JP2657957B2 - 投影装置及び光照射方法 - Google Patents

投影装置及び光照射方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は投影装置に関し、特に光束をマスクへと入射
させ該入射光に基づき該マスクの光通過部パターンを投
影するのに用いられる投影装置に関する。
本発明は、例えばプラスチック材料をレーザにより微
細加工する装置において有効に利用される。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 従来、半導体装置製造プロセスにおいて、所望の光通
過部パターンを有するマスクに対し光源からの光束を入
射させ、投影光学系により半導体材料の表面に上記マス
クの光通過部パターンを投影して、表面加工することが
なされている。
この光学系では、フライアイレンズの如き結像光学素
子群からなるオプチカルインテグレータ及びコンデンサ
ーレンズを用い、光量分布を均一化させて光束をマスク
へと入射させている。
以上の様な加工方法は、その他の種々のレーザ加工に
も適用することができ、たとえばプラスチック材料を微
細加工するのに利用することができる。該プラスチック
材料加工の一例として、コンピュータやワードプロセッ
サに接続され記録手段として用いられるインクジェット
プリンタのヘッド部のインク吐出孔の穴あけ加工を挙げ
ることができる。
ところで、以上の様な従来のレーザ加工では、光源か
らの光は上記マスクの遮光部で一部遮光されるのである
が、該マスクの光通過部のパターンによっては上記光源
からの光の大半が遮光される場合がある。特に、上記イ
ンクジェットプリンタのヘッド部のインク吐出孔のパタ
ーンは微細な点をライン状に配列してなるものであるた
め、遮光される光量の割合が著しく大きくなる。かくし
て、従来の方法では、光エネルギーの損失が大きく、加
工効率も十分でない。これが、短時間での高効率加工を
目指す場合の障害となっている。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、光
源からの光をできるだけマスクの光通過部へと導き、光
エネルギーを有効に利用するとともにマスク通過光束の
エネルギー密度を向上させ、かくして加工効率を向上さ
せ、更に加工に高エネルギー密度を要する材料の加工を
も可能とする投影装置及び光照射方法を提供することを
目的とするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、上記目的を達成するものとして、 複数の結像光学素子を第１方向に沿って並べた結像光
学素子列を該第１方向と直交する第２方向に沿って複数
個配列してあるオプチカルインテグレータを設け、光照
射手段により該オプチカルインテグレータに光を照射
し、該オプチカルインテグレータから射出する複数個の
光束をマスク上で互いに重ね合わせ、該マスク上で上記
第１方向に延びる帯状の領域を形成する光通過部パター
ンを投影する装置であって、上記光照射手段が、上記第
１方向に延びる帯状の光束を複数個形成し、該複数個の
帯状光束の各々を上記複数個の結像光学素子列の対応す
る列に照射せしめるよう構成してあることを特徴とす
る、投影装置、 が提供される。
本発明においては、上記第１方向に延びる帯状光束の
各々が該第１方向に不連続な複数の部分からなり、該部
分の各々が上記結像光学素子列内の対応する結像光学素
子に照射せしめられる、態様がある。
本発明においては、上記マスクの光通過部パターンが
ライン状の開口よりなる、態様がある。
本発明においては、上記マスクの光通過部パターンが
点状開口を複数個ライン状に配列したものよりなる、態
様がある。
本発明においては、上記光照射手段がプリズム及びミ
ラーのうちの少なくとも１種を用いて上記複数個の帯状
光束を形成する光分割器を含むものである、態様があ
る。
本発明においては、上記光分割器が上記複数個の帯状
光束を互いに平行な光束となすものである、態様があ
る。
本発明においては、上記光照射手段が上記オプチカル
インテグレータへの入射光束を該オプチカルインテグレ
ータの全体的形状に対応する様に整形する整形手段を含
んでいる、態様がある。
本発明においては、上記光照射手段が上記オプチカル
インテグレータへの入射光束を該オプチカルインテグレ
ータの全体的大きさに対応する様に拡縮する拡縮手段を
含んでいる、態様がある。
本発明においては、上記光がコヒーレント光である、
態様がある。
本発明においては、上記光がレーザ光である、態様が
ある。
また、本発明によれば、 マスクに配列した複数個の開口を介して被照射物体に
光を照射する光照射方法において、光源からの光を用い
て複数個の断面が帯状の光束を形成し、各光束の長手方
向が前記複数個の開口の配列方向と一致するように前記
複数個の光束を前記マスク上で互いに重ね合わせること
を特徴とする光照射方法、 及び、 マスクの線状の開口を介して被照射物体に光を照射す
る光照射方法において、光源からの光を用いて複数個の
断面が帯状の光束を形成し、各光束の長手方向が前記線
状の開口の長手方向と一致するように前記複数個の光束
を前記マスク上で互いに重ね合わせることを特徴とする
光照射方法、 が提供される。
これらの本発明方法の一態様においては、前記光源が
レーザーである。
また、これらの本発明方法の一態様においては、前記
被照射物体がプラスチック材料より成り、光の照射によ
り前記マスクの開口に応じた穴が開けられる。
［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説
明する。
第１図〜第５図は本発明による投影装置の第１の実施
例を示す模式図である。
第１図において、２は光源であるところのレーザであ
る。該レーザとしては例えばKrFレーザ等のエキシマレ
ーザが用いられる。３は該レーザから出射される光束で
あり、３′はその光軸である。該光軸と垂直な平面内の
互いに直交する２つの方向をｘ方向及びｙ方向とする。
上記光束３はｘ方向20〜35mm程度でｙ方向３〜10mm程
度のほぼ長方形の断面形状を有する平行光束である。
４は結像光学素子群たるフライアイレンズ（オプチカ
ルインテグレータ）であり、４−0,4−1,4＋１はそのｘ
方向の光学素子列である。本実施例では、結像光学素子
としてレンズエレメントを使用している。また、フライ
アイレンズ４のｙ方向に関する寸法は光束３の寸法より
大きい。第４図に示されている様に、光学素子列４−０
はｘ方向に配列された３つの結像光学素子４−0a,4−0
b,4−0cからなり、ｙ方向に関し列４−０に隣接する光
学素子列４−１はｘ方向に配列された２つの結像光学素
子４−1a,4−1bからなり、ｙ方向に関し列４−０に隣接
する光学素子列４＋１はｘ方向に配列された２つの結像
光学素子４＋1a,4＋1bからなる。
第１図において、６−1,6＋１は光分割器６を構成せ
るプリズムであり、これらはｙ方向に所定の距離だけ隔
てられて配置されている。各プリズムにはそれぞれ上記
光束３の一部が入射せしめられる様になっており、該プ
リズムの光入射面と光出射面とは平行であり且つｘ−ｙ
面に対し傾いている。
光束３の一部は上記プリズム６−1,6＋１の間の間隙
を通過して、ｘ方向に延びた第１の帯状（ライン状）光
束３−０として上記光学素子列４−０のｙ方向に関する
中央部に平行光束として入射する（第１図及び第４図参
照）。また、光束３の一部は上記プリズム６−１により
ｙ方向に適宜の距離平行移動せしめられて、ｘ方向に延
びた第２の帯状（ライン状）光束３−１として上記光学
素子列４−１のｙ方向に関する中央部に平行光束として
入射する（第１図及び第４図参照）。同様に、光束３の
一部は上記プリズム６＋１によりｙ方向に適宜の距離平
行移動せしめられて、ｘ方向に延びた第３の帯状（ライ
ン状）光束３＋１として上記光学素子列４＋１のｙ方向
に関する中央部に平行光束として入射する（第１図及び
第４図参照）。ここで、第１、第２及び第３の帯状光束
の各々の幅は互いにほぼ等しく且つ各結像光学素子の径
より小さく設定してある。上記プリズム６−1,6＋１に
よる平行移動の距離は、該プリズムの屈折率、厚さ及び
該プリズムへの入射角により適宜設定することができ
る。
第２図は上記フライアイレンズ以降の光学系を示すも
のであり、８は光軸３′と直交する様に配置されたマス
クである。第５図に示されている様に、該マスク８は所
定パターンの光通過部8aと遮光部8bとからなる。光通過
部8aはｘ方向に延びたライン状（帯状）の開口よりな
り、この開口はマスク８の透明基板に対応する。また、
遮光部8bはこの透明基板上にパターニングされたクロム
膜等の金属膜よりなる。
第２図において、10はコンデンサーレンズであり、フ
ライアイレンズ４から出射した光束は各結像光学素子の
作用で一旦集光し、光軸３′に垂直な平面内に多数個の
２次光源を形成し、コンデンサーレンズ10を経て上記マ
スタ８へと入射する。これら多数個の２次光源の総数
は、フライアイレンズ４を構成する結像光学素子の数と
一致している。
コンデンサーレンズ10はその光出射側焦点位置がマス
ク８のパターン面と一致する様に設けられており、この
様に構成することにより多数個の２次光源からなる各光
束がマスク８上で互いに正確に重なりあう。また、この
時、これらの光束がマスク８上に形成する光スポットの
形状は帯状（ライン状）となる。そして、この光スポッ
トの長手方向とマスク８の光通過部8aの長手方向とが一
致している。
第３図は上記マスク以降の光学系を示すものであり、
12は光軸３′と直交する様に配置された被加工部材であ
る。14は上記マスタ８と上記被加工部材12との間に配置
された投影レンズ系であり、該投影レンズ系14により上
記マスク８のパターン（光通過部8a）の像が被加工部材
12に投影せしめられる。そして、このパターン像の形状
に応じてレーザ光の光エネルギーにより被加工部材12が
加工され、具体的には穴があけられる。
本実施例では、マスクパターンは、上記第５図に示さ
れている様に、ｙ方向に関し中央部にのみ光通過部8aが
存在し、該光通過部の面積の全マスク面積（即ち光通過
部8aの面積と遮光部8bの面積との和）に対する割合がか
なり小さい。そして、該マスクの光通過部8aの上記フラ
イアイレンズの各結像光学素子における光学的対応領域
が、第４図において8a′で示される様になっている。第
４図に示されている様に、全結像光学素子の領域8a′
は、上記光束３−0,3−1,3＋１のいずれかが入射する領
域に含まれている。
以上の様に、本実施例では、マスク８の光通過部8aの
形状とほぼ相似のｘ方向に延びる帯状の３個の光束３−
0,3−1,3＋１を形成し、該帯状光束の各々を３個の結像
光学素子列４−0,4−1,4＋１の対応する列に照射せしめ
ることにより、マスク８の光通過部8aに入射する光束の
光エネルギー密度が著しく高められ、かくして加工速度
及び加工効率を向上させることができる、また従来と同
等の加工速度及び加工効率を十分低いレーザ出力にて実
現でき、低コスト化が可能である。更に、加工に高いエ
ネルギー密度を要する材料を加工することも可能とな
る。
第６図は上記マスクのパターンの変形例を示す模式図
である。
上記第５図のマスク８では光通過部ａとしてライン状
の開口が用いられているが、第６図に示される様に、点
状の開口8aを複数個ライン状に配列し、破線で示す如く
マスク上で帯状の領域をなすマスクパターンを用いて同
様の投影装置を構成することもできる。この場合も、マ
スク８上での光スポットの長手方向は開口8aの配列方向
と一致している。
尚、本発明において、マスク８としては金属板に穴を
あけて光通過部パターンを形成したもの等、各種の形態
のものを使用することができる。
第７図は上記実施例の変形例を説明するための模式図
である。
第７図において、20は楕円マスクであり、22は凹シリ
ンドリカルレンズであり、24は凸シリンドリカルレンズ
であり、26は凸球面レンズであり、28は凹球面レンズで
ある。これらは、上記第１図のレーザ２と上記プリズム
６−1,6＋１との間に、楕円マスク20から順次配置され
る。上記楕円マスク20、凹シリンドリカルレンズ22及び
凸シリンドリカルレンズ24は、光束３をフライアイレン
ズ４の全体的形状（即ちほぼ円形）に対応する様に整形
するための整形手段を構成する光学素子である。また、
上記凸球面レンズ26及び凹球面レンズ28は上記フライア
イレンズ４への入射光束を該フライアイレンズの全体的
大きさに対応する様に拡縮するための拡縮手段を構成す
る光学素子である。
第８図は本発明による光学系の第２の実施例を示す模
式図である。本図において、上記第１図におけると同様
の部材には同一の符号が付されている。
本実施例では、複数の結像光学素子をｘ方向に並べて
なる光学素子列がｙ方向に（2n＋１）列設けられてい
る。ここでｎは正の整数である。尚、ｎ＝１の場合が上
記第１の実施例に相当することになる。
第８図に示されている様に、プリズム６−1,6＋１と
同様のプリズムが合計2n個配列されており、各プリズム
の配列を適宜設定することにより、プリズム６−１〜６
−n,6＋１〜６＋ｎを通過した平行光束の少なくとも一
部がそれぞれフライアイレンズの光学素子列４−１〜４
−n,4＋１〜４＋ｎのｙ方向に関する中央部に入射する
様にできる。
尚、ｘ方向の光学素子列が2n列の場合には、先ずハー
フミラー等を用いて光束を２分割し、２つの光束の一方
を上記プリズム６−１に入射させ他方を上記プリズム６
＋１に入射させて、同様にして光束分割を行うことがで
きる。
上記実施例では光分割器としてプリズムを用いている
が、プリズムの代わりにミラーを用いて同様の光分割を
行うことができ、プリズムとミラーとの組合わせを用い
ることもできる。
また、上記実施例ではｙ方向に関してのみ光分割を行
っているが、該ｙ方向の光分割後の光束を同様にしてｘ
方向に分割することができる。これにより、更に光エネ
ルギー利用効率を高めることが可能である。この様な形
態は、特にオプチカルインテグレータを構成する結像光
学素子がｘ−ｙマトリックス状に配列されている場合に
極めて有利である。
［発明の効果］ 以上説明した様に、本発明によれば、光照射手段を用
いて、第１方向に延びる帯状の光束を複数個形成し、該
複数個の帯状光束の各々を、上記第１方向に沿って並べ
た複数個の結像光学素子列の対応する列に照射せしめ、
更に当該帯状光束の長手方向と対応する方向性を持つ光
通過部パターンを有するマスク上で互いに重ね合わせる
ことにより、光エネルギーを有効に利用でき且つマスク
通過光束のエネルギー密度を向上させることができ、か
くして加工時間を短縮し加工効率を向上させコストダウ
ンが実現され、更に加工に高エネルギー密度を要する材
料の加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第５図は本発明による投影装置の第１の実施例
を示す模式図である。 第６図はマスクのパターンの変形例を示す模式図であ
る。 第７図は上記実施例の変形例を説明するための模式図で
ある。 第８図は本発明による投影装置の第２の実施例を示す模
式図である。 2:レーザ、 3,3−0,3−1,3＋1:光束、 4:フライアイレンズ、 ４−０〜４−n,4＋１〜４＋n:結像光学素子列、 ４−0a〜４−0c,4−1a,4−1b,4＋1a,4＋1b:結像光学素
子、 6:光分割器、 ６−１〜６−n,6＋１〜６＋n:プリズム、 8:マスク、8a:光通過部、 8b:遮光部、 10:コンデンサーレンズ、 12:被加工部材、14:投影レンズ系、 20:楕円マスク、 22:凹シリンドリカルレンズ、 24:凸シリンドリカルレンズ、 26:凸球面レンズ、 28:凹球面レンズ。

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の結像光学素子を第１方向に沿って並
    べた結像光学素子列を該第１方向と直交する第２方向に
    沿って複数個配列してあるオプチカルインテグレータを
    設け、光照射手段により該オプチカルインテグレータに
    光を照射し、該オプチカルインテグレータから射出する
    複数個の光束をマスク上で互いに重ね合わせ、該マスク
    上で上記第１方向に延びる帯状の領域を形成する光通過
    部パターンを投影する装置であって、上記光照射手段
    が、上記第１方向に延びる帯状の光束を複数個形成し、
    該複数個の帯状光束の各々を上記複数個の結像光学素子
    列の対応する列に照射せしめるよう構成してあることを
    特徴とする、投影装置。
  2. 【請求項２】上記第１方向に延びる帯状光束の各々が該
    第１方向に不連続な複数の部分からなり、該部分の各々
    が上記結像光学素子列内の対応する結像光学素子に照射
    せしめられる、請求項１に記載の投影装置。
  3. 【請求項３】上記マスクの光通過部パターンがライン状
    の開口よりなる、請求項１に記載の投影装置。
  4. 【請求項４】上記マスクの光通過部パターンが点状開口
    を複数個ライン状に配列したものよりなる、請求項１に
    記載の投影装置。
  5. 【請求項５】上記光照射手段がプリズム及びミラーのう
    ちの少なくとも１種を用いて上記複数個の帯状光束を形
    成する光分割器を含むものである、請求項１に記載の投
    影装置。
  6. 【請求項６】上記光分割器が上記複数個の帯状光束を互
    いに平行な光束となすものである、請求項５に記載の投
    影装置。
  7. 【請求項７】上記光照射手段が上記オプチカルインテグ
    レータへの入射光束を該オプチカルインテグレータの全
    体的形状に対応する様に整形する整形手段を含んでい
    る、請求項１に記載の投影装置。
  8. 【請求項８】上記光照射手段が上記オプチカルインテグ
    レータへの入射光束を該オプチカルインテグレータの全
    体的大きさに対応する様に拡縮する拡縮手段を含んでい
    る、請求項１に記載の投影装置。
  9. 【請求項９】上記光がコヒーレント光である、請求項１
    に記載の投影装置。
  10. 【請求項１０】上記光がレーザ光である、請求項９に記
    載の投影装置。
  11. 【請求項１１】マスクに配列した複数個の開口を介して
    被照射物体に光を照射する光照射方法において、光源か
    らの光を用いて複数個の断面が帯状の光束を形成し、各
    光束の長手方向が前記複数個の開口の配列方向と一致す
    るように前記複数個の光束を前記マスク上で互いに重ね
    合わせることを特徴とする光照射方法。
  12. 【請求項１２】マスクの線状の開口を介して被照射物体
    に光を照射する光照射方法において、光源からの光を用
    いて複数個の断面が帯状の光束を形成し、各光束の長手
    方向が前記線状の開口の長手方向と一致するように前記
    複数個の光束を前記マスク上で互いに重ね合わせること
    を特徴とする光照射方法。
  13. 【請求項１３】前記光源がレーザーであることを特徴と
    する、請求項11または12に記載の光照射方法。
  14. 【請求項１４】前記被照射物体がプラスチック材料より
    成り、光の照射により前記マスクの開口に応じた穴が開
    けられることを特徴とする、請求項11または12に記載の
    光照射方法。
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