JP2005062847A - 露光ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 空間光変調素子により表示される光学的なパターン情報を広い露光面積にわたって高分解能及び高解像度で露光する。
【解決手段】 露光ヘッドでは、第１マイクロレンズアレイ２０６に、ＤＭＤ５０における複数のマイクロミラー６２に対応するように複数のマイクロレンズ２０８が配列されると共に、マイクロレンズ２０８のアパーチャアレイ２１０が、複数の第１のマイクロ収束素子にそれぞれ対応するように配列された複数のアパーチャ２１２によりフラウンホーファー回折像の主要部分のみを透過させ、さらに第２マイクロレンズアレイ２１４のマイクロレンズ２１６がアパーチャ２１２を透過したフラウンホーファー回折像の主要部分を露光面５６上に結像する。これにより、クロストーク光や散乱光を効果的に減少させつつ、アパーチャアレイ２１０を通して露光面５６上に投影されるビームスポットのビーム径を所要のサイズに調整できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、画像データに応じて空間光変調素子により変調された光ビームの束により感光材料等における露光面を露光するための露光ヘッドに関する。

従来、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）等の空間光変調素子を利用して、画像データに応じて変調された光ビームで画像露光を行うための露光ヘッドが種々提案されている。

上記ＤＭＤでは、制御信号に応じて反射面の角度が変化する多数のマイクロミラーが、シリコン等の半導体基板上に２次元的に配列されたミラーデバイスが用いられる。このＤＭＤを用いた露光ヘッドは、例えば、レーザビームを出射する光源、光源から出射されたレーザビームをコリメートするコリメートレンズ系、レーザビームを変調するＤＭＤ、このＤＭＤで反射されたレーザビームを露光面上に結像する結像光学系等を備えている。この露光ヘッドでは、画像データ等に応じて生成した制御信号によって、ＤＭＤの各マイクロミラーをそれぞれ制御装置でオン／オフ制御してレーザビームを露光状態又は非露光状態に変調（偏向）し、露光状態に変調されたレーザビーム（これらの集合を、以下「ビーム束」という。）により露光面を露光している。ここで、結像光学系は、通常、拡大光学系として構成されており、マイクロミラーが２次元的に配列されたＤＭＤの有効領域の面積に対して露光面上での露光面積を拡大している。しかし、結像光学系によりＤＭＤの有効領域の面積に対して露光面に対する露光エリアの面積を拡大すると、その拡大率に応じて露光面におけるビームスポットの面積（スポット径）も拡大するため、露光面におけるＭＴＦ（Modulation Transfer Function）特性が露光面積の拡大率に応じて低下する。

そこで、上記のような問題を解決可能な露光ヘッドとしては、例えば、特許文献１及び特許文献２に示されているような構成を有するものがある。

特許文献１には、開口数は小さいがイメージ領域（image field）が大きい二重テレセントリック（double‐telecentric）の投影光学系と、各々が大きい開口数と小さい領域（field）を有するマイクロレンズのアレイと、マイクロレンズ開口のアレイ（microlens aperture array）を組み合わせた光学システムが示されており、この光学システムを備えた光走査装置（microlens scanner）では、マイクロレンズアレイにより形成された露光スポットにより露光面（printing surface）上を走査露光する。しかしながら、このような光学システムでは、マイクロレンズ開口上の照明の均一性と、隣接する開口への光漏洩（クロストーク）の抑制との間にトレードオフが必要となり、露光面において均一な露光スポットを得ることと光利用効率の両立が難しいという問題がある。

また、例えば、特許文献２のＦｉｇ．１５には、画素パネル（pixel panel）に表示されるパターン情報をウェファ（wafer）等の材料（subject）の上に結像させるため、レンズ群（group of lenses）と、マイクロレンズアレイ等のポイントアレイ（point array）と、格子（grating）と、付加的なレンズ群を用いる構成が示されている。ここで、格子は、画素パネルを照明する光の散乱成分や画素パネルからの回折、散乱等によるクロストーク光やノイズ光を遮蔽効果によって減少させるためのものである。

しかし、前記格子は、マイクロレンズアレイによる収束光ビーム（focused light beam）が収束するより前の位置、いわゆるフレネル回折（Fresnel diffraction）の領域に配置されると、クロストーク光や散乱光を減少させる効果が十分ではない。また格子が収束光ビームの収束位置、いわゆるフラウンホーファー回折（Fraunhofer diffraction）の位置に配置されると、ワーキングディスタンス（working distance）が確保できないためにビーム収束位置に材料を直接置くことができず、付加的なレンズ群（結像レンズ系）を介して材料上に結像させることが必要になる。この結像レンズ系は、特に高解像度の結像を行う場合には多数枚の要素レンズが必要になって、コストが高くなると共に、大きな空間を要するという欠点がある。
米国特許公報６，１３３，９８６（Ｆｉｇ．１４） 米国特許公報６，４７３，２３７ Ｂ２（Ｆｉｇ．１５）

本発明の目的は、上記事実を考慮し、空間光変調素子により表示される光学的なパターン情報を広い露光面積にわたって高分解能及び高解像度に露光することを可能にする露光ヘッドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る露光ヘッドは、露光面に対して走査方向に沿って相対移動しつつ、該露光面を前記走査方向と交差する行方向に沿って配列された光ビームの束により露光面を２次元的に露光するための露光ヘッドであって、制御信号に応じて光変調状態がそれぞれ変化する複数の画素部が一次元的又は２次元的に配列され、光源部から入射した光ビームを前記複数の画素部により複数本の画素ビームに分割すると共に、複数本の画素ビームをそれぞれ露光状態及び非露光状態の何れかに選択的に変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子における複数の画素部に対応するように複数の第１のマイクロ収束素子が配列された第１のマイクロ収束素子アレイと、前記露光状態に変調された画素ビームのフラウンホーファー回折像が前記第１のマイクロ収束素子により形成される該第１のマイクロ収束素子の後側焦点面付近に配置されると共に、前記複数の第１のマイクロ収束素子にそれぞれ対応するように複数のアパーチャが配列され、該アパーチャにより前記フラウンホーファー回折像の主要部分のみを透過させるアパーチャアレイと、前記複数のアパーチャに対応するように複数の第２のマイクロ収束素子が配列され、前記複数のアパーチャをそれぞれ透過した画素ビームの実像を前記複数の第２のマイクロ収束素子により前記露光面上に形成する第２のマイクロ収束素子アレイと、を有することを特徴とする。

上記本発明に係る露光ヘッドでは、第１のマイクロ収束素子アレイに、空間光変調素子における複数の画素部に対応するように複数の第１のマイクロ収束素子が配列されると共に、第１のマイクロ収束素子の後側焦点面付近に配置されたアパーチャアレイが、複数の第１のマイクロ収束素子にそれぞれ対応するように配列された複数のアパーチャが複数の第１のマイクロレンズアレイによって形成されるフラウンホーファー回折像の主要部分のみを透過させることにより、空間光変調素子の各画素部により露光状態に変調された画素ビームのビーム径を縮小できるので、第２のマイクロレンズアレイを通して露光面上に投影されるビームスポットのビーム径を所要のサイズに調整できる。

また本発明に係る露光ヘッドでは、第２のマイクロ収束素子アレイが、複数のアパーチャをそれぞれ透過した画素ビームの実像を複数の第２のマイクロ収束素子により露光面上に形成することにより、第１のマイクロ収束素子アレイの第１のマイクロ収束素子及びアパーチャアレイのアパーチャを透過することによってビーム径が縮小された画素ビームを、第２のマイクロ収束素子の焦点距離と結像倍率とによって決まる位置にビームスポットとして結像できるので、アパーチャの作用によりクロストーク光や散乱光を効果的に減少させつつ、所要のワーキングディスタンスを確保して露光面を画素ビームの収束位置に直接設定することができるようになる。

また本発明に係る露光ヘッドでは、第２のマイクロ収束素子アレイが、複数のアパーチャをそれぞれ透過した画素ビームの実像を複数の第２のマイクロ収束素子により露光面上に形成することにより、第１のマイクロ収束素子アレイの第１のマイクロ収束素子によってビーム径が縮小され、アパーチャアレイのアパーチャを透過した画素ビームを第２のマイクロ収束素子の焦点距離と結像倍率とによって決まる位置にビームスポットとして結像できるので、アパーチャの作用によりクロストーク光や散乱光を効果的に減少させつつ、所要のワーキングディスタンスを確保して露光面を画素ビームの収束位置に直接置くことができるようになる。

ここで、ワーキングディスタンスを確保するために、マイクロレンズアレイ等のマイクロ収束素子アレイを用いているので、複数枚の要素レンズからなる結像レンズ系を用いた場合と比較し、装置の部品点数を大幅に減少できると共に、設置スペースを大幅に減少できるので、装置コストの低減及び装置の小型化が可能になる。

また以上説明した本発明に係る露光ヘッドでは、第１のマイクロ収束素子及び第２のマイクロ収束素子の少なくとも一方としてトーリックレンズ等の非球面レンズを用いることができる。

以上説明したように、本発明の露光ヘッドによれば、空間光変調素子により表示される光学的なパターン情報を広い露光面積にわたって高分解能及び高解像度に露光できる。

具体的には、本発明の露光ヘッドによれば、空間光変調素子の画素サイズを、マイクロレンズアレイ等を用いて画素ごとに縮小して露光面において高分解能化（high resolving power）するとともに、空間光変調素子の１つの画素列に対して一定の角度θ（０°＜θ＜９０°）をなす直線に沿って露光面を走査して露光密度を高くして高解像度化（high resolution）を図る露光ヘッドにおいて、
（Ａ）空間光変調素子を照明する光に含まれる散乱成分や空間光変調素子からの回折、散乱等によって生ずるクロストーク成分等のノイズ成分をほぼ完全に遮断して高解像度の露光ビームを得ることができる。

（Ｂ）この露光ビームを空間的に別の面に伝達することによってワーキングディスタンス（working distance）を確保し、伝達された面に実際の露光体を配置できる。

（Ｃ）上記（Ｂ）を低コストかつ小空間にて実現できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
［露光装置の構成］
本発明の実施形態に係る露光ヘッドが適用された露光装置１４２は、図１に示されるように、シート状の感光材料１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備えている。脚部１５４に支持された肉厚板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置され、このステージ１５２はガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、この露光装置１４２には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。

設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。ゲート１６０の端部の各々は、設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはレーザスキャナ１６２が設けられ、他方の側には感光材料１５０の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。レーザスキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、レーザスキャナ１６２及び検知センサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。

レーザスキャナ１６２は、図２及び図３（Ｂ）に示されるように、ｍ行ｎ列（例えば、３行５列）の略マトリックス状に配列された複数（例えば、１４個）の露光ヘッド１６６を備えている。この例では、感光材料１５０の幅との関係で、３行目には４個の露光ヘッド１６６を配置した。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドを示す場合は、露光ヘッド１６６mnと表記する。

露光ヘッド１６６による露光エリア１６８は、走査方向を短辺とする矩形状である。従って、ステージ１５２の移動に伴い、感光材料１５０には露光ヘッド１６６毎に帯状の露光済み領域１７０が形成される。なお、ｍ行目のｎ列目に配列された個々の露光ヘッドによる露光エリアを示す場合は、露光エリア１６８mnと表記する。

また、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、帯状の露光済み領域１７０が走査方向と直交する方向に隙間無く並ぶように、ライン状に配列された各行の露光ヘッドの各々は、配列方向に所定間隔（露光エリアの長辺の自然数倍、本実施形態では２倍）ずらして配置されている。このため、１行目の露光エリア１６８₁₁と露光エリア１６８₁₂との間の露光できない部分は、２行目の露光エリア１６８₂₁と３行目の露光エリア１６８₃₁とにより露光することができる。

露光ヘッド１６６₁₁〜１６６mn各々は、図４に示されるように、入射した光ビームを画像データに応じて各画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）５０を備えている。このＤＭＤ５０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されている。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０の制御すべき領域（有効領域）内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。なお、ＤＭＤ５０の有効領域については後述する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、各露光ヘッド１６６毎にＤＭＤ５０における各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、この反射面の角度の制御についても後述する。

露光ヘッド１６６には、図４に示されるように、光ファイバの出射端部（発光点）が露光エリア１６８の長辺方向と対応する方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源６６、ファイバアレイ光源６６から出射したレーザビームをＤＭＤ５０上に均一の照明光として照射する照明光学系６７、照明光学系６７を透過したレーザビームをＤＭＤ５０に向けて反射する折返しミラー７４、折返しミラー７４により反射されＤＭＤ５０に入射するレーザビームとＤＭＤ５０により反射されたレーザビームとを高効率で分離するＴＩＲ（全反射）プリズム７６がこの順に配置されている。ここで、照明光学系６７には、光軸方向に沿った中間部に要素レンズとして微小ロッドレンズ７１が配置されており、この微小ロッドレンズ７１をファイバアレイ光源６６からのレーザビームが透過することにより照明光が均一化される。

ＤＭＤ５０は、図６に示されるように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。このマイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。

ＤＭＤ５０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ５０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ５０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図６に示されるように制御することによって、ＤＭＤ５０に入射した光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾きに対応する方向へ反射される。

なお、図６には、ＤＭＤ５０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ５０に接続された図示しないコントローラによって行われる。ここで、オン状態のマイクロミラー６２により反射された光は露光状態に変調され、ＤＭＤ５０の光出射側に設けられた照明光学系６７（図４参照）へ入射する。またオフ状態のマイクロミラー６２により反射された光は非露光状態に変調され、光吸収体（図示省略）に入射する。

また、ＤＭＤ５０は、その短辺方向（行方向）が走査方向と所定角度θ（例えば、０．１°〜０．５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）はＤＭＤ５０を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる露光面上におけるビームスポット（レーザビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）はＤＭＤ５０を傾斜させた場合の露光面上におけるビームスポット５３の走査軌跡を示している。

ＤＭＤ５０には、長手方向（行方向）に沿ってマイクロミラーが多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短手方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図８（Ｂ）に示されるように、ＤＭＤ５０を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる露光ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ´が、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査線のピッチＰより狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、ＤＭＤ５０の傾斜角は微小であるので、ＤＭＤ５０を傾斜させた場合の走査幅Ｗ´と、ＤＭＤ５０を傾斜させない場合の走査幅Ｗとは略同一と見なせる。なお、ＤＭＤ５０を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。

ファイバアレイ光源６６は、例えば、図９（Ａ）に示されるように、複数（例えば、６個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合され、図９（Ｃ）に示されるように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が走査方向と直交する方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、図９（Ｄ）に示されるように、発光点を走査方向に直交する方向に沿って２列に配列することもできる。

光ファイバ３１の出射端部（図９参照）は、表面が平坦な２枚の支持板（図示省略）に挟み込まれて固定されている。また、図９（Ｂ）に示されるように、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易いため劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。

マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。

レーザモジュール６４は、図１０に示す合波レーザビーム源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザビーム源は、ヒートブロック１０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又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。

次に、露光ヘッド１６６におけるＤＭＤ５０の光反射側における光学系の構成について説明する。

図５に示されるように、露光ヘッド１６６には、ＤＭＤ５０の光反射側に画素ビームの進行方向に沿って結像レンズ系２００、第１マイクロレンズアレイ２０６、アパーチャアレイ２１０及び第２マイクロレンズアレイ２１４が順に設けられている。ここで、ＤＭＤ５０は面（Ｘ１，Ｙ１）に配置されており、ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２は面（Ｘ１，Ｙ１）に沿って配置されている。また結像レンズ系２００は、画素ビームの入射側（物体側）及び射出側（像側）ともにテレセントリック光学系とすることが好ましく、要素レンズ２０２，２０４の焦点距離はそれぞれｆ１，ｆ２となっている。

図５において、２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃは、それぞれマイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃにより露光状態に変調された画素ビーム、２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃは、それぞれ結像レンズ系２００を通過した画素ビーム、２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃは、結像レンズ系２００によりそれぞれ形成されたマイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの実像である。

なお、図５では、結像レンズ系２００における光軸方向両端に配置された２枚の要素レンズ２０２，２０４のみが示されているが、実際には、このような結像レンズ系２００は、十分に高い解像度の結像を行うために、５〜１５枚といった多数枚の要素レンズで構成されたり、あるいは製造の難しい非球面レンズを含む複数枚の要素レンズで構成されることが一般的である。

結像レンズ系２００は、ＤＭＤ５０を構成する各マイクロミラー６２（図５では、３個のマイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃのみが示されている。）を第１マイクロレンズアレイ２０６の入射面上に結像する。すなわち、マイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの反射面と、これらの実像２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃが形成される第１マイクロレンズアレイ２０６の入射面とは、結像レンズ系２００に関して互いに共役の関係になっている。

図５では、ＤＭＤ５０におけるマイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃにより露光状態に変調された画素ビーム２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃを実線で示し、また結像レンズ系２００に関する共役関係を破線で示している。また説明の簡略化のために、図５では、３個のマイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃのみを示しているが、露光ヘッド１６６では、ＤＭＤ５０における全て（例えば、８００×６００個、１０２４×２５６個）のマイクロミラー６２により構成される光反射面から所要の有効領域を選択し、この有効領域に含まれる多数個（例えば、２００×６００個）のマイクロミラー６２によりそれぞれレーザビームを変調する。

第１マイクロレンズアレイ２０６には、複数個のマイクロレンズ２０８が設けられており、これらのマイクロレンズ２０８は、その光入射面がマイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃの実像２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃが形成される面（Ｘ２，Ｙ２）と一致するように配置されている。また第１マイクロレンズアレイ２０６の各マイクロレンズ２０８は、ＤＭＤ５０における有効領域に配列された複数個のマイクロミラー６２にそれぞれ１対１で対応している。すなわち、例えば、ＤＭＤ５０における８００×６００のマイクロミラー６２を用いてレーザビームを変調する場合は、第１マイクロレンズアレイ２０６には、８００×６００個のマイクロレンズ２０８が各マイクロミラー６２にそれぞれ対応するように二次元的に配列される。

ここで、第１マイクロレンズアレイ２０６のマイクロレンズ２０８の焦点距離は、ｆ３とされており、また２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃは、第１マイクロレンズアレイ２０６のマイクロレンズ２０８により収束した画素ビーム（フラウンホーファー回折像）をそれぞれ示している。

すなわち、ＤＭＤ５０により変調されたレーザビームは、通常、略コリメートされた画素ビーム２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃとして出射され、結像レンズ系２００を経て略コリメートされた画素ビーム２２２Ａ，２２２Ｂ,２２２Ｃとして第１マイクロレンズアレイ２０６の各マイクロレンズ２０８に入射する。これらの画素ビーム２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃは、それぞれ第１マイクロレンズアレイ２０６のマイクロレンズ２０８よって収束され、第１マイクロレンズアレイ２０６の焦点面（Ｘ３，Ｙ３）にフラウンホーファー回折像を形成する。

図５に示されるように、アパーチャアレイ２１０は、第１マイクロレンズアレイ２０６の焦点面（Ｘ３，Ｙ３）に配置されている。アパーチャアレイ２１０には、第１マイクロレンズアレイ２０６の各マイクロレンズ２０８にそれぞれ１対１で対応するようにアパーチャ２１２が二次元的に配列されている。これらのアパーチャ２１２は、第１マイクロレンズアレイ２０６の各マイクロレンズ２０８により形成されたフラウンホーファー回折像の０次回折像のみを実質的に透過させるサイズ及び形状を有している。これにより、第１マイクロレンズアレイ２０６により形成された回折像に含まれるノイズ成分、例えば、ＤＭＤ５０を照明するレーザビームに含まれる散乱成分やＤＭＤ５０から発生する散乱成分、またはＤＭＤ５０からの回折によって生ずるクロストーク成分等が遮断される。

アパーチャアレイ２１０を通過してノイズ成分を除去された画素ビームは、第２マイクロレンズアレイ２１４の各マイクロレンズ２１６によって結像され、露光面５６上に露光スポット２２８Ａ，２２８Ｂ，２２８Ｃを形成する。このとき、第２マイクロレンズアレイ２１４と露光面５６との間には一定の空間（ワーキングディスタンス）が確保されることから、露光面５６上に配された感光材料を高分解能の露光スポット２２８Ａ，２２８Ｂ，２２８Ｃによって露光することができる。また、第１及び第２のマイクロレンズアレイ２０６，２１４の各マイクロレンズ２０８，２１６の焦点距離は、通常０．１〜１mm程度にすることができるので、ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２の実像２２４Ａ，２２４Ｂ，２２４Ｃが形成される面から露光面５６までの距離Ｌを１０mm以下にすることができる。

次に、上記のように構成されたＤＭＤ５０、第１マイクロレンズアレイ２０６、アパーチャアレイ２１０及び第２マイクロレンズアレイ２１４からなる光学系により得られる分解能について理論的な説明を行う。

図１１（Ａ）には、図５に示される共役面（Ｘ１，Ｙ１）に配置されたＤＭＤ５０が示されている。但し、ここでは、ＤＭＤ５０における一部（５行×５列）のマイクロミラー６２のみを図示している。典型的には、ＤＭＤ５０には６００行×８００列などにマイクロミラー６２が配列される。ここで、Ｐ１は画素周期、Ｗ１は画素サイズであり、画素サイズＷ１は行方向（Ｘ１方向）、列方向（Ｙ１方向）ともに同一サイズであるとする。

図１１（Ｂ）には、共役面（Ｘ２，Ｙ２）に形成される各マイクロミラー６２の実像２２４が示されている。ここで、結像レンズ系２００の結像倍率ａはｆ２／ｆ１により算出され、実像２２４の画素周期Ｐ２はａ・Ｐ１、画素サイズＷ２はａ・Ｗ１によりそれぞれ算出される。

図１１（Ｃ）には、焦点面（Ｘ３，Ｙ３）に配置されたアパーチャアレイ２１０が示されている。焦点面（Ｘ３，Ｙ３）には、前述したように、第１マイクロレンズアレイ２０６における各マイクロレンズ２０８に入射した画素ビーム２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃのフラウンホーファー回折像が形成される。ここで、第１マイクロレンズアレイ２０６における各マイクロレンズ２０８の有効開口が入射する画素ビーム２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃをカバーしていると仮定した場合、焦点面（Ｘ３，Ｙ３）に形成される回折像は、画素ビーム２２２Ａ，２２２Ｂ，２２２Ｃのサイズと同じ矩形開口が一様照明された場合の回折像と考えることができる。この際、座標の原点を各画素の中心にとったときの強度分布Ｉ（Ｘ３，Ｙ３）は、光の波長をλ、第１マイクロレンズアレイ２０６の個々のマイクロレンズ２０８の焦点距離をｆ３とした場合に、下記（７）式により表される。

Ｉ(Ｘ₃，Ｙ₃)＝Ｃ・sinc²(Ｗ２・Ｘ３／λ・ｆ３)・sinc²(Ｗ２・Ｙ３／λ・ｆ３) ・・・ （７）
ただし、Ｃは定数、sinc(ω)＝sin(πω)／(πω)である。

上記の強度分布Ｉ（Ｘ３，Ｙ３）は、中心（ω＝０）に主極大があり（０次回折像）、ω＝１，２，３，・・・で０になる。ω＝１，２，３，・・・の間には副極大が現れるが、主極大に比べるとずっと強度が低く、全エネルギーの多くの部分は０次回折像に含まれる。

また、０次回折像の周縁を与えるω＝１となる座標（Ｘ３₁、Ｙ３₁）は、｜Ｘ３₁｜＝｜Ｙ３₁｜＝λ・ｆ３／Ｗ２である。ここで、各画素の位置にＸ方向、Ｙ方向にｓ＝２・｜Ｘ３₁｜＝２・｜Ｙ３₁｜＝２λ・ｆ３／Ｗ２の正方形のアパーチャ２１２を有するアパーチャアレイ２１０を配置して０次回折像のみを透過させるようにすると、アパーチャアレイ２１０を透過した直後において、画素周期はＰ３＝Ｐ２＝ａ・Ｐ１、画素サイズはＷ３＝ｓとなる。

図１１（Ｄ）には、第２マイクロレンズアレイ２１４により露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上に形成される各マイクロミラー６２の実像（画素ビーム）２２８が示されている。第２マイクロレンズアレイ２１４の各マイクロレンズ２１６は、アパーチャアレイ２１０の各アパーチャ２１２を透過した直後の個々の画素ビームを露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上に結像し、実像を形成する。このとき、結像倍率をｂとすると、画素周期はＰ４＝Ｐ３＝Ｐ２＝ａ・Ｐ１、画素サイズはＷ４＝ｂ・ｓとなる。

（具体的な数値例に基づく計算結果）
次に、以上説明した理論的な演算式に、具体的な数値を代入して求めた分解能の演算結果の一例について説明する。

露光ヘッド１６６における、ＤＭＤ５０における画素周期Ｐ１を１３．７μｍ、画素サイズＷ１を１３．０μｍ、
結像レンズ系２００の要素レンズ２０２，２０４の焦点距離ｆ１及びｆ２をそれぞれ２０ｍｍ及び４０ｍｍ、
ファイバアレイ光源６６から出射されるレーザビームの波長λを０．４μｍ、
第１マイクロレンズアレイ２０６の各マイクロレンズ２０８の焦点距離ｆ３を０．２ｍｍ、
アパーチャアレイ２１０の各アパーチャ２１２一辺の寸法をｓ（ここで、ｓはアパーチャ２１２の形状を正方形とし、０次回折像のみ通過させるための理論的な寸法）、
第２マイクロレンズアレイ２１４の各マイクロレンズ２１６による実像形成の結像倍率ｂを１とした場合、露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上における画素サイズＷ４及び画素周期Ｐ４は、以下のように求められる。

ａ＝ｆ２／ｆ１＝４０／２０＝２
Ｗ１＝１３．０μｍ、Ｐ１＝１３．７μｍ、Ｗ２＝２６．０μｍ、Ｐ２＝２７．４μｍ
｜Ｘ３1｜＝｜Ｙ３1｜＝λ・ｆ３／Ｗ２＝０．４×０．２／２６．０＝３．１μｍ
ｓ＝２・｜Ｘ３1｜＝２・｜Ｙ３1｜＝６．２μｍ
Ｗ３＝ｓ＝６．２μm、Ｐ３＝Ｐ２＝２７．４μｍ
Ｗ４＝ｂ・ｓ＝１×６．２＝６．２μｍ、Ｐ４＝Ｐ３＝２７．４μｍとなる。

すなわち、露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上の画素ビームサイズＷ４は６．２μｍとなり、ＤＭＤ５０の画素サイズＷ１（＝１３．０μｍ）よりも十分に小さくなり、高分解能化される。

（傾斜走査による解像度の向上効果）
次に、ＤＭＤ５０の行方向を走査方向に対して所定の角度θだけ傾斜させた場合の解像度の向上効果について理論的な説明を行う。

図１２に示されるように、ＤＭＤ５０の行方向を走査方向に対してtanθ＝１／ｎ（ｎは列の数）となる角度θ傾斜させて走査する場合につき、露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上における画素ビームの走査態様を考える。

ここで、角度θは、ＤＭＤ５０の行方向（矢印Ｘ方向）と、露光面５６に対する走査方向（図１２に示される矢印ｔ方向）とのなす角度（０°＜θ＜９０°）、
Ｐ４は露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上における画素周期、
Ｗ４は露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上における画素サイズ
但し、ここで言う画素は、露光スポット２２８（図１１（Ｄ）参照）の露光により露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上に形成される画像の単位要素を意味しているが、この画素の画素周期及び画素サイズは、露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上に結像された露光スポット２２８（図１１（Ｄ）参照）の周期及びサイズと等しいものになる、として以下の説明を行う。

図１２に示されるように、本実施形態の露光ヘッド１６６では、ＤＭＤ５０における任意の一つの行に含まれるｎ個の画素によるｎ本の走査線群が、相互にＰ４・sinθの間隔で並び、また隣接する次の行に含まれるｎ個の画素によるｎ本の走査線群との隣接間隔もＰ４・sinθとなり、全体として間隔Ｐ４・sinθの走査線が形成される。

このとき、走査線間隔と同じ間隔で露光画素を配列するように変調制御すると露光画素周期はＰ４・sinθとなる。これに前述した数値例をあてはめると、
θ＝tan-1（１／ｎ）＝tan-1（０．２）＝１１．３°
露光画素周期＝Ｐ４・sinθ＝２７．４×sin１１．３°＝５．４μm
また、露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上での露光画素ビームサイズは、Ｗ４＝ｂ・ｓ＝１×６．２μｍ＝６．２μｍである。従って、６．２μｍという十分に小さい露光ビームにより、多少の重ね露光をしつつ、５．４μｍという画素周期で適切な露光を行うことができる。すなわち、露光面５６の露光画素周期Ｐ４・sinθ＝５．４μmは、ＤＭＤ５０の画素周期Ｐ１＝１３．７μｍよりも小さくなり、高解像度化される。
［マイクロレンズアレイの変形例］
以上説明した本実施形態に係る露光ヘッド１６６では、マイクロレンズアレイ２０６のマイクロレンズ２０８及びマイクロレンズアレイ２１４のマイクロレンズ２１６としてそれぞれ球面レンズを用いていたが、このようなマイクロレンズアレイ２０６，２１４のマイクロレンズとして、非球面レンズ、具体的には、例えばトーリックレンズを用いることができる。マイクロレンズアレイ２０６，２１６の少なくとも一方が、そのマイクロレンズとしてトーリックレンズを用いることにより、ＤＭＤ５０の歪みによる影響を解消することが可能になる。

すなわち、ＤＭＤ５０のマイクロミラー５２には歪がある場合があり、その歪の影響により、オン状態のマイクロミラー５２により変調された光をマイクロレンズアレイ２０６で集光しようとしても形状が乱れたビームとなり、十分に小さなビームに集光できないおそれがある。このままでは、露光面５６上でビーム径を十分に小さく集光できない、あるいは、アパーチャ２１０を通過しない光が増えて光利用効率が落ちてしまう、といった問題の発生が懸念される。そこで、本実施形態に係る露光ヘッド１６６では、上記のような問題が特に懸念される場合には、非球面のマイクロレンズ（ここでは、トーリックレンズ）からなるマイクロレンズアレイ２０６，２１４を採用することによって、このような問題の発生を回避するようにしている。

なお、マイクロレンズアレイ２０６及びマイクロレンズアレイ２１４のうち、下流側のマイクロレンズアレイ２１４をトーリックレンズが配列されたマイクロレンズアレイ（以下、「トーリックレンズアレイ」という。）にしてもよいが、アパーチャ２１０よりも上流側でビーム整形する方がより好ましいという事情から、マイクロレンズアレイ２０６をトーリックレンズアレイとする方が好ましい。この場合、アパーチャ２１０への入射ビームの形状、サイズが良好となるので、ビームのケラレが少なくなる等の利点がある。このことから、ここではアパーチャ２１０の上流側に配置されたマイクロレンズアレイとして、複数のトーリックレンズが二次元的に配列されたもの（以下、これを「マイクロレンズアレイ２６０」という。）を用いた場合について説明する。

本実施形態に係るマイクロレンズアレイとして用いられるトーリックレンズアレイについて詳細に説明する。

図１４には、ＤＭＤ５０を構成するマイクロミラー６２の反射面の平面度を測定した結果の一例を示す。同図においては、反射面の同じ高さ位置を等高線で結んで示してあり、等高線のピッチは５ｎｍである。なお同図に示すｘ方向およびｙ方向は、マイクロミラー６２の２つ対角線方向であり、このマイクロミラー６２はｙ方向に延びる回転軸を中心として回転するように構成されている。また図１５（Ａ）及び（Ｂ）にはそれぞれ、上記ｘ方向、ｙ方向に沿ったマイクロミラー６２の反射面の高さ位置変位を示す。

上記図１４及び図１５に示される通り、マイクロミラー６２の反射面には歪みが存在し、そして特にミラー中央部に注目してみると、１つの対角線方向（ｙ方向）の歪みが、別の対角線方向（ｘ方向）の歪みよりも大きくなっている。そのため、マイクロレンズアレイ２０６の球面マイクロレンズ２０８（図５参照）で集光されたレーザ光（画素ビーム）の集光位置における形状が歪むという問題が発生し得る。

本実施形態に係る露光ヘッド１６６においては、上述の問題を防止するために、マイクロレンズアレイ２６０のマイクロレンズ２６２として非球面レンズ（トーリックレンズ）を用いることができる。

図１６（Ａ）及び（Ｂ）には、トーリックレンズを用いたマイクロレンズアレイの正面形状および側面形状がそれぞれ示されている。これらの図にはマイクロレンズアレイ２６０の各部の寸法も記入してあり、それらの単位はｍｍである。ここでは、ＤＭＤ５０の１０２４個×２５６列のマイクロミラー６２が駆動されるものであるとし、それに対応させてマイクロレンズアレイ２６０は、横方向に１０２４個並んだマイクロレンズ２６２の列を縦方向に２５６列並設して構成されている。なお図１６（Ａ）では、マイクロレンズアレイ２６０の並び順を横方向についてはｊで、縦方向についてはｋで示している。

また、図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、上記マイクロレンズアレイ２６０における１つのマイクロレンズ２６２の正面形状および側面形状を示すものである。なお、図１７（Ａ）には、マイクロレンズ２６２の等高線を併せて示してある。各マイクロレンズ２６２の光出射側の端面は、上述したマイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされている。より具体的に、マイクロレンズ２６２はトーリックレンズとされており、上記ｘ方向に光学的に対応する方向の曲率半径Ｒｘが−０．１２５ｍｍ、上記ｙ方向に対応する方向の曲率半径Ｒyが−０．１ｍｍとされている。

従って、上記ｘ方向およびｙ方向に平行な断面内における画素ビームＢの集光状態は、概略、それぞれ図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示す通りとなる。つまり、ｘ方向に平行な断面内とｙ方向に平行な断面内とを比較すると、後者の断面内の方がマイクロレンズ２６２の曲率半径がより小であって、焦点距離がより短くなっている。

マイクロレンズ２６２を上記形状とした場合の、このマイクロレンズ２６２の集光位置（焦点位置）近傍におけるビーム径を計算機によってシミュレーションした結果を図１９Ａ、図１９Ｂ、図１９Ｃ、および図１９Ｄにそれぞれ示す。また比較のために、マイクロレンズアレイのマイクロレンズが曲率半径Ｒｘ＝Ｒｙ＝−０．１ｍｍの球面形状である場合について、同様のシミュレーションを行った結果を図２０Ａ、図２０Ｂ、図２０Ｃおよび図２０Ｄに示す。なお各図におけるｚの値は、マイクロレンズのピント方向の評価位置を、このマイクロレンズのビーム出射面からの距離で示している。

また、上記シミュレーションに用いたマイクロレンズ２６２の面形状は、下記（８）式により表される。

なお上式において、Ｃｘ：ｘ方向の曲率（＝１／Ｒｘ）、Ｃｙ：ｙ方向の曲率（＝１／Ｒｙ）、Ｘ：ｘ方向に関するレンズ光軸Ｏからの距離、Ｙ：ｙ方向に関するレンズ光軸Ｏからの距離である。

図１９Ａ〜１９Ｄと図２０Ａ〜２０Ｄとを比較すると明らかなように、本実施形態に係る露光ヘッド１６６においては、マイクロレンズ２６２を、ｙ方向に平行な断面内の焦点距離がｘ方向に平行な断面内の焦点距離よりも小さいトーリックレンズとしたことにより、その集光位置近傍におけるビーム形状の歪みが抑制される。そうであれば、歪みの無い、より高精細な画像を感光材料150に露光可能となる。また、図１９Ａ〜１９Ｄに示すマイクロレンズ２６２の方が、球面レンズをマイクロレンズとして用いた場合よりもビーム径の小さい領域がより広い、すなわち焦点深度がより大であることが分かる。

なお、マイクロミラー６２のｘ方向およびｙ方向に関する中央部の歪の大小関係が、上記と逆になっている場合は、ｘ方向に平行な断面内の焦点距離がｙ方向に平行な断面内の焦点距離よりも小さいトーリックレンズによってマイクロレンズ２６２を構成すれば、同様に、歪みの無い、より高精細な画像を感光材料１５０に露光可能となる。

また、マイクロレンズアレイ２６０の集光位置近傍に配置されたアパーチャアレイ２１０は、その各アパーチャ２１２に、それと対応するマイクロレンズ２６２を経た光のみが入射するように配置されたものである。すなわち、このアパーチャアレイ２１０が設けられていることにより、各アパーチャ２１２に、それと対応しない隣接のマイクロレンズ２６２からの光が入射することが防止され、消光比が高められる。

本来、上記目的で設置されるアパーチャアレイ２１０のアパーチャ２１２の径をある程度小さくすれば、マイクロレンズ２６２の集光位置におけるビーム形状の歪みを抑制する効果も得られる。しかしそのようにした場合は、アパーチャアレイ２１０で遮断される光量がより多くなり、光利用効率が低下することになる。それに対してマイクロレンズ２６２を非球面形状とする場合は、光を遮断することがないので、光利用効率も高く保たれる。

また、ここでは、本実施形態に係る露光ヘッド１６６において、マイクロレンズアレイ２６０のマイクロレンズ２６２を、２次の非球面形状を有するトーリックレンズとした場合について説明したが、より高次（４次、６次・・・）の非球面形状レンズを採用することにより、ビーム形状をさらに良化することができる。

また、変形例に係るマイクロレンズアレイ２６０では、そのマイクロレンズ２６２の光出射側の端面が非球面（トーリック面）とされているが、２つの光通過端面の一方を球面とし、他方をシリンドリカル面としたマイクロレンズによりマイクロレンズアレイを構成しても、マイクロレンズ２６２と同様の効果を得ることもできる。

さらに、変形例に係るマイクロレンズアレイ２６０では、そのマイクロレンズ２６２がマイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正する非球面形状とされているが、このような非球面形状を採用する代わりに、マイクロレンズアレイ２６０を構成する各マイクロレンズ２６２に、マイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正する屈折率分布を持たせても、同様の効果を得ることができる。

そのようなマイクロレンズ２６４の一例を図２１に示す。同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、このマイクロレンズ２６４の正面形状および側面形状を示すものであり、図示の通りこのマイクロレンズ２６４の外形形状は平行平板状である。なお、同図におけるｘ、ｙ方向は、既述した通りである。

また図２２（Ａ）及び（Ｂ）は、図２１に示されるマイクロレンズ２６４による上記ｘ方向およびｙ方向に平行な断面内における画素ビームＢの集光状態を概略的に示している。このマイクロレンズ２６４は、光軸Ｏから外方に向かって次第に増大する屈折率分布を有するものであり、同図においてマイクロレンズ２６４内に示す破線は、その屈折率が光軸Ｏから所定の等ピッチで変化した位置を示している。図示の通り、ｘ方向に平行な断面内とｙ方向に平行な断面内とを比較すると、後者の断面内の方がマイクロレンズ２６４の屈折率変化の割合がより大であって、焦点距離がより短くなっている。このような屈折率分布型レンズから構成されるマイクロレンズアレイを用いても、変形例に係るマイクロレンズアレイ２６０を用いる場合と同様の効果を得ることが可能である。

なお、先に図１７及び図１８に示したマイクロレンズ２６２のように面形状を非球面としたマイクロレンズにおいて、併せて上述のような屈折率分布を与え、面形状と屈折率分布の双方によって、マイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正するようにしてもよい。

また、図１７Ａ及び図１７Ｂに示したマイクロレンズ２６２に替えて図２３Ａ及び図２３Ｂに示したマイクロレンズ２６６を採用してもよい。このマイクロレンズ２６６の等高線の分布は、ＤＭＤ５０のミラーの歪み方向の変更に応じて、マイクロレンズ２６２を光軸回りに回転させたような分布となっている。すなわち、本実施形態では、ＤＭＤ５０の歪み形状に対応した最適な等高線の分布が得られるように、マイクロレンズを形成したり、その光軸回りの取付方向を設定したりできる。

また、ここでは、アパーチャ２１０の上流側に配置されたマイクロレンズアレイとして非球面レンズからなるマイクロレンズアレイ２６０を用いた場合について説明したが、アパーチャ２１０の上流側に配置されたマイクロレンズアレイとして球面レンズからなるマイクロレンズアレイ２１６を用い、アパーチャ２１０の下流側に配置されたマイクロレンズアレイとして非球面レンズからなるマイクロレンズアレイを用いて良い。この場合、アパーチャ２１０による入射ビームのケラレが若干増加するおそれがあるが、マイクロレンズアレイ２６０をアパーチャ２１０の上流側に配置した場合と同様に、露光面５６上でのビーム形状、サイズを良好にできる。

またアパーチャ２１０の上流側及び下流側にそれぞれ配置された２個のマイクロレンズアレイの双方を非球面レンズからなるマイクロレンズアレイとして、アパーチャ２１０の上流側及び下流側でそれぞれマイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正するようにしてもよい。
［露光ヘッドの変形例］
次に、本発明の実施形態の変形例に係る露光ヘッドについて説明する。

図１３には、本発明の実施形態の変形例に係る露光ヘッドにおけるＤＭＤの光反射側の構成が示されている。この変形例に係る露光ヘッド２５０が図５に示される露光ヘッド１６６と異なる点は、結像レンズ系２００が省略されている点である。

図１３に示される露光ヘッド２５０では、ＤＭＤ５０の各マイクロミラー６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃからの画素ビーム２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃが略コリメートされており、これらの画素ビーム２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃは、第１マイクロレンズアレイ２０６の各マイクロレンズ２０８に入射し、各マイクロレンズ２０８の焦点位置にフラウンホーファー回折像２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃを形成する。これらの回折像２２６Ａ，２２６Ｂ，２２６Ｃは、その０次回折像と同一サイズのアパーチャ２１２を有するアパーチャアレイ２１０を通過することにより、ノイズ成分が除去されて第２マイクロレンズアレイ２１４の各マイクロレンズ２１６に入射する。これにより、図５に示される場合と同様に、露光面（Ｘ４，Ｙ４）５６上に実像２２８Ａ，２２８Ｂ，２２８Ｃが露光ビームスポットとして形成される。この露光ヘッド２５０では、図５に示される露光ヘッド１６６において、倍率ａ＝１の結像レンズ系２００を用いる場合と略同一の光学特性を得られることになる。

以上説明した変形例に係る露光ヘッド２５０は、ＤＭＤ５０から露光面５６までの距離が短い場合に好適に使用でき、露光ヘッド１６６と比較して結像レンズ系２００を省略できるので、装置の部品点数を減少して製造コストを低減すると共に、装置の小型化が可能になる。

なお、変形例に係る露光ヘッド２５０でも、アパーチャアレイ２１０の上流側及び下流側にそれぞれ配置された２個のマイクロレンズアレイの少なくとも一方をトーリックレンズアレイ等の非球面レンズからなるマイクロレンズアレイとし、この非球面レンズからなるマイクロレンズアレイによりマイクロミラー６２の反射面の歪みによる収差を補正するようにしてもよい。
［高解像度条件の一般化］
次に、以上説明した本発明の実施形態に係る露光ヘッド１６６，２５０を用いて露光面５６を走査露光する場合に、高解像度を得るための一般化された条件について説明する。

（１）露光ビームサイズ及び走査線間隔
露光ビームサイズＷ４は、下記（９）式により求められる。

Ｗ４＝ｂ・Ｗ３＝ｂ・ｓ＝ｂ・(２λ・ｆ３／Ｗ２)＝ｂ・(２λ・ｆ３／ａ・Ｗ１)＝２ｂ・λ・ｆ３／ａ・Ｗ１ ・・・ （９）
また、ＤＭＤ５０のｎ個の画素を有する行方向に対し、tanθ＝１／ｎである角度θの方向に走査して露光する場合の走査線間隔は、下記（１０）式により求められる。

Ｐ４・sinθ＝ａ・Ｐ１・sin[tan^-1(１／ｎ)]≒ａ・Ｐ１・(１／ｎ)＝ａ・Ｐ１／ｎ ・・・ （１０）
（２）高解像度を得るための一般化された条件式
高解像度を得るためには、下記（ａ）〜（ｃ）の何れかに記載された条件を満たす必要がある。

（ａ）露光ビームサイズが元の空間光変調器の画素サイズ以下であること
すなわち、Ｗ４≦Ｗ１、
上記（９）式より、２ｂ・λ・ｆ３／ａ・Ｗ１≦Ｗ１
従って、２ｂ・λ・ｆ３≦ａ・Ｗ１²
（ｂ）走査線間隔が露光ビームサイズ以下であること
すなわち、Ｐ４・sinθ≦Ｗ４
上記（１０）式より、ａ・Ｐ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３／ａ・Ｗ１
従って、ａ²・Ｐ１・Ｗ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３
（ｃ）上記の（ａ）及び（ｂ）の条件式が同時に成り立つこと
すなわち、ａ²・Ｐ１・Ｗ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３≦ａ・Ｗ１²
なお、図１３に示される露光ヘッド２５０では、上記（ａ）及び（ｂ）にてａ＝１とすれば、高解像度を得るための一般化された条件を得ることができる。

なお、本実施形態の露光ヘッド１６６，２５０では、空間光変調素子としてＤＭＤ５０を用いた場合のみを説明したが、このような空間光変調素子としては、光ファイバ光源６６から出射されたレーザビームを所望の画素ピッチの複数の画素ビーム（光束群）に分割すると共に、これらの画素ビームを露光状態及び非露光状態の何れかに選択的に変調できるものならば、ＤＭＤ５０以外のものでも適用可能であり、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）タイプの空間変調素子や、電気光学効果により透過光を変調する光学素子（ＰＬＺＴ素子）や液晶光シャッタ（ＬＣＤ）等も適用可能である。但し、画素ごとに空間光変調された光束群を得るための照明光学系は、空間光変調素子の種類によって個々に最適化する必要がある。

また上記のような空間光変調素子は、必ずしもマイクロミラー等の画素が二次元的に配列されたものである必要はなく、画素が一次元的に配列されたもの、すなわちｎ個の画素が行方向に沿って直線的に配列されたものでもよい。

また本実施形態に係る露光ヘッド１６６，２５０では、第１マイクロレンズアレイ２０６の入射面に形成される空間光変調器の実像を、等倍像（結像レンズ系２００の倍率ａ＝１）としても、拡大像（ａ＞１）としてもよく、更に第２マイクロレンズアレイ２１４の各マイクロレンズ２１６による結像倍率ｂを１倍以外の値に設定することも可能である。

また本実施形態に係る露光ヘッド１６６，２５０では、マイクロレンズアレイ２０６，２１４を用いたが、屈折型のマイクロレンズ２０８，２１６を有するマイクロレンズアレイ２０６，２１４に限定されず、ビーム収束性を有するマイクロ収束素子あればよく、例えば、ＧＲＩＮ（graded index）型のマイクロレンズアレイ、ホログラムなどの回折型マイクロレンズアレイ及び反射型のマイクロ凹面反射ミラーアレイ等も適用可能である。

本発明の実施形態に係る露光ヘッドが適用された露光装置の外観を示す斜視図である。 図１に示される露光装置のスキャナの構成を示す斜視図である。 （Ａ）は感光材料に形成される露光済み領域を示す平面図であり、（Ｂ）は各露光ヘッドによる露光エリアの配列を示す図である。 本発明の実施形態に係る露光ヘッドの概略構成を示す側面図である。 図４に示される露光ヘッドにおけるＤＭＤの光反射側に配置された光学系の構成を示す側面図である。 デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、露光ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図である。 （Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）はレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。 合波レーザビーム源の構成を示す側面図である。 図５に示される面（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）（Ｘ３，Ｙ３）及び（Ｘ４，Ｙ４）における露光ビームのサイズ及びピッチとの関係を示す平面図である。 ＤＭＤを走査方向に対して傾斜させた場合の露光面（Ｘ４，Ｙ４）での解像度の向上効果を説明するための平面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る露光ヘッドにおけるＤＭＤの光反射側に配置された光学系の構成を示す側面図である。 ＤＭＤを構成するマイクロミラーの反射面の平面度を測定した結果を等高線により示した平面図である。 図１４に示されるマイクロミラーにおける反射面の高さ位置変位を示すグラフである。 トーリックレンズを用いたマイクロレンズアレイの構成を示す正面図及び側面図である。 図１６に示されるマイクロレンズアレイにおけるトーリックレンズの構成を示す正面図及び側面図である。 図１７に示されるトーリックレンズによる画素ビームの集光状態を示す側面図である。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとしてトーリックレンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．１８ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとしてトーリックレンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．２ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとしてトーリックレンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．２２ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとしてトーリックレンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．２４ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとして球面レンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．１８ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとして球面レンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．２ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとして球面レンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．２２ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズとして球面レンズを用いた場合の集光位置近傍におけるビーム径のシミュレーション結果を示すグラフであり、マイクロレンズのビーム出射面から評価位置までの距離が０．２４ｍｍの場合を示している。 マイクロレンズアレイのマイクロレンズにして屈折率分布を持たせた場合のマイクロレンズの構成を示す正面図及び側面図である。 図２１に示されるマイクロレンズによる画素ビームの集光状態を示す側面図である。 図１７に示されるトーリックレンズとは等高線の分布が異なるトーリックレンズの正面図及び側面図である。

符号の説明

５０ ＤＭＤ（空間光変調素子）
５３ ビームスポット
５６ 露光面
６２ マイクロミラー
６６ 光ファイバ光源
１６６ 露光ヘッド
２００ 結像レンズ系
２０６ 第１マイクロレンズアレイ（第１のマイクロ収束素子アレイ）
２０８ マイクロレンズ（第１のマイクロ収束素子）
２１０ アパーチャアレイ
２１２ アパーチャ
２１４ 第２マイクロレンズアレイ（第２のマイクロ収束素子アレイ）
２１６ マイクロレンズ（第２のマイクロ収束素子）
２５０ 露光ヘッド
２６０ マイクロレンズアレイ
２６２ マイクロレンズ（トーリックレンズ）
２６４ マイクロレンズ（非球面レンズ）

Claims (8)

1. 露光面に対して走査方向に沿って相対移動しつつ、該露光面を前記走査方向と交差する行方向に沿って配列された光ビームの束により露光面を２次元的に露光するための露光ヘッドであって、
   制御信号に応じて光変調状態がそれぞれ変化する複数の画素部が一次元的又は２次元的に配列され、光源部から入射した光ビームを前記複数の画素部により複数本の画素ビームに分割すると共に、複数本の画素ビームをそれぞれ露光状態及び非露光状態の何れかに選択的に変調する空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子における複数の画素部に対応するように複数の第１のマイクロ収束素子が配列された第１のマイクロ収束素子アレイと、
   前記露光状態に変調された画素ビームのフラウンホーファー回折像が前記第１のマイクロ収束素子により形成される該第１のマイクロ収束素子の後側焦点面付近に配置されると共に、前記複数の第１のマイクロ収束素子にそれぞれ対応するように複数のアパーチャが配列され、該アパーチャにより前記フラウンホーファー回折像の主要部分のみを透過させるアパーチャアレイと、
   前記複数のアパーチャに対応するように複数の第２のマイクロ収束素子が配列され、前記複数のアパーチャをそれぞれ透過した画素ビームの実像を前記複数の第２のマイクロ収束素子により前記露光面上に形成する第２のマイクロ収束素子アレイと、
   を有することを特徴とする露光ヘッド。
2. 前記空間光変調素子と前記マイクロ収束素子アレイとの間に結像レンズ系を設けると共に、
   前記画素部における画素ビームの出射面と前記第１のマイクロ収束素子における画素ビームの入射面とが前記結像レンズ系に対して互いに共役な位置関係となるように、前記空間光変調素子及び前記第１のマイクロ収束素子アレイを配設したことを特徴とする請求項１記載の露光ヘッド。
3. 前記アパーチャが、前記第１のマイクロ収束素子により形成されたフラウンホーファー回折像の０次回折像のみを実質的に透過させるサイズ及び形状を有することを特徴とする請求項１又は２記載の露光ヘッド。
4. 前記アパーチャが、前記第１のマイクロ収束素子により形成されたフラウンホーファー回折像の０次回折像のみを実質的に透過させるサイズ及び形状を有し、
   前記空間光変調素子における複数の画素部の画素周期をＰ１、画素サイズをＷ１、前記走査方向に対して略直交する行方向に沿って配列された画素部の画素数をｎ、
   前記第１のマイクロ収束素子の焦点距離をｆ３、
   前記第２のマイクロ収束素子が前記アパーチャを透過した画素ビームの実像を露光面上に形成する光学倍率をｂ、
   前記光源部から出射される光ビームの波長をλとした場合に、
   前記行方向と前記走査方向とがなす角度をｔａｎ^-1（１／ｎ）とし、下記（１）式〜（３）式の何れか一の条件式を満たすことを特徴とする請求項１記載の露光ヘッド。
   ２ｂ・λ・ｆ３≦Ｗ１2 ・・・ （１）
   Ｐ１・Ｗ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３ ・・・ （２）
   Ｐ１・Ｗ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３≦Ｗ１2 ・・・ （３）
5. 前記アパーチャが、前記マイクロ収束素子から出射されたフラウンホーファー回折像の０次回折像のみを実質的に透過させるサイズ及び形状を有し、
   前記空間光変調素子における複数の画素部の画素周期をＰ１、画素サイズをＷ１、前記走査方向に対して略直交する行方向に沿って配列された画素部の画素数をｎ、
   前記第１のマイクロ収束素子の焦点距離をｆ３、
   前記第２のマイクロ収束素子が前記アパーチャを透過した画素ビームの実像を露光面上に形成する光学倍率をｂ、
   前記結像レンズ系が前記画素部における画素ビームの出射面上の実像を前記第１のマイクロ収束素子アレイにおける画素ビームの入射面上に結像する倍率をａ、
   前記光源部から出射される光ビームの波長をλとした場合に、
   前記行方向と前記走査方向とがなす角度をｔａｎ^-1（１／ｎ）とし、下記（４）式〜（６）式の何れか一の条件式を満たすことを特徴とする請求項２記載の露光ヘッド。
   ２ｂ・λ・ｆ３≦ａ・Ｗ12 ・・・ （４）
   ａ2・Ｐ１・Ｗ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３ ・・・ （５）
   ａ2・Ｐ１・Ｗ１／ｎ≦２ｂ・λ・ｆ３≦ａ2・Ｗ１2 ・・・ （６）
6. 前記第１のマイクロ収束素子及び前記第２のマイクロ収束素子の少なくとも一方が非球面レンズであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の露光ヘッド。
7. 前記第１のマイクロ収束素子が非球面レンズであることを特徴とする請求項６記載の露光ヘッド。
8. 前記非球面レンズがトーリックレンズであることを特徴とする請求項７項記載の露光ヘッド。