JPH10142538A - マルチヘッド走査光学系を持つレーザ描画装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被描画体に対してレーザビームを主走査方向
に偏向させつつ該レーザビームを画像データに基づいて
変調させて該被描画体に描画を行うレーザ描画装置にお
いて、描画作動有効時間を実質的に100%とする。 【解決手段】 単一のレーザビーム光源からのレーザビ
ームが２つの光路に振り分けられ、それらレーザビーム
がそれぞれ被描画体に対して主走査方向に偏向させるた
めに２つのポリゴンミラーが使用される。各ポリゴンミ
ラーの反射面にはレーザビームの主走査方向に沿う偏向
を行って描画を行わせる描画有効反射面領域が設定さ
れ、双方の描画有効反射面領域での描画作動が連続的に
交互に行い得るように双方のポリゴンミラーの回転周期
をずらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被描画体に対してレ
ーザビームを主走査方向に偏向させつつ該レーザビーム
を画像データに基づいて変調させて該被描画体に描画を
行うレーザ描画装置に関し、一層詳しくは被描画体に対
してレーザ描画を主走査方向に偏向させるために複数の
ポリゴンミラーを含むマルチヘッド走査光学系を具備す
るレーザ描画装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ描画装置では、レーザビー
ムを主走査方向に偏向させる走査光学系としてポリゴン
ミラーが使用される。ポリゴンミラーは一定の速度で回
転し、その回転中の反射面に一方向からレーザビームを
入射させることにより、該レーザビームは被描画体に対
して主走査方向に偏向させられる。一方、レーザビーム
の主走査方向への偏向中、該レーザビームは画像データ
に基づいて変調させられ、これにより被描画体に対する
描画が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ポリゴンミラーのそれ
ぞれの反射面にはレーザビームの主走査方向に沿う偏向
を行って描画を行わせる描画有効反射面領域が設定さ
れ、任意の描画有効反射面領域での描画作動終了からそ
の描画有効反射面領域に隣接した次の反射面の描画有効
反射面領域での描画作動開始に移行する間の時間は描画
作動の行われない空き時間即ち無駄な時間となる。

【０００４】このような無駄な時間を短くするためにポ
リゴンミラーの反射面数を増やすことが考えられるが、
同時にそれぞれの反射面の描画有効反射面領域が小さく
なり、描画範囲が狭まるという問題がある。そこで、描
画範囲を広げるためにポリゴンミラーのそれぞれの反射
面の描画有効反射面領域を可及的に大きく設定すると、
ポリゴンミラーが大型化するといった弊害が生じる。

【０００５】いずれにしても、ポリゴンミラーを利用す
る従来の走査光学系にあっては、その任意の反射面での
描画作動からそこに隣接する反射面での描画作動に移行
する間に描画作動の行われない空き時間が不可避である
ため、この空き時間のために描画作動有効時間を100%得
ることはできず、レーザビームを100%描画に利用するこ
とは事実上不可能であった。

【０００６】本発明は被描画体に対してレーザビームを
主走査方向に偏向させつつ該レーザビームを画像データ
に基づいて変調させて該被描画体に描画を行うレーザ描
画装置であって、描画作動有効時間が実質的に100%得ら
れるように構成されたレーザ描画装置を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるレーザ描画
装置は、被描画体に対してレーザビームを主走査方向に
偏向させつつ該レーザビームを画像データに基づいて変
調させて該被描画体に描画を行うものであって、単一の
レーザビーム光源と、レーザビーム光源からのレーザビ
ームを２つの光路に振り分けるレーザビーム振分け手段
と、レーザビーム振分け手段によって２つの光路に振り
分けられたレーザビームをそれぞれ被描画体に対して主
走査方向に偏向させるための２つのポリゴンミラーとを
具備して成る。本発明によれば、かかるレーザ描画装置
において、各ポリゴンミラーのそれぞれの反射面にはレ
ーザビームの主走査方向に沿う偏向を行って描画を行わ
せる描画有効反射面領域が設定され、一方のポリゴンミ
ラーの描画有効反射面領域での描画作動終了からその描
画有効反射面領域に隣接した描画有効反射面領域での描
画作動開始に移行する間に他方のポリゴンミラーの描画
有効反射面領域での描画作動が行われるように双方のポ
リゴンミラーの回転周期をずらしていることが特徴とさ
れる。

【０００８】本発明において、レーザビーム振分け手段
は例えば電気光学素子と偏光ビームスプリッタとの組合
せから成り、電気光学素子によってレーザビームの偏光
特性を変えることにより、該レーザビームが偏光ビーム
スプリッタによって２つの光路に振り分けられる。

【０００９】また、レーザビーム振分け手段は音響光学
素子と反射鏡との組合せから成るものであってもよく、
この場合音響光学素子によってレーザビームを回折させ
ることにより、該レーザビームが反射鏡によって２つの
光路に振り分けられる。

【００１０】本発明において好ましくは、レーザビーム
光源から射出されたレーザビームを画像データに基づい
て変調するための変調手段が、レーザビーム光源とレー
ザビーム振分け手段との間に設けられる。

【００１１】本発明において、レーザビーム振分け手段
はレーザビームを２つに分割して２つの光路に振り分け
るハーフミラーから成るものであってもよい。さらに、
レーザビーム振分け手段によって２つの光路に振り分け
られたレーザビームを、画像データに基づいて変調する
ための変調手段が、レーザビーム振分け手段と２つのポ
リゴンミラーとの間にそれぞれ設けられてもよい。

【００１２】本発明において、レーザビーム光源を画像
データに基づいて変調駆動するためのレーザビーム光源
駆動手段が設けられてもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるレーザ描画装
置の実施形態について添付図面を参照して説明する。

【００１４】図１には第１実施形態であるマルチヘッド
走査光学系を具備したレーザ描画装置の斜視図が概略的
に示されている。レーザ描画装置は床面上に据えつけら
れた基台１０を備え、この基台１０の上面には一対のレ
ール１２が平行に設けられている。一対のレール１２上
にはテーブル台１４が搭載され、このテーブル台１４は
図示されない駆動源によって、一対のレール１２の長手
方向即ちＸ方向に沿って移動し得るようになっている。
テーブル台１４にはθテーブル１６を介して描画テーブ
ル１７が設置され、この描画テーブル１７上には被描画
体例えばフォトマスク用感光フィルムあるいはフォトレ
ジスト層を持つ基板等が設置される。描画テーブル１７
の対向する側辺にはそれぞれ２つずつ微調整駆動器１８
が設けられており、これにより描画テーブル１７の水平
面内での回転位置が微調整されるようになっている。な
お、図１では、一方の側辺に設けられた２つの微調整駆
動器１８だけが示されている。

【００１５】基台１０の一方にはレーザ光源であるアル
ゴンレーザ発生器２０が設置されている。一方、描画テ
ーブル１７の上方側には図示されない支持構造体によっ
て支持固定された固定板３０が配置され、この固定板３
０にはビームベンダ２２によって反射されたレーザービ
ームを処理するための種々の光学要素、つまりマルチヘ
ッド走査光学系２４が設置される。

【００１６】固定板３０にはビームベンダ３２、３４、
３６が設けられており、ビームベンダ２２から送られて
きたレーザビームは、ビームベンダ３２、３４、３６に
おいて反射しビームセパレータ４０に導かれる。

【００１７】ビームセパレータ４０はレーザビームを例
えば８本の平行レーザビームに分割する。ビームセパレ
ータ４０からの８本の平行レーザビームはビームベンダ
４２を介して集光レンズ４４によって集光され、さらに
ビームベンダ４６を介して電子シャッタ４８に導かれ
る。

【００１８】電子シャッタ４８はレーザビームの入射方
向に対して垂直線上に並んだ８つの音響光学素子から形
成され、各音響光学素子には８本のレーザビームのうち
の該当レーザビームが割り当てられる。電子シャッタ４
８に含まれる各音響光学素子はその該当レーザビームを
二値画像データに基づいて変調させるレーザビーム変調
器として機能する。電子シャッタ４８を経て二値画像デ
ータに基づいて変調された８本のレーザビームＬＢはレ
ーザビーム振分け手段５０に向けられる。

【００１９】図２を参照すると、レーザビーム振分け手
段５０が拡大して図示されている。同図に示すように、
レーザビーム振分け手段５０は電気光学素子１０２、偏
光ビームスプリッタ１０４及びビームベンダ１０６とか
ら構成される。電子光学素子１０２自体は周知のものも
のであって、レーザビームの偏光特性を変更するもので
ある。即ち、電子光学素子１０２を経たレーザビームの
偏光方向は水平方向あるいは垂直方向に変化させられ、
一方偏光ビームスプリッタ１０４は例えば偏光方向が紙
面と水平になっているレーザビームを透過させるが、し
かし偏光方向が紙面と垂直になっているレーザビームを
反射させるようになっている。従って、レーザビームの
偏光特性を電子光学素子１０２でもって適宜変化するこ
とにより、そのレーザビームは偏光ビームスプリッタ１
０４によって反射させられる光路とそこを透過させられ
る光路とのいずれかの光路に振り分けられる。

【００２０】図２から明らかように、偏光ビームスプリ
ッタ１０４を透過させられたレーザビームＬＢ１１は破
線で示され、そのレーザビームＬＢ１１はビームベンダ
１０６で反射させられる。一方、偏光ビームスプリッタ
１０４によって反射させられたレーザビームＬＢ１２は
実線で示される。

【００２１】図１に示すように、レーザビーム振分け手
段５０によって振り分けられたレーザビームＬＢ１１は
ビームベンダ１０６で反射させられた後に更にビームベ
ンダ５２を介して第１のレーザビーム走査光学系５８に
向けられる。一方、レーザビーム振分け手段５０によっ
て振り分けられたレーザビームＬＢ１２はビームベンダ
７２を介して第２のレーザビーム走査光学系７８に向け
られる。

【００２２】第１のレーザビーム走査光学系５８は第１
のビームベンダ５４、第１のポリゴンミラー５６（本実
施形態では、底面が正八角形）、第１のｆθレンズ６
０、第１のターニングミラー６２、第１のコンデンサレ
ンズ６４から構成される。８本のレーザビームＬＢ１１
は第１のレーザビーム走査光学系５８によって描画テー
ブル１７の第１の描画領域１７ａで主走査方向に沿って
偏向させられる。即ち、第１のポリゴンミラー５６によ
って偏向されたレーザビームＬＢ１１は第１のｆθレン
ズ６０を経た後に第１のターニングミラー６２によって
第１のコンデンサレンズ６４に向けられ、これにより第
１の描画領域１７ａはその偏向レーザビームＬＢ１１で
もって主走査方向に走査される。要するに、 第１のレー
ザビーム走査光学系５８による描画作動は第１の描画領
域１７ａだけで行われる。

【００２３】本実施形態では、第２のレーザビーム走査
光学系７８は第１のレーザビーム走査光学系５８と実質
的に同一とされ、第２のビームベンダ７４、第２のポリ
ゴンミラー７６（本実施形態では、底面が正八角形）、
第２のｆθレンズ８０、第２のターニングミラー８２、
第２のコンデンサレンズ８４から構成される。８本のレ
ーザビームＬＢ１２は第２のレーザビーム走査光学系７
８によって描画テーブル１７の第１の描画領域１７ｂで
主走査方向に沿って偏向させられる。即ち、第２のポリ
ゴンミラー７６によって偏向されたレーザビームＬＢ１
２は第２のｆθレンズ８０を経た後に第２のターニング
ミラー８２によって第１のコンデンサレンズ８４に向け
られ、これにより第２の描画領域１７ｂはその偏向レー
ザビームＬＢ１２でもって主走査方向に走査される。要
するに、 第２のレーザビーム走査光学系７８による描画
作動は第１の描画領域１７ｂだけで行われる。

【００２４】図３を参照すると、或る同時刻における第
１のポリゴンミラー５６及び第２のポリゴンミラー７６
が示され、双方のポリゴンミラー５６及び７６は同図に
矢印に示すように同方向に回転させられるが、しかしな
がら各ポリゴンミラー５６、７６が正八角形の場合には
第１のポリゴンミラー５６及び第２のポリゴンミラー７
６の回転については互いにπ/8だけ位相がずらされ、こ
れにより第１のポリゴンミラー５６による描画作動と第
２のポリゴンミラー７６による描画作動とが交互に繰り
返され、これにより描画作動間での空き時間が排除され
る。

【００２５】要するに、図３に示す例では、第１のポリ
ゴンミラー５６は描画作動状態にあるが、第２のポリゴ
ンミラー７６は次の描画作動に移行する際の空き時間の
状態にあり、双方のポリゴンミラー５６及び７６が図３
に示す回転位置から更にπ/8だけ回転させられたときに
は、かかる状態は逆転する。従って、 第１のポリゴンミ
ラー５６及び第２のポリゴンミラー７６のいずれか一方
により、描画作動は常に行われるので、 その間の空き時
間は実質的に無くなることになる。

【００２６】図４及び図５を参照して更に詳しく説明す
ると、各ポリゴンミラー５６、７６のそれぞれの反射面
にはレーザビームの主走査方向に沿う偏向を行って描画
を行わせる描画有効反射面領域ＥＲが設定され、この描
画有効反射面領域ＥＲはポリゴンミラー５６、７６の回
転中心に対する角度αによって規定され、この角度αは
π/8とされる。また、描画有効反射面領域ＥＲの両側境
界の各々とそこに隣接するポリゴンミラーの角部と間の
領域はポリゴンミラー５６、７６の回転中心に対する角
度βによって規定され、この角度はπ/16 とされる。従
って、 例えば第１のポリゴンミラー５６の描画有効反射
面領域ＥＲでの描画作動終了からその描画有効反射面領
域ＥＲに隣接した描画有効反射面領域ＥＲでの描画作動
開始に移行する間に第２のポリゴンミラー７６の描画有
効反射面領域ＥＲでの描画作動が行われ、このような描
画作動が交互に繰り返される。

【００２７】図６を参照すると、第１のポリゴンミラー
５６による描画作動周期と第２のポリゴンミラー７６に
よる描画作動周期とがタイミングチャートとして示され
る。同図のタイミングチャートから明らかように、第１
のポリゴンミラー５６による描画作動はその回転角度α
に相当する時間で行われ、次の描画作動の開始までの区
間(2β＝α) が空き時間となる。一方、第２のポリゴン
ミラー７６による描画作動はその回転角度αに相当する
時間で行われ、次の描画作動の開始までの区間(2β＝
α) が空き時間となる。しかしながら、上述したよう
に、ポリゴンミラー５６及び第２のポリゴンミラー７６
の回転については互いにπ/8だけ位相がずらされている
ので、描画作動は第１のポリゴンミラー５６及び第２の
ポリゴンミラー７６の双方によって連続的に行われる。

【００２８】第１のコンデンサレンズ６４及び第２のコ
ンデンサレンズ８４の各々の両端部での光学歪みは比較
的大きいので、これら双方のコンデンサレンズ６４及び
８４はそれらの内側端部が互いにオーバーラップするよ
うに配置される。このため第１のポリゴンミラー５６に
よる偏向レーザビームＬＢ１１の主走査方向（Ｙ軸方
向）に沿う描画ラインと第２のポリゴンミラー７６によ
る偏向レーザ描画ＬＢ１２の主走査方向に沿う描画ライ
ンとは副走査方向（Ｘ軸方向）にコンデンサレンズ６
４、８４の幅分だけずれることになるが、しかし実際に
は描画テーブル１７の副走査方向（Ｘ軸方向）に沿う移
動が適宜制御されて、第１のポリゴンミラー５６による
描画ラインと第２のポリゴンミラー７６による描画ライ
ンとは互いに一直線上に整列するようにされる。

【００２９】図７にはレーザビーム振分け手段５０の他
の実施形態が示される。この実施形態では、レーザビー
ム振分け手段５０は音響光学素子１１２と反射鏡１１４
との組合せからなり、音響光学素子１１２は電子シャッ
タ４８で変調された８本のレーザビームＬＢを回折させ
て２つの光路に振り分けるようになっている。即ち、図
示するように、レーザビームＬＢは音響光学素子１１２
によって破線で示す方向あるいは実線で示す方向に回折
させられる。

【００３０】一方、反射鏡１１４は２つの反射面を備
え、破線で示す方向に回折されたレーザビームは反射鏡
１１４の一方の反射面によってレーザビームＬＢ２１と
して第１のレーザビーム走査光学系５８に向けられ、実
線で示す方向に回折されたレーザビームは反射鏡１１４
の他方の反射面によってレーザビームＬＢ２２として第
２のレーザビーム走査光学系７８に向けられる。なお、
レーザビームＬＢ２１及びＬＢ２２がそれぞれ上述した
レーザビームＬＢ１１及びＬＢ１２の場合と同様な態様
で処理されることは明らかであろう。

【００３１】図８にはレーザビーム振分け手段５０の更
に他の実施形態が示される。この実施形態では、レーザ
ビーム振分け手段５０は反射光量と透過光量との割合が
１：１となるハーフミラー１２２と反射鏡１２４との組
合せから成り、レーザビームＬＢはハーフミラー１２２
によって２つのレーザビームＬＢ３１及びＬＢ３２に分
割されてそれぞれの光路に振り分けられる。このような
構成のレーザビーム振分け手段５０の場合には、電子シ
ャッタ４８は２つ用意され、一方の電子シャッタはレー
ザビームＬＢ３１の光路側に設けられ、他方の電子シャ
ッタはレーザビームＬＢ３２の光路側に設けられる。

【００３２】第１のレーザビーム走査光学系５８で描画
作動が行われる場合には、レーザビームＬＢ３１はその
光路側に設けられた電子シャッタによって画像データに
基づいて変調され、このときレーザビームＬＢ３２側に
設けられた電子シャッタは閉じられて該レーザビームＬ
Ｂ３２は第２のレーザビーム走査光学系７８には導かれ
ない。一方、第２のレーザビーム走査光学系７８で描画
作動が行われる場合には、レーザビームＬＢ３２はその
光路側に設けられた電子シャッタによって画像データに
基づいて変調され、このときレーザビームＬＢ３１側に
設けられた電子シャッタは閉じられて該レーザビームＬ
Ｂ３１は第１のレーザビーム走査光学系５８には導かれ
ない。かくして、レーザビームＬＢ３１及びＬＢ３２は
それぞれ上述したレーザビームＬＢ１１及びＬＢ１２の
場合と同様な態様で処理され得る。

【００３３】上述したレーザ描画装置の実施形態では、
第１のポリゴンミラー５６及び第２のポリゴンミラー７
６は同じサイズの同一構成とされ、それぞれのポリゴン
ミラーには描画作動時間が50% ずつ振り分けられている
が、必要に応じて、第１のポリゴンミラー５６及び第２
のポリゴンミラー７６を異なったサイズとして、例え
ば、小さいサイズの方のポリゴンミラーには描画作動時
間の30% を振り分け、大きいサイズの方のポリゴンミラ
ーには描画作動時間の70% を振り分けて双方の描画作動
時間を合計で100 % となるようにしてもよい。

【００３４】なお、本願発明のレーザ光源の他の実施形
態として半導体レーザ発生器があげられる。この場合、
半導体レーザ発生器は変調駆動回路などにより画像デー
タに基づいて変調駆動され、変調されたレーザビームを
出射する。そして変調させられたレーザビームは、例え
ば前述した音響光学素子と偏光ビームスプリッタとによ
り２方向に振り分けられる。したがって前述した実施形
態のように、電子シャッタといった変調手段を外部に設
けずともよく、レーザ描画装置の更なるコンパクト化が
可能になる。

【００３５】

【発明の効果】以上の記載から明らかなように、本発明
によるレーザ描画装置にあっては、描画作動が実質的に
途切れることなく行われるので、描画時間が大巾に短縮
され得ると共に、光源の利用効率を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるレーザ描画装置の一実施形態を示
す概略斜視図である。

【図２】図１に示すレーザビーム振分け手段を拡大して
示す部分拡大図である。

【図３】図１に示すレーザ描画装置に含まれる２つのレ
ーザビーム走査光学系のそれぞぞれのポリゴンミラーを
示す平面図であって、本発明による描画作動原理を説明
するための説明図である。

【図４】図１に示すレーザ描画装置に含まれる２つのレ
ーザビーム走査光学系のポリゴンミラーの平面図であっ
て、そこに設定される描画有効反射面領域について説明
するための説明図である。

【図５】図４に示すポリゴンミラーの正面図である。

【図６】図１に示すレーザ描画装置に含まれる２つのレ
ーザビーム走査光学系のそれぞれのポリゴンミラーによ
る描画作動周期を示すタイミングチャートである。

【図７】図２と同様な部分拡大図であって、そこに示し
たレーザビーム振分け手段の別の実施形態を示す概略図
である。

【図８】図２と同様な部分拡大図であって、そこに示し
たレーザビーム振分け手段の更に別の実施形態を示す概
略図である。

【符号の説明】

１７ 描画テーブル ２０ レーザ発生器 ５６、７６ ポリゴンミラー １０２ 電気光学素子 １０４ 偏光ビームスプリッタ １１２ 音響光学素子 １２２ ハーフミラー

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被描画体に対してレーザビームを主走査
   方向に偏向させつつ該レーザビームを画像データに基づ
   いて変調させて該被描画体に描画を行うレーザ描画装置
   であって、 単一のレーザビーム光源と、 前記レーザビーム光源からのレーザビームを２つの光路
   に振り分けるレーザビーム振分け手段と、 前記レーザビーム振分け手段によって２つの光路に振り
   分けられたレーザビームをそれぞれ前記被描画体に対し
   て主走査方向に偏向させるための２つのポリゴンミラー
   とを具備して成るレーザ描画装置において、 前記各ポリゴンミラーのそれぞれの反射面にはレーザビ
   ームの主走査方向に沿う偏向を行って描画を行わせる描
   画有効反射面領域が設定され、一方のポリゴンミラーの
   描画有効反射面領域での描画作動終了からその描画有効
   反射面領域に隣接した描画有効反射面領域での描画作動
   開始に移行する間に他方のポリゴンミラーの描画有効反
   射面領域での描画作動が行われるように前記双方のポリ
   ゴンミラーの回転周期をずらしていることを特徴とする
   レーザ描画装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザ描画装置におい
   て、前記レーザビーム振分け装置が電気光学素子と偏光
   ビームスプリッタとの組合せから成り、前記電気光学素
   子によってレーザビームの偏光特性を変えることによ
   り、該レーザビームが前記偏光ビームスプリッタによっ
   て２つの光路に振り分けられることを特徴とするレーザ
   描画装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のレーザ描画装置におい
   て、前記レーザビーム振分け手段が音響光学素子と反射
   鏡との組合せから成り、前記音響光学素子によってレー
   ザビームを回折させることにより、該レーザビームが前
   記反射鏡によって２つの光路に振り分けられることを特
   徴とするレーザ描画装置。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３に記載のレーザ
   描画装置において、前記レーザビーム光源から射出され
   たレーザビームを画像データに基づいて変調するための
   変調手段が、前記レーザビーム光源と前記レーザビーム
   振分け手段との間に設けられることを特徴とするレーザ
   描画装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のレーザ描画装置におい
   て、前記レーザビーム振分け手段がレーザビームを２つ
   に分割して２つの光路に振り分けるハーフミラーから成
   ることを特徴とするレーザ描画装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のレーザ描画装置におい
   て、前記レーザビーム振分け手段によって２つの光路に
   振り分けられたレーザビームを、画像データに基づいて
   変調するための変調手段が、前記レーザビーム振分け手
   段と２つの前記ポリゴンミラーとの間にそれぞれ設けら
   れることを特徴とするレーザ描画装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のレーザ描画装置におい
   て、前記レーザビーム光源を画像データに基づいて変調
   駆動するためのレーザビーム光源駆動手段が設けられる
   ことを特徴とするレーザ描画装置。