KR101191843B1 - 패턴 노광 방법 및 패턴 노광 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리시간이 짧고, 저가인 장치로, 또한 가동비용이 불필요한 패턴 노광 방법 및 패턴 노광 장치를 제공하는 것이다. 복수의 반도체레이저로부터 각각 출사된 복수의 레이저광(1a)의 출사단(5)을 한 쪽은 폴리곤 미러(27)의 주사 방향과 동일한 방향으로, 다른 쪽은 폴리곤 미러(27)의 주사 방향과 교차하는 방향으로 배치한다. 이 경우, 폴리곤 미러(27)의 주사 방향과 교차하는 방향으로 배치되는 출사단(15)의 배열 피치를 노광 패턴의 분해능과 동등하게 한다. 이 경우, 레이저의 파장을 410㎚ 이하로 하면 된다.

노광, 반도체레이저, 레이저광, 폴리곤 미러, 패턴, 광학시스템

Description

패턴 노광 방법 및 패턴 노광 장치 {PATTERN EXPOSURE METHOD AND PATTERN EXPOSURE APPARATUS}

도 1은 본 발명에 관한 2차 광원형성 광학 시스템의 구성도이다.

도 2는 파이버의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 관한 노광 장치의 기능설명도이다.

도 4는 본 발명에서의 2차 광원의 기판상에서의 상을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 관한 노광 장치의 구성을 나타내는 평면도이다.

도 6은 본 발명의 동작을 설명하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8은 도 7의 사시도이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 동작을 설명하는 도면이다.

도 11은 본 발명의 동작을 설명하는 도면이다.

도 12는 파이버의 접속을 설명하는 도면이다.

도 13은 파이버를 접속하는 유리를 설명하는 도면이다.

도 14는 본 발명의 실시예를 나타내는 2차 광원형성 광학 시스템의 구성도이다.

도 15는 반도체레이저의 배치와, 레이저광의 위치관계를 설명하는 도면이다.

도 16은 본 발명에 관한 노광 장치의 기능설명도이다.

도 17은 레이저광이 기판 상에 조사되는 위치를 나타내는 도면이다.

도 18은 본 발명에 관한 빔방향 미세 조정 수단의 구성을 나타내는 도면이다.

도 19는 본 발명에 관한 쐐기형 유리의 회전 각도에 대한 레이저광의 광축의 각도변위를 나타내는 도면이다.

도 20은 평행형 유리의 회전 각도와 입사광의 광축의 이동량의 관계를 나타내는 도면이다.

도 21은 본 발명의 실시예를 나타내는 2차 광원형성 광학 시스템의 구성도이다.

도 22는 레이저광의 위치관계를 나타내는 도면이다.

도 23은 본 발명에 관한 노광 장치의 기능설명도이다.

본 발명은 반도체레이저를 광원으로 하는 마스크리스(maskless) 패턴 노광 방법 및 패턴 노광 장치에 관한 것이다.

인쇄기판, 액정 디스플레이의 TFT기판 또는 컬러필터기판 또는 플라스마 디스플레이의 기판(이하, 「기판」이라고 함)에 패턴을 노광하기 위해, 종래는 패턴 의 원판이 되는 마스크를 제작하여, 이 마스크원판을 마스크노광 장치로 기판을 노광하고 있었다.

근래, 기판의 크기는 점점 더 커지는 동시에, 이들 기판의 설계, 제작에 요구되는 시간은 점점 더 짧아지고 있다. 이들 기판을 설계할 때, 에러 없이 완벽하게 하는 것은 매우 곤란하고, 대개의 경우 설계를 재검토하여, 다시 마스크를 제작하여 노광을 행하는 경우가 많다. 또한 기판의 종류에 따라서는 다품종 소량생산의 경우도 많고, 많은 품종에 대하여, 그 때마다 마스크를 제작하는 것은 비용면, 납기면 등으로 인해 피하고 싶지만, 피할 수 없는 상황에 있었다.

상기의 상황을 감안하여, 근래 마스크를 이용하지 않는 마스크리스 노광의 필요가 강하게 요구되고 있다. 마스크리스 노광을 행하는 하나의 방법으로서, 액정이나 DMD(Digital Mirror Device) 등의 2차원 공간 변조기를 이용하여 2차원 패턴을 발생시키고, 이것을 투영 렌즈로 기판 상에 노광하는 방법이 있다(일본 특개평11-320968호 공보). 또한 출력이 큰 레이저와 폴리곤 미러(polygon mirror)를 이용하여 주사시키면서 레이저광을 EO 변조기나 AO 변조기를 이용하여 기판에 묘화 노광하는 방법이 있다.

그러나, 종래 기술의 전자는 비교적 미세한 패턴의 묘화가 가능하지만 장치가 고가로 된다.

또, 종래 기술의 후자는 구성이 단순하고 비교적 저가로 생산할 수 있지만, 큰 면적을 높은 정밀도로 묘화하는 것이 어렵다. 또한, 처리시간을 짧게 하면, 고 출력의 레이저가 필요하게 되기 때문에 장치비용이 높아져, 가동비용도 높아진다.

본 발명의 목적은 상기의 과제를 해결하고, 처리시간이 짧고, 저가인 장치로, 또한 가동비용이 낮은 패턴 노광 방법 및 패턴 노광 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 수단은 광원으로부터 출사된 복수의 출사광과 가공물을 상대적으로 이동시키고, 상기 출사광에 따라 패턴을 노광하는 패턴 노광 방법에 있어서, 임의의 노광 개소를 서로 상이한 상기 출사광으로 복수 회 노광하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제2 수단은 광원으로부터 출사된 복수의 출사광과 가공물을 상대적으로 이동시키고, 상기 출사광에 의해 패턴을 노광하는 패턴 노광 장치에 있어서, 상기 광원을 직교하는 2축 방향으로 배치하는 동시에, 폴리곤 미러를 설치하고, 상기 광원의 배열방향의 한 쪽을 상기 폴리곤 미러에 의한 주사 방향과 동일 방향으로 배치하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 제3 수단은 패턴 노광 장치로서, 복수의 반도체레이저와, 상기 복수의 반도체레이저로부터 출사된 출사광을 평행광으로 하는 콜리메이터(collimator) 렌즈와, 상기 콜리메이터 렌즈로부터 출사되는 복수의 평행광을 서로 평행하게 하는 멀티빔(multi beam) 평행 광학 수단과, 서로 평행한 복수의 평행 빔을 이 빔의 광축과 직교하는 2방향으로 축소시키는 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템과, 상기 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템에 의해 형성되는 멀티 스폿을 노광하는 기 판을 탑재한 스테이지와, 상기 멀티 스폿과 상기 스테이지를 상대적으로 주사시키는 주사 수단과, 원하는 노광 묘화 패턴과 상기 반도체레이저의 배열 및 상기 상대적 주사의 속도에 따라서 상기 복수의 반도체레이저를 온?오프하는 제어회로로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

(제1 실시예)

이하, 본 발명의 제1 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 2차 광원형성 광학 시스템의 구성도이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)에서의 화살표 A방향에서 본 도면이다.

광원시스템(1)은 2방향으로 정렬시켜 배치된 복수의 반도체레이저(11), 렌즈(12), 및 파이버(14)로 구성되어 있다. 반도체레이저(11)는 파장 405㎚, 출력 60㎽)의 레이저광(1a)을 출사한다. 출사된 레이저광(1a)은 발산광이기 때문에, 초점 거리가 짧은 렌즈(12)에 의해 수렴되고, 파이버(14)의 입사단(13)에 수직으로 최대입사각이 수도 이하의 높은 지향성으로 입사한다. 이와 같이 함으로써, 레이저광(1a)은 90% 이상의 효율로 파이버(14) 내에 도입된다. 또, 렌즈(12) 및 파이버(14)는 각각 반도체레이저(11)마다 설치되어 있다.

파이버(14)의 출사단(15)은 면(16) 상에 배치되어 있다. 도면 (b)에 도시한 바와 같이, 이 실시예에서는 출사단(15)(즉, 2차 광원)에는 주사 방향(150)의 방향(y방향)에 1511, 1521, …, 1581, 또한, 주사 방향(150)과 교차하는 방향(x방향)에 1511, 1512, …, 1518의 64개가 면(16) 상에 배치되어 있다. 파이버(14)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 코어부(1501)와, 코어부(1501)의 주위에 배치된 클래드부(1500) 로 구성되어 있다. 본 실시예의 경우, 코어부(1501)의 직경은 50㎛, 클래드부(1500)의 직경은 100㎛ 이다. 또, 파이버(14)의 출사단(15)은 2차 광원이 된다.

도 3은 본 발명에 관한 노광 장치의 기능설명도이다.

집광 렌즈(21)는 폴리곤 미러(27)의 표면으로부터 집광 렌즈(21)의 초점 거리(f)만큼 이격된 위치에 배치되어 있다.

출사단(15)으로부터 출사되는 레이저광(1a)의 주 광선은 서로 평행하고, 지향성은 각 파이버(14)로의 입사광의 지향성과 거의 동일하거나, 지향성이 약간 악화되는 정도이다. 출사단(15)으로부터 출사된 64개의 지향성이 높은 레이저광(1a)(레이저 빔)은 집광 렌즈(21)를 통하여 피에조 편향 미러(22)로 반사되고, 원통형(cylindrical) 렌즈(23)를 통하여 폴리곤 미러(27)에 입사된다. 즉, 출사단(15)으로부터 지향성은 높지만 발산광이 되어 출사된 레이저광(1a)은 렌즈(21)에 의해 대략 평행광이 되고, 원통형 렌즈(23)에 의해 도면의 x방향으로 좁혀지고, 폴리곤 미러(27) 상에서 주사 방향의 레이저광(1a)이 y방향으로 정렬되어(즉, 1511, …, 1581이 제1 단, 1512, …, 1582가 제2 단으로서) 입사된다. 또, 폴리곤 미러 상에서는 x방향에 관해서는 최소 폭이다.

24, 25는 이 2개로 fθ 렌즈의 기능을 가진다. 이 fθ 렌즈와 원통형 렌즈(23)에 의해 폴리곤 미러(27) 상의 x방향의 상은 기판 상에 결상 배율 M으로 결상되기 때문에 기판 상에는 x방향으로 약 30㎛ 직경의 스폿이 형성된다. 원통형 렌즈(23)와 원통형 렌즈(26)의 렌즈의 y방향의 파워는 0이기 때문에, y방향에 대해서는 fθ 렌즈에 평행광이 입사하고, fθ 렌즈의 작용에 의해, y방향으로 역시 30㎛ 의 스폿 직경으로 집광된다. 이러한 구성으로 함으로써, 폴리곤 미러의 각 반사면 사이에 예를 들어 면 기울어짐이 있더라도, 면 기울어짐에 따른 주사빔의 피치편차가 발생하지 않는다. 이렇게 하여 기판 상에는 도 1(b)에 나타낸 2차 광원의 상이 형성된다.

피에조 편향 미러(22)는 fθ 렌즈에 포함되는 상 왜곡을 보정하기 위한 것이다. 즉, 폴리곤 미러(27)의 회전에 따라 fθ 렌즈에 의해 주사되는 스폿이 노광면 상에서 직선 상을 이동하지 않고 어긋나는 경우가 있다. 이 경우, 상기 어긋남은 주사 때마다 재현된다. 따라서, 미리 이러한 상 왜곡을 구해 두고, 이러한 상 왜곡을 피에조 편향 미러(22)에 의해 보정한다.

제어회로(3)는 노광 패턴과 폴리곤 미러(27)의 회전을 모니터하고 있는 로터리 엔코더(도시하지 않음)의 신호에 따라서 64개의 반도체레이저(11)를 ON-OFF 제어하는 동시에 피에조 편향 미러(22)를 구동함으로써, fθ 렌즈의 상 왜곡에 따른 묘화의 x방향의 보정을 행한다. 또, 기판(5)을 탑재하고 있는 스테이지(4)를 x방향으로 일정한 속도로 구동한다. 또한, 피에조 편향 미러(22)의 구동방법에 관해서는 후술한다.

도 4는 2차 광원의 기판 상에서의 상(스폿상)을 도시한 도면이며, 우측에 나타낸 화살표의 선은 폴리곤 미러에 의한 주사의 방향을 나타내고 있다. 또, 그리드형으로 나타낸 격자는 묘화의 화소의 중심이다.

이 도면에서, 1511, 1521, 1531, …, 1581은 폴리곤 미러의 주사 방향으로 정렬되는 스폿이며, 1511, 1512, 1513, …, 1518은 주사 방향이 아닌 방향의 스폿 배열을 나타내고 있다. 도시한 경우, 주사 방향으로 정렬되는 스폿은 화소 피치 P, 즉 분해능의 16배의 피치인 16P로 배열되고, 스폿의 주사 방향과 직각인 방향의 배열 피치는 화소 피치 P로 되어 있다.

이와 같이 함으로써, 폴리곤 미러(27)의 1파세트(facet)의 회전(N면체의 폴리곤 미러이면 1/N 회전)에 의해, 다음 주사 시에는 이 도면에 나타내는 1518의 하측에 이웃하는 화소가 1511, 1521, …, 1581 등의 스폿으로 주사되는 것이 된다. 즉, 1회의 주사에 의해, 주사 방향과 직각인 방향의 8화소만큼이 묘화, 노광되는 것이 된다.

또, 주사 방향의 1화소 만큼에 착안하면, 주사 방향으로 8개의 스폿이 정렬되어 있기 때문에, 주사 상의 1점(1화소점에)에 착안하면, 1회의 주사로 8개의 스폿이 통과하여, 노광하는 것이 된다. 예를 들면, 각 스폿에 강도의 편차가 σ 정도이어도 통계적으로, 8회의 스폿으로 노광된 결과의 적산노광량의 편차는 σ/2√2 = 0.35σ 정도로 저감시킬 수 있게 된다.

또, 이 도면에서의 각 상의 직경은 화소 피치 P의 2배이지만, 빔 직경의 크기는 P 이상 4P 이하 정도로 하면 된다.

도 5는 본 발명에 관한 노광 장치의 구성을 나타내는 평면도이며, 도 3과 동일하거나 동일한 기능의 것에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 기판(5)과 광학 시스템을 수평으로 배치하기 때문에, fθ 렌즈와 기판(5) 사이에서 레이저광(1a)의 광축을 미러(28)에 의해 90도 구부리고, 수직 광축으로 하여 수평으로 배치한 기판(5)을 노광하도록 하고 있다.

또, 스테이지(4)에 탑재된 기판(5)이 큰 경우에는 현재 노광하고 있는 기판(5)의 영역(51)의 노광이 종료되면 스테이지(4)를 이 도면의 y방향으로 스텝 이동시켜 영역(52)을 계속해서 노광한다. 이러한 광학 시스템에 의한 z방향의 주사와 스테이지(4)의 y방향의 스텝 이동은 도시하지 않고 있는 구동 기구와 스테이지(4)에 장착한, 도시 생략의 길이 측정기를 이용하여 행하여진다. 따라서, 스테이지(4)는 제어회로(3)에 의해 정확하게 위치제어된다.

셔터(29)는 레이저 빔 전체(즉, 64개의 반도체레이저(11)로부터 출사되는 64개의 레이저광(1a))의 광로를 ON-OFF 하기 위한 것이며, EO 변조기나 AO 변조기 또는 ms 명령으로 구동되는 메커니컬 셔터로 구성되어 있다. 또, 셔터(29)에 관해서는 후술한다.

다음에 도 5와 도 6을 이용하여, 본 발명의 노광 방법 및 노광 장치의 동작에 대하여 설명한다.

반도체레이저(11)는 묘화의 정보에 기초하여 ON-OFF 구동되지만, 일반적으로 반도체레이저는 자체의 온도에 의해 발광 강도가 변화된다. 이로 인하여 묘화의 직전까지 OFF의 상태로 하여, 갑자기 묘화를 시작하는 시점의 발광 강도와, 묘화 후 잠시 경과한 시점에서의 발광 강도가 상이하게 된다.

이 과제를 해결하기 위해 셔터(29)를 이용한다.

즉, 묘화를 시작하기 조금 전으로부터 반도체레이저(11)를 묘화 시의 평균적인 ON과 OFF의 비율로 점멸시켜 놓는다. 이 광은 피노광물을 조사할 가능성이 있기 때문에, 묘화 시가 아닐 때에 셔터(29)를 OFF의 상태, 즉 차광 상태로 해 둔다. 이와 같이 함으로써, 실제로 묘화 타이밍이 되었을 때 반도체레이저(11)는 원하는 안정된 온도상태로 되어, 안정된 노광 강도를 실현할 수 있게 된다.

노광의 개시가 가능하게 될 때까지는 폴리곤 미러(27)가 일정한 회전속도로 회전하고 있는 것이 불가피하다. 도시하지 않은 구동회로에 의해 도시하지 않은 모터를 회전시켜, 역시 도시하지 않은 회전 엔코더로 회전상태를 제어회로(3)로 모니터하여, 폴리곤 미러(27)의 회전수가 소정의 범위 내의 일정치가 되면 노광을 개시한다. 도 6의 (a)는 폴리곤 미러(27)의 회전위치 φP를 나타내고 있다. 일정한 회전속도이기 때문에, 기울기가 회전속도를 나타내는 직선이다. 또한 이 회전속도에 동기하여 제어회로(3)의 지시에 따라 스테이지(4)가, 도시하지 않은 모터에 의해 일정한 속도로 z방향으로 이동한다. 이 스테이지(4)의 위치의 Z좌표는 도 6의 (a)의 (ZS)로 나타낸 바와 같이 직선이다.

도 6의 (a)에 나타낸 ΔtF와 ΔtP는 각각 폴리곤 미러의 1파세트만큼의 회전 시간과 1회전의 시간을 나타낸다. 폴리곤 미러(27)의 회전에 따라, 복수의 반도체레이저(11)에 의한 복수의 스폿은 도 5의 y방향으로 주사된다. 이 주사는 전술한 바와 같이, 이상적으로는 직선이 되지만, fθ 렌즈의 조립 정밀도 등에 의하여 반드시 직선이 되지 않는다. 그러나 이 비직선성은 ΔtF의 주기로 반복되는 각 주사에서 언제나 안정적으로 재현된다. 이로 인하여 이 비선형성을 미리 계측하여, 제어회로에 보존해 두고 이 계측값을 바탕으로 하여 결정한 보상치로 피에조 미러 편향기(22)를 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 구동한다. 이와 같이 하면 예를 들어 fθ 렌즈의 상 왜곡이 있더라도 주사는 거의 직선형으로 이루어진다.

다른 쪽 폴리곤 미러가 가령 일정한 회전이더라도 주사광의 y방향의 속도는 fθ 렌즈의 상 왜곡이 있으면 일정하지 않다. 이 y방향의 상 왜곡에 있어서도 미리 계측하는 것이 가능하기 때문에, 이 왜곡을 보고 반도체레이저의 ON-OFF의 타이밍을 제어회로(3)로 조정함으로써 제거하는 것이 가능하다. 또한 자세히 보면 폴리곤 미러(27)의 회전속도는 반드시 일정하지 않으므로, 폴리곤 미러(27)에 직결되어 있는 회전엔코더의 펄스 신호를 읽어내어, 이것에 맞춰 반도체레이저(11)를 ON-OFF 하면, 거의 왜곡이 없는 묘화가 가능하게 된다.

도 6의 (c)는 셔터(29)가 ON 상태, 즉 셔터(29)가 차광하는 상태의 시간을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 노광을 개시하기 전에 셔터(29)는 차광 상태로 되어 있지만, 주사가 끝나고 다음 주사가 시작되기까지의 사이도 차광 상태로 한다. 이 주사 사이에서의 차광 상태 시에도 반도체레이저는 일정한 듀티(duty)로 ON-OFF 시키면 된다.

도 6의 (d)는 반도체레이저(11)가 주사의 도중에서 묘화 정보에 기초하여 ON-OFF 하는 타이밍을 나타내고 있다. 즉, 상기한 바와 같이, 이 그래프의 0의 상태는 반도체레이저(11)가 OFF의 상태인 것을 나타내고 있는 것은 아니다. 도 6의 (d)의 1주사 내(즉, 시각 t02～t03 사이)를 상세하게 나타낸 것이 도 6의 (e)이다. 즉, 묘화 정보에 기초하여 반도체레이저(11)는 고속으로 ON-OFF 되어 신호 SL과 같이 된다. 1화소를 통과하는 시간을 ΔtP라고 하면, ON-OFF 신호 SL의 펄스폭은 정수 N에 대하여, NΔtP가 된다. 상기의 펄스구동은 당연히 모든 반도체레이저(11)에 대하여 묘화 정보에 기초하여 행하여진다.

(제2 실시예)

이하, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 도면이고, 도면 중의 그리드는 최종적으로 피노광물체에 투영되어 묘화할 때의 화소 피치를 나타내고 있다.

반도체레이저(11011, 11012, 11013, 11014)는 도면의 주사 방향 y에 해당하는 방향으로 나란히 배치되어 있다. 또, 반도체레이저(11011, 11051, 11091, 11131)는 도 5에서의 스테이지(4)의 이동방향 z와 나란히 배치되어 있다

도 8은 도 7의 사시도이다. 도시한 바와 같이, 반도체레이저(11)는 반도체레이저 홀더 기판(110) 상에 배열되어 있다. 각 반도체레이저(11)로부터 출사된 레이저광(1a)은 동일한 배열상태로 정렬되는 복수의 콜리메이터 렌즈(111)에 의해, 각각 대략 평행한 레이저광(1a)이 된다. 즉, 각 반도체레이저(1)로부터 출사된 각 레이저광(1a)은 대응하는 콜리메이터 렌즈(111)를 통과한 후 그 주 광선은 서로 대략 평행하고, 또한 거의 퍼지지 않은 상태로 되어 있다. 각 주 광선의 간격은 반도체레이저(11)의 패키지의 직경보다 약간 크다.

64개의 평행하고 텔레센트릭(telecentric)인 레이저광(1a)은 집광 렌즈(112)를 통과하고, 집광 렌즈(112)의 초점위치 근방의 대략 1점에 집광된다. 렌즈(113)의 앞쪽 초점에 이 집광점이 있기 때문에, 렌즈(113)를 통과한 후, 면(15a)(도 1의 출사단(15)에 해당)에 64개의 스폿상이 2차 광원으로서 얻어진다. 이 2차 광원을 도 1이나 도 5에 나타낸 파이버(14)를 이용하는 경우의 2차 광원과 같이 하여 이용하면, 파이버(14)를 이용할 때 마찬가지로 피노광물체에 묘화, 노광하는 것이 가능 하다.

또, 도 8에 있어서 렌즈(113) 투과 후의 각 레이저광(1a)의 주 광선은 반드시 평행할 필요는 없고, fθ 렌즈의 특성에 따라서는 오히려 주 광선이 집광 또는 발산되는 상태의 쪽이 바람직한 경우가 있다. 또한 각 빔의 평행도도 평행이 아닌 쪽이 바람직한 경우가 있다.

(제3 실시예)

이하, 본 발명의 제3 실시예에 대하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 대한 도면이고, 도 5와 동일하거나 동일한 기능의 것에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

반도체레이저(11)를 수십개～수백개 사용하는 경우, 하나라도 반도체레이저(11)가 수명이 다 되어 출력이 없게 되면, 노광 강도의 편차가 발생하고, 올바른 패턴을 노광할 수 없게 된다. 따라서, 도시하지 않은 반도체레이저(11)에 내장된 레이저광 강도 검출소자, 또는 반도체레이저(11)의 외부에서 각 반도체레이저(11)의 강도를 개별적으로 검출하는, 도시하지 않은 레이저 강도 검출소자의 검출 신호강도를 받아들인다. 이 검출 신호를 각각의 반도체레이저(11)에 대하여 구하고, 이 신호에 기초하여 각각의 반도체레이저의 구동전류를 제어하고, 어떤 반도체레이저(11)로부터의 레이저출력도 동일하게 일정치가 되도록 한다. 이와 같이 하면 도 1O의 (a)에 나타낸 바와 같이, 수천 시간 가동하는 동안에, 각 레이저의 상기 구동전류값 ILD가 커져서, 일정한 임계값 ILD0에 도달하게 된다. 이 임계값에 도달하는 시각 tF에 도 9에 나타내는 모니터(31)에 반도체레이저(11)의 수명을 알리는 표 시를 한다.

또한 복수의 반도체레이저(11)와 2차 광원 형성 수단을 일체화한 일체화 수단(1)과 완전히 동일한 구조로 이루어지는 예비의 일체화 수단(1')을 병설해 둔다. 그리고, 수명에 도달한 시각 tF 후에 노광에 지장이 없는 타이밍을 가늠하여 자동적으로 상기 일체화한 수단(1)을 새로운 일체화 수단(1')으로 교체한다. 예를 들면 현재 작업중인 기판의 노광이 종료된 시점, 또는 수십매의 기판 단위를 1로트로 하여 노광할 때에는 1로트만큼의 노광이 종료된 시점, 또는 하루의 노광이 종료된 시점에서 상기 교체를 행한다. 이와 같이 함으로써, 노광의 공정에 지장이 없고 연속적으로 가동시킬 수 있게 된다. 또, 도면 중의 ΔtS는 교체 시간이다.

상기한 바와 같이, 반도체레이저(11)에 내장된 레이저광 강도 검출소자, 또는 상기 반도체레이저의 외부에서 각 반도체레이저의 강도를 개별적으로 검출하는 레이저 강도 검출소자를 이용하여 각각의 반도체레이저의 강도를 검출할 수 있다. 이로 인하여 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 11n번째의 반도체레이저의 강도 PLD11n이 일정하게 되도록 반도체레이저 구동전류 ILD11n을 조정하여, 레이저의 강도가 항상 일정하게 되도록 한다.

11n번째의 반도체레이저의 출력을 상기의 방법에 의해, 일정하게 유지하기 위해서 반도체레이저 구동전류값 ILD11n을 도 10의 (a)와 같이 변화시키면, 그 이상으로 전류값을 올리면 수명에 가까워지는 임계값 ILD11n에 도달한다. 이 임계값은 각각의 반도체레이저(11)마다 상이하지만, 구동전류와 출력의 관계를 미리 알고 있으면, 각각에 그 값을 예상하는 것이 가능하기 때문에, 이 값을 제어회로(3)에 기억시킨다. 64개의 반도체레이저(11) 중 n번째의 반도체레이저(11)가 다른 반도체레이저보다 먼저 시각 tF에 이 임계값 전류에 도달하면, 상기한 바와 같이, 교체 타이밍을 가늠하여 일체화 수단(1)을 새로운 일체화 수단(1')으로 교체한다. 이 교체는 일체화한 것의 위치의 재현성 정밀도만 잘 행하면, 조정 없이 실현 가능하여, 상기 기판의 노광이 종료되고, 다음 기판의 노광으로 이행하는 사이에 실시하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 반도체레이저의 출력은 그 자체의 온도에도 강하게 의존한다. 이로 인하여 실제로 노광하고 있을 때에 각각의 레이저강도가 일정하게 되도록, 노광의 타이밍이 아닌 시간대에 상기 셔터(29)를 차광 상태로 하여, 반도체레이저(11)를 ON으로 하여 구동하고, 반도체레이저(11)의 강도가 일정하게 되도록 구동전류 등을 전기제어하면 더욱 품질이 안정된 노광을 행할 수 있다.

또, 상기에서는 반도체레이저의 수를 64로 했지만, 이 수에 한정되는 것은 아니고, 각각의 반도체레이저(11)의 출력이 크면 수를 적게 할 수 있다. 또한 큰 출력의 반도체레이저(11)를 많이 사용하면 처리용량이 큰 노광 장치가 실현된다. 본 발명은 이와 같이 노광 장치의 목표성능에 따라서 반도체레이저(11)의 수를 선택할 수 있고, 목표한 장치가 용이하게 실현된다.

다음에, 파이버(14)를 이용하는 경우의 레이저광(1a)의 강도에 대하여 설명한다.

도 11은 파이버(14)에 입사되는 레이저광(1a)의 지향성과 출사광의 지향성을 설명하는 도면이다.

레이저광(1a)의 지향성은 다음과 같이 하여 구한다.

즉, 스크린(121)을 렌즈(12)의 배후에 배치하고, 반도체레이저(11)의 직후에 배치되어 있는 초점 거리가 짧은 렌즈(12)를 투과한 레이저광(1a)의 상(1211)으로부터 넓어지는 f(x, y)를 조사하고, 스크린(121)으로부터 입사단(13)까지의 거리 L1을 이용하여, 파이버(14)에 입사되는 레이저광(1a)의 지향성 C(θx, θy)를 구한다.

마찬가지로, 스크린(151)을 출사단(15a)의 배후에 배치하고, 출사단(15)으로부터 나오는 레이저광(1a)의 지향성을 파이버 출사단으로부터 L2의 위치에 놓인 스크린(151)의 상(1511)으로부터 넓어지는 g(x, y)를 조사하여, 지향성 D(θx, θy)를 구한다.

파이버(14)에 입사되는 레이저광(1a)은 반도체레이저(11)의 x 및 y방향의 출사지향성이 각각에 흩어지기 때문에, 회전대칭의 분포로 되어 있지 않지만, 파이버(14)로부터 출사되는 레이저광(1a)의 지향성은 대략 회전대칭으로 되어 있다.

여기에서, 각도좌표(θx, θy)를 파이버(14)의 중심축에 대한 각도(θ)와 중심축 주위의 각도(φ)로 이루어지는 각도좌표(θ, φ)로 변환하고(즉, θx=sinθcosφ, 또한 θy= sinθsinφ), C(θx, θy)와 D(θx, θy)를 θ와 φ로 나타낸 것을 C'(θ, φ) 및 D'(θ, φ)라고 하면, 파이버(14) 내부에서의 손실을 무시할 수 있는 경우, 하기의 식이 대략 성립한다.

∫D'(θ, φ) dφ = ∫C'(θ, φ)dφ

그러나, 도 12에 나타낸 바와 같이, 입사단(13) 및 출사단(15)이 평면이 아 니고 구면에 가까우면 렌즈효과가 발생하고, 상기의 식이 성립하지 않게 되어, 좌변, 즉 레이저광(1a)의 지향성이 악화되어, 레이저광(1a)은 넓어진다. 레이저광(1a)이 넓어지면 기판(5) 상에 원하는 스폿 직경으로 모이지 않게 된다.

파이버(14)의 단부면은 평탄하게 되도록 가공하지만, 파이버(14)의 코어의 직경은 수십 내지 수백 미크론 정도로 대단히 작기 때문에, 단부면을 평탄하게 가공하는 것이 매우 어렵다. 이로 인하여 아무것도 하지 않고 파이버(14)를 이용하면 레이저광(1a)의 지향성이 악화되어 필요한 스폿 직경을 얻을 수 없게 된다.

도 13은 이러한 과제를 해결하는 실시예의 도면이다. 즉, 파이버(14)의 입사단(13) 및 출사단(15)에 미리 평탄하게 가공한 유리(160)를 접근하여 배치하고, 파이버(14)와 유리(160)의 틈새에 광학접착제(155)를 충전한다. 파이버(14), 유리(160) 및 광학접착제(155)의 굴절률을 대략 동일하게 하면, 파이버(14) 단부의 평탄도가 나쁘더라도 결과적으로 평탄한 단부면에 입사한 것과 동일하게 되고, 레이저광(1a)의 지향성이 악화되는 일이 없다.

또, 유리(160)의 투과 2면이 완전히 평행이면, 파이버(14)의 축에 평행하게 레이저 입사축을 취하면, 유리(160)의 입사단(13) 및 출사단(15)에서 수직으로 반사하고, 귀환 광이 반도체레이저(11)에 입사하여, 반도체레이저(11)의 발진이 불안정하게 된다. 그 결과 노광의 강도가 불안정하게 되어 정밀도가 높은 묘화를 할 수 없게 된다. 그러므로 유리(160)의 투과 2면의 사이에 매우 작은 각도를 주어, 유리(160)의 입사면 및 출사면에 수직이 아닌 상태로 입사 및 출사시켰을 때에, 파이버(14) 광축에 레이저광(1a)의 주 광선이 평행하게 되어, 반도체레이저(11)에의 귀환 광의 문제도 없고, 또한 가장 조건이 좋은 상태(파이버 광축과 파이버 입사직전의 레이저광(1a)의 주 광선이 평행한 상태)로 파이버(14)에 레이저광(1a)이 입사될 수 있게 된다.

(제4 실시예)

이하, 본 발명의 제4 실시예에 대하여 설명한다. 도 14는 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 2차 광원형성 광학 시스템의 구성도이며, (a)는 레이저광(1a)이 진행되는 방향으로부터 본 도면, (b)는 레이저광(1a)이 진행되는 방향이 지면(紙面)과 평행하게 되는 방향으로부터 본 도면이다. 또, 도 1과 동일하거나 동일한 기능의 것에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.

반도체레이저(11)를 유지하는 반도체레이저 홀더 기판(110)에는, 도시를 생략한 수냉 파이프가 설치되고, 냉각되어 있다. x방향 발산 각도의 반치전폭(半値全幅)(full width half maximum)이 대략 22도, y방향의 반치전폭이 대략 8도인 레이저광(1a)은 렌즈(12)에 의해 수렴되어 평행 빔이 된다. 그리고, 후술하는 빔방향 미세 조정 수단(53)을 통하여 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)에 수직으로 입사한다.

빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)은 단면이 평행 사변형인 프리즘(541)을 복수 개 겹쳐, 반도체레이저 홀더 기판(110)의 중심에 관해서 좌우 대칭으로 배치한 것이다. 또, 중심부는 이른바 네스트(nest)(각각을 빗살형으로 하여 조합한 형상)로 형성되고, 레이저광(1a)은 프리즘(541)의 내부만을 통과하도록 구성되어 있다.

이상의 구성으로 인해, 도 14의 (b)의 가장 오른쪽의 레이저광(1a)에 착안하면, 레이저광(1a)은 프리즘(541)의 A1면에서 반사되어 왼쪽으로 진행되어 프리즘(541c)의 좌측단 B면에서 반사되어 상방으로 향한다. 우측으로부터 2번째의 레이저광(1a)은 우측으로부터 2번째의 프리즘(541)에서 반사된 후 왼쪽으로 진행되어 이 프리즘(541c)의 좌측단 B면에서 반사되어 상방으로 향한다.

보다 상세하게 설명한다.

도 15는 반도체레이저(11)의 배치와, 레이저광(1a)의 위치관계를 설명하는 도면이다.

(a)에 나타낸 바와 같이, 반도체레이저(11)는 반도체레이저 홀더 기판(11O) 상에 xy방향과도 12㎜ 피치로 정렬되어 있다. 따라서, 렌즈(12)에 의해 콜리메이트된(collimated) 레이저광(1a)은 xy방향과도 12㎜ 피치로 정렬된 상태로 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)에 입사된다. 또, 렌즈(12)에 의해 콜리메이트된 레이저광(1a)은 x방향의 직경이 대략 4㎜, y방향의 직경이 대략 1.5㎜인 타원형 강도분포를 가지고 있다. 그리고, (b)에 나타낸 바와 같이, 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)을 통과함으로써 빔형상은 변화되지 않고 x방향으로 1㎜ 피치로 정렬하게 된다. 즉, 반도체레이저(11)의 간격이 12㎜인 데 대하여, 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)을 통과한 레이저광(1a)의 간격은 1㎜가 된다.

도 16은 본 발명에 관한 노광 장치의 기능설명도이고, 도 17은 레이저광(1a)이 기판(5)상에 조사되는 위치를 나타내는 도면이며, 도 3, 5, 9와 동일하거나 동일한 기능의 것에는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

장초점 렌즈시스템(30)은 기다란 초점 거리(f1)의 포지티브의 파워를 가지는 제1 렌즈군(301)(도면에서는 1개의 렌즈)과, 짧은 초점 거리(f2)의 제2 렌즈군(302)과, 포지티브의 파워를 가지는 긴 초점 거리(f3)의 제3 렌즈군(303)과, 포지티브의 파워를 가지는 원통형 렌즈(34)로 구성되어 있다.

다음에, 이 노광 장치의 동작을 설명한다.

빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)으로부터 출사된 서로 평행한 레이저광(1a)은 미러(1001)에서 반사된 후, 장초점 렌즈(30)를 통과하여, 피에조 편향 미러(22)에 입사된다. 그리고, 피에조 편향 미러(22)에서 반사된 레이저광(1a)은 폴리곤 미러(27)에서 반사되어, fθ 렌즈를 통과한 후, 미러(28)에 의해 광로를 90도 변경하여, x방향으로 파워를 가지는 원통형 렌즈(26)에 의해 기판(5) 상에 주사 조명된다.

기판(5) 상의 레이저광(1a)의 입사위치(멀티 스폿)는 도 17 및 도 15의 (c)에 나타낸 바와 같은 배열이 된다. 즉, 도 17에서의 xy방향의 거리가 R의 메쉬로 나타낸 원하는 해상도 또는 화소 피치와 동등하게 x방향(즉, 부 주사 방향)의 스폿이 배열되게 된다. 이러한 직경 Dy(도면에서는 x방향의 직경 Dx와 동등하다)의 멀티 스폿 배열이 기판(5) 상에 가능하다. 따라서, 폴리곤 미러(27)에 의해 이 멀티 스폿군을 y방향으로 주사함으로써, 얼룩이 없는 패턴을 형성할 수 있다.

기판 상에 원하는 패턴을 노광하는 데에는 제어회로(3)에 의해, 복수의 반도체레이저를 묘화 패턴 정보와 반도체레이저(11)의 배열에 따라서 반도체레이저(11)를 개별적으로 ON-OFF 제어한다. 또, 반도체레이저(11)의 ON-OFF 제어와, 폴리곤 미러(27)의 회전과 기판(5)을 탑재하는 스테이지(4)의 x방향 구동제어의 동기를 취한다. 또 폴리곤 미러(27)가 회전하여, 이웃의 반사면에 의한 주사 시에는 기판(5) 상에 멀티 스폿군이 이미 노광된 영역의 이웃의 영역을 주사 노광하도록 스테이지(4)를 제어한다.

또, 이 경우, 이미 노광된 영역과 일부가 겹쳐지도록 스테이지(4)의 이동속도를 제어할 수도 있다.

이상 개략 설명한 전체의 구성과 동작을 더욱 상세하게 설명한다. 먼저 멀티 스폿의 결상(結像) 관계에 대하여 설명한다.

상기한 바와 같이, 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)을 통과한 각각의 레이저광(1a)은 y방향이 단직경, x방향이 장직경으로, 대략 1.5×4㎜의 타원이다. 배열의 피치는 도 15(b)에 나타낸 바와 같이, y방향 1.5㎜, x방향 1㎜ 이다. 장초점 렌즈시스템(30)의 y방향의 초점 거리는 22000㎜이며, 폴리곤 미러(27)의 초점 거리는 350㎜이다. 따라서, y방향의 기판(5) 상의 스폿 직경(폭)은 대략 25㎛가 되고, 피치도 25㎛가 된다.

한편, x방향은 장초점 렌즈시스템(30)의 선단의 원통형 렌즈(304)에 의해 폴리곤 미러(27) 상에 4㎜의 빔 직경이 대략 50분의 1로 축소 결상된 후, x방향으로 파워가 있는 원통형 렌즈를 포함하는 fθ 렌즈에 의해 대략 0.3배로 결상된다. 그 결과, 기판(5) 상에서는 스폿 직경(폭)이 25㎛이고 스폿 피치는 6.4㎛가 된다.

따라서, 레이저광(1a)을 y방향으로 주사함으로써, 25㎛ 스폿을 6.4㎛ 피치의 해상도로 묘화하는 것이 가능하게 된다.

그런데, 상기의 경우, 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)을 통과한 레이저광(1a)을 y방향은 대략 1/63배로, x방향은 대략 1/160배로 각각 축소하고 있다. 따라서, 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)을 통과한 직후의 레이저광(1a) 상호의 평행도를 △θ라고 하면 기판(5) 상에서의 각 레이저광(1a) 상호의 평행도는 이 배율의 역수배가 되어, y방향은 63△θ, x방향은 160△θ가 된다. 25㎛의 스폿을 405㎚의 파장의 레이저광으로 형성할 때의 초점 심도는 2㎜ 정도이다. 그러나, 기판(5)의 두께 편차를 고려하면, 광학 시스템의 초점위치로부터 ±10O㎛ 범위의 기판면에 대하여 상의 비뚤어짐이나 위치 어긋남이 생기지 않도록 해야 한다. 이 변위량을 화소 피치, 즉 분해능의 1/4이라고 하면, 기판(5) 측에서의 텔레센트릭성 △θB는,

△θB=6.4/4/100=0.016rad

가 된다. 따라서, △θ는,

△θy=0.016rad/63=52초(y방향)

△θx=0.016rad/160=20초(x방향)

이 된다.

그리고, 이러한 평행성을 실현하기 위해서는 각 레이저광(1a)의 광축의 방향을 일치시킬 필요가 생긴다.

다음에, 빔방향 미세 조정 수단(53)에 대하여 설명한다.

도 18은 본 발명에 관한 빔방향 미세 조정 수단의 구성을 나타낸 도면이며, (a)는 평면도, (b)는 동작설명도이다.

빔방향 조정 수단(200)은 쐐기형 유리(201, 202)와 평행형 유리(203)로 구성되어 있다. 쐐기형 유리(201, 202)는 쐐기의 각도가 10°의 투명하고 표면이 반사방지된 유리이다. 이 쐐기형 유리(201)를 입사각과 투과 시의 출사각이 동등한 상태를 △θw=0으로 하고, 시계방향 회전을 정(正)으로 하여 각도를 바꿔 가면(단, 쐐기형 유리(202)는 고정), 쐐기형 유리(202)를 투과한 레이저광(1a)의 광축의 각도가 변화된다.

도 19는 본 발명에 관한 쐐기형 유리의 회전 각도에 대한 레이저광의 광축의 각도변위를 나타낸 도면이다.

여기서, 반도체레이저(11)의 발광점과 초점 거리 fc의 렌즈(12)의 광축이 △x 어긋나면 광원 측 텔레센트릭성의 편차 △θ는 △x/fc가 된다. 예를 들어 fc를 6㎜라고 하면, 상기의 20초를 만족하기 위해서는 광축 편차 △x는 0.02㎛로 요구되고, 실현 불가능하다.

그러나, 쐐기형 유리(201, 202)를 이용함으로써, 쐐기형 유리(201)의 1도 정도의 회전 △θw로 이 조정이 가능하게 된다. 즉, 광축 편차 △x를 5㎛라고 하면, 상기의 fc(6㎜)에 대하여, △θ는 대략 3분이 된다.

즉, 광축 어긋남에 의해 △θ가 10분 정도(△x는 10㎛ 정도)이더라도, 쐐기형 유리(201)를 회전시킴으로써, 광축을 목표의 기울기로 보정할 수 있다.

또, 도면에 명확히 나타난 바와 같이, 쐐기형 유리(201)의 회전각도 △θw가 5～10도인 범위에서는 쐐기형 유리(201)를 1도 회전시키면 레이저광(1a)의 광축이 2분 이상 기울어지게 되어 미세 조정이 어렵다. 이러한 경우에는 쐐기형 유리 (202)를 △θw=0으로부터 몇도 회전시킴으로써, 도면에서의 곡선의 기울기가 작은 부분에 해당하는 미소각도 조정을 할 수 있는 것을 이용하여, 최종적인 각도맞춤을 행할 수 있다.

그런데, 쐐기형 유리(201)와 쐐기형 유리(202)를 역방향으로 배치함으로써, 레이저광(1a)의 광축 방향을 원래의 방향과 평행하게 하는 것은 할 수 있지만, 위치가 변경된다. 따라서, 평행형 유리(203)를 삽입하여, 변경된 레이저광(1a)의 광축을 원래의 광축과 일치시킨다.

도 20은 평행형 유리(203)의 회전 각도와 입사광의 광축의 이동량의 관계를 나타낸 도면이다. 이 도면에 명확히 나타낸 바와 같이, 평행형 유리(203)를 △θp 회전시키면 광축의 위치를 수십㎛의 정밀도로 수백㎛의 범위를 조정할 수 있다.

또, 레이저광(1a)의 광축은 여러 가지 방향으로 기울어져 있기 때문에, 쐐기형 유리(201 및 202) 및 평행형 유리(203)로 이루어지는 빔방향 조정 수단(200)을 360도 회전 가능하게 한다. 이와 같이 구성함으로써, 레이저광(1a)의 광축이 임의의 방향으로 10분 정도 기울더라도, 평행도를 수십초 이내로 맞출 수 있기 때문에, 기판(5)에 입사되는 레이저광(1a)의 텔레센트릭성을 고정밀도로 조정할 수 있다.

여기에서, 장초점 렌즈시스템(30)에 대해 추가로 설명한다.

장초점 렌즈시스템(30)을 구성하는 3군의 구면(엄밀하게는 회전대칭면) 렌즈(초점거리 f1, f2, f3)의 초점이 인접하는 군 사이에서 공유하도록 하면, 전체 초점거리 f는 다음 식으로 부여된다.

f=-f1?f3/f2

기판(5)의 치수는 수백 ㎜～1m 가까이 있는 것에 대하여 fθ 렌즈는 작기(직경 수백 ㎜ 전후) 때문에, 기판(5)의 전체 범위를 노광하기 위해서는 기판(5)을 주사 방향으로 수회 이동시키거나, 노광 광학 시스템을 주사 방향으로 복수 정렬시킬 필요가 있다. 어느 경우에나 fθ 렌즈 제작의 기술적과제 및 제작비용을 고려하면 폴리곤 미러(27)로 주사하는 폭은 수백～500㎜ 정도가 된다.

또, 기판(5)의 요철이나 두께편차와 기판(5)에 노광되는 패턴의 위치정밀도로부터 레이저광(1a)이 텔레센트릭으로 기판(5)에 입사되어야 한다.

반도체레이저(11)의 콜리메이트 후의 스폿 직경이 1～수㎜, 멀티 스폿의 배열 피치가 1～1O㎜ 정도인 데 대하여, 기판 상의 스폿 직경은 10～수십㎛, 배열 피치는 5～100㎛ 정도이다. 이러한 배율관계로부터 장초점 렌즈의 초점 거리 f는 수 m～수십m가 된다. 이러한 장초점 렌즈를 짧은 거울통 길이로 실현하는 데에는 전술한 3군 구성으로 하고, 상기 초점 거리의 식으로부터 포지티브의 파워를 가지는 초점 거리 200㎜ 이상의 제1 군과 초점 거리 20㎜ 이하의 제2 군과 포지티브의 파워를 가지는 초점 거리 200㎜ 이상의 제3 군으로 이루어지는 구성으로 하는 것이 실용적이다.

이와 같이 하면, 거울통 길이는 360㎜ 정도가 되고, y방향에 관하여 초점 거리가 수천㎜ 이상의 장초점 거리의 렌즈를 실현할 수 있다.

반도체레이저의 발광파장의 편차를 고려하면 색 보정이 필요하지만, 구면 렌즈시스템으로 이루어지는 상기 3군의 렌즈의 경우, 굴절률이 상이한 재질의 렌즈를 조합하는 것에 의해 비교적 용이하게 색 보정을 할 수 있다.

다른 쪽 x방향, 즉 부 주사 방향에 있어서는, 상기의 구면 렌즈시스템(구면 또는 회전대칭면으로 이루어지는 복수의 렌즈로 구성되는 구면 또는 회전대칭면 렌즈시스템)에 포지티브의 파워를 가지는 원통형 렌즈를 포함하는 동시에, x방향으로 포지티브의 파워를 가지는 원통형 렌즈를 fθ 렌즈에 포함시킨다. x방향의 기판 상에서의 폭이 좁은 경우에는 색 보정은 필요없게 된다.

(제5 실시예)

이하, 본 발명의 제5 실시예에 대하여 설명한다.

도 21은 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 2차 광원형성 광학 시스템의 구성도이고, 도 22는 레이저광의 위치관계를 나타내는 도면이며, 도 16과 동일하거나 동일한 기능의 것에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명을 생략한다.

반도체레이저(11)를 다수 유지하는 반도체레이저 홀더 기판(110)과 빔방향 조정 수단(200)과 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)으로 이루어지는 광원시스템(1)과 동일한 구성의 제2 광원(1')을 서로 직각으로 배치한다. 광원시스템(1')으로부터 얻어지는 평행 멀티빔을 1/2 파장판(102)을 통해서 편광빔 스플리터(101)에 입사시킨다.

다음에, 이 실시예의 동작을 설명한다.

광원시스템(1)으로부터 출사된 레이저광(1a)은 편광빔 스플리터(101)에 P 편광으로 입사되고, 거의 100% 투과된다. 또, 광원시스템(1')으로부터 출사된 레이저광(1a)은 1/2 파장판(102)에 의해 편광빔 스플리터(101)에 S 편광으로 입사되고, 거의 100% 반사된다. 그 결과, 양 광원시스템으로부터 출사된 레이저광(1a)을 손 실 없이 이용할 수 있다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 광원시스템(1, 1')으로부터의 멀티 스폿은 서로 1/2 피치 어긋난 위치로 들어가도록 위치맞춤 된다. 그 결과, 도 22의 (a)에 나타낸 바와 같이, 주사 방향 y에 16개, 부 주사 방향 x에 16개의 스폿이 배열된다. 또한, (b)는 기판(5) 상의 멀티 스폿을 나타내고 있다.

또, 광원시스템(1, 1')으로부터의 멀티 스폿을 서로 1/2 피치 어긋난 위치로 들어가는 것으로 대체하여 부 주사 방향으로 병렬로 배치하면, 주사 방향으로 8개, 부 주사 방향으로 32개의 스폿을 배열할 수도 있다.

도 23은 본 발명에 관한 노광 장치의 기능설명도이며, (a)는 콜리메이트된 128개의 레이저광(1a)의 배열(즉, 반도체레이저 홀더 기판(110)에서의 반도체레이저(11)의 배열)을 나타내고 있다.

또한, (b1), (b2)는 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)을 광축과 직교하는 2방향으로부터 본 도면이고, 미러시스템(541, 542, 543, 544)을 이용하여, 레이저광(1a)의 형상을 변경시키지 않고서, 배열 피치를, 주사 방향 y는 1/4, 주사 방향 x는 대략 1/2로 축소시키고 있다. 또, (c)는 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)으로부터 출사된 레이저광(1a)의 배열을 나타내고 있다.

또, (d)는 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단(54)으로부터 출사된 레이저광(1a)이 도 16에 나타내는 장초점 렌즈(30)와 fθ 렌즈를 통과함으로써, 기판(5) 상에 조사되는 위치를 나타내고 있다.

폴리곤 미러(27)의 회전과 스테이지(4)의 이동에 의해, 멀티 스폿이 기판(5) 상을 도면 (d)에 화살표로 나타낸 바와 같이 주사되도록 각도를 조정한다. 이와 같이 함으로써 스폿 직경의 1/4이 화소 피치로 되고, 얼룩이 없어지고, 또한 기판(5) 상의 임의의 점을 2개의 레이저광(1a)으로 노광하는 것이 된다.

또, 상기의 실시예에서 다면체의 폴리곤 미러로서 6면체를 예로 나타내었지만, 10면체나 12면체로 해도 된다.

예를 들면, 편향각의 범위가 34.4°인 경우, 6면체에서는 광의 이용효율이 29%인 데 대하여, 8면체에서는 38%, 10면체에서는 48%, 12면체에서는 57%가 되어, 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 임의의 노광 개소를 서로 상이한 광원으로부터 출사된 출사광으로 복수 회 노광하기 때문에, 광원으로서 출력이 작은 것을 사용할 수 있다.

또, 광원의 수를 증대시킴으로써, 처리용량을 크게 할 수 있다.

Claims (25)

1. 광원으로부터 출사된 복수의 출사광(出射光)과 가공물을 상대적으로 이동시키고, 상기 출사광에 의해 패턴을 노광하는 패턴 노광 방법에 있어서,

   복수개의 상기 광원을 규칙적인 2차원 배열로 하고, 각각의 상기 광원으로부터 출사된 복수의 출사광을 서로에게 평행한 평행빔으로 한 후,

   상기 평행빔을 빔 직경은 변화시키지 않으면서 상기 평행빔의 주사 방향과 직각인 부(副) 주사 방향으로 축소하고,

   임의의 노광 개소를 서로 상이한 상기 출사광으로 복수 회 노광하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노광 회수를 4회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광원이 반도체레이저인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 반도체레이저를 상기 광원의 각각에 대하여 설치하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 출사광의 발산 각도가 큰 방향을 상기 부 주사 방향으로 하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 주사 방향에 대응하는 상기 반도체레이저의 배열 피치에 대한 상기 노광 개소에서의 빔 배열 피치의 축소비율 rLDP와, 상기 부 주사 방향에 대응하는 상기 반도체레이저의 배열 피치에 대한 상기 노광 개소에서의 빔 배열 피치의 축소비율 rBD는,

   rLDP>rBD

   의 관계를 가지는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
7. 제6항에 있어서,

   단직경과 장직경이 상이한 상기 평행빔을, 상기 노광 개소에서 실질적으로 원이 되도록, 상기 축소비율 rLDP와 축소비율 rBD를 정하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반도체레이저의 파장이 410㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 방법.
9. 광원으로부터 출사된 복수의 출사광과 가공물을 상대적으로 이동시키고, 상기 출사광에 의해 패턴을 노광하는 패턴 노광 장치에 있어서,

   상기 광원을 직교하는 2축 방향으로 배치하는 동시에, 폴리곤 미러(polygon mirror)를 설치하고, 상기 광원의 배열방향의 한쪽을 상기 폴리곤 미러에 의한 주사 방향과 동일한 방향으로 배치하며,

   상기 폴리곤 미러의 주사 방향과 상이한 방향으로 배열하는 상기 광원의 배열 피치를 노광 패턴의 분해능(分解能)과 동등하게 하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 광원의 출사단(出射端) 또는 상기 광원의 2차 광원의 출사단과 노광면을 공역(共役) 관계로 하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
11. 제9항에 있어서,

    셔터 수단을 더 포함하며, 상기 셔터 수단에 의해 상기 출사광이 차단되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    도광성(導光性)의 파이버 및 평면유리를 더 포함하며, 상기 파이버의 입사단 및 출사단 중 하나 이상의 전면(全面)에 상기 평면유리가 배치되고, 상기 파이버의 단부면과 상기 평면유리 사이에 광학접착제가 충전되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 평면유리는 상기 출사광이 투과되는 2면이 평행이 아닌 쐐기형의 평면유리인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
14. 복수의 반도체레이저,

    상기 복수의 반도체레이저로부터 출사된 출사광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터(collimator) 렌즈,

    상기 콜리메이터 렌즈로부터 출사되는 복수의 평행광을 서로에게 평행한 평행빔으로 하는 멀티빔(multi beam) 평행 광학 수단,

    서로 평행한 복수의 평행빔을 그 광축과 직교하는 2방향으로 축소시키는 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템,

    상기 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템에 의해 형성되는 멀티 스폿을 노광하는 기판을 탑재한 스테이지,

    상기 멀티 스폿과 상기 스테이지를 상대적으로 주사시키는 주사 수단, 및

    원하는 노광 묘화 패턴, 상기 반도체레이저의 배열, 및 상기 상대적 주사의 속도에 따라서 상기 복수의 반도체레이저를 온?오프하는 제어회로

    를 포함하고,

    상기 멀티빔 평행 광학 수단은, 상기 평행 빔을 빔 직경은 변화시키지 않으면서 상기 주사 방향과 직각인 부 주사 방향으로 축소시키는 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 빔 직경 불변 빔 피치 축소 수단은 2개의 평면 반사면으로 이루어지고, 상기 2개의 평면 반사면 간격이 상이한 반사면 군으로 구성되는 패턴 노광 장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템에는 편향 수단이 구비되고, 상기 편향 수단 상의 빔은 편향 방향과 직교하는 방향에 관하여, 상기 반도체레이저, 상기 편향 수단, 및 상기 노광 개소 기판은 공역인 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템은 상기 주사 방향에 대해서는 초점 거리 fy의 포지티브의 파워로 이루어지고, 부 주사 방향에 대해서는 초점 거리 fx의 포지티브의 파워로 이루어지고, 하나 이상의 원통형(cylindrical) 렌즈를 포함하는 장초점 렌즈, 및 부 주사 방향으로 포지티브의 파워를 가지는 원통형 렌즈를 포함하는 fθ 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 멀티빔 평행 광학 수단은 평행 빔 광로 내에 배치되는 쐐기형 유리로 이루어지는 빔방향 미세 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
19. 제18항에 있어서,

    상기 빔방향 미세 조정 수단은 평행형 유리를 회전시킴으로써 빔 위치를 미세 조정하는 빔 위치 미세 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
20. 제18항에 있어서,

    상기 쐐기형 유리가 2개의 쐐기형 유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
21. 제14항에 있어서,

    상기 멀티빔 스폿 형성 광학 시스템은, 포지티브의 파워를 가지는 초점 거리 200㎜ 이상의 제1 군, 초점 거리 20㎜ 이하의 제2 군, 및 포지티브의 파워를 가지는 초점 거리 200㎜ 이상의 제3 군으로 이루어지는 한쪽 방향에 관하여 초점 거리 2000㎜ 이상의 포지티브의 파워를 가지고, 상기 한쪽 방향과 직각인 다른 쪽 방향에 관하여 포지티브의 파워를 가지는 원통형 렌즈를 포함하는 장초점 렌즈시스템, 및 상기 다른 쪽 방향으로 포지티브의 파워를 가지는 원통형 렌즈를 포함하는 fθ 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 패턴 노광 장치.
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