CN1677237B - 图形曝光方法以及图形曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生产周期短且廉价的装置、并且不要运行成本的图形曝光方法以及图形曝光装置。对于从多个半导体激光器分别出射的多束激光1a的出射端(5)，一个配置在与多边形镜子(27)的扫描方向相同的方向，另一个配置在与多边形镜子(27)的扫描方向交叉的方向。在该场合，使配置在与多边形镜子(27)的扫描方向交叉的方向的出射端(15)的排列间距等于曝光图形的分辨率。该场合，使激光的波长在410nm以下即可。

Description

图形曝光方法以及图形曝光装置 
技术领域
本发明涉及一种以半导体激光器为光源的无掩模图形曝光方法以及图形曝光装置。 
背景技术
为了在印刷线路板、液晶显示器的TFT基板或彩色过滤器基板或等离子体显示器的基板(以下称为‘基板’)上对图形进行曝光，原来是制作成为图形原版的掩模，将该掩模原版在掩模曝光装置上对基板进行曝光。 
近年来，基板的尺寸越发变大的同时，对这些基板的设计、制作要求的时间越发变短。在设计这些基板时，由于要使设计误差为零是非常困难的，大多数场合是进行设计修正，再次制作掩模，进行曝光。另外，根据基板的种类，多数场合是多品种少量生产，对于很多的品种，每次制作掩模都想要避开成本和交货期等问题，但有时却不能避开。 
鉴于以上情况，近年来对不使用掩模的无掩模曝光的要求增强。作为进行无掩模曝光的一个方法，有使用液晶或DMD(Digital Mirror Device)等2维空间调制器产生2维图形，用投影透镜把它在基板上曝光的方法(日本专利特开平11-320968号公报)。另外，还有使用大功率输出的激光器和多边形镜子一边扫描一边用EO调制器或AO调制器使激光在基板上刻蚀曝光的方法。 
发明内容
然而，原有技术中的前者虽然可以刻蚀比较微细的图形，但是装置价格高昂。 
另外，原有技术中的后者虽然结构简单能够比较廉价地生产，但是难以高精度地对大面积进行刻蚀。并且，使生产周期变短的话，由于需要大功率激光器，从而使得装置成本变高，运行成本变高。 
本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种生产周期短、廉价的装置、 并且运行成本低的图形曝光方法以及图形曝光装置。 
为了解决上述技术问题，本发明的第一方案提供一种图形曝光装置，其特征在于，包括：多个半导体激光器；准直透镜，把从所述多个半导体激光器出射的出射光变成平行光；多光束平行光学机构，使从所述准直透镜出射的多束平行光相互平行；多光束光斑形成光学系统，包括fθ透镜，具有使所述多个相互平行的光束直径不变地在与扫描方向正交的副扫描方向缩小所述平行光束间的距离的光束直径不变的光束间距缩小机构，并进行缩小以使光束光斑在fθ透镜的刻蚀面排列成侧边平行于主扫描方向、并且在副扫描方向具有多个列的形状；载物台，搭载利用由该多光束光斑形成光学系统形成的多光斑进行曝光的基板；扫描机构，在平行于所述主扫描方向的方向进行扫描，由此，以使在所述扫描中至少一处通过至少两个光斑连续被曝光的方式，使所述多光斑与所述载物台相对扫描；以及控制电路，根据所望的曝光刻蚀图形和所述半导体激光器的排列以及所述相对扫描的速度使所述多个半导体激光器开启和关闭。 
另外，本发明的第二方案提供一种图形曝光装置，使从光源出射的多束出射光和工件相对移动，利用所述出射光对图形进行曝光，其特征在于，把所述光源配置在正交的两个轴向上，同时，设置多边形镜子，使所述光源的排列方向的一方配置在与利用所述多边形镜子扫描的方向相同的方向。 
由于以从互不相同的光源出射的出射光对任意的曝光场所进行多次曝光，所以能够使用输出功率小的光源。 
另外，通过增加光源的数目，能够提高生产量。 
附图说明
图1是本发明的2次光源形成光学系统的结构图。 
图2是光纤的截面图。 
图3是本发明的曝光装置的功能说明图。 
图4是展示本发明中2次光源在基板上的像的视图。 
图5是展示本发明的曝光装置的结构的俯视图。 
图6是说明本发明的动作的视图。 
图7是表示本发明的其他实施方式的视图。 
图8是图7的立体图。 
图9是本发明的又一实施方式图。 
图10是说明本发明的动作的视图。 
图11是说明本发明的动作的视图。 
图12是说明光纤的连接的视图。 
图13是说明将光纤与玻璃连接的视图。 
图14是展示本发明的实施方式的2次光源形成光学系统的结构图。 
图15是说明半导体激光器的配置和激光的位置关系的视图。 
图16是本发明的曝光装置的功能说明图。 
图17是展示激光照射在基板上的位置的视图。 
图18是展示本发明的光束方向微调机构的构成图。 
图19是展示本发明的激光光轴的角度变位相对于本发明的楔形玻璃旋转角度的视图。 
图20是展示平行玻璃的旋转角度和入射光的光轴的移动量的关系的视图。 
图21是展示本发明的实施方式的2次光源形成光学系统的结构图。 
图22是表示激光的位置关系的视图。 
图23是本发明的曝光装置的功能说明图。 
图中 
1a  激光 
15  出射端 
27  多边形镜子 
具体实施方式
以下进行详细说明。 
实施例1 
以下对本发明的第1实施方式进行说明。 
图1是本发明的2次光源形成光学系统的结构图，(a)是俯视图；(b)是(a)的A向视图。 
光源系统1由在2个方向排列配置的多个半导体激光器11和透镜12以及光纤14组成。半导体激光器11发出波长为405nm、功率为60mW的激光1a。由于所发出的激光1a为发散光，所以用焦距短的透镜12会聚，以垂直 于光纤14的入射端13的最大入射角在几度以下的高定向性入射。这样一来，激光1a以90％以上的效率被导入光纤14内。此外，对每个半导体激光器11都设置透镜12以及光纤14。 
光纤14的出射端15配置在面16上。如该图(b)所示，在本实施方式中，在出射端15(即2次光源)，在扫描方向1 50的方向(y方向)1511、1521、...、1581，另外，在与扫描方向150交叉的方向(x方向)1511、1512、...，1518共64个配置在面16上。光纤14如图2所示，由芯部1501和配置在芯部1501周围的金属包层1500组成。在本实施方式中，芯部1501的直径为50μm，金属包层1500的直径为100μm。此外，光纤14的出射端15成为2次光源。 
图3是本发明的曝光装置的功能说明图。 
聚光透镜21配置在距离多边形镜子27的表面为聚光透镜21的焦距f的位置。 
从出射端15出射的激光1a的主光线相互平行，向各光纤14的入射光的定向性几乎相等，但定向性稍微变差。从出射端15出射的64束定向性高的激光1a(激光光束)通过聚光透镜21被压电偏向镜22反射，经过柱状透镜23入射到多边形镜子27。即，来自出射端15的定向性高但为发散光而出射的激光1a被透镜21变成几乎平行的光，由柱状透镜23在该图的x方向会聚，在多边形镜子27上扫描方向的激光1a在y方向并列(1511、...、1581为第一段，1512、...、1582为第二段)入射。此外，在多边形镜子上x方向的宽度最小。 
24、25以这两个具有fθ透镜的功能。通过该fθ透镜和柱状透镜23，多边形镜子27上的x方向的像由于以成像倍率M在基板上成像，所以在基板上形成在x方向直径约30μm的光斑。由于柱状透镜23和柱状透镜26在透镜的y方向的焦度为0，在y方向平行光入射到fθ透镜，利用fθ透镜的作用，在y方向显然以30μm的光斑直径会聚。通过做成这样的结构，在多边形镜子的各反射面之间即使有例如面倒，伴随着面倒，也不会发生扫描光束的间距偏差。这样一来，在基板上就形成如图1(b)所示的2次光源的像。 
压电偏向镜22用于对包含在fθ透镜的像差进行补偿。即，伴随着多边形镜子27的旋转，利用fθ透镜，扫描的光斑在曝光面上不在直线上移动， 而是会产生偏离。该场合，上述偏离在每次扫描都会出现。对此，预先求出该像差，用压电偏向镜22对该像差进行补偿。 
控制电路3通过根据曝光图形和对多边形镜子27的旋转进行监控的旋转编码器(未图示出)的信号来控制64个半导体激光11的ON-OFF，同时，驱动压电偏向镜22，以进行根据fθ透镜的像差的刻蚀在x方向的补偿。另外，在x方向以恒定速度驱动搭载在基板5上的载物台4。此外，对压电偏向镜22的驱动方法将在后面叙述。 
图4是展示在2次光源的基板上的像(光斑像)的图，右侧所示的箭头线表示的是利用多边形镜子扫描的方向。此外，表示成网格状的格子是刻蚀的基本单元的中心。 
在该图中，1511、1521、1531、...、1581是在多边形镜子的扫描方向上并列的光斑，1511、1512、1513、...、1518表示的是不在扫描方向上的光斑排列。图示的场合，在扫描方向上并列的光斑以基本单元间距P即分辨率的16倍的间距16P排列，与光斑的扫描方向成直角的方向的排列间距为基本单元间距P。 
这样一来，通过多边形镜子27的一个侧面的旋转(N面体多边形镜子的话为1/N转)，在下一次扫描时，该图所示的1518的下一个相邻的基本单元被1511、1521、...、1581等光斑扫描。即，通过一次扫描，与扫描方向成直角的方向的8个基本单元被刻蚀并曝光。 
另外，着眼于扫描方向的1个基本单元的话，由于在扫描方向8个光斑并列，所以着眼于扫描上的1个点(1个基本单元点)的话，一次扫描中8个光斑通过并曝光。例如，各光斑的强度的起伏为σ左右，统计地说来以8次光斑曝光的结果的累积曝光量的起伏可以降低到σ/2√2＝0.35σ左右。 
另外，该图中各像的直径为基本单元间距P的2倍，但使光斑的大小在P以上4P以下即可。 
图5是展示本发明的曝光装置的结构的俯视图，与图3相同的部分或者具有同一功能的部分被给与同一符号而省略其说明。如该图所示，由于水平配置基板5和光学系统，在fθ透镜和基板5之间利用镜子28使激光1a的光轴弯曲90度，成为垂直的光轴而对水平配置的基板5进行曝光。 
此外，在搭载在载物台4上的基板5大的场合，正在曝光的基板5的区域51的曝光结束时，使载物台4向该图的y方向步进移动，继续对区域52曝光。这种利用光学系统向z方向的扫描和载物台4在y方向的步进移动是用未图示出的驱动机构和安装在载物台4上省略了图示的长度测量器来进行的。因此，载物台4通过控制电路3来正确地进行位置控制。 
快门29用于使激光光束整体(即，从64个半导体激光器11发出的64束激光1a)的光路ON-OFF，以EO调制器或AO调制器或以毫秒量级驱动的机械快门构成。还有，对快门29将在后面叙述。 
接着，用图5和图6对本发明的曝光方法以及曝光装置进行说明。 
基于刻蚀的信息驱动半导体激光器11的ON-OFF，一般来说，半导体激光器的发光强度因自身的温度而改变。因此，使激光器OFF直到就要刻蚀之前，突然开始刻蚀时刻的发光强度和刻蚀后经过很久的时刻的发光强度会不同。 
为了解决该技术问题而采用了快门29。 
即，开始刻蚀很久前使激光器以刻蚀时平均的ON和OFF的比率闪烁。由于该光有照射到被曝光物上的可能性，在没有进行刻蚀时使快门29在OFF状态，即，遮光状态。通过这样，在实际刻蚀时刻到达时，半导体激光器11达到所望的稳定温度状态，可以实现稳定的曝光强度。 
直到曝光可以开始之前，多边形镜子27以一定旋转速度旋转是不可缺的。利用未图示出的驱动电路使未图示出的电机旋转，以未图示出的旋转编码器用控制电路3监控旋转状态，一旦多边形镜子27的旋转数到达所定范围内的一定值，就开始曝光。图6的a表示的是多边镜子27的旋转位置ΦP。由于是恒定的旋转速度，是斜率表示旋转速度的直线。另外，与该旋转速度同期利用控制电路3的指示，载物台4通过未图示出的电机被以一定的速度向z方向移动。该载物台4的位置的Z坐标是以图6的a的(Zs)所示的直线。 
图6的a所示的ΔtF和ΔtP分别表示多边形镜子转动一个侧面所需的时间和转一圈所需的时间。伴随着多边形镜子27的旋转，多个半导体激光器11的多个光斑就沿图5的y方向扫描。该扫描如前所述，理想情况下为直线， 但因fθ透镜组装时的精度等而不一定是直线。但是，该非直线性在以ΔtF的周期中重复的各扫描总是稳定地再现。因此，可以预先测量该非线性，保存在控制电路中，用以该测量值为基础决定的补偿值，如图6的b所示那样驱动压电镜偏向器22。这样的话，例如即使fθ透镜有像差，也能够使扫描几乎成直线状。 
另一方面，即使假如多边形镜子稳定旋转，扫描光在y方向的速度在fθ透镜有像差时也不恒定。由于即使带有该y方向的像差，也可以进行预先测量，因此通过算入该像差以控制电路3调整半导体激光器的ON-OFF的时刻，就能够去除。更仔细地看的话，由于多边形镜子27的旋转速度不一定是恒定的，所以读取连接在多边形镜子27上的旋转编码器的脉冲信号，与此一致使半导体激光器11ON-OFF的话，就能够完全没有像差地刻蚀。 
图6的c表示快门29在ON的状态，即快门29遮光的状态的时间。如前所述，在可以开始曝光之前，快门29在遮光状态，但扫描结束后，直到下一次扫描开始之间也为遮光状态。在该扫描之间的遮光状态时使半导体激光器以恒定的占空比ON-OFF即可。 
图6的d表示半导体激光器11在扫描途中基于刻蚀信息的ON-OFF时刻。即，如上所述，该曲线图的0的状态并不是表示半导体激光器11为OFF的状态。图6的e是表示图6的d的1个扫描内(即时刻t02～t03之间)的详细状况。即，基于刻蚀信息以高速使半导体激光器11ON-OFF的信号SL。使经过1个基本单元的时间为ΔtP的话，ON-OFF信号SL的脉冲宽度相对于整数N为NΔtP。上述脉冲驱动当然对所有的半导体激光器是基于刻蚀信息进行的。 
实施例2 
以下对本发明的第2实施方式进行说明。 
图7是表示本发明第2实施方式的图，图中的网格表示最终投影到被曝光物体并刻蚀时的基本单元间距。 
半导体激光器11011、11012、11013、11014在相当于该图的扫描方向y的方向并列配置。另外，半导体激光器11011、11051、11091、11131在图5中的载物台4的移动方向z上并列配置。 
图8是图7的立体图。如该图所示，半导体激光器11配置在半导体激光器支撑基板110上。从各半导体激光器11出射的激光1a被以相同排列状态并列的多个准直透镜111变成几乎平行的激光1a。即，从各半导体激光器1发出的各激光1a通过所对应的准直透镜111后，成为其主光线相互平行，并且几乎不发散的状态。各主光线的间隔比半导体激光器11的封装的直径稍大。 
64个平行远心的激光1a通过聚光透镜112，被会聚在聚光透镜112的焦点位置附近的几乎一个点上。由于该会聚点在透镜113的前侧焦点上，在通过透镜113后，在面15a(相当于图1的出射端15)上64个光斑像就作为2次光源得到。使该2次光源与在图1或图5所示的使用光纤14的场合的2次光源相同地使用的话，与用光纤14时同样地，能够对被曝光物体进行刻蚀、曝光。 
此外，图8中透过透镜113后的各激光1a的主光线不必一定要平行，根据fθ透镜的特性，有时更希望主光线是会聚的或是发散的状态。另外，各光束的平行度有时也希望不是平行的。 
实施例3 
以下对本发明的第3实施方式进行说明。 
图9是本发明第3实施方式的图，与图5相同或同一功能的部件给与相同的符号而省略其说明。 
在使用数十～上百个半导体激光器11的场合，即使一个半导体激光器11到了寿命而没有输出的话，曝光强度就会有起伏，从而不能够对图形进行正确的曝光。对此，读取未图示出的内藏在半导体激光器11中的激光光强检测元件、或者在半导体激光器11的外部，对各半导体激光器11个别检测出其强度的未图示出的激光强度检测元件的检测信号强度。对各半导体激光器11求出该检测信号，基于该信号控制各半导体激光器的驱动电流，使从任一个半导体激光器11的激光输出也成为恒定值。这样一来，如图10的a所示那样，工作数千小时时，各激光器的上述驱动电流值ILD变大，达到一定的阈值ILD0。在达到该阈值的时刻tF，在图9所示的监测器31上进行告知半导体激光器11的寿命的显示。 
并且，将与多个半导体激光器11和2次光源形成机构一体化的一体化机构1为完全相同的结构组成的预备的一体化机构1’并列设置，并且，在到达寿命的时刻tF后，估计不影响到曝光的时刻，自动地将上述一体化机构1更换为新的一体化机构1’。例如，在正在作业中的基板的曝光结束的时刻，或者以几十片基板单位为一批曝光时，一批的曝光结束时，或者1天的曝光结束时进行上述更换。通过这样，就可以使曝光工程无障碍地连续工作。还有，图中的Δts是更换时间。 
如上所述，能够用内藏在半导体激光器11中的激光强度检测元件，或者在上述半导体激光器的外部、个别检测个半导体激光器强度的激光强度检测元件来检测出各半导体激光器的强度。因此，如图10的b所示那样，调整半导体激光器驱动电流ILD11n使第11n个半导体激光器的强度PLD11n成为一定，使激光器的强度一直保持恒定。 
通过上述方法使第11n个半导体激光器的输出保持恒定的半导体激光驱动电流值ILD11n如该图a那样改变的话，电流值上升到此之上的话，就达到了意味着接近寿命的阈值ILD11n。虽然该阈值对各半导体激光器11都不相同，但假如预先知道驱动电流和输出的关系的话，由于可以预想该值，所以将该值储存在控制电路3中。64个半导体激光器11内，第n个半导体激光器11在先于其它半导体激光器的时刻tF达到该阈值电流的话，如上所述估计交换的时刻把一体化机构1更换为新的一体化机构1’。该交换以好的位置再现性精度进行一体化的话，不用调整就可以实现，也可以在上述基板的曝光结束，移动到下一个基板的曝光之间结束。 
如前所述，半导体激光器的输出也很强地依赖于自身的温度。因此，在实际曝光时，在没有曝光的时间区域使上述快门29在遮光状态使得各激光强度恒定，使半导体激光器11ON而驱动，对驱动电流等进行电控制使得半导体激光器11的强度恒定，能够进行品质进一步稳定的曝光。 
还有，上述中，虽然使半导体的数目为64个，但并不限于该数，各半导体激光器11的输出功率大的话，能够使数目减少。本发明这样能够根据曝光装置的目标性能选择半导体激光器11的数目，能够容易实现到达目标的装置。 
其次，对使用光纤14时的激光1a的强度进行说明。 
图11是说明入射到光纤14的激光1a的定向性和出射光的定向性的视图。 
激光1a的定向性如下求出。 
即，把屏幕121配置在透镜12的背后，从激光1a透过配置在半导体激光器11之后的焦距短的透镜12的像1211开始研究扩展f(x、y)，用从屏幕121到入射端13的距离L1求出入射到光纤14的激光1a的定向性C(θx、θy)。 
同样，把屏幕151配置在出射端15a的背后，从光纤出射端置于L2位置的屏幕151的像1511研究扩展g(x、y)来研究从出射端15出来的激光1a的定向性，并求出定向性D(θx、θy)。 
由于半导体激光器11在x以及y方向的出射定向性分别起伏，入射到光纤14的激光1a不呈旋转对称分布，但从光纤14出射的激光1a的定向性几乎为旋转对称。 
在这里，将角坐标(θx、θy)变换成由相对于光纤14的中心轴的角度θ和绕中心轴的角度
Figure 05108894X_0
组成的角坐标(θx、
Figure 05108894X_1
y)坐标(即，θx＝sinθcos
Figure 05108894X_2
、θy＝sinθsin
Figure 05108894X_3
)，使以θ和
Figure 05108894X_4
表示的C(θx、θy)和D(θx、θy)为C’(θ、)以及D’(θ、)的话，在能够忽略光纤14内部的损失的场合，下述式子成立。 
∫D’(θ、)d
Figure 05108894X_8
＝∫C’(θ、
Figure 05108894X_9
)d
Figure 05108894X_10
但是，如图12所示，入射端13以及出射端15不是平面，而是接近球面的话，透镜的效果就会发生，上述式子不再成立，左边亦即激光1a的定向性变差，激光1a展宽。激光1a展宽的话，就不能以所希望的光斑会聚到基板5上。 
虽然光纤14的端面加工成平坦的，但由于光纤14的芯径从几十到几百微米左右非常小，要把端面加工成平坦的非常难。因此，直接用光纤14的话，激光1a的定向性变差，不能得到必要的光斑直径。 
图13是解决这种问题的实施方式图。即，将预先加工成平坦的玻璃160接近并配置在光纤14的入射端13以及出射端15，在光纤14和玻璃160的 空隙填充光学粘接剂155。使光纤14、玻璃160以及光学粘接剂155的折射率几乎相同的话，光纤14端的平坦度变差的话，也等同于入射到平坦的端面，激光1a的定向性不会变差。 
另外，玻璃160的透过的2面完全平行的话，平行于光纤14的轴取为激光入射轴的话，在玻璃160的入射端13以及出射端15垂直地反射，返回光入射到半导体激光器11，半导体激光器11的起振就变得不稳定。结果，曝光强度变得不稳定，从而不能够进行精度高的刻蚀。对此，对玻璃160的透过的2面之间给与很小的角度，在160的入射面以及出射面不垂直的状态下，使之入射和出射时，激光1a的主光线平行于光纤14的光轴，返回到半导体激光器11的光不再成为问题，并且可以条件最良好的状态(光纤光轴和入射到光纤之前的激光1a的主光线为平行的状态)使激光1a入射到光纤14。 
实施例4 
以下，对本发明的第4实施方式进行说明。 
图14是展示本发明的第4实施方式的2次光源形成光学系统的结构图，(a)是从激光1a前进的方向所见的图，(b)是从激光1a前进的方向与纸面平行的方向所见的图。还有，与图1相同的部件或具有同一功能的部件被给与相同的符号而省略重复的说明。 
在保持半导体激光器11的半导体激光器支撑基板110上设有未图示出的水冷管，以对半导体激光器进行冷却。x方向发散角的半宽值为大约22度，y方向发散角的半宽值为大约8度的激光1a由透镜12会聚而成为平行光束。并且，通过后述的光束方向调整机构53，垂直入射到光束直径不变的光束间距缩小机构54。 
光束直径不变的光束间距缩小机构54是将多个截面呈平行四边形的棱镜541重叠起来，配置成相对于半导体激光器支撑基板110的中心左右对称。还有，中心部形成所谓的嵌套(将各自做成梳子齿状组合起来的形状)，激光1a仅通过棱镜541的内部。 
根据以上结构，着眼于该图(b)最右边的激光1a的话，激光1a被棱镜541的A1面反射进到左边，被棱镜541c的左端B面反射而朝向上方。右边第二束激光1a被右边第二个棱镜541反射进到左后，被该棱镜541c的左端 B面反射而朝向上方。 
进行更详细的说明。 
图15是说明半导体激光器11的配置和激光1a的位置关系的图。 
如该图(a)所示，半导体激光器11在半导体激光器支撑基板110上在xy方向都以12mm的间距并列配置。因此，被透镜12准直了的激光1a以在xy方向都以12mm间距并列配置的状态入射到光束直径不变的光束间距缩小机构54。还有，被透镜12准直了的激光1a具有在x方向的直径约为4mm，y方向的直径约1.5mm的椭圆状强度分布。并且，如该图(b)所示，通过经过光束直径不变的光束间距缩小机构54后，光束形状不改变地在x方向以1mm的间距并列。即，相对于半导体激光器的间隔为12mm，经过了光束直径不变的光束间距缩小机构54的激光1a的间隔变成1mm。 
图16是本发明的曝光装置的功能说明图，图17是展示激光1a照射到基板5上的位置的图，与图3、5、9相同的部件或具有同一功能的部件被给与相同的符号而省略其说明。 
长焦点透镜系统30是由以下透镜构成：具有长焦距f1的焦度为正的第1透镜组301(图中为一枚透镜)，短焦距f2的第2透镜组302，具有正焦度的长焦距f3的第3透镜组303，具有正焦度的柱状透镜34。 
其次，对该曝光装置的动作进行说明。 
从光束直径不变的光束间距缩小机构54出射的相互平行的激光1a被镜子1001反射后，经过长焦点透镜系统30，入射到压电偏向镜22。然后，被压电偏向镜22反射的激光1a被多边形镜子27反射，经过fθ透镜后，利用镜子28而使光路弯曲90度，利用在x方向具有焦度的柱状透镜26，以在基板5上进行扫描照明。 
基板5上的激光1a的入射位置(多光斑)为如图17以及图15的(c)所示那样的配置。即，以与图17中的xy方向的距离为ΔR的网眼所示的所望的分辨率或基本单元间距相等的x方向(即副扫描方向)的光斑排列。这种直径Dy(本图中与x方向的直径Dx相等)的多光斑排列能够在基板5上。因此，通过以多边形镜子27沿y方向扫描该多光斑组，就能够形成没有条纹状不均的图形。 
对在基板上曝光所望的图形来说，利用控制电路3，根据刻蚀多个半导体激光器的图形信息和半导体激光器11的排列，个别控制半导体激光器11的ON-OFF。另外，取得装载基板5的载物台4在x方向驱动控制与半导体激光器11的ON-OFF控制和多边形棱镜27的旋转的同期，再有，多边形棱镜27旋转，在利用相邻的反射面进行扫描时，控制载物台4对在基板5上与多光斑组全部曝光的区域相邻的区域进行扫描曝光。 
还有，该场合，也可以控制载物台4的移动速度使与已经曝光的区域局部重合。 
对以上大致说明了的整体结构和动作进一步进行详细说明。首先对多光斑的成像关系进行说明。 
如上所述，经过了光束直径不变的光束间距缩小机构54的各激光1a为在y方向直径小，x方向直径大的约1.5×4mm的椭圆。排列的间距如图15(b)所示，在y方向1.5mm，x方向1mm。长焦距透镜系统30在y方向的焦距为22000mm，多边形镜子27的焦距为350mm。因此，y方向的基板5上的光斑直径(宽度)约为25μm，间距也为25μm。 
另一方面，x方向利用长焦距透镜系统30前端的柱状透镜304，以在多边形棱镜27上4mm的光束直径缩小到约50分之1成像后，利用包含在x方向具有焦度的柱状棱镜的fθ棱镜成像成约0.3倍。结果，在基板5上光斑直径(宽度)为25μm，光斑间距为6.4μm。 
因此，通过使激光1a在y方向扫描，可以6.4μm间距的分辨率刻蚀25μm的光斑。 
然而，上述场合，使经过了光束直径不变的光束间距缩小机构54的激光1a分别在y方向缩小到1/63倍，在x方向缩小到1/160倍。因此，使经过了光束直径不变的光束间距缩小机构54之后的激光1a相互的平行度为Δθ的话，基板5上各激光1a相互的平行度为该倍率的倒数倍，y方向为63Δθ，x方向为160Δθ。以405nm波长的激光形成25μm的光斑时的焦点深度为2mm左右。但是，考虑到基板5厚度的不均时，需要不对从光学系统的焦点位置±100μm范围的基板面产生像的变形或位置偏离。使该偏离量为基本单元间距即分辨率的1/4的话，在基板5侧的远心性ΔθB为 
ΔθB＝6.4/4/100＝0.016rad。 
因此，Δθ为 
Δθy＝0.016rad/63＝52秒(y方向) 
Δθx＝0.016rad/160＝20秒(x方向)。 
并且，为了实现这种平行性，需要使各激光1a的光轴的朝向一致。 
其次，对光束方向微调机构53进行说明。 
图18是展示本发明的光束方向微调机构的结构的图，(a)是俯视图；(b)是动作说明图。 
光束方向微调机构200由楔形玻璃201、202和平行玻璃203组成。楔形玻璃201、202是楔子角度为10°的表面防反射的透明玻璃。使该楔形玻璃201以入射角和透过时的出射角相等的状态为Δθw＝0，使顺时针旋转为正来改变角度的话(但是，楔形玻璃202固定)，透过了楔形玻璃202的激光1a的光轴的角度改变。 
图19是展示激光光轴的角度变位相对于本发明的楔形玻璃旋转角度的图。 
现在，半导体激光器11的发光点与焦距为fc的透镜12的光轴偏离Δx时，光源侧的远心性的偏离Δθ成为Δx/fc。例如，使fc为6mm的话，为了满足上述20秒的要求，要求光轴偏离Δx为0.02μm，这不可能实现。 
但是，通过使用楔形玻璃201、202，以楔形玻璃201的1度左右的旋转Δθw使该调整成为可能。即，使光轴偏离Δx为5μm的话，相对于上述fc(6mm)，Δθ约为3分。 
即，因光轴的偏离，即使Δθ为10分左右(Δx为10μm左右)，通过使楔形玻璃201旋转，也能够将光轴补偿到目标的倾斜度。 
还有，从该图可知，在楔形玻璃201的旋转角Δθw在5～10度的范围，使楔形玻璃201旋转1度的话，激光1a的光轴倾斜2分以上，难以进行微调。在这种场合，通过使楔形玻璃202从Δθw＝0旋转几度，利用能够进行相当于该图中的曲线斜率小的部分的微小角度调整，能够进行最终的角度一致调整。 
然而，通过使楔形玻璃201和楔形玻璃202逆向配置，能够使激光1a的光轴方向与原来的方向平行，但位置会偏移。对此，插入平行玻璃203， 使偏移的激光1a的光轴与原来的光轴一致。 
图20是展示平行玻璃203的旋转角度和入射光的光轴的移动量的关系的图。从该图可知，使平行玻璃203旋转Δθp的话，就能够对光轴的位置以几十μm的精度在几百μm的范围调整。 
还有，由于激光1a的光轴向各种方向倾斜，所以使由楔形玻璃201和202以及平行玻璃203组成的光束方向调整机构200可以旋转360度。通过这样的结构，即使激光1a的光轴向任意方向倾斜10分左右，由于能够使平行度一致到数十秒以内，从而能够对入射到基板5的激光1a的远心性高精度地进行调整。 
在此，对长焦点透镜系统30进一步进行说明。 
使构成长焦点透镜系统30的3组球面(严格地说是旋转对称面)透镜(焦距f1、f2、f3)的焦点相邻的组间共有的话，总的焦距f由下式给出。 
f＝-f1·f3/f2 
基板5的尺寸接近几百mm～1m，与此相对，fθ透镜很小(直径几百mm左右)，为了对基板5整个范围曝光，需要使基板5在扫描方向数次移动或使曝光光学系统在扫描方向并列多个。任一种方式均考虑到fθ透镜的制造技术和制作费用的话，要以多边形棱镜27扫描宽度为几百～500mm左右。 
另外，由于基板5的凹凸和厚度不均以及对基板5曝光的图形的位置精度，激光1a需要远心地入射到基板5上。 
半导体激光器11准直后的光斑直径为1～数mm，多光斑排列间距为1～10mm左右，与此相对，基板上的光斑直径为十～几十μm，排列间距为5～一百μm左右。根据这种倍率关系，长焦点透镜的焦距f为几m～几十m。要以短镜筒长实现这种长焦点透镜的话，采用上述的3组结构，从上述的焦距的公式，以具有正焦度的焦距在200mm以上的第1组和焦距在20mm以下的第2组和具有正焦度的焦距在200mm以上的第3组组成的结构比较实用。 
这样一来，就能够实现镜筒长为360mm左右，y方向的焦距为几千mm以上的长焦距透镜。 
考虑到半导体激光器的发光波长的不均的话，需要进行色补偿，但是， 由球面透镜系统组成的上述3组透镜的场合，通过使折射率不同的材质的透镜组合起来，就能够比较容易地进行色补偿。 
另一方面，在x方向，即副扫描方向，包括在上述球面透镜系统(由球面或者旋转对称面组成的几个透镜所构成的球面或者旋转对称面透镜系统)具有正焦度的柱状透镜，同时，在fθ透镜中包括在x方向具有正焦度的柱状透镜。在x方向的基板上的宽度狭窄时，不需要进行色补偿。 
实施例5 
以下对本发明的第5实施方式进行说明。 
图21是表示本发明的第5实施方式的2次光源形成光学系统的结构图，图22是表示激光的位置关系的图，与图16相同的部件或具有同一功能的部件被给与相同的符号而省略重复说明。 
由保持多个半导体激光器11的半导体激光器支撑基板110和光束方向调整机构200以及光束直径不变的光束间距缩小机构54组成的光源系统1与相同结构的第2光源系统1’相互配置成直角。使从光源系统1’得到的平行多光束通过1/2波长板并入射到偏振光束分束器101。 
其次，对本实施方式的动作进行说明。 
从光源系统1出射的激光1a以P偏振光入射到偏振光束分束器101上，几乎100％透过。另外，从光源系统1’出射的激光1a利用1/2波长板102以S偏振光入射到偏振光束分束器101，几乎100％反射。结果，不损失从两个光源系统出射的激光1a而能够利用。 
如图22所示，来自光源系统1、1’的多光斑对准位置使得进入到相互偏移半个间距的位置。结果，如该图(a)所示，排列成在扫描方向y上为16个光斑，在副扫描方向x上为16个光斑。还有，该图(b)展示基板5上的多光斑。 
另外，代替使来自光源系统1、1’的多光斑进入相互偏离半个间距的位置而在副扫描方向并列配置的话，能够在扫描方向排列8个、在副扫描方向排列32个光斑。 
图23是本发明的曝光装置的功能说明图，(a)展示被准直过后的128束激光1a的排列(即在半导体激光支撑基板110上的半导体激光器11的排 列)。 
另外，(b1)(b2)是从与光轴正交的2个方向所见的光束直径不变的光束间距缩小机构54的图，用镜子系统541、542、543、544，不改变激光1a的形状，将排列间距在扫描方向y缩小到1/4，在扫描方向x缩小到约1/2。 
另外，(c)展示的是从光束直径不变的光束间距缩小机构54出射的激光1a的排列。 
另外，(d)展示的是从光束直径不变的光束间距缩小机构54出射的激光1a通过经过图16所示的长焦点透镜30和fθ透镜而照射在基板5上的位置。 
通过多面体镜子27的旋转和载物台4的移动，多光斑如该图(d)中箭头所示那样，扫描基板5上面来调整角度。这样一来，光斑直径的1/4为基本单元间距，没有不均，并且以2束激光1a对基板5上的任意点进行曝光。 
还有，在上述实施方式中作为多面体的多边形镜子是以6面体为例来展示的，但也可以是10面体或12面体。 
例如，偏转角的范围为34.4°的场合，对6面体来说光的利用效率为29％，相对于此，对8面体来说为38％，10面体为48％，12面体为57％，能够使效率大幅提高。 

Claims (8)

1.一种图形曝光装置，其特征在于，包括：
多个半导体激光器；
准直透镜，把从所述多个半导体激光器出射的出射光变成平行光；
多光束平行光学机构，使从所述准直透镜出射的多束平行光相互平行；
多光束光斑形成光学系统，包括fθ透镜，具有使所述多个相互平行的光束直径不变地在与扫描方向正交的副扫描方向缩小所述平行光束间的距离的光束直径不变的光束间距缩小机构，并进行缩小以使光束光斑在fθ透镜的刻蚀面排列成侧边平行于主扫描方向、并且在副扫描方向具有多个列的形状；
载物台，搭载利用由该多光束光斑形成光学系统形成的多光斑进行曝光的基板；
扫描机构，在平行于所述主扫描方向的方向进行扫描，由此，以使在所述扫描中至少一处通过至少两个光斑连续被曝光的方式，使所述多光斑与所述载物台相对扫描；以及
控制电路，根据所望的曝光刻蚀图形和所述半导体激光器的排列以及所述相对扫描的速度使所述多个半导体激光器开启和关闭。
2.根据权利要求1所述的图形曝光装置，其特征在于，所述光束直径不变的光束间距缩小机构由两个反射面组构成，每组包括两个平面反射面，各组的反射面之间的间距不同。
3.根据权利要求1所述的图形曝光装置，其特征在于，所述多光束平行光学机构具备由配置在平行光束光路中的楔形玻璃组成的光束方向微调机构。
4.根据权利要求3所述的图形曝光装置，其特征在于，所述光束方向微调机构具备通过使平行玻璃旋转来微调光束位置的光束位置微调机构。
5.根据权利要求4所述的图形曝光装置，其特征在于，以两个楔形玻璃构成所述楔形玻璃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的图形曝光装置，其特征在于，所 述多光束光斑形成光学系统由长焦点透镜和fθ透镜组成，所述长焦点透镜由具有正焦度的焦距为200mm以上的第1组和焦距为20mm以下的第2组和具有正焦度的焦距为200mm以上的第3组组成，包括在一个方向具有焦距为2000mm以上的正焦度、在与所述一个方向正交的另一个方向具有正焦度的柱状透镜，所述fθ透镜包括在所述另一个方向具有正焦度的柱状透镜。
7.一种图形曝光装置，使从光源出射的多束出射光与工件相对移动、并利用所述出射光对图形进行曝光，其特征在于，把所述光源配置在正交的两个轴向上，同时，设置多边形镜子，把所述光源的排列方向的一方配置成与利用所述多边形镜子扫描的方向相同的方向。
8.根据权利要求7所述的图形曝光装置，其特征在于，使在与利用所述多边形镜子扫描的方向不同的方向排列的所述光源的排列间距等于曝光图形的分辨率。 
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