JP2010262714A - レーザ露光装置及びレーザ光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザを高精細露光に適した光源に変換し、より高精細な露光を可能とするレーザ露光装置を提供する。
【解決手段】レーザ光源部１から出射されて変調装置３で光強度が変調されたレーザ光を基板１１の被露光面に光学系９，１０ａで集光照射し、基板を基板移動装置６１で移動させるレーザ露光装置において、レーザ光路に直交して配置され円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズで構成される発散角調整レンズペアー２０３，２０４を少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系２，２０２によりレーザ光の発散角を調整する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ＣＤ、ＤＶＤ、又はＢＤ（ブルーレイディスク）などの光ディスクの原盤作成用露光装置、又は、ナノインプリント技術を用いた露光装置などに適用可能なレーザ露光装置及びレーザ光学装置に関係する。

光ディスクの製造は、原盤からスタンパーを作成し、これを使用して射出成形により複製して光ディスクが製造される。

光ディスク原盤作成用の露光機は、光源から放射されたコヒーレントなビームに変調及び／又は偏向を施し、対物レンズを介し記録光を光ディスク原盤に照射して情報を記録する。また、光ディスク原盤露光機のフォーカス制御として、スキューフォーカス系或いは非点収査フォーカス系等の補助ビームを用いることは知られており、図９はその光学系を用いた代表的な原盤露光機の模式図を示すものである。

光源１０１から発生したレーザビームは、ビーム偏向部１０３とビーム整形部１０４とを通り、ミラー１０５とハーフミラー１０６とでそれぞれ反射され、ダイクロイックミラー１０９から、アクチュエータ１１０で駆動された対物レンズ１１０ａを経て、ガラス原盤１１１上に積層された感光材料層１１ａに集光される。

ガラス原盤１１１からの反射光は、逆方向に進み、ハーフミラー１０６を透過した後、ビームモニター系１０７に入射し、ビームモニター系１０７内の凸レンズ１０７ａを透過し、ディテクタ１０７ｂ上に集光される。尚、この凸レンズ１０７ａとディテクタ１０７ｂは、対物レンズ１１０ａによりレーザビームが、対物レンズ１１０ａのフォーカス点に集光される位置関係に予め調整されている。即ち、ディテクタ１０７ｂ上で集光ビームが最小になるときに対物レンズ１１０ａを透過したビームも感光材料層１１１ａ上で最フォーカスとなり、このような状態を保持しながら露光を行うことにより、所望のピット幅、長さ、及び／又は連続溝幅を満足する光ディスク用原盤を得ることが出来る。

特開２０００−４８４１２号公報

原盤に要求される精度は厳しく、特に長時間あるいはハイビジョン用のブルーレイディスクなどにおいては、より細かく精度の高いレーザ露光が要求される。細かくかつ精度の高い露光のためにはレーザ露光装置内の各部の寸法構成及び特性において高い精度が要求されるが、中でも大切であるのは、レーザ露光装置ビームの特性である。

レーザから発生するビームは、全ての方向においてその発散角に若干の差を有し、かつそれが時々刻々変動する。従来用いられてきたガスレーザ露光装置は、ビームスポット内の光の強度分布もスムーズでありかつビーム発散角及びレーザ個体間のバラツキも小さい。また、一般的に、前記レーザビームの発散角及び時々刻々の変動も小さく、レーザ露光装置用の光源としては理想的である。

しかしながら、ガスレーザ露光装置はサイズが大きく、パワーコントロール、変調及び偏向などに別個の変調器が必要となるなど、手軽な構成ではない。

一方、半導体レーザは、電流を制御するだけで光強度を簡単に変調でき、小型で取り扱いが容易である。最近では、光ディスク原盤作成に適したレーザ波長及びパワーを満足する青色のレーザも広く使われるに至っている。

しかしながら、半導体レーザは、その構造上、共振器が小さな半導体の中に作り込まれているため、光源としての質は良くない。即ち、スポット内の強度分布にも凸凹を有し、共振器の長手方向（Ｆａｓｔ軸方向）と積層膜方向（Ｓｌｏｗ軸方向）間のビーム径が異なり、前記レーザビームの発散角及びその時々刻々の変動、更にはレーザの個体差によるそれらの差のバラツキが大きいため、高精細の露光には不適当であった。

従来、前記光源としての質を向上させるために、その光路途中にケプラー系のコリメーションレンズ及びその光学系に付随してアパーチャを入れるなどをしていた。

しかしながら、半導体レーザ構造に起因するＦａｓｔ軸方向とＳｌｏｗ軸方向（以下、各々水平方向及び垂直方向と標記する。）の発散角の違いによる、照射スポットの歪を完全に取りきることは不可能であった。特に、光軸に対して水平方向と垂直方向の発散角の差は、露光機の加工点におけるフォーカス状態に悪影響を及ぼし、加工物の品質悪化及びばらつきに大きな課題を有していた。

図９に、半導体レーザを使用する、代表的な原盤露光機の概略模式図を示す。

即ち、図９において、対物レンズ１１０ａに入射するレーザビームの前記水平方向及び垂直方向の発散角が異なることにより、対物レンズ１１０ａの透過後に集光されるビームの各々の方向におけるフォーカス状態がそれぞれ異なり、結果的に、ガラス原盤１１１上に塗布された感光材料１１１ａの表面において良好なフォーカス状態が得られないという課題を有していた。また、レーザダイオードの個体差による前記水平方向と垂直方向との間の各々の発散角の差が一定でなく、レーザ個体間の露光条件が安定しないという課題を有していた。

本発明の目的は、光軸に対して水平方向と垂直方向の発散角の差を小さくして半導体レーザを高精細露光に適した光源に変換し、より高精細な露光を可能とするレーザ露光装置及びレーザ光学装置を提供するものである。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の第１態様によれば、レーザ光源部と、前記レーザ光源部から出たレーザ光の光強度を変調する変調装置と、前記変調装置で変調されたレーザ光を基板の被露光面に集光照射する光学系と、前記光学系又は前記光学系の一部又は前記基板を移動する移動装置とを備えるレーザ露光装置において、
前記レーザ光のレーザ光路に直交して配置されかつ円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズで構成される発散角調整レンズペアーを少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系を備えて、前記発散角調整光学系の前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整することにより、前記レーザ光源部から出た前記レーザ光の発散角を調整することを特徴とするレーザ露光装置を提供する。

本発明の第２態様によれば、前記発散角調整光学系の前記発散角調整レンズペアーは、それぞれの円筒軸が互いに直交するように配置されていることを特徴とする第１の態様に記載のレーザ露光装置を提供する。

本発明の第３態様によれば、前記発散角調整光学系は、前記２つの発散角調整レンズペアーの４枚のシリンドリカルレンズが互いに交互に入り組んで配列して構成されていることを特徴とする第１又は２の態様に記載のレーザ露光装置を提供する。

本発明の第４態様によれば、前記発散角調整レンズペアー内の前記２枚のシリンドリカルレンズ間の距離を調整可能な距離調整装置と、
前記レーザ光路の途中に配置して前記レーザ光のビーム形状を測定するビーム形状測定器とをさらに備え、
前記ビーム形状測定器により測定された結果を前記距離調整装置にフィードバックし、前記フィードバックされた情報に基づき、前記距離調整装置は、前記発散角調整レンズペアー内の前記２枚のシリンドリカルレンズ間の距離を調整して、前記レーザ光のビーム形状を調整することを特徴とする、第１〜３のいずれか１つの態様に記載のレーザ露光装置を提供する。

本発明の第５態様によれば、前記レーザ光路の途中に配置してビーム形状を測定するビーム形状測定器と、
前記発散角調整レンズペアー内の前記２枚のシリンドリカルレンズ間の距離を調整する手動操作部とをさらに備え、
前記ビーム形状測定器により測定された結果を見て前記手動操作装置にて前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整して前記ビーム形状を調整可能なことを特徴とする、第１〜３のいずれか１つの態様に記載のレーザ露光装置を提供する。

本発明の第６態様によれば、レーザ光源部と、前記レーザ光源部から出たレーザ光の光強度を変調する変調装置と、前記変調装置で変調されたレーザ光を基板の被露光面に集光照射する光学系と、前記光学系又は前記光学系の一部又は前記基板を移動させる移動装置とを備えるレーザ露光装置に用いるレーザ光学装置であって、
前記レーザ光のレーザ光路に直交して配置されかつ円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズで構成される発散角調整レンズペアーを少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系を備えて、前記発散角調整光学系の前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整することにより、前記レーザ光源部から出た前記レーザ光のビーム形状を調整することを特徴とするレーザ光学装置を提供する。

本発明の第７態様によれば、前記発散角調整光学系の前記発散角調整レンズペアーは、それぞれの円筒軸が互いに直交するように配置されていることを特徴とする第６の態様に記載のレーザ光学装置を提供する。

本発明の第８態様によれば、前記発散角調整光学系は、前記２つの発散角調整レンズペアーの４枚のシリンドリカルレンズが互いに交互に入り組んで配列して構成されていることを特徴とする第６又は７の態様に記載のレーザ光学装置を提供する。

本発明によれば、前記レーザ光のレーザ光路に直交して配置されかつ円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズで構成される発散角調整レンズペアーを少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系を備えて、前記発散角調整光学系の前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整することにより、前記レーザ光源部から出た前記レーザ光の発散角を調整することができて、光軸に対して水平方向と垂直方向の発散角の差を小さくすることができる。この結果、従来の方法に比較して、取り扱いやすい半導体レーザを高精細レーザ露光装置の光源として用いることが出来る。

また、従来の方法に比較して、光路途中にレーザ露光装置用ビーム形状測定器を取り付けるようにする場合には、簡単にフィードバックをかけることができる、
などの効果が得られる。

したがって、高精細にもかかわらず安価なレーザ露光装置及びレーザ光学装置を実現できる。

本発明の第１実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の概略構成図 図１Ａの第１実施形態の変形例にかかる光ディスク原盤露光装置の概略模式図 本発明の第１実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の発散角調整光学系の構成示す平面図 図２Ａの発散角調整光学系の構成を詳細に示す側面図 図２Ａの発散角調整光学系において、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の固定側のシリンドリカルレンズにより整形される前のレーザビームの発散角を示す模式図 図２Ａの発散角調整光学系において、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の固定側のシリンドリカルレンズにより整形されたレーザビームの発散角を示す模式図 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２Ａの発散角調整光学系において、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の可動側のシリンドリカルレンズにより整形されたレーザビームの発散角を示す模式図 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２Ａの発散角調整光学系において、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の固定側のシリンドリカルレンズにより整形されたレーザビームの発散角を示す模式図 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２Ａの発散角調整光学系において、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の可動側のシリンドリカルレンズにより整形されたレーザビームの発散角を示す模式図 図２Ａの発散角調整光学系の構成を詳細に示す説明図 図２Ａの発散角調整光学系の水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の可動側のシリンドリカルレンズの発散角調整方法の説明図 図２Ａの発散角調整光学系の垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系の可動側のシリンドリカルレンズの発散角調整方法の説明図 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図２Ａの発散角調整光学系の発散角調整用シリンドリカルレンズ系において、可動側のシリンドリカルレンズの近傍位置及び遠方位置で測定したビーム形状を示す説明図 図２Ａの発散角調整光学系において、可動側シリンドリカルレンズ移動装置の具体的な例を示す説明図 本発明の第２実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の発散角調整光学系の構成図 本発明の第３実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の発散角調整光学系の構成図 図５Ａの発散角調整光学系を図２Ｂの構成とした場合の構成図 本発明の第３実施形態の変形例にかかる光ディスク原盤露光装置の発散角調整光学系の構成図 図６Ａの発散角調整光学系を図２Ｂの構成とした場合の構成図 本発明の第４実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の発散角調整光学系の構成図 図７Ａの発散角調整光学系を図２Ｂの構成とした場合の構成図 本発明にかかる光ディスク原盤露光装置を適用可能なマスタリングプロセスの説明図 従来の原盤露光機の代表例の概略模式図

以下、本発明の実施の形態について、図１Ａ〜図８を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の構成を説明する前に、光ディスク原盤露光装置を使用して、光ディスク原盤を作製するマスタリングプロセスについて説明する。

まず、図８のマスタリングプロセスの説明図を用いて、光ディスクのマスタリング工程について記す。

第１工程（ａ）において、光ディスクマスタリング用原盤８０としては、青板ガラス（ソーダライムガラス）、石英ガラス、或いはＳｉ基板等が用いられ、表面が研磨される。

次いで、この原盤８０上に、スピンコートにより有機系の材料からなるフォトレジスト８１を、或いはスパッタリング法により無機系の記録材料層８１を形成する（第２工程（ｂ）参照）。前記フォトレジスト或いは記録材料層８１の厚みはＣＤ、ＤＶＤ、又は、ＢＤ等のフォーマット及び／又は同ディスクにおいて使用される反射膜、或いは記録材料によって異なるが、１０〜３００ｎｍ程度である。

次いで、前記原盤８０上に光記録装置８２を使用して、レーザ８３により、信号ピット及び／又は案内溝８４を描画する（第３工程（ｃ）参照）。

その後、アルカリ現像液により露光部を現像する（第４工程（ｄ）参照）ことにより、露光された部分のみが溶出し、所望のピット形状としての凹凸パターン及び／又は溝８５が形成される。

次いで、この原盤８０に、スパッタリング或いは無電解工法により、前記露光された原盤８０の表面に、ニッケル薄膜などの導電膜８６を形成する（第５工程（ｅ）参照）。

その後、ニッケル電鋳によりマスタースタンパー８７が製造される（第６工程（ｆ）参照）。尚、前記第２工程（ｂ）において原盤８０上にスパッタリング法により無機系の記録材料層８１が形成された場合は、第５工程（ｅ）の導電膜形成工程は省略される場合もある。

次いで、前記の如く製造されたマスタースタンパー８７のマザーリング、即ち前記スタンパー８７にニッケル電鋳を２回行い（第７工程（ｇ）及び第８工程（ｈ））、光ディスク射出成形用のスタンパー８８が完成する。尚、前記マザーリング（第７工程（ｇ）及び第８工程（ｈ））は省略されることもある。

前記第３工程（ｃ）で使用される光記録装置８２の一例として機能する、図１Ａに本発明の第１実施形態にかかる光ディスク原盤露光装置の構成図を示す。

図１Ａにおける、レーザ光源部の一例としての光源１から出射したレーザ光（レーザビーム）２０は、詳細は後述するレーザ光学装置２を通って、ビーム偏向部３において、光軸に対して垂直な左右或いは上下方向に周波数偏向して、ビーム偏向部３から出力される。この変調装置の一例としての光変調器として機能するビーム偏向部３を出射したレーザ光（レーザビーム）２１は、ビーム成形部４で適当な大きさのレーザビーム２２に成形され、ミラー５及びハーフミラー６、並びに、ダイクロイックミラー９でそれぞれ反射した後、アクチュエータ１０に取り付けられた対物レンズ１０ａに入射する。対物レンズ１０ａはアクチュエータ１０によりフォーカスが調整される。この対物レンズ１０ａに入射したレーザビーム２２は、感光材料層の一例としての有機或いは無機レジスト層１１ａが表面に形成されたガラス製などの原盤（基板の一例。）１１上に集光され、照射される。このとき、前記のように対物レンズ１０ａを介して原盤１１上に照射されるレーザビーム２２は、原盤１１上で焦点を結び、感光材料層が有機レジストの場合はフォトリソグラフィー方式により、感光材料層が無機レジストの場合は熱記録方式により、露光が施される。

尚、光源１から出射した記録用のレーザ光２０の波長としては、前記フォトリソグラフィー方式において有機レジスト層が感光する波長、或いは熱記録方式により無機レジスト層に十分な熱エネルギーを与える波長、例えば、３７５ｎｍ或いは４０５ｎｍのレーザが用いられる。尚、ビーム偏向部３及びビーム整形部４は省略されることもある。

原盤１１から反射したビーム２３は、再び、対物レンズ１０ａを通過し、ダイクロイックミラー９で反射し、ハーフミラー６を透過した後、ビームモニター系７に入射し、ビームモニター系７内の凸レンズ７ａを透過し、ディテクタ７ｂ上に集光される。

尚、この凸レンズ７ａとディテクタ７ｂは、凸レンズ７ａへ入射するレーザビーム２３が平行な場合、凸レンズ７ａにより、レーザビーム２２が凸レンズ７ａのフォーカス点（ディテクタ７ｂ上の点）に集光される位置関係に予め調整されている。即ち、ディテクタ７ｂ上で集光ビームが最小になるときに対物レンズ１０ａを透過したビームも最フォーカスとなり、このような状態を保持しながら露光を行うことにより、所望のピット幅、長さ、及び／又は連続溝幅を満足する光ディスク用原盤を得ることが出来る。

前記最フォーカス状態を保持するためには、一般的には、図１Ａ或いは図１Ｂにおける参照符号１７で示す補助フォーカスサーボ光学系を用いる。補助フォーカスサーボ光学系１７を用いるものは、補助フォーカスサーボ光学系１７から出射したレーザビーム２５は、ミラー１６によりダイクロイックミラー９を透過し、対物レンズ１０ａを透過した後、原盤１１の表面で反射し、再び、対物レンズ１０ａとダイクロイックミラー９とをそれぞれ透過し、ミラー１６で反射し、補助フォーカスサーボ光学系１７に入射することにより、フォーカスサーボが可能となる。尚、補助フォーカスサーボ光学系１７の方式としては、フラットな原盤１１上でのフォーカスが可能である方式、例えば、スキュービーム方式及び／又はアスティグマ方式が用いられる。また、前記光ディスク原盤露光装置の光学系に使用されるレーザ光源１から発射されるレーザ光２０の波長は、前記有機フォトレジスト或いは無機レジストに露光或いは熱的な影響を及ぼさないもの、例えば、６３５ｎｍ、３ｍＷ程度の半導体レーザ、６３３ｎｍ、２ｍＷ程度のガスレーザが用いられる。

なお、ダイクロイックミラー９と対物レンズ１０ａとで、レーザ光を基板の一例である原盤１１の表面である被露光面に集光照射する光学系を構成している。

この第１実施形態では、図２Ａに示すように、レーザ光学装置２として（ビーム整形部の一例として）、レーザ光のレーザ光路に直交して配置され円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３，３１５，３１６で構成される発散角調整レンズペアー２０３，２０４を少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系２０２で構成することを特徴としている。この発散角調整光学系２０２は、レーザ光源部１の直後に配置されて、レーザ光源部１から出たレーザ光２０の発散角を調整するようにしている。また、２つの発散角調整レンズペアー２０３，２０４は、それぞれの円筒軸が互いに直交するように配置されている。以下、これについて、詳しく説明する。

なお、図１Ｂは、本発明の第１実施形態の変形例にかかる光ディスク原盤露光装置であて、光記録方法を実現した場合の光記録装置の概略模式図を示す。この変形例では、発散角調整光学系２０２をレーザ光源部１内に内蔵した例であるが、機能的には、発散角調整光学系２０２をレーザ光源部１外に配置した図１Ａと同様であるが、構造的に簡素化される利点がある。このため、以下、図１Ａについて、主として説明する。

図２Ａは、発散角調整光学系２０２の構成を詳細に示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａの発散角調整光学系２０２の構成を詳細に示す側面図である。

図２Ａ及び図２Ｂにおいて、レーザ光源部１は、一例として、レーザ光源変調ドライバー２０１ａと、レーザ光源変調ドライバー２０１ａで制御される半導体レーザ光源２０１ｂとで構成されている。半導体レーザ光源２０１ｂから発生するレーザビーム２０は、全ての方向においてその発散角を有し、特にレーザ光軸に対して水平方向及び垂直方向の発散角の差は、基板面の一例としての原盤１１の表面の感光材料層１１ａでのフォーカス状態に影響を及ぼす。

原盤１１は、回転板６０に支持されており、回転板６０は、移動装置の一例としてのモータなどの回転装置６１で、所定回転数で一定速度で回転するＣＡＶ（角速度一定）制御、或いは原盤１１上の集光ビームが一定速度で移動するＣＬＶ（線速度一定）制御されている。また、ダイクロイックミラー９と対物レンズ１０ａとで構成される記録ヘッド部２５が、移動装置の別の例としての記録ヘッド部移動装置２６の駆動により径方向に移動する。よって、回転装置６１の回転駆動により、回転板６０に支持された原盤１１が回転するとともに、記録ヘッド部２５が記録ヘッド部移動装置２６の駆動により径方向に移動し、原盤１１の表面の感光材料層１１ａにレーザビームで信号ピット及び／又は案内溝８４を描画することが可能となる。

回転装置６１と、記録ヘッド部移動装置２６と、レーザ光源変調ドライバー２０１ａと、後述する第１レンズ移動装置３１３Ｄと第２レンズ移動装置３１６Ｄと、アクチュエータ１０とは、制御装置１０００にそれぞれ接続され、制御装置１０００によりそれぞれの動作が制御されて、所定の露光動作、例えば、前記した第３工程（ｃ）を行うことができて、光記録装置８２として第１実施形態にかかる前記光ディスク原盤露光装置を使用することができるようにしている。なお、この他にも、制御装置１０００は、ビーム偏向部３と、ビーム成形部４と、補助フォーカスサーボ光学系１７と、ディテクタ７ｂにも接続されて、露光動作を制御するようにしている（図示せず）。

本第１実施形態にかかる前記光ディスク原盤露光装置においては、図１Ａ及び図２Ａ及び図２Ｂに示すように、半導体レーザ光源２０１ｂのすぐ隣の光軸上に、発散角調整光学系２、言い換えれば、ビーム整形部（ビーム整形デバイス）２の一例としての発散角調整光学系２０２を配置することを特徴としている。この発散角調整光学系２０２は、水平方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３及び垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０４とを備えるように構成している。

図２Ａ及び図３Ｆに示すように、水平方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３は、レーザ光のレーザ光路に直交して配置され円筒軸が同一方向（図２Ａの平面図では水平方向）でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３で構成されている。２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３は、図２Ａに示すように、入射面に円筒形の屈折面が配置されかつ出射面に光軸に対して直交する方向に沿った平面が配置された固定側のシリンドリカルレンズ３１２と、入射面に光軸に対して直交する方向に沿った平面が配置されかつ出射面に円筒形の屈折面が配置された可動側のシリンドリカルレンズ３１３であり、固定側のシリンドリカルレンズ３１２に対して、可動側のシリンドリカルレンズ３１３が光軸方向に接近又は遠ざかる方向に第１レンズ移動装置３１３Ｄにより移動するように構成している。

また、図２Ｂ及び図３Ｆに示すように、垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０４は、レーザ光のレーザ光路に直交して配置され円筒軸が同一方向（図２Ａの平面図では縦方向）でかつ互いの距離が可変の２枚のレンズ３１５，３１６で構成されている。２枚のレンズ３１５，３１６は、図２Ｂに示すように、入射面に円筒形の屈折面が配置されかつ出射面に光軸に対して直交する方向に沿った平面が配置された固定側のレンズ３１５と、入射面に光軸に対して直交する方向に沿った平面が配置されかつ出射面に円筒形の屈折面が配置された可動側のレンズ３１６であり、固定側のレンズ３１５に対して、可動側のレンズ３１６が光軸方向に接近又は遠ざかる方向に第２レンズ移動装置３１６Ｄにより移動するように構成している。

図３Ｊにシリンドリカルレンズ移動装置３１３Ｄ，３１６Ｄの具体的な例を示す。各レンズ移動装置３１３Ｄ，３１６Ｄは、例えば、モータのネジ状の回転軸の正逆回転により、回転軸に螺合しかつ可動側レンズ３１３，３１６に連結されたナット部材が回転軸の軸方向に進退することにより、可動側レンズ３１３，３１６を移動させる機構３１３Ｄａ，３１６Ｄａ、及び／又は可動側レンズ３１３、３１６に連結されたピエゾ素子（圧電素子）により、可動側レンズ３１３、３１６を移動させる機構３１３Ｄａ，３１６Ｄａなどにより構成されている。

図３Ａ〜図３Ｅの（ｂ）に、各々のシリンドリカルレンズ３１２，１３１，１３５，１３６により整形されたレーザビームの発散角を示す模式図を示す。

図３Ａに示すように、レーザ光源２０１ｂから水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３の固定側のシリンドリカルレンズ３１２の入射面への入射レーザビーム２０は、その水平方向及び垂直方向の発散角が異なるため、模式的に、垂直方向Ｘと水平方向Ｙの発散角が異なったビーム（Ｘ１／Ｙ１）となる。

図３Ｂに示すように、図３Ａのビーム（Ｘ１／Ｙ１）は、出射面である平面が光軸に垂直に配置された固定側のシリンドリカルレンズ３１２により、焦点位置で垂直方向Ｘのみ絞られる。このときのビームの発散角の模式図としては、図３Ｂの（１）→（２）→（３）のように変化する。図３Ｂでは、垂直方向Ｘは、固定側のシリンドリカルレンズ３１２により焦点位置で絞られるが、垂直方向Ｘは絞られないため、固定側のシリンドリカルレンズ３１２から出射したビームはレーザ光軸に水平方向Ｙに細長い楕円形状のビーム（Ｘ２／Ｙ２）、Ｘ２：（１）→（２）→（３）、Ｙ２＝Ｙ１となる。もしレンズから出射されたビームの垂直方向Ｘを平行に、即ち発散角ゼロにした場合は、最終的にＸ２＝０となる。

その後、図３Ｂのビーム（Ｘ２／Ｙ２）は、入射平面が光軸に垂直に配置された可動側シリンドリカルレンズ３１３に入射する。

そして、図３Ｃの（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ３１２及び３１３の位置関係により、垂直方向発散角Ｘはある一定の値Ｘ３となり、レンズ３１３から出射したビーム（Ｘ３／Ｙ３）はＸ３＝（一定値）、Ｙ３＝Ｙ２＝Ｙ１となる。また、垂直方向Ｘが平衡ビームとなるようにシリンドリカルレンズ３１２と３１３の位置関係を調整した場合は、図３Ｃ（ｂ）のようになり、ビーム（Ｘ３／Ｙ３）はＸ３＝０、Ｙ３＝Ｙ２＝Ｙ１となる。

次いで、可動側のシリンドリカルレンズ３１３の出射面から出射した図３Ｃの（ａ）又は図３Ｃの（ｂ）のビーム（Ｘ３／Ｙ３）は、出射面である平面が光軸に垂直に配置された水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４の固定側のシリンドリカルレンズ３１５により、焦点位置で水平方向Ｙのみ絞られる。図３Ｄの（ａ）では、ビームの水平方向Ｙは、固定側のシリンドリカルレンズ３１５により焦点位置で絞られるが、垂直方向Ｘは絞られないため、固定側のシリンドリカルレンズ３１５から出射したビームは、レーザ光軸に垂直方向Ｘに細長い楕円形状のビーム（Ｘ４／Ｙ４）、Ｘ４＝Ｘ３、Ｙ４：（１）→（２）→（３）となる。もしレンズから出射されたビームの水平方向Ｙを平行、即ち発散角をゼロにした場合は、図３Ｄの（ｂ）のようになり最終的にＹ４＝０となる。

その後、図３Ｄのビーム（Ｘ４／Ｙ４）は、入射平面が光軸に垂直に配置された可動側シリンドリカルレンズ３１６に入射する。

そして、図３Ｅの（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ３１５及び３１６の位置関係により、垂直方向発散角Ｘと水平方向発散角Ｙが同じ値になるように、即ちシリンドリカルレンズ３１６から出射されたビーム（Ｘ５／Ｙ５）はＸ５＝Ｙ５＝Ｙ４＝Ｙ３となるように調整する。前記の如くシリンドリカルレンズ３１３からの出射ビームの垂直方向Ｘを平行にした場合、即ち垂直方向Ｘの発散角をゼロにした場合は、水平方向Ｙの発散角もゼロとなるように調整する。従って（Ｘ５／Ｙ５）、Ｘ５＝Ｙ５＝０となる。

次いで、可動側のシリンドリカルレンズ３１６の出射面から出射した図３Ｅの（ｂ）の実線のビーム（Ｘ５／Ｙ５）は、発散角調整光学系２０２から出射されて、ダイクロイックミラー９に向かう。

次に、図３Ｇにおいて、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３の固定側のシリンドリカルレンズ３１２と可動側のシリンドリカルレンズ３１３との距離（言い換えれば、ビームの水平方向の発散角）の調整方法を示す。

図３Ｇにおいて、可動側のシリンドリカルレンズ３１３から出射したレーザビームのビーム幅を、可動側のシリンドリカルレンズ３１３の近傍位置で第１レーザビーム幅測定部３２１により測定するとともに遠方位置で第２レーザビーム幅測定部３２２により測定する。これらの２点の位置、例えば、可動側のシリンドリカルレンズ３１３の出射面から５０ｍｍの位置（近傍位置）と４００ｍｍの位置（遠方位置）とでのビーム幅を、第１レーザビーム幅測定部３２１と第２レーザビーム幅測定部３２２とによりそれぞれ測定する。図３Ｉの（ａ）は、近傍位置の第１レーザビーム幅測定部３２１で測定されたビーム形状を示し、図３Ｉの（ｂ）は、遠方位置の第２レーザビーム幅測定部３２２で測定されたビーム形状を示す。第１レーザビーム幅測定部３２１又は第２レーザビーム幅測定部３２２におけるビーム幅測定方法としては、ＣＣＤカメラを用い、その強度分布を強度分布解析部で解析する方法、或いはビームにナイフエッジなどを挿入し、そのナイフエッジを、ナイフエッジが係合されたねじ軸をモータにより正逆回転してナイフエッジを進退移動させるナイフエッジ移動部で機械的に移動させることによるビームの強度分布の変化から、強度分布算出部で算出する方法が一般的である。すなわち、第１レーザビーム幅測定部３２１と第２レーザビーム幅測定部３２２は、それぞれ、ＣＣＤカメラと、強度分布解析部とで構成するか、又は、ナイフエッジと、ナイフエッジ移動部と、強度分布算出部とで構成するようにしている。第１レーザビーム幅測定部３２１及び第２レーザビーム幅測定部３２２は、制御装置１０００に接続されて、制御装置１０００の制御の下に第１レーザビーム幅測定部３２１及び第２レーザビーム幅測定部３２２がそれぞれ動作するようにしている。

次いで、各々の位置において、図３Ｉに示す水平方向Ｙ（図３Ｉの縦方向）のレーザビーム幅αａ及び幅αｂが互いに等しくなるように、固定側のシリンドリカルレンズ３１２に対する可動側のシリンドリカルレンズ３１３の距離を、下記するビーム幅差検出部２９０Ａと演算部２９０Ｂと第１レンズ移動装置３１３Ｄとで調整することにより、水平方向のレーザビームを平行にすることが出来る。なお、レンズ３１３の距離とビームの調整量との関係は、予め実験などにより関係式として求めておくか、又は、前記関係を表形式で表したデータベースを作成しておき、その関係式又はデータベースを使用する演算により、調整量を求めることができる。すなわち、より具体的には、第１レーザビーム幅測定部３２１又は第２レーザビーム幅測定部３２２で測定された測定結果を基に、前記レーザビーム幅の差を検出するビーム幅差検出部２９０Ａと、ビーム幅差検出部２９０Ａで検出されたレーザビーム幅の差に基づき、固定側のシリンドリカルレンズ３１２に対する可動側のシリンドリカルレンズ３１３の距離とビームの調整量との関係式又は表形式のデータベースを使用して演算し、レンズ３１３の移動距離を求める演算部２９０Ｂと、演算部２９０Ｂでの演算結果として求められた移動距離を基にレンズ３１３の位置を移動させる第１レンズ移動装置３１３Ｄとで、前記水平方向のレーザビームを平行にすることが可能である。このようなビーム幅差検出部２９０Ａと演算部２９０Ｂとは、第１レンズ移動装置３１３Ｄと共に、制御装置１０００に接続されて、制御装置１０００の制御の下にそれぞれ動作する（図３Ｆ参照）。

同様な方法にて、図３Ｈにおいて、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４の固定側シリンドリカルレンズ３１５と可動側シリンドリカルレンズ３１６との距離（言い換えれば、ビームの垂直方向の発散角）の調整方法を示す。

図３Ｈにおいて、可動側のシリンドリカルレンズ３１５から出射したレーザビームのビーム幅を、可動側のシリンドリカルレンズ３１３の近傍位置で第１レーザビーム幅測定部３２１により測定するとともに遠方位置で第２レーザビーム幅測定部３２２により測定する。これらの２点の位置、例えば、例えば可動側のシリンドリカルレンズ３１６の出射面から５０ｍｍの位置（近傍位置）と４００ｍｍの位置（遠方位置）とでのビーム幅を、第１レーザビーム幅測定部３２１と第２レーザビーム測定部３２２とによりそれぞれ測定する。図３Ｉの（ａ）は、近傍位置の第１レーザビーム幅測定部３２１で測定されたビーム形状を示し、図３Ｉの（ｂ）は、遠方位置第２レーザビーム幅測定部３２２で測定されたビーム形状を示す。

次いで、各々の位置において、図３Ｉに示す垂直方向Ｘ（図３Ｉの縦方向）のレーザビーム幅βａ及び幅βｂが互いに等しくなるように、固定側のシリンドリカルレンズ３１５に対する可動側のシリンドリカルレンズ３１６の距離をビーム幅差検出部２９０Ａと演算部２９０Ｂと第２レンズ移動装置３１６Ｄとで調整することにより、垂直方向のレーザビームを平行にすることが出来る。なお、レンズ３１６の距離とビームの調整量との関係は、予め実験などにより関係式として求めておくか、又は、前記関係を表形式で表したデータベースを作成しておき、その関係式又はデータベースを使用する演算により、調整量を求めることができる。すなわち、より具体的には、第１レーザビーム幅測定部３２１又は第２レーザビーム幅測定部３２２で測定された測定結果を基に、前記レーザビーム幅の差を検出するビーム幅差検出部２９０Ａと、ビーム幅差検出部２９０Ａで検出されたレーザビーム幅の差に基づき、固定側のシリンドリカルレンズ３１２に対する可動側のシリンドリカルレンズ３１３の距離とビームの調整量との関係式又は表形式のデータベースを使用して演算し、レンズ３１６の移動距離を求める演算部２９０Ｂと、演算部２９０Ｂでの演算結果として求められた移動距離を基にレンズ３１６の位置を移動させる第２レンズ移動装置３１６Ｄとで、前記水平方向のレーザビームを平行にすることが可能である。このようなビーム幅差検出部２９０Ａと演算部２９０Ｂとは、第２レンズ移動装置３１６Ｄと共に、制御装置１０００に接続されて、制御装置１０００の制御の下にそれぞれ動作する（図３Ｆ参照）。

ここで、図３Ｅにおいて、即ち図３Ｆにおいてシリンドリカルレンズの出射ビームのレーザ光軸に対して水平方向Ｙ及び垂直方向Ｘのビーム径を制御したい、例えば同一になるように制御したい場合は、前記レンズの各々の組み合わせを変更することにより実現できる。例えば、シリンドリカルレンズ３１２の入射ビームの垂直方向のビーム径が２００ｍｍ、水平方向のビーム径が３００ｍｍの場合、水平方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３の固定側のシリンドリカルレンズ３１２と可動側のシリンドリカルレンズ３１３の組み合わせを１：１．５、例えば、各々Ｆ１２０とＦ１８０、垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０４の固定側のシリンドリカルレンズ３１５と可動側のシリンドリカルレンズ３１６の組み合わせを１：１、例えば、各々Ｆ１２０とＦ１２０にすることにより、シリンドリカルレンズ３１６の出射におけるレーザビームの水平方向及び垂直方向のビーム径が等しく、かつ平行なビームを得ることが出来る。

また、図３Ｅのビームにおいて、レーザビームの発散角を更に精密に調整する場合は、前記水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３或いは垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４を２個以上、発散角調整光学系２０２に挿入することにより、精密な調整を行うことができる。これは、図３Ａのビームにおいて、ビームプロファイルに偏りが見られる場合に有効な手段である。

よって、第１実施形態によれば、レーザ光のレーザ光路に直交して配置されかつ円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３，３１５，３１６で構成される発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３，２０４を少なくとも２つ以上有する（言い換えれば、水平方向と垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３，２０４を少なくとも有する）発散角調整光学系２を備えるようにしている。このように構成する結果、前記発散角調整光学系２により、前記レーザ光源部１から出た前記レーザ光の発散角を調整して、光軸に対して水平方向と垂直方向の発散角の差を小さくすることができることにより、半導体レーザを高精細露光に適した光源に変換し、より高精細な露光を可能とすることができる。すなわち、従来の方法に比較して、前記構成により、取り扱いやすい半導体レーザを高精細レーザ露光装置の光源として用いることが出来る。

第１実施形態の１つの実例としては、図１Ａにおいて、例えば、光源１の一例として波長４０５ｎｍの半導体レーザを用い、図３Ｆにおける水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３、即ち可動側及び固定側のシリンドリカルレンズ３１２及び３１３にＦ１２０のシリンドリカルレンズを各々の円筒軸が垂直方向沿いとなるように挿入して配置し、さらに、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４、即ち可動側及び固定側のシリンドリカルレンズ３１５及び３１６にＦ１２０のシリンドリカルレンズを各々の円筒軸が水平方向沿いとなるように挿入して配置し、各々水平方向及び垂直方向のビームが平行になるように調整した。また、例えば、図２Ａにおけるビーム成形部４には焦点距離の異なるレンズを用い、アクチュエータ１０には空圧軸受けタイプ又は板バネ方式のものを用い、対物レンズ１０ａには開口数ＮＡ＝０．９を有するレンズを用いた。また、ビームモニター系７には、凸レンズ７ａと、ディテクタ７ｂの一例としてＣＣＤカメラとを用い、感光材料がコートされたガラス原盤にＤＶＤ−ＲＯＭ及びＢＤ−ＲＯＭのマスタリングを行った結果、最終ディスク評価にて、記録信号の安定性の指標であるジッター（Ｊｉｔｔｅｒ）が従来よりも１５％〜２０％改善された。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態では、図１Ａの発散角調整光学系２を、前記第１実施形態の構成に代えて、図４に示すように、２つの発散角調整レンズペアー２０３，２０４の４枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１５，３１３，３１６が互いに交互に入り組んで配列して構成されている。

具体的には、図４の如く、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３のレンズ３１２，３１３及び垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４のレンズ３１５，３１６とを互いに交互に入り組んで配列している。すなわち、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３の固定側のシリンドリカルレンズ３１２と可動側のシリンドリカルレンズ３１３との間に、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４の固定側のシリンドリカルレンズ３１５を配置し、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４の固定側のシリンドリカルレンズ３１５に対して、水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３の可動側のシリンドリカルレンズ３１３を挟むように、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４の可動側のシリンドリカルレンズ３１６を配置している。また、それらのレンズ系２０３，２０４のそれぞれの可動側のシリンドリカルレンズ３１３，３１６を各々前記第１実施形態と同様な方法で第１レンズ移動装置３１３Ｄと第２レンズ移動装置３１６Ｄ位置とでそれぞれ調整し、光源１からのレーザビームが前記シリンドリカルレンズ系２０３，２０４のレンズ３１２，３１５，３１３，３１６を通過後に、水平方向及び垂直方向のレーザビームが各々平行ビームになるようにしている。尚、このような構成を用いることにより、以下の効果が見出される。

１．このような構成は光軸の一部を重ねることが可能であるため、全体のサイズを小さく出来る。

２．後述する第３実施形態に述べるフィードバック系のあるレーザ露光装置には、発散角調整部分が光学系全体の後ろ側に集中するため、ボイスコイル或いはピエゾ素子等の制御部を後方に集中することが可能となるため最適である。

第２実施形態の１つの実例としては、図１Ａにおいて、例えば、光源１の一例として波長４０５ｎｍの半導体レーザを用い、図４における水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０３、即ち固定側のシリンドリカルレンズ３１２及び可動側のシリンドリカルレンズ３１３にＦ１２０のシリンドリカルレンズを各々の円筒軸が垂直方向沿いとなるように挿入して配置し、さらに、垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系２０４、即ち固定側のシリンドリカルレンズ３１５及び可動側のシリンドリカルレンズ３１６にＦ１２０のシリンドリカルレンズを各々の円筒軸が水平方向沿いとなるように挿入して配置し、各々水平方向及び垂直方向のビームが平行になるように調整した。また、例えば、図２Ａにおけるビーム成形部４には焦点距離の異なるレンズを用い、アクチュエータ１０には空圧軸受けタイプ又は板バネ方式のものを用い、対物レンズ１０ａには開口数ＮＡ＝０．９を有するレンズを用いた。また、ビームモニター系７には、凸レンズ７ａと、ディテクタ７ｂの一例としてのＣＣＤカメラとを用い、感光材料がコートされたガラス原盤１１にＤＶＤ−ＲＯＭ及びＢＤ−ＲＯＭのマスタリングを行った結果、最終ディスク評価にて、第１実施形態と同様に、記録信号の安定性の指標であるジッター（Ｊｉｔｔｅｒ）が従来よりも１５％〜２０％改善された。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態では、図５Ａに示すように、発散角調整光学系２において、発散角調整レンズペアー２０３，２０４内の前記２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３，３１５，３１６間の距離をそれぞれ調整可能な距離調整装置の一例としての第１レンズ移動装置３１３Ｄと第２レンズ移動装置３１６Ｄと、前記レーザ光路の途中に配置して前記レーザ光のビーム形状を測定するビーム形状測定器の一例としてのレーザビーム幅モニター５１０とをさらに備えている。そして、レーザビーム幅モニター５１０により測定された結果を、レーザビーム幅モニター５１０から第１レンズ移動装置３１３Ｄと第２レンズ移動装置３１６Ｄにフィードバックし（図５Ａの参照符号５１１参照）、前記フィードバックされた情報に基づき、第１レンズ移動装置３１３Ｄ又は／及び第２レンズ移動装置３１６Ｄは、発散角調整レンズペアー２０３，２０４内の前記２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３，３１５，３１６間の距離を調整して、レーザ光のビーム形状を調整することができる。

レーザビーム幅モニター５１０は、発散角調整光学系５０２とダイクロイックミラー９との間のレーザ光路の途中に配置したハーフミラー５０９で反射されたレーザのビーム形状を測定するようにしている。なお、発散角調整光学系５０２に代えて、図５Ｂに示すように、先の発散角調整光学系２０２としてもよい。

レーザビーム幅モニター５１０は、制御装置１０００に接続されて、制御装置１０００により動作制御されるようにしている。

なお、他の構成及び接続は先の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図５Ａの如く、前記第１実施形態と第２実施形態とのうちのいずれか１つの方法で予め調整された発散角調整光学系５０２、即ち水平方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３及び垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０４で発散角調整光学系（図５Ａでは、図４の構成で図示している。）５０２を構成し、発散角調整光学系５０２からの出射レーザビームをハーフミラー５０９を介し、レーザビーム幅モニター５１０でモニターする。また、レーザビーム幅モニター５１０によりモニターした情報をレーザビーム幅モニター５１０でサンプリングし、サンプリングした情報を基に、第１レンズ移動装置３１３Ｄ又は／及び第２レンズ移動装置３１６Ｄを制御装置１０００の制御の下に駆動して、距離を調整する。このように、水平方向及び垂直方向のレーザビーム径が常に一定になるようにレーザビーム幅モニター５１０でモニターを行いかつモニター情報に基づいて第１レンズ移動装置３１３Ｄ又は／及び第２レンズ移動装置３１６Ｄで距離調整を行うことにより、レーザビームの発散角変動を把握して調整することが可能となり、基板１１の露光状態の品質管理が可能となる。尚、ビーム径はビームの強度分布とビーム径のアルゴリズムにより算出すればよい。

また、第３実施形態の変形例として、図６Ａに示すように、第１レンズ移動装置３１３Ｄ及び第２レンズ移動装置３１６Ｄの代わりに、発散角調整レンズペアー２０３，２０４内の前記２枚のシリンドリカルレンズ３１２，３１３，３１５，３１６間の距離をそれぞれ調整可能な手動操作部６１２をさらに備えるようにしてもよい。この場合には、レーザビーム幅モニター５１０に代えてレーザ露光装置用ビーム形状測定器の一例としてとして配置されたビーム径測定装置６１０により、ビーム径を測定し、ビーム径測定装置６１０により測定された結果を手動操作部６１２にフィードバックするとともに（図６Ａの参照符号６１１参照）、その結果を表示装置６４０などに表示する。作業者は、その表示を見ながら、手動操作部６１２にて前記シリンドリカルレンズ３１３又は３１６を移動させて距離を調整して、前記ビーム形状を調整可能とすることができる。なお、発散角調整光学系５０２に代えて、図６Ｂに示すように、先の発散角調整光学系２０２としてもよい。手動操作部６１２の一例としては、マイクロメータ付きステージで構成し、操作量は、作業者が前記モニターを観察しながら決定すればよい。

図６Ａの如く、発散角調整光学系５０２、具体的には、水平方向及び垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３，２０４の各々の距離を光軸方向に調整し、その出射レーザビームの水平方向及び垂直方向のビーム幅を常に一定に保つように作業者が手動操作部６１２で操作することにより、基板１１の露光状態を常に一定にすることが可能である。

ビーム径測定装置６１０は、その応答速度の制約を受けないため、ディテクタ７ｂの一例としてのＣＣＤディテクタ或いはＣＭＯＳディテクタを用い、ナイフエッジ、スリット及びピンホールプロファイラを用いる、ごく一般的なものでかまわない。 第３実施形態によれば、前記構成により、光路途中に、レーザ露光装置用ビーム形状測定器の一例としてレーザビーム幅モニター５１０又はビーム径測定装置６１０を配置することにより、簡単にフィードバックをかけて、ビーム形状を制御することできて、高精細にもかかわらず安価なレーザ露光装置を実現することができる。

この第３実施形態によれば、ボイスコイル、ピエゾ等の能動素子を用いないため、構造が簡単なものとなる。

（第４実施形態）
図７の如く、第１実施形態、第２実施形態、及び、第３実施形態にかかるレーザ露光装置のいずれか１つを使用して予め調整された発散角調整光学系５０２、即ち水平方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０３及び垂直方向の発散角調整用のシリンドリカルレンズ系２０４と、半導体レーザ光源２０１ｂとを１つのレーザ筐体７００内に組み込むことにより、レーザ光軸及びレンズ系に歪みをもたらす空気の揺らぎ、温度変動、及び、湿度変動等の外乱を少なくすることが出来、かつ、光学系の小型化を実現することが出来る。なお、発散角調整光学系５０２に代えて、図７Ｂに示すように、先の発散角調整光学系２０２としてもよい。図７Ａでは、先の実施形態と同様な構成である制御装置１０００などの図示を省略している。

この第４実施形態によれば、レーザ使用中に外部温度の変動等により、レーザ内の光学系の経時的な変化が発生し、露光条件に変動を来すという従来の課題を解決することができる。

なお、前記第１〜第４の実施形態では、光学系に対して原盤１１を基板移動装置６１で回転移動させるとともに、原盤１１の径方向には記録ヘッド２５を記録ヘッド部移動装置２６で移動させるように構成しているが、これに限られるものではなく、前記光学系全体又は前記光学系の一部（例えば、対物レンズ１０ａ）を基板１１に対して径方向に移動させつつ回転させる、又は、前記光学系側は固定とし、基板のみ回転させつつ径方向に移動させるなど、相対的に前記したような動作を行うことができればよい。

なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

本発明にかかるレーザ露光装置及びレーザ光学装置は、取り扱いやすい半導体レーザを高精細レーザ露光装置の光源として用いることが出来るとともに、光路途中にレーザ露光装置用ビーム形状測定器を取り付けて簡単にフィードバックをかけることができて、光ディスク原盤作成用だけでなく、ナノインプリント用原盤、或いは、末端消費者が利用するＤＶＤ又はＢＤの高精細記録再生の技術にも利用できる。

１ ・・・ 光源
２ ・・・ 発散角調整光学系（ビーム整形部、又は、ビーム整形デバイス）
３ ・・・ ビーム偏向部
４ ・・・ ビーム成形部
５ ・・・ ミラー
６ ・・・ ハーフミラー
９ ・・・ ダイクロイックミラー
７ ・・・ ビームモニター系
７ａ ・・・ 凸レンズ
７ｂ ・・・ ディテクタ
１０ ・・・ レンズアクチュエータ
１０ａ ・・・ レンズ
１１ ・・・ 原盤
１１ａ ・・・ 感光材料層
１６ ・・・ ミラー
１７ ・・・ 補助フォーカスサーボ光学系
２０ ・・・ 光源から出射したレーザ光（レーザビーム）
２１ ・・・ ビーム偏向部を出射したレーザ光（レーザビーム）
２２ ・・・ レーザビーム
２３ ・・・ 原盤から反射したビーム
２５ ・・・ 記録ヘッド部
２６ ・・・ 記録ヘッド部移動装置
８０ ・・・ 原盤
８１ ・・・ 記録材料層
８３ ・・・ レーザ
８４ ・・・ 信号ピット及び／又は案内溝
８５ ・・・ 凹凸パターン及び／又は溝
８６ ・・・ 導電膜
８７ ・・・ マスタースタンパー
８８ ・・・ 光ディスク射出成形用のスタンパー
１０１ ・・・ 光源
１０２ ・・・ ビーム整形部
１０３ ・・・ 光偏向部
１０４ ・・・ ビーム成形部
１０５ ・・・ ミラー
１０６ ・・・ ハーフミラー
１０９ ・・・ ダイクロイックミラー
１０７ ・・・ ビームモニター系
１０７ａ ・・・ レンズ
１０７ｂ ・・・ ＣＣＤモニター
１１０ ・・・ レンズアクチュエータ
１１０ａ ・・・ レンズ
１１１ ・・・ ガラス原盤
１１１ａ ・・・ 感光材料層
１１６ ・・・ ミラー
１１７ ・・・ フォーカスサーボ系
２０１ａ ・・・ レーザ光源変調ドライバー
２０１ｂ ・・・ レーザ光源
２０２ ・・・ 発散角調整光学系
２０３ ・・・ 水平方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系
２０４ ・・・ 垂直方向の発散角調整用シリンドリカルレンズ系
３１２ ・・・ 固定側のシリンドリカルレンズ
３１３ ・・・ 可動側のシリンドリカルレンズ
３１３Ｄ ・・・ 第１レンズ移動装置
３１３Ｄａ・・・ ボイスコイルモータ及び又はピエゾ素子により可動側レンズを移動させる機構
３１５ ・・・ 固定側のシリンドリカルレンズ
３１６ ・・・ 可動側のシリンドリカルレンズ
３１６Ｄ ・・・ 第２レンズ移動装置
３１６Ｄａ・・・ ボイスコイルモータ及び又はピエゾ素子により可動側レンズを移動させる機構
３２１ ・・・ レーザビーム幅測定部（近傍位置）
３２２ ・・・ レーザビーム幅測定部（遠方位置）
５０２ ・・・ 発散角調整光学系（ビーム整形デバイス）
５０９ ・・・ ハーフミラー
５１０ ・・・ レーザビーム幅モニター
５１１ ・・・ フィードバック経路
６１０ ・・・ ビーム径測定装置（レーザビーム幅モニター）
６１１ ・・・ フィードバック経路
６１２ ・・・ 手動操作部
６４０ ・・・ 表示装置
７００ ・・・ レーザ筐体

Claims (8)

1. レーザ光源部と、前記レーザ光源部から出たレーザ光の光強度を変調する変調装置と、前記変調装置で変調されたレーザ光を基板の被露光面に集光照射する光学系と、前記光学系又は前記光学系の一部又は前記基板を移動する移動装置とを備えるレーザ露光装置において、
   前記レーザ光のレーザ光路に直交して配置されかつ円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズで構成される発散角調整レンズペアーを少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系を備えて、前記発散角調整光学系の前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整することにより、前記レーザ光源部から出た前記レーザ光の発散角を調整することを特徴とするレーザ露光装置。
2. 前記発散角調整光学系の前記発散角調整レンズペアーは、それぞれの円筒軸が互いに直交するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ露光装置。
3. 前記発散角調整光学系は、前記２つの発散角調整レンズペアーの４枚のシリンドリカルレンズが互いに交互に入り組んで配列して構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ露光装置。
4. 前記発散角調整レンズペアー内の前記２枚のシリンドリカルレンズ間の距離を調整可能な距離調整装置と、
   前記レーザ光路の途中に配置して前記レーザ光のビーム形状を測定するビーム形状測定器とをさらに備え、
   前記ビーム形状測定器により測定された結果を前記距離調整装置にフィードバックし、前記フィードバックされた情報に基づき、前記距離調整装置は、前記発散角調整レンズペアー内の前記２枚のシリンドリカルレンズ間の距離を調整して、前記レーザ光のビーム形状を調整することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ露光装置。
5. 前記レーザ光路の途中に配置してビーム形状を測定するビーム形状測定器と、
   前記発散角調整レンズペアー内の前記２枚のシリンドリカルレンズ間の距離を調整する手動操作部とをさらに備え、
   前記ビーム形状測定器により測定された結果を見て前記手動操作装置にて前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整して前記ビーム形状を調整可能なことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のレーザ露光装置。
6. レーザ光源部と、前記レーザ光源部から出たレーザ光の光強度を変調する変調装置と、前記変調装置で変調されたレーザ光を基板の被露光面に集光照射する光学系と、前記光学系又は前記光学系の一部又は前記基板を移動させる移動装置とを備えるレーザ露光装置に用いるレーザ光学装置であって、
   前記レーザ光のレーザ光路に直交して配置されかつ円筒軸が同一方向でかつ互いの距離が可変の２枚のシリンドリカルレンズで構成される発散角調整レンズペアーを少なくとも２つ以上有する発散角調整光学系を備えて、前記発散角調整光学系の前記シリンドリカルレンズ間の距離を調整することにより、前記レーザ光源部から出た前記レーザ光のビーム形状を調整することを特徴とするレーザ光学装置。
7. 前記発散角調整光学系の前記発散角調整レンズペアーは、それぞれの円筒軸が互いに直交するように配置されていることを特徴とする請求項６に記載のレーザ光学装置。
8. 前記発散角調整光学系は、前記２つの発散角調整レンズペアーの４枚のシリンドリカルレンズが互いに交互に入り組んで配列して構成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のレーザ光学装置。

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