(57)【要約】【課題】精度良く配列された多数の光ビームを走査することにより、パターンを高速に描画する技術を提供する。【解決手段】パターン描画装置の描画ヘッド１５は、複数の半導体レーザを有するＬＤボード２０、ファイバカップリング部２１、光ファイバ２２、複数の導波路を有する導波路アレイ２３、ミラー２４および２８、光学ユニット２５，２７および２９、並びに、ポリゴンミラー２６を有する。パターン描画装置では、ＬＤボード２０にて生成された多数の光ビームを、導波路アレイ２３によりピッチを縮小して直線状に精度良く配列し、ポリゴンミラー２６により走査する。これにより、装置の小型化を実現しつつ基板９上に高精細なパターンを高速に描画することができる。【選択図】        図２
2004354659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調される複数の光ビームを対象物に照射してパターンを描画するパターン描画装置であって、
変調される複数の光ビームを生成する光源部と、
前記光源部からの複数の光ビームが直線状に配列された複数の導入口からそれぞれ入力され、前記複数の導入口の間隔のうち最も小さいものよりも小さいピッチにて直線状に配列された複数の出射口から複数の光ビームをそれぞれ出力する導波路アレイと、
前記導波路アレイからの複数の光ビームが照射される対象物を支持する支持部と、
前記導波路アレイからの複数の光ビームを対象物に対して走査する走査機構と、
を備えることを特徴とするパターン描画装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパターン描画装置であって、
前記光源部が、複数の半導体レーザを有することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパターン描画装置であって、
前記光源部からの複数の光ビームを前記複数の導入口へとそれぞれ導く複数の光ファイバをさらに備えることを特徴とするパターン描画装置。
【請求項４】
請求項３に記載のパターン描画装置であって、
前記複数の光ファイバのそれぞれにおいて、光ビームの入射側から出射側に向かってコアの直径が漸次減少することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン描画装置であって、
前記走査機構が、前記導波路アレイからの複数の光ビームを一括して偏向するポリゴンミラーを有することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン描画装置であって、
それぞれが前記複数の出射口に近接する複数の開口を有するアパーチャ板をさらに備えることを特徴とするパターン描画装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に光を照射することによりパターンを描画する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、個別に変調される複数の光ビームを基板に対して走査することによりパターンを直接描画する技術が様々な分野で利用されている。例えば、特許文献１では、レーザ光を分割して１列に配列された複数の光ビームを個別に変調し、ポリゴンミラーにより走査して描画時間を短縮する技術が開示されている。また、特許文献２では、２列に配列された光ファイバアレイからの複数の光ビームを走査することにより、画像の記録時間を短縮する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３５９９４号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６９１１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載された描画装置では、１６本の光ビームを１列に配列して走査することにより描画速度を向上させているが、さらに描画時間を短縮しようとすると、光ビームの本数を増加する必要があり、この場合、光源部が大型化するのみならず、光ビーム全体の横幅が広がってポリゴンミラーやレンズ等も大型化するため、描画装置の製作コストが増大してしまう。
【０００５】
また、特許文献２に記載された描画装置では、１列あたり３２本の光ファイバを上下２列に配列した光ファイバアレイからの光ビームを走査することにより描画速度を向上させているが、さらに描画時間を短縮するためには、光ファイバの本数を増加する必要がある。しかしながら、列毎の光ビームのピッチは光ファイバの外径よりも小さくすることが不可能であるため、特許文献１の場合と同様に光ビームの数を大幅に増やすには描画装置の光学系の大型化および描画装置の製作コストの増大を避けることができない。
【０００６】
さらに、光ファイバでは、断面の中心とコアの中心とが完全には一致しない場合があり、光ファイバ自体を精度良く配列したとしても光ビームの配列精度に限界が生じる。また、光ビームの出射方向を調整することが難しいという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、精度良く配列された多数の光ビームを走査することにより、高精細なパターンを高速に描画することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、変調される複数の光ビームを対象物に照射してパターンを描画するパターン描画装置であって、変調される複数の光ビームを生成する光源部と、前記光源部からの複数の光ビームが直線状に配列された複数の導入口からそれぞれ入力され、前記複数の導入口の間隔のうち最も小さいものよりも小さいピッチにて直線状に配列された複数の出射口から複数の光ビームをそれぞれ出力する導波路アレイと、前記導波路アレイからの複数の光ビームが照射される対象物を支持する支持部と、前記導波路アレイからの複数の光ビームを対象物に対して走査する走査機構とを備える。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン描画装置であって、前記光源部が、複数の半導体レーザを有する。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のパターン描画装置であって、前記光源部からの複数の光ビームを前記複数の導入口へとそれぞれ導く複数の光ファイバをさらに備える。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のパターン描画装置であって、前記複数の光ファイバのそれぞれにおいて、光ビームの入射側から出射側に向かってコアの直径が漸次減少する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のパターン描画装置であって、前記走査機構が、前記導波路アレイからの複数の光ビームを一括して偏向するポリゴンミラーを有する。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のパターン描画装置であって、それぞれが前記複数の出射口に近接する複数の開口を有するアパーチャ板をさらに備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一の実施の形態に係るパターン描画装置１を示す斜視図である。パターン描画装置１は、変調される複数の光ビームを半導体基板（以下、「基板」という。）９に照射して基板９上のレジスト膜にパターンを描画する装置であり、基板９を収納するカセット９１が載置されるカセット台１１、カセット９１から基板９を取り出して搬送する搬送ロボット１２、プリアライメントを行うプリアライメント部１３、描画時に基板９を支持するステージ１４、および、基板９に複数の光ビームを照射する描画ヘッド１５を備える。
【００１５】
ステージ１４はステージ移動機構１４１により図１中のＹ方向（光ビームの副走査方向に対応する。）へと移動し、描画ヘッド１５はヘッド移動機構１５１によりＸ方向（光ビームの主走査方向に対応する。）へと移動する。パターン描画装置１の各構成の動作は電装ラック１６内の制御部により制御される。
【００１６】
パターンの描画が行われる際には、まず、パターン描画装置１にカセット９１が搬入されてカセット台１１上に配置され、搬送ロボット１２によりカセット９１から基板９が１枚取り出されてプリアライメント部１３へと搬送される。プリアライメント部１３ではプリアライメントにより基板９のおよその位置決めが行われ、搬送ロボット１２により基板９がステージ１４に載置される。
【００１７】
その後、ステージ移動機構１４１およびヘッド移動機構１５１により基板９上の各アライメントマークが順番に描画ヘッド１５の下方に位置し、カメラ１５ａにより撮像が行われる。カメラ１５ａからの画像のデータは電装ラック１６内の画像処理回路（図示省略）により処理され、アライメントマークのステージ１４上の位置が正確に求められる。ステージ１４には基板９をＺ方向を向く軸を中心にわずかに回転させる回転機構が設けられており、基板９が描画に適した向きとなるように回転機構によるアライメント（位置合わせ）が行われた後、描画ヘッド１５による基板９への光ビームの照射が行われる。
【００１８】
図２は、描画ヘッド１５の内部構成を示す平面図であり、図３は、内部構成を（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向を向いてみた様子を示す正面図である。
【００１９】
描画ヘッド１５は、複数の半導体レーザを有するボード（以下、「ＬＤボード」という。）２０、ファイバカップリング部２１、多数の光ファイバ２２、複数の導波路が配列形成された導波路アレイ２３、ミラー２４および２８、光学ユニット２５，２７および２９、並びに、ポリゴンミラー２６を有する。なお、図示の便宜上、以下の説明にて参照される図面では、光ファイバ２２や導波路等の個数を実際よりも少なく描いている。
【００２０】
光源部であるＬＤボード２０には、波長４００ｎｍ近傍の光ビームを出射する５００個の青色半導体レーザが、図２中に示すＸおよびＺ方向に２次元に密集して配列される。ポリゴンミラー２６はモータ２６１（図３参照）のＸＹ面に垂直な回転軸に接続され、図２中に示す矢印２６２の方向に回転される。
【００２１】
図４は、ＬＤボード２０、ファイバカップリング部２１、光ファイバ２２および導波路アレイ２３を示す斜視図である。複数の光ファイバ２２のＬＤボード２０側の端部はファイバカップリング部２１を介してＬＤボード２０の複数の半導体レーザにそれぞれ光学的に接続され、反対側の端部は導波路アレイ２３の複数の導波路にそれぞれ接続される。描画ヘッド１５では、光ファイバ２２を利用することにより、複数の半導体レーザからの光が導波路アレイ２３へと容易に導かれるようになっている。
【００２２】
基板９にパターンが描画される際には、ＬＤボード２０に配列される複数の半導体レーザのＯＮ／ＯＦＦが制御されて個別に変調される複数の光ビームが生成され、複数の光ファイバ２２にそれぞれ入射する。以下、光ファイバ２２において、光ビームが入射する側を「入射側」、その反対側を「出射側」という。
【００２３】
図５は、１つの光ファイバ２２を拡大して示す図である。光ファイバ２２は、入射側から出射側に向かって直径が漸次減少するファイバコア２２１がクラッド２２２で覆われる構造となっている。入射側の端部はカップリング部２１の固定板２１１に固定され、ＬＤボード２０の１つの半導体レーザ２０１からの光ビームが非球面レンズ２１２を介してファイバコア２２１の端面に入射する。出射側の端部は、ブラケット２２５により導波路アレイ２３に固定され、ファイバコア２２１と導波路アレイ２３の１つの導波路２３３の入力側の端面（以下、「導入口」という。）２３４とが正確に光学的に接続される。
【００２４】
図６は、導波路アレイ２３の入力側の端面を示す図である。導波路アレイ２３は、下部クラッド層２３１、上部クラッド層２３２および複数の導波路（「導波路コア」とも呼ばれる。）２３３を有する。導波路２３３は、シリコン（Ｓｉ）上に形成された下部クラッド層２３１上に導波路層を成膜し、フォトリソグラフィ法により精度よく形成される。複数の導入口２３４は直線状に配列され、そのピッチ（すなわち、隣接する導入口２３４の間の距離）は一定とされる。導波路２３３は紫外線を透過する特性を有する石英を主成分として形成され、青色半導体レーザからの短波長の光ビームを低損失で効率よく伝播することが可能とされる。
【００２５】
図７は、導波路アレイ２３の複数の導波路２３３を示す平面図である。図７中の（−Ｙ）側が導波路アレイ２３に光ビームが入射される入力側であり、（＋Ｙ）側が光ビームが出射される出力側である。導波路アレイ２３はいわゆるピッチ変換型となっており、複数の導波路２３３は入力側から出力側に向かって互いに漸次接近するように形成される。光ファイバ２２により導波路アレイ２３へと導かれる複数の光ビームは、一定ピッチにて直線状に配列された複数の導入口２３４にそれぞれ入力され、複数の導波路２３３を伝播して出力側へと向かう。
【００２６】
図８は、導波路アレイ２３の出力側の端面を示す図である。複数の導波路２３３の出力側の端面（以下、「出射口」という。）２３５は、導入口２３４のピッチよりも小さい一定のピッチにて、下部クラッド層２３１上に直線状に配列される。これにより、導波路アレイ２３に入力される複数の光ビームは、入力時よりも小さい一定のピッチにて直線状に配列される複数の光ビームとなって導波路アレイ２３から出力される。
【００２７】
なお、本実施の形態では、光ファイバ２２および導波路２３３の数は半導体レーザ２０１と同数（５００個）とされ、導波路アレイ２３の導入口２３４のピッチは、対応する光ファイバ２２と導入口２３４とを容易に接続（例えば、融着）できるように１２５μｍとされ、両端に位置する導入口２３４の間の距離は約６２ｍｍとされる。また、出射口２３５の幅は数μｍ、ピッチは１０μｍとされ、両端に位置する出射口２３５の間の距離（すなわち、導波路アレイ２３から出力される５００本の光ビーム全体の横幅）は約５ｍｍとされる。
【００２８】
導波路アレイ２３の出射口２３５から出力される複数の光ビームは、図２中のミラー２４により反射され、各種レンズを有する光学ユニット２５により調整されてポリゴンミラー２６へと導かれる。そして、回転するポリゴンミラー２６の反射面により一括して反射されて偏向される。反射後の光ビームは、各種レンズを有する光学ユニット２７を経由してミラー２８により反射されて図３中の（−Ｚ）方向へと向かい、基板９側においてテレセントリックな光学ユニット２９を介して基板９に照射される。基板９上における光ビームの照射位置（すなわち、ビームスポットの位置）のピッチは、縮小光学系により１μｍとされる。
【００２９】
このとき、ポリゴンミラー２６による偏向により、複数の光ビームが基板９に対して主走査方向（Ｘ方向）に一括して走査される。同時にステージ移動機構１４１により、基板９が描画ヘッド１５に対して副走査方向（Ｙ方向）に移動され、基板９に対するパターンの描画が実現される。その後、副走査が必要な回数繰り返され、基板９全体に描画が行われる。
【００３０】
以上のように、パターン描画装置１では、複数の光ビームのピッチが導波路アレイ２３により縮小されるため、入力される光ビームの数が非常に多い場合であっても出力される光ビーム全体の配列幅を小さく抑えることができる。これにより、導波路アレイ２３からの複数の光ビームを基板９に照射し、その照射位置を基板９に対して走査する各構成（すなわち、ミラー２４および２８、光学ユニット２５，２７および２９、並びに、ポリゴンミラー２６）の小型化（光ビームの本数に対する相対的な小型化）が実現され、パターン描画装置１の小型化および製作コストの削減が可能となる。特に、大型の光学部品であるポリゴンミラーの小型化により、描画ヘッド１５の小型化が実現される。
【００３１】
加えて、導波路アレイ２３による複数の光ビームのピッチの縮小により、導波路アレイ２３から基板９までの縮小光学系の縮小率が小さくて済み、光学ユニット２５，２７および２９の設計上の簡素化も実現される。
【００３２】
さらに、パターン描画装置１は従来の装置よりも多数の光ビームを一度に走査することができるため、高精細なパターンを高速に描画することができる。
【００３３】
また、パターン描画装置１の描画ヘッド１５では、半導体レーザが光源に用いられることから、光ビームの数に対して光源部の小型化が実現される。特に、半導体レーザを２次元配置することにより、１次元配置する場合に比べて大幅に小型化が実現される。
【００３４】
半導体レーザからの変調される多数の光ビームを導波路アレイ２３に導く光ファイバ２２は、入射側のファイバコア２２１の直径が比較的大きいため（例えば、直径１０μｍとされる。）、ＬＤボード２０からの光ビームを容易に入射することができ、出射側のファイバコア２２１の直径が小さいため（例えば、直径２μｍないし３μｍとされる。）、主軸方向の安定した光ビームを出射することができ、導波路２３３に的確に入射することができる。
【００３５】
導波路アレイ２３では、導波路２３３がフォトリソグラフィ法により精度良く形成されるため、ファイバコア２２１の偏心（すなわち、光ファイバ２２の端面の中心とファイバコア２２１の端面の中心とのずれ）による入力時の光ビームの配列のばらつきを補正して、直線状に精度良く配列された複数の光ビームを出射口２３５から出力することができる。また、導波路２３３を用いることにより出力される光ビームの主軸の方向を精度良く定めることができる。さらに、出射される光ビームのビームプロファイル（すなわち、ビームの断面内の光強度分布）、並びに、複数の光ビームの光強度および断面形状を均一化することができる。その結果、直線状に精度良く配列される多数の微細なビームスポットを基板９に対して走査することにより、高精細なパターンを高速で描画することができる。
【００３６】
図９は、導波路アレイ２３の出力側の他の例を拡大して示す図であり、アパーチャ板２３６が導波路アレイ２３の出力側に近接して設けらた様子を示している。アパーチャ板２３６は、それぞれが複数の出射口２３５に近接する複数の円形の開口２３７を有し、複数の開口２３７は複数の出射口２３５にそれぞれ対応して一定ピッチにて精度良く配列形成される。
【００３７】
アパーチャ板２３６により、開口２３７を通過する光ビームのビームプロファイルの均一性が一層向上され、また、基板９上に照射される光ビームの断面を所望の大きさの円形とすることができる。その結果、図１０に示すように、直線状に配列された複数の円形のビームスポット９０が基板９上に形成され、ポリゴンミラー２６（図２参照）の回転により、複数のビームスポット９０が図１０中に示す矢印９０１の方向（すなわち、主走査方向）へと走査される。これにより、容易に描画精度を向上することが実現される。なお、アパーチャ板２３６の開口形状は円形に限定されず、レジスト膜等の感光材料の特性に合わせて、例えば、楕円や矩形等とされてもよい。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００３９】
例えば、光源部は必ずしも複数の半導体レーザを配列したＬＤボード２０に限定されるわけではなく、複数のガスレーザや発光ダイオード等を配列して構成されてもよい。また、複数の光ビームは、光源からの１本または複数本の光ビームをビームエキスパンダにより拡大し、ビームスプリッタにより分割して生成されてもよく、この場合、例えば、光ビームの変調は音響光学変調素子により行われる。
【００４０】
導波路アレイ２３では、出射口２３５のピッチが一定であれば導入口２３４のピッチは必ずしも一定である必要はない。複数の導入口２３４の間隔のうち最も小さいものよりも小さい一定のピッチにて直線状に配列された複数の出射口２３５から光ビームが出力されることにより、ピッチの縮小という目的が達成される。
【００４１】
また、導波路アレイ２３の導波路２３３は石英を主成分とするものには限定されず、フッ化ポリイミド等のポリマ、化合物半導体等により形成されたものでもよい。すなわち、屈折率の高い導波路コアを屈折率の低いクラッド層で包み込むことにより、導入口２３４から入力される光ビームが伝播して出射口２３５から出力する導波路アレイ２３であれば様々なものが利用可能である。また、導波路２３３は精度および製造の容易さの観点からフォトグラフィ法により形成されることが好ましいが、他の手法により精度良く形成されてもよい。
【００４２】
導波路アレイ２３からの複数の光ビームを基板９に対して走査する走査機構はポリゴンミラー２６に限定されるわけではなく、例えば、ガルバノミラーや音響光学偏向素子が用いられてもよい。
【００４３】
パターン描画装置１では、５００本の光ビームが導波路アレイ２３に入力されて１０μｍのピッチにて出力されるが、光ビームの本数やピッチは装置の仕様に合わせて適宜変更される。なお、導波路アレイを利用して光ビームの密度を高めるという特徴を考慮した場合、幅が５ないし１５μｍの出射口２３５が１０ないし２０μｍのピッチにて導波路アレイ２３に１００個以上設けられることが好ましい。
【００４４】
また、パターン描画装置１によってパターンが描画される基板は半導体基板に限定されず、プラズマ表示装置、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、フォトマスクに用いられるガラス基板、プリント基板等の微細パターンが形成される基板であってもよい。さらには、感光材料が付与された画像記録用の基板（例えば、版材）であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
本発明では、パターン描画装置の小型化を実現するとともに高精細なパターンを高速に描画することができる。
【００４６】
請求項２の発明では、光源部を小型化することができる。
【００４７】
請求項３の発明では、複数の光ビームを導波路の導入口に容易に導くことができ、請求項４の発明では、複数の光ビームを導入口に正確に導くことができる。
【００４８】
請求項５の発明では、ポリゴンミラーを小型化することができ、請求項６の発明では、光ビームのビームプロファイルの均一性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一の実施の形態に係るパターン描画装置を示す図である。
【図２】描画ヘッドの内部構成を示す平面図である。
【図３】描画ヘッドの内部構成を示す正面図である。
【図４】ＬＤボード、ファイバカップリング部、光ファイバおよび導波路アレイを示す図である。
【図５】光ファイバを拡大して示す図である。
【図６】導波路アレイの入力側の端面を示す図である。
【図７】導波路アレイの複数の導波路を示す平面図である。
【図８】導波路アレイの出力側の端面を示す図である。
【図９】アパーチャ板を示す図である。
【図１０】基板上のビームスポットを示す図である。
【符号の説明】
１  パターン描画装置
９  基板
１４  ステージ
１５  描画ヘッド
２０  ＬＤボード
２２  光ファイバ
２３  導波路アレイ
２６  ポリゴンミラー
９０  ビームスポット
１４１  ステージ移動機構
１５１  ヘッド移動機構
２２１  ファイバコア
２３３  導波路
２３４  導入口
２３５  出射口
２３６  アパーチャ板
２３７  開口
【図１】
2004354659.tif 000003
【図２】
2004354659.tif 000004
【図３】
2004354659.tif 000005
【図４】
2004354659.tif 000006
【図５】
2004354659.tif 000007
【図６】
2004354659.tif 000008
【図７】
2004354659.tif 000009
【図８】
2004354659.tif 000010
【図９】
2004354659.tif 000011
【図１０】
2004354659.tif 000012