JP5704315B2 - Exposure equipment - Google Patents
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Description
本発明は、被露光体を一定方向に搬送しながら該被露光体の搬送方向と交差する方向に光ビームを走査して露光する露光装置に関し、特に被露光体上を走査する光ビームの走査距離を短くして露光工程のタクトを短縮しようとする露光装置に係るものである。 The present invention relates to an exposure apparatus that scans and exposes a light beam in a direction intersecting the transport direction of the object to be exposed while transporting the object to be exposed in a certain direction, and in particular, scanning of the light beam that scans on the object to be exposed. The present invention relates to an exposure apparatus that attempts to shorten the tact of the exposure process by shortening the distance.
従来のこの種の露光装置は、被露光体を一定方向に搬送しながら、光スイッチによりオン・オフ変調されて射出する一本のレーザビームを、ポリゴンミラーにより被露光体の搬送方向と交差する方向に往復走査し、ｆθレンズにより被露光体上に集光して露光するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。 In this type of conventional exposure apparatus, a single laser beam emitted by being modulated on / off by an optical switch is crossed with the conveyance direction of the exposure object by a polygon mirror while the exposure object is conveyed in a certain direction. The scanning is reciprocated in the direction, and the light is condensed and exposed on the object to be exposed by the fθ lens (see, for example, Patent Document 1).
しかし、このような従来の露光装置においては、一本の光ビームが被露光体上の露光領域の全幅を往復走査するものであるので、光ビームの走査距離が長くなっていた。したがって、被露光体の搬送方向において未露光部が生じないようにするためには、被露光体の搬送速度を遅くしなければならず、露光工程のタクトが長くなるという問題があった。 However, in such a conventional exposure apparatus, since a single light beam reciprocally scans the entire width of the exposure area on the object to be exposed, the scanning distance of the light beam has become long. Therefore, in order to prevent an unexposed portion from occurring in the transport direction of the object to be exposed, there has been a problem that the transport speed of the object to be exposed has to be slowed down and the tact time of the exposure process becomes long.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、被露光体上を走査する光ビームの走査距離を短くして露光工程のタクトを短縮しようとする露光装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an exposure apparatus that addresses such problems and shortens the scanning distance of the light beam that scans the object to be exposed to shorten the tact time of the exposure process. .
上記目的を達成するために、本発明による露光装置は、一定方向に一定速度で搬送される被露光体の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで一列に平行に並んだ複数のレーザビームに強度変調を与えて射出するパターンジェネレータと、前記パターンジェネレータから射出した前記複数のレーザビームを前記被露光体上に一定間隔に並べて集光するｆθレンズと、前記ｆθレンズを射出した前記複数のレーザビームを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に回折させて、互いに隣接する前記レーザビームの間の領域を同時に往復走査する音響光学素子と、を備え、前記音響光学素子は、前記レーザビームの回折方向の軸が光軸を中心に前記被露光体の搬送方向と直交する方向に対して一定角度だけ回転した状態に配設され、前記音響光学素子の光射出側には、前記複数のレーザビームの０次回折光を遮断する遮光マスクが設けられたものである。 In order to achieve the above object, an exposure apparatus according to the present invention comprises a plurality of laser beams arranged in parallel in a line at a constant array pitch in a direction intersecting a transport direction of an object to be exposed that is transported in a constant direction at a constant speed. A pattern generator that emits light with intensity modulation applied thereto, an fθ lens that condenses the laser beams emitted from the pattern generator at regular intervals on the object to be exposed, and the plural that emits the fθ lens. An acoustooptic element that diffracts a laser beam in a direction intersecting with the conveyance direction of the object to be exposed and simultaneously reciprocally scans a region between the adjacent laser beams, and the acoustooptic element includes the laser The acoustic light is disposed in a state where the axis of the diffraction direction of the beam is rotated by a certain angle with respect to the direction orthogonal to the transport direction of the object to be exposed around the optical axis. A light-shielding mask for blocking the 0th-order diffracted light of the plurality of laser beams is provided on the light emission side of the optical element.
このような構成により、被露光体を一定方向に一定速度で搬送しながら、パターンジェネレータで被露光体の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで一列に平行に並んだ複数のレーザビームに強度変調を与えて射出し、ｆθレンズでパターンジェネレータから射出した複数のレーザビームを被露光体上に一定間隔に並べて集光する。その際、レーザビームの回折方向の軸が光軸を中心に被露光体の搬送方向と直交する方向に対して一定角度だけ回転した状態に配設された音響光学素子で、ｆθレンズを射出した複数のレーザビームを被露光体の搬送方向と交差する方向に回折させて、互いに隣接するレーザビームの間の領域を同時に往復走査する。このとき、音響光学素子の光射出側に設けられた遮光マスクにより、複数のレーザビームの０次回折光を遮断して１次回折光のみを走査する。 With such a configuration, while the object to be exposed is transported in a constant direction at a constant speed, the pattern generator generates a plurality of laser beams arranged in parallel at a constant arrangement pitch in a direction intersecting the transport direction of the object to be exposed. A plurality of laser beams emitted by intensity modulation and emitted from the pattern generator by the fθ lens are condensed on the object to be exposed at regular intervals. At that time, the fθ lens was emitted by an acousto-optic device arranged in a state in which the axis in the diffraction direction of the laser beam was rotated by a certain angle with respect to the direction perpendicular to the conveying direction of the object to be exposed around the optical axis. A plurality of laser beams are diffracted in a direction intersecting the conveyance direction of the object to be exposed, and a region between adjacent laser beams is simultaneously reciprocated. At this time, only the 1st-order diffracted light is scanned by blocking the 0th-order diffracted light of the plurality of laser beams by the light-shielding mask provided on the light emitting side of the acoustooptic device.
また、前記パターンジェネレータは、前記被露光体の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで一列に並べて複数の光スイッチを設けたものである。これにより、被露光体の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで一列に並べて設けた複数の光スイッチにより複数のレーザビームに強度変調を与えて射出する。 Further, the pattern generator is provided with a plurality of optical switches arranged in a line at a constant arrangement pitch in a direction crossing the transport direction of the object to be exposed. Thus, the plurality of laser beams are emitted with intensity modulation by a plurality of optical switches arranged in a line at a constant arrangement pitch in a direction crossing the conveying direction of the object to be exposed.
さらに、前記各光スイッチは、電気光学結晶材料からなる角柱状のスイッチング素子の長軸に平行な対向面に夫々電極を設けると共に、前記スイッチング素子の長軸方向の両端面側に一対の偏光素子をクロスニコルに配置して構成したものである。これにより、電気光学結晶材料からなる角柱状のスイッチング素子の長軸に平行な対向面に夫々電極を設けると共に、スイッチング素子の長軸方向の両端面側に一対の偏光素子をクロスニコルに配置して構成した各光スイッチで各レーザビームの射出をオン・オフする。 Further, each of the optical switches is provided with electrodes on opposing surfaces parallel to the major axis of a prismatic switching element made of an electro-optic crystal material, and a pair of polarizing elements on both end surfaces in the major axis direction of the switching element. Are arranged in crossed Nicols. As a result, electrodes are provided on opposing surfaces parallel to the major axis of the prismatic switching element made of an electro-optic crystal material, and a pair of polarizing elements are arranged in crossed Nicols on both end faces in the major axis direction of the switching element. The emission of each laser beam is turned on / off by each optical switch configured as described above.
さらにまた、前記一対の偏光素子は、偏光ビームスプリッタである。これにより、一対の偏光ビームスプリッタで被露光体に照射するレーザビームを制限する。 Furthermore, the pair of polarizing elements are polarizing beam splitters. Thereby, the laser beam irradiated to the object to be exposed is limited by the pair of polarization beam splitters.
そして、前記ｆθレンズは、前記被露光体と対向配置された第１のｆθレンズと、前記パターンジェネレータの光射出側に前記第１のｆθレンズとミラー対称に設けられた第２のｆθレンズとを備えて構成したものである。これにより、被露光体と対向配置された第１のｆθレンズと、パターンジェネレータの光射出側に第１のｆθレンズとミラー対称に設けられた第２のｆθレンズとを備えて構成したｆθレンズにより、複数のレーザビームを被露光体上に一定間隔に並べて集光する。 The fθ lens includes a first fθ lens disposed opposite to the object to be exposed, and a second fθ lens provided in mirror symmetry with the first fθ lens on the light emission side of the pattern generator. It is comprised and is comprised. As a result, the fθ lens configured to include the first fθ lens disposed opposite to the object to be exposed, and the second fθ lens provided symmetrically with the first fθ lens on the light emission side of the pattern generator. Thus, a plurality of laser beams are condensed and arranged on the object to be exposed at regular intervals.
請求項１に係る発明によれば、一列に並んだ複数のレーザビームを音響光学素子で同時に往復走査し、被露光体の露光領域の全幅を露光するようにしているので、１本当たりのレーザビームの走査距離を短くすることができる。したがって、レーザビームの走査周期を短縮することができ、被露光体の搬送速度を速くして、露光工程のタクトを短縮することができる。この場合、音響光学素子によるレーザビームの回折光のうち０次回折光を遮光マスクにより遮断しているので、走査されない０次回折光によって被露光体が露光されるのを防止することができる。これにより、露光パターンを適切に形成することができる。また、レーザビームの走査を音響光学素子によって行っているので、経時的変化が少なくレーザビームを長時間安定して走査することができる。したがって、露光装置の信頼性を向上することができる。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of laser beams arranged in a row are simultaneously reciprocated by the acoustooptic device so as to expose the entire width of the exposure region of the object to be exposed. The beam scanning distance can be shortened. Therefore, the scanning period of the laser beam can be shortened, the conveyance speed of the object to be exposed can be increased, and the tact time of the exposure process can be shortened. In this case, since the 0th-order diffracted light of the diffracted light of the laser beam by the acoustooptic device is blocked by the light-shielding mask, it is possible to prevent the object to be exposed from being exposed to the 0th-order diffracted light that is not scanned. Thereby, an exposure pattern can be formed appropriately. Further, since the scanning of the laser beam is performed by the acousto-optic element, the laser beam can be stably scanned for a long time with little change over time. Therefore, the reliability of the exposure apparatus can be improved.
また、請求項２に係る発明によれば、複数の光スイッチで被露光体の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで一列に平行に並んだ複数のレーザビームに分割すると同時に、各レーザビームに強度変調を与えることができる。 According to the invention of claim 2, each of the lasers is simultaneously divided into a plurality of laser beams arranged in a line at a constant arrangement pitch in a direction intersecting the conveying direction of the object to be exposed by a plurality of optical switches. Intensity modulation can be applied to the beam.
さらに、請求項３に係る発明によれば、各光スイッチを電気光学結晶材料で形成しているので、エネルギーの高いレーザ光を使用することができる。したがって、レーザビームの走査速度をより速くして露光工程のタクトをより短縮することができる。 Further, according to the invention of claim 3, since each optical switch is formed of an electro-optic crystal material, a laser beam with high energy can be used. Therefore, the scanning speed of the laser beam can be increased to shorten the tact time of the exposure process.
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、偏光膜を無機材料で形成することができ、レーザビームに対する耐性を向上することができる。 Furthermore, according to the invention which concerns on Claim 4, a polarizing film can be formed with an inorganic material and the tolerance with respect to a laser beam can be improved.
そして、請求項５に係る発明によれば、パターンジェネレータから一定の配列ピッチで一列に平行に並んで射出する複数のレーザビームを被露光体上に一定間隔に並べて集光することができる。したがって、露光パターンを精度よく形成することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, a plurality of laser beams emitted from the pattern generator and arranged in parallel in a single line at a constant arrangement pitch can be condensed on the object to be exposed at regular intervals. Therefore, the exposure pattern can be formed with high accuracy.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による露光装置の実施形態を示す概要図である。この露光装置は、被露光体を一定方向に搬送しながら該被露光体の搬送方向と交差する方向に光ビームを走査して露光するもので、搬送手段１と、露光光学系２と、制御手段３と、を備えてなる。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an exposure apparatus according to the present invention. The exposure apparatus performs exposure by scanning a light beam in a direction intersecting the transport direction of the object to be exposed while transporting the object to be exposed in a fixed direction. The transport unit 1, the exposure optical system 2, and the control And means 3.
上記搬送手段１は、被露光体４を一定方向に一定速度で搬送するものであり、ステージ５の上面５ａにエアの噴出口及び吸引口を備え、エアの噴出力及び吸引力を調整して被露光体４をステージ５の上面５ａに一定量だけ浮上させた状態で図示省略の搬送機構により被露光体４の両端縁部を保持して搬送するようになっている。なお、図１において被露光体４の搬送方向は、同図に正対して手前から奥に向かう方向（Ｘ方向）である。 The transport means 1 transports the object to be exposed 4 in a constant direction at a constant speed, and includes an air outlet and a suction port on the upper surface 5a of the stage 5, and adjusts the air jet output and suction force. The exposed object 4 is conveyed while holding both end edges of the exposed object 4 by a conveying mechanism (not shown) in a state where the exposed object 4 is floated on the upper surface 5a of the stage 5 by a certain amount. In FIG. 1, the conveyance direction of the object to be exposed 4 is a direction (X direction) from the near side to the back as opposed to the drawing.
上記搬送手段１の上方には、露光光学系２が配設されている。この露光光学系２は、レーザビームＬbを被露光体４の搬送方向と交差する方向（Ｙ方向）に走査してＸ方向に移動中の被露光体４の表面に照射し、被露光体４面に塗布された感光材を露光するもので、レーザビームＬbの進行方向上流から下流に向かってパターンジェネレータ６と、ｆθレンズ７と、音響光学素子８と、遮光マスク２２とをこの順に配置して備えたものである。 An exposure optical system 2 is disposed above the conveying means 1. The exposure optical system 2 scans the laser beam Lb in a direction (Y direction) intersecting the conveyance direction of the exposure object 4 and irradiates the surface of the exposure object 4 moving in the X direction. The photosensitive material applied to the surface is exposed, and the pattern generator 6, the fθ lens 7, the acoustooptic device 8, and the light shielding mask 22 are arranged in this order from upstream to downstream in the direction of travel of the laser beam Lb. Prepared.
ここで、パターンジェネレータ６は、被露光体４の搬送方向と交差する方向に一定の配列ピッチで一列に並べられた複数の光スイッチ９（図２参照）により、一方向に拡幅されたレーザ光Ｌを一定の配列ピッチで一列に平行に並んだ複数のレーザビームＬbに分割して射出するものであり、図２に示すように、各光スイッチ９は、電気光学結晶材料からなる角柱状の複数のスイッチング素子１０の長軸に平行な対向面に夫々電極１１ａ，１１ｂを設けると共に、複数のスイッチング素子１０の長軸方向の両端面側に一対の偏光素子をクロスニコルに配置して構成されている。そして、上記複数のスイッチング素子１０は、図１に示すように、それらの長軸方向を光の通路とし、透明な配線基板１２上に上記一対の電極１１ａ，１１ｂが配線基板１２の各配線に接続された状態で一列に並べて形成されて、スイッチング素子組立体１３を構成している。 Here, the pattern generator 6 is a laser beam widened in one direction by a plurality of optical switches 9 (see FIG. 2) arranged in a line at a constant arrangement pitch in a direction intersecting the conveyance direction of the object 4 to be exposed. L is divided into a plurality of laser beams Lb arranged in parallel at a constant arrangement pitch and emitted, and as shown in FIG. 2, each optical switch 9 has a prismatic shape made of an electro-optic crystal material. The electrodes 11a and 11b are provided on opposing surfaces parallel to the major axis of the plurality of switching elements 10, respectively, and a pair of polarizing elements are arranged in crossed Nicols on both end surfaces in the major axis direction of the plurality of switching elements 10. ing. As shown in FIG. 1, the plurality of switching elements 10 have their long axis directions as light paths, and the pair of electrodes 11 a and 11 b are arranged on the wiring substrate 12 on the transparent wiring substrate 12. The switching element assembly 13 is formed by being arranged in a row in a connected state.
なお、本実施形態においては、上記一対の偏光素子は、図２に示すように、一例として電気光学結晶材料の光入射端面１０ａ側に配置された第１の偏光ビームスプリッタ１４と、光射出端面１０ｂ側に配置された第２の偏光ビームスプリッタ１５とを、互いに光軸を中心に９０°回転した関係に設けたもので示しているが、一対の偏光素子は一対の偏光板であってもよい。また、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１４，１５は、スイッチング素子組立体１３の全体に亘って共通したものであってもよい。さらに、本実施形態においては、第１の偏光ビームスプリッタ１４とスイッチング素子組立体１３との間に、複数のマイクロレンズを上記複数のスイッチング素子１０の配列ピッチと同じピッチで一列に並べて設けたレンズアレイ１６を配置し、拡幅されたレーザ光Ｌを複数のマイクロレンズにより複数のレーザビームＬbに分割し、上記各スイッチング素子１０上に集光させている。これにより、光利用効率を向上させることができる。図１においては、レンズアレイ１６がパターンジェネレータ６に組み込まれた状態で示されているが、レンズアレイ１６はパターンジェネレータ６の光入射側前方に設けてもよく、又はレンズアレイ１６はなくてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the pair of polarizing elements includes, as an example, a first polarizing beam splitter 14 disposed on the light incident end face 10a side of the electro-optic crystal material, and a light exit end face. Although the second polarizing beam splitter 15 disposed on the 10b side is shown as being provided in a relationship rotated by 90 ° around the optical axis, the pair of polarizing elements may be a pair of polarizing plates. Good. Further, the first and second polarizing beam splitters 14 and 15 may be common throughout the switching element assembly 13. Furthermore, in the present embodiment, a lens in which a plurality of microlenses are arranged in a line at the same pitch as the arrangement pitch of the plurality of switching elements 10 between the first polarizing beam splitter 14 and the switching element assembly 13. The array 16 is arranged, and the widened laser beam L is divided into a plurality of laser beams Lb by a plurality of microlenses, and is condensed on each switching element 10. Thereby, the light utilization efficiency can be improved. In FIG. 1, the lens array 16 is illustrated as being incorporated in the pattern generator 6, but the lens array 16 may be provided in front of the light incident side of the pattern generator 6, or the lens array 16 may be omitted. Good.
上記パターンジェネレータ６に入射するレーザ光Ｌは、レーザ光源１７から放射され、光ファイバ１８によって板状のロッドレンズ１９まで導かれ、このロッドレンズ１９により光強度分布が均一化された後、ビームエキスパンダ２０によりロッドレンズ１９の端面の長軸方向に拡幅されるようになっている。したがって、上記レンズアレイ１６の各マイクロレンズの配列方向及び複数の光スイッチ９の配列方向がレーザ光Ｌの拡幅方向に一致するようにパターンジェネレータ６は、配置されることになる。 The laser light L incident on the pattern generator 6 is emitted from the laser light source 17 and guided to the plate-shaped rod lens 19 by the optical fiber 18. After the light intensity distribution is made uniform by the rod lens 19, the beam extract is performed. The panda 20 widens the end surface of the rod lens 19 in the long axis direction. Accordingly, the pattern generator 6 is arranged so that the arrangement direction of the microlenses of the lens array 16 and the arrangement direction of the plurality of optical switches 9 coincide with the widening direction of the laser light L.
上記ｆθレンズ７は、パターンジェネレータ６から射出した複数のレーザビームＬbを被露光体４上に一定間隔に並べて集光するものであり、像面側焦点位置を被露光体４の表面に略合致させて被露光体４と対向配置された第１のｆθレンズ７Ａと、物体面側焦点位置を第１のｆθレンズ７Ａの物体面側焦点位置と略合致させた状態でパターンジェネレータ６の光射出側に第１のｆθレンズ７Ａとミラー対称に設けられた第２のｆθレンズ７Ｂとを備えて構成されている。なお、図１において符号２１は、光路を折り曲げる全反射ミラーである。 The fθ lens 7 collects a plurality of laser beams Lb emitted from the pattern generator 6 at regular intervals on the object to be exposed 4, and substantially matches the image plane side focal position with the surface of the object 4 to be exposed. The first fθ lens 7A disposed opposite to the exposure object 4 and the light emission of the pattern generator 6 in a state where the object plane side focal position substantially coincides with the object plane side focal position of the first fθ lens 7A. A first fθ lens 7A and a second fθ lens 7B provided in mirror symmetry are provided on the side. In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a total reflection mirror that bends the optical path.
上記音響光学素子８は、ｆθレンズ７を射出した複数のレーザビームＬbを被露光体４の搬送方向と交差する方向に回折させて互いに隣接するレーザビームＬbの間の領域を往復走査するもので、被露光体４の搬送方向と交差する方向に長軸を有する角柱状の部材からなり、図３（ａ）に拡大して示すようにブラッグの回折条件に適合するように長軸が被露光体４の面に対して角度θだけ傾いた状態で設けられ、且つ同図（ｂ）に示すように長軸（レーザビームＬbの回折方向の軸に相当）が光軸を中心に被露光体４の搬送方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に対して一定角度φだけ回転した状態で設けられている。これにより、レーザビームＬbは、音響光学素子８で回折され、同図（ａ）に示すように、音響光学素子８からレーザビームＬbの０次回折光Ｄr0と１次回折光Ｄr1とが射出する。 The acousto-optic element 8 diffracts a plurality of laser beams Lb emitted from the fθ lens 7 in a direction intersecting the transport direction of the object to be exposed 4 and reciprocally scans a region between adjacent laser beams Lb. The prism 4 is made of a prismatic member having a long axis in a direction crossing the conveying direction of the object to be exposed 4, and the long axis is exposed so as to meet the Bragg diffraction conditions as shown in an enlarged view in FIG. The object 4 is provided in a state inclined with respect to the surface of the body 4 by an angle θ, and the major axis (corresponding to the axis in the diffraction direction of the laser beam Lb) as shown in FIG. 4 in a state rotated by a fixed angle φ with respect to a direction (Y direction) orthogonal to the transport direction (X direction). Thus, the laser beam Lb is diffracted by the acousto-optic element 8, as shown in FIG. 6 (a), the zero-order diffracted light Dr 0 of the laser beam Lb from the acousto-optic device 81 and the diffracted light Dr 1 is emitted .
上記音響光学素子８は、次のように動作する。即ち、例えばｆ0＝４０ＭＨｚの周波数を基準周波数として音響光学素子８に与えて振動させると、素子内には、音波の進行方向（長軸方向）に光弾性効果により周期的な屈折率変化が生じて回折格子と同等の働きをし、入射するレーザビームＬbを回折して射出する。このとき、音響光学素子８に与える周波数を、図４に示すように周波数ｆ0を基準とする一定の周波数範囲（Δｆ）内で鋸歯状に変化させると、１次回折光Ｄr1の回折角度が変化して図５に示すようにレーザビームＬb（１次回折光Ｄr1）が一定の範囲Ｗ内を矢印Ａ，Ｂ方向に往復走査することになる。なお、１次回折光Ｄr1以外の高次の回折光は、光強度が小さいために無視してもよい。 The acoustooptic device 8 operates as follows. That is, for example, when a frequency of f 0 = 40 MHz is applied to the acoustooptic device 8 as a reference frequency and vibrated, a periodic refractive index change occurs in the device due to the photoelastic effect in the traveling direction (long axis direction) of the sound wave. The generated laser beam acts like a diffraction grating, and diffracts and emits the incident laser beam Lb. At this time, if the frequency applied to the acoustooptic device 8 is changed in a sawtooth shape within a certain frequency range (Δf) with reference to the frequency f 0 as shown in FIG. 4, the diffraction angle of the first-order diffracted light Dr 1 is changed. As shown in FIG. 5, the laser beam Lb (first-order diffracted light Dr 1 ) is reciprocally scanned in the directions of arrows A and B within a certain range W. High-order diffracted light other than the first-order diffracted light Dr 1 may be ignored because of its low light intensity.
上記音響光学素子８の光射出側に、図６（ａ）に示すように、レーザビームＬbの回折光のうち０次回折光Ｄr0を遮断する遮光マスク２２が設けられている。これにより、１次回折光Ｄr1のみを被露光体４に照射させることができ、露光を適切に行なうことができる。この遮光マスク２２は、例えば透明な基板２３の一面２３ａに、同図（ｂ）に示すように、上記０次回折光Ｄr0の通過位置に対応させて所定形状のクロム（Ｃｒ）等の遮光膜２４を設けて形成されている。 The light exit side of the acousto-optic element 8, as shown in FIG. 6 (a), the light shielding mask 22 for blocking the zero-order diffracted light Dr 0 among diffracted light of the laser beam Lb is provided. As a result, only the first-order diffracted light Dr 1 can be irradiated onto the object to be exposed 4, and exposure can be performed appropriately. This light shielding mask 22 is formed on a surface 23a of a transparent substrate 23, for example, as shown in FIG. 5B, with a light shielding film such as chromium (Cr) having a predetermined shape corresponding to the passing position of the 0th-order diffracted light Dr0. 24 is provided.
上記搬送手段１と、パターンジェネレータ６と、音響光学素子８と、レーザ光源１７と、に電気的に接続して制御手段３が設けられている。この制御手段３は、パターンジェネレータ６の複数の光スイッチ９のオン・オフ駆動を制御すると共に、音響光学素子８を駆動してレーザビームＬbを往復走査させるものであり、図７に示すように、搬送手段駆動部２５と、パターンジェネレータ駆動部２６と、音響光学素子駆動部２７と、レーザ光源駆動部２８と、演算部２９と、メモリ３０と、制御部３１と、を備えている。 A control unit 3 is provided in electrical connection with the transport unit 1, the pattern generator 6, the acoustooptic device 8, and the laser light source 17. The control means 3 controls on / off driving of the plurality of optical switches 9 of the pattern generator 6 and drives the acoustooptic device 8 to reciprocate the laser beam Lb. As shown in FIG. , A conveying means driving unit 25, a pattern generator driving unit 26, an acoustooptic device driving unit 27, a laser light source driving unit 28, a calculation unit 29, a memory 30, and a control unit 31.
ここで、上記搬送手段駆動部２５は、搬送手段１の駆動を制御して図示省略の搬送機構を一定速度で移動させるものである。また、パターンジェネレータ駆動部２６は、後述のメモリ３０に予め記憶されたＣＡＤデータに基づいてパターンジェネレータ６の各光スイッチ９のオン・オフ駆動を制御するものであり、往復走査するレーザビームＬbの往路において各光スイッチ９をオン・オフ駆動し、復路においては常にオフ駆動するように制御する。さらに、音響光学素子駆動部２７は、基準周波数ｆ0を基準として一定の周波数範囲（Δｆ）内を一定周期で鋸歯状に繰り返し変化する音響信号を音響光学素子８に与えて振動させるものであり、例えば図４に示すようにレーザビームＬbの往路走査時間に相当する時間Ｔ内に周波数を周波数ｆ0から周波数（ｆ0＋Δｆ）まで変化させるようになっている。また、レーザ光源駆動部２８は、レーザ光源１７を予め設定された出力で駆動させるものである。さらに、演算部２９は、予め設定された初期設定値に基づいて例えば被露光体４の搬送速度Ｖや、光スイッチ９の切換周波数Ｆs等を演算するものである。また、メモリ３０は、各要素の初期設定値を記憶すると共に露光パターンのＣＡＤデータを記憶するものである。そして、制御部３１は、各要素が適切に駆動するように装置全体を統合して制御するものである。 Here, the transport means driving unit 25 controls the drive of the transport means 1 and moves a transport mechanism (not shown) at a constant speed. The pattern generator driving unit 26 controls on / off driving of each optical switch 9 of the pattern generator 6 based on CAD data stored in advance in a memory 30 to be described later. Control is performed so that each optical switch 9 is driven on and off in the forward path and is always driven off in the backward path. Further, the acoustooptic device drive unit 27 gives an acoustooptic device 8 to vibrate an acoustic signal that repeatedly changes in a sawtooth shape within a certain frequency range (Δf) with a certain period with reference to the reference frequency f 0 . For example, as shown in FIG. 4, the frequency is changed from the frequency f 0 to the frequency (f 0 + Δf) within a time T corresponding to the forward scanning time of the laser beam Lb. Further, the laser light source driving unit 28 drives the laser light source 17 with a preset output. Further, the calculation unit 29 calculates, for example, the conveyance speed V of the object to be exposed 4 and the switching frequency Fs of the optical switch 9 based on preset initial setting values. The memory 30 stores initial setting values of each element and CAD data of the exposure pattern. And the control part 31 integrates and controls the whole apparatus so that each element may drive appropriately.
次に、このように構成された露光装置の動作について説明する。
先ず、被露光体４の搬送方向（Ｘ方向）の露光ピッチＰ1、レーザビームＬbの走査方向の露光ピッチＰ2、音響光学素子８に与える音響信号の繰り返し周期（レーザビームＬbの走査周期に相当）Ｔ、レーザビームＬbの走査幅Ｗ、レーザ光源１７のパワー等の初期設定値、及び露光パターンのＣＡＤデータをメモリ３０に記憶する。
Next, the operation of the exposure apparatus configured as described above will be described.
First, the exposure pitch P1 in the transport direction (X direction) of the object 4 to be exposed, the exposure pitch P2 in the scanning direction of the laser beam Lb, and the repetition period of the acoustic signal applied to the acoustooptic device 8 (corresponding to the scanning period of the laser beam Lb). Initial values such as T, the scanning width W of the laser beam Lb, the power of the laser light source 17, and the CAD data of the exposure pattern are stored in the memory 30.
この場合、被露光体４の搬送速度Ｖは、演算部２９において次のようにして算出することができる。即ち、被露光体４の搬送方向（Ｘ方向）の露光ピッチがＰ1であるので、レーザビームＬbの往復走査終了時の照射位置は、先の照射位置からＸ方向後方に距離Ｐ1だけずれた位置となる必要がある（図９参照）。なお、本実施形態においては、復路の走査時間が図４に示すように瞬時であり無視できるため、レーザビームＬbの往復走査時間は、往路の走査時間に相当し走査周期Ｔに等しい。したがって、レーザビームＬbが往復走査する時間Ｔ内に被露光体４は、距離Ｐ1だけ移動しなければならない。それ故、被露光体４の搬送速度は、Ｖ＝Ｐ1／Ｔとなる。 In this case, the conveyance speed V of the object to be exposed 4 can be calculated in the calculation unit 29 as follows. That is, since the exposure pitch in the transport direction (X direction) of the object to be exposed 4 is P1, the irradiation position at the end of the reciprocating scanning of the laser beam Lb is a position shifted from the previous irradiation position by the distance P1 backward in the X direction. (See FIG. 9). In this embodiment, since the return scan time is instantaneous as shown in FIG. 4 and can be ignored, the reciprocation scan time of the laser beam Lb corresponds to the forward scan time and is equal to the scan period T. Therefore, the object to be exposed 4 must move by the distance P1 within the time T during which the laser beam Lb reciprocates. Therefore, the conveyance speed of the object to be exposed 4 is V = P1 / T.
また、光スイッチ９の切換周波数をＦsとすると、レーザビームＬbの往路走査時間Ｔ内に光スイッチ９が切り替わる回数ｎは、ｎ＝（Ｆs・Ｔ）となる。一方、レーザビームＬbの走査方向（Ｙ方向）の露光ピッチは、Ｐ2であるから、光スイッチ９がｎ回切り替わる間にレーザビームＬbが移動する距離は、ｎ・Ｐ2＝Ｆs・Ｔ・Ｐ2となる。そして、これは、レーザビームＬbの走査幅Ｗに等しいから、Ｗ＝Ｆs・Ｔ・Ｐ2として表わすことができる。したがって、光スイッチ９の切換周波数Ｆsは、初期設定値であるレーザビームＬbの走査方向の露光ピッチＰ2、レーザビームＬbの往路走査時間（音響光学素子８に与える音響信号の繰り返し周期）Ｔ及びレーザビームＬbの走査幅Ｗに基づいて演算部２９においてＦs＝Ｗ／（Ｐ2・Ｔ）の関係式を演算することによって算出される。なお、被露光体４の搬送速度Ｖ及び光スイッチ９の切換周波数Ｆsを初期設定値として直接入力してもよい。 When the switching frequency of the optical switch 9 is Fs, the number n of times the optical switch 9 is switched within the forward scanning time T of the laser beam Lb is n = (Fs · T). On the other hand, since the exposure pitch in the scanning direction (Y direction) of the laser beam Lb is P2, the distance that the laser beam Lb moves while the optical switch 9 is switched n times is n · P2 = Fs · T · P2. Become. Since this is equal to the scanning width W of the laser beam Lb, it can be expressed as W = Fs · T · P2. Accordingly, the switching frequency Fs of the optical switch 9 is the initial set value of the exposure pitch P2 in the scanning direction of the laser beam Lb, the forward scanning time of the laser beam Lb (the repetition period of the acoustic signal applied to the acoustooptic device 8) T and the laser. Based on the scanning width W of the beam Lb, the calculation unit 29 calculates the relational expression of Fs = W / (P2 · T). Note that the conveyance speed V of the object to be exposed 4 and the switching frequency Fs of the optical switch 9 may be directly input as initial setting values.
次に、搬送手段１上に被露光体４が載置される。そして、露光開始スイッチが投入されると、搬送手段１のステージ５の上面５ａと被露光体４との間に空気層が形成され、被露光体４が一定量だけ浮上された状態で図示省略の搬送機構によって両端縁部が保持されて速度ＶでＸ方向に搬送される。 Next, the object to be exposed 4 is placed on the transport unit 1. When the exposure start switch is turned on, an air layer is formed between the upper surface 5a of the stage 5 of the transport means 1 and the object to be exposed 4, and the object to be exposed 4 is floated by a certain amount and is not shown. Both end edges are held by the transport mechanism and transported in the X direction at a speed V.
また、レーザ光源１７からはレーザ光Ｌが放射され、光ファイバ１８によってパターンジェネレータ６側に導かれる。そして、ロッドレンズ１９によって光強度分布が均一化された後、ビームエキスパンダ２０によって一定方向（被露光体４の搬送方向と交差する方向）に拡幅されてパターンジェネレータ６に入射する。 Laser light L is emitted from the laser light source 17 and is guided to the pattern generator 6 side by the optical fiber 18. Then, after the light intensity distribution is made uniform by the rod lens 19, it is widened in a certain direction (a direction intersecting the transport direction of the exposure object 4) by the beam expander 20 and enters the pattern generator 6.
パターンジェネレータ６においては、入射したレーザ光Ｌは、先ず第１の偏光ビームスプリッタ１４によって偏光面１４ａ（図２参照）を透過するＰ偏光と偏光面１４ａで反射されるＳ偏光に分離される。なお、以下の説明においては、Ｐ偏光を露光に使用する場合について述べるが、Ｓ偏光を使用してもよい。 In the pattern generator 6, the incident laser light L is first separated into P-polarized light that is transmitted through the polarization plane 14a (see FIG. 2) and S-polarized light that is reflected by the polarization plane 14a by the first polarization beam splitter 14. In the following description, a case where P-polarized light is used for exposure will be described, but S-polarized light may be used.
第１の偏光ビームスプリッタ１４の偏光面１４ａを透過したＰ偏光のレーザ光Ｌは、レンズアレイ１６の複数のマイクロレンズによって複数のレーザビームＬbに分割されて、それぞれ後段のスイッチング素子組立体１３の対応するスイッチング素子１０に入射する。 The P-polarized laser beam L transmitted through the polarization plane 14a of the first polarization beam splitter 14 is divided into a plurality of laser beams Lb by a plurality of microlenses of the lens array 16, and each of the switching element assemblies 13 in the subsequent stage is divided. The light enters the corresponding switching element 10.
各スイッチング素子１０は、パターンジェネレータ駆動部２６によりＣＡＤデータに基づいて切換周波数Ｆsでオン・オフ駆動される。そして、各スイッチング素子１０を通過したレーザビームＬbは、第２の偏光ビームスプリッタ１５によって偏光面１５ａ（図２参照）の透過が制限される。例えば、図８（ａ）に示すように、スイッチング素子１０がオン駆動されている場合には、スイッチング素子１０に入射したＰ偏光のレーザビームＬbは、スイッチング素子１０内を通過中に偏波面が９０°回転されてＳ偏光となる。このとき、第１の偏光ビームスプリッタ１４と第２の偏光ビームスプリッタ１５とは、光軸を中心に互いに９０°回転した状態に配置されているため、スイッチング素子１０を射出したＳ偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ１５の偏光面１５ａに対してはＰ偏光の関係となり、この偏光面１５ａを透過して被露光体４上に到達することができる。 Each switching element 10 is turned on / off at the switching frequency Fs by the pattern generator driving unit 26 based on the CAD data. The laser beam Lb that has passed through each switching element 10 is limited in transmission by the second polarization beam splitter 15 through the polarization plane 15a (see FIG. 2). For example, as shown in FIG. 8A, when the switching element 10 is turned on, the plane of polarization of the P-polarized laser beam Lb incident on the switching element 10 passes through the switching element 10. It is rotated 90 ° to become S-polarized light. At this time, since the first polarization beam splitter 14 and the second polarization beam splitter 15 are arranged so as to be rotated by 90 ° about the optical axis, the S-polarized light emitted from the switching element 10 is The polarization plane 15 a of the second polarization beam splitter 15 has a P-polarization relationship, and can pass through the polarization plane 15 a and reach the object to be exposed 4.
一方、図８（ｂ）に示すように、スイッチング素子１０がオフ駆動されている場合には、スイッチング素子１０に入射したＰ偏光のレーザビームＬbは、スイッチング素子１０内で偏波面が回転されずＰ偏光のままである。したがって、このＰ偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ１５の偏光面１５ａに対してはＳ偏光の関係となり、この偏光面１５ａで反射されて被露光体４上に到達することができない。 On the other hand, as shown in FIG. 8B, when the switching element 10 is driven off, the polarization plane of the P-polarized laser beam Lb incident on the switching element 10 is not rotated in the switching element 10. It remains P-polarized light. Accordingly, the P-polarized light has an S-polarized relationship with respect to the polarization plane 15a of the second polarization beam splitter 15, and is reflected by the polarization plane 15a and cannot reach the object 4 to be exposed.
パターンジェネレータ６を射出した複数のレーザビームＬbは、第２のｆθレンズ７Ｂにより光軸側に絞られた後、発散して第１のｆθレンズ７Ａに入射する。そして、複数のレーザビームＬbの被露光体４上の集光位置が一定間隔で一列に並ぶように第１のｆθレンズ７Ａから射出する。 The plurality of laser beams Lb emitted from the pattern generator 6 are focused to the optical axis side by the second fθ lens 7B, and then diverge and enter the first fθ lens 7A. Then, the plurality of laser beams Lb are emitted from the first fθ lens 7A so that the condensing positions on the object to be exposed 4 are arranged in a line at regular intervals.
第１のｆθレンズ７Ａを射出した複数のレーザビームＬbは、音響光学素子８に入射する。この音響光学素子８は、音響光学素子駆動部２７から供給される基準周波数ｆ0を基準として周波数範囲Δｆ内を鋸歯状に周期Ｔで変化する音響信号により振動している。したがって、音響光学素子８に入射する複数のレーザビームＬbは、音響光学素子８内で回折されて射出し、回折光のうち１次回折光Ｄr1が被露光体４上を走査幅Ｗで被露光体４の搬送方向（Ｘ方向）と交差するＹ方向に往復走査される。このとき、音響光学素子８を透過する０次回折光は、音響光学素子８の光射出側に設けられた遮光マスク２２によって遮断されて被露光体４に到達しない。これにより、０次回折光Ｄr0によって被露光体４が露光されるのが防止される。 The plurality of laser beams Lb emitted from the first fθ lens 7A are incident on the acoustooptic device 8. The acoustooptic element 8 vibrates with an acoustic signal that changes in a period T in a sawtooth shape within the frequency range Δf with reference to the reference frequency f 0 supplied from the acoustooptic element drive unit 27. Accordingly, the plurality of laser beams Lb incident on the acoustooptic device 8 are diffracted and emitted in the acoustooptic device 8, and the first-order diffracted light Dr 1 of the diffracted light is exposed on the exposed body 4 with the scanning width W. Reciprocating scanning is performed in the Y direction that intersects the conveyance direction (X direction) of the body 4. At this time, the 0th-order diffracted light transmitted through the acoustooptic device 8 is blocked by the light shielding mask 22 provided on the light emitting side of the acoustooptic device 8 and does not reach the object to be exposed 4. Thus, the object to be exposed 4 is exposed is prevented by the 0-order diffracted light Dr 0.
こうして、図９に示すように、Ｘ方向に速度Ｖで搬送中の被露光体４上をレーザビームＬbの１次回折光Ｄr1が矢印Ａ方向に走査されている間にスイッチング素子１０が切換周波数Ｆsでオン・オフ駆動される。したがって、被露光体４の搬送方向と交差するＹ方向に露光ピッチＰ2で１ライン分の露光が実行される。また、レーザビームＬbの１次回折光Ｄr1が矢印Ｂ方向へ走査されている間は、スイッチング素子１０は全てオフ駆動されるため、この間の露光は停止される。そして、レーザビームＬbの１回目の往復走査が終了すると、レーザビームＬbの照射位置は、被露光体４がＸ方向に速度Ｖで搬送されているため、先の照射位置から露光ピッチＰ1だけ後方にずれた位置となる。これにより、レーザビームＬbの２回目の往復走査中に上記先の１ライン分の露光に続いて、次の１ライン分の露光が実行される。以下、同様にしてレーザビームＬbを往復走査しながら、未露光部を生じさせることなく、被露光体４上の露光領域内を均一に露光することができる。この場合、光スイッチ９をＣＡＤデータに基づいて適切に駆動すると、被露光体４上に緻密な露光パターンを形成することができる。なお、同図において、破線は、隣接するレーザビームＬbによる隣接露光領域の露光を示している。 Thus, as shown in FIG. 9, while the first-order diffracted light Dr 1 of the laser beam Lb is scanned in the direction of arrow A on the exposure object 4 being conveyed at the speed V in the X direction, the switching element 10 switches the switching frequency. It is turned on / off by Fs. Therefore, one line of exposure is executed at the exposure pitch P2 in the Y direction intersecting the transport direction of the object to be exposed 4. Further, while the first-order diffracted light Dr 1 of the laser beam Lb is scanned in the direction of the arrow B, all the switching elements 10 are driven off, so that the exposure during this time is stopped. When the first reciprocating scan of the laser beam Lb is completed, the irradiation position of the laser beam Lb is rearward by the exposure pitch P1 from the previous irradiation position because the object to be exposed 4 is transported at the speed V in the X direction. The position is shifted to As a result, during the second reciprocating scan of the laser beam Lb, the exposure for the next one line is executed following the exposure for the previous one line. Thereafter, while the laser beam Lb is reciprocally scanned in the same manner, it is possible to uniformly expose the exposed area on the object to be exposed 4 without generating an unexposed portion. In this case, when the optical switch 9 is appropriately driven based on the CAD data, a dense exposure pattern can be formed on the object to be exposed 4. In the figure, the broken line indicates the exposure of the adjacent exposure region by the adjacent laser beam Lb.
以上の説明においては、光スイッチ９が電気光学結晶材料を用いたものである場合について述べたが、本発明はこれに限られず、光スイッチ９は、オン・オフ駆動するマイクロミラーであってもよい。したがって、パターンジェネレータ６は、複数のマイクロミラーを一定の配列ピッチで一列に並べたマイクロミラーアレイであってもよい。 In the above description, the case where the optical switch 9 uses an electro-optic crystal material has been described. However, the present invention is not limited to this, and the optical switch 9 may be a micromirror that is driven on / off. Good. Therefore, the pattern generator 6 may be a micromirror array in which a plurality of micromirrors are arranged in a line at a constant arrangement pitch.
４…被露光体
６…パターンジェネレータ
７…ｆθレンズ
７Ａ…第１のｆθレンズ
７Ｂ…第２のｆθレンズ
８…音響光学素子
９…光スイッチ
１０…スイッチング素子
１１ａ，１１ｂ…電極
１４…第１の偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
１５…第２の偏光ビームスプリッタ（偏光素子）
２２…遮光マスク
Ｌb…レーザビーム
Ｄr0…０次回折光
Ｄr1…1次回折光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Exposed body 6 ... Pattern generator 7 ... f (theta) lens 7A ... 1st f (theta) lens 7B ... 2nd f (theta) lens 8 ... Acoustooptic device 9 ... Optical switch 10 ... Switching element 11a, 11b ... Electrode 14 ... 1st Polarizing beam splitter (polarizing element)
15 ... Second polarization beam splitter (polarization element)
22 ... Light-shielding mask Lb ... Laser beam Dr 0 ... 0th order diffracted light Dr 1 ... 1st order diffracted light
Claims (5)
前記パターンジェネレータから射出した前記複数のレーザビームを前記被露光体上に一定間隔に並べて集光するｆθレンズと、
前記ｆθレンズを射出した前記複数のレーザビームを前記被露光体の搬送方向と交差する方向に回折させて、互いに隣接する前記レーザビームの間の領域を同時に往復走査する音響光学素子と、を備え、
前記音響光学素子は、前記レーザビームの回折方向の軸が光軸を中心に前記被露光体の搬送方向と直交する方向に対して一定角度だけ回転した状態に配設され、
前記音響光学素子の光射出側には、前記複数のレーザビームの０次回折光を遮断する遮光マスクが設けられたことを特徴とする露光装置。 A pattern generator that emits an intensity modulation to a plurality of laser beams arranged in parallel in a line at a constant arrangement pitch in a direction that intersects the conveyance direction of an object to be exposed that is conveyed at a constant speed in a constant direction;
An fθ lens for focusing the laser beams emitted from the pattern generator on the object to be exposed at regular intervals;
An acoustooptic device that diffracts the plurality of laser beams emitted from the fθ lens in a direction intersecting a transport direction of the object to be exposed, and simultaneously reciprocally scans a region between the adjacent laser beams. ,
The acoustooptic element is disposed in a state where the axis of the diffraction direction of the laser beam is rotated by a certain angle with respect to the direction orthogonal to the transport direction of the object to be exposed around the optical axis,
An exposure apparatus, wherein a light-shielding mask for blocking zero-order diffracted light of the plurality of laser beams is provided on a light emission side of the acoustooptic device.
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