(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射される光に複数の角度をもたせて広げ分割するホログラムと、
前記ホログラムで分割された光を集光するレンズと、
前記レンズを透過した光が照射される被照射部とが順次配置され、
前記レンズは、前記ホログラムに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、
前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、
前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、
前記被照射部は、当該被照射部における前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉより増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の距離Δａだけ前記位置Ｘから隔てて配置されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
光源と、
前記光源から出射される光の発散角を変換させる光発散角変換部と、
前記光源から出射される光に複数の角度をもたせて広げ分割するホログラムと、
前記ホログラムで分割された光を集光するレンズと、
前記レンズを透過した光が照射される被照射部とが順次配置され、
前記レンズは、前記ホログラムに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、
前記被照射部は、前記レンズに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、
前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、
前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、
前記光発散角変換部の発散角は、前記被照射部における前記均一領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉよりも増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の角度であることを特徴とする光照射装置。
【請求項３】
光源と、
前記光源から出射される光に複数の角度をもたせて広げ分割するホログラムと、
前記ホログラムで分割された光を集光するレンズと、
前記レンズを透過した光が照射される被照射部とが順次配置され、
前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、
前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、
前記被照射部は、当該被照射部における前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉより増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の距離Δａだけ前記位置Ｘから隔てて配置され、
前記レンズは、前記ホログラムに対して前記焦点距離ｆを隔てた位置から前記位置Ｘでのビーム位置が拡大する方向にずらして配置されていることを特徴とする光照射装置。
【請求項４】
ホログラムの材質は、合成石英またはセレン化亜鉛であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項５】
光源は、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡＧレーザの高調波、ＹＬＦレーザの高調波のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光照射装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光照射装置の被照射部が、部分的に光を透過させるパターンを備えたものであって、前記パターンを転写する転写レンズと、前記パターンが転写加工される被加工部材を配置し支持する支持部とを備えたことを特徴とする転写加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザなどの単色光を照射する光照射装置に関するもので、特に均一な強度で光を照射する光照射装置に関するものである。また、前記均一な強度で光が照射される被照射部が、パターンを有するマスクであって、フィルムなどに微細パターンを転写する転写加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子デバイスなどの製造において、材料に光を照射し、光を熱に変換させて、上記材料の改質を行ういわゆる光アニール法や、所望のパターンを設けたマスクに光を透過させ、転写レンズを用いて、フィルムなどの被加工部材にパターンを転写して、微細除去などの加工を行う方法が用いられている。この方法では光を照射する被照射部、あるいはパターンマスクが配置される位置で、均一な光強度分布をもつ必要がある。例えば図１１は、「光・量子デバイス研究会資料（電気学会）」ＯＱＤ−９７−３０（１９９７）Ｐ２３に開示された従来の均一な強度で光を照射する転写加工装置である。図において、1は光源から出射される光ビーム、２は、光ビーム１の角度を変え複数の光ビームに分割するホログラム、３は集光レンズ、４はパターンマスク、５はマスク４のパターン像を転写する転写レンズ、６は被加工部材である。この装置では、パターンマスク４上に均一な強度で光ビームを照射するため、ホログラム２とパターンマスク４との間に集光レンズ３を配置し、ホログラム２と集光レンズ３との間の距離、集光レンズ３とパターンマスク４との間の距離を、いずれも集光レンズ３の焦点距離ｆ（＝１８０ｍｍ）としている。また通常の転写加工では、パターンマスク４のパターンが被加工部材６に高精度に転写されるように、パターンマスク４と転写レンズ５と被加工部材６とは、光学原理に基づいた転写レンズ５の焦点距離と転写倍率で決定される位置に配置される。
【０００３】
図１２は、ホログラム２と集光レンズ３を用いて、被照射部、あるいはパターンマスク４の位置で均一な光強度分布を得る原理を模式的に示した説明図で、図において、１は光ビーム、２はホログラム、３は集光レンズ、４は被照射部である。通常光源から出射された光ビーム1は、強度が不均一ないわゆるガウシアン分布１４をもつ。この光ビーム１は、ホログラム2によって複数の任意の角度をもって広がる光ビーム７に分割される。分割された光ビーム７は焦点距離ｆだけ離された集光レンズ3によって再び集光され、集光レンズ３から焦点距離ｆだけ離された被照射部４の位置で重なり合い、結果として均一な強度分布をもつ光ビーム９となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記分割された光ビーム７は、主に光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分と、種々の角度に変換された１次光成分からなり、従来の光照射装置、あるいは転写加工装置では、ホログラム設計、あるいは加工が精密でない場合、位相誤差が生じて０次光成分が強く発生する場合があった。図１３は、従来の光照射装置において、０次光成分と1次光成分を信号光とした場合に０次光が過剰に発生する状態を示した説明図であり、１は光ビーム、２は位相誤差をもつホログラム、３は集光レンズ、４は被照射部、１０ａは信号成分以外の０次光成分、１６は１次光成分（実際には高次の光も含まれる）で、ホログラム２と集光レンズ３との間の距離Ｌ１、集光レンズ３と被照射部４との間の距離Ｌ２は、いずれも集光レンズ３の焦点距離ｆとしている。この場合、光ビーム１はホログラム2によって、複数の任意の角度をもって広がる光ビーム７に分割されるが、ホログラム２のわずかな誤差により、光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分が光軸近傍に強く発生する。さらに、分割された光ビーム７は焦点距離ｆだけ離された集光レンズ3によって集光され、集光レンズ３から焦点距離ｆだけ離された被照射部４の位置で重なり合うが、０次光成分を多く含んだ状態となり、結果として光軸近傍に強度の高い成分をもつ不均一な強度分布をもつ光ビーム９となる。
【０００５】
また、このような不具合のもととなる０次光を用いずに、１次光のみで均一ビームを形成するホログラム設計方法も用いられるが、同様にわずかな設計誤差や加工誤差により、図１４に示すように、光軸上に信号成分以外の０次光成分１０ａを有する不均一な強度分布をもつ光ビーム９となることが避けられない。
【０００６】
このような不均一な強度分布をもつ光ビームを用いて、電子デバイスのアニール加工を行った場合、均一な材料特性が得られなかったり、強度の高い部分が照射された箇所を破壊してしまうという問題があった。また、被照射部４の位置にパターンマスクを配置し、転写加工によりフィルムなどに微細除去加工を行う場合には、強度の高い部分が転写された箇所の寸法が大きくなり、所望の加工精度が得られないという問題があった。また強度が高すぎた場合には、パターンマスクや被加工部材を破壊してしまうという問題もあった。
【０００７】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ホログラムでビームを分割し、被照射部、またはパターンマスク上で重畳して光強度を均一化する際に、０次光成分が強く発生し不均一な光強度分布となることを防止し、高品質、高精度な加工が達成できる光照射装置、および転写加工装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光照射装置は、光源と、前記光源から出射される光に複数の角度をもたせて広げ分割するホログラムと、前記ホログラムで分割された光を集光するレンズと、前記レンズを透過した光が照射される被照射部とを順次配置し、前記レンズは、前記ホログラムに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、前記被照射部は、当該被照射部における前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉより増大した光強度をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の距離Δａだけ前記位置Ｘから隔てて配置したものである。
【０００９】
この発明に係る光照射装置は、光源と、前記光源から出射される光の発散角を変換させる光発散角変換部と、前記光源から出射される光に複数の角度をもたせて広げ分割するホログラムと、前記ホログラムで分割された光を集光するレンズと、前記レンズを透過した光が照射される被照射部とが順次配置され、前記レンズは、前記ホログラムに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、前記被照射部は、前記レンズに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、前記光発散角変換部の発散角は、前記被照射部における前記均一領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉよりも増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が所定値以下となる最小の角度としたものである。
【００１０】
この発明に係る光照射装置は、光源と、前記光源から出射される光に複数の角度をもたせて広げ分割するホログラムと、前記ホログラムで分割された光を集光するレンズと、前記レンズを透過した光が照射される被照射部とが順次配置され、前記レンズは、前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、前記被照射部は、当該被照射部における前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉより増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の距離Δａだけ前記位置Ｘから隔てて配置され、前記レンズは、前記ホログラムに対して前記焦点距離ｆを隔てた位置から前記位置Ｘでのビーム位置が拡大する方向にずらして配置されたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１における光照射装置を示す構成図であり、図において1は光ビーム、2は光ビーム１を複数に分割するホログラム、３は集光レンズ、４は被照射部、７は分割された光ビーム、１０は０次光成分で、ホログラム２と集光レンズ３との距離Ｌ１は集光レンズ３の焦点距離ｆとし、集光レンズ３と被照射部４との距離Ｌ２は集光レンズ３の焦点距離ｆからΔａずらした位置に配置している。
【００１２】
この光照射装置では、例えば集光レンズ３に入射する光ビームの直径をＤ、集光レンズ３から焦点距離ｆ離された位置での光ビームの直径をｄとすると、被照射部４における光ビームの直径ｄｍは、
ｄｍ＝ｄ  ＋Ｄ×|ｆ−Ｌ２|／ｆ      ・・・（１）
で表されるため、例えばＤ＝５ｍｍ、ｆ＝１８０ｍｍ、ｄ＝１００μｍの場合、被照射部４をずらす距離Δａを１５ｍｍ（Ｌ２＝１６５、あるいは１９５ｍｍ）とすると、被照射部４における光ビームの直径ｄｍは、５１７μｍとなり、ずらさない（Δａ＝０）の場合の約５倍となる。次に、本実施の形態において、被照射部４で光ビーム径を広げた場合の作用を図と数式を用いて説明する。図２は本実施の形態の光照射装置における被照射部４の位置の光強度分布を模式的に示した説明図で、Ｄｘは被照射部４の横方向（以下ｘ方向と表現する）における分割された光ビーム７の重ね合わせ間隔（分割ビームの中心間距離）、σｘは分割された光ビーム７の半径（トータル強度の１／ｅ2の位置をとる）、Ｎｘはｘ方向において重ね合わされたビームの数、Iは分割ビームを重ね合わせたトータル強度、ΔIは信号成分以外の０次光成分により大きくなった光強度である。また、ホログラムによって発生する信号光に対する信号成分以外の０次光成分の割合をＴ０とすると、分割ビームの重ね合わせ強度Ｉに対する信号成分以外の０次光成分により高くなった光強度ΔＩの割合ΔＩ／Ｉは次式（２）で表わされる。
【００１３】
【数２】
0004003356.tif 000002
【００１４】
ここで、Ｄｘ、Ｄｙは、ｘ方向、被照射部４の縦方向（以下ｙ方向と表現する）における分割ビーム７の重ね合わせ間隔、Ｎｘ、Ｎｙは、ｘ方向、ｙ方向における重ね合わされたビームの数、σｘ、σｙは、被照射部部におけるｘ方向、ｙ方向の分割ビームの半径である。例えば、Ｔ０＝０．００１、Ｄｘ、Ｄｙ＝５０μｍ、Ｎｘ、Ｎｙ＝５０の場合、本実施の形態において、被照射部４において分割されたビーム７の直径ｄｍは５１７μｍ（σｘ、σｙ＝２５８．５μｍ）と約５倍に広げられているため、上記式（２）より、ΔI／Ｉは約０．０３と極めて小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもつことができることがわかる。これに比し従来の装置ではＬ２＝ｆとなっているため、ｄｍ＝１００μｍ（σｘ、σｙ＝５０μｍ）となり、ΔI／Ｉは０．８と大きな値となる（均一領域の強度の１．８倍ものピークが生じる）。
【００１５】
また、図３は、本実施の形態において、ΔＩ／ＩとΔａの関係を示した特性図で、ｄ＝１００μｍの場合に、レンズの焦点距離ｆを変えて関係を示したものである。図より、集光レンズ３と被照射部４との距離Ｌ２において、集光レンズ３の焦点距離ｆからずらす距離Δａを大きくすれば、分割ビームの重ね合わせ強度Ｉに対する信号成分以外の０次光成分により高くなった光強度ΔＩの割合ΔＩ／Ｉを小さくすることができることがわかる。ΔＩ／Ｉを０．１以下程度にすれば、おおよそ目的の加工が達成できることから、例えばｆが２００ｍｍの場合では、Δａを８ｍｍ程度、つまりＬ２を１９２ｍｍ、あるいは２０８ｍｍ程度にすればよい。
【００１６】
また、図４は、本実施の形態において、ΔＩ／ＩとΔａの関係を示した特性図で、ｆ＝１８０ｍｍの場合に、焦点距離位置での光ビームの直径をｄを変えて関係を示したものである。図より、上記と同様にΔａを大きくすれば、ΔＩ／Ｉを小さくすることができることがわかる。ΔＩ／Ｉを０．１以下程度にするには、、例えばｄが１００μｍの場合では、Δａを７ｍｍ程度、つまりＬ２を１９３ｍｍ、あるいは２０７ｍｍ程度にすればよい。
【００１７】
したがって、本発明の光照射装置では、ΔＩ／Ｉを０．１程度以下にした均一な強度分布で被加工部材に光を照射できるため、均一な材料特性を得ることができ、強度の高い部分が照射された箇所を破壊してしまうという問題も解決できる。
【００１８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、レンズ３と被照射部４との間の距離Ｌ２を数式を用いて規定する例を示したが、本実施の形態では、被照射部４における光強度を測定して、Ｌ２を規定する例について説明する。
【００１９】
本実施の形態において、まずレンズ３と被照射部４との間の距離を、信号成分以外の０次光成分により均一な強度分布が得られないレンズの焦点距離ｆとする。次に被照射部４の位置に光強度分布測定装置を設置し、被照射部４の位置における光強度分布９を測定する。このときの信号光による分割ビームの重ね合わせ強度Ｉfと、信号成分以外の０次光成分により増大した光強度をΔＩfとで表されるΔＩf／Ｉfの値を記憶する。そして、分割ビームの重ね合わせ強度Ｉと、０次光成分により増大した光強度をΔＩとで表されるΔＩ／Ｉの値をモニタしながら、少しずつ光強度分布測定装置をレンズから離れる方向に移動させ、ΔＩ／Ｉが上記ΔＩf／Ｉfの半分になった位置から距離Ｌ２を規定（ΔＩ／Ｉ＝ΔＩL／ＩL）し、被加工部材を被照射部４に設置した。このように距離Ｌ２を規定した光照射装置で、アニール処理を行ったところ、ほぼ均一な材料特性が得られることが確認できた。また、さらにＬ２を大きくしていくと、ΔＩ／Ｉはさらに小さくなり、より均一な光強度分布９が得られることがわかった。
【００２０】
本実施の形態では、被照射部４の位置をレンズ３から離す例を示したが、上記実施の形態１で説明したように、被照射部４の位置をレンズ３に近づける方向で上記ΔＩ／Ｉを測定し、距離Ｌ２を規定してもよい。
【００２１】
実施の形態３．
上記実施の形態１および２では、被照射部４における分割ビーム径を大きくし、０次光のピークを抑制する例を示したが、同時に重ね合わせビーム９の端部のダレが大きくなり均一部領域が減少する場合がある。本実施の形態では、さらに均一部領域を広げた例について説明する。
【００２２】
図５は、本実施の形態における光照射装置を示す構成図で、ホログラム２により分割されたビーム７の角度と、被照射部４におけるビーム位置を示す説明図である。図において、２はホログラム、３は集光レンズ、４は被照射部で、Ｘｈ’はホログラム２で広げられた分割ビームの角度、Ｘｍ’はビームが被照射部４に入射する角度、Ｘｍはビームが被照射部４に照射される位置で、光軸中心からの距離を示す。ここで、上記変数は、ホログラム2と集光レンズ3との間の距離Ｌ１、集光レンズ３と被照射部４との間の距離Ｌ２を用いて次式（３）で表される。
【００２３】
【数３】
0004003356.tif 000003
【００２４】
図６は、集光レンズの焦点距離ｆを１８０ｍｍとした場合に、上記式（３）より求めた被照射部におけるビーム位置の拡大率と集光レンズと被照射部との間の距離の関係を示した特性図である。図より、例えば上記実施の形態１と同様に、Ｌ２を集光レンズ３の焦点距離ｆ（＝１８０ｍｍ）から１５ｍｍ増じた１９５ｍｍとしたとき、同時にＬ１を例えばｆ（＝１８０ｍｍ）から６０ｍｍ減じた１２０ｍｍにすると、被照射部４におけるビーム位置の拡大率は約１．０３となり、重ね合わせビーム９を広げることができる。また同様に、Ｌ２を集光レンズ３の焦点距離ｆ（＝１８０ｍｍ）から１５ｍｍ減じた１６５ｍｍとしたとき、同時にＬ１を例えばｆ（＝１８０ｍｍ）から６０ｍｍ増じた２４０ｍｍにすると、被照射部４におけるビーム位置の拡大率は約１．０３となり、重ね合わせビーム９を広げることができる。さらに重ね合わせビーム９を広げる必要がある場合はＬ２を大きく（|ｆ−Ｌ２|を大きく）して、上記実施の形態１で述べた方法で分割ビーム７のスポット径を大きくし、これにあわせてＬ１を決めればよく、例えばＬ１＝１２０ｍｍ、Ｌ２＝２５０ｍｍとすると被照射部４におけるビーム位置は１．１５倍になる。Ｌ２を大きくすると端部のダレは大きくなるため、照射条件によって、Ｌ１、Ｌ２を決定することが好ましい。
【００２５】
実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４における光照射装置を示す構成図であり、図において、１は光ビーム、２は光ビーム１を複数に分割するホログラム、３は集光レンズ、４は被照射部、１２は光源から出射される光の発散角を変換させる光発散角変換部で、ホログラム２と集光レンズ３との間の距離Ｌ１、および集光レンズ３と被照射部４との間の距離Ｌ２は、集光レンズ３の焦点距離ｆと等しくしている。
【００２６】
この光照射装置において、例えば光発散角変換部１２に凸レンズを使用した場合、光ビーム１はホログラム２の手前で集光する方向に発散角が変えられ、さらに集光レンズ３で集光され、被照射部４手前で焦点を結ぶため、被照射部４において分割されたビーム７のスポット径は広げられる。したがって、上記実施の形態1と同様に、ΔI／Ｉは極めて小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもつことができる。
【００２７】
また、本実施の形態では光発散角変換部１２に凸レンズを用いた例を示したが、図８に示すように凹レンズを用いた場合においても、光ビーム１はホログラム２の手前で発散する方向に発散角が変えられ、集光レンズ３で集光されるが、被照射部４は焦点位置の手前であるため、被照射部４において分割されたビーム７の径は広げられる。したがって、上記実施の形態1と同様に、ΔI／Ｉは極めて小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもつことができる。
【００２８】
なお、本実施の形態において、光発散角変換部１２に用いたレンズの焦点距離は特に規定するものではないが、焦点距離の絶対値が光発散角変換部１２と集光レンズ３との間の距離より長くすることが好ましい。
【００２９】
実施の形態５.
図９は、本発明の実施の形態５における光照射装置を示す構成図であり、図において、３は集光レンズ、４は被照射部、７はホログラム（図示せず）で分割された光ビーム、１３は光遮蔽部である。
【００３０】
この光照射装置では、例えば光ビームを透過する合成石英板に部分的に径５００μｍ程度の光遮蔽部１３を形成し、例えば０次光の発生しやすい光軸上に光遮蔽部１３が配置されるように設置する。この光遮蔽部１３により０次光は遮られるが、光遮蔽部１３のサイズが小さいため他の角度成分に補われ、被照射部４では、過剰な０次光成分を除いたほぼ均一な強度分布が得られる。
【００３１】
尚、光遮蔽部１３のサイズは、信号成分以外の０次光成分が大きい場合には大きくできるものであれば好ましい。
【００３２】
また、本実施の形態において、光遮蔽部１３は光ビームを遮断するものを示したが、光を反射、または減衰させて、一部を透過するものであってもよい。
【００３３】
実施の形態６.
上記実施の形態１ないし５で説明した本発明の光照射装置における光源は、例えば、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザがある。これらのレーザは波長が比較的短いため、光子エネルギーが高く、材料の改質加工に適している。また集光しやすく微細加工にも適している。上記レーザでは例えばレーザを透過する合成石英を用いて、上記ホログラム２、集光レンズ３を製造すればよい。また、波長９．３〜１０．６μｍのＣＯ２レーザは、高分子材料やセラミック材料に高い吸収をもつため、加工に適している。上記レーザでは、例えばレーザを透過するＺｎＳｅを用いて、上記ホログラム２、集光レンズ３を製造すればよい。また、波長１．０４〜１．０６μｍのＹＬＦレーザ、ＹＡＧレーザは集光性に優れるとともに波長変換素子などで高調波、すなわち種々の波長をとりだしやすいため実用性に優れている。上記レーザでは例えばレーザを透過する合成石英を用いて、上記ホログラム２、集光レンズ３を製造すればよい。
【００３４】
実施の形態７.
図１０は、本発明の実施の形態７における転写加工装置を示す構成図であり、図において、１１は光源、１は光ビーム、２は光ビーム１を複数に分割するホログラム、３は集光レンズ、４はパターンマスク、５は転写レンズ、６は被加工部材、１５は被加工部材を支持する支持部である。
【００３５】
この転写加工装置では、ホログラム２と集光レンズ３との距離Ｌ１は集光レンズ３の焦点距離ｆとし、集光レンズ３と被照射部４との距離Ｌ２は集光レンズ３の焦点距離ｆからΔａずらした位置に配置しているので、上記実施の形態１と同様にパターンマスク４の位置で、均一な強度分布が得られる。さらに、このパターンマスク４上の光学像が、転写レンズ５によって、所望の倍率で、被加工部材６に転写されるため、支持部１５で支持される被加工部材６表面に照射される光ビームも均一な強度分布をもち、所望の加工精度が得られる。また強度が高すぎることもないため、パターンマスクや被加工部材を破壊してしまうという問題も解消される。
【００３６】
また、本実施の形態では、特にホログラム２と集光レンズ３との距離Ｌ１は集光レンズ３の焦点距離ｆとし、集光レンズ３と被照射部４との距離Ｌ２は集光レンズ３の焦点距離ｆからΔａずらした位置に配置した転写加工装置の例を示したが、上記実施の形態３で説明した光照射装置の被照射部の位置にパターンマスク４を配置し、転写レンズ５、被加工部材６を支持する支持部１５を備えても同様の効果がある。また、上記実施の形態４で説明した光発散角変換部１２を設けたもの、上記実施の形態５で説明した光遮蔽部１３を設けたものであっても同様の効果がある。
【００３７】
尚、上記実施の形態１ないし５、および７において、光源１１はレーザを用いた例を示したが、ランプ光源からフィルタなどを用いて単色光としたものであってもよい。
【００３８】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３９】
光源と、ホログラムと、レンズと、被照射部とを備え、前記レンズを前記ホログラムと前記被照射部との間に、前記レンズの焦点距離と異なる距離を隔てて配置させたので、被照射部における分割ビーム径を大きくすることができ、被照射部における分割ビームの重ね合わせ強度Ｉに対する信号成分以外の０次光成分により高くなった光強度ΔＩの割合ΔＩ／Ｉを、小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもたせることができる。したがって、この均一な強度分布の光を被加工部材に照射することによって、均一な材料特性を得ることができ、強度の高い部分が照射された箇所を破壊してしまうという問題も解消できる効果がある。
【００４０】
また、ΔＩ／Ｉが０．１程度以下になるように、レンズと被照射部との間を距離Ｌ２隔てて配置したので、目的の加工が達成できる。
【００４１】
また、レンズと被照射部との間の距離がＬ２のときの、被照射部における信号光による分割ビームの重ね合わせ強度ＩL、信号成分以外の０次光成分により増大した光強度がΔＩLとで表されるΔＩL／ＩLの値を、レンズと被照射部との間の距離をレンズの焦点距離にしたときの被照射部における信号光による分割ビームの重ね合わせ強度Ｉfと、信号成分以外の０次光成分により増大した光強度をΔＩfとで表されるΔＩf／Ｉfの値の１／２以下になるように、レンズと被照射部との間を距離Ｌ２隔てて配置したので、目的の加工が達成できる。
【００４２】
また、光源とホログラムとの間に、光源から出射される光の発散角を変換させる光発散角変換部を備えることにより、被照射部における分割ビーム径を大きくすることができ、ΔI／Ｉを小さな値にでき、信号成分以外の０次光成分による強度の高い部分を効果的に下げることができる。
【００４３】
また、レンズと被照射部との間に、光遮蔽部を備えたため、過剰な０次光成分を除くことができ、被照射部においてほぼ均一な強度分布を得ることができる。
【００４４】
また、光源を、エキシマレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＡＧレーザの高調波、ＹＬＦレーザ、ＹＬＦレーザの高調波のいずれかにすることにより、ホログラム、および集光レンズで所望の均一な強度分布が形成でき、高精度な加工が達成できる。
【００４５】
また、被照射部を、部分的に光を透過させるパターンを備えたパターンマスクとし、前記パターンを転写加工する転写レンズと、被加工部材を配置し支持する支持部とを備えることにより、パターンマスク上で均一な強度分布を得ることができ、これを被加工部材に転写することによって、高精度な微細加工を達成できる効果がある。また、強度が高すぎて、パターンマスクや被加工部材を破壊してしまうという問題も解消され、メンテナンス性に優れた転写加工装置を得ることができ、加工歩留まりも向上できるという効果がある。
【００４６】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
光源と、ホログラムと、レンズと、被照射部とを備え、前記レンズは、前記ホログラムに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、前記被照射部は、当該被照射部における前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉより増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の距離Δａだけ前記位置Ｘから隔てて配置させたので、被照射部における分割ビーム径を大きくすることができ、被照射部におけるΔＩ／Ｉを、小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもたせることができる。したがって、この均一な強度分布の光を被加工部材に照射することによって、均一な材料特性を得ることができ、強度の高い部分が照射された箇所を破壊してしまうという問題も解消できる効果がある。
【００４７】
光源と、光発散角変換部と、ホログラムと、レンズと、被照射部とを備え、前記レンズは、前記ホログラムに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、前記被照射部は、前記レンズに対して前記レンズの焦点距離ｆを隔てて配置され、前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を前記均一領域の重ね合わせ強度より増大させ、前記光発散角変換部の発散角は、前記被照射部における前記均一領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉよりも増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の角度としたので、被照射部における分割ビーム径を大きくすることができ、被照射部におけるΔＩ／Ｉを、小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもたせることができる。したがって、この均一な強度分布の光を被加工部材に照射することによって、均一な材料特性を得ることができ、強度の高い部分が照射された箇所を破壊してしまうという問題も解消できる効果がある。
【００４８】
光源と、ホログラムと、レンズと、被照射部とを備え、前記レンズは、前記ホログラムによって分割された光ビームは、前記レンズから前記焦点距離ｆ離れた位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な均一領域を有し、前記光ビームの中で前記光源から出射される光の光軸上を進む０次光成分は、前記位置Ｘでの前記光ビームの重ね合わせ強度を増大させ、前記被照射部は、当該被照射部における前記光ビームの重ね合わせ強度が均一な領域の前記重ね合わせ強度をＩ、前記０次光成分により前記Ｉより増大した光強度の最大値をΔＩとしたときのΔＩ／Ｉの比が０．１以下となる最小の距離Δａだけ前記位置Ｘから隔てて配置され、前記レンズは、前記ホログラムに対して前記焦点距離ｆを隔てた位置から前記位置Ｘでのビーム位置が拡大する方向にずらして配置されたので、被照射部における分割ビーム径を大きくすることができ、被照射部におけるΔＩ／Ｉを、小さな値にでき、ほぼ均一な強度分布をもたせることができる。したがって、この均一な強度分布の光を被加工部材に照射することによって、均一な材料特性を得ることができ、強度の高い部分が照射された箇所を破壊してしまうという問題も解消できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示す光照射装置の構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における被照射部の位置の光強度分布を模式的に示す説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態１におけるΔＩ／ＩとΔａの関係を示した特性図である。
【図４】  この発明の実施の形態１におけるΔＩ／ＩとΔａの関係を示した特性図である。
【図５】  この発明の実施の形態３を示す光照射装置の構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態３における被照射部のビーム位置の拡大率と集光レンズと被照射部間の距離の関係を示す特性図である。
【図７】  この発明の実施の形態４を示す光照射装置の構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態４を示す光照射装置の構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態５を示す光照射装置の構成図である。
【図１０】  この発明の実施の形態７を示す転写加工装置の構成図である。
【図１１】  従来の転写加工装置を示す構成図である。
【図１２】  従来の転写加工装置で均一な光強度分布を得る原理を模式的に示した説明図である。
【図１３】  従来の光照射装置で０次光成分が強く発生する状態を模式的に示した説明図である。
【図１４】  従来の光照射装置で０次光成分が強く発生する状態を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１  光ビーム、２  ホログラム、３  集光レンズ、４  被照射部、パターンマスク、５  転写レンズ、６  被加工部材、７  分割された光ビーム、９  被照射部の光強度分布、１０  ０次光成分、１０ａ  信号成分以外の０次光成分、１１  光源、１２  光発散角変換部、１３  光遮蔽部、１４  ガウシアン分布、１５  支持部、１６  １次光成分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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