JPH11295819A

JPH11295819A - レーザー露光装置の光軸調整装置

Info

Publication number: JPH11295819A
Application number: JP10096417A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shimizu; 修一清水
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-04-08
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】１箇所における検出によりレーザー光のズレ
を正確に把握でき、調整段階で利用される光学部材を実
際の描画段階でも取り外す必要がない光軸調整装置の提
供を課題(目的)とする。【解決手段】レーザー光源１から発するレーザー光を
偏光ビームスプリッター２により二分し、反射光を露光
面に向け、透過光を第１のモニター光ＬＭ1とする。第
１のミラー３は、露光面に向かうレーザー光の一部を第
２のモニター光ＬＭ2として反射させ、他の一部を描画
光ＬＤとして露光面側に透過させる。第２のモニター光
ＬＭ2は、偏光ビームスプリッター２を透過した後、第
２のミラー４で反射されて再び偏光ビームスプリッター
２に入射する。第１のミラー３はレーザー光の基準光軸
に対し所定角度傾いて配置されており、第１、第２のモ
ニター光ＬＭ1，ＬＭ2は、重複せずに並列して受光手段
１０に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザー光を利
用した露光装置における光軸調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の露光装置としては、例えばレー
ザー光源から発したレーザー光を走査光学系により走査
することにより露光面上にパターンを描画するレーザー
フォトプロッター等の装置が知られている。この種の露
光装置においては、描画精度を保つために走査光学系へ
のレーザー光の入射方向を設計値に一致させて厳密に保
つ必要がある。このため、レーザー光源やミラー等の光
学部材の位置も高精度で調整される必要がある。そして
調整の前提として、あるいは調整結果の確認のために
は、実際にレーザー光源を起動してレーザー光の位置・
方向を検出し、これが設計値からズレていないか否かを
判定すればよい。

【０００３】従来の検出方法としては、レーザー光の光
路中にピンホール板を配置する方法、あるいは、光路中
にスクリーン(拡散板)を配置する方法等が知られてい
る。前者の方法を利用する場合には、ピンホール板を、
ピンホールの位置が設計上の光軸と一致するよう配置
し、作業員が眼で観察しながらレーザー光がピンホール
板を通過するよう光学部材の位置を調整する。後者の方
法を利用する場合には、スクリーン上に投影されるレー
ザー光の位置を眼で確認し、あるいはＣＣＤカメラ等を
用いて撮影し、これが目的とする正確な位置に一致する
ように光学部材の位置を調整する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の検出方法では、所定の１箇所でレーザー光の通
過位置を検出できるのみであるため、例えばレーザー光
の通過位置が正規の位置からずれている場合にも、その
ズレがレーザー光の平行なシフトなのか、傾きなのかを
区別することができない。

【０００５】したがって、設置誤差が実際は平行なシフ
トであるにもかかわらず、傾きを補正してレーザー光の
通過位置を正規の位置に一致させた場合や、逆に実際に
は設置誤差が傾きであるにもかかわらず、レーザー光源
を平行にシフトさせて一致させた場合には、検出位置で
の通過位置は一致するものの、描画面に近い側での通過
位置がずれることになり、描画精度に悪影響を与える。
調整の精度を高めるためには、２箇所以上でレーザー光
の通過位置を検出して両者のバランスをみながら調整す
る必要があるが、このような調整は著しく手間がかか
る。

【０００６】また、従来の検出方法では、ピンホール
板、あるいはスクリーンを光路中に設けた状態ではレー
ザー光の大部分がこれらによって遮られることになるた
め、描画に利用する際にはピンホール板、あるいはスク
リーンを取り外し、調整の度に配置し直す必要があり、
部品交換による再調整作業等において作業者の負担が大
きいという問題がある。

【０００７】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、１箇所における検出により
レーザー光のズレを正確に把握して正確な調整が可能で
あり、かつ、調整段階で利用される光学部材を実際の描
画に利用される段階でも取り外す必要がなく、調整の際
の作業者の負担を軽くすることができるレーザー露光装
置の光軸調整装置の提供を課題(目的)とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるレーザ
ー露光装置の光軸調整装置は、上記の目的を達成させる
ため、レーザー光源から発するレーザー光を反射光と透
過光とに二分し、いずれか一方のレーザー光を露光面に
向け、他方を第１のモニター光とするビームスプリッタ
ーと、ビームスプリッターと露光面との間に配置されて
露光面に向かうレーザー光の一部を第２のモニター光と
して反射させてビームスプリッターに入射させ、他の一
部を描画光として露光面側に透過させる第１のミラー
と、ビームスプリッターから射出した第２のモニター光
を再びビームスプリッターに入射させる第２のミラー
と、第１のモニター光と第２のミラーで反射された後に
ビームスプリッターから射出した第２のモニター光とが
入射する受光手段とを備え、この受光手段の位置で第
１、第２のモニター光が重複せずに並列するように、第
１、第２のミラーの少なくとも一方がレーザー光の基準
光軸に対し傾いて配置されていることを特徴とする。

【０００９】上記の構成によれば、第１のモニター光は
相対的に短い光路で受光手段に入射し、第２のモニター
光は相対的に長い光路を経て受光手段に入射する。例え
ばレーザー光源の平行なシフトによるレーザー光のズレ
は光路長が変化しても変化しないが、傾きによるズレは
光路長が長くなるほど拡大する。そこで、１箇所に設け
た受光手段上での各モニター光の基準位置からのずれを
検出することにより、両者のズレ量が同一である場合に
は平行なシフト、第２のモニター光のズレ量が第１のモ
ニター光のズレ量より大きい場合には、傾きが原因であ
ることがわかり、かつ、それぞれのズレ量から誤差の量
も判断できる。したがって、検出されたズレ量に基づい
て光学部材の位置を調整することにより、レーザー光の
位置、方向を正確に調整することができる。

【００１０】また、描画面に向かうレーザー光が遮断さ
れないため、調整時のみならず描画時においてもビーム
スプリッターやミラー等の調整のために用いられる光学
部材を配置したままでよく、再調整の際等における作業
者の負担を軽減することができる。

【００１１】受光手段としては、第１、第２のモニター
光の入射位置を視認可能なスクリーン、あるいは第１、
第２のモニター光の入射位置を検出するセンサを用いる
ことができる。センサを用いる場合には、このセンサの
出力に基づいてレーザー光源の姿勢を調整する駆動機構
を設けることにより、レーザー光源の位置を自動的に調
整して正確な位置に設定することもできる。

【００１２】ビームスプリッターは、望ましくは偏光ビ
ームスプリッターであり、ビームスプリッターと第１の
ミラーとの間に第１の１／４波長板を配置し、ビームス
プリッターと第２のミラーとの間に第２の１／４波長板
を配置することが望ましい。レーザー光源から発するレ
ーザー光が直線偏光である場合、偏光ビームスプリッタ
ーと１／４波長板とを用いることにより、レーザー光を
有効に利用することができる。

【００１３】具体的には、レーザー光がビームスプリッ
ターに対してＳ偏光として入射するようレーザー光源が
配置されている場合には、受光手段は、ビームスプリッ
ターを透過したレーザー光が第１モニター光として入射
する位置に配置される。一方、レーザー光がビームスプ
リッターに対してＰ偏光として入射するようレーザー光
源が配置される場合には、受光手段は、ビームスプリッ
ターで反射されたレーザー光が第１モニター光として入
射する位置に配置される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるレーザー
露光装置の光軸調整装置の実施形態を２例説明する。図
１は、第１の実施形態を示し、レーザー露光装置の一
部、光軸調整装置を含む部分の光学系および制御系の構
成を示す説明図である。

【００１５】図１の光学系は、レーザー光源１、このレ
ーザー光源１から発するレーザー光を反射光と透過光と
に二分して反射光を露光面に向け、透過光を第１のモニ
ター光ＬＭ1とする偏光ビームスプリッター２、露光面
に向かうレーザー光の一部(５％)を第２のモニター光Ｌ
Ｍ2として反射させ、他の一部を描画光ＬＤとして露光
面側に透過させる第１のミラー３、偏光ビームスプリッ
ター２を透過した第２のモニター光ＬＭ2を再び偏光ビ
ームスプリッター２に入射させる第２のミラー４、第１
のモニター光ＬＭ1と偏光ビームスプリッター２で反射
された第２のモニター光ＬＭ2とが入射する受光手段１
０を備えている。

【００１６】なお、受光手段１０の位置で第１、第２の
モニター光ＬＭ1，ＬＭ2が重複せずに並列するように、
第１のミラー３はレーザー光の基準光軸に対し所定角度
傾いて配置されている。基準光軸は、レーザー光源１を
含む各光学部材が設計値通り正確に位置決めされた際の
光軸である。なお、ミラーの傾きは第２のモニター光Ｌ
Ｍ2を基準光軸からずらすことを目的としているため、
傾けるミラーは第１ミラー３に限られず、第２ミラー４
を傾けてもよいし、これら２枚のミラーを共に傾けても
よい。

【００１７】偏光ビームスプリッター２と第１のミラー
３との間には、光路を直角に曲げる光路屈折ミラー５が
配置され、この光路屈折ミラー５とビームスプリッター
との間には第１の１／４波長板６が設けられている。ま
た、偏光ビームスプリッター２と第２のミラー４との間
には、第２の１／４波長板７が設けられている。

【００１８】受光手段１０は、第１、第２のモニター光
ＬＭ1，ＬＭ2の入射位置を視認可能なスクリーン(拡散
板)１１と、このスクリーン１１上でのモニター光の入
射位置を検出するセンサとしてのＣＣＤカメラ１２とを
備えている。ＣＣＤカメラ１２からの画像信号は、画像
処理装置１３により処理されてレーザー光源１の姿勢に
関する補正信号に変換され、レーザー駆動部駆動回路１
４へ伝達される。レーザー駆動部駆動回路１４は、入力
された補正信号に対応してレーザー駆動部１５を制御す
る。レーザー駆動部１５は、レーザー光を平行にシフト
させ、あるいは任意の方向に傾けるようレーザー光源１
の姿勢を調整することができる。

【００１９】この例では、レーザー光源１から発するレ
ーザー光が直線偏光であり、その電解ベクトルの振動方
向が紙面と垂直になるよう設定されている。したがっ
て、レーザー光源１からのレーザー光は、偏光ビームス
プリッター２に対してＳ偏光として入射する。偏光ビー
ムスプリッター２は、Ｓ偏光として入射する光について
は１〜２％を透過させて残りを反射させ、Ｐ偏光として
入射する光については１〜２％を反射させて残りを透過
させる。

【００２０】偏光ビームスプリッター２で反射されたレ
ーザー光は、第１の１／４波長板６を通って円偏光とな
り、第１のミラー３で反射されて第２のモニター光ＬＭ
2となる。第２のモニター光ＬＭ2は、第１のミラー３で
反射されて再び第１の１／４波長板６を透過することに
より、往路とは振動方向が直交する直線偏光となり、偏
光ビームスプリッター２に対してはＰ偏光として入射す
る。そこで、第２のモニター光ＬＭ2の大部分は、偏光
ビームスプリッター２を透過し、第２の１／４波長板７
で円偏光とされた後、第２のミラー４で反射され、再び
第２の１／４波長板７を通って往路とは直交する直線偏
光となり、Ｓ偏光として偏光ビームスプリッター２に入
射し、ここで大部分が反射されて受光手段１０に入射す
る。

【００２１】上記の構成によれば、第１のモニター光Ｌ
Ｍ1はレーザー光源１とスクリーン１１との直線距離で
表される相対的に短い光路長でスクリーン１１に入射す
るのに対し、第２のモニター光ＬＭ2は上記の光路長
に、第１のミラー３と第２のミラー４との間の光路長の
２倍を加えた相対的に長い光路を経てスクリーン１１に
入射する。例えばレーザー光源１の平行なシフトによる
レーザー光のズレは光路長が変化しても変化しないが、
傾きによるズレは光路長が長くなるほど拡大する。そこ
で、スクリーン１１上での各モニター光の基準位置から
のずれを検出することにより、両者のズレ量が同一であ
る場合には平行なシフト、第２のモニター光ＬＭ2のズ
レ量が第１のモニター光ＬＭ1のズレ量より大きい場合
には、傾きが原因であることがわかり、かつ、それぞれ
のズレ量から誤差の量も判断できる。

【００２２】また、描画面に向かうレーザー光が遮断さ
れないため、調整時のみならず描画時においても偏光ビ
ームスプリッター２やミラー３，４等の調整のために用
いられる光学部材を配置したままでよく、再調整の際等
における作業者の負担を軽減することができる。

【００２３】なお、第１の実施形態の装置は、スクリー
ン１１に入射したモニター光の位置をＣＣＤカメラ１２
により電気信号に変換し、これに基づいてレーザー光源
１の姿勢を自動的に補正するようにしているが、受光手
段としてスクリーン１１のみを設け、投影されるモニタ
ー光の位置を眼で確認しながら手動で調整するようにし
てもよい。

【００２４】図２は、スクリーン１１上での第１、第２
のモニター光ＬＭ1，ＬＭ2の配列例を示す。各図中の円
Ｃ1，Ｃ2は、調整の許容範囲を示し、図２(ａ)に示した
ように各モニター光が共にそれぞれの円内に収まる場合
には、レーザー光源１の設置位置誤差が許容範囲にある
ことを意味する。この円は、自動調整の場合には少なく
とも画像処理回路１３のメモリ上に設定されればよい
が、手動調整の場合にはスクリーン１１上に実際に描か
れている必要がある。

【００２５】例えば、レーザー光源１が図１に記号Δで
示したように設計値通りの正確な位置に対して図中下側
に平行にシフトした場合、スクリーン１１上では、図２
(ｂ)に示すように、第１、第２のモニター光ＬＭ1，Ｌ
Ｍ2が共にΔだけ下方にシフトする。一方、レーザー光
源１が図１に記号θで示したように設計値通りの正確な
位置に対して図中反時計回りに傾いた場合、スクリーン
１１上では、図２(ｃ)に示すように、第１のモニター光
ＬＭ1が僅かに下方にシフトするのに対して、第２のモ
ニター光ＬＭ2は大きく下方にシフトする。

【００２６】次に、上述した第１の実施形態の光軸調整
装置を用いた処理を、図３に示すフローチャートにした
がって説明する。処理は、図３(ａ)に示す初期設定段階
と、図３(ｂ)に示す光軸調整段階とに分かれる。

【００２７】初期設定段階では、ステップS１で例えば
上記の手動設定の手法を用いて露光装置の光軸を正確に
調整する。調整後、ＣＣＤカメラ１２を設置し(ステッ
プS２)、第１、第２のモニター光ＬＭ1，ＬＭ2の位置を
検出する(ステップS３)。検出されたモニター光の位置
が、ＣＣＤカメラ１２の設置位置情報を反映した形での
当該装置におけるモニター光の基準位置データとなる。
ステップS４でこのデータを保存し、初期設定段階は終
了する。

【００２８】初期設定の後、レーザー光源が交換された
場合には、再度光軸を調整する必要がある。図３(ｂ)に
示す光軸調整段階では、自動設定が利用される。レーザ
ー光源１を交換、設置した後、ＣＣＤカメラ１２により
第１、第２のモニター光ＬＭ1，ＬＭ2の位置を検出し
(ステップS11)、検出結果に基づいて画像処理回路１３
により各モニター光の初期設定で求めた基準位置からの
ズレ量を求める(ステップS12)。

【００２９】そして、レーザー駆動部駆動回路１４は、
画像処理回路１３により求められたモニター光のズレ量
から光軸の平行なシフト量と傾き量とを演算により求め
(ステップS13)、求められたシフト量、傾き量に応じて
これらを補正するようレーザー駆動部１５を制御する
(ステップS14，S15)。

【００３０】ステップS16，17では、ステップS11，12と
同一の処理によりモニター光の位置を検出してズレ量を
求め、ステップS18においてズレ量が許容範囲内にある
か否かを判定する。判定の結果、許容範囲内と判断され
た場合には、調整処理は終了する。許容範囲内にないと
判断された場合には、ステップS13からの処理が再度実
行される。

【００３１】図４は、第２の実施形態を示し、レーザー
露光装置の一部、光軸調整装置を含む部分の光学系およ
び制御系を示す説明図である。第２の実施形態は、レー
ザー光源１から発するレーザー光が偏光ビームスプリッ
ター２ａに対してＰ偏光として入射するようレーザー光
源１が配置されている点が第１の実施形態とは異なり、
この相違により各光学部材の配置が異なっている。ただ
し、利用される光学部材は偏光ビームスプリッターを除
いて共通であるため、共通の符合を付して重複説明を省
略する。

【００３２】偏光ビームスプリッター２ａは、第１の実
施形態と同様に、Ｓ偏光として入射する光については１
〜２％を透過させて残りを反射させ、Ｐ偏光として入射
する光については１〜２％を反射させて残りを透過させ
る。受光手段１０は、スクリーン１１とＣＣＤカメラ１
２とを備え、偏光ビームスプリッター２ａで反射された
レーザー光が第１モニター光ＬＭ1として入射する位置
に配置されている。

【００３３】第２の実施形態では、偏光ビームスプリッ
ター２ａを透過したレーザー光は、第１の１／４波長板
６を通って円偏光となり、第１のミラー３で反射されて
第２のモニター光ＬＭ2となる。第２のモニター光ＬＭ2
は、第１のミラー３での反射された後、再び第１の１／
４波長板６を透過することにより、往路とは振動方向が
直交する直線偏光となり、偏光ビームスプリッター２ａ
に対してはＳ偏光として入射する。そこで、第２のモニ
ター光の大部分は、偏光ビームスプリッター２ａで反射
され、第２の１／４波長板で円偏光とされた後、第２の
ミラーで反射され、再び第２の１／４波長板を通って往
路とは直交する直線偏光となり、Ｐ偏光として偏光ビー
ムスプリッター２ａに入射し、大部分はこれを透過して
受光手段１０に入射する。

【００３４】スクリーン１１上での各モニター光の配置
は第１の実施形態と同様であり、各モニター光の基準位
置からのズレ量を求めることにより、レーザー光源１の
平行なシフト量と傾き量とを求めることができる。第２
の実施形態においても、ＣＣＤカメラ１２から出力され
る画像信号に基づいて画像処理回路１３が各モニター光
のズレ量を求め、レーザー駆動部駆動回路１４がズレ量
から駆動量を求めてレーザー駆動部１５を制御し、レー
ザー光源１の姿勢を補正する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、受光手段に入射するまでの光路長が互いに異なる第
１、第２のモニター光の基準位置からのずれをそれぞれ
検出することにより、光軸のズレと傾きとを分別して検
出することができ、検出されたズレ量に基づいて光学部
材の位置を調整することにより、レーザー光の位置、方
向を正確に調整することができる。

【００３６】また、描画面に向かうレーザー光が遮断さ
れないため、調整時のみならず描画時においてもビーム
スプリッターやミラー等の調整のために用いられる光学
部材を配置したままでよく、再調整の際等における作業
者の負担を軽減することができる。

【００３７】受光手段としてモニター光の入射位置を視
認可能なスクリーンを用いた場合には、簡便な構成で調
整のための正確な検出が可能となる。一方、受光手段と
してモニター光の入射位置を検出するセンサを用いる場
合には、このセンサの出力に基づいてレーザー光源の姿
勢を調整する駆動機構を設けることにより、レーザー光
源の位置を自動的に調整して正確な位置に設定すること
もできる。

【００３８】さらに、ビームスプリッターを偏光ビーム
スプリッターとし、ビームスプリッターと第１のミラー
との間に第１の１／４波長板を配置し、ビームスプリッ
ターと第２のミラーとの間に第２の１／４波長板を配置
した場合には、レーザー光を有効に利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態にかかるレーザー露光装置の
光軸調整装置を示す光学系と制御系の説明図。

【図２】図１の装置におけるスクリーン上でのモニタ
ー光の配置例を示す説明図。

【図３】図１の装置の処理手順を示すフローチャー
ト。

【図４】第１の実施形態にかかるレーザー露光装置の
光軸調整装置を示す光学系と制御系の説明図。

【符号の説明】

１レーザー光源２偏光ビームスプリッター３第１のミラー４第２のミラー６第１の１／４波長板７第２の１／４波長板１０受光手段１１スクリーン１２ＣＣＤカメラ１３画像処理回路１４レーザー駆動部駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光源から発するレーザー光を露
光面に導くレーザー露光装置の光軸調整装置において、前記レーザー光源から発するレーザー光を反射光と透過
光とに二分し、いずれか一方のレーザー光を前記露光面
に向け、他方を第１のモニター光とするビームスプリッ
ターと、前記ビームスプリッターと前記露光面との間に配置され
て前記露光面に向かうレーザー光の一部を第２のモニタ
ー光として反射させて前記ビームスプリッターに入射さ
せ、他の一部を描画光として前記露光面側に透過させる
第１のミラーと、前記ビームスプリッターから射出した前記第２のモニ
ター光を再び前記ビームスプリッターに入射させる第２
のミラーと、前記第１のモニター光と前記第２のミラーで反射された
後に前記ビームスプリッターから射出した前記第２のモ
ニター光とが入射する受光手段とを備え、前記受光手段
の位置で前記第１、第２のモニター光が重複せずに並列
するように、前記第１、第２のミラーの少なくとも一方
がレーザー光の基準光軸に対し傾いて配置されているこ
とを特徴とするレーザー露光装置の光軸調整装置。
【請求項２】前記受光手段は、前記第１、第２のモニ
ター光の入射位置が視認可能なスクリーンであることを
特徴とする請求項１に記載のレーザー露光装置の光軸調
整装置。
【請求項３】前記受光手段は、前記第１、第２のモニ
ター光の入射位置を検出するセンサであり、前記センサ
の出力に基づいて前記レーザー光源の姿勢を調整する駆
動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載
のレーザー露光装置の光軸調整装置。
【請求項４】前記ビームスプリッターは、偏光ビーム
スプリッターであり、前記ビームスプリッターと前記第
１のミラーとの間に第１の１／４波長板が配置され、前
記ビームスプリッターと前記第２のミラーとの間に第２
の１／４波長板が配置されていることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載のレーザー露光装置の光軸調
整装置。
【請求項５】前記レーザー光源は、レーザー光が前記
ビームスプリッターに対してＳ偏光として入射するよう
配置され、前記受光手段は、前記ビームスプリッターを
透過したレーザー光が前記第１モニター光として入射す
る位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記
載のレーザー露光装置の光軸調整装置。
【請求項６】前記レーザー光源は、レーザー光が前記
ビームスプリッターに対してＰ偏光として入射するよう
配置され、前記受光手段は、前記ビームスプリッターで
反射されたレーザー光が前記第１モニター光として入射
する位置に配置されていることを特徴とする請求項４に
記載のレーザー露光装置の光軸調整装置。
【請求項７】前記第１のミラーが、前記レーザー光の
基準光軸に対し傾いて配置されていることを特徴とする
請求項１〜６のいずれかに記載のレーザー露光装置の光
軸調整装置。