JP2008153448A - レーザー描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きく偏向されたレーザー光でも、常に対物レンズの瞳中心に入射されるように構成され、像面湾曲及び諸収差を低減でき、さらには、装置の省スペース化を図ることができるレーザー描画装置を提供する。
【解決手段】レーザー光源４と、レーザー光源４から出射されたレーザー光６を偏向させる為の走査部５と、偏向されたレーザー光６を対物レンズ７に入射させるための相対向する第１のｆθレンズ群２、及び第２のｆθレンズ群３とを有し、第１及び第２のｆθレンズ群は、出射瞳が無限遠でありテレセントリックな光学系をなすことにより、常時対物レンズ７の瞳中心に前記レーザー光６を入射させるようにしてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ｆθレンズを用いた光学系を有するレーザー描画装置に関する。

近年、例えば液晶ディスプレイ、その他の平面型表示装置では、スイッチング素子に薄膜トランジスタ（thin film transistor:ＴＦＴ）が用いられている。薄膜トランジスタなどの製造においては、基板上に形成した非結晶半導体薄膜を結晶化させるためにレーザー光を照射することによる、レーザーアニールが行われている。
ＴＦＴ等の基板への熱的負荷を小さく抑えた半導体薄膜のアニール処理に好適に用いることが可能なレーザー処理装置として、レーザー光を高速で基板に照射する処理装置がある（特許文献１）。図５に、このレーザー処理装置の要部の概略構成を示す。これによれば、レーザー処理装置５０においては、光源部５３から出射したレーザー光Ｌｈは、ビーム整形部５５において複数のコリメートレンズ５５ａ，５５ａを及びアナモルフィックプリズム５５ｂを通過することによってビーム径が整形される。そして、ビーム径が整形されたレーザー光Ｌｈは、２枚のミラー６５ａ，６５ｂを介して、所定方向に走査させることのできる走査部５７に入射し、レーザー光Ｌｈが被処理物である基板Ｗに照射される。レーザー光Ｌｈの走査部５７には、往復的に回動操作されるガルバノ・ミラー方式や、物質内での音波と光波の相互作用により光の変調や偏向を行うＡＯＤ（Acousto-Optic-Device）方式、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）が用いられる。

ところで、このようなレーザーアニールにおいては、ある程度、レーザー光のスキャン角度が必要であり、レーザー光の走査部であるＡＯＤ等によってレーザー光のビームは大きく偏向される。しかし、ＡＯＤ等で大きく偏向されたレーザー光は、対物レンズに入射する際、偏向されたレーザー光の主光線と、対物レンズの入射瞳とのズレが大きくなってしまうという問題がある。これにより、偏向したレーザー光のビームは、対物レンズの瞳によって蹴られ、光量が大きく低下してしまう原因となる。また、対物レンズの辺縁部をレーザー光が通ると、球面収差や像面湾曲が増加する可能性もある。
特許文献１においては、被処理物である基板ＷとＡＯＤ等の走査部５７の間にｆθレンズ６３が設けられ、レーザー光Ｌｈは図示されない集光レンズにより集光されて基板Ｗ上に照射されるレーザー処理装置が開示されている。
特開２００６−１３４９８６号公報

ところが、前述のような光学系の構成において、対物レンズ周辺にｆθレンズを配置するスペースがない場合がある。そうすると、焦点距離が大きなｆθレンズを対物レンズから離して配置することになるが、この場合は、光学系全体が大きくなってしまう。また、特許文献１のように、１組のｆθレンズを有する構成では、スキャン角度が増大した場合にレーザー光が集光レンズの入射瞳に蹴られ、光量が低下する問題が残る。
さらに、使用するレーザーが半導体レーザーの場合には、ガスレーザーに比べて波長幅が広いため、色収差が起こりやすいという問題点もある。

本発明は、上述の点に鑑み、大きく偏向されたレーザー光でも、常に対物レンズの瞳中心に入射されるように構成され、像面湾曲及び諸収差を低減でき、さらには、装置の省スペース化を図ることができるレーザー描画装置を提供するものである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のレーザー描画装置は、レーザー光源と、レーザー光源から出射されたレーザー光を偏向させる為の走査部と、偏向されたレーザー光を対物レンズに入射させるための相対向する第１のｆθレンズ群、及び第２のｆθレンズ群とを有し、第１及び第２のｆθレンズ群は、出射瞳が無限遠でありテレセントリックな光学系をなすことにより、常時対物レンズの瞳中心に前記レーザー光を入射させるようにしてなることを特徴とする。

本発明のレーザー描画装置では、第１のｆθレンズ群及び、第２のｆθレンズ群がテレセントリックな光学系をなすことにより、走査部によって偏向されたレーザー光を対物レンズの入射瞳に入射するようになる。

本発明によれば、偏向されたレーザー光でも、常に対物レンズの瞳中心に入射されるので、対物レンズに入射するレーザー光の光量の低下を抑えることができる。さらに、第１のｆθレンズ群と第２のｆθレンズ群によって、テレセントリックな光学系をなすので、レンズ交換が容易になる。

本発明におけるレーザー描画装置は、相対向する第１のｆθレンズ群と第２のｆθレンズ群を有し、テレセントリックな光学系とすることによって、これらの第１のｆθレンズ群及び第２のｆθレンズ群を介して対物レンズに入射するレーザー光を常時対物レンズの瞳中心に入射するように構成される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１に、本発明の第１実施の形態に係るレーザー描画装置の概略構成図を示す。本実施の形態において、レーザー描画装置１は、主に、半導体製造工程において、レーザーアニールに用いられるものとする。

まず、本実施の形態におけるレーザー描画装置１は、露光用光源となるレーザー光源４と、レーザー光源４から出射されたレーザー光６を偏向させるための走査部５と、走査部５で偏向されたレーザー光６を対物レンズ７の入射瞳の中心に入射させるための第１及び第２のｆθレンズ群２，３と、対物レンズ７に入射するレーザー光６を反射するためのダイクロイックミラー８を備える。本例のレーザー描画装置１における光学系では、第１のｆθレンズ群２は、１群２枚構成であり、第２のｆθレンズ群３は３群４枚構成をなす。さらに、本実施の形態におけるレーザー描画装置１は、被処理物である基板１０の表面に対してフォーカスサーボ機能を有するように、フォーカス制御部９を備える。また、対物レンズ７は、基板１０の手前に位置する。レーザー光の走査部５には、往復的に回動操作されるガルバノ・ミラー方式や、物質内での音波と光波の相互作用により光の変調や偏向を行うＡＯＤ（Acousto-Optic-Device）方式、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電気機械システム）が用いられる。

本例のレーザー描画装置１においては、偏向されたレーザー光６は、対向する第１、及び第２のｆθレンズ群２、３を介して対物レンズ７に入射する。ｆθレンズとは、入射する偏向されたレーザー光の角度に比例して、集光させるスポットの位置を変えることができるレンズであり、レーザー光の偏向角θに比例した等速スポット走査性を有するように構成されたレンズである。第１のｆθレンズ群２において、焦点距離をｆ、レーザー光の入射角をθとすると、角度θで入射したレーザー光は、光軸１６からｙ＝ｆθのところに集光される。

また、第１のｆθレンズ群２は、１群のレンズ、すなわちレンズ部分群１１からなり、レンズ部分群１１は、屈折率、及び分散の異なる２枚のレンズ１１ａ、１１ｂが張り合わされることにより、アクロマート補正されている。この第１のｆθレンズ群はいわゆる１群２枚構成をなしている。次に、第２のｆθレンズ群３は、第１のｆθレンズ群２から見て、３郡のレンズ、すなわち、レンズ部分群１２、１３及び１４からなる３群構成で配置され、レンズ部分群１４は、屈折率、及び分散の異なる２枚のレンズ１４ａ、１４ｂが張り合わされることにより、アクロマート補正されている。この第２のｆθレンズ群３を構成している。また、レンズ部分群１２、１３、１４のそれぞれの面パワーは、順に正、負、正（いわゆる凸、凹、凸）の関係をなしている。また、レンズ部分群１２、１３、１４によりアポクロマート補正されている。

またこのとき、対物レンズ７の有効開口数（ＮＡ）変更時のレンズ交換を容易にするために、第１、第２、両方のｆθレンズ群２、３の出射瞳が無限遠になるように、つまり、テレセントリックにレンズ群を対向させて配置する。光学系がテレセントリック系でない場合、偏向されたレーザー光のそれぞれの主光線が、レンズの中心軸（光軸）に平行でないために、ひとつのレンズを他のレンズに交換するときに、新たに様々な調整を行わなければならず、レンズ交換が容易にできない。
第１、及び第２のｆθレンズ群２、３をテレセントリック系に相対向させることによって、偏向されたレーザー光６の主光線１７はそれぞれレンズの中心軸（光軸１６）に平行になるので、レンズの交換が容易になる。また、レーザー光６が偏向されても光軸１６に平行にスポットが絞られていくので、光量の損失が少ない。

また、第１及び第２のｆθレンズ群２、３は、第１のｆθレンズ群２における後ろ側焦点１９と、第２のｆθレンズ群３における後ろ側焦点２０が一致するように配置されている。本例の構成においては、第１のｆθレンズ群２にとっては、第２のｆθレンズ群３側が後ろ側であり、第２のｆθレンズ群３にとっては、第１のｆθレンズ群２側が後ろ側である。

図１に示すように、本例では、第１のｆθレンズ群２を介して出射したレーザー光６は、後ろ側焦点１９に集光し、次に、その第１のｆθレンズ群２の焦点１９を光源としたそれぞれのレーザー光６が第２のｆθレンズ群３に入射する。このとき、第１のｆθレンズ群２と第２のｆθレンズ群３の間において、レーザー光６はテレセントリックであり、主光線１７は光軸１６に平行になる。また、第２のｆθレンズ群３の３群のレンズによりレーザー光６は微調整され、出射する。その後、レーザー光６は、ダイクロックミラー８で反射されて、対物レンズ７に入射する。
このとき、第２のｆθレンズ群３では、レンズ部分群１２、１３及び１４によってレーザー光６が調整されているので、対物レンズ７の瞳中心に入射する。対物レンズ７から出射したレーザー光６は、基板１０上にスポットを形成し、レーザーアニールが行われる。すなわち、レーザー光６は、走査部５において偏向されることにより、基板１０で走査され、所定の領域を選択的にレーザーアニールすることができる。レーザー描画装置１に対して、基板１０を相対的に移動させることによって、基板１０の全面域、または必要な領域のアニールを行うようにすることもできる。

このとき、フォーカス制御部９において、フォーカス用の光源１５からフォーカス用レーザー光（以下フォーカス光）１８が出射され、ダイクロイックミラー８を介して、レーザー光６と同一光路で基板１０上に導かれる。フォーカス光１８は基板１０上で反射され、その反射されて戻ってきたフォーカス光１８により、フォーカスサーボを可能としている。これにより、レーザー光６が常に焦点を基板１０の表面にして照射される構成となる。ダイクロイックミラー８としては、例えば青の波長光（例えば４０５ｎｍ）によるレーザー光６を反射し、赤の波長光（例えば６５０ｎｍ）によるフォーカス光１８を透過する構成とすることができる。

上述したレーザー描画装置１によれば、第２のｆθレンズ群３を３群４枚のレンズからなるトリプレット構成とし、それぞれに適当なレンズを用いることによって、大きく偏向したレーザー光６がｆθレンズの辺縁部を通っても球面収差や像面湾曲の増加を抑えることができるようになる。
また、第１のｆθレンズ群２及び第２のｆθレンズ群３は、それぞれにおいて、屈折率及び分散の異なるレンズを張り合わせることによって、アクロマート補正、及びアポクロマート補正が行われている構成とする。アクロマート補正、及びアポクロマート補正されることにより、色収差が低減される。

加えて、第２のｆθレンズ群３を少なくとも３群のレンズからなるトリプレット構成とすることで、レーザー光６の屈折などを調整することができるので、諸収差の増加を抑えた上で、第２のｆθレンズ群３の焦点距離を小さくすることができ、レーザー描画装置１における光学系の全長を短くすることができる。また、第１のｆθレンズ群２の後ろ側焦点１９と、第２のｆθレンズ群３の後ろ側焦点２０は一致しおり、かつ、テレセントリックな光学系をなしているので、第１のｆθレンズ群２を焦点距離の大きなものに交換した場合であっても、そのまま第２のｆθレンズ群３を用いることが可能となり、レンズの交換が容易になる。

以下に、本発明の第２及び３実施の形態を用いて、レーザー光の光路及び焦点距離の関係について模式図を示しながら説明する。

図２Ａ及びＢに、本発明に係る第２実施の形態におけるレーザー描画装置を模式的に示す。ただし、第１実施の形態と同一部分には同一符号を付し、重畳説明を省略する。

本例のレーザー描画装置４０は、レーザー光６の光源４とレーザー光６のスキャン角度を偏向させるための走査部５、第１のｆθレンズ群２、第２のｆθレンズ群３３、及び対物レンズ７を有する。その他の構成要素については省略する。本実施例においては、第１及び第２のｆθレンズ群２、３３は、同じｆθレンズを相対向させて配置する。つまり、本例においては、第１及び第２のｆθレンズ群２、３３の図示しないレンズ部分群は、どちらも１群２枚構成であり、第１及び第２のｆθレンズ群２、３３の後ろ側焦点は一致するように配置されており、それぞれのｆθレンズ群２、３３の出射瞳は無限遠である。このように、同じ仕様の第１及び第２のｆθレンズ群２、３３を対向させ、テレセントリックな光学系とすることによって、光源４から出射され、走査部５で偏向されたレーザー光６のビームは対向する第１、第２のｆθレンズ群２、３３を介して対物レンズ７の入射瞳の中心に入射されるようになる。この構成によれば、走査部５によってスキャン角度が大きく偏向された場合でも、対物レンズ７の瞳に蹴られること無く、光量の損失も低減される。

本実施の形態においては、対向する第１及び第２のレンズ群２、３３は、互いに構成が同じであり、両方のレンズ群の焦点距離ｆ０が等しいので、図２Ｂに示すように、一方のレンズを焦点距離の大きいものに交換する場合、他方のレンズも同様に同じ焦点距離の大きいものに交換すればよい。つまり、図２Ｂに示すレーザー描画装置４１のように、一方のレンズ群の焦点距離をｆ００としたときに、他方のレンズ群の焦点距離もｆ００とすることで、レーザー光６は対物レンズ７の瞳に蹴られることがない。

図３Ａ及びＢに、第３実施の形態におけるレーザー描画装置の模式図を示す。本例のレーザー描画装置４２、及び４３では、第２のｆθレンズ群３を３群４枚構成とする。第１のｆθレンズ群２は１群２枚構成であり、第２のｆθレンズ群３は、３群４枚構成を成すが、ここでは、実施例１と同様、模式的に図示する。また、第２のｆθレンズ群３を除く他の構成要素は実施例１と同様であるので、同一符号を付し重畳説明を省略する。

前述の第２実施の形態においては、第１及び第２のｆθレンズ群２、３３の焦点距離を等しくすることによって、対物レンズ７の入射瞳に蹴られること無くビームを入射させていた。しかしながら、図３のように、第２のｆθレンズ群３を面パワーが正、負、正の組み合わせである３群のレンズで構成することによって、第１のｆθレンズ群２の焦点距離ｆ１に影響されること無く、対物レンズの瞳にビームを入射させることができる。つまり、ｆ１＝ｆ２でなくてもよい。例えば、図３Ｂに示すように、第１のｆθレンズ群２を焦点距離がｆ３であるものに交換するとき、第２のｆθレンズ群３は、そのままで良く、第１のｆθレンズ群２の焦点距離ｆ３に合わせる必要がない。つまり、焦点距離ｆ３が大きくなったとしても、光学系全体が大きくなることがない。

したがって、本例のレーザー描画装置４２及び４３によれば、第２のｆθレンズ群３の交換に起因する光学系スペースの増大を阻止し、省スペース化を図ることが出来る。但し、第１のｆθレンズ２の後ろ側焦点と、第２のｆθレンズ３の後ろ側焦点は一致するように、光路長の変更は必要となる。
さらに、第２のｆθレンズ群３は、３群４枚のレンズ構成により、焦点距離を短くすることができるので、全体の光学系を短くすることが可能になる。

図３Ａのレーザー描画装置４２において、光源４で発振され、走査部５に入射するレーザー光６のビーム径をφ１、対物レンズ７に入射するビーム径をφ２とする。そうすると、ビーム径には、φ２＝（ｆ２／ｆ１）・φ１の関係が成り立つ。同様に、図３Ｂにおいて、第１のｆθレンズ群の焦点距離をｆ３とし、走査部５に入射するレーザー光６のビーム径をφ１、対物レンズ７に入射するレーザー光６のビーム径をφ３とすると、φ３＝（ｆ２／ｆ３）・φ１となる。焦点距離において、ｆ３＞ｆ１の関係があるとすると、φ３＜φ２の関係が成り立つ。つまり、第１のｆθレンズ群２を焦点距離の大きなものに代えたときは、対物レンズ７に入射するレーザー光６のビーム径φ３が小さくなることがわかる。

したがって、第１のｆθレンズ群２を焦点距離の異なるレンズ群に容易に交換することができるので、対物レンズ７に入射するビーム径を容易に代えることが可能である。
また、第１のｆθレンズを交換して焦点距離の異なるレンズにすることによって、基板に入射するレーザー光の角度を変えることもできる。

次に、本発明に係る第４実施の形態として、具体的な構成を詳細に示す。第２実施の形態においては、第１実施の形態におけるレーザー描画装置１において、具体的な手段及び数値を適用したものである。したがって、同一部分には同一符号を付し、重畳説明は省略する。

図４に本発明に係る第２実施の形態のレーザー描画装置の概略構成図を示す。本実施の形態におけるレーザー描画装置３０においては、露光用光源であるレーザー光源として、半導体レーザー３１を用い、レーザー光のビームを偏向させるための走査部として、ＡＯＤ（音響光学素子）３２を用いる。ＡＯＤ３２は、高周波信号で駆動された振動子により結晶中に超音波を伝搬させて周期的な屈折率変化を生じさせることにより、回折格子を形成し、これにより入射光を回折させる素子である。つまり、ＡＯＤ３２に入力する回折制御信号の周波数を変化させることによって、ＡＯＤ３２に入射し回折されるレーザー光６の、出射方向が変化する。すなわちレーザー光６を偏向させることができる。

まず、波長が４５０nmである半導体レーザー３１をコリメートし、露光用光源とする。レーザー光６は、ビーム径をφ＝１．５ｍｍとしてＡＯＤ３２に入射させ、１次回折光を露光用ビームとして用いる。この１次回折光は、第１のｆθレンズ群２へ入射する。ここで、第１のｆθレンズ群２は、１群２枚の構成であるレンズ部分群１１からなり、焦点距離が約１４０ｍｍ、出射瞳が負の無限大となるように設計されている。さらに、アクロマート補正もされている。この１群２枚構成の第１のｆθレンズ群２の面データを、以下に示す。ただし、第１のｆθレンズ群２の面は、レーザー光６入射側より、Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３とし、面の曲率半径をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３とする。また、面Ｓ１−Ｓ２間の硝材及び光軸上厚みをＧ１、面Ｓ２−Ｓ３間の硝材及び光軸上厚みをＧ２とする。

Ｓ１：Ｒ１＝１７０．８７４mm
Ｓ２：Ｒ２＝４４．１７１mm
Ｓ３：Ｒ３＝−１２１．４５０mm
Ｇ１：Ｓ−ＴＩＭ２（Ｏｈａｒａ）／２．０mm
Ｇ２：Ｓ−ＢＡＬ１４（Ｏｈａｒａ）／２．０mm
曲率半径Ｒにおいて、負の符号は光源４側（左側）から見て凸面、正の符号は、光源４側（左側）から見て凹面であることを意味する。なお、Ｇ１、Ｇ２の硝材はオハラ社製の硝材である。

このとき、ＡＯＤ３２による走査、いわゆるスキャニングの支点Ｂを第１のｆθレンズ群２の前側焦点と一致させることで、光学系中心軸である光軸１６から偏向されたビームであっても、第１のｆθレンズ群２を出射する主光線１７は、光学系の中心軸（光軸１６）と平行になる。
さらに、アクロマート補正されているため、半導体レーザー３１による波長幅を持ったレーザー光６を用いてもｆθレンズ群からの出射ビームの光軸の高さは一定となる。ちなみにこの第１のｆθレンズ群による設計波面収差は、ビーム径φ＝１．５ｍｍのレーザー光６に対して±１度偏向させても、±１ｍλ以下となる。また、レーザー光６の最大偏向時において、出射主光線１７の光軸１６に対する出射角は５μｒａｄ以下である。

次に、第１のｆθレンズ群２によるレーザー光６の集光位置Ａを新たな出射点とみなしてレーザー光６を第２のｆθレンズ群３に、逆側から入射する。第２のｆθレンズ群３は、焦点距離が約４００ｍｍで、入射瞳が、負の無限遠となるよう設計された３群４枚であるレンズ部分群１２、１３、及び１４からなるトリプレット構成で、レンズ部分群１２，１３及び１４ではアポクロマート補正されている。ここで、第２のｆθレンズ群３の面データを以下に示す。
ただし、第２のｆθレンズ群３の面は、対物レンズ７側から、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０とし、それぞれの面の曲率半径を、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０とする。また、面Ｓ４−Ｓ５間の硝材及び光軸１６上厚みをＧ３、面Ｓ５−Ｓ６間の硝材及び光軸１６上厚みをＧ４、面Ｓ５−Ｓ６間の光軸１６上距離をＧ５、面Ｓ６−Ｓ７間の硝材及び光軸１６上厚みをＧ６、面Ｓ７−Ｓ８間の光軸１６上距離をＧ７、面Ｓ８−Ｓ９間の硝材及び光軸１６上厚みをＧ８とする。

Ｓ４ ：Ｒ４＝１４５．９６５ｍｍ
Ｓ５ ：Ｒ５＝７２．９５２ｍｍ
Ｓ６ ：Ｒ６＝Ｉｎｆｉｎｉｔｙ
Ｓ７ ：Ｒ７＝Ｉｎｆｉｎｉｔｙ
Ｓ８ ：Ｒ８＝４６．０００ｍｍ
Ｓ９ ：Ｒ９＝９３．９４６ｍｍ
Ｓ１０：Ｒ１０＝−１８３．３２５ｍｍ
Ｇ３ ：Ｓ−ＴＩＭ２（Ｏｈａｒａ）／１．０ｍｍ
Ｇ４ ：Ｓ−ＢＡＬ１４（Ｏｈａｒａ）／２．０ｍｍ
Ｇ５ ：２２１．２ｍｍ
Ｇ６ ：ＳｉＯ２／２．０ｍｍ
Ｇ７ ：４６．４ｍｍ
Ｇ８ ：ＳｉＯ２／２．０ｍｍ
前述と同様、曲率半径Ｒにおいて、負の符号は対物レンズ７側（右側）から見て凹面、正の符号は、対物レンズ７側（右側）から見て凸面であることを意味する。なお、Ｇ３、Ｇ４の硝材はオハラ社製の硝材である。

上述の第２のfθレンズ群３の後ろ側焦点位置をビーム出射点Ａと一致させるように配置する。この時、互いに出射瞳が負の無限遠となるように設計された第1のfθレンズ群２と第2のfθレンズ群３をその後ろ側焦点位置が一致するように対向させた配置となっている。この光学系構成では、いずれの偏向角でスキャニングされたレーザー光６も対物レンズ７の入射瞳中心に向かう平行ビームとなる。つまり、これら第１のfθレンズ群２と第２のfθレンズ群３を後ろ側焦点位置が一致するように対向させ、第１のｆθレンズ群２の前側焦点をＡＯＤ３２の回折位置に一致させ、かつ第２のｆθレンズ群３の前側焦点を対物レンズ７の入射瞳位置に一致させることで、低収差のアフォーカルリレー光学系として機能する。さらに両レンズ群の焦点距離の比、つまり４００／１４０だけビーム径を拡大し、同時に偏向角度をその逆数１４０／４００＝０．３５倍に縮小する。

また、上述の第２のｆθレンズ群３による設計波面収差は、ビーム径φ＝３．８ｍｍのビームに対して±４度偏向させても、±１ｍλ以下となる。また、ビームの最大偏向時において、出射主光線１７の光軸１６に対する出射角は５μｒａｄ以下である。

以上のように、本実施の形態におけるレーザー描画装置３０において、上述のレンズ構成を用いることにより、ＡＯＤ３２で変更されたレーザー光６の回折光を、偏向角度に関わらず、確実に対物レンズ７に入射できると同時に、スキャニングによる結像位置で発生する像面湾曲や球面収差を含む諸収差の増加を抑えることができる。また、アクロマート補正、及びアポクロマート補正により、色収差も抑えることができる。

本例において、アクロマート補正された色収差量は、第１のｆθレンズ群（焦点距離が約１４０ｍｍ）において、Δｆ＝５．４μｍ／nmであり、第２のｆθレンズ群（焦点距離が約４００ｍｍ）において、Δｆ＝２．２μｍ／nmとなった。平凸石英単レンズ（中心厚み２ｍｍ、焦点距離が約４００ｍｍ）による色収差量は、Δｆ＝８８．０μｍ／nmであるから、本例のアクロマート補正で色収差は十分に抑えられているといえる。

ここで、露光条件を変えるために、有効ＮＡを下げる場合、第1のfθレンズ群２を同等の設計で例えば焦点距離のみ１７５mmとなる他のfθレンズ群に変更することで、対物レンズ７への入射ビーム径を８０％まで縮小することができる。これにより有効ＮＡが相対的に小さくなり、集光スポット径を大きくすることができる。また同時に、焦点距離１４０ｍｍの第1のfθレンズ群２を用いた場合に比べて、対物レンズ７への入射角は１．２５倍となり、対物レンズ７の集光面上でのスキャン領域も１．２５倍となる。

以上のように、レーザー描画装置３０において、上述のレンズ群の構成を用いることで、一方の第１のｆθレンズ群２を、焦点距離の異なる他のｆθレンズ群へ変更する場合、光路長の調整は必要とするものの、もう一方の第２のｆθレンズ群３をそのまま流用することができる。第２のｆθレンズ群３は３郡のレンズ部分群１２，１３及び１４によって構成されていることによって、光学系の長さを短くすることができるので、第２のｆθレンズ群３をそのまま流用できることにより、装置の省スペース化に繋がる。また、これにより、光学条件の変更を容易にすることができる。また、一方のｆθレンズ群の焦点距離を変えることによって、対物レンズ７に入射するレーザー光６の角度の倍率を変えることができる。

また、光源から出射されるレーザー光は、ビーム径が大きいとＡＯＤなどによって偏向されるとき、応答速度が遅くなってしまう。したがって、光源から出射されるレーザー光のビーム径は小さいほうが好ましい。しかしながら、レーザーアニールなどでは、基板上に集光されるレーザー光のビーム径を大きく取りたい場合がある。本例のレーザー描画装置３０によれば、小さいビーム径で半導体レーザー３１から出射されたレーザー光６を、第１のｆθレンズ群２のみ、焦点距離を変えることによって、対物レンズ７を介して基板１０上に形成されるレーザー光６のビーム径を拡大することができる。

本発明のレーザー描画装置を用いて、ＴＦＴを形成し、信頼性の高い液晶ディスプレイを形成することができる。

本発明の第１実施の形態に係るレーザー描画装置の概略構成図である。 Ａ、Ｂ 本発明の実施例１におけるレーザー描画装置の模式図である。 Ａ、Ｂ 本発明の実施例２におけるレーザー描画装置の模式図である。 本発明の第２実施の形態に係るレーザー描画装置の概略構成図である。 従来のレーザー処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１、３０、４０、４１、４２、４３・・・レーザー描画装置、２・・・第１のｆθレンズ群、３、３３・・・第２のｆθレンズ群、４・・・レーザー光源、５・・・走査部、６・・・レーザー光、７・・・対物レンズ、８・・・ダイクロイックミラー、９・・・フォーカス制御部、１０・・・基板、１１、１２、１３、１４・・・レンズ部分群、１５・・・フォーカス光発信部、１６・・・光軸、１７・・・主光線、１８・・・フォーカス光、１９，２０・・・後ろ側焦点、３１・・・半導体レーザー、３２・・・ＡＯＤ、５３・・・光源部、５５・・・ビーム整形部、６５ａ，６５ｂ・・・ミラー、５７・・・走査部、６３・・・ｆθレンズ

Claims (7)

1. レーザー光源と、
   前記レーザー光源から出射されたレーザー光を偏向させる為の走査部と、
   偏向されたレーザー光を対物レンズに入射させるための相対向する第１のｆθレンズ群、及び第２のｆθレンズ群とを有し、
   前記第１及び第２のｆθレンズ群は、出射瞳が無限遠でありテレセントリックな光学系をなすことにより、常時対物レンズの瞳中心に前記レーザー光を入射させるようにしてなる
   ことを特徴とするレーザー描画装置。
2. 前記相対向した第１及び第２のｆθレンズ群のうち、前記対物レンズ側の第２のｆθレンズ群が、面パワーが正、負、正で構成される少なくとも３群のレンズを含んで構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー描画装置。
3. 前記第１及び第２のｆθレンズ群は、それぞれアクロマート補正及びアポクロマート補正されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー描画装置。
4. 前記第１及び第２のｆθレンズ群は、それぞれアクロマート補正及びアポクロマート補正されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー描画装置。
5. 前記レーザー光源は半導体レーザーからなり、
   前記走査部は、ＡＯＤ（音響光学素子）からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー描画装置。
6. 前記レーザー光源は半導体レーザーからなり、
   前記走査部は、ＡＯＤ（音響光学素子）からなる
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザー描画装置。
7. 被処理物をフォーカスする為のフォーカス制御部及びダイクロイックミラーを有し、
   前記ダイクロイックミラーは前記対物レンズと該対物レンズ側の第２のｆθレンズとの間の光路上に配置され、
   前記フォーカス制御部からのフォーカス用レーザー光が、ダイクロイックミラーを介して前記対物レンズに入射させるようにしてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザー描画装置。

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