JP2023066564A - Illumination optical system and laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ライン状のレーザ光をフォトマスクに対して照射するために使用される照明光学系、並びに照明光学系を備えたレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to an illumination optical system used for irradiating a photomask with linear laser light, and a laser processing apparatus equipped with the illumination optical system.
樹脂、シリコン等の非金属材料である被加工物(ワークピース、例えばプリント基板の樹脂層)を、フォトフォトマスクを透過したレーザ光が走査することによって、被加工物をフォトフォトマスクのパターンの形状(例えばビア)にアブレーション加工(ablation:融解、蒸発による除去加工)することが知られている。精密な加工を要する場合、エキシマレーザ(KrFレーザ、波長248nm)を用いたアブレーションによる加工がなされる。 A workpiece (workpiece, for example, a resin layer of a printed circuit board), which is a non-metallic material such as resin or silicon, is scanned with a laser beam that has passed through a photo-photomask, thereby scanning the workpiece with a pattern of the photo-photomask. It is known to ablate shapes (eg vias). When precision processing is required, processing is performed by ablation using an excimer laser (KrF laser, wavelength 248 nm).
一例としてかかる加工装置の照明光学系は、照射エリアがライン状となるようにビームを成形し、照射エリア(フォトマスク面)における光のフルーエンスが均等となるように、例えばフライアイレンズによって光を均一化している。なお、ライン状のレーザ光とは、光軸に直交する平面における光束の断面形状がライン状であるレーザ光を意味する。 As an example, the illumination optical system of such a processing apparatus shapes the beam so that the irradiation area becomes linear, and the light is emitted by, for example, a fly-eye lens so that the fluence of light in the irradiation area (photomask surface) is uniform. It is homogenized. Note that the line-shaped laser beam means a laser beam having a line-shaped cross-sectional shape of the luminous flux on a plane perpendicular to the optical axis.
この照明光学系では、光源がコヒーレント性が高いレーザ光であるために、フライアイレンズで分割された各波長がお互いに干渉しなければ、フォトマスク面の照明は平均化されて均一になる。一般的にフライアイレンズの分割数が多い(フライアイを狭ピッチ化する)ほど照明の均一度が高くなる。しかしながら、エキシマレーザ光源は波長が狭帯域化されているため、空間コヒーレンスが高く、フライアイレンズのピッチを狭くした場合、フォトマスク面で照明の干渉縞が発生する。この干渉縞は、フライアイレンズの光軸方向の光路長に差を設けることによって回避することができる。 In this illumination optical system, since the light source is a highly coherent laser beam, the illumination of the photomask surface is averaged and uniform unless the wavelengths split by the fly-eye lens interfere with each other. In general, the greater the number of divisions of the fly-eye lens (the narrower the pitch of the fly-eye), the higher the uniformity of illumination. However, since the wavelength band of the excimer laser light source is narrowed, the spatial coherence is high, and when the pitch of the fly-eye lens is narrowed, interference fringes of illumination are generated on the photomask surface. This interference fringe can be avoided by providing a difference in optical path length in the optical axis direction of the fly's eye lens.
例えば特許文献1では、かかる光路差を生じさせるために、位相差生成部として厚みが段違いに異なるガラス板をフライアイレンズと平行に設けている。 For example, in Patent Document 1, in order to generate such an optical path difference, a glass plate having a different thickness is provided parallel to the fly-eye lens as a phase difference generator.
特許文献1の構成は、照明光学系に対して位相差生成部としての光学部材を付加する必要があり、その光学部材でのレーザ光のエネルギーロスが発生する。加工装置は高フルーエンスのレーザであるので、光路差部材によるロスは無視できない量になる。また、光学部材とフライアイレンズとの位置決めに誤差がある場合、さらにエネルギーロスが生じる原因となる。 In the configuration of Patent Document 1, it is necessary to add an optical member as a phase difference generator to the illumination optical system, and energy loss of laser light occurs in the optical member. Since the processing apparatus uses a high fluence laser, the amount of loss due to the optical path difference member is not negligible. Moreover, if there is an error in the positioning of the optical member and the fly-eye lens, it causes further energy loss.
したがって、本発明の目的は、フライアイレンズ自身に位相差を発生する機能を持たせることで、エネルギーロスが少なく、また部材の位置あわせが不要になる照明光学系及びレーザ加工装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an illumination optical system and a laser processing apparatus in which the fly-eye lens itself has a function of generating a phase difference, thereby reducing energy loss and eliminating the need to align members. It is in.
本発明は、レーザ光を照射面へ導く照射光学系であって、
z軸を光軸方向とし、z軸及びy軸と直交する方向をx軸とし、z軸及びx軸と直交する方向をy軸とし、
z軸に沿って配列され、x軸及びy軸の少なくとも一方の方向に沿って配列された複数のレンズをそれぞれ有する第1のレンズアレイ及び第2のレンズアレイを備え、
第1のレンズアレイ及び第2のレンズアレイの一方のレンズの厚みが少なくとも一方向で一定でないものとされた照明光学系である。
また、本発明は、レーザ光を照射面へ導く照射光学系であって、
z軸を光軸方向とし、z軸及びy軸と直交する方向をx軸とし、z軸及びx軸と直交する方向をy軸とし、
z軸に沿って、ビーム成形部、レンズアレイ部及びコリメートレンズ部が順に配列され、
ビーム成形部及びコリメートレンズ部がx軸方向にレンズ作用を有する第1のシリンドカルレンズとy軸方向にレンズ作用を有する第2のシリンドカルレンズによって構成され、
レンズアレイ部がz軸に沿って配列された2枚の第1のシリンドカルレンズアレイからなる第1の対と、z軸に沿って配列された2枚の第2のシリンドカルレンズアレイからなる第2の対とによって構成され、
第1のシリンドカルレンズアレイがx軸方向にレンズ作用を有し、第2のシリンドカルレンズアレイがy軸方向にレンズ作用を有し、
第1の対又は第2の対の第1のシリンドカルレンズアレイ又は第2のシリンドカルレンズアレイの厚みが少なくとも一方向で一定でないものとされた照明光学系である。
さらに、本発明は、レーザ光を出射する光源と、
レーザ光を断面がライン状のレーザ光にしてフォトマスクに照射すると共に、走査機構によってフォトマスクを走査する照明光学系と、
フォトマスクを介されたレーザ光を被加工物に照射する投影光学系と、
被加工物が載置されると共に、x-y方向に被加工物を移動させる被加工物載置テーブルとを備え、
照明光学系が上述した構成とされたレーザ加工装置である。
The present invention provides an irradiation optical system for guiding a laser beam to an irradiation surface,
The z-axis is the optical axis direction, the direction perpendicular to the z-axis and the y-axis is the x-axis, the direction perpendicular to the z-axis and the x-axis is the y-axis,
a first lens array and a second lens array each having a plurality of lenses arranged along the z-axis and arranged along at least one of the x-axis and the y-axis;
In the illumination optical system, the thickness of one lens of the first lens array and the second lens array is not constant in at least one direction.
The present invention also provides an irradiation optical system for guiding a laser beam to an irradiation surface,
The z-axis is the optical axis direction, the direction perpendicular to the z-axis and the y-axis is the x-axis, the direction perpendicular to the z-axis and the x-axis is the y-axis,
A beam shaping section, a lens array section, and a collimating lens section are arranged in order along the z-axis,
The beam shaping section and the collimating lens section are composed of a first cylindrical lens having lens action in the x-axis direction and a second cylindrical lens having lens action in the y-axis direction,
A first pair of two first cylindrical lens arrays arranged along the z-axis, and two second cylindrical lens arrays arranged along the z-axis. and a second pair consisting of
The first cylindrical lens array has lens action in the x-axis direction, the second cylindrical lens array has lens action in the y-axis direction,
In the illumination optical system, the thickness of the first cylindrical lens array or the second cylindrical lens array of the first pair or the second pair is not constant in at least one direction.
Furthermore, the present invention provides a light source that emits laser light,
an illumination optical system for irradiating a photomask with laser light having a linear cross section and scanning the photomask by a scanning mechanism;
a projection optical system that irradiates a workpiece with a laser beam passed through a photomask;
a workpiece placement table on which the workpiece is placed and which moves the workpiece in the xy direction;
This is a laser processing apparatus in which the illumination optical system is configured as described above.
少なくとも一つの実施形態によれば、本発明は、レンズアレイ自身の厚みを異ならせることによって干渉を防止するので、レーザ光のエネルギーロスの発生を防止することができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。 According to at least one embodiment, the present invention prevents interference by making the thickness of the lens array itself different, so that energy loss of laser light can be prevented. Note that the effects described herein are not necessarily limited, and may be any of the effects described herein or effects different from them.
以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention and the like will be described with reference to the drawings. The embodiments and the like described below are preferred specific examples of the present invention, and the content of the present invention is not limited to these embodiments and the like.
図1は本発明が適用可能な加工装置例えばレーザ加工装置の一例の概略構成図である。レーザ加工装置は、レーザ光源11を有する。レーザ光源11は、例えば波長248nmのKrFエキシマレーザ光をパルス照射するエキシマレーザ光源である。レーザ光がライン状レーザ走査機構12に供給される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an example of a processing apparatus, such as a laser processing apparatus, to which the present invention can be applied. The laser processing device has a
ライン状レーザ走査機構12は、レーザ光束を長方形状(ライン状)に整形する照明光学系と、レーザ光LBがフォトマスク13を走査するための走査機構(直動機構)を有している。
The linear
フォトマスク13には、被加工物(以下、基板Wと適宜称する)に対してアブレーションによって形成する加工パターンに対応したマスクパターンが形成されている。すなわち、KrFエキシマレーザを透過する基材(例えば石英ガラス)に、KrFエキシマレーザを遮断する遮光膜(例えばCr膜)によるパターンが描画されている。加工パターンとしては、貫通ビア、非貫通ビア、配線パターン用の溝(トレンチ)などである。アブレーション加工によって加工パターンが形成された後に、銅などの導体が充填される。
The
フォトマスク13を通過したレーザ光LBが投影光学系14に入射される。投影光学系14から出射されたレーザ光が基板Wの表面に照射される。投影光学系14は、フォトマスク面と基板Wの表面とに焦点面を有する。基板Wは、例えばエポキシ樹脂などの基板に銅配線層が形成され、その上に絶縁層が形成された樹脂基板である。
A laser beam LB that has passed through the
基板Wは、複数のパターン領域WAが設けられており、被加工物載置用の載置テーブル15上に固定されている。載置テーブル15が2次元方向に変位し、また、回転することによってパターン領域WAをフォトマスク13に対してそれぞれ位置決めすることが可能とされている。また、基板Wの全体にわたって被加工領域を加工可能とするために、載置テーブル15が走査方向に基板Wをステップ移動させるようになされている。
The substrate W is provided with a plurality of pattern areas WA, and is fixed on a mounting table 15 for mounting a workpiece. The pattern area WA can be positioned with respect to the
図2を参照してレーザ加工装置の一実施形態について説明する。レーザ加工装置が支持体を構成するベース部21及び上部フレーム22に対して取り付けられる。上部フレーム22は、ベース部21上に固定されている。ベース部21及び上部フレーム22は、剛性が高く、振動を減衰させる特性の材料からなる。
An embodiment of the laser processing apparatus will be described with reference to FIG. A laser processing device is attached to a
上部フレーム22に対して、走査機構16及び照明光学系17からなるライン状レーザ走査機構と、フォトマスク13が載置されるマスクステージ18(フォトマスクの支持部)と、投影光学系14が固定される。ベース部21上に載置テーブル15が固定される。すなわち、これらの走査機構16、照明光学系17、マスクステージ18、投影光学系14及び載置テーブル15が所定の光学的関係(レーザ光が照明光学系17に対して正しく入射する関係)を満たすように位置決めされ、位置決め後、照明光学系17の走査動作及び載置テーブル15の変位動作による振動などによって、ベース部21及び上部フレーム22が揺動した場合に、一体で変位するようになされる。ビーム位置補正部27によって照明光学系17に対するレーザ光の入射位置及び入射角度が補正される。
A linear laser scanning mechanism consisting of a
レーザ光源11は、ベース部21及び上部フレーム22とは、別個に設けられた筐体24内に収納されている。レーザ光源11は、波長248nmのKrFエキシマレーザ(レーザ光と称する)L1をパルス照射する。レーザ光L1及びガイド用レーザ光(不図示)がビーム位置補正部(ビームステアリング機構と称される)27に入射される。
The
ビーム位置補正部27は、レーザ光L1の位置決め(位置及び入射角)をリアルタイムで行なうための機構である。ビーム位置補正部27によって、レーザ加工装置のベース部21及び上部フレーム22の傾きにかかわらず、照明光学系17に対してレーザ光L1が常に正しい位置及び角度でもって入射するように調整される。なお、ガイド用レーザ光の波長は、例えば400nm~700nmとされている。ビーム位置補正部27に含まれるミラーは、波長が相違しているレーザ光L1とガイド用レーザ光の波長をそれぞれ反射する2つの反射膜を有する。各反射膜に各レーザ光が入射されるようにするためのビーム成形部がビーム位置補正部27に設けられている。
The
ビーム位置補正部27から出射されたレーザ光L1がミラー28で反射されて照明光学系17に対して入射される。照明光学系17は、レーザ光源の出射した光の強度分布を均一化するとともにライン状の加工用レーザ光に成形する。照明光学系17は、ライン状レーザ光を成形するためのレンズアレイ(フライアイレンズアレイとも称される)を有する。レンズアレイは、レーザ光を拡大する方向に複数の凸レンズが配列されたレンズアレイである。照明光学系17からのライン状レーザ光LBがマスク13を照射する。なお、照明光学系17の具体例については後述する。
A laser beam L1 emitted from the beam
走査機構16は、照明光学系17の一部であって、照明光学系17の全体を移動させる。走査機構16によってレーザ光LBがフォトマスク13に対して移動し、マスクステージ18及び載置テーブル15にそれぞれ固定されているフォトマスク13及び基板Wがレーザ光で走査される。
The
図3は、レーザ光LBとフォトマスク13の大きさの関係を示す。例えばレーザ光LBは、(長さ×幅)が(100×0.1(mm))、(35×0.3(mm))などとされる。レーザ光LBの長さ方向と直交する幅方向が走査方向とされている。
FIG. 3 shows the relationship between the size of the laser beam LB and the
フォトマスク13は、KrFエキシマレーザ光を透過する基材(例えば石英ガラス)に対してKrFエキシマレーザ光を遮断する遮断膜(クロム膜、アルミニウム膜など)を形成することによって、マスクパターンが描画されている。フォトマスク13には、基板Wに繰り返し現れるパターンを描画してもよく、又は基板W全体にわたるパターンを描画するようにしてもよい。
In the
マスクステージ18は、フォトマスク13を保持し、フォトマスクの位置決めが可能なxyθステージを備える。フォトマスク13に設けられたアライメントマークを読み取りフォトマスク13の位置決めを行うためのカメラ(不図示)が備えられている。
The
フォトマスク13を通ったレーザ光が投影光学系14に入射される。投影光学系14は、フォトマスク13の表面と基板Wの表面に焦点を持つ投影光学系であり、フォトマスク13を透過した光を基板Wに投影する。ここでは、投影光学系14は縮小投影光学系として構成される(例えば1/4倍)。
Laser light passing through the
載置テーブル15は、基板Wを真空吸着などによって固定すると共に、テーブル移動機構によってx-y方向への移動及び回転によってフォトマスク13に対して基板Wを位置決めする。また、基板W全体にわたってアプレーション加工できるように、走査方向に沿ってステップ移動可能である。載置テーブル15の傍には、基板Wに設けられているアライメントマークを撮像するアライメントカメラ(不図示)が設置されている。さらには、焦点調整用のz機構等を設けてもよい。
The mounting table 15 fixes the substrate W by vacuum suction or the like, and positions the substrate W with respect to the
基板W(ワークピース)は、例えばプリント配線板用の有機基板であり、表面にレーザ加工をする被加工層が形成されている。被加工層は例えば、樹脂膜や金属箔であり、レーザ光によってビア形成等の加工処理が可能な材料によって形成されている。レーザ加工機によってビアや配線パターンを形成し、その後の工程で加工部分に銅などの導体を充填する。 The substrate W (workpiece) is, for example, an organic substrate for a printed wiring board, and a layer to be processed by laser processing is formed on the surface thereof. The layer to be processed is, for example, a resin film or a metal foil, and is made of a material that can be subjected to processing such as via formation by laser light. A laser processing machine is used to form vias and wiring patterns, and in subsequent processes, the processed portions are filled with a conductor such as copper.
図4は、基板Wの一例を拡大して示す。基板Wは、多面取り基板であって、基板Wには、フォトマスク13のパターンと対応するパターン領域WAが(8×8)のマトリクス状に繰り返し設けられている。図4において横方向が副ステップ方向で、縦方向が主ステップ方向とされている。あるパターン領域WAが走査されると、次のパターン領域が走査される。なお、図示されている走査の方向(矢印)は、一例である。
FIG. 4 shows an enlarged example of the substrate W. As shown in FIG. The substrate W is a multi-sided substrate, and pattern areas WA corresponding to the pattern of the
なお、本発明の一実施形態においては、図示しないが搬送機構が設けられており、搬送機構によって、被加工物の載置テーブルへの載置や取出しが行なわれる。例えばスカラロボット等を用いることができる。また、加工装置とレーザ光源の筐体とを覆う図示しない空調チャンバーを備えている。 In one embodiment of the present invention, a transport mechanism (not shown) is provided, and the workpiece is placed on and removed from the placement table by the transport mechanism. For example, a SCARA robot or the like can be used. It also has an air-conditioning chamber (not shown) that covers the processing device and the housing of the laser light source.
上述した本発明の一実施形態においては、装置全体を制御するための制御装置(不図示)が備えられている。制御装置は、レーザ光源11の制御、駆動部各部の制御、フォトマスク、基板Wのアライメント、生産情報の管理やレシピ管理、等を行う。
In one embodiment of the invention described above, a controller (not shown) is provided for controlling the entire apparatus. The control device controls the
上述したレーザ加工装置における光学系をブロック図として表すと図5に示すものとなる。図5における図1及び図2と対応する部分には同一参照符号を付して示す。レーザ光源11からのレーザ光がビーム成形部30に供給される。ビーム成形部30からのレーザ光がビーム位置補正部27に供給される。ビーム位置補正部27によって、照明光学系17に対してレーザ光が常に正しい位置及び角度でもって入射するようにレーザ光が調整される。ビーム成形部30は、上述したように、レーザ光源11からのレーザ光とガイド用レーザ光をミラーと異なる反射膜に入射させるためにレーザ光を成形するものである。
FIG. 5 is a block diagram showing the optical system in the laser processing apparatus described above. Parts in FIG. 5 corresponding to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. Laser light from the
照明光学系17は、ビーム成形部31、光量均一化部としてのレンズアレイ部32及びコリメートレンズ部33が光軸に沿って順番に配置された構成を有する。ビーム成形部31によって、所定の長さ及び幅を有する長方形のレーザ光が形成され、レンズアレイ部32によってレーザ光の分布が均一とされるとともにライン状のレーザ光とされる。レンズアレイ部32は、光軸方向に沿って配列された2枚の第1のシリンドカルレンズアレイ(図5ではSLAと表記する)36a,36bからなる第1の対34と、光軸方向に沿って配列された2枚の第2のシリンドカルレンズアレイ37a,37bからなるからなる第2の対35とによって構成される。
The illumination
レンズアレイ部32からのレーザ光がコリメートレンズ部33によってほぼ平行光とされる。照明光学系17のコリメートレンズ部33からのレーザ光がフォトマスク13に対して照射される。フォトマスク13を通ったレーザ光が投影光学系14に入射される。投影光学系14は、フォトマスク13を透過した光を基板Wに投影する。
The laser light from the
照明光学系17の一例について図6を参照して説明する。照明光学系17の光軸の方向と平行な方向をz軸とし、z軸及びy軸と直交する方向をx軸とし、z軸及びx軸と直交する方向をy軸とする。すなわち、z軸と垂直で、互いに直交する軸をx軸及びy軸とする。図6Aは、照明光学系17の側面図であり、図6Bは、照明光学系17の上面図である。さらに、ライン状レーザ光の幅方向がx軸方向とされ、ライン状レーザ光の長さ方向がy軸方向とされている。
An example of the illumination
図6Aの側面図において、太線で示すシリンドカルレンズ31a、シリンドカルレンズアレイ36a,36b、シリンドカルレンズ33aがx軸方向にレンズ作用を有する要素である。これらのレンズ作用を有する要素を抽出して図6Cに示す。また、図6Bの側面図において、太線で示すシリンドカルレンズ31b、シリンドカルレンズアレイ37a,37b、シリンドカルレンズ33bがy軸方向にレンズ作用を有する要素である。これらのレンズ作用を有する要素を抽出して図6Dに示す。
In the side view of FIG. 6A, a
ビーム成形部31は、x軸方向にレンズ作用を有する(言い換えると、x軸方向にパワーを有する)シリンドカルレンズ31aと、y軸方向(言い換えると、y軸方向にパワーを有する)にレンズ作用を有するシリンドカルレンズ31bがz軸方向に順番に配列された構成を有する。光源からのレーザ光がシリンドカルレンズ31aに入射されると、シリンドカルレンズ31aからx軸方向(幅方向)に拡がりを持つレーザ光が発生する。さらに、レーザ光がシリンドカルレンズ31bに入射されると、シリンドカルレンズ31bからy軸方向(長さ方向)に拡がりを持つレーザ光が発生する。シリンドカルレンズ31bからのレーザ光がビーム成形部31から出射される。ビーム成形部31は、レンズアレイ部32のシリンドカルレンズアレイの入射面の大きさに合わせてレーザ光を拡大すると共に、シリンドカルレンズアレイに対してレーザ光が平行に入射するようになされる。なお、フライアイレンズに入射するレーザ光は、ガウシアンカーブ等の強度の偏りを持っている。
The
ビーム成形部31から出射されたレーザ光がレンズアレイ部32の第1の対34の光源側のシリンドカルレンズアレイ36aに入射される。z軸方向に沿ってシリンドカルレンズアレイ36aと平行にシリンドカルレンズアレイ36bが配列されている。シリンドカルレンズアレイ36a及び35bは、x軸方向に複数の小径のシリンドカルレンズ(凸レンズ)が配列されたものである。シリンドカルレンズアレイ36aの入射側のレンズ面が凸状とされており、出射側のレンズ面が平面とされている。シリンドカルレンズアレイ36bの入射側のレンズ面が平面とされており、出射側のレンズ面が凸状ときれている。シリンドカルレンズアレイ36a及び36bによってレーザ光の均一化がなされる。
The laser light emitted from the
第1の対34から出射されたレーザ光がレンズアレイ部32の第2の対35の光源側のシリンドカルレンズアレイ37aに入射される。z軸方向に沿ってシリンドカルレンズアレイ37aと平行にシリンドカルレンズアレイ37bが配列されている。シリンドカルレンズアレイ37a及び37bは、y軸方向に複数の小径のシリンドカルレンズ(凸レンズ)が配列されたものである。シリンドカルレンズアレイ37a及び37bによってレーザ光の均一化がなされる。
The laser light emitted from the
レンズアレイ部32の第2の対35のシリンドカルレンズアレイ37bから出射されたレーザ光がコリメートレンズ部33の第1のシリンドカルレンズ33aに入射される。シリンドカルレンズ33aは、x軸方向にレンズ作用を有する。シリンドカルレンズ33aと平行に第2のシリンドカルレンズ33bが配列されている。シリンドカルレンズ33bは、y軸方向にレンズ作用を有する。コリメートレンズ部33は、分割されたレーザ光を平行光にするとともに、照射面上で重畳させ均一化する。
The laser light emitted from the
本発明の一実施形態では、レンズアレイ部32の第1の対34及び/又は第2の対35に含まれる第1のシリンドカルレンズアレイ及び第2のシリンドカルレンズアレイの一方のレンズの厚みが少なくとも一方向で一定でないものとされる。図7は、第1の対34の一方のシリンドカルレンズアレイ36bのレンズの厚みが一定でない例を示す。シリンドカルレンズアレイ36a及び36bは、例えば5個の小径のシリンドカルレンズアレイがx方向に配列されたものである。
In one embodiment of the present invention, one lens of the first cylindrical lens array and the second cylindrical lens array included in the
シリンドカルレンズアレイ36bの平面側のレンズ面が側面から見てΔTの段差を持つようにレンズの厚みが交互に異ならされている。ΔTは、干渉縞の明暗が生じないような値とされる(例えばΔTが約1(mm))。このようなシリンドカルレンズアレイ36bによって光路長差が発生し、シリンドカルレンズアレイ38bの出射側で干渉縞が生じることを防止することができる。
The thicknesses of the lenses are alternately varied so that the lens surface on the plane side of the
また、エキシマレーザ光のビームの断面形状は一般的に縦横比が1:2、1:5などの矩形をなしており、空間的コヒーレンスは等方的ではなく、特にビーム断面の長手方向より短手方向において高くなっている。このため、干渉縞はビーム断面の短手方向に発生しやすい。このように、レーザ光の空間的コヒーレンスが等方向ではない場合に、空間的コヒーレンスが高い方向でレンズの厚みを一定でないものとする。 In addition, the cross-sectional shape of the excimer laser beam is generally rectangular with an aspect ratio of 1:2, 1:5, etc., and the spatial coherence is not isotropic. It is higher in the hand direction. Therefore, interference fringes tend to occur in the lateral direction of the beam cross section. Thus, when the spatial coherence of laser light is not isotropic, the thickness of the lens is not constant in the direction of high spatial coherence.
また、レンズの厚みが同一の時に照射面においてx軸方向に干渉縞の明暗が生じる場合には、図7の例のように、シリンドカルレンズアレイ36bのx軸方向でレンズの厚みを変化させる。また、レンズの厚みが同一の時に照射面においてy軸方向に干渉縞の明暗が生じる場合には、シリンドカルレンズアレイ37bのy軸方向でレンズの厚みを一定でないものとする。さらに、レンズの厚みが同一の時に照射面においてx軸及びy軸の両方向に干渉縞の明暗が生じる場合には、シリンドカルレンズアレイ36bのx軸方向、並びにシリンドカルレンズアレイ37bのy軸方向の両方向でレンズの厚みを一定でないものとする。
Also, when the brightness of the interference fringes occurs in the x-axis direction on the irradiation surface when the lens thickness is the same, the lens thickness is changed in the x-axis direction of the
上述した本発明の一実施形態では、シリンドカルレンズアレイ自身の厚みを異ならせるので、別の光学部材を設ける構成と比較してレーザ光のエネルギーロスを少なくすることができる。 In the embodiment of the present invention described above, the thickness of the cylindrical lens array itself is made different, so the energy loss of the laser light can be reduced compared to a configuration in which separate optical members are provided.
なお、上述した本発明の一実施形態では、レンズアレイのレンズの厚みを変化させるのに、レンズ面が側面から見て段差を持つようにレンズの厚みが交互に異ならされている配置を示した。本発明はこの形態に限定されるものではなく、例えば側面から見て階段状に一方向に所定量づつ厚みが変化するようにしてもよく、あるいはランダムに厚みが異なるレンズを配列するようにしてもよい。レンズアレイを構成する各レンズが、少なくとも一方向において隣接する他のレンズと異なる厚みであればよい。 In one embodiment of the present invention described above, the thickness of the lenses of the lens array is changed by alternately changing the thickness of the lenses so that the lens surfaces have steps when viewed from the side. . The present invention is not limited to this form. For example, the thickness may change stepwise in one direction when viewed from the side, or lenses with different thicknesses may be randomly arranged. good too. It is sufficient that each lens constituting the lens array has a thickness different from that of adjacent lenses in at least one direction.
以上、本技術の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えばx軸方向及びy軸方向の両方向にレンズが配列されたレンズアレイを使用してもよい。さらに、二つの対を設ける構成に限らず、一つのレンズアレイの対を設ける構成に対して本発明を適用できる。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。 Although one embodiment of the present technology has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described one embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, a lens array in which lenses are arranged in both the x-axis direction and the y-axis direction may be used. Furthermore, the present invention is applicable not only to the configuration in which two pairs are provided, but also to the configuration in which one pair of lens arrays is provided. In addition, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc., given in the above-described embodiments are merely examples, and if necessary, different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. may be used. good too.
W・・・被加工物(基板)、11・・・レーザ光源、12・・・ライン状レーザ走査機構、13・・・フォトマスク、14・・・投影光学系、15・・・載置テーブル、16・・・走査機構、17・・・照明光学系、18・・・マスクステージ、30,31・・・ビーム成形部、32・・・レンズアレイ部、33・・・コリメートレンズ部
W Workpiece (substrate) 11
Claims (7)
z軸を光軸方向とし、z軸及びy軸と直交する方向をx軸とし、z軸及びx軸と直交する方向をy軸とし、
前記z軸に沿って配列され、前記x軸及びy軸の少なくとも一方の方向に沿って配列された複数のレンズをそれぞれ有する第1のレンズアレイ及び第2のレンズアレイを備え、
前記第1のレンズアレイ及び前記第2のレンズアレイの一方の前記レンズの厚みが少なくとも一方向で一定でないものとされた照明光学系。 An irradiation optical system for guiding a laser beam to an irradiation surface,
The z-axis is the optical axis direction, the direction perpendicular to the z-axis and the y-axis is the x-axis, the direction perpendicular to the z-axis and the x-axis is the y-axis,
A first lens array and a second lens array each having a plurality of lenses arranged along the z-axis and arranged along at least one of the x-axis and the y-axis;
An illumination optical system in which the thickness of one of the lenses of the first lens array and the second lens array is not constant in at least one direction.
合には、x軸方向で前記レンズの厚みを一定でないものとし、y軸方向に干渉縞の明暗が生じる場合には、y軸方向で前記レンズの厚みを一定でないものとし、x軸及びy軸の両方向に干渉縞の明暗が生じる場合には、x軸及びy軸の両方向で前記レンズの厚みを一定でないものとするようにした請求項1又は2に記載の照明光学系。 When the thickness of the lens is the same and the brightness of the interference fringes occurs in the x-axis direction on the irradiation surface, the thickness of the lens is not constant in the x-axis direction, and the brightness of the interference fringes occurs in the y-axis direction. In this case, the thickness of the lens is not constant in the y-axis direction, and if light and dark interference fringes occur in both the x-axis and y-axis directions, the lens thickness is constant in both the x-axis and y-axis directions. 3. The illumination optical system according to claim 1 or 2, wherein
z軸を光軸方向とし、z軸及びy軸と直交する方向をx軸とし、z軸及びx軸と直交する方向をy軸とし、
前記z軸に沿って、ビーム成形部、レンズアレイ部及びコリメートレンズ部が順に配列され、
前記ビーム成形部及び前記コリメートレンズ部がx軸方向にレンズ作用を有する第1のシリンドカルレンズとy軸方向にレンズ作用を有する第2のシリンドカルレンズによって構成され、
前記レンズアレイ部が前記z軸に沿って配列された2枚の第1のシリンドカルレンズアレイからなる第1の対と、前記z軸に沿って配列された2枚の第2のシリンドカルレンズアレイからなる第2の対とによって構成され、
前記第1のシリンドカルレンズアレイがx軸方向にレンズ作用を有し、前記第2のシリンドカルレンズアレイがy軸方向にレンズ作用を有し、
前記第1の対又は前記第2の対の前記第1のシリンドカルレンズアレイ又は前記第2のシリンドカルレンズアレイの厚みが少なくとも一方向で一定でないものとされた照明光学系。 An irradiation optical system for guiding a laser beam to an irradiation surface,
The z-axis is the optical axis direction, the direction perpendicular to the z-axis and the y-axis is the x-axis, the direction perpendicular to the z-axis and the x-axis is the y-axis,
A beam shaping unit, a lens array unit, and a collimator lens unit are arranged in order along the z-axis,
The beam shaping section and the collimating lens section are composed of a first cylindrical lens having lens action in the x-axis direction and a second cylindrical lens having lens action in the y-axis direction,
A first pair of two first cylindrical lens arrays in which the lens array section is arranged along the z-axis, and two second cylinders arranged along the z-axis. a second pair of cull lens arrays;
The first cylindrical lens array has a lens action in the x-axis direction, the second cylindrical lens array has a lens action in the y-axis direction,
An illumination optical system, wherein the thickness of the first cylindrical lens array or the second cylindrical lens array of the first pair or the second pair is not constant in at least one direction.
前記レーザ光を断面がライン状のレーザ光にしてフォトマスクに照射すると共に、走査機構によって前記フォトマスクを走査する照明光学系と、
前記フォトマスクを介されたレーザ光を被加工物に照射する投影光学系と、
前記被加工物が載置されると共に、x-y方向に前記被加工物を移動させる被加工物載置テーブルとを備え、
前記照明光学系が請求項1に記載の構成とされたレーザ加工装置。 a light source that emits laser light;
an illumination optical system that irradiates the photomask with the laser beam having a linear cross section and scans the photomask with a scanning mechanism;
a projection optical system for irradiating an object to be processed with laser light passed through the photomask;
a workpiece placement table on which the workpiece is placed and which moves the workpiece in xy directions;
A laser processing apparatus, wherein the illumination optical system has the configuration according to claim 1 .
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