JP2003270585A - Laser illumination optical system, and exposure device, laser beam machining device and projection device using the same - Google Patents

Laser illumination optical system, and exposure device, laser beam machining device and projection device using the same

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JP2003270585A
JP2003270585A JP2002074027A JP2002074027A JP2003270585A JP 2003270585 A JP2003270585 A JP 2003270585A JP 2002074027 A JP2002074027 A JP 2002074027A JP 2002074027 A JP2002074027 A JP 2002074027A JP 2003270585 A JP2003270585 A JP 2003270585A
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JP
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laser
optical system
illumination optical
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light source
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Application number
JP2002074027A
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Japanese (ja)
Inventor
Keishin Aisaka
Kenji Kameyama
Ikuo Kato
Kazuya Miyagaki
Yasuyuki Takiguchi
健司 亀山
幾雄 加藤
一也 宮垣
康之 滝口
敬信 逢坂
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
株式会社リコー
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Exposure apparatus for microlithography
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser illumination optical system which can decrease the interference fringes occurring in the luminous fluxes in the perpendicular direction of the array of a laser array light source, can improve the illumination performance and light utilization efficiency to a part to be irradiated and can make illuminance uniform.
SOLUTION: The laser illumination optical system has at least the laser array light source 11 which emits a plurality of laser beams and a hologram element 12 which is disposed between the light source 11 and the part 13 to be irradiated, converts the respective laser beams emitted from the light source 11 to luminous fluxes of the uniform illuminance of a rectangular shape and irradiates the part 13 to be irradiated with these luminous fluxes. The laser array beams of the Gaussian profile characteristics emitted from the light source 11 are converted to the luminous fluxes of the uniform intensity of the rectangular shape by the hologram element 12 and the part to be irradiated is illuminated with these light fluxes adjacently with each other on this part and therefore the interference fringes are hardly generated in the part to be irradiated and the compact illumination optical system having the high light utilization efficiency is obtained.
COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【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 [0001] [Technical Field of the Invention The present invention includes a laser illumination optical system homogenizing the illuminance on the irradiated portion with the laser as a light source, an exposure apparatus using the laser processing device It relates to a projection device. 【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。 [0002] projection apparatus and a laser light source, a high projection color purity for the oscillation spectrum of the laser is narrow is expected. 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。 On the other hand, since the laser has a high coherence, interference fringes synthesized from dividing the light beam may be generated. 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。 For example, illumination equalizing at one of the laser beams ordinary fly's eye lens optical system, interference fringes observed in the irradiated portion. 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。 Further, for example, in the hologram element described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-94839, a portion of the laser beam are superimposed at the irradiated portion, discloses a configuration to suppress the interference, the interference fringes have a configuration of the publication It does not mean there is no. さらに、特開平9−80311号公報に記載の照明装置では、2枚のホログラス素子を使って均一な強度分布を得る光学系を実現している。 Further, in the illumination device described in JP-A-9-80311 realizes an optical system to obtain a uniform intensity distribution by using two Horogurasu element. しかし、一つのレーザ光源であれば効果があるがアレイ光源への応用が不明である。 However, there is an effect if one of the laser light source is applied to the array light source is unknown. 【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。 On the other hand, relatively small are expected laser array light source (especially semiconductor laser array light source) as a high light output laser light source, the illuminance on the irradiated portion by combining the laser array light source and the fly-eye lens, etc. it is possible to configure the homogenized laser illumination optical system. 【0004】レーザ照明光学系において、レーザアレイを光源として用いた場合、光共振器の異なる光源から光が発振されるため、アレイ間の光の干渉は無い。 [0004] In the laser illumination optical system, in the case of using laser array as a light source, the light from the light sources of different optical resonator is oscillated, the interference of light between the arrays is not. このため、干渉縞が被照射部で複数重なることになる。 Therefore, interference fringes will be overlapped more at the irradiated portion. レーザアレイ数が多いほど干渉縞は目立たなくなるが、アレイ数やフライアイレンズ系の組み合わせによっては干渉縞を低減することが難しい。 The laser as fringe number is large array is less noticeable, it is difficult to reduce interference fringes by the combination of the array and the number fly-eye lens system. 【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、請求項1,2に係る発明は、 [0005] [SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, the invention of claim 1 and 2,
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と光利用効率を向上させることができ、照度の均一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。 Reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, it is possible to improve the lighting performance and light utilization efficiency to the irradiated portion, provide a laser illumination optical system can be made uniform illuminance an object of the present invention is to. また、 Also,
請求項3に係る発明は、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、被照射部への光利用効率を高め、広がり角の大きいレーザ光源であっても被照射部への照明性能をさらに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。 The invention according to claim 3 reduces the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, increasing the light use efficiency to the irradiated portion, even greater laser light source divergence angle to the irradiated portion and to provide a laser illumination optical system for illuminating performance can be further improved in. さらに請求項4に係る発明は、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、被照射部への光利用効率を高め、広がり角の大きいレーザ光源であっても被照射部への照明性能をさらに向上させること、また、平行光束化手段の設置許容を高くす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。 Furthermore the invention according to claim 4, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, increasing the light use efficiency to the irradiated portion, an irradiated portion even larger laser source divergence angle it further improve the lighting performance of the, also aims to provide a laser illumination optical system can be increased installation tolerance of collimated means. さらに請求項5に係る発明は、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、被照射部への光利用効率と照明性能を向上させ、かつ、ホログラム素子の設計および作製を容易にす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。 Furthermore the invention according to claim 5, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, to improve the light use efficiency and the lighting performance of the irradiated portion, and the design and fabrication of the hologram element and to provide a laser illumination optical system can be facilitated. さらに請求項6に係る発明は、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、被照射部への光利用効率と照明性能を向上させ、かつ、照明光学系を簡素にす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。 Furthermore the invention according to claim 6 reduces the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, to improve the light use efficiency and the lighting performance of the irradiated portion, and to simplify the illumination optical system and to provide a laser illumination optical system capable. 【0006】請求項7に係る発明は、照明光学系の照度が均一で、レチクルなどへの光利用効率が高く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。 [0006] The invention according to claim 7, the illuminance of the illumination optical system uniformly, and to provide a good exposure apparatus of the light utilization efficiency is high lighting performance to such as a reticle. また、 Also,
請求項8に係る発明は、照明光学系の照度が均一で、干渉縞がなく照度均一性や光利用効率が高いレーザ加工装置を提供することを目的とする。 The invention according to claim 8, the illuminance of the illumination optical system is uniform, and an object thereof is to provide illumination uniformity and light use efficiency without interference fringes high laser machining apparatus. 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)上で干渉縞が発生せず照明性能が良好な投射装置を提供することを目的とする。 Furthermore the invention according to claim 9, the illuminance of the illumination optical system is uniform, the illumination performance without interference fringes generated on the spatial modulator (light valve) is an object to provide a good projection device. 【0007】 【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に係る発明は、少なくとも、複数のレーザ光を出射するレーザアレイ光源と、該レーザアレイ光源と被照射部との間に配設され前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光を矩形状の均一照度の光束に変換して前記被照射部に照射するホログラム素子とを有することを特徴とするものである。 [0007] To achieve the above object, according to an aspect of, the invention according to claim 1 comprises at least a laser array light source that emits a plurality of laser beams, and the laser array light source and the irradiated portion it is characterized in that it has a hologram element that irradiates the irradiated portion with the laser beam of each disposed emitted from the laser array light source is converted into light beams of a rectangular uniform illumination between . また、請求項2に係る発明は、請求項1記載のレーザ照明光学系において、 The invention according to claim 2, in the laser illumination optical system according to claim 1,
前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光は、前記ホログラム素子によってガウシアンプロファイル特性の光束から矩形状の均一強度の光束に変換され、 Laser light of each emitted from the laser array light source is converted from the light beam of Gaussian profile characteristic to the light beam having a uniform intensity of rectangular shape by the hologram element,
かつ、被照射部上で隣接して照明されることを特徴とするものである。 And it is characterized in that the illuminated adjacent on the irradiated portion. 【0008】請求項3に係る発明は、請求項1または2 [0008] The invention according to claim 3, claim 1 or 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ホログラム素子の間に、前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光を平行光束化する平行光束化手段を有することを特徴とするものである。 In the laser illumination optical system according, between the laser array light source the hologram element, characterized in that it has a collimated means of collimated laser beams each emitted from the laser array light source is there. また、 Also,
請求項4に係る発明は、請求項3記載のレーザ照明光学系において、前記平行光束化手段は、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ることを特徴とするものである。 The invention according to claim 4, in the laser illumination optical system according to claim 3, wherein the collimated means is characterized in being constituted by a cylindrical lens array and the cylindrical lens. さらに請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか一つに記載のレーザ照明光学系において、前記ホログラム素子は、2組のホログラム素子で構成され、これらのホログラム素子は互いに格子方向が直交する直線状の格子であることを特徴とするものである。 Furthermore the invention according to claim 5, in the laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the hologram element is composed of two sets of hologram element, these hologram elements with one another lattice directions There is characterized in that a linear grating orthogonal. さらに請求項6に係る発明は、請求項1〜4の何れか一つに記載のレーザ照明光学系において、前記ホログラム素子は1枚のみで構成されたことを特徴とするものである。 Furthermore the invention according to claim 6, in the laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the hologram element is characterized in that is composed of a single. 【0009】請求項7に係る発明は、請求項1〜6の何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。 [0009] The invention according to claim 7, a laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, is characterized in that it comprises a projection lens. また、請求項8に係る発明は、請求項1〜6の何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。 The invention according to claim 8, is characterized in that it comprises a laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, the lens. さらに請求項9に係る発明は、請求項1〜6の何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ものである。 Furthermore the invention according to claim 9, intended to the laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, a color combining unit, and a spatial modulator, comprising the projection lens is there. 【0010】 【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。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Hereinafter, a laser illumination optical system according to the present invention and an exposure apparatus using the laser processing apparatus, the configuration of the projection apparatus, the operation and effect, detail based upon the embodiments shown It will be explained. 【0011】(実施例1)まず、請求項1,2に係る発明の実施例について説明する。 [0011] (Example 1) First, a description will be given of an embodiment of the invention according to claim 1, 2. 図1は請求項1,2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。 Figure 1 is a diagram showing one embodiment of the invention according to claim 1, 2, (a) is a schematic plan view of a laser illumination optical system, (b) is a schematic side view of a laser illumination optical system is there. このレーザ照明光学系は、複数の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11とホログラム素子12からなり、符号13は被照射部を表している。 The laser illumination optical system consists of a laser array light source 11 and the hologram element 12 in which a plurality of laser light emitting portions are arranged in an array, reference numeral 13 denotes an irradiated portion. この被照射部13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、レーザ加工装置ではワークが、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。 The irradiated portion 13 is a portion homogenized light beam is irradiated, the exposure apparatus has an exposure mask (reticle), a work in the laser processing apparatus is a spatial light modulator in a projection apparatus (so-called light valve) is this corresponds to the irradiated portion. 【0012】レーザアレイ光源11は、複数のレーザ発光部として、複数のレーザ光源がアレイ状に配列されたものでも良いし、レーザバーのように複数のレーザ光源が集積化された光源であっても良い。 [0012] The laser array light source 11, a plurality of laser light emitting portion, to a plurality of laser light sources may be those that are arranged in an array, even a light source in which a plurality of laser light sources are integrated as laser bar good. また、複数のレーザ発振部がアレイ状に配列された半導体レーザアレイでも良い。 Further, it may be a plurality of semiconductor laser array laser part are arranged in an array. ホログラム素子12は、レーザアレイ光源から出射される各々のガウシアンプロファイル特性であるレーザ光を被照射部上で矩形状の均一照度の光束に変換させるように機能する。 Hologram element 12, functions to convert the laser beam is a Gaussian profile characteristic of each emitted from the laser array light source into light beams of a rectangular uniform illuminance on the illuminated portion. このホログラム素子12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。 The hologram element 12, the transmission type amplitude grating is constituted by a transmission phase grating or transmissive blazed grating or the like, or exposing interference fringes in the photoresist, respectively, mechanically grooves in the substrate surface such as a glass plate with a diamond cutter it can be produced by, for example for score line. 【0013】ここで、図2、図3を用いてホログラム素子12について説明する。 [0013] Here, FIG. 2, will be described hologram element 12 with reference to FIG. 図2は一つのレーザ光についてホログラム素子12上の照度分布を表す図であり、図3はホログラム素子12を介して照射される光束の被照射部13上の照度分布を表す図である。 Figure 2 is a diagram for one of the laser light represents the illuminance distribution on the hologram element 12, FIG. 3 is a diagram showing an illuminance distribution on the illuminated portion 13 of the light beam irradiated through the hologram element 12. ホログラム素子12は、レーザアレイ光源から入射されるガウシアンプロファイルの照度分布(図2)を有するレーザ光を、均一照度で矩形状の光束(図3)に変換させる。 Hologram element 12 is to convert the laser light having the illuminance distribution of the Gaussian profile that is incident from the laser array light source (FIG. 2), a rectangular light beam with a uniform intensity (Figure 3). ホログラム素子面上で入射光の微細な領域の照度をAとすると、 When the illuminance of the fine areas of the incident light on the hologram element surface and A,
この領域の光強度はA・S A (S Aは微小な領域の面積) The light intensity of the area A · S A (area S A is very small region)
となる。 To become. この光強度は、ホログラムの回折効率を100 The light intensity, the diffraction efficiency of the hologram 100
%と仮定すると、被照射部13に照明された領域で照度B(目標値)となるにはB・S B =A・S A (光強度が変わらないため) より、 S B =(A/B)・S Aとなる。 % Assuming, from the the illuminance B (target value) in the area illuminated on the irradiated portion 13 B · S B = A · S A ( the light intensity is not changed), S B = (A / B) - the S a. 【0014】ホログラム素子面上のどの領域からも回折光が被照射部13で照度Bとなるために、各領域ごとにS Bが決まる。 In order diffracted light from any area on the hologram element surface becomes illuminance B in the irradiated portion 13, the S B determined for each of the areas. これらのS を被照射部13で並べて全体として矩形状になるように回折光の進行方向を決める。 These S B determines the traveling direction of the diffracted light so that a rectangular shape as a whole alongside with the irradiated portion 13. これより、ホログラム素子面の微細な領域ごとに格子方向と格子ピッチが決定される。 From this, the grating direction and the grating pitch is determined for each minute region of the hologram element surface. 本実施例では光源がレーザアレイ光源11であるため、ホログラムのパターンはレーザアレイ数と同じだけ必要となる。 In the present embodiment the light source is a laser array light source 11, the pattern of the hologram is required as much as the number of laser arrays. また、ホログラム素子12としては、レーザアレイ光のピッチと同じようにアレイ化されたホログラムが基板上に設置される。 Further, as the hologram element 12, a hologram that is the same as the array of the pitch of the laser array light it is placed on the substrate. このホログラム素子12を用いることにより、各々のレーザ光は被照射部13で矩形状の領域で照明される。 By using the hologram element 12, each of the laser light is illuminated with a rectangular-shaped area in the irradiated section 13. この際、隣のレーザ光とは被照射部13で隙間無く接することが望ましい。 In this case, it is desirable that the next laser beam contact without a gap in the irradiated portion 13. 【0015】本実施例の構成によれば、ホログラム素子12以外にフライアイレンズのような照度均一化のための光学素子を用いないため、構成部品数が少なくなり照明光学系がコンパクトになる。 [0015] According to the present embodiment, is not used an optical element for illumination equalizing, such as fly-eye lens in addition to the hologram element 12, the illumination optical system the less number of components can be made compact. また、フライアイレンズのような光束を分割して合成する光学系ではないので干渉縞が発生しない。 Also, the interference fringes does not occur because it is not a system that combines and splits the light beam, such as a fly-eye lens. さらに、レーザアレイ光源11の両端のレーザ光も被照射部13で均一照度の光束となるため、全てのレーザ光を被照射部13で利用でき光利用効率が高い。 Further, since the laser beam at both ends of the laser array light source 11 becomes a light beam having a uniform illuminance irradiated section 13, a high all available possible light use efficiency of laser light irradiated portion 13. 【0016】(実施例2)次に請求項3に係る発明の実施例について説明する。 [0016] For embodiments of the invention according to (Embodiment 2) Next claim 3 will be described. 図4は請求項3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。 Figure 4 is a view showing one embodiment of the invention according to claim 3, (a) is a schematic plan view of a laser illumination optical system, (b) is a schematic side view of a laser illumination optical system. このレーザ照明光学系は、複数の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21と平行光束化手段23とホログラム素子22からなり、符号13は被照射部を表している。 The laser illumination optical system comprises a plurality of laser array light source 21 and collimated means 23 hologram element 22 where the laser light emitting portion are arranged in an array, reference numeral 13 denotes an irradiated portion. この被照射部13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、レーザ加工装置ではワークが、投射装置では空間光変調器(ライトバルブ)がこの被照射部に該当する。 The irradiated portion 13 is a portion homogenized light beam is irradiated, the exposure apparatus has an exposure mask (reticle), a work in the laser processing apparatus is a projection device spatial light modulator (light valve) is the corresponding to the irradiated portion. 【0017】レーザアレイ光源21は、複数のレーザ発光部として、複数のレーザ光源がアレイ状に配列されたものでも良いし、レーザバーのように複数のレーザ光源が集積化された光源であっても良い。 The laser array light source 21, a plurality of laser light emitting portion, to a plurality of laser light sources may be those that are arranged in an array, even a light source in which a plurality of laser light sources are integrated as laser bar good. また、複数のレーザ発振部がアレイ状に配列された半導体レーザアレイでも良い。 Further, it may be a plurality of semiconductor laser array laser part are arranged in an array. ホログラム素子22は、実施例1で説明したホログラム素子と同様に、レーザアレイ光源21から出射される各々のガウシアンプロファイル特性であるレーザ光を被照射部13上で矩形状の均一照度の光束に変換させるように機能する。 Hologram element 22, similar to the hologram element described in Example 1, converts the laser beam is a Gaussian profile characteristic of each emitted from the laser array light source 21 into light beams of a rectangular uniform illuminance on the illuminated portion 13 functions to. また、本実施例では平行光束化手段23として、2次元のレンズパワーを有するレンズがアレイ状に配列されたコリメートレンズアレイ23で構成している。 Further, as the collimated means 23 in the present embodiment, a lens having a two-dimensional lens power is constituted by a collimating lens array 23 arranged in an array. 【0018】本実施例の構成によれば、ホログラム素子22以外にフライアイレンズのような照度均一化のための光学素子を用いないため、構成部品数が少なくなり照明光学系がコンパクトになる。 [0018] According to the present embodiment, is not used an optical element for illumination equalizing, such as fly-eye lens in addition to the hologram element 22, the illumination optical system the less number of components can be made compact. また、フライアイレンズのような光束を分割して合成する光学系ではないので干渉縞が発生しない。 Also, the interference fringes does not occur because it is not a system that combines and splits the light beam, such as a fly-eye lens. さらに、レーザアレイ光源21の両端のレーザ光も被照射部13で均一照度の光束となるため、全てのレーザ光を被照射部で利用でき光利用効率が高い。 Further, the laser the laser beam across the array light source 21 for the light beam uniform illuminance irradiated section 13, a high all available possible light use efficiency of laser light irradiated portion. また、平行光束化手段としてコリメートレンズアレイ23を有するため、レーザアレイ光源21の各レーザ光が比較的大きな広がり角を有していたとしてもホログラム素子22へ平行光束を入射させることができるため、ホログラムの設計が容易になり、かつ、ホログラム素子22の光軸方向の設置自由度を高くすることができる。 Moreover, since it has a collimating lens array 23 as collimated means, it is possible also to incident parallel light beam to the hologram element 22 as the laser beam of the laser array light source 21 has a relatively large spread angle, It simplifies the design of the hologram, and it is possible to increase the degree of freedom of installation of the optical axis of the hologram element 22. 【0019】(実施例3)次に請求項4に係る発明の実施例について説明する。 [0019] (Example 3) Next, Embodiment of the invention according to claim 4 will be described. 図5は請求項4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。 Figure 5 is a view showing one embodiment of the invention according to claim 4, (a) is a schematic plan view of a laser illumination optical system, (b) is a schematic side view of a laser illumination optical system. このレーザ照明光学系は、複数の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21と平行光束化手段31,32とホログラム素子22からなり、符号13は被照射部を表している。 The laser illumination optical system comprises a plurality of laser array light source 21 and collimated units 31 and 32 hologram element 22 where the laser light emitting portion are arranged in an array, reference numeral 13 denotes an irradiated portion. この被照射部1 The irradiated section 1
3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、レーザ加工装置ではワークが、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。 3 is a moiety uniform light beam is irradiated, the exposure apparatus has an exposure mask (reticle), a work in the laser processing apparatus is a spatial light modulator in a projection apparatus (so-called light valve) is the irradiated portion corresponding to. 【0020】レーザアレイ光源21は、複数のレーザ発光部として、複数のレーザ光源がアレイ状に配列されたものでも良いし、レーザバーのように複数のレーザ光源が集積化された光源であっても良い。 The laser array light source 21, a plurality of laser light emitting portion, to a plurality of laser light sources may be those that are arranged in an array, even a light source in which a plurality of laser light sources are integrated as laser bar good. また、複数のレーザ発振部がアレイ状に配列された半導体レーザアレイでも良い。 Further, it may be a plurality of semiconductor laser array laser part are arranged in an array. ホログラム素子22は、実施例1で説明したホログラム素子と同様に、レーザアレイ光源21から出射される各々のガウシアンプロファイル特性であるレーザ光を被照射部13上で矩形状の均一照度の光束に変換させるように機能する。 Hologram element 22, similar to the hologram element described in Example 1, converts the laser beam is a Gaussian profile characteristic of each emitted from the laser array light source 21 into light beams of a rectangular uniform illuminance on the illuminated portion 13 functions to. また、本実施例では平行光束化手段23として、シリンドリカルレンズアレイ31とシリンダーレンズ32を用いているため、シリンドリカルレンズアレイ31は図5(b)の紙面上下方向の設置が容易になり、また、シリンダーレンズ32は図5(a)の紙面上で上下方向の設置許容が広くなる。 Further, as the collimated means 23 in this embodiment, the use of the cylindrical lens array 31 and the cylinder lens 32, the cylindrical lens array 31 becomes easy installation of the up-down direction of FIG. 5 (b), also, cylinder lens 32 vertical installation allowed on the paper surface of FIGS. 5 (a) is widened. 【0021】本実施例の構成によれば、ホログラム素子22以外にフライアイレンズのような照度均一化のための光学素子を用いないため、構成部品数が少なくなり照明光学系がコンパクトになる。 [0021] According to the present embodiment, is not used an optical element for illumination equalizing, such as fly-eye lens in addition to the hologram element 22, the illumination optical system the less number of components can be made compact. また、フライアイレンズのような光束を分割して合成する光学系ではないので干渉縞が発生しない。 Also, the interference fringes does not occur because it is not a system that combines and splits the light beam, such as a fly-eye lens. さらに、平行光束化手段23として、シリンドリカルレンズアレイ31とシリンダーレンズ32を用いるため、レーザアレイ光源21の各レーザ光が比較的大きな広がり角を有していたとしてもホログラム素子22へ平行光束を入射させることができるため、ホログラムの設計が容易になり、かつ、ホログラム素子22の光軸方向の設置自由度を高くすることができる。 Furthermore, the collimated means 23, for using the cylindrical lens array 31 and the cylinder lens 32, also the incident parallel light beam to the hologram element 22 as the laser beam of the laser array light source 21 has a relatively large spread angle since it is possible to makes it easier to design a hologram, and it is possible to increase the degree of freedom of installation of the optical axis of the hologram element 22. また、レーザアレイ光源21の両端のレーザ光も被照射部13で均一照度の光束となるため、全てのレーザ光を被照射部13で利用できるため光利用効率が高い。 Further, since the laser beam at both ends of the laser array light source 21 becomes a light beam having a uniform illuminance irradiated section 13, a high light utilization efficiency because it can use all the laser beam at the irradiated portion 13. 【0022】(実施例4)次に請求項5に係る発明の実施例について説明する。 [0022] (Example 4) Next, Embodiment of the invention according to claim 5 will be described. 図6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。 Figure 6 is a diagram showing an embodiment of the claimed invention. 5, (a) shows the schematic plan view of a laser illumination optical system, (b) is a schematic side view of a laser illumination optical system. このレーザ照明光学系は、複数の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21と平行光束化手段23と2組のホログラム素子41a,4 The laser illumination optical system includes a plurality of laser array light source 21 and collimated means 23 laser emitting unit are arranged in an array with two sets of hologram element 41a, 4
1bからなり、符号13は被照射部を表している。 It consists 1b, reference numeral 13 denotes an irradiated portion. この被照射部13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、レーザ加工装置ではワークが、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。 The irradiated portion 13 is a portion homogenized light beam is irradiated, the exposure apparatus has an exposure mask (reticle), a work in the laser processing apparatus is a spatial light modulator in a projection apparatus (so-called light valve) is this corresponds to the irradiated portion. 【0023】レーザアレイ光源21は、複数のレーザ発光部として、複数のレーザ光源がアレイ状に配列されたものでも良いし、レーザバーのように複数のレーザ光源が集積化された光源であっても良い。 The laser array light source 21, a plurality of laser light emitting portion, to a plurality of laser light sources may be those that are arranged in an array, even a light source in which a plurality of laser light sources are integrated as laser bar good. また、複数のレーザ発振部がアレイ状に配列された半導体レーザアレイでも良い。 Further, it may be a plurality of semiconductor laser array laser part are arranged in an array. また、本実施例では平行光束化手段23として、実施例2(図4)で説明した2次元のレンズパワーを有するレンズがアレイ状に配列されたコリメートレンズアレイを用いているが、実施例3(図5)で説明したシリンドリカルレンズアレイとシリンダーレンズの組合せで構成しても良い。 Further, as the collimated means 23 in this embodiment, the second embodiment has a lens having a two-dimensional lens power described in (4) is using the collimating lens array arranged in an array, Example 3 it may be constituted by a combination of the cylindrical lens array and cylinder lens described in (Figure 5). また、平行光束化手段自体を省略することも可能である。 It is also possible to omit the collimated means itself. 【0024】本実施例では、2組のホログラム素子41 [0024] In this embodiment, two sets of hologram element 41
a,41bを用いており、この2組のホログラム素子4 a, is used to 41b, the two sets of hologram element 4
1a,41bは、1枚のホログラム基板41の表裏に作製しているが、ホログラム素子41a,41bがそれぞれ形成された2枚のホログラム基板を使っても良い。 1a, 41b is being produced on both sides of a single hologram substrate 41, the hologram element 41a, 41b may be using two hologram substrate formed respectively. 図6ではホログラム基板41の表側のホログラム素子41 Figure 6, the front side of the hologram element 41 of the hologram substrate 41
aにレーザアレイ方向の光束を均一化させるホログラム、すなわち、図6(a)で紙面厚さ方向に回折格子が並んでいる。 Hologram to uniform the light flux of the laser array direction a, that is, are arranged diffraction grating to the paper thickness direction in FIG. 6 (a). 一方、レーザアレイ厚さ方向(レーザアレイ方向に垂直な方向)の均一化はホログラム基板41の裏側のホログラム素子41bで行っている。 On the other hand, uniformity of laser arrays thickness direction (direction perpendicular to the laser array direction) is performed by the hologram element 41b of the back side of the hologram substrate 41. ホログラム素子41bの格子方向は図6(b)で紙面厚さ方向に並んでいる。 Lattice direction of the hologram element 41b is arranged in the paper thickness direction in FIG. 6 (b). 尚、ホログラム基板41の表裏のホログラム素子41a,41bの配置は一例であって、本実施例とは逆の組み合わせであっても差し支えない。 Incidentally, the front and rear of the hologram element 41a of the hologram substrate 41, a configuration is an example of 41b, no problem be reversed combinations with this embodiment. 【0025】本実施例の構成によれば、2組のホログラム素子41a,41b以外にフライアイレンズのような照度均一化のための光学素子を用いないため、構成部品数が少なくなり照明光学系がコンパクトになる。 [0025] According to the present embodiment, two sets of hologram element 41a, is not used an optical element for illumination equalizing, such as fly-eye lens in addition to 41b, the illumination optical system becomes fewer components There becomes compact. 特に図6に示すように1枚のホログラム基板41の表裏面に2 Particularly 2 to the front and back surfaces of the single hologram substrate 41 as shown in FIG. 6
組のホログラム素子41a,41bを設けた構成とした場合、照明光学系はより一層小型にすることができる。 Set of hologram element 41a, when the structure provided with 41b, the illumination optical system can be made more compact.
レーザアレイ光はレーザアレイ方向に垂直な方向を強度変換させるホログラム素子で対応するため基本的に被照射部で干渉縞が発生しない。 The laser array light essentially interference fringe irradiated portion in order to correspond with the hologram element to intensity conversion and a direction perpendicular to the laser array direction is not generated. さらに、平行光束化手段2 Further, collimated means 2
3を有する場合には、レーザアレイ光源21の各レーザ光が比較的大きな広がり角を有していたとしてもホログラム素子41a,41bへ平行光束を入射させることができるため、ホログラムの設計が容易になり、かつ、ホログラム素子の光軸方向の設置自由度を高くすることができる。 When having 3, because it can also be incident parallel beam hologram element 41a, to 41b as the laser beam of the laser array light source 21 has a relatively large spread angle, design easy hologram It becomes, and it is possible to increase the degree of freedom of installation of the optical axis of the hologram element. また、レーザアレイ光源21の両端のレーザ光も被照射部13で均一照度の光束となるため、全てのレーザ光を被照射部13で利用できるため光利用効率が高い。 Further, since the laser beam at both ends of the laser array light source 21 becomes a light beam having a uniform illuminance irradiated section 13, a high light utilization efficiency because it can use all the laser beam at the irradiated portion 13. さらに本実施例では、2組のホログラム素子41 Further, in this embodiment, two sets of hologram element 41
a,41bを用いるため直線状のホログラムで良い。 a, 41b may be a straight hologram for use. また、レーザアレイ方向とこれに直交する方向のホログラムは個別に設計できる。 Further, the hologram perpendicular to the laser array direction can be designed individually. また、直線状のホログラムであるため電子ビーム描画などで作製しやすくなる。 Also, easily fabricated by electron beam drawing for a straight hologram. 【0026】(実施例5)次に請求項6に係る発明の実施例について図4を参照して説明する。 [0026] (Example 5) will now be described with reference to FIG. 4 for the embodiment of the invention according to claim 6. 図4に示すレーザ照明光学系は、複数の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21と平行光束化手段23とホログラム素子22からなり、符号13は被照射部を表している。 Laser illumination optical system shown in FIG. 4, a plurality of laser array light source 21 and collimated means 23 hologram element 22 where the laser light emitting portion are arranged in an array, reference numeral 13 denotes an irradiated portion. この被照射部13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、レーザ加工装置ではワークが、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。 The irradiated portion 13 is a portion homogenized light beam is irradiated, the exposure apparatus has an exposure mask (reticle), a work in the laser processing apparatus is a spatial light modulator in a projection apparatus (so-called light valve) is this corresponds to the irradiated portion. 【0027】レーザアレイ光源21は、複数のレーザ発光部として、複数のレーザ光源がアレイ状に配列されたものでも良いし、レーザバーのように複数のレーザ光源が集積化された光源であっても良い。 The laser array light source 21, a plurality of laser light emitting portion, to a plurality of laser light sources may be those that are arranged in an array, even a light source in which a plurality of laser light sources are integrated as laser bar good. また、複数のレーザ発振部がアレイ状に配列された半導体レーザアレイでも良い。 Further, it may be a plurality of semiconductor laser array laser part are arranged in an array. また、本実施例では平行光束化手段23として、2次元のレンズパワーを有するレンズがアレイ状に配列されたコリメートレンズアレイで構成しているが、 Further, as the collimated means 23 in this embodiment, the lens having a two-dimensional lens power is constituted by a collimating lens array arranged in an array,
平行光束化手段は無くても良い。 Collimated means may be omitted. 【0028】ホログラム素子22は一枚のホログラムによってレーザアレイ光源21の各レーザ光(図では各コリメート光)をガウシアンプロファイルから均一照度分布で矩形状の光束に変換する。 The hologram element 22 converts the laser beam of the laser array light source 21 by a single hologram (each collimated light in the figure) in a rectangular shape of the light beam with a uniform illuminance distribution from a Gaussian profile. また、各矩形状の光束は隣り合う光束と被照射部13で接するようになっている。 Further, the light flux of the rectangular is intended to contact a light beam adjacent the irradiated portion 13. 【0029】本実施例の構成によれば、照度均一化のためのホログラム素子22は一枚のみで構成するため、照明光学系の構成部品数が少なくなり照明系がコンパクトになる。 [0029] According to the present embodiment, since the hologram element 22 for illumination equalizing is constituted by only one, illumination system reduces the number of components of the illumination optical system becomes compact. また、フライアイ光学系のように光束を分割して合成する光学系ではないので干渉縞が発生しない。 Also, the interference fringes does not occur because it is not a system that combines by dividing the luminous flux as the fly's eye optical system. さらに、レーザアレイ光源の両端のレーザ光も被照射部1 Further, the laser light is also irradiated portion 1 at both ends of the laser array light source
3で均一照度の光束となるため、全てのレーザ光を被照射部13で利用でき光利用効率が高い。 Since the light beam uniform illuminance 3, a high utilization can light use efficiency all the laser beam at the irradiated portion 13. 【0030】(実施例6)次に請求項7に係る発明の実施例について説明する。 [0030] (Example 6) Next, Embodiment of the invention according to claim 7 will be described. 図7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、101は実施例1〜5(請求項1〜請求項6)のうちの何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。 Figure 7 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus according to an embodiment of the invention according to claim 7, reference numeral 100 in the figure laser array light source, 101 Example 1-5 (claim 1 to claim 6) laser illumination optical system using the configuration according to any one of the reticle is irradiated portion 102, 103 is a projection lens, 104 is a substrate stage. 【0031】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、レーザ照明光学系1 [0031] In the exposure apparatus of this embodiment, the laser array light from the laser array light source 100, a laser illumination optical system 1
01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。 A uniform irradiance on the reticle 102 is irradiated portion by 01. レチクル102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(フォトマスク)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などに露光される。 The reticle 102 is that of the exposure mask (photomask) which is used to expose a circuit pattern on a wafer in the fabrication process of the semiconductor device, the pattern of the reticle 102 is placed on the substrate stage 104 by the projection lens 103 It was exposed, such as the wafer. 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。 Further, to adjust the exposure position in the substrate stage 104 to expose the desired position of the wafer. 【0032】本実施例の露光装置では、照明光学系に実施例1〜5(請求項1〜請求項6)のうちの何れか一つに記載の構成を用いたレーザ照明光学系101を用いるため、レチクル面上で干渉縞が発生せず、また、光利用効率の高い露光を行うことができる。 [0032] In the exposure apparatus of this embodiment, a laser illumination optical system 101 using the configuration according to any one of the embodiments in the illumination optical system Examples 1-5 (claim 1 to claim 6) Therefore, no interference fringes generated on the reticle surface, and can perform high exposure light utilization efficiency. 従って、照明光学系の照度が均一で、レチクルなどへの光利用効率が高く照明性能の良好な露光装置を実現することができる。 Therefore, the illuminance of the illumination optical system uniformly, it is possible to realize a good exposure apparatus of the light utilization efficiency is high lighting performance to such as a reticle. 【0033】(実施例7)次に請求項8に係る発明の実施例について説明する。 [0033] For embodiments of the invention according to Example 7 and then according to claim 8 will be described. 図8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、101は実施例1〜 Figure 8 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the invention according to claim 8, reference numeral 100 in the figure laser array light source, 101 Example 1
5(請求項1〜請求項6)のうちの何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、10 5 (claims 1 6) laser illumination optical system using the configuration according to any one of the, 105 lenses, 10
6はワークである。 6 is a work. 【0034】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1〜5(請求項1〜請求項6)のうちの何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1 [0034] In the laser machining apparatus of this embodiment, a laser illumination optical system according to any one of the laser beam embodiment of the laser array light source 100 1-5 (claim 1 to claim 6) into a uniform beam, the workpiece 1 by the lens 105
06に縮小または拡大して照射される。 06 is irradiated with reduced or enlarged to. 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。 The focusing spot can surface processing and cutting of the workpiece 106. また、 Also,
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することができる。 Or replace the lens 105 to the projection lens, or in an arrangement to direct the work the irradiated portion, it is possible to uniform illumination over a wide range of workpiece 106 can also be used as a laser annealing. 【0035】本実施例の露光装置では、照明光学系に実施例1〜5(請求項1〜請求項6)のうちの何れか一つに記載の構成を用いたレーザ照明光学系101を用いるため、ワーク上で干渉縞が発生せず、また、光利用効率が高い。 [0035] In the exposure apparatus of this embodiment, a laser illumination optical system 101 using the configuration according to any one of the embodiments in the illumination optical system Examples 1-5 (claim 1 to claim 6) Therefore, the interference fringe is not generated on the work, also, the light utilization efficiency is high. 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。 Therefore, it is possible to perform good laser machining and laser annealing. したがって、照明光学系の照度が均一で、干渉縞がなく照度均一性や光利用効率が高いレーザ加工装置を実現することができる。 Therefore, the illuminance of the illumination optical system is uniform, illumination uniformity and light use efficiency is no interference fringes can achieve a high laser machining apparatus. 【0036】(実施例8)次に請求項9に係る発明の実施例について説明する。 [0036] (Example 8) will now be described embodiments of the invention according to claim 9. 図9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。 Figure 9 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus according to an embodiment of the invention according to claim 9. 本実施例の投射装置は、レーザアレイ光源100r,100g,1 Projection apparatus of this embodiment, the laser array light source 100r, 100 g, 1
00bと、実施例1〜5(請求項1〜請求項6)のうちの何れか一つに記載の構成を用いたレーザ照明光学系1 00b and Example 1-5 (claim 1 to claim 6) laser illumination optical system using the configuration described in any one of 1
10r、110g、110bと、色合成手段113と、 10r, 110g, and 110b, a color combining unit 113,
空間変調器(ライトバルブ)114と、投射レンズ11 Spatial modulator (light valve) 114, a projection lens 11
5で構成されている。 It is composed of 5. 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。 Further, reference numeral 116 a field lens, but used to put the image light from the light valve 114 to efficiently projection lens pupil is not always necessary. 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。 As the color combining means 113 may be used dichroic prism or a dichroic mirror. 【0037】本実施例では、レーザ照明光学系110 [0037] In this embodiment, the laser illumination optical system 110
r、110g、110bは、例えば平行光束化手段11 r, 110g, 110b, for example collimated means 11
1r,111g,111bとホログラム素子112r, 1r, 111g, 111b and hologram element 112r,
112g,112bで構成されている。 112g, are composed of 112b. すなわち本実施例では、前述の通り、ホログラム素子112r,112 That is, in this embodiment, as described above, the hologram element 112r, 112
g,112bでレーザアレイ光源100r,100g, g, the laser array light source 112b 100r, 100g,
100bのアレイ厚さ方向(アレイ直交方向)の強度分布を変換し、アレイ方向は所定のピッチで隣接ビームを重ね合わせて照度均一化させる。 Converts the intensity distribution of 100b of array thickness direction (array direction orthogonal), the array direction causes illumination equalizing by overlapping adjacent beams at a predetermined pitch. このレーザ照明光学系110r、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均一照明を行うことができる。 The laser illumination optical system 110r, 110g, interference fringes in the light valve 114 side is irradiated portion Using 110b can perform uniform illumination not generated. また、ホログラム素子112r,1 In addition, the hologram element 112r, 1
12g,112bは図9の紙面厚さ方向(紙面に垂直方向)の強度均一化だけ行い、ホログラム素子112r, 12 g, 112b performs only intensity equalizing the paper thickness direction (perpendicular to the paper surface direction) of FIG. 9, the hologram element 112r,
112g,112bと色合成手段113の間にレンズアレイを用いても良い。 112 g, it may be used a lens array between 112b and the color synthesis unit 113. 【0038】レーザ照明光学系110r、110g、1 The laser illumination optical system 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。 Light beam from 10b is incident on the color combining unit 113, the red (R) in the color combining unit 113, the green (G), 3-color laser beam of blue (B) is synthesized. 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) Light valve 114 is illuminated by the three colors of the combined light, screen with spatially modulated image projection lens 115 Ride valve 114 (not shown)
に投影される。 It is projected to. 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。 The light valve 114 may for example be a liquid crystal element is used. また、図9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。 Although it illustrates the light valve of transmission in FIG. 9 may be configured to branch by the polarizing beam splitter the projected light and the illumination light by using a reflective light valve. 【0039】また、本実施例では単板のライトバルブ1 Further, the light valve 1 of a single plate in this embodiment
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。 We are using the 14, but may be to use the three light valves. 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。 Although not shown, in the case of 3-plate type, in a light valve disposed in an irradiated portion of one laser array light source of the laser illumination optical system, a color synthesizing means the image light from the three light valves (e.g., dichroic prism) combined is projected onto a screen by the projection lens. 【0040】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。 [0040] In the projection apparatus of the present embodiment, since the light source is a laser array light source, it can be a high output by increasing the number of arrays even small individual laser power. また、 Also,
本実施例のように、レーザアレイ光源のレーザアレイ厚さ方向(アレイ直交方向)の光束をホログラム素子11 As in this embodiment, the hologram element 11 the light beam of the laser array of the laser array light sources thickness direction (array direction perpendicular)
2r,112g,112b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。 2r, 112 g, if the conversion of the intensity distribution in 112b, since it is uniform illumination without occurrence of interference fringe on the light valve 114, it is possible to realize a highly bright display quality projector. 【0041】 【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、複数のレーザ光を出射するレーザアレイ光源と、該レーザアレイ光源と被照射部との間に配設され前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光を矩形状の均一照度の光束に変換して前記被照射部に照射するホログラム素子とを有することを特徴としており、レーザアレイ光をホログラム素子により均一照度で矩形状の光束にして被照射部に照射するので、被照射部で干渉縞が発生しにくく、コンパクトで光利用効率が高い照明光学系になる。 [0041] As described above, according to the present invention, in claim 1 the laser illumination optical system according, at least, between the laser array light source that emits a plurality of laser beams, and the laser array light source and the irradiated portion and characterized in that the laser beam of each disposed emitted from the laser array light source is converted into light beams of a rectangular uniform illumination and a hologram element for irradiating the irradiated portion in the laser array light since irradiation with the rectangular light beam at a uniform illuminance by the hologram element irradiated portion, hardly interference fringes at the irradiated portion is generated, light use efficiency is high illumination optical system compact. また、請求項2 Further, according to claim 2
記載のレーザ照明光学系では、請求項1の構成に加えて、前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光は、前記ホログラム素子によってガウシアンプロファイル特性の光束から矩形状の均一強度の光束に変換され、かつ、被照射部上で隣接して照明されることを特徴としており、レーザアレイ光をホログラム素子により均一照度で矩形状の光束にして被照射部で隣接光束と並ぶように照明するため、被照射部で干渉縞が発生しにくく、コンパクトで光利用効率が高い照明光学系になる。 The laser illumination optical system according, in addition to the first aspect, the laser light of each emitted from the laser array light source, converts the light beam of a Gaussian profile characteristic by the hologram element in the light beam of uniform intensity of rectangular shape It is, and is characterized in that it is illuminated adjacent on the irradiated portion, for illuminating to line up with adjacent light flux of the laser array light into a rectangular shape of the light beam at a uniform illuminance by the hologram element at the irradiated portion hardly interference fringes at the irradiated portion is generated, light use efficiency is high illumination optical system compact.
従って請求項1,2に係る発明によれば、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と光利用効率を向上させることができ、照度の均一化を図ることができるレーザ照明光学系を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 1, 2, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, it is possible to improve the lighting performance and light utilization efficiency to the irradiated portion, the illuminance it is possible to realize a laser illumination optical system can be made uniform. 【0042】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ホログラム素子の間に、前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光を平行光束化する平行光束化手段を有することを特徴としており、レーザアレイ光をホログラム素子により均一照度で矩形状の光束にして被照射部で隣接ビームと並ぶように照明するため、被照射部で干渉縞が発生しにくく、コンパクトで光利用効率が高い照明光学系になる。 [0042] In claim 3 laser illumination optical system according, in addition to the structure according to claim 1 or 2, between the laser array light source and the hologram element, a laser beam of each emitted from the laser array light source It is characterized by having a collimated means of collimated, for illuminating to by the laser array light into a rectangular shape of the light beam at a uniform illuminance by the hologram element arranged between adjacent beams at the irradiated portion in the irradiated portion interference fringes hardly occurs, light use efficiency is high illumination optical system compact. また、平行光束化手段を用いるため、ホログラム素子の設置が楽になる。 Moreover, since the use of collimated means, installation of the hologram element becomes easy. 従って請求項3に係る発明によれば、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、被照射部への光利用効率を高め、広がり角の大きいレーザ光源であっても被照射部への照明性能をさらに向上させることができるレーザ照明光学系を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 3, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, increasing the light use efficiency to the irradiated portion, even greater laser light source divergence angle to be it is possible to realize a laser illumination optical system capable of further improving the illumination performance of the irradiation unit. 【0043】請求項4記載のレーザ照明光学系では、請求項3の構成に加えて、前記平行光束化手段は、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ることを特徴としており、レーザアレイ光をホログラム素子により均一照度で矩形状の光束にして被照射部で隣接ビームと並ぶように照明するため、被照射部で干渉縞が発生しにくく、コンパクトで光利用効率が高い照明光学系になる。 [0043] In claim 4 laser illumination optical system according, in addition to the structure of claim 3, wherein the collimated means is characterized by being a cylindrical lens array and the cylindrical lens, the laser array light for illuminating in alignment with the adjacent beams in the rectangular shape of the light beam at a uniform illuminance by the hologram element at the irradiated portion, hardly interference fringes at the irradiated portion is generated, light use efficiency is high illumination optical system compact. また、シリンドリカルレンズとシリンダーレンズによる平行光束手段を用いるため、ホログラム素子の設置が楽になり、平行光束化手段の設置許容も高い。 Moreover, since the use of parallel beam means by the cylindrical lens and the cylinder lens, the installation of the hologram element is easier, high installation tolerance of collimated means.
従って請求項4に係る発明によれば、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、被照射部への光利用効率を高め、広がり角の大きいレーザ光源であっても被照射部への照明性能をさらに向上させること、また、平行光束化手段の設置許容を高くすることができるレーザ照明光学系を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 4, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, increasing the light use efficiency to the irradiated portion, even greater laser light source divergence angle to be it further improve the lighting performance of the irradiation unit, further, it is possible to realize a laser illumination optical system can be increased installation tolerance of collimated means. 【0044】請求項5記載のレーザ照明光学系では、請求項1〜4の何れか一つの構成に加えて、前記ホログラム素子は、2組のホログラム素子で構成され、これらのホログラム素子は互いに格子方向が直交する直線状の格子であることを特徴としており、レーザアレイ光をホログラム素子により均一照度で矩形状の光束にして被照射部で隣接ビームと並ぶように照明するため、被照射部で干渉縞が発生しにくく、コンパクトで光利用効率が高い照明光学系になる。 [0044] In claim 5 laser illumination optical system according, in addition to any one of the configurations of claims 1 to 4, wherein the hologram element, two sets of which consists of a hologram element, these hologram element lattice to one another and characterized in that a linear grating which directions are perpendicular, for illuminating the laser array light so as to be aligned with the adjacent beam irradiated portion in the rectangular shape of the light beam at a uniform illuminance by the hologram element, in the irradiated portion interference fringes hardly occurs, light use efficiency is high illumination optical system compact. また、直線状のホログラム素子2枚で構成するため、ホログラムの作製が容易になる。 Also, for constitution with two linear hologram element facilitates fabrication of a hologram. 従って請求項5に係る発明によれば、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、被照射部への光利用効率と照明性能を向上させ、かつ、ホログラム素子の設計および作製を容易にすることができるレーザ照明光学系を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 5, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, to improve the light use efficiency and the lighting performance of the irradiated portion, and the hologram element design and it is possible to realize a laser illumination optical system that can facilitate the fabrication. 【0045】請求項6記載のレーザ照明光学系では、請求項1〜4の何れか一つの構成に加えて、前記ホログラム素子は1枚のみで構成されたことを特徴としており、 [0045] In claim 6 the laser illumination optical system according, in addition to any one of the configurations of claims 1 to 4, wherein the hologram element is characterized in that it is composed of a single,
レーザアレイ光をホログラム素子により均一照度で矩形状の光束にして被照射部で隣接ビームと並ぶように照明するため、被照射部で干渉縞が発生しにくい。 For illuminating the laser array light so as to be aligned with the adjacent beam irradiated portion in the rectangular shape of the light beam at a uniform illuminance by the hologram element, the interference fringes are hardly generated in the irradiated portion. さらに、 further,
ホログラム素子を1枚で構成するため、光利用効率が高く、構成部品数も少なくなり照明光学系が簡素になる。 To configure the hologram element in one, light use efficiency is high, the components number also reduces the illumination optical system is simplified.
従って請求項6に係る発明によれば、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、被照射部への光利用効率と照明性能を向上させ、かつ、照明光学系を簡素にすることができるレーザ照明光学系を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 6, reducing the interference fringes due to the light flux of the array vertical laser array light source, to improve the light use efficiency and the lighting performance of the irradiated portion, and simplify the illumination optical system it is possible to realize a laser illumination optical system can be made. 【0046】請求項7記載の露光装置では、請求項1〜 [0046] In the exposure apparatus according to claim 7, wherein the claim 1
6の何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しており、レーザアレイ光源のアレイ垂直方向の光束を変調ピッチのホログラム素子でビームプロファイルを変換させるため、レチクル面で干渉縞が発生しにくく照明性能が良い露光装置となる。 A laser illumination optical system according to any one of 6, is characterized by including a projection lens, for converting the beam profile of light beams of the array vertical laser array light source in the hologram element of modulation pitch, reticle lighting performance in terms interference fringes hardly occurs is a good exposure apparatus. 従って請求項7に係る発明によれば、照明光学系の照度が均一で、レチクルなどへの光利用効率が高く照明性能の良好な露光装置を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 7, a uniform illuminance of the illumination optical system, it is possible to realize a good exposure apparatus of the light utilization efficiency is high lighting performance to such as a reticle. 【0047】請求項8記載のレーザ加工装置では、請求項1〜6の何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しており、レーザアレイ光源のアレイ垂直方向の光束を変調ピッチのホログラム素子でビームプロファイルを変換させるため、ワーク上で干渉縞が発生しにくく照明性能が良いレーザ加工装置となる。 [0047] In the laser machining apparatus according to claim 8, the laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, the lens is characterized by including a array vertical laser array light source for converting the beam profile of light beam in the hologram element of modulation pitch, the illumination performance interference fringes on the work hardly occurs is a good laser machining apparatus. 従って請求項8に係る発明によれば、照明光学系の照度が均一で、干渉縞がなく照度均一性や光利用効率が高いレーザ加工装置を実現することができる。 Therefore, according to the invention of claim 8, the illuminance of the illumination optical system is uniform, illumination uniformity and light use efficiency is no interference fringes can achieve a high laser machining apparatus. 【0048】請求項9記載の投射装置では、請求項1〜 [0048] In the projection apparatus according to claim 9, wherein the claim 1
6の何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しており、レーザアレイ光源のアレイ垂直方向の光束を変調ピッチのホログラム素子でビームプロファイルを変換させるため、ライトバルブ面で干渉縞が発生しにくく照明性能が良い投射装置となる。 A laser illumination optical system according to any one of 6, the color synthesizing means, the spatial modulator (light valve), is characterized by including a projection lens, a light beam array vertical laser array light source for converting the beam profile in the hologram element of modulation pitch, the illumination performance interference fringes light valve surface is unlikely to occur is a good projection device. 従って請求項9に係る発明によれば、照明光学系の照度が均一で、空間変調器(ライトバルブ)上で干渉縞が発生せず照明性能が良好な投射装置を実現することができる。 Therefore, according to the invention according to claim 9, the illuminance of the illumination optical system is uniform, it is possible to illuminate the performance without the interference fringes generated on the spatial modulator (light valve) to realize a good projection device.

【図面の簡単な説明】 【図1】請求項1,2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、 A diagram showing an embodiment BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [Figure 1] The invention according to claim 1, 2, (a) is a schematic plan view of a laser illumination optical system,
(b)はレーザ照明光学系の概略側面構成図である。 (B) is a schematic side view of a laser illumination optical system. 【図2】レーザアレイ光源から出射される一つのレーザ光についてホログラム素子上の照度分布を表す図である。 Is a diagram showing an illuminance distribution on the hologram element for Figure 2 one of the laser beam emitted from the laser array light source. 【図3】ホログラム素子を介して照射される光束の被照射部上の照度分布を表す図である。 3 is a diagram representing the illuminance distribution on the illuminated portion of the light beam irradiated through the hologram element. 【図4】請求項3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、 [4] A diagram showing one embodiment of the invention according to claim 3, (a) is a schematic plan view of a laser illumination optical system,
(b)はレーザ照明光学系の概略側面構成図である。 (B) is a schematic side view of a laser illumination optical system. 【図5】請求項4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、 [5] A diagram showing one embodiment of the invention according to claim 4, (a) is a schematic plan view of a laser illumination optical system,
(b)はレーザ照明光学系の概略側面構成図である。 (B) is a schematic side view of a laser illumination optical system. 【図6】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、 [6] A diagram showing one embodiment of the claimed invention. 5, (a) shows the schematic plan view of a laser illumination optical system,
(b)はレーザ照明光学系の概略側面構成図である。 (B) is a schematic side view of a laser illumination optical system. 【図7】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。 7 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus according to an embodiment of the invention according to claim 7. 【図8】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。 8 is a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus according to an embodiment of the invention according to claim 8. 【図9】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。 9 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus according to an embodiment of the invention according to claim 9. 【符号の説明】 11,21:レーザアレイ光源12,22,41a,41b:ホログラム素子13:被照射部23:コリメートレンズアレイ(平行光束化手段) 31:シリンドリカルレンズアレイ(平行光束化手段) 32:シリンダーレンズ(平行光束化手段) 41:ホログラム基板100:レーザアレイ光源100r,100g,100b: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:平行光束化手段112r,112g,112b:ホログラム素子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 [Description of Reference Numerals] 11, 21: laser array light source 12,22,41a, 41b: the hologram element 13: the irradiated section 23: collimating lens array (collimated portion) 31: cylindrical lens array (collimated portion) 32 : cylinder lens (collimated portion) 41: hologram substrate 100: a laser array light source 100r, 100g, 100b: laser array source 101: laser illumination optical system 102: a reticle (exposure mask) 103: projection lens 104: substrate stage 105 : lens 106: work 110r, 110g, 110b: laser illumination optical system 111r, 111g, 111b: collimated unit 112r, 112g, 112b: the hologram element 113: a color combining unit 114: spatial modulator (light valve) 115: projection lens 116: Fi ルドレンズ Rudorenzu

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/20 505 G02B 27/00 E H01L 21/027 V H04N 5/74 H01L 21/30 515D (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 逢坂 敬信 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) 2H049 CA05 CA08 CA09 CA15 CA18 2H097 AA03 BA10 BB01 BB10 CA03 CA06 CA17 LA10 LA20 2K103 AA05 BA02 BA11 BC26 BC32 5C058 BA33 EA05 EA11 EA26 EA51 5F046 CA03 CB01 CB12 CB14 CB23 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (51) Int.Cl. 7 identification mark FI theme Court Bu (reference) G03F 7/20 505 G02B 27/00 E H01L 21/027 V H04N 5/74 H01L 21/30 515D (72) No. inventor Ikuo Kato Ota-ku, Tokyo Nakamagome 1-chome 3 No. 6-stock company in the Ricoh (72) inventor Osaka Takanobu Ota-ku, Tokyo Nakamagome 1-chome No. 3 No. 6-stock company in the Ricoh (72) inventor Takiguchi, Yasuyuki Ota-ku, Tokyo Nakamagome 1-chome No. 3 No. 6-stock company Ricoh in the F-term (reference) 2H049 CA05 CA08 CA09 CA15 CA18 2H097 AA03 BA10 BB01 BB10 CA03 CA06 CA17 LA10 LA20 2K103 AA05 BA02 BA11 BC26 BC32 5C058 BA33 EA05 EA11 EA26 EA51 5F046 CA03 CB01 CB12 CB14 CB23

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】少なくとも、複数のレーザ光を出射するレーザアレイ光源と、該レーザアレイ光源と被照射部との間に配設され前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光を矩形状の均一照度の光束に変換して前記被照射部に照射するホログラム素子とを有することを特徴とするレーザ照明光学系。 [Claims 1 wherein at least a laser array light source that emits a plurality of laser beams, each emitted from the laser array light source is disposed between the laser array light source and the irradiated portion laser illumination optical system characterized by having a hologram element and converting the laser light into light beams of a rectangular uniform illumination for irradiating the irradiated portion. 【請求項2】請求項1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から出射される各々のレーザ光は、前記ホログラム素子によってガウシアンプロファイル特性の光束から矩形状の均一強度の光束に変換され、 2. A laser illumination optical system according to claim 1, the laser light of each emitted from the laser array light source is converted from the light beam of Gaussian profile characteristic to the light beam having a uniform intensity of rectangular shape by the hologram element ,
    かつ、被照射部上で隣接して照明されることを特徴とするレーザ照明光学系。 And the laser illumination optical system characterized in that it is illuminated adjacent on the irradiated portion. 【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ホログラム素子の間に、前記レーザアレイ光源から出射される各々のレーザ光を平行光束化する平行光束化手段を有することを特徴とするレーザ照明光学系。 3. An apparatus according to claim 1 or 2 laser illumination optical system, wherein between the laser array light source and the hologram element, collimated to collimated laser light of each emitted from the laser array light source laser illumination optical system characterized in that it comprises means. 【請求項4】請求項3記載のレーザ照明光学系において、 前記平行光束化手段は、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ることを特徴とするレーザ照明光学系。 4. The method of claim 3 laser illumination optical system, wherein the collimated means, laser illumination optical system characterized in that it is constituted by a cylindrical lens array and the cylindrical lens. 【請求項5】請求項1〜4の何れか一つに記載のレーザ照明光学系において、 前記ホログラム素子は、2組のホログラム素子で構成され、これらのホログラム素子は互いに格子方向が直交する直線状の格子であることを特徴とするレーザ照明光学系。 5. A laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, straight the hologram element is composed of two sets of hologram element, these holographic elements to the lattice directions perpendicular to each other laser illumination optical system, which is a Jo grid. 【請求項6】請求項1〜4の何れか一つに記載のレーザ照明光学系において、 前記ホログラム素子は1枚のみで構成されたことを特徴とするレーザ照明光学系。 6. The laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 4, wherein the hologram element is a laser illumination optical system characterized in that it is composed of a single. 【請求項7】請求項1〜6の何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. A laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, the exposure apparatus comprising the projection lens. 【請求項8】請求項1〜6の何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 machining apparatus comprising: the laser illumination optical system, further comprising a lens according to any one of claims 1 to 6. 【請求項9】請求項1〜6の何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 laser illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, a color combining unit, and the spatial modulator, a projection apparatus comprising the projection lens.
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