JP2002372682A - 走査型露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光の高速走査を繰り返すことができ
ず、レーザの強度ドリフトの影響と、低速照射で発生す
る局所加熱の影響を最小化することができないという課
題があった。 【解決手段】 レーザ光を出射するレーザ光源１と、レ
ーザ光源１が出射したレーザ光を所定の偏向角で偏向し
て出射する偏向手段２と、偏向角を補償して偏向手段２
が出射したレーザ光を出射する偏向角補償手段３と、偏
向角を制御し、偏向角補償手段３が出射したレーザ光を
走査方向へ走査する信号記憶手段４・信号発生手段５・
駆動手段６と、走査方向に沿ってその下面に設置された
光ファイバ８に対して位相変調型の透過型回折格子を介
してレーザ光を照射する位相マスク７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバグレ
ーティングを作製する走査型露光装置に係るものであ
り、特に高速繰り返し走査によってアポダイゼーション
を実現する走査型露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバグレーティングは、光ファイ
バコアの長手方向に一定の周期的な屈折率変化を与える
ことによって得られるものであり、屈折率変化の周期に
応じて特定波長の光のみを反射するデバイスである。こ
の光ファイバグレーティングの作製方法としては、いわ
ゆる二光束干渉法などの他に、位相マスク法（例えば米
国特許５３６７５８８号）が良く知られている。この位
相マスク法による光ファイバグレーティング作製の骨子
は、例えば特開平１１−３２６６６９号公報などに詳述
されている。

【０００３】位相マスクを用いた光ファイバグレーティ
ングの作製方法では、ゲルマニウムを添加した石英ガラ
スへ紫外光を照射すると、この照射量に応じて屈折率が
上昇する現象を利用している。この材料をコア主成分と
する光ファイバの上面に複数スリットを一定間隔で形成
した位相マスクを設置し、位相マスク上面に対して垂直
に紫外光を照射する。すると位相マスク下面では、直進
する０次光が抑制され、±１次回折光による干渉縞が形
成されて、この干渉縞によって紫外光の強度が周期的に
変化する結果、周期的な屈折率変化を光ファイバのコア
上に形成できる。

【０００４】作製方法として重要な点は、図１４に示す
ように、光ファイバの長手方向に対して実効的屈折率を
台形形状に変化させることである。両サイドの屈折率変
調を抑制するこの手法は、アポダイゼーション（Ａｐｏ
ｄｉｚａｔｉｏｎ，アポダイズ法）と呼ばれるものであ
り、光ファイバクレーティングのフィルタ特性における
サイドモード（反射スペクトルメインローブ両側のサイ
ドローブ）を抑制できるとともに、反射帯域やフラット
トップ部におけるリップルを抑制できることが知られて
いる。

【０００５】光ファイバグレーティングの作製時にアポ
ダイゼーションを行う方法として、次の（Ａ）〜（Ｃ）
が挙げられる。

【０００６】（Ａ） 光ファイバおよび位相マスクの移
動 走査位置を固定し、照射強度を変化させた紫外光に対し
て光ファイバと位相マスクとを光ファイバ長手方向に移
動する。 （Ｂ） 紫外光の移動 その照射強度を変化させながら紫外光を光ファイバに沿
って移動する。 （Ｃ） 遮蔽板の移動 紫外光または位相マスク直前に置いた遮蔽板を移動す
る。

【０００７】しかしながら、（Ａ）の場合には、光ファ
イバと位相マスクとを移動させるので、光ファイバおよ
び位相マスクが駆動機構の振動による相対的な位置ズレ
の影響を受けやすいという欠点がある。また、位置ズレ
を避けるために光ファイバ・位相マスクを比較的低速で
移動させる必要があり、光ファイバや位相マスク上でレ
ーザ光低速照射にともなう局所加熱による膨張が発生
し、この膨張のために書き込む回折格子の幅に誤差が生
じてしまうという問題もある。さらに、使用するレーザ
光の長期的な強度変動（ドリフト）の影響を受けやすい
ことも問題になっている。

【０００８】（Ｃ）は特開平９−３０４６３８号公報に
開示されている。この遮蔽板の移動は、（Ａ）の光ファ
イバ・位相マスクを移動する場合と比較すると、反射鏡
が軽量なので高速走査が期待できる。また、位相マスク
と光ファイバとが固定されているため駆動機構の振動に
よる位置ズレが発生しにくいという利点も持っている。
しかしながら、レーザ光の光束径以下に走査幅が制限さ
れること、開口による回折の影響を受けること、単位面
積当たりの照射パワーが減少するため照射時間を長く取
る必要があること、などの欠点がある。

【０００９】（Ｂ）の紫外光を移動させてアポダイゼー
ションを行なう場合には、例えば特開平１１−３２６６
６９号公報に開示されているように、反射鏡を走査方向
に移動させ、かつ移動速度をアポダイズ領域で増大する
ように速度変調して、照射強度分布を小さくしている。
あるいは、反射鏡を一定速度で移動させつつレーザ光強
度を変化させて、狙った目標照射強度分布を実現させる
方法もある。

【００１０】これらの方法は、（Ａ）の光ファイバ・位
相マスクの移動と比べて、反射鏡が軽量であるため高速
走査が期待できる。また、光ファイバと位相マスクとが
固定されているため、駆動機構の振動による位置ズレも
発生しにくい。さらに、光束径を広げる必要がないの
で、（Ｃ）の遮蔽板の移動と比較して照射時間を短縮す
ることができる。

【００１１】しかしながら、走査速度変調については、
一例として速度分布が定性的に記載されているだけであ
り、走査速度の算出方法の詳細については特開平１１−
３２６６６９号公報には明記されていない。また、レー
ザ光の強度ドリフトや低速照射による局所過熱の影響を
回避するためには、１回の走査を高速に完了することの
みならず、高速走査をさらに繰り返すことが望まれる
が、この従来例は、高速繰り返し走査に関しては次の点
から不適当である。

【００１２】すなわち、速度変調を加える例では、走査
位置の両端では高速の移動速度が、走査位置の中央では
低速の移動速度がそれぞれ必要であり、その上、両端で
移動方向を反転させる必要があるため、速度変化が無限
大となってしまうからである。また、一定速度で走査す
る場合にも、走査位置の両端で走査方向を反転させる必
要があり、やはり同様に走査速度の変化が無限大となっ
てしまう。

【００１３】実現できる走査速度の変化は有限であり、
特に反転時は速度がゼロとなるため、繰り返し走査を行
う場合は、走査位置両端で本来ゼロとなるべき照射強度
に誤差が生じる問題があった。以上、この従来例では、
走査位置両端での速度変化についての考慮がなされてい
なかった。

【００１４】別の繰返し走査の従来例として、光源を固
定し、光ファイバと位相マスクとを往復運動させて繰り
返し露光を行なう手法が、特開平１０−３１９２５５号
公報に開示されている。しかしながらこれは光ファイバ
・位相マスクを移動させる手法であり、前述したよう
に、移動で生じる振動に対して弱く、また走査速度を低
く（１Ｈｚ以下）する必要があるため局所加熱の問題が
生じてしまう。

【００１５】一方、パルスレーザ光を用いて走査する場
合には、走査周期とパルス周期とに整数倍の関係がある
と、照射強度分布内に周期的な強度分布が発生する。こ
の周期的な強度分布は走査を繰り返した場合でも残存し
てしまうものであり、狙った照射強度分布を正確に実現
する際の障害となる。同文献にはパルスレーザ使用時の
パルス周期について、１００Ｈｚよりも高いレートとの
記載があるだけで、この周期性についての考慮はなされ
ていなかった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従来の走査型露光装置
は以上のように構成されているので、レーザ光の高速走
査を繰り返すことができず、レーザの強度ドリフトの影
響と、低速照射によって発生してしまう局所加熱の影響
とを最小化することができないという課題があった。

【００１７】また、従来の走査型露光装置は、アポダイ
ゼーションなどの目標照射強度分布を実現するための走
査制御が明らかにされていないという課題があった。

【００１８】さらに、従来の走査型露光装置は、パルス
レーザ光によって照射を行なう場合に発生する周期的な
強度分布を抑制することができないという課題があっ
た。

【００１９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、レーザ光の高速走査を繰り返すこ
とができ、レーザの強度ドリフトの影響と、低速照射に
よって発生してしまう局所加熱の影響とを最小化するこ
とが可能な走査型露光装置を構成することを目的とす
る。

【００２０】また、この発明は、アポダイゼーションな
どの目標照射強度分布を実現するための走査制御を明ら
かにした走査型露光装置を構成することを目的とする。

【００２１】さらに、この発明は、パルスレーザ光によ
って照射を行なう場合に発生する周期的な強度分布を抑
制することが可能な走査型露光装置を構成することを目
的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る走査型露
光装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光
源が出射したレーザ光を所定の偏向角で偏向して出射す
る偏向手段と、偏向角を補償して偏向手段が出射したレ
ーザ光を出射する偏向角補償手段と、偏向角を制御し、
偏向角補償手段が出射したレーザ光を走査方向へ走査す
る走査制御手段と、偏向角補償手段が出射したレーザ光
を回折させる位相変調型の透過型回折格子を有する位相
マスクとを備えるようにしたものである。

【００２３】この発明に係る走査型露光装置は、時系列
制御信号にしたがって偏向角を走査制御手段が制御し、
走査制御手段が所定の走査周期で時系列制御信号を繰り
返すようにしたものである。

【００２４】この発明に係る走査型露光装置は、時系列
制御信号にしたがって偏向角を走査制御手段が制御し、
偏向角補償手段が出射したレーザ光の走査速度と目標照
射強度分布とを逆比例の関係にして計算した走査位置−
時間ダイヤグラムを走査制御手段が時系列制御信号とす
るようにしたものである。

【００２５】この発明に係る走査型露光装置は、偏向角
補償手段と位相マスクとの間に設けられ、偏向角補償手
段が出射したレーザ光が通過する開口部を有する遮光手
段を備え、偏向角補償手段が出射したレーザ光の走査区
間が遮光手段に収まる範囲で、走査制御手段がレーザ光
を開口部よりも大きく走査して走査区間の両端に遮光領
域を存在させるとともに、レーザ光が遮光領域を走査す
る期間に、走査制御手段がレーザ光の走査速度の助走ま
たは反転を行なうようにしたものである。

【００２６】この発明に係る走査型露光装置は、連続発
振するレーザ光をレーザ光源が出射するようにしたもの
である。

【００２７】この発明に係る走査型露光装置は、所定の
パルス周期で発振するパルスレーザ光をレーザ光源が出
射するとともに、時系列制御信号の走査周期とパルス周
期との整数比の最小公倍数が大きくなるように、走査制
御手段が走査周期を定めるようにしたものである。

【００２８】この発明に係る走査型露光装置は、走査制
御手段によって走査方向の揺動角度が制御される第１反
射鏡を偏向手段とするとともに、第１反射鏡の揺動角度
と絶対値が等しく逆方向に、走査制御手段によって走査
方向の揺動角度が制御される第２反射鏡を偏向角補償手
段とし、第１反射鏡および第２反射鏡を順次反射させ
て、レーザ光源が出射したレーザ光を遮光手段へ出射す
るようにしたものである。

【００２９】この発明に係る走査型露光装置は、回転軸
周りの回転角速度が走査制御手段によって制御される第
１ウェッジと、第１ウェッジと共有する回転軸周りの回
転角速度が走査制御手段によって制御される第２ウェッ
ジとから偏向手段が構成されるとともに、回転軸周りの
回転角速度が走査制御手段によって制御される第３ウェ
ッジと、第３ウェッジと共有する回転軸周りの回転角速
度が走査制御手段によって制御される第４ウェッジとか
ら偏向角補償手段が構成され、第１ウェッジ、第２ウェ
ッジ、第３ウェッジおよび第４ウェッジを順次透過させ
て、レーザ光源が出射したレーザ光を遮光手段へ出射す
るようにしたものである。

【００３０】この発明に係る走査型露光装置は、第１ウ
ェッジ、第２ウェッジ、第３ウェッジおよび第４ウェッ
ジが同一形状で同一材料によってそれぞれ構成され、第
１ウェッジと位相差を有することなく、第１ウェッジの
回転角速度と絶対値が等しく逆方向の回転角速度で第２
ウェッジが制御され、第１ウェッジと１８０°の位相差
を有し、第１ウェッジの回転角速度で第３ウェッジが制
御され、第２ウェッジと１８０°の位相差を有し、第１
ウェッジの回転角速度と絶対値が等しく逆方向の回転角
速度で第４ウェッジが制御されるようにしたものであ
る。

【００３１】この発明に係る走査型露光装置は、第１ウ
ェッジ、第２ウェッジ、第３ウェッジまたは第４ウェッ
ジの少なくともいずれか１つがその回転軸と直交する平
面形状の入射面または出射面を有するようにしたもので
ある。

【００３２】この発明に係る走査型露光装置は、第３ウ
ェッジおよび第４ウェッジの回転走査に同期して、第３
ウェッジおよび第４ウェッジを走査制御手段が走査方向
へ並進走査するようにしたものである。

【００３３】この発明に係る走査型露光装置は、第４ウ
ェッジと遮光手段との間に設けられ、第４ウェッジの回
転軸および走査方向と直交する方向にのみレンズ作用を
有し、レーザ光の走査区間以上の長さを走査方向に有す
るシリンドリカルレンズを備えるようにしたものであ
る。

【００３４】この発明に係る走査型露光装置は、第４ウ
ェッジと遮光手段との間に設けられ、第４ウェッジの回
転軸および走査方向と直交する方向にのみレンズ作用を
有し、レーザ光の走査区間以上の長さを走査方向に有す
るシリンドリカルレンズを備えるとともに、第３ウェッ
ジおよび第４ウェッジの並進走査とともに、走査制御手
段がシリンドリカルレンズを走査方向へ並進走査するよ
うにしたものである。

【００３５】この発明に係る走査型露光装置は、その光
軸に対して所定の入射角で偏向手段からレーザ光が入射
すると、入射角を光軸からの距離に変換してレーザ光を
出射するＦθ光学系を偏向角補償手段とするようにした
ものである。

【００３６】この発明に係る走査型露光装置は、回転軸
周りの回転角速度が走査制御手段によって制御され、回
転軸と平行に設けられた複数の平面鏡によってレーザ光
源が出射したレーザ光をＦθ光学系へ反射する多面体反
射鏡を偏向手段とするようにしたものである。

【００３７】この発明に係る走査型露光装置は、その回
転軸と直交する平面によって切断された切断面形状が正
多角形となるように、複数の平面鏡を多面体反射鏡が備
えるようにしたものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による走
査型露光装置の構成を示す図である。図１において、１
は単一波長のレーザ光（紫外光）を出射するレーザ光
源、２はレーザ光源１から出射したレーザ光の偏向角を
変化（偏向）させる偏向手段、３は偏向手段２で偏向し
たレーザ光の偏向角を補償・相殺してレーザ光を出射す
る偏向角補償手段である。

【００３９】また、図１において、４は時系列制御信号
を記憶する信号記憶手段（走査制御手段）、５は信号記
憶手段４に記憶された時系列制御信号を一定の走査周期
で繰り返し発生する信号発生手段（走査制御手段）、６
は信号発生手段５からの時系列制御信号にしたがって偏
向手段２の偏向動作を駆動する駆動手段（走査制御手
段）、７は位相変調型の透過型回折格子によって隣接し
て透過するレーザ光の光路長（位相変化量）に差を生じ
させる位相マスク、８は位相マスク７の下面に設置され
た露光対象としての光ファイバ、９は偏向角補償手段３
と位相マスク７との間に設けられ、その中心に開口部を
有する遮光手段である。図１では、紙面に平行に光ファ
イバ８を設置しており、図１の上下方向が光ファイバ８
の長手方向に対応する。

【００４０】次に動作について説明する。レーザ光源１
から出射したレーザ光は、偏向手段２によってその進行
方向が偏向する。この偏向手段２で偏向したレーザ光の
偏向角は、信号発生手段５からの時系列制御信号を受け
る駆動手段６によって駆動されている。信号発生手段５
は、信号記憶手段４に記憶された時系列制御信号を読み
出し、この時系列制御信号を一定の走査周期で繰り返し
発生する。

【００４１】偏向手段２によって偏向したレーザ光は、
偏向手段２から離れた場所にある偏向角補償手段３によ
って偏向角が補償され、偏向手段２と偏向角補償手段３
との距離で決定される位置へと走査される。偏向角を一
軸方向に連続的に変化させることにより一次元走査を行
なうことができる。この発明では、一次元走査方向を光
ファイバ８の長手方向に一致させている。

【００４２】偏向手段２，偏向角補償手段３としては、
例えば各１枚の反射鏡（それぞれ第１反射鏡、第２反射
鏡）をそれぞれ用いて、これらの反射鏡を走査方向へ揺
動させるとともに、絶対値が等しくかつ符号が逆になる
ように両者の揺動角度を制御することで、偏向手段２の
偏向動作、偏向角補償手段３の偏向角補償動作が実現可
能である。この場合、第１反射鏡、第２反射鏡を順次反
射してレーザ光源１からのレーザ光が遮光手段９へ出射
するようになり、光の反射現象のみを利用しているた
め、レーザ光源１に波長広がりがある場合に色収差の影
響による走査位置誤差が生じないという利点がある。

【００４３】偏向角補償手段３から出射したレーザ光の
うち、位相マスク７の直前に設置された遮光手段９の開
口部を通過したレーザ光だけが位相マスク７の上面へ入
射し、位相マスク７の位相変調型の透過型回折格子によ
って±１次回折光同士の干渉が発生し、下面の光ファイ
バ８上に強度分布が形成される。

【００４４】次に速度変調によるアポダイゼーション実
現方法について述べる。図２は目標照射強度分布とこの
目標照射強度分布を実現するための走査位置−時間ダイ
ヤグラムとを示す図である。図２（ａ）は目標照射強度
分布の一例であり、中央部が平坦で、両端部がベル型の
アポダイゼーションの分布形状を持っている。縦軸は走
査位置、横軸はレーザ照射強度をそれぞれ表している。
また、図２（ｂ）は１走査周期分の走査位置−時間ダイ
ヤグラムを示しており、縦軸は図２（ａ）と対応した走
査位置、横軸は時間である。

【００４５】いま、単位時間あたりのレーザ照射強度を
ｉ（ｘ，ｔ），走査位置（変調パラメータ）をｘ，時間
をｔ，走査周期をτとすると、１走査周期τあたりのレ
ーザ強度分布Ｉ（ｘ）は次の式（１）で表される。

【００４６】

【数１】

【００４７】一方、走査位置ｘに関する荷重関数Ｗ
（ｘ）を用いると、レーザ強度分布Ｉ（ｘ）は式（２）
のように記述することもできる。

【００４８】

【数２】

【００４９】さて、図２（ａ）に示す目標照射強度分布
において、ｘ＜０の走査区間ではレーザ強度分布Ｉ
（ｘ）は単調増加関数であり、ｘ＞０の走査区間ではレ
ーザ強度分布Ｉ（ｘ）は単調減少関数となっている。し
たがって、走査区間毎に式（１）を変形すると、式
（３），式（４）がそれぞれ得られる。

【００５０】

【数３】

【００５１】

【数４】

【００５２】また同様に、式（２）のレーザ強度分布Ｉ
（ｘ）も走査区間毎のレーザ強度分布Ｉ₁ （ｘ），Ｉ₂
（ｘ）に分離することができる。この結果を次の式
（５）に示す。

【００５３】

【数５】

【００５４】ここで、Ｗ₁ （ｘ），Ｗ₂ （ｘ）はそれぞ
れ走査区間ｘ＜０，０＜ｘにおける荷重関数Ｗ（ｘ）で
ある。式（３），式（４）と式（５）とを比較すると、
走査位置ｘで時間ｔを微分した滞在時間（∂ｔ／∂ｘ）
は荷重関数Ｗ（ｘ）に比例することが分かる。滞在時間
（∂ｔ／∂ｘ）は走査速度の逆数なので、上の考察結果
は走査速度（∂ｘ／∂ｔ）が荷重関数Ｗ（ｔ）に逆比例
することを意味している。

【００５５】以上の式（３），式（４）と式（５）との
比較・考察によって、走査位置ｘを独立変数とする時間
の関数ｔ（ｘ）を次の式（６ａ），式（６ｂ）のように
表すことができる。

【００５６】

【数６】

【００５７】この式（６ａ）および式（６ｂ）を用い
て、目標照射強度分布を表す荷重関数Ｗ（ｘ），つまり
Ｗ₁ （ｘ）とＷ₂ （ｘ）とから時間ｔ（ｘ）のダイヤグ
ラムを求めることができる。

【００５８】図２（ａ）のアポダイゼーションの目標照
射強度分布を実現するための走査位置−時間ダイヤグラ
ムを式（６ａ），式（６ｂ）で算出すると図２（ｂ）の
ようになる。図２（ｂ）を見ると分かるように、走査位
置の両端に対応する部分では、ダイヤグラムの微分係数
の大きさが急激に増大しており、アポダイゼーションを
実現するには走査位置の両端で走査速度を大きく増大さ
せる必要のあることが理解できる。理論的には、照射強
度をゼロとするために走査速度を無限大にする必要があ
る。

【００５９】繰り返し走査を行なう場合についても考察
する。図３は繰り返し走査を行なう場合の走査位置−時
間ダイヤグラムの例を示す図であり、図３（ａ）は時間
に対して走査位置が常に単調増加する場合、図３（ｂ）
は時間に対して走査位置が単調増加と単調減少とを繰り
返す場合である。

【００６０】図３（ａ），図３（ｂ）いずれの場合も、
走査位置の両端で走査方向（または走査速度）を反転す
る必要のあることが分かる。この反転を行なうときに走
査速度はゼロとなるのだが、上で述べたように、走査位
置の両端ではアポダイゼーション実現のために走査速度
は増大して最大速度となっているので、最大速度のまま
走査方向を反転することは困難である。

【００６１】この困難を解決するために、この発明で
は、位相マスク７の直前に遮光手段９を設けるようにし
ている。遮光手段９は中央に矩形の開口部を持ってお
り、この開口部は偏向角補償手段３からのレーザ光を通
過し（通光領域）、開口部以外の部分はレーザ光を遮蔽
するようになっている（遮光領域）。この遮光手段９の
働きについて次に説明する。

【００６２】図４はこの発明の実施の形態１による走査
型露光装置による繰り返し走査を説明するための図であ
る。図４（ａ）は図１の偏向角補償手段３，遮光手段
９，位相マスク７および光ファイバ８を拡大した図、図
４（ｂ）はアポダイゼーションの目標照射強度分布であ
り、遮光手段９の開口部が通光領域、開口部以外が遮光
領域にそれぞれ対応している。図４（ｃ）はこの実施の
形態１による繰り返し走査の走査位置−時間ダイヤグラ
ムである。

【００６３】この実施の形態１では、図４（ａ）に示す
ように、遮光手段９の大きさ以下の範囲で、遮光手段９
の開口部よりもレーザ光の走査区間を大きく設定してお
り、走査区間の両端には遮光手段９によってレーザ光が
遮られる２つの遮光領域が存在する。このことによっ
て、レーザ光の１走査周期の間には、レーザ光が開口部
を通過し、位相マスク７を介して光ファイバ８を照射す
る期間（照射期間）と、開口部以外の部分でレーザ光が
遮られ、光ファイバ８を照射しない期間（非照射期間）
とが作り出される。

【００６４】そして、図４（ｃ）に示すように、アポダ
イゼーションの目標照射強度分布を実現するダイヤグラ
ムを照射期間中に行なうようにし、レーザ光の走査速度
を大きく増大させる動作や走査速度の減速・反転、次の
走査に要する初期走査速度までの加速（助走）を行なう
ダイヤグラムを非照射期間に割り当てるようにしてい
る。

【００６５】これにより、走査速度を無限大とする必要
があるとともに、走査方向を反転しなければならない走
査位置の両端部は図４（ｂ）の遮光領域に相当すること
になり、遮光手段９によって遮光されるため光ファイバ
８へレーザ光が照射されることはなく、このときの照射
強度をゼロにすることができる。したがって、レーザ光
が開口部を通過して光ファイバ８を照射する図４（ｂ）
の通光領域において、目標照射強度分布を実現させつ
つ、レーザ光走査を繰り返すことができるようになる。

【００６６】なお、以上の説明では、レーザ光源１とし
て連続発振レーザ（ＣＷレーザ）の光源を想定してい
る。この場合、どのような走査周期で走査しても目標照
射強度分布を実現できる。

【００６７】一方、レーザ光源１からパルスレーザ光を
出射する場合には、繰り返しの走査周期とパルスレーザ
光のパルス周期との整数比の最小公倍数を大きくするよ
うに、各周期の組み合わせを決定するようにする。この
ことにより、走査を多数回繰り返した場合に照射強度分
布内に意図しない周期的な強度分布（リップル）の発生
を防ぐことができる。次の計算例によってこれを説明す
る。

【００６８】図５はパルスレーザ光によって繰り返し走
査を行なった場合の照射強度分布の計算例を示す図であ
り、走査周期を２０ｍｓｅｃとし、パルスレーザ光のパ
ルス周期をそれぞれ図５（ａ）０．９０ｍｓｅｃ，図５
（ｂ）１．００ｍｓｅｃとした場合に、１０２４回のＧ
ａｕｓｓｉａｎビーム（ビーム半値幅１ｍｍ）をパルス
照射した場合の計算値である。走査周期とパルス周期と
の整数比は、図５（ａ）が２００：９，図５（ｂ）が２
０：１であり、各周期比の最小公倍数はそれぞれ、図５
（ａ）が１８００，図５（ｂ）が２０に対応する。

【００６９】これを見ると、各周期の整数比の最小公倍
数が小さい図５（ｂ）の計算例では、照射強度分布に周
期的な強度分布が生じている。この強度分布は照射パル
ス数を増加させた場合でも残存してしまい、光ファイバ
グレーティングの性能を劣化させる要因になる。

【００７０】一方、各周期の整数比の最小公倍数が大き
い図５（ａ）の計算例では、照射強度分布に周期的な強
度分布は現れておらず、理想に近いアポダイゼーション
が実現できている。図５（ｂ）で若干存在しているリッ
プルは、パルス照射回数を増加させることにより、さら
に減少させることができる。

【００７１】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光源１
が出射したレーザ光を所定の偏向角で偏向して出射する
偏向手段２と、偏向角を補償して偏向手段２が出射した
レーザ光を出射する偏向角補償手段３と、偏向角を制御
し、偏向角補償手段３が出射したレーザ光を走査方向へ
走査する信号記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段６
と、走査方向に沿ってその下面に設置された光ファイバ
８に対して位相変調型の透過型回折格子を介してレーザ
光を照射する位相マスク７とを備えるようにしたので、
レーザ光を高速走査することができるようになり、レー
ザの強度ドリフトの影響と、低速照射によって発生して
しまう局所加熱の影響とを最小化することができるとい
う効果が得られる。

【００７２】また、この実施の形態１によれば、時系列
制御信号にしたがって偏向角を駆動手段６が制御し、信
号発生手段５が所定の走査周期で時系列制御信号を繰り
返すようにしたので、レーザ光を高速繰り返し走査する
ことができるという効果が得られる。

【００７３】さらに、この実施の形態１によれば、時系
列制御信号にしたがって偏向角を駆動手段６が制御し、
偏向角補償手段３が出射したレーザ光の走査速度（∂ｘ
／∂ｔ）と目標照射強度分布Ｗ（ｘ）とを逆比例の関係
にして計算した走査位置−時間ダイヤグラムを信号記憶
手段４が時系列制御信号とするようにしたので、アポダ
イゼーションなどの目標照射強度分布Ｗ（ｘ）を実現す
ることができるという効果が得られる。

【００７４】さらに、この実施の形態１によれば、偏向
角補償手段３と位相マスク７との間に設けられ、偏向角
補償手段３が出射したレーザ光が通過する開口部を有す
る遮光手段９を備え、偏向角補償手段３が出射したレー
ザ光の走査区間が遮光手段９に収まる範囲で、信号記憶
手段４・信号発生手段５・駆動手段６がレーザ光を開口
部よりも大きく走査して走査区間の両端に遮光領域を存
在させるとともに、レーザ光が遮光領域を走査する期間
に、信号記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段６がレ
ーザ光の走査速度の助走または反転を行なうようにした
ので、レーザ光の走査区間の両端では、遮光手段９によ
ってレーザ光が遮光されてこのときの照射強度をゼロに
することができるようになり、レーザ光が開口部を通過
して光ファイバ８を照射するときに目標照射強度分布を
実現することができるという効果が得られる。

【００７５】さらに、この実施の形態１によれば、連続
発振するレーザ光をレーザ光源１が出射するようにした
ので、走査周期に依存することなく、目標照射強度分布
を実現することができるという効果が得られる。

【００７６】さらに、この実施の形態１によれば、所定
のパルス周期で発振するパルスレーザ光をレーザ光源１
が出射するとともに、時系列制御信号の走査周期とパル
ス周期との整数比の最小公倍数が大きくなるように、信
号発生手段５が走査周期を定めるようにしたので、パル
スレーザ光によって繰り返し走査を行う際に、周期的な
照射強度分布の発生を抑制することができるという効果
が得られる。

【００７７】さらに、この実施の形態１によれば、信号
記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段６によって走査
方向の揺動角度が制御される第１反射鏡を偏向手段２と
するとともに、第１反射鏡の揺動角度と絶対値が等しく
逆方向に、信号記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段
６によって走査方向の揺動角度が制御される第２反射鏡
を偏向角補償手段３とし、第１反射鏡および第２反射鏡
を順次反射させて、レーザ光源１が出射したレーザ光を
遮光手段９へ出射するようにしたので、レーザ光源１に
波長広がりがある場合に色収差の影響による走査位置誤
差を防ぐことができるという効果が得られる。

【００７８】なお、この発明の走査型露光装置は高速繰
り返し走査に限定されるわけではなく、信号発生手段５
が１走査周期分だけ時系列制御信号を発生するようにし
ても良い。

【００７９】また、時系列制御信号は式（６）を用いて
計算した走査位置−時間ダイヤグラムに限定されるもの
ではなく、この他にも任意に定めることができる。

【００８０】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態２による走査型露光装置の構成を示す図である。図１
と同一符号は相当する構成要素である。図６の偏向手段
２において、符号１０および１１はそれぞれ同一の回転
軸周りの回転角速度が駆動手段６によって制御される第
１ウェッジおよび第２ウェッジである。また、図６の偏
向角補償手段３において、符号１２および１３はそれぞ
れ同一の回転軸周りの回転角速度が駆動手段６によって
制御される第３ウェッジおよび第４ウェッジである。レ
ーザ光源１から出射したレーザ光は、第１〜第４ウェッ
ジ１０〜１３を順次透過して遮光手段９へ入射する。

【００８１】図６では、第１ウェッジ１０の回転方向と
第２ウェッジ１１の回転方向、第３ウェッジ１２の回転
方向と第４ウェッジ１３の回転方向はそれぞれ互いに逆
方向になるように駆動手段６によって駆動されている。
第１〜第４ウェッジ１０〜１３の形状は特に限定される
ものではないが、これらのうち少なくとも１つの入射面
または出射面を回転軸と直交する平面形状にすること
で、レーザ光の光路追跡が容易になり、また入射するレ
ーザ光の入射角の誤差に対する偏向動作精度の劣化を抑
制することができ、走査制御の精度に対するレーザ光の
入射角依存性を軽減することができるようになる。

【００８２】まず、偏向手段２の第１ウェッジ１０，第
２ウェッジ１１について、走査機能を説明する。ｘ軸方
向を光ファイバ８の長手方向、レーザ光源１の光軸およ
びｘ方向と垂直にｙ軸方向をとり、レーザ光源１の光軸
上に原点に取る。第１，第２ウェッジ１０，１１によっ
て生じるレーザ光の偏向角を偏向手段２から出射するレ
ーザ光とレーザ光源１の光軸とのなす角で定義し、ｘ軸
方向の偏向角をθ_x ，ｙ軸方向の偏向角をθ_y とする
と、偏向角θ_x ，θ_y は式（７ａ），式（７ｂ）でそれ
ぞれ表される。

【００８３】

【数７】

【００８４】ここでδ₁ ，δ₂ は第１，第２ウェッジ１
０，１１による光線の偏角、φ₁ ，φ₂ は第１，第２ウ
ェッジ１０，１１の回転角速度、ψは第１，第２ウェッ
ジ１０，１１間の位相差である。いま、同一材料、同一
形状で作られた第１，第２ウェッジ１０，１１を用いる
と、偏角δ₁ ，δ₂ の関係はδ₁ ＝δ₂ ＝δとなり、第
１，第２ウェッジ１０，１１の回転角速度φ₁ ，φ₂ を
同じ速さで逆方向に回転（φ₁ ＝−φ₂ ＝φ）させて位
相差ψ＝０とすれば、次の式（８ａ），式（８ｂ）がそ
れぞれ得られ、ｘ方向、つまり光ファイバ８の長手方向
にのみレーザ光を走査できることがわかる。

【００８５】

【数８】

【００８６】一方、偏向角補償手段３の第３，第４ウェ
ッジ１２，１３については、第３ウェッジ１２の初期位
相を第１ウェッジ１０に対して１８０°だけ進め、第４
ウェッジ１３の初期位相を第２ウェッジ１１に対して１
８０°だけ進めると、第３，第４ウェッジ１２，１３間
の位相差ψ＝０°となる。

【００８７】そして第１，第２ウェッジ１０，１１と同
様に、同一材料、同一形状で作られた第３，第４ウェッ
ジ１２，１３を用いると偏角δ₁ ＝δ₂ ＝δとなり、回
転角速度φ₁ ＝−φ₂ ＝φなので（第３ウェッジ１２の
回転角速度φ₃ ＝φ₁ ，第４ウェッジ１３の回転角速度
φ₄ ＝φ₂ ）、式（７ａ），（７ｂ）はそれぞれδｃｏ
ｓ［φ＋１８０°］＋δｃｏｓ［−（φ＋１８０
°）］，δｓｉｎ［φ＋１８０°］＋δｓｉｎ［−（φ
＋１８０°）］となって式（９ａ），式（９ｂ）が得ら
れ、偏向角が補償されることが分かる。

【００８８】

【数９】

【００８９】したがって、第４ウェッジ１３から距離Ｌ
の位置に第３ウェッジ１２を置き、かつθ＝−θ_x の偏
向を与える場合、第１ウェッジ１０へ入射して第４ウェ
ッジ１３から出射するレーザ光のレーザ光源１の光軸か
らの走査位置ｘは式（１０）により求めることができ
る。

【００９０】

【数１０】

【００９１】式（１０）を見ると、第１〜第４ウェッジ
１０〜１３の回転角速度φに応じて走査位置を往復制御
できることが分かる。走査位置ｘは回転角速度φに対し
て一般的に線形変化しないが、回転角速度φの角度範囲
を限定し、偏角δを最適に選ぶことで線形近似が可能で
ある。走査位置ｘが回転角速度φに近似的に線形となる
例を次の図７に示す。

【００９２】図７はウェッジの回転角速度φと走査位置
絶対誤差（線形性からのズレ）との関係を示す図であ
り、偏角δと距離Ｌとをパラメータとして、式（１０）
の線形性からのズレを計算している。図７の横軸は回転
角速度φ［ｄｅｇ．］，縦軸は走査位置ｘの絶対誤差
［ｍｍ］である。この図７に示すように、回転角速度φ
の範囲を±３０°に制限した場合において、φ＝±３０
°間の範囲で常に誤差をゼロとする偏角δ，距離Ｌの組
が存在し、図７の例ではδ＝２１．２ｄｅｇ．，Ｌ＝５
１．６ｍｍが最適値と分かる。

【００９３】いま、この回転角速度φに対して走査位置
ｘが近似的に線形変化する線形近似回転角範囲を実施の
形態１で説明した照射期間に割り当て、この線形近似回
転角範囲以外の角度範囲を非照射期間に割り当てること
を考える。図８は照射期間および非照射期間に対するウ
ェッジ回転角度の割り当てを示す図であり、ウェッジの
上面から見た回転角度範囲を示している。なお説明を簡
単にするため、４枚の第１〜第４ウェッジ１０〜１３全
てを９０°回転させた位置を回転角度の基準に取り直し
ている。

【００９４】それでは、繰り返し走査について説明す
る。図９はこの発明の実施の形態２による走査型露光装
置による繰り返し走査を説明するための図である。図９
（ａ）は目標照射強度分布、図９（ｂ）はこの実施の形
態２による走査位置−時間ダイヤグラム、図９（ｃ）は
この実施の形態２によるウェッジの回転角速度―時間ダ
イヤグラム、図９（ｄ）はこの実施の形態２によるウェ
ッジの回転角度―時間ダイヤグラムをそれぞれ示してい
る。

【００９５】実施の形態１と同様に、照射期間内で走査
速度を目標照射強度分布に逆比例させて時系列制御信号
を計算している。また、図９（ａ），図９（ｂ）に示す
ように、走査位置両端には遮光手段９によって２つの遮
光領域を設け、レーザ光の走査速度を大きく増大させる
動作や走査速度の減速、次の走査に要する初期走査速度
までの加速をこの遮光領域中の非照射期間に行なう。

【００９６】特に限定されるものではないが、さらに前
述したように、各ウェッジの回転角速度φに対して走査
位置ｘが近似的に線形変化する線形近似回転角範囲を照
射期間に割り当てようにすれば、各ウェッジの回転角速
度φを等間隔で変化させたときに走査位置ｘも等間隔に
制御できるので、制御性を向上することができる。

【００９７】以上により、図９（ｄ）の各ウェッジの回
転角度―時間ダイヤグラムで示すように、第１〜第４ウ
ェッジ１０〜１３を０から３６０°まで１回転させる間
に２回分の照射期間が割り当てられ、１往復の走査が完
了する。このウェッジ回転角制御を連続的に行うこと
で、位置走査を高速に繰り返すことができる。

【００９８】特に実施の形態１と比較すると、この実施
の形態２では、図９（ｃ）の回転角速度―時間ダイヤグ
ラムに示すように、第１〜第４ウェッジ１０〜１３の回
転方向を非照射期間内で反転させる必要がなく、回転角
速度の高低変化だけで済むようになっている。これによ
り、駆動手段６に加わる電気的・機械的負荷を軽減する
ことができる。

【００９９】さて、ここまでの説明では、第１〜第４ウ
ェッジ１０〜１３の回転だけでレーザ光の走査を実現し
たが、偏向角補償手段３の第３，第４ウェッジ１２，１
３を光ファイバ８の長手方向へ並進走査するようにして
も良い。

【０１００】図１０はこの発明の実施の形態２による走
査型露光装置の構成を示す図であり、図１，図６と同一
符号は相当する構成要素である。図１０において、符号
１４は第３，第４ウェッジ１２，１３を備えた偏向角補
償手段であり、この偏向角補償手段１４の第３，第４ウ
ェッジ１２，１３は、第３，第４ウェッジ１２，１３の
回転運動に同期して光ファイバ８の長手方向へ駆動手段
６によって並進走査されるようになっている。

【０１０１】この図１０における位置走査に位置精度は
必要なく、偏向手段２の第１，第２ウェッジ１０，１１
によって偏向したレーザ光が偏向角補償手段１４の第
３，第４ウェッジ１２，１３のウェッジ内へ蹴られるこ
となく入射しさえすれば良い。位置走査を併用すること
で、第３，４ウェッジ１２，１３の有効径を小さくでき
るため、第３，第４ウェッジ１２，１３の面精度の向
上、駆動手段６の小型化、コスト軽減などの効果があ
る。

【０１０２】さらに図１１に示すように、シリンドリカ
ルレンズを設置することで、ウェッジ走査によって第４
ウェッジ１３の回転軸方向および走査方向と直交する方
向に走査位置誤差が発生した場合でもこれを補償するこ
とができる。

【０１０３】図１１はこの発明の実施の形態２による走
査型露光装置の構成を示す図であり、図１，図６と同一
符号は相当する構成要素である。また、図１１では、レ
ーザ光源１〜第３ウェッジ１２の図示を省略している。
図１１において、符号１５は第４ウェッジ１３と遮光手
段９との間に設けられたシリンドリカルレンズである。

【０１０４】シリンドリカルレンズ１５は、第４ウェッ
ジ１３の回転軸方向および走査方向と直交する方向にの
みレンズ作用を有しており、図１１中の第４ウェッジ１
３の出射側で走査位置誤差が生じた走査軌跡１６を補償
して、走査位置誤差の抑制された走査軌跡１７にレンズ
作用で変換する。

【０１０５】このシリンドリカルレンズ１５は全走査区
間をカバーするように、光ファイバ８の長手方向（走査
方向）へ全走査区間以上に長くなった形状を採用しても
良いが、偏向角補償手段１４の第３，第４ウェッジ１
２，１３と同時に並進走査を行うようにしても良い。こ
れによりシリンドリカルレンズ１５も小型化することが
可能になり、またコスト低減できる。

【０１０６】一方、シリンドリカルレンズ１５による副
次的な作用として、第４ウェッジ１３の回転軸方向およ
び走査方向と直交する方向へビーム形状を引き伸ばすこ
とがあげられる。これにより、第４ウェッジ１３の回転
軸方向・走査方向と直交する方向へのビーム変位の影響
を低減できるだけでなく、シリンドリカルレンズ１５の
レンズ作用の方向へ光ファイバ８と位相マスク７とを複
数本平行に並べた場合、複数本の光ファイバ８に対する
同時露光が可能となる。複数本の光ファイバ８への同時
露光は、生産効率を向上させるだけではなく、同一のロ
ットで照射条件や温度条件を等しくできるため、作製す
る光ファイバグレーティングのフィルタ特性に高い均質
性を確保することができる。なお、図９から図１１で説
明した第１〜第４ウェッジ１０〜１３を偏向手段２，偏
向角補償手段３としてそれぞれ用いる手法は、遮光手段
９を備えていない場合の走査型露光装置に適用しても良
い。

【０１０７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、回転軸周りの回転角速度が信号記憶手段４・信号発
生手段５・駆動手段６によって制御される第１ウェッジ
１０と、第１ウェッジ１０と共有する回転軸周りの回転
角速度が信号記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段６
によって制御される第２ウェッジ１１とから偏向手段２
が構成されるとともに、回転軸周りの回転角速度が信号
記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段６によって制御
される第３ウェッジ１２と、第３ウェッジ１２と共有す
る回転軸周りの回転角速度が信号記憶手段４・信号発生
手段５・駆動手段６によって制御される第４ウェッジ１
３とから偏向角補償手段３が構成され、第１ウェッジ１
０，第２ウェッジ１１，第３ウェッジ１２および第４ウ
ェッジ１３を順次透過させて、レーザ光源１が出射した
レーザ光を遮光手段９へ出射するようにしたので、偏向
手段２および偏向角補償手段３に対して揺動による走査
が必要なくなり、走査の速度変化を小さくすることがで
きるという効果が得られ、また偏角の制御精度を向上す
ることができるという効果が得られ、さらに光学系の光
軸調整を容易に行なうことができるという効果が得られ
る。

【０１０８】また、この実施の形態２によれば、第１ウ
ェッジ１０，第２ウェッジ１１，第３ウェッジ１２およ
び第４ウェッジ１３が同一形状で同一材料によってそれ
ぞれ構成され、第１ウェッジ１０と位相差を有すること
なく、第１ウェッジ１０の回転角速度と絶対値が等しく
逆方向の回転角速度で第２ウェッジ１１が制御され、第
１ウェッジ１０と１８０°の位相差を有し、第１ウェッ
ジ１０の回転角速度で第３ウェッジ１２が制御され、第
２ウェッジ１１と１８０°の位相差を有し、第１ウェッ
ジ１０の回転角速度と絶対値が等しく逆方向の回転角速
度で第４ウェッジ１３が制御されるようにしたので、各
ウェッジの回転角速度の制御が容易になり、駆動手段６
の負荷を軽減することができるという効果が得られる。

【０１０９】さらに、この実施の形態２によれば、第１
ウェッジ１０，第２ウェッジ１１，第３ウェッジ１２ま
たは第４ウェッジ１３の少なくともいずれか１つがその
回転軸と直交する平面形状の入射面または出射面を有す
るようにしたので、走査制御の精度に対するレーザ光の
入射角依存性を軽減することができるという効果が得ら
れる。

【０１１０】さらに、この実施の形態２によれば、第３
ウェッジ１２および第４ウェッジ１３の回転走査に同期
して、第３ウェッジ１２および第４ウェッジ１３を信号
記憶手段４・信号発生手段５・駆動手段６が走査方向へ
並進走査するようにしたので、並進走査させる分だけ第
３ウェッジ１２および第４ウェッジ１３の小型化が可能
になって、第３ウェッジ１２および第４ウェッジ１３の
高速回転を行なうことができるようになり、走査速度を
高速化できるという効果が得られ、また小型化の分だけ
第３ウェッジ１２および第４ウェッジ１３の面精度を向
上することができるという効果が得られ、さらにコスト
低減が可能になるという効果が得られる。

【０１１１】さらに、この実施の形態２によれば、第４
ウェッジ１３と遮光手段９との間に設けられ、第４ウェ
ッジ１３の回転軸および走査方向と直交する方向にのみ
レンズ作用を有し、レーザ光の走査区間以上の長さを走
査方向に有するシリンドリカルレンズ１５を備えるよう
にしたので、第４ウェッジ１３の回転軸およびレーザ光
の走査方向と直交する方向へビーム形状を伸ばすことが
できるようになり、複数の光ファイバ８への同時露光が
可能になって生産効率を向上することができるという効
果が得られ、また同一のロットで照射条件や温度条件を
等しくできるため作製する光ファイバグレーティングの
フィルタ特性に高い均質性を確保することができるとい
う効果が得られ、さらに第４ウェッジ１３の回転軸およ
び走査方向と直交する方向へのビーム変位の影響を低減
できるという効果が得られる。

【０１１２】さらに、この実施の形態２によれば、第４
ウェッジ１３と遮光手段９との間に設けられ、第４ウェ
ッジ１３の回転軸および走査方向と直交する方向にのみ
レンズ作用を有し、レーザ光の走査区間以上の長さを走
査方向に有するシリンドリカルレンズ１５を備えるとと
もに、第３ウェッジ１２および第４ウェッジ１３の並進
走査とともに、信号記憶手段４・信号発生手段５・駆動
手段６がシリンドリカルレンズ１５を走査方向へ並進走
査するようにしたので、第４ウェッジ１３の回転軸およ
びレーザ光の走査方向と直交する方向へビーム形状を伸
ばすことができるようになり、複数の光ファイバ８への
同時露光が可能になって生産効率を向上することができ
るという効果が得られ、また同一のロットで照射条件や
温度条件を等しくできるため作製する光ファイバグレー
ティングのフィルタ特性に高い均質性を確保することが
できるという効果が得られ、さらに第４ウェッジ１３の
回転軸および走査方向と直交する方向へのビーム変位の
影響を低減することができるという効果が得られるとと
もに、並進走査させる分だけ第３ウェッジ１２および第
４ウェッジ１３の小型化が可能になって、第３ウェッジ
１２および第４ウェッジ１３の高速回転を行なうことが
できるようになり、走査速度を高速化できるという効果
が得られ、また小型化の分だけ第３ウェッジ１２および
第４ウェッジ１３の面精度を向上することができるとい
う効果が得られ、さらにコスト低減が可能になるという
効果が得られる。

【０１１３】実施の形態３．図１２はこの発明の実施の
形態３による走査型露光装置の構成を示す図である。図
１と同一符号は相当する構成要素である。図１２におい
て、１８はレーザ光源１からのレーザ光の光路を折り曲
げる反射鏡、１９は反射鏡１８からのレーザ光を反射す
る偏向手段２としての多面体反射鏡（ポリゴンミラ
ー）、２０は多面体反射鏡１９からのレーザ光にレンズ
作用を与えて遮光手段９へ出射する偏向角補償手段３と
してのＦθ光学系である。

【０１１４】多面体反射鏡１９は、図１２の紙面垂直方
向に回転軸を有し、回転軸の周りの回転角速度が駆動手
段６によって制御されており、側面に複数の反射面（平
面鏡）を回転軸と平行に備えた多面体柱である。多面体
反射鏡１９の形状は特に限定されるものではないが、回
転軸と直交する平面によって切断した多面体反射鏡１９
の断面形状が正多角形（図１２では正８角形）となるよ
うに複数の反射面を等分割に形成すれば、走査制御の精
度を向上することができ、また多面体反射鏡１９の製造
が容易になって製造性を向上することができる。このと
き、多面体反射鏡１９によって走査可能な偏向角範囲
は、反射面の等分割数をＮとすれば±１８０°／Ｎとな
る。

【０１１５】一方、Ｆθ光学系２０は入射レーザ光の入
射角を出射レーザ光の光軸からの距離に変換するレンズ
作用を有する光学系で、Ｆθ光学系２０自身の光軸と入
射角θをなしてレーザ光が入射するものとし、Ｆθ光学
系２０固有の焦点距離をＦとすると、Ｆθ光学系２０か
ら出射するレーザ光の走査位置ｘは式（１１）のように
なる。

【０１１６】

【数１１】

【０１１７】式（１１）にしたがって、Ｆθ光学系２０
から出射するレーザ光の走査区間を目標照射強度分布の
照射範囲よりも大きくなるように、Ｆθ光学系２０へ入
射するレーザ光の入射角θの範囲を選び、これに合わせ
てＦθ光学系２０の光学的特性を設計し、かつ遮光手段
９の開口幅を照射範囲と一致させるようにする。このこ
とにより、偏向角補償手段３をパッシブに構成すること
ができ、偏向角補償手段３に対する駆動系を不要にする
ことができる。なお、このＦθ光学系２０は、実施の形
態１や実施の形態２の偏向手段２に適用しても良い。

【０１１８】それでは、多面体反射鏡１９を用いた走査
型露光装置の繰り返し走査について説明する。図１３は
この発明の実施の形態３による走査型露光装置による繰
り返し走査を説明するための図である。図１３（ａ）は
アポダイゼーションの目標照射強度分布、図１３（ｂ）
は実施の形態３による繰り返し走査の走査位置−時間ダ
イヤグラム、図１３（ｃ）は実施の形態３による繰り返
し走査の多面体反射鏡１９の回転角速度−時間ダイヤグ
ラムである。なお、図１３（ｂ）の走査位置−時間ダイ
ヤグラムは実施の形態１や実施の形態２と同様に考える
ことができる。

【０１１９】上述のように、Ｆθ光学系２０から出射す
るレーザ光の走査区間の両端部は、遮光手段９の開口部
以外の部分によって遮光されるため、照射強度に寄与し
ない２つの遮光領域ができ、その遮光領域に対応する非
照射期間が存在する。

【０１２０】実施の形態２と同様に、照射に寄与しない
時間を助走期間に割り当て、この助走期間において多面
体反射鏡１９の回転角速度を高速に維持させる。図１３
（ｃ）に示す回転角速度―時間ダイヤグラムを見ると、
照射期間の開始時と終了時とにおいて走査速度を最大と
することができる。以上の回転角速度制御を連続的に繰
り返すことで偏向動作・繰り返し走査が可能になる。

【０１２１】また、図１３（ｃ）の回転角速度―時間ダ
イヤグラムを見ると、実施の形態２と同様に、多面体反
射鏡１９の回転方向を時間的に反転させる必要のないこ
とが分かり、回転角速度の高低変化だけで済むようにな
っている。これにより、駆動手段６に対する電気的・機
械的負荷を軽減することができ、駆動手段６を小型化で
きる。

【０１２２】さらに、実施の形態１，２と異なり、駆動
手段６による多面体反射鏡１９の駆動系統は１つだけ有
れば良く、多面体反射鏡１９の回転駆動の方向も１方向
で済むので、駆動系統数や駆動方向が低減されて信頼性
を向上できるとともに、コスト低減が可能になる。

【０１２３】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、その光軸に対して所定の入射角で偏向手段２からレ
ーザ光が入射すると、入射角を光軸からの距離に変換し
てレーザ光を出射するＦθ光学系２０を偏向角補償手段
３とするようにしたので、信号記憶手段４・信号発生手
段５・駆動手段６による制御を必要とすることなく偏向
角補償手段３を実現することができ、駆動手段６の負荷
を軽減することができるという効果が得られ、また走査
型露光装置の信頼性を向上することができるという効果
が得られる。

【０１２４】また、この実施の形態３によれば、回転軸
周りの回転角速度が信号記憶手段４・信号発生手段５・
駆動手段６によって制御され、回転軸と平行に設けられ
た複数の平面鏡によってレーザ光源１が出射したレーザ
光をＦθ光学系２０へ反射する多面体反射鏡１９を偏向
手段２とするようにしたので、駆動系統数や駆動方向数
が低減されて、駆動手段６に要する電気的・機械的負荷
を軽減することができるという効果が得られ、また駆動
手段６を小型化することができるという効果が得られ、
さらに走査型露光装置の信頼性を向上することができる
という効果が得られ、さらにコスト低減が可能になると
いう効果が得られる。

【０１２５】さらに、この実施の形態３によれば、その
回転軸と直交する平面によって切断された切断面形状が
正多角形となるように、複数の平面鏡を多面体反射鏡１
９が備えるようにしたので、走査制御の精度を向上する
ことができるという効果が得られ、また多面体反射鏡１
９の製造が容易になって製造性を向上することができる
という効果が得られる。

【０１２６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、レー
ザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射したレ
ーザ光を所定の偏向角で偏向して出射する偏向手段と、
偏向角を補償して偏向手段が出射したレーザ光を出射す
る偏向角補償手段と、偏向角を制御し、偏向角補償手段
が出射したレーザ光を走査方向へ走査する走査制御手段
と、偏向角補償手段が出射したレーザ光を回折させる位
相変調型の透過型回折格子を有する位相マスクとを備え
るようにしたので、レーザ光を高速走査することができ
るようになり、レーザの強度ドリフトの影響と、低速照
射によって発生してしまう局所加熱の影響とを最小化す
ることができるという効果がある。

【０１２７】この発明によれば、時系列制御信号にした
がって偏向角を走査制御手段が制御し、走査制御手段が
所定の走査周期で時系列制御信号を繰り返すようにした
ので、レーザ光を高速繰り返し走査することができると
いう効果がある。

【０１２８】この発明によれば、時系列制御信号にした
がって偏向角を走査制御手段が制御し、偏向角補償手段
が出射したレーザ光の走査速度と目標照射強度分布とを
逆比例の関係にして計算した走査位置−時間ダイヤグラ
ムを走査制御手段が時系列制御信号とするようにしたの
で、アポダイゼーションなどの目標照射強度分布を実現
することができるという効果がある。

【０１２９】この発明によれば、偏向角補償手段と位相
マスクとの間に設けられ、偏向角補償手段が出射したレ
ーザ光が通過する開口部を有する遮光手段を備え、偏向
角補償手段が出射したレーザ光の走査区間が遮光手段に
収まる範囲で、走査制御手段がレーザ光を開口部よりも
大きく走査して走査区間の両端に遮光領域を存在させる
とともに、レーザ光が遮光領域を走査する期間に、走査
制御手段がレーザ光の走査速度の助走または反転を行な
うようにしたので、レーザ光の走査区間の両端では、遮
光手段によってレーザ光が遮光されてこのときの照射強
度をゼロにすることができるようになり、レーザ光が開
口部を通過して光ファイバを照射するときに目標照射強
度分布を実現することができるという効果がある。

【０１３０】この発明によれば、連続発振するレーザ光
をレーザ光源が出射するようにしたので、走査周期に依
存することなく、目標照射強度分布を実現することがで
きるという効果がある。

【０１３１】この発明によれば、所定のパルス周期で発
振するパルスレーザ光をレーザ光源が出射するととも
に、時系列制御信号の走査周期とパルス周期との整数比
の最小公倍数が大きくなるように、走査制御手段が走査
周期を定めるようにしたので、パルスレーザ光によって
繰り返し走査を行う際に、周期的な照射強度分布の発生
を抑制することができるという効果がある。

【０１３２】この発明によれば、走査制御手段によって
走査方向の揺動角度が制御される第１反射鏡を偏向手段
とするとともに、第１反射鏡の揺動角度と絶対値が等し
く逆方向に、走査制御手段によって走査方向の揺動角度
が制御される第２反射鏡を偏向角補償手段とし、第１反
射鏡および第２反射鏡を順次反射させて、レーザ光源が
出射したレーザ光を遮光手段へ出射するようにしたの
で、レーザ光源に波長広がりがある場合に色収差の影響
による走査位置誤差を防ぐことができるという効果があ
る。

【０１３３】この発明によれば、回転軸周りの回転角速
度が走査制御手段によって制御される第１ウェッジと、
第１ウェッジと共有する回転軸周りの回転角速度が走査
制御手段によって制御される第２ウェッジとから偏向手
段が構成されるとともに、回転軸周りの回転角速度が走
査制御手段によって制御される第３ウェッジと、第３ウ
ェッジと共有する回転軸周りの回転角速度が走査制御手
段によって制御される第４ウェッジとから偏向角補償手
段が構成され、第１ウェッジ、第２ウェッジ、第３ウェ
ッジおよび第４ウェッジを順次透過させて、レーザ光源
が出射したレーザ光を遮光手段へ出射するようにしたの
で、偏向手段および偏向角補償手段に対して揺動による
走査が必要なくなり、走査の速度変化を小さくすること
ができるという効果が得られ、また偏角の制御精度を向
上することができるという効果が得られ、さらに光学系
の光軸調整を容易に行なうことができるという効果があ
る。

【０１３４】この発明によれば、第１ウェッジ、第２ウ
ェッジ、第３ウェッジおよび第４ウェッジが同一形状で
同一材料によってそれぞれ構成され、第１ウェッジと位
相差を有することなく、第１ウェッジの回転角速度と絶
対値が等しく逆方向の回転角速度で第２ウェッジが制御
され、第１ウェッジと１８０°の位相差を有し、第１ウ
ェッジの回転角速度で第３ウェッジが制御され、第２ウ
ェッジと１８０°の位相差を有し、第１ウェッジの回転
角速度と絶対値が等しく逆方向の回転角速度で第４ウェ
ッジが制御されるようにしたので、各ウェッジの回転角
速度の制御が容易になり、走査制御手段の負荷を軽減す
ることができるという効果がある。

【０１３５】この発明によれば、第１ウェッジ、第２ウ
ェッジ、第３ウェッジまたは第４ウェッジの少なくとも
いずれか１つがその回転軸と直交する平面形状の入射面
または出射面を有するようにしたので、走査制御の精度
に対するレーザ光の入射角依存性を軽減することができ
るという効果がある。

【０１３６】この発明によれば、第３ウェッジおよび第
４ウェッジの回転走査に同期して、第３ウェッジおよび
第４ウェッジを走査制御手段が走査方向へ並進走査する
ようにしたので、並進走査させる分だけ第３ウェッジお
よび第４ウェッジの小型化が可能になって、第３ウェッ
ジおよび第４ウェッジの高速回転を行なうことができる
ようになり、走査速度を高速化できるという効果が得ら
れ、また小型化の分だけ第３ウェッジおよび第４ウェッ
ジの面精度を向上することができるという効果が得ら
れ、さらにコスト低減が可能になるという効果がある。

【０１３７】この発明によれば、第４ウェッジと遮光手
段との間に設けられ、第４ウェッジの回転軸および走査
方向と直交する方向にのみレンズ作用を有し、レーザ光
の走査区間以上の長さを走査方向に有するシリンドリカ
ルレンズを備えるようにしたので、第４ウェッジの回転
軸およびレーザ光の走査方向と直交する方向へビーム形
状を伸ばすことができるようになり、複数の光ファイバ
への同時露光が可能になって生産効率を向上することが
できるという効果が得られ、また同一のロットで照射条
件や温度条件を等しくできるため作製する光ファイバグ
レーティングのフィルタ特性に高い均質性を確保するこ
とができるという効果が得られ、さらに第４ウェッジの
回転軸および走査方向と直交する方向へのビーム変位の
影響を低減できるという効果がある。

【０１３８】この発明によれば、第４ウェッジと遮光手
段との間に設けられ、第４ウェッジの回転軸および走査
方向と直交する方向にのみレンズ作用を有し、レーザ光
の走査区間以上の長さを走査方向に有するシリンドリカ
ルレンズを備えるとともに、第３ウェッジおよび第４ウ
ェッジの並進走査とともに、走査制御手段がシリンドリ
カルレンズを走査方向へ並進走査するようにしたので、
第４ウェッジの回転軸およびレーザ光の走査方向と直交
する方向へビーム形状を伸ばすことができるようにな
り、複数の光ファイバへの同時露光が可能になって生産
効率を向上することができるという効果が得られ、また
同一のロットで照射条件や温度条件を等しくできるため
作製する光ファイバグレーティングのフィルタ特性に高
い均質性を確保することができるという効果が得られ、
さらに第４ウェッジの回転軸および走査方向と直交する
方向へのビーム変位の影響を低減することができるとい
う効果が得られるとともに、並進走査させる分だけ第３
ウェッジおよび第４ウェッジの小型化が可能になって、
第３ウェッジおよび第４ウェッジの高速回転を行なうこ
とができるようになり、走査速度を高速化できるという
効果が得られ、また小型化の分だけ第３ウェッジおよび
第４ウェッジの面精度を向上することができるという効
果が得られ、さらにコスト低減が可能になるという効果
がある。

【０１３９】この発明によれば、その光軸に対して所定
の入射角で偏向手段からレーザ光が入射すると、入射角
を光軸からの距離に変換してレーザ光を出射するＦθ光
学系を偏向角補償手段とするようにしたので、走査制御
手段による制御を必要とすることなく偏向角補償手段を
実現することができ、走査制御手段の負荷を軽減するこ
とができるという効果が得られ、また走査型露光装置の
信頼性を向上することができるという効果がある。

【０１４０】この発明によれば、回転軸周りの回転角速
度が走査制御手段によって制御され、回転軸と平行に設
けられた複数の平面鏡によってレーザ光源が出射したレ
ーザ光をＦθ光学系へ反射する多面体反射鏡を偏向手段
とするようにしたので、駆動系統数や駆動方向数が低減
されて、走査制御手段に要する電気的・機械的負荷を軽
減することができるという効果が得られ、また走査制御
手段を小型化することができるという効果が得られ、さ
らに走査型露光装置の信頼性を向上することができると
いう効果が得られ、さらにコスト低減が可能になるとい
う効果がある。

【０１４１】この発明によれば、その回転軸と直交する
平面によって切断された切断面形状が正多角形となるよ
うに、複数の平面鏡を多面体反射鏡が備えるようにした
ので、走査制御の精度を向上することができるという効
果が得られ、また多面体反射鏡の製造が容易になって製
造性を向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による走査型露光装
置の構成を示す図である。

【図２】 目標照射強度分布とこの目標照射強度分布を
実現するための走査位置−時間ダイヤグラムとを示す図
である。

【図３】 繰り返し走査を行なう場合の走査位置−時間
ダイヤグラムの例を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による走査型露光装
置による繰り返し走査を説明するための図である。

【図５】 パルスレーザ光によって繰り返し走査を行な
った場合の照射強度分布の計算例を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態２による走査型露光装
置の構成を示す図である。

【図７】 ウェッジの回転角速度と走査位置絶対誤差と
の関係を示す図である。

【図８】 照射期間および加減速・助走期間に対するウ
ェッジ回転角の割り当てを示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態２による走査型露光装
置による繰り返し走査を説明するための図である。

【図１０】 この発明の実施の形態２による走査型露光
装置の構成を示す図である。

【図１１】 この発明の実施の形態２による走査型露光
装置の構成を示す図である。

【図１２】 この発明の実施の形態３による走査型露光
装置の構成を示す図である。

【図１３】 この発明の実施の形態３による走査型露光
装置による繰り返し走査を説明するための図である。

【図１４】 光ファイバの長手方向の位置に対するアポ
ダイゼーションの実効的屈折率分布形状を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源、２ 偏向手段、３ 偏向角補償手段、
４ 信号記憶手段（走査制御手段）、５ 信号発生手段
（走査制御手段）、６ 駆動手段（走査制御手段）、７
位相マスク、８ 光ファイバ、９ 遮光手段、１０
第１ウェッジ、１１ 第２ウェッジ、１２ 第３ウェッ
ジ、１３ 第４ウェッジ、１４ 偏向角補償手段、１５
シリンドリカルレンズ、１６，１７ 走査軌跡、１８
反射鏡、１９ 多面体反射鏡、２０ Ｆθ光学系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加瀬 隆明 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 橋本 実 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H045 AF12 BA02 DA11 DA31 2H049 AA02 AA06 AA33 AA44 AA51 AA59

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を出射するレーザ光源と、 上記レーザ光源が出射した上記レーザ光を所定の偏向角
   で偏向して出射する偏向手段と、 上記偏向角を補償して上記偏向手段が出射した上記レー
   ザ光を出射する偏向角補償手段と、 上記偏向角を制御し、上記偏向角補償手段が出射した上
   記レーザ光を走査方向へ走査する走査制御手段と、 上記偏向角補償手段が出射した上記レーザ光を回折させ
   る位相変調型の透過型回折格子を有する位相マスクとを
   備えることを特徴とする走査型露光装置。
2. 【請求項２】 走査制御手段は、 時系列制御信号にしたがって偏向角を制御し、 所定の走査周期で上記時系列制御信号を繰り返すことを
   特徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
3. 【請求項３】 走査制御手段は、 時系列制御信号にしたがって偏向角を制御し、 偏向角補償手段が出射したレーザ光の走査速度と目標照
   射強度分布とを逆比例の関係にして計算した走査位置−
   時間ダイヤグラムを上記時系列制御信号とすることを特
   徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
4. 【請求項４】 偏向角補償手段と位相マスクとの間に設
   けられ、上記偏向角補償手段が出射したレーザ光を上記
   位相マスクへ通過する開口部を有する遮光手段を備え、 走査制御手段は、 上記偏向角補償手段が出射したレーザ光の走査区間が遮
   光手段に収まる範囲で、上記レーザ光を開口部よりも大
   きく走査して上記走査区間の両端に遮光領域を存在させ
   るとともに、上記レーザ光が上記遮光領域を走査する期
   間に、上記レーザ光の走査速度の助走または反転を行な
   うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の走査
   型露光装置。
5. 【請求項５】 レーザ光源は、 連続発振するレーザ光を出射することを特徴とする請求
   項１記載の走査型露光装置。
6. 【請求項６】 レーザ光源は、 所定のパルス周期で発振するパルスレーザ光を出射する
   とともに、 走査制御手段は、 時系列制御信号の走査周期と上記パルス周期との整数比
   の最小公倍数が大きくなるように、上記走査周期を定め
   ることを特徴とする請求項２記載の走査型露光装置。
7. 【請求項７】 偏向手段は、 走査制御手段によって走査方向の揺動角度が制御される
   第１反射鏡とするとともに、 偏向角補償手段は、 上記第１反射鏡の揺動角度と絶対値が等しく逆方向に、
   上記走査制御手段によって走査方向の揺動角度が制御さ
   れる第２反射鏡とし、 上記第１反射鏡および上記第２反射鏡を順次反射させ
   て、レーザ光源が出射したレーザ光を遮光手段へ出射す
   ることを特徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
8. 【請求項８】 偏向手段は、 回転軸周りの回転角速度が走査制御手段によって制御さ
   れる第１ウェッジと、 上記第１ウェッジと共有する回転軸周りの回転角速度が
   上記走査制御手段によって制御される第２ウェッジとか
   ら構成されるとともに、 偏向角補償手段は、 回転軸周りの回転角速度が上記走査制御手段によって制
   御される第３ウェッジと、 上記第３ウェッジと共有する回転軸周りの回転角速度が
   上記走査制御手段によって制御される第４ウェッジとか
   ら構成され、 上記第１ウェッジ、上記第２ウェッジ、上記第３ウェッ
   ジおよび上記第４ウェッジを順次透過させて、レーザ光
   源が出射したレーザ光を遮光手段へ出射することを特徴
   とする請求項１記載の走査型露光装置。
9. 【請求項９】 第１ウェッジ、第２ウェッジ、第３ウェ
   ッジおよび第４ウェッジは、 同一形状で同一材料によってそれぞれ構成され、 上記第２ウェッジは、 上記第１ウェッジと位相差を有することなく、上記第１
   ウェッジの回転角速度と絶対値が等しく逆方向の回転角
   速度で制御され、 上記第３ウェッジは、 上記第１ウェッジと１８０°の位相差を有し、上記第１
   ウェッジの回転角速度で制御され、 上記第４ウェッジは、 上記第２ウェッジと１８０°の位相差を有し、上記第１
   ウェッジの回転角速度と絶対値が等しく逆方向の回転角
   速度で制御されることを特徴とする請求項８記載の走査
   型露光装置。
10. 【請求項１０】 第１ウェッジ、第２ウェッジ、第３ウ
    ェッジまたは第４ウェッジの少なくともいずれか１つ
    は、 その回転軸と直交する平面形状の入射面または出射面を
    有することを特徴とする請求項８記載の走査型露光装
    置。
11. 【請求項１１】 走査制御手段は、 第３ウェッジおよび第４ウェッジの回転走査に同期し
    て、上記第３ウェッジおよび上記第４ウェッジを走査方
    向へ並進走査することを特徴とする請求項８記載の走査
    型露光装置。
12. 【請求項１２】 第４ウェッジと遮光手段との間に設け
    られ、上記第４ウェッジの回転軸および走査方向と直交
    する方向にのみレンズ作用を有し、レーザ光の走査区間
    以上の長さを上記走査方向に有するシリンドリカルレン
    ズを備えることを特徴とする請求項８記載の走査型露光
    装置。
13. 【請求項１３】 第４ウェッジと遮光手段との間に設け
    られ、上記第４ウェッジの回転軸および走査方向と直交
    する方向にのみレンズ作用を有し、レーザ光の走査区間
    以上の長さを上記走査方向に有するシリンドリカルレン
    ズを備えるとともに、 走査制御手段は、 第３ウェッジおよび上記第４ウェッジの並進走査ととも
    に、上記シリンドリカルレンズを上記走査方向へ並進走
    査することを特徴とする請求項１１記載の走査型露光装
    置。
14. 【請求項１４】 偏向角補償手段は、 その光軸に対して所定の入射角で偏向手段からレーザ光
    が入射すると、上記入射角を上記光軸からの距離に変換
    して上記レーザ光を出射するＦθ光学系とすることを特
    徴とする請求項１記載の走査型露光装置。
15. 【請求項１５】 偏向手段は、 回転軸周りの回転角速度が走査制御手段によって制御さ
    れ、上記回転軸と平行に設けられた複数の平面鏡によっ
    てレーザ光源が出射したレーザ光をＦθ光学系へ反射す
    る多面体反射鏡とすることを特徴とする請求項１４記載
    の走査型露光装置。
16. 【請求項１６】 多面体反射鏡は、 その回転軸と直交する平面によって切断された切断面形
    状が正多角形となるように、複数の平面鏡を備えること
    を特徴とする請求項１５記載の走査型露光装置。