JP5205035B2 - 光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法、電子デバイスの製造方法、および精密部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法、電子デバイスの製造方法、および精密部品の製造方法に関する。

各種部材などの切断、溶接、表面処理、測定などにおいては、その安定性や高速応答性などの観点からレーザ光などの光ビームが用いられている。
このような光ビームを用いた加工などにおいて、例えば、レーザ発振器の出力が十分な場合には、レーザ光を分岐して複数の加工点における照射を行わせることで、エネルギーを有効に活用することが行われている。例えば、回動ミラーを用いてレーザ光を時間多分岐させ、複数の加工点における照射を行わせる技術が提案されている（特許文献１を参照）。また、分岐用ミラーを用いてレーザ光を同時多分岐させ、複数の加工点における照射を行わせる技術が提案されている（特許文献２を参照）。

しかしながら、このような分岐システムにおいては、経時変化により分配率が変動するおそれがある。例えば、レーザ発振器に設けられた電極管の損傷やチャンバ内の汚れによる偏光の成分比の変動や、分岐用ミラーに設けられた誘電体膜の損傷などにより分配率が変動するおそれがある。
そして、分配率が変動すると各加工点に分岐されるエネルギーの比率が変わり、加工不良や品質のバラツキが発生するおそれがある。
特開平１０−２６３８６８号公報 特開２００７−１１１７４９号公報

本発明は、経時変化による分配率の変動を抑制することができる光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法、電子デバイスの製造方法、および精密部品の製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、光ビームの光路上に設けられた第１のアレイレンズと、前記第１のアレイレンズの出射側の光路上に設けられ、前記第１のアレイレンズと協働して前記光ビームを複数のビームに分割するとともに前記光ビームの断面におけるエネルギー強度の面内分布を均一に近づける第２のアレイレンズと、前記第２のアレイレンズの出射側の光路上に設けられ、前記第２のアレイレンズから出射した前記光ビームを集光し、重ね合わせることでエネルギー強度の面内分布が略均一な矩形ビームに整形する第１のコンデンサレンズと、前記第１のコンデンサレンズの出射側の光路上に設けられ、併設された複数のレンズを有し、前記複数のレンズのそれぞれに入射した前記光ビームごとに分岐する第１の分割レンズと、前記第１の分割レンズの出射側の光路上に設けられ、前記光ビームをそれぞれ集光させる複数の第２のコンデンサレンズと、前記第１の分割レンズと、前記第２のコンデンサレンズと、の間の光路上に設けられ、併設された複数のレンズを有する第２の分割レンズと、を備え、前記第１の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つの集光位置とが、前記第２の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つとに対して共役な位置関係となっていることを特徴とする光ビーム分岐装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、光ビームを出射する出射手段と、前記出射された光ビームの光路上に設けられ、前記光ビームを分岐する上記の光ビーム分岐装置と、を備えたことを特徴とする照射装置が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、光ビームを、第１のアレイレンズに入射させて前記第１のアレイレンズから出射した前記光ビームを第２のアレイレンズに入射させて前記光ビームを複数のビームに分割するとともに前記光ビームの断面におけるエネルギー強度の面内分布を均一に近づけ、前記第２のアレイレンズから出射した前記光ビームを第１のコンデンサレンズに入射させて集光し、重ね合わせることでエネルギー強度の面内分布が略均一な矩形ビームに整形し、前記整形した前記光ビームを、併設された複数のレンズを有する第１の分割レンズに入射させて、前記複数の前記レンズのそれぞれに入射した前記光ビームごとに分岐し、前記第１の分割レンズから出射した前記光ビームを、併設された複数のレンズを有する第２の分割レンズに入射させ、前記第２の分割レンズから出射した前記光ビームを、複数の第２のコンデンサレンズにそれぞれ入射させて前記光ビームを集光させる際に、前記第１の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つの集光位置とが、前記第２の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つとに対して共役な位置関係となっていることを特徴とする光ビームの分岐方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の光ビーム分岐装置を用いて光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の光ビームの分岐方法により光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする電子デバイスの製造方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の光ビーム分岐装置を用いて光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする精密部品の製造方法が提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、上記の光ビームの分岐方法により光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする精密部品の製造方法が提供される。

本発明によれば、経時変化による分配率の変動を抑制することができる光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法、電子デバイスの製造方法、および精密部品の製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について例示をする。尚、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ビーム分岐装置を例示するための模式構成図である。尚、図１においては、図面の煩雑化を避けるため一部の光のみを表し、他は省略するものとしている。
また、図２は、アレイレンズを例示するための模式図であり、図３は、分割レンズを例示するための模式図である。
また、図４は、エネルギー強度の略均一化を例示するための模式グラフ図である。

図１に示すように、光ビーム分岐装置１の光ビームの光路上には、第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３、第１のコンデンサレンズ４、第１の分割レンズ５、第２の分割レンズ６、ミラー７ａ、７ｂ、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂ、ミラー９ａ、９ｂ、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂが設けられている。
また、光ビーム分岐装置１は、光ビームの出射手段２０と、出射された光ビームを反射してその方向を９０°変えるためのミラー２１、２２と、により形成される光路２３上に設けられている。尚、光ビーム分岐装置１を備えた照射装置２４については後述する。

また、線図Ａは、第１のアレイレンズ２の入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示し、線図Ｂは、第１の分割レンズ５の入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示している。また、線図Ｃは、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光面における光ビームのエネルギー強度の分布を示している。

すなわち、第１のアレイレンズ２の入射面においては、光ビームのエネルギー強度の分布がガウス分布（線図Ａ）または山形となっており、第１の分割レンズ５の入射面と第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光面においては、光ビームのエネルギー強度の分布が略均一（線図Ｂ、Ｃ）となっている。

一般的に、光ビームの出射手段（例えば、レーザ発振器など）から出射した光ビーム（例えば、レーザ光など）のビーム断面においては、エネルギー強度の分布がガウス分布（線図Ａ）となっている。このような、分布を有する光ビームを所定の割合で分岐するのは困難である。また、例えば、光ビームの出射手段の経時変化（例えば、電極管の損傷やチャンバ内の汚れなど）などにともないエネルギー強度の分布自体が変動するため、一度設定した分配率が変動するおそれもある。

本発明者は検討の結果、光ビームの分岐にあたり、光ビームのエネルギー強度の面内分布を均一に近づけ、また、ビーム断面の形状が矩形となるようにすれば、経時変化の影響を受けにくくなり、また、所定のエネルギーの割合に分岐することが容易となるとの知見を得た。

そのため、本実施の形態においては、第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３、第１のコンデンサレンズ４を設けることで、線図Ｂに示すような光ビームのエネルギー強度の分布の略均一化を図り、また、ビーム断面形状が矩形となるようにしている。
図２に示すように、第１のアレイレンズ２は、２つのシリンドリカルアレイレンズ２ａ、２ｂを互いに垂直に交わる方向に所定の間隔をおいて配置している。また、第２のアレイレンズ３も同様に、２つのシリンドリカルアレイレンズ３ａ、３ｂを互いに垂直に交わる方向に所定の間隔をおいて配置している。

出射手段２０から出射した光ビームは、第１のアレイレンズ２のシリンドリカルアレイレンズ２ａにより複数のビームに分割される。この際、第１のアレイレンズ２の入射面（シリンドリカルアレイレンズ２ａの入射面）においては、光ビームのエネルギー強度の分布がガウス分布（線図Ａ）または山形となっている。このような強度分布を有する光ビームは、シリンドリカルアレイレンズ２ａ、２ｂと、シリンドリカルアレイレンズ３ａ、３ｂと、により図４中の線分（ａ）、（ｂ）を境に分割される。そして、分割されたそれぞれの部分において、光ビームがコンデンサレンズ４によって重なり合わされ、図４中の（ｃ）に示すようにエネルギー強度の分布の略均一化が図られる。すなわち、図４に示す場合には、図４中の（ｅ）、（ｄ）、（ｆ）の部分が重なり合わされ、図４中の（ｃ）に示すようにエネルギー強度の分布の略均一化が図られる。

すなわち、出射手段２０から出射した光ビームは、第１のアレイレンズ２と第２のアレイレンズ３とが協働することにより、光ビームのビームの断面形状が複数に分割され、コンデンサレンズ４により再度集光、重ね合わされることにより、光ビームの断面におけるエネルギー強度の面内分布の略均一化が図られる。
尚、第１のコンデンサレンズ４は、第２のアレイレンズ３のシリンドリカルアレイレンズ３ｂから出射した光ビームを重ね合わせるようにして第１の分割レンズ５の入射面に集光させるものである。

以上のようにして、 一つのシリンドリカルアレイレンズ２ａにおける像は、対向するシリンドリカルアレイレンズ３ａの一つとコンデンサレンズ４とにより、第１の分割レンズ５の位置に結像される。また、一つのシリンドリカルアレイレンズ２ｂにおける像は、対向するシリンドリカルアレイレンズ３ｂの一つとコンデンサレンズ４とにより、やはり第１の分割レンズ５上に転写される。結果的にシリンドリカルアレイレンズ２ａ、２ｂのそれぞれにおける像が、第１の分割レンズ５上に結像され、かつ重ねあわされることでビームの断面形状が矩形で、エネルギー強度の面内分布が略均一なビームに整形される。
このようにして、入射する光ビームのエネルギー強度の面内分布の略均一化が図られているため、第１の分割レンズ５の入射面に集光される光ビームも線図Ｂに示すようにエネルギー強度の面内分布が略均一となっている。また、入射する光ビームのビーム断面形状も矩形となっているため、第１の分割レンズ５の入射面に集光される光ビームのビーム断面形状も矩形となっている。
この場合、シリンドリカルアレイレンズ２ａと、第１の分割レンズ５との位置は、シリンドリカルアレイレンズ３ａとコンデンサレンズ４に対して共役な位置関係となっている。そのため、ビームの断面形状が矩形で、エネルギー強度の面内分布の略均一化な光ビームを第１の分割レンズ５上に転写（結像関係、共役な位置関係）させることができる。

図３に示すように、第１の分割レンズ５、第２の分割レンズ６は、併設された複数のレンズ（レンズ断片）を有する。この場合、例えば、複数のレンズを接合したり、１枚のレンズを切断し再度接合したりすることで形成させることができる。接合代が全くない場合には、結像は１つであるが、接合代があると各レンズの光軸がずれるため、それぞれのレンズを通過した光ビームが異なる位置に集光する。そして、接合代が大きいほど、それぞれのレンズの光軸が大きくずれるために集光位置間の距離は大きくなる。尚、図３に例示をした分割レンズの分割数（レンズ（レンズ断片）の数）は２であるが、これに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

第１の分割レンズ５の入射面に集光した光ビームは、混ざり合うことなく分割され、それぞれが第２の分割レンズ６の入射面に入射する。このように、分割された光ビーム同士が混ざり合うことがないので、第２の分割レンズ６の入射面においてもエネルギーの分割比は一定となる。例えば、分割レンズに併設されたレンズが２つの場合は、１対１となる。そして、分割された光ビームは、第２の分割レンズ６によりそれぞれが別々に集光され、ミラー７ａ、７ｂの入射面に入射する。

ここで、第１の分割レンズ５の各レンズ（レンズ断片）における光ビームの入射面積によりエネルギーの分配率が決定される。例えば、図３に示すように、矩形形状のビーム１１が第１の分割レンズ５に入射される場合において、接合面１２両側のビーム１１の面積が等しければ、エネルギーが５０％ずつ分岐され、どちらかの面積が多くなれば、その分多くのエネルギーが分岐されることになる。

方向変換手段であるミラー７ａ、７ｂに入射した光ビームは、反射してその方向を９０°変え、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂを介してミラー９ａ、９ｂに入射する。そして、ミラー９ａ、９ｂに入射した光ビームは、さらに反射してその方向を９０°変え、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂにより集光面１３ａ、１３ｂ上に集光する。尚、ミラー７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの角度、数、配置、形態などは例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。また、ミラー９ａ、９ｂは必ずしも必要ではなく、例えば、ミラー７ａ、７ｂで反射した光ビームを第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂに入射させるようにすることもできる。

バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂは、光ビームの透過率などを調整するためのものである。また、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂには、光ビームの透過率を調整可能なアッテネータが設けられている。尚、光路を補正する補償板としてのコンペンセータを併せて備えるようにすることもできる。また、アッテネータやコンペンセータは、石英などで形成されており、互いに相対する方向に向けて連動して回動自在となっている。尚、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂは、必ずしも必要ではないが、各分岐先におけるエネルギー量の調整を容易とするためには設けられていた方が好ましい。

また、第１の分割レンズ５の位置と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、共役な位置関係となるようにされている。そのため、第１の分割レンズ５に入射した光ビームが第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置（集光面１３ａ、１３ｂ）に集光され、線図Ｃに示すようにエネルギー強度の面内分布が略均一で、ビームの断面形状が矩形の光ビームが集光面１３ａ、１３ｂ上に転写（結像関係、共役な位置関係）されるようになっている。

また、第１の分割レンズ５と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、第２の分割レンズ６と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂと、に対して共役な位置関係、となるようにされている。
さらに詳細に説明すれば、第１の分割レンズ５の上半分（図１における左側半分）のレンズと第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、第２の分割レンズ６の上半分のレンズと第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの下半分（図１における右側半分）のレンズとに対して共役な位置関係となるようにされている。
また同様に、第１の分割レンズ５の下半分（図１における右側半分）のレンズと第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、第２の分割レンズ６の下半分のレンズと第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの上半分（図１における左側半分）のレンズとに対して共役な位置関係となるようにされている。
ここで、仮に、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置が共役な位置関係からずれている場合には、像(第１の分割レンズ５の像)がぼけてしまい、集光面１３ａ、１３ｂ上で矩形であったはずのビームの断面形状がやや丸くなったり、エネルギー強度の分布が「山形」になったりしてしまう。そのため、第１の分割レンズ５の位置では、ビームの断面形状が矩形、エネルギー強度の面内分布が略均一であったとしても、ビームの断面形状やエネルギー強度の分布を受け継ぐことができないことになる。
本実施の形態においては、第１の分割レンズ５と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、第２の分割レンズ６と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂと、に対して共役な位置関係、となるようにされているので、第１の分割レンズ５の位置におけるエネルギー強度の面内分布が略均一で、ビームの断面形状が矩形の光ビームを集光面１３ａ、１３ｂ上に転写（結像関係、共役な位置関係）させることができる。

ここで、光ビームとしては、例えば、レーザ光や紫外線光などを例示することができる。また、レーザ光としては、例えば、媒体が固体である固体レーザ（例えば、ＹＡＧレーザなど）、媒体が液体である液体レーザ（例えば、色素レーザなど）、媒体が気体であるガスレーザ（例えば、炭酸ガスレーザ（赤外線）、ヘリウム・ネオンレーザ（赤色）、アルゴンイオンレーザ（可視，主に青色または緑色）、エキシマレーザ（主に紫外）など）、媒体が半導体である半導体レーザ、真空中で光速に近い自由電子に磁界を加え進路を変えるとき発生する自由電子レーザなどを例示することができる。

本実施の形態によれば、エネルギー強度の面内分布が略均一とされ、また、ビームの断面形状も矩形とされているので、入射面積を変えることで、分配率の調整を容易かつ正確に行うことができる。また、光ビーム分岐装置１に入射する光ビームのエネルギー強度の分布が出射手段２０の経時変化などにより変動しても、エネルギー強度の面内分布を略均一にすることができるためその影響を抑制することができる。

また、第１の分割レンズ５の位置と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、共役な位置関係となっているので、第１の分割レンズ５に入射した光ビームが第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置に集光され、エネルギー強度の面内分布が略均一で、ビームの断面形状が矩形の光ビームを転写することができる。

次に、光ビーム分岐装置１を備えた照射装置２４について例示をする。
図１に示すように、照射装置２４は、光ビームの出射手段２０と、出射された光ビームを反射してその方向を９０°変えるためのミラー２１、２２と、光ビーム分岐装置１とを備えている。尚、ミラー２１、２２は、必ずしも必要ではなく、例えば、出射手段２０から出射した光ビームを光ビーム分岐装置１に直接入射させることもできる。

図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光ビーム分岐装置を例示するための模式構成図である。
尚、図１において例示をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図５に示すように、光ビーム分岐装置１ａには、第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３、第１のコンデンサレンズ４、第１の分割レンズ５、第２の分割レンズ６、ミラー７ｃ、ミラー９ａ、９ｂ、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂが設けられている。
方向変換手段であるミラー７ｃは、第１の反射面７ｃ１と第２の反射面７ｃ２とを有し、第１の反射面７ｃ１と第２の反射面７ｃ２とがなす角度が９０°となるようになっている。尚、第１の反射面７ｃ１と第２の反射面７ｃ２とがなす角度は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

本実施の形態においては、図１で例示をしたバリアブルアッテネータ８ａ、８ｂを省略しているが、適宜設けるようにしてもよい。また、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂが、ミラー７ｃとミラー９ａ、９ｂとの間に設けられている。すなわち、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂは、第１の分割レンズ５の出射側の光路上に設けられている。

ただし、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの配置が異なっていても、第１の分割レンズ５の位置と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置とが、共役な位置関係となるようにされている。そのため、第１の分割レンズ５に入射した光ビームが第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置（集光面１３ａ、１３ｂ）に集光され、エネルギー強度の面内分布が略均一で、ビームの断面形状が矩形の光ビームが集光面１３ａ、１３ｂ上に転写されるようになっている。

次に、図１に戻って、照射装置２４を例示する。
図１に示すように、照射装置２４には、光ビーム分岐装置１、出射手段２０、ミラー２１、２２が設けられている。そして、出射手段２０から出射された光ビームの光路２３上に光ビーム分岐装置１が設けられている。

ミラー２１、２２は、出射手段２０から出射した光ビームを反射してその方向を９０°変え、光ビーム分岐装置１に入射させる。尚、ミラー２１、２２は必ずしも必要ではなく、出射手段２０から出射した光ビームを光ビーム分岐装置１に直接入射させるようにすることもできる。また、ミラー２１、２２の数、配置、角度などは例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、集光面１３ａ、１３ｂとなる部分には、被照射物を載置、保持可能とする移動手段３５（図９を参照）を設けることができ、移動手段３５上に載置、保持された被照射物の照射面が集光面１３ａ、１３ｂとなるようにすることもできる。

出射手段２０は、例えば、エキシマレーザ照射手段とすることができる。
この場合、エキシマレーザ照射手段には、波長が４００ｎｍ以下となる、例えば、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）またはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）などのエキシマレーザ光を出射するエキシマレーザ発振器や、エキシマレーザ発振器から出射されたエキシマレーザ光を整形などするための光学系（例えば、ビーム整形レンズ、絞りマスク、偏向ミラー、結像レンズなど）などを設けるようにすることができる。

次に、照射装置２４の作用について例示をする。
出射手段２０（例えば、エキシマレーザ照射手段など）から出射した光ビーム（例えば、エキシマレーザ光など）は、ミラー２１、２２に反射することで、その進行方向が９０°変えられて光ビーム分岐装置１に入射する。光ビーム分岐装置１に入射した光ビームは、第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３、第１のコンデンサレンズ４により、ビームの断面形状が矩形に整形され、また、エネルギー強度の面内分布が略均一化される。

そして、第１の分割レンズ５により分岐された光ビームは、第２の分割レンズ６によりそれぞれが別々に集光され、ミラー７ａ、７ｂの入射面に入射する。ミラー７ａ、７ｂに入射した光ビームは、反射してその方向を９０°変え、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂを介してミラー９ａ、９ｂに入射する。そして、ミラー９ａ、９ｂに入射した光ビームは、さらに反射してその方向を９０°変え、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂにより、集光面１３ａ、１３ｂに載置された図示しない被照射物の照射面上に集光する。尚、被照射物を載置、保持する移動手段３５（図９を参照）が設けられている場合には、被照射物を移動させることで照射位置（集光位置）を変えることができる。

この場合、前述したように、第１の分割レンズ５の位置と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置（照射位置）とが、共役な位置関係となっているので、エネルギー強度の面内分布が略均一で、ビームの断面形状が矩形の光ビームを被照射物の照射面に入射させることができる。また、被照射物の照射面に照射される光ビームのエネルギー強度は、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂにより調整することができる。

尚、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置に、例えば、マスクなどを設けて、マスクに形成された形状をその直下に設けられた被照射物の照射面上に転写することもできる。

図６は、本発明の第３の実施の形態に係る照射装置を例示するための模式構成図である。 尚、図１において例示をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。また、図６においては、図面の煩雑化を避けるため一部の光のみを表し、他は省略するものとしている。
図６に示すように、照射装置２４ａには、図１において例示をした出射手段２０、ミラー２１、２２、第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３、第１のコンデンサレンズ４、第１の分割レンズ５、第２の分割レンズ６、ミラー７ａ、７ｂ、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂ、ミラー９ａ、９ｂ、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂが設けられている。

またさらに、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置には第３のアレイレンズ２５、３１が設けられ、光路上にはそれに続くようにして第４のアレイレンズ２６、３２、第３のコンデンサレンズ２７ａ、２７ｂ、リレーレンズ２８ａ、２８ｂ、マスク２９ａ、２９ｂ、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂが設けられている。
また、集光面１３ｃ、１３ｄとなる部分には、被照射物Ｗ（図９を参照）を載置、保持可能とする移動手段３５（図９を参照）が設けられ、移動手段３５上に載置、保持された被照射物Ｗの照射面が集光面１３ｃ、１３ｄとなるようになっている。

また、図１において例示をしたように、線図Ａは、第１のアレイレンズ２の入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示し、線図Ｂは、第１の分割レンズ５の入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示している。また、線図Ｃは、第３のアレイレンズ２５、３１の入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示している。
また、線図Ｄは、マスク２９ａ、２９ｂの入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示し、線図Ｅは、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂの入射面における光ビームのエネルギー強度の分布を示している。

すなわち、第１のアレイレンズ２の入射面においては、光ビームのエネルギー強度の分布がガウス分布（線図Ａ）となっており、第１の分割レンズ５の入射面、第３のアレイレンズ２５、３１の入射面、マスク２９ａ、２９ｂの入射面、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂの入射面においては、光ビームのエネルギー強度の分布が略均一（線図Ｂ〜Ｅ）となっている。

図２において例示をしたものと同様に、第３のアレイレンズ２５、３１は、２つのシリンドリカルアレイレンズ２５ａ、２５ｂ、３１ａ、３１ｂを互いに垂直に交わる方向に所定の間隔をおいて配置している。また、第４のアレイレンズ２６、３２も同様に、２つのシリンドリカルアレイレンズ２６ａ、２６ｂ、３２ａ、３２ｂを互いに垂直に交わる方向に所定の間隔をおいて配置している。

そして、第３のアレイレンズ２５、３１と第４のアレイレンズ２６、３２、第３のコンデンサレンズ２７とにより、再度ビームの断面形状の整形と、エネルギー強度の分布の面内均一化を図ることで、被照射物の照射面（加工点）におけるエネルギー強度の面内分布がさらに均一となるようになっている。
すなわち、本実施の形態によれば、光ビームの分岐後であって各被照射物への照射を行うための光路上に第３のアレイレンズ２５、３１と第４のアレイレンズ２６、３２、第３のコンデンサレンズ２７とを設けるようにしている。そのため、被照射物の照射面（加工点）におけるエネルギー強度の面内均一性をさらに向上させることができる。

第３のコンデンサレンズ２７ａ、２７ｂとリレーレンズ２８ａ、２８ｂは、入射した光ビームを集光して重ね合わせマスク２９ａ、２９ｂ上に入射させる。そのため、マスク２９ａ、２９ｂ上に集光する光ビームも、線図Ｄに示すようにエネルギー強度の分布が略均一となり、また、そのビーム断面形状も矩形となる。

マスク２９ａ、２９ｂは、入射した光ビームの一部を透過させることで、光ビームを所定の大きさと形状に整形する。また、マスク２９ａ、２９ｂを透過した光ビームは、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂに入射する。この際、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂの入射面においても、線図Ｅに示すようにエネルギー強度の面内分布が略均一となる。
ここで、透過対物レンズを用いるようにしても、マスク２９ａ、２９ｂを透過した光ビームを被照射物の照射面上に集光させることができる。しかしながら、被照射物の照射面上への集光に透過対物レンズを用いるものとすれば、いわゆるゴースト（二重像）が発生して製品の品質が悪化するおそれがある。

図７は、ゴースト（二重像）の発生を例示するための模式図である。
図７（ａ）に示すように、透過対物レンズを用いて被照射物の照射面上に光ビームを集光させる場合、特にＵＶレーザを用いた場合には、透過対物レンズの表面に微視的な損傷が生じて回折光が発生する。また、複屈折が生じた場合には光路分割が起こる。
そして、回折光や光路分割が生じた場合には、例えば、図７（ｂ）に示すように、加工した孔の周りにゴースト（二重像）が発生して加工精度が悪化するおそれがある。

また、光ビームにも波長の拡がりがあり、波長によって焦点距離が異なる色分散が生じるおそれがある。例えば、ＫｒＦエキシマレーザの場合には、フリーラン時に、０．５ｎｍ程度の波長の拡がりがある。そのため、色消し性能を有するレンズなどを用いて光ビームを被照射物の照射面上に集光させるようにしなければ、高い精度の加工をすることができない。

本発明者は検討の結果、透過レンズを用いない反射対物レンズを用いるものとすれば、色収差がなく球面収差も光軸上で補正されるため、加工精度を大幅に向上させることができるとの知見を得た。
ここで、反射対物レンズの形式は特に限定されるわけではなく、例えば、シュワルツシルド（シュバルツシルド）型やオフナー型の反射対物レンズを用いることができる。

図８は、シュワルツシルド（シュバルツシルド）型の反射対物レンズを例示するための模式構成図である。
図８に示すように、シュワルツシルド（シュバルツシルド）型の反射対物レンズ３０ａ、３０ｂは、反射膜がコーティングされた凹面鏡３０ｃと凸面鏡３０ｄとが対向するようにして設けられ、開口部３０ｅから入射した光ビームが凸面鏡３０ｄ、凹面鏡３０ｃに反射して、集光面１３ｃ、１３ｄ上に集光するようになっている。

図９は、被照射物への照射を例示するための模式斜視図である。
尚、図中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは互いに直交する三方向を示しており、ＸとＹは水平方向、Ｚは鉛直方向を示している。
図９に示すように、被照射物へ光ビームを照射する部分には、照射面上（集光面１３ｃ、１３ｄ上）に光ビームを集光させるための反射対物レンズ３０ａ、３０ｂと、被照射物Ｗを載置する移動手段３５とが設けられている。

移動手段３５は、例えば、ＸＹテーブルなどとすることができ、載置された被照射物Ｗを図中のＸＹ方向（水平方向）に移動自在としている。また、移動手段３５の載置面には、被照射物Ｗを保持する図示しない保持手段が設けられている。図示しない保持手段は、例えば、静電気力を利用する静電チャック、真空力を利用する真空チャック、機械的な把持力を発揮可能な機械的チャックなどとすることができる。

移動手段３５の背面側には支持台３４が設けられ、支持台３４の上面には反射対物レンズ３０ａ、３０ｂを保持する保持板３３が設けられている。そして、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂを保持板３３に取り付けることで、移動手段３５の直上に反射対物レンズ３０ａ、３０ｂが保持されるようになっている。

保持板３３の上面には、ブラケット３６を介して検出手段３７が設けられている。検出手段３７は、例えば、レーザ変位計のような光学的検出手段とすることができ、移動手段３５の上面（載置面）や被照射物Ｗの照射面（集光面１３ａ、１３ｂ）の鉛直方向位置を検出する。そして、検出手段３７で検出された鉛直方向位置に基づいて、図示しない移動手段により反射対物レンズ３０ａ、３０ｂのＺ方向（鉛直方向）位置が調整されるようになっている。

次に、照射装置２４ａの作用について例示をする。
前述したように、出射手段２０（例えば、エキシマレーザ照射手段など）から出射した光ビーム（例えば、エキシマレーザ光など）は、光ビーム分岐装置１に入射し、ビームの断面形状が矩形に整形され、また、エネルギー強度の面内分布が略均一化される。そして、光ビーム分岐装置１に設けられたミラー７ａ、７ｂなどにより方向が変換されて、第３のアレイレンズ２５、３１の入射面に集光される。

この場合、前述したように、第１の分割レンズ５の位置と、第２のコンデンサレンズ１０ａ、１０ｂの集光位置（第３のアレイレンズ２５、３１の入射面位置）とが、共役な位置関係となっているので、エネルギー強度の面内分布が略均一で、ビームの断面形状が矩形の光ビームが第３のアレイレンズ２５、３１の入射面に転写される。また、被照射物に照射される光ビームのエネルギー強度は、バリアブルアッテネータ８ａ、８ｂにより調整することができる。

そして、第３のアレイレンズ２５、３１の入射面に入射した光ビームは、第３のアレイレンズ２５、３１と第４のアレイレンズ２６、３２とにより、再度ビームの断面形状の整形と、エネルギー強度の分布の面内均一化が図られる。

第４のアレイレンズ２６、３２から出射した光ビームは、第３のコンデンサレンズ２７ａ、２７ｂとリレーレンズ２８ａ、２８ｂとにより集光されてマスク２９ａ、２９ｂ上に入射する。マスク２９ａ、２９ｂ上に入射した光ビームは、所定の大きさと形状に整形され反射対物レンズ３０ａ、３０ｂに入射する。そして、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂに入射した光ビームは、移動手段３５に保持された被照射物Ｗの照射面（集光面１３ａ、１３ｂ）に集光する。そして、必要に応じて被照射物Ｗを水平移動させることで照射位置（集光位置）が変えられる。尚、反射対物レンズ３０ａ、３０ｂをＺ方向（鉛直方向）に移動させることで焦点距離の調整を行うこともできる。

図１０は、照射装置の連結を例示するための模式構成図である。
尚、図１や図６などにおいて例示をしたものと同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
図１０に示すように、出射手段２０の出力に余裕がある場合には、光学手段を介して複数の照射装置２４、２４ａを連結することができる。すなわち、複数の光ビーム分岐装置２４、２４ａと、複数の光ビーム分岐装置２４、２４ａを連結する光学手段と、を備えるようにすることもできる。

光学手段としては、例えば、出射手段２０から出射された光ビームを反射してその方向を変えるためのミラー２１、２２、光ビームを転送するための転送レンズ３９ａ〜３９ｄ、出射手段２０からの光ビームを各照射装置２４、２４ａに分岐する部分透過ミラー３８ａ、３８ｂなどを例示することができる。
部分透過ミラー３８ａ、３８ｂは、所定の透過率を有し、入射した光ビームの一部を反射して照射装置に入射させ、残りを透過して他の照射装置へと転送する。尚、ミラー２１、２２は全反射ミラーである。転送レンズ３９ａ〜３９ｄは、入射した光ビームを集光し、転送させるためのレンズである。
尚、光学手段は例示したものに限定されるわけではなく、全反射ミラー、部分透過ミラー、転送レンズの数や配置などは適宜変更することができる。また、例えば、光ファイバーなどを用いて転送することもできるし、前述したアレイレンズや分割レンズを用いて各照射装置に分岐することもできる。

本実施の形態においては、各照射装置２４、２４ａに光ビーム分岐装置１を備えている。そのため、例えば、経時変化により部分透過ミラーや転送レンズなどが損傷することで、各照射装置２４、２４ａに入射する光ビームのエネルギー強度の分布が変動しても、エネルギー強度の分布を略均一化したうえで被照射物へ照射することができる。そのため、経時変化の影響を受けにくく、安定した照射が可能となる。

次に、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法について例示をする。
電子デバイスの製造方法としては、例えば、半導体装置の製造方法を例示することができる。ここで、半導体装置の製造工程には、いわゆる前工程における成膜・レジスト塗布・露光・現像・エッチング・レジスト除去などにより基板（ウェーハ）表面にパターンを形成する工程、検査工程、洗浄工程、熱処理工程、不純物導入工程、拡散工程、平坦化工程などがある。また、いわゆる後工程においては、ダイシング、マウンティング、ボンディング、封入などの組立工程、機能や信頼性の検査工程などがある。

これらの工程において、例えば、ＫｒＦエキシマレーザを用いた露光、エキシマレーザアニール（ＥＬＡ：excimer laser annealing）によるＳｉ薄膜の結晶化、イオン注入面に高エネルギーのレーザを照射することによる不純物の活性化、エキシマレーザを用いた不純物の拡散、レーザを用いたトレンチの検査、レーザを用いたダイシング、レーザを用いた刻印、レーザを用いた外観検査、レーザを用いた微細穴加工などが行われる。

本実施の形態に係る光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法は、このような工程にも適用させることができ、半導体装置の製造を行うことができる。また、前述した工程に限定されるわけではなく、光ビームを用いる工程に適用させることができる。
また、説明の便宜上、本発明の実施の形態に係る電子デバイスの製造方法を半導体装置の製造方法で説明をしたが、これに限定されるわけではない。例えば、フラットパネルディスプレイ装置の製造におけるレーザを用いた画素欠陥のリペア、レーザアニール、ガラスの切断、レーザを用いたフリットの溶融、レーザを用いたガラス基板上への電極の形成、レーザを用いたカラーインクの硬化などや、太陽電池の製造におけるレーザを用いたコンタクト電極部の形成、レーザを用いた導電性接着剤の硬化、レーザを用いた光電素子の切断などにも適用させることができる。すなわち、種々の電子デバイスにおける光ビームを用いた各種加工、処理、検査などにも適用させることができる。

尚、前述した光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法以外は、既知の技術を適用させることができるので、それらの説明は省略する。

次に、本発明の実施の形態に係る精密部品の製造方法について例示をする。
精密部品の製造方法としては、例えば、インクジェットヘッド、フォトマスク、レンズ、導光板、精密工具、金型などの各種機械部品、電気部品、光学部品などの製造を例示することができる。そして、精密部品の製造において、光ビームを用いた孔開け、切断、溶接、半田付け、熱処理、表面改質、検査などを行う際にも本実施の形態に係る光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法を適用させることができる。この場合、例示をしたものに限定されるわけではなく、各種精密部品の光ビームを用いる工程に適用させることができる。

尚、前述した光ビーム分岐装置、照射装置、光ビームの分岐方法以外は、既知の技術を適用させることができるので、それらの説明は省略する。
以上、本発明の実施の形態について例示をした。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、光ビーム分岐装置１、１ａ、照射装置２４、２４ａなどが備える各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

本発明の第１の実施の形態に係る光ビーム分岐装置を例示するための模式構成図である。 アレイレンズを例示するための模式図である。 分割レンズを例示するための模式図である。 エネルギー強度の略均一化を例示するための模式グラフ図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光ビーム分岐装置を例示するための模式構成図である。 本発明の第３の実施の形態に係る照射装置を例示するための模式構成図である。 ゴースト（二重像）の発生を例示するための模式図である。 シュワルツシルド（シュバルツシルド）型の反射対物レンズを例示するための模式構成図である。 被照射物への照射を例示するための模式斜視図である。 照射装置の連結を例示するための模式構成図である。

符号の説明

１ 光ビーム分岐装置、１ａ 光ビーム分岐装置、２ 第１のアレイレンズ、３ 第２のアレイレンズ、４ 第１のコンデンサレンズ、５ 第１の分割レンズ、６ 第２の分割レンズ、７ａ ミラー、７ｂ ミラー、７ｃ ミラー、８ａ バリアブルアッテネータ、８ｂ バリアブルアッテネータ、９ａ ミラー、９ｂ ミラー、１０ａ 第２のコンデンサレンズ、１０ｂ 第２のコンデンサレンズ、１３ａ 集光面、１３ｂ 集光面、２０ 出射手段、２１ ミラー、２２ ミラー、２３ 光路、２４ 照射装置、２４ａ 照射装置、２５ 第３のアレイレンズ、２６ 、２８ａ リレーレンズ、２８ｂ リレーレンズ、３０ａ 反射対物レンズ、３０ｂ 反射対物レンズ、３２ 第４のアレイレンズ、３１ 第３のアレイレンズ、３５ 移動手段、３８ａ 部分透過ミラー、３８ｂ 部分透過ミラー、Ｗ 被照射物

Claims (15)

1. 光ビームの光路上に設けられた第１のアレイレンズと、
   前記第１のアレイレンズの出射側の光路上に設けられ、前記第１のアレイレンズと協働して前記光ビームを複数のビームに分割するとともに前記光ビームの断面におけるエネルギー強度の面内分布を均一に近づける第２のアレイレンズと、
   前記第２のアレイレンズの出射側の光路上に設けられ、前記第２のアレイレンズから出射した前記光ビームを集光し、重ね合わせることでエネルギー強度の面内分布が略均一な矩形ビームに整形する第１のコンデンサレンズと、
   前記第１のコンデンサレンズの出射側の光路上に設けられ、併設された複数のレンズを有し、前記複数のレンズのそれぞれに入射した前記光ビームごとに分岐する第１の分割レンズと、
   前記第１の分割レンズの出射側の光路上に設けられ、前記光ビームをそれぞれ集光させる複数の第２のコンデンサレンズと、
   前記第１の分割レンズと、前記第２のコンデンサレンズと、の間の光路上に設けられ、併設された複数のレンズを有する第２の分割レンズと、
   を備え、
   前記第１の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つの集光位置とが、前記第２の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つとに対して共役な位置関係となっていることを特徴とする光ビーム分岐装置。
2. 前記第２の分割レンズと、前記第２のコンデンサレンズと、の間の光路上に設けられ、前記光ビームの方向を変換する方向変換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光ビーム分岐装置。
3. 前記第１の分割レンズの出射側の光路上に設けられ、前記光ビームの透過率を調整可能とするバリアブルアッテネータをさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム分岐装置。
4. 光ビームを出射する出射手段と、
   前記出射された光ビームの光路上に設けられ、前記光ビームを分岐する請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ビーム分岐装置と、
   を備えたことを特徴とする照射装置。
5. 前記光ビーム分岐装置の出射側の光路上に設けられた第３のアレイレンズと、
   前記第３のアレイレンズの出射側の光路上に設けられた第４のアレイレンズと、
   前記第４のアレイレンズの出射側の光路上に設けられた反射対物レンズと、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載の照射装置。
6. 前記第４のアレイレンズと、前記反射対物レンズと、の間の光路上に設けられたマスクをさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の照射装置。
7. 前記第４のアレイレンズと、前記マスクと、の間の光路上に設けられた第３のコンデンサレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の照射装置。
8. 前記第３のコンデンサレンズと、前記マスクと、の間の光路上に設けられたリレーレンズをさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の照射装置。
9. 被照射物を載置する移動手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４〜８のいずれか１つに記載の照射装置。
10. 複数の前記光ビーム分岐装置と、
    前記出射手段から出射された前記光ビームを前記複数の光ビーム分岐装置のそれぞれに入射させる光学手段と、
    を備えたことを特徴とする請求項４〜９のいずれか１つに記載の照射装置。
11. 光ビームを、第１のアレイレンズに入射させて前記第１のアレイレンズから出射した前記光ビームを第２のアレイレンズに入射させて前記光ビームを複数のビームに分割するとともに前記光ビームの断面におけるエネルギー強度の面内分布を均一に近づけ、
    前記第２のアレイレンズから出射した前記光ビームを第１のコンデンサレンズに入射させて集光し、重ね合わせることでエネルギー強度の面内分布が略均一な矩形ビームに整形し、
    前記整形した前記光ビームを、併設された複数のレンズを有する第１の分割レンズに入射させて、前記複数の前記レンズのそれぞれに入射した前記光ビームごとに分岐し、
    前記第１の分割レンズから出射した前記光ビームを、併設された複数のレンズを有する第２の分割レンズに入射させ、
    前記第２の分割レンズから出射した前記光ビームを、複数の第２のコンデンサレンズにそれぞれ入射させて前記光ビームを集光させる際に、
    前記第１の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つの集光位置とが、前記第２の分割レンズの1つと前記第２のコンデンサレンズの1つとに対して共役な位置関係となっていることを特徴とする光ビームの分岐方法。
12. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ビーム分岐装置を用いて光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする電子デバイスの製造方法。
13. 請求項１１記載の光ビームの分岐方法により光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする電子デバイスの製造方法。
14. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ビーム分岐装置を用いて光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする精密部品の製造方法。
15. 請求項１１記載の光ビームの分岐方法により光ビームを分岐し、前記分岐された光ビームを被照射物に照射すること、を特徴とする精密部品の製造方法。

Images