JPS61193130A - 光ビ−ム偏向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術〕 本発明はレーザ・パターン描画装置のレーザ光走査光学
系等に用いられる光ビーム偏向装置に係り、詳しくは偏
向後におけるレーザ光の光ビームの品質を良好に保つこ
とができる光ビーム偏向装置に関するものである。

〔発明の背景〕

第１１図は従来の光ビーム偏向装置の概略図である。図
において、（１）は光ビーム偏向装置である音響光学偏
向器、（２）はレーザ光の入射側の光ビーム、（３）　
、　（４）はレーザ光の射出側の光ビームである。

音響光学偏向器（１）は超音波によってレーザ光の入射
側の光ビーム（２）を偏向させるもので、射出側の光ビ
ーム（３）　、　（４）の安定性に優れ、比較的高速で
精度の高い角度制御が可能なものである。

しかしながら、従来の光ビーム偏向装置は、光の回折現
象を利用した素子であるため、入射側の光ビーム（２）
がいくつかの波長の光を含む場合には、波長蚤こよって
偏向角が異なるいわゆる色分散を生じてしまうものであ
った。例えば、多波長発振のアルゴンイオンレーザ光の
光ビームのように近接した複数の波長が同一光軸上にあ
って、音響光学偏向器（１）に入射した場合、偏向角θ
は、光の波長をλ、超音波の波長をＡとすると、次の式
であられされる。

画θ＝λ／Ａ 従って、第１１図に示すように、音響光学偏向器（１）
を出た光ビームは色分散によって光ビーム（３）。

（４）のようｆこ分離し、結局、偏向の方向に広がった
光ビームになってしまい、良好な品質の偏向された光ビ
ームを得ることができないという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、音響光学偏向器の色分散を補償して偏向された光ビー
ムに色分散を生じないようにした光ビーム偏向装置を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

そこで、本発明では、音響光学偏向器に生じる複数の波
長を含む光ビームの色分散に対応した色分散を生じる分
散光学系を、前記音響光学偏向器の入射側或いは射出側
の少なくとも一方に配置することを技術的要点としてい
る。

〔実施例〕

以下、本発明の第１実施例を添付図面を参照して詳細ｉ
こ税関する。

第１図は本発明に係る光学偏向装置の概略図、ｌＸ２図
は音響光学偏向器の光ビームの色分散を水子説明図、第
３図は集光光学系の集光を示すｖＩＦ！！１図である。

第１図に右いて、（１）は光ビーム偏向装置の音響光学
偏向器、（５）は音響光学偏向器（１）の入射側に配置
させられた分散光学系、（６）は分散光学系（５）の一
部を構成する分散素子であるプリズム、（７）は分散光
学系（５）の一部を構成する色分散補償用の集光光学系
である。集光光学系（７）はリレーレンズ（８）と（９
）とから形成されている。ａｌはレーザ光の入射光ビー
ム、（１１）　、　（ｌｓはプリズム（６）により色出
しされた光ビーム、狂騰は音響光学偏向器（１）により
偏向された射出光ビームである。

第２図において、八〇は音響光学偏向器（１）から射出
されたレーザ光の色分散ｆこより分離させられた光ビー
ムの分散・角、εは色分散された光ビームの偏向中心角
である。

第３図において、Δθ′は集光光学系（７）から音響光
学偏向器（１）へのレーザ光の集光された光ビームαυ
、ａりの集光角％α罎は射出光ビームである。

音響光学偏向器（１）は、レーザ光の光ビームの波長巾
Δλに対して超音波の波長Ａとすれば、音響光学偏向器
（１）による光ビームの分散角Δθは次式であられされ
る。

ΔθキΔλ／Ａ。

ここで％Ａは音響光学偏向１Ｂ　（１）の偏向角によっ
て変化する量であるから、例えば、偏向中心角ｔの角度
に相当する超音波の波長Ａに対応する色分散、即ちこの
ときの光ビームの分散角Δθ０キΔλカを補償するよう
に、あらかじめプリズム（６）によって色分散を生じさ
せておけば、最も大きな補償効果が得られることになる
。

ここで、プリズム（６）の頂角をα、光ビームの波長に
対するガラスの屈折率差をｂｎとすれば、プリズム（６
）の屈折角である分散角ムζは次式であられされる。

ムδキムル−α そこで、ム′δとムθ０　が一致するようにαを決めて
やればよいことになる。

また、集光光学系（７）のリレーレンズ（８）　（！：
（９）　ハブリズム（６）と音響光学偏向器（１）が共
役な関係となる工うに配置されている。この集光光学系
（７）はプリズム（６）によシ色出しく色分散）された
光ビームａｎ。

（２）の位置ズレを補償する機能を果たしている。

例えばリレーレンズ（８）と（９）の焦点距離を共にｆ
としたとき、プリズム（＠）とリレーレンズ（８）の間
隔をｆ、レンズ（８）と（９）の間隔を２ｆ、リレーレ
ンズ（９）と音響光学偏向器（１）の間隔をｆとし、プ
リズム（６）の頂角αの値がプリズム（６）の屈折角で
ある分散角Δδと音響光学偏向器（１）の光ビームの分
散角・団即ち超音波の波長Ａ０に対する光ビームの分散
角Δθ０が一致するように設定されていると、複数の波
長を含むレーザ光の入射ビーム（至）はプリズムによっ
て分離すせられ、集光光学系（７）のリレーレンズ（８
）　、　（９）に工って集光され、音響光学偏向器（１
）上で再び一点に集まシ、音響光学偏向器（１）で偏向
させられた執再び一本の射出光ビーム（２）となって射
出させられる。

従って、音響光学偏向器（１）の偏向角が角度εのとき
射出光ビーム（至）の色分散はゼａとなり、その近傍の
偏向角でも色分散を小さく抑えることができる。この場
合、第２図に示すように、音響光学偏陶器（１）による
光ビームの分散角Δθと第３図に示すように、リレーレ
ンズ（８）　、　（９）によって集光された光ビームの
集光角ゐθ′とが等しくなることが条件とされる。そし
て、プリズム（６）の光ビームの屈折角である分散角Δ
δとリレーレンズ（８）の光ビームの集光角Δθ′とが
等しいときには、リレーレンズ（８）（９）の光ビーム
の入射側と射出側とで分散角はともに等しく保たれる。

この場合の具体的数値は次の如くである。波長が４８８
＋ｎｍ付近の光ビームが１０ｎｔｔｌの範囲内で複数の
波長の光を含んでいる場合。

超音波の波長を３５μとして音響光学偏向器（１）によ
る色分散を０．９８分、上記波長差に対するガラスの屈
折率差ヲ４５ｘ１（ｒ’とすれば、プリズム（６）の頂
角αは約３６．４°にすればよい。この数値例において
は、波長域を４８８ｎｍ付近としたが、紫外域や赤外域
でも同様に数値を決定できる。

次に、ｆＩｌえば、音響光学偏向１Ｂ（１）の光ビーム
の分ｉ１ムθとプリズム（６）の光ビームの分散角ムδ
とが違う場合、音響光学偏向器（１）の分散角Δθとリ
レーレンズ（８）　、　（９）の集光角６０′とが等し
いことが条件とされるから、この場合にはリレーレンズ
（８）　、　（９）の倍率を調整して音響光学偏向器（
１）の分散角＾θとリレーレンズ（８）　、　（９）の
集光角Δθ′とが一致するようさせられる。従って、こ
の場合にはプリズム（６）だけでな（、集光光学系（７
）のリレーレンズ（８）　、　（９）もビーム光の分散
角Δθの補償を行うこととなる。

それ故、逆にリレーレンズ（８１、（９）を所謂の倍率
をもつような構成にすれば、プリズム（６）の頂角αを
適当な大きさに制御することも可能となる。

第４図は本発明の第２実施例を示す図である。

図におし１で、第１冥施例と同一の構成については第１
実施例と同一の符号を用いて構成の重複したＶ！明を省
略する。

この実施例は第１実施例の集光光学系（７）がリレーレ
ンズ（８）　、　（９）と倍率を調整できる可動の変倍
レンズ系に）とからなるズーム系として構成されでいる
。

そして、音響光学偏向器（１）のビーム光の分散角Δ０
とプリズム（６）の光ビームの分散角ゐδが違う場合Ｅ
こ、変倍レンズ系（Ｌ！１９を可動させてリレーレンズ
（８）。

（９）の倍率をＭ整し、音響光学偏向器（１）の分散角
ムθとリレーレンズ（ａ）　＊　（９）の集光角Δθ′
とを一致するように調整可能としている。

また、音響光学偏向器（１）に入れる超音波の波長λを
変えると偏向中心角Ｃが変わり、分散角Δθも変化する
。そして、プリズム（６）の分散角ムδが一定であるか
ら、波長λの変化に対応させてリレーレンズ（８）　、
　（９）の倍率を連動させて可変することにより、波長
λが変化し、音響光学偏向器（１）の光ビームの分散角
ムθが変化しても常にリレーレンズ（８）　（９）の集
光角＾θ′が音響光学偏向器（すの分散角ムθに一致す
るよう対応させることができる。

第５図は本発明のＭ３実施例を示す図である。

この実施例では分散素子として今までの実施例で用いて
いたプリズム（６）の代わりに回折格子（Ｌｌｌｉｌを
用いている。

回折格子（ｔｅを用いた以外この実施例は第１実施例と
何ら構成及び作用上の違いはないので、第１実施例と同
−又は均等な部材には同一符号を付して重複した構成及
び作用の説明は省略する。なお。

光ビームの分散角を可変したい場合には回折格子翰を分
光器のように回転させることによって行うことができる
。

ｊＩ６図は本発明の第４実施例を示す図である。

この実施例は、第１実施例と同様な分散光学系（５）が
音響光学偏向器（１）の射出側に配置させられたもので
、それ以外は第１実施例と変わらないので、Ｍ１実施例
と同−又は均等な部材には同一符号を付して重複した構
成の説明及び作用の説明は省略する。

第７図は本発明のＩＪ５の実施例を示す図である。

この実施例においては、分散素子としてのプリズムＣ３
１）と（至）との夫々を音響光学偏向器（１）の入射側
と射出側とに配置する。多波長を含む光ビームα〔はプ
リズム０１）＃こよって分光（分散）され、複数の光ビ
ーム働、０３に分かれるが、音響光学偏向器（１）によ
り回折されて光ビーム（ロ）、（至）となってプリズム
（至）に入射する。このプリズム（至）によって色収差
が最終的に補正されて、光ビーム（ロ）、（至）はほぼ
同軸に揃った光ビーム（４Ｇとなって射出する。ストッ
パ−（至）は音響光学偏向器（１）を通ってきた光ビー
ムに（至）の零次回折光（７）、０７）を遮断するもの
である。

この実施例では、プリズム０１）で−変分光させている
ため、各々の波長の光ビームに対して、音響光学偏向器
（１）を最も効率の良い入射回折角で使用できるという
利点がある。もちろん音響光学偏向器（１）から射出す
る光ビーム（ロ）、Ｇ！９の射出角は光ビームＣ３３、
０３の入射角と等しくなり、最も効率のよい条件で偏向
できる。ここでは入射側と射出側の２つのプリズム０υ
、（至）によって、色分散の補償が行なわれる。

第８図は本発明の光ビーム偏向装置をレーザ・パターン
描画装置のレーザ光走査光学系に使用した状態を示す概
略図である。

第８図において、（１）はアルゴンイオンレーザ光等を
射出するレーザ光源で、レーザ光源−から射出されたレ
ーザ光の平行なレーザビームＬＢはミラーＱ１）で方向
を転換させられて音響光学変調素子（２）に入射させら
れる。音響光学変調素子（社）では入射させられたレー
ザビームＬＢは、描画のためにＯＮ・ＯＦＦ　　させら
れ、ＯＮ時に音響光学変調素子（２）を通過し、ミラー
（ハ）で再び方向転換させられて本発明の光ビーム偏向
装置（財）に入射する。光ビーム偏向装置（財）では回
転ポリゴンミラー（５）の各ミラー面の傾き量に応じて
レーザビームＬＢを矢印入方向に偏向させて補正する。

補正されたレーザビームＬＢは更にミラー（至）で方向
転換させられ、拡大光学系（１）を通り１回転ポリゴン
ミラー（財）のミラー面で反射させられ、ｆ−〇レンズ
（至）を通過して必要な走査面を走査する。

レーザ光走査光学系に本発明の光ビーム偏向装置（財）
が用いられることにより、従来の、５ラー（至）又は（
至）等によって回転ポリゴンミラー＠の各ミラー面の倒
れ量に応じて走査と同期してレーザビームＬＢの反射角
を微少量補正してレーザ光の走査ムラを補正していたと
きに機械的な可動部があるため安定性、経時変化に問題
が生じていたことも。

機械的な可動部がなくなって解決され、しかも高速な面
倒れ補正ができ、良好な品質の光ビーム走査が行なわれ
ることになる。更には多波長のレーザ光の色分散を低減
できることから、走査レーザ光のパワーが有効に取り出
せ、しかも単一波長の光ビームを使用する場合よりも一
般に高いパワーを期待できるので、エネルギー効率のよ
いレーザ光走査光学系を得ることになる。

このため図示していないが、上記レーザパターン描画装
置ｉｌｔこは回転ポリゴンミラー罰の各ミラー面の倒れ
量に応じた補正量が予めメモリに記憶されており、回転
ポリゴンミラー（５）の各ミラー面が走査ｔこ入る直前
に、メモリから対応する補正量を読み出し、その値に応
じた偏向角が光ビーム偏向装置（財）内の音響光学偏向
器によって得られるように、超音波の周波数（波長）を
各面の走査に同期して変化させる制御装置が設けられて
いる。

第９図はレーザ光走査光学系の音響光学変調素子の光ビ
ームのＯＮ・ＯＦＦ動作を示す説明図である。

図において０２は音響光学変調素子、　　（２２ａ）は
レーザビームＬＢのＯ次光ＬＢｏをカットするストッパ
ーである。音響光学変調素子（２乃をＯＮにするとレー
ザビームＬＢは偏向され回折光ＬＢ１はストッパー　（
２２ａ）を透過してビームＯＮの状態ｌこなり、音響光
学変調素子（社）をＯＦＦにすると０次光ＬＢｏはスト
ッパー（２２ａ）でカットされビームＯＦＦの状態にな
るように構成されている。この音響光学変調素子Ｑりで
はレーザビームＩ／Ｂを偏向してビーム−ｏＮの状態に
したときに回折光ＬＢ１に色分散を生じる。

従って変調後の光ビームの品質に限界がある。

第１０図は第９図の装置の欠点を補正した音響光学変調
素子のＯＮ・Ｏ１ｌ’Ｆ　動作を示す説明図であ也この
音響光学変調素子Ｑ埠には本発明の光ビーム偏向装置を
用いたもので、音響光学偏向器（１）、プリズム（６）
リレーレンズ（８）　、　（９）ストッパ（２２ａ）と
からなり、ビームＯＮのとき回折光ＬＢ、を透過し、ビ
ームＯＦ’Ｆのとき０次光ＬＢｏをストッパー（２２ａ
）でカットするように構成することは第９図の場合と全
（同様であるがこの場合蒼こはプリズム（６）、リレー
レンズ（８）　、　（９）によって音響光学偏向器（１
）がレーザビームＬＢを偏向させたときの回折光ＬＢ、
の色分散を補償することができる。従って変調後の光ビ
ームの品質を良好に保てる。

ところで、上記説明では、この発明をレーザ・パターン
描画装置のレーザ光走査系等に利用される場合について
述べたが、その他の応用例として、例えばマスクとウェ
ハを７ライメントする場合にマスクのマーク又はウェハ
のマークをレーザスポットで走査する方式のものにも利
用でき、この場合には、複数の波長を含むレーザを使用
してマスクからの光情報のＳ／Ｎを向上させるのに役立
っている。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、音響光学偏向器に
生じる被数の波長を含んだ光ビームの色分散に対応した
色分散を生じる分散光学系を、音響光学偏向器の入射側
或いは射出側の少なくとも一方に配置し、偏向後に射出
される光ビームの色分散を解消するよう−こしたので、
偏向後の光ビームの品質を良好に保つことができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例である光ビーム偏向装置の
概略図、第２図は音響光学ａＳ、器の光ビームの色分散
を示す説明図、第３図は集光光学系の集光を示す説明図
、第４図は本発明の第２実施例である光ビーム偏向装置
の概略図、第５図は本発明の第３実施例である光ビーム
偏向装置の概略図、第６図は本発明の第４実施例である
光ビーム偏向装置の概略図、第７′図は本発明の第５実
施例による光ビーム偏向装置の概略図、第８図は本発明
の光ビーム偏向装置をレーザ・パターン描画装置のレー
ザ光走査光学系に使用した状態を示す概略図、第９図は
音響光学変調素子のＯＮ、　ＯＦＦ動作を示す説明図、
第１０図は別の音響光学変調素子のＯＮ、　ＯＦＦ動作
を示す説明図、第１１図は従来の光ビーム偏向装置の概
略図である。 （１）・・・音響光学偏向器、（２）・・・入射ビーム
、（３）、（４）・・・射出ビーム、（５）・・・分散
光学系、（６）・・・プリズム、（７）・・・集光光学
系、（８）、（９）・・・リレーレンズ、α９・・・凹
レンズ、αｅ・・・回折格子。 代理人　弁理士　木　村　三　朗 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 τ 第６・図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から発生した複数の波長を含む光ビームを音響光学
   偏向器によって偏向させるようにした光ビーム偏向装置
   において、前記音響光学偏向器により生じる光ビームの
   色分散と対応した色分散を生じせしめる分散光学系を、
   前記音響光学偏向器の入射側或いは射出側の少なくとも
   一方に配置したことを特徴とする光ビーム偏向装置。