CN105182542A - 光照射装置以及绘图装置 - Google Patents

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Abstract

提供光照射装置(31)，将来自光源部(4)的激光沿着照射光学系统(5)的光轴(J1)引导至照射面(320)。照射光学系统(5)的分光透镜部(62)具有将入射的光分光的多个要素透镜，光程差生成部(61)具有具备互不相同光程的多个透光部。通过多个要素透镜的多条光束分别入射至多个透光部。聚光部(63)将多条光束的照射区域(50)重叠于照射面上。在沿着要素透镜的排列方向观察时，多条光束作为平行光入射至聚光部。聚光部具有：使平行光在与该排列方向垂直的Y方向上发散的发散透镜(631)，使来自发散透镜的光会聚于照射面上的会聚透镜(633)。这样，容易实现缩短聚光部在Y方向上的焦距的设计，并抑制在照射面上的多条光束的聚光位置的偏离。

Description

光照射装置以及绘图装置
技术领域
本发明涉及一种光照射装置以及绘图装置。
背景技术
根据现有技术，提出一种将从半导体激光器等光源出射的激光均匀地照射到规定表面上的技术。例如，提出一种光照射装置，该光照射装置利用柱面透镜阵列中的多个柱面透镜，将从光源部入射的激光分光成多条光束，利用另一个透镜使多条光束的照射区域在照射面上重叠，并且在该光源部与柱面透镜阵列之间设有光程差生成部。在光程差生成部中设有相互产生比该激光的相干长度(可干渉距离)更长的光程差的多个透光部，通过多个透光部的光分别入射至多个柱面透镜。通过这样，能够防止产生干渉条纹，谋求使得照射于照射面上的照明光的强度分布的均匀化(作为如这样的装置，例如，参照JP特开2004-12757号公报)。
另外，在上述光照射装置中，当将照射面上的光束剖面设置为线状时，在沿着柱面透镜的排列方向观察的情况下，设有使多条光束在照射面上会聚于相同位置的聚光部。但是，在沿着该排列方向观察的情况下，当各透光部的入射表面与出射表面的平行度呈散乱分布，或者，各个柱面透镜的入射表面与出射表面的平行度呈散乱分布时，照射面上的多条光束的聚光位置在该排列方向的垂直方向上发生偏离。如这样地，当多条光束的聚光位置产生偏离时，照明光的质量下降，例如在利用该光照射装置的绘图装置中，图案绘制的精度下降。
发明内容
本发明的目的在于，针对光照射装置，抑制在照射面上的多条光束的聚光位置发生偏离。
本发明的一个光照射装置具有：规定位置出射激光，照射光学系统，配置于所述规定位置，将来自所述光源部的激光沿着光轴引导至照射面；所述照射光学系统具有：分光透镜部，具有沿着与所述光轴垂直的第一方向排列的多个要素透镜，并利用所述多个要素透镜将入射的光分成多条光束，聚光部，配置于所述分光透镜部的所述照射面一侧，将所述多条光束的照射区域重叠于所述照射面上；所述多个要素透镜是在所述光轴以及与所述第一方向垂直的第二方向上没有光焦度的多个柱面透镜，或者，在所述照射光学系统中，设有沿着所述第一方向排列并且具有互不相同的光程的多个透光部，通过所述多个要素透镜的光或者射向所述多个要素透镜的光分别入射至所述多个透光部；在沿着所述第一方向观察的情况下，所述多条光束作为平行光入射至所述聚光部，所述聚光部使所述多条光束会聚于所述照射面上；所述聚光部具有：发散部，使所述平行光在所述第二方向上发散，会聚透镜，接受来自所述发散部的光的入射，并且在沿着所述第一方向观察的情况下，使所述光会聚于所述照射面上。
在上述光照射装置中，可以很容易地实现缩短聚光部在第二方向上的焦距的设计，因此，可以抑制照射面上的多条光束的聚光位置的偏离。
优选地，所述发散部是仅在所述第二方向上具有负的光焦度的柱面透镜。
本发明的另一个光照射装置具有：光源部，向规定位置出射激光，照射光学系统，配置于所述规定位置，将来自所述光源部的激光沿着光轴引导至照射面；所述照射光学系统具有：分光透镜部，具有沿着与所述光轴垂直的第一方向排列的多个要素透镜，并利用所述多个要素透镜将入射的光分成多条光束，聚光部，配置于所述分光透镜部的所述照射面一侧，并将所述多条光束的照射区域重叠于所述照射面上；所述多个要素透镜是在所述光轴以及与所述第一方向垂直的第二方向上没有光焦度的多个柱面透镜，或者，在所述照射光学系统中，设有沿着所述第一方向排列并且具有互不相同的光程的多个透光部，通过所述多个要素透镜的光或者射向所述多个要素透镜的光分别入射至所述多个透光部，在沿着所述第一方向观察的情况下，所述多条光束作为平行光入射至所述聚光部，所述聚光部使所述多条光束会聚于所述照射面上，使经准直调整过的激光从所述光源部入射至所述照射光学系统，所述照射光学系统还具有宽度调整部，在沿着所述第一方向观察的情况下，该宽度调整部使入射至所述聚光部的所述平行光在所述第二方向上的宽度，小于所述经准直调整过的激光在所述第二方向上的宽度。
在上述光照射装置中，也可以容易地实现缩短聚光部在第二方向上的焦距，因此，也可以抑制照射面上的多条光束的聚光位置的偏离。
优选地，所述分光透镜部的所述多个要素透镜分别具有球面的透镜面，所述透镜面兼作为所述宽度调整部的一部分。
本发明也涉及绘图装置。本发明的绘图装置具有：上述光照射装置，配置于所述光照射装置中的所述照射面的空间光调制器，将经所述空间光调制器进行空间调制的光引导至对象物上的投影光学系统，移动所述经空间调制过的光在所述对象物上的照射位置的移动机构，与利用所述移动机构进行的所述照射位置的移动同步地来控制所述空间光调制器的控制部。
通过参照附加的附图并在下文进行的本发明的详细的说明，可以了解到上述的目的以及其他的目的、特征、实施方式以及优点。
附图说明
图1是示出绘图装置的结构的图。
图2是示出光照射装置的结构的图。
图3是示出光照射装置的结构的图。
图4是放大示出分光透镜部以及光程差生成部的一部分的图。
图5是示出照射面上的光的强度分布的图。
图6是示出比较例的光照射装置的结构的图。
图7是示出比较例的光照射装置的结构的图。
图8是示出分光透镜部以及光程差生成部的图。
图9是示出照射面上的聚光位置的图。
图10是示出照射面上的光的强度分布的图。
图11是示出光照射装置的另一个例子的图。
图12是示出光照射装置的另一个例子的图。
图13是示出光照射装置的另一个例子的图。
图14是示出元素透镜的图。
图15是示出元素透镜的图。
图16是示出光照射装置的另一个例子的图。
图17是示出光照射装置的另一个例子的图。
图18是示出光照射装置的另一个例子的图。
图19是示出光照射装置的另一个例子的图。
图20是示出光照射装置的另一个例子的图。
其中，附图标记说明如下：
1绘图装置
4光源部
5照射光学系统
9基板
11控制部
22移动机构
31光照射装置
32空间光调制器
33投影光学系统
50照射区域
62、62a分光透镜部
63聚光部
64宽度调整部
320照射面
610透光部
620、620a元素透镜
621、622透镜面
631发散透镜
633会聚透镜
J1光轴
具体实施方式
图1是示出本发明的一个实施方式的绘图装置1的结构的图。绘图装置1是直接绘图装置，对表面上附有感光材料的半导体基板或者玻璃基板等基板9的表面，照射光束来绘制图案。绘图装置1具有：载物台21、移动机构22、光照射装置31、空间光调制器32、投影光学系统33、控制部11。载物台21保持基板9，移动机构22使载物台21沿着基板9的主表面移动。移动机构22也可以使基板9以垂直于主表面的轴为中心进行转动。
光照射装置31经由反射镜39向空间光调制器32照射线状的光。对光照射装置31的详细情况后述。空间光调制器32例如是衍射光栅型且是反射型，是可以改变光栅的深度的衍射光栅。空间光调制器32是利用半导体装置制造技术来制造的。在本实施方式中使用的衍射光栅型的光调制器是例如，GLV(GratingLightValve，光栅光阀)(SiliconLightMachines，硅光机(Sunnyvale，California；加州桑尼维尔)的注册商标)。空间光调制器32具有排列成一列的多个光栅单元，各光栅单元在出射一级衍射光的状态与出射零级衍射光(零级光)的状态之间迁移。这样一来，，从空间光调制器32出射经空间调制过的光。
投影光学系统33具有：遮光板331、透镜332、透镜333、节流孔板334、聚焦透镜335。遮光板331遮蔽干扰光以及一部分高级衍射光，并使来自空间光调制器32的光通过。透镜332、333构成变焦部。节流孔板334遮蔽(±1)级衍射光(以及高级衍射光)，并使零级衍射光通过。通过节流孔板334的光被聚焦透镜335引导至基板9的主表面上。这样一来，，经空间光调制器32空间调制过的光被投影光学系统33引导至基板9上。
控制部11与光照射装置31、空间光调制器32以及移动机构22相连接，来控制这些结构。在绘图装置1中，通过移动机构22移动载物台21，来使得来自空间光调制器32的光在基板9上的照射位置移动。另外，控制部11与因移动机构22引起的该照射位置的移动同步地，来控制空间光调制器32。通过这样，在基板9上的感光材料上绘制期望的图案。
图2以及图3是示出光照射装置31的结构的图。在图2以及图3中，将与后述的照射光学系统5的光轴J1平行的方向表示为Z方向，并将与Z方向垂直，且相互正交的方向表示为X方向以及Y方向(以下同样)。图2示出沿着Y方向观察的光照射装置31的结构，图3示出沿着X方向观察的光照射装置31的结构。
图2以及图3所示的光照射装置31具有光源单元40和照射光学系统5。光源单元40具有多个光源部4。各光源部4具有一个光源41(例如半导体激光器)和一个准直透镜42。多个光源部4的光源41在与ZX平面平行的平面(以下，称为“光源排列面”。)上，大致沿X方向排列。从各光源41出射的激光由准直透镜42准直调整后入射至照射光学系统5。在光源单元40中，利用排列于光源排列面上的多个光源部4，从沿着光源排列面的互不相同的方向，向照射光学系统5上的相同的位置(后述的分光透镜部62)出射激光。
照射光学系统5配置于来自多个光源部4的激光的照射位置。照射光学系统5，将该激光沿着光轴J1引导至作为照射面(利用在图2以及图3中标记有附图标记320的虚线表示。)的空间光调制器32的表面，即，引导向多个光栅单元的表面。如上述，由于来自光照射装置31的光经由反射镜39而照射于空间光调制器32，所以实际上，光照射装置31具有作为结构要素的反射镜39。但是在图2以及图3中，为了便于图示，省略反射镜39(以下同样)。
照射光学系统5具有：光程差生成部61、分光透镜部62、聚光部63。在照射光学系统5中，沿着光轴J1，从光源单元40向照射面320，按顺序配置分光透镜部62、光程差生成部61、聚光部63。来自多个光源部4的准直调整过的激光入射至分光透镜部62。
图4是放大示出分光透镜部62以及光程差生成部61的一部分的图。分光透镜部62具有多个透镜620(以下，称为“要素透镜620”。)。该多个透镜620，在与照射光学系统5的光轴J1垂直且沿着光源排列面的方向(此处指X方向)上以一定间距紧密排列。各要素透镜620是沿着Y方向较长的块状，并具有作为位于(-Z)侧(光源单元40侧)的侧表面的第一透镜面621和作为位于(+Z)侧(光程差生成部61侧)的侧表面的第二透镜面622。在沿着Y方向观察的情况下，第一透镜面621是向(-Z)侧突出的凸状，第二透镜面622是向(+Z)侧突出的凸状。在沿着X方向观察的情况下，各要素透镜620的形状是矩形(参照图3)。这样，要素透镜620是仅在X方向上具有光焦度(power)的柱面透镜，分光透镜部62是所谓的柱面透镜阵列(或者是圆柱形复眼透镜)。
第一透镜面621和第二透镜面622呈关于与光轴J1垂直的表面(与XY平面平行的表面)对称的形状。第一透镜面621配置于第二透镜面622的焦点，第二透镜面622配置于第一透镜面621的焦点。即，第一透镜面621以及第二透镜面622的焦距是相同的。入射至要素透镜620的平行光在第二透镜面622上会聚。层叠于X方向的多个要素透镜620可以形成为一体的构件，也可以相互地接合单个地形成的多个要素透镜620。
在沿着Y方向观察的情况下，向分光透镜部62入射的光，被多个要素透镜620沿着X方向分光。此时，来自各光源部4的平行光入射至各要素透镜620的第一透镜面621，在第二透镜面622的附近形成多个光源41的像。利用多个要素透镜620分出的光(多条光束)，以主光线与光轴J1(Z方向)平行的方式从第二透镜面622出射。从各要素透镜620出射的光束一边扩散，一边入射至光程差生成部61。
光程差生成部61具有多个透光部610。该多个透光部610，在与光轴J1垂直且沿着光源排列面的方向(此处指X方向)以一定间距紧密排列。在图2的例子中，光程差生成部61中的透光部610的个数只比分光透镜部62中的要素透镜620的个数少一个。另外，透光部610的排列间距与要素透镜620的排列间距相等。各透光部610是具有(在理想情况下)与X方向、Y方向以及Z方向垂直的表面的块状。在X方向上排列为一列的多个透光部610中，X方向以及Y方向的长度相同，而Z方向的长度不同，即，沿着光轴J1的方向的长度互不相同。如这样地，多个透光部610具有互不相同的光程。在图2的光程差生成部61中，在多个透光部610中，越靠(+X)侧，透光部610的Z方向的长度越小。多个透光部610的光轴J1方向的长度不一定沿着X方向依次变长(或者变短)，也可以是任意的凹凸形状。在本实施方式中，光程差生成部61中的多个透光部610由相同的材料形成为一体的构件。在光程差生成部61中，也可以相互地接合单个地形成的多个透光部610。
分光透镜部62和光程差生成部61沿着Z方向相互接近配置。除了最靠(+X)侧的要素透镜620以外的多个要素透镜620，与多个透光部610分别配置于X方向上的相同的位置。因此，通过这些要素透镜620的多条光束分别入射至多个透光部610。详细来说，从这些要素透镜620的各个第二透镜面622(参照图4)出射的光束入射至入射表面611，该入射表面611是配置于X方向上的相同位置的透光部610的(-Z)侧的表面。该光束透过该透光部610并从作为(+Z)侧的表面的出射表面612出射。此外，通过最靠(+X)侧的要素透镜620的光束不通过任一个透光部610。
实际上，从各透光部610的出射表面612出射的光束的X方向上的宽度小于该透光部610的X方向上的宽度，即，小于透光部610的排列间距。因此，能够防止或者抑制该光束受该透光部610的边缘(即，X方向的端头，主要是入射表面611以及出射表面612的边缘。)的影响。此外，在光程差生成部61中，也可以设有与分光透镜部62中的要素透镜620的个数相同的个数的透光部610。在这种情况下，通过多个(全部)的要素透镜620的光分别入射至多个透光部610。
如图2以及图3所示，通过各透光部610的光束入射至聚光部63。聚光部63具有3个柱面透镜631、632、633。柱面透镜632在作为要素透镜620的排列方向的X方向上具有正的光焦度，在与光轴J1以及该排列方向垂直的Y方向上没有光焦度。柱面透镜632配置于多个要素透镜620的第二透镜面622的(+Z)侧，与该第二透镜面622的距离仅为该柱面透镜632的焦距fC的位置。换言之，各要素透镜620的第二透镜面622配置于柱面透镜632的前侧焦点位置。另外，配置于光轴J1上的照射面320配置于柱面透镜632的(+Z)侧，与该柱面透镜632的距离仅为柱面透镜632的焦距fC。即，照射面320配置于柱面透镜632的后侧焦点位置。
柱面透镜631在Y方向上具有负的光焦度，在X方向上没有光焦度。柱面透镜631配置于光程差生成部61与柱面透镜632之间。柱面透镜633在Y方向上具有正的光焦度，在X方向上没有光焦度。柱面透镜633配置于柱面透镜632与照射面320之间。如后述地，由于在沿着X方向观察的情况下，柱面透镜631使入射的光发散，柱面透镜633使入射的光会聚，所以，以下，将柱面透镜631称为“发散透镜631”，将柱面透镜633称为“会聚透镜633”。
在照射光学系统5中的多个光学元件中，最接近照射面320的会聚透镜633配置于照射面320的(-Z)侧，与照射面320的距离仅为规定的距离fb(以下，称为“后焦距fb”。)的位置。在仅关注Y方向的情况下，基于发散透镜631以及会聚透镜633的合成焦距fL比后焦距fb短。合成焦距fL可以理解为在仅关注Y方向的情况下的聚光部63的焦距，在以下的说明中，将合成焦距fL称为“聚光部63的Y方向上的焦距fL”。
此处，聚光部63的Y方向上的焦距fL由式1来表示。fL1表示发散透镜631的焦距，fL2表示会聚透镜633的焦距，dL表示发散透镜631与会聚透镜633之间的距离。同样地，后焦距fb由式2来表示。此外，在式1以及式2中，忽略透镜的厚度。
fL＝fL1·fL2/(fL1+fL2-dL)(式1)
fb＝fL2(fL1-dL)/(fL1+fL2-dL)(式2)
如根据式1以及式2所示那样，聚光部63的Y方向上的焦距fL以及后焦距fb仅取决于发散透镜631以及会聚透镜633的焦距fL1、fL2以及两者间的距离dL。
如图2所示，在沿着Y方向观察的情况下，从多个要素透镜620出射的多条光束被柱面透镜632变成平行光，进而在照射面320上重叠。即，来自多个要素透镜620的光(即，通过多个透光部610的多条光束)的照射区域50全部重叠。在图2以及图3中，用粗实线表示照射区域50，照射区域50在X方向上具有一定的宽度。如上述，由于从多个要素透镜620出射的多条光束通过互不相同的透光部610，所以在分光透镜部62与照射面320之间的多条光束产生了光程差。因此，抑制(或者防止)因利用多个要素透镜620分离的光的干渉而导致在照射面320上产生干渉条纹。即，如图5的上半部分所示，在照射面320上，在X方向上的光的强度分布大致均匀。在多个透光部610中的两个透光部610的各种组合中，优选通过该两个透光部610的光束的光程差大于或等于从光源部4出射的激光的可干渉距离。
如图3所示，在沿着X方向观察的情况下，从光源单元40向分光透镜部62入射的光，保持着沿着光轴J1的平行光(准确地说，与ZX平面平行的平行光)的状态，通过分光透镜部62以及光程差生成部61，进而被引导向发散透镜631。仅在Y方向上具有负的光焦度的发散透镜631使该平行光在Y方向上发散。来自发散透镜631的发散光通过柱面透镜632入射至会聚透镜633。仅在Y方向上具有正的光焦度的会聚透镜633使来自发散透镜631的发散光会聚于照射面320上。因此，在照射面320上，来自各要素透镜620的光的照射区域50变成沿X方向延伸的线状。通过这样，作为通过多个要素透镜620的光的集合，得到在照射面320上的剖面(即，与光轴J1垂直的光束剖面。以下同样。)为沿X方向延伸的线状的线照明光。在图5的下半部分中，示出了在Y方向上的线照明光的强度分布。
此处，针对比较例的光照射装置进行说明。图6以及图7是示出比较例的光照射装置90的结构的图，并与图2以及图3分别对应。比较例的光照射装置90具有：光源部4、分光透镜部62、光程差生成部61、聚光部93。光源部4、分光透镜部62以及光程差生成部61的结构，与图2以及图3的光照射装置31相同。聚光部93具有两个柱面透镜931、932。柱面透镜931相对于照射面320的位置与图2以及图3的柱面透镜632相同。另一方面，相对于照射面320最接近的柱面透镜932配置于照射面320的(-Z)侧，与该照射面320的距离仅为该柱面透镜932的焦距fr的位置。柱面透镜932的焦距fr是聚光部93的Y方向上的焦距。
如图8所示，在分光透镜部62的要素透镜620中，由于其制造上的极限，导致在沿着X方向观察的情况下，第二透镜面622相对于第一透镜面621的角度αh(也称为楔形角，以下，也称为“平行度”。)不为0，且各个要素透镜620的平行度呈散乱分布(各有偏差)。同样地，在光程差生成部61的透光部610中，由于其制造上的极限，导致在沿着X方向观察的情况下，出射表面612相对于入射表面611的角度αs不为0，各个透光部610的平行度呈散乱分布。虽然通过以更高精度制造分光透镜部62以及光程差生成部61，能够使得平行度为数秒～数十秒，但是分光透镜部62以及光程差生成部61的制造成本增大。此外，在图8中，为了便于说明，将分光透镜部62与光程差生成部61在Z方向上分离开进行图示。
在图8的例子中，在沿着X方向观察的情况下，从要素透镜620的第二透镜面622出射的光的前进方向相对于当向第一透镜面621入射时的前进方向(此处，当作是与ZX平面平行的方向。)仅倾斜角度θh，从透光部610的出射表面612出射的光的前进方向，相对于向入射表面611入射时的前进方向仅倾斜角度θs。因此，已通过要素透镜620以及透光部610的光的前进方向相对于向该要素透镜620的第一透镜面621入射时的前进方向，即，相对于光轴J1仅倾斜角度θy(θy＝θh+θs)。此外，将要素透镜620的折射率设置为nh，上述角度θh表示为(nh-1)αh，将透光部610的折射率设置为ns，上述角度θs表示为(ns-1)αs。其中，将空气中的折射率设置为1，将角度αh、αs、θh、θs设置为足够小。
在图7所示的比较例的光照射装置90中，因要素透镜620以及透光部610的平行度的散乱分布，导致在如图9所示，分别通过多个要素透镜620的多条光束以相对于光轴J1不同的角度θy1、θy2入射至聚光部93的情况下，在照射面320上的多条光束的聚光位置在Y方向上相互偏离。在图9中，将多条光束的聚光位置与光轴J1的距离表示为Δy1、Δy2。由于多条光束的聚光位置的偏离，导致在照射面320上，作为这些光束的集合的线照明光的Y方向的宽度变宽。实际上，如图10所示，该线照明光在Y方向上的强度分布的形状与图5的下半部分的强度分布相比较，已被变形。
此处，就照射面320上的各光束的聚光位置与光轴J1之间在Y方向上的距离(以下，简单称为“聚光位置的偏离量”。)Δy而言，使用当该光束向聚光部93入射时的前进方向相对于光轴J1的角度(以下，称为“聚光部入射角”。)θy，以及，聚光部93在Y方向上的焦距fr，通过式3来进行表示。此外，在式3中，使得聚光部入射角θy足够小。
Δy＝fr·θy＝fr((nh-1)αh+(ns-1)αS)(式3)
通过减小多条光束的聚光位置的偏离量Δy，能够避免线照明光的Y方向的强度分布的形状崩坏。如式3所示，由于聚光位置的偏离量Δy由聚光部93在Y方向上的焦距fr与聚光部入射角θy之积来表示，所以通过减小聚光部93在Y方向上的焦距fr以及聚光部入射角θy中的至少一者，聚光位置的偏离量Δy就会变小。
在图2以及图3所示的光照射装置31中，聚光部63具有发散透镜631和会聚透镜633。在沿着X方向观察的情况下，发散透镜631使作为平行光入射的光束在Y方向上发散，会聚透镜633使来自发散透镜631的光会聚于照射面320上。通过这样，即使在使得后焦距fb等于或者大于比较例的光照射装置90的后焦距情况下，也可以使得聚光部63在Y方向上的焦距fL比比较例的聚光部93在Y方向上的焦距fr短。换言之，可以容易地实现既使后焦距fb比较大，又缩短聚光部63在Y方向上的焦距fL的设计。其结果，可以避免因多个要素透镜620以及多个透光部610的平行度的散乱分布而引起照射面320上的多条光束的聚光位置的偏离，可以将优选的线照明光照射在照射面320上。另外，具有光照射装置31的绘图装置1能够高精度绘制图案。此外，在光照射装置31中，可以理解为将比较例的聚光部93的柱面透镜932替换两个柱面透镜631、633。
另外，在图2的光照射装置31中，从多个光源部4向分光透镜部62出射激光。通过这样，与仅使用一个光源部4的比较例的光照射装置90相比较，可以得到高强度的线照明光。
另外，在图2以及图3的光照射装置31中，在使得后焦距fb与比较例的光照射装置90相等的情况下，像的一侧的NA(孔径)比比较例的光照射装置90的大。下面，使得像的一侧的NA与比较例的光照射装置90相等，针对使得聚光部63在Y方向上的焦距比比较例的光照射装置90短的光照射装置31进行描述。
图11以及图12是示出光照射装置31的另外的例子的图。图11示出沿着Y方向观察的光照射装置31的结构，图12示出沿着X方向观察的光照射装置31的结构。图11以及图12所示的光照射装置31与图2以及图3的光照射装置31相比较，省去了发散透镜631，并且在照射光学系统5中追加宽度调整部64。其他结构与图2以及图3的光照射装置31同样，在相同的结构上标记相同附图标记。
如图11以及图12所示，宽度调整部64设于光源单元40与分光透镜部62之间。宽度调整部64是改变入射的激光在Y方向上的宽度的光束扩展器，并具有两个柱面透镜641、642。两个柱面透镜641、642在Y方向上都具有正的光焦度，在X方向上都没有光焦度。将柱面透镜641的焦距设置为fe1，将柱面透镜642的焦距设置为fe2，两个柱面透镜641、642之间的距离de通过(fe1+fe2)来表示。配置于光源单元40侧的柱面透镜641的焦距fe1大于配置于分光透镜部62侧的柱面透镜642的焦距fe2。
如上述，经准直调整过的激光从各光源部4入射至照射光学系统5。宽度调整部64配置于在照射光学系统5中最靠近光源单元40的一侧，经准直调整过的激光入射至宽度调整部64的柱面透镜641。此时，在如图12所示沿着X方向观察的情况下，该激光以沿着光轴J1的平行光(准确地说，与ZX平面平行的平行光)的状态入射至柱面透镜641，再以沿着光轴J1的平行光的状态从柱面透镜642出射。另外，从柱面透镜642出射的平行光在Y方向上的宽度变得比入射至柱面透镜641的平行光在Y方向上的宽度小。
通过宽度调整部64的平行光，在Y方向上没有受到透镜作用，进而通过分光透镜部62、光程差生成部61以及聚光部63的柱面透镜632，入射至会聚透镜633。利用会聚透镜633，使得该平行光沿着Y方向会聚，并会聚于照射面320上。此外，在沿着Y方向观察的情况下，光的路径与图2的光照射装置31同样。
如以上说明的那样，在图11以及图12所示的光照射装置31中，设有仅在Y方向上改变光束宽度的宽度调整部64。在沿着X方向观察的情况下，入射至聚光部63的平行光的Y方向的宽度变得比从光源部4入射至照射光学系统5的激光在Y方向上的宽度小。
此处，假定图12的光照射装置31中的像的一侧的NA与图7的比较例的光照射装置90相等。在这种情况下，将宽度调整部64在Y方向上的缩小倍率设置为M(其中，M小于1)，聚光部63在Y方向上的焦距fL(此处，会聚透镜633的焦距)表示为比较例的聚光部93的在Y方向上的焦距fr的M倍。即，聚光部63在Y方向上的焦距fL变得小于比较例的聚光部93在Y方向上的焦距fr小。此外，宽度调整部64在Y方向的缩小倍率M取决于柱面透镜641、642的焦距fe1、fe2。
这样，在图12的光照射装置31中，可以容易地实现既使像的一侧的NA与比较例的光照射装置90相等，又缩短聚光部63在Y方向上的焦距的设计。因此，可以抑制照射面320上的多条光束的聚光位置的偏离(Y方向的偏离)。
在图11的光照射装置31中，也可以对多个光源部4分别单独地设有宽度调整部64。在这种情况下，将柱面透镜641、642替换为在X方向以及Y方向这两个方向上具有光焦度的两个透镜。在如这样的宽度调整部64中，由该两个透镜构成两侧远心光学系统构成。另外，宽度调整部64的柱面透镜641、642也可以设于光程差生成部61与柱面透镜633之间。这些变更，在具有宽度调整部64的其他的光照射装置31中是同样的。
在光照射装置31中，宽度调整部64的一部分功能也可以利用分光透镜部来实现。具体地，如图13所示，使得分光透镜部62a的各要素透镜620a的第一透镜面621以及第二透镜面622共同成为球面的一部分，并且省略图12的光照射装置31中的柱面透镜642。另外，要素透镜620a的第一透镜面621配置于与柱面透镜641的距离仅为柱面透镜641的焦距fe1的位置。在分光透镜部62a中，要素透镜620a的第一透镜面621配置于第二透镜面622的焦点，第二透镜面622配置于第一透镜面621的焦点。即，第一透镜面621以及第二透镜面622的焦距相同。
在沿着X方向观察的情况下，来自光源部4的激光以沿着光轴J1的平行光(准确地说，是与ZX平面平行的平行光)的状态入射至柱面透镜641。从柱面透镜641出射的光会聚于要素透镜620a的第一透镜面621上，并一边在要素透镜620a内扩宽一边射向第二透镜面622。然后，平行光从第二透镜面622以沿着光轴J1的方式出射。另外，从要素透镜620a出射的平行光在Y方向上的宽度小于入射至柱面透镜641的平行光在Y方向上的宽度。从要素透镜620a出射的平行光经由光程差生成部61以及柱面透镜632入射至会聚透镜633，并会聚于照射面320上。
如以上所述，在图13的光照射装置31中，分光透镜部62a中的多个要素透镜620a分别具有球面的第二透镜面622，第二透镜面622兼作宽度调整部64的一部分。通过这样，可以使Y方向上的宽度较窄的平行光(在沿着X方向观察的情况下的平行光)入射至配置于分光透镜部62a的照射面320一侧的聚光部63，可以很容易地缩短聚光部63在Y方向上的焦距fL。另外，与图12的光照射装置31相比，可以减少部件数量。
另外，在具有球面的第一以及第二透镜面621、622的要素透镜620a中，由于制造时的误差，如图14所示，有时要素透镜620a的中心线C1会偏离通过要素透镜620a的焦点的光轴J2(也能够理解为偏心)。在沿着X方向观察的情况下，假设，当这样的要素透镜620a的中心线C1与照射光学系统5的光轴J1一致时，沿着光轴J1入射的光的路径K1相对于光轴J1倾斜。由此，与作为柱面透镜的要素透镜620的平行度下降的情况同样地，照射面320上的光束的聚光位置向Y方向偏离光轴J1，线照明光在Y方向上的强度分布的形状崩坏。
另一方面，如图15所示，在优选的光照射装置31中，当制造分光透镜部62a时，调整各要素透镜620a的位置，以使得光轴J2与照射光学系统5的光轴J1一致，而不是使要素透镜620a的中心线C1与照射光学系统5的光轴J1一致。通过这样，可以抑制多个要素透镜620a的多条光束在照射面320上的聚光位置向Y方向偏离光轴J1。在具有如这样的分光透镜部62a的光照射装置31中，可以将多条光束在照射面320上的聚光位置的偏离原因仅限制于透光部610的平行度的散乱分布，可以进一步抑制照射面320上的多条光束的聚光位置的偏离。
在光照射装置31中，要素透镜620a的第一透镜面621也可以兼作为宽度调整部64的一部分。在这种情况下，在要素透镜620a的(+Z)侧设有柱面透镜642。在沿着X方向观察的情况下，入射至要素透镜620a的第一透镜面621的平行光会聚于第二透镜面622上。另外，利用柱面透镜642使从第二透镜面622出射的光变为平行光，并入射至聚光部63。此时，与上述同样地，使得入射至聚光部63的平行光在Y方向上的宽度小于从光源部4入射至照射光学系统5的激光在Y方向上的宽度。
另外，在图11～图13的光照射装置31中，能够使像的一侧的NA与比较例的光照射装置90相等，但是后焦距变得比比较例的光照射装置90小。下面，针对在使后焦距以及像的一侧的NA与比较例的光照射装置90相等的情况下，使聚光部63在Y方向上的焦距比比较例的光照射装置90短的光照射装置31进行描述。
图16是示出光照射装置31的另一个例子的图，示出沿着X方向观察的光照射装置31的结构。在图16所示的光照射装置31中，在图3的光照射装置31中追加图12的宽度调整部64。通过调整宽度调整部64的缩小倍率、发散透镜631、会聚透镜633的焦距以及配置，可以既使后焦距fb以及像的一侧的NA与比较例的光照射装置90相等，又使聚光部63在Y方向上的焦距fL比比较例的光照射装置90短。因此，可以抑制照射面320上的多条光束的聚光位置的偏离。另外，在设有比较例的光照射装置90的绘图装置中，可以将该光照射装置90保持原样地替换成图16的光照射装置31，这样一来，不需要绘图装置的大幅度的设计变更等，并且能够利用该绘图装置进行高精度的图案绘制(与后述的图17以及图1中8的光照射装置31同样)。
图17以及图18是示出光照射装置31的另一个例子的图。图17示出沿着Y方向观察的光照射装置31的结构，图18示出沿着X方向观察的光照射装置31的结构。在图17以及图18所示的光照射装置31中，在图13的光照射装置31中追加图3的发散透镜631。通过这样，与图16的光照射装置31同样，可以既使后焦距fb以及像的一侧的NA与比较例的光照射装置90相等，又使聚光部63在Y方向上的焦距fL比比较例的光照射装置90短。另外，与图16的光照射装置31相比较，可以减少部件数量。此外，也可以分别对多个光源部4单独地设置宽度调整部64的柱面透镜641。
上述光照射装置31还能够进行各种各样的变形。
在分光透镜部62、62a中，多个要素透镜620、620a不一定在排列方向上以一定的间距排列，例如，多个要素透镜620、620a在排列方向上的宽度也可以互不相同。在这种情况下，使多个透光部610在排列方向上的宽度也随之变更，以使得对于全部的透光部610来讲，在排列方向上，光程差生成部61中的各透光部610的宽度，相对于与该透光部610相对应的分光透镜部62、62a的要素透镜620、620a的宽度之比是恒定的。
光程差生成部61不一定与分光透镜部62相邻设置，例如，如图19所示，也可以在分光透镜部62与光程差生成部61之间设置透镜51、52。透镜51、52构成两侧远心光学系统，通过分光透镜部62的多个要素透镜620的多条光束经由透镜51、52，分别入射至光程差生成部61的多个透光部610。
另外，如图20所示，在光源单元40中仅设有一个光源部4的情况下，光程差生成部61也可以配置于光源部4与分光透镜部62之间。在图20的光照射装置31中，在光源部4与光程差生成部61之间设有构成两侧远心光学系统的透镜51、52，在光程差生成部61与分光透镜部62之间也设有构成两侧远心光学系统的透镜53、54。而且，通过光程差生成部61的多个透光部610的多条光束经由透镜53、54，分别入射至分光透镜部62的多个要素透镜620。即，射向多个要素透镜620的光分别入射至多个透光部610。在图19以及图20的光照射装置31中，通过设置发散透镜631以及会聚透镜633，可以容易地实现缩短聚光部63在Y方向上的焦距的设计。当然，在图19以及图20的光照射装置31中也可以设置宽度调整部64。
另外，根据在光照射装置31中要求的线照明光的均匀性，也可以省略光程差生成部61。在这种情况下，当分光透镜部62的要素透镜620为柱面透镜时，由于各个要素透镜620的入射表面与出射表面的平行度呈散乱分布，所以适用缩短聚光部63在Y方向上的焦距的上述方法。如上所述，在光照射装置31中，在多个要素透镜是在Y方向上没有光焦度的多个柱面透镜的情况下，或者，在沿着X方向排列并且具有互不相同的光程的多个透光部设于照射光学系统5中的情况下(包含多个要素透镜是多个柱面透镜，且，多个透光部设于照射光学系统5中的情况)，使用缩短聚光部63在Y方向上的焦距的上述方法。此外，在设有多个透光部的情况下，通过多个要素透镜的光或者射向多个要素透镜的光分别入射至多个透光部。
根据光照射装置31的设计，会聚透镜633也可以是球面透镜。在这种情况下，通过柱面透镜632和会聚透镜633协作，从而在照射面320上重叠多条光束的照射区域50。根据同样的理由，透镜632也可以是球面透镜。在这种情况下，在图中的Y方向上，透镜632与透镜633通过协作来聚光。合成焦距fL由透镜631、632、633三个合成来表示。另外，在上述实施方式中，利用仅在Y方向上具有负的光焦度的发散透镜631，来实现使平行光在Y方向上发散的发散部，但是也可以以具有正的光焦度的透镜作为发散部。在这种情况下，由于通过该透镜的光在Y方向上会聚之后，再发散，所以也可以缩短聚光部63在Y方向上的焦距。另外，发散部也可以由圆柱形反射镜等其他的光学元件来实现。
在绘图装置1中，配置于光照射装置31的照射面320的空间光调制器32也可以是除了衍射光栅型的光调制器以外的光调制器，例如，也可以使用利用微小的反射镜的集合的空间光调制器。
移动基板9上的光的照射位置的移动机构，也可以是除了移动载物台21的移动机构22以外的移动机构，例如，也可以是相对于基板9，移动具有光照射装置31、空间光调制器32以及投影光学系统33的头的移动机构。
利用绘图装置1绘图的对象物也可以是除了半导体基板或者玻璃基板以外的基板，另外，也可以是除了基板以外的其他对象物。光照射装置31也可以用于除了绘图装置1以外的其他装置。
上述实施方式以及各变形例中的结构只要不相互矛盾，就可以适当地组合。
虽然详细地描述并说明了发明，但是前文已述的说明是例示的，而不是限定的。因此，可以说只要不脱离本发明的范围，就能够有多种变形或者实施方式。

Claims (7)

1.一种光照射装置，其特征在于，具有：
光源部，向规定位置出射激光，
照射光学系统，配置于所述规定位置，将来自所述光源部的激光沿着光轴引导至照射面；
所述照射光学系统具有：
分光透镜部，具有沿着与所述光轴垂直的第一方向排列的多个要素透镜，并利用所述多个要素透镜将入射的光分成多条光束，
聚光部，配置于所述分光透镜部的所述照射面一侧，将所述多条光束的照射区域重叠于所述照射面上；
所述多个要素透镜是在所述光轴以及与所述第一方向垂直的第二方向上没有光焦度的多个柱面透镜，或者，在所述照射光学系统中，设有沿着所述第一方向排列并且具有互不相同的光程的多个透光部，通过所述多个要素透镜的光或者射向所述多个要素透镜的光分别入射至所述多个透光部；
在沿着所述第一方向观察的情况下，所述多条光束作为平行光入射至所述聚光部，所述聚光部使所述多条光束会聚于所述照射面上；
所述聚光部具有：
发散部，使所述平行光在所述第二方向上发散，
会聚透镜，接受来自所述发散部的光的入射，并且在沿着所述第一方向观察的情况下，使所述光会聚于所述照射面上。
2.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，
使经准直调整过的激光从所述光源部入射至所述照射光学系统，
所述照射光学系统还具有宽度调整部，在沿着所述第一方向观察的情况下，该宽度调整部使得入射至所述聚光部的所述平行光在所述第二方向上的宽度，小于所述经准直调整过的激光在所述第二方向上的宽度。
3.如权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，
所述分光透镜部的所述多个要素透镜分别具有球面的透镜面，
所述透镜面兼作为所述宽度调整部的一部分。
4.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，
所述发散部，是仅在所述第二方向上具有负的光焦度的柱面透镜。
5.一种光照射装置，其特征在于，具有：
光源部，向规定位置出射激光，
照射光学系统，配置于所述规定位置，将来自所述光源部的激光沿着光轴引导至照射面；
所述照射光学系统具有：
分光透镜部，具有沿着与所述光轴垂直的第一方向排列的多个要素透镜，并利用所述多个要素透镜将入射的光分成多条光束，
聚光部，配置于所述分光透镜部的所述照射面一侧，并将所述多条光束的照射区域重叠于所述照射面上；
所述多个要素透镜是在所述光轴以及与所述第一方向垂直的第二方向上没有光焦度的多个柱面透镜，或者，在所述照射光学系统中，设有沿着所述第一方向排列并且具有互不相同的光程的多个透光部，通过所述多个要素透镜的光或者射向所述多个要素透镜的光分别入射至所述多个透光部，
在沿着所述第一方向观察的情况下，所述多条光束作为平行光入射至所述聚光部，所述聚光部使所述多条光束会聚于所述照射面上，
使经准直调整过的激光从所述光源部入射至所述照射光学系统，
所述照射光学系统还具有宽度调整部，在沿着所述第一方向观察的情况下，该宽度调整部使入射至所述聚光部的所述平行光在所述第二方向上的宽度，小于所述经准直调整过的激光在所述第二方向上的宽度。
6.如权利要求5所述的光照射装置，其特征在于，
所述分光透镜部中的所述多个要素透镜分别具有球面的透镜面，
所述透镜面兼作为所述宽度调整部的一部分。
7.一种绘图装置，其特征在于，具有：
如权利要求1～6中的任一项所述的光照射装置，
空间光调制器，配置于所述光照射装置中的所述照射面上，
投影光学系统，将经所述空间光调制器进行了空间调制的光引导至对象物上，
移动机构，使经空间调制过的所述光在所述对象物上的照射位置移动，
控制部，与所述移动机构使所述照射位置进行移动同步地，控制所述空间光调制器。
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