JPH01210923A - ビーム平坦化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガウス分布をもつレーザビームのビーム断面に
おける強度分布形状を平坦化する装置に関するものであ
る。

（従来の技術） レーザビームのビーム断面における強度分布は第１３図
に示されるようにピーク値Ｅのガウス分布をなし、ビー
ムの中心部付近と周辺部では強度に大きな差がある。こ
のためレーザ光を使用するにあたってはビーム断面にお
ける強度の均一化を図るための装置が必要であった。

従来のこの種の装置は第１２図に示す様な構造をなして
おり、図に於いて１０１はレーザ光源、１０２は凹レン
ズ、１０３は凸レンズ、１１１はアパーチャーである。

レーザ光源１０１から射出されたビームは、ビームエキ
スパンダーをなす凹レンズ１０２および凸レンズ１０３
によフて適当な大きさに拡大された平行光になり、開口
部の直径がａであるアパーチャー１１１に入る。

これにより、第１３図に示された強度分布における中心
部の所定の領域（ビーム直径ａで強度ｅ）以外の周辺部
のビームはカットされることになり、即ち、極端に強度
の弱いビームが除去されて、レーザビームの強度の均一
化が図られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如き従来のビーム平坦化装置に於いては強度分布
がガウス分布をなすビームの中心部分のみを使用し、周
辺部のビームはほとんどカットしてしまうので、大きな
光量損失となるという欠点があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光
量損失の極めて少ないビーム平坦化装置を提供すること
を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明においては、レーザービームを偏光方向によっ
て分割する手段と、分割された一方向のレーザビームの
光軸上に配置され、該レーザービームの断面における強
度分布形状を少なくとも一部反転させる光学部材と、前
記分割されたビームを再度重ねあわせる手段とを備えた
ことにより上記の課題を達成したものである。

（作用〕 本発明に於いては、光源から発振され、エキスパンダー
光学系によって適当な大きさに拡大されたレーザービー
ムを偏光を利用して分割し、一方向のビームの光軸上に
特定形状の光学部材を介在させることによって、そのビ
ーム断面における強度分布形状を少なくとも一部反転し
てビーム周辺に強い強度を有するように矯正し、その後
分割されたビームを再び重ね合わせることによりビーム
断面強度分布形状の平坦化を行っている。

即ち、本来レーザビームの断面における強度分布は第２
図（ア）の如く中心部の強度が高く周辺部に裾をひくガ
ウス分布をなしているが、本発明にかかる特定形状の光
学部材を通過させるとちょうどガウス分布を中心と周辺
とで反転した形状の第２図（イ）の如き中央部で強度が
弱く、周辺部で強度の強い強度分布形状をもつビームに
矯正される。

そこで、強度分布形状を矯正したビームと矯正していな
い本来のガウス分布をなすビームを重ねあわせれば、第
２図（つ）に示されるように互いに補償しあってビーム
断面の広い範囲で強度分布の平坦化が行われる。

このように、本発明においてはビーム断面の強度の均一
化を図るにあたりて、従来のように中心部以外のビーム
をカットしてしまうという手段を取らないので、光量損
失が極めて少なく、エネルギー効率が良い。

例えば通常のガウス分布ではビーム強度が中心の１／ｅ
２になる所でビームを一次元アパーチャーによりカット
した場合、ビーム最大強度Ｅに対して（Ｅ−ｅ）／Ｅｘ
　１００−８６零の平坦化しか得られない。また、この
−次元アパーチャーの幅の１７５の幅でみツトした場合
、７％の平坦化が行なえるが、かなりの光量を損失する
ことになる。これに対し、本発明に於いては１／ｅ２で
ビームをカットした場合で電の平坦化となり、光量損失
も非常に少ないものである。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す模式図である。

図において１はレーザ光源、２．３はビームを適当な大
きさに拡大するための凹レンズおよび凸レンズ、４はビ
ームを偏光方向によって分割する偏光ビームスプリッタ
−１１０は分割された一方向のビームの光軸上に配置さ
れ、該ビームの強度分布形状を矯正する石英等による特
定形状の光学部材、５．６は分割されたもう一方のビー
ムを偏向するミラー、７は分割された２つのビームを再
び重ね合せる偏光ビームスプリッタ−１１１は所定の領
域でビームを遮断するアパーチャーである。

ここで、木実層側において用いられている光学部材１０
は、第３〜５図に示されるように２つの円錐を円柱の両
端にそれぞれ底面を向きあわせて一体化した形状をなし
ている。第４図は第３図の部材１０を紙面内の方向から
見たもので、第５図は第３図のものを光軸方向から見た
ものである。

この光学部月１０においては、材質、円錐頂角の大きさ
、部材の長さ等の条件の適当な設定によって、ビームの
直径をΦとしたとき、ビーム断面中心点からの距離がｒ
の位置で入射した光を中心点からΦ／２−ｒの位置に出
射する。即ち、この光学部材を通過したほぼ平行なビー
ムの強度分布形状は、部材１０の２つの円錐の頂点を結
ぶ中心線をレーザービームの光軸と一致させた場合、本
来のガウス分布を中心と周辺とで丁度反転させた形状と
なる。

このため、偏向ビームスプリッタ−４によって分割され
て、光学部材１０を通過したビームと光学部材を通過し
ないで進行したビームを偏向ビームスプリッタ−７によ
りて再度重ね合せれば、ビーム断面のほぼ全面に渡って
強度の均一化が図られることになる。即ち、アパーチャ
ー１１によってカットしなければならない領域が僅かで
、光量損失が極めて少ない。

また、本発明においてビームの強度分布形状を反転する
ために用いられる光学部材の形状は第３図〜第５図に示
されるように円柱と円錐を組合せたものだけに限定され
るものではなく、用途によっては第６図〜第８図の正面
図、側面図および平面図に示されるような角柱とくさび
形を組合せた形状、また第９図〜第１１図の正面図、側
面図および平面図に示されるような角柱と角錐を組合せ
た形状のもの等でも良い。即ち、要求されるビーム平坦
化のレベルに応して、ガウス分布をなす強度分布の少な
くとも一部（例えば−次元方向のみ）を反転出来るよう
な形状の光学部材であれば良いのである。

なお、本実施例においては、簡単のためビーム断面の大
きさを一致させる様なレンズ系は省略されているが、必
要に応じて適宜設けられることは言うまでもない。

また、アライメント用のレーザービームとして被検出物
上にスリット状のビーム断面を形成する場合、スリット
状のビームの長手方向の強度分布をほぼ平坦化すると良
好なマーク検出精度が得られる。この場合、スリット状
ビームを得るためのシリンドリカルレンズの手前（光源
側）に長手方向の一次元のみ平坦化する系（例えば第６
，７゜８図のもの）を設ければよい。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明にかかるビーム平坦化装置は、ビーム
を偏光方向によって分割し、一方向のビームの強度分布
形状を特定形状の光学部材によって本来の分布を反転し
た形状に矯正し、再び分割されていたビームを重ね合せ
ることにより、ビーム断面の広い領域において強度分布
形状の平坦化を図ることを可能にし、光量損失が極めて
少ないないという優れた効果を有している。

本発明にかかるビーム平坦化装置をアライメントレーザ
等に用いれば、ガウス分布をなしているためにカット部
分のスロープが大きく、アパーチャーで周辺部分のビー
ムをカットしてもビーム揺ぎによってビーム位置が変化
してしまうという従来からの問題点を解決でき、アパー
チャーで非常に少ない部分をカットするのみでレーザ自
身のもつレーザビームの平行揺ぎ（光軸と直交する方向
の揺ぎ）による光の重心変化を極めて少なくすることが
可能である。

また、レーザビームで露光を行なうエキシマレーザ露光
装置等の均一照明光学系としても極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる実施例の模式図、第２図は本発
明における平坦化方法を説明する説明　　・図、第３図
は第１図の実施例に用いられる光学部材の一例の正面図
、第４図は第３図光学部材の側面図、第５図は第３図光
学部材の平面図、第６図は本発明にかかる光学部材の別
の例を示す正面図、第７図は第６図光学部材の側面図、
第８図は第６図光学部材の平面図、第９図は本発明にか
かる光学部材のさらに別の例を示す正面図、第１０図は
第９図光学部材の側面図、第１１図は第９図光学部材の
平面図、第１２図は従来の平坦化装置の模式図、第１３
図はレーザービームの強度分布を示すグラフ。 １，１０１・・・レーザ光源、２，１０２・・・凹レン
ズ、３，１０３・・・凸レンズ、４．７・・・偏光ビー
ムスプリッタ−１５，６・・・ミラー、１０・・・光学
部材、１１，１１１・・・アパーチャー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から発振され、適当な大きさに拡大されたレーザビ
   ームのビーム断面における強度分布形状の平坦化を図る
   ビーム平坦化装置において、レーザービームを偏光方向
   によって分割する手段と、分割された一方向のレーザビ
   ームの光軸上に配置され、該レーザービームの断面にお
   ける強度分布形状を少なくとも一部反転させる光学部材
   と、前記分割されたビームを再度重ねあわせる手段とを
   備えたことを特徴とするビーム平坦化装置。