[发明专利]图像曝光设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像曝光方法。尤其，本发明涉及一种使得已经被空间光调制元件调制的光通过聚焦光学系统以将由光表示的图像聚焦到感光材料上，由此曝光感光材料的图像曝光设备。

背景技术

存在公知的图像曝光设备，所述图像曝光设备使得已经被空间光调制元件调制的光通过聚焦光学系统，以将由光表示的图像聚焦到感光材料上，由此曝光感光材料。该类型的图像曝光设备主要包括：空间光调制元件，由用于根据控制信号独立地调制照射到其上的光的多个像素部构成；光源，用于将光照射到空间光调制元件上；以及聚焦光学系统，用于将由被空间光调制元件调制的光表示的图像聚焦到感光材料上。注意到日本待审查专利公开No.2004-001244以及A.Ishikawa，“Shortening Developmentand Adaptation to Mass Production by Maskless Exposure”，ElectronicsMounting Technology，Vol.18，No.6，pp.74-79，Gicho Publishing&Advertising Co.，Ltd.，2002公开了具有上述基本构造的图像曝光设备的示例。

在该类型的图像曝光设备中，液晶显示元件(LCD)、数字微反射镜器件(DMD)等非常适合作为空间光调制元件使用。注意到DMD是由两维地设置在例如硅衬底的半导体衬底上的、根据控制信号改变微反射镜的反射表面的角度的大量微反射镜构成的反射镜器件。在DMD中，微反射镜用作空间光调制元件的反射式像素部。

在前述图像曝光设备中，经常需要对投影到感光材料上的图像进行放大。在这些情况下，放大聚焦光学系统被用作聚焦光学系统。如果简单地使已经被空间光调制元件调制的光进入放大聚焦光学系统，则空间光调制元件的每个像素部的会聚(condensing)会被放大。这使得被投影的图像的像素尺寸变得更大，而图像分辨率降低。

因此，考虑一种构造，其中：第一聚焦光学系统被设置在已经被空间光调制元件调制的光的光路中；微透镜阵列，其中对应于空间光调制元件的每个像素部的微透镜被设置成阵列，所述微透镜阵列设置在聚焦光学系统的聚焦表面上；以及第二聚焦光学系统，用于将由空间光调制元件调制的光代表的图像聚焦到感光材料或屏幕上，所述第二聚焦光学系统被设置在已经通过微透镜阵列的光的光路中。通过采用所述构造，第一和第二光学系统能够放大图像的投影。在该构造中，被投影到感光材料或屏幕上的图像的尺寸被放大。同时，从空间光调制元件的每个像素部传播的光由微透镜阵列的每个微透镜会聚。因此，在被投影的图像内的像素尺寸(光斑尺寸)被保持得小，由此保持图像的锐度(sharpness)。

注意到日本待审查专利公开No.2001-305663公开了结合微透镜阵列，将DMD用作空间光调制元件的图像曝光设备的示例。

日本待审查专利公开No.2004-122470公开了同一类型的图像曝光设备，包括：微透镜阵列；以及具有与微透镜阵列中的每个微透镜相对应的孔(开口)的孔阵列(开孔板)，所述孔阵列设置在微透镜阵列的后面。通过采用该构造，仅仅已经通过所对应的微透镜的光通过孔。在该构造中，开孔板的每个孔都防止来自与所述孔对应的微透镜相邻的微透镜的光进入其中。因此，可以抑制杂散光(stray light)进入相邻的像素。另外，即使DMD的像素(微反射镜)被关闭使得光不照射曝光表面，也存在少量的光进入曝光表面的情况。然而，通过采用该构造，当DMD像素处于关闭状态时进入曝光表面光量可以被减少。

然而，在例如上述图像曝光设备中，在经过空间光调制元件的像素部调制之后被微透镜阵列的微透镜会聚的光束之间产生像散差(astigmaticdifference)，使得光束在横截面上成为椭圆形。因此，小的像素尺寸不能被保持在被投影的图像上，且被投影的图像的锐度被恶化。所述像散差主要由空间光调制元件的像素部的表面上的畸变造成。在DMD被用作空间光调制元件的情况下，畸变的主要原因是DMD的像素部的反射表面的畸变。

尤其在存在各向异性的畸变(anisotropic distortion)的情况下，其中所述像素部的反射表面相对光轴的非轴对称，光学系统生成像散像差(astigmatic aberration)。在该情况下，由微透镜经由像素部的反射表面会聚的光束依赖于垂直于其光轴的平面内的方向，而具有不同的束腰位置(beam waist positions)(光轴方向上的位置，在该位置上光束直径最小)。