(57)【要約】【課題】複数の光ビームのビーム間を微小偏向するビーム露光装置において、複数の光ビームの微小偏向を均一に行う。【解決手段】ビーム露光装置１は、複数の光出射位置２ａから光ビームＬｂを出射する光出射部２と、走査部３と、光ビームＬｂのスポットを被露光面Ｅｘに集光する集光光学系４と、複数の光ビームＬｂのビーム間を露光するように複数の光ビームＬｂを微小偏向する微小偏向部５とを備える。集光光学系４は、光出射部２ａと微小偏向部５との間に配置され、光出射位置２ａに対応するマイクロレンズ４１Ｍを複数備えた第１マイクロレンズアレイ４１と、微小偏向部５と被露光面Ｅｘとの間に配置され、光出射位置２ａに対応するマイクロレンズ４２Ｍを複数備えた第２マイクロレンズアレイ４２を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に所定間隔を空けて配置された複数の光出射位置から光ビームを出射する光出射部と、
複数の光ビームによって露光される被露光面と前記光出射部の一方又は両方を前記一方向と交差する他方向に向けて相対的に移動する走査部と、
前記光出射部が出射する光ビームのスポットを被露光面に集光する集光光学系と、
複数の光ビームのビーム間を露光するように複数の光ビームを微小偏向する微小偏向部とを備え、
前記集光光学系は、
前記光出射部と前記微小偏向部との間に配置され、前記光出射部の光出射位置に対応するマイクロレンズを複数備えた第１マイクロレンズアレイと、
前記微小偏向部と前記被露光面との間に配置され、前記光出射部の光出射位置に対応するマイクロレンズを複数備えた第２マイクロレンズアレイを備えることを特徴とするビーム露光装置。
【請求項２】
前記第１マイクロレンズアレイは、前記複数の光ビームをそれぞれ平行光にして前記微小偏向部に入射し、
前記第２マイクロレンズアレイは、前記複数の光ビームを個別に前記被露光面に集光することを特徴とする請求項１に記載のビーム露光装置。
【請求項３】
前記第１マイクロレンズアレイの後方に前記光出射部の光出射位置の像を形成する投影光学系を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のビーム露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系は拡大投影光学系であることを特徴とする請求項３記載のビーム露光装置。
【請求項５】
前記微小偏向部は、音響光学素子によって構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のビーム露光装置。
【請求項６】
前記第２マイクロレンズアレイの近傍に前記微小偏向部の回折面の像を形成するリレーレンズ系を備えることを特徴とする請求項５に記載のビーム露光装置。
【請求項７】
前記微小偏向部と前記リレーレンズ系との間に、前記回折面の像が前記第２マイクロレンズアレイの光軸に対して垂直になる補正光学要素を配置したことを特徴とする請求項６に記載のビーム露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビーム露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スポット径を微細化したレーザビームなどの光ビームによって２次元平面を露光する方法の一つとして、１本の光ビームをガルバノミラーやポリゴンミラーなどのビーム走査装置で一方向に主走査しながら、被露光面を主走査方向と交差する副走査方向に移動させるビーム走査露光が知られている。このビーム走査露光では、大面積を高密度で露光する場合に、露光処理時間を短縮させようとするとビーム走査装置を高速回転させる必要があり、その際の駆動源やビーム走査装置自身の振動が光学系に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【０００３】
光ビームによる２次元露光の他の方法として、複数の光ビームを出射する光源アレイを一方向に並べて配置し、その配列方向と交差する方向に被露光面を移動させるマルチビーム露光が知られている。このマルチビーム露光では、複数光源の配置間隔を狭めることにも限界があるので、光ビーム間の露光を行うために光源アレイをその配列方向に沿ってシフトさせる繰り返し露光が必要になり、その際の光源アレイのシフトに高い位置精度が必要になる。
【０００４】
これに対して、前述したマルチビーム露光で、光源アレイ自体は固定したまま、複数の光ビームを光ビーム間の露光を行うように微少偏向するものが知られている（下記特許文献１参照）。この従来技術は、一方向に所定間隔を空けて配置され複数の光ビームを出射する光源部と、複数の光ビームによって露光される被露光面を走査する走査部と、光源部から出射される光ビームを被露光面に結像する結像光学系と、複数の光ビームのビーム間を露光するように複数の光ビームを一括で微小偏向する微小偏向部とを備えている。ここでの微小偏向部としては音響光学素子や電気光学素子などが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３０５４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した微小偏向部を備えたマルチビーム露光装置は、光源を固定させて光ビームのみを微小偏向させるので、駆動源の振動による悪影響や光源をシフトする際の位置精度の問題を回避することができ、また、光ビームの数を増やして光ビーム間の間隔を狭めることで、光ビームの微小偏向距離を短くすることができるので、その分、微小偏向による走査の速度を上げることができ、大面積で高密度の露光に対しても露光処理時間の短縮が可能になる。
【０００７】
しかしながら、従来のマルチビーム露光装置は、光源の光出射位置を被露光面に結像する光学系を備えており、一方向に所定間隔を空けて配置される複数の光ビームを大径のコリメートレンズで集光して微小偏向部を通して結像レンズに導いている。このため、微小偏向部として音響光学素子や電気光学素子を用いる場合には、大径のコリメートレンズの周辺部分を通過する光ビームと中心部分を通過する光ビームでは微小偏向部に入射する際の入射角に違いが生じてしまい、偏向特性に入射角依存性がある微小偏向部においては複数の光ビームを均一に微小偏向させることができない問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、音響光学素子や電気光学素子などの微小偏向部を用いて複数の光ビームのビーム間を微小偏向するビーム露光装置において、複数の光ビームの微小偏向を均一に行うことで、精度の高いビーム露光を可能にすること、等が本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明によるビーム露光装置は、明細書に記載された幾つかの発明のうち以下の構成を具備するものである。
一方向に所定間隔を空けて配置された複数の光出射位置から光ビームを出射する光出射部と、複数の光ビームによって露光される被露光面と前記光出射部の一方又は両方を前記一方向と交差する他方向に向けて相対的に移動する走査部と、前記光出射部が出射する光ビームのスポットを被露光面に集光する集光光学系と、複数の光ビームのビーム間を露光するように複数の光ビームを微小偏向する微小偏向部とを備え、前記集光光学系は、前記光出射部と前記微小偏向部との間に配置され、前記光出射部の光出射位置に対応するマイクロレンズを複数備えた第１マイクロレンズアレイと、前記微小偏向部と前記被露光面との間に配置され、前記光出射部の光出射位置に対応するマイクロレンズを複数備えた第２マイクロレンズアレイを備えることを特徴とするビーム露光装置。
【発明の効果】
【００１０】
このようなビーム露光装置によると、光出射部が出射する光ビームのスポットを被露光面に集光する集光光学系が、光出射部の光出射位置に対応するマイクロレンズを複数備えた第１マイクロレンズアレイと第２マイクロレンズアレイを備えており、第１マイクロレンズアレイと第２マイクロレンズアレイの間に微小偏向部を設けているので、微小偏向部に入射する複数の光ビームの入射角度を均一化することができる。これによって、偏向特性に入射角依存性がある微小偏向部を用いる場合にも複数の光ビームを均一に微小偏向させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るビーム露光装置の全体構成を示した説明図（（ａ）が側面視の説明図であり、（ｂ）が平面視の説明図）である。
【図２】本発明の一実施形態に係るビーム露光装置における集光光学系の構成例を示した説明図（（ａ）が光出射部から微小偏向部の手前までの光学系、（ｂ）が微小偏向部から被露光面までの光学系）である。
【図３】本発明の一実施形態に係るビーム露光装置の集光光学系におけるリレーレンズ系の構成例を示した説明図（（ａ）がＹ方向からみた図であり、（ｂ）がＸ方向からみた図）である。
【図４】本発明の一実施形態に係るビーム露光装置における微小偏向部の具体的な構成例を示した説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係るビーム露光装置における集光光学系の具体例を示した説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係るビーム露光装置における集光光学系の具体例を示した説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係るビーム露光装置における集光光学系の具体例を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係るビーム露光装置の全体構成を示した説明図（（ａ）が側面視の説明図であり、（ｂ）が平面視の説明図）である。ビーム露光装置１は、光出射部２、走査部３、集光光学系４、微小偏向部５を備えている。
【００１３】
光出射部２は、一方向（図示の例ではＸ方向）に所定間隔を空けて配置された複数の光出射位置２ａから光ビームＬｂを出射するものであり、ＬＤアレイなどの光源や光ファイバアレイ，マイクロミラーアレイなどによって構成することができる。
【００１４】
走査部３は、複数の光ビームＬｂによって露光される被露光面Ｅｘと光出射部２の一方又は両方を、光出射位置２ａの配列方向（図示の例ではＸ方向）と交差する他方向（図示の例ではＹ方向）に向けて相対的に移動するものである。図示の例では、被露光面Ｅｘを有する基板１０を支持する基板支持部１１を移動させる基板移動ステージによって走査部３が構成されているが、これに限らず、光出射部２を移動させる光出射部移動ステージによって走査部を構成することもできる。
【００１５】
集光光学系４は、光出射部２が出射する光ビームＬｂのスポットＬｓを被露光面Ｅｘに集光するものである。集光光学系４は、例えば、光出射部２の光出射位置２ａの像を被露光面Ｅｘ上に結像する結像光学系を含んでいる。
【００１６】
微小偏向部５は、複数の光ビームＬｂのビーム間を露光するように複数の光ビームＬｂを微小偏向（矢印Ｐ参照）するものである。微小偏向部５は音響光学素子や電気光学素子などによって構成することができる。微小偏向部５は、複数の光ビームＬｂを例えば図示Ｘ方向に微小偏向することで、被露光面Ｅｘの複数の光ビームＬｂ間を補間する走査露光を行う。
【００１７】
このようなビーム露光装置１は、例えば、固定した光出射部２に対して被露光面Ｅｘを矢印Ｓ方向（Ｙ方向）に移動（走査）することで被露光面Ｅｘ上を平面的に露光するものであり、被露光面Ｅｘの移動方向（矢印Ｓ方向）に交差する方向の光ビームＬｂの走査を複数の光ビームＬｂ間の微小偏向（矢印Ｐ参照）によって実行することで、露光処理時間の短縮化が可能になる。
【００１８】
図２は、ビーム露光装置における集光光学系の構成例を示した説明図である（（ａ）が光出射部から微小偏向部の手前までの光学系、（ｂ）が微小偏向部から被露光面までの光学系）。（ａ）に示すように、光出射部２と微小偏向部５との間には、第１マイクロレンズアレイ４１が配置されている。第１マイクロレンズアレイ４１は、光出射部２の光出射位置２ａに対応するマイクロレンズ４１Ｍを備えており、光出射部２における複数の光出射位置２ａと複数のマイクロレンズ４１Ｍとは一対一に対応するように構成されている。
【００１９】
（ｂ）に示すように、微小偏向部５と被露光面Ｅｘとの間には、第２マイクロレンズアレイ４２が配置されている。第２マイクロレンズアレイ４２は、光出射部２の光出射位置２ａに対応するマイクロレンズ４２Ｍを備えており、複数の光ビームＬｂを個別に被露光面Ｅｘに集光するものである。ここでは、光出射部２における複数の光出射位置２ａと複数のマイクロレンズ４２Ｍとは一対一に対応するように構成されている。
【００２０】
また図示の（ａ）に示す例は、光出射部２と微小偏向部５との間に、第１マイクロレンズアレイ４１の後方に光出射位置２ａの像２ｆを形成する投影光学系４３を備えている。投影光学系４３は光出射位置２ａの像２ｆを拡大して形成する拡大投影光学系であっても、光出射位置２ａの像２ｆを縮小して形成する縮小投影光学系であっても、等倍投影光学系であってもよい。図２（ａ）に示した例は、第１マイクロレンズアレイ４１におけるマイクロレンズ４１Ｍの間隔を光出射位置２ａの間隔に対して大きくしており、投影光学系４３として拡大投影光学系を採用している。
【００２１】
また図示の（ｂ）に示す例は、微小偏向部５と被露光面Ｅｘの間に、リレーレンズ系４４を備えている。このリレーレンズ系４４は、第２マイクロレンズアレイ４２の近傍に微小偏向部（音響光学素子）５の回折面Ｄの像Ｄｆを形成する結像光学系を含んでいる。
【００２２】
このような集光光学系４と微小偏向部５を備えたビーム露光装置１は、光出射部２の光出射位置２ａに対応するマイクロレンズ４１Ｍ，４２Ｍを複数備えた第１マイクロレンズアレイ４１と第２マイクロレンズアレイ４２を備えており、第１マイクロレンズアレイ４１と第２マイクロレンズアレイ４２の間に例えば音響光学素子からなる微小偏向部５を設けているので、微小偏向部５に入射する複数の光ビームＬｂの入射角度を均一化することができる。これによって、偏向特性に入射角依存性がある微小偏向部５用いた場合にも複数の光ビームＬｂを均一に微小偏向させることができる。
【００２３】
また集光光学系４は、第１マイクロレンズアレイ４１の後方に光出射位置２ａの像２ｆを形成する投影光学系４３を備えるので、光出射部２の光出射位置２ａのピッチとマイクロレンズ４１Ｍのピッチが異なる場合にも、投影光学系４３の倍率を拡大又は縮小することで両ピッチを精度良く合わせることが可能になる。これによって第１マイクロレンズアレイ４１を製造する際の寸法上の縛りを緩和することができる。
【００２４】
第１マイクロレンズアレイ４１は、例えば、ここから出射する光を平行光にして微小偏向部５に入射させるコリメートレンズであることが好ましい。複数の光ビームＬｂを平行光にして微小偏向部５に入射することで、微小偏向部５の偏向機能を均一化することができ、露光位置の歪みなどを解消することができる。この際、マイクロレンズ４１Ｍの焦点位置に光出射位置２ａの像２ｆを形成することでマイクロレンズ４１Ｍから平行光を出射させることができ、前述した投影光学系４３を用いることで、精度良く像２ｆの位置をマイクロレンズ４１Ｍの焦点位置に合わせることができる。
【００２５】
また集光光学系４は、第２マイクロレンズアレイ４２の近傍に例えば音響光学素子からなる微小偏向部５の回折面Ｄの像Ｄｆを形成するリレーレンズ系４４を備えるので、微小偏向部５の偏向角が大きい場合であっても、像Ｄｆの位置を各マイクロレンズ４２Ｍに近づけることで、偏向された光を効率よくマイクロレンズ４２Ｍ内に取り込むことができる。これによって光出射位置２ａから出射した光ビームＬｂを少ないロスで被露光面Ｅｘ上に集光させることができる。
【００２６】
図３は、集光光学系におけるリレーレンズ系の構成例を示した説明図（（ａ）がＹ方向からみた図であり、（ｂ）がＸ方向からみた図）である。ここでは、焦点距離が異なる２つのレンズ４４ａ，４４ｂの間に直交する方向でレンズの曲率が異なるアフォーカルレンズ系４４ｃを挿入したアナモフィック・リレーレンズを用いている。ここに示したリレーレンズ系４４全体の倍率は、個々のレンズの焦点距離（レンズ面の曲率）によって適宜設定可能である。図示の例では、リレーレンズ系４４を単レンズ４枚で構成しているが、それ以上の多数のレンズからなる光学系にすることも可能である。図示の例のようにアフォーカルレンズ系４４ｃを挿入することで、光ビームＬｂの走査方向（図示Ｘ方向）とそれと直交する方向（図示Ｙ方向）のスポット位置を独立して調整することが可能になる。ここに示したようなアナモフィックレンズ系は前述した投影光学系４３においても採用することができる。
【００２７】
図４は、微小偏向部の具体的な構成例を示した説明図である。図示の例は、音響光学素子である微小偏向部５の光出射面５Ｂを光入射面５Ａに対して傾斜させたプリズム構造にすることで、微小偏向部５への入射光Ｌ１と出射光（一次回折光）Ｌ２が平行になるようにしている。このような微小偏向部５の構成にすることで、リレーレンズ系４４の光軸を入射光Ｌ１に対して傾斜させる必要が無くなり、装置全体の組み立てや調整を簡単に行うことができる。
【００２８】
図５は、本発明の実施形態に係るビーム露光装置における集光光学系の具体例を示した説明図である。前述した説明と共通する部位は同一符号を付して重複説明を省略する。図示の例では、光出射部２の前段に投影光学系４３と第１マイクロレンズアレイ４１を配置して、第１マイクロレンズアレイ４１を透過した光ビームＬｂを微小偏向部５に入射している。また、微小偏向部５の前段にリレーレンズ系４４と第２マイクロレンズアレイ４２を配置して、第２マイクロレンズアレイ４２で集光したビームスポットＬｓを被露光面Ｅｘ上に形成している。
【００２９】
ここで投影光学系４３は、絞り４３ｓと投影レンズ４３ａによって構成されており、光出射部２の各光出射位置２ａの像２ｆを第１マイクロレンズアレイ４１における各マイクロレンズ４１Ｍの焦点位置に形成している。マイクロレンズ４１Ｍはコリメートレンズであって、そこから出射される平行光を微小偏向部５に入射している。
【００３０】
リレーレンズ系４４は、レンズ４４ａ，４４ｂとその間に挿入される絞り４４ｓによって構成させており、音響光学素子である微小偏向部５の回折面Ｄの像Ｄｆを第２マイクロレンズアレイ４２の近傍に形成している。図において、微小偏向部５を透過した光は実線で示しており、リレーレンズ系４４の共役関係を破線で示している。微小偏向部５の回折面Ｄ上の１点を通過して異なる角度に出射する光は第２マイクロレンズアレイ４２の近傍に形成される像Ｄｆ上で一点に交わり、そこからまた異なる角度でマイクロレンズ４２Ｍに入射する。
【００３１】
図６は、図５に示した例の改良例を示している。前述した説明と共通する部位は同一符号を付して重複説明を一部省略する。図５に示した例は、微小偏向部５として音響光学素子が用いられており、回折面Ｄの像Ｄｆが第２マイクロレンズアレイ４２の光軸４２ｘに対して傾斜した状態になることが起こりうる。このように回折面Ｄの像Ｄｆが第２マイクロレンズアレイ４２の光軸４２ｘに対して傾斜した場合には、像Ｄｆ上に形成される光ビームの偏向支点と第２マイクロレンズ４２Ｍとの距離が個々の第２マイクロレンズ４２Ｍ毎に異なることになり、ビーム偏向の振れ幅が大きい場合にはビームの一部が第２マイクロレンズ４２Ｍに入らない状況が生じたり、第２マイクロレンズ４２Ｍ通過後のビームの角度が個々の第２マイクロレンズ４２Ｍ毎に異なるという状況が起こりうる。
【００３２】
これに対して、図６に示した改良例は、微小偏向部５とリレーレンズ系４４との間に、回折面Ｄの像Ｄｆｅが第２マイクロレンズアレイ４２の光軸４２ｘに対して垂直になる補正光学要素６を配置している。この補正光学要素６は、第２マイクロレンズアレイ４２の配列方向に対して傾斜した光出射面を有するプリズムによって構成することができる。このような補正光学要素６を配備することで、偏向ビームをロス無く第２マイクロレンズ４２Ｍに入射させることができ、また、ビームスポットＬｓを均一化することができる。
【００３３】
図７は、本発明の実施形態に係るビーム露光装置における集光光学系の具体例を示した説明図である。前述した説明と共通する部位は同一符号を付して重複説明を省略する。図示の例は、微小偏向部５として電気光学素子を用いている。微小偏向部５として電気光学素子を用いる場合には、印加電圧ゼロ（振れ角ゼロ）を中心にビーム偏向を行うことができ、ビームの振れ角が微小であるので、前述した補正光学要素６を用いること無く、効率的に偏向ビームを第２マイクロレンズ４２Ｍに入射することができる。
【００３４】
以上説明した本発明の実施形態に係るビーム露光装置１は、複数の光ビームＬｂとその光ビームＬｂ間を露光する微小偏向によって、露光処理時間の短縮化が可能であり、その際の微小偏向を音響光学素子を用いて均一に行うことができるので、精度の高い２次元露光を行うことが可能になる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１：ビーム露光装置，２：光出射部，
２ａ：光出射位置，２ｆ：（光出射位置の）像，
３：走査部，４：集光光学系，
４１：第１マイクロレンズアレイ，４１Ｍ：マイクロレンズ，
４２：第２マイクロレンズアレイ，４２Ｍ：マイクロレンズ，
４３：投影光学系，４３ａ：投影レンズ，４３ｓ：絞り，
４４：リレーレンズ系，４４ａ，４４ｂ：レンズ，
４４ｃ：アフォーカルレンズ系，４４ｓ：絞り，４４ｘ：光軸，
５：微小偏向部，Ｄ：回折面，Ｄｆ，Ｄｆｅ：（回折面の）像，
６：補正光学要素，
１０：基板，１１：基板支持部，
Ｌｂ：光ビーム，Ｌｓ：スポット，Ｅｘ：被露光面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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