JPH08248338A

JPH08248338A - ビーム分割結像装置

Info

Publication number: JPH08248338A
Application number: JP4579595A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ビームセパレータの製造誤差による画質の劣
化を低減することができ、経済的にも有利なビーム分割
結像装置を提供すること。【構成】１ビームを、ビームセパレータ２１、２２を
介して、列状に並ぶ複数のビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ、Ｌ６
ａ〜Ｌ６ｈに分割し、この分割ビームを結像光学系Ｉを
介して結像面（ＳＴ）に結像させるレーザ描画装置１１
において、ビームセパレータ２１、２２と結像光学系Ｉ
の結像面（ＳＴ）とを互いにほぼ共役な位置に配置し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、１ビームを、光束分割素子を介
して、列状に並ぶ複数のビームに分割し、この分割ビー
ムを結像光学系を介して結像面に結像させるビーム分割
結像装置に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】レーザ光源からのレーザ光
を、ビームセパレータによって複数のビームに分割し、
この複数のビームを一列状をなす状態で基板に対して走
査するレーザ描画装置が、本出願人により提案されてい
る（特願平5-181610号参照）。このレーザ描画装置は、
一列状のビームを、設定データに基づき個々にオンオフ
し、回転するポリゴンミラーによって主走査方向に対し
てやや傾いた状態で走査することにより、所要の回路パ
ターンを基板上に迅速に描画することができる。

【０００３】このレーザ描画装置によって分割ビームを
走査する場合に、ポリゴンミラーの回転軸と直交する主
走査方向での各分割ビームのスポット位置は、オンオフ
を時間的にずらすことによって容易に調整できるが、副
走査方向でのスポット位置は、ビームセパレータの光の
分割性能に大きく依存する。このため、ビームセパレー
タの製造に非常に高い加工精度が要求され、コストアッ
プの要因となってしまう。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記問題意識に基づきなされ
たものであり、ビームセパレータの製造誤差による画質
の劣化を低減することができ、経済的にも有利なビーム
分割結像装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【発明の概要】上記目的を達成するための本発明は、１
ビームを、光束分割素子を介して、列状に並ぶ複数のビ
ームに分割し、この分割ビームを結像光学系を介して結
像面に結像させるビーム分割結像装置において、上記光
束分割素子と結像光学系の結像面とを互いにほぼ共役な
位置に配置したことを特徴としている。

【０００６】

【発明の実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説
明する。図３は、本発明に係るレーザ描画装置（ビーム
分割走査装置）１１の全体を示す外観斜視図であり、図
４は、レーザ描画装置１１の全体を示す概略平面図であ
る。

【０００７】レーザ描画装置１１は、テーブル１０上
に、アルゴンレーザ装置１２を有し、ビームベンダ１
３、２３〜２５、２８〜３０、３５、３８、４１、４
４、４５、５４、ハーフプリズム１６、ハーフミラー１
４、及びレンズ５２、５３、６５〜７１を有している。
レーザ描画装置１１はさらに、音響光学変調器１９、２
０、及び、１ビームを同一平面内に並ぶ複数のビーム列
（描画用光束列）に分割するビームセパレータ（光束分
割素子）２１、２２を有している。

【０００８】レーザ描画装置１１はまた、ピッチ変換用
集光光学系２６、３１、２７、３２、マルチチャンネル
（８チャンネル）の音響光学変調器３６、３７、集光光
学系３４、偏光ビームスプリッタ６０、λ／２板３９、
偏光ビームスプリッタ４０、イメージローテータ４３、
ポリゴンミラー４６、ｆθレンズ４７、Ｘスケール用集
光レンズ４８、コンデンサレンズ４９、Ｘスケール５
０、モニター光用ミラー５１ａ、５１ｂ、Ｘスケール用
フォトディテクタ６２、及び長尺ミラー６３、６４を有
している。

【０００９】音響光学変調器３６、３７はそれぞれ、二
酸化テルル等の結晶内で超音波が発生したとき該結晶の
屈折率に、超音波による弾性歪によって周期的変化が生
じ光が回折するという音響光学効果を基に構成されてお
り、結晶の端面に設けたトランスデューサーに高周波を
印加したときに、結晶内部に超音波進行波を発生させて
レーザ光を回折させ、高周波を印加しないときには、結
晶に入射するレーザ光を透過することができる。従っ
て、音響光学変調器３６（３７）に対する高周波の印加
を切り換えれば、入射光つまりビーム列Ｌ５とＬ６のオ
ンオフを自在に切換えることができる。

【００１０】他方、レーザ描画装置１１は、像面である
描画テーブル面（面の位置のみ二点鎖線Ｔで示す）に位
置するように基板ＳＴをセットする基板セット装置（図
示せず）を有している。この基板セット装置は、Ｙ方向
（ポリゴンミラー４６の副走査方向であり図１の左右方
向）に移動自在なＹテーブル（図示せず）と、図示しな
い回動軸を中心として図１の上下方向に揺動するスイン
グ機構（図示せず）を有している。

【００１１】ところで、上記ビームセパレータ２１、２
２は次のような工程で製造される。先ず、図７に示され
るように、平行平面板からなる光束分割用光学部品７４
の一面に所要の光束分割膜７５を付し、この光学部品７
４を、隣り合う光学部品７４の間に必ず光束分割膜７５
が介在するようにして積層し、エポキシ樹脂接着剤や紫
外線硬化型接着剤等によって接合する。そして、多数の
光学部品７４が接合された光束分割素子ブロック５５
を、所要の角度で切断し、複数の切断ブロック６１を切
り出す。この切断時の角度は、同図に示す例では、光束
分割膜７５に対して４５゜をなす方向であり、この切断
面７６が光の入射面及び射出面となる。この切断ブロッ
ク６１の切断面７６を、必要に応じて研磨して平滑面と
する。

【００１２】また以上の工程とは別に、透光性の平行平
面板７７（図６参照）を用意し、この平行平面板７７の
一面に、例えば蒸着やスパッタリング等によって反射防
止膜７８を形成する。この反射防止膜７８を付着形成し
た平行平面板７７を、切断ブロック６１の両面に接合す
る。つまり、切断ブロック６１の両側の切断面７６に対
しそれぞれ、反射防止膜７８が外側に位置するようにし
て平行平面板７７を例えばエポキシ樹脂接着剤、紫外線
硬化型接着剤等によって接合する。この接合ブロックが
即ち上記ビームセパレータ２１、２２である。なお、図
６、図７では、便宜上、光束分割膜７５、反射防止膜７
８及び平行平面板７７の厚みを誇張して描いたが、実際
には、これら光束分割膜７５と反射防止膜７８は100 ナ
ノメートル(nm)〜1000ナノメートル程度の厚さであり、
平行平面板７７は数ミリメートル程度の厚さである。

【００１３】図６に示す完成状態のビームセパレータ２
１、２２に照射されたビームＬ２、Ｌ３は、それぞれに
分割されてビーム列Ｌ５、Ｌ６となる。すなわち、ビー
ムＬ２、Ｌ３は、光成分の一部が最上部の光束分割膜７
５をそのまま透過してビームＬ５ａ、Ｌ６ａとなり、残
りの光成分が該光束分割膜７５で反射して９０゜偏向さ
れてビームＬ５ａ′、Ｌ６ａ′となる。さらに、このビ
ームＬ５ａ′、Ｌ６ａ′の光成分の一部は、次の光束分
割膜７５で反射して９０゜偏向されてビームＬ５ｂ、Ｌ
６ｂとなり、残りの光成分は該光束分割膜７５をそのま
ま透過してビームＬ５ｂ′、Ｌ６ｂ′となる。そして、
このビームＬ５ｂ′、Ｌ６ｂ′の光成分の一部は、次の
光束分割膜７５で反射して９０゜偏向されてビームＬ５
ｃ、Ｌ６ｃとなり、残りの光成分は該光束分割膜７５を
そのまま透過してビームＬ５ｃ′、Ｌ６ｃ′となる。以
下、同様の光分割を繰り返すことにより、それぞれ８本
ずつのビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ６ｈとして
射出される。

【００１４】光束分割素子であるビームセパレータ２
１、２２は、上記構造からなるため、各光学部品７４と
光束分割膜７５とでなす反射面に倒れ等がある場合に
は、分割ビームの列と略直交する方向（副走査方向）で
のピッチｂ（図５参照）が不均一になり画質を劣化させ
る。主走査方向でのスポットの位置ズレは、オンオフを
時間的にずらすことによって調整できるが、副走査方向
でのスポットの位置ズレは、ビームセパレータ２１、２
２の分割性能に大きく依存している。従って、該ビーム
セパレータ２１、２２には非常に高い加工精度が要求さ
れることとなり、経済的でない。

【００１５】本発明は、このような分割ビームＬ５ａ〜
Ｌ５ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈのスポットの位置ずれ特に副走
査方向でのピッチずれを、ビームセパレータ２１、２２
の光の分割性能を特別に向上させることなく解消しよう
とするものである。以下に、レーザ描画装置１１におけ
る本発明の特徴部分を説明する。

【００１６】すなわち、図２に概略的に示されるよう
に、本レーザ描画装置１１では、ビームセパレータ２
１、２２と、結像光学系Ｉの結像面である基板ＳＴとを
互いに共役な位置に配置している。この結像光学系Ｉ
は、上記レンズ６５〜７０、２６、２７、３１、３２、
４０、５２、５３、ポリゴンミラー４６、ｆθレンズ４
７等からなる。ビームセパレータ２１、２２はつまり、
ビームＬ２、Ｌ３の集光点に位置し、かつ該ビームＬ
２、Ｌ３を分割したビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ
６ｈそれぞれの結像面とほぼ共役な位置にあるため、光
学部品７４と光束分割膜７５とでなす反射面に倒れがあ
ったとしても、ビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈ
を全て、ビームＬ２、Ｌ３が本来到達すべき位置に投射
し、結像面（ＳＴ）上において一列状に整列させること
ができる。

【００１７】これを図１により説明すると、アルゴンレ
ーザ装置１２から射出されたレーザ光束Ｌ１は、ハーフ
ミラー１６、１４を介して分割されてビームＬ２、Ｌ３
となった後、レンズ６５、６７、６９、またはレンズ６
６、６８、７０を介してそれぞれに収束される。そして
ビームＬ２、Ｌ３は、この収束位置にあるビームセパレ
ータ２１、２２でそれぞれ８本のビームＬ５ａ〜Ｌ５
ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈに分割された後、レンズ２６、３
１、５２、５３等を介して、またはレンズ２７、３２、
５２、５３等を介してｆθレンズ４７に導かれ、さらに
このｆθレンズ４７及びコンデンサレンズ４９を介して
基板ＳＴ上に結像される。このように、ビームセパレー
タ２１、２２と結像面である基板ＳＴとの間に結像光学
系Ｉを構成する多くのレンズ等が存在し、またビームセ
パレータ２１、２２の反射面に倒れがあったとしても、
ビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈは全て、基板Ｓ
Ｔ上に一列に整列した状態で結像することとなる。

【００１８】ところで、ビームセパレータ２１（２２）
と基板ＳＴ（結像面）とが共役な位置関係となりかつ該
結像面に焦点が一致されるためには、ビームＬ２（Ｌ
３）の焦点を、ビームセパレータ２１（２２）の図６最
上部の光束分割膜７５上に一致させなければならない。
この場合、ビームＬ２（Ｌ３）の焦点を最上部の光束分
割膜７５上に一致させたとしても、厳密に言うと、下方
に位置する他の光束分割膜７５においては該最上部の光
束分割膜７５からの距離に起因して、Ｌ５ａ′〜Ｌ５
ｄ′（Ｌ６ａ′〜Ｌ６ｄ′）それぞれが到達するとき焦
点がややずれることとなる。しかしながら、ビームセパ
レータ２１（２２）と基板ＳＴの間に介在された結像光
学系Ｉは、ビームセパレータ２１（２２）で分割された
ビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ（Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈ）それぞれを絞
って基板ＳＴ（結像面）に照射する縮小光学系であるた
め、言い換えるとビームセパレータ２１（２２）と基板
ＳＴとが縮小関係にあるため、ビームセパレータ２１
（２２）における上記焦点ズレは、縦倍率で縮小され、
基板ＳＴ上では極めて小さくなる。結果として、このよ
うな焦点ズレは焦点深度内に納まれば何等問題ないか
ら、ビームセパレータ２１（２２）と基板ＳＴ（結像
面）との関係は、ほぼ共役となっていれば良い。

【００１９】上記構成を有するレーザ描画装置１１は、
次のように作動する。先ず、回路パターンを形成すべき
基板ＳＴの位置決め孔（図示せず）を、基板セット装置
の対応する部位に合わせ、この基板ＳＴを該装置に対し
て適正にセットする。これにより基板ＳＴは、この基板
セット装置のＹテーブル及びスイング機構（図示せず）
により、図１のＹ方向にスライド自在、かつその位置に
おいて回動軸（図示せず）を軸として揺動自在にセット
される。この状態において、アルゴンレーザ装置１２を
発振させてレーザ光Ｌ１の照射を開始させると、このレ
ーザ光Ｌ１は、先ず、ビームベンダ１３で偏向されてハ
ーフプリズム１６に入射し、このハーフプリズム１６に
よって、そのまま直進するビームＬ２と、９０゜偏向さ
れてハーフミラー１４に向かうビームとに分割される。
このビームは、ハーフミラー１４を介して、９０゜偏向
されてビームＬ２と並んで進むビームＬ３、及びミラー
５４に向かい該ミラー５４で９０゜偏向されるモニター
光Ｌｍとに分割される。

【００２０】ビームＬ２は、レンズ６５、６７を介して
音響光学変調器１９に入射され、ビームＬ３は、レンズ
６６、６８を介して音響光学変調器２０に入射される。
そして該ビームＬ２、Ｌ３両者間の光量差は、音響光学
変調器１９と２０によって除去される。該ビームＬ２、
Ｌ３はさらに、ビームセパレータ２１と２２により、Ｘ
方向（同一平面方向）に互いに並列する８本のビームに
それぞれ分割される。該８本のビームにそれぞれ分割さ
れたビーム列Ｌ５、Ｌ６はさらに、ピッチ変換用集光光
学系２６、２７をそれぞれに透過し、ビームベンダ２
８、２９でそれぞれ９０゜偏向された後、ピッチ変換用
集光光学系３１、３２を介して音響光学変調器３６、３
７にそれぞれ入射される。

【００２１】ビーム列Ｌ５、Ｌ６は、８本ずつのビーム
Ｌ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ６ｈそれぞれの光量のバ
ラツキを、８チャンネルの音響光学変調器３６と３７の
音響光学効果によって個々に除去され、また音響光学変
調器３６、３７の制御部（図示せず）に基づく高周波の
印加の切換えによって適時オンオフされる。

【００２２】音響光学変調器３６から射出されるビーム
列Ｌ５は、ビームベンダ３８で９０゜偏向された後偏光
ビームスプリッタ４０に入射される。また音響光学変調
器３７から射出されるビーム列Ｌ６は、λ／２板３９を
透過して偏光方向を変えられた後偏光ビームスプリッタ
４０に入射される。これらのビーム列Ｌ５とＬ６は、そ
れぞれ８本ずつのビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ
６ｈを、偏光ビームスプリッタ４０により交互に組合わ
されて、Ｘ方向に一列に並ぶように合成される。さらに
制御部（図示せず）が、ポリゴンミラー４６からのビー
ム列Ｌ５、Ｌ６の走査に同期させて基板セット装置を作
動させ、基板ＳＴを、描画テーブル面（Ｔ）上でＹ方向
にスライドさせる。よって、Ｘ方向に対しやや斜めに１
６本並列して適時オンオフされるビーム列Ｌ５、Ｌ６の
各ビームにより、基板ＳＴ上に、回路パターンが二次元
的に描画（露光）される。

【００２３】上記描画時、ビームセパレータ２１、２２
と結像光学系Ｉの結像面（基板ＳＴ）とは互いにほぼ共
役な位置に配置されているため、該ビームセパレータ２
１、２２の各反射面に倒れがあったとしても、ビームＬ
５ａ〜Ｌ５ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈを全てビームＬ２、Ｌ３
が本来到達すべき位置に投射して、基板ＳＴ上において
一列状に整列させることができる。従って、本レーザ描
画装置１１によれば、図５に示すようにピッチｂが略一
定な描画ラインＥを描画することができるから、基板Ｓ
Ｔ上に、ムラのない精密な回路パターンを形成すること
が可能となる。

【００２４】なお、ピッチｂが略一定であっても、露光
時の描画ラインが図５の符号Ｅ′のように一直線状にな
らないときは、音響光学変調器３６、３７のオンオフの
タイミングを適宜ずらして主走査方向での照射位置を調
整すれば、同図の符号Ｅで示すように一直線状の描画ラ
インを描画することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ビームセ
パレータの製造誤差による画質の劣化を低減することが
でき、経済的にも有利なビーム分割結像装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ描画装置を説明するための
概略平面図である。

【図２】同レーザ描画装置の共役な関係を説明する概略
側面図である。

【図３】同レーザ描画装置の実施例を示す斜視図であ
る。

【図４】同レーザ描画装置の全体を示す概略平面図であ
る。

【図５】ポリゴンミラーによって基板上に走査される複
数のビームスポットの状態を説明するための図である。

【図６】ビームセパレータを詳示する側面図である。

【図７】ビームセパレータの製造工程を説明するための
図である。

【符号の説明】

１１レーザ描画装置（ビーム分割結像装置）２１２２ビームセパレータ（光束分割素子）Ｉ結像光学系ＳＴ基板（結像面）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１ビームを、光束分割素子を介して、列
状に並ぶ複数のビームに分割し、この分割ビームを結像
光学系を介して結像面に結像させるビーム分割結像装置
において、上記光束分割素子と結像光学系の結像面とを互いにほぼ
共役な位置に配置したことを特徴とするビーム分割結像
装置。
【請求項２】請求項１において、上記結像面となる基
板をセットするための基板セット装置がさらに備えられ
ているビーム分割結像装置。
【請求項３】請求項２において、上記結像光学系は、
光束分割素子と基板との間に配置された複数のレンズ
系、ビームベンダ及びポリゴンミラーを備えているビー
ム分割結像装置。