JP2008153448A - Laser drawing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、fθレンズを用いた光学系を有するレーザー描画装置に関する。 The present invention relates to a laser drawing apparatus having an optical system using an fθ lens.
近年、例えば液晶ディスプレイ、その他の平面型表示装置では、スイッチング素子に薄膜トランジスタ(thin film transistor:TFT)が用いられている。薄膜トランジスタなどの製造においては、基板上に形成した非結晶半導体薄膜を結晶化させるためにレーザー光を照射することによる、レーザーアニールが行われている。
TFT等の基板への熱的負荷を小さく抑えた半導体薄膜のアニール処理に好適に用いることが可能なレーザー処理装置として、レーザー光を高速で基板に照射する処理装置がある(特許文献1)。図5に、このレーザー処理装置の要部の概略構成を示す。これによれば、レーザー処理装置50においては、光源部53から出射したレーザー光Lhは、ビーム整形部55において複数のコリメートレンズ55a,55aを及びアナモルフィックプリズム55bを通過することによってビーム径が整形される。そして、ビーム径が整形されたレーザー光Lhは、2枚のミラー65a,65bを介して、所定方向に走査させることのできる走査部57に入射し、レーザー光Lhが被処理物である基板Wに照射される。レーザー光Lhの走査部57には、往復的に回動操作されるガルバノ・ミラー方式や、物質内での音波と光波の相互作用により光の変調や偏向を行うAOD(Acousto-Optic-Device)方式、MEMS(Micro Electro Mechanical System:微小電気機械システム)が用いられる。
In recent years, a thin film transistor (TFT) is used as a switching element in, for example, a liquid crystal display and other flat display devices. In manufacturing a thin film transistor or the like, laser annealing is performed by irradiating a laser beam to crystallize an amorphous semiconductor thin film formed on a substrate.
As a laser processing apparatus that can be suitably used for annealing a semiconductor thin film in which a thermal load on a substrate such as a TFT is kept small, there is a processing apparatus that irradiates a substrate with laser light at high speed (Patent Document 1). FIG. 5 shows a schematic configuration of a main part of the laser processing apparatus. According to this, in the
ところで、このようなレーザーアニールにおいては、ある程度、レーザー光のスキャン角度が必要であり、レーザー光の走査部であるAOD等によってレーザー光のビームは大きく偏向される。しかし、AOD等で大きく偏向されたレーザー光は、対物レンズに入射する際、偏向されたレーザー光の主光線と、対物レンズの入射瞳とのズレが大きくなってしまうという問題がある。これにより、偏向したレーザー光のビームは、対物レンズの瞳によって蹴られ、光量が大きく低下してしまう原因となる。また、対物レンズの辺縁部をレーザー光が通ると、球面収差や像面湾曲が増加する可能性もある。
特許文献1においては、被処理物である基板WとAOD等の走査部57の間にfθレンズ63が設けられ、レーザー光Lhは図示されない集光レンズにより集光されて基板W上に照射されるレーザー処理装置が開示されている。
In
ところが、前述のような光学系の構成において、対物レンズ周辺にfθレンズを配置するスペースがない場合がある。そうすると、焦点距離が大きなfθレンズを対物レンズから離して配置することになるが、この場合は、光学系全体が大きくなってしまう。また、特許文献1のように、1組のfθレンズを有する構成では、スキャン角度が増大した場合にレーザー光が集光レンズの入射瞳に蹴られ、光量が低下する問題が残る。
さらに、使用するレーザーが半導体レーザーの場合には、ガスレーザーに比べて波長幅が広いため、色収差が起こりやすいという問題点もある。
However, in the configuration of the optical system as described above, there may be no space for arranging the fθ lens around the objective lens. Then, the fθ lens having a large focal length is disposed away from the objective lens, but in this case, the entire optical system becomes large. Further, in the configuration having a pair of fθ lenses as in
Further, when the laser to be used is a semiconductor laser, there is a problem that chromatic aberration is likely to occur because the wavelength width is wider than that of a gas laser.
本発明は、上述の点に鑑み、大きく偏向されたレーザー光でも、常に対物レンズの瞳中心に入射されるように構成され、像面湾曲及び諸収差を低減でき、さらには、装置の省スペース化を図ることができるレーザー描画装置を提供するものである。 In view of the above-mentioned points, the present invention is configured so that even a largely deflected laser beam is always incident on the pupil center of the objective lens, and field curvature and various aberrations can be reduced. It is an object of the present invention to provide a laser drawing apparatus that can be made simple.
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のレーザー描画装置は、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を偏向させる為の走査部と、偏向されたレーザー光を対物レンズに入射させるための相対向する第1のfθレンズ群、及び第2のfθレンズ群とを有し、第1及び第2のfθレンズ群は、出射瞳が無限遠でありテレセントリックな光学系をなすことにより、常時対物レンズの瞳中心に前記レーザー光を入射させるようにしてなることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a laser drawing apparatus of the present invention comprises a laser light source, a scanning unit for deflecting laser light emitted from the laser light source, and a deflected laser light. The first fθ lens group and the second fθ lens group that face each other for entering the objective lens, and the first and second fθ lens groups have an exit pupil at infinity and are telecentric optics By forming a system, the laser light is always incident on the center of the pupil of the objective lens.
本発明のレーザー描画装置では、第1のfθレンズ群及び、第2のfθレンズ群がテレセントリックな光学系をなすことにより、走査部によって偏向されたレーザー光を対物レンズの入射瞳に入射するようになる。 In the laser drawing apparatus of the present invention, the first fθ lens group and the second fθ lens group form a telecentric optical system so that the laser light deflected by the scanning unit is incident on the entrance pupil of the objective lens. become.
本発明によれば、偏向されたレーザー光でも、常に対物レンズの瞳中心に入射されるので、対物レンズに入射するレーザー光の光量の低下を抑えることができる。さらに、第1のfθレンズ群と第2のfθレンズ群によって、テレセントリックな光学系をなすので、レンズ交換が容易になる。 According to the present invention, since the deflected laser light is always incident on the pupil center of the objective lens, it is possible to suppress a decrease in the light amount of the laser light incident on the objective lens. Furthermore, since the first fθ lens group and the second fθ lens group form a telecentric optical system, lens replacement is facilitated.
本発明におけるレーザー描画装置は、相対向する第1のfθレンズ群と第2のfθレンズ群を有し、テレセントリックな光学系とすることによって、これらの第1のfθレンズ群及び第2のfθレンズ群を介して対物レンズに入射するレーザー光を常時対物レンズの瞳中心に入射するように構成される。 The laser drawing apparatus according to the present invention has a first fθ lens group and a second fθ lens group that face each other, and is a telecentric optical system, whereby these first fθ lens group and second fθ lens group are formed. Laser light that is incident on the objective lens via the lens group is always incident on the center of the pupil of the objective lens.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に、本発明の第1実施の形態に係るレーザー描画装置の概略構成図を示す。本実施の形態において、レーザー描画装置1は、主に、半導体製造工程において、レーザーアニールに用いられるものとする。
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser drawing apparatus according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
まず、本実施の形態におけるレーザー描画装置1は、露光用光源となるレーザー光源4と、レーザー光源4から出射されたレーザー光6を偏向させるための走査部5と、走査部5で偏向されたレーザー光6を対物レンズ7の入射瞳の中心に入射させるための第1及び第2のfθレンズ群2,3と、対物レンズ7に入射するレーザー光6を反射するためのダイクロイックミラー8を備える。本例のレーザー描画装置1における光学系では、第1のfθレンズ群2は、1群2枚構成であり、第2のfθレンズ群3は3群4枚構成をなす。さらに、本実施の形態におけるレーザー描画装置1は、被処理物である基板10の表面に対してフォーカスサーボ機能を有するように、フォーカス制御部9を備える。また、対物レンズ7は、基板10の手前に位置する。レーザー光の走査部5には、往復的に回動操作されるガルバノ・ミラー方式や、物質内での音波と光波の相互作用により光の変調や偏向を行うAOD(Acousto-Optic-Device)方式、MEMS(Micro Electro Mechanical System:微小電気機械システム)が用いられる。
First, the
本例のレーザー描画装置1においては、偏向されたレーザー光6は、対向する第1、及び第2のfθレンズ群2、3を介して対物レンズ7に入射する。fθレンズとは、入射する偏向されたレーザー光の角度に比例して、集光させるスポットの位置を変えることができるレンズであり、レーザー光の偏向角θに比例した等速スポット走査性を有するように構成されたレンズである。第1のfθレンズ群2において、焦点距離をf、レーザー光の入射角をθとすると、角度θで入射したレーザー光は、光軸16からy=fθのところに集光される。
In the
また、第1のfθレンズ群2は、1群のレンズ、すなわちレンズ部分群11からなり、レンズ部分群11は、屈折率、及び分散の異なる2枚のレンズ11a、11bが張り合わされることにより、アクロマート補正されている。この第1のfθレンズ群はいわゆる1群2枚構成をなしている。次に、第2のfθレンズ群3は、第1のfθレンズ群2から見て、3郡のレンズ、すなわち、レンズ部分群12、13及び14からなる3群構成で配置され、レンズ部分群14は、屈折率、及び分散の異なる2枚のレンズ14a、14bが張り合わされることにより、アクロマート補正されている。この第2のfθレンズ群3を構成している。また、レンズ部分群12、13、14のそれぞれの面パワーは、順に正、負、正(いわゆる凸、凹、凸)の関係をなしている。また、レンズ部分群12、13、14によりアポクロマート補正されている。
The first
またこのとき、対物レンズ7の有効開口数(NA)変更時のレンズ交換を容易にするために、第1、第2、両方のfθレンズ群2、3の出射瞳が無限遠になるように、つまり、テレセントリックにレンズ群を対向させて配置する。光学系がテレセントリック系でない場合、偏向されたレーザー光のそれぞれの主光線が、レンズの中心軸(光軸)に平行でないために、ひとつのレンズを他のレンズに交換するときに、新たに様々な調整を行わなければならず、レンズ交換が容易にできない。
第1、及び第2のfθレンズ群2、3をテレセントリック系に相対向させることによって、偏向されたレーザー光6の主光線17はそれぞれレンズの中心軸(光軸16)に平行になるので、レンズの交換が容易になる。また、レーザー光6が偏向されても光軸16に平行にスポットが絞られていくので、光量の損失が少ない。
At this time, in order to facilitate lens replacement when changing the effective numerical aperture (NA) of the
By making the first and second
また、第1及び第2のfθレンズ群2、3は、第1のfθレンズ群2における後ろ側焦点19と、第2のfθレンズ群3における後ろ側焦点20が一致するように配置されている。本例の構成においては、第1のfθレンズ群2にとっては、第2のfθレンズ群3側が後ろ側であり、第2のfθレンズ群3にとっては、第1のfθレンズ群2側が後ろ側である。
The first and second
図1に示すように、本例では、第1のfθレンズ群2を介して出射したレーザー光6は、後ろ側焦点19に集光し、次に、その第1のfθレンズ群2の焦点19を光源としたそれぞれのレーザー光6が第2のfθレンズ群3に入射する。このとき、第1のfθレンズ群2と第2のfθレンズ群3の間において、レーザー光6はテレセントリックであり、主光線17は光軸16に平行になる。また、第2のfθレンズ群3の3群のレンズによりレーザー光6は微調整され、出射する。その後、レーザー光6は、ダイクロックミラー8で反射されて、対物レンズ7に入射する。
このとき、第2のfθレンズ群3では、レンズ部分群12、13及び14によってレーザー光6が調整されているので、対物レンズ7の瞳中心に入射する。対物レンズ7から出射したレーザー光6は、基板10上にスポットを形成し、レーザーアニールが行われる。すなわち、レーザー光6は、走査部5において偏向されることにより、基板10で走査され、所定の領域を選択的にレーザーアニールすることができる。レーザー描画装置1に対して、基板10を相対的に移動させることによって、基板10の全面域、または必要な領域のアニールを行うようにすることもできる。
As shown in FIG. 1, in this example, the
At this time, in the second
このとき、フォーカス制御部9において、フォーカス用の光源15からフォーカス用レーザー光(以下フォーカス光)18が出射され、ダイクロイックミラー8を介して、レーザー光6と同一光路で基板10上に導かれる。フォーカス光18は基板10上で反射され、その反射されて戻ってきたフォーカス光18により、フォーカスサーボを可能としている。これにより、レーザー光6が常に焦点を基板10の表面にして照射される構成となる。ダイクロイックミラー8としては、例えば青の波長光(例えば405nm)によるレーザー光6を反射し、赤の波長光(例えば650nm)によるフォーカス光18を透過する構成とすることができる。
At this time, the focus control unit 9 emits focus laser light (hereinafter referred to as focus light) 18 from the
上述したレーザー描画装置1によれば、第2のfθレンズ群3を3群4枚のレンズからなるトリプレット構成とし、それぞれに適当なレンズを用いることによって、大きく偏向したレーザー光6がfθレンズの辺縁部を通っても球面収差や像面湾曲の増加を抑えることができるようになる。
また、第1のfθレンズ群2及び第2のfθレンズ群3は、それぞれにおいて、屈折率及び分散の異なるレンズを張り合わせることによって、アクロマート補正、及びアポクロマート補正が行われている構成とする。アクロマート補正、及びアポクロマート補正されることにより、色収差が低減される。
According to the
Further, each of the first
加えて、第2のfθレンズ群3を少なくとも3群のレンズからなるトリプレット構成とすることで、レーザー光6の屈折などを調整することができるので、諸収差の増加を抑えた上で、第2のfθレンズ群3の焦点距離を小さくすることができ、レーザー描画装置1における光学系の全長を短くすることができる。また、第1のfθレンズ群2の後ろ側焦点19と、第2のfθレンズ群3の後ろ側焦点20は一致しおり、かつ、テレセントリックな光学系をなしているので、第1のfθレンズ群2を焦点距離の大きなものに交換した場合であっても、そのまま第2のfθレンズ群3を用いることが可能となり、レンズの交換が容易になる。
In addition, since the second
以下に、本発明の第2及び3実施の形態を用いて、レーザー光の光路及び焦点距離の関係について模式図を示しながら説明する。 Hereinafter, the relationship between the optical path of the laser beam and the focal length will be described using the second and third embodiments of the present invention with reference to schematic views.
図2A及びBに、本発明に係る第2実施の形態におけるレーザー描画装置を模式的に示す。ただし、第1実施の形態と同一部分には同一符号を付し、重畳説明を省略する。 2A and 2B schematically show a laser drawing apparatus according to the second embodiment of the present invention. However, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the overlapping description is omitted.
本例のレーザー描画装置40は、レーザー光6の光源4とレーザー光6のスキャン角度を偏向させるための走査部5、第1のfθレンズ群2、第2のfθレンズ群33、及び対物レンズ7を有する。その他の構成要素については省略する。本実施例においては、第1及び第2のfθレンズ群2、33は、同じfθレンズを相対向させて配置する。つまり、本例においては、第1及び第2のfθレンズ群2、33の図示しないレンズ部分群は、どちらも1群2枚構成であり、第1及び第2のfθレンズ群2、33の後ろ側焦点は一致するように配置されており、それぞれのfθレンズ群2、33の出射瞳は無限遠である。このように、同じ仕様の第1及び第2のfθレンズ群2、33を対向させ、テレセントリックな光学系とすることによって、光源4から出射され、走査部5で偏向されたレーザー光6のビームは対向する第1、第2のfθレンズ群2、33を介して対物レンズ7の入射瞳の中心に入射されるようになる。この構成によれば、走査部5によってスキャン角度が大きく偏向された場合でも、対物レンズ7の瞳に蹴られること無く、光量の損失も低減される。
The
本実施の形態においては、対向する第1及び第2のレンズ群2、33は、互いに構成が同じであり、両方のレンズ群の焦点距離f0が等しいので、図2Bに示すように、一方のレンズを焦点距離の大きいものに交換する場合、他方のレンズも同様に同じ焦点距離の大きいものに交換すればよい。つまり、図2Bに示すレーザー描画装置41のように、一方のレンズ群の焦点距離をf00としたときに、他方のレンズ群の焦点距離もf00とすることで、レーザー光6は対物レンズ7の瞳に蹴られることがない。
In the present embodiment, the first and
図3A及びBに、第3実施の形態におけるレーザー描画装置の模式図を示す。本例のレーザー描画装置42、及び43では、第2のfθレンズ群3を3群4枚構成とする。第1のfθレンズ群2は1群2枚構成であり、第2のfθレンズ群3は、3群4枚構成を成すが、ここでは、実施例1と同様、模式的に図示する。また、第2のfθレンズ群3を除く他の構成要素は実施例1と同様であるので、同一符号を付し重畳説明を省略する。
3A and 3B are schematic views of a laser drawing apparatus according to the third embodiment. In the
前述の第2実施の形態においては、第1及び第2のfθレンズ群2、33の焦点距離を等しくすることによって、対物レンズ7の入射瞳に蹴られること無くビームを入射させていた。しかしながら、図3のように、第2のfθレンズ群3を面パワーが正、負、正の組み合わせである3群のレンズで構成することによって、第1のfθレンズ群2の焦点距離f1に影響されること無く、対物レンズの瞳にビームを入射させることができる。つまり、f1=f2でなくてもよい。例えば、図3Bに示すように、第1のfθレンズ群2を焦点距離がf3であるものに交換するとき、第2のfθレンズ群3は、そのままで良く、第1のfθレンズ群2の焦点距離f3に合わせる必要がない。つまり、焦点距離f3が大きくなったとしても、光学系全体が大きくなることがない。
In the second embodiment described above, the beams are made incident without being kicked by the entrance pupil of the
したがって、本例のレーザー描画装置42及び43によれば、第2のfθレンズ群3の交換に起因する光学系スペースの増大を阻止し、省スペース化を図ることが出来る。但し、第1のfθレンズ2の後ろ側焦点と、第2のfθレンズ3の後ろ側焦点は一致するように、光路長の変更は必要となる。
さらに、第2のfθレンズ群3は、3群4枚のレンズ構成により、焦点距離を短くすることができるので、全体の光学系を短くすることが可能になる。
Therefore, according to the
Furthermore, since the second
図3Aのレーザー描画装置42において、光源4で発振され、走査部5に入射するレーザー光6のビーム径をφ1、対物レンズ7に入射するビーム径をφ2とする。そうすると、ビーム径には、φ2=(f2/f1)・φ1の関係が成り立つ。同様に、図3Bにおいて、第1のfθレンズ群の焦点距離をf3とし、走査部5に入射するレーザー光6のビーム径をφ1、対物レンズ7に入射するレーザー光6のビーム径をφ3とすると、φ3=(f2/f3)・φ1となる。焦点距離において、f3>f1の関係があるとすると、φ3<φ2の関係が成り立つ。つまり、第1のfθレンズ群2を焦点距離の大きなものに代えたときは、対物レンズ7に入射するレーザー光6のビーム径φ3が小さくなることがわかる。
In the
したがって、第1のfθレンズ群2を焦点距離の異なるレンズ群に容易に交換することができるので、対物レンズ7に入射するビーム径を容易に代えることが可能である。
また、第1のfθレンズを交換して焦点距離の異なるレンズにすることによって、基板に入射するレーザー光の角度を変えることもできる。
Accordingly, since the first
In addition, the angle of the laser beam incident on the substrate can be changed by replacing the first fθ lens with a lens having a different focal length.
次に、本発明に係る第4実施の形態として、具体的な構成を詳細に示す。第2実施の形態においては、第1実施の形態におけるレーザー描画装置1において、具体的な手段及び数値を適用したものである。したがって、同一部分には同一符号を付し、重畳説明は省略する。
Next, a specific configuration will be described in detail as a fourth embodiment according to the present invention. In the second embodiment, specific means and numerical values are applied to the
図4に本発明に係る第2実施の形態のレーザー描画装置の概略構成図を示す。本実施の形態におけるレーザー描画装置30においては、露光用光源であるレーザー光源として、半導体レーザー31を用い、レーザー光のビームを偏向させるための走査部として、AOD(音響光学素子)32を用いる。AOD32は、高周波信号で駆動された振動子により結晶中に超音波を伝搬させて周期的な屈折率変化を生じさせることにより、回折格子を形成し、これにより入射光を回折させる素子である。つまり、AOD32に入力する回折制御信号の周波数を変化させることによって、AOD32に入射し回折されるレーザー光6の、出射方向が変化する。すなわちレーザー光6を偏向させることができる。
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a laser drawing apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the
まず、波長が450nmである半導体レーザー31をコリメートし、露光用光源とする。レーザー光6は、ビーム径をφ=1.5mmとしてAOD32に入射させ、1次回折光を露光用ビームとして用いる。この1次回折光は、第1のfθレンズ群2へ入射する。ここで、第1のfθレンズ群2は、1群2枚の構成であるレンズ部分群11からなり、焦点距離が約140mm、出射瞳が負の無限大となるように設計されている。さらに、アクロマート補正もされている。この1群2枚構成の第1のfθレンズ群2の面データを、以下に示す。ただし、第1のfθレンズ群2の面は、レーザー光6入射側より、S1,S2、S3とし、面の曲率半径をそれぞれR1、R2、R3とする。また、面S1−S2間の硝材及び光軸上厚みをG1、面S2−S3間の硝材及び光軸上厚みをG2とする。
First, the
S1:R1=170.874mm
S2:R2=44.171mm
S3:R3=−121.450mm
G1:S−TIM2(Ohara)/2.0mm
G2:S−BAL14(Ohara)/2.0mm
曲率半径Rにおいて、負の符号は光源4側(左側)から見て凸面、正の符号は、光源4側(左側)から見て凹面であることを意味する。なお、G1、G2の硝材はオハラ社製の硝材である。
S1: R1 = 170.874 mm
S2: R2 = 44.171 mm
S3: R3 = −121.450 mm
G1: S-TIM2 (Ohara) /2.0mm
G2: S-BAL14 (Ohara) /2.0mm
In the curvature radius R, a negative sign means a convex surface when viewed from the light source 4 side (left side), and a positive sign means that it is a concave surface when viewed from the light source 4 side (left side). The glass materials of G1 and G2 are glass materials manufactured by OHARA.
このとき、AOD32による走査、いわゆるスキャニングの支点Bを第1のfθレンズ群2の前側焦点と一致させることで、光学系中心軸である光軸16から偏向されたビームであっても、第1のfθレンズ群2を出射する主光線17は、光学系の中心軸(光軸16)と平行になる。
さらに、アクロマート補正されているため、半導体レーザー31による波長幅を持ったレーザー光6を用いてもfθレンズ群からの出射ビームの光軸の高さは一定となる。ちなみにこの第1のfθレンズ群による設計波面収差は、ビーム径φ=1.5mmのレーザー光6に対して±1度偏向させても、±1mλ以下となる。また、レーザー光6の最大偏向時において、出射主光線17の光軸16に対する出射角は5μrad以下である。
At this time, even if the beam is deflected from the
Further, since the achromatic correction is performed, the height of the optical axis of the outgoing beam from the fθ lens group is constant even when the
次に、第1のfθレンズ群2によるレーザー光6の集光位置Aを新たな出射点とみなしてレーザー光6を第2のfθレンズ群3に、逆側から入射する。第2のfθレンズ群3は、焦点距離が約400mmで、入射瞳が、負の無限遠となるよう設計された3群4枚であるレンズ部分群12、13、及び14からなるトリプレット構成で、レンズ部分群12,13及び14ではアポクロマート補正されている。ここで、第2のfθレンズ群3の面データを以下に示す。
ただし、第2のfθレンズ群3の面は、対物レンズ7側から、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10とし、それぞれの面の曲率半径を、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10とする。また、面S4−S5間の硝材及び光軸16上厚みをG3、面S5−S6間の硝材及び光軸16上厚みをG4、面S5−S6間の光軸16上距離をG5、面S6−S7間の硝材及び光軸16上厚みをG6、面S7−S8間の光軸16上距離をG7、面S8−S9間の硝材及び光軸16上厚みをG8とする。
Next, the condensing position A of the
However, the surfaces of the second
S4 :R4=145.965mm
S5 :R5=72.952mm
S6 :R6=Infinity
S7 :R7=Infinity
S8 :R8=46.000mm
S9 :R9=93.946mm
S10:R10=−183.325mm
G3 :S−TIM2(Ohara)/1.0mm
G4 :S−BAL14(Ohara)/2.0mm
G5 :221.2mm
G6 :SiO2/2.0mm
G7 :46.4mm
G8 :SiO2/2.0mm
前述と同様、曲率半径Rにおいて、負の符号は対物レンズ7側(右側)から見て凹面、正の符号は、対物レンズ7側(右側)から見て凸面であることを意味する。なお、G3、G4の硝材はオハラ社製の硝材である。
S4: R4 = 145.965 mm
S5: R5 = 72.952 mm
S6: R6 = Infinity
S7: R7 = Infinity
S8: R8 = 46.000 mm
S9: R9 = 93.946 mm
S10: R10 = −183.325 mm
G3: S-TIM2 (Ohara) /1.0 mm
G4: S-BAL14 (Ohara) /2.0 mm
G5: 221.2 mm
G6: SiO2 / 2.0 mm
G7: 46.4 mm
G8: SiO2 / 2.0mm
As described above, in the radius of curvature R, a negative sign is a concave surface when viewed from the
上述の第2のfθレンズ群3の後ろ側焦点位置をビーム出射点Aと一致させるように配置する。この時、互いに出射瞳が負の無限遠となるように設計された第1のfθレンズ群2と第2のfθレンズ群3をその後ろ側焦点位置が一致するように対向させた配置となっている。この光学系構成では、いずれの偏向角でスキャニングされたレーザー光6も対物レンズ7の入射瞳中心に向かう平行ビームとなる。つまり、これら第1のfθレンズ群2と第2のfθレンズ群3を後ろ側焦点位置が一致するように対向させ、第1のfθレンズ群2の前側焦点をAOD32の回折位置に一致させ、かつ第2のfθレンズ群3の前側焦点を対物レンズ7の入射瞳位置に一致させることで、低収差のアフォーカルリレー光学系として機能する。さらに両レンズ群の焦点距離の比、つまり400/140だけビーム径を拡大し、同時に偏向角度をその逆数140/400=0.35倍に縮小する。
The rear focal position of the second
また、上述の第2のfθレンズ群3による設計波面収差は、ビーム径φ=3.8mmのビームに対して±4度偏向させても、±1mλ以下となる。また、ビームの最大偏向時において、出射主光線17の光軸16に対する出射角は5μrad以下である。
Further, the design wavefront aberration due to the second
以上のように、本実施の形態におけるレーザー描画装置30において、上述のレンズ構成を用いることにより、AOD32で変更されたレーザー光6の回折光を、偏向角度に関わらず、確実に対物レンズ7に入射できると同時に、スキャニングによる結像位置で発生する像面湾曲や球面収差を含む諸収差の増加を抑えることができる。また、アクロマート補正、及びアポクロマート補正により、色収差も抑えることができる。
As described above, in the
本例において、アクロマート補正された色収差量は、第1のfθレンズ群(焦点距離が約140mm)において、Δf=5.4μm/nmであり、第2のfθレンズ群(焦点距離が約400mm)において、Δf=2.2μm/nmとなった。平凸石英単レンズ(中心厚み2mm、焦点距離が約400mm)による色収差量は、Δf=88.0μm/nmであるから、本例のアクロマート補正で色収差は十分に抑えられているといえる。 In this example, the amount of chromatic aberration subjected to achromatic correction is Δf = 5.4 μm / nm in the first fθ lens group (focal length is about 140 mm), and the second fθ lens group (focal length is about 400 mm). Δf = 2.2 μm / nm. Since the amount of chromatic aberration due to the plano-convex quartz single lens (center thickness is 2 mm, focal length is about 400 mm) is Δf = 88.0 μm / nm, it can be said that the chromatic aberration is sufficiently suppressed by the achromatic correction of this example.
ここで、露光条件を変えるために、有効NAを下げる場合、第1のfθレンズ群2を同等の設計で例えば焦点距離のみ175mmとなる他のfθレンズ群に変更することで、対物レンズ7への入射ビーム径を80%まで縮小することができる。これにより有効NAが相対的に小さくなり、集光スポット径を大きくすることができる。また同時に、焦点距離140mmの第1のfθレンズ群2を用いた場合に比べて、対物レンズ7への入射角は1.25倍となり、対物レンズ7の集光面上でのスキャン領域も1.25倍となる。
Here, when the effective NA is lowered in order to change the exposure condition, the first
以上のように、レーザー描画装置30において、上述のレンズ群の構成を用いることで、一方の第1のfθレンズ群2を、焦点距離の異なる他のfθレンズ群へ変更する場合、光路長の調整は必要とするものの、もう一方の第2のfθレンズ群3をそのまま流用することができる。第2のfθレンズ群3は3郡のレンズ部分群12,13及び14によって構成されていることによって、光学系の長さを短くすることができるので、第2のfθレンズ群3をそのまま流用できることにより、装置の省スペース化に繋がる。また、これにより、光学条件の変更を容易にすることができる。また、一方のfθレンズ群の焦点距離を変えることによって、対物レンズ7に入射するレーザー光6の角度の倍率を変えることができる。
As described above, in the
また、光源から出射されるレーザー光は、ビーム径が大きいとAODなどによって偏向されるとき、応答速度が遅くなってしまう。したがって、光源から出射されるレーザー光のビーム径は小さいほうが好ましい。しかしながら、レーザーアニールなどでは、基板上に集光されるレーザー光のビーム径を大きく取りたい場合がある。本例のレーザー描画装置30によれば、小さいビーム径で半導体レーザー31から出射されたレーザー光6を、第1のfθレンズ群2のみ、焦点距離を変えることによって、対物レンズ7を介して基板10上に形成されるレーザー光6のビーム径を拡大することができる。
Further, when the laser beam emitted from the light source is deflected by AOD or the like when the beam diameter is large, the response speed becomes slow. Therefore, it is preferable that the beam diameter of the laser light emitted from the light source is small. However, in laser annealing or the like, there are cases in which it is desired to increase the beam diameter of the laser light focused on the substrate. According to the
本発明のレーザー描画装置を用いて、TFTを形成し、信頼性の高い液晶ディスプレイを形成することができる。 By using the laser drawing apparatus of the present invention, a TFT can be formed and a highly reliable liquid crystal display can be formed.
1、30、40、41、42、43・・・レーザー描画装置、2・・・第1のfθレンズ群、3、33・・・第2のfθレンズ群、4・・・レーザー光源、5・・・走査部、6・・・レーザー光、7・・・対物レンズ、8・・・ダイクロイックミラー、9・・・フォーカス制御部、10・・・基板、11、12、13、14・・・レンズ部分群、15・・・フォーカス光発信部、16・・・光軸、17・・・主光線、18・・・フォーカス光、19,20・・・後ろ側焦点、31・・・半導体レーザー、32・・・AOD、53・・・光源部、55・・・ビーム整形部、65a,65b・・・ミラー、57・・・走査部、63・・・fθレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記レーザー光源から出射されたレーザー光を偏向させる為の走査部と、
偏向されたレーザー光を対物レンズに入射させるための相対向する第1のfθレンズ群、及び第2のfθレンズ群とを有し、
前記第1及び第2のfθレンズ群は、出射瞳が無限遠でありテレセントリックな光学系をなすことにより、常時対物レンズの瞳中心に前記レーザー光を入射させるようにしてなる
ことを特徴とするレーザー描画装置。 A laser light source;
A scanning unit for deflecting the laser light emitted from the laser light source;
A first fθ lens group and a second fθ lens group facing each other for allowing the deflected laser light to enter the objective lens;
The first and second fθ lens groups are configured such that the laser beam is always incident on the pupil center of the objective lens by forming a telecentric optical system with an exit pupil at infinity. Laser drawing device.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー描画装置。 Of the first and second fθ lens groups facing each other, the second fθ lens group on the objective lens side includes at least three groups of lenses whose surface powers are positive, negative, and positive. The laser drawing apparatus according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー描画装置。 The laser drawing apparatus according to claim 1, wherein the first and second fθ lens groups are subjected to achromatic correction and apochromatic correction, respectively.
ことを特徴とする請求項2に記載のレーザー描画装置。 The laser drawing apparatus according to claim 2, wherein the first and second fθ lens groups are subjected to achromatic correction and apochromatic correction, respectively.
前記走査部は、AOD(音響光学素子)からなる
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー描画装置。 The laser light source comprises a semiconductor laser,
The laser drawing apparatus according to claim 1, wherein the scanning unit includes an AOD (acousto-optic element).
前記走査部は、AOD(音響光学素子)からなる
ことを特徴とする請求項2に記載のレーザー描画装置。 The laser light source comprises a semiconductor laser,
The laser drawing apparatus according to claim 2, wherein the scanning unit includes an AOD (acousto-optic element).
前記ダイクロイックミラーは前記対物レンズと該対物レンズ側の第2のfθレンズとの間の光路上に配置され、
前記フォーカス制御部からのフォーカス用レーザー光が、ダイクロイックミラーを介して前記対物レンズに入射させるようにしてなる
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザー描画装置。 It has a focus control unit and a dichroic mirror for focusing the workpiece,
The dichroic mirror is disposed on an optical path between the objective lens and a second fθ lens on the objective lens side,
The laser drawing apparatus according to claim 1, wherein the focus laser beam from the focus control unit is incident on the objective lens via a dichroic mirror.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006340162A JP2008153448A (en) | 2006-12-18 | 2006-12-18 | Laser drawing apparatus |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103824762A (en) * | 2013-12-12 | 2014-05-28 | 苏州德龙激光股份有限公司 | Laser annealing device |
KR101455140B1 (en) | 2011-06-20 | 2014-10-27 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | Wavefront modification apparatus, lithographic apparatus and method |
CN114099133A (en) * | 2021-11-10 | 2022-03-01 | 华中科技大学 | Large-view-field and large-numerical-aperture surgical objective lens for ophthalmic surgery |
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2006
- 2006-12-18 JP JP2006340162A patent/JP2008153448A/en active Pending
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