JP2617040B2 - Polyhedral prism - Google Patents
Polyhedral prismInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はエキシマレーザ等のレー
ザ光を利用してパターンCVDやエッチングを行う際、
照射レーザ光の強さを均一化する上で有効な多面凸型プ
リズム及びこの多面凸型プリズムを用いたレーザ光投影
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for performing pattern CVD or etching using a laser beam such as an excimer laser.
The present invention relates to a polyhedral prism which is effective in making the intensity of an irradiation laser beam uniform, and a laser beam projector using the polyhedral prism.
【0002】[0002]
【従来の技術】レーザ光のエネルギーを利用して基板上
に回路パターンを形成する方法としてレーザCVDがあ
る。これは図8に示されるように、レーザ光1の前方に
回路パターンに対応する透光部2aの形成されたマスク
2を置き、マスク2の前方に置いた投影レンズ4を介し
て反応セル6内の基板8上にマスク2に形成されている
回路パターンが投影される構造で、セル6内の材料ガス
がレーザ光によって光分解され、発生したラジカルが基
板上8で再結合して膜が形成されるというものである。
そして用いられるレーザ光としてはエキシマレーザがよ
く知られているが、光の強度分布が均一でなく、基板上
に照射されたレーザ光のエネルギー分布に差があるた
め、基板上に形成される膜厚が一定でないという問題が
あった。またレーザ光は反応セルの窓6aから入射して
基板8上に照射されるが、この窓6aの近傍においても
材料ガスの光分解反応が生じ、ラジカルが再結合して窓
6aの内側に膜が形成され、この膜のためにレーザ光の
透過効率が悪くなるという問題があった。このため従来
では図9に示されるようにマスク2の前方に蝿の目レン
ズ3を置いてレーザ光を拡散し、照射されるレーザ光の
エネルギ分布の均一化を図るようになっていた。2. Description of the Related Art Laser CVD is known as a method for forming a circuit pattern on a substrate by utilizing the energy of laser light. As shown in FIG. 8, a mask 2 having a light-transmitting portion 2a corresponding to a circuit pattern is placed in front of a laser beam 1, and a reaction cell 6 is placed through a projection lens 4 placed in front of the mask 2. The circuit pattern formed on the mask 2 is projected on the substrate 8 in the inside. The material gas in the cell 6 is photolyzed by the laser beam, and the generated radicals are recombined on the substrate 8 to form a film. It is formed.
An excimer laser is well known as a laser beam used. However, since the intensity distribution of the light is not uniform and the energy distribution of the laser beam irradiated on the substrate is different, a film formed on the substrate is used. There was a problem that the thickness was not constant. The laser light is incident on the substrate 8 through the window 6a of the reaction cell and is irradiated onto the substrate 8. Photodecomposition reaction of the material gas occurs also in the vicinity of the window 6a, and radicals are recombined to form a film inside the window 6a. Is formed, and there is a problem that the transmission efficiency of laser light is deteriorated due to this film. For this reason, conventionally, as shown in FIG. 9, a fly-eye lens 3 is placed in front of the mask 2 to diffuse the laser light and to make the energy distribution of the irradiated laser light uniform.
【0003】[0003]
【発明の解決しようとする課題】しかし蝿の目レンズは
製造が難しく高価である。さらにまた蝿の目レンズによ
って拡散した光のすべてを集束させることはできず、損
失を考慮して大出力のレーザ装置が必要である。従って
製品コストが高くなるという問題があった。本発明は前
記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的
は、蝿の目レンズを用いることなく光集束面における光
の強度分布を均一化することのできる安価な多面凸型プ
リズム及びこのレンズを用いた新たなレーザ光投影装置
を提供することにある。However, fly-eye lenses are difficult and expensive to manufacture. Furthermore, it is not possible to focus all of the light diffused by the fly-eye lens, and a high-power laser device is required in consideration of the loss. Therefore, there is a problem that the product cost is increased. The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide an inexpensive polyhedral convex prism capable of equalizing the light intensity distribution on the light focusing surface without using a fly-eye lens. It is an object of the present invention to provide a new laser beam projector using this lens.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に係る多面凸型プリズムにおいては、対向
する光入出射面を有する凸型プリズムにおいて、一方の
光入出射面には、光軸に対し垂直に延出する帯状の中央
平面と、この中央平面の両側に中央平面と平行に延出
し、中央平面に対し対称で順次傾斜が大となる複数組の
帯状の傾斜平面とからなる第1の凸稜面が形成され、他
方の光入出射面には、前記第1の凸稜面を形成する各平
面の延出方向と直交する方向に延出し、光軸に対し垂直
に延出する帯状の中央平面と、この中央平面の両側に中
央平面と平行に延出し、中央平面に対し対称で順次傾斜
が大となる複数組の帯状の傾斜平面とからなる第2の凸
稜面が形成され、一方の光入出射面に入射した平行光が
他方の光入出射面から出射して、2つの帯状中央平面の
光軸方向重合領域に整合する矩形形状に光軸上で面集束
するように、前記第1,第2の凸稜面を形成する傾斜平
面の面角度を設定するようにしたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a multi-sided convex prism having a light input / output surface opposed to a light input / output surface. , A band-shaped central plane extending perpendicular to the optical axis, and a plurality of sets of band-shaped inclined planes extending parallel to the central plane on both sides of the central plane and gradually increasing in inclination with respect to the central plane. Is formed on the other light entrance / exit surface, and extends in a direction orthogonal to the extending direction of each plane forming the first convex ridge surface, and is perpendicular to the optical axis. And a plurality of sets of band-shaped inclined planes extending parallel to the central plane on both sides of the central plane, and symmetrical to the central plane and gradually increasing in inclination. A ridge surface is formed, and the parallel light incident on one light input / output surface is The angle of the inclined plane forming the first and second convex ridges is set so that the light is emitted and converged on the optical axis into a rectangular shape matching the optical axis direction overlapping region of the two band-shaped central planes. It is something to set.
【0005】また請求項2では、請求項1記載の多面凸
型プリズムにおいて、第1の凸稜面と第2の凸稜面を同
一形状にして、出射光が正方形状に光軸上で略面集束す
るようにしたものである。また請求項3では、前記第1
の凸稜面が表側に形成され、裏側が光軸に対し垂直な平
面とされた凸稜面プリズムと、前記第2の凸稜面が表側
に形成され、裏側が光軸に対し垂直な平面とされた第2
の凸稜面プリズムとを、裏側を互いに付き合わせて一体
化することにより請求項1記載の多面凸型プリズムを構
成するようにしたものである。According to a second aspect of the present invention, in the polygonal convex prism according to the first aspect, the first convex ridge surface and the second convex ridge surface have the same shape, and the outgoing light has a substantially square shape on the optical axis. The surface is focused. In the third aspect, the first
A convex ridge surface having a convex ridge surface formed on the front side and a rear surface being a plane perpendicular to the optical axis; and a planar surface having the second convex ridge surface formed on the front side and a rear surface perpendicular to the optical axis. The second
By integrating the convex ridge surface prism with the back side of the prism, the polygonal convex prism according to claim 1 is constituted.
【0006】また請求項4では、請求項3記載の多面凸
型プリズムにおいて、第1の凸稜面プリズムと第2の凸
稜面プリズムとを同一形状にして、出射光が正方形状に
光軸上で略面集束するようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the polygonal convex prism according to the third aspect, the first convex ridge prism and the second convex ridge prism have the same shape, and the outgoing light has a square optical axis. Above, the surface is focused .
【0007】[0007]
【作用】請求項1〜4では、光束は多面凸型プリズムに
入射する際に光入射面を構成する稜面毎の光束に分散さ
れ、多面凸型プリズムから出射する際には分散された光
束それぞれが光出射面を構成する稜面毎の光束に分散さ
れ、かつ分散した光束全てが光軸上の集束面に集束す
る。そして、第1の凸稜面の帯状中央平面と第2の凸稜
面の帯状中央平面とが光軸方向に重合する矩形状に面集
束する。 [Action] According to claim 1-4, the light beam is dispersed into light beams of each crest surfaces constituting the light incident surface when it enters the polygon convex prism, the light flux dispersed upon exiting from the polygon convex prisms Each of the light beams is dispersed into a light beam for each ridge surface constituting the light exit surface, and all of the dispersed light beams converge on a converging surface on the optical axis. Then, the band-shaped central plane of the first convex ridge surface and the band-shaped central plane of the second convex ridge surface converge in a rectangular shape overlapping in the optical axis direction .
【0008】[0008]
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1及び図2は本発明に係る多面凸型プリズムの
第1の実施例を示すもので、図1は多面凸型プリズムの
斜視図、図2は多面凸型プリズムから出射した光が集束
する様子を説明する説明図である。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of a polyhedral prism according to the present invention. FIG. 1 is a perspective view of the polyhedral prism, and FIG. 2 focuses light emitted from the polyhedral prism. It is explanatory drawing explaining a situation.
【0009】これらの図において、多面凸型プリズム1
0は全体が正方形状で、対向する一対の光入出射面11
A,11Bを有している。そして一方の光入出射面は、
光軸Lに垂直なたんざく形状(帯状)の第1の平面12
aと、この第1の平面の両側に隣接し、第1の平面12
aに対し傾斜する対称な一組の第2の平面14a,14
aと、第2の平面14a,14aの外側に隣接し、第1
の平面12aに対し第2の平面よりもさらに傾斜する対
称なたんざく形状の一組の第3の平面16a,16aの
あわせて5個の平面から構成された凸稜面11Aとされ
ている。また他方の光入出射面は、凸稜面11Aと傾斜
平面の面角度がわずかに異なり、凸稜面11Aを光軸L
回りに90度回転した形状に近い凸稜面11Bとされて
いる。即ち、凸稜面11Bも凸稜面11Aと同様、たん
ざく形状の第1の平面12bの両側に、順次傾斜が大と
なる第2の平面14b,14b、第3の平面16b,1
6bが対称に形成された形状となっている。In these figures, a polygonal convex prism 1 is shown.
Numeral 0 denotes a pair of light entrance / exit surfaces 11 each having a square shape.
A, 11B. And one light entrance / exit surface is
A first (planar) flat surface 12 perpendicular to the optical axis L
a and a first plane 12 adjacent to both sides of the first plane.
a set of symmetric second planes 14a, 14 inclined with respect to a
a and the first plane adjacent to the outside of the second planes 14a, 14a.
The convex ridge surface 11A is composed of a total of five planes including a pair of third planes 16a, 16a having a symmetrical tangle shape which is further inclined with respect to the plane 12a. The other light input / output surface has a slightly different surface angle between the convex ridge surface 11A and the inclined plane.
The protruding ridge surface 11B has a shape close to a shape rotated around 90 degrees. That is, similarly to the convex ridge surface 11A, the convex ridge surface 11B also has the second planes 14b, 14b, and the third plane 16b, 1 whose inclination gradually increases on both sides of the first flat surface 12b having a tangle shape.
6b is symmetrically formed.
【0010】そして第1の凸稜面11Aを構成する傾斜
平面14a,14a,16a,16a及び第2の凸稜面
11Bを構成する傾斜平面14b,14b,16b,1
6bは、光軸Lに平行に入射した光をレンズ前方の光軸
上の所定位置に、第1の凸稜面11A側の中央平面12
aと第2の凸稜面11B側の中央平面12bが光軸L方
向に重なってできる正方形Aに集束させる面角度に設定
されている。即ち、光軸Lと平行に第1の凸稜面11A
からレンズ10に入射した光束は、入射する際に凸稜面
11Aを構成する5個の平面(12a,14a,14
a,16a,16)に対応した横断面たんざく形状の5
個の光束に分散される。そしてそれぞれの光束は第2の
凸稜面11Bから出射する際に、凸稜面11Bを構成す
る5個の平面(12b,14b,14b,16b,16
b)に対応した5個の光束、即ち全部で25個の光束に
分散されるが、この25個の光束全てが、第1の凸稜面
11Aの中央平面12aと第2の凸稜面11Bの中央平
面12bの双方を透過した光束の横断面である正方形A
に面集束するように、レーザ光の波長、プリズム材料の
屈折率(レーザ光の波長の関数),プリズムの厚さ(プ
リズム内のレーザ光通過距離)を考慮して、第1の凸稜
面11A及び第2の凸稜面11Bをそれぞれ構成する8
個の傾斜平面(14a,14a,16a,16a,14
a,14b,16b,16b)の面角度が設定されてい
る。そしてこの正方形状に面集束した光束は、光が多面
凸型プリズム10を透過することによって25個の横断
面正方形状の光束に分散された後、それぞれの分散光束
すべてが再び1つに集束された光であるため、集束面に
おける光は強弱ムラのない、即ち強度分布の平滑化され
た光となっている。なお前記した実施例では、多面凸型
プリズム10からの出射光が正方形状に面集束するよう
になっているが、帯状平面の数や帯の巾や傾斜平面の中
央平面に対する傾斜角を変えることにより、レンズに入
射する光束の横断面形状に関係なく、任意の縦横比の光
束を形成することができる。The inclined planes 14a, 14a, 16a, 16a forming the first convex ridge 11A and the inclined planes 14b, 14b, 16b, 1 forming the second convex ridge 11B.
Reference numeral 6b denotes a central plane 12 on the side of the first convex ridge 11A, which is provided at a predetermined position on the optical axis in front of the lens.
The angle is set such that a and a central plane 12b on the side of the second convex ridge surface 11B converge into a square A formed by overlapping in the direction of the optical axis L. That is, the first convex ridge surface 11A is parallel to the optical axis L.
When the light beam enters the lens 10 from the lens, the light beam enters the five planes (12a, 14a, 14a) constituting the convex ridge surface 11A when entering the lens.
a, 16a, 16) corresponding to a cross-section
Are dispersed into a number of light beams. Then, when each light beam is emitted from the second convex ridge surface 11B, five planes (12b, 14b, 14b, 16b, 16b, 16
The five light beams corresponding to b), that is, the 25 light beams in total, are dispersed, and all of these 25 light beams are separated by the central plane 12a of the first convex ridge surface 11A and the second convex ridge surface 11B. Square A, which is a cross section of a light beam transmitted through both central planes 12b
Considering the wavelength of the laser beam, the refractive index of the prism material (a function of the wavelength of the laser beam), and the thickness of the prism (the laser beam passage distance in the prism), the first convex ridge surface 8 which respectively constitute 11A and the second convex ridge surface 11B
Inclined planes (14a, 14a, 16a, 16a, 14
a, 14b, 16b, 16b) are set. Then, the light beam having been converged into a square shape is dispersed into 25 light beams having a square cross section by transmitting the light through the polyhedral prism 10, and then all the dispersed light beams are again converged into one. Therefore, the light on the focusing surface has no unevenness in intensity, that is, light having a smoothed intensity distribution. In the above-described embodiment, the light emitted from the polyhedral convex prism 10 is surface-focused in a square shape. However, the number of band-shaped planes, the width of the band, and the inclination angle of the inclined plane with respect to the central plane are changed. Accordingly, a light beam having an arbitrary aspect ratio can be formed regardless of the cross-sectional shape of the light beam incident on the lens.
【0011】図3は本発明に係る多面凸型プリズムの第
2の実施例を示すもので、2個の多面凸型プリズム22
A,22Bを密着させて多面凸型プリズム20として一
体化したものである。多面凸型プリズム22A(22
B)は、表側が前記第1の実施例の凸稜面11A(11
B)と同一形状、即ち、第1の平面12a(12b)
と、傾斜した第2の平面14a,14a(14b,14
b)と、傾斜した第3の平面16a,16a(16b,
16b)とから構成された凸稜面11C(11D)とさ
れ、裏側が光軸Lと垂直な平面11Eとされている。そ
して第1の平面12a,12bを光軸方向に直交して重
なるようにして、裏側どうしを密着したものである。こ
の第2の実施例では、多面凸型プリズム22A(22
B)は片面だけを凸稜面加工すればよいため、それだけ
加工が容易で、前記第1の実施例に示す多面凸型プリズ
ム10よりも製造が容易である。しかし密着面を透過す
る際の光の表面及び裏面の反射による損失があるため、
多面凸型プリズム10に比べて光の強度が低下するとい
う欠点がある。FIG. 3 shows a second embodiment of a polyhedral prism according to the present invention.
A and 22B are brought into close contact with each other and integrated as a polygonal convex prism 20. Polyhedral convex prism 22A (22
B) shows the convex ridge surface 11A (11) of the first embodiment on the front side.
B), that is, the first plane 12a (12b)
And the inclined second planes 14a, 14a (14b, 14
b) and the inclined third planes 16a, 16a (16b,
16b) and a convex ridge surface 11C (11D), and the back side is a plane 11E perpendicular to the optical axis L. Then, the first planes 12a and 12b are overlapped at right angles to the optical axis direction, and the back sides are adhered to each other. In the second embodiment, the polygonal convex prism 22A (22
In the case of B), since only one surface needs to be processed with the convex ridge, the processing is easy, and the manufacturing is easier than the multi-surface convex prism 10 shown in the first embodiment. However, since there is a loss due to reflection of the front and back surfaces of light when passing through the contact surface,
There is a disadvantage that the light intensity is lower than that of the polyhedral prism 10.
【0012】なお前記第1,第2の実施例における多面
凸型プリズム10(20)では、出射光を光軸L上に面
集束させるためにプリズムの光入射面側と光出射面側の
傾斜平面の面角度がわずかに異なっていたが、光入出射
面11A,11B(11C,11D)を全く同一形状と
するようにしても、出射光を光軸上に略面集束させるこ
とができる。In the polyhedral convex prism 10 (20) in the first and second embodiments, in order to converge the outgoing light on the optical axis L, the prism is inclined on the light incident surface side and the light emitting surface side. Although the planes have slightly different plane angles, the outgoing light can be substantially converged on the optical axis even if the light entrance / exit surfaces 11A, 11B (11C, 11D) have exactly the same shape.
【0013】図4及び図5は本発明に係る多面凸型プリ
ズムの参考例を示すもので、図4は多面凸型プリズムの
斜視図、図5は多面レンズから出射した光が集束する様
子を説明する説明図である。この多面凸型プリズム30
は全体が円錐台形状で、一方の光入出射面は光軸Lに垂
直な平面11Fとされ、他方の光入出射面は、光軸Lに
垂直な円形中央平面32と、この円形中央平面32の回
りに形成され、外側のもの程、円形中央平面32に対し
て大きく傾斜しているリング状テーパ面34,36,3
8とから構成された凸稜面11Gとされている。そして
テーパ面34,36,38の面角度は、テーパ面34,
36,38からの出射光が光軸L上で中央平面32と同
一の円形Bに面集束するように設定されている。FIGS. 4 and 5 show a reference example of a polyhedral prism according to the present invention. FIG. 4 is a perspective view of the polyhedral prism, and FIG. 5 shows how light emitted from a polyhedral lens is focused. FIG. This polygonal convex prism 30
Is a truncated cone as a whole, one of the light entrance / exit surfaces is a plane 11F perpendicular to the optical axis L, and the other light entrance / exit surface is a circular central plane 32 perpendicular to the optical axis L; The ring-shaped tapered surfaces 34, 36, 3 are formed around the outer periphery 32, and are more greatly inclined with respect to the circular center plane 32 as the outer one is formed.
8 and 11G. The surface angles of the tapered surfaces 34, 36, 38 are
The light emitted from 36 and 38 is set so as to be surface-focused on the optical axis L into the same circle B as the central plane 32.
【0014】即ち、平面31側から光軸Lと平行に多面
凸型プリズム30に入射した光は、プリズム内をそのま
ま直進するが、プリズム30から出射する際に、中央平
面32とテーパ面34,36,38に対応した光束に分
散され、これらの分散光の全てが平面11F及び中央平
面32の双方を透過した光の横断面である円形Bに集束
する。そしてテーパ面34,36,38は無限大の数の
平面が周方向に連続して形成された構造と同義であるた
め、円形Bに集束した光束は、多面凸型プリズム30を
透過することよって無限大数の光束に分散された後、再
び1つに集束された光である。このため、集束面での光
は前記第1の実施例で得られるよりもさらに強弱ムラの
ない、即ち強度分布のさらに平滑化された光となってい
る。That is, the light incident on the polygonal convex prism 30 from the plane 31 side in parallel with the optical axis L proceeds straight through the prism, but when exiting from the prism 30, the central plane 32 and the tapered surface 34, The light is dispersed into light fluxes corresponding to 36 and 38, and all of the dispersed light is focused on a circle B which is a cross section of light transmitted through both the plane 11F and the central plane 32. Since the tapered surfaces 34, 36, and 38 have the same meaning as a structure in which an infinite number of planes are continuously formed in the circumferential direction, the luminous flux converged into the circle B is transmitted through the polygonal convex prism 30. After being dispersed into an infinite number of light fluxes, the light is focused again. For this reason, the light on the converging surface has no more unevenness than that obtained in the first embodiment, that is, light having a more smoothed intensity distribution.
【0015】また円柱状のプリズム材を軸回りに回転さ
せた状態でコーナ部を研削及び研磨してテーパ面を形成
できるので、テーパ面34,36,38を加工する方
が、前記第1の実施例における傾斜平面を加工する場合
よりも易しく、本実施例の多面凸型プリズム30の方が
製造が容易である。なお図5では、平面11F側に光が
入射するように多面凸型プリズム30が配置されている
が、凸稜面11G側を光入射側となるように配置しても
よい。Further, since the tapered surface can be formed by grinding and polishing the corner portion in a state where the cylindrical prism material is rotated around the axis, it is more preferable to process the tapered surfaces 34, 36 and 38 as described above. It is easier to process the inclined plane in the embodiment, and the multi-sided convex prism 30 of the embodiment is easier to manufacture. In FIG. 5, the polygonal convex prism 30 is arranged so that light is incident on the plane 11F side, but may be arranged so that the convex ridge surface 11G side is the light incident side.
【0016】図6は本発明に係るレーザ光投影装置の参
考例を示すもので、第1の実施例に示す多面凸型プリズ
ムを用いた装置である。符号40はビームエクスパンダ
ー光学系で、共焦点fをもち、光を縦方向に拡散する縦
拡散シリンドリカルレンズ42と、光を横方向に拡散す
る横拡散シリンドリカルレンズ44と、光を平行光にす
るコリメータレンズ46とから構成されている。このビ
ームエクスパンダー光学系40の前方には多面凸型プリ
ズム10が配置され、多面凸型プリズム10の集束面位
置には、透光部によって回路パターン52の形成された
マスク50が配置され、マスク50の前方には回路パタ
ーン52を前方に縮小投影する拡大側テレセントリック
型投影レンズ60が配置されている。[0016] Figure 6 is participation of laser light projection apparatus according to the present invention
This shows an example, and is an apparatus using the polyhedral convex prism shown in the first embodiment. Reference numeral 40 denotes a beam expander optical system, which has a confocal point f and vertically diffuses a cylindrical lens 42 that diffuses light in the vertical direction, a lateral diffused cylindrical lens 44 that diffuses light in the horizontal direction, and converts the light into parallel light. And a collimator lens 46. The multi-sided convex prism 10 is disposed in front of the beam expander optical system 40, and a mask 50 on which a circuit pattern 52 is formed by a light-transmitting portion is disposed at the focal plane position of the multi-sided convex prism 10. An enlargement-side telecentric projection lens 60 for reducing and projecting the circuit pattern 52 forward is arranged in front of 50.
【0017】そして光束横断面が横長矩形状のエキシマ
レーザ光は、ビームエクスパンダー光学系40を通過す
ることによって縦横方向に拡大されて正方形状の平行光
束L1となり、多面凸型プリズム10を通過することに
よって25個の光束に分散され、かつマスク50上に正
方形状に面集束する。そしてマスクの回路パターン52
を透過した分散された光束L2は投影レンズ60によっ
て前方所定位置(結像面位置)に投影されて回路パター
ンが縮小投影される。この投影された位置では、投影レ
ンズから出射した光束全てが集束して、最もレーザ光の
エネルギが高められた位置である。さらにこの結像面に
おけるレーザ光は、多面凸型プリズム10において25
個の光に分散後、集束されたものであるため、照射レー
ザ光の強度分布は投影面(結像面)において均質となっ
ている。The excimer laser light having a horizontally-long rectangular cross section is expanded in the vertical and horizontal directions by passing through the beam expander optical system 40 to become a parallel light L 1 having a square shape, and passes through the polygonal convex prism 10. As a result, the light is dispersed into 25 light beams, and is focused on the mask 50 in a square shape. And the circuit pattern 52 of the mask
The light beam L 2, which is dispersed and transmitted through the circuit pattern is projected onto a predetermined forward position (image plane position) is reduced and projected by the projection lens 60. At this projected position, all the light beams emitted from the projection lens are converged, and the energy of the laser light is the highest. Further, the laser light on this image plane is reflected by
After being dispersed into individual light beams and converged, the intensity distribution of the irradiation laser light is uniform on the projection plane (imaging plane).
【0018】なお図6に示すレーザ光投影装置では、ビ
ームエクスパンダー光学系40によってレーザ光の光束
を正方形状に拡大するようになっているが、多面凸型プ
リズム10をレーザ光の光束の横断面形状に整合する大
きさに形成するようにすれば、エクスパンダー光学系4
0を用いずに直接レーザ光を凸型多面プリズム10に入
射させることができる。In the laser beam projection apparatus shown in FIG. 6, the beam of laser light is expanded into a square shape by the beam expander optical system 40, but the polygonal convex prism 10 crosses the beam of laser light. If the expander optical system 4 is formed to have a size matching the surface shape,
Laser light can be directly incident on the convex polygonal prism 10 without using 0.
【0019】図7は図6に示す装置をパターンCVDに
利用した場合の反応セル内の光路を示す断面図である。
この図において、符号70は投影レンズ60の前方に配
置された反応セルで、反応セル70の開口部にはシール
された合成石英ガラス製の窓72が設けられている。反
応セル70内には反応ガス(材料ガス)が封入されてお
り、投影レンズ60による投影位置には基板74が配置
されている。符号71a,71bは反応ガスの流入口及
び流出口である。FIG. 7 is a sectional view showing an optical path in a reaction cell when the apparatus shown in FIG. 6 is used for pattern CVD.
In this figure, reference numeral 70 denotes a reaction cell disposed in front of the projection lens 60, and a window 72 made of synthetic quartz glass is provided at the opening of the reaction cell 70. A reaction gas (material gas) is sealed in the reaction cell 70, and a substrate 74 is disposed at a position where the projection lens 60 projects. Reference numerals 71a and 71b are an inlet and an outlet for the reaction gas.
【0020】投影レンズ60から出射したレーザ光は基
板74上に集束して、マスクに形成されている回路パタ
ーン52を基板表面に投影し、反応ガスがレーザ光によ
って光分解され、発生したラジカルが再結合して基板7
4上に膜を形成する。特に窓72を透過する際のレーザ
光は25本の光束に分散され、かつ互いの光束がほとん
ど重合しない状態となっているので、セル70内の窓7
2の近傍位置におけるレーザ光のエネルギは密度は低
く、反応ガスを光分解するに十分なエネルギ密度とはな
っていない。従って従来のように反応セルの窓の近傍で
反応が生じて窓が曇り、レーザ光の透過率が低下すると
いう不具合がなく、高効率のレーザCVDを達成でき
る。また基板上に集束するレーザ光のエネルギは平滑化
されるので、均一厚さの膜を形成することができ、加工
精度の高い製品を安価に供給することができる。The laser beam emitted from the projection lens 60 is focused on the substrate 74, and the circuit pattern 52 formed on the mask is projected on the substrate surface. Recombination and substrate 7
A film is formed on 4. In particular, the laser beam transmitted through the window 72 is dispersed into 25 beams, and the beams are hardly superimposed on each other.
The energy of the laser light in the vicinity of the position 2 is low in density, and does not have a sufficient energy density for photodecomposing the reaction gas. Therefore, there is no disadvantage that a reaction occurs near the window of the reaction cell and the window is fogged and the transmittance of laser light is reduced as in the related art, and high-efficiency laser CVD can be achieved. In addition, since the energy of the laser light focused on the substrate is smoothed, a film having a uniform thickness can be formed, and a product with high processing accuracy can be supplied at low cost.
【0021】なお前記参考例では、本発明をパターンC
VDに適用した実施例について説明したが、次の様な種
々の技術に適用できる。即ち、1990年春及び秋の応
用物理学会においては、半導体を製造する際のリソグラ
フィー工程におけるレジストの形成を省略し、ArFエ
キシマレーザを用いてレジストなしで直接Siにエッチ
ングする技術について報告しているが、本発明はこのレ
ーザ利用のSiのレジストエッチングにも適用できる。
また、同学会において、NF3ガスとフッ素に耐性を持
たせた超高分子量PMMAレジストを用いてArFエキ
シマレーザを照射し、露光と現像を同時に行い、半導体
回路製造工程中のリソグラフィー工程の簡略化が提案さ
れているが、本発明はこのリソグラフィー用レジストの
ドライ現像にも適用できる。同じく1990年春、秋の
応用物理学会において、KrFエキシマレーザによる結
晶性SiCの回路パターンエッチングについて報告して
いるが、本発明はこのSiCの回路パターンエッチング
についても適用できる。同じく1990年春の応用物理
学会において、エキシマレーザ光を利用した高分子材料
(例えば、テフロン)の表面改質について報告している
が、本発明はエキシマレーザの照射による高分子材料の
表面の改質にも利用することができる。In the above-mentioned reference example , the present invention is applied to a pattern C
Although the embodiment applied to the VD has been described, the invention can be applied to various techniques as follows. In other words, the Japan Society of Applied Physics in the spring and fall of 1990 reports a technique of omitting the formation of a resist in a lithography process when manufacturing a semiconductor and directly etching Si using an ArF excimer laser without using a resist. The present invention is also applicable to the Si resist etching using the laser.
At the same meeting, irradiating ArF excimer laser using NF 3 gas and ultra-high molecular weight PMMA resist with resistance to fluorine, exposure and development were performed simultaneously, simplifying the lithography process in the semiconductor circuit manufacturing process. However, the present invention is also applicable to dry development of the resist for lithography. Similarly, at the Japan Society of Applied Physics in the spring and fall of 1990, a report was made on the circuit pattern etching of crystalline SiC using a KrF excimer laser, but the present invention is also applicable to this circuit pattern etching of SiC. Similarly, at the Japan Society of Applied Physics in the spring of 1990, a report was made on surface modification of a polymer material (for example, Teflon) using excimer laser light. Can also be used.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る多面凸型プリズムによれば、光束は多面凸型プリ
ズムに入射する際に光入射面を構成する稜面毎の光束に
分散され、さらに多面凸型プリズムから出射する際には
分散光それぞれが光出射面を構成する稜面毎の光束に分
散されるとともに、分散された光束全てが光軸上の集束
面に集束するので、集束面において強度分布の平滑化さ
れたエネルギ密度の高い光が得られる。As is apparent from the above description, according to the polyhedral convex prism according to the present invention, the luminous flux is dispersed into the luminous flux of each ridge forming the light incident surface when entering the polyhedral prism. When the light is further emitted from the polygonal convex prism, the dispersed light is dispersed into the light flux for each ridge surface constituting the light exit surface, and all the dispersed light fluxes are focused on the focusing surface on the optical axis. In addition, light having a high energy density with a smoothed intensity distribution on the focusing surface can be obtained.
【0023】また本発明をレーザ光投影装置に用いれ
ば、レーザ光は多面凸型プリズムによって複数の光束に
分散され、かつ被投影パターンの形成されたマスク上に
集束し、さらにマスクを透過した光束は分散状態で拡大
側テレセントリック型投影レンズに入射し、投影レンズ
から分散した状態で出射して光軸上所定位置(結像面)
に面集束し、ここに被投影パターンを投影するので、光
の強弱ムラのない投影パターンが得られる。またレーザ
光をビームエクスパンダー光学系を用いて所定の形状に
拡大するようにすれば、凸型多面レンズを加工のし易い
適切な大きさとすることができるので、装置をコスト的
に安価にできる。そして投影レンズ前方に反応セルを置
いて窓からレーザ光を入射するようにした場合には、レ
ーザ光は多数の光束に分散された状態で窓を透過するの
で、窓近傍のレーザ光のエネルギは低く、窓近傍で反応
ガスが反応することに伴う従来の問題が解消される。ま
た結像面に対応する位置に配置された基板近傍で最もレ
ーザ光のエネルギー密度が高くなるため、多光子吸収分
解が起こり、照射レーザの波長に吸収を持たない材料ガ
スをも光分解させることができる。Further it has been using the present invention to a laser beam projector
For example , the laser light is dispersed into a plurality of light beams by a polygonal convex prism and focused on a mask on which a pattern to be projected is formed, and the light beam transmitted through the mask is incident on the magnifying side telecentric projection lens in a dispersed state. Is emitted in a dispersed state from the projection lens and is positioned at a predetermined position on the optical axis (imaging plane)
Since the surface is focused and the pattern to be projected is projected on the surface, a projection pattern free from unevenness of light intensity can be obtained. In addition, if the laser beam is expanded into a predetermined shape using the beam expander optical system, the convex polyhedral lens can be formed into an appropriate size that is easy to process, so that the apparatus can be manufactured at low cost. . If the reaction cell is placed in front of the projection lens and the laser beam is made to enter from the window, the laser beam is transmitted through the window in a state of being dispersed into a large number of light beams, so the energy of the laser beam near the window is The conventional problem associated with the reaction gas reacting near the window is low. In addition, since the energy density of the laser beam is highest near the substrate located at the position corresponding to the imaging plane, multiphoton absorption decomposition occurs, and the material gas that does not absorb at the wavelength of the irradiation laser is also photodecomposed. Can be.
【0024】一般にレーザの出力パターンはガウス分布
であり、そのためレーザ光の中心部のエネルギー密度が
最も高く、きれいなレーザ加工が難しいが、この請求項
1〜4に示す多面凸型プリズム(円錐台型レンズ)をパ
ターン転写に用いればエネルギー密度が均質となるた
め、CO2レーザやYAGレーザによる熱的加工に用い
てもきれいな加工面を出すことができる。 [0024] General laser output pattern is Gaussian, therefore the highest energy density in the center of the laser beam, it is difficult clean laser processing, polygon convex prisms (frustoconical type shown in claim 1-4 If the lens is used for pattern transfer, the energy density becomes uniform, so that a clean processed surface can be obtained even when used for thermal processing using a CO 2 laser or a YAG laser .
【図1】本発明に係る多面凸型プリズムの一実施例の斜
視図FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of a polygonal convex prism according to the present invention.
【図2】多面凸型プリズムから出射した光が集束する様
子を説明する説明図FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a state in which light emitted from a polygonal convex prism is focused.
【図3】本発明に係る多面凸型プリズムの第2の実施例
の斜視図FIG. 3 is a perspective view of a second embodiment of the polygonal convex prism according to the present invention.
【図4】多面凸型プリズムの参考例の斜視図 FIG. 4 is a perspective view of a reference example of a polygonal convex prism.
【図5】多面凸型プリズムから出射した光が集束する様
子を説明する説明図FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a state in which light emitted from a polygonal convex prism is focused.
【図6】本発明をレーザ光投影装置に応用した参考例を
示す図 FIG. 6 shows a reference example in which the present invention is applied to a laser beam projector.
Diagram shown
【図7】投影レンズを出射したレーザ光の反応セル内で
の集束の様子を説明する断面図FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which laser light emitted from a projection lens is focused in a reaction cell.
【図8】従来のレーザ光投影装置の全体構造を示す図FIG. 8 is a diagram showing the overall structure of a conventional laser beam projector.
【図9】従来の改良されたレーザ光投影装置の全体構造
を示す図FIG. 9 is a diagram showing the overall structure of a conventional improved laser light projector.
10,20,30 多面凸型プリズム 11A,11B,11C,11D 光入出射面である凸
稜面 12a,12b 中央平面 14a,14b,16a,16b 傾斜平面 32 円形中央平面 34,36,38 テーパ面 40 ビームエクスパンダー光学系 42 縦拡散シリンドリカルレンズ 44 横拡散シリンドリカルレンズ 46 コリメータレンズ 50 マスク 52 被投影パターンである回路パターン 60 テレセントリック型投影レンズ f 共焦点10, 20, 30 Polyhedral convex prisms 11A, 11B, 11C, 11D Convex ridges 12a, 12b central planes 14a, 14b, 16a, 16b inclined planes 32 circular central planes 34, 36, 38 tapered surfaces Reference Signs List 40 beam expander optical system 42 vertical diffusion cylindrical lens 44 horizontal diffusion cylindrical lens 46 collimator lens 50 mask 52 circuit pattern to be projected pattern 60 telecentric projection lens f confocal
Claims (4)
ムにおいて、一方の光入出射面には、光軸に対し垂直な
帯状の中央平面と、この中央平面の両側に中央平面に対
し対称で順次傾斜が大となる複数組の帯状の傾斜平面と
からなる第1の凸稜面が形成され、他方の光入出射面に
は、前記第1の凸稜面を形成する各平面の延出方向と直
交する方向に延出し、光軸に対し垂直な帯状の中央平面
と、この中央平面の両側に中央平面に対し対称で順次傾
斜が大となる複数組の帯状の傾斜平面とからなる第2の
凸稜面が形成され、一方の光入出射面に入射した平行光
が他方の光入出射面から出射して、2つの帯状中央平面
の光軸方向重合領域に整合する矩形状に光軸上で面集束
するように、前記第1,第2の凸稜面を形成する傾斜平
面の面角度が設定されたことを特徴とする多面凸型プリ
ズム。1. A convex prism having opposing light entrance / exit surfaces, one of the light entrance / exit surfaces has a band-shaped central plane perpendicular to the optical axis, and both sides of the central plane are symmetrical with respect to the central plane. A first convex ridge surface composed of a plurality of sets of strip-shaped inclined planes whose inclinations are sequentially increased is formed, and the other light input / output surface has an extension of each of the planes forming the first convex ridge surface. It consists of a band-shaped central plane extending in a direction perpendicular to the exit direction and perpendicular to the optical axis, and a plurality of sets of band-shaped inclined planes on both sides of the central plane, which are symmetrical with respect to the central plane and whose inclination is gradually increased. A second convex ridge surface is formed, and parallel light incident on one of the light incident / exit surfaces exits from the other light incident / exit surface to form a rectangular shape that matches the optical axis direction overlapping region of the two band-shaped central planes. The surface angles of the inclined planes forming the first and second convex ridges are set so that the surfaces converge on the optical axis. A multi-sided convex prism.
形状とされて、出射光が正方形状に光軸上で略面集束す
ることを特徴とする請求項1記載の多面凸型プリズム。2. The method according to claim 1, wherein the first convex ridge surface and the second convex ridge surface have the same shape, and the outgoing light is substantially converged on the optical axis in a square shape. Polyhedral convex prism.
稜面が表側に形成され、裏側が光軸に対し垂直な平面と
された第1の凸稜面プリズムと、前記第2の凸稜面が表
側に形成され、裏側が光軸に対し垂直な平面とされた第
2の凸稜面プリズムが、裏側を互いに付き合わせて一体
化されたことを特徴とする請求項1記載の多面凸型プリ
ズム。3. The multi-planar convex prism, wherein the first convex ridge surface is formed on the front side, and the back side is a flat surface perpendicular to the optical axis; 2. The second convex ridge surface prism having a convex ridge surface formed on the front side and a rear surface formed as a plane perpendicular to the optical axis, wherein the second convex ridge surface prisms are integrated with the back sides of the prisms. Polyhedral convex prism.
面プリズムは同一形状とされて、出射光が正方形状に光
軸上で略面集束することを特徴とする請求項3記載の多
面凸型プリズム。 4. The method according to claim 3, wherein the first convex ridge prism and the second convex ridge prism have the same shape, and the outgoing light is substantially converged on the optical axis in a square shape. Polyhedral convex prism as described .
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