JPH07333553A

JPH07333553A - ビーム分割装置のビーム列補正装置

Info

Publication number: JPH07333553A
Application number: JP8422995A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Iizuka; 隆之飯塚
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】互いに略平行に並ぶように分割した複数のビ
ームのスポット位置を容易に補正することができるビー
ム列補正装置を提供すること。【構成】１ビームを、光束分割素子を介して、互いに
略平行に並ぶ複数のビームに分割するビーム分割装置に
おいて、上記光束分割素子によって複数に分割されたビ
ームの少なくとも一つの光路上に、独立に光路を偏向さ
せる偏向手段を配置したビーム列補正装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、１ビームを、光束分割素子を介
して、互いに略平行に並ぶ複数のビームに分割するビー
ム分割装置のビーム列補正装置に関する。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】例えばレーザ光源からのレ
ーザ光を、ビームセパレータによって、互いに略平行に
並ぶ複数のビーム（描画用光束）に分割し、この複数の
ビームを一列状をなす状態で基板に対して走査するレー
ザ描画装置が、本出願人により提案されている（実願平
5-181610号参照）。このレーザ描画装置は次のように用
いられる。即ち、所定ピッチで一列状のビームをポリゴ
ンミラーの反射面に対して斜めに照射できるようにセッ
トしておき、該一列状のビームを、設定データに基づい
て個々にオンオフして、回転するポリゴンミラーによっ
て主走査方向に走査する。これにより、所定の回路パタ
ーンが、基板上に迅速に描画される。

【０００３】ところで、上記レーザ描画装置においてビ
ームを走査する場合、ポリゴンミラーの回転軸と直交す
る主走査方向でのスポット位置は、オンオフを時間的に
ずらすことによって容易に調整できる。これに対し、副
走査方向におけるビームのスポット位置は、ビームセパ
レータの分割性能に大きく依存する。このため、副走査
方向でのスポットのピッチを不正確にするような製造誤
差の大きいビームセパレータは、使用できず無駄になっ
てしまう。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、ビームセパレータ等の光束分
割素子を有するビーム分割装置の上記問題意識に基づい
てなされたものであり、互いに略平行に並ぶように分割
した複数のビームのスポット位置を容易に補正すること
ができるビーム列補正装置を提供することを目的として
いる。

【０００５】

【発明の概要】上記目的を達成するための本発明は、１
ビームを、光束分割素子を介して、互いに略平行に並ぶ
複数のビームに分割するビーム分割装置において、上記
光束分割素子によって複数に分割されたビームの少なく
とも一つの光路上に、独立に光路を偏向させる偏向手段
を配置したことに特徴を有している。

【０００６】

【発明の実施例】以下図示実施例に基づいて本発明を説
明する。図７は、本発明に係るビーム列補正装置を搭載
したレーザ描画装置１１の全体を示す外観斜視図であ
り、図８は、レーザ描画装置１１の全体を示す概略平面
図である。

【０００７】レーザ描画装置１１は、テーブル１０上
に、アルゴンレーザ装置１２を有し、ビームベンダ１
３、２３〜２５、２８〜３０、３５、４１、４４、４
５、５４、調整用ターゲット１５、１７、３３、ハーフ
プリズム１６、ビームベンダ（ハーフミラー）１４、及
びレンズ５２、５３、６５〜７１を有している。レーザ
描画装置１１はさらに、音響光学変調器１９、２０、ビ
ームセパレータ（光束分割素子）２１、２２、及び、該
ビームセパレータ２１、２２から出射される複数のビー
ムの像面でのスポット位置を補正するビーム列補正装置
７２、７３を有している。上記ビームセパレータ２１、
２２はそれぞれ、最上部に位置する光束分割膜７５（図
１参照）に向けて入射されたビームＬ２、Ｌ３を、略同
一平面内において互いに略平行に並ぶ複数のビーム（描
画用光束）列（Ｌ５ａ〜Ｌ５ｈ、Ｌ６ａ〜Ｌ６ｈ）に分
割する機能を有する。レーザ描画装置１１はまた、ピッ
チ変換用集光光学系２６、３１、２７、３２、８チャン
ネルの音響光学変調器３６、３７、ビームベンダ３８、
集光光学系３４、λ／２板３９、偏光ビームスプリッタ
４０、イメージローテータ４３、ポリゴンミラー４６、
ｆθレンズ４７、Ｘスケール用集光レンズ４８、コンデ
ンサレンズ４９、Ｘスケール５０、ミラー６０、モニタ
ー光用ミラー５１ａ、５１ｂ、及びＸスケール用フォト
ディテクタ６２を有している。調整用ターゲット１５、
１７、３３は、アルゴンレーザ装置１２の交換時等に、
ビームＬ２、Ｌ３及びモニター光Ｌｍの光路を確認する
ための指標である。

【０００８】音響光学変調器３６、３７はそれぞれ、二
酸化テルル等の結晶に超音波を印加したとき該結晶の屈
折率が超音波の周波数に比例する形で微小変化するとい
う音響光学効果を基に構成されており、結晶の端面に設
けたトランスデューサーに高周波の電界を印加したとき
に、結晶内部に進行波形の超音波を発生させてレーザ光
を回折させ、高周波の電界を印加しないときには、結晶
にブラッグ条件を満たす方向から入射するレーザ光を透
過することができる。従って、音響光学変調器３６（３
７）に対する高周波の印加を切り換えれば、入射光つま
り描画用光束Ｌ５とＬ６のオンオフを自在に切換えるこ
とができる。

【０００９】他方、レーザ描画装置１１に近接させて、
像面である描画テーブル面（面の位置のみ二点鎖線Ｔで
示す）に位置するように基板Ｓをセットする基板セット
装置（図示せず）が設けられている。この基板セット装
置は、Ｙ方向（ポリゴンミラー４６の副走査方向であり
図７の左右方向）に移動自在なＹテーブル（図示せず）
と、図示しない回動軸を中心として図７の上下方向に揺
動するスイング機構（図示せず）を有している。

【００１０】このような構成を有するレーザ描画装置１
１は、次のように作動する。先ず、回路パターンを形成
すべき基板Ｓの位置決め孔（図示せず）を、基板セット
装置の対応する部位に合わせ、この基板Ｓを該装置に対
して適正にセットする。これにより基板Ｓは、この基板
セット装置のＹテーブル及びスイング機構（図示せず）
により、図１のＹ方向にスライド自在、かつその位置に
おいて回動軸（図示せず）を軸として揺動自在にセット
される。この状態において、アルゴンレーザ装置１２を
発振させてレーザ光Ｌ１の照射を開始させると、このレ
ーザ光Ｌ１は、先ず、ビームベンダ１３で偏向され、調
整用ターゲット１５を通過した後ハーフプリズム１６に
入射し、このハーフプリズム１６によって、そのまま直
進するビームＬ２と、９０゜偏向されてハーフミラー１
４に向かうビームとに分割される。このビームは、ハー
フミラー１４を介して、９０゜偏向されてビームＬ２と
並んで進むビームＬ３、及びミラー５４に向かい該ミラ
ー５４で９０゜偏向されるモニター光Ｌｍとに分割され
る。

【００１１】ビームＬ２は、レンズ６５、調整用ターゲ
ット１７及びレンズ６７を介して音響光学変調器１９に
入射され、ビームＬ３は、レンズ６６、６８を透過して
音響光学変調器２０に入射される。そして該ビームＬ
２、Ｌ３両者間の光量差は、音響光学変調器１９と２０
によって除去される。該ビームＬ２、Ｌ３はさらに、ビ
ームセパレータ２１と２２により、略同一平面内におい
てＸ方向に互いに略平行に並ぶ８本のビームにそれぞれ
分割される。該８本のビームにそれぞれ分割されたビー
ム列Ｌ５、Ｌ６はさらに、ピッチ変換用集光光学系２
６、２７をそれぞれに透過し、ビームベンダ２８、２９
で９０゜偏向された後、ピッチ変換用集光光学系３１、
３２を介して音響光学変調器３６、３７にそれぞれに入
射される。

【００１２】ビーム列Ｌ５、Ｌ６は、８本ずつのビーム
Ｌ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ６ｈそれぞれの光量のバ
ラツキを、８チャンネルの音響光学変調器３６と３７の
音響光学効果によって個々に除去され、また音響光学変
調器３６、３７の制御部（図示せず）に基づく高周波の
印加の切換えによって適時オンオフされる。

【００１３】音響光学変調器３６から出射されるビーム
列Ｌ５は、ビームベンダ３８で９０゜偏向された後偏光
ビームスプリッタ４０に入射される。音響光学変調器３
７から出射されるビーム列Ｌ６は、λ／２板３９を透過
して偏光方向を変えられた後偏光ビームスプリッタ４０
に入射される。これらのビーム列Ｌ５とＬ６は、それぞ
れ８本ずつのビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ６ｈ
を、偏光ビームスプリッタ４０により順に組合わされ
て、Ｘ方向に一列に並ぶように合成される。さらに制御
部（図示せず）が、ポリゴンミラー４６からのビーム列
Ｌ５、Ｌ６の走査に同期させて基板セット装置を作動さ
せて、基板Ｓを、描画テーブル面（Ｔ）上でＹ方向にス
ライドさせる。よって、Ｘ方向に対しやや斜めに１６本
並列して適時オンオフされるビーム列Ｌ５、Ｌ６の各ビ
ーム（図９参照）により、基板Ｓ上に、回路パターンが
二次元的に描画（露光）される。

【００１４】次に、図１１により、ビームセパレータ２
１、２２（図１、図７）の製造過程を説明する。ビーム
セパレータ２１、２２を製造する場合、先ず、平行平面
板からなる光束分割用光学部品７４の一面に所要の光束
分割膜７５を付し、この光学部品７４を、隣り合う光学
部品７４の間に必ず光束分割膜７５が介在するようにし
て積層し、エポキシ樹脂接着剤や紫外線硬化型接着剤等
によって接合する。光束分割膜７５は、例えば蒸着、ス
パッタリング等によって形成される多層膜により形成さ
れる。そして、多数の光学部品７４が接合された光束分
割素子ブロック５５を、所要の角度で切断し、複数の切
断ブロック６１を切り出す。この切断時の角度は、図示
例では、光束分割膜７５に対して４５゜をなす方向であ
り、この切断面７６が光の入射面及び出射面となる。こ
の切断ブロック６１の切断面７６を、必要に応じて研磨
して平滑面とする。

【００１５】また以上の工程とは別に、透光性の平行平
面板７７（図１）を用意し、この平行平面板７７の一面
に、例えば蒸着やスパッタリング等によって反射防止膜
７８（図１）を形成する。この反射防止膜７８を付着形
成した平行平面板７７を、切断ブロック６１の両面に接
合する。つまり、切断ブロック６１の両側の切断面７６
に対しそれぞれ、反射防止膜７８が外側に位置するよう
にして平行平面板７７を例えばエポキシ樹脂接着剤、紫
外線硬化型接着剤等によって接合する。この接合ブロッ
クは即ち、切断ブロック６１の切断面７６上に、平行平
面板７７を介して反射防止膜７８を位置させたビームセ
パレータ２１、２２である。なお、図１と図１２では、
図示の便宜上、光束分割膜７５、反射防止膜７８及び平
行平面板７７の厚みを誇張して描いたが、実際には、光
束分割膜７５と反射防止膜７８は、100 ナノメートル(n
m)〜1000ナノメートル程度、平行平面板７７は、数ミリ
メートル程度の厚さである。

【００１６】次に、本発明に係るビーム列補正装置７
２、７３を、図１〜図６により説明する。ビーム列補正
装置７２と７３は、互いに同じ構成からなるので、ここ
ではビーム列補正装置７２についてのみ説明する。

【００１７】ビーム列補正装置７２は、光路を偏向させ
る楔光学素子（偏向手段）８１、及びこの楔光学素子８
１を軸Ａを中心に回転調整可能に支持する支持部材８０
を有している。この楔光学素子８１は、ガラス等の透明
材料からなり、図３及び図４に示されるように、全体と
して筒状をなしている。楔光学素子８１は、その一端面
が、光路（軸Ａ）と直交する面Ｂに対して所定角度αだ
け傾斜させた楔面８１ａとされ、他端面が、光路（軸
Ａ）と直交する面８１ｂとされている。また、楔面８１
ａの円周の一部には、マーク８１ｃが切り欠きにより形
成されている。楔光学素子８１の略全体を構成する筒状
部８２ａは、光路の偏向には寄与せず、主に楔光学素子
８１の回転可能な支持に関わり、楔面８１ａを含む、面
Ｂから所定角度α傾斜させた楔状部８２ｂは、光路の偏
向に寄与している。この理由から、符号８１の部材を楔
光学素子という。

【００１８】楔面８１ａの傾斜角度αは例えば、像面に
位置する基板Ｓに対して描画するとき、この基板Ｓ上で
のビームのスポット位置を、楔光学素子８１の半径ｒ分
だけ変位させ得る角度に設定されている（図２参照）。
例えば、スポットを移動させたい基板Ｓ上での目標位置
を仮に図２の二点鎖線Ｄで表わす場合、楔光学素子８１
を軸Ａを中心に回転させれば、楔状部８２ｂにより屈折
されるビームＬ５ｂ（図１）の屈折方向を変化させ、白
点ｐ₁ 又はｐ₂ において二点鎖線Ｄと一致させることが
できる。

【００１９】なお、基板Ｓ上での目標位置である二点鎖
線Ｄを、図２ではビーム列と直角方向の線として描きこ
れを説明したが、この二点鎖線Ｄは、ビーム列の主、副
走査方向でのピッチ調整によってはビーム列と平行に近
い線となる、ということはいうまでもない。

【００２０】他方、支持部材８０は、ビームセパレータ
２１の光路後方に配置されるもので、ビームセパレータ
２１によって分割された８本のビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈか
らなるビーム列Ｌ５の光路上に、楔光学素子８１を、必
要に応じて選択的に位置させるための８つの素子挿入孔
８０ａを有している。該８つの素子挿入孔８０ａは、そ
れぞれの中心が、ビームセパレータ２１から出射される
８本のビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈの位置と対応するように、
支持部材８０の長手方向に沿わせて一列状に形成されて
いる。各素子挿入孔８０ａの内径は、楔光学素子８１を
回転調整可能に挿入するために、筒状部８２ａの外径よ
り若干大きく形成されている。支持部材８０はさらに、
ビームセパレータ２１からのビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈを、
一列状の各素子挿入孔８０ａに進入させるための一列状
の円孔８０ｂを有している。この一列状の円孔８０ｂ
は、各素子挿入孔８０ａの光路前方側にそれぞれ、各素
子挿入孔８０ａと同心状となるように形成されたもの
で、それぞれの内径は素子挿入孔８０ａの内径より小さ
くされている。

【００２１】上記構成を有するビーム列補正装置７２、
７３を用いれば、ビームセパレータ２１、２２によっ
て、略同一平面内において互いに略平行に並ぶように分
割された８本ずつのビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜
Ｌ６ｈの、副走査方向でのピッチｂ（図１０参照）を適
宜変化させ、各スポットがそれぞれ適正なピッチｂで並
ぶように調整することができる。

【００２２】図１において、ビームセパレータ２１、２
２に照射されたビームＬ２、Ｌ３はそれぞれ、一部が光
束分割膜７５をそのまま透過してビームＬ５ａ、Ｌ６ａ
となり、残りが該光束分割膜７５で反射して９０゜偏向
されてビームＬ５ａ′、Ｌ６ａ′となる。さらに、この
ビームＬ５ａ′、Ｌ６ａ′の一部は、次の光束分割膜７
５で反射して９０゜偏向されてビームＬ５ｂ、Ｌ６ｂと
なり、残りは該光束分割膜７５をそのまま透過してビー
ムＬ５ｂ′、Ｌ６ｂ′となる。そして、このビームＬ５
ｂ′、Ｌ６ｂ′の一部は、次の光束分割膜７５で反射し
て９０゜偏向されてビームＬ５ｃ、Ｌ６ｃとなり、残り
は該光束分割膜７５をそのまま透過してビームＬ５
ｃ′、Ｌ６ｃ′となる。以下、同様の光分割を繰り返す
ことにより、それぞれ８本ずつのビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ
及びＬ６ａ〜Ｌ６ｈが、ビーム列補正装置７２、７３の
各円孔８０ｂから各素子挿入孔８０ａに入射される。

【００２３】操作者はこの状態において、像面に照射さ
れる合計１６本のビームＬ５ａ〜Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ
６ｈをモニターし、副走査方向における各スポットのピ
ッチｂをチェックする。この結果、ピッチｂにバラツキ
があって、例えば図１０のビームＬ５ｇのスポット及び
ビームＬ６ｆのスポットを調整しなければならないと判
断した場合には、これらのスポットと対応するビーム列
補正装置７２、７３の素子挿入孔８０ａに、楔光学素子
８１を回転可能に挿入する。そして、ビームＬ５ｇのス
ポット及びビームＬ６ｆのスポットをモニターしなが
ら、この楔光学素子８１を素子挿入孔８０ａ内で適宜の
方向に適当量回転させる。このときの回転量は、マーク
８１ｃの位置で知ることができる。

【００２４】これにより、ビームＬ５ｇ、Ｌ６ｆの各ス
ポットはそれぞれ、描画ラインＥ上でのピッチを変化さ
せる。操作者は、移動させたビームＬ５ｇ、Ｌ６ｆのス
ポットと隣り合う他のスポットとのピッチが適正になっ
た時点で、対応する楔光学素子８１の回転を止める。よ
って、基板Ｓに照射される合計１６本のビームＬ５ａ〜
Ｌ５ｈ及びＬ６ａ〜Ｌ６ｈの各スポットの、副走査方向
（描画ラインＥ上）でのピッチｂが、簡単かつ確実に調
整される。この場合、ビームＬ５ｇ、Ｌ６ｆの各スポッ
トは、他のスポットがなす斜めのラインから外れるが、
音響光学変調器３６、３７のオンオフのタイミングを適
宜ずらすことによって、副走査方向における描画ライン
Ｅが揃えられる。

【００２５】また、上記楔光学素子８１に代えて、図１
２と図１３に示すような、一面に多数の凹部９０ａと凸
部９０ｂを有する回折素子９０を偏向手段として用いる
ことが可能である。同図に示す該回折素子９０は、周期
ｄの直線状回折格子となっており、使用する光の波長を
λ、格子面に垂直に入射した光の回折方向をθとする
と、ｄsin θ＝ｍλ （ｍは整数）の関係が成立する。従って、周期ｄを適切に選ぶことに
より、光の回折方向θを決めることができ、楔光学素子
８１が有する光偏向効果と同じ効果を得ることができ
る。このような回折素子９０を、支持部材８０の素子挿
入孔８０ａに回転調整可能に挿入して、軸周りに回転さ
せることにより、上述のようにビームスポットのピッチ
ｂを調節することができる。なお、回折素子９０の凹凸
形状を適切に設定することにより、ｍ＝１となる１次回
折光成分のみを生じさせて、他の次数成分を生じさせな
いようにすることができ、これにより光のロスを極めて
小さくすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光束分割
素子によって、互いに略平行に並ぶように分割された複
数のビームの少なくとも一つの光路上に、独立に光路を
偏向させる偏向手段を配置したから、分割した複数のビ
ームのスポット位置を容易に補正することができるビー
ム列補正装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光束分割素子及びビーム列補正装
置を示す側面図である。

【図２】同ビーム列補正装置の正面図である。

【図３】本発明に係る楔光学素子を単体で示す斜視図で
ある。

【図４】同楔光学素子を単体で示す側面図である。

【図５】ビーム列補正装置の支持部材を示す斜視図であ
る。

【図６】楔光学素子を挿入した状態の同支持部材を示す
斜視図である。

【図７】本発明に係るビーム列補正装置を搭載したレー
ザ描画装置の全体を示す斜視図である。

【図８】同レーザ描画装置の全体を示す概略平面図であ
る。

【図９】ポリゴンミラーによって基板上に走査される複
数のビームスポットの状態を説明するための図である。

【図１０】ポリゴンミラーによって基板上に走査される
複数のビームスポットの状態を説明するための図であ
る。

【図１１】光束分割素子の製造工程を説明するための図
である。

【図１２】楔光学素子に代えて偏向手段として用いるこ
とができる回折素子を示す斜視図である。

【図１３】同回折素子の側面図である。

【符号の説明】

１１レーザ描画装置２１２２ビームセパレータ（光束分割素子）３６３７音響光学変調器４６ポリゴンミラー５５光束分割素子ブロック７２７３ビーム列補正装置７４光束分割用光学部品（平行平面板）７５光束分割膜７６切断面８０支持部材８０ａ素子挿入孔８０ｂ円孔８１楔光学素子（偏向手段）８１ａ楔面８２ａ筒状部８２ｂ楔状部９０回折素子（偏向手段）Ａ軸Ｅ描画ラインＬ２Ｌ３ビームＬ５ａＬ５ｂＬ５ｃＬ５ｄビームＬ５ｅＬ５ｆＬ５ｇＬ５ｈビームＬ６ａＬ６ｂＬ６ｃＬ６ｄビームＬ６ｅＬ６ｆＬ６ｇＬ６ｈビームＳ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１ビームを、光束分割素子を介して、互
いに略平行に並ぶ複数のビームに分割するビーム分割装
置において、上記光束分割素子によって複数に分割されたビームの少
なくとも一つの光路上に、独立に光路を偏向させる偏向
手段を配置したことを特徴とするビーム分割装置のビー
ム列補正装置。
【請求項２】請求項１において、偏向手段は、楔光学
素子であることを特徴とするビーム列補正装置。
【請求項３】請求項１において、偏向手段は、回折素
子であることを特徴とするビーム列補正装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項において、
偏向手段は、回転調整可能とされているビーム列補正装
置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項において、
光束分割素子は、複数枚の平行平面板を光束分割膜を介
在させて接合し、この接合体を接合面と４５゜をなす方
向に切断して構成されているビーム列補正装置。