73，也可以使用棒积分器。
另外，反射镜75使通过物镜74的光反射，棱镜76是TIR棱镜(全反射棱镜)，使由反射镜75反射的光向DMD80全反射。通过所述事实，DMD照射光学系统70对DMD80照射强度大致分布的光。
《投影曝光装置的动作的说明》下面，说明所述投影曝光装置的动作。
投影曝光装置工作，各部变为工作状态。在该状态下，对激光合波光源40进行温度调节，但是GaN类半导体激光器LD1～LD7不点亮。
与2维图案对应的图像数据输入到连接在DMD80上的未图示的控制器中，存储在控制器内的帧存储器中。该图像数据是表示构成图像的各像素的浓度的数据。该数据可以用2值(点的记录的有无)表示各像素的浓度。
将感光材料150吸附在表面上的抬架152，通过未图示的驱动部沿着导轨158，将扫描仪支撑部160从上游一侧向下游一侧以一定速度移动。当抬架152通过扫描仪支撑部160下时，如果通过安装在扫描仪支撑部160上的检测传感器164检测到感光材料150的顶端，则每次多行，依次读出存储在帧存储器中的图像数据，根据由数据处理部读出的图像数据，生成各曝光头166的控制信号。
然后，当对感光材料150的曝光准备就绪时，GaN类半导体激光器LD1～LD7点亮，根据所述生成的控制信号，通过反射镜驱动控制部控制各曝光头166的DMD80的微反射镜81，将感光材料150曝光。
如果由各激光合波光源40产生，并从激光射出部61射出的光束通过DMD照射光学系统70，照射到DMD80上，则DMD80的微反射镜81为工作状态时反射的光束通过光学系统50，成像在感光材料150的感光面151上。而DMD80的微反射镜81为非工作状态时，反射的光束不在感光面151上成像，所以感光材料150不曝光。
这样，从光源部件60射出的光束由各微反射镜81(各像素)开关，与各曝光头166对应的感光材料150上的各曝光区168曝光(参照图10和图11)。此外，感光材料150与抬架152一起在副扫描方向上移动，由各曝光头166形成在副扫描方向延伸的带状的曝光完毕区域170。
另外，在本实施例中，如图19(A)和(B)所示，在DMD80中，在曝光时的主扫描方向即行方向配置1024个(像素)的微反射镜在曝光时的副扫描方向即列方向配置756列(像素列)，但是在本例子中，通过控制器进行控制，只驱动一部分的微反射镜的行(例如1024×300行)。
例如，如图19(A)所示，可以只控制配置在DMD80的列方向的中央部的微反射镜的矩阵区域80C，如图19(B)所示，也可以只控制配置在DMD80的端部的微反射镜的矩阵区域80T。此外，当在一部分微反射镜中发生缺陷时，可以使用不发生缺陷的微反射镜的矩阵区域，即按照状况变更使用的微反射镜中的区域。
即在DMD80的数据处理速度上存在界限，与控制的微反射镜的数量(像素数)成比例决定一行的调制速度，所以通过只使用微反射镜中的一部分，可以提高一行的调制速度。
如果基于连接在DMD80上的控制器内的帧存储器中存储的图像数据的曝光结束，则GaN类半导体激光器LD1～LD7熄灭，停止来自激光合波光源的光束的射出。然后，基于扫描仪162的感光材料150的副扫描结束，如果由检测传感器164检测到感光材料150的后端，则抬架152通过未图示的驱动部，沿着导轨158使扫描仪支撑部160回到位于最上游一侧的原点，再度沿着导轨158从扫描仪支撑部160的上游一侧移动到下游一侧，进行接着的曝光。
另外，本发明的投影曝光装置并不局限于使用DMD作为空间光调制部件来代替该DMD，也可以使用MEMS(Micro Electro MechanicalSystems)类型的空间光调制元件(SLMSpacial Light Modulator)、通过电光效应调制透射光的光学元件(PLZT元件)、或使用液晶快门(FLC)等构成装置，也可以与所述实施例同样，提高对感光材料投影的2维图案的消光比，据此，可以提高曝光质量。
此外，本发明的投影曝光装置不限定曝光时的光的波长，所以对于基于任意波长的光的曝光，都可以对应，对空间光调制部件照射光的方式、光源等可以是任意的。
权利要求
1.一种投影曝光装置，包括空间光调制部件，其将按照所定的控制信号调制入射的光的多个像素部排列为二维形状，通过所述多个像素部对所述光进行空间光调制；像一侧远心的成像光学系统，其将用所述空间光调制部件进行空间光调制的光的2维图案成像；微透镜阵列，其配置在由该所述成像光学系统成像的所述2维图案的成像面附近，将通过所述成像光学系统的与所述各像素部对应的各光分别通过的个别的微透镜配置为2维形状；并将所述2维图案投影到所述感光材料上，在该感光材料上将所述2维图案曝光，其特征在于在所述成像光学系统和所述微透镜阵列之间具有调节以所述成像光学系统使所述2维图案成像时的成像倍率的倍率调节光学系统。
2.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于所述倍率调节光学系统由凹透镜和凸透镜的组合构成。
3.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于所述倍率调节光学系统由凹透镜和凸透镜的组合构成，所述凹透镜和凸透镜的焦距都为800mm或其以上。
4.根据权利要求2或3所述的投影曝光装置，其特征在于所述凸透镜的焦距对于所述凹透镜的焦距的比的值大致为1。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的投影曝光装置，其特征在于所述倍率调节光学系统为兼任失真修正光学系统，以使所述2维图案在所述成像光学系统成像时的失真进行修正。
全文摘要
通过倍率调节光学系统(53)调节通过像一侧远心的第一成像光学系统(51)使由DMD(80)进行空间光调制的2维图案成像时的成像倍率。然后用DMD(80)将从光源部件(60)发出，并通过DMD照射光学系统(70)入射的光进行空间光调制，由DMD(80)进行过空间光调制的2维图案通过第一成像光学系统(51)、倍率调节光学系统(53)、微透镜阵列(55)、孔径阵列(59)、以及第二成像光学系统(52)，投影到感光材料(150)上，对该感光材料(150)曝光。在投影曝光装置中，提高对感光材料投影的2维图案的消光比。
文档编号H01L21/027GK1550874SQ20041004226
公开日2004年12月1日 申请日期2004年5月8日 优先权日2003年5月6日
发明者石川弘美 申请人:富士胶片株式会社