JP6435131B2 - 光照射装置、描画装置および位相差生成器 - Google Patents

Description

本発明は、光照射装置、描画装置および位相差生成器に関する。

従来より、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シリンドリカルレンズにて複数の光束に分割し、他のレンズにより当該複数の光束の照射領域を照射面上にて重ねる光照射装置が知られている。このような光照射装置では、複数の光束の干渉により照射面上において干渉縞（スペックル）が発生する。なお、光源部において複数の発光点（エミッタ）を有するバーレーザを用いる場合には、複数の発光点の間における可干渉性は高くないが、１つの発光点から出射されるレーザ光が複数の光束に分割されて重ねられることにより、同様に、干渉縞の問題は生じる。

そこで、シリンドリカルレンズアレイの近傍に光路長差生成部を設ける手法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。光路長差生成部には、レーザ光の可干渉距離（コヒーレンス長）よりも長い光路長差が互いに生じる複数の透光部が設けられ、複数の透光部を通過した光、または、複数の透光部に向かう光が複数のシリンドリカルレンズにそれぞれ入射する。これにより、照射面上における光の干渉に起因する光強度のばらつきが抑制される。

特開２００２−３２１０８１号公報 特開２００９−９４３２９号公報

ところで、上記光路長差生成部を設ける場合には、複数の透光部においてレーザ光の可干渉距離よりも長い光路長差が互いに生じる必要があるため、透光部が長くなり、光照射装置が大型化してしまう。したがって、光照射装置の大型化を抑制しつつ、照射面上における光の干渉に起因する光強度のばらつきを抑制する手法が求められる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、光照射装置の大型化を抑制しつつ、照射面上における光の干渉に起因する光強度のばらつきを抑制することを目的としている。

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、前記光源部からの前記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、前記光軸に垂直な配列方向に配列された複数の要素レンズを有し、入射する光を前記複数の要素レンズにて分割する分割レンズ部と、前記配列方向に配列された複数の透光要素を有し、前記複数の要素レンズを通過した光、または、前記複数の要素レンズに向かう光が前記複数の透光要素にそれぞれ入射する位相差生成部と、前記分割レンズ部および前記位相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要素レンズからの光の照射領域を重ねる集光部とを備え、前記複数の要素レンズが、前記配列方向に連続する３個の対象要素レンズを含み、前記３個の対象要素レンズにおいて、互いに隣接する２つの対象要素レンズを対象要素レンズ対として、前記３個の対象要素レンズが、２組の対象要素レンズ対を含み、前記２組の対象要素レンズ対のうち、一方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置と、他方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置とが相違するように、前記３個の対象要素レンズにそれぞれ対応する３個の透光要素の光路長が決定されており、前記一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差が前記レーザ光の波長以下であり、前記他方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差も前記レーザ光の波長以下である。

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、前記複数の要素レンズにおいて前記配列方向に連続する３個の要素レンズの複数の組合せのそれぞれに対して、前記３個の透光要素が割り当てられる。

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、前記分割レンズ部と前記位相差生成部とが互いに隣接する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の光照射装置であって、前記一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素における厚さの差が１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下であり、前記他方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素における厚さの差も１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の光照射装置であって、前記光源部が、前記光軸に垂直な光束断面が前記配列方向に長い線状光を前記所定位置に向けて出射し、前記分割レンズ部における前記複数の要素レンズの前記配列方向に対して、前記線状光の入射方向が垂直である。

請求項６に記載の発明は、描画装置であって、請求項１ないし５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７に記載の発明は、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、前記光源部からの前記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る光照射装置において、前記照射光学系に設けられる位相差生成器であって、前記照射光学系が、前記光軸に垂直な配列方向に配列された複数の要素レンズを有し、入射する光を前記複数の要素レンズにて分割する分割レンズ部と、前記分割レンズ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要素レンズからの光の照射領域を重ねる集光部とを備え、前記位相差生成器が、一の方向に配列された複数の透光要素を有し、前記照射光学系において、前記複数の要素レンズを通過した光、または、前記複数の要素レンズに向かう光が前記複数の透光要素にそれぞれ入射し、前記複数の要素レンズが、前記配列方向に連続する３個の対象要素レンズを含み、前記３個の対象要素レンズにおいて、互いに隣接する２つの対象要素レンズを対象要素レンズ対として、前記３個の対象要素レンズが、２組の対象要素レンズ対を含み、前記２組の対象要素レンズ対のうち、一方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置と、他方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置とが相違するように、前記３個の対象要素レンズにそれぞれ対応する３個の透光要素の光路長が決定されており、前記一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差が前記レーザ光の波長以下であり、前記他方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差も前記レーザ光の波長以下である。

本発明によれば、光照射装置の大型化を抑制しつつ、照射面上における光の干渉に起因する光強度のばらつきを抑制することができる。

描画装置の構成を示す図である。 光学ヘッド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。 比較例の光照射装置を示す図である。 光強度の分布を示す図である。 位相差生成部の機能を説明するための図である。 スリットにより生じる干渉縞を説明するための図である。 光強度の分布を示す図である。 位相差生成部の他の例を示す図である。 位相差生成部の他の例を示す図である。 位相差生成部の他の例を示す図である。 位相差生成部の他の例を示す図である。 位相差生成部の他の例を示す図である。

図１は、本発明の一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は光の照射により記録媒体９に画像を記録する装置であり、画像記録用の光を出射する光学ヘッド１０と、露光により画像が記録される記録媒体９を保持する保持ドラム７とを備える。記録媒体９としては、例えば、刷版、刷版形成用のフィルム等が用いられる。なお、保持ドラム７として無版印刷用の感光ドラムが用いられてもよく、この場合、記録媒体９は感光ドラムの表面に相当し、保持ドラム７が記録媒体９を一体的に保持していると捉えることができる。

保持ドラム７は記録媒体９を保持する円筒面の中心軸を中心にモータ８１により回転され、光学ヘッド１０はモータ８２およびボールねじ８３により保持ドラム７の回転軸に平行に移動可能とされる。また、保持ドラム７の回転角度および光学ヘッド１０の位置はエンコーダ８４，８５により検出される。

図２は光学ヘッド１０の内部構成を示す図であり、保持ドラム７の回転軸および光学ヘッド１０の移動軸（ボールねじ８３の軸）に沿って見た様子を示す。光学ヘッド１０は、光照射装置３１と、空間光変調器３２と、投影光学系３３とを備える。光照射装置３１は、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は両側テレセントリック系となっており、絞り３３２と、絞り３３２よりも空間光変調器３２側に位置する第１光学系３３１と、絞り３３２よりも保持ドラム７側に位置する第２光学系３３３とを備える。第１光学系３３１は、空間光変調器３２からの光を絞り３３２へと導き、絞り３３２は、空間光変調器３２からの（±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３３２を通過した光は、第２光学系３３３により記録媒体９へと導かれ、空間光変調器３２の像が記録媒体９に投影される。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により記録媒体９上に導かれる。

図１の制御部２は、光照射装置３１および空間光変調器３２、並びに、エンコーダ８４，８５およびモータ８１，８２に接続され、これらの構成を制御する。描画装置１では、保持ドラム７の回転および光学ヘッド１０の移動により、空間光変調器３２からの光の記録媒体９上における照射位置が移動する。すなわち、モータ８１，８２が記録媒体９上の照射位置を移動する移動機構である。また、制御部２が、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、記録媒体９に画像が記録される（すなわち、描画される）。

図３は、光照射装置３１の構成を示す図である。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３は、Ｙ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、光源４１と、コリメータレンズ４２とを有する。光源４１は、いわゆるバータイプの半導体レーザ（バーレーザ）であり、Ｘ方向に一列に配列された複数の発光点を有する。各発光点からの光はコリメータレンズ４２によりコリメートされ、平行光として照射光学系５に入射する。光源部４の全体では、光軸Ｊ１に垂直な光束断面がＸ方向に長い線状光が照射光学系５に向けて出射される。

照射光学系５は、光源部４によるレーザ光（線状光）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。照射光学系５は、位相差生成部６１と、分割レンズ部６２と、集光部６３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、分割レンズ部６２、位相差生成部６１、集光部６３の順に、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、分割レンズ部６２に入射する。

分割レンズ部６２は、照射光学系５の光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源部４における発光点の配列に沿う方向（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。光源部４からのレーザ光の入射方向は、要素レンズ６２０の配列方向に対して垂直であり、当該レーザ光は光軸Ｊ１に沿って分割レンズ部６２へと入射する。各要素レンズ６２０は、Ｙ方向に長いブロック状であり、（−Ｚ）側（光源部４側）に位置する側面である第１レンズ面６２１と、（＋Ｚ）側（位相差生成部６１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（ＸＹ平面に平行な面）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。要素レンズ６２０に入射する平行光は第２レンズ面６２２上にて集光する。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。

図３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（要素レンズ６２０の配列方向）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には光源部４の各発光点からの平行光が入射し、第２レンズ面６２２の近傍に光源部４とは異なる（新たな（２次的な））複数の発光点の像が形成される。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（Ｚ方向）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、位相差生成部６１に入射する。

位相差生成部６１は、光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源部４における発光点の配列に沿う方向（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要素６１０を備える。図３の例では、位相差生成部６１における透光要素６１０の個数は、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数と同じである。また、透光要素６１０の配列ピッチは、要素レンズ６２０の配列ピッチと等しい。Ｘ方向に一列に並ぶ複数の透光要素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に沿う方向の厚さ（長さ）は、互いに隣接する透光要素６１０において相違する。このように、互いに隣接する透光要素６１０は異なる光路長を有する。後述するように、位相差生成部６１は、複数の要素レンズ６２０を通過する光に位相差を生じさせる位相差生成器である。

図３の位相差生成部６１では、複数の透光要素６１０のうちＸ方向の中央に位置する透光要素６１０のＺ方向の厚さが最大であり、Ｘ方向の端に向かうに従って厚さが小さくなる。複数の透光要素６１０の光軸Ｊ１方向の厚さは、必ずしもＸ方向に沿って順次大きくなる（または、小さくなる）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、位相差生成部６１における複数の透光要素６１０は同じ材料にて、一繋がりの部材として形成される。位相差生成部６１の機能については後述する。

分割レンズ部６２と位相差生成部６１とはＺ方向に互いに近接して配置され、Ｘ方向に関して、複数の要素レンズ６２０と複数の透光要素６１０とがそれぞれ同じ位置に配置される。したがって、複数（全て）の要素レンズ６２０を通過した複数の光束が、複数の透光要素６１０にそれぞれ入射する。詳細には、複数の要素レンズ６２０のそれぞれの第２レンズ面６２２から出射される光束が、Ｘ方向に同じ位置に配置される透光要素６１０の（−Ｚ）側の面である入射面６１１に入射する。当該光束は、当該透光要素６１０を透過して（＋Ｚ）側の面である出射面６１２から出射される。図３では、一部の透光要素６１０を透過する光の経路のみを示している。

実際には、Ｘ方向に関して、各透光要素６１０の出射面６１２から出射される光束の幅が当該透光要素６１０の幅、すなわち、透光要素６１０の配列ピッチよりも小さくなる。よって、当該光束が当該透光要素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。）に掛かかることが防止または抑制される。

各透光要素６１０を通過した光束は、集光部６３へと向かう。集光部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、例えば、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（＋Ｚ）側に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の前側焦点位置に配置される。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（＋Ｚ）側に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の後側焦点位置に配置される。

Ｙ方向に沿って見た場合に、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、照射面３２０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（すなわち、複数の透光要素６１０を通過した複数の光束）の照射領域５０が全体的に重ねられる。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。

Ｘ方向に沿って見た場合には、光源部４から分割レンズ部６２へと入射する光は、光軸Ｊ１に沿う平行光（正確には、ＺＸ平面に平行な平行光）のままで分割レンズ部６２および位相差生成部６１を通過し、コンデンサレンズ６３１へと導かれる。コンデンサレンズ６３１は、当該平行光を照射面３２０上にて集光させる。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（すなわち、光軸Ｊ１に垂直な光束断面である。）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４は、比較例の光照射装置９１を示す図である。図４の比較例の光照射装置９１では、要素レンズ６２０の個数を３とし、位相差生成部６１を省略している。比較例の光照射装置９１の他の構成は、図３の光照射装置３１と同様である。以下の説明では、３個の要素レンズ６２０に対して、（＋Ｘ）側から（−Ｘ）方向に向かって順に昇順の番号を付す（後述の図６の３個の要素レンズ６２０および透光要素６１０において同様）。また、図４では、第１ないし第３要素レンズ６２０を通過した光における同位相の波面の位置を、符号Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を付す破線、実線および二点鎖線にてそれぞれ示している（図６において同様）。

比較例の光照射装置９１では、第１要素レンズ６２０を通過した光と、第２要素レンズ６２０を通過した光との干渉により、照射面３２０では、符号Ｐ０を付す複数の位置に干渉縞（スペックル）の明部、すなわち、光強度のピークが発生する。また、第２要素レンズ６２０を通過した光と、第３要素レンズ６２０を通過した光との干渉により、照射面３２０では、上記ピークと同じ位置Ｐ０に、光強度のピークが発生する。したがって、照射面３２０上における光強度の分布では、図５中に符号Ｌ１付す二点鎖線にて示すように、大きいピークがＸ方向に周期的に発生する。実際には、光強度の大きなピークの発生に伴って、光強度の分布における谷に相当する位置での最小値も低くなる。

このように、光強度の最大値と最小値の差が大きくなると、描画装置におけるキャリブレーション（画像補正）が正確に行われず、描画品質が低下するといった課題が生じる。キャリブレーション動作では、光強度の分布のうち、特定の値に合わせて空間光変調器３２のすべての格子要素に対する駆動電圧が調整される。このため、光強度のばらつき（最大値と最小値の差）が大きいと、調整に用いられた当該特定の値と異なる光強度で描画される部分が多く発生し、描画の品質が低くなるおそれがある。なお、拡散板を用いて干渉縞の発生を抑制することも考えられるが、光がＹ方向にも広がってしまい、Ｘ方向に伸びるライン照明光を得ることができない。

図６は、位相差生成部の機能を説明するための図であり、比較例の光照射装置９１に位相差生成部６１を追加した光照射装置３１ａを示す。位相差生成部６１は、第１ないし第３透光要素６１０を有する。第１ないし第３要素レンズ６２０から出射される複数の光は、互いに異なる透光要素６１０、すなわち、第１ないし第３透光要素６１０をそれぞれ通過する。第１透光要素６１０と第２透光要素６１０との間では、光路長が相違し、通過する光に位相差が生じる。光照射装置３１ａでは、第１要素レンズ６２０（および第１透光要素６１０）を通過した光と、第２要素レンズ６２０を通過した光との干渉により、照射面３２０において、位置Ｐ０と相違する複数の位置Ｐ１２に干渉縞の明部、すなわち、光強度のピークが発生する。第２透光要素６１０と第３透光要素６１０との間でも、光路長が相違し、通過する光に位相差が生じる。第２要素レンズ６２０を通過した光と、第３要素レンズ６２０を通過した光との干渉により、照射面３２０において、位置Ｐ０，Ｐ１２と相違する複数の位置Ｐ２３に光強度のピークが発生する。照射面３２０上における光強度の分布では、図５中に符号Ｌ２付す実線にて示すように、比較的小さいピークがＸ方向に分散する。

実際には、第１および第２要素レンズ６２０を通過した光の干渉により生じる照射面３２０上の光強度のピークの位置Ｐ１２と、第２および第３要素レンズ６２０を通過した光の干渉により生じる照射面３２０上の光強度のピークの位置Ｐ２３とが相違するように、位相差生成部６１における第１ないし第３透光要素６１０の光路長が決定されている。以上のように、第１および第２要素レンズ６２０に対応する光強度のピーク位置Ｐ１２と、第２および第３要素レンズ６２０に対応する光強度のピーク位置Ｐ２３との間にずれが生じるように、位相差生成部６１は第１ないし第３透光要素６１０を通過する光の位相差を生成する。

図３に示す光照射装置３１でも、分割レンズ部６２に含まれる複数の要素レンズ６２０のうち配列方向に連続する３個の要素レンズ６２０の全ての組合せのそれぞれに対して、図６の光照射装置３１ａと同様に、ピーク位置のずれを生じさせる３個の透光要素６１０が割り当てられる。詳細には、各組合せに含まれる３個の要素レンズ６２０（以下、「対象要素レンズ６２０」という。）では、互いに隣接する２つの対象要素レンズ６２０を対象要素レンズ対として、２組の対象要素レンズ対が含まれる。そして、一方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる照射面３２０上の光強度のピークの位置と、他方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる照射面３２０上の光強度のピークの位置とが相違するように、当該３個の対象要素レンズ６２０にそれぞれ対応する３個の透光要素６１０の光路長が決定されている。

既述のように、各対象要素レンズ対を通過した光が入射する２つの透光要素６１０の光路長は互いに異なるが、当該２つの透光要素６１０にて生じる光路長差はレーザ光の可干渉距離未満である。ここで、空気中の屈折率を１、透光要素６１０の屈折率をｎ、２つの透光要素６１０のＺ方向の厚さの差をｔとして、当該２つの透光要素６１０にて生じる光路長差は、（（ｎ−１）・ｔ）として表される。本実施の形態では、当該２つの透光要素６１０にて生じる光路長差は、レーザ光の波長（例えば、８０８ｎｍ）以下である。この場合、全ての透光要素６１０が同じ材料にて形成される位相差生成部６１では、当該２つの透光要素６１０における厚さの差が、例えば１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下である。なお、当該２つの透光要素６１０をそれぞれ通過する光の光源部４と照射面３２０との間における光路長差、すなわち、当該２つの透光要素６１０を通過する光の光路の相違も考慮した光路長差もレーザ光の可干渉距離未満である。

図３の位相差生成部６１における複数の透光要素６１０の厚さは、例えば、以下の手法により決定される。まず、複数の透光要素６１０に対する厚さの一の組合せが準備される。例えば、各透光要素６１０の厚さは、光源部４からのレーザ光の波長をλとして、透光要素６１０が設けられない（厚さが０である）場合に比べて（Ｎ／Ｍ）λの光路長差が生じるように設定される。ここで、Ｍは分割レンズ部６２の要素レンズ６２０の個数以上の整数であり、ＮはＭ以下かつ０以上の整数である。もちろん、各透光要素６１０の厚さは、（Ｎ／Ｍ）λの光路長差が生じるものには限定されない。続いて、光照射装置において当該組合せの厚さを有する複数の透光要素６１０を用いた場合における照射面３２０上での光強度の分布をシミュレーションにより取得し、当該光強度の分布のばらつきを示す評価値（ここでは、ばらつきが小さいほど評価値が小さくなる。）を取得する。そして、厚さの組合せを複数通りに変更しつつ評価値を取得し、評価値が所定の目標値以下となる厚さの組合せが、位相差生成部６１における複数の透光要素６１０の厚さとして採用される。

評価値が目標値以下となる厚さの組合せでは、複数の要素レンズ６２０のうち、配列方向に連続する３個の要素レンズ６２０のいずれかの組合せにおいて、必ずピーク位置のずれが生じているといえる。すなわち、当該組合せに含まれる３個の対象要素レンズ６２０において、一方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる照射面３２０上の光強度のピークの位置と、他方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる照射面３２０上の光強度のピークの位置とが相違する。目標値を低く設定することにより、配列方向に連続する３個の要素レンズ６２０の複数の組合せ（より好ましくは、全ての組合せ）のそれぞれにおいて、ピーク位置のずれを生じさせる厚さの組合せを求めることが可能である。

位相差生成部６１の一の製造手法では、まず、透光性を有する所定の材料にて形成される板状部材（例えば、ガラス板）が準備される。続いて、当該板状部材の表面において、一部の領域を除く領域にマスクが形成され、当該板状部材の表面に対してエッチング処理が施される。エッチング処理の完了後に当該マスクが除去される。上記処理（マスクの形成、エッチング処理およびマスクの除去）を繰り返すことにより、各透光要素６１０に対応する部位が上記処理にて決定された厚さとなる位相差生成部６１が製造される。

ここで、図７に示すように、２つのスリットにより生じる干渉縞の間隔ｐ_１は、レーザ光の波長をλ、スリットの間隔をｄ、スリットから像面までの距離をＬとして、数１により表される。

（数１）
ｐ_１＝Ｌλ／ｄ

光照射装置３１では、スリットの間隔ｄは、配列方向における要素レンズ６２０のピッチに相当し、スリットから像面までの距離Ｌは、コンデンサレンズ６３１の焦点距離に相当する。また、分割レンズ部６２が３以上の要素レンズ６２０を含む光照射装置３１では、大きなピークが発生する上記間隔ｐ_１を要素レンズ６２０の個数にて等分するように、微小なピークが発生する。したがって、位相差生成部６１を省略した光照射装置では、分割レンズ部６２に含まれる要素レンズ６２０の個数をｍとして、光強度のピーク（微小なピークを含む。）が発生する最小間隔ｐ_２は、数２により表される。

（数２）
ｐ_２＝Ｌλ／（ｍｄ）

位相差生成部６１を有する光照射装置３１では、３個の対象要素レンズ６２０における２組の対象要素レンズ対の間での照射面３２０上の光強度のピーク位置のずれ量（距離）が、上記最小間隔ｐ_２よりも大きくなることが好ましい。上記ピーク位置のずれ量は、シミュレーションや実験により取得可能である。なお、要素レンズ６２０の個数ｍは、図３の光照射装置３１では５であり、図６の光照射装置３１ａでは３である。

図８は、シミュレーションにより得られた光強度の分布を示す図である。図８では、図３に示す光照射装置３１における照射面３２０上の光強度の分布を破線Ａ１にて示し、光照射装置３１において位相差生成部６１を省略した場合における照射面３２０上の光強度の分布を実線Ａ２にて示している。図８の破線Ａ１では、実線Ａ２における光強度の大きなピークが、比較的小さい３個のピークに分割されている。これにより、光照射装置３１では、位相差生成部６１を省略した場合に比較して、照射面３２０上における光の干渉に起因する光強度のばらつき（スペックル）が抑制されることが判る。光照射装置３１では、位相差生成部６１を省略した場合に比べて光強度の分布における最小値が高くなり、最大値と最小値との差も小さくなる。したがって、光照射装置３１を有する描画装置１では、高精度なパターンの描画を行うことが可能となる。

ところで、光照射装置において、複数の透光要素のうちの２つの透光要素の各組合せにて、当該２つの透光要素にて生じる光路長差を、レーザ光の可干渉距離以上とすることにより、照射面３２０において干渉縞が生じることを抑制することも考えられる。しかしながら、この場合、透光要素のＺ方向の長さ（厚さ）を大幅に大きくする必要があり、光照射装置が大型化してしまう。

これに対し、光照射装置３１では、各対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素６１０にて生じる光路長差が、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る。これにより、位相差生成部６１（透光要素６１０）を薄くして、光照射装置３１の大型化を抑制することができる。また、当該２つの透光要素６１０にて生じる光路長差は、レーザ光の波長以下であることがより好ましく、この場合には、位相差生成部６１が極めて薄くなり、光照射装置３１の大型化をさらに抑制することが可能となる。光照射装置３１では、分割レンズ部６２と位相差生成部６１とが互いに隣接することにより、複数の要素レンズ６２０を通過した光を複数の透光要素６１０にそれぞれ容易に入射させることが可能となる。

図９ないし図１１は、位相差生成部の他の例を示す図である。図９ないし図１１の位相差生成部６１においても、配列方向に連続する３個の要素レンズ６２０の全ての組合せのそれぞれに対して、図６の光照射装置３１ａと同様に、ピーク位置のずれを生じさせる３個の透光要素６１０が割り当てられる。なお、図９および図１１の最も（＋Ｘ）側および最も（−Ｘ）側の要素レンズ６２０に対応する透光要素６１０、並びに、図１０の中央の要素レンズ６２０に対応する透光要素６１０は存在しないが、実質的には、これらの要素レンズ６２０のそれぞれに対して、厚さが０の１つの透光要素が割り当てられていると捉えることが可能である。

図１０の例では、位相差生成部６１における一部の透光要素６１０が分割レンズ部６２に対して（＋Ｚ）側（集光部６３側）に設けられ、残りの透光要素６１０が分割レンズ部６２に対して（−Ｚ）側（光源部４側）に設けられる。図１１の例では、中央の要素レンズ６２０に対して（＋Ｚ）側に透光要素６１０の一部が設けられ、（−Ｚ）側に透光要素６１０の残りが設けられる。すなわち、中央の要素レンズ６２０に対する（＋Ｚ）側の部位および（−Ｚ）側の部位により、中央の要素レンズ６２０に対応する１つの透光要素６１０が構成される。以上のように、位相差生成部６１では、要素レンズ６２０を通過した光、または、要素レンズ６２０に向かう光がそれぞれ入射する複数の透光要素６１０が設けられる。また、図９ないし図１１の例では、分割レンズ部６２と位相差生成部６１とが互いに隣接することにより、各要素レンズ６２０を通過した光を対応する透光要素６１０に容易に入射させる、または、各透光要素６１０を通過した光を対応する要素レンズ６２０に容易に入射させることができる。

上記光照射装置３１，３１ａでは様々な変形が可能である。

光照射装置において多数の要素レンズ６２０が設けられる場合には、図１２に示すように、同一の凹凸形状を有する複数の位相差生成部６１が配列方向に並べられてよい。図１２の例では、配列方向に連続する５個の透光要素６１０を１つの位相差生成部６１として、同一の形状である複数の位相差生成部６１が配列方向に連続する。この場合、各位相差生成部６１に含まれる複数の透光要素６１０にそれぞれ対応する複数の要素レンズ６２０を、１つの分割レンズ部６２として、複数の分割レンズ部６２が配列方向に連続していると捉えることができる。このように、配列方向に連続する複数の透光要素６１０における光路長の変化が互いに同じである複数の位相差生成部６１を用いることにより、多数の要素レンズ６２０を含む光照射装置の製造コストを削減することができる。各位相差生成部６１に含まれる複数の透光要素６１０の個数は、例えば５個以上であり、１５個以下である。

また、光照射装置の設計によっては、図１３に示すように、複数のレンズ６２９の組合せが１つの要素レンズ６２０として捉えられてもよい。この場合も、位相差生成部６１では、複数の要素レンズ６２０を通過した光（または、複数の要素レンズ６２０に向かう光）がそれぞれ入射する複数の透光要素６１０が設けられる。

照射面３２０上における光の干渉に起因する光強度のばらつきを抑制するという観点では、分割レンズ部６２に含まれる複数の要素レンズ６２０のうち、配列方向に連続する３個の要素レンズ６２０の１つの組合せのみにおいて、２組の対象要素レンズ対の間での光強度のピーク位置のずれが生じてもよい。ただし、照射面３２０上における光強度のばらつきをさらに抑制するには、配列方向に連続する３個の要素レンズ６２０の複数の組合せのそれぞれに含まれる３個の対象要素レンズ６２０に対して、ピーク位置のずれを生じさせる３個の透光要素６１０が割り当てられることが好ましい。また、２組の対象要素レンズ対の間にて光強度のピーク位置にずれを生じさせるという観点では、少なくとも一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素６１０の光路長が互いに異なればよい。

複数の要素レンズ６２０を通過した光、または、複数の要素レンズ６２０に向かう光を複数の透光要素６１０にそれぞれ入射させることが可能であるならば、分割レンズ部６２と位相差生成部６１との間に他の光学素子が設けられてもよい。例えば、分割レンズ部６２と位相差生成部６１との間に、両側テレセントリック光学系を構築するレンズを設けることにより、このような構成が実現可能である。また、要素レンズ６２０は必ずしもシリンドリカルレンズである必要はなく、Ｘ方向およびＹ方向にパワーを有するレンズであってよい。さらに、分割レンズ部６２において複数の要素レンズ６２０が光軸Ｊ１に垂直な２方向に沿って配列（２次元配列）されてよい。この場合、複数の要素レンズ６２０を通過した光、または、複数の要素レンズ６２０に向かう光が複数の透光要素６１０にそれぞれ入射するように、当該複数の透光要素６１０も２次元に配列されることが好ましい。

位相差生成部６１では、透光性を有する板状部材において、複数の透光要素６１０に対応する複数の領域に所定の材料を蒸着する、または、ドープすることにより、各対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素６１０の光路長を互いに異ならせてもよい。また、一定の厚さである複数の透光要素６１０の材料を互いに相違させることも可能である。さらに、透光要素６１０が、各要素レンズ６２０の表面（第１レンズ面６２１または第２レンズ面６２２）に直接形成されてもよい。

上記実施の形態では、光源部４における複数の発光点からの光が配列方向に分割されて照射面３２０上にて重ね合わせられることにより、複数の発光点を有する光源部４を利用して均一な強度分布のライン照明光が取得されるが、もちろん、光源部４は１つの発光点を有するものであってよい。

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および位相差生成部６１よりも照射面３２０側に配置される集光部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。

描画装置１は、ステージ上に載置された基板を対象物としてパターンの描画を行う装置であってよい。この場合に、基板上の光の照射位置を移動する移動機構は、ステージを光学ヘッドに対して移動する機構、または、光学ヘッドをステージに対して移動する機構により実現される。

描画装置１にて描画が行われる対象物は、記録媒体９や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
２ 制御部
４ 光源部
５ 照射光学系
９ 記録媒体
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 位相差生成部
６２ 分割レンズ部
６３ 集光部
８１，８２ モータ
３２０ 照射面
６１０ 透光要素
６２０ 要素レンズ
Ｊ１ 光軸
Ｐ１２，Ｐ２３ ピーク位置

Claims (7)

1. 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、前記光源部からの前記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、
   前記光軸に垂直な配列方向に配列された複数の要素レンズを有し、入射する光を前記複数の要素レンズにて分割する分割レンズ部と、
   前記配列方向に配列された複数の透光要素を有し、前記複数の要素レンズを通過した光、または、前記複数の要素レンズに向かう光が前記複数の透光要素にそれぞれ入射する位相差生成部と、
   前記分割レンズ部および前記位相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要素レンズからの光の照射領域を重ねる集光部と、
   を備え、
   前記複数の要素レンズが、前記配列方向に連続する３個の対象要素レンズを含み、前記３個の対象要素レンズにおいて、互いに隣接する２つの対象要素レンズを対象要素レンズ対として、前記３個の対象要素レンズが、２組の対象要素レンズ対を含み、前記２組の対象要素レンズ対のうち、一方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置と、他方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置とが相違するように、前記３個の対象要素レンズにそれぞれ対応する３個の透光要素の光路長が決定されており、
   前記一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差が前記レーザ光の波長以下であり、前記他方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差も前記レーザ光の波長以下であることを特徴とする光照射装置。
2. 請求項１に記載の光照射装置であって、
   前記複数の要素レンズにおいて前記配列方向に連続する３個の要素レンズの複数の組合せのそれぞれに対して、前記３個の透光要素が割り当てられることを特徴とする光照射装置。
3. 請求項１または２に記載の光照射装置であって、
   前記分割レンズ部と前記位相差生成部とが互いに隣接することを特徴とする光照射装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光照射装置であって、
   前記一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素における厚さの差が１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下であり、前記他方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素における厚さの差も１００ｎｍ以上かつ２０００ｎｍ以下であることを特徴とする光照射装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の光照射装置であって、
   前記光源部が、前記光軸に垂直な光束断面が前記配列方向に長い線状光を前記所定位置に向けて出射し、
   前記分割レンズ部における前記複数の要素レンズの前記配列方向に対して、前記線状光の入射方向が垂直であることを特徴とする光照射装置。
6. 描画装置であって、
   請求項１ないし５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。
7. 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、前記光源部からの前記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る光照射装置において、前記照射光学系に設けられる位相差生成器であって、
   前記照射光学系が、
   前記光軸に垂直な配列方向に配列された複数の要素レンズを有し、入射する光を前記複数の要素レンズにて分割する分割レンズ部と、
   前記分割レンズ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要素レンズからの光の照射領域を重ねる集光部と、
   を備え、
   前記位相差生成器が、一の方向に配列された複数の透光要素を有し、
   前記照射光学系において、前記複数の要素レンズを通過した光、または、前記複数の要素レンズに向かう光が前記複数の透光要素にそれぞれ入射し、
   前記複数の要素レンズが、前記配列方向に連続する３個の対象要素レンズを含み、前記３個の対象要素レンズにおいて、互いに隣接する２つの対象要素レンズを対象要素レンズ対として、前記３個の対象要素レンズが、２組の対象要素レンズ対を含み、前記２組の対象要素レンズ対のうち、一方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置と、他方の対象要素レンズ対を通過した光の干渉により生じる前記照射面上の光強度のピークの位置とが相違するように、前記３個の対象要素レンズにそれぞれ対応する３個の透光要素の光路長が決定されており、
   前記一方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差が前記レーザ光の波長以下であり、前記他方の対象要素レンズ対に対応する２つの透光要素にて生じる光路長差も前記レーザ光の波長以下であることを特徴とする位相差生成器。

Images