JPH02134259A

JPH02134259A - 描画装置

Info

Publication number: JPH02134259A
Application number: JP63286783A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Shirasu; 信一白須
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1988-11-15
Filing date: 1988-11-15
Publication date: 1990-05-23
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2755400B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はレーザ光などの光を走査して、物体表面に陰画
または陽画を描画する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来光走査による描画装置において、その描画時間を短
縮する手段として走査機構そのものの改良の他に、描画
する光束数を複数化することが行われている。これらの
光束は被加工物上の像面に於て互いに微少距離離れた位
置に焦点を結ぶ必要がある。微少距離離れた位置に焦点
を結ぶためには、例えば結像レンズへの入射光束が平行
光束とした場合には各々の光軸が微少角度だけ互いに交
差していなげればならない。

第８図は従来の多光束を用いた描画装置の一例を示す側
面図であって、レーザ光源４６より発した光はビーム書
スプリッタ４４．４５，４６．４７によって４分割され
る。各光束は変調器４８にて透過量を制御されたのち結
合レンズ４９によって絞り込まれてピンホール５０を抜
はコリメータ・レンズ５１によって平行光束となり、回
転プリズム５２によって軸５６を中心に偏向され対物レ
ンズ５８に入射する。４つの入射光束の光軸５４．５５
．５６．５７は互いに角度θで交差しているので各光束
の焦点は対物レンズ５８の焦点距離なｆとした時焦点面
上にてｆθだけ離れる。

５６は回転プリズム５２の回転軸であり、該プリズムの
回転により光束の焦点は紙面と垂直方向に焦点面上を移
動する。５９は対物レンズ５３の焦点面に置かれた被加
工物体で例えばシリコン・ウェーハ等である。６０は移
動載物台で描画時は等速度で矢印６１方向に移動し、回
転プリズム５２による焦点移動と合成されて被加工物体
５９上にラスター型の軌跡を描（。各光束の光量は描画
データとラスクーの座標にもとづいて変調器４８によっ
て制御される結果、被加工物体５９上に図形が生成され
る。

第９図は従来用いられている別の描画装置を示し、光束
の重ね合わせにビーム・スプリッタを用いるものである
。６２はレーザ光源、６６は光束を分割するためのビー
ム・スプリッタ及びプリズム、６４は変調器、６５は結
合レンズ、６６はピンホール、６７はコリメータ・レン
ズ、６８は光束を再び合成するためのプリズム及びビー
ム−スプリッタである。６９は光路な折り曲げるための
鏡、７０は回転多面鏡であって対物レンズへの入射角を
連続的かつ等角速度で変化させるためのものである。回
転多面鏡７０の光束を反射する面７３が図示した位置に
ある時、対物レンズの焦点は７４の位置にあるが矢印７
１に示す方向の回転によって而７６が回転すると該焦点
は破線で示した７６の位置に移動する。７７は被加工物
体、７８は被加工物体７７を紙面と垂直に等速で移動さ
せるための移動載物台であって、回転多面鏡７０の回転
による焦点の移動と合わせて光束は被加工物体７７上に
ラスター走査を行５゜４つの光束の軸は光学的に紙面に
垂直な平面内において、一定の角度差を有し、その対物
レンズ７２による焦点は紙面に垂直な直線上に等間隔で
並んでいる。

第９図に示す装置における光束合成は、ビーム令スプリ
ッタによる像の多重合成であるため、第８図に示す装置
に比してコリメータ・レンズの配置における自由度は大
きく、光軸間の角度差は自由に設定出来る利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、第８図に示した光学系には次に述べる問題点
がある。

（１）対物レンズへの入射光束は有限の直径を有するた
め光束の焦点位置間を狭めるには対物レンズ５８からコ
リメータ・レンズ５１の見込み角を小さくする必要があ
り、入射光束の径を同じとするならば両者の間隔なひろ
げる結果となり、光路長が長く装置の大型を伴う。

（２）対物レンズの解像力を向上するため、対物レンズ
への入射光束の径を太き（すると対物レンズよりコリメ
ーターレンズを見込む角を同一に保つには、両者の距離
を大きくする必要がある。

又、第９図に示す光学系には以下に述べる欠点がある。

（３）　　光束の合成にビーム令スプリッタな用いるた
め描画に利用できる光エネルギーは少ない。

第９図に示した例においてはビーム令スプリッタの反射
及び透過率を各５０％としたとき対物レンズ７２に達す
る光量はレーザ光源６２の出力の２５％である。一般に
光源なｎこの光束に分割し各々変調後にビーム・スゲリ
ッタにて光束を合成したとき描画に利用できるエネルギ
ーは１　／　ｎとなって分割数が多（なった時著しく不
利である。

（４）　　光束の合成に用いるプリズム及びビーム・ス
プリッタは複数の光束の光路となっているものがあり、
このため光束の光軸調整において、調整機構とは互いに
干渉し作業性が悪い。

（５）光学系の全ての要素は、互いの位置関係が変化し
てはならないため剛体上に構成する必要がある。このた
めに光学系の国体は大型化する。

そこで本発明の目的は、従来の装置におけるこれらの欠
点を排除し、構造が簡単で光軸の調整が容易であり、さ
らに小型の描画装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

以上のような欠点を補うために本発明においては、空間
フィルターであるピンホールの代わりに光ファイバーを
用いる。

すなわち、光学的手段によって、物体上に変調された光
束を走査し該物体上に図形を構成する装置において、単
数または複数個の光源と該光源の光を複数の光束に分割
するためのビーム・スプリッタと各光束毎に光険を独立
に制御するための複数の変調器、変調光を独立して電送
するための複数の結合レンズと光ファイバーよりなる第
１の光学系と該光ファイバーの複数の射出端を配列し、
該配列を被加工物上に結像するための対物レンズ、被加
工物上で像の位置を移動するための走査機構よりなる第
２の光学系を有するものである。

又、光源の内少なくとも１つが他の光源と異なった波長
のものであって、物体上の焦点位置検出、描画の位置合
わせのためのものとした。

さらに、走査機構は固定された光ファイバー配列と走査
方向に固定された被加工物体とに対し、音叉等撮動体上
に設置された対物レンズが該振動体の撮動によってその
像面と平行に変位することによって、光ファイバー配列
の被加工物体上の像位置を変位させるようにした。

〔作用〕

光ファイバーはその直径が極めて小さ（、その端面は光
学的にピンホールと等価に取り扱うことが出来る。光フ
ァイバーの射出端配列とコリメータ・レンズによって微
少角度間隔の隔たりを持つ平行光束を作ることが出来る
。また光ファイバーは可とう性であるため光ファイバー
を光路とした部分は引き回しが自由である。このため光
ファイバーを多光束の合成に用いることによって以下に
述べる利点がある。

（１１レーザ光源からビーム・スプリッタ、変調器、結
合レンズ、ファイバーの入射端までの第１の光学系とフ
ァイバーの射出端、コリメータ・レンズ、プリズム、対
物レンズを含む第２の光学系が各々その配置に影響せず
独立して構成できる。

（２）シたがって同一の剛体上に配置する必要のある要
素数が少い。

（３）　　また、同一の剛体上における光路長が短いた
めて、光学系の安定度がよい。

（４）　　さらに、光学系が可と５性の光ファイバーで
結ばれているため、第１第２の光学系内における光軸合
わせが各々独立である。

（５）複数の光束を１つの光学系に導く場合において、
ビーム・スプリッタを使用しないため光エネルギーの利
用効率が高い。

（６）　　ビームの焦点面における各々の位置間隔が固
定であって、変動する要素がない。

（力　光学系を小型化できる。

（８）陽動等の冗乱に対して安定である。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例における装置の概念図であって
、レーザ光源１より発した光は複数のビーム・スプリン
タ２およびプリズム６によって４分割された後、各々変
調器４、結合レンズ５を介して光ファイバーの入射端６
に入射する。各光束ハ光ファイバーの射出端７な発しコ
リメータ・レンズ９によって平行光束１０となってプリ
ズム１１にて下方に折曲がり対物レンズ１２によって被
加工物である物体１６の表面に各々集光する。

対物レンズ１２はプリズム１１とともに音叉１６の先端
１４上に固定されており矢印１７で示す紙面と平行方向
に振動する結果、光束の焦点は物体１６上を走査する。

１５は音叉の他の先端であって矢印１７に示すごと（１
４と対称の動きをする。

物体１６は走査機構である移動載物台１８上に有リ、紙
面に垂直方向に等速度で移動する結果、物体１６上には
ラスター式の走査が行われる。光束の物体１３上に集光
する様子は、ファイバーの射出端７のコリメータ・レン
ズ９と対物レンズ１２による結像である。像倍率はコリ
メータ・レンズ９と対物レンズ１２の焦点距離の比であ
る。ファイバーの射出端は支持治具８中に等間隔で一列
に配列されたまま固定されている。第１図においては配
列は紙面に垂直である。

第２図は第１図におけるファイバーの射出端７の配列を
コリメータ・レンズ９側から見た図であって、ファイバ
ーの中心間の間隔は１２０μｍ程度、ファイバーのコア
ー径を３μｍとし、像倍率を５倍とすると物体上では２
４μｍ間隔で０．６μｍ径のスポットが４個並ぶ。１９
．２０，２１．２２はファイバーのクラッド、２６．２
４．２５．２６はコアーである。

第３図は物体上のラスター軌跡を示したものである。４
本のラスクー２７．２８．２９．３０は音叉の半周期の
振動によって描かれる走査線であって、それぞれ第２図
に示す光ファイバーのコアー２６．２４．２５．２６の
像の軌跡である。移動載物台１８と音叉の振動により４
本組ずつのラスターが６５．３６の様に順次描かれる。

３１．３２．６６．６４は２７．２８．２９．３０の次
にコアー２３〜２６の像が描くラスター軌跡である。各
光束の光量は描画する図形の形状とラスターの位＃座標
にもとづいて第１図における変調器４によって制御され
る。

第４図は音叉の先端振幅を時間の関数として図示したも
のである。音叉の振幅は純粋な正弦波関数とみてよく、
走査には直線性の良い角度範囲を使用する。６７は振幅
時間線図、６８は走査に用いる範囲を示したものである
。

第５図は光ファイバー光学系による多光束技術と回転鏡
と対物レンズとしてのｆ−〇レンズによる走査光学系を
用いた本発明の実施例を示す概念図である。２２７はレ
ーザ光源、２２８はビームφスプリッタおよびプリズム
、２２９は変調器、２６０は結合レンズ、２６１は光フ
ァイバー〇入射端、２３２は光ファイバーの射出端群、
２３６は射出端を固定するモールド、２３４はコリメー
タ・レンズ、２６５は回転多面鏡、２３６はｆ−θレン
ズ、２６７は物体例えばシリコン・ウェーハ等、２６８
は移動載物台である。コリメータ・レンズ２６４からの
平行光束４本は回転多面鏡２６５０回転によってｆ−θ
レンズ２６６への入射角が連続的に等速度化する結果４
個の焦点２４０は物体２６７上で直線運動を行い移動載
物台２３８の動きと合わせてラスター走査を行う。

第６図は音叉式走査機構を有する本発明の実施例におけ
る要部斜視図であって、自動焦点機能と音叉の軌跡補正
機構、光学系の経時変化に伴う光量変化の自動補正機能
などを具備し、半導体のウェーハ上に潜像を生成するた
めの描画装置を示すものである。第６図において露光用
光源である第１のレーザ装置１００の出力１０１である
露光光はビーム・スプリッタ１０２によって８等分割さ
れ変調器１０６によって透過光量を制御されたのち結合
レンズ１０４を介して各々光ファイバー束の光ファイバ
ー入射端１０６の端子１０５に入射する。光ファイバー
束の光ファイバー射出端１０７は支持治具１０８によっ
て直線上に等間隔で配列されている。光ファイバー射出
端１０７より発する光はコリメータ・レンズ１０８１に
よって平行光線となってビーム・スプリッタ１０９、Ｙ
位置補正鏡１１０、折曲げ鏡１１１、音叉枝１１４に固
定されたプリズム１１２を介して音叉枝１１４上の対物
レンズ１１３に入射しウェーハの物体１１５上に結像す
る。第１のレーザ装置１００、ビーム−スプリッタ１０
２、変調器１０６、結合レンズ１０４、光ファイバー束
の端子１０５は第１の国体上（図示せず）に剛体支持さ
れている。光ファイバーの出力端１ｏ７、焦点検出器１
２０、コリメータ・レンズ駆動装置１２２、ビーム・ス
プリッタ１０９、光検出器晩１２６、ガルバー１２４、折曲げｍ−−１１１よりなる
光学系は第２の国体上（図示せず）に剛体支持されてい
る。第１及び第２の国体は一体となっていても機能は変
わらない。

焦点位置及びウエーノ・の位置検出は露光用と異なった
波長を有する第２のレーザ装置１１６の光によって行わ
れる。第２のレーザ装置１１６の出力である検出光はビ
ーム・スプリッタ１１７、第２の結合レンズ１１８を介
して、光ファイバーの端子１１９に入射し、射出端１０
７以後は露光用Ｖ−ザ光と同一の経路によってウエーノ
１１１５上に焦点を結ぶ。ウェー／１１１５より反射し
た検出を通り、一部がビーム・スプリッタ１０９により
反射されて焦点位置検出器１２０に入射する。またビー
ム・スプリッタ１０９を透過したウェーハ１１５からの
反射光は光ファイバーの射出端１０７より逆入射し、光
ファイバーの端子１１９より射出し結合レンズ１１８、
ビーム・スプリッタ１１；ｌ経て位置検出器１２１に導
かれる。

１２２はコリメータ・レンズ駆動装置であって、焦点検
出器１２０よりの信号にもとづき、コリメーターレンズ
１０８１の位置を制御する。第２のレーザ装置１１６、
ビーム・スゲリッタ１１７、結合レンズ１１８、光ファ
イバーの端子１１９、位置検出装置１２１は第３の国体
上（図示せず）に剛体支持されている。第３の国体は第
１または第２の国体と共通であってもその機能は変わら
ない。

露光光は射出端１０７より発してビーム・スプリッタ１
０９によって一部が反射し、光検出器１２６に導かれ、
各光束毎に光量は測定され変調器１０６によって光量を
一定に保つように制御される。

便宜上音叉枝１１４の軌跡における撮動変位の中点での
接線方向をＸ軸、Ｘ軸と直行し音叉中心線方向をＹ軸と
定義する。１２４はガルバーであって、先端に付したＹ
位置補正鏡１１００角度を変えることによって、ウエー
ノ・１１５上の像位置をＹ軸方向に変位させる作用を有
し、載物台１２５のＹ軸方向の位置誤差の精密補正、音
叉枝１１４の軌跡に於ける直線性補正、載物台１２５の
Ｙ軸と音叉枝１１４の軌跡との直交性の補正な行う。１
２６は他方の音叉枝であって、コイル１２７によって励
振される。１２８はＸＹθステージの移動載物台であっ
て描画露光時にウェー／％１１５をＹ軸方向に等速で移
動する等の機能を有する。１２９は定盤、１６０は位置
合わせ及び観察用の顕微鏡、１６１と１６２．１６６は
それぞれ第１のレーザ測長器と後方反射プリズムおよび
平面鏡であって光路１３８．１６９によって音叉枝１１
４と載物台１２５のＸ軸上の瞬時位置偏差を測定する手
段である。１６５．１６６．１６７はそれぞれ第２のレ
ーザ測長器、プリズム、平面鏡であって光路１４０によ
って載物台１２５のＹ軸座標を測定するものである。第
２の国体と音叉の基部１６４、レーザ測長器１３１は定
盤１２９に固定される。

露光用レーザ装置は１台であっても、複数台であっても
良い。複数台の場合各レーザ装置から光ファイバー入射
端迄の航路を各単独の国体に分割配置することが可能で
ある。またレーザ装置は半導体レーザ等電源変調が可能
なものである場合には、変調器は不要である。半導体レ
ーザと高調波発生素子とを露光光源装置として用いる場
合も同様である。

第７図は第６図記載の本発明実施例の制御回路のブロッ
ク図である。描画時の制御を説明すると、音叉制御回路
１４２はレーザ測長器１４５の信号にもとづいて音叉の
駆動電力を変えることにより音叉振幅を一定に保つ働き
をする。１４１は規準信号発信器、１４６は音叉駆動回
路、１４４は音叉駆動コイルである。ステージ制御回路
１４６は音叉制御回路１４２０発する信号に同期してス
テージを一定速度でＹ軸方向に移動させる機能な有する
。１４７はステージ駆動回路、１４８はステージである
。ガルバー制御回路１４９は音叉制御回路１４２０発す
る音叉の振動の位相角データとレーザ測長器１４５より
のステージＹｌｌ標データによって、ウェーハ上の焦点
位置をＹ軸方向に変化させ、ステージのＹ軸座標の送り
量誤差と位相角から予想される音叉先端軌跡の直線から
の誤差を補正する。１５０はガルバー駆動回路、１５１
はガルバーである。描画制御回路１５２はレーザ測長器
１４５より走査位置座標を入力し、該座標データにもと
づき記憶回路１５７より描画データを読出してＲＦ発生
回路１５３に送り各座標点における露光の有無を制御す
る。ＲＦ発生回路１５６は光検出器１５８によって露光
光量を測定し、ＲＦ比出力振幅を制御して変調器の透過
光量を変えて露光光量を一定値に保つ。１５４はＲＦ増
幅器、１５５は音響光学素子を用いた変調器である。焦
点制御回路１６０は焦点検出器１５９の信号にもとづい
てコリメータ・レンズ駆動装置１６２を動かし、露光光
の焦点をウェーハ表面に保持する。１６１はコリメータ
拳レンズ駆動回路である。位置検出器１５６は音叉の撮
動によるＸ軸走査、ステージによるＹ＠定走査よってウ
ェーハ上の位置合わせマークを検出するためのもので、
該検出信号にもとづき描画制御回路１５２は描画の規準
点を設定する。ＣＰＵ１６６は音叉制御回路１４２、ス
テージ制御回路１４６、ガルバー制御回路１４９、描画
制御回路１５２、焦点制御回路１６０を司る他、記憶回
路１５７とデータの授受を行い描画図形の更新と変更等
を行う。ＣＰＵは描画データの発生、外部とのデータお
よび信号の授受をも行う。１６４はＣＰＵのターミナル
であって走査具が用いる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、構造簡単で光軸の調整が容易であり、
かつ小型の描画装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例に係わる図であり、第
１図は多光束による描画装置の実施例を示す概念図、第
２図は光ファイバーの射出端を示す正面図、第３図は被
加工物体上の焦点の２スター軌跡を示す説明図、第４図
は音叉の振幅−時間線図、第５図は本発明の実施例にお
けるｆ−θレンズによる走査法を用いた装置の概念図、
第６図は音叉式走査機構を用いて半導体ウェーハ上に潜
像を生成する描画装置の要部斜視図、第７図は第６図記
載の本発明実施例の制御回路ブロック図であり、第８図
、第９図は従来技術に係わる図で、第８図は光束合成技
術を示す概念図、第９図はビームφスプリッタを用いる
従来の光束合成技術を示す概念図である。１．１００．１１６．２２７・・・・・・レーザ光源、
２．１０２．１１７．２２８・・・・・・ビーム・スプ
リッタ、４、１５、１６、１１２．１６．１８．０６．２２９・・・・・・変調器、０４．２３０・・・・・・結合レンズ、０６．２６１・
・・・・・光ファイバー入射端、１１５．２５６・・・
・・・対物レンズ、１１５．２６７・・・・・・物体、１２８．２６８・・・・・・移動載物台。第１図第５図第４図第８＠

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光学的手段によって、物体上に変調された光束を
走査し該物体上に図形を生成する装置において、単数ま
たは複数個の光源と該光源の光を複数の光束に分割する
ためのビーム・スプリッタと各光束毎に光量を独立に制
御するための複数の変調器、該変調器からの変調光を独
立して電送するための複数の結合レンズと光ファイバー
よりなる第１の光学系と該光ファイバーの複数の射出端
を配列し、該配列を被加工物である前記物体上に結像す
るための対物レンズ、被加工物上で像の位置を移動する
ための走査機構よりなる第２の光学系を有することを特
徴とする描画装置。
（２）光源の内少なくとも１つが他の光源と異なった波
長のものであって、物体上の焦点位置検出、描画の位置
合わせのためのものであることを特徴とする請求項１記
載の描画装置。
（３）走査機構は固定された光ファイバー配列と走査方
向に固定された被加工物体とに対し、音叉等振動体上に
設置された対物レンズが該振動体の振動によってその像
面と平行に変位することによって、光ファイバー配列の
被加工物体上の像位置を変位させることを特徴とする請
求項１記載の描画装置。