JP3191438B2

JP3191438B2 - 光学記録方法及び光学記録装置

Info

Publication number: JP3191438B2
Application number: JP25353792A
Authority: JP
Inventors: 眞伸山本; 順一岩井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-08-31
Filing date: 1992-08-31
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: JPH0684742A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば一面に形成され
たフォトレジスト膜に対してレーザ光を照射することに
より、フォトレジスト膜にレーザ光の照射軌跡に応じた
記録パターンを形成（描画）する光学記録方法及び光学
記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体集積回路やディスプレイ
デバイス（液晶ディスプレイ等）のフォトレソグラフィ
工程において、基板上のフォトレジスト膜にパターンを
焼き付けるための露光方式として、コンタクト方式、近
接方式、プロジェクション方式（縮小投影方式による露
光）が知られている。これらの露光方式においては、そ
の光源として主に高圧水銀灯やキセノンランプが用いら
れている。

【０００３】コンタクト方式は、最初、マスクと基板上
のフォトレジスト膜とを離しておき、マスクと基板との
位置を合わせた後、両者を密着させてから光を当てて基
板上のフォトレジスト膜をマスクのパターンに沿って感
光させる方式である。この方式は、露光装置自体が簡単
な構成で済むという利点があるが、マスクがフォトレジ
スト膜によって汚染され、マスクの寿命が短くなるとい
う欠点がある。また、マスクと基板とを位置合わせした
後、実際にマスクとフォトレジスト膜とを密着させる段
階で位置がずれてしまうなどの欠点があり、高精度のパ
ターンを露光することが困難である。

【０００４】近接方式は、上記コンタクト方式の欠点を
除いたもので、マスクとフォトレジスト膜とを数μｍ離
して対面させた位置で位置合わせを行い、そのままの状
態で露光する方式である。この方式の場合、フォトレジ
スト膜によるマスクの汚れはなく、位置合わせ後の位置
ずれの心配もなくなる。しかし、マスクと基板との平行
性が常に保証されていなければならず、その関係から露
光装置の構造が複雑になり、高価になるという欠点があ
る。上記コンタクト方式及び近接方式による露光は、２
次元のパターンを一括で転写することはできるが、特
に、近接方式の場合、３μｍ以下の線幅を転写できない
という欠点があった。

【０００５】プロジェクション方式は、マスクと基板の
間に縮小投影レンズを配し、縮小投影レンズにて縮小・
集光されたマスクの縮小投影像により露光する方式であ
る。この方式では、普通、１／５縮小、１／１０縮小を
行うことから、サブミクロンのパターンを形成する場合
において有利であり、最近の高集積化傾向にある半導体
集積回路及びディスプレイデバイスにおいて主流の方式
となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記プ
ロジェクション方式においては、１５ｍｍ角エリア程度
の小面積しか一度に露光できないという問題があった。
また、基板が大型化し、パターンが微細化してくると、
フォトレジスト膜全面を均一に露光することもますます
困難になっていくという問題があった。特に、ディスプ
レイデバイスの分野では、上記プロジェクション方式に
よる露光は、スループットとショット毎のつなぎ目が見
えてしまうという問題もあった。

【０００７】即ち、従来の露光方式においては、大面積
の基板上に塗布されたフォトレジスト膜全面に対して均
一に、かつ高速に露光することができないという問題が
あった。

【０００８】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、フォトレジスト膜に対
する大面積のパターニングが可能で、かつフォトレジス
ト膜全面にわたって再現性の高い露光ができ、しかも高
速に露光を行うことができる光学記録方法及び光学記録
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、連続発振して
いるレーザ光Ｌｒを印加記録信号Ｓｗに基づいて強度変
調し、この強度変調されたレーザ光Ｌｒを焦点調整のさ
れる対物レンズ３にて集光させて直交ＸＹ軸平面上に置
かれた被記録体２に照射することにより、上記被記録体
２に記録パターンを描画する光学記録方法において、ま
ず、連続発振しているレーザ光を光出力安定化手段にて
その光出力が一定となるように制御し、その後上記強度
変調を行う。一方、Ｘ−Ｙステージは、Ｙ軸方向にステ
ップ送りを行って、上記被記録媒体２中、上記対物レン
ズ３の視野内幅で決定される短冊状の露光領域Ｚｎを順
次選定し、次いで上記強度変調されたレーザ光ＬｒをＹ
軸方向に一定のスキャン幅で偏向すると共に、Ｘ軸方向
に連続送りを行って上記選定された露光領域Ｚｎに記録
パターンを描画し、これらＹ軸方向へのステップ送りと
Ｘ軸方向への連続送りをそれぞれ繰り返して、被記録体
２に記録パターンを描画する。

【００１０】また、本発明は、レーザ光Ｌｒを連続発振
するレーザ光源１１からの上記レーザ光Ｌｒを光変調器
１３にて強度変調し、この強度変調されたレーザ光Ｌｒ
を対物レンズ３にて集光させて直交ＸＹ軸平面上に置か
れた被記録体２に照射することにより、上記被記録体２
に記録パターンを描画する光学記録装置において、上記
光変調器１３からのレーザ光ＬｒをＸ軸方向に掃引する
光偏向器１５と、上記対物レンズ３の上記被記録媒体２
に対する焦点調整を行うフォーカスサーボ機構４６と、
上記被記録媒体２をＸ軸方向に連続送りする第１の移送
手段（５，７，９）と、上記被記録媒体２をＹ軸方向に
ステップ送りする第２の移送手段（６，８，１０）とを
具備して構成する。

【００１１】この場合、例えば上記光変調器１３を、印
加記録信号Ｓｗにて変調された超音波ＵＰ₁ に基づいて
レーザ光Ｌｒを強度変調する音響光学変調器（ＡＯＭ）
にて構成する。また、上記レーザ光源１１と上記光変調
器１３との間に、光出力安定化手段を配して構成する。
この光出力安定化手段は、印加信号電界Ｖに基づいて上
記レーザ光Ｌｒを強度変調する電気光学変調器（ＥＯ
Ｍ）と、上記レーザ光Ｌｒの一部を検出し、上記レーザ
光Ｌｒの光出力が一定となるように上記電気光学変調器
（ＥＯＭ）を制御するフィードバック系２２とで構成す
る。

【００１２】また、上記光偏向器１５を、多面体ミラー
にて構成する。そして、上記光変調器１３と上記光偏向
器１５との間に、上記レーザ光ＬｒをＸ軸方向に微小角
偏向させて、レーザ光Ｌｒのスキャン方向を補正する補
正手段１４を配して構成する。この補正手段１４として
は、音響光学偏向器（ＡＯＤ）にて構成することができ
る。

【００１３】

【作用】本発明に係る光学記録方法においては、例え
ば、直交ＸＹ軸平面上に置かれた被記録体２が、Ｙ軸方
向にステップ送りされて、上記被記録媒体２中、上記対
物レンズ３の視野内幅で決定される短冊状の露光領域Ｚ
ｎが選定される。その後、レーザ光源１１から出射され
たレーザ光Ｌｒが、例えば光変調器１３にて、その印加
記録信号Ｓｗに基づいて強度変調され、更にＹ軸方向に
一定のスキャン幅で偏向されて被記録媒体２に照射され
る。このとき、被記録媒体２がＸ軸方向に連続送りされ
ることから、レーザ光Ｌｒがその選定された露光領域Ｚ
ｎ内において高速にラスタスキャンされる。

【００１４】Ｘ方向への連続送りが一旦終了すると、今
度は、被記録媒体２がＹ軸方向にステップ送りされて、
次の露光領域Ｚ_n+1 が選定される。その後は、上記と同
様に強度変調されたレーザ光ＬｒがＹ軸方向に偏向され
ると共に、被記録媒体２がＸ軸方向に連続送りされて、
選定された露光領域Ｚ_n+1 内においてレーザ光Ｌｒが高
速にラスタスキャンされる。上記一連の動作が順次繰り
返されて、被記録媒体２全面がレーザ光により均一に露
光される。

【００１５】次に、本発明の光学記録装置においては、
例えば、直交ＸＹ軸平面上に置かれた被記録体２が、第
２の移送手段（６，８，１０）によって、Ｙ軸方向にス
テップ送りされて、上記被記録媒体２中、上記対物レン
ズ３の視野内幅で決定される短冊状の露光領域Ｚｎが選
定される。

【００１６】その後、レーザ光源１１から出射されたレ
ーザ光Ｌｒが、光出力安定化手段において、その光出力
が一定となるように制御される。即ち、レーザ光源１１
からのレーザ光Ｌｒは、電気光学変調器（ＥＯＭ）にお
いて、この電気光学変調器（ＥＯＭ）に供給される信号
電界Ｖに基づいて強度変調され、レーザ光Ｌｒは、供給
される信号電界Ｖに応じてそのビーム径が一定となるよ
うに整形される。

【００１７】このとき、温度変化やバイアス電位の変動
によって、電気光学変調器（ＥＯＭ）の動作点が容易に
変動することになるが、本発明に係る光学記録装置にお
いては、フィードバック系２２によって、レーザ光Ｌｒ
の一部を検出して、レーザ光Ｌｒの光出力（光量）が一
定となるように上記電気光学変調器（ＥＯＭ）をフィー
ドバック制御するため、この電気光学変調器（ＥＯＭ）
を透過するレーザ光Ｌｒの光出力は安定化する。しか
も、レーザ光Ｌｒに含まれているノイズ、特に、フィー
ドバックの帯域内における高周波ノイズが低減される。

【００１８】従って、電気光学変調器（ＥＯＭ）から
は、ノイズ及び光量変動の少ない良質の連続光が出力さ
れる。

【００１９】そして、この電気光学変調器（ＥＯＭ）を
透過したレーザ光Ｌｒは、後段の光変調器１３におい
て、この光変調器１３に供給される記録信号Ｓｗに基づ
いて強度変調される。この光変調器３を音響光学変調器
（ＡＯＭ）にて構成した場合、記録信号Ｓｗによって変
調された超音波ＵＰ₁ が上記音響光学変調器（ＡＯＭ）
に供給されることになる。この場合、原理的に上記電気
光学変調器（ＥＯＭ）のような動作点変動はない。ま
た、フィードバック制御を行わないため、どのようなデ
ューティの信号や低周波の信号に対しても安定に強度変
調される。

【００２０】その後、上記光変調器１３を透過したレー
ザ光Ｌｒは、後段の光偏向器１５にてＹ軸方向に一定の
スキャン幅で偏向され、その偏向を受けたレーザ光Ｌｒ
は、対物レンズ３を介して被記録媒体２に照射される。
このとき、フォーカスサーボ機構４６によって、対物レ
ンズ３の被記録媒体２に対する焦点調整が同時に行われ
る。また、このレーザ光Ｌｒの被記録媒体２への照射
時、第１の移送手段（５，７，９）によって被記録媒体
２がＸ軸方向に連続送りされる。従って、光偏向器１５
にて偏向されたレーザ光Ｌｒは、一定のスキャン幅、正
確には、対物レンズ３の視野内幅で決定される短冊状の
露光領域Ｚｎ内をラスタスキャンしながら、光変調器１
３に供給された記録信号Ｓｗに応じた記録パターンを描
画して行くことになる。

【００２１】この場合、光偏向器１５によって、レーザ
光ＬｒがＹ軸に平行に掃引されたとしても、被記録媒体
２が、第１の移送手段（５，７，９）によって、Ｘ軸方
向に連続送りされていることから、例えばレーザ光Ｌｒ
で線を描いた場合、Ｘ軸方向にわずかに流れて、Ｙ軸方
向に対し、ある傾斜角θをもって斜めに線を描くことに
なる。しかし、本発明に係る光学記録装置では、光変調
器１３と光偏向器１５との間に、レーザ光ＬｒをＸ軸方
向に微小角偏向させて、レーザ光Ｌｒのスキャン方向を
補正する補正手段１４（ＡＯＤ）を配しているため、補
正手段１４に印加する超音波ＵＰ₂ を適宜制御すること
により、レーザ光ＬｒをＹ軸に平行に走査させることが
できる。

【００２２】第１の移送手段（５，７，９）によるＸ軸
方向への連続送りが終了すると、第２の移送手段（６，
８，１０）によるステップ送りによって、次の露光領域
Ｚ_n+1 が選定され、その後は上記と同様に、レーザ光源
１１から出射されたレーザ光Ｌｒを光出力安定化手段で
その光出力を一定にし、光変調器１３にて記録信号Ｓｗ
に応じた強度変調を行い、光偏向器１５にてＹ軸方向に
掃引し、更に補正手段１４にて、レーザ光ＬｒをＹ軸に
平行に掃引されるように補正することにより、その選定
された露光領域Ｚ_n+1 内において、レーザ光Ｌｒがラス
タスキャンされて、この露光領域Ｚ_n+1 内でのレーザ光
Ｌｒによる均一な露光が高速に行われ、記録信号Ｓｗに
応じた記録パターンが描画される。

【００２３】そして、上記一連の動作を順次繰り返すこ
とにより、被記録媒体２全面に対して、レーザ光Ｌｒに
よる露光（記録パターンの描画）を均一に、かつ高速に
行うことが可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明に係る光学記録装置を、例えば
液晶ディスプレイの配線形成のための露光装置に適用し
た場合の実施例（以下、単に実施例に係る露光装置と記
す）を図１〜図３を参照しながら説明する。

【００２５】この実施例に係る露光装置は、図１に示す
ように、例えば長方形状のガラス基板１上に塗布された
フォトレジスト膜２に対して露光を行う装置であり、連
続発振しているレーザ光Ｌｒを印加記録信号に基づいて
強度変調し、この強度変調されたレーザ光Ｌｒを対物レ
ンズ３にて集光させてフォトレジスト膜２に記録パター
ンを描画するものである。

【００２６】ここで、上記ガラス基板１は、Ｘ−Ｙステ
ージ４のステージプレートに真空吸着されている。この
Ｘ−Ｙステージ４は、図示しない静圧空気軸受けによっ
て保持され、それぞれリニアモータ５及び６にてＸ軸及
びＹ軸方向に移動するように構成されている。また、Ｘ
−Ｙステージ４には、そのＸ軸及びＹ軸方向に、それぞ
れ高分解能のレーザスケール７及び８が装着されてお
り、これらレーザスケール７及び８からそれぞれ１／１
００又は５／１００μｍ毎の位置信号Ｓｘ及びＳｙが得
られる。

【００２７】そして、各レーザスケール７及び８からの
位置信号Ｓｘ及びＳｙは、それぞれ連続送りサーボ制御
回路９とステップ送りサーボ制御回路１０に供給され
る。連続送りサーボ制御回路９は、対応するレーザスケ
ール７からの位置信号Ｓｘに基づいてＸ軸リニアモータ
５に駆動信号Ｓｄｘを供給し、Ｘ−Ｙステージ４をＸ軸
方向に一定の移送速度にて連続送りする。ステップ送り
サーボ制御回路１０は、対応するレーザスケール８から
の位置信号Ｓｙに基づいてＹ軸リニアモータ６に駆動信
号Ｓｄｙを供給し、Ｘ−Ｙステージ４をＹ軸方向に一定
の移送幅でステップ送りする。

【００２８】この露光装置の光学的な構成は、基本的に
は、気体を増幅媒質とするガスレーザ光源１１と、この
ガスレーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌｒを、入
力される信号電界に応じて強度変調する横型電気光学変
調器（Erectro Optic Modulator ；以下、単にＥＯＭと
記す）１２と、記録信号Ｓｗにて変調された超音波ＵＳ
₁ に基づいて、上記ＥＯＭ１２からのレーザ光Ｌｒを強
度変調する音響光学変調器（Acousto Optic Modulator
；以下、単にＡＯＭと記す）１３と、このＡＯＭ１３
にて強度変調されたレーザ光Ｌｒを、高速でＸ軸方向に
微小角偏向する音響光学偏向器（Acousto Optic Deflec
tor ；以下、単にＡＯＤと記す）１４と、このＡＯＤ１
４を透過したレーザ光Ｌｒを、Ｙ軸方向に掃引する多面
体ミラー１５と、掃引されたレーザ光Ｌｒを、対物レン
ズ３に導くダイクロイックミラー１６とから構成されて
いる。

【００２９】ここで、レーザ光Ｌｒとしては、フォトレ
ジスト膜２の感光材料がポジ型の場合、一般に、青色か
ら紫外領域の波長をもつ連続発振のガスレーザが用いら
れる。具体的には、波長４５８ｎｍのＡｒレーザ、波長
４４２ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザ、波長４１０ｎｍのＫｒ
レーザあるいは波長３６０ｎｍのＵＶ−Ａｒレーザが使
用される。また、これらのガスレーザは、ブリュースタ
ー窓により直線偏光のレーザ光Ｌｒとして出射される。

【００３０】ＥＯＭ１２は、例えばＡＤＰやＫＤＰの結
晶で構成されており、このＥＯＭ１２の電極間に可変直
流電源１７のみが接続されている。通常、この可変直流
電源１７からは、一定レベルの直流電圧Ｖが出力され
る。そして、ＥＯＭ１２に入射された直線偏光のレーザ
光Ｌｒ、特に媒質中における２つの直交偏光成分間の光
学的位相差Δφが、上記可変直流電源１７からの直流電
圧Ｖの供給によって制御され、この制御により、レーザ
光Ｌｒの偏光状態が変化する。

【００３１】このＥＯＭ１２を透過したレーザ光Ｌｒ
は、楕円偏光となるため、後段の１／４波長板及び検光
子からなるアナライザ１８にて強度変調光に変換され
る。即ち、ＥＯＭ１２から出力された楕円偏光のレーザ
光Ｌｒは、まず、１／４波長板にて直線偏光のレーザ光
Ｌｒに戻されるが、入射光に比べて電気ベクトルの振動
面が直流電圧Ｖに比例した角度Δφ／２だけ回転してい
るため、次に検光子によって強度変調光に変換される。
この場合、上記ＥＯＭ１２から出力されたレーザ光Ｌｒ
は、図２で示す特性曲線ｓｉｎ²（Ｖ）に比例した光出
力（光量）となる。

【００３２】そして、本実施例においては、ＥＯＭ１２
の後段（正確には、アナライザ１８の後段）にハーフミ
ラー又はビームスプリッタ（以下、ハーフミラー等と記
す）１９を配置することによって、ＥＯＭ１２を透過し
たレーザ光Ｌｒを２つに分け、この２つに分岐された光
路中、ＥＯＭ１２の透過光路に延長した第１の光路上に
光検出器２０を配置し、その後段に電圧制御回路２１を
接続する。そして、この電圧制御回路２１と上記可変直
流電源１７とを接続する。即ち、ＥＯＭ１２、光検出器
２０、電圧制御回路２１及び可変直流電源１７にて１つ
のフィードバック系２２が構成される。光検出器２０
は、ＥＯＭ１２を透過したレーザ光Ｌｒの光出力を信号
電流（検出信号）Ｓｉに変換するもので、例えばフォト
ダイオードにて構成することができる。

【００３３】電圧制御回路２１は、例えば図３に示すよ
うに、光検出器２０からの検出信号Ｓｉを電圧変換する
プリアンプ３１と、このプリアンプ３１からの電圧信号
Ｖｉとリファレンス電圧Ｖｒとの差をとる差分アンプ３
２と、この差分アンプ３２からの差信号Δｖを所定のゲ
インにて増幅するドライブアンプ３３とから構成されて
いる。ここで、上記リファレンス電圧Ｖｒは、所望する
光出力（光量）対応した電圧に設定されている。また、
可変直流電源１７は、基準電圧源３４と、この基準電圧
源３４からの基準電圧Ｖｂとドライブアンプ３３からの
増幅差信号ΔＶとを加算する加算器３５とで構成されて
いる。

【００３４】このフィードバック系２２の動作を説明す
ると、まず、ＥＯＭ１２を透過したレーザ光Ｌｒの一部
がハーフミラー等１９を介して光検出器２０に入射され
る。この光検出器２０からは、入射されたレーザ光Ｌｒ
の光量に応じた信号電流（検出信号）Ｓｉが出力され
る。光検出器２０からの検知信号Ｓｉは、後段のプリア
ンプ３１にて検出信号Ｓｉが電圧変換され、検出信号Ｓ
ｉの電流レベルに応じた電圧レベルを有する電圧信号Ｖ
ｉとして出力される。

【００３５】そして、次段の差分アンプ３２から上記電
圧信号Ｖｉとリファレンス電圧Ｖｒとのレベル差を示す
差信号Δｖが出力される。電圧信号Ｖｉのレベルがリフ
ァレンス電圧Ｖｒのレベルよりも大きい場合、負レベル
の差信号Δｖが出力され、逆に電圧信号Ｖｉのレベルが
リファレンス電圧Ｖｒのレベルよりも小さい場合、正レ
ベルの差信号Δｖが出力される。

【００３６】上記差分アンプ３２からの差信号Δｖは、
後段のドライブアンプ３３において、所定のゲインにて
増幅される。このゲインは、例えば図２の特性図に示す
ように、予め可変直流電源１７の基準電圧Ｖｂと対応し
た動作点Ｐにおける光量を基準として、固定変化量ΔＩ
におけるポイントＡでの位相差Δφａを割り出してお
き、このときの差分アンプ３２から出力される差信号Δ
ｖと上記位相差Δφａに基づいて設定する。

【００３７】そして、後段の加算器３５にて、上記ドラ
イブアンプ３３からの増幅差信号ΔＶと、上記基準電圧
源３４からの基準電圧Ｖｂとが加算され、この加算電圧
信号ＶがＥＯＭ１２の電極間に供給される。即ち、ＥＯ
Ｍ１２を透過したレーザ光Ｌｒの光量がリファレンス電
圧Ｖｒに対応した基準光量となるように基準電圧（ＥＯ
Ｍ１２に印加される電圧Ｖ）が変化することになる。従
って、ＥＯＭ１２を透過するレーザ光Ｌｒの光出力（光
量）が、例えば温度変化などによって変動する場合にお
いても、このフィードバック系２２によって、その光量
は一定となる。

【００３８】一方、ハーフミラー等１９によって２つに
分岐された光路中、このハーフミラー等１９によって反
射されたレーザ光Ｌｒが通る第２の光路上に、ビーム縮
小レンズ４１、ＡＯＭ１３及びビーム拡大レンズ４２が
順に配置されている。上記ＡＯＭ１３には、超音波発生
器４３が接続されており、この超音波発生器４３は、発
生した超音波を、入力端子φ₁ に供給される記録信号
（フォトレジスト膜２に描画する記録パターンが電気的
に変換された信号）Ｓｗに基づいて変調するものであ
る。この超音波発生器４３にて変調された超音波ＵＳ₁
は、ＡＯＭ１３に供給される。

【００３９】このＡＯＭ１３は、例えばＴｅＯ₂ 結晶か
ら構成されており、超音波発生器４３からの超音波供給
によりその結晶中に生じた屈折率変化による位相回折格
子を用いて、そのブラッグ回折の１次回折光を信号記録
に使用するものである。回折光の強度は、超音波パワー
で決まり、回折方向はキャリア周波数（超音波周波数）
で決まる。従って、原理的に上記ＥＯＭ１２のようなバ
イアス変動がない。また、最近では、結晶デバイスと発
生回路の改善により、ＥＯＭ１２と同等の変調帯域幅を
得ることができる。しかも、フィードバック制御を行わ
ないため、どのようなデューティの信号や低周波の信号
に対しても安定な光変調を行うことができる。このＡＯ
Ｍ１３にて強度変調されたレーザ光Ｌｒは、後段のビー
ム拡大レンズ４２によって、そのビーム径が復元され
る。

【００４０】ＡＯＤ１４にも、上記ＡＯＭ１３に接続さ
れている超音波発生器４３と同じ超音波発生器４４が接
続されており、この超音波発生器４４は、発生した超音
波を、入力端子φ₂ に供給される制御信号Ｓｃに基づい
て変調するものである。この超音波発生器４４にて変調
された超音波ＵＰ₂ は、ＡＯＤ１４に供給される。

【００４１】このＡＯＤ１４は、例えばＴｅＯ₂ 結晶か
ら構成されており、超音波発生器４４からの超音波供給
によりその結晶中に生じた屈折率変化による位相回折格
子を用いて、そのブラッグ回折における１次回折光の回
折角がキャリア周波数にほぼ比例することを利用したも
のである。

【００４２】即ち、超音波発生器４４から超音波ＵＰ₂
が供給されることによって、結晶中に超音波振動の進行
波が作られる。このとき、キャリア周波数が低い場合に
は、波長の長い進行波が作られ、キャリア周波数が高い
場合には、波長の短い進行波が作られる。そして、この
ＡＯＤ１４を透過するレーザ光Ｌｒは、結晶中における
超音波振動の進行波と遭遇され、この進行波によって回
折されて偏向を受ける。このとき、進行波の波長が短い
ほど大きな偏向を受けるので、例えば制御信号Ｓｃの周
波数を低い周波数から高い周波数へ鋸歯状に掃引するこ
とで、ＡＯＤ１４を透過するレーザ光Ｌｒは進行波によ
って高速に微小角偏向を受けることになる。

【００４３】多面体ミラー１５は、例えば３６面体で、
６００００ｒｐｍで回転し、対物レンズ３の視野内でレ
ーザ光ＬｒをＹ軸方向に掃引する。この多面体ミラー１
５で偏向されたレーザ光Ｌｒは、ｆ−θレンズ４５で中
間像として結像され、最終的に対物レンズ３によってフ
ォトレジスト膜２上に集光される。この対物レンズ３の
ＮＡ（開口数）及び特性により、一度に描画できる記録
幅と最小線幅が決定される。例えば、ＮＡが０．９の対
物レンズではスポットサイズが約０．５μｍ、記録幅が
約１００μｍとなる。

【００４４】また、対物レンズ３は、フォーカスサーボ
機構４６によって、フォトレジスト膜２に対する焦点調
整が行われる。このフォーカスサーボ機構４６は、対物
レンズ３をダンパ（図示せず）で吊り、スピーカの磁気
回路と同じようにコイル４７で駆動するアクチュエータ
４８と、いわゆる離軸法と呼ばれるレーザ光Ｌｆを用い
た誤差検出光学系から構成されている。

【００４５】この誤差検出光学系は、図示するように、
上記ガスレーザ光源１１から出射されるレーザ光Ｌｒと
は異なる波長で、かつダイクロイックミラー１６を透過
する波長のレーザ光Ｌｆを出射するフォーカス用のレー
ザ光源４９と、このレーザ光源４９からのレーザ光Ｌｆ
を対物レンズ３側に入射させ、かつ対物レンズ３を通し
てフォトレジスト膜２上で反射した戻り光を光検出器５
０側に導く光アイソレータ５１とから構成されている。
なお、光アイソレータ５１は偏光ビームスプリッタ５２
と１／４波長板５３から構成されている。

【００４６】一般に、対物レンズ３によって、レーザ光
Ｌｒを絞ると、その焦点深度が浅くなるため、例えばガ
ラス基板１に反りなどがある場合には、均一に露光する
ことができなくなる。しかし、この実施例においては、
上述したように、フォーカスサーボ機構４６を備えてい
るため、その焦点誤差を±０．１μｍ以下に抑えること
ができ、ガラス基板１に反りなどが生じていても、レー
ザ光Ｌｒによるフォトレジスト膜２に対する露光を均一
に行うことが可能となる。

【００４７】次に、上記本実施例に係る露光装置でガラ
ス基板１上のフォトレジスト膜２に対して露光を行う場
合の動作を図４も参照しながら説明する。

【００４８】まず、初期状態において、図４Ａ及びＢに
示すように、レーザスポットＳが、ガラス基板１上の露
光対象領域Ｚ中、図面上、左下コーナ部に位置される
（図４Ｂにおいて、ａで示すポイント参照）。

【００４９】その後、レーザ光源１１から出射されたレ
ーザ光Ｌｒが、フィードバック系を備えたＥＯＭ１２に
おいて、その光出力が一定となるように制御される。即
ち、レーザ光源１１からのレーザ光Ｌｒは、ＥＯＭ１２
において、このＥＯＭ１２に供給される直流電圧Ｖに基
づいて強度変調され、レーザ光Ｌｒは、供給される直流
電圧Ｖに応じてそのビーム径が一定となるように整形さ
れる。

【００５０】このとき、温度変化やバイアス電位の変動
によって、ＥＯＭ１２の動作点が容易に変動することに
なるが、本実施例に係る露光装置においては、フィード
バック系２２によって、レーザ光Ｌｒの一部を検出し
て、レーザ光Ｌｒの光出力（光量）が一定となるように
上記ＥＯＭ１２をフィードバック制御するため、このＥ
ＯＭ１２を透過するレーザ光Ｌｒの光出力は安定化す
る。しかも、レーザ光Ｌｒに含まれているノイズ、特
に、フィードバックの帯域内における高周波ノイズが低
減される。従って、ＥＯＭ１２からは、ノイズ及び光量
変動の少ない良質の連続光が出力される。

【００５１】そして、このＥＯＭ１２を透過したレーザ
光Ｌｒは、後段のＡＯＭ１３において、超音波発生器４
３の入力端子φ₁ に供給された記録信号Ｓｗによって変
調された超音波ＵＰ₁ に基づいて強度変調される。この
場合、原理的に上記ＥＯＭ１２のような動作点変動はな
い。また、フィードバック制御を行わないため、どのよ
うなデューティの信号や低周波の信号に対しても安定に
強度変調される。

【００５２】その後、上記ＡＯＭ１３を透過したレーザ
光Ｌｒは、後段のＡＯＤ１４にてＸ軸方向に微小角偏向
される。ところで、上記ＡＯＭ１３とこのＡＯＤ１４間
には、ハーフミラー又はビームスプリッタ（以下、ハー
フミラー等と記す）５４が配されており、上記ＡＯＭ１
３を透過したレーザ光Ｌｒのうち、ハーフミラー等５４
で反射した光成分がＡＯＤ１４に入射され、上記ハーフ
ミラー等５４を透過した光成分がモニタ用の光検出器５
５に入射される。この光検出器５５に既知の波形表示手
段を接続することにより、ＡＯＭ１３にて強度変調され
たレーザ光Ｌｒの波形をモニタすることができる。

【００５３】上記ＡＯＤ１４を透過したレーザ光Ｌｒ
は、ミラー５６及び５７によって後段の多面体ミラー１
５に導かれ、この多面体ミラー１５において、Ｙ軸方向
に一定のスキャン幅で偏向される。この多面体ミラー１
５にて偏向を受けたレーザ光Ｌｒは、ｆ−θレンズ４５
及びダイクロイックミラー１６を介して対物レンズ３に
導かれ、最終的にこの対物レンズ３にてフォトレジスト
膜２上に集光される。このとき、フォーカスサーボ機構
４６によって、対物レンズ３のフォトレジスト膜２に対
する焦点調整が同時に行われる。

【００５４】また、このレーザ光Ｌｒのフォトレジスト
膜２への照射時、レーザスケール７、連続送りサーボ制
御回路９及びＸ軸リニアモータ５からなる連続送り手段
によってガラス基板１がＸ軸方向に連続送りされる。従
って、多面体ミラー１５にて偏向されたレーザ光Ｌｒ
は、一定のスキャン幅、正確には、図４Ａ及びＢに示す
ように、対物レンズ３の視野内幅で決定される１行目
（ｎ＝１）の短冊状の露光領域Ｚ₁ 内をラスタスキャン
しながら、ＡＯＭ１３の超音波発生器４３に供給された
記録信号Ｓｗに応じた記録パターンを描画して行くこと
になる。

【００５５】この場合、多面体ミラー１５によって、レ
ーザ光ＬｒがＹ軸に平行に掃引されたとしても、ガラス
基板１が、上記連続送り手段によって、Ｘ軸方向に連続
送りされていることから、例えばレーザ光Ｌｒで線を描
いた場合、図４Ｃの二点鎖線による矢印で示すように、
Ｘ軸方向にわずかに流れ、Ｙ軸方向に対し、ある傾斜角
θをもって斜めに線を描くことになる。

【００５６】しかし、本実施例に係る露光装置では、Ａ
ＯＭ１３と多面体ミラー１５との間に、ＡＯＤ１４を配
し、このＡＯＤ１４にてレーザ光ＬｒをＸ軸方向に微小
偏向させて、レーザ光Ｌｒのスキャン方向を補正するよ
うにしているため、ＡＯＤ１４の超音波発生器４４に供
給される制御信号Ｓｃによって、超音波発生器４４から
の超音波ＵＰ₂ を適宜制御することにより、レーザ光Ｌ
ｒをＹ軸に平行に走査させることができる。ここで、レ
ーザ光Ｌｒのスポットサイズが例えば０．５μｍの場
合、パターンエッジ（つなぎ目）を滑らかにする目的
で、レーザ光Ｌｒの掃引ピッチは、スポットの軌跡が一
部重なるように、例えば０．２５μｍに選定される。

【００５７】上記連続送り手段によるガラス基板１のＸ
軸方向への連続送りが終了すると、レーザスケール８、
ステップ送りサーボ制御回路１０及びＹ軸リニアモータ
６からなるステップ送り手段によるガラス基板１のステ
ップ送りによって、次の露光領域Ｚ₂ が選定される。即
ち、対物レンズ３の視野内幅に相当するステップ送り幅
を上記ステップ送りサーボ制御回路１０に登録してお
き、例えば連続送りサーボ制御回路９からの終了信号Ｓ
ｏに基づいて、上記登録されたステップ送り幅分、ガラ
ス基板１をＹ軸方向にステップ送りする。

【００５８】このステップ送りのタイミングは、以下の
ように行われる。即ち、図４Ｂにおいて、例えばレーザ
スポットＳがｂのポイント（図４Ｂ上、ｎ＝１で示す露
光領域Ｚ₁ の右上コーナ部）に位置した段階からレーザ
スポットＳが帰線する間に、連続送り手段によってガラ
ス基板１が高速に元の位置に戻される。ガラス基板１が
元の位置に戻った段階で再びレーザスポットＳはａのポ
イントに位置する。そして、このレーザスポットＳがａ
の位置に戻った段階で、同時に上記ステップ送り手段に
よってガラス基板１がステップ送りされる。このとき、
レーザスポットＳは、ｃのポイントに位置する。このス
テップ送りによって、２行目（ｎ＝２）の露光領域Ｚ₂
が選定されたことになる。

【００５９】その後は、上記と同様に、レーザ光源１１
から出射されたレーザ光Ｌｒをフィードバック系２２を
備えたＥＯＭ１２でその光出力を一定にし、ＡＯＭ１３
にて記録信号Ｓｗに応じた光強度変調を行い、多面体ミ
ラー１５にてＹ軸方向に掃引し、更にＡＯＤ１４にて、
レーザ光ＬｒをＹ軸に平行に掃引されるように補正する
ことにより、２行目の露光領域Ｚ₂ 内において、レーザ
光Ｌｒがラスタスキャンされて、この露光領域Ｚ₂ 内で
のレーザ光Ｌｒによる均一な露光が高速に行われ、記録
信号Ｓｗに応じた記録パターンが描画される。

【００６０】そして、上記一連の動作を順次繰り返すこ
とにより、ガラス基板１上のフォトレジスト膜における
露光対象領域Ｚ全面に対して、レーザ光Ｌｒによる露光
（記録パターンの描画）を均一に、かつ高速に行うこと
が可能となる。しかも、連続送り手段は、単にガラス基
板１を連続送りをするだけでよいため、信号処理系が簡
単になり、露光工程におけるコストの高価格化を引き起
こすという懸念はない。

【００６１】上記露光装置による露光処理によって、フ
ォトレジスト膜２は、その描画された記録パターンに沿
って感光され、その感光された部分が次の現像工程にお
ける現像液にて溶解することになる。従って、その後の
現像処理において、その感光された部分が除去され、フ
ォトレジスト膜２によるマスクが形成される。その後
は、通常のディスプレイ作製工程に基づいて、洗浄処
理、イオン注入処理、拡散処理等が行われることによ
り、ガラス基板１上に配線パターンが形成されたディス
プレイ原盤が作製される。

【００６２】このように、本実施例に係る露光装置によ
れば、レーザ光源１１から出射されたレーザ光Ｌｒを、
まず、ＥＯＭ１２において、このＥＯＭ１２に供給され
る直流電圧Ｖに基づいて強度変調するが、このとき、フ
ィードバック系２２によって、レーザ光Ｌｒの光出力
（光量）が一定となるようにＥＯＭ１２をフィードバッ
ク制御するため、このＥＯＭ１２を透過するレーザ光Ｌ
ｒの光出力は安定化することになる。

【００６３】ところで、上記ガスレーザ光源１からの連
続発振のガスレーザは、放電や電源リップルによるノイ
ズ成分を含み、温度変化や機械的変動によってその発振
パワーが変化する。電流変調が可能な希ガスレーザで
は、電流制御により発振パワーの安定化ができるが高周
波のノイズを低減することができない。しかし、本実施
例においては、上記レーザ光に含まれているノイズ、特
に、フィードバックの帯域内における高周波ノイズが低
減される。このことから、上記ＥＯＭ２からは、ノイズ
及び光量変動の少ない良質で、かつビーム径が一定とな
った連続光が出力されることになる。

【００６４】そして、上記ＥＯＭ１２を透過したレーザ
光Ｌｒは、後段のＡＯＭ１３において、このＡＯＭ１３
に供給される超音波（記録信号Ｓｗによって変調された
超音波）ＵＰ₁ に基づいて強度変調される。この場合、
原理的に上記ＥＯＭ１２のような動作点変動はなく、ま
た、フィードバック制御を行わないため、どのようなデ
ューティの信号や低周波の信号に対しても安定に強度変
調される。

【００６５】従って、この露光装置によれば、レーザ光
源１１の種類及び印加信号の種類に拘らず、フォトレジ
スト膜２に記録パターンを高精度に描画することができ
る。即ち、フィードバック系２２によって、ＥＯＭ１２
を透過したレーザ光Ｌｒのノイズリダクション及びパワ
ーコントロールを行うため、きわめて安定な露光が可能
となる。この場合、高価なＥＯＭ１２に対するオートバ
イアス制御を使用しないため、光学系の作製コスト並び
に露光装置自体の製造コスト等を低廉化することができ
る。

【００６６】また、フォトレジスト膜２に対して高感度
であるが、ノイズが多いため使用が困難であったＨｅ−
Ｃｄレーザを上記フィードバック系を備えたＥＯＭ１２
にて使用可能とすることができ、より高精度の記録パタ
ーンを描画することができる。従って、ファインピッチ
の配線パターンや画素パターンの形成が必要な半導体集
積回路やＣＣＤ撮像素子並びにカラー対応の液晶ディス
プレイ等の作製に有利となるほか、高品位のＣ／Ｎが要
求される光学式ビデオディスクの原盤を作製する場合な
どにも有利となる。

【００６７】また、上記ＡＯＭ１３にて強度変調された
レーザ光Ｌｒを多面体ミラー１５にてＹ軸方向に掃引
し、この掃引と同時にガラス基板１をＸ軸方向に連続送
りするようにしたので、対物レンズ３の視野内幅で決定
される露光領域内において、レーザ光Ｌｒをラスタスキ
ャンさせることが可能となり、更にＡＯＤ１４にて記録
パターンの斜行を補正するようにしたので、露光領域内
でのレーザ光Ｌｒによる露光を均一に、かつ高速に行う
ことができる。また、ガラス基板１をＹ軸方向にステッ
プ送りして、露光領域を順次選定するようにしたので、
Ｘ−Ｙステージ４のスパンを大きくすることにより、従
来の方法では不可能であった大面積の露光が可能とな
る。

【００６８】しかも、フォーカスサーボ機構４６によっ
て、対物レンズ３の焦点調整を行うようにしたので、大
面積のガラス基板１であっても、全面にわたって均一
で、かつ再現性の高い露光を行うことができる。また、
この露光装置は、レーザ光Ｌｒを用いてフォトレジスト
膜２に記録パターンを描画するため、電子ビームによる
露光と異なり、真空雰囲気中で行う必要がない。

【００６９】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る光学記録方
法によれば、Ｙ軸方向にステップ送りを行って、被記録
媒体中、対物レンズの視野内幅で決定される短冊状の露
光領域を順次選定し、次いで強度変調されたレーザ光を
Ｙ軸方向に一定のスキャン幅で偏向すると共に、Ｘ軸方
向に連続送りを行って、上記選定された露光領域に記録
パターンを描画し、これらＹ軸方向へのステップ送りと
Ｘ軸方向への連続送りをそれぞれ繰り返して、被記録体
に記録パターンを描画するようにしたので、フォトレジ
スト膜に対する大面積のパターニングが可能で、かつフ
ォトレジスト膜全面にわたって再現性の高い露光がで
き、しかも高速に露光を行うことができる。

【００７０】また、本発明に係る光学記録装置によれ
ば、光変調器からのレーザ光をＸ軸方向に掃引する光偏
向器と、対物レンズの被記録媒体に対する焦点調整を行
うフォーカスサーボ機構と、被記録媒体をＸ軸方向に連
続送りする第１の移送手段と、被記録媒体をＹ軸方向に
ステップ送りする第２の移送手段とを具備するようにし
たので、フォトレジスト膜に対する大面積のパターニン
グが可能で、かつフォトレジスト膜全面にわたって再現
性の高い露光ができ、しかも高速に露光を行うことがで
きる。さらに、連続発振しているレーザ光を光出力安定
化手段にてその光出力が一定となるように制御している
ので、きわめて安定な露光が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学記録装置を液晶ディスプレイ
の配線形成のための露光装置に適用した場合の実施例
（以下、単に実施例に係る露光装置と記す）を示す構成
図である。

【図２】本実施例に係る露光装置に使用されるＥＯＭの
入力−出力特性を示す特性図である。

【図３】本実施例に係る露光装置に具備されるフィード
バック系の構成を示すブロック線図である。

【図４】同図Ａは、本実施例に係る露光装置でガラス基
板に露光する場合の動作を示す説明図であり、同図Ｂは
その一部拡大図であり、同図Ｃはレーザスポットの掃引
方向を示す説明図である。

【符号の説明】

１ガラス基板２フォトレジスト膜３対物レンズ４Ｘ−Ｙステージ５Ｘ軸リニアモータ６Ｙ軸リニアモータ７，８レーザスケール９連続送りサーボ制御回路１０ステップ送りサーボ制御回路１１レーザ光源１２ＥＯＭ１３ＡＯＭ１４ＡＯＤ１５多面体ミラー１６ダイクロイックミラー１７可変直流電源１８アナライザー１９，５４ハーフミラー等２０，５０，５５光検出器２１電圧制御回路２２フィードバック系４３，４４超音波発生器４６フォーカスサーボ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−2590（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−129620（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−179725（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−260024（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−201414（ＪＰ，Ａ) 特開平４−10614（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 H01S 3/101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】連続発振しているレーザ光を印加記録信
号に基づいて強度変調し、この強度変調されたレーザ光
を焦点調整のされる対物レンズにて集光させて直交ＸＹ
軸平面上に置かれた被記録体に照射することにより、上
記被記録体に記録パターンを描画する光学記録方法にお
いて、まず、連続発振しているレーザ光を光出力安定化手段に
てその光出力が一定となるように制御し、その後上記強
度変調を行い、一方、Ｘ−Ｙステージは、Ｙ軸方向にステップ送りを行
って、上記被記録媒体中、上記対物レンズの視野内幅で
決定される短冊状の露光領域を順次選定し、次いで上記
強度変調されたレーザ光をＹ軸方向に一定のスキャン幅
で偏向すると共に、Ｘ軸方向に連続送りを行って上記選
定された露光領域に記録パターンを描画し、これらＹ軸
方向へのステップ送りとＸ軸方向への連続送りをそれぞ
れ繰り返して、上記被記録体に記録パターンを描画する
ことを特徴とする光学記録方法。
【請求項２】レーザ光を連続発振するレーザ光源から
の上記レーザ光を光変調器にて強度変調し、この強度変
調されたレーザ光を対物レンズにて集光させて直交ＸＹ
軸平面上に置かれた被記録体に照射することにより、上
記被記録体に記録パターンを描画する光学記録装置にお
いて、印加信号電界に基づいて上記レーザ光を強度変調する電
気光学変調器と、上記レーザ光の一部を検出し、上記レーザ光の光出力が
一定となるように上記電気光学変調器を制御するフィー
ドバック系よりなる光出力安定化手段と、上記光変調器からのレーザ光をＹ軸方向に掃引する光偏
向器と、上記対物レンズの上記被記録媒体に対する焦点調整を行
うフォーカスサーボ機構と、上記被記録媒体をＸ軸方向に連続送りする第１の移送手
段と、上記被記録媒体をＹ軸方向にステップ送りする第２の移
送手段とを有することを特徴とする光学記録装置。
【請求項３】上記光変調器が、印加記録信号にて変調
された超音波に基づいてレーザ光を強度変調する音響光
学変調器にて構成されていることを特徴とする請求項２
記載の光学記録装置。
【請求項４】上記光出力安定化手段は、上記レーザ光
源と上記光変調器との間に配されていることを特徴とす
る請求項２又は３記載の光学記録装置。
【請求項５】上記光変調器と上記光偏向器との間に、
上記レーザ光をＸ軸方向に微小偏向させて、レーザ光の
スキャン方向を補正する補正手段が配されていることを
特徴とする請求項２〜４のいずれか１記載の光学記録装
置。
【請求項６】上記補正手段が音響光学偏向器にて構成
されていることを特徴とする請求項５記載の光学記録装
置。