JP2002023089A

JP2002023089A - 走査式描画装置

Info

Publication number: JP2002023089A
Application number: JP2000202366A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】装置のコストを増加させず、かつ、走査範囲
を著しく狭くすることなくレーンのつなぎ目を目立たせ
ずにパターンを描画することができる走査式描画装置を
提供すること。【解決手段】アルゴンレーザー発生器２０から発した
レーザー光は、固定板３０上に導かれ、その上に配置さ
れた２組の走査光学系により変調、偏向され、描画対象
上を走査してパターンを形成する。第１レーンＬ1、第
２レーンＬ2をそれぞれ走査する第１，第２の走査光学
系５０，６０の走査範囲は、他のレーンに接しない側の
端部の像高をｈ₁、この像高ｈ₁における非点隔差をAS
(ｈ₁)とし、他のレーンに接する側の端部の像高をｈ₂、
この像高ｈ₂におけるにおける非点隔差をAS(ｈ₂)とし
て、 |AS(ｈ₁)|>|AS(ｈ₂)| …(1) |ｈ₁|＞|ｈ₂| …(2) を満たすように定められている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、描画エリアを複数
のレーンに分割してパターンを描画する走査式描画装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】描画エリアが広い場合、走査光学系の走
査幅を大きくすると、光学系にかかるコストが大きくな
るため、従来から、描画エリアを複数のレーンに分割
し、各レーン毎にパターンを描画する走査式描画装置が
開発されている。

【０００３】ただし、描画エリアを複数のレーンに分割
する場合、各レーンの境界部分で描画性能が乱れると、
つなぎ目が目立ち、境界を跨ぐパターンが滑らかに接続
されない。描画性能の乱れは、光学系の設計上の収差
や、組み立て時の機械的な誤差に起因し、一般的には走
査範囲の周辺部で大きくなる。特に、設計上の収差に関
しては、限られたレンズ枚数でより広い走査範囲にわた
って光学性能を所定レベルに維持するため、周辺部での
性能をある程度犠牲にして中心部及び中間像高での性能
が良好となるよう設計する場合が多い。

【０００４】そこで、つなぎ目を目立たなくするには、
光学系の収差や機械的な誤差を低減し、あるいは、描画
性能の乱れが大きくなる周辺部を利用せずに中央部分の
みを利用することが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、収差を
低減するにはレンズ枚数が増加し、組み立て誤差を低減
するためには精密な機構が必要となり、いずれも装置の
コストを増加させるという問題がある。一方、性能が悪
くなる走査範囲の周辺部を利用しないようにすると、走
査範囲が著しく狭くなり、広い描画エリアをカバーする
ためにはレーンの数が増加し、描画時間が長くなるとい
った問題を生じる。

【０００６】本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、装置のコストを増加させず、
かつ、走査範囲を著しく狭くすることなくレーンのつな
ぎ目を目立たせずにパターンを描画することができる走
査式描画装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、描画性能の乱
れが描画されたパターンの中で目立つのは他のレーンと
の境界部分のみであり、他のレーンに接しない側の端部
では多少の描画性能の乱れは目立たないために許容され
る点に着目してなされたものであり、他のレーンに接し
ない側の端部の非点隔差が他のレーンに接する側の端部
の非点隔差より大きくなり、かつ、他のレーンに接しな
い側の像高が他のレーンに接する側の像高より大きくな
るよう走査範囲を定めたことを特徴とする。

【０００８】すなわち、本発明の走査式描画装置は、描
画面上にオンオフ変調されたビームスポットを走査させ
ることによりパターンを形成する走査光学系を少なくと
も一組備え、描画エリアを主走査方向に複数のレーンに
分割し、各レーンを別個に走査する構成において、描画
エリアの両端に位置する各レーンの走査範囲は、他のレ
ーンに接しない側の端部の像高をｈ₁、この像高ｈ₁にお
ける非点隔差をAS(ｈ₁)とし、他のレーンに接する側の
端部の像高をｈ₂、この像高ｈ₂における非点隔差をAS
(ｈ₂)として、以下の条件(1)、(2)、 |AS(ｈ₁)|>|AS(ｈ₂)| …(1) |ｈ₁|＞|ｈ₂| …(2) を満たすように定められていることを特徴とする。

【０００９】上記の構成によれば、描画エリアの両端に
位置する各レーンの走査範囲は、光軸を中心として他の
レーンに接する側が短く、他のレーンに接しない側が長
くなり、境界部分での描画性能の乱れを抑えつつ、走査
範囲が極端に狭くなるのを防ぐことができる。

【００１０】描画エリアが２つのレーンに分割される場
合には、各レーンの走査範囲が共に条件(1),(2)を満た
すよう定められる。また、描画エリアが３つ以上のレー
ンに分割される場合には、両側で他のレーンに接するレ
ーンの走査範囲は、両側の端部で非点隔差AS(ｈ₂)とな
るよう定めることが望ましい。

【００１１】さらに、走査可能範囲の中間像高で非点隔
差が０になるよう設計された走査光学系を用いる場合、
他のレーンに接する側の端部における非点隔差AS(ｈ₂)
をほぼ０とすることがつなぎ目を目立たなくする上では
望ましい。また、描画対象面の凹凸等による描画パター
ンの変形を防ぐため、走査光学系は描画面側に対してテ
レセントリックであることが望ましい。

【００１２】本発明の走査式描画装置は、走査光学系を
１組、あるいは、レーンの数と同数備えることができ
る。走査光学系を１組備える場合には、レーンの切り替
え時に走査光学系と描画面とを主走査方向に相対的に移
動させてレーンを切り替える。一方、走査光学系を複数
備える場合には、複数のレーンを対応する各走査光学系
により同時に走査することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる走査式描画
装置の実施形態を説明する。図１は、実施形態の走査式
描画装置の全体構成の概略を示す斜視図である。この走
査式描画装置は、床面に固定された基台１０を備え、基
台１０上に互いに平行に配置された２本のレール１１，
１１上にスライドテーブル１２がスライド自在に取り付
けられている。スライドテーブル１２には、回転微調整
テーブル１３を介して描画テーブル１４が配置されてい
る。描画テーブル１４上には、パターンが描画されるフ
ォトマスク用感光フィルム、あるいはフォトレジスト層
を有する基板等の描画対象が配置される。

【００１４】基台１０の図中手前側の端部には、アルゴ
ンレーザー発生器２０が設けられている。このアルゴン
レーザー発生器２０から平行光として発したレーザー光
は、ビームベンダ２１，２２により描画テーブル１４の
上方で基台１０に固定された固定板３０上に導かれ、固
定板３０上に配置された２組の走査光学系により変調、
偏向され、描画対象上を走査して露光パターンを形成す
る。

【００１５】固定板３０上に導かれたレーザー光は、ビ
ームベンダ３１，３２により反射され、ビームセパレー
タ３３に入射して８本の平行ビームに分割される。な
お、図１では８本のビーム中の３本について図示してい
る。分割されたビームは、ビームベンダ３４で反射され
て集光レンズ３５に入射し、それぞれ集光される。集光
された各ビームは、集光レンズ３５の焦点位置に配置さ
れたマルチチャンネル音響光学素子(ＡＯＭ)３７に入射
する。マルチチャンネルＡＯＭ３７は、８つのチャンネ
ルを有する変調器であり、描画信号に応じて８本のビー
ムを独立して変調する。

【００１６】変調された各ビームは、コリメートレンズ
３８により平行光とされて電気光学素子３９に入射す
る。電気光学素子３９は、印加電圧のオンオフにより直
線偏光として入射するビームの偏光方向を９０度切り替
える。電気光学素子３９を射出した各ビームは、偏光ビ
ームスプリッター４０により第１，第２の走査光学系５
０，６０に振り分けられる。

【００１７】すなわち、電気光学素子３９の電源オン時
には、各ビームは偏光ビームスプリッター４０に対して
Ｐ偏光として入射し、偏光ビームスプリッター４０を透
過して第１の走査光学系５０に導かれる。電源オフ時に
は、各ビームは偏光ビームスプリッター４０に対してＳ
偏光として入射し、偏光ビームスプリッター４０により
反射されて第２の走査光学系６０に導かれる。

【００１８】第１の走査光学系５０は、偏光ビームスプ
リッター４０を透過したビームを反射させるビームベン
ダ５１，５２，５３と、これらのビームベンダにより反
射されたビームを動的に偏向する第１のポリゴンミラー
５４と、第１レンズ群５５、第２レンズ群５７から構成
される第１のｆθレンズと、これらのレンズ群の間に配
置されて光路を描画テーブル１４側に向ける第１のター
ニングミラー５６とを備える。第１の走査光学系５０
は、描画面上の第１のレーンＬ1にオンオフ変調された
ビームスポットを走査させることによりパターンを形成
する。

【００１９】第２の走査光学系６０は、偏光ビームスプ
リッター４０で反射されたビームを反射させるビームベ
ンダ６１，６２と、これらのビームベンダにより反射さ
れたビームを動的に偏向する第２のポリゴンミラー６３
と、第１レンズ群６４、第２レンズ群６６から構成され
る第２のｆθレンズと、これらのレンズ群の間に配置さ
れて光路を描画テーブル１４側に向ける第２のターニン
グミラー６５とを備える。第２の走査光学系６０は、描
画面上の第２のレーンＬ2にオンオフ変調されたビーム
スポットを走査させることによりパターンを形成する。
第１，第２の走査光学系は、いずれも描画面側にテレセ
ントリックである。これにより、描画対象面の凹凸等に
よりピントがずれた場合にも、形成されるビームスポッ
トの中心位置のずれを防ぐことができ、描画されるパタ
ーンの変形を防ぐことができる。

【００２０】ここで、描画面上でビームが走査する方向
を主走査方向ｙ、描画テーブル１４が移動する方向を副
走査方向ｚとする。第１，第２のポリゴンミラー５４，
６３は、共に８面の反射面を備え、互いにπ／８だけず
れた位相で回転する。電気光学素子３９は、第１のポリ
ゴンミラー５４の１つの反射面により反射されたビーム
が走査範囲にある描画期間中は電源をオンしてビームを
第１の走査光学系５０に入射させ、第１のポリゴンミラ
ー５４により反射されるビームが走査終了位置を越えて
から次の反射面により反射されるビームが走査開始位置
に達するまでの切り替え期間中、電源をオフしてビーム
を第２の走査光学系６０に入射させる。この例では、一
方の走査光学系の描画期間が、他方の走査光学系の切り
替え期間に一致するよう設定されているため、第１，第
２の走査光学系に対して描画時間が５０％づつ振り分け
られる。

【００２１】このようにして反射面の切り替えに応じて
変調ビームが振り分けられるため、各レーンＬ1、Ｌ2に
対して交互に８本づつの走査線が形成され、描画テーブ
ル１４を副走査方向ｚに移動させることにより、描画面
上に二次元のパターンが形成される。実施形態の走査光
学装置では、描画エリアが主走査方向ｙに２つのレーン
Ｌ１，Ｌ２に分割されるため、いずれのレーンも描画エ
リアの両端に位置するレーンとして定義される。

【００２２】そして、これらのレーンを走査する第１，
第２の走査光学系５０，６０の走査範囲は、第１のレー
ンＬ1と第２のレーンＬ2のそれぞれについて、他のレー
ンに接しない側の端部の非点隔差が他のレーンに接する
側の端部(境界部分)の非点隔差より大きくなり、かつ、
他のレーンに接しない側の像高が他のレーンに接する側
の像高より大きくなるよう定められている。以下、各走
査光学系の走査範囲の設定につき、具体的なレンズ設計
例に基づいて説明する。

【００２３】図２は、第１，第２の走査光学系５０，６
０に用いられているｆθレンズのレンズ図である。共に
共通のｆθレンズを用いているため、ここでは第１の走
査光学系５０に使用される符号を付して説明する。

【００２４】このｆθレンズは、図中上側となるポリゴ
ンミラーの反射面５４ａ側から順に、メニスカス負レン
ズである第１レンズ５５ａ、メニスカス正レンズである
第２レンズ５５ｂ、そして、メニスカス正レンズである
第３レンズ５５ｃの３枚のレンズで構成される第１レン
ズ群５５と、凸平の単レンズで構成される第２レンズ群
５７とが配列して構成される。ｆθレンズを構成する４
枚のレンズは、いずれも回転対称な球面レンズである。
これらの具体的数値構成を以下の表１に示す。表中の記
号ｒは各面の曲率半径、ｄは面間の光軸上の距離(第８
面については描画面までの距離)、ｎは各レンズの屈折
率である。

【００２５】表中、第１面及び第２面が第１レンズ群５
５の第１レンズ５５ａ、第３面及び第４面が第２レンズ
５５ｂ、第５面及び第６面が第３レンズ５５ｃ、第７面
及び第８面が第２レンズ群５７を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】図３は、上記設計例のｆθレンズの像面湾
曲を示すグラフである。図中、縦軸は像高ｙ(単位：mm)
であり、横軸は収差量(単位：mm)、すなわち像高０にお
ける像平面を基準とした主走査、副走査各方向の収束位
置の光軸方向のズレを示す。破線が主走査方向、実線が
副走査方向の収差量を示す。各像高における主走査方向
の収束位置と、副走査方向の収束位置との差、すなわ
ち、主走査方向の像面湾曲量ＤＭと副走査方向の像面湾
曲量ＤＳとの差が、非点隔差ＡＳとなる。代表的な像高
におけるＤＭ，ＤＳ，ＡＳの値を以下の表２に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】第１レーンＬ1、第２レーンＬ2をそれぞれ
走査する第１，第２の走査光学系５０，６０の走査範囲
は、他のレーンに接しない側の端部の像高をｈ₁、この
像高ｈ₁における非点隔差をAS(ｈ₁)とし、他のレーンに
接する側の端部の像高をｈ₂、この像高ｈ₂における非点
隔差をAS(ｈ₂)として、以下の条件(1)、(2)、 |AS(ｈ₁)|>|AS(ｈ₂)| …(1) |ｈ₁|＞|ｈ₂| …(2) を満たすように定められている。

【００３０】上記の条件を満たす配置を図４に基づいて
説明する。図４は、図２に示した設計例のｆθレンズを
それぞれ含む第１，第２の走査光学系５０，６０を一点
差線で示される各光学系の光軸と主走査方向ｙとを含む
平面内で展開して示した上で、図３に示す像面湾曲のグ
ラフをスケーリングして像高に合わせて表示した説明図
である。図４では、各走査光学系の光軸を基準にして図
中左側をプラス像高、右側をマイナス像高としている。

【００３１】第１，第２の走査光学系５０，６０の走査
範囲の端部の像高ｈ₁、ｈ₂は、以下の通りとなる。第１の走査光学系５０：ｈ₁=+300mm, ｈ₂=-250mm 第２の走査光学系６０：ｈ₁=-300mm, ｈ₂=+250mm また、各走査光学系の各像高における非点隔差は、表２
を参照すると以下の通りとなる。第１の走査光学系５０：AS(ｈ₁)=AS(+300)=1.000, AS
(ｈ₂)=AS(-250)=-0.104 第２の走査光学系６０：AS(ｈ₁)=AS(-300)=1.000, AS
(ｈ₂)=AS(+250)=-0.104 すなわち、いずれも上記の条件(1),(2)を満たしてい
る。

【００３２】上記の構成によれば、いずれのレーンにお
いても境界部分での非点隔差を小さく抑えることによ
り、ビームスポットの形状を円形とし、描画性能の乱れ
を抑えることができ、レーンのつなぎ目が目立つことな
く、境界を跨ぐパターンも滑らかに接続することができ
る。一方、他のレーンと接する側の端部は光軸から250m
mであるが、他方側の端部は光軸から300mmをカバーでき
るため、走査範囲を光軸対称にした場合と比較すると、
走査範囲が極端に狭くなるのを防ぐことができる。

【００３３】なお、条件(1),(2)を満たす解は多様であ
るが、上記の設計例のように走査可能範囲の中間像高で
非点隔差が０になるよう設計された走査光学系を用いる
場合には、他のレーンに接する側の端部における非点隔
差AS(ｈ₂)をほぼ０とすることがつなぎ目を目立たなく
する上では望ましい。

【００３４】また、描画エリアが３つ以上のレーンに分
割される場合には、両側で他のレーンに接する中間のレ
ーンの走査範囲は、両側の端部で非点隔差AS(ｈ₂)とな
るよう定めれば、境界が目立つのを防ぐことができる。

【００３５】さらに、実施形態ではレーンの数と同数の
２つの走査光学系を備えているが、これを１組とし、レ
ーンの切り替え時に走査光学系と描画面とを主走査方向
ｙに相対的に移動させてレーンを切り替えるようにして
もよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置のコストを増加させることなく、かつ、走査範囲を
著しく狭めることなく、レーンのつなぎ目を目立たせず
にパターンを描画することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態にかかる走査式描画装置の全体構成
を示す概略斜視図。

【図２】図１の装置に使用されるｆθレンズのレンズ
図。

【図３】図２のｆθレンズの像面湾曲を示すグラフ。

【図４】図２のｆθレンズを含む２組の走査光学系を
展開し、図３に示す像面湾曲のグラフをスケーリングし
て像高に合わせて表示した説明図。

【符号の説明】

１０基台１４描画テーブル２０アルゴンレーザー発生器５０第１の走査光学系５４ポリゴンミラー５５ｆθレンズの第１レンズ群５７ｆθレンズの第２レンズ群６０第１の走査光学系６３ポリゴンミラー６４ｆθレンズの第１レンズ群６６ｆθレンズの第２レンズ群 h₁ 他のレーンに接しない側の端部の像高 h₂ 他のレーンに接する側の端部の像高

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】描画面上にオンオフ変調されたビームス
ポットを走査させることによりパターンを形成する走査
光学系を少なくとも一組備え、描画エリアを主走査方向
に複数のレーンに分割し、各レーンを別個に走査する走
査式描画装置において、前記描画エリアの両端に位置する各レーンの走査範囲
は、他のレーンに接しない側の端部の像高をｈ₁、この
像高ｈ₁における非点隔差をAS(ｈ₁)とし、他のレーンに
接する側の端部の像高をｈ₂、この像高ｈ₂における非点
隔差をAS(ｈ₂)として、以下の条件(1)、(2)、 |AS(ｈ₁)|>|AS(ｈ₂)| …(1) |ｈ₁|＞|ｈ₂| …(2) を満たすように定められていることを特徴とする走査式
描画装置。
【請求項２】前記描画エリアが２つのレーンに分割さ
れ、各レーンの走査範囲が共に前記条件(1),(2)を満た
すよう定められていることを特徴とする請求項１に記載
の走査式描画装置。
【請求項３】前記描画エリアが３つ以上のレーンに分
割され、両側で他のレーンに接するレーンの走査範囲
は、両側の端部で非点隔差AS(ｈ₂)となるよう定められ
ていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査
式描画装置。
【請求項４】前記走査光学系を１組備え、レーンの切
り替え時に前記走査光学系と前記描画面とを主走査方向
に相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の走査式描画装置。
【請求項５】前記走査光学系をレーンの数と同数備
え、複数のレーンを対応する各走査光学系により同時に
走査することを特徴とする請求項１〜３に記載の走査式
描画装置。
【請求項６】他のレーンに接する側の端部における非
点隔差AS(ｈ₂)が、ほぼ０であることを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の走査式描画装置。
【請求項７】前記走査光学系は、前記描画面側にテレ
セントリックであることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の走査式描画装置。