(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
均質化された光線、特にレーザ光線を形成するための装置であって、少なくとも光線の断面軸に沿って前記光線を均質化する均質化ユニットと、前記光線の光路中で後続するとともに、前記光線に対して遮断性の少なくとも一つのマスク領域及び前記光線に対して透過性の少なくとも一つのマスク領域を備えるマスクと、前記光路中で後続する光学的結像ユニットとを備える装置において、
前記光路中で前記均質化ユニットと前記マスクの間に、均質化された光線の全断面をほぼ損失なしで少なくとも一つの透過性マスク領域に一様に分散させて結像させる光学モジュールが設けられており、前記損失は、遮断性を有するマスク領域によって遮断される損失であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記光学モジュールが、均質化された光線の光線断面に適合された入射開口を備えること、又は前記光路中で前記光学モジュールの前に、均質化された光線を前記光学モジュールの前記入射開口に適合させるテレスコープレンズの配列が設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光学モジュールが、少なくとも一つの、好ましくは複数の結像レンズを備え、均質化された光線が、前記結像レンズを通して一つの透過性マスク領域又は複数の透過性マスク領域に結像されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記光学モジュールが、長方形の開口を有する複数の結像レンズを備え１列に又はアレイ状に配列されているレンズ配列からなること、及び前記複数の結像レンズが隙間なく隣接して配置され、前記光学モジュールの面状にまとまった入射開口を形成することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記レンズ配列の全ての結像レンズが同一に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光線を均質化するユニットが集光光学系を備え、前記集光光学系が、生じた均質化した光線の光線断面を均質な像平面に結像させること、及び前記光学モジュールが、前記均質な像平面の位置で、光線方向でわずかに前又はわずかに後に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記光学モジュールが、一種の光導波路としてのオプティカルインテグレータを備え、前記オプティカルインテグレータが、入射開口及び出射開口を備えること、及び前記出射開口が、前記オプティカルインテグレータから出射する光線をほぼ前記損失なしで少なくとも一つの透過性マスク領域に一様に分散させて結像させることができるように形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
光路中で前記オプティカルインテグレータに後続して光学的結像システムが設けられ、前記光学的結像システムが、前記光線を、又は前記オプティカルインテグレータの前記出射開口を通過して生成された光線を前記透過性マスク領域に結像させることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記オプティカルインテグレータが、ロッド状又は中空のインテグレータとして形成され、前記インテグレータに沿って、前記インテグレータを画定する境界面での反射によって光線方向に光線が伝播されることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記オプティカルインテグレータが、光導波路として形成され、内側が鏡面の筒の形態であり、前記入射開口及び出射開口の内面が、鏡面として形成されており、
前記出射開口が、前記光路中で後続するマスクと同じ形状であって適切な縮尺で形成された出射マスクによって決定されることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
均質化された光線、特にレーザ光線を形成するための装置であって、少なくとも光線の断面軸に沿って前記光線を均質化する均質化ユニットと、前記光線の光路中で後続するとともに、前記光線に対して遮断性の少なくとも一つのマスク領域及び前記光線に対して透過性の少なくとも一つのマスク領域を備えるマスクと、前記光路中で後続する光学的結像ユニットとを備える装置において、
前記均質化ユニットが、一種の光導波路としてのオプティカルインテグレータの形態で形成され、前記オプティカルインテグレータが、入射開口及び出射開口を備えること、及び前記出射開口が、前記光線の全断面をほぼ損失なしで前記少なくとも一つの透過性マスク領域に一様に分散させて結像させることができるように形成されており、前記損失は、遮断性を有するマスク領域によって遮断される損失であることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記オプティカルインテグレータが、光線を、全体としてほぼ前記損失なしで一様に分散させて全ての透過性マスク領域にのみ結像させることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光路中で前記オプティカルインテグレータに後続して光学的結像システムが設けられ、前記光学的結像システムが、前記光線を、又は前記オプティカルインテグレータの前記出射開口を通過して生成された光線を前記透過性マスク領域に結像させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記オプティカルインテグレータが、ロッド状又は中空のインテグレータとして形成され、前記インテグレータに沿って、前記インテグレータを画定する境界面での反射によって光線方向に光線が伝播されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記出射開口が、前記光路中で後続するマスクと同じ形状であって適切な縮尺で形成された出射マスクによって決定されることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記レーザ光線がエキシマレーザ光線であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
均質化された光線、特にレーザ光線を形成するための方法であって、少なくとも光線の断面軸に沿って光線が均質化され、前記光線の光路中で後続し前記光線を遮断及び透過するマスク領域を備えるマスクによって光線断面を成形する方法において、前記均質化された光線が、前記マスクを通過する前に、前記均質化された光線の全断面がほぼ損失なしで一つの透過性マスク領域又は全ての透過性マスク領域に一様に分散されて結像されるように成形されており、前記損失は、遮断性を有するマスク領域によって遮断される損失であることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、均質化された又は均質化する光線、特にレーザ光線を形成するための装置及び方法であって、少なくとも光線の断面軸に沿って光線を均質化するユニットと、光線の光路中で後続するとともに、光線に対して遮断性及び透過性のマスク領域を備えるマスクと、光路中で後続する光学的結像ユニットとを備える装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
均質化された光線を形成するための一般的な装置は、多くの産業分野で使用されており、例えば、一様に分散された光線強度で照射対象の構造領域に当てることがそれぞれ要求される任意の種類の基板の構造化された照射の目的に使用される。例えば、これに関連して、フォトリソグラフィ技術又はフォトアブレーション技術が挙げられる。光学的ホモジナイザは、それぞれの場合に均質化すべき光線の波長とは独立に使用され、また、光線が連続的に発生されてさらなる技術的利用に供されるか、それともパルスとして発生されてさらなる技術的利用に供されるかは問題とならない。
【０００３】
光学的ホモジナイザが使用される多くの技術的応用例では、光路中で、ホモジナイザに間接的に又は直接的にマスク構成が後置され、このマスク構成は、均質化された光線の光線断面を、後続の技術的利用の目的で幾何的に限定し、それによりビーム成形を行う。典型的には、ホモジナイザから出射する均質化された光線の全光線断面が一つのマスクに当たり、このマスクは、透過性のマスク領域と、均質化された光線に対して遮断性のマスク領域とを備え、マスク領域の形状と大きさは、さらなる技術的用途に応じた幾何的条件によって決定される。したがって、光線のうち、主にマスクの孔の形の透過性マスク領域に到達する光線部分のみがマスクを通過する。均質化された光線の他の部分は技術的に使用されない。光線を遮断するマスク領域が光線の断面積の最大99%を占める実際の応用例では、全光線エネルギーのわずか1%しか技術的用途に使用されず、残りは失われることが明らかである。
【０００４】
米国特許第5,657,138号に、加工のために対象物表面に向けられる光線に影響を与えるための光学的構成が記載されている。このために、光線は種々の光学素子を通過し、これらの光学素子が、この光線を目標の表面加工に望ましい形状で特定の対象物上に結像させる。
【０００５】
米国特許第5,473,408号には、均質化された光線がそこから出射する中空インテグレータであって、その光線が、光学的結像要素を通って、光線に向けられた鏡面絞り構成又はマスク構成に当たる中空インテグレータが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、均質化された又は均質化する光線、特にレーザ光線を形成するための装置及び方法であって、少なくとも光線の断面軸に沿って光線を均質化するユニットと、光線の光路中で後続するとともに、光線に対して遮断性及び透過性のマスク領域を備えるマスクと、光路中で後続する光学的結像ユニットとを備える装置及び方法を、マスクの幾何形状の形態的自由度を損なうことなく、マスクで遮断されて後の技術的用途には使用されない光エネルギーの割合を減少させるように改良することである。特に、均質化された光線に含まれる全ての光出力がマスク通過後も可能な限り保持されることを実現すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題の解決策が請求項1に記載されている。本発明に従って形成された一つの代替装置が請求項11に記載されている。本発明による一方法が請求項17の対象である。本発明の思想を有利に発展させる特徴は、従属項の対象であり、例示的実施形態に関する詳しい説明から明らかになる。
【０００８】
請求項1のプリアンブルの特徴を備える、均質化された光線を形成するための本発明による装置は、光路中で均質化ユニットとマスクの間に、均質化された光線の全断面をほぼ損失なしで全ての透過性マスク領域に一様に分散させて結像させる、光学モジュールが設けられていることを特色とする。
【０００９】
好ましくは、この光学モジュールは、均質化された光線を、全体としてほぼ損失なしで全ての透過性マスク領域にのみ一様に分散させて結像させることができ、それにより、マスクの幾何形状によって成形された均質化された光線が、面状に一様に分散された光強度を有することを保証する。
【００１０】
本発明に従って、均質化された光線を、光線に対して透過性であるマスクの領域にのみ結像させる光学モジュールを形成することにより、従来のマスクの使用に関わる光エネルギーの損失を著しく減少させることができ、その結果、従来のマスク技術と比較して、同等の照明強度又は照射強度を技術的利用の場所に提供するために、はるかに少ない総エネルギーを有する均質化された光線を使用できるようにするだけでよくなる。したがって、本発明の概念により、光源に課される要件を軽減することができ、本発明に従って、均質化された光線内に含まれる全ての光エネルギーをマスク通過後にも使用することにより、従来のマスク技術に比べて光エネルギーの利用を少なくとも10倍改善することができる。
【００１１】
本発明によるさらなる代替装置は、光路中で均質化ユニットに後置された光学モジュールでビーム成形する代わりに、既に均質化ユニット内でビーム成形を行うものである。
【００１２】
このために、均質化ユニットがオプティカルインテグレータの形態で形成されており、このオプティカルインテグレータは、入射開口及び出射開口を備え、出射開口は、透過性マスク領域の条件に従って形成されており、均質化された光線の全断面をほぼ損失なしで一つの透過性マスク領域又は複数の透過性マスク領域に結像させる。このオプティカルインテグレータは、一種の光導波路として形成されており、例えば内側が鏡面の筒の形態であり、その一方の管端から光線が入射開口を通って入射し、管に沿って伝播方向への管の内壁での多重反射によって均質化される。他方の管端には出射開口が設けられ、出射開口は、例えば、透過性の絞り領域と、反射性という意味で遮断性の絞り領域とを備える絞り装置の形態に形成されている。透過性絞り領域は、形状及び配置が透過性マスク領域に適合されている。管内壁に加えて、入射開口及び出射開口も内側が鏡面として実施されており、このため、出射開口からの自由な出射を一度妨げられた光線部分が、鏡面で内側へ反射され、新たな多重反射によって、最終的に出射開口の透過性の光出射領域を通過する。
【００１３】
内側が鏡面とされた筒の使用に加えて、外側クラッドが鏡面とされている及び/又はその光導波特性が適切に選択された屈折率勾配に基づいている、ロッド状の透明な固体からなる中実材料の使用も考えられる。このような変形形態においても、ロッドの入射面及びロッドの出射面に、前述の効果をもたらす適切に設計された開口部形状が設けられる。
【００１４】
本発明に従って形成される光学モジュールの可能な技術的な例示的実施形態を説明するために、添付図面を詳細に参照する。
【００１５】
以下、本発明の一般的な思想を限定することなく、本発明を例示的実施形態に基づいて図面を参照しながら例によって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】基板表面上にマスク結像した、ホモジナイザを含む光路の概略図である。
【図２】図2aは、光線を透過性マスク領域に集束させるための後続する光学モジュールを伴うホモジナイザを示す図である。
【００１７】
図2bは、光線を透過性マスク領域に集束させるための後続する光学モジュールを伴うホモジナイザを示す図である。
【図３】透過性マスク領域に適合した光線を形成するためのオプティカルインテグレータとしてのホモジナイザを示す図である。
【図４】後続する光学的結像システムを伴うホモジナイザを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図1に、レーザ光源、好ましくはエキシマレーザ(図示せず)から始まって、レーザ光線Lの特定の技術的利用が行われる結像面Aへのレーザ光線の結像に至る、レーザ光線Lの全光路が概略的に示されている。
【００１９】
レーザ光線Lは、ホモジナイザHの入射開口に光線を適合させるために、テレスコープレンズ配列T(さらに詳細には説明しない)を通過する。光路中でホモジナイザHに続いて、本発明に従って形成された光学モジュールOが設けられ、これは、均質化されたレーザ光線の断面を成形して、均質化された光線の全断面が、ほぼ損失なしで、光路中で後置されたマスクMの透過性マスク領域にのみ結像されるようにすることができる。光路中でマスクMに前置された光学系の瞳位置を、光路中でマスクMに後続する結像光学系AOの入射瞳に適合させるために、光路中でマスクMに前置された視野レンズFが使用され、結像光学系AOを通してマスクの像が結像面Aに結像され、結像面Aには通常、加工対象の基板が配置されている。
【００２０】
本発明に従って形成された光学モジュールは、均質な像平面Bの領域に取り付けることが好ましく、集光レンズKをさらに設けられた均質化ユニットHが、均質化して形成されるレーザ光線をこの像平面Bの領域に結像させる。
【００２１】
図2a及びbを参照して、光学モジュールを形成するための具体的な実施形態をより詳細に説明する。図2aでは、左側から来るレーザ光線Lが、第1のシリンダレンズアレイ1、第2のシリンダレンズアレイ2、及び二枚の結像レンズ3、4から組み立てられている、均質化ユニットHを通過すると仮定している。これら四つの光学構成要素1、2、3、4は、それ自体知られている従来の技術によるホモジナイザを構成する。以下の説明は、図2aにおける一点鎖線の円で囲まれている領域に対応する図2bに示されている詳細図に関するものである。ホモジナイザHは、均質化された像平面Bにレーザ光線Lを結像させることができる。光路中で像平面Bにすぐ後置されて、均質化されたレーザ光線の断面全体をさらに結像させることができるレンズ配列5が設けられている。示されている例示的実施形態では、レンズ配列5は4×4のレンズアレイからなり、レンズアレイの各レンズがそれぞれ長方形の入射開口を備えると仮定している。この4×4の長方形のレンズ配列は、均質化された光線の光線断面に適合する、対応する長方形の全体開口部を有する。したがって、レンズアレイ内の個々のレンズが隙間なく互いに隣接して配置されているため、均質化されたレーザ光線の光線断面全体が、4×4レンズ配列を通って、マスクMが配置されているマスク平面に結像される。個々のレンズの結像領域は、マスクMの透過性マスク領域と一致する。
【００２２】
マスク平面内の個々の焦点がそれぞれ同一の光強度で照射されるように、レンズ配列5内の全てのレンズが同一の断面を有することが好ましい。これにより、普通なら不透過性であるマスクの周囲に好ましくは点状開口部又は小さな長方形の開口部を備える規則的なマスクパターンを得ることができ、このマスクパターンは従来のマスク照射に比べて高い光強度を有し、本発明によれば、遮断するマスク領域による光線の損失がない。
【００２３】
レンズ配列5内の個々のレンズにおいて、長方形であって正方形ではない入射開口を使用すると、マスク平面内の照射パターンを、直交する二つの光線断面方向において異なる「ピッチ」でマスク上に生成することができ、これは様々な技術的利用分野において有利に利用することができる。
【００２４】
均質化された光線をマスク平面内の局所領域に選択的に結像させるためのさらなる可能な方策が図3に示されている。すなわち、まず、光線Lが、既に均質化された形で左からロッド状又は管状の構成6に当たると仮定する。この管状の構成は、例えば、その管内壁が反射コーティングを備えている中空管として形成されていると仮定する。管6の入射開口は、入射する均質化されたレーザ光線Lの断面に適合され、先と同様に内側が鏡面にされている。これは、図3に孔付き絞り構成61によって示されている。管6に沿って伝播するレーザ光線は、管の内壁での多重反射によってさらに均質化される。管6の出射開口は、複数の個別の出射開口部63を備える出射マスク62によって決定され、これら複数の個別の出射開口部63は、光路中で後置されているマスク(図3には図示せず)の透過性マスク領域に適合している。図3の詳細図は、管6の出射開口62における光線出射を明瞭に示し、多数の個別化された光線7の出射を示している。
【００２５】
図4では、一つの光学的中間結像ユニット8が光路中で管6の出射開口62に後置されており、この中間結像ユニット8を通って複数の個別の光線7が透過性マスク領域9に集束されて結像される。
【００２６】
ただし、図3に図示されているロッド状又は管状に形成された構成6が、既にそれ自体、入射するレーザ光線Lの均質化に使用することができるそれ自体知られているホモジナイザである。したがって、さらに図3の例示的実施形態を再度参照すると、まず始めに、左から入射するレーザ光線Lがまだ均質化を受けておらず、結像光学系10のみを通って、既に上述した管状又はロッド状のユニット6の入射開口61に結像される。入射開口及び出射開口61、62の内面と管6の内壁面は鏡面として形成されており、したがって、出射開口62の開口部63を通らなかった光線部分は、対応する出射開口部63を最終的に通るまで管状ユニット6内で反射される。管6内で反射された光線が入射面61の内側で再び反射される限り、光線は再び出射面62に到達し、一部は出射開口部63から出射することができる。したがって、このように変更されたホモジナイザは、さらなる光路のうちで、光路中に後置されたマスクMの透過性マスク領域と一致する領域に光線を通すことができる。
【符号の説明】
【００２７】
1  第1のシリンダレンズ配列
2  第2のシリンダレンズ配列
3、4  結像レンズ
5  レンズアレイ配列
6  ロッド状又は管状に形成されたホモジナイザ
61  入射開口
62  出射開口
63  出射開口の開口部
7  個別化された光線
8  後置された光学的結像ユニット
9  透過性マスク領域
10  結像光学系
M  マスク
B  均質化された像平面
H  ホモジナイザ
L  レーザ光線
T  テレスコープ配列
O  光学モジュール
AO  結像光学系
A  結像面
F  視野レンズ
K  集光レンズ
【図１】
0005416707.tif 000002
【図２】
0005416707.tif 000003
【図３】
0005416707.tif 000004
【図４】
0005416707.tif 000005