JP2006100353A - フォトプロッター - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクトなフォトプロッターでパターン描画の高精度化、高速化を容易にする。
【解決手段】 被描画基板表面に露光ビームでパターンを描画するフォトプロッターであって、パターンの描画データに基づき露光ビームのオン・オフ及び光強度を可変する固体レーザ素子からなる光源部１１と、光源部１１から射出した露光ビームの光強度分布を均一化させる光学整形部１２と、光学整形部１２を通った露光ビームを所定の方向に走査するピエゾアクチュエータ付光学ミラー１３を含むビーム走査手段と、を備えているフォトプロッター。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光ビームで基板上の感光材にパターン描画するフォトプロッターに関する。

半導体デバイス、フラットパネル（プラズマディスプレイパネル、液晶ディスプレイパネル等）あるいはプリント配線板を製造するためのリソグラフィ工程は、これらに所要パターンを直接描画したり、所要パターンが描画されたフォトマスクあるいはフィルムマスク等を用いて行われる。

上述の半導体デバイス、フラットパネル、プリント配線板、或いはフォトマスク、フィルムマスク等の被描画基板上に所要パターンを描画する際には、被描画基板上に塗布形成されたレジスト層にエネルギービームを射出することで行われる。

従来、上記のエネルギービームとしては、電子ビームが、その高精度なパターン形成能力とその高い制御性とから、特に半導体デバイス用のフォトマスク製造において広く使用されている。また、上記エネルギービームとしては、電子ビーム以外にも、イオンビーム、光ビーム等があり、特にレーザ光のような露光ビームを用いる技術は種々に提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された描画装置では、その概略構成において、アルゴンイオンレーザのような高出力の連続発振型ガスレーザ光源をその光源部とし、パターン描画に際しその描画データに基づきレーザ光をオン・オフ及びその光強度を可変する音響光学変調器（ＡＯＭ）、露光ビームのビーム走査部を構成するポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、被描画基板を搭載するＸ−ステージとを備える構造になっている。ここで、ポリゴンミラーは、ミラーモータで回転駆動される回転多面鏡であり、このようなメカニカル機構で露光ビームを走査させる構造になっている。
特表平８−５０７４１０号公報（第１５〜１６頁、図５）

しかし、特許文献１に記載の描画装置では、光源部及びポリゴンミラーを含むビーム走査部を有するため、描画装置の小型化が難しい。また、露光ビームの走査を上記ポリゴンミラーの回転駆動で行うために、その走査速度ひいては描画速度に限界が生じる可能性がある。そこで、特許文献１ではビームスプリッタで複数本のビームを生成し、上記描画速度を高める手法を提案している。このようにすると確かに描画速度は向上するが、逆に描画装置は複雑化し、更に大型化する。

本発明の目的は、上記の問題あるいは課題に着目してなされたもので、パターン描画装置のコンパクト化およびその描画速度の高速化が容易なフォトプロッターを提供することである。

上記の目的を達成するために、被描画基板表面に露光ビームでパターンを描画する本発明のフォトプロターは、前記パターンの描画データに基づき露光ビームのオン・オフ及び光強度を可変する固体レーザ素子からなる光源部と、前記光源部から射出した露光ビームの光強度を均一化させる光学整形部と、前記光学整形部を通った露光ビームを所定の方向に走査するピエゾアクチュエータ付光学ミラーを含むビーム走査手段と、を備えている。

上記構成により、大きな構造体であった従来のガスレーザ光源およびポリゴンミラーを備えたビーム走査部をそれぞれコンパクトな固体レーザ素子、ピエゾアクチュエータ付光学ミラーに置き換えることが可能になり、露光ビームを用いるパターンの描画装置は、従来の場合よりもコンパクトで軽量なものになる。ここで、前記固体レーザ素子は、半導体レーザ素子を含むことが好ましい。

また、前記ピエゾアクチュエータ付光学ミラーは、ピエゾ素子と光学ミラーとを含んで構成され、前記ピエゾ素子が前記光学ミラーを振動させ、振動する光学ミラーで前記露光ビームを前記所定の方向に走査する。

ここで、前記光学ミラーは、前記光学整形部を通った露光ビームの光軸方向に沿って直進振動し、且つ、前記露光ビームを前記描画基板表面の方向に曲折させる構造、あるいは、固定軸を中心に回転振動し前記光学整形部を通った露光ビームを前記描画基板表面の方向に反射させる構造であってもよい。

このような構成により、従来のポリゴンミラーのようなメカニカルな回転駆動と異なり、ピエゾ素子を介し電気信号で振動する光学ミラーによって露光ビームのビーム走査がなされるために、Ｘ方向のパターン描画が高速になる。そして、パターン描画の高速化が非常に容易になる。

本発明の構成により、露光ビームを用いたパターンの描画装置は、従来の場合よりもコンパクトで軽量な構造にできる。また、パターン描画の高精度化および高速化が非常に容易になる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。本発明の第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態のフォトプロッターの基本構成図である。

本発明のフォトプロッターは、基本構造としては描画光学系、描画基板送り系とから構成される。描画光学系１０は、門型フレーム１上にＸ方向にインデックス移動可能に取り付けられている。描画光学系１０の主要部は、露光ビームを射出し、露光ビームのオン・オフ及びその光強度を可変する光源部としての固体レーザ光源１１、射出されたレーザ光のビーム断面（光軸断面）形状を整形し、光強度を均一化させる光学整形部１２、そして整形されたレーザ光のビーム走査手段を構成するものとして、上記レーザ光を一方向（図中のＸ走査の方向）に走査する、本発明のピエゾアクチュエータ付光学ミラーであるピエゾアクチュエータ付直進ミラー１３およびフォーカスレンズ１４を有する構成になっている。

ここで、固体レーザ光源１１は、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ積層構造の化合物半導体からなるパルス発振型の固体レーザ素子であるところの半導体レーザ素子（例えば、４０５ｎｍの紫色半導体レーザ）を用いて構成するのが好ましいが、その他にも公知の固体レーザ素子であるパルス発振のＹＡＧレーザ等を用いて構成してもよい。何れにしてもこの固体レーザ光源１１は、パターン描画に際しパターンの描画データに基づきレーザ光をオン・オフ及びその光強度を可変できる固体レーザ素子を有するものである。

また、光学整形部１２は、固体レーザ光源１１から射出したビーム断面が楕円形状のレーザ光１５を、そのビーム断面形状を拡大し、更にその断面光強度分布が均一化された真円形状のレーザ光１５ａに整形する。

具体的に、光学整形部１２の機能について図２を参照して更に詳細に説明する。
図２は、光学整形部１２内を機能別にブロック分けして示し、そのブロックで受けるレーザ光のビーム断面形状の変化を示している。形状矯正部１２ａは、レーザ光の光軸の方向に直列配置された平凹シリンダレンズと平凸シリンダレンズで構成され、レーザ光の楕円率と非点収差を補正する機能を有する。ここで、固体レーザ光源１１から射出しビーム径＜０．１ｍｍの楕円形状をしたレーザ光１５は、形状矯正部１２ａを通りほぼ真円のレーザ光１５１に整形される。

図中のビームエクスパンダ１２ｂは、レーザ光の光軸の方向に配列する２つの凸レンズで構成され、レーザ光のビーム断面形状を一様に拡大する機能をもつ。上記ビーム径＜０．１ｍｍの真円形状となったレーザ光１５１は、このビームエクスパンダ１２を通り数ｍｍ径のレーザ光１５２に拡大する。

また、図中のオプティカルインテグレータ１２ｃは、いわゆるフライアイレンズの一種であって、径が１ｍｍ程度の複数の細長い柱状レンズの集合体で構成され、各柱状レンズはレーザ光の光軸に直交する方向に２次元的に配列されている。そして、各柱状レンズの側面はその一方の端面から入射したレーザ光のうちの該側面に向けて進行したレーザ光を内部に向けて反射する（散乱する）ようにすりガラス状に形成されている。このようなオプティカルインテグレータ１２ｃは、その一方の端面から入射し他方の端面を通り抜けるレーザ光の断面強度分布を均一化する機能をもつ。ここで、上記数ｍｍ径に拡大したレーザ光１５２は、前述したところのビーム断面内での光強度分布がほぼ均一なレーザ光１５ａに整形されるようになる。

ピエゾアクチュエータ付直進ミラー１３は、図１に示すように、平面ミラー１３ａがピエゾ素子部１３ｂによって破線で示すように上記Ｘ方向に位置変位（直進振動）を受ける。上記Ｘ方向に変位する平面ミラー１３ａで反射したレーザ光１５ａは、フォーカスレンズ１４を通りレーザ光１５ｂとなり、ステージ１７上の被描画基板１８表面上で焦点を結ぶように射出される。このようにして、レーザ光１５ｂは、被描画基板１８表面に形成されたレジスト層（感光材）をパターン描画することになる。

描画基板送り系１６は、被描画基板を載置するためのステージ１７、被描画基板１８表面に形成されるアライメントマーク１９を検出し位置合わせするための撮像部２０、ステージ１７をＹ軸方向に移動させるボールネジ２１及び駆動モータ２２、ステージ１７の高さを調整するためのＺ方向駆動機構（図示せず）等が備えられている。但し、このステージ１７は、Ｘ方向に走査駆動する機構を有していない。

次に、パターン描画におけるフォトプロッターの動作について図１を参照して説明する。

（ａ）先ず、図１に示すステージ１７上の位置決めされた初期描画位置に、レジスト層が表面に形成された被描画基材１８を載置する。そして、撮像部２０は、被描画基板１８表面の端部に形成されたアライメントマーク１９を検出し、被描画基板１８の描画光学系１０に対する位置合わせを行う。

（ｂ）続いて、パターン描画を動作させる。ここでは、予めＣＡＤ等で作成され内部に格納されているパターンの描画データを順番に連続処理する。この処理データに基づき、描画光学系１０の固体レーザ光源１１を起動して、描画データに合わせてレーザ光１５を射出させる。なお、描画パターンによっては、レーザ光１５の光強度が変更される。

（ｃ）そして、固体レーザ光源１１から射出されたレーザ光１５は、光学整形部１２を通過して均一な光強度とされるとともに、平面ミラー１３ａ上に入射される。また、ピエゾアクチュエーター付直進ミラー１３は、ピエゾ素子部１３ｂを一定周波数で動作させることで、平面ミラー１３ａは図１に示すようにＸ軸方向に往復動する。これにより、光学整形部１２を通ったレーザ光１５ａは、平面ミラー１３ａで反射してＸ軸方向に走査され、フォーカスレンズ１４を通り被描画基板１８上で０．５μｍ程度のスポットにフォーカスし、レジスト層上の図１の矢印方向にパターン描画する。

（ｄ）同時に、駆動モータ２２を作動させることで、ステージ１７は一定速度で図１に示すようなＹ軸方向に移動する。これを、固体レーザ光源１１のオン・オフ動作と関連付ければ、被描画基板１８の破線で示すように、Ｙ軸方向に所定の帯状のパターン描画がなされる。

（ｅ）そして、上記帯状のパターン描画が終了すると、被描画基板１８の別の描画領域を描画するように描画光学系１０全体をＸ軸方向にインデックス送りする。後は、この繰り返しで被描画基板１８の全面にパターン描画がなされる。

なお、上述したフォトプロッターの動作において、被描画基板１８表面上でレーザ光１５ｂが焦点を結ぶようにするため、ステージ１７の上面高さ検出器（図示せず）により、ステージ１７の高さ位置を検出し、Ｚ方向駆動機構（図示せず）によりステージ１７の高さ調整を行う。

本実施形態によれば、光源部およびビーム走査部を含めて描画光学系１０が全体的に小型化されると共に、被描画基板送り系１６のステージ１７が描画においてＹ方向の１次元動作となる。このために、本発明のフォトプロッターはコンパクトで軽量な構造の描画装置を実現させる。

また、ピエゾ素子を介し電気信号で変位（直進振動）駆動する平面ミラーによってレーザ光のビーム走査がなされ、Ｘ方向のパターン描画が行われるようになる。このために、パターン描画の高速化が非常に容易になる。

また、描画装置の描画光学系の光路が短く且つ簡便になるために、装置の調整あるいはメンテナンスが非常に容易になる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図３及び図４に基づいて説明する。第２の実施形態は、主に、第１の実施形態で説明したレーザ光のビーム走査手段の構成を変更したものである。このため、第１の実施形態と同等のものについては、同一符号を付し、説明を省略あるいは簡略化する。

図３は、本発明の第２の実施形態におけるフォトプロッターの基本構成図である。図３に示すように、描画光学系４０は、門型フレーム１にＸ軸方向にインデックス移動可能に取り付けられている。描画光学系４０は、固体レーザ光源１１、光学整形部１２、そして整形したレーザ光４１のビーム走査手段を構成するものとして、上記レーザ光を回転走査する本発明のピエゾアクチュエータ付光学ミラーであるピエゾアクチュエータ付回転ミラー４２およびｆ−θレンズ４３とを有する。ここで、ｆ−θレンズ４３は、レーザ光４１が被描画基板１８に対して斜めに入射することによるレーザ光像のひずみを補償する。

図４は、ピエゾアクチュエータ付回転ミラー４２の斜視図である。ピエゾアクチュエータ付回転ミラー４２では、ピエゾアクチュエータ４２ｂを介し電気信号で固定軸を中心に回転振動する回転ミラー４２ａがビーム走査する。ピエゾアクチュエータ４２ｂは、直進運動を回転運動に変えるギア機構４２ｃ、ピエゾ素子部４２ｄを有する構成である。そして、上記ギア機構４２ｃが回転ミラー４２ａのレーザ光４１に対する反射角度を変える。 これにより、このビーム走査したレーザ光４１は、ｆ−θレンズ４３を通り被描画基板１８表面において矢印方向のＸ−走査することになる。

従って、第２の実施形態では、ビーム走査手段にピエゾアクチュエータ付回転ミラー４２とｆ−θレンズ４３を用いるために、パターン描画でのレーザ光のＸ−走査の範囲が大きくなる。このために、第１の実施形態で説明した描画フィールドが広くなり、パターン描画速度は第１の実施形態の場合よりも高速化される。なお、その他の構成及び作用については第１の実施形態のものと同様である。
なお、上記ギア機構４２ｃは任意、例えば、摩擦ローラ機構を用いてもよい。更に、回転ミラー４２ａの下部に固定された軸体から半径方向に突出して設けられたアームに一端を、固定部に他端をヒンジ機構を介して固定され、ピエゾ素子を備えて長手方向に伸縮する伸縮部材により、回転ミラー４２ａを回転振動させるようにしてもよい。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態は適宜に変更されうる。
本発明のフォトプロッターは、フォトマスク、フィルクマスクの製造以外に、半導体デバイス、フラットパネル、プリント配線板等の被描画基板に直接描画する場合にも同様に適用できる。

本発明の第１の実施形態におけるフォトプロッターの基本構成図である。 本発明の第１の実施形態における光学整形部の構成図である。 本発明の第２の実施形態におけるフォトプロッターの基本構成図である。 本発明の第２の実施形態で用いるピエゾアクチュエータ付回転ミラーの斜視図である。

符号の説明

１０，４０ 描画光学系
１１ 固体レーザ光源
１２ 光学整形部
１２ａ 光学矯正部
１２ｂ ビームエクスパンダ
１２ｃ オプティカルインテグレータ
１３ ピエゾアクチュエータ付直進ミラー
１３ａ 平面ミラー
１３ｂ ピエゾ素子部
１４ フォーカスレンズ
１５，１５ａ，１５ｂ，４１，４１ａ，４１ｂ レーザ光
１６ 描画基板送り系
１７ ステージ
１８ 被描画基板
１９ アライメントマーク
２０ 撮像部
２１ ボールネジ
２２ 駆動モータ
４２ ピエゾアクチュエータ付回転ミラー
４２ａ 回転ミラー
４２ｂ ピエゾアクチュエータ
４２ｃ ギア機構
４２ｄ ピエゾ素子部
４３ ｆ−θレンズ

Claims (5)

1. 被描画基板表面に露光ビームでパターンを描画するフォトプロッターであって、前記パターンの描画データに基づき露光ビームのオン・オフ及び光強度を可変する固体レーザ素子からなる光源部と、前記光源部から射出した露光ビームの光強度を均一化させる光学整形部と、前記光学整形部を通った露光ビームを所定の方向に走査するピエゾアクチュエータ付光学ミラーを含むビーム走査手段と、を備えたことを特徴とするフォトプロッター。
2. 前記固体レーザ素子は、半導体レーザ素子を含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトプロッター。
3. 前記ピエゾアクチュエータ付光学ミラーは、ピエゾ素子と光学ミラーとを含んで構成され、前記ピエゾ素子が前記光学ミラーを振動させ前記振動する光学ミラーで前記露光ビームを前記所定の方向に走査することを特徴とする請求項１または２に記載のフォトプロッター。
4. 前記光学ミラーは、前記光学整形部を通った露光ビームの光軸方向に沿って直進振動し、且つ、前記露光ビームを前記描画基板表面の方向に曲折させることを特徴とする請求項３に記載のフォトプロッター。
5. 前記光学ミラーは、固定軸を中心に回転振動し前記光学整形部を通った露光ビームを前記描画基板表面の方向に反射させることを特徴とする請求項３に記載のフォトプロッター。

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