JP2003218017A - Laser lighting optical system, aligner using the same, laser processing device, and projection device - Google Patents

Laser lighting optical system, aligner using the same, laser processing device, and projection device

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JP2003218017A
JP2003218017A JP2002017060A JP2002017060A JP2003218017A JP 2003218017 A JP2003218017 A JP 2003218017A JP 2002017060 A JP2002017060 A JP 2002017060A JP 2002017060 A JP2002017060 A JP 2002017060A JP 2003218017 A JP2003218017 A JP 2003218017A
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一也 宮垣
Keishin Aisaka
敬信 逢坂
Kenji Kameyama
健司 亀山
Ikuo Kato
幾雄 加藤
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser lighting optical system which is equipped with a laser array light source and fly's-eye lens and capable of improving an irradiated part in illuminance uniformity, even in a case in which an irradiated part is hard to be improved in illuminance uniformity when the number of divides of the split fly's-eye lens is the divisor of the number of laser arrays. <P>SOLUTION: This laser lighting optical system is composed of, at least, a laser array light source 10 and a fly's-eye lens integrator in vehicle the number of divides of the fly's-eye lenses 13 and 14 is the divisor of the number of laser arrays in the direction of the laser array. Light of the laser array light source 10 impinging on each lens of the fly's-eye lenses 13 and 14 is different from each other in phase in profile, the periodic structure of the laser arrays and the size of the fly's-eye lenses are determined under the prescribed condition, so that an irradiated part 16 can be set uniform in illuminance even under the condition that the number of divisions of the fly's-eye lenses is the divisor of the number of laser arrays. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを光源とし
て被照射部における照度を均一化したレーザ照明光学系
と、それを用いた露光装置、レーザ加工装置、投射装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser illumination optical system using a laser as a light source to uniformize the illuminance in an irradiated portion, an exposure apparatus, a laser processing apparatus and a projection apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザを光源とした投射装置は、レーザ
の発振スペクトルが狭いために色純度の高い投射が期待
される。その一方で、レーザは干渉性が高いため、光束
を分割してから合成すると干渉縞が発生することがあ
る。例えば、一本のレーザビームを通常のフライアイレ
ンズ光学系で照度均一化すると、被照射部で干渉縞が見
られる。また、例えば特開平8−94839号公報に記
載のホログラム素子では、レーザビームの一部分を被照
射部で重ね合わせており、干渉を小さく抑える構成を開
示しているが、上記公報の構成でも干渉縞がなくなるわ
けではない。
2. Description of the Related Art A projection device using a laser as a light source is expected to have high color purity because the oscillation spectrum of the laser is narrow. On the other hand, since the laser has a high coherence, an interference fringe may occur when the light fluxes are divided and then combined. For example, when the illuminance of one laser beam is made uniform by a normal fly-eye lens optical system, interference fringes are seen in the irradiated portion. Further, for example, in the hologram element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-94839, a part of the laser beam is superposed on the irradiated portion, and a structure for suppressing interference is disclosed. Does not go away.

【0003】一方、比較的小型で光出力の高いレーザ光
源としてレーザアレイ光源(特に半導体レーザアレイ光
源)が期待されており、このレーザアレイ光源とフライ
アイレンズ等を組み合わせることにより被照射部におけ
る照度を均一化したレーザ照明光学系を構成することが
可能である。また、レーザアレイ光源とフライアイレン
ズを組み合わせる場合、フライアイレンズの分割数がレ
ーザアレイ数の約数以外の数を選ぶことによって照度の
均一化が可能である。
On the other hand, a laser array light source (particularly a semiconductor laser array light source) is expected as a laser light source having a relatively small size and a high light output. By combining this laser array light source with a fly-eye lens, the illuminance at the irradiated portion is increased. It is possible to configure a laser illumination optical system in which Further, when the laser array light source and the fly-eye lens are combined, the illuminance can be made uniform by selecting the number of divisions of the fly-eye lens other than a divisor of the number of laser arrays.

【0004】しかしながら、フライアイレンズの分割数
としてレーザアレイ数の約数以外の数を選んだ場合、レ
ーザアレイ数によっては、大きい数になってしまうこと
があり、設計の自由度が低くなるという不具合があっ
た。すなわち、レーザアレイ光源とフライアイレンズ等
を組み合わせる場合、フライアイレンズの分割数とし
て、レーザアレイ数の約数となる分割数で照度の均一化
ができれば、レーザ照明光学系の設計の自由度を高くす
ることができる。
However, if a number other than a divisor of the number of laser arrays is selected as the number of divisions of the fly-eye lens, the number may be large depending on the number of laser arrays, and the degree of freedom in design is low. There was a problem. That is, when combining a laser array light source and a fly-eye lens, if the illuminance can be made uniform by a division number that is a divisor of the number of laser arrays as the division number of the fly-eye lens, the degree of freedom in designing the laser illumination optical system is increased. Can be higher.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、レーザアレイ光源とフライア
イレンズ等を組み合わせたレーザ照明光学系において、
従来、照度均一化が困難であったフライアイレンズの分
割数がレーザアレイ数の約数のときに、被照射部での照
度均一性を高めることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a laser illumination optical system in which a laser array light source and a fly-eye lens are combined.
It is an object of the present invention to improve the illuminance uniformity in the irradiated portion when the number of divisions of the fly-eye lens, which has been difficult to make the illuminance uniform in the past, is a divisor of the number of laser arrays.

【0006】より詳しくは、請求項1,2,3に係る発
明は、レーザアレイ光源とフライアイレンズを有し、従
来、照度均一化が困難であったフライアイレンズの分割
数が点灯しているレーザアレイ数の約数のときにも、被
照射部での照度均一性を高めることができるレーザ照明
光学系を提供することを目的とする。また、請求項4に
係る発明は、半導体レーザアレイ光源とフライアイレン
ズを有し、従来、照度均一化が困難であったフライアイ
レンズの分割数が点灯しているレーザアレイ数の約数の
ときにも、被照射部でレーザアレイ方向の照度均一性を
高めることができるレーザ照明光学系を提供することを
目的とする。
More specifically, the invention according to claims 1, 2, and 3 has a laser array light source and a fly-eye lens, and the number of divisions of the fly-eye lens, which has been difficult to make the illuminance uniform in the past, is turned on. An object of the present invention is to provide a laser illuminating optical system capable of enhancing the illuminance uniformity in the irradiated area even when the number of existing laser arrays is a subdivision. Further, the invention according to claim 4 has a semiconductor laser array light source and a fly-eye lens, and the number of divisions of the fly-eye lens, which has been difficult to make the illuminance uniform in the past, is about the same as the number of lit laser arrays. At the same time, it is an object of the present invention to provide a laser illumination optical system capable of increasing the illuminance uniformity in the laser array direction at the irradiated portion.

【0007】さらに請求項5に係る発明は、従来、照度
均一化が困難であったフライアイレンズの分割数がレー
ザアレイ数の約数のときにも、被照射部でレーザアレイ
方向の照度均一性を高めることができ、かつ、レーザア
レイ光源のアレイ垂直方向の光束に起因する干渉縞を減
らし、被照射部への照明性能を向上させることができる
レーザ照明光学系を提供することを目的とする。また、
請求項6に係る発明は、フライアイレンズに代えてホロ
グラム素子を用い、その分割数がレーザアレイ数の約数
のときにも、被照射部でレーザアレイ方向の照度均一性
を高めることができ、かつ、レーザアレイ光源のアレイ
垂直方向の光束に起因する干渉縞を減らし、被照射部へ
の照明性能を向上させ、さらに、光学系の小型化を図る
ことができるレーザ照明光学系を提供することを目的と
する。
Further, in the invention according to claim 5, even when the number of divisions of the fly-eye lens, which has been difficult to make the illuminance uniform in the past, is a divisor of the number of laser arrays, the illuminance becomes uniform in the laser array direction in the irradiated portion. It is an object of the present invention to provide a laser illuminating optical system that can improve the illuminance to the irradiated portion by reducing the interference fringes caused by the light flux in the array vertical direction of the laser array light source. To do. Also,
In the invention according to claim 6, a hologram element is used instead of the fly-eye lens, and even when the number of divisions is a divisor of the number of laser arrays, it is possible to enhance the illuminance uniformity in the laser array direction in the irradiated portion. Provided is a laser illumination optical system capable of reducing interference fringes caused by a light flux of a laser array light source in a direction perpendicular to an array, improving illumination performance on an irradiated portion, and further miniaturizing an optical system. The purpose is to

【0008】請求項7に係る発明は、照明光学系の照度
が均一で、レチクルなどへの照明性能の良好な露光装置
を提供することを目的とする。また、請求項8に係る発
明は、照明光学系の照度が均一で、照度均一性が高いレ
ーザ加工装置や、さらには干渉縞がないレーザ加工装置
を提供することを目的とする。さらに請求項9に係る発
明は、照明光学系の照度が均一で、空間変調器(ライト
バルブ)上の照明性能が良好な投射装置、さらには干渉
縞が発生しない投射装置を提供することを目的とする。
また、請求項10に係る発明は、請求項9の目的に加え
て、照明光学系の小型化を図ることができる投射装置を
提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide an exposure apparatus in which the illumination optical system has a uniform illuminance and which has a good illumination performance for a reticle or the like. It is another object of the present invention to provide a laser processing device in which the illumination optical system has a uniform illuminance and high illuminance uniformity, and further a laser processing device having no interference fringes. Further, the invention according to claim 9 is to provide a projection device in which the illuminance of the illumination optical system is uniform and the illumination performance on the spatial modulator (light valve) is good, and further a projection device in which no interference fringes occur. And
In addition to the object of claim 9, it is an object of the invention according to claim 10 to provide a projection device capable of reducing the size of the illumination optical system.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載のレーザ照明光学系は、少なくともレ
ーザアレイ光源と、フライアイレンズのレーザアレイ方
向の分割数がレーザアレイ数の約数であるフライアイイ
ンテグレータで構成されるレーザ照明光学系であって、
前記フライアイレンズの各アレイに入射されるアレイ光
のプロファイルの空間的な位相が各々異なることを特徴
とするものである。また、請求項2記載のレーザ照明光
学系は、周期的に配列されたレーザアレイ光源とフライ
アイレンズインテグレータで構成されるレーザ照明光学
系であって、レーザアレイ光源は、周期的に配置された
非点灯発光部を備え、フライアイレンズのレーザアレイ
方向の分割数が点灯させるレーザアレイ数の約数である
ことを特徴とするものである。また、請求項3記載のレ
ーザ照明光学系は、請求項1または2の構成に加えて、
前記レーザアレイ光源と前記フライアイレンズの間に配
置され該フライアイレンズのアレイごとに入射されるレ
ーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手段を有する
ことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, in the laser illumination optical system according to claim 1, at least the laser array light source and the number of divisions of the fly-eye lens in the laser array direction are divisors of the number of laser arrays. A laser illumination optical system composed of a fly eye integrator,
It is characterized in that the spatial phase of the profile of the array light incident on each array of the fly-eye lens is different. A laser illuminating optical system according to claim 2 is a laser illuminating optical system including a laser array light source and a fly-eye lens integrator that are periodically arranged, and the laser array light source is periodically arranged. It is characterized in that it is provided with a non-light emitting light emitting section, and the number of divisions of the fly-eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays to be turned on. In addition to the configuration of claim 1 or 2, the laser illumination optical system according to claim 3 has
It is characterized by comprising means arranged between the laser array light source and the fly-eye lens and displacing the laser array light incident on each array of the fly-eye lens by a predetermined distance.

【0010】請求項4記載のレーザ照明光学系は、半導
体レーザアレイ光源と、コリメートレンズアレイと、フ
ライアイレンズのレーザアレイ方向の分割数が点灯して
いるレーザアレイ数の約数であるフライアイインテグレ
ータと、前記コリメートレンズアレイと前記フライアイ
レンズの間に配置され該フライアイレンズのアレイごと
に入射されるレーザアレイ光を所定の距離だけ変位させ
る手段を有することを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a laser illumination optical system in which a semiconductor laser array light source, a collimating lens array, and a fly-eye lens are divided in the laser array direction so that the number of divisions of the fly-eye lens is a divisor of the number of lit laser arrays. It is characterized in that it has an integrator and a means arranged between the collimator lens array and the fly-eye lens to displace the laser array light incident on each array of the fly-eye lens by a predetermined distance.

【0011】請求項5記載のレーザ照明光学系は、請求
項1,3または4の構成において、前記フライアイイン
テグレータはシリンドリカルレンズアレイとシリンダー
レンズで構成され、レーザアレイに直交方向の光束は、
光源とフライアイインテグレータの間に配置される変調
ピッチのホログラム素子で均一化されることを特徴とす
るものである。また、請求項6記載のレーザ照明光学系
は、請求項1,3または4の構成において、前記フライ
アイインテグレータは、フライアイレンズに代えて同機
能のホログラム素子で構成され、レーザアレイに直交方
向の光束は、光源とフライアイインテグレータの間に配
置される変調ピッチのホログラム素子で均一化されるこ
とを特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the laser illumination optical system according to the first, third or fourth aspect, the fly-eye integrator is composed of a cylindrical lens array and a cylinder lens, and a light flux in a direction orthogonal to the laser array is
It is characterized by being made uniform by a hologram element having a modulation pitch arranged between the light source and the fly-eye integrator. Further, in the laser illumination optical system according to claim 6, in the configuration according to claim 1, 3 or 4, the fly-eye integrator is configured by a hologram element having the same function instead of the fly-eye lens, and is orthogonal to the laser array. Is characterized by being made uniform by a hologram element having a modulation pitch arranged between the light source and the fly-eye integrator.

【0012】請求項7記載の露光装置は、請求項1〜6
のいずれか一つに記載のレーザ照明光学系と、投影レン
ズを備えたことを特徴とするものである。また、請求項
8記載のレーザ加工装置は、請求項1〜6のいずれか一
つに記載のレーザ照明光学系と、レンズを備えたことを
特徴とするものである。
An exposure apparatus according to claim 7 is the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 6.
The laser illuminating optical system according to any one of the above 1 and the projection lens is provided. Further, a laser processing apparatus according to claim 8 is characterized by including the laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6 and a lens.

【0013】請求項9記載の投射装置は、請求項1〜6
のいずれか一つに記載のレーザ照明光学系と、色合成手
段と、空間変調器(ライトバルブ)と、投射レンズを備
えたことを特徴とするものである。また、請求項10記
載の投射装置は、請求項9の構成に加えて、色合成手段
と空間変調器の間にフライアイインテグレータを配置し
たことを特徴とするものである。
A projection device according to a ninth aspect is the projection device according to the first to sixth aspects.
The laser illumination optical system according to any one of the above items, a color synthesizing unit, a spatial modulator (light valve), and a projection lens are provided. A projection apparatus according to a tenth aspect of the invention is characterized in that, in addition to the configuration of the ninth aspect, a fly eye integrator is arranged between the color synthesizing means and the spatial modulator.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ照明光
学系及びそれを用いた露光装置、レーザ加工装置、投射
装置の構成、動作及び作用を、図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The configuration, operation and action of a laser illumination optical system according to the present invention and an exposure apparatus, laser processing apparatus and projection apparatus using the same will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. .

【0015】(実施例1)まず、請求項1に係る発明の
実施例について説明する。図1は請求項1に係る発明の
一実施例を示すレーザ照明光学系の概略平面構成図であ
る。このレーザ照明光学系は、複数の発光部がアレイ状
に配列されたレーザアレイ光源10と、第1フライアイ
レンズ13と第2フライアイレンズ14及びコンデンサ
レンズ15からなりフライアイレンズ13,14のレー
ザアレイ方向の分割数がレーザアレイ数の約数であるフ
ライアイインテグレータとで構成されており、レーザア
レイ光源10から発振された複数のレーザビームをフラ
イアイインテグレータ13〜15を介して被照射部16
を照明する。この被照射部16は均一化された光束が照
射される部分であり、露光装置では露光用マスク(レチ
クル)が、投射装置では空間光変調器(所謂ライトバル
ブ)がこの被照射部に該当する。
(Embodiment 1) First, an embodiment of the invention according to claim 1 will be described. FIG. 1 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing an embodiment of the invention according to claim 1. This laser illumination optical system includes a laser array light source 10 in which a plurality of light emitting parts are arranged in an array, a first fly-eye lens 13, a second fly-eye lens 14, and a condenser lens 15, It is configured with a fly-eye integrator whose number of divisions in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays, and a plurality of laser beams oscillated from the laser array light source 10 are irradiated via the fly-eye integrators 13 to 15. 16
Illuminate. The irradiated portion 16 is a portion to which a uniform light flux is irradiated, and an exposure mask (reticle) in the exposure apparatus corresponds to the spatial light modulator (so-called light valve) in the projection apparatus. .

【0016】レーザアレイ光源10には、半導体レーザ
等のレーザ発振部(発光部)がアレイ状に配列されたタ
イプのものやストライプ型のレーザなどを好適に用いる
ことができる。フライアイインテグレータを構成する第
1フライアイレンズ13、第2フライアイレンズ14
は、レーザアレイの方向と同方向にアレイ状に球面や円
筒状レンズを配置してなるもので、例えばシリンドリカ
ルレンズアレイからなり、第1フライアイレンズ13は
入射光束をレンズアレイ数の光束に分割し、かつ第2フ
ライアイレンズ14の各レンズに集光させる働きをす
る。第2フライアイレンズ14は第1フライアイレンズ
で集光した像を屈折させ、できるだけ被照射部16上に
光束を集める働きをする。
As the laser array light source 10, it is possible to preferably use a type in which laser oscillation parts (light emitting parts) such as a semiconductor laser are arranged in an array or a stripe type laser. A first fly-eye lens 13 and a second fly-eye lens 14 which constitute a fly-eye integrator.
Is an array of spherical or cylindrical lenses arranged in the same direction as the direction of the laser array. For example, the first fly-eye lens 13 splits the incident light flux into light fluxes of the number of lens arrays. In addition, the second fly-eye lens 14 has a function of focusing light on each lens. The second fly-eye lens 14 refracts the image condensed by the first fly-eye lens and collects the light flux on the irradiated portion 16 as much as possible.

【0017】フライアイインテグレータの第2フライア
イレンズ14の出射側光路上に配置されたコンデンサレ
ンズ15は例えばシリンドリカルレンズからなり、この
コンデンサレンズ15は、所定の位置に配されている被
照射部16をより均一に照明するために設けられている
もので、第2フライアイレンズ14からの出射光を被照
射部16に集光することにより、光の利用効率を高くす
ることができ、かつ照度ムラをなくして均一性を向上さ
せることができるようにしたものである。すなわち、第
1、第2のフライアイレンズ13,14によってレンズ
アレイ方向の光強度が均一化されているが、コンデンサ
レンズ15が無い場合には、被照射部16を照明しない
アレイ光が生じるとともに、被照射部16におけるアレ
イ光の重なりかたによっては、照度ムラが生じる可能性
があるが、本実施例においては、コンデンサレンズ(シ
リンドリカルレンズ)15によって、第1、第2のフラ
イアイレンズ13,14のレンズアレイ方向(レーザア
レイ方向)の光束を被照射部16に集光するように設定
することにより、被照射部16における均一照明を実現
している。
The condenser lens 15 arranged on the light path on the emission side of the second fly-eye lens 14 of the fly-eye integrator is composed of, for example, a cylindrical lens, and the condenser lens 15 is disposed at a predetermined position on the irradiated portion 16. Is provided for more uniform illumination, and by concentrating the light emitted from the second fly-eye lens 14 onto the irradiated portion 16, the light utilization efficiency can be increased and the illuminance can be increased. It is intended to eliminate the unevenness and improve the uniformity. That is, the light intensity in the lens array direction is made uniform by the first and second fly-eye lenses 13 and 14, but without the condenser lens 15, array light that does not illuminate the irradiated portion 16 is generated. The illuminance unevenness may occur depending on how the array lights are overlapped in the irradiated portion 16, but in the present embodiment, the condenser lens (cylindrical lens) 15 is used for the first and second fly-eye lenses 13. , 14 are set so that the light beams in the lens array direction (laser array direction) are condensed on the irradiated portion 16, so that uniform irradiation in the irradiated portion 16 is realized.

【0018】本実施例では、上記フライアイインテグレ
ータを構成するフライアイレンズ13,14のレーザア
レイ方向の分割数は、レーザアレイ光源10のレーザ発
振部(発光部)のアレイ数の約数である。図1の例では
レーザアレイ数を16、フライアイレンズ13,14の
レーザアレイ方向の分割数を4としている。尚、これは
一例であって、約数の関係が成り立てばその他の組合せ
でもよい。また、本実施例では、フライアイレンズ1
3,14の各アレイ(各レンズ部)に入射されるレーザ
アレイ光のプロファイルの空間的な位相が各々異なるこ
とを特徴としている。
In the present embodiment, the number of divisions of the fly-eye lenses 13 and 14 constituting the fly-eye integrator in the laser array direction is a divisor of the number of arrays of the laser oscillation section (light emitting section) of the laser array light source 10. . In the example of FIG. 1, the number of laser arrays is 16, and the number of divisions of the fly-eye lenses 13 and 14 in the laser array direction is 4. Note that this is an example, and other combinations may be used as long as a divisor relationship is established. Further, in this embodiment, the fly-eye lens 1
It is characterized in that the spatial phase of the profile of the laser array light incident on each of the arrays 3 and 14 (each lens portion) is different.

【0019】ここで、レーザアレイ光源10の各発光部
の配置とフライアイレンズ13,14の関係を図3を使
って説明する。図3は図1に示すレーザ照明光学系の第
1フライアイレンズ13に入射されるレーザアレイ光の
プロファイルを示している。レーザアレイ光源10の各
発光部からのレーザ光はガウシアンプロファイルでビー
ムの直径がPで4個ずつ周期的に配置され、Pだけ隙間
があって次の4個が配置される。別の表現をすれば、5
Pの周期の中で4個のレーザプロファイルがあることに
なる。従って第1フライアイレンズ13の各アレイ(各
レンズ部)の長さは19P/4とする。このような構成
によって、第1フライアイレンズ13に入射するレーザ
光のプロファイルはP/4ずつ位相がずれることにな
る。第1フライアイレンズ13と被照射部16は共役の
関係にあるため、被照射部16でもP/4ずつ位相がず
れてガウシアンプロファイルアレイが加算される。フラ
イアイレンズの4分割された各アレイ(各レンズ部)を
通過したレーザアレイ光(アレイ1〜4)の強度分布と
被照射部16上で加算された強度分布は図6のようにな
り、被照射部16上の照明強度が均一化される。
Here, the relationship between the arrangement of the light emitting portions of the laser array light source 10 and the fly-eye lenses 13 and 14 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a profile of the laser array light incident on the first fly-eye lens 13 of the laser illumination optical system shown in FIG. The laser light from each light emitting portion of the laser array light source 10 is periodically arranged in fours with a beam diameter of P in a Gaussian profile, and the next four are arranged with a gap of P. In other words, 5
There will be 4 laser profiles in the P period. Therefore, the length of each array (each lens portion) of the first fly-eye lens 13 is set to 19P / 4. With such a configuration, the profile of the laser light incident on the first fly-eye lens 13 is out of phase by P / 4. Since the first fly-eye lens 13 and the irradiated portion 16 have a conjugate relationship, the irradiated portion 16 is also shifted in phase by P / 4 and the Gaussian profile array is added. The intensity distribution of the laser array light (arrays 1 to 4) that has passed through the four-divided arrays (lens portions) of the fly-eye lens and the intensity distribution added on the irradiated portion 16 are as shown in FIG. The illumination intensity on the irradiated portion 16 is made uniform.

【0020】(実施例2)次に請求項2に係る発明の実
施例について説明する。図2は請求項2に係る発明の一
実施例を示すレーザ照明光学系の概略平面構成図であ
る。このレーザ照明光学系は、複数の発光部がアレイ状
に配列されたレーザアレイ光源11と、第1フライアイ
レンズ13と第2フライアイレンズ14及びコンデンサ
レンズ15からなる。ただし、レーザアレイ光源11
は、実施例1とは異なり、隣接レーザとの間隔がすべて
同じであるが、周期的に点灯させない発光部があるよう
に駆動する。すなわち、レーザアレイ光源11は、周期
的に配置された非点灯発光部を備えている。図2では一
例としてレーザアレイ光源11の5個の発光部11a〜
11eを一組として、その中の1つの発光部11eを非
点灯としている。フライアイレンズ13,14は、レー
ザアレイ方向の分割数が点灯させるレーザアレイ数の約
数となるように構成されており、レーザアレイ光源11
から発振された複数のレーザビームをフライアイインテ
グレータ13〜15を介して被照射部16を照明する。
この被照射部16は均一化された光束が照射される部分
であり、露光装置では露光用マスク(レチクル)が、投
射装置では空間光変調器(所謂ライトバルブ)がこの被
照射部に該当する。レーザアレイ光源11には、レーザ
等のレーザ発振部(発光部)がアレイ状に配列されたタ
イプのものやストライプ型のレーザなどを好適に用いる
ことができる。フライアイインテグレータの働きは実施
例1で説明した通りであるので説明を省略する。
(Embodiment 2) Next, an embodiment of the invention according to claim 2 will be described. FIG. 2 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing an embodiment of the invention according to claim 2. This laser illumination optical system includes a laser array light source 11 in which a plurality of light emitting parts are arranged in an array, a first fly-eye lens 13, a second fly-eye lens 14, and a condenser lens 15. However, the laser array light source 11
Unlike in the first embodiment, the light source is driven so that there is a light emitting unit that does not turn on periodically, although the distances from the adjacent lasers are all the same. That is, the laser array light source 11 is provided with the non-light-emitting part periodically arranged. In FIG. 2, as an example, the five light emitting units 11a to 11a of the laser array light source 11
One set of 11e is set as one set, and one of the light emitting units 11e is turned off. The fly-eye lenses 13 and 14 are configured so that the number of divisions in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays to be turned on.
The irradiated portion 16 is illuminated with a plurality of laser beams emitted by the fly eye integrators 13 to 15.
The irradiated portion 16 is a portion to which a uniform light beam is irradiated, and an exposure mask (reticle) in the exposure apparatus corresponds to the spatial light modulator (so-called light valve) in the projection apparatus. . As the laser array light source 11, it is possible to preferably use a type in which laser oscillation parts (light emitting parts) such as lasers are arranged in an array or a stripe type laser. The function of the fly-eye integrator is the same as that described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

【0021】本実施例では、レーザアレイ光源11の点
灯させたレーザ光はガウシアンプロファイルでビームの
直径がPで4個ずつ周期的に配置され、Pだけ隙間があ
って次の4個が配置される。別の表現をすれば、5Pの
周期の中で4個のレーザプロファイルがあることにな
る。従って、図3に示すように、第1フライアイレンズ
13の各アレイ(各レンズ部)の長さは19P/4とす
る。このような構成によって、第1フライアイレンズ1
3に入射するレーザ光のプロファイルはP/4ずつ位相
がずれることになる。第1フライアイレンズ13と被照
射部16は共役の関係にあるため、被照射部16でもP
/4ずつ位相がずれてガウシアンプロファイルアレイが
加算される。フライアイレンズの4分割された各アレイ
(各レンズ部)を通過したレーザアレイ光(アレイ1〜
4)の強度分布と被照射部16上で加算された強度分布
は図6のようになり、被照射部16上の照明強度が均一
化される。
In the present embodiment, the laser light emitted by the laser array light source 11 is periodically arranged in fours with a beam diameter of P according to a Gaussian profile, and the next four are arranged with a gap of P. It In other words, there are four laser profiles within a period of 5P. Therefore, as shown in FIG. 3, the length of each array (each lens portion) of the first fly-eye lens 13 is set to 19P / 4. With such a configuration, the first fly-eye lens 1
The phase of the laser light entering 3 is shifted by P / 4. Since the first fly-eye lens 13 and the irradiated portion 16 have a conjugate relationship, the irradiated portion 16 also has a P
The Gaussian profile arrays are added with a phase shift of / 4. Laser array light (array 1 to array 1) that has passed through each of the four divided arrays (each lens section) of the fly-eye lens
The intensity distribution of 4) and the intensity distribution added on the irradiated portion 16 are as shown in FIG. 6, and the illumination intensity on the irradiated portion 16 is made uniform.

【0022】(実施例3)次に請求項3に係る発明の実
施例について説明する。図4は請求項3に係る発明の第
1の実施例を示すレーザ照明光学系の概略平面構成図で
ある。このレーザ照明光学系は、レーザアレイ光源11
と、複数の平行平板12a,12c,12dと、フライ
アイインテグレータ13,14,15で構成されてお
り、16は被照射部を示している。すなわち、図4に示
す構成は、図1の構成に加えて、レーザアレイ光源11
とフライアイインテグレータ13,14,15の間に透
明部材からなる複数の平行平板12a,12c,12d
を配置し、複数の平行平板12a,12c,12dでフ
ライアイレンズ13,14のアレイごとに入射されるレ
ーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手段を構成し
たものである。尚、フライアイインテグレータ13,1
4,15の構成及び機能(動作)は実施例1と同様であ
る。
(Embodiment 3) Next, an embodiment of the invention according to claim 3 will be described. FIG. 4 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing a first embodiment of the invention according to claim 3. This laser illumination optical system includes a laser array light source 11
And a plurality of parallel flat plates 12a, 12c, 12d and fly-eye integrators 13, 14, 15 and 16 denotes an irradiated portion. That is, in addition to the configuration of FIG. 1, the configuration shown in FIG.
And the fly-eye integrators 13, 14, 15 between the plurality of parallel plates 12a, 12c, 12d made of transparent members.
And a means for displacing the laser array light incident on each of the arrays of the fly-eye lenses 13 and 14 by a predetermined distance by a plurality of parallel plates 12a, 12c and 12d. The fly-eye integrators 13 and 1
The configurations and functions (operations) of Nos. 4 and 15 are similar to those of the first embodiment.

【0023】本実施例では、動作説明のためにレーザア
レイ光源11のレーザアレイ数を実施例1(図1)と同
様に16個、第1、第2フライアイレンズ13,14の
レーザアレイ方向の分割数を4とする。通常のフライア
イインテグレータで構成すると第1フライアイレンズ1
3の一つのアレイ(レンズ部)には図5に示すようなプ
ロファイル(強度分布)の4個のレーザアレイ光が入射
される。第1フライアイレンズ13の全てのアレイ(レ
ンズ部)には図5と同じプロファイルの光が入射される
ため、被照射部16では図5のプロファイルが4つ同相
で積算されることになり、照度ムラが発生する。
In this embodiment, the number of laser arrays of the laser array light source 11 is 16 as in the first embodiment (FIG. 1), and the first and second fly-eye lenses 13 and 14 are arranged in the laser array direction for the purpose of explaining the operation. The number of divisions of is set to 4. The first fly-eye lens 1 when configured with a normal fly-eye integrator 1
Four laser array lights having a profile (intensity distribution) as shown in FIG. 5 are incident on one array (lens part) 3 of FIG. Since light having the same profile as that in FIG. 5 is incident on all the arrays (lens parts) of the first fly-eye lens 13, four profiles in FIG. 5 are integrated in the irradiated part 16 in the same phase, Illuminance unevenness occurs.

【0024】そこで本実施例では、図4に示すようにレ
ーザアレイ光源11と第1フライアイレンズ13の間に
複数の平行平板12a,12c,12dを配置し、フラ
イアイレンズ13のアレイごとに入射されるレーザアレ
イ光を所定の距離だけ変位させる手段を設けている。こ
の変位手段を構成する各々の平行平板12a,12c,
12dは所定の傾斜角で配置され、所定の厚さを持つも
のとする。例えば、レーザアレイ光の一本のビーム径P
が1mmとすると、フライアイレンズ13の分割数は4
であるので、平行平板12a,12c,12dによる光
の変位量は1/4=0.25[mm]ずつとする。具体
例としては、下記の表1に示すような傾斜角と厚さの平
行平板12a,12c,12dを配置させる。ただし、
平行平板12a,12c,12dの屈折率は1.52と
した。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a plurality of parallel flat plates 12a, 12c, 12d are arranged between the laser array light source 11 and the first fly-eye lens 13, and each array of fly-eye lenses 13 is arranged. A means for displacing the incident laser array light by a predetermined distance is provided. The parallel plates 12a, 12c,
12d is arranged at a predetermined inclination angle and has a predetermined thickness. For example, one beam diameter P of laser array light
Is 1 mm, the number of divisions of the fly-eye lens 13 is 4
Therefore, the displacement amount of light by the parallel plates 12a, 12c, and 12d is set to ¼ = 0.25 [mm] each. As a specific example, parallel flat plates 12a, 12c and 12d having inclination angles and thicknesses as shown in Table 1 below are arranged. However,
The refractive indexes of the parallel flat plates 12a, 12c, 12d were set to 1.52.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】尚、表1では平行平板12a,12c,1
2dの傾斜方向と厚さで変位量を決めているが、下記の
表2のように平行平板12a,12c,12dの厚さを
同じにして傾斜角を各々変えても良い。
In Table 1, the parallel plates 12a, 12c, 1
Although the displacement amount is determined by the inclination direction and thickness of 2d, the inclination angles may be changed by making the thicknesses of the parallel flat plates 12a, 12c, 12d the same as shown in Table 2 below.

【0027】[0027]

【表2】 [Table 2]

【0028】表1または表2に示す傾斜角と厚さの平行
平板12a,12c,12dを用いて、レーザアレイ光
の光路を変位させ、フライアイインテグレータ13,1
4,15で被照射部16を照明すると図6のような強度
分布が得られる。すなわち第1フライアイレンズ13の
各アレイ(各レンズ部)への入射光プロファイルは図6
のアレイ1〜アレイ4に示すような位相がずれた強度分
布となるため、被照射部16で積算されると照度が均一
化される。ただし、合成された光の周辺部は均一では無
いため図6の矢印で示す領域が被照射部となるように設
計することで均一性を確保できる。
The parallel plate 12a, 12c, 12d having the inclination angle and the thickness shown in Table 1 or Table 2 is used to displace the optical path of the laser array light, and the fly-eye integrators 13, 1 are arranged.
When the irradiated portion 16 is illuminated with 4 and 15, the intensity distribution as shown in FIG. 6 is obtained. That is, the incident light profile to each array (each lens part) of the first fly-eye lens 13 is shown in FIG.
Since the intensity distributions are out of phase as shown in arrays 1 to 4 above, the illuminance becomes uniform when integrated in the irradiated portion 16. However, since the peripheral portion of the combined light is not uniform, the uniformity can be secured by designing the area shown by the arrow in FIG. 6 to be the irradiated portion.

【0029】次に図7は請求項3に係る発明の第2の実
施例を示すレーザ照明光学系の概略平面構成図である。
このレーザ照明光学系は、レーザアレイ光源11と、複
数のホログラム素子41a,41c,41dと、フライ
アイインテグレータ13,14,15で構成されてお
り、16は被照射部を示している。すなわち、図7に示
す構成は、図4の構成の平行平板の代わりに、レーザア
レイ光源11とフライアイインテグレータ13,14,
15の間に複数のホログラム素子41a,41c,41
dを配置し、複数のホログラム素子41a,41c,4
1dでフライアイレンズ13,14のアレイごとに入射
されるレーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手段
を構成したものである。尚、その他の構成は図4と同様
である。
Next, FIG. 7 is a schematic plan view of a laser illumination optical system showing a second embodiment of the invention according to claim 3.
This laser illumination optical system is composed of a laser array light source 11, a plurality of hologram elements 41a, 41c and 41d, and fly-eye integrators 13, 14 and 15, and 16 indicates an irradiated portion. That is, in the configuration shown in FIG. 7, instead of the parallel plate of the configuration shown in FIG. 4, the laser array light source 11 and the fly eye integrators 13, 14,
A plurality of hologram elements 41a, 41c, 41 between 15
a plurality of hologram elements 41a, 41c, 4
1d is a means for displacing the laser array light incident on each array of the fly-eye lenses 13 and 14 by a predetermined distance. The other configurations are the same as those in FIG.

【0030】ホログラム素子41a,41c,41d
は、例えば透明な平行平板の表裏にレリーフ型ホログラ
ムを作製し、表側で回折された光を裏側のホログラムで
再度回折させる構成である。また、ホログラム素子41
a,41c,41dへの入射光軸と出射光軸が平行とな
るようにし、変位量は第1の実施例で示した値と同じと
する。この第2の実施例の構成でも、被照射部16での
照度分布は図6のようになり、照度が均一化される。本
実施例でホログラム素子41a,41c,41dは表裏
にホログラムが設置されているが、入射光軸と出射光軸
は平行にしなくても本発明の効果は得られる。従って、
ホログラム素子は表裏のうちどちらか一方にホログラム
を作製しても良い。
Hologram elements 41a, 41c, 41d
Is a structure in which, for example, relief-type holograms are formed on the front and back of a transparent parallel plate, and the light diffracted on the front side is diffracted again by the hologram on the back side. In addition, the hologram element 41
The incident optical axis and the outgoing optical axis to a, 41c, and 41d are made parallel, and the displacement amount is the same as the value shown in the first embodiment. Even with the configuration of the second embodiment, the illuminance distribution in the irradiated portion 16 is as shown in FIG. 6, and the illuminance is made uniform. In this embodiment, holograms are installed on the front and back sides of hologram elements 41a, 41c, and 41d, but the effect of the present invention can be obtained without making the incident optical axis and the outgoing optical axis parallel. Therefore,
The hologram element may have a hologram formed on one of the front and back sides.

【0031】(実施例4)次に請求項4に係る発明の実
施例について説明する。図8は請求項4に係る発明の一
実施例を示すレーザ照明光学系の概略平面構成図であ
る。このレーザ照明光学系は、レーザ発光部がアレイ状
に配列されたレーザアレイ光源51(例えば半導体レー
ザアレイ光源)と、コリメートレンズアレイ52と、フ
ライアイレンズのアレイごとに入射されるレーザアレイ
光を所定の距離だけ変位させる手段12と、フライアイ
インテグレータ13,14,15で構成されており、1
6は被照射部である。
(Embodiment 4) Next, an embodiment of the invention according to claim 4 will be described. FIG. 8 is a schematic plan view of a laser illumination optical system showing an embodiment of the invention according to claim 4. This laser illumination optical system outputs a laser array light source 51 (for example, a semiconductor laser array light source) in which laser light emitting portions are arranged in an array, a collimator lens array 52, and laser array light incident on each array of fly-eye lenses. It is composed of a means 12 for displacing a predetermined distance and fly-eye integrators 13, 14 and 15.
6 is an irradiated part.

【0032】フライアイインテグレータ13,14,1
5の構成及び機能(動作)は実施例1と同様である。変
位手段12は、一例として、実施例3の第1実施例と同
様に複数の平行平板12a,12c,12dを用いた場
合を図示しているが、その他にも、実施例3の第2実施
例と同様の複数のホログラム素子を用いた変位手段であ
っても良い。レーザアレイ光源51から出射される各レ
ーザ光は全角で10〜30°程度の広がり角で発散され
る。コリメートレンズアレイ52はこれらの発散ビーム
を平行光束化させるように機能する。すなわちコリメー
トレンズアレイ52は、レーザアレイ光源51の発光部
のアレイピッチと同じピッチでレンズがアレイ化されて
おり、レーザアレイ光源51の各々の発光部から発散さ
れるレーザ光を、各々対応するレンズでコリメートして
平行光束化させる。コリメートレンズアレイ52で平行
光束化されたレーザビームは変位手段12によって所定
のビームが所定の距離だけ変位される。
Fly-eye integrators 13, 14, 1
The configuration and function (operation) of 5 are similar to those of the first embodiment. As the displacing means 12, as an example, a case where a plurality of parallel flat plates 12a, 12c, 12d are used as in the first embodiment of the third embodiment is shown, but in addition, a second embodiment of the third embodiment is used. The displacement means using a plurality of hologram elements similar to the example may be used. Each laser beam emitted from the laser array light source 51 is diverged at a divergence angle of about 10 to 30 ° in all angles. The collimating lens array 52 functions to collimate these divergent beams. That is, in the collimator lens array 52, the lenses are arrayed at the same pitch as the array pitch of the light emitting portions of the laser array light source 51, and the laser light emitted from each light emitting portion of the laser array light source 51 corresponds to the corresponding lens. Collimate with to make parallel light flux. The laser beam collimated by the collimator lens array 52 is displaced by the displacement means 12 by a predetermined distance.

【0033】仮に、レーザアレイ光源51のアレイ数が
16で、第1、第2フライアイレンズ13,14の光源
アレイ方向に沿った分割数が4の場合には、第1フライ
アイレンズ13の各アレイに図5と同様な4個のガウシ
アンプロファイルのアレイ光が入射される。従ってこの
ときの変位手段12(例えば複数の平行平板12a,1
2c,12d)による変位量は前述の表1または表2の
ようになり、実施例3で述べたように、第1フライアイ
レンズ13の各アレイ(各レンズ部)への入射光プロフ
ァイルは図6のアレイ1〜アレイ4に示すような位相が
ずれた強度分布となるため、被照射部16で積算される
と照度が均一化される。このように、光源51をレーザ
アレイとしても、コリメートレンズアレイ52と変位手
段12を用いることによって、フライアイレンズ13,
14の分割数が光源のアレイ数の約数であるという条件
でも、被照射部16上での照度の均一化が可能である。
If the number of arrays of the laser array light source 51 is 16 and the number of divisions of the first and second fly-eye lenses 13 and 14 in the light source array direction is 4, the first fly-eye lens 13 is divided. Array light of four Gaussian profiles similar to those in FIG. 5 is incident on each array. Therefore, at this time, the displacement means 12 (for example, the plurality of parallel flat plates 12a, 1
2c and 12d) are as shown in Table 1 or Table 2 above, and as described in Example 3, the incident light profile to each array (each lens portion) of the first fly-eye lens 13 is as shown in FIG. Since the intensity distributions are out of phase as shown in Arrays 1 to 4 of No. 6, the illuminance is uniformized when integrated in the irradiated portion 16. In this way, even if the light source 51 is a laser array, the fly-eye lens 13, by using the collimating lens array 52 and the displacement means 12,
Even under the condition that the number of divisions of 14 is a divisor of the number of arrays of light sources, the illuminance on the irradiated portion 16 can be made uniform.

【0034】(実施例5)次に請求項5に係る発明の実
施例について説明する。図9は請求項5に係る発明の一
実施例を示す図であって、(a)はレーザ照明光学系の
概略平面構成図、(b)はレーザ照明光学系の概略側面
構成図である。このレーザ照明光学系は、レーザ発光部
がアレイ状に配列されたレーザアレイ光源51(例えば
半導体レーザアレイ光源)と、コリメートレンズアレイ
52と、レーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手
段12と、レーザアレイに直交方向の光束を均一化させ
るホログラム素子61と、フライアイインテグレータ6
3,64,65で構成されており、16は被照射部であ
る。尚、図9(a),(b)にはコリメートレンズアレ
イ52があるが、光源の広がり角が小さければ必ずしも
必要ではない。また、変位手段12は、一例として、実
施例3の第1実施例と同様の複数の平行平板12a,1
2c,12dを用いた場合を図示しているが、その他に
も、実施例3の第2実施例と同様のホログラム素子を用
いることも可能である。
(Embodiment 5) Next, an embodiment of the invention according to claim 5 will be described. 9A and 9B are views showing an embodiment of the invention according to claim 5, wherein FIG. 9A is a schematic plan view of the laser illumination optical system, and FIG. 9B is a schematic side view of the laser illumination optical system. This laser illumination optical system includes a laser array light source 51 (for example, a semiconductor laser array light source) in which laser light emitting portions are arranged in an array, a collimator lens array 52, and a means 12 for displacing the laser array light by a predetermined distance. A hologram element 61 for uniformizing a light beam in a direction orthogonal to a laser array, and a fly-eye integrator 6
3, 64 and 65, and 16 is an irradiated portion. Although the collimating lens array 52 is shown in FIGS. 9A and 9B, it is not always necessary if the spread angle of the light source is small. Further, the displacement means 12 is, for example, a plurality of parallel flat plates 12a, 1 similar to the first embodiment of the third embodiment.
Although the case where 2c and 12d are used is shown in the figure, it is also possible to use a hologram element similar to the second embodiment of the third embodiment.

【0035】本実施例のフライアイインテグレータはフ
ライアイレンズ63,64とコンデンサレンズ65から
なり、実施例1と同様にシリンドリカルレンズ系で構成
されており機能も同様のものである。すなわち、第1及
び第2のフライアイレンズ63,64はシリンドリカル
レンズアレイであり、コンデンサレンズ65はシリンド
リカルレンズである。そして図9(a)の紙面内に平行
な光束がフライアイインテグレータで均一化され、被照
射部16が均一照明される。図9(a)の紙面内の動作
は実施例4で述べた動作と同様であり、第1フライアイ
レンズ63に入射されるレーザアレイ光が変位手段12
によって所定の距離だけ変位され、被照射部16に照射
されるプロファイルの位相が適宜ずれるため、照度が均
一化される。
The fly-eye integrator of this embodiment is composed of fly-eye lenses 63 and 64 and a condenser lens 65, and is composed of a cylindrical lens system as in the first embodiment and has the same function. That is, the first and second fly-eye lenses 63 and 64 are cylindrical lens arrays, and the condenser lens 65 is a cylindrical lens. Then, the light flux parallel to the plane of the paper of FIG. 9A is made uniform by the fly-eye integrator, and the irradiated portion 16 is uniformly illuminated. The operation on the paper surface of FIG. 9A is the same as the operation described in the fourth embodiment, and the laser array light incident on the first fly-eye lens 63 is displaced by the displacing means 12.
Is displaced by a predetermined distance and the phase of the profile irradiated on the irradiated portion 16 is appropriately shifted, so that the illuminance is made uniform.

【0036】次にレーザアレイに直交方向の光束を均一
化させるホログラム素子61について述べる。ホログラ
ム素子61は、透過型振幅格子、透過型位相格子または
透過型ブレーズ格子等により構成され、それぞれフォト
レジストに干渉縞を焼き付けたり、機械的にダイヤモン
ドカッターでガラス板等の基板表面に溝を刻線する等し
て作製することができる。このホログラム素子61は、
レーザアレイ光源51から発散されるレーザ光束のう
ち、一方向(格子溝のピッチ方向)のみの強度分布を格
子によって変換させる働きを有する。本実施例では、ホ
ログラム素子61の格子方向は図9(a)の紙面に平行
で、格子ピッチはホログラム素子面内で異なっているの
で、レーザアレイに直交方向の光束を均一化させるよう
に機能する。このホログラム素子61の変調ピッチは、
一例として図10に示すような格子ピッチで実現され
る。このような変調ピッチにガウシアンプロファイルの
レーザビームが入射されると、光束の中心付近が広が
り、ビームの周辺が圧縮されて均一化強度になる。図9
(b)では光束の強度の強い光線は間隔を狭めて表して
おり、ホログラム素子61によってレーザアレイ光源5
1のレーザアレイに直交する方向の光線の方向が変わ
り、被照射部16で均一な照度が得られる。尚、フライ
アイインテグレータ63,64,65はシリンドリカル
レンズ系で構成されているので、図9(b)のように、
照明光学系の側面側からフライアイインテグレータを見
ると単なる平板にすぎず、レーザアレイ光源51のレー
ザアレイに直交する方向の屈折作用は無い。
Next, the hologram element 61 for making the light flux in the orthogonal direction uniform in the laser array will be described. The hologram element 61 is composed of a transmission type amplitude grating, a transmission type phase grating, a transmission type blazed grating, or the like. The hologram element 61 is printed with interference fringes on a photoresist, or a groove is mechanically formed on a substrate surface such as a glass plate with a diamond cutter. It can be produced by drawing lines. This hologram element 61 is
It has a function of converting the intensity distribution in only one direction (the pitch direction of the grating grooves) of the laser light flux emitted from the laser array light source 51 by the grating. In this embodiment, since the grating direction of the hologram element 61 is parallel to the paper surface of FIG. 9A and the grating pitch is different within the hologram element surface, it functions to make the laser array uniform the light flux in the orthogonal direction. To do. The modulation pitch of this hologram element 61 is
As an example, it is realized with a lattice pitch as shown in FIG. When a laser beam having a Gaussian profile is incident on such a modulation pitch, the vicinity of the center of the light beam expands, and the periphery of the beam is compressed, resulting in uniform intensity. Figure 9
In (b), the light beams with high intensity are shown with a narrow interval, and the hologram array 61 allows the laser array light source 5 to emit light.
The direction of the light ray in the direction orthogonal to the laser array of No. 1 is changed, and uniform illuminance is obtained at the irradiated portion 16. Since the fly-eye integrators 63, 64, 65 are composed of a cylindrical lens system, as shown in FIG. 9 (b),
When the fly-eye integrator is viewed from the side of the illumination optical system, it is merely a flat plate, and there is no refracting action of the laser array light source 51 in the direction orthogonal to the laser array.

【0037】ホログラム素子61によるレーザアレイに
直交方向の光束の照度均一化の過程では、フライアイイ
ンテグレータ63,64,65を用いて光束を分割し被
照射部16で重ね合わせるといった場合にも干渉縞発生
は起こらない。すなわち、ホログラム素子61により光
束の密度(照度)を連続的に変えていくため干渉縞が出
ない。このため、被照射部16の照度均一性は良好とな
る。尚、図9(a)においては、フライアイインテグレ
ータ63,64,65を用いた光学系であるが、被照射
部16で重ね合わされる光どうしはレーザアレイ光源5
1の別々の光共振部(レーザ発光部)から出射した光で
あるため干渉しない。
In the process of uniformizing the illuminance of the light flux in the direction orthogonal to the laser array by the hologram element 61, the interference fringes are generated even when the light flux is split using the fly-eye integrators 63, 64 and 65 and superposed by the irradiated portion 16. Occurrence does not occur. That is, since the hologram element 61 continuously changes the density (illuminance) of the light flux, no interference fringes appear. Therefore, the illuminance uniformity of the irradiated portion 16 becomes good. Although the optical system using the fly-eye integrators 63, 64, and 65 is shown in FIG. 9A, the laser array light source 5 is used as the light to be superposed on the irradiated portion 16.
Since the light is emitted from one separate optical resonance part (laser emission part), it does not interfere.

【0038】(実施例6)次に請求項6に係る発明の実
施例について説明する。図11は請求項6に係る発明の
実施例を示す図であって、(a)はレーザ照明光学系の
概略平面構成図、(b)はレーザ照明光学系の概略側面
構成図である。このレーザ照明光学系は、レーザ発光部
がアレイ状に配列されたレーザアレイ光源51(例えば
半導体レーザアレイ光源)と、コリメートレンズアレイ
52と、レーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手
段12と、レーザアレイに直交方向の光束を均一化させ
るホログラム素子61と、フライアイインテグレータ機
能を有するホログラム素子62で構成されており、16
は被照射部である。
(Embodiment 6) Next, an embodiment of the invention according to claim 6 will be described. 11A and 11B are views showing an embodiment of the invention according to claim 6, wherein FIG. 11A is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system, and FIG. 11B is a schematic side configuration diagram of the laser illumination optical system. This laser illumination optical system includes a laser array light source 51 (for example, a semiconductor laser array light source) in which laser light emitting portions are arranged in an array, a collimator lens array 52, and a means 12 for displacing the laser array light by a predetermined distance. A hologram element 61 for uniformizing a light beam in a direction orthogonal to the laser array and a hologram element 62 having a fly-eye integrator function are provided.
Is an irradiated part.

【0039】本実施例のレーザ照明光学系は、図9に示
した構成のレーザ照明光学系のフライアイインテグレー
タ(フライアイレンズとコンデンサレンズ)に代えて、
該フライアイインテグレータと同じ機能を持つホログラ
ム素子62を用いたものであり、その他のレーザアレイ
光源51、コリメートレンズアレイ52、変位手段1
2、ホログラム素子61の構成、動作は実施例5と同様
であるので、これらの説明は省略する。
The laser illumination optical system of this embodiment is replaced with the fly-eye integrator (fly-eye lens and condenser lens) of the laser illumination optical system having the configuration shown in FIG.
A hologram element 62 having the same function as that of the fly-eye integrator is used, and other laser array light source 51, collimator lens array 52, and displacement means 1 are used.
2. The configuration and operation of the hologram element 61 are the same as those in the fifth embodiment, and therefore their description will be omitted.

【0040】フライアイインテグレータとしてのホログ
ラム素子62は、図9(a)に示したフライアイレンズ
系と同じ機能を持つので、図11(a)に示すように例
えば16個の発光部を有するレーザアレイ光源51に対
してアレイ方向に4分割して用いるものとするなら、各
領域からの回折光は被照射部16の全面を照らすように
偏向され、かつ、拡大(場合によっては縮小)される。
また、図9に示したようなフライアイレンズ系に比べれ
ば、少なくともフライアイレンズ間隔(第1フライアイ
レンズ63から第2フライアイレンズ64までの間隔)
を縮めることができる。このため、光学系を小型にする
ことができる。
Since the hologram element 62 as a fly-eye integrator has the same function as the fly-eye lens system shown in FIG. 9A, a laser having, for example, 16 light emitting portions as shown in FIG. 11A. If the array light source 51 is divided into four in the array direction and used, the diffracted light from each region is deflected so as to illuminate the entire surface of the irradiated portion 16 and is enlarged (or reduced in some cases). .
Further, compared to the fly-eye lens system as shown in FIG. 9, at least the fly-eye lens interval (the interval from the first fly-eye lens 63 to the second fly-eye lens 64).
Can be shortened. Therefore, the optical system can be downsized.

【0041】(実施例7)次に請求項7に係る発明の実
施例について説明する。図12は請求項7に係る発明の
一実施例を示す露光装置の概略構成図であり、図中の符
号100はレーザアレイ光源(または半導体レーザアレ
イ光源)、101は実施例1〜6(請求項1〜請求項
6)のうちのいずれか一つに記載の構成を用いたレーザ
照明光学系、102は被照射部であるレチクル、103
は投影レンズ、104は基板ステージである。
(Embodiment 7) Next, an embodiment of the invention according to claim 7 will be described. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus showing an embodiment of the invention according to claim 7, in which reference numeral 100 is a laser array light source (or semiconductor laser array light source), and 101 is the first to sixth embodiments (claims). A laser illumination optical system using the configuration according to any one of claims 1 to 6), 102 is a reticle that is an irradiated portion, 103
Is a projection lens, and 104 is a substrate stage.

【0042】本実施例の露光装置では、レーザアレイ光
源100からのレーザアレイ光は、実施例1〜6(請求
項1〜請求項6)のうちのいずれか一つに記載の構成を
用いたレーザ照明光学系101によって被照射部である
レチクル102上で均一放射照度となる。レチクル10
2は半導体デバイスの製作工程でウエハー上に回路パタ
ーンを露光するために使用される露光用マスクのことで
あり、レチクル102のパターンは投影レンズ103に
よって基板ステージ104上に置かれたウエハーに露光
される。また、基板ステージ104で露光位置を調整
し、ウエハーの所望の位置を露光する。
In the exposure apparatus of this embodiment, the laser array light from the laser array light source 100 has the structure described in any one of Embodiments 1 to 6 (claims 1 to 6). The laser illuminating optical system 101 provides uniform irradiance on the reticle 102 which is the irradiated portion. Reticle 10
Reference numeral 2 denotes an exposure mask used to expose a circuit pattern on a wafer in a semiconductor device manufacturing process. The pattern of the reticle 102 is exposed by the projection lens 103 onto the wafer placed on the substrate stage 104. It Also, the exposure position is adjusted by the substrate stage 104 to expose a desired position on the wafer.

【0043】尚、レーザ照明光学系101として、実施
例1〜4(請求項1〜4)のうちのいずれか一つで説明
した構成のレーザ照明光学系を用いた場合には、レチク
ル面上で均一照明が可能であり、また、実施例5,6
(請求項5,6)で説明したレーザ照明光学系を用いた
場合には、レーザアレイ光源100のアレイ直交方向の
光束を変調ピッチのホログラム素子で均一化させるた
め、レチクル面上で干渉縞のでない均一照明で露光を行
うことができる。従って、照明性能がよく高性能な露光
装置を実現することができる。
When the laser illumination optical system having the structure described in any one of the first to fourth embodiments (claims 1 to 4) is used as the laser illumination optical system 101, on the reticle surface. It is possible to perform uniform illumination in the above-mentioned examples, and the fifth and sixth embodiments are also possible.
When the laser illumination optical system described in (claims 5 and 6) is used, since the light beam in the direction orthogonal to the array of the laser array light source 100 is made uniform by the hologram element of the modulation pitch, interference fringes are generated on the reticle surface. The exposure can be performed with no uniform illumination. Therefore, it is possible to realize an exposure apparatus having good illumination performance and high performance.

【0044】(実施例8)次に請求項8に係る発明の実
施例について説明する。図13は請求項8に係る発明の
一実施例を示すレーザ加工装置の概略構成図であり、図
中の符号100はレーザアレイ光源(または半導体レー
ザアレイ光源)、101は実施例1〜6(請求項1〜請
求項6)のうちのいずれか一つに記載の構成を用いたレ
ーザ照明光学系、105はレンズ、106はワークであ
る。
(Embodiment 8) Next, an embodiment of the invention according to claim 8 will be described. FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus showing an embodiment of the invention according to claim 8. In the figure, reference numeral 100 is a laser array light source (or semiconductor laser array light source), and 101 is the first to sixth embodiments. A laser illumination optical system using the configuration according to any one of claims 1 to 6, 105 is a lens, and 106 is a work.

【0045】本実施例のレーザ加工装置では、レーザア
レイ光源100からのレーザ光を実施例1〜6(請求項
1〜請求項6)のうちのいずれか一つに記載のレーザ照
明光学系で均一ビームに変換し、レンズ105でワーク
106に縮小または拡大して照射される。集光スポット
ではワーク106の表面加工や切断加工ができる。ま
た、レンズ105を投影レンズに置きかえるか、もしく
は被照射部を直接ワークとする配置では、ワーク106
の広い範囲にわたって均一照明できるため、レーザアニ
ールとしても利用できる。
In the laser processing apparatus of this embodiment, the laser light from the laser array light source 100 is emitted by the laser illuminating optical system according to any one of Embodiments 1 to 6 (claims 1 to 6). It is converted into a uniform beam, and the work 106 is shrunk or expanded by the lens 105 and irradiated. The workpiece 106 can be surface-processed or cut at the focused spot. Further, when the lens 105 is replaced with a projection lens, or in an arrangement in which the irradiated portion is directly used as the work, the work 106
Since it can be uniformly illuminated over a wide range, it can be used as laser annealing.

【0046】尚、レーザ照明光学系101として、実施
例1〜4(請求項1〜4)のうちのいずれか一つで説明
した構成のレーザ照明光学系を用いた場合には、ワーク
上で均一照明でき、また、実施例5,6(請求項5,
6)で説明したレーザ照明光学系を用いた場合には、レ
ーザアレイ光源100のアレイ直交方向の光束を変調ピ
ッチのホログラム素子で均一化させるため、ワーク上で
干渉縞が発生しない。このため、良好なレーザ加工やレ
ーザアニールを行うことができる。
When the laser illuminating optical system having the structure described in any one of the first to fourth embodiments (claims 1 to 4) is used as the laser illuminating optical system 101, the Uniform illumination is possible, and the fifth and sixth embodiments (claims 5 and 6).
When the laser illumination optical system described in 6) is used, the light flux in the array orthogonal direction of the laser array light source 100 is made uniform by the hologram element having the modulation pitch, so that no interference fringes are generated on the work. Therefore, good laser processing and laser annealing can be performed.

【0047】(実施例9)次に請求項9に係る発明の実
施例について説明する。図14は請求項9に係る発明の
一実施例を示す投射装置の概略構成図である。本実施例
の投射装置は、レーザアレイ光源100r,100g,
100bと、実施例1〜6(請求項1〜請求項6)のう
ちのいずれか一つに記載の構成を用いたレーザ照明光学
系110r、110g、110bと、色合成手段113
と、空間変調器(ライトバルブ)114と、投射レンズ
115で構成されている。また、符号116はフィール
ドレンズで、ライトバルブ114からの画像光を効率良
く投射レンズ瞳に入れるために用いるが、必ずしも必要
ではない。尚、色合成手段113としてはダイクロイッ
クプリズムやダイクロイックミラーを用いることができ
る。
(Embodiment 9) Next, an embodiment of the invention according to claim 9 will be described. FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a projection device showing an embodiment of the invention according to claim 9. The projection device of the present embodiment includes laser array light sources 100r, 100g,
100b, laser illumination optical systems 110r, 110g and 110b using the configuration according to any one of Examples 1 to 6 (Claims 1 to 6), and color combining unit 113.
And a spatial modulator (light valve) 114 and a projection lens 115. Further, reference numeral 116 is a field lens, which is used for efficiently entering the image light from the light valve 114 into the projection lens pupil, but is not necessarily required. A dichroic prism or a dichroic mirror can be used as the color synthesizing means 113.

【0048】本実施例では、レーザ照明光学系110
r、110g、110bは、例えばホログラム素子11
1r,111g,111bとフライアイインテグレータ
112r,112g,112bで構成されている。すな
わち本実施例では、実施例5(または実施例6)で述べ
たような変調ピッチのホログラム素子111r,111
g,111bでレーザアレイ光源100r,100g,
100bのアレイ直交方向の強度分布を変換し、アレイ
方向はフライアイインテグレータ(フライアイレンズと
コンデンサレンズ、あるいはフライアイインテグレータ
の機能を持つホログラム素子)112r,112g,1
12bで照度均一化させる。このレーザ照明光学系11
0r、110g、110bを使えば被照射部であるライ
トバルブ114面で干渉縞が発生しない。また、光源1
00r,100g,100bとホログラム素子111
r,111g,111bの間にコリメートレンズアレイ
を用いても良い。また、ホログラム素子111r,11
1g,111bを使用せず、フライアイインテグレータ
112r,112g,112bでレーザアレイ光源10
0r,100g,100bのアレイ方向とアレイ直交方
向とを均一化させても良い。
In this embodiment, the laser illumination optical system 110 is used.
r, 110g, and 110b are hologram elements 11 for example.
1r, 111g, 111b and fly-eye integrators 112r, 112g, 112b. That is, in this embodiment, the hologram elements 111r, 111 having the modulation pitch as described in Embodiment 5 (or Embodiment 6) are used.
g, 111b, laser array light sources 100r, 100g,
The intensity distribution in the array orthogonal direction of 100b is converted, and the array direction is a fly-eye integrator (fly-eye lens and condenser lens, or a hologram element having a function of a fly-eye integrator) 112r, 112g, 1
The illuminance is made uniform at 12b. This laser illumination optical system 11
If 0r, 110g, and 110b are used, interference fringes do not occur on the surface of the light valve 114 that is the irradiated portion. Also, the light source 1
00r, 100g, 100b and hologram element 111
A collimating lens array may be used between r, 111g and 111b. In addition, the hologram elements 111r and 11
Laser array light source 10 can be used with fly-eye integrators 112r, 112g, 112b without using 1g, 111b.
The array direction of 0r, 100g, 100b and the array orthogonal direction may be made uniform.

【0049】レーザ照明光学系110r、110g、1
10bからの光束は色合成手段113に入射し、色合成
手段113で赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のレ
ーザ光が合成される。この3色の合成光でライトバルブ
114が照明され、ライドバルブ114で空間変調され
た画像は投射レンズ115でスクリーン(図示を省略)
に投影される。ライトバルブ114としては例えば液晶
素子を用いることができる。また、図14では透過型の
ライトバルブを図示しているが、反射型のライトバルブ
を用いて照明光と投射光を偏光ビームスプリッタで分岐
するように構成しても良い。
Laser illumination optical systems 110r, 110g, 1
The light flux from 10b is incident on the color synthesizing means 113, and the color synthesizing means 113 synthesizes three color laser lights of red (R), green (G) and blue (B). The light valve 114 is illuminated with the combined light of the three colors, and the image spatially modulated by the ride valve 114 is screened by the projection lens 115 (not shown).
Projected on. As the light valve 114, for example, a liquid crystal element can be used. Further, although a transmission type light valve is illustrated in FIG. 14, a reflection type light valve may be used to divide the illumination light and the projection light by a polarization beam splitter.

【0050】また、本実施例では単板のライトバルブ1
14を使っているが、3つのライトバルブを使うように
しても良い。図示しないが、3板式の場合には、一つの
レーザアレイ光源とレーザ照明光学系の被照射部にライ
トバルブを配置し、3つのライトバルブからの画像光を
色合成手段(例えばダイクロイックプリズム)で合成し
て投射レンズでスクリーンに投影させる。
Further, in this embodiment, the light valve 1 is a single plate.
Although 14 is used, three light valves may be used. Although not shown, in the case of the three-plate type, one laser array light source and a light valve are arranged in the irradiated portion of the laser illumination optical system, and the image light from the three light valves is subjected to color combining means (for example, a dichroic prism). Combine and project on a screen with a projection lens.

【0051】本実施例の投射装置では、光源がレーザア
レイ光源であるため、個々のレーザパワーが小さくても
アレイ数を多くすることにより高出力にできる。また、
本実施例のように、レーザアレイ光源のレーザアレイ直
交方向の光束を変調ピッチのホログラム素子111r,
111g,111bで強度分布を変換させる場合、ライ
トバルブ114上で干渉縞の発生しない均一照明ができ
るため、明るくて表示品質の高い投射装置を実現するこ
とができる。
In the projection apparatus of this embodiment, since the light source is a laser array light source, high output can be achieved by increasing the number of arrays even if the individual laser power is low. Also,
As in the present embodiment, the hologram element 111r of the modulation pitch is used for the light flux of the laser array light source in the laser array orthogonal direction.
When the intensity distribution is converted by 111g and 111b, uniform illumination can be performed without causing interference fringes on the light valve 114, so that a bright projection device with high display quality can be realized.

【0052】(実施例10)次に請求項10に係る発明
の実施例について説明する。図15は請求項10に係る
発明の一実施例を示す投射装置の概略構成図である。本
実施例の投射装置は、レーザアレイ光源100r,10
0g,100bと、実施例1〜6(請求項1〜請求項
6)のうちのいずれか一つに記載の構成を用いたレーザ
照明光学系(ホログラム素子111r,111g,11
1b,フライアイインテグレータ112)と、色合成手
段113と、ライトバルブ114と、投射レンズ115
で構成されている。また、符号116はフィールドレン
ズで、ライトバルブ114からの画像光を効率良く投射
レンズ瞳に入れるために用いるが、必ずしも必要ではな
い。尚、色合成手段113としては、ダイクロイックプ
リズムやダイクロイックミラーを用いることができる。
(Embodiment 10) Next, an embodiment of the invention according to claim 10 will be described. FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a projection device showing an embodiment of the invention according to claim 10. The projection apparatus according to the present embodiment includes laser array light sources 100r and 10r.
0g, 100b and a laser illumination optical system (hologram element 111r, 111g, 11) using the configuration according to any one of Examples 1 to 6 (claims 1 to 6).
1b, fly-eye integrator 112), color combining means 113, light valve 114, and projection lens 115.
It is composed of. Further, reference numeral 116 is a field lens, which is used for efficiently entering the image light from the light valve 114 into the projection lens pupil, but is not necessarily required. A dichroic prism or a dichroic mirror can be used as the color synthesizing means 113.

【0053】本実施例では、レーザ照明光学系は、三つ
のホログラム素子111r,111g,111bと一つ
のフライアイインテグレータ(例えばフライアイレンズ
系、あるいはフライアイレンズ系の機能を有するホログ
ラム素子)112からなるが、フライアイインテグレー
タ112は、色合成手段113で赤(R)、緑(G)、
青(B)の3色のレーザ光を合成した後の光路に配置し
ている。本実施例の構成によって、フライアイインテグ
レータ112が1組で足りるため装置の部品点数を減ら
すことができ、装置も小型にすることができる。
In this embodiment, the laser illumination optical system includes three hologram elements 111r, 111g, 111b and one fly-eye integrator (for example, a fly-eye lens system or a hologram element having a fly-eye lens system function) 112. In the fly eye integrator 112, the color synthesizing means 113 causes red (R), green (G),
It is arranged in the optical path after combining the laser lights of the three colors of blue (B). With the configuration of this embodiment, the number of the fly-eye integrator 112 is sufficient as one set, so that the number of parts of the device can be reduced and the device can be downsized.

【0054】本実施例の投射装置では、光源がレーザア
レイ光源であるため、個々のレーザパワーが小さくても
アレイ数を多くすることにより高出力にできる。また、
本実施例のように、レーザアレイ光源のレーザアレイ直
交方向の光束を変調ピッチのホログラム素子111r,
111g,111bで強度分布を変換させる場合、ライ
トバルブ上で干渉縞の発生しない均一照明ができるた
め、明るくて表示品質の高い投射装置を実現することが
できる。さらに、本実施例では、フライアイインテグレ
ータ112を共通化させたため、部品点数が少なくな
り、低コストで小型の投射装置を実現することができ
る。
In the projection apparatus of this embodiment, since the light source is the laser array light source, high output can be obtained by increasing the number of arrays even if the individual laser power is small. Also,
As in the present embodiment, the hologram element 111r of the modulation pitch is used for the light flux of the laser array light source in the laser array orthogonal direction.
When the intensity distribution is converted by 111g and 111b, uniform illumination can be performed without causing interference fringes on the light valve, so that a bright projection device with high display quality can be realized. Furthermore, in the present embodiment, the fly-eye integrator 112 is shared, so that the number of parts is reduced, and it is possible to realize a compact projection device at low cost.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載のレ
ーザ照明光学系では、少なくともレーザアレイ光源と、
フライアイレンズのレーザアレイ方向の分割数がレーザ
アレイ数の約数であるフライアイインテグレータで構成
されるレーザ照明光学系であって、前記フライアイレン
ズの各アレイに入射されるアレイ光のプロファイルの空
間的な位相が各々異なることを特徴とするので、レーザ
アレイの周期構造とフライアイレンズの大きさを所定の
条件にすることで、フライアイレンズの分割数がレーザ
アレイ光のアレイ数の約数の条件でも、被照射部での照
度の均一化を図ることができる。
As described above, in the laser illumination optical system according to claim 1, at least a laser array light source,
A laser illumination optical system comprising a fly-eye integrator in which the number of divisions of the fly-eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays, wherein the profile of array light incident on each array of the fly-eye lens is Since the spatial phases are different from each other, the number of divisions of the fly-eye lens is approximately the number of arrays of the laser array light by setting the periodic structure of the laser array and the size of the fly-eye lens to predetermined conditions. Even under several conditions, it is possible to make the illuminance uniform in the irradiated area.

【0056】請求項2記載のレーザ照明光学系では、周
期的に配列されたレーザアレイ光源とフライアイレンズ
インテグレータで構成されるレーザ照明光学系であっ
て、レーザアレイ光源は、周期的に配置された非点灯発
光部を備え、フライアイレンズのレーザアレイ方向の分
割数が点灯させるレーザアレイ数の約数であることによ
り、フライアイレンズの分割数がレーザアレイ光のアレ
イ数の約数の条件でも、被照射部での照度の均一化を図
ることができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser illumination optical system which comprises a laser array light source and a fly-eye lens integrator which are periodically arranged, the laser array light source being periodically arranged. The number of divisions of the fly-eye lens is the divisor of the number of laser array light because the number of divisions of the fly-eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays to be lit. However, it is possible to make the illuminance uniform in the irradiated portion.

【0057】請求項3記載のレーザ照明光学系では、請
求項1または2の構成に加えて、前記レーザアレイ光源
と前記フライアイレンズの間に配置され該フライアイレ
ンズのアレイごとに入射されるレーザアレイ光を所定の
距離だけ変位させる手段を有することを特徴とするの
で、フライアイレンズに入射されるレーザアレイ光を変
位手段で変位させることにより、フライアイレンズの分
割数がレーザアレイ光のアレイ数の約数の条件でも、被
照射部での照度の均一化を図ることができる。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the laser illumination optical system is arranged between the laser array light source and the fly-eye lens and is incident on each array of the fly-eye lens. Since the laser array light has means for displacing the laser array light by a predetermined distance, by displacing the laser array light incident on the fly-eye lens by the displacing means, the number of divisions of the fly-eye lens is Even under the condition that the number of arrays is a divisor, it is possible to make the illuminance uniform in the irradiated portion.

【0058】請求項4記載のレーザ照明光学系では、レ
ーザアレイ光源と、コリメートレンズアレイと、フライ
アイレンズのレーザアレイ方向の分割数が点灯している
レーザアレイ数の約数であるフライアイインテグレータ
と、前記コリメートレンズアレイと前記フライアイレン
ズの間に配置され該フライアイレンズのアレイごとに入
射されるレーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手
段を有することを特徴とするので、フライアイレンズに
入射されるレーザアレイ光を変位手段で変位させること
により、レーザアレイを用い且つフライアイレンズの分
割数がレーザアレイ光のアレイ数の約数の条件でも、被
照射部での照度の均一化を図ることができる。
In the laser illuminating optical system according to the present invention, the number of divisions of the laser array light source, the collimating lens array, and the fly-eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of lit laser arrays. And a means for displacing the laser array light incident on each array of the fly-eye lens by a predetermined distance, which is arranged between the collimator lens array and the fly-eye lens. Even when the laser array is used and the number of divisions of the fly-eye lens is a divisor of the array number of the laser array light, the illuminance is uniformized in the irradiated area by displacing the laser array light incident on Can be achieved.

【0059】請求項5記載のレーザ照明光学系では、請
求項1,3または4の構成において、前記フライアイイ
ンテグレータはシリンドリカルレンズアレイとシリンダ
ーレンズで構成され、レーザアレイに直交方向の光束
は、光源とフライアイインテグレータの間に配置される
変調ピッチのホログラム素子で均一化されることを特徴
とするので、フライアイレンズに入射されるレーザアレ
イ光を変位させることで、フライアイレンズの分割数が
レーザアレイ光のアレイ数の約数の条件でも、レーザア
レイ方向の光束成分の照度を均一化ができ、レーザアレ
イに垂直方向は変調ピッチのホログラム素子で照度分布
を変換し均一化を図るため、被照射部で干渉縞が出ず良
好な照明が可能になる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the laser illuminating optical system according to the first, third or fourth aspect, the fly-eye integrator is composed of a cylindrical lens array and a cylinder lens, and a light beam in a direction orthogonal to the laser array is a light source. It is characterized by being made uniform by the hologram element of the modulation pitch arranged between the fly eye integrator and the fly eye integrator.By displacing the laser array light incident on the fly eye lens, the division number of the fly eye lens is Even under the condition that the number of arrays of laser array light is a subdivision, the illuminance of the light flux component in the laser array direction can be made uniform, and the illuminance distribution is converted by the hologram element having a modulation pitch in the direction perpendicular to the laser array to achieve uniformization. Interference fringes do not appear in the irradiated part, and good illumination is possible.

【0060】請求項6記載のレーザ照明光学系では、請
求項1,3または4の構成において、前記フライアイイ
ンテグレータは、フライアイレンズに代えて同機能のホ
ログラム素子で構成され、レーザアレイに直交方向の光
束は、光源とフライアイインテグレータの間に配置され
る変調ピッチのホログラム素子で均一化されることを特
徴とするので、請求項5と同様の効果が得られると共
に、レーザアレイ方向の照度均一化と、アレイ直交方向
の照度均一化を測る素子の両方をホログラム素子で構成
するので、照明光学系を小さくすることが可能になる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the laser illumination optical system according to the first, third or fourth aspect, the fly-eye integrator is composed of a hologram element having the same function instead of the fly-eye lens, and is orthogonal to the laser array. Since the luminous flux in the direction is made uniform by the hologram element having the modulation pitch arranged between the light source and the fly-eye integrator, the same effect as in claim 5 can be obtained, and the illuminance in the laser array direction can be obtained. Since both the homogenization and the element for measuring the homogenization of the illuminance in the direction orthogonal to the array are composed of hologram elements, the illumination optical system can be made small.

【0061】請求項7記載の露光装置では、請求項1〜
6のいずれか一つに記載のレーザ照明光学系と、投影レ
ンズを備えたことを特徴とするので、フライアイインテ
グレータのアレイ数がレーザアレイ数の約数の条件でも
良好な照明が可能な露光装置を実現することができる。
In the exposure apparatus according to the seventh aspect, the first to the first aspects are provided.
The laser illumination optical system according to any one of 6 and a projection lens are provided, so that good illumination is possible even when the number of fly-eye integrator arrays is a divisor of the number of laser arrays. The device can be realized.

【0062】請求項8記載のレーザ加工装置では、請求
項1〜6のいずれか一つに記載のレーザ照明光学系と、
レンズを備えたことを特徴とするので、フライアイイン
テグレータのアレイ数がレーザアレイ数の約数の条件で
も良好な照明が可能なレーザ加工装置を実現することが
できる。
A laser processing apparatus according to claim 8 is the laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6,
Since a lens is provided, it is possible to realize a laser processing apparatus capable of good illumination even when the number of arrays of the fly-eye integrator is about the number of laser arrays.

【0063】請求項9記載の投射装置では、請求項1〜
6のいずれか一つに記載のレーザ照明光学系と、色合成
手段と、空間変調器(ライトバルブ)と、投射レンズを
備えたことを特徴とするので、フライアイインテグレー
タのアレイ数がレーザアレイ数の約数の条件でも良好な
照明が可能で、色純度の高い投射装置を実現することが
できる。
According to the projection device of the ninth aspect, the first to third aspects are provided.
6. The laser illumination optical system according to any one of 6 above, a color synthesizing means, a spatial modulator (light valve), and a projection lens are provided, so that the number of arrays of the fly-eye integrator is a laser array. It is possible to realize a projection device with high color purity, which enables good illumination even under a condition of a few factors.

【0064】請求項10記載の投射装置では、請求項9
の構成に加えて、色合成手段と空間変調器の間にフライ
アイインテグレータを配置したことを特徴とするので、
フライアイインテグレータのアレイ数がレーザアレイ数
の約数の条件でも良好な照明が可能で、色純度の高い投
射装置を実現でき、さらに、複数の光源に対してフライ
アイインテグレータを一つに共通化させることができる
ので、部品点数を減らすことができ、低コストで小型な
投射装置を実現することができる。
According to the projection apparatus of the tenth aspect, the projection apparatus of the ninth aspect is used.
In addition to the above configuration, a fly-eye integrator is arranged between the color synthesizing means and the spatial modulator.
Good lighting is possible even when the number of fly-eye integrator arrays is about the same as the number of laser arrays, and a projection device with high color purity can be realized.Furthermore, a single fly-eye integrator is used for multiple light sources. Therefore, the number of parts can be reduced, and a low-cost and small-sized projection device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】請求項1に係る発明の一実施例を示すレーザ照
明光学系の概略平面構成図である。
FIG. 1 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing an embodiment of the invention according to claim 1;

【図2】請求項2に係る発明の一実施例を示すレーザ照
明光学系の概略平面構成図である。
FIG. 2 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing an embodiment of the invention according to claim 2;

【図3】図1および図2に示すレーザ照明光学系の第1
フライアイレンズに入射されるレーザアレイ光のプロフ
ァイルを示す図である。
FIG. 3 is a first part of the laser illumination optical system shown in FIGS. 1 and 2;
It is a figure which shows the profile of the laser array light injecting into a fly's eye lens.

【図4】請求項3に係る発明の第1の実施例を示すレー
ザ照明光学系の概略平面構成図である。
FIG. 4 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing a first embodiment of the invention according to claim 3;

【図5】図4に示すレーザ照明光学系の第1フライアイ
レンズの一つのアレイ(レンズ部)に入射されるレーザ
アレイ光のプロファイルを示す図である。
5 is a diagram showing a profile of laser array light incident on one array (lens portion) of the first fly-eye lens of the laser illumination optical system shown in FIG.

【図6】図1、図2または図4に示すレーザ照明光学系
のフライアイレンズの4分割された各アレイ(各レンズ
部)を通過したレーザアレイ光(アレイ1〜4)の強度
分布と被照射部16上で加算された強度分布を示す図で
ある。
6 is an intensity distribution of laser array light (arrays 1 to 4) that has passed through each of the four-divided arrays (lens parts) of the fly-eye lens of the laser illumination optical system shown in FIG. 1, FIG. 2, or FIG. It is a figure which shows the intensity distribution added on the irradiated part 16.

【図7】請求項3に係る発明の第2の実施例を示すレー
ザ照明光学系の概略平面構成図である。
FIG. 7 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing a second embodiment of the invention according to claim 3;

【図8】請求項4に係る発明の一実施例を示すレーザ照
明光学系の概略平面構成図である。
FIG. 8 is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system showing an embodiment of the invention according to claim 4;

【図9】請求項5に係る発明の一実施例を示す図であっ
て、(a)はレーザ照明光学系の概略平面構成図、
(b)はレーザ照明光学系の概略側面構成図である。
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the invention according to claim 5, (a) is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system,
(B) is a schematic side view of a laser illumination optical system.

【図10】図9に示すレーザ照明光学系に用いられるホ
ログラム素子のホログラム面の位置と格子ピッチの関係
を示す図である。
10 is a diagram showing the relationship between the position of the hologram surface of the hologram element used in the laser illumination optical system shown in FIG. 9 and the grating pitch.

【図11】請求項6に係る発明の一実施例を示す図であ
って、(a)はレーザ照明光学系の概略平面構成図、
(b)はレーザ照明光学系の概略側面構成図である。
FIG. 11 is a diagram showing an embodiment of the invention according to claim 6, (a) is a schematic plan configuration diagram of a laser illumination optical system,
(B) is a schematic side view of a laser illumination optical system.

【図12】請求項7に係る発明の一実施例を示す露光装
置の概略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus showing an embodiment of the invention according to claim 7;

【図13】請求項8に係る発明の一実施例を示すレーザ
加工装置の概略構成図である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus showing an embodiment of the invention according to claim 8;

【図14】請求項9に係る発明の一実施例を示す投射装
置の概略構成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a projection device showing an embodiment of the invention according to claim 9;

【図15】請求項10に係る発明の一実施例を示す投射
装置の概略構成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a projection device showing an embodiment of the invention according to claim 10;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,11:レーザアレイ光源 12:変位手段 12a,12c,12d:変位手段を構成する平行平板 13:第1フライアイレンズ 14:第2フライアイレンズ 15:コンデンサレンズ 16:被照射部 41a,41c,41d:変位手段を構成するホログラ
ム素子 51:レーザアレイ光源 52:コリメートレンズアレイ 61:変調ピッチのホログラム素子 62:フライアイインテグレータ機能を有するホログラ
ム素子 63:第1フライアイレンズ(シリンドリカルレンズア
レイ) 64:第2フライアイレンズ(シリンドリカルレンズア
レイ) 65:コンデンサレンズ(シリンドリカルレンズ) 100:レーザアレイ光源(または半導体レーザアレイ
光源) 100r,100g,100b:レーザアレイ光源(ま
たは半導体レーザアレイ光源) 101:レーザ照明光学系 102:レチクル(露光用マスク) 103:投影レンズ 104:基板ステージ 105:レンズ 106:ワーク 110r,110g,110b:レーザ照明光学系 111r,111g,111b:ホログラム素子 112:フライアイインテグレータ 112r,112g,112b:フライアイインテグレ
ータ 113:色合成手段 114:空間変調器(ライトバルブ) 115:投射レンズ 116:フィールドレンズ
10, 11: Laser array light source 12: Displacement means 12a, 12c, 12d: Parallel plate 13 constituting the displacement means 13: First fly-eye lens 14: Second fly-eye lens 15: Condenser lens 16: Irradiated parts 41a, 41c , 41d: Hologram element 51 constituting displacement means: Laser array light source 52: Collimating lens array 61: Hologram element with modulation pitch 62: Hologram element having fly-eye integrator function 63: First fly-eye lens (cylindrical lens array) 64 : Second fly-eye lens (cylindrical lens array) 65: Condenser lens (cylindrical lens) 100: Laser array light source (or semiconductor laser array light source) 100r, 100g, 100b: Laser array light source (or semiconductor laser array light source) ) 101: laser illumination optical system 102: reticle (exposure mask) 103: projection lens 104: substrate stage 105: lens 106: works 110r, 110g, 110b: laser illumination optical system 111r, 111g, 111b: hologram element 112: fly Eye integrators 112r, 112g, 112b: Fly eye integrator 113: Color combining means 114: Spatial modulator (light valve) 115: Projection lens 116: Field lens

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03F 7/20 501 G02B 27/00 V (72)発明者 亀山 健司 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 加藤 幾雄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号・株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H052 BA02 BA09 BA11 BA12 BA14 2H097 CA17 GB00 LA10 5F046 BA04 CA03 CA05 CB13 CB14 CB23 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 identification code FI theme code (reference) G03F 7/20 501 G02B 27/00 V (72) Inventor Kenji Kameyama 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo In stock company Ricoh (72) Inventor Ikuo Kato 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo ・ In stock company Ricoh (72) Inventor Yasuyuki Takiguchi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo F-term in Ricoh (reference) 2H052 BA02 BA09 BA11 BA12 BA14 2H097 CA17 GB00 LA10 5F046 BA04 CA03 CA05 CB13 CB14 CB23

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくともレーザアレイ光源と、フライア
イレンズのレーザアレイ方向の分割数がレーザアレイ数
の約数であるフライアイインテグレータで構成されるレ
ーザ照明光学系であって、前記フライアイレンズの各ア
レイに入射されるアレイ光のプロファイルの空間的な位
相が各々異なることを特徴とするレーザ照明光学系。
1. A laser illumination optical system comprising at least a laser array light source and a fly-eye integrator in which the number of divisions of the fly-eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays. A laser illumination optical system characterized in that the spatial phase of the profile of array light incident on each array is different.
【請求項2】周期的に配列されたレーザアレイ光源とフ
ライアイレンズインテグレータで構成されるレーザ照明
光学系であって、レーザアレイ光源は、周期的に配置さ
れた非点灯発光部を備え、フライアイレンズのレーザア
レイ方向の分割数が点灯させるレーザアレイ数の約数で
あることを特徴とするレーザ照明光学系。
2. A laser illumination optical system comprising a laser array light source arranged periodically and a fly-eye lens integrator, wherein the laser array light source comprises a non-light emitting section arranged periodically. A laser illumination optical system, wherein the number of divisions of the eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of laser arrays to be turned on.
【請求項3】請求項1または2記載のレーザ照明光学系
において、 前記レーザアレイ光源と前記フライアイレンズの間に配
置され該フライアイレンズのアレイごとに入射されるレ
ーザアレイ光を所定の距離だけ変位させる手段を有する
ことを特徴とするレーザ照明光学系。
3. The laser illumination optical system according to claim 1 or 2, wherein the laser array light that is arranged between the laser array light source and the fly-eye lens and is incident on each array of the fly-eye lens is at a predetermined distance. A laser illuminating optical system having means for displacing only the laser illuminating system.
【請求項4】レーザアレイ光源と、コリメートレンズア
レイと、フライアイレンズのレーザアレイ方向の分割数
が点灯しているレーザアレイ数の約数であるフライアイ
インテグレータと、前記コリメートレンズアレイと前記
フライアイレンズの間に配置され該フライアイレンズの
アレイごとに入射されるレーザアレイ光を所定の距離だ
け変位させる手段を有することを特徴とするレーザ照明
光学系。
4. A laser array light source, a collimating lens array, a fly-eye integrator in which the number of divisions of the fly-eye lens in the laser array direction is a divisor of the number of illuminated laser arrays, the collimating lens array and the fly. A laser illuminating optical system comprising means arranged between the eye lenses and displacing a laser array light incident on each array of the fly-eye lenses by a predetermined distance.
【請求項5】請求項1,3または4記載のレーザ照明光
学系において、 前記フライアイインテグレータは、シリンドリカルレン
ズアレイとシリンダーレンズで構成され、レーザアレイ
に直交方向の光束は、光源とフライアイインテグレータ
の間に配置される変調ピッチのホログラム素子で均一化
されることを特徴とするレーザ照明光学系。
5. The laser illumination optical system according to claim 1, 3 or 4, wherein the fly-eye integrator is composed of a cylindrical lens array and a cylinder lens, and a light beam orthogonal to the laser array is a light source and a fly-eye integrator. A laser illuminating optical system characterized by being made uniform by a hologram element having a modulation pitch arranged between.
【請求項6】請求項1,3または4記載のレーザ照明光
学系において、 前記フライアイインテグレータは、フライアイレンズに
代えて同機能のホログラム素子で構成され、レーザアレ
イに直交方向の光束は、光源とフライアイインテグレー
タの間に配置される変調ピッチのホログラム素子で均一
化されることを特徴とするレーザ照明光学系。
6. The laser illumination optical system according to claim 1, 3 or 4, wherein the fly-eye integrator is composed of a hologram element having the same function in place of the fly-eye lens, and a light flux in a direction orthogonal to the laser array is A laser illumination optical system characterized by being made uniform by a hologram element having a modulation pitch arranged between a light source and a fly-eye integrator.
【請求項7】請求項1〜6のいずれか一つに記載のレー
ザ照明光学系と、投影レンズを備えたことを特徴とする
露光装置。
7. An exposure apparatus comprising the laser illumination optical system according to claim 1 and a projection lens.
【請求項8】請求項1〜6のいずれか一つに記載のレー
ザ照明光学系と、レンズを備えたことを特徴とするレー
ザ加工装置。
8. A laser processing apparatus comprising the laser illumination optical system according to claim 1 and a lens.
【請求項9】請求項1〜6のいずれか一つに記載のレー
ザ照明光学系と、色合成手段と、空間変調器と、投射レ
ンズを備えたことを特徴とする投射装置。
9. A projection device comprising the laser illumination optical system according to claim 1, a color synthesizing means, a spatial modulator, and a projection lens.
【請求項10】請求項9記載の投射装置において、色合
成手段と空間変調器の間にフライアイインテグレータを
配置したことを特徴とする投射装置。
10. The projection device according to claim 9, wherein a fly-eye integrator is arranged between the color synthesizing means and the spatial modulator.
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