JP6345963B2

JP6345963B2 - 光照射装置および描画装置

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Publication number: JP6345963B2
Application number: JP2014069133A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　良輔; 良輔伊藤; 小久保　正彦; 正彦小久保
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015192079A

Description

本発明は、光照射装置および描画装置に関する。

従来より、半導体レーザ等の光源から出射されるレーザ光を、所定の面上に均一に照射する技術が提案されている。例えば、光源部から入射するレーザ光を、シリンドリカルレンズアレイにおける複数のレンズにて分割し、複数のレンズからの光の照射領域を他のレンズにより照射面上にて重ねる光照射装置において、光源部とシリンドリカルレンズアレイとの間に光路長差生成部が設けられる。光路長差生成部には、当該レーザ光のコヒーレンス長（可干渉距離）よりも長い光路長差を互いに生じさせる複数の透光部が設けられ、複数の透光部を通過した光が複数のレンズにそれぞれ入射する。これにより、干渉縞の発生を防止して、照射面上に照射される光の強度分布の均一化が図られる（このような装置として、例えば、特許文献１ないし３参照）。

特開昭６１−１６９８１５号公報特開２００４−１２７５７号公報特開２００６−４９６５６号公報

ところで、シリンドリカルレンズアレイを高精度に作製するには、フォトリソグラフィを利用することが好ましく、一般的に、フォトリソグラフィを利用して小型のシリンドリカルレンズアレイが作製される。一方、上記光照射装置では、光路長差生成部における複数の透光部のピッチを、シリンドリカルレンズアレイにおける複数のレンズのピッチに合わせる必要があるため、小型の光路長差生成部を作製する必要がある。しかしながら、光路長差生成部では、光軸方向における複数の透光部の長さ（厚さ）が互いに異なるため、フォトリソグラフィを利用することが困難である。機械加工にて小型の光路長差生成部を高精度に作製するのは容易ではない。

また、光路長差生成部のサイズによっては、光路長差生成部の光軸方向の長さを短くすることが求められることがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光路長差生成部を容易に作製することを目的とし、光路長差生成部の光軸方向の長さを短くすることも目的としている。

請求項１に記載の発明は、光照射装置であって、所定位置に向けてレーザ光を出射する光源部と、前記所定位置に配置され、前記光源部からのレーザ光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系とを備え、前記照射光学系が、前記光軸に垂直な方向に配列された複数のレンズを有し、入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、前記光軸に垂直な方向に配列された複数の透光部を有し、前記複数の透光部が互いに異なる光路長を有する光路長差生成部と、アフォーカル光学系を構成し、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部と前記光路長差生成部との間に配置される中間変倍部と、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部および前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記照射面上にて前記複数のレンズからの光の照射領域を重ねる集光レンズ部とを備え、前記レーザ光の経路において前記光路長差生成部が前記分割レンズ部よりも前記照射面側に配置され、前記複数のレンズを通過した光が、拡大光学系を構成する前記中間変倍部を介して前記複数の透光部にそれぞれ入射する、または、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部が前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記複数の透光部を通過した光が、縮小光学系を構成する前記中間変倍部を介して前記複数のレンズにそれぞれ入射し、前記中間変倍部が両側テレセントリック光学系を構成する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光照射装置であって、前記レーザ光の経路において前記光路長差生成部が前記分割レンズ部よりも前記照射面側に配置され、前記中間変倍部が、前記複数の透光部の内部または近傍に前記複数のレンズの出射面の像を形成する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光照射装置であって、前記照射光学系が、前記光路長差生成部を透過して前記複数の透光部の複数の出射面から出射される光を折り返し、前記複数の出射面にそれぞれ入射させる反射部をさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光照射装置であって、前記反射部が、前記複数の出射面から出射される光を、前記光の出射方向に平行に前記複数の出射面にそれぞれ入射させる。

請求項５に記載の発明は、光照射装置であって、所定位置に向けてレーザ光を出射する光源部と、前記所定位置に配置され、前記光源部からのレーザ光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系とを備え、前記照射光学系が、前記光軸に垂直な方向に配列された複数のレンズを有し、入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、前記光軸に垂直な方向に配列された複数の透光部を有し、前記複数の透光部が互いに異なる光路長を有する光路長差生成部と、前記光路長差生成部を透過して前記複数の透光部の複数の出射面から出射される光を折り返し、前記複数の出射面にそれぞれ入射させる反射部と、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部および前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記照射面上にて前記複数のレンズからの光の照射領域を重ねる集光レンズ部とを備え、前記レーザ光の経路において前記光路長差生成部が前記分割レンズ部よりも前記照射面側に配置され、前記複数のレンズを通過した光が前記複数の透光部にそれぞれ入射する、または、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部が前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記複数の透光部を通過した光が前記複数のレンズにそれぞれ入射する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光照射装置であって、前記反射部が、前記複数の出射面から出射される光を、前記光の出射方向に平行に前記複数の出射面にそれぞれ入射させる。

請求項７に記載の発明は、描画装置であって、請求項１ないし６のいずれかに記載の光照射装置と、前記光照射装置における前記照射面に配置される空間光変調器と、前記空間光変調器により空間変調された光を対象物上に導く投影光学系と、前記空間変調された光の前記対象物上における照射位置を移動する移動機構と、前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部とを備える。

請求項１ないし４の発明では、透光部の配列方向に関して、光路長差生成部を分割レンズ部に比べて大きくすることができ、光路長差生成部を容易に作製することができる。

また、請求項３ないし６の発明では、光路長差生成部の光軸方向の長さを短くすることができる。

第１の実施の形態に係る描画装置の構成を示す図である。光照射装置の構成を示す図である。光照射装置の構成を示す図である。光路長差生成部および分割レンズ部の近傍を示す図である。照射面上における光の強度分布を示す図である。比較例の照射光学系の構成を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光路長差生成部を示す斜視図である。光照射装置を簡略化して示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。反射部の近傍を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。反射部の近傍を示す図である。第２の実施の形態に係る光照射装置の構成を示す図である。第２の実施の形態に係る光照射装置の構成を示す図である。分割レンズ部の近傍を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。光照射装置の他の例を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る描画装置１の構成を示す図である。描画装置１は、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板９の表面に光ビームを照射してパターンを描画する直接描画装置である。描画装置１は、ステージ２１と、移動機構２２と、光照射装置３１と、空間光変調器３２と、投影光学系３３と、制御部１１とを備える。ステージ２１は基板９を保持し、移動機構２２は、ステージ２１を基板９の主面に沿って移動する。移動機構２２は、基板９を、主面に垂直な軸を中心として回動してもよい。

光照射装置３１は、ミラー３９を介して空間光変調器３２にライン状の光を照射する。光照射装置３１の詳細については後述する。空間光変調器３２は、例えば回折格子型かつ反射型であり、格子の深さを変更することができる回折格子である。空間光変調器３２は、半導体装置製造技術を利用して製造される。本実施の形態に用いられる回折格子型の光変調器は、例えば、ＧＬＶ（グレーティング・ライト・バルブ）（シリコン・ライト・マシーンズ（サニーベール、カリフォルニア）の登録商標）である。空間光変調器３２は一列に配列された複数の格子要素を有し、各格子要素は１次回折光が出射される状態と、０次回折光（０次光）が出射される状態との間で遷移する。このようにして、空間光変調器３２から空間変調された光が出射される。

投影光学系３３は、遮光板３３１と、レンズ３３２と、レンズ３３３と、絞り板３３４と、フォーカシングレンズ３３５とを備える。遮光板３３１は、ゴースト光および高次回折光の一部を遮蔽し、空間光変調器３２からの光を通過させる。レンズ３３２，３３３はズーム部を構成する。絞り板３３４は、（±１）次回折光（および高次回折光）を遮蔽し、０次回折光を通過させる。絞り板３３４を通過した光は、フォーカシングレンズ３３５により基板９の主面上に導かれる。このようにして、空間光変調器３２により空間変調された光が、投影光学系３３により基板９上に導かれる。

制御部１１は、光照射装置３１、空間光変調器３２および移動機構２２に接続され、これらの構成を制御する。描画装置１では、移動機構２２がステージ２１を移動することにより、空間光変調器３２からの光の基板９上における照射位置が移動する。また、制御部１１が、移動機構２２による当該照射位置の移動に同期して、空間光変調器３２を制御する。これにより、基板９上の感光材料に所望のパターンが描画される。

図２および図３は、光照射装置３１の構成を示す図である。図２および図３では、後述の照射光学系５の光軸Ｊ１に平行な方向をＺ方向として示し、Ｚ方向に垂直、かつ、互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向として示している（以下同様）。図２は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図３は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。

光照射装置３１は、光源部４と、照射光学系５とを備える。光源部４は、例えば、半導体レーザ（Laser Diode）である光源４１と、コリメータレンズ（例えば、非球面コリメータレンズ）４２とを備える。光源４１から出射されるレーザ光は、コリメータレンズ４２によりコリメートされる。照射光学系５は、光源部４によるレーザ光の照射位置に配置される。照射光学系５は、当該レーザ光を光軸Ｊ１に沿って照射面（図２および図３中にて符号３２０を付す破線にて示す。）である空間光変調器３２の表面、すなわち、複数の格子要素の表面へと導く。既述のように、光照射装置３１からの光は、ミラー３９を介して空間光変調器３２に照射されるため、実際には、光照射装置３１はミラー３９を構成要素として含むが、図２および図３では、図示の便宜上、ミラー３９を省略している（以下同様）。

照射光学系５は、光路長差生成部６１と、分割レンズ部６２と、集光レンズ部６３と、中間変倍部６４と、レンズ５１，５２とを備える。照射光学系５では、光源部４から照射面３２０に向かって、レンズ５１，５２、光路長差生成部６１、中間変倍部６４、分割レンズ部６２、集光レンズ部６３の順にて、これらの構成が光軸Ｊ１に沿って配置される。光源部４からのコリメートされたレーザ光は、レンズ５１，５２を介して光路長差生成部６１に光軸Ｊ１に平行に入射する。レンズ５１，５２は、アフォーカル光学系、具体的には、両側テレセントリック光学系を構成し、入射するレーザ光を、光軸Ｊ１に平行な平行光として光路長差生成部６１に入射させる。このとき、光源部４から出射されるレーザ光の光軸Ｊ１に垂直な断面（すなわち、光軸Ｊ１に垂直な光束断面であり、以下、単に「断面」という。）が、レンズ５１，５２により所定の倍率にて拡大される。

図４は、光路長差生成部６１および分割レンズ部６２の近傍を拡大して示す図である。光路長差生成部６１は、光軸Ｊ１に垂直な方向（ここでは、Ｘ方向）に一定のピッチにて密に配列された複数の透光部６１０を備える。各透光部６１０は、（理想的には）Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な面を有するブロック状である。Ｘ方向に一列に並ぶ複数の透光部６１０では、Ｘ方向およびＹ方向の長さは同じであり、Ｚ方向、すなわち、光軸Ｊ１に沿う方向の長さは互いに相違する。このように、複数の透光部６１０は互いに異なる光路長を有する。図４の光路長差生成部６１では、複数の透光部６１０のうち（＋Ｘ）側に位置する透光部６１０ほどＺ方向の長さが小さい。複数の透光部６１０の光軸Ｊ１方向の長さは、必ずしもＸ方向に沿って順次長くなる（または、短くなる）必要はなく、任意の凹凸形状であってよい。本実施の形態では、光路長差生成部６１における複数の透光部６１０は同じ材料にて、一繋がりの部材として形成される。光路長差生成部６１では、個別に形成された複数の透光部６１０が互いに接合されてもよい。

図２の照射光学系５では、レンズ５１，５２を通過したレーザ光の断面のおよそ全体が、光路長差生成部６１の（−Ｚ）側の面に含まれるように、レンズ５１，５２による拡大倍率が調整されている。図４に示す各透光部６１０の（−Ｚ）側の面である入射面６１１に入射する光は、当該透光部６１０を透過して（＋Ｚ）側の面である出射面６１２から出射される。

光路長差生成部６１を通過した光は、中間変倍部６４のレンズ６４１，６４２を介して分割レンズ部６２に入射する。中間変倍部６４は、アフォーカル光学系、具体的には、両側テレセントリック光学系を構成し、光軸Ｊ１に平行な平行光として入射する光を、光軸Ｊ１に平行な平行光として分割レンズ部６２に入射させる。このとき、光路長差生成部６１から出射される光の光軸Ｊ１に垂直な断面が、中間変倍部６４により所定の倍率にて縮小される。

分割レンズ部６２は、光軸Ｊ１に垂直な方向（ここでは、Ｘ方向）に一定のピッチにて密に配列された複数のレンズ６２０（以下、「要素レンズ６２０」という。）を備える。図４の例では、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数は、光路長差生成部６１における透光部６１０の個数と同じである。要素レンズ６２０の配列ピッチは、透光部６１０の配列ピッチよりも小さい。各要素レンズ６２０は、Ｙ方向に長いブロック状であり、（−Ｚ）側（光路長差生成部６１側）に位置する側面である第１レンズ面６２１と、（＋Ｚ）側（集光レンズ部６３側）に位置する側面である第２レンズ面６２２とを有する。Ｙ方向に沿って見た場合に、第１レンズ面６２１は、（−Ｚ）側に突出する凸状であり、第２レンズ面６２２は、（＋Ｚ）側に突出する凸状である。Ｘ方向に沿って見た場合に、各要素レンズ６２０の形状は矩形である。このように、要素レンズ６２０はＸ方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズであり、分割レンズ部６２は、いわゆるシリンドリカルレンズアレイ（または、シリンドリカルフライアイレンズ）である。

第１レンズ面６２１および第２レンズ面６２２は、光軸Ｊ１に垂直な面に対して対称形状である。第１レンズ面６２１は、第２レンズ面６２２の焦点に配置され、第２レンズ面６２２は、第１レンズ面６２１の焦点に配置される。すなわち、第１レンズ面６２１および第２レンズ面６２２の焦点距離は同じである。Ｘ方向に積層された複数の要素レンズ６２０は、一繋がりの部材として形成されてもよく、個別に形成された複数の要素レンズ６２０が互いに接合されてもよい。

既述のように、光路長差生成部６１と分割レンズ部６２との間には、縮小光学系を構成する中間変倍部６４が設けられる。また、中間変倍部６４による縮小倍率Ｍは、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列ピッチＲ１を、光路長差生成部６１における透光部６１０の配列ピッチＰ１にて割った値と等しい（すなわち、（Ｍ＝Ｒ１／Ｐ１））。したがって、複数の透光部６１０を通過した複数の光束（光線束）が、中間変倍部６４を介して複数の要素レンズ６２０にそれぞれ入射する。このように、中間変倍部６４は、各透光部６１０を通過する光束を、その断面積を変更しつつ対応する要素レンズ６２０に入射させる。中間変倍部６４における倍率Ｍは、２つのレンズ６４１，６４２の焦点距離をそれぞれｆ１，ｆ２として、（Ｍ＝ｆ２／ｆ１）となる。なお、光路長差生成部６１では、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数よりも１つだけ少ない個数の透光部６１０が設けられてもよい。この場合、これらの透光部６１０を通過した複数の光束、および、いずれの透光部６１０も通過しない光束が、複数の要素レンズ６２０にそれぞれ入射する。

図４に示すようにＹ方向に沿って見た場合に、分割レンズ部６２へと入射する光は複数の要素レンズ６２０にてＸ方向に関して分割される。このとき、複数の要素レンズ６２０にはレンズ６４２からの平行光が入射し、分割された光（複数の光束のそれぞれ）は、主光線が光軸Ｊ１に平行となるように第２レンズ面６２２から出射される。各要素レンズ６２０から出射された光束は拡がりつつ（発散しつつ）、図２に示す集光レンズ部６３へと向かう。

集光レンズ部６３は、コンデンサレンズ６３１を有する。コンデンサレンズ６３１は、その焦点距離だけ複数の要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２から光軸Ｊ１に沿って離れた位置に配置される。換言すると、各要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２は、コンデンサレンズ６３１の前側焦点面上に配置される。また、光軸Ｊ１上に配置される照射面３２０は、コンデンサレンズ６３１の焦点距離だけ、コンデンサレンズ６３１から光軸Ｊ１に沿って離れた位置に配置される。すなわち、照射面３２０は、コンデンサレンズ６３１の後側焦点面と一致する。

複数の要素レンズ６２０から出射された複数の光束は、コンデンサレンズ６３１により平行光とされ、コンデンサレンズ６３１の後側焦点面において重畳される。すなわち、複数の要素レンズ６２０からの光（複数の光束）の照射領域５０が全体的に重ねられる。図２および図３では、照射領域５０を太い実線にて示しており、照射領域５０は、Ｘ方向に関して一定の幅を有する。既述のように、複数の要素レンズ６２０から出射される複数の光束は、互いに異なる透光部６１０を通過しているため、光路長差生成部６１と照射面３２０との間において複数の光束に光路長差が生じる。したがって、複数の要素レンズ６２０にて分割された光の干渉により、照射面３２０において干渉縞が生じることが抑制（または防止）される。すなわち、図５の上段に示すように、照射面３２０上においてＸ方向における光の強度分布が均一となる。

複数の透光部６１０のうちの２つの透光部６１０の各組合せでは、当該２つの透光部６１０を通過する光束の光路長の差が、光源部４から出射されるレーザ光の可干渉距離以上であることが好ましい。光路長差生成部６１の屈折率をｎ、当該２つの透光部６１０の光軸Ｊ１方向の長さの差をｄとすると、当該２つの透光部６１０を通過する光束の光路長の差は（（ｎ−１）ｄ）として表される。なお、２つの透光部６１０の各組合せを通過する光の光路長の差が、光源部４から出射されるレーザ光の可干渉距離未満であっても、比較的長い距離（例えば、可干渉距離の１／２以上）であれば、干渉縞の影響はある程度低減される。

図３に示すようにＸ方向に沿って見た場合に、光路長差生成部６１から中間変倍部６４を介して分割レンズ部６２へと入射する光は、平行光のままで複数の要素レンズ６２０を通過してコンデンサレンズ６３１へと導かれる。そして、コンデンサレンズ６３１から出射される光は、コンデンサレンズ６３１の後側焦点面（照射面３２０）上において集光する。したがって、照射面３２０において、各要素レンズ６２０からの光の照射領域５０は、Ｘ方向に伸びるライン状となる。これにより、複数の要素レンズ６２０を通過した光の集合であって、照射面３２０上における断面がＸ方向に伸びるライン状となるライン照明光が得られる。図５の下段では、Ｙ方向におけるライン照明光の強度分布を示している。

ここで、レンズ５１，５２および中間変倍部６４を省いた比較例の照射光学系について述べる。図６は、比較例の照射光学系９１の構成を示す図である。比較例の照射光学系９１では、照射光学系５と同様に、レーザ光の経路において分割レンズ部９３が光路長差生成部９２よりも照射面側に配置されるが、光路長差生成部９２の各透光部９２０を通過した光束がそのままの大きさで分割レンズ部９３に照射される。したがって、光路長差生成部９２における透光部９２０の配列ピッチＰ２を、分割レンズ部９３におけるレンズ９３０の配列ピッチＲ１と等しくする必要がある（すなわち、（Ｐ２＝Ｒ１））。小型の分割レンズ部はフォトリソグラフィを利用して高精度に作製することが可能であるが、光軸方向における複数の透光部の長さが互いに異なる光路長差生成部については、フォトリソグラフィを利用することが困難である。また、機械加工にて小型の光路長差生成部を高精度に作製するのも容易ではない。

これに対し、図２の光照射装置３１では、レーザ光の経路において光路長差生成部６１と分割レンズ部６２との間に、縮小倍率Ｍ（ただし、（Ｍ＜１））の中間変倍部６４が配置される。これにより、光路長差生成部６１における透光部６１０の配列ピッチＰ１を、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列ピッチＲ１の（１／Ｍ）倍とすることができ、比較例の照射光学系９１における透光部９２０の配列ピッチＰ２よりも大きくすることができる。実際には、中間変倍部６４の縮小倍率Ｍはレンズの選択により調整可能であるため、透光部６１０の配列ピッチＰ１は、要素レンズ６２０の配列ピッチＲ１の制約を受けることなく、作製条件等に合わせて任意に設定することが可能である。これにより、光照射装置３１の設計の自由度を高くすることができる。以上のように、光照射装置３１では、透光部６１０の配列方向に関して、光路長差生成部６１を分割レンズ部６２に比べて大きくすることができ、光路長差生成部６１を容易に作製することが可能となる。

ここで、光源部４から出射されるレーザ光の断面のＸ方向の幅が分割レンズ部６２のＸ方向の幅と等しい場合を想定する。この場合、光源部４から出射されるレーザ光の断面のＸ方向の幅Ｗ２（図６参照）を（１／Ｍ）倍に拡大して、光路長差生成部６１のＸ方向の幅Ｗ１（図４参照）とする（すなわち、（Ｗ１＝（１／Ｍ）・Ｗ２））レンズ５１，５２が、図２の光照射装置３１のように、光源部４と光路長差生成部６１との間に必要となる。次に、このようなレンズ５１，５２を省いた光照射装置３１について述べる。

図７および図８は、光照射装置３１の他の例を示す図である。図７は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図８は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。図７および図８に示す光照射装置３１では、図２および図３の光照射装置３１と比較して、レンズ５１，５２が省かれるとともに、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６および反射部６５が追加される。他の構成は、図２および図３の光照射装置３１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

図７および図８の光照射装置３１では、（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向に向かって、反射部６５、光路長差生成部６１、中間変倍部６４のレンズ６４２，６４１、１／４波長板５６、偏光ビームスプリッタ５５、分割レンズ部６２、集光レンズ部６３の順にて、これらの構成が並ぶ。また、光源部４は、偏光ビームスプリッタ５５の（＋Ｘ）側に配置される。偏光ビームスプリッタ５５は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを分離するものであり、光源部４から出射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ５５に入射する。偏光ビームスプリッタ５５に入射する当該レーザ光のほとんどはｓ偏光成分であり、当該レーザ光は偏光ビームスプリッタ５５にて反射して１／４波長板５６に向かう。１／４波長板５６では、直線偏光であるレーザ光が円偏光に変換され、中間変倍部６４のレンズ６４１に入射する。中間変倍部６４では、（＋Ｚ）側から入射する光が、その断面が拡大されて（−Ｚ）方向に出射される。中間変倍部６４では、両側テレセントリック光学系が構成されるため、レーザ光は光軸Ｊ１に平行な平行光の状態で光路長差生成部６１に入射する。

各透光部６１０の（＋Ｚ）側の面である入射面６１１に入射した光束は、当該透光部６１０を透過して（−Ｚ）側の面である出射面６１２から出射される。光束は光軸Ｊ１に沿って反射部６５のミラー６５１へと向かう。ミラー６５１の反射面は光軸Ｊ１に垂直であり、当該光束は、同じ経路を戻るようにミラー６５１により折り返され（すなわち、進行方向が１８０度回転され）、同じ出射面６１２に入射する。各透光部６１０の出射面６１２に入射した光束は、当該透光部６１０を透過し、入射面６１１から中間変倍部６４に向けて出射される。

中間変倍部６４では、（−Ｚ）側から入射する光が、その断面が縮小されて（＋Ｚ）方向に出射され、１／４波長板５６に入射する。１／４波長板５６では、円偏光である光が直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ５５に入射する光のほとんどがｐ偏光成分となる。当該光は偏光ビームスプリッタ５５を透過し、分割レンズ部６２に入射する。図７の光照射装置３１においても、複数の透光部６１０を通過した複数の光束が、縮小光学系を構成する中間変倍部６４を介して複数の要素レンズ６２０にそれぞれ入射する。複数の要素レンズ６２０から出射される光は、コンデンサレンズ６３１に入射し、複数の要素レンズ６２０からの光の照射領域５０が照射面３２０上にて重ねられる。

以上に説明したように、図７の光照射装置３１では、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間の光の往復における往路において、図２のレンズ５１，５２の機能が中間変倍部６４により実現される。これにより、上記レンズ５１，５２を省いて、光照射装置３１のＺ方向の全長を短くすることができる。また、上記光の往復における復路において、光路長差生成部６１を通過した光が、中間変倍部６４により、その断面が縮小されて分割レンズ部６２に導かれる。これにより、透光部６１０の配列方向に関して、光路長差生成部６１を分割レンズ部６２に比べて大きくすることができ、光路長差生成部６１を容易に作製することができる。さらに、光路長差生成部６１において、複数の透光部６１０の複数の出射面６１２から出射される光が反射部６５により折り返され、複数の出射面６１２にそれぞれ入射する。このように、各透光部６１０を通過した光束が、反射部６５を介して当該透光部６１０に再度入射することにより、複数の透光部６１０を通過する複数の光束における光路長差を大きくすることができる。換言すると、光路長差生成部６１の光軸Ｊ１方向の長さを短くすることができる。

なお、図７の光照射装置３１では、偏光ビームスプリッタ５５および１／４波長板５６を用いることにより、光量の損失を比較的少なくすることが可能であるが、光照射装置３１の設計によっては、ハーフミラー等他のビームスプリッタが用いられてもよい。また、１／４波長板５６は、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間における任意の位置に配置可能である。偏光ビームスプリッタ５５および１／４波長板５６を用いる他の光照射装置において同様である。

図９は、光路長差生成部６１を示す斜視図である。図９では、一の透光部６１０の入射面６１１および出射面６１２に平行斜線を付している。光路長差生成部６１の作製における精度によっては、透光部６１０の入射面６１１および出射面６１２の平行度が透光部６１０毎にばらつくことがある。

図１０は、光照射装置３１を簡略化して示す図であり、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の一部を示す。図１０では、光路長差生成部６１と集光レンズ部６３のコンデンサレンズ６３１との間に設けられる構成要素を省略している。例えば、図１０中に破線にて示すように、透光部６１０の入射面６１１および出射面６１２が互いに平行である場合には、当該透光部６１０の出射面６１２から出射される光束は、照射面３２０上において符号Ａ１を付す位置に集光する。一方、図１０中に実線にて示すように、透光部６１０の出射面６１２が入射面６１１に対して傾いている（入射面６１１および出射面６１２が平行でない）場合には、当該透光部６１０の出射面６１２から出射される光束は、照射面３２０上において符号Ａ２を付す位置に集光する。

ここで、Ｘ方向に沿って見た場合において、入射面６１１に対する出射面６１２の傾き角（以下、単に「平行度」という。）をθ、光路長差生成部６１の屈折率をｎ、コンデンサレンズ６３１の焦点距離をｆｃとすると、（ｆｃ・ｔａｎ（（ｎ−１）θ））だけ、照射面３２０上の集光位置が理想的な位置Ａ１からＹ方向にずれてしまう。仮に、全ての透光部６１０における平行度が同じである場合には、各透光部６１０を通過した光束の集光位置が、同じ距離だけ理想的な位置Ａ１からずれる。しかしながら、実際には、全ての透光部６１０における平行度を０または一様な値にすることは困難であり、ある程度の平行度のばらつきが生じる。したがって、透光部６１０毎に照射領域のＹ方向の位置（すなわち、ライン状の照射領域の短軸方向の位置）がずれてしまい、照射面３２０上におけるライン照明光のＹ方向の幅が太くなる。よって、複数の透光部６１０における平行度のばらつきが大きくなると、描画装置１におけるパターンの描画精度が低下する虞がある。次に、複数の透光部６１０における平行度のばらつきの影響を抑制する手法について述べる。

図１１および図１２は、光照射装置３１の他の例を示す図である。図１１は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図１２は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。図１１および図１２に示す光照射装置３１では、図７および図８の光照射装置３１におけるミラー６５１に代えて直角プリズム６５２が設けられる。他の構成は、図７および図８の光照射装置３１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

図１２に示すように、直角プリズム６５２では、９０度をなす２つの面６５２ａ,６５２ｂがＹ方向に並び、これらの面６５２ａ,６５２ｂは、光軸Ｊ１に対して共に４５度だけ傾く。図１１に示す透光部６１０を透過して出射面６１２から出射される光線は、図１２に示す直角プリズム６５２において２つの面６５２ａ,６５２ｂの一方にて反射して他方の面に向かい、当該他方の面にてさらに反射して当該透光部６１０へと入射する。実際には、Ｘ方向に沿って見た場合に、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光束の全体は、入射面６１１および出射面６１２の平行度に応じて光軸Ｊ１に対して傾斜した経路（平行度が０の場合は光軸Ｊ１に平行な経路）に沿って直角プリズム６５２に入射し、同じ経路を戻って当該透光部６１０の出射面６１２に入射する。したがって、中間変倍部６４のレンズ６４２から光軸Ｊ１に平行に各透光部６１０の入射面６１１に入射する光束は、直角プリズム６５２を経由し、当該入射面６１１からレンズ６４２に向けて光軸Ｊ１に平行に出射される。

このように、図１２に示す光照射装置３１では、反射部６５が、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光を、当該光の出射方向に平行に当該出射面６１２に入射させる。これにより、複数の透光部６１０における平行度がばらつく場合であっても、複数の透光部６１０から中間変倍部６４側へと出射される複数の光束の光軸Ｊ１に対する傾き（Ｘ方向に沿って見た場合の傾き）を、中間変倍部６４から光路長差生成部６１への入射時における傾き（理想的には、光軸Ｊ１に平行）に一致させることができる。その結果、複数の透光部６１０を通過した複数の光束の照射面３２０上における集光位置（Ｘ方向に沿って見た場合の集光位置）のＹ方向のずれを抑制し、照射面３２０上におけるライン照明光のＹ方向の幅の太りを抑制することができる。なお、反射部６５では、直角プリズム６５２に代えて、互いになす角度が９０度の２枚の平面ミラー等が用いられてよい。

ところで、図１２に示す光照射装置３１のように、反射部６５において直角プリズム６５２を用いる場合、各透光部６１０から反射部６５に向けて出射される光束が面６５２ａにて最初に反射する光線群と、面６５２ｂにて最初に反射する光線群とに分割される。したがって、直角プリズム６５２において面６５２ａと面６５２ｂとのなす角度が９０度からずれている場合、これらの光線群の照射面３２０上における集光位置がＹ方向にずれてしまう。次に、各透光部６１０から出射される光束を分割することなく、複数の透光部６１０における平行度のばらつきの影響を抑制する手法について述べる。

図１３および図１４は、光照射装置３１の他の例を示す図である。図１３は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図１４は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。図１３および図１４に示す光照射装置３１では、図７および図８の光照射装置３１（並びに、図１１および図１２の光照射装置３１）と比較して、１／４波長板５６が省かれるとともに反射部６５の構成が相違する。他の構成は、図７および図８の光照射装置３１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

反射部６５は、偏光ビームスプリッタ６５３と、３個のミラー６５４ａ，６５４ｂ，６５４ｃと、１／２波長板６５５とを備える。偏光ビームスプリッタ６５３は、光路長差生成部６１の（−Ｚ）側に配置され、光路長差生成部６１から入射する光のｓ偏光成分を（−Ｙ）方向へと反射する。一のミラー６５４ａは偏光ビームスプリッタ６５３の（−Ｙ）側に配置され、他の一のミラー６５４ｂは偏光ビームスプリッタ６５３の（−Ｙ）側かつ（−Ｚ）側に配置され、残りのミラー６５４ｃは、偏光ビームスプリッタ６５３の（−Ｚ）側に配置される。３個のミラー６５４ａ〜６５４ｃの反射面の法線はＸ方向に垂直であり、ミラー６５４ａ，６５４ｃはミラー６５４ｂに対して９０度傾く。

偏光ビームスプリッタ６５３から（−Ｙ）方向へと向かう光は、ミラー６５４ａ、６５４ｂにて順に反射して、ミラー６５４ｃに入射する。ミラー６５４ｃでは、入射する光が（＋Ｚ）方向に反射し、偏光ビームスプリッタ６５３へと向かう。１／２波長板６５５は、ミラー６５４ｃと偏光ビームスプリッタ６５３との間に配置される。１／２波長板６５５では、光の偏光方向が９０度回転し、偏光ビームスプリッタ５５に入射する光のほとんどがｐ偏光成分となる。当該光は偏光ビームスプリッタ６５３を透過し、光路長差生成部６１に入射する。実際には、反射部６５では、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光束の経路を、Ｘ方向に垂直な面（照射領域の短軸方向に平行な面）内において折り返し、当該光束を当該出射面６１２に入射させる。

図１５は、反射部６５の近傍を拡大して示す図であり、Ｘ方向に沿って見た反射部６５を示す。透光部６１０の入射面６１１および出射面６１２が平行である、すなわち、平行度が０である場合には、当該透光部６１０の出射面６１２から出射される光束は、図１５中に破線にて示す経路Ｋ１を通過する。この場合、中間変倍部６４（（＋Ｚ）側）から経路Ｋ１に沿って当該透光部６１０の入射面６１１に入射する光束は、反射部６５を経由し、当該入射面６１１から入射時と同じ経路Ｋ１に沿って（＋Ｚ）方向に出射される。

一方、透光部６１０の平行度が０でない場合には、当該透光部６１０の出射面６１２から出射される光束は、図１５中に実線にて示す経路Ｋ２を通過する。具体的には、中間変倍部６４（（＋Ｚ）側）から経路Ｋ１に沿って当該透光部６１０の入射面６１１に入射する光束は、当該透光部６１０の出射面６１２から経路Ｋ１に対して傾斜する出射方向（経路Ｋ２の方向）に沿って偏光ビームスプリッタ６５３に向かって出射される。当該光束は、偏光ビームスプリッタ６５３、並びに、３個のミラー６５４ａ〜６５４ｃにて４回反射して、当該出射面６１２からの出射時の出射方向に平行に当該出射面６１２に入射する。したがって、透光部６１０を透過した光束は、入射時の経路Ｋ１に平行に入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される。

図１４の光照射装置３１では、中間変倍部６４から光路長差生成部６１に入射する光は光軸Ｊ１に平行な平行光であり、上述のように、複数の透光部６１０の平行度がばらついている場合であっても、反射部６５を経由して複数の透光部６１０の入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される光束は光軸Ｊ１に平行な平行光となる。したがって、複数の透光部６１０を通過した複数の光束の照射面３２０上における集光位置を、Ｙ方向に一致させることが可能となる。

以上のように、図１４に示す光照射装置３１では、反射部６５において、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光束を分割することなく、当該光束の出射方向に平行に当該出射面６１２に入射させることが可能となる。これにより、複数の透光部６１０における平行度がばらつく場合であっても、複数の透光部６１０を通過した複数の光束の照射面３２０上における集光位置のＹ方向のずれを抑制（低減）することができる。なお、反射部６５は、入射する光が偶数回反射して折り返される構成であればよく、反射部６５にて、光が６以上の偶数回反射して光路長差生成部６１に折り返されてもよい。また、偶数回反射させて光を折り返す反射部６５は、プリズム等、様々な光学素子を用いて実現されてよい。

図１６および図１７は、光照射装置３１の他の例を示す図である。図１６は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図１７は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。図１６および図１７に示す光照射装置３１では、図７および図８の光照射装置３１と比較して、光路長差生成部６１とミラー６５１との間にシリンドリカルレンズ６５６が追加される点で相違する。他の構成は、図７および図８の光照射装置３１と同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

シリンドリカルレンズ６５６は、Ｙ方向のみにパワーを有し、ミラー６５１の反射面は、シリンドリカルレンズ６５６の焦点距離だけ、シリンドリカルレンズ６５６から光軸Ｊ１に沿って離れた位置に配置される。したがって、Ｘ方向に沿って見た場合に、光軸Ｊ１に平行な平行光の状態にて光路長差生成部６１に入射した光は、光路長差生成部６１を透過し、シリンドリカルレンズ６５６によりミラー６５１の反射面上にて集光する。当該光はミラー６５１にて反射し、シリンドリカルレンズ６５６により平行光とされて光路長差生成部６１に入射する。

図１８は、反射部６５の近傍を拡大して示す図であり、Ｘ方向に沿って見た反射部６５を示す。透光部６１０の平行度が０でない場合に、光軸Ｊ１に平行な平行光として当該透光部６１０の入射面６１１に入射する光束は、図１８中に破線にて示すように、当該透光部６１０の出射面６１２から光軸Ｊ１に対して傾斜した出射方向に平行光として出射される。当該光束はシリンドリカルレンズ６５６の作用によりミラー６５１上の光軸Ｊ１からずれた位置に集光する。ミラー６５１にて反射した光束は、図１８中に実線にて示すように、シリンドリカルレンズ６５６により上記出射方向に平行な平行光とされて当該透光部６１０の出射面６１２に入射する。したがって、透光部６１０を透過した光束は、（＋Ｚ）側から当該透光部６１０への入射時の経路に平行に入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される。

以上のように、図１７に示す光照射装置３１においても、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光を分割することなく、反射部６５により、当該光の出射方向に平行に当該出射面６１２に入射させることが可能となる。これにより、複数の透光部６１０における平行度がばらつく場合であっても、複数の透光部６１０を通過した光の照射面３２０上における集光位置のＹ方向のずれを抑制することができる。

図１９および図２０は、本発明の第２の実施の形態に係る光照射装置３１ａの構成を示す図である。図１９は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図２０は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。

図１９および図２０に示す光照射装置３１ａは、光源ユニット４０と、照射光学系５ａとを備える。光源ユニット４０は、複数の光源部４を有し、各光源部４は、１つの光源４１と、１つのコリメータレンズ４２とを有する。複数の光源部４の光源４１は、ＺＸ平面に平行な面（以下、「光源配列面」という。）上において、およそＸ方向に配列される。各光源４１から出射されるレーザ光は、コリメータレンズ４２によりコリメートされて照射光学系５ａに入射する。光源ユニット４０では、光源部４から出射されるレーザ光の出射方向を調整する機構（図示省略）が設けられる。当該機構を調整することにより、複数の光源部４からのレーザ光が照射される照射光学系５ａ上の位置を一致させることが可能となる。このように、光源ユニット４０では、光源配列面上に配列された複数の光源部４により、光源配列面に沿う互いに異なる方向から照射光学系５ａ上の同じ位置（後述の分割レンズ部６２）に向けてレーザ光が出射される。

照射光学系５ａは、光路長差生成部６１と、分割レンズ部６２と、集光レンズ部６３と、中間変倍部６４ａとを備える。照射光学系５ａでは、光源ユニット４０から照射面３２０に向かって、分割レンズ部６２、中間変倍部６４ａ、光路長差生成部６１、集光レンズ部６３の順に、これらの構成が光軸Ｊ１に沿って配置される。複数の光源部４からのコリメートされたレーザ光は、分割レンズ部６２に入射する。図２１に示すように、分割レンズ部６２では、複数の要素レンズ６２０が、照射光学系５ａの光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源配列面に沿うＸ方向に配列される。

Ｙ方向に沿って見た場合に、分割レンズ部６２へと入射する光は複数の要素レンズ６２０にてＸ方向に関して分割される。このとき、各要素レンズ６２０の第１レンズ面６２１には各光源部４からの平行光が入射し、第２レンズ面６２２の近傍に複数の光源４１の像が形成される。これらの像は、要素レンズ６２０の配列方向に並ぶ。なお、図２１では、１つの要素レンズ６２０に入射する光線のみを図示している。

複数の要素レンズ６２０にて分割された光（複数の光束）は、主光線が光軸Ｊ１に平行となるように第２レンズ面６２２から出射される。各要素レンズ６２０から出射された光束は拡がりつつ、図１９に示す中間変倍部６４ａのレンズ６４３に入射し、レンズ６４３，６４４を介して光路長差生成部６１に入射する。光路長差生成部６１では、複数の透光部６１０が、照射光学系５ａの光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源配列面に沿うＸ方向に配列される。透光部６１０の配列ピッチは、要素レンズ６２０の配列ピッチよりも大きい。

中間変倍部６４ａは、アフォーカル光学系、具体的には、両側テレセントリック光学系を構成し、主光線が光軸Ｊ１に平行な状態で入射する光を、主光線が光軸Ｊ１に平行な状態で光路長差生成部６１に入射させる。このとき、中間変倍部６４ａは、複数の要素レンズ６２０の出射面である第２レンズ面６２２の像（詳細には、第２レンズ面６２２における複数の光源４１の像）を、光路長差生成部６１の内部または近傍に拡大して形成する。

詳細には、中間変倍部６４ａによる拡大倍率は、光路長差生成部６１における透光部６１０の配列ピッチを、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列ピッチにて割った値と等しい。したがって、複数の要素レンズ６２０を通過した光（複数の光束）が、拡大光学系を構成する中間変倍部６４ａを介して複数の透光部６１０にそれぞれ入射する。このとき、複数の要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２の像が、複数の透光部６１０の内部または近傍にそれぞれ形成される。また、各要素レンズ６２０から出射される光束の透光部６１０における拡がり角が、当該要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２近傍における拡がり角よりも、拡大倍率に従って小さくなる。その結果、光束が当該透光部６１０のエッジ（すなわち、Ｘ方向の端であり、主として入射面６１１および出射面６１２におけるエッジである。）に掛かりにくくなる。各透光部６１０を通過した光束は、集光レンズ部６３へと向かう。複数の透光部６１０から出射された複数の光束は、集光レンズ部６３のコンデンサレンズ６３１により平行光とされ、照射面３２０において重畳される。すなわち、複数の透光部６１０からの光（複数の光束）の照射領域５０が全体的に重ねられる。

図２０に示すようにＸ方向に沿って見た場合に、光源ユニット４０から分割レンズ部６２および中間変倍部６４ａを介して光路長差生成部６１へと入射する光は、平行光のままで複数の透光部６１０を通過してコンデンサレンズ６３１へと導かれる。そして、コンデンサレンズ６３１から出射される光は照射面３２０上において集光する。したがって、照射面３２０において、各要素レンズ６２０（透光部６１０）からの光の照射領域５０は、配列方向に伸びるライン状となる。すなわち、光照射装置３１ａにより照射面３２０上に照射される光の断面は、Ｘ方向に伸びるライン状となり、ライン照明光が得られる。

光照射装置３１ａでは、コンデンサレンズ６３１は球面レンズであるが、例えば、Ｙ方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズを集光レンズ部６３に追加することにより、照射面３２０においてＹ方向に所望の幅となるライン照明光が得られてもよい。なお、光源４１がハイパワーの半導体レーザである場合に、光源４１から出射されるレーザ光が一方向にマルチモードとなるときには、シングルモードとなる方向を、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列方向に垂直な方向（Ｙ方向）に合わせることが好ましい。これにより、照射面３２０においてライン照明光のＹ方向の幅が広がることが防止される。

以上に説明したように、図１９の光照射装置３１ａでは、レーザ光の経路において光路長差生成部６１が分割レンズ部６２よりも照射面３２０側に配置され、分割レンズ部６２と光路長差生成部６１との間に、拡大光学系を構成する中間変倍部６４ａが配置される。これにより、透光部６１０の配列方向（図１９では、Ｘ方向）に関して、光路長差生成部６１を分割レンズ部６２に比べて大きくすることができ、光路長差生成部６１を容易に作製することができる。

光照射装置３１ａでは、複数の光源部４から分割レンズ部６２に向けてレーザ光が出射される。これにより、１つの光源部４のみが用いられる光照射装置に比べて、高強度のライン照明光を得ることができる。また、複数の光源部４からのレーザ光の位相は互いに相違するため、複数の透光部６１０により、複数の要素レンズ６２０を通過する複数の光束に光路長差を付与することと相俟って、照射面３２０におけるライン照明光の強度分布の均一性をさらに向上することができる。

ところで、分割レンズ部の各要素レンズを通過した光が光路長差生成部における透光部のエッジ（透光部間の境界等）に掛かると、当該光が散乱して照射面上における光の強度分布の均一性が低下する。分割レンズ部６２と光路長差生成部６１との間における中間変倍部６４ａを省いた比較例の光照射装置を想定した場合、透光部の配列ピッチを大きくすることにより、要素レンズを通過した光が透光部のエッジに掛かることを防止することが考えられる。しかしながら、比較例の光照射装置において透光部の配列ピッチを大きくするには、分割レンズ部の要素レンズの配列ピッチも大きくする必要があり、フォトリソグラフィを利用する分割レンズ部の作製が困難となる。

これに対し、光照射装置３１ａでは、既述のように、分割レンズ部６２と光路長差生成部６１との間に、拡大光学系を構成する中間変倍部６４ａが設けられることにより、光路長差生成部６１における透光部６１０の配列ピッチを分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列ピッチよりも大きくすることができる。また、中間変倍部６４ａにより、複数の透光部６１０の内部または近傍に複数の要素レンズ６２０の出射面の像が形成されるとともに、当該像の拡大に伴って、各要素レンズ６２０から出射される光束の透光部６１０における拡がり角が、当該要素レンズ６２０における拡がり角よりも小さくなる。その結果、当該光束が透光部６１０のエッジに掛かることを容易に抑制することができ、光照射装置３１ａにより照射面３２０上に照射される光の強度分布の均一性を、より確実に確保することができる。

図２２および図２３は、光照射装置３１ａの他の例を示す図である。図２２は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図２３は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。図２２および図２３に示す光照射装置３１ａでは、図１９および図２０の光照射装置３１ａと比較して、光路長差生成部６１と集光レンズ部６３との間にレンズ５３，５４が追加される点で相違する。他の構成は、図１９および図２０の光照射装置３１ａと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

レンズ５３，５４は、縮小光学系（例えば、両側テレセントリック光学系）を構成し、光路長差生成部６１の内部または近傍における複数の要素レンズ６２０（図２１参照）の第２レンズ面６２２の像（詳細には、第２レンズ面６２２における複数の光源４１の像）を縮小リレーする。レンズ５４から出射される光は、集光レンズ部６３のコンデンサレンズ６３１に入射し、照射面３２０上にライン状の照射領域５０が形成される。

既述のように、各要素レンズ６２０から出射される光束の透光部６１０における拡がり角が比較的小さいことにより、光照射装置３１ａでは、光束が透光部６１０のエッジに掛かることが容易に抑制される。この場合に、照射面３２０上においてＸ方向にある程度の長さとなるライン照明光を得るには、図１９の光照射装置３１ａでは、焦点距離が長いコンデンサレンズ６３１を設ける必要があり、Ｚ方向における照射光学系５ａの全長が長くなる。これに対し、図２２の光照射装置３１ａでは、光路長差生成部６１と集光レンズ部６３との間に、縮小光学系を構成するレンズ５３，５４が設けられることにより、照射光学系５ａの全長を比較的短くすることができ、光照射装置３１ａの小型化を図ることができる。

図２４および図２５は、光照射装置３１ａの他の例を示す図である。図２４は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図２５は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。図２４および図２５に示す光照射装置３１ａでは、図１９および図２０の光照射装置３１ａと比較して、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６および反射部６５が追加される点で相違する。他の構成は、図１９および図２０の光照射装置３１ａと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

図２４の光照射装置３１ａでは、（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向に向かって、反射部６５、光路長差生成部６１、１／４波長板５６、中間変倍部６４ａのレンズ６４４，６４３、偏光ビームスプリッタ５５、集光レンズ部６３の順にて、これらの構成が並ぶ。また、光源ユニット４０は、偏光ビームスプリッタ５５の（＋Ｘ）側に配置され、光源ユニット４０と偏光ビームスプリッタ５５との間に分割レンズ部６２が配置される。光源ユニット４０において、およそＺ方向に並ぶ複数の光源部４から、光源配列面に平行かつ互いに異なる方向に沿って分割レンズ部６２に向けてレーザ光が出射される。

分割レンズ部６２では、光源ユニット４０と偏光ビームスプリッタ５５との間における光軸に垂直、かつ、光源配列面に沿うＺ方向に複数の要素レンズ６２０（図２１参照）が配列され、分割レンズ部６２に入射する光がＺ方向に分割される。分割レンズ部６２を通過した光は、その主光線がＸ方向に平行な状態で偏光ビームスプリッタ５５に入射する。偏光ビームスプリッタ５５は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを分離するものである。光源ユニット４０から分割レンズ部６２を介して偏光ビームスプリッタ５５に入射する光のほとんどはｓ偏光成分であり、当該光は偏光ビームスプリッタ５５にて反射して中間変倍部６４ａのレンズ６４３へと向かう。このとき、複数の要素レンズ６２０から出射される複数の光束の配列方向が、Ｘ方向に変換される。換言すると、偏光ビームスプリッタ５５から中間変倍部６４ａへと向かう光の主光線はＺ方向と平行となる。

中間変倍部６４ａでは、両側テレセントリック光学系が構成されており、主光線が光軸Ｊ１（Ｚ方向）に平行な状態で入射する光を、主光線が光軸Ｊ１に平行な状態で光路長差生成部６１に入射させる。実際には、複数の要素レンズ６２０を通過した光（複数の光束）が、偏光ビームスプリッタ５５、中間変倍部６４ａおよび１／４波長板５６を介して、Ｘ方向に並ぶ複数の透光部６１０にそれぞれ入射し、複数の要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２の像（光源４１の像）が、光路長差生成部６１における複数の透光部６１０の内部または近傍にそれぞれ拡大して形成される。このように、分割レンズ部６２の要素レンズ６２０の配列方向と、光路長差生成部６１の透光部６１０の配列方向とが、偏光ビームスプリッタ５５を介して対応する。

反射部６５は、光路長差生成部６１の（−Ｚ）側の面にコーティングにより形成された反射膜６５１ａを有する。各透光部６１０の（＋Ｚ）側の面である入射面６１１（図４参照）に入射した光束は、（−Ｚ）側の面である出射面６１２上の反射膜６５１ａにて反射して、当該入射面６１１から出射される。すなわち、各透光部６１０の入射面６１１に入射した光束は、透光部６１０の内部をＺ方向に往復して当該入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される。出射面６１２上の反射膜６５１ａは、実質的に、複数の透光部６１０の複数の出射面６１２から出射される光を折り返して当該複数の出射面６１２にそれぞれ入射させるものである。なお、要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２の像は透光部６１０の出射面６１２近傍（反射膜６５１ａ近傍）に形成されることが好ましい。

光路長差生成部６１から（＋Ｚ）方向に出射される光は、１／４波長板５６を介して中間変倍部６４ａに入射する。中間変倍部６４ａでは、光路長差生成部６１の内部または近傍における複数の要素レンズ６２０の出射面の像が縮小リレーされる。レンズ６４３から出射される光は、偏光ビームスプリッタ５５に入射する。中間変倍部６４ａから偏光ビームスプリッタ５５に入射する光は、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間の往復にて１／４波長板５６を２回通過することによりｐ偏光成分となっており、当該光は偏光ビームスプリッタ５５を透過し、コンデンサレンズ６３１に入射する。そして、コンデンサレンズ６３１により、複数の要素レンズ６２０からの光の照射領域５０が照射面３２０上にて重ねられる。

以上に説明したように、図２４の光照射装置３１ａでは、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間の光の往復における往路において、複数の要素レンズ６２０の出射面を拡大した像が、中間変倍部６４ａにより複数の透光部６１０の内部または近傍に形成される。これにより、透光部６１０の配列方向に関して、光路長差生成部６１を分割レンズ部６２に比べて大きくすることができ、光路長差生成部６１を容易に作製することができる。また、図２２におけるレンズ５３，５４の機能が、上記光の往復における復路において中間変倍部６４ａにより実現されることにより、上記レンズ５３，５４を省いて、光照射装置３１ａのＺ方向の全長を短くすることができる。さらに、各透光部６１０を通過する光束が当該透光部６１０を往復することにより、光路長差生成部６１の光軸Ｊ１方向の長さを短くする（例えば、図１９や図２２の光路長差生成部６１の長さの半分にする）ことができる。なお、図２４の光照射装置３１ａにおいて、反射膜６５１ａに代えて図７に示すミラー６５１が設けられてよい。同様に、図７の光照射装置３１において、ミラー６５１に代えて反射膜６５１ａが設けられてよい。

図２６および図２７は、光照射装置３１ａの他の例を示す図である。図２６は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図２７は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。図２６および図２７に示す光照射装置３１ａでは、図２４および図２５の光照射装置３１ａにおける反射膜６５１ａに代えてレンズ６５７および直角プリズム６５８が設けられる。他の構成は、図２４および図２５の光照射装置３１ａと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

反射部６５のレンズ６５７は、光路長差生成部６１において要素レンズ６２０（図２１参照）の出射面の像が形成される位置から、レンズ６５７の焦点距離だけ（−Ｚ）側に離れた位置に配置される。したがって、各透光部６１０の（−Ｚ）側の面である出射面６１２からレンズ６５７に向けて出射される光束は、レンズ６５７により平行光として（−Ｚ）側に出射される。直角プリズム６５８は、レンズ６５７からレンズ６５７の焦点距離だけ（−Ｚ）側に離れた位置に配置される。図２６に示すようにＹ方向に沿って見た場合に、直角プリズム６５８に入射する各光線は、９０度をなす２つの面６５８ａ,６５８ｂの一方にて反射して他方の面に向かい、当該他方の面にてさらに反射して、直角プリズム６５８への入射時の経路と平行にレンズ６５７へと向かう。（−Ｚ）側からレンズ６５７に入射する光は、収束しつつ光路長差生成部６１に入射する。実際には、各透光部６１０の（−Ｚ）側の出射面６１２から出射される光束は、反射部６５にて折り返され、同じ経路を戻って当該出射面６１２に入射する。また、当該透光部６１０の内部または近傍に当該光束の集光点が形成される。

光路長差生成部６１から（＋Ｚ）方向に出射される光は、１／４波長板５６および中間変倍部６４ａを介して偏光ビームスプリッタ５５に入射する。当該光は偏光ビームスプリッタ５５を透過し、コンデンサレンズ６３１に入射する。そして、コンデンサレンズ６３１により、複数の要素レンズ６２０からの光の照射領域５０が照射面３２０上にて重ねられる。

ここで、図２７に示すようにＸ方向に沿って見た場合における、透光部６１０の入射面６１１および出射面６１２の平行度が透光部６１０毎にばらついているものとする。この場合、各透光部６１０の（＋Ｚ）側の入射面６１１に、光軸Ｊ１に平行な平行光として入射する光束は、当該透光部６１０の出射面６１２から光軸Ｊ１に対して傾斜した出射方向に平行光として出射される。当該光束はレンズ６５７の作用により直角プリズム６５８上の光軸Ｊ１からずれた位置に集光する。直角プリズム６５８にて反射した光束は、レンズ６５７により上記出射方向に平行な平行光とされて当該透光部６１０の出射面６１２に入射する。したがって、透光部６１０を透過した光束は、透光部６１０の平行度に依存することなく、（＋Ｚ）側から当該透光部６１０への入射時の経路に平行に入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される。そして、複数の透光部６１０からの光の照射領域５０が照射面３２０上においてＹ方向の（ほぼ）同じ位置に形成される。

以上のように、図２６および図２７に示す光照射装置３１ａでは、反射部６５が、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光を、当該光の出射方向に平行に当該出射面６１２に入射させる。これにより、複数の透光部６１０における平行度（ウエッジ成分）がばらつく場合であっても、複数の透光部６１０から（＋Ｚ）方向に出射される複数の光束の光軸Ｊ１に対する傾き（Ｘ方向に沿って見た場合の傾き）を、（＋Ｚ）側から光路長差生成部６１への入射時における傾き（理想的には、光軸Ｊ１に平行）に一致させることができる。その結果、複数の透光部６１０を通過した複数の光束の照射面３２０上における集光位置（Ｘ方向に沿って見た場合の集光位置）のＹ方向のずれを抑制し、照射面３２０上におけるライン照明光のＹ方向の幅の太りを抑制することができる。なお、反射部６５では、直角プリズム６５８に代えて、互いになす角度が９０度の２枚の平面ミラー等が用いられてよい。

上記描画装置１および光照射装置３１，３１ａでは様々な変形が可能である。

分割レンズ部６２では、必ずしも複数の要素レンズ６２０が配列方向に一定のピッチにて配列される必要はなく、例えば、複数の要素レンズ６２０の配列方向の幅が互いに異なっていてもよい。この場合、配列方向に関して、光路長差生成部６１における各透光部６１０の幅と、当該透光部６１０に対応する分割レンズ部６２の要素レンズ６２０の幅との比が、全ての透光部６１０において一定となるように、複数の透光部６１０の配列方向の幅も変更される。

光照射装置３１，３１ａの設計によっては、要素レンズ６２０の配列方向のみならず、当該配列方向に垂直な方向にもパワーを有する要素レンズ６２０が、分割レンズ部６２において用いられてよい。

例えば、図２の光照射装置３１において、中間変倍部６４のレンズ６４２から出射される光が、その主光線が光軸Ｊ１に対して傾斜した状態で、分割レンズ部６２に入射してもよい。すなわち、中間変倍部６４，６４ａは、必ずしも両側テレセントリック光学系である必要はない。レーザ光の経路において分割レンズ部６２が光路長差生成部６１よりも照射面３２０側に配置される照射光学系５では、中間変倍部６４は、複数の透光部６１０を通過した光が複数の要素レンズ６２０にそれぞれ入射する縮小光学系を構成すればよい。また、レーザ光の経路において光路長差生成部６１が分割レンズ部６２よりも照射面３２０側に配置される照射光学系５ａでは、中間変倍部６４ａは、複数の要素レンズ６２０を通過した光が複数の透光部６１０にそれぞれ入射する拡大光学系を構成すればよい。

上記光照射装置３１，３１ａにおけるレーザ光の経路において、分割レンズ部６２および光路長差生成部６１よりも照射面３２０側に配置される集光レンズ部６３は、照射面３２０上にて複数の要素レンズ６２０からの光の照射領域５０を重ねることが可能であるならば、様々な構成にて実現されてよい。

描画装置１において、光照射装置３１，３１ａの照射面３２０に配置される空間光変調器３２は、回折格子型の光変調器以外であってよく、例えば、微小なミラーの集合を用いた空間光変調器が用いられてよい。この場合に、Ｙ方向の幅が比較的広い照射領域が、光照射装置３１，３１ａにより照射面３２０上に形成されてもよい。

基板９上の光の照射位置を移動する移動機構は、ステージ２１を移動する移動機構２２以外であってもよく、例えば、光照射装置３１，３１ａ、空間光変調器３２および投影光学系３３を含むヘッドを基板９に対して移動する移動機構であってよい。

描画装置１にて描画が行われる対象物は、半導体基板やガラス基板以外の基板であってよく、また、基板以外であってもよい。光照射装置３１，３１ａは、描画装置１以外に用いられてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１描画装置
４光源部
５，５ａ照射光学系
９基板
１１制御部
２２移動機構
３１，３１ａ光照射装置
３２空間光変調器
３３投影光学系
５０照射領域
６１光路長差生成部
６２分割レンズ部
６３集光レンズ部
６４，６４ａ中間変倍部
６５反射部
３２０照射面
６１０透光部
６１２（透光部の）出射面
６２０要素レンズ
６２２第２レンズ面
Ｊ１光軸

Claims

光照射装置であって、
所定位置に向けてレーザ光を出射する光源部と、
前記所定位置に配置され、前記光源部からのレーザ光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系と、
を備え、
前記照射光学系が、
前記光軸に垂直な方向に配列された複数のレンズを有し、入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、
前記光軸に垂直な方向に配列された複数の透光部を有し、前記複数の透光部が互いに異なる光路長を有する光路長差生成部と、
アフォーカル光学系を構成し、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部と前記光路長差生成部との間に配置される中間変倍部と、
前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部および前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記照射面上にて前記複数のレンズからの光の照射領域を重ねる集光レンズ部と、
を備え、
前記レーザ光の経路において前記光路長差生成部が前記分割レンズ部よりも前記照射面側に配置され、前記複数のレンズを通過した光が、拡大光学系を構成する前記中間変倍部を介して前記複数の透光部にそれぞれ入射する、または、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部が前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記複数の透光部を通過した光が、縮小光学系を構成する前記中間変倍部を介して前記複数のレンズにそれぞれ入射し、
前記中間変倍部が両側テレセントリック光学系を構成することを特徴とする光照射装置。
請求項１に記載の光照射装置であって、
前記レーザ光の経路において前記光路長差生成部が前記分割レンズ部よりも前記照射面側に配置され、前記中間変倍部が、前記複数の透光部の内部または近傍に前記複数のレンズの出射面の像を形成することを特徴とする光照射装置。
請求項１または２に記載の光照射装置であって、
前記照射光学系が、前記光路長差生成部を透過して前記複数の透光部の複数の出射面から出射される光を折り返し、前記複数の出射面にそれぞれ入射させる反射部をさらに備えることを特徴とする光照射装置。
請求項３に記載の光照射装置であって、
前記反射部が、前記複数の出射面から出射される光を、前記光の出射方向に平行に前記複数の出射面にそれぞれ入射させることを特徴とする光照射装置。
光照射装置であって、
所定位置に向けてレーザ光を出射する光源部と、
前記所定位置に配置され、前記光源部からのレーザ光を光軸に沿って照射面へと導く照射光学系と、
を備え、
前記照射光学系が、
前記光軸に垂直な方向に配列された複数のレンズを有し、入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、
前記光軸に垂直な方向に配列された複数の透光部を有し、前記複数の透光部が互いに異なる光路長を有する光路長差生成部と、
前記光路長差生成部を透過して前記複数の透光部の複数の出射面から出射される光を折り返し、前記複数の出射面にそれぞれ入射させる反射部と、
前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部および前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記照射面上にて前記複数のレンズからの光の照射領域を重ねる集光レンズ部と、
を備え、
前記レーザ光の経路において前記光路長差生成部が前記分割レンズ部よりも前記照射面側に配置され、前記複数のレンズを通過した光が前記複数の透光部にそれぞれ入射する、または、前記レーザ光の経路において前記分割レンズ部が前記光路長差生成部よりも前記照射面側に配置され、前記複数の透光部を通過した光が前記複数のレンズにそれぞれ入射することを特徴とする光照射装置。
請求項５に記載の光照射装置であって、
前記反射部が、前記複数の出射面から出射される光を、前記光の出射方向に平行に前記複数の出射面にそれぞれ入射させることを特徴とする光照射装置。
描画装置であって、
請求項１ないし６のいずれかに記載の光照射装置と、
前記光照射装置における前記照射面に配置される空間光変調器と、
前記空間光変調器により空間変調された光を対象物上に導く投影光学系と、
前記空間変調された光の前記対象物上における照射位置を移動する移動機構と、
前記移動機構による前記照射位置の移動に同期して前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする描画装置。