特許 6383166 光照射装置および描画装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6383166

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】光照射装置および描画装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/48 20060101AFI20180820BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/48

   G03F7/20 505

【請求項の数】7

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-69134(P2014-69134)

(22)【出願日】2014年3月28日

(65)【公開番号】特開2015-192080(P2015-192080A)

(43)【公開日】2015年11月2日

【審査請求日】2016年12月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】古谷 祥雄

(72)【発明者】

【氏名】小久保 正彦

(72)【発明者】

【氏名】北村 藤和

(72)【発明者】

【氏名】笹田 正樹

【審査官】 田口 孝明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０４９６５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５３７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２１８０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４２２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０３９８７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０６２７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１６９８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１２７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８１４９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

ＩＰＣ Ｈ０１Ｌ ２１／０２７、

Ｇ０３Ｆ ７／２０−７／２４、

９／００−９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光照射装置であって、
一の面上に配列された複数の光源部を有し、前記複数の光源部が前記面に沿って異なる方向から所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、
前記所定位置に配置され、前記光源ユニットからの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、
前記光軸に垂直かつ前記面に沿う配列方向に配列された複数のレンズを有し、前記複数の光源部から入射する光を前記複数の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るとともに互いに異なる光路長を有する複数の透光部を有し、前記複数のレンズを通過した複数の光束が前記複数の透光部にそれぞれ入射する光路長差生成部と、
前記レーザ光の経路において前記光路長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透光部からの前記複数の光束の照射領域を重ねる集光レンズ部と、
を備え、
前記分割レンズ部と前記光路長差生成部とが互いに近接して配置され、
前記複数の光源部に含まれる複数の光源の像が、前記複数のレンズのそれぞれにおける出射面の近傍に形成され、
前記複数のレンズからの前記複数の光束が、前記配列方向に発散しつつ前記複数の透光部に入射し、
前記配列方向に関して、前記複数の透光部のそれぞれの出射面から出射される光束の幅が、前記複数の透光部のピッチよりも小さく、
前記複数の透光部のうち、前記光軸の方向の長さが最も大きい透光部の前記出射面上における光束の前記配列方向の幅をｗ_ｓ、
前記複数の透光部のそれぞれの前記出射面上における有効領域の前記配列方向の幅をｐ'、
前記複数のレンズのそれぞれの前記出射面上における光束の前記配列方向の幅をｗ_ｈ、
前記複数のレンズのそれぞれの２つのレンズ面の焦点距離をｆ_ｈ、
前記複数の光源部のうち前記分割レンズ部へのレーザ光の入射角が最大となる光源部から前記複数のレンズのそれぞれに入射する光の入射角をθ_ｉ、
前記複数のレンズのそれぞれの前記出射面と前記複数の透光部のそれぞれの入射面との間の間隙の幅をｄ_ｓ、
前記複数の透光部のうち前記光軸の方向の長さが最も大きい透光部の長さをｔ_ｓ、
前記複数のレンズのそれぞれの前記出射面上の集光点を通過する光の発散の半角をθ_ｄ、
前記光路長差生成部の内部における前記光の発散の半角をθ'_ｄ、
前記複数の透光部の前記ピッチをｐ、
前記複数の透光部のそれぞれの前記出射面において、各エッジおよびその近傍に存在する非有効領域の前記配列方向の幅をｐ_ｏとして、
ｗ_ｓ≦ｐ'（ただし、ｗ_ｈ＝２ｆ_ｈ・ｔａｎθ_ｉ、ｗ_ｓ＝ｗ_ｈ＋２（ｄ_ｓ・ｔａｎθ_ｄ＋ｔ_ｓ・ｔａｎθ'_ｄ）かつｐ'＝ｐ−２ｐ_ｏ）
が満たされることを特徴とする光照射装置。

【請求項2】

光照射装置であって、
一の面上に配列された複数の光源部を有し、前記複数の光源部が前記面に沿って異なる方向から所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、
前記所定位置に配置され、前記光源ユニットからの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、
前記光軸に垂直かつ前記面に沿う方向に配列された複数のレンズを有し、前記複数の光源部から入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、
前記光軸に垂直な方向に配列されるとともに互いに異なる光路長を有する複数の透光部を有し、前記複数のレンズを通過した光が前記複数の透光部にそれぞれ入射する光路長差生成部と、
前記分割レンズ部と前記光路長差生成部との間に配置されるとともに、拡大光学系を構成する中間変倍部と、
前記レーザ光の経路において前記光路長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透光部からの光の照射領域を重ねる集光レンズ部と、
を備えることを特徴とする光照射装置。

【請求項3】

請求項２に記載の光照射装置であって、
前記中間変倍部が両側テレセントリック光学系を構成することを特徴とする光照射装置。

【請求項4】

請求項３に記載の光照射装置であって、
前記中間変倍部が、前記複数の透光部の内部または近傍に前記複数のレンズの出射面の像を形成することを特徴とする光照射装置。

【請求項5】

光照射装置であって、
一の面上に配列された複数の光源部を有し、前記複数の光源部が前記面に沿って異なる方向から所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、
前記所定位置に配置され、前記光源ユニットからの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、
前記光軸に垂直かつ前記面に沿う方向に配列された複数のレンズを有し、前記複数の光源部から入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、
前記光軸に垂直な方向に配列されるとともに互いに異なる光路長を有する複数の透光部を有し、前記複数のレンズを通過した光が前記複数の透光部にそれぞれ入射する光路長差生成部と、
前記光路長差生成部を透過して前記複数の透光部の複数の出射面から出射される光を折り返し、前記複数の出射面にそれぞれ入射させる反射部と、
前記レーザ光の経路において前記光路長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透光部からの光の照射領域を重ねる集光レンズ部と、
を備えることを特徴とする光照射装置。

【請求項6】

請求項５に記載の光照射装置であって、
前記反射部が、前記複数の出射面から出射される光を、前記光の出射方向に平行に前記複数の出射面にそれぞれ入射させることを特徴とする光照射装置。

【請求項7】

描画装置であって、
請求項１ないし６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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光照射装置および描画装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、半導体レーザ等の光源から出射されるレーザ光を、所定の面上に均一に照射する技術が提案されている。例えば、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レンズにて分割し、複数のレンズからの光の照射領域を他のレンズにより照射面上にて重ねる光照射装置において、光源部とシリンドリカルレンズアレイとの間に光路長差生成部が設けられる。光路長差生成部には、当該レーザ光のコヒーレンス長（可干渉距離）よりも長い光路長差を互いに生じさせる複数の透光部が設けられ、複数の透光部を通過した光が複数のレンズにそれぞれ入射する。これにより、干渉縞の発生を防止して、照射面上に照射される光の強度分布の均一化が図られる（このような装置として、例えば、特許文献１ないし３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６１−１６９８１５号公報

【特許文献2】特開２００４−１２７５７号公報

【特許文献3】特開２００６−４９６５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記光照射装置における照射面に空間光変調器を配置し、空間変調された光を対象物に照射してパターンを描画する描画装置では、パターン描画の高速化を図るため、均一な強度分布を有する高強度の光を照射面に照射することが可能な光照射装置が求められている。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、均一な強度分布を有する高強度の光を照射面に照射することが可能な光照射装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に記載の発明は、光照射装置であって、一の面上に配列された複数の光源部を有し、前記複数の光源部が前記面に沿って異なる方向から所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、前記所定位置に配置され、前記光源ユニットからの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、前記光軸に垂直かつ前記面に沿う配列方向に配列された複数のレンズを有し、前記複数の光源部から入射する光を前記複数の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るとともに互いに異なる光路長を有する複数の透光部を有し、前記複数のレンズを通過した複数の光束が前記複数の透光部にそれぞれ入射する光路長差生成部と、前記レーザ光の経路において前記光路長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透光部からの前記複数の光束の照射領域を重ねる集光レンズ部とを備え、前記分割レンズ部と前記光路長差生成部とが互いに近接して配置され、前記複数の光源部に含まれる複数の光源の像が、前記複数のレンズのそれぞれにおける出射面の近傍に形成され、前記複数のレンズからの前記複数の光束が、前記配列方向に発散しつつ前記複数の透光部に入射し、前記配列方向に関して、前記複数の透光部のそれぞれの出射面から出射される光束の幅が、前記複数の透光部のピッチよりも小さく、前記複数の透光部のうち、前記光軸の方向の長さが最も大きい透光部の前記出射面上における光束の前記配列方向の幅をｗ_ｓ、前記複数の透光部のそれぞれの前記出射面上における有効領域の前記配列方向の幅をｐ'、前記複数のレンズのそれぞれの前記出射面上における光束の前記配列方向の幅をｗ_ｈ、前記複数のレンズのそれぞれの２つのレンズ面の焦点距離をｆ_ｈ、前記複数の光源部のうち前記分割レンズ部へのレーザ光の入射角が最大となる光源部から前記複数のレンズのそれぞれに入射する光の入射角をθ_ｉ、前記複数のレンズのそれぞれの前記出射面と前記複数の透光部のそれぞれの入射面との間の間隙の幅をｄ_ｓ、前記複数の透光部のうち前記光軸の方向の長さが最も大きい透光部の長さをｔ_ｓ、前記複数のレンズのそれぞれの前記出射面上の集光点を通過する光の発散の半角をθ_ｄ、前記光路長差生成部の内部における前記光の発散の半角をθ'_ｄ、前記複数の透光部の前記ピッチをｐ、前記複数の透光部のそれぞれの前記出射面において、各エッジおよびその近傍に存在する非有効領域の前記配列方向の幅をｐ_ｏとして、ｗ_ｓ≦ｐ'（ただし、ｗ_ｈ＝２ｆ_ｈ・ｔａｎθ_ｉ、ｗ_ｓ＝ｗ_ｈ＋２（ｄ_ｓ・ｔａｎθ_ｄ＋ｔ_ｓ・ｔａｎθ'_ｄ）かつｐ'＝ｐ−２ｐ_ｏ）が満たされる。

【0007】

請求項２に記載の発明は、光照射装置であって、一の面上に配列された複数の光源部を有し、前記複数の光源部が前記面に沿って異なる方向から所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、前記所定位置に配置され、前記光源ユニットからの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、前記光軸に垂直かつ前記面に沿う方向に配列された複数のレンズを有し、前記複数の光源部から入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、前記光軸に垂直な方向に配列されるとともに互いに異なる光路長を有する複数の透光部を有し、前記複数のレンズを通過した光が前記複数の透光部にそれぞれ入射する光路長差生成部と、前記分割レンズ部と前記光路長差生成部との間に配置されるとともに、拡大光学系を構成する中間変倍部と、前記レーザ光の経路において前記光路長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透光部からの光の照射領域を重ねる集光レンズ部とを備える。

【0008】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光照射装置であって、前記中間変倍部が両側テレセントリック光学系を構成する。

【0009】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光照射装置であって、前記中間変倍部が、前記複数の透光部の内部または近傍に前記複数のレンズの出射面の像を形成する。

【0010】

請求項５に記載の発明は、光照射装置であって、一の面上に配列された複数の光源部を有し、前記複数の光源部が前記面に沿って異なる方向から所定位置に向けてレーザ光を出射する光源ユニットと、前記所定位置に配置され、前記光源ユニットからの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、前記光軸に垂直かつ前記面に沿う方向に配列された複数のレンズを有し、前記複数の光源部から入射する光を前記複数のレンズにて分割する分割レンズ部と、前記光軸に垂直な方向に配列されるとともに互いに異なる光路長を有する複数の透光部を有し、前記複数のレンズを通過した光が前記複数の透光部にそれぞれ入射する光路長差生成部と、前記光路長差生成部を透過して前記複数の透光部の複数の出射面から出射される光を折り返し、前記複数の出射面にそれぞれ入射させる反射部と、前記レーザ光の経路において前記光路長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透光部からの光の照射領域を重ねる集光レンズ部とを備える。

【0011】

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光照射装置であって、前記反射部が、前記複数の出射面から出射される光を、前記光の出射方向に平行に前記複数の出射面にそれぞれ入射させる。

【0013】

請求項７に記載の発明は、描画装置であって、請求項１ないし６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。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、均一な強度分布を有する高強度の光を照射面に照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１の実施の形態に係る描画装置の構成を示す図である。

【図2】光照射装置の構成を示す図である。

【図3】光照射装置の構成を示す図である。

【図4】分割レンズ部および光路長差生成部の一部を示す図である。

【図5】照射面上における光の強度分布を示す図である。

【図6】光照射装置の他の例を示す図である。

【図7】光照射装置の他の例を示す図である。

【図8.A】照射面上における光の強度分布を示す図である。

【図8.B】光照射装置の他の例を示す図である。

【図9】第２の実施の形態に係る光照射装置の構成を示す図である。

【図10】第２の実施の形態に係る光照射装置の構成を示す図である。

【図11】分割レンズ部の近傍を示す図である。

【図12】光照射装置の他の例を示す図である。

【図13】光照射装置の他の例を示す図である。

【図14】光照射装置の他の例を示す図である。

【図15】光照射装置の他の例を示す図である。

【図16】光路長差生成部の他の例を示す図である。

【図17】光照射装置の他の例を示す図である。

【図18】光照射装置の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１は、本発明の第１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、感光材料が表面に付与された半導体基板やガラス基板等の基板９の表面に光ビームを照射してパターンを描画する直接描画装置である。描画装置１は、ステージ２１と、移動機構２２と、光照射装置３１と、空間光変調器３２と、投影光学系３３と、制御部１１とを備える。ステージ２１は基板９を保持し、移動機構２２は、ステージ２１を基板９の主面に沿って移動する。移動機構２２は、基板９を、主面に垂直な軸を中心として回動してもよい。

【0017】

光照射装置３１は、ミラー３９を介して空間光変調器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。

【0018】

投影光学系３３は、遮光板３３１と、レンズ３３２と、レンズ３３３と、絞り板３３４と、フォーカシングレンズ３３５とを備える。遮光板３３１は、ゴースト光および高次回折光の一部を遮蔽し、空間光変調器３２からの光を通過させる。レンズ３３２，３３３はズーム部を構成する。絞り板３３４は、（±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。絞り板３３４を通過した光は、フォーカシングレンズ３３５により基板９の主面上に導かれる。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により基板９上に導かれる。

【0019】

制御部１１は、光照射装置３１、空間光変調器３２および移動機構２２に接続され、これらの構成を制御する。描画装置１では、移動機構２２がステージ２１を移動することにより、空間光変調器３２からの光の基板９上における照射位置が移動する。また、制御部１１が、移動機構２２による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、基板９上の感光材料に所望のパターンが描画される。

【0020】

図２および図３は、光照射装置３１の構成を示す図である。図２および図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２は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図３は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。

【0021】

図２および図３に示す光照射装置３１は、光源ユニット４０と、照射光学系５とを備える。光源ユニット４０は、複数の光源部４を有し、各光源部４は、１つの光源４１と、１つのコリメータレンズ４２とを有する。複数の光源部４の光源４１は、ＺＸ平面に平行な面（以下、「光源配列面」という。）上において、およそＸ方向に配列される。各光源４１から出射されるレーザ光は、コリメータレンズ４２によりコリメートされて照射光学系５に入射する。光源ユニット４０では、光源部４から出射されるレーザ光の出射方向を調整する機構（図示省略）が設けられる。当該機構を調整することにより、複数の光源部４からのレーザ光が照射される照射光学系５上の分割レンズ部６２のＸ方向および照射面３２０のＹ方向の位置を一致させることが可能となる。このように、光源ユニット４０では、光源配列面上に配列された複数の光源部４により、光源配列面に沿う互いに異なる方向から照射光学系５上の同じ位置（後述の分割レンズ部６２）に向けてレーザ光が出射される。なお、光源ユニット４０では、複数の光源部４が図示省略の支持部材に取り付けられるため、複数の光源４１の冷却等を効率よく行うことができる。

【0022】

照射光学系５は、複数の光源部４によるレーザ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２および図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。既述のように、光照射装置３１からの光は、ミラー３９を介して空間光変調器３２に照射されるため、実際には、光照射装置３１はミラー３９を構成要素として含むが、図２および図３では、図示の便宜上、ミラー３９を省略している（以下同様）。

【0023】

照射光学系５は、光路長差生成部６１と、分割レンズ部６２と、集光レンズ部６３とを備える。照射光学系５では、光源ユニット４０から照射面３２０に向かって、分割レンズ部６２、光路長差生成部６１、集光レンズ部６３の順に、これらの構成が光軸Ｊ１に沿って配置される。複数の光源部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。

【0024】

図４は、分割レンズ部６２および光路長差生成部６１の一部を拡大して示す図である。分割レンズ部６２は、照射光学系５の光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源配列面に沿う方向（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。各要素レンズ６２０は、Ｙ方向に長いブロック状であり、（−Ｚ）側（光源ユニット４０側）に位置する側面である第１レンズ面６２１と、（＋Ｚ）側（光路長差生成部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（図３参照）。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。

【0025】

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。第１レンズ面６２１および第２レンズ面６２２の焦点距離をｆ_ｈ、要素レンズ６２０の屈折率をｎ_ｈとして、要素レンズ６２０のＺ方向の長さＬ_ｈは、（ｆ_ｈ・ｎ_ｈ）として表される。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。なお、集光による第２レンズ面６２２の損傷や劣化を避ける必要がある場合には、要素レンズ６２０のＺ方向の長さＬ_ｈが、（ｆ_ｈ・ｎ_ｈ）から僅かにずれた値であってもよい。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。

【0026】

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には各光源部４からの平行光が入射し、第２レンズ面６２２の近傍に複数の光源４１の像が形成される。これらの像は、要素レンズ６２０の配列方向に並ぶ。なお、図４では、１つの要素レンズ６２０に入射する光線のみを図示している。各光源部４から出射し複数の要素レンズ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、光路長差生成部６１に入射する。

【0027】

光路長差生成部６１は、光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源配列面に沿う方向（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部６１０を備える。図２の例では、光路長差生成部６１における透光部６１０の個数は、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数よりも１つだけ少ない。また、透光部６１０の配列ピッチは、要素レンズ６２０の配列ピッチと等しい。各透光部６１０は、（理想的には）Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に垂直な面を有するブロック状である。Ｘ方向に一列に並ぶ複数の透光部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に沿う方向の長さは互いに相違する。このように、複数の透光部６１０は互いに異なる光路長を有する。図２の光路長差生成部６１では、複数の透光部６１０のうち（＋Ｘ）側に位置する透光部６１０ほどＺ方向の長さが小さい。複数の透光部６１０の光軸Ｊ１方向の長さは、必ずしもＸ方向に沿って順次長くなる（または、短くなる）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、光路長差生成部６１における複数の透光部６１０は同じ材料にて、一繋がりの部材として形成される。光路長差生成部６１では、個別に形成された複数の透光部６１０が互いに接合されてもよい。

【0028】

分割レンズ部６２と光路長差生成部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、最も（＋Ｘ）側の要素レンズ６２０を除く複数の要素レンズ６２０と複数の透光部６１０とがそれぞれ同じ位置に配置される。したがって、これらの要素レンズ６２０を通過した複数の光束が、複数の透光部６１０にそれぞれ入射する。詳細には、図４に示すように、これらの要素レンズ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部６１０の（−Ｚ）側の面である入射面６１１に入射する。当該光束は、当該透光部６１０を透過して（＋Ｚ）側の面である出射面６１２から出射される。なお、最も（＋Ｘ）側の要素レンズ６２０を通過した光束は、いずれの透光部６１０も通過しない。

【0029】

実際には、分割レンズ部６２および光路長差生成部６１が後述する条件を満たすことにより、Ｘ方向に関して、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光束の幅が当該透光部６１０の幅、すなわち、透光部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部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。）に掛かることが防止または抑制される。なお、光路長差生成部６１では、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数と同じ個数の透光部６１０が設けられてもよい。この場合、複数（全て）の要素レンズ６２０を通過した光が、複数の透光部６１０にそれぞれ入射する。

【0030】

図２および図３に示すように、各透光部６１０を通過した光束は、集光レンズ部６３へと向かう。集光レンズ部６３は、２つのシリンドリカルレンズ６３２ａ，６３２ｂを有する。シリンドリカルレンズ６３２ａは、Ｘ方向のみにパワーを有し、その焦点距離ｆ_Ｃ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、シリンドリカルレンズ６３２ａ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、シリンドリカルレンズ６３２ａの焦点距離ｆ_Ｃだけ、シリンドリカルレンズ６３２ａ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、シリンドリカルレンズ６３２ａの後側焦点位置に配置される。シリンドリカルレンズ６３２ｂは、シリンドリカルレンズ６３２ａと照射面３２０との間に配置され、Ｙ方向のみにパワーを有する。シリンドリカルレンズ６３２ｂは、その焦点距離ｆ_Ｌだけ照射面３２０から（−Ｚ）側に離れた位置に配置される。

【0031】

図２に示すように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、シリンドリカルレンズ６３２ａ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、複数の透光部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２および図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。既述のように、複数の要素レンズ６２０から出射される複数の光束は、互いに異なる透光部６１０を通過しているため、分割レンズ部６２と照射面３２０との間において複数の光束に光路長差が生じる。したがって、複数の要素レンズ６２０にて分割された光の干渉により、照射面３２０において干渉縞が生じることが抑制（または防止）される。すなわち、図５の上段に示すように、照射面３２０上においてＸ方向における光の強度分布が均一となる。複数の透光部６１０のうちの２つの透光部６１０の各組合せでは、当該２つの透光部６１０を通過する光束の光路長の差が、光源部４から出射されるレーザ光の可干渉距離以上であることが好ましい。

【0032】

図３に示すようにＸ方向に沿って見た場合に、光源ユニット４０から分割レンズ部６２へと入射する光は、平行光のままで分割レンズ部６２、光路長差生成部６１およびシリンドリカルレンズ６３２ａを通過し、シリンドリカルレンズ６３２ｂへと導かれる。そして、シリンドリカルレンズ６３２ｂから出射される光は、照射面３２０上において集光する。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。以下同様。）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５の下段では、Ｙ方向におけるライン照明光の強度分布を示している。光照射装置３１では、２つのシリンドリカルレンズ６３２ａ，６３２ｂの機能が、１つの球面レンズにて実現されてよく、また、球面レンズおよびシリンドリカルレンズが組み合わされてもよい。

【0033】

以上に説明したように、図２の光照射装置３１では、複数の光源部４から分割レンズ部６２に向けてレーザ光が出射される。これにより、１つの光源部４のみが用いられる光照射装置に比べて、高強度のライン照明光を得ることができる。また、複数の光源部４からのレーザ光の位相は互いに相違するため、複数の透光部６１０により、複数の要素レンズ６２０を通過する複数の光束に光路長差を付与することと相俟って、照射面３２０におけるライン照明光の強度分布の均一性をさらに向上することができる。なお、光照射装置３１の設計によっては、照射面３２０をシリンドリカルレンズ６３２ａの後側焦点位置から僅かにずらす（デフォーカスさせる）ことにより、照射面３２０における干渉縞の明部の幅を広げて、ライン照明光におけるコントラストを低下させてもよい。

【0034】

ここで、照射面３２０において干渉縞が生じることをより確実に防止する条件について、図４を参照して説明する。光路長差生成部６１の屈折率をｎ_ｓ、Ｘ方向において互いに隣接する２つの透光部６１０のＺ方向の長さの差をｔ_ｓｏとすると、当該２つの透光部６１０における光路長差Δｚ_ｓは、数１にて表される。ただし、数１では、空気中の屈折率を１としている。

【0035】

（数１）
Δｚ_ｓ＝（ｎ_ｓ−１）・ｔ_ｓｏ

【0036】

光照射装置３１では、光路長差Δｚ_ｓが、光源部４から出射されるレーザ光の可干渉距離Ｌ_ｃ以上であることにより、すなわち、数２を満たすことにより、複数の要素レンズ６２０にて分割された光の干渉により、照射面３２０において干渉縞が生じることがより確実に防止される。

【0037】

（数２）
Ｌ_ｃ≦（ｎ_ｓ−１）・ｔ_ｓｏ

【0038】

なお、２つの透光部６１０の各組合せを通過する光の光路長の差が大きいほど可干渉性は低下するため、当該光路長の差が、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っても、比較的長い距離（例えば、可干渉距離の１／２以上）であれば、干渉縞の影響はある程度低減される。したがって、ライン照明光の強度分布に求められる均一性（コントラスト値）に従って、２つの透光部６１０の各組合せにおける光路長差が適宜設定されてよい。

【0039】

ところで、分割レンズ部６２の各要素レンズ６２０を通過した光が光路長差生成部６１における透光部６１０のエッジ（透光部６１０間の境界等）に掛かると、当該光が散乱して照射面３２０上における光の強度分布の均一性が低下する。そこで、各要素レンズ６２０から出射される光束が透光部６１０のエッジに掛かかることを防止する条件について、図４を参照して説明する。

【0040】

既述のように、光照射装置３１では、光路長差生成部６１における透光部６１０の個数が、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数よりも１つだけ少ない（図２参照）。したがって、光路長差生成部６１における透光部６１０の個数をＮ_ｓとして、または、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数をＮ_ｈとして、複数の透光部６１０のうちＺ方向の長さが最も大きい透光部６１０の当該長さｔ_ｓは、数３にて表される。

【0041】

（数３）
ｔ_ｓ＝Ｎ_ｓ・ｔ_ｓｏ＝（Ｎ_ｈ−１）・ｔ_ｓｏ

【0042】

一方、複数の光源部４のうち分割レンズ部６２へのレーザ光の入射角（Ｙ方向に沿って見た場合にＺ方向に対してなす角度）が最大となる光源部４から各要素レンズ６２０に入射する光は、当該要素レンズ６２０の出射面である第２レンズ面６２２上において、当該要素レンズ６２０の光軸Ｊ０（図４中にて一点鎖線にて示す。）からＸ方向にずれた位置に集光する。具体的には、当該光の入射角（最大入射角）をθ_ｉ、第１レンズ面６２１および第２レンズ面６２２の焦点距離をｆ_ｈとして、第２レンズ面６２２上における当該光の集光点と光軸Ｊ０との間のＸ方向の距離は、（ｆ_ｈ・ｔａｎθ_ｉ）となる。図２の光照射装置３１では、Ｘ方向に垂直かつ照射光学系５の光軸Ｊ１を含む面に対して対称となるように複数の光源部４が配置されるため、要素レンズ６２０の光軸Ｊ０の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側の双方に光軸Ｊ０から同じ距離だけ離れた集光点が形成される。したがって、全ての光源部４から各要素レンズ６２０に入射する光の第２レンズ面６２２上におけるＸ方向の幅ｗ_ｈは、数４にて表される。

【0043】

（数４）
ｗ_ｈ＝２ｆ_ｈ・ｔａｎθ_ｉ

【0044】

また、上記集光点を通過する光の発散角（半角）θ_ｄは、光源部４からの光の入射角に依存せず、要素レンズ６２０（および透光部６１０）の配列ピッチをｐとして、数５にて表される。

【0045】

（数５）
θ_ｄ＝ｔａｎ^−１（ｐ／２ｆ_ｈ）

【0046】

光路長差生成部６１の内部における上記光の発散角（半角）θ'_ｄは、数６にて表される。

【0047】

（数６）
θ'_ｄ＝ｓｉｎ^−１（ｓｉｎθ_ｄ／ｎ_ｓ）

【0048】

したがって、分割レンズ部６２の第２レンズ面６２２と光路長差生成部６１の入射面６１１との間の間隙のＺ方向における幅をｄ_ｓとして、Ｚ方向の長さが最も大きい透光部６１０の出射面６１２上における光束のＸ方向の幅ｗ_ｓは、数７にて表される。

【0049】

（数７）
ｗ_ｓ＝ｗ_ｈ＋２（ｄ_ｓ・ｔａｎθ_ｄ＋ｔ_ｓ・ｔａｎθ'_ｄ）

【0050】

実際には、透光部６１０に対して角部を削る、いわゆる面取り加工が施される場合があり、このような場合には、透光部６１０の出射面６１２において、エッジおよびその近傍には非有効領域が存在することとなる。非有効領域のＸ方向の幅は、例えば０よりも大きく、１００μｍ以下である。当該非有効領域のＸ方向の所定の幅をｐ_ｏとして、透光部６１０の出射面６１２上における有効領域のＸ方向の幅ｐ'は、数８にて表される。

【0051】

（数８）
ｐ'＝ｐ−２ｐ_ｏ

【0052】

したがって、分割レンズ部６２の各要素レンズ６２０を通過した光束が、透光部６１０の出射面６１２の有効領域のみを通過して、光束がエッジ近傍にて散乱することを防止するための条件は、数９にて表される。

【0053】

（数９）
ｗ_ｓ≦ｐ'

【0054】

数９を満たす光照射装置３１では、透光部６１０に入射する光が当該透光部６１０のエッジに掛かることを防止することができ、光照射装置３１により照射面３２０上に照射される光の強度分布の均一性を、より確実に確保することができる。また、透光部６１０のエッジにおける光の散乱による光量の損失も防止することができる。既述のように、非有効領域のＸ方向の幅ｐ_ｏは０よりも大きいため、数９を満たす光照射装置３１では、複数の透光部６１０の配列方向に関して、複数の透光部６１０のそれぞれの出射面６１２から出射される光の幅が、複数の透光部６１０のピッチよりも小さいといえる。

【0055】

なお、数７および数９から明らかなように、透光部６１０の最大長さｔ_ｓが小さいほど、数９に示す条件を満たすことが容易となる。既述のように、光路長差生成部６１では、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の個数と同じ個数の透光部６１０を設けることも可能である。しかしながら、透光部６１０の最大長さｔ_ｓは透光部６１０の個数に依存するため、数９に示す条件を容易に満たすという観点では、透光部６１０の個数は、要素レンズ６２０の個数よりも１つだけ少ないことが好ましい。

【0056】

図６および図７は、光照射装置３１の他の例を示す図である。図６は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示し、図７は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１の構成を示す。

【0057】

図６の光照射装置３１では、光源ユニット４０の各光源部４は、光源４１およびコリメータレンズ４２に加えて、プリズム４３と、シリンドリカルレンズ４４と、シリンドリカルレンズ４５とを有する。複数の光源部４の光源４１は、ＺＸ平面に平行な光源配列面上においてＸ方向に配列される。各光源４１から出射されるレーザ光は、コリメータレンズ４２によりコリメートされるとともに、プリズム４３により偏向され、照射光学系５の分割レンズ部６２へと向かう。光源ユニット４０では、複数の光源部４により、光源配列面に沿う互いに異なる方向から照射光学系５の同じ位置（分割レンズ部６２）に向けてレーザ光が出射されるように、複数の光源４１のＸ方向の位置に応じてプリズム４３の頂角の角度が変更されている。なお、Ｘ方向の中央の光源部４では、プリズム４３は省かれる。

【0058】

図６および図７に示すように、シリンドリカルレンズ４４，４５は、Ｙ方向のみにパワーを有する。シリンドリカルレンズ４４，４５は、プリズム４３と分割レンズ部６２との間に設けられる。シリンドリカルレンズ４４は、各光源部４に対して設けられ、シリンドリカルレンズ４５は、複数の光源部４において共有される。シリンドリカルレンズ４４とシリンドリカルレンズ４５との間には、空間フィルタ４６が設けられる。空間フィルタ４６はスリット板であり、Ｘ方向に長いスリット４６１が形成される。図７に示すようにＸ方向に沿って見た場合に、シリンドリカルレンズ４４を通過したレーザ光は、空間フィルタ４６のスリット４６１の近傍にて集光し、スリット４６１を通過した光がシリンドリカルレンズ４５に入射する。シリンドリカルレンズ４５を通過した光は、分割レンズ部６２の（−Ｚ）側の面に入射する。

【0059】

図６および図７に示す分割レンズ部６２では、各要素レンズ６２０ａの第１レンズ面６２１および第２レンズ面６２２が共に球面の一部である点で、図２および図３に示す分割レンズ部６２と相違する。分割レンズ部６２においても、要素レンズ６２０ａの第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。光路長差生成部６１の構造および配置は、図２の光路長差生成部６１と同じである。

【0060】

図６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６２０ａにてＸ方向に関して分割される。最も（＋Ｘ）側の要素レンズ６２０ａを除く複数の要素レンズ６２０ａを通過した複数の光束は、光路長差生成部６１の複数の透光部６１０にそれぞれ入射する。複数の透光部６１０を透過した光、および、最も（＋Ｘ）側の要素レンズ６２０ａを通過した光は、集光レンズ部６３に入射する。集光レンズ部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、その焦点距離ｆ_Ｃだけ複数の要素レンズ６２０ａの第２レンズ面６２２（図７参照）から光軸Ｊ１に沿って離れた位置に配置される。換言すると、各要素レンズ６２０ａの第２レンズ面６２２は、コンデンサレンズ６３１の前側焦点面上に配置される。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ｆ_Ｃだけ、コンデンサレンズ６３１から光軸Ｊ１に沿って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の後側焦点面と一致する。複数の要素レンズ６２０ａ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、コンデンサレンズ６３１の後側焦点面において重畳される。すなわち、複数の要素レンズ６２０ａからの光（複数の光束）の照射領域５０が全体的に重ねられる。

【0061】

図７に示すようにＸ方向に沿って見た場合に、光源ユニット４０のシリンドリカルレンズ４５から出射される光は、複数の要素レンズ６２０ａの第１レンズ面６２１上において集光し、第２レンズ面６２２から光軸Ｊ１に平行な平行光として出射される。複数の要素レンズ６２０ａからの光は、コンデンサレンズ６３１により、コンデンサレンズ６３１の後側焦点面（照射面３２０）上において集光する。これにより、照射面３２０上における断面が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。

【0062】

以上に説明したように、図６の光照射装置３１においても、複数の光源部４から分割レンズ部６２に向けてレーザ光が出射されることにより、高強度のライン照明光を得ることができる。また、複数の光源部４を用いることにより、複数の透光部６１０により、複数の要素レンズ６２０ａを通過する複数の光束に光路長差を付与することと相俟って、照射面３２０におけるライン照明光の強度分布の均一性を向上することができる。さらに、図６の光照射装置３１においても、数９の条件を満たすことにより、複数の透光部６１０の配列方向に関して、複数の透光部６１０のそれぞれの出射面６１２から出射される光の幅が、複数の透光部６１０のピッチよりも小さくなる。これにより、透光部６１０に入射する光が当該透光部６１０のエッジに掛かることを防止することができ、光照射装置３１により照射面３２０上に照射される光の強度分布の均一性を、より確実に確保することができる。

【0063】

図８．Ａは、照射面３２０上におけるＹ方向の光の強度分布を示す図である。空間フィルタ４６を省いた比較例の光源ユニットを想定した場合、光源の種類もしくは状態によっては、照射面上におけるＹ方向の光の強度分布において、ライン照明光として必要な光の強度ピークに隣接して、サイドローブ等の不要な光の強度ピークが発生することがある。図８．Ａでは、不要な光の強度ピークを破線にて示している。これに対し、図３の光源ユニット４０では、空間フィルタ４６が設けられることにより、不要な光の強度ピークを除外する（すなわち、照射面３２０に照射される光を成形する）ことが可能となり、好ましいライン照明光を得ることが実現される。

【0064】

図６の光源ユニット４０では、複数の光源部４が図示省略の支持部材に取り付けられるため、複数の光源４１の冷却等を効率よく行うことができる。また、プリズム４３を用いることにより、全ての光源部４において、光源４１およびコリメータレンズ４２の光軸がＺ方向に平行となるように、光源４１およびコリメータレンズ４２を配置することが可能となる。その結果、複数の光源部４において、光源４１およびコリメータレンズ４２の光軸がＺ方向に対して様々な角度にて傾斜するように、光源４１およびコリメータレンズ４２が配置される図２の光源ユニット４０に比べて、支持部材の作製を容易に行うことができる。なお、光のコリメートは、Ｘ方向には必須ではなく、光源部４からの光がＸ方向に僅かに発散または収束しつつ分割レンズ部６２に入射してもよい。図８．Ｂでは、図６のシリンドリカルレンズ４４を球面レンズ４４ａに変更した光照射装置３１を示している。図８．Ｂに示す光照射装置３１をＸ方向に沿って見た様子は、図７と同様である。

【0065】

ところで、シリンドリカルレンズである要素レンズ６２０を用いる図３の分割レンズ部６２では、分割レンズ部６２の作製における精度によっては、Ｘ方向に沿って見た場合における第１レンズ面６２１と第２レンズ面６２２との平行度（ウエッジ成分）のばらつきが、複数の要素レンズ６２０において大きくなることがある。この場合、複数の要素レンズ６２０を通過した複数の光束が光軸Ｊ１に対して互いに異なる方向に傾斜して集光レンズ部６３に入射し、照射面３２０上において照射領域５０が形成される位置がＹ方向にずれることがある。これに対し、図７の分割レンズ部６２では、高精度な成形が容易な球面レンズを要素レンズ６２０ａとして用いることにより、複数の要素レンズ６２０ａを通過した光束により、照射面３２０上に照射領域５０が形成される位置をＹ方向におよそ一致させることができる。空間フィルタ４６、プリズム４３、および、要素レンズ６２０ａのそれぞれを用いた上記手法は、個別に他の光照射装置３１（および後述の光照射装置３１ａ）において採用されてよい。

【0066】

図９および図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光照射装置３１ａの構成を示す図である。図９は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図１０は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。

【0067】

図９および図１０に示す光照射装置３１ａは、光源ユニット４０と、照射光学系５ａとを備える。光源ユニット４０は、図２の光源ユニット４０と同様の構造を有する。したがって、光源ユニット４０では、複数の光源部４により、光源配列面に沿う互いに異なる方向から照射光学系５ａ上の同じ位置（後述の分割レンズ部６２）に向けてレーザ光が出射される。

【0068】

照射光学系５ａは、光路長差生成部６１と、分割レンズ部６２と、集光レンズ部６３と、中間変倍部６４ａとを備える。照射光学系５ａでは、光源ユニット４０から照射面３２０に向かって、分割レンズ部６２、中間変倍部６４ａ、光路長差生成部６１、集光レンズ部６３の順に、これらの構成が光軸Ｊ１に沿って配置される。複数の光源部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。図１１に示すように、分割レンズ部６２では、複数の要素レンズ６２０が、照射光学系５ａの光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源配列面に沿うＸ方向に配列される。

【0069】

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には各光源部４からの平行光が入射し、第２レンズ面６２２の近傍に複数の光源４１の像が形成される。これらの像は、要素レンズ６２０の配列方向に並ぶ。なお、図１１では、１つの要素レンズ６２０に入射する光線のみを図示している。

【0070】

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、図９に示す中間変倍部６４ａのレンズ６４３に入射し、レンズ６４３，６４４を介して光路長差生成部６１に入射する。光路長差生成部６１では、複数の透光部６１０が、照射光学系５ａの光軸Ｊ１に垂直、かつ、光源配列面に沿うＸ方向に配列される。透光部６１０の配列ピッチは、要素レンズ６２０の配列ピッチよりも大きい。

【0071】

中間変倍部６４ａは、アフォーカル光学系、具体的には、両側テレセントリック光学系を構成し、主光線が光軸Ｊ１に平行な状態で入射する光を、主光線が光軸Ｊ１に平行な状態で光路長差生成部６１に入射させる。このとき、中間変倍部６４ａは、複数の要素レンズ６２０の出射面である第２レンズ面６２２の像（詳細には、第２レンズ面６２２における複数の光源４１の像）を、光路長差生成部６１の内部または近傍に拡大して形成する。

【0072】

詳細には、中間変倍部６４ａによる拡大倍率は、光路長差生成部６１における透光部６１０の配列ピッチを、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列ピッチにて割った値と等しい。したがって、複数の要素レンズ６２０を通過した光（複数の光束）が、拡大光学系を構成する中間変倍部６４ａを介して複数の透光部６１０にそれぞれ入射する。このとき、複数の要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２の像が、複数の透光部６１０の内部または近傍にそれぞれ形成される。また、各要素レンズ６２０から出射される光束の透光部６１０における拡がり角が、当該要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２近傍における拡がり角よりも、拡大倍率に従って小さくなる。その結果、光束が当該透光部６１０のエッジ（例えば、隣接する透光部６１０との境界）に掛かりにくくなる。各透光部６１０を通過した光束は、集光レンズ部６３へと向かう。複数の透光部６１０から出射された複数の光束は、集光レンズ部６３のコンデンサレンズ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、複数の透光部６１０からの光（複数の光束）の照射領域５０が全体的に重ねられる。

【0073】

図１０に示すようにＸ方向に沿って見た場合に、光源ユニット４０から分割レンズ部６２および中間変倍部６４ａを介して光路長差生成部６１へと入射する光は、平行光のままで複数の透光部６１０を通過してコンデンサレンズ６３１へと導かれる。そして、コンデンサレンズ６３１から出射される光は照射面３２０上において集光する。したがって、照射面３２０において、各要素レンズ６２０（透光部６１０）からの光の照射領域５０は、配列方向に伸びるライン状となる。すなわち、光照射装置３１ａにより照射面３２０上に照射される光の断面は、Ｘ方向に伸びるライン状となり、ライン照明光が得られる。

【0074】

光照射装置３１ａでは、コンデンサレンズ６３１は球面レンズであるが、例えば、Ｙ方向のみにパワーを有するシリンドリカルレンズを集光レンズ部６３に追加することにより、照射面３２０においてＹ方向に所望の幅となるライン照明光が得られてもよい。なお、光源４１がハイパワーの半導体レーザである場合に、光源４１から出射されるレーザ光が一方向にマルチモードとなるときには、シングルモードとなる方向を、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列方向に垂直な方向（Ｙ方向）に合わせることが好ましい。これにより、照射面３２０においてライン照明光のＹ方向の幅が広がることが防止される。

【0075】

ところで、図２および図６に示す光照射装置３１では、光路長差生成部６１における透光部６１０の配列ピッチを、分割レンズ部６２における要素レンズ６２０の配列ピッチと等しくする必要がある。小型の分割レンズ部はフォトリソグラフィを利用して容易に高精度に作製することが可能であるが、光軸方向における複数の透光部の長さが互いに異なる光路長差生成部については、フォトリソグラフィを利用することが困難である。したがって、機械加工等の煩雑な作業により光路長差生成部を作製する必要が生じる。

【0076】

これに対し、図９の光照射装置３１ａでは、分割レンズ部６２と光路長差生成部６１との間に、拡大光学系を構成する中間変倍部６４ａが配置される。これにより、透光部６１０の配列方向（図９では、Ｘ方向）に関して、光路長差生成部６１を分割レンズ部６２に比べて大きくすることができ、光路長差生成部６１を容易に作製することができる。なお、図２および図６に示す光照射装置３１では、中間変倍部６４ａを省略して構成を簡素化することができるため、光照射装置３１の小型化等を容易に図ることができる。

【0077】

光照射装置３１ａでは、複数の光源部４から分割レンズ部６２に向けてレーザ光が出射される。これにより、１つの光源部４のみが用いられる光照射装置に比べて、高強度のライン照明光を得ることができる。また、複数の光源部４からのレーザ光の位相は互いに相違するため、複数の透光部６１０により、複数の要素レンズ６２０を通過する複数の光束に光路長差を付与することと相俟って、照射面３２０におけるライン照明光の強度分布の均一性をさらに向上することができる。

【0078】

また、光照射装置３１ａでは、中間変倍部６４ａにより、複数の透光部６１０の内部または近傍に複数の要素レンズ６２０の出射面の像が形成されるとともに、当該像の拡大に伴って、各要素レンズ６２０から出射される光束の透光部６１０における拡がり角が、当該要素レンズ６２０における拡がり角よりも小さくなる。その結果、当該光束が透光部６１０のエッジに掛かることを容易に抑制することができ、光照射装置３１ａにより照射面３２０上に照射される光の強度分布の均一性を、より確実に確保することができる。

【0079】

図１２および図１３は、光照射装置３１ａの他の例を示す図である。図１２は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図１３は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。図１２および図１３に示す光照射装置３１ａでは、図９および図１０の光照射装置３１ａと比較して、光路長差生成部６１と集光レンズ部６３との間にレンズ５３，５４が追加される点で相違する。他の構成は、図９および図１０の光照射装置３１ａと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

【0080】

レンズ５３，５４は、縮小光学系（例えば、両側テレセントリック光学系）を構成し、光路長差生成部６１の内部または近傍における複数の要素レンズ６２０（図１１参照）の第２レンズ面６２２の像（詳細には、第２レンズ面６２２における複数の光源４１の像）を縮小リレーする。レンズ５４から出射される光は、集光レンズ部６３のコンデンサレンズ６３１に入射し、照射面３２０上にライン状の照射領域５０が形成される。

【0081】

既述のように、各要素レンズ６２０から出射される光束の透光部６１０における拡がり角が比較的小さいことにより、光照射装置３１ａでは、光束が透光部６１０のエッジに掛かることが容易に抑制される。この場合に、照射面３２０上においてＸ方向にある程度の長さとなるライン照明光を得るには、図９の光照射装置３１ａでは、焦点距離が長いコンデンサレンズ６３１を設ける必要があり、Ｚ方向における照射光学系５ａの全長が長くなる。これに対し、図１２の光照射装置３１ａでは、光路長差生成部６１と集光レンズ部６３との間に、縮小光学系を構成するレンズ５３，５４が設けられることにより、照射光学系５ａの全長を比較的短くすることができ、光照射装置３１ａの小型化を図ることができる。

【0082】

図１４および図１５は、光照射装置３１ａの他の例を示す図である。図１４は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図１５は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。図１４および図１５に示す光照射装置３１ａでは、図９および図１０の光照射装置３１ａと比較して、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６および反射部６５が追加される点で相違する。他の構成は、図９および図１０の光照射装置３１ａと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

【0083】

図１４の光照射装置３１ａでは、（−Ｚ）側から（＋Ｚ）方向に向かって、反射部６５、光路長差生成部６１、１／４波長板５６、中間変倍部６４ａのレンズ６４４，６４３、偏光ビームスプリッタ５５、集光レンズ部６３の順にて、これらの構成が並ぶ。また、光源ユニット４０は、偏光ビームスプリッタ５５の（＋Ｘ）側に配置され、光源ユニット４０と偏光ビームスプリッタ５５との間に分割レンズ部６２が配置される。光源ユニット４０において、およそＺ方向に並ぶ複数の光源部４から、光源配列面に平行かつ互いに異なる方向に沿って分割レンズ部６２に向けてレーザ光が出射される。

【0084】

分割レンズ部６２では、光源ユニット４０と偏光ビームスプリッタ５５との間における光軸に垂直、かつ、光源配列面に沿うＺ方向に複数の要素レンズ６２０（図１１参照）が配列され、分割レンズ部６２に入射する光がＺ方向に分割される。分割レンズ部６２を通過した光は、その主光線がＸ方向に平行な状態で偏光ビームスプリッタ５５に入射する。偏光ビームスプリッタ５５は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを分離するものである。光源ユニット４０から分割レンズ部６２を介して偏光ビームスプリッタ５５に入射する光のほとんどはｓ偏光成分であり、当該光は偏光ビームスプリッタ５５にて反射して中間変倍部６４ａのレンズ６４３へと向かう。このとき、複数の要素レンズ６２０から出射される複数の光束の配列方向が、Ｘ方向に変換される。換言すると、偏光ビームスプリッタ５５から中間変倍部６４ａへと向かう光の主光線はＺ方向と平行となる。

【0085】

中間変倍部６４ａでは、両側テレセントリック光学系が構成されており、主光線が光軸Ｊ１（Ｚ方向）に平行な状態で入射する光を、主光線が光軸Ｊ１に平行な状態で光路長差生成部６１に入射させる。実際には、複数の要素レンズ６２０を通過した光（複数の光束）が、偏光ビームスプリッタ５５、中間変倍部６４ａおよび１／４波長板５６を介して、Ｘ方向に並ぶ複数の透光部６１０にそれぞれ入射し、複数の要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２の像（光源４１の像）が、光路長差生成部６１における複数の透光部６１０の内部または近傍にそれぞれ拡大して形成される。このように、分割レンズ部６２の要素レンズ６２０の配列方向と、光路長差生成部６１の透光部６１０の配列方向とが、偏光ビームスプリッタ５５を介して対応する。

【0086】

反射部６５は、光路長差生成部６１の（−Ｚ）側の面にコーティングにより形成された反射膜６５１ａを有する。各透光部６１０の（＋Ｚ）側の面である入射面６１１（図４参照）に入射した光束は、（−Ｚ）側の面である出射面６１２上の反射膜６５１ａにて反射して、当該入射面６１１から出射される。すなわち、各透光部６１０の入射面６１１に入射した光束は、透光部６１０の内部をＺ方向に往復して当該入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される。出射面６１２上の反射膜６５１ａは、実質的に、複数の透光部６１０の複数の出射面６１２から出射される光を折り返して（すなわち、進行方向を１８０度回転して）当該複数の出射面６１２にそれぞれ入射させるものである。なお、要素レンズ６２０の第２レンズ面６２２の像は透光部６１０の出射面６１２近傍（反射膜６５１ａ近傍）に形成されることが好ましい。

【0087】

光路長差生成部６１から（＋Ｚ）方向に出射される光は、１／４波長板５６を介して中間変倍部６４ａに入射する。中間変倍部６４ａでは、光路長差生成部６１の内部または近傍における複数の要素レンズ６２０の出射面の像が縮小リレーされる。レンズ６４３から出射される光は、偏光ビームスプリッタ５５に入射する。中間変倍部６４ａから偏光ビームスプリッタ５５に入射する光は、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間の往復にて１／４波長板５６を２回通過することによりｐ偏光成分となっており、当該光は偏光ビームスプリッタ５５を透過し、コンデンサレンズ６３１に入射する。そして、コンデンサレンズ６３１により、複数の要素レンズ６２０からの光の照射領域５０が照射面３２０上にて重ねられる。

【0088】

以上に説明したように、図１４の光照射装置３１ａでは、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間の光の往復における往路において、複数の要素レンズ６２０の出射面を拡大した像が、中間変倍部６４ａにより複数の透光部６１０の内部または近傍に形成される。これにより、透光部６１０の配列方向に関して、光路長差生成部６１を分割レンズ部６２に比べて大きくすることができ、光路長差生成部６１を容易に作製することができる。また、図１２におけるレンズ５３，５４の機能が、上記光の往復における復路において中間変倍部６４ａにより実現されることにより、上記レンズ５３，５４を省いて、光照射装置３１ａのＺ方向の全長を短くすることができる。さらに、各透光部６１０を通過する光束が当該透光部６１０を往復することにより、光路長差生成部６１の光軸Ｊ１方向の長さを短くする（例えば、図９や図１２の光路長差生成部６１の長さの半分にする）ことができる。

【0089】

なお、図１４の光照射装置３１ａでは、偏光ビームスプリッタ５５および１／４波長板５６を用いることにより、光量の損失を比較的少なくすることが可能であるが、光照射装置３１の設計によっては、ハーフミラー等他のビームスプリッタが用いられてもよい。また、１／４波長板５６は、偏光ビームスプリッタ５５と反射部６５との間における任意の位置に配置可能である。偏光ビームスプリッタ５５および１／４波長板５６を用いる他の光照射装置において同様である。さらに、図１４の光照射装置３１ａにおいて、反射膜６５１ａに代えてミラーが設けられてよい。さらに、上述のような透光型の素子でなく、図１６に示すように、階段状に配置したミラー（反射面）６１３を有する光路長差生成部が用いられてもよい。

【0090】

図１７および図１８は、光照射装置３１ａの他の例を示す図である。図１７は、Ｙ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示し、図１８は、Ｘ方向に沿って見た光照射装置３１ａの構成を示す。図１７および図１８に示す光照射装置３１ａでは、図１４および図１５の光照射装置３１ａにおける反射膜６５１ａに代えてレンズ６５７および直角プリズム６５８が設けられる。他の構成は、図１４および図１５の光照射装置３１ａと同様であり、同じ構成に同じ符号を付す。

【0091】

反射部６５のレンズ６５７は、光路長差生成部６１において要素レンズ６２０（図１１参照）の出射面の像が形成される位置から、レンズ６５７の焦点距離だけ（−Ｚ）側に離れた位置に配置される。したがって、各透光部６１０の（−Ｚ）側の面である出射面６１２からレンズ６５７に向けて出射される光束は、レンズ６５７により平行光として（−Ｚ）側に出射される。直角プリズム６５８は、レンズ６５７からレンズ６５７の焦点距離だけ（−Ｚ）側に離れた位置に配置される。図１７に示すようにＹ方向に沿って見た場合に、直角プリズム６５８に入射する各光線は、９０度をなす２つの面６５８ａ,６５８ｂの一方にて反射して他方の面に向かい、当該他方の面にてさらに反射して、直角プリズム６５８への入射時の経路と平行にレンズ６５７へと向かう。（−Ｚ）側からレンズ６５７に入射する光は、収束しつつ光路長差生成部６１に入射する。実際には、各透光部６１０の（−Ｚ）側の出射面６１２から出射される光束は、反射部６５にて折り返され、同じ経路を戻って当該出射面６１２に入射する。また、当該透光部６１０の内部または近傍に当該光束の集光点が形成される。

【0092】

光路長差生成部６１から（＋Ｚ）方向に出射される光は、１／４波長板５６および中間変倍部６４ａを介して偏光ビームスプリッタ５５に入射する。当該光は偏光ビームスプリッタ５５を透過し、コンデンサレンズ６３１に入射する。そして、コンデンサレンズ６３１により、複数の要素レンズ６２０からの光の照射領域５０が照射面３２０上にて重ねられる。

【0093】

ここで、図１８に示すようにＸ方向に沿って見た場合における、透光部６１０の入射面６１１および出射面６１２の平行度が透光部６１０毎にばらついているものとする。この場合、各透光部６１０の（＋Ｚ）側の入射面６１１に、光軸Ｊ１に平行な平行光として入射する光束は、当該透光部６１０の出射面６１２から光軸Ｊ１に対して傾斜した出射方向に平行光として出射される。当該光束はレンズ６５７の作用により直角プリズム６５８上の光軸Ｊ１からずれた位置に集光する。直角プリズム６５８にて反射した光束は、レンズ６５７により上記出射方向に平行な平行光とされて当該透光部６１０の出射面６１２に入射する。したがって、透光部６１０を透過した光束は、透光部６１０の平行度に依存することなく、（＋Ｚ）側から当該透光部６１０への入射時の経路に平行に入射面６１１から（＋Ｚ）方向に出射される。そして、複数の透光部６１０からの光の照射領域５０が照射面３２０上においてＹ方向の（ほぼ）同じ位置に形成される。

【0094】

以上のように、図１７および図１８に示す光照射装置３１ａでは、反射部６５が、各透光部６１０の出射面６１２から出射される光を、当該光の出射方向に平行に当該出射面６１２に入射させる。これにより、複数の透光部６１０における平行度（ウエッジ成分）がばらつく場合であっても、複数の透光部６１０から（＋Ｚ）方向に出射される複数の光束の光軸Ｊ１に対する傾き（Ｘ方向に沿って見た場合の傾き）を、（＋Ｚ）側から光路長差生成部６１への入射時における傾き（理想的には、光軸Ｊ１に平行）に一致させることができる。その結果、複数の透光部６１０を通過した複数の光束の照射面３２０上における集光位置（Ｘ方向に沿って見た場合の集光位置）のＹ方向のずれを抑制または低減し、照射面３２０上におけるライン照明光のＹ方向の幅の太りを抑制することができる。なお、反射部６５では、直角プリズム６５８に代えて、互いになす角度が９０度の２枚の平面ミラー等が用いられてよい。

【0095】

上記描画装置１および光照射装置３１，３１ａでは様々な変形が可能である。

【0096】

分割レンズ部６２では、必ずしも複数の要素レンズ６２０，６２０ａが配列方向に一定のピッチにて配列される必要はなく、例えば、複数の要素レンズ６２０，６２０ａの配列方向の幅が互いに異なっていてもよい。この場合、配列方向に関して、光路長差生成部６１における各透光部６１０の幅と、当該透光部６１０に対応する分割レンズ部６２の要素レンズ６２０，６２０ａの幅との比が、全ての透光部６１０において一定となるように、複数の透光部６１０の配列方向の幅も変更される。

【0097】

中間変倍部６４ａは、必ずしも両側テレセントリック光学系である必要はなく、複数の要素レンズ６２０，６２０ａを通過した光が複数の透光部６１０にそれぞれ入射する拡大光学系を構成すればよい。

【0098】

上記光照射装置３１，３１ａにおけるレーザ光の経路において、光路長差生成部６１よりも照射面３２０側に配置される集光レンズ部６３は、照射面３２０上にて複数の透光部６１０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。

【0099】

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。

【0100】

基板９上の光の照射位置を移動する移動機構は、ステージ２１を移動する移動機構２２以外であってもよく、例えば、光照射装置３１，３１ａ、空間光変調器３２および投影光学系３３を含むヘッドを基板９に対して移動する移動機構であってよい。

【0101】

描画装置１にて描画が行われる対象物は、半導体基板やガラス基板以外の基板であってよく、また、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。

【0102】

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。

【符号の説明】

【0103】

１ 描画装置
４ 光源部
５，５ａ 照射光学系
９ 基板
１１ 制御部
２２ 移動機構
３１，３１ａ 光照射装置
３２ 空間光変調器
３３ 投影光学系
４０ 光源ユニット
５０ 照射領域
６１ 光路長差生成部
６２ 分割レンズ部
６３ 集光レンズ部
６４ａ 中間変倍部
６５ 反射部
３２０ 照射面
６１０ 透光部
６１２ （透光部の）出射面
６２０，６２０ａ 要素レンズ
６２２ 第２レンズ面
Ｊ１ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8.A】

【図8.B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】