TWI576612B - 光照射裝置及描繪裝置 - Google Patents

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TWI576612B
TWI576612B TW104119740A TW104119740A TWI576612B TW I576612 B TWI576612 B TW I576612B TW 104119740 A TW104119740 A TW 104119740A TW 104119740 A TW104119740 A TW 104119740A TW I576612 B TWI576612 B TW I576612B
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斯克林集團公司
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Description

光照射裝置及描繪裝置
本發明係關於光照射裝置及描繪裝置。
先前有提出一種將自半導體雷射等之光源出射之雷射光均勻地照射於既定之面上之技術。例如，於利用柱面透鏡陣列中之複數個柱面透鏡將自光源部入射之雷射光分割為複數條光束，且藉由其他之透鏡將複數條光束之照射區域重疊於照射面上之光照射裝置中，於光源部與柱面透鏡陣列之間設置有光程長度差生成部。於光程長度差生成部設置有相互產生較該雷射光之相干長度(可干涉距離)長之光程長度差之複數個透光部，通過複數個透光部之光分別入射於複數個柱面透鏡。藉此，防止干涉條紋之產生，以圖達成照射於照射面上之照明光之強度分佈之均勻化(作為此種裝置，例如參照日本專利特開2004-12757號公報)。
上述光照射裝置中設置有聚光部，於將照射面上之光束截面設定為線狀時，於沿柱面透鏡之排列方向觀察之情況，該聚光部使複數條光束於照射面上聚光於相同位置。然而，於沿該排列方向觀察之情況下，當透光部之入射面與出射面之平行度於每個透光部中存在有偏差、或者柱面透鏡之入射面與出射面之平行度於每個柱面透鏡中存在有偏差時，照射面上之複數條光束之聚光位置， 會於垂直於該排列方向之方向上產生偏移。如此，若於複數條光束之聚光位置產生偏移，則照明光之品質下降，例如，於利用該光照射裝置之描繪裝置中，圖案描繪之精度降低。
本發明係適用在光照射裝置，其目的在於抑制照射面上之複數條光束之聚光位置之偏移。
本發明之一光照射裝置，其包含：光源部，其朝既定位置出射雷射光；及照射光學系統，其配置於上述既定位置，且沿光軸將來自上述光源部之雷射光朝照射面導引，上述照射光學系統具備：分割透鏡部，其具有排列在垂直於上述光軸之第1方向之複數個要素透鏡，且藉由上述複數個要素透鏡將入射之光分割為複數條光束；及聚光部，其配置於較上述分割透鏡部靠上述照射面側，使上述複數條光束之照射區域重疊於上述照射面上，上述複數個要素透鏡係於垂直於上述光軸及上述第1方向之第2方向不具有功率之複數個柱面透鏡，或者，於上述照射光學系統設置有排列於上述第1方向並具有互異之光程長度之複數個透光部，通過上述複數個要素透鏡之光、或朝上述複數個要素透鏡之光，分別入射於上述複數個透光部，於沿上述第1方向觀察之情況下，上述複數條光束係作為平行光入射於上述聚光部，且藉由上述聚光部將上述複數條光束聚光於上述照射面上，上述聚光部具備使上述平行光朝上述第2方向發散之發散部，及供來自上述發散部之光入射，並於沿上述第1方向觀察之情況下使上述光聚光於上述照射面上之收束透鏡。
於上述光照射裝置中，可容易實現將聚光部之第2方向上之焦點距離縮短之設計，其結果，可抑制照射面上之複數條 光束之聚光位置之偏移。
較佳構成為，上述發散部係僅於上述第2方向具有負功率之柱面透鏡。
本發明之另一光照射裝置，其具備：光源部，其朝既定位置出射雷射光；及照射光學系統，其配置於上述既定位置，且沿光軸將來自上述光源部之雷射光朝照射面導引，上述照射光學系統具備：分割透鏡部，其具有排列在垂直於上述光軸之第1方向之複數個要素透鏡，且藉由上述複數個要素透鏡將入射之光分割為複數條光束；及聚光部，其配置於較上述分割透鏡部靠上述照射面側，使上述複數條光束之照射區域重疊於上述照射面上，上述複數個要素透鏡係於垂直於上述光軸及上述第1方向之第2方向不具有功率之複數個柱面透鏡，或，於上述照射光學系統設置有排列於上述第1方向並具有互異之光程長度之複數個透光部，通過上述複數個要素透鏡之光、或朝上述複數個要素透鏡之光分別入射於上述複數個透光部，於沿上述第1方向觀察之情況下，上述複數條光束係作為平行光入射於上述聚光部，且藉由上述聚光部將上述複數條光束聚光於上述照射面上，自上述光源部朝上述照射光學系統入射經準直後之雷射光，上述照射光學系統還具備寬度調整部，該寬度調整部係於沿上述第1方向觀察之情況下，將入射於上述聚光部之上述平行光於上述第2方向上之寬度縮小為較上述準直後之雷射光於上述第2方向上之寬度小。
於上述光照射裝置中，也可容易實現將聚光部之第2方向上之焦點距離縮短之設計，其結果，可抑制照射面上之複數條光束之聚光位置之偏移。
較佳構成為，上述分割透鏡部中之上述複數個要素透鏡之各個，具有球面之透鏡面，上述透鏡面兼作上述寬度調整部之一部分。
本發明亦適用於描繪裝置。本發明之描繪裝置，其包含：上述光照射裝置；空間光調變器，其配置於上述光照射裝置中之上述照射面；投影光學系統，其將藉由上述空間光調變器所空間調變後之光朝對象物上導引；移動機構，其使經上述空間調變之光之上述對象物上之照射位置移動；及控制部，其與上述移動機構進行之上述照射位置之移動同步地對上述空間光調變器進行控制。
上述之目的及其他之目的、特徵、形態及優點，藉由參照所附圖式及以下進行之發明之詳細說明，可容易明白。
1‧‧‧描繪裝置
3‧‧‧空間光調變器
4‧‧‧光源部
5‧‧‧照射光學系統
9‧‧‧基板
11‧‧‧控制部
21‧‧‧作業台
22‧‧‧移動機構
31‧‧‧光照射裝置
32‧‧‧空間光調變器
33‧‧‧投影光學系統
39‧‧‧反射鏡
40‧‧‧光源單元
41‧‧‧光源
42‧‧‧準直透鏡
50‧‧‧照射區域
51、52‧‧‧透鏡
61‧‧‧光程長度差生成部
62‧‧‧分割透鏡部
62a‧‧‧分割透鏡部
63‧‧‧聚光部
64‧‧‧寬度調整部
90‧‧‧光照射裝置
93‧‧‧聚光部
320‧‧‧照射面
331‧‧‧遮光板
332‧‧‧透鏡
333‧‧‧透鏡
334‧‧‧光圈板
335‧‧‧聚焦透鏡
610‧‧‧透光部
611‧‧‧入射面
612‧‧‧出射面
620‧‧‧要素透鏡
620a‧‧‧要素透鏡
621‧‧‧第1透鏡面
622‧‧‧第2透鏡面
631、632、633‧‧‧柱面透鏡
641、642‧‧‧柱面透鏡
931、932‧‧‧柱面透鏡
J1‧‧‧光軸
圖1為顯示描繪裝置之構成之圖。
圖2為顯示光照射裝置之構成之圖。
圖3為顯示光照射裝置之構成之圖。
圖4為放大顯示分割透鏡部及光程長度差生成部之一部分之圖。
圖5為顯示照射面上之光之強度分佈之圖。
圖6為顯示比較例之光照射裝置之構成之圖。
圖7為顯示比較例之光照射裝置之構成之圖。
圖8為顯示分割透鏡部及光程長度差生成部之圖。
圖9為顯示照射面上之聚光位置之圖。
圖10為顯示照射面上之光之強度分佈之圖。
圖11為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖12為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖13為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖14為顯示要素透鏡之圖。
圖15為顯示要素透鏡之圖。
圖16為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖17為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖18為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖19為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖20為顯示光照射裝置之其他例子之圖。
圖1為顯示本發明之一實施形態之描繪裝置1之構成之圖。描繪裝置1係對在表面供給有感光材料之半導體基板、玻璃基板等之基板9之表面照射光束而進行圖案描繪之直接描繪裝置。描繪裝置1具備作業台21、移動機構22、光照射裝置31、空間光調變器32、投影光學系統33、及控制部11。作業台21係保持基板9，移動機構22係使作業台21沿基板9之主面移動。移動機構22也可以垂直於主面之軸為中心使基板9轉動。
光照射裝置31經由反射鏡39將線狀之光照射於空間光調變器32。關於光照射裝置31之詳細構成，容待後述。空間光調變器32例如為繞射光柵型且反射型之繞射光柵，該繞射光柵可對光柵之深度進行變更。空間光調變器32係利用半導體裝置製造技術進行製造。使用於本實施形態之繞射光柵型之光調變器，例如為GLV(Grating Light Valve：柵狀光閥)(Silicon Light Machines； SLM(森尼韋爾市、加利福尼亞)之登錄商標)。空間光調變器32具有排列成一列之複數個光柵要素，各光柵要素1係於出射一次繞射光之狀態與出射0次繞射光(0次光)之狀態之間進行遷移。如此，可自空間光調變器32出射經空間調變後之光。
投影光學系統33具備遮光板331、透鏡332、透鏡333、光圈板334及聚焦透鏡335。遮光板331係將暈光(ghost light)及高次繞射光之一部分遮蔽，且使來自空間光調變器32之光通過。透鏡332、333係構成變焦部。光圈板334係將(±1)次繞射光(及高次繞射光)遮蔽，且使0次繞射光通過。通過光圈板334之光，藉由聚焦透鏡335被導引至基板9之主面上。如此，空間光調變器32所空間調變之光，藉由投影光學系統33被導引至基板9上。
控制部11係連接於光照射裝置31、空間光調變器32及移動機構22，對此等構成進行控制。於描繪裝置1中，藉由移動機構22移動作業台21，使來自空間光調變器32之光之基板9上的照射位置移動。此外，控制部11係與移動機構22進行之該照射位置之移動同步，對空間光調變器32進行控制。藉此，於基板9上之感光材料上描繪所希望之圖案。
圖2及圖3為顯示光照射裝置31之構成之圖。圖2及圖3中，將平行於後述之照射光學系統5之光軸J1之方向顯示為Z方向，且將垂直於Z方向且彼此正交之方向顯示為X方向及Y方向(以下相同)。圖2顯示沿Y方向觀察之光照射裝置31之構成，圖3顯示沿X方向觀察之光照射裝置31之構成。
圖2及圖3所示之光照射裝置31係具備光源單元40及照射光學系統5。光源單元40具備複數個光源部4，各光源部4 具有一個光源41(例如，半導體雷射)及一個準直透鏡42。複數個光源部4之光源41，係於平行於ZX平面之面(以下，稱為「光源排列面」)上，大致排列於X方向。自各光源41出射之雷射光，藉由準直透鏡42準直之後入射於照射光學系統5。於光源單元40中，藉由排列於光源排列面上之複數個光源部4，自沿光源排列面之互不相同的方向朝照射光學系統5上之相同位置(後述之分割透鏡部62)出射雷射光。
照射光學系統5係配置於複數個光源部4之雷射光的照射位置。照射光學系統5係將該雷射光沿光軸J1朝屬於照射面(圖2及圖3中以標示符號320之虛線顯示)之空間光調製器32之表面、亦即複數個光柵要素之表面導引。如上述，由於來自光照射裝置31之光，經由反射鏡39照射於空間光調製器32，因此實際上，光照射裝置31包含作為其構成要素之反射鏡39，但於圖2及圖3中，為了方便圖示，省略了反射鏡39(以下相同)。
照射光學系統5包括光程長度差生成部61、分割透鏡部62及聚光部63。於照射光學系統5中，自光源單元40朝照射面320依分割透鏡部62、光程長度差生成部61、聚光部63之順序，沿光軸J1配置此等構成。來自複數個光源部4之經準直之雷射光，入射於分割透鏡部62。
圖4為放大顯示分割透鏡部62及光程長度差生成部61之一部分之圖。分割透鏡部62具備在垂直於照射光學系統5之光軸J1且沿光源排列面之方向(在此為X方向)以一定間距緊密排列之複數個透鏡620(以下，稱為「要素透鏡620」)。各要素透鏡620係於Y方向上較長之方塊狀，具有位於(-Z)側(光源單元40側)之側 面即第1透鏡面621、及位於(+Z)側(光程長度差生成部61側)之側面即第2透鏡面622。於沿Y方向觀察時，第1透鏡面621係突出於(-Z)側之凸狀，第2透鏡面622係突出於(+Z)側之凸狀。於沿X方向觀察時，各要素透鏡620之形狀為矩形(參照圖3)。如此，要素透鏡620係僅於X方向具有功率之柱面透鏡，分割透鏡部62係所謂之柱面透鏡陣列(或柱面蒼蠅眼透鏡)。
第1透鏡面621及第2透鏡面622，係相對於垂直於光軸J1之面(平行於XY平面之面)為對稱形狀。第1透鏡面621係配置於第2透鏡面622之焦點，第2透鏡面622係配置於第1透鏡面621之焦點。亦即，第1透鏡面621及第2透鏡面622之焦點距離相同。入射於要素透鏡620之平行光係於第2透鏡面622上聚光。疊層於X方向之複數個要素透鏡620，可作為連成一體之構件而形成，也可將獨立形成之複數個要素透鏡620相互接合。
於沿Y方向觀察之情況下，朝分割透鏡部62入射之光，藉由複數個要素透鏡620而於X方向被分割。此時，來自各光源部4之平行光入射於各要素透鏡620之第1透鏡面621，於第2透鏡面622之附近形成複數之光源41之像。藉由複數個要素透鏡620分割之光(複數條光束)，以主光線與光軸J1(Z方向)平行之方式自第2透鏡面622出射。自各要素透鏡620出射之光束，一面擴散一面入射於光程長度差生成部61。
光程長度差生成部61具備在垂直於光軸J1且沿光源排列面之方向(在此為X方向)以一定之間距緊密地排列之複數個透光部610。圖2之例中，光程長度差生成部61之透光部610之個數，係較分割透鏡部62中之要素透鏡620之個數僅少一個。此外，透 光部610之排列間距，係與要素透鏡620之排列間距相等。各透光部610(理想上)為具有垂直於X方向、Y方向及Z方向之面之方塊狀。於X方向排列成一列之複數個透光部610中，X方向及Y方向之長度相同，Z方向即沿光軸J1之方向之長度相異。如此，複數個透光部610具有互異之光程長度。於圖2之光程長度差生成部61中，複數個透光部610中的越是位於(+X)側之透光部610，其Z方向之長度越小。複數個透光部610之光軸J1方向之長度，不一定要沿X方向依序變長(或變短)，也可為任意之凹凸形狀。本實施形態中，光程長度差生成部61之複數個透光部610係利用相同之材料，且作為一體連接之構件而形成。於光程長度差生成部61中，也可將獨立形成之複數個透光部610相互接合。
分割透鏡部62與光程長度差生成部61係於Z方向相互接近配置，且於X方向上，除最(+X)側之要素透鏡620外之複數個要素透鏡620與複數個透光部610，分別配置於相同之位置。因此，通過此等要素透鏡620之複數條光束，分別射入於複數個透光部610。詳細而言，自此等要素透鏡620之各個之第2透鏡面622(參照圖4)出射之光束入射於入射面611，該入射面611係於X方向上被配置於相同之位置之透光部610之(-Z)側之面。該光束穿透該透光部610自(+Z)側之面即出射面612出射。再者，通過最(+X)側之要素透鏡620之光束，不通過任何之透光部610。
實際上，於X方向上，自各透光部610之出射面612出射之光束之寬度，係較該透光部610之寬度、即透光部610之排列間距小。藉此，可防止或抑止該光束照射至該透光部610之邊緣(亦即，為X方向之一端，主要為入射面611及出射面612之邊緣)。 再者，於光程長度差生成部61中，也可設置與分割透鏡部62中之要素透鏡620之個數相同個數之透光部610。該情況下，通過複數(全部)之要素透鏡620之光，分別入射於複數個透光部610。
如圖2及圖3所示，通過各透光部610之光束係射向聚光部63。聚光部63具有3個柱面透鏡631、632、633。柱面透鏡632係於要素透鏡620之排列方向即X方向具有正功率，於垂直於光軸J1及該排列方向之Y方向不具有功率。柱面透鏡632係配置於自複數個要素透鏡620之第2透鏡面622朝(+Z)側距離了其焦點距離fc之位置。換言之，各要素透鏡620之第2透鏡面622，係配置於柱面透鏡632之前側焦點位置。此外，配置於光軸J1上之照射面320，係配置於自柱面透鏡632朝(+Z)側距離了柱面透鏡632之焦點距離fc之位置。亦即，照射面320係配置於柱面透鏡632之後側焦點位置。
柱面透鏡631係於Y方向具有負功率，於X方向不具有功率。柱面透鏡631係配置於光程長度差生成部61與柱面透鏡632之間。柱面透鏡633係於Y方向具有正功率，於X方向不具有功率。柱面透鏡633係配置於柱面透鏡632與照射面320之間。如後述，於沿X方向觀察時，柱面透鏡631係使入射之光發散，柱面透鏡633係使入射之光收束，以下，稱柱面透鏡631為「發散透鏡631」，且稱柱面透鏡633為「收束透鏡633」。
照射光學系統5之複數個光學元件中的相對於照射面320最接近之收束透鏡633，係配置於自照射面320朝(-Z)側距離了既定之距離fb(以下，稱為「後焦點fb」)之位置。於僅著眼於Y方向之情況，發散透鏡631及收束透鏡633之合成焦點距離fL， 係較後焦點fb短。合成焦點距離fL可視為僅著眼於Y方向時之聚光部63之焦點距離，於以下之說明中，稱合成焦點距離fL為“聚光部63於Y方向上之焦點距離fL”。
在此，聚光部63於Y方向上之焦點距離fL設發散透鏡631之焦點距離為FL1、收束透鏡633之焦點距離為FL2、發散透鏡631與收束透鏡633之間的距離為dL，以式1顯示。同樣地，後焦點fb係以式2顯示。再者，於式1及式2中，忽略透鏡之厚度。
(式1)fL=fL1‧fL2/(fL1+fL2-dL)
(式2)fb=fL2(fL1-dL)/(fL1+fL2-dL)
由式1及式2明顯可知，聚光部63於Y方向上之焦點距離fL及後焦點fb，係僅由發散透鏡631及收束透鏡633之焦點距離FL1,fL2暨兩者間之距離dL所決定。
於如圖2所示沿Y方向觀察之情況，自複數個要素透鏡620出射之複數條光束，藉由柱面透鏡632變成平行光後，於照射面320上重疊。亦即，來自複數個要素透鏡620之光(亦即，通過複數個透光部61之複數條光束)之照射區域50整體重疊。於圖2及圖3中，以粗實線顯示照射區域50，照射區域50係於X方向上具有一定之寬度。如上述，由於自複數個要素透鏡620出射之複數條光束，通過互異之透光部610，因此，於分割透鏡部62與照射面320之間，於複數條光束產生有光程長度差。因此，藉由以複 數個要素透鏡620分割之光之干涉，抑制(或防止)於照射面320上產生干涉條紋。亦即，如圖5之上段所示，於照射面320上，X方向之光之強度分佈大致均勻。於複數個透光部610中的2個透光部610之各組合中，以通過該2個透光部610之光束之光程長度之差為自光源部4出射之雷射光之可干涉距離以上為較佳。
於如圖3所示沿X方向觀察之情況，自光源單元40朝分割透鏡部62入射之光，於沿光軸J1之平行光(正確為平行於ZX平面之平行光)之狀態下通過分割透鏡部62及光程長度差生成部61，朝發散透鏡631導引。僅於Y方向具有負功率之發散透鏡631，使該平行光於Y方向發散。發散透鏡631之發散光，通過柱面透鏡632入射於收束透鏡633。僅於Y方向具有正功率之收束透鏡633，使來自發散透鏡631之發散光聚光於照射面320上。因此，於照射面320上，來自各要素透鏡620之光之照射區域50，成為沿X方向延伸之線狀。藉此，可獲得照射面320上之截面(亦即為垂直於光軸J1之光束截面。以下相同。)成為朝X方向延伸之線狀之線照明光，該線照明光係通過複數個要素透鏡620之光之集合。於圖5之下段，顯示Y方向上之線照明光之強度分佈。
在此，對比較例之光照射裝置進行說明。圖6及圖7為顯示比較例之光照射裝置90之構成之圖，分別對應於圖2及圖3。比較例之光照射裝置90具備光源部4、分割透鏡部62、光程長度差生成部61及聚光部93。光源部4、分割透鏡部62及光程長度差生成部61之構成，係與圖2及圖3之光照射裝置31相同。聚光部93具有2個柱面透鏡931、932。柱面透鏡931之相對於照射面320之位置，係與圖2及圖3之柱面透鏡632相同。另一方面，相 對於照射面320最接近之柱面透鏡932，係配置於自照射面320朝(-Z)側距離了其焦點距離fr之位置。柱面透鏡932之焦點距離fr，係聚光部93於Y方向上之焦點距離。
如圖8所示，於分割透鏡部62之要素透鏡620中，因其製造上之極限，沿X方向觀察時之第2透鏡面622的相對於第1透鏡面621之角度αh(亦稱楔角，以下，也稱為「平行度」)不為0，平行度於每個要素透鏡620中存在偏差。同樣地，於光程長度差生成部61之透光部610中，因其製造上之極限，沿X方向觀察時之出來射面612之相對於入射面611之角度αs不為0，平行度於每個透光都610中存在偏差。雖藉由更高精度地製造分割透鏡部62及光程長度差生成部61，可將平行度形成於數秒~數十秒，但會造成分割透鏡部62及光程長度差生成部61之製造成本增大。再者，為了方便說明，於圖8中，將分割透鏡部62與光程長度差生成部61於Z方向依離間顯示。
於圖8之例中，於沿X方向觀察之情況，自要素透鏡620之第2透鏡面622出射之光之行進方向，相對於朝第1透鏡面621之入射時之進行方向(在此，設為平行於ZX平面者)傾斜角度θh，自透光部610之出射面612出射之光之行進方向，相對於朝入射面611之入射時之行進方向傾斜角度θs。因此，通過要素透鏡620及透光部610之光之行進方向，相對於朝該要素透鏡620之第1透鏡面621之入射時之行進方向、即光軸J1傾斜角度θy(θy=θh+θs)。再者，設要素透鏡620之折射率為nh，則上述角度θh以(nh-1)αh顯示，設透光部610之折射率為ns，則上述角度θs以(ns-1)αs顯示。其中，將空氣中之折射率設為1，角度αh、αs、θh、θs 視為小。
於圖7所示之比較例之光照射裝置90中，分別通過複數個要素透鏡620之複數條光束，因要素透鏡620及透光部610之平行度之偏差，於如圖9所示以相對於光軸J1而不同之角度θy1、θy2入射於聚光部93之情況，照射面320上之複數條光束之聚光位置，相互於Y方向產生偏移。圖9中，以△y1、△y2顯示複數條光束之聚光位置之與光軸J1之距離。因複數條光束中之聚光位置之偏移，於照射面320上，屬於光束之集合之線照明光於Y方向之寬度變粗。實際上，如圖10所示，該線照明光於Y方向上之強度分佈之形狀，在係與圖5之下段之強度分佈比較之下發生了塌陷。
在此，照射面320上之各光束之聚光位置之距光軸J1之Y方向之距離(以下，簡稱為「聚光位置之偏移量」)△y，係使用該光束之朝聚光部93入射時之行進方向之相對於光軸J1之角度(以下，稱為「聚光部入射角」)θy、及聚光部93之Y方向上之焦點距離fr，以式3顯示。再者，於式3中，聚光部入射角θy係視為充分地小。
(式3)△y=fr‧θy=fr((nh-1)αh+(ns-1)αs)
藉由減小複數條光束之聚光位置之偏移量△y，可抑制線照明光於Y方向上之強度分布之形狀塌陷。如式3，聚光位置之偏移量△y係以聚光部93於Y方向上之焦點距離fr與聚光部入射角θy之積所表示，因此，藉由將聚光部93於Y方向上之焦點距離fr及聚光部入射角θy之至少一者減小，以使聚光位置之偏移量△y 變小。
於圖2及圖3所示之光照射裝置31中，聚光部63具備使沿X方向觀察時作為平行光而入射之光束朝Y方向發散之發散透鏡631、及使來自發散透鏡631之光聚光於照射面320上之收束透鏡633。藉此，即使於將後焦點fb設為與比較例之光照射裝置90相等、或者較比較例之光照射裝置90長之情況，也可將聚光部63於Y方向上之焦點距離fL縮小為較比較例之聚光部93於Y方向上之焦點距離fr短。換言之，可容易實現一面較大地增大後焦點fb、一面縮短聚光部63於Y方向上之焦點距離fL之設計。其結果，可抑制因複數個要素透鏡620及複數個透光部610之平行度之偏差而引起之、照射面320上之複數條光束之聚光位置之偏差，較佳為可將線照明光照射於照射面320上。此外，於具有光照射裝置31之描繪裝置1中，可高精度地進行圖案之描繪。再者，於光照射裝置31中，也可視為將比較例之聚光部93之柱面透鏡932換為2個柱面透鏡631、633者。
此外，於圖2之光照射裝置31中，自複數個光源部4朝分割透鏡部62出射有雷射光。藉此，與僅使用一個光源部4之比較例之光照射裝置90比較，可獲得高強度之線照明光。
圖2及圖3之光照射裝置31中，於將後焦點fb設為與比較例之光照射裝置90相等之情況下，像側之NA(開口數)變得較比較例之光照射裝置90大。接著，對一面將像側之NA設為與比較例之光照射裝置90相等，一面將聚光部63於Y方向上之焦點距離設為較比較例之光照射裝置90短之光照射裝置31進行敘述。
圖11及圖12為顯示光照射裝置31之其他例子之 圖。圖11顯示沿Y方向觀察之光照射裝置31之構成，圖12顯示沿X方向觀察之光照射裝置31之構成。於圖11及圖12所示之光照射裝置31中，與圖2及圖3之光照射裝置31比較，省略了發散透鏡631，並於照射光學系統5追加寬度調整部64。其他之構成係與圖2及圖3之光照射裝置31相同，對相同之構成賦予相同之符號。
如圖11及圖12所示，寬度調整部64係設於光源單元40與分割透鏡部62之間。寬度調整部64係對入射之雷射光於Y方向之寬度進行變更之擴束器，具有2個柱面透鏡641、642。2個柱面透鏡641、642皆於Y方向具有正功率，於X方向不具有功率。設柱面透鏡641之焦點距離為fe1，柱面透鏡642之焦點距離為fe2，則2個柱面透鏡641、642之間之距離de，係以(fe1+fe2)顯示。配置於光源單元40側之柱面透鏡641之焦點距離fe1，係較配置於分割透鏡部62側之柱面透鏡642之焦點距離fe2大。
如上述，自各光源部4朝照射光學系統5入射經準直後之雷射光。寬度調整部64係於照射光學系統5中配置於最靠光源單元40側，經準直後之雷射光入射於寬度調整部64之柱面透鏡641。此時，於如圖12所示沿X方向觀察時，該雷射光係以沿光軸J1之平行光(正確為平行於ZX平面之平行光)之狀態入射於準直透鏡641，且以沿光軸J1之平行光之狀態自柱面透鏡632出射。並且，自柱面透鏡632出射之平行光於Y方向之寬度，係較入射於柱面透鏡631之平行光於Y方向之寬度小。
通過寬度調整部64之平行光，於Y方向上不受到透鏡作用，通過分割透鏡部62、光程長度差生成部61及聚光部63 之柱面透鏡632，入射於收束透鏡633。藉由收束透鏡633，該平行光於Y方向上收束，聚光於照射面320上。再者，沿Y方向觀察時之光之路徑，係與圖2之光照射裝置31同樣。
如以上說明，於圖11及圖12所示之光照射裝置31中，設置有僅於Y方向變更光束寬度之寬度調整部64，於沿X方向觀察之情況，入射於聚光部63之平行光於Y方向之寬度，係較自光源部4入射於照射光學系統5之雷射光於Y方向之寬度小。
在此，假設圖12之光照射裝置31之像側之NA係與圖7之比較例之光照射裝置90相等。該情況下，設寬度調整部64於Y方向上之縮小倍率為M(惟，M小於1)，則聚光部63於Y方向上之焦點距離fL(在此為收束透鏡633之焦點距離)，係顯示為比較例之聚光部93於Y方向上之焦點距離fr之M倍。亦即，聚光部63於Y方向上之焦點距離fL係較比較例之聚光部93之Y方向上之焦點距離fr小。再者，寬度調整部64之Y方向之縮小倍率M，係依存於柱面透鏡641、642之焦點距離fe1、fe2。
如此，於圖12之光照射裝置31中，可容易實現一面將像側之NA設為與比較例之光照射裝置90相等，一面將聚光部63之Y方向上之焦點距離縮短之設計。其結果，可抑制照射面320上之複數條光束之聚光位置之偏移(Y方向之偏移)。
於圖11之光照射裝置31中，也可相對於複數個光源部4獨立地設置寬度調整部64，於該情況下，也可將柱面透鏡641、642換為於X方向及Y方向之雙方具有功率之2個透鏡。於此種寬度調整部64中，藉由該2個透鏡構成兩側離心光學系統。此外，寬度調整部64之柱面透鏡641、642，也可設於光程長度差生成部 61與柱面透鏡633之間。此等變形於具有寬度調整部64之其他光照射裝置31也同樣。
於光照射裝置31中，寬度調整部64之一部分之功能，也可藉由分割透鏡部實現。具體而言，如圖13所示，分割透鏡部62a之各要素透鏡620a之第1透鏡面621及第2透鏡面622皆作為球面之一部分，並且省略圖12之光照射裝置31之柱面透鏡642。此外，於自柱面透鏡641距離了焦點距離fe1之位置配置有要素透鏡620a之第1透鏡面621。於分割透鏡部62a中，要素透鏡620a之第1透鏡面21，也配置於第2透鏡面622之焦點，第2透鏡面622也配置於第1透鏡面621之焦點。亦即，第1透鏡面621及第2透鏡面622之焦點距離相同。
於沿X方向觀察之情況，來自光源部4之雷射光，係以沿光軸J1之平行光(正確為平行於ZX平面之平行光)之狀態入射於柱面透鏡641。自柱面透鏡641出射之光，聚光於要素透鏡620a之第1透鏡面621上，一面於要素透鏡620a內進行擴散一面射向第2透鏡面622。並且，自第2透鏡面622沿光軸J1出射平行光。此外，自要素透鏡620a出射之平行光於Y方向之寬度，係較入射於柱面透鏡641之平行光於Y方向之寬度小。自要素透鏡620a出射之平行光，經由光程長度差生成部61及柱面透鏡632入射於收束透鏡633，聚光於照射面320上。
如上述，於圖13之光照射裝置31中，分割透鏡部62a中之複數個要素透鏡620a之各個，具有球面之第2透鏡面622，第2透鏡面622兼作寬度調整部64之一部分。藉此，可使Y方向之寬度窄之平行光(沿X方向觀察時之平行光)入射於較分割透鏡部 62a配置於靠照射面320側之聚光部63，可容易縮短聚光部63於Y方向上之焦點距離fL。此外，與圖12之光照射裝置31比較，可減少零件數。
於具有球面之第1及有第2透鏡面621、622之要素透鏡620a中，因製造時之誤差，如圖14所示，要素透鏡620a之中心線C1，有時會與通過要素透鏡620a之焦點之光軸J2發生偏移(也可視為偏心)。於沿X方向觀察之情況，假設，若將此種要素透鏡620a配置為使其中心線C1與照射光學系統5之光軸J1一致，則沿光軸J1入射之光之路徑K1相對於光軸J1傾斜。藉此，與屬於柱面透鏡之要素透鏡620之平行度降低之情況同樣地，照射面320上之光束之聚光之位置自光軸J1朝Y方向分離，造成線照明光於Y方向之強度分佈之形狀塌陷。
另一方面，於較佳構成之光照射裝置31中，於分割透鏡部62a之製造時，如圖15所示，以並非要素透鏡620a之中心線C1、而是使光軸J2與照射光學系統5之光軸J1一致之方式，對各要素透鏡620a之位置進行調整。藉此，可抑制通過複數個要素透鏡620a之複數條光束於照射面320上之聚光位置自光軸J朝Y方向偏移之情況。於具有此種分割透鏡部62a之光照射裝置31中，可將複數條光束之照射面320上之聚光位置之偏移因子限制於僅屬透光部610之平行度之偏差內，從而可進一步抑制照射面320上之複數條光束之聚光位置之偏移。
於光照射裝置31中，要素透鏡620a之第1透鏡面621，也可兼作寬度調整部64之一部分。該情況下，於要素透鏡620a之(+Z)側設置有柱面透鏡642。於沿X方向觀察之情況，入射於要 素透鏡620a之第1透鏡面621之平行光，聚光於第2透鏡面622上。此外，自第2透鏡面622出射之光，藉由柱面透鏡642而成為平行光後，入射於聚光部63。此時，與上述同樣，入射於聚光部63之平行光於Y方向之寬度，係較自光源部4入射於照射光學系統5之雷射光於Y方向之寬度小。
於圖11至圖13之光照射裝置31中，可將像側之NA設為與比較例子之光照射裝置90相等，但後焦點較比較例之光照射裝置90小。接著，針對一面將後焦點及像側之NA設為與比較例子之光照射裝置90相等，一面將聚光部63之Y方向上之焦點距離設為較比較例之光照射裝置90短之光照射裝置31進行敘述。
圖16為顯示光照射裝置31之其他例子之圖，顯示沿X方向觀察之光照射裝置31之構成。於圖16所示之光照射裝置31中，於圖3之光照射裝置31上追加圖12之寬度調整部64。藉由對寬度調整部64之縮小倍率、暨發散透鏡631及收束透鏡633之焦點距離及配置進行調整，可一面將後焦點fb及像側之NA設為與比較例之光照射裝置90相等，一面將聚光部63於Y方向上之焦點距離fL縮短為較比較例子之光照射裝置90短。其結果，可抑制照射面320上之複數條光束之聚光位置之偏移。此外，於設置有比較例之光照射裝置90之描繪裝置中，可將該光照射裝置90直接換為圖16之光照射裝置31，一方面不需要描繪裝置之大幅之設計變更等，一方面可於該該描繪裝置中進行高精度之圖案描繪(於後述之圖17及圖18之光照射裝置31也同樣)。
圖17及圖18為顯示光照射裝置31之其他例子之圖。圖17顯示沿Y方向觀察之光照射裝置31之構成，圖18顯示 沿X方向觀察之光照射裝置31之構成。於圖17及圖18所示之光照射裝置31中，於圖13之光照射裝置31上追加圖3之發散透鏡631。藉此，與圖16之光照射裝置31同樣地，一方面可將後焦點fb及像側之NA設為與比較例之光照射裝置90相等，一方面可將聚光部63於Y方向之焦點距離fL縮短為較比較例之光照射裝置90短。此外，與圖16之光照射裝置31比較，可減少零件數。再者，寬度調整部64之柱面透鏡641，係相對於複數個光源部4獨立地設置。
上述光照射裝置31中可進行各種之變形。
於分割透鏡部62、62a中，不一定要於排列方向以一定之間距配置複數個要素透鏡620、620a，例如，也可使複數個要素透鏡620、620a之排列方向之寬度互不相同。該情況下，於排列方向上，複數個透光部610之排列方向之寬度也被變更，以使光程長度差生成部61中之各透光部610之寬度與對應於該透光部610之分割透鏡部62、62a之要素透鏡620、620a之寬度之比，於全部透光部610中皆成為恆定。
光程長度差生成部61不一定要與分割透鏡部62相鄰設置，例如，如圖19所示，也可於分割透鏡部62與光程長度差生成部61之間設置透鏡51、52。透鏡51、52係構成兩側離心光學系統，通過分割透鏡部62之複數個要素透鏡620之複數條光束，經由透鏡51、52分別入射於光程長度差生成部61之複數個透光部610。
此外，於在光源單元40中僅設置一個光源部4之情況下，如圖20所示，光程長度差生成部61也可配置於光源部4與 分割透鏡部62之間。於圖20之光照射裝置31中，於光源部4與光程長度差生成部61之間設置有構成兩側離心光學系統之透鏡51、52，於光程長度差生成部61與分割透鏡部62之間也設置構成兩側離心光學系統之透鏡53、54。並且，通過光程長度差生成部61之複數個透光部610之複數條光束，經由透鏡53、54分別入射於分割透鏡部62之複數個要素透鏡620。亦即，朝向複數個要素透鏡620之光分別入射於複數個透光部610。圖19及圖20之光照射裝置31中，藉由設置發散透鏡631及收束透鏡633，可容易實現將聚光部63於Y方向上之焦點距離縮短之設計。當然，也可於圖19及圖20之光照射裝置31設置寬度調整部64。
此外，視光照射裝置31中所要求之線照明光之均勻性，可省略光程長度差生成部61。該情況下，於分割透鏡部62之要素透鏡620為柱面透鏡時，由於要素透鏡620之入射面與出射面之平行度於每個要素透鏡620上存在偏差，因此可應用將聚光部63於Y方向上之焦點距離縮短之上述手法。如上述，於光照射裝置31中，也可應用上述手法，亦即，於複數個要素透鏡係於Y方向不具有功率之複數個柱面透鏡、或者於照射光學系統5設置有排列於X方向並具有互異之光程長度之複數個透光部之情況(包含複數個要素透鏡為複數個柱面透鏡，且複數個透光部設於照射光學系統5之情況)，將聚光部63於Y方向上之焦點距離縮短之手法。再者，於設置有複數個透光部之情況，通過複數個要素透鏡之光、或者朝向複數個要素透鏡之光，分別入射於複數個透光部。
視光照射裝置31之設計，收束透鏡633也可為球面透鏡。該情況下，藉由柱面透鏡632及收束透鏡633協同動作，使 複數條光束之照射區域50重疊於照射面320上。同樣之理由，透鏡632也可為球面透鏡。該情況下，藉由透鏡632與透鏡633協同動作而聚光於圖之Y方向。合成焦點距離fL係以透鏡631、632、633之3個之合成而顯示。此外，上述實施形態中，使平行光於Y方向發散之發散部，係藉由僅於Y方向具有負功率之發散透鏡631所實現，但也可設置具有正功率之透鏡而作為發散部。該情況下，由於通過該透鏡之光也於Y方向聚光之後進行發散，因此可縮短聚光部63之Y方向上之焦點距離。此外，發散部也可藉由柱面鏡等之其他光學元件實現。
於描繪裝置1中，配置於光照射裝置31之照射面320之空間光調變器32，也可為繞射光柵型之光調變器以外者，例如，可採用使用微小之反射鏡之集合之空間光調變器。
使基板9上之光之照射位置移動之移動機構，也可為使作業台21移動之移動機構22以外者，例如，也可為使包含光照射裝置31、空間光調變器32及投影光學系統33之頭部相對於基板9移動之移動機構。
以描繪裝置1進行描繪之對象物，也可為半導體基板或玻璃基板以外之基板，此外，也可為基板以外者。光照射裝置31也可使用於描繪裝置1以外之情況。
上述實施形態及各變形例之構成，只要不互相矛盾，即可適宜地組合。
雖對發明詳細地進行了描述說明，惟上述之說明僅為例示而已，並非限定於此。因此，只要不超出本發明之範圍，即可實施多數之變形及形態。
4‧‧‧光源部
5‧‧‧照射光學系統
31‧‧‧光照射裝置
40‧‧‧光源單元
41‧‧‧光源
42‧‧‧準直透鏡
50‧‧‧照射區域
61‧‧‧光程長度差生成部
62‧‧‧分割透鏡部
63‧‧‧聚光部
320‧‧‧照射面
620‧‧‧要素透鏡
621‧‧‧第1透鏡面
622‧‧‧第2透鏡面
631‧‧‧柱面透鏡
632‧‧‧柱面透鏡
633‧‧‧柱面透鏡
J1‧‧‧光軸

Claims (9)

  1. 一種光照射裝置，其包含：光源部，其朝既定位置出射雷射光；及照射光學系統，其配置於上述既定位置，且沿光軸將來自上述光源部之雷射光朝照射面導引，上述照射光學系統具備：分割透鏡部，其具有排列在垂直於上述光軸之第1方向之複數個要素透鏡，且藉由上述複數個要素透鏡將入射之光分割為複數條光束；及聚光部，其配置於較上述分割透鏡部靠上述照射面側，使上述複數條光束之照射區域重疊於上述照射面上，上述複數個要素透鏡係於垂直於上述光軸及上述第1方向之第2方向不具有功率之複數個柱面透鏡，或者，於上述照射光學系統設置有排列於上述第1方向並具有互異之光程長度之複數個透光部，通過上述複數個要素透鏡之光、或朝上述複數個要素透鏡之光，分別入射於上述複數個透光部，於沿上述第1方向觀察之情況下，上述複數條光束係作為平行光入射於上述聚光部，且藉由上述聚光部將上述複數條光束聚光於上述照射面上，上述聚光部具備使上述平行光朝上述第2方向發散之發散部，及供來自上述發散部之光入射，並於沿上述第1方向觀察之情況下使上述光聚光於上述照射面上之收束透鏡，於上述照射面上，上述複數條光束之各者之照射區域係為沿上述 第1方向延伸之線狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之光照射裝置，其中，自上述光源部朝上述照射光學系統入射經準直後之雷射光，上述照射光學系統係進一步具備寬度調整部，該寬度調整部係於沿上述第1方向觀察之情況下，將入射於上述聚光部之上述平行光於上述第2方向上之寬度縮小為較上述準直後之雷射光於上述第2方向上之寬度小。
  3. 如申請專利範圍第2項之光照射裝置，其中，上述分割透鏡部中之上述複數個要素透鏡之各個，係具有球面之透鏡面，上述透鏡面兼作上述寬度調整部之一部分。
  4. 如申請專利範圍第1項之光照射裝置，其中，上述發散部係僅於上述第2方向具有負功率之柱面透鏡。
  5. 一種光照射裝置，其包含：光源部，其朝既定位置出射雷射光；及照射光學系統，其配置於上述既定位置，且沿光軸將來自上述光源部之雷射光朝照射面導引，上述照射光學系統具備：分割透鏡部，其具有排列在垂直於上述光軸之第1方向之複數個要素透鏡，且藉由上述複數個要素透鏡將入射之光分割為複數條光束；及聚光部，其配置於較上述分割透鏡部靠上述照射面側，使上述複數條光束之照射區域重疊於上述照射面上，上述複數個要素透鏡係於垂直於上述光軸及上述第1方向之第2方向不具有功率之複數個柱面透鏡，或，於上述照射光學系統設置 有排列於上述第1方向並具有互異之光程長度之複數個透光部，通過上述複數個要素透鏡之光、或朝上述複數個要素透鏡之光分別入射於上述複數個透光部，於沿上述第1方向觀察之情況下，上述複數條光束係作為平行光入射於上述聚光部，且藉由上述聚光部將上述複數條光束聚光於上述照射面上，於上述照射面上，上述複數條光束之各者之照射區域係為沿上述第1方向延伸之線狀，自上述光源部朝上述照射光學系統入射經準直後之雷射光，上述照射光學系統係進一步具備寬度調整部，該寬度調整部係於沿上述第1方向觀察之情況下，將入射於上述聚光部之上述平行光於上述第2方向上之寬度縮小為較上述準直後之雷射光於上述第2方向上之寬度小。
  6. 如申請專利範圍第5項之光照射裝置，其中，上述分割透鏡部中之上述複數個要素透鏡之各個，係具有球面之透鏡面，上述透鏡面兼作上述寬度調整部之一部分。
  7. 一種描繪裝置，其包含：申請專利範圍第1至6項中任一項之光照射裝置；空間光調變器，其配置於上述光照射裝置中之上述照射面；投影光學系統，其將藉由上述空間光調變器所空間調變後之光朝對象物上導引；移動機構，其使經上述空間調變之光之上述對象物上之照射位置移動；及控制部，其與上述移動機構進行之上述照射位置之移動同步地對 上述空間光調變器進行控制。
  8. 一種描繪裝置，其包含：對照射面照射光之光照射裝置；空間光調變器，其配置於上述光照射裝置中之上述照射面；投影光學系統，其將藉由上述空間光調變器所空間調變後之光朝對象物上導引；移動機構，其使上述經空間調變後之光在上述對象物上之照射位置移動；及控制部，其與上述移動機構進行之上述照射位置之移動同步地對上述空間光調變器進行控制；上述光照射裝置包含：光源部，其朝既定位置出射雷射光；及照射光學系統，其配置於上述既定位置，且沿光軸將來自上述光源部之雷射光朝上述照射面導引；上述照射光學系統具備：分割透鏡部，其具有排列在垂直於上述光軸之第1方向之複數個要素透鏡，且藉由上述複數個要素透鏡將入射之光分割為複數條光束；及聚光部，其配置於較上述分割透鏡部靠上述照射面側，使上述複數條光束之照射區域重疊於上述照射面上；上述複數個要素透鏡係於垂直於上述光軸及上述第1方向之第2方向不具有功率之複數個柱面透鏡，或者，於上述照射光學系統設置有排列於上述第1方向並具有互異之光程長度之複數個透光部，通過上述複數個要素透鏡之光、或朝上述複數個要素透鏡之光，分 別入射於上述複數個透光部，於沿上述第1方向觀察之情況下，上述複數條光束係作為平行光入射於上述聚光部，且藉由上述聚光部將上述複數條光束聚光於上述照射面上，上述聚光部具備：使上述平行光朝上述第2方向發散之發散部；及供來自上述發散部之光入射，並於沿上述第1方向觀察之情況下使上述光聚光於上述照射面上之收束透鏡。
  9. 一種描繪裝置，其包含：對照射面照射光之光照射裝置；空間光調變器，其配置於上述光照射裝置中之上述照射面；投影光學系統，其將藉由上述空間光調變器所空間調變後之光朝對象物上導引；移動機構，其使上述經空間調變後之光在上述對象物上之照射位置移動；及控制部，其與上述移動機構進行之上述照射位置之移動同步地對上述空間光調變器進行控制；上述光照射裝置包含：光源部，其朝既定位置出射雷射光；及照射光學系統，其配置於上述既定位置，且沿光軸將來自上述光源部之雷射光朝上述照射面導引；上述照射光學系統具備：分割透鏡部，其具有排列在垂直於上述光軸之第1方向之複數個要素透鏡，且藉由上述複數個要素透鏡將入射之光分割為複數條光 束；及聚光部，其配置於較上述分割透鏡部靠上述照射面側，使上述複數條光束之照射區域重疊於上述照射面上；上述複數個要素透鏡係於垂直於上述光軸及上述第1方向之第2方向不具有功率之複數個柱面透鏡，或者，於上述照射光學系統設置有排列於上述第1方向並具有互異之光程長度之複數個透光部，通過上述複數個要素透鏡之光、或朝上述複數個要素透鏡之光，分別入射於上述複數個透光部，於沿上述第1方向觀察之情況下，上述複數條光束係作為平行光入射於上述聚光部，且藉由上述聚光部將上述複數條光束聚光於上述照射面上，自上述光源部朝上述照射光學系統入射經準直後之雷射光，上述照射光學系統係進一步具備寬度調整部，該寬度調整部係於沿上述第1方向觀察之情況下，將入射於上述聚光部之上述平行光於上述第2方向上之寬度縮小為較上述準直後之雷射光於上述第2方向上之寬度小。
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