CN105980933B - 射束曝光装置 - Google Patents

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Abstract

在使多个光束的射束之间微小偏转的射束曝光装置中均匀地进行多个光束的微小偏转。射束曝光装置(1)具备：光出射部(2)，从多个光出射位置(2a)射出光束(Lb)；扫描部(3)；聚光光学系统(4)，将光束(Lb)的光斑聚光于被曝光面(Ex)；及微小偏转部(5)，将多个光束(Lb)微小偏转以曝光多个光束(Lb)的射束之间。聚光光学系统(4)具备：第1微透镜阵列(41)，配置在光出射部(2a)与微小偏转部(5)之间，并具备多个与光出射位置(2a)对应的微透镜(41M)；及第2微透镜阵列(42)，配置在微小偏转部(5)与被曝光面(Ex)之间，并具备多个与光出射位置(2a)对应的微透镜(42M)。

Description

射束曝光装置
技术领域
本发明涉及一种射束曝光装置。
背景技术
作为通过将光斑直径微细化的激光束等光束对二维平面进行曝光的方法之一，已知有通过检流计镜或多面镜等射束扫描装置沿一方向主扫描一条光束，并且使被曝光面沿与主扫描方向交叉的副扫描方向移动的射束扫描曝光。该射束扫描曝光中，当以高密度曝光大面积时，若欲缩短曝光处理时间，则需使射束扫描装置高速旋转，此时的驱动源或射束扫描装置本身的振动对光学系统带来恶劣影响的情况令人担忧。
作为基于光束的二维曝光的另一方法，已知有沿一方向并排配置射出多个光束的光源阵列，并使被曝光面沿与该排列方向交叉的方向移动的多光束曝光。该多光束曝光中，缩小多个光源的配置间隔方面也有限，因此为了进行光束之间的曝光，需进行使光源阵列沿着其排列方向位移的反复曝光，此时的光源阵列的位移需要高位置精度。
对此，已知有在所述多光束曝光中，在光源阵列本身保持固定的状态下将多个光束微小偏转以进行光束之间的曝光的装置(参照下述专利文献1)。该现有技术中，具备：光源部，沿一方向隔开既定间隔配置并射出多个光束；扫描部，扫描被多个光束曝光的被曝光面；成像光学系统，将从光源部被射出的光束成像于被曝光面；及微小偏转部，将多个光束统一微小偏转以曝光多个光束的射束之间。此处的微小偏转部使用声光元件或电光元件等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-305449号公报
发明的概要
发明要解决的技术课题
所述具备微小偏转部的多光束曝光装置中，使光源固定而仅使光束微小偏转，因此能够避免驱动源的振动引起的恶劣影响和使光源位移时的位置精度的问题，另外，通过增加光束的数量来缩小光束之间的间隔，从而能够缩短光束的微小偏转距离，因此能够相应地提高基于微小偏转的扫描速度，对于大面积且高密度的曝光也能够缩短曝光处理时间。
然而，现有多光束曝光装置具备将光源的光出射位置成像于被曝光面的光学系统，通过直径大的准直透镜对沿一方向隔开既定间隔配置的多个光束进行聚光，并通过微小偏转部引导至成像透镜。因此，当作为微小偏转部使用声光元件或电光原件时，在直径大准直透镜的周边部分通过的光束与在中心部分通过的光束中导致入射到微小偏转部时的入射角上产生差异，在偏转特性具有入射角依赖性的微小偏转部中会产生无法使多个光束均匀地微小偏转的问题。
本发明将解决这种问题作为课题的一例。即，本发明的目的在于，在使用声光元件或电光元件等微小偏转部来使多个光束的射束之间微小偏转的射束曝光装置中，通过均匀地进行多个光束的微小偏转，能够实现高精度的射束曝光等。
用于解决技术课题的手段
为了实现这种目的，基于本发明的射束曝光装置在说明书中记载的几种发明中具备以下结构。
一种射束曝光装置，其特征在于，具备：光出射部，从沿一方向隔开既定间隔配置的多个光出射位置射出光束；扫描部，使被多个光束曝光的被曝光面与所述光出射部的一方或双方朝向与所述一方向交叉的另一方向相对移动；聚光光学系统，将所述光出射部射出的光束的光斑聚光于被曝光面；及微小偏转部，将多个光束微小偏转以曝光多个光束的射束之间，所述聚光光学系统具备：第1微透镜阵列，配置在所述光出射部与所述微小偏转部之间，并具备多个与所述光出射部的光出射位置对应的微透镜；及第2微透镜阵列，配置在所述微小偏转部与所述被曝光面之间，并具备多个与所述光出射部的光出射位置对应的微透镜。
发明效果
根据这种射束曝光装置，将光出射部射出的光束的光斑聚光于被曝光面的聚光光学系统具备具有多个与光出射部的光出射位置对应的微透镜的第1微透镜阵列及第2微透镜阵列，且在第1微透镜阵列与第2微透镜阵列之间设有微小偏转部，因此能够使入射到微小偏转部的多个光束的入射角度均匀。由此，即使在使用偏转特性具有入射角依赖性的微小偏转部时，也能够使多个光束均匀地微小偏转。
附图说明
图1为表示本发明的一种实施方式所涉及的射束曝光装置的整体结构的说明图(图1(a)为侧视的说明图，图1(b)为俯视的说明图)。
图2为表示本发明的一种实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的结构例的说明图(图2(a)为自光出射部至微小偏转部的近前的光学系统，图2(b)为自微小偏转部至被曝光面的光学系统)。
图3为表示本发明的一种实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的中继透镜系统的结构例的说明图(图3(a)为从Y方向观察的图，图3(b)为从X方向观察的图)。
图4为表示本发明的一种实施方式所涉及的射束曝光装置的微小偏转部的具体结构例的说明图。
图5为表示本发明的实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的具体例的说明图。
图6为表示本发明的实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的具体例的说明图。
图7为表示本发明的实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的具体例的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1为表示本发明的一种实施方式所涉及的射束曝光装置的整体结构的说明图(图1(a)为侧视的说明图，图1(b)为俯视的说明图)。射束曝光装置1具备光出射部2、扫描部3、聚光光学系统4及微小偏转部5。
光出射部2从沿一方向(图示的例子中为X方向)隔开既定间隔配置的多个光出射位置2a射出光束Lb，能够由LD阵列等光源或光纤阵列、微镜阵列等构成。
扫描部3使被多个光束Lb曝光的被曝光面Ex与光出射部2的一方或双方朝向与光出射位置2a的排列方向(图示的例子中为X方向)交叉的另一方向(图示的例子中为Y方向)相对移动。图示的例子中，由使支承具有被曝光面Ex的基板10的基板支承部11移动的基板移动台构成扫描部3，但并不限于此，也能够由使光出射部2移动的光出射部移动台构成扫描部。
聚光光学系统4将光出射部2射出的光束Lb的光斑Ls聚光于被曝光面Ex。聚光光学系统4例如包含将光出射部2的光出射位置2a的像成像于被曝光面Ex上的成像光学系统。
微小偏转部5将多个光束Lb微小偏转(参照箭头P)以曝光多个光束Lb的射束之间。微小偏转部5能够由声光元件或电光元件等构成。微小偏转部5通过将多个光束Lb例如向图示的X方向微小偏转来进行插补被曝光面Ex的多个光束Lb之间的扫描曝光。
这种射束曝光装置1例如通过将被曝光面Ex相对于已固定的光出射部2向箭头S方向(Y方向)移动(扫描)来平面曝光被曝光面Ex，通过多个光束Lb之间的微小偏转(参照箭头P)来执行与被曝光面Ex的移动方向(箭头S方向)交叉的方向的光束Lb的扫描，由此能够缩短曝光处理时间。
图2为表示射束曝光装置的聚光光学系统的结构例的说明图(图2(a)为自光出射部至微小偏转部近前的光学系统，图2(b)为自微小偏转部至被曝光面的光学系统)。如图2(a)所示，在光出射部2与微小偏转部5之间配置有第1微透镜阵列41。第1微透镜阵列41具备与光出射部2的光出射位置2a对应的微透镜41M，光出射部2的多个光出射位置2a与多个微透镜41M以一一对应的方式构成。
如图2(b)所示，在微小偏转部5与被曝光面Ex之间配置有第2微透镜阵列42。第2微透镜阵列42具备与光出射部2的光出射位置2a对应的微透镜42M，并将多个光束Lb个别聚光于被曝光面Ex。此处，光出射部2的多个光出射位置2a与多个微透镜42M以一一对应的方式构成。
另外，图示的图2(a)所示的例子中，在光出射部2与微小偏转部5之间具备在第1微透镜阵列41的后方形成光出射位置2a的像2f的投影光学系统43。投影光学系统43可以是将光出射位置2a的像2f放大形成的放大投影光学系统，也可以是将光出射位置2a的像2f缩小形成的缩小投影光学系统，还可以是等倍投影光学系统。图2(a)所示的例子中，将第1微透镜阵列41中的微透镜41M的间隔设为大于光出射位置2a的间隔，作为投影光学系统43采用放大投影光学系统。
另外，图示的图2(b)所示的例子中，在微小偏转部5与被曝光面Ex之间具备中继透镜系统44。该中继透镜系统44包含在第2微透镜阵列42的附近形成微小偏转部(声光元件)5的衍射面D的像Df的成像光学系统。
具备这种聚光光学系统4及微小偏转部5的射束曝光装置1具备具有多个与光出射部2的光出射位置2a对应的微透镜41M、42M的第1微透镜阵列41及第2微透镜阵列42，且在第1微透镜阵列41与第2微透镜阵列42之间设有例如由声光元件构成的微小偏转部5，因此能够使入射到微小偏转部5的多个光束Lb的入射角度均匀。由此，即使在使用偏转特性具有入射角依赖性的微小偏转部5时，也能够使多个光束Lb均匀地微小偏转。
另外，聚光光学系统4具备在第1微透镜阵列41的后方形成光出射位置2a的像2f的投影光学系统43，因此即使在光出射部2的光出射位置2a的间距与微透镜41M的间距不同时，也能够通过放大或缩小投影光学系统43的倍率来以良好的精度对准两个间距。由此，能够缓和制造第1微透镜阵列41时的尺寸上的限制。
第1微透镜阵列41优选例如为将从该阵列射出的光设为平行光并入射到微小偏转部5的准直透镜。通过将多个光束Lb设为平行光并入射到微小偏转部5，能够使微小偏转部5的偏转功能均匀，并能够消除曝光位置的变形等。此时，通过在微透镜41M的焦点位置形成光出射位置2a的像2f，能够从微透镜41M射出平行光，通过使用所述投影光学系统43，能够以良好的精度将像2f的位置与微透镜41M的焦点位置对准。
另外，聚光光学系统4具备在第2微透镜阵列42的附近形成例如由声光元件构成的微小偏转部5的衍射面D的像Df的中继透镜系统44，因此即使在微小偏转部5的偏转角较大时，也能够通过使像Df的位置靠近各微透镜42M来有效地将已偏转的光引入微透镜42M内。由此，能够以较低的损失将从光出射位置2a射出的光束Lb聚光于被曝光面Ex上。
图3为表示聚光光学系统的中继透镜系统的结构例的说明图(图3(a)为从Y方向观察的图，图3(b)为从X方向观察的图)。此处，使用在不同焦距的两个透镜44a、44b之间插入有透镜曲率在正交方向上不同的无焦透镜系统44c的变形中继透镜。此处所示的中继透镜系统44整体的倍率能够根据各个透镜的焦距(透镜面的曲率)适当设定。图示的例子中，由4个单透镜构成中继透镜系统44，但也可将中继透镜系统44设为由4个以上的多个透镜构成的光学系统。通过如图示的例子那样插入无焦透镜系统44c，能够独立调整光束Lb的扫描方向(图示的X方向)及与其正交的方向(图示的Y方向)的光斑位置。如此处所示的变形透镜系统也可以在所述投影光学系统43中采用。
图4为表示微小偏转部的具体结构例的说明图。图示的例子中，通过设为使声光元件即微小偏转部5的光出射面5B相对于光入射面5A倾斜的棱镜结构，使朝向微小偏转部5的入射光L1与出射光(一次衍射光)L2平行。通过设为这种微小偏转部5的结构，无需使中继透镜系统44的光轴相对于入射光L1倾斜，就能够简单地进行装置整体的组装或调整。
图5为表示本发明的实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的具体例的说明图。对于与所述说明共同的部位标注相同符号并省略重复说明。图示的例子中，在光出射部2的前段配置投影光学系统43和第1微透镜阵列41，透射第1微透镜阵列41的光束Lb入射到微小偏转部5。另外，在微小偏转部5的前段配置中继透镜系统44和第2微透镜阵列42，使通过第2微透镜阵列42聚光的射束光斑Ls形成于被曝光面Ex上。
此处，投影光学系统43由光圈43s及投影透镜43a构成，且将光出射部2的各光出射位置2a的像2f形成于第1微透镜阵列41的各个微透镜41M的焦点位置。微透镜41M为准直透镜，且将从该透镜射出的平行光入射到微小偏转部5。
中继透镜系统44由透镜44a、44b及插入在它们之间的光圈44s构成，且将声光元件即微小偏转部5的衍射面D的像Df形成于第2透镜阵列42的附近。图中，用实线表示透射微小偏转部5的光，用虚线表示中继透镜系统44的共轭关系。通过微小偏转部5的衍射面D上的一点而向不同角度射出的光在形成于第2微透镜阵列42附近的像Df上相交于一点，并从此处又以不同角度入射到微透镜42M。
图6表示图5所示的例子的改良例。对于与所述说明共同的部位标注相同符号并部分省略重复说明。图5所示的例子中，使用声光元件作为微小偏转部5，且有可能产生衍射面D的像Df相对于第2微透镜阵列42的光轴42x成为倾斜状态的情况。这样，当衍射面D的像Df相对于第2微透镜阵列42的光轴42x倾斜时，形成于像Df上的光束的偏转支点与第2微透镜42M之间的距离在各个第2微透镜42M的每一个中不同，当射束偏转的振幅较大时，可能会产生一部分射束不进入第2微透镜42M的情况、或产生通过第2微透镜42M之后的射束的角度在各个第2微透镜42M的每一个中不同的情况。
对此，图6所示的改良例中，在微小偏转部5与中继透镜系统44之间配置有衍射面D的像Dfe与第2微透镜阵列42的光轴42x垂直的校正光学元件6。该校正光学元件6能够由具有相对于第2微透镜阵列42的排列方向倾斜的光出射面的棱镜构成。通过配备这种校正光学元件6，能够使偏转射束无损失地入射到第2微透镜42M，并且能够使射束光斑Ls均匀。
图7为表示本发明的实施方式所涉及的射束曝光装置的聚光光学系统的具体例的说明图。对于与所述说明共同的部位标注相同符号并省略重复说明。图示的例子中，使用电光元件作为微小偏转部5。当使用电光元件作为微小偏转部5时，能够以施加零电压(零偏转角)为中心进行射束偏转，由于射束的偏转角微小，因此不使用所述校正光学元件6就能够有效地将偏转射束入射到第2微透镜42M。
以上说明的本发明的实施方式所涉及的射束曝光装置1中，通过曝光多个光束Lb及其光束Lb之间的微小偏转，能够缩短曝光处理时间，且能够使用声光元件均匀地进行此时的微小偏转，因此能够进行高精度的二维曝光。
以上，参照附图详述了本发明的实施方式，但具体结构并不限于这些，即使有不脱离本发明主旨范围的设计变更等，也包含于本发明。另外，只要其目的和结构等中没有特别的矛盾或问题，则上述各实施方式能够移用彼此的技术并进行组合。
符号说明
1-射束曝光装置，2-光出射部，2a-光出射位置，2f-(光出射位置的)像，3-扫描部，4-聚光光学系统，41-第1微透镜阵列，41M-微透镜，42-第2微透镜阵列，42M-微透镜，43-投影光学系统，43a-投影透镜，43s-光圈，44-中继透镜系统，44a、44b-透镜，44c-无焦透镜系统，44s-光圈，44x-光轴，5-微小偏转部，D-衍射面，Df、Dfe-(衍射面的)像，6-校正光学元件，10-基板，11-基板支承部，Lb-光束，Ls-光斑，Ex-被曝光面。

Claims (5)

1.一种射束曝光装置，其特征在于，具备：
光出射部，从沿一方向隔开既定间隔配置的多个光出射位置射出光束；
扫描部，使被多个光束曝光的被曝光面与所述光出射部的一方或双方朝向与所述一方向交叉的另一方向相对移动；
聚光光学系统，将所述光出射部射出的光束的光斑聚光于被曝光面；及
微小偏转部，将多个光束微小偏转以曝光多个光束的射束之间，
所述聚光光学系统具备：
第1微透镜阵列，配置在所述光出射部与所述微小偏转部之间，并具备多个与所述光出射部的光出射位置对应的微透镜；
第2微透镜阵列，配置在所述微小偏转部与所述被曝光面之间，并具备多个与所述光出射部的光出射位置对应的微透镜；以及
投影光学系统，在所述第1微透镜阵列的光入射侧形成所述光出射部的光出射位置的像，
所述第1微透镜阵列将所述多个光束分别设为平行光并入射于所述微小偏转部，
所述第2微透镜阵列将所述多个光束个别聚光于所述被曝光面。
2.根据权利要求1所述的射束曝光装置，其特征在于，
所述投影光学系统为放大投影光学系统。
3.根据权利要求1或2所述的射束曝光装置，其特征在于，
所述微小偏转部由声光元件构成。
4.根据权利要求3所述的射束曝光装置，其特征在于，
所述射束曝光装置具备在所述第2微透镜阵列的附近形成所述微小偏转部的衍射面的像的中继透镜系统。
5.根据权利要求4所述的射束曝光装置，其特征在于，
在所述微小偏转部与所述中继透镜系统之间配置有所述衍射面的像与所述第2微透镜阵列的光轴垂直的校正光学元件。
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