JP2009260285A - 照射光学系、照射装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被照射物の特定の領域を照射する場合にそれらの領域間での照射強度のばらつきを十分に小さく抑えてラインビーム照射を行うことができる照射光学系を提供する。
【解決手段】マルチエミッタ半導体レーザ１１から射出される複数の光束２４を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材１８に、これらのスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系２と、スリット部材１８の複数のスリットの像を被照射物２３に投射する第２の投射光学系３とにより照射光学系を構成する。第２の投射光学系３に、スリット部材１８の複数のスリットを通る複数の光束の偏光をそれぞれ制御する複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイ１９と、偏光制御素子アレイ１９を透過した複数の光束の強度を調整する強度調整素子２１とを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、照射光学系、照射装置および半導体装置の製造方法に関する。より詳細には、この発明は、例えば、高出力のブロードエリア型のマルチエミッタ半導体レーザを光源に用いた照射光学系、この照射光学系を用いた照射装置およびこの照射装置を用いた半導体装置の製造方法に適用して好適なものである。

従来、レーザビームをライン状の照明エリアに照明する照明装置として図１０に示すようなものが知られている（特許文献１参照。）。ここで、図１０は特許文献１の図１と同様な図である。図１０に示すように、この照明装置においては、バーレーザ１０１の直線状に配列した複数のエミッタ（発光点）１０１ａからそれぞれ光束（レーザビーム）１０２が射出される。これらの光束（レーザビーム）１０２は、コリメータレンズ１０３、１０４によりエミッタ１０１ａの配列方向に垂直な方向および平行な方向にそれぞれコリメートされると同時に、互いに混合される。この後、こうしてコリメートおよび互いに混合された光束は、一対のシリンドリカルレンズ１０５ａ、１０５ｂからなるシリンドリカルレンズアレイ１０５に入射して複数の光束に分割される。これらの光束はシリンドリカルレンズ１０６、１０７を通ってラインビームとなり、空間光変調器１０８の表面のライン状の照明エリアを照射する。

一方、例えば、液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイなどの素子基板であるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板を製造する場合、次のようにして多結晶シリコン膜を形成する方法がある。すなわち、ガラス基板などの全面にアモルファスシリコン膜を形成した後、このアモルファスシリコン膜のうち画素内のＴＦＴ形成領域を含むストライプ状の領域をレーザビームにより照射してレーザアニールにより多結晶シリコン膜とする。この場合、このストライプ状の領域以外の部分はレーザビームを照射しないようにすることが必要とされる。これは、画素内には、配線部などのレーザビームを照射しない方が望ましい部分があるためである。

なお、以下のような照明装置が提案されている（特許文献２参照。）この照明装置は、非一様な配光分布特性を有する発光素子アレイと、この発光素子アレイの各発光素子にそれぞれ対応して配置されるカップリングレンズと、第１のレンズアレイと、第２のレンズアレイと、被照明面とを備える。この照明装置では、カップリングレンズと第１のレンズアレイとの間、またはカップリングレンズと第１のレンズアレイとの近傍に、発光素子の配光分布特性に起因する被照明面の不均一な光量分布を低減する光学素子が配置される。

また、以下のような共焦点顕微鏡が提案されている（特許文献３参照。）。この共焦点顕微鏡は、入射光学系と検出光学系と液晶素子を制御する液晶制御部とを備えている。入射光学系は、照明光源からの偏光を、マイクロレンズアレイを上部に配置したマトリクス式液晶素子および対物レンズを介して被観察物へ入射する。検出光学系は、被観察物からの反射光または蛍光を検出する。液晶制御部は液晶素子を制御する。この共焦点顕微鏡では、マイクロレンズアレイを透過したマイクロレンズ毎の光を、液晶素子の各画素毎に透過させ、対物レンズにて被観察物に複数の焦点を結ばせる。併せて、液晶素子の各画素を透過する光の偏光方向を液晶制御部を用い、各画素を透過する光の偏光方向を互いに直交するように制御する。

特開２００２−７２１３２号公報 特開２００７−４７３３５号公報 特再表ＷＯ０４／０３６２８４号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、上述のように画素内のＴＦＴ形成領域を含むストライプ状の領域だけをレーザビームにより照射する場合に図１０に示す照明装置を用いると、各領域間で照射強度のばらつきが大きい。このため、各領域を均一に照射することが難しく、ひいてはＴＦＴの特性が画素間で不均一になるという問題がある。

すなわち、被照射物の特定の領域を照射するために、図１０に示す空間光変調器１０８の代わりに、バーレーザ１０１のエミッタ１０１ａの配列方向（図１０のＸ軸方向）に垂直な方向に互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材を用いる。そして、このスリット部材の、上記の複数のスリットを横断するライン状の照明エリアを照射し、このスリット部材を通った光束、すなわちラインビームをリレーレンズを介して被照射物の表面に照射する。このとき、この被照射物の表面におけるラインビームの強度分布は図１１に示すように櫛形となる。この強度分布の均一性は、バーレーザ１０１の各エミッタ１０１ａの輝度のばらつき、シリンドリカルレンズ１０５ａ、１０５ｂの分割数、光学系のアライメント、像面湾曲などの光学系の収差の影響、可干渉性による干渉縞やスペックルの影響などにより決まる。この結果、現実には、被照射物の均一照射性能は５％程度までしか得られない。例えば、図１１に示すラインビームにおけるＡ、Ｂ、Ｃ間での平均強度のばらつきを５％程度より小さくすることは困難である。

ラインビームの平均強度のばらつきが５％程度以上であると、ＴＦＴ基板の製造にこのラインビーム照射を適用することは困難である。すなわち、平均強度のばらつきが５％程度の不均一なラインビーム照射による影響は、特に有機ＥＬ用ＴＦＴ基板の製造においてアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変えるレーザアニールでは顕著となる。例えば、図１１に示すように、ラインビームの強度がＸ軸方向に不均一であると、画素間で多結晶シリコン膜の特性の差、したがって多結晶シリコンＴＦＴの特性の差が生じ、それが有機ＥＬパネルの輝度むらとして現れてしまう。この輝度むらを抑えるためには、画素間での照射強度の不均一性は一般的には数％程度しか許されない。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、被照射物の特定の領域を照射する場合にそれらの領域間での照射強度のばらつきを十分に小さく抑えてラインビーム照射を行うことができる照射光学系を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の照射光学系を用いた照射装置を提供することである。
この発明が解決しようとするさらに課題は、上記の照射装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、
直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの分割された複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材にこれらの複数のスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系と、
上記スリット部材の上記複数のスリットの像を被照射物に投射する第２の投射光学系とを有し、
上記第２の投射光学系は、
上記スリット部材の上記複数のスリットを通る複数の光束が入射し、これらの複数の光束の偏光をそれぞれ制御する、上記複数のスリットと同じ数の複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイと、
上記偏光制御素子アレイを透過した複数の光束が入射し、これらの複数の光束の強度を調整する強度調整素子とを有する照射光学系である。

また、この発明は、
直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの分割された複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材にこれらの複数のスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系と、
上記スリット部材の上記複数のスリットの像を被照射物に投射する第２の投射光学系とを有し、
上記第２の投射光学系は、
上記スリット部材の上記複数のスリットを通る複数の光束が入射し、これらの複数の光束の偏光をそれぞれ制御する、上記複数のスリットと同じ数の複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイと、
上記偏光制御素子アレイを透過した複数の光束が入射し、これらの複数の光束の強度を調整する強度調整素子とを有する照射光学系を用いた照射装置である。

また、この発明は、
直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの分割された複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材にこれらの複数のスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系と、
上記スリット部材の上記複数のスリットの像を被照射物に投射する第２の投射光学系とを有し、
上記第２の投射光学系は、
上記スリット部材の上記複数のスリットを通る複数の光束が入射し、これらの複数の光束の偏光をそれぞれ制御する、上記複数のスリットと同じ数の複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイと、
上記偏光制御素子アレイを透過した複数の光束が入射し、これらの複数の光束の強度を調整する強度調整素子とを有する照射光学系を用いた照射装置により得られるラインビームを用いて半導体基板または半導体薄膜を照射する半導体装置の製造方法である。

この発明において、直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源の発振波長は、被照射物に施す処理の内容などに応じて適宜選ばれる。例えば、アモルファスシリコン膜のレーザアニールを行う場合、このレーザ光源の発振波長は近赤外域あるいは紫外域の波長に選ばれる。このレーザ光源は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、典型的には、マルチエミッタ半導体レーザ、例えばブロードエリア型のマルチエミッタ半導体レーザが用いられる。

偏光制御素子アレイの複数の偏光制御素子の間隔は、典型的には、スリット部材の複数のスリットの間隔と同じに選ばれるが、これに限定されるものではない。この偏光制御素子アレイは、スリット部材の直後に配置してもよいし、スリット部材および被照射物と光学的に共役な位置に配置してもよい。後者の場合、第２の投射光学系は、スリット部材の複数のスリットの像を偏光制御素子アレイに投射し、偏光制御素子アレイから得られる像を被照射物に投射する。

偏光制御素子は、例えば、この偏光制御素子に対する光束の入射方向と平行な所定の中心軸の周りに回転可能な１／２波長板やソレイユ補償器（ソレイユ補償板）などにより構成されるが、これに限定されるものではない。ソレイユ補償器としては従来公知のものを用いることができる。具体的には、ソレイユ補償器は、例えば次のようなものである。すなわち、一つの複屈折基板とこの複屈折基板の光学軸と直交する一つのくさび基板とが互いに接合または互いに隣接して配置される。このくさび基板に、このくさび基板と同一の光学軸および同一のくさび角を有するもう一つのくさび基板が対向配置され、一方のくさび基板がくさび方向にスライド調整可能である。複数の偏光制御素子の固定側の複屈折基板および一方のくさび基板は一体化してもよい。偏光制御素子はフォトニック結晶板により構成してもよい。このフォトニック結晶板は、例えば、このフォトニック結晶板の面内の光束が透過する位置によりこの光束の位相差が異なるように、例えばこの位相差が一方向に変化、具体的には例えば直線的に増加または減少するように構成する。このフォトニック結晶板は種々の形状に形成することができるが、典型的には長方形の形状に形成される。

レーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後には、必要に応じて、偏光制御素子を透過させて偏光面を回転させる。偏光制御素子としては、例えば１／２波長板が用いられる。
強度調整素子としては、典型的には、光アイソレータが用いられるが、入射する光束の偏光状態により強度を調整することができる限り、他のものを用いてもよい。

この発明による照射装置は、必要に応じて、照射光学系に加えて、被照射物を搭載するステージ、このステージの制御装置などを有する。
この発明による半導体装置の製造方法は、光照射を利用して半導体基板（例えば、シリコン基板など）または半導体薄膜（シリコン薄膜など）に対して各種の処理（例えば、レーザアニールなど）を施す各種の半導体装置の製造に適用することができる。具体的には、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイなどのＴＦＴ基板の製造に適用することができる。

上述のように構成されたこの発明においては、第１の投射光学系から射出される櫛形の強度分布を有するラインビームの強度が不均一であっても、次のようにして、被照射物を照射するラインビームの強度を均一化することができる。ここで、第１の投射光学系から射出されるラインビームの強度が不均一となる原因は、レーザ光源の各発光点の輝度のばらつき、光学系のアライメント、像面湾曲などの光学系の収差の影響、可干渉性による干渉縞やスペックルの影響などである。すなわち、この発明においては、第１の投射光学系から射出されるラインビームの強度分布に応じて、偏光制御素子アレイの各偏光制御素子を個別に調整して偏光を制御することにより、強度調整素子により各光束の強度を個別に調整することができる。これによって、第２の投射光学系から射出され、被照射物を照射するラインビームの強度を均一化することができる。

この発明によれば、強度の不均一性が５％程度より小さい、例えば数％程度の櫛形の強度分布を有するラインビームを容易に得ることができる。そして、このラインビームにより被照射物の複数の特定の領域を照射することにより、これらの領域間で照射強度のばらつきを十分に小さく抑えることができる。

この発明の第１の実施の形態による照射光学系および被照射物を照射するラインビームの強度分布の一例を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態による照射光学系および被照射物を照射するラインビームの強度分布の一例を示す略線図である。 この発明の第１の実施の形態による照射光学系において用いられる偏光制御素子アレイを示す略線図である。 この発明の第２の実施の形態による照射光学系において用いられる偏光制御素子アレイを示す略線図である。 この発明の第３の実施の形態による照射光学系において用いられる偏光制御素子アレイを示す略線図である。 この発明の第４の実施の形態による照射光学系において用いられる偏光制御素子アレイおよび偏光制御素子を示す略線図である。 この発明の第５の実施の形態による照射光学系を示す略線図である。 この発明の第６の実施の形態による照射装置を示す略線図およびラインビーム照射部の拡大図である。 この発明の第６の実施の形態による照射装置をＴＦＴ基板の製造に適用した一例を説明するための断面図である。 従来の照明装置を示す略線図である。 図１０に示す従来の照明装置により得られるラインビームの強度分布の一例を示す略線図である。

以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（照射光学系）
２．第２の実施の形態（照射光学系）
３．第３の実施の形態（照射光学系）
４．第４の実施の形態（照射光学系）
５．第５の実施の形態（照射光学系）
６．第６の実施の形態（照射装置）

〈１．第１の実施の形態〉
［照射光学系］
第１の実施の形態による照射光学系について説明する。
図１Ａおよび図２Ａはこの照射光学系の構成を示す。この照射光学系の光軸１に垂直な面内における一つの方向にＸ軸、この方向に垂直な方向にＹ軸を取る。図１ＡはＹ軸方向から見た図、図２ＡはＸ軸方向から見た図である。

図１Ａおよび図２Ａに示すように、この照射光学系は、光軸１上に第１の投射光学系２および第２の投射光学系３を有する。
第１の投射光学系２は、光軸１上に、一次元のマルチエミッタ半導体レーザ１１、コリメータレンズ１２、１３、１／２波長板１４、シリンドリカルレンズアレイ１５、コンデンサレンズ１６、集光レンズ１７およびスリット部材１８を有する。シリンドリカルレンズアレイ１５は、一対のシリンドリカルレンズ１５ａ、１５ｂからなる。

第２の投射光学系３は、光軸１上に、偏光制御素子アレイ１９、投射レンズ２０、光アイソレータ２１および投射レンズ２２を有する。この第２の投射光学系３から射出されるラインビームにより被照射物２３が照射される。
マルチエミッタ半導体レーザ１１はＸ軸方向に直線状に配列した複数のエミッタ（発光点）１１ａを有する。そして、このマルチエミッタ半導体レーザ１１を発振させることにより、これらのエミッタ１１ａから、光軸１に平行な方向を主軸としてそれぞれ光束（レーザビーム）２４が射出されるようになっている。エミッタ１１ａの数は特に限定されるものではなく、必要に応じて選ばれるが、図１Ａにおいては一例としてエミッタ１１ａの数が５個の場合が示されている。また、エミッタ１１ａの間隔も特に限定されるものではなく、必要に応じて選ばれる。

マルチエミッタ半導体レーザ１１から射出される光束２４はコリメータレンズ１２に入射し、Ｙ軸方向にコリメートされる（図２Ａ参照。）。こうしてＹ軸方向にコリメートされた光束はコリメータレンズ１３に入射し、Ｘ軸方向にコリメートされると同時に、互いに混合される（図１Ａ参照。）。こうしてＸ軸方向およびＹ軸方向にコリメートされ、混合された光束は１／２波長板１４に入射し、偏光面がＸ軸方向およびＹ軸方向に対してそれぞれ４５度の方向に回転される。

１／２波長板１４を透過した光束は、Ｘ軸方向に配列した複数のシリンドリカルレンズ部を有するシリンドリカルレンズ１５ａ、１５ｂを順次通ってＸ軸方向に複数の光束に分割される。こうしてＸ軸方向に分割された複数の光束はコンデンサレンズ１６によりＸ軸方向に収束される（図１Ａ参照。）。こうしてＸ軸方向に収束された光束はさらに、集光レンズ１７によりＹ軸方向で見てスリット部材１８に集光され、光軸１およびＸ軸を含む面内においてスリット部材１８の全体に広がるラインビームが形成される（図２Ａ参照。）。スリット部材１８は、Ｙ軸方向に延在し、かつ互いに平行な複数のスリットを有する。スリット部材１８のスリットの数は特に限定されるものではなく、必要に応じて選ばれるが、図１Ａにおいては３個のスリット１８ａ、１８ｂ、１８ｃが示されている。
以上により、マルチエミッタ半導体レーザ１１から射出される光束２４がスリット部材１８に、複数のスリット、図１に示す例ではスリット１８ａ、１８ｂ、１８ｃを横断するラインビームとして投射される、言い換えれば結像する。

偏光制御素子アレイ１９はスリット部材１８の直後に配置されている。この偏光制御素子アレイ１９はＸ軸方向に直線状に配列した複数の偏光制御素子からなり、各偏光制御素子はスリット部材１８の各スリットの直後に配置されている。これらの偏光制御素子はスリット部材１８のスリットと同数かつ同間隔に配置されている。図１Ａにおいては、スリット部材１８の３個のスリット１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対応して、３個の偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃが示されている。この偏光制御素子アレイ１９とスリット部材１８との間の間隔は、スリット部材１８の各スリットを通った光束がこのスリットに対応する偏光制御素子にのみ入射し、他の偏光制御素子には入射しないように十分小さくするのが望ましい。

図３に偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃからなる偏光制御素子アレイ１９の詳細を示す。図３に示すように、偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃはＸ−Ｙ面に平行な円板の形状を有する１／２波長板からなる。これらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの中心軸は光軸１に平行である。これらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは図示省略した回転機構によりそれらの中心軸の周りに回転可能に構成されている。この回転機構としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。１／２波長板からなるこれらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの回転角度を個別に調整することによりこれらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに入射する光束の偏光面の角度を個別に調整することができる。
なお、これらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの回転角度の調整により偏光面の角度の調整を十分に行うことができる場合には、１／２波長板１４は省略してもよい。

スリット部材１８にラインビームとして投射され、各スリットを通った光束は偏光制御素子アレイ１９の各偏光制御素子に入射して偏光が制御される。こうして偏光が制御されて偏光制御素子アレイ１９から射出された複数の光束は、投射レンズ２０により収束された後、光アイソレータ２１に入射する。この光アイソレータ２１は、偏光ビームスプリッタ２１ａおよびこの偏光ビームスプリッタ２１ａの射出面に設けられた１／４波長板２１ｂからなる。この光アイソレータ２１に入射した複数の光束は、その偏光状態に応じて、偏光ビームスプリッタ２１ａを透過する光束の強度が変化する。より具体的には、偏光ビームスプリッタ２１ａに対する入射光束の偏光面の向きに応じて、この偏光ビームスプリッタ２１ａを透過する光束の強度が変化する。偏光ビームスプリッタ２１ａの射出面に設けられた１／４波長板２１ｂは戻り光を防止するためのものである。

光アイソレータ２１から射出された光束は投射レンズ２２により被照射物２３に照射される。こうして、ラインビームとして光束が投射されたスリット部材１８の複数のスリットの像が被照射物２３に投射される、言い換えれば結像する。ここで、スリット部材１８と被照射物２３とは互いに光学的に共役である。被照射物２３を照射するラインビームのＸ軸方向およびＹ軸方向の強度分布の一例をそれぞれ図１Ｂおよび図２Ｂに示す。

偏光制御素子アレイ１９による偏光の制御は次のように行う。
いま、一例として、光束がラインビームとしてスリット部材１８に投射され、各スリットから射出される光束のＸ軸方向の強度分布が図３に示すようなものであるとする。図３に示すように、偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに入射する光束の強度はこれらの順に大きくなっている。これらの光束間の平均強度のばらつきは、例えば５％程度以上である。この場合、例えば、偏光制御素子１９ａの回転角度は、この偏光制御素子１９ｃに入射する光束がそのまま強度を保って光アイソレータ２１から射出されるように調整する。これに対し、偏光制御素子１９ｂ、１９ｃの回転角度は、これらの偏光制御素子１９ｂ、１９ｃに入射する光束の強度が光アイソレータ２１を通ることにより減少し、偏光制御素子１９ａを透過する光束の強度と同じになるように調整する。こうして、光アイソレータ２１から射出される各光束の強度は均一となる。この結果、被照射物２３を照射するラインビームの強度分布は、図１Ｂに示すように、図３に比べて大幅に均一化される。例えば、図１Ｂに示すＡ、Ｂ、Ｃ間での平均強度のばらつきを３％程度に減少させることができる。

以上のように、この第１の実施の形態による照射光学系によれば、光束がラインビームとして投射されたスリット部材１８の各スリットを通った光束の強度に応じて、あらかじめ偏光制御素子アレイ１９の各偏光制御素子を最適状態に制御しておく。これによって、マルチエミッタ半導体レーザ１１を光源として用いて、例えば平均強度のばらつきが３％程度と不均一性が小さい櫛形の強度分布を有する幅広のラインビームを容易に形成することができる。そして、このラインビームを被照射物２３に照射することにより、複数の特定の領域をこれらの領域間の照射強度のばらつきを十分に小さく抑えて照射することができる。また、この第１の実施の形態においては、照射光学系の各構成要素で生じる様々な誤差を個別に補正するのではなく、強度の不均一性を有するラインビームの強度そのものを直接補正するようにしている。このため、照射光学系のアライメントや収差補正などの仕様を緩和することができ、照射光学系の低コスト化を図ることができる。加えて、マルチエミッタ半導体レーザ１１の交換時のエミッタ１１ａの配光特性の影響をも補正するため、マルチエミッタ半導体レーザ１１の仕様を緩和することができ、照射光学系のランニングコストの低減を図ることもできる。

〈２．第２の実施の形態〉
［照射光学系］
第２の実施の形態による照射光学系について説明する。
この照射光学系においては、偏光制御素子アレイ１９として図４に示すようなソレイユ補償器を用いる。図４に示すように、ソレイユ補償器からなる偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃにおいては、Ｘ軸方向に光学軸を有する複屈折基板ＰとＹ軸方向に光学軸を有するくさび基板Ｑとが互いに接合または互いに隣接配置されている。そして、Ｙ軸方向に光学軸を有するくさび基板Ｒがくさび基板Ｑと対向配置され、図示省略した駆動機構によりＹ軸方向にスライド調整できるように構成されている。偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃのそれぞれのくさび基板Ｒを個別にＹ軸方向にスライド調整することにより、偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃを透過する各光束の偏光を個別に制御することができる。ここで、複屈折基板Ｐ、くさび基板Ｑおよびくさび基板ＲとＸ軸およびＹ軸との関係は上記と逆にしても構わない。
この照射光学系の上記以外の構成は第１の実施の形態による照射光学系と同様である。

この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、くさび基板Ｒをスライド調整するので、くさび基板Ｒの駆動機構を小型化することができる。これによって、偏光制御素子アレイ１９を小型化することができ、ひいては照射光学系を小型化することができるという利点を得ることができる。

〈３．第３の実施の形態〉
［照射光学系］
第３の実施の形態による照射光学系について説明する。
この照射光学系においては、偏光制御素子アレイ１９として図５に示すようなソレイユ補償器を用いる。図５に示すように、ソレイユ補償器からなる偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの複屈折基板Ｐおよびくさび基板Ｑは一体に、言い換えると共通に形成されている。偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに個別に設けられたくさび基板Ｒは、図示省略した機構によりＹ軸方向にスライド調整できるように構成されている。
この照射光学系の上記以外の構成は第１および第２の実施の形態による照射光学系と同様である。

この第３の実施の形態によれば、第１および第２の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃの複屈折基板Ｐおよびくさび基板Ｑを一体に形成していることにより、偏光制御素子アレイ１９の部品点数を削減することができる。

〈４．第４の実施の形態〉
［照射光学系］
第４の実施の形態による照射光学系について説明する。
図６Ａに示すように、この照射光学系においては、偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃはＸ−Ｙ面に平行でＹ軸方向に延在する長方形あるいは短冊状の形状を有するフォトニック結晶板からなる。これらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃを構成するフォトニック結晶板は、このフォトニック結晶板の面内の光束が透過する位置によりこの光束の位相差が異なり、これによってこの光束の偏光面の回転角度が異なるように構成される。具体的には、この場合、このフォトニック結晶板は、上記の位相差が−Ｙ軸方向に徐々に大きく、例えば直線的に大きくなるように構成されている。一例として偏光制御素子１９ａを構成するフォトニック結晶板を図６Ｂに示すが、偏光制御素子１９ｂ、１９ｃを構成するフォトニック結晶板も同様である。これらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは図示省略した駆動機構によりＹ軸方向にスライド調整できるように構成されている。この駆動機構としては従来公知のものを用いることができ、必要に応じて選ばれる。フォトニック結晶板からなるこれらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃのＹ軸方向の位置を個別に調整することによりこれらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに入射する光束の偏光面の角度を個別に調整することができる。
この照射光学系の上記以外の構成は第１の実施の形態による照射光学系と同様である。

この第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃをフォトニック結晶板により構成し、このフォトニック結晶板をスライド調整することによりこれらの偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃに入射する光束の偏光面の角度を個別に調整するようにしている。このため、偏光制御素子アレイ１９の構成および駆動機構を簡単にすることができる。また、フォトニック結晶板は半導体プロセスにより容易に製造することができるため、微細な偏光制御素子１９ａ、１９ｂ、１９ｃを形成することができ、偏光制御素子アレイ１９を小型に構成することができ、ひいては照射光学系を小型に構成することができる。

〈５．第５の実施の形態〉
［照射光学系］
第５の実施の形態による照射光学系について説明する。
この照射光学系においては、偏光制御素子アレイ１９を配置する位置が第１の実施の形態と異なる。具体的には、図７に示すように、この照射光学系においては、スリット部材１８の後段に二つのレンズ２５ａ、２５ｂからなるリレーレンズ２５が配置されている。そして、このリレーレンズ２５に関してスリット部材１８と光学的に共役な位置に偏光制御素子アレイ１９が配置されている。この偏光制御素子アレイ１９と被照射物２３とは光学的に共役である。すなわち、この偏光制御素子アレイ１９はスリット部材１８および被照射物２３と光学的に共役な位置に配置されている。
この照射光学系の上記以外の構成は第１の実施の形態による照射光学系と同様である。

この第５の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、偏光制御素子アレイ１９をスリット部材１８の直後に設ける必要がない。このため、スリット部材１８の各スリットを通った光束がこのスリットに対応して設けられた偏光制御素子だけでなく、他の偏光制御素子にも入射してしまうのをより容易にかつ確実に防止することができる。言い換えれば、リレーレンズ２５から射出される各光束をそれぞれ一つの偏光制御素子だけに入射させることができる。これによって、偏光制御素子アレイ１９による各光束の偏光の制御をより正確に行うことができ、ひいては被照射物２３を照射するラインビームの強度の不均一性をより小さくすることができる。

〈６．第６の実施の形態〉
［照射装置］
第６の実施の形態による照射装置について説明する。
図８Ａに示すように、この照射装置は、照射光学系５１を有する。この照射光学系５１としては、第１〜第５のいずれかの実施の形態による照射光学系を用いる。この照射光学系５１からは、図１Ｂに示すような均一な強度分布を有する櫛形のラインビーム５１ａが射出される。図７Ｂにこのラインビーム５１ａを拡大して示す。この照射光学系５１の下方には互いに直交するｘ軸方向およびｙ軸方向に可動なステージ５２が設けられている。このステージ５２は、制御装置５３によりｙ軸方向に走査することができるようになっている。また、ステージ５２は、制御装置５３によりｘ軸方向にステップ移動させることができるようになっている。ステージ５２上には被照射物２３が搭載される。

この照射装置においては、例えば、ステージ５２をｙ軸方向に走査しながら、照射光学系５１から射出されるラインビーム５１ａを被照射物２３に照射する。走査が終わったらステージ５２をｘ軸方向にステップ移動させ、再びステージ５２をｙ軸方向に走査しながらラインビーム５１ａを被照射物２３に照射する。符号２３ａは照射領域を示す。この走査およびステップ移動を繰り返すことにより、被照射物２３の全面にラインビーム５１ａの照射を行う。

一例として、この照射装置を液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイのＴＦＴ基板を製造する場合に適用した場合について説明する。被照射物２３は、ガラス基板などの全面にＴＦＴ形成用のアモルファスシリコン膜が形成されたものであるとする。図９においてこのアモルファスシリコン膜を符号６１で示す。図９には、画素６２およびＴＦＴ形成領域６３を示す。このアモルファスシリコン膜６１に対して、図８ＡおよびＢに示すと同様な方法により、照射光学系５１から射出される、図１Ｂに示すような均一な強度分布を有する櫛形のラインビーム５１ａを照射する。符号６４はこのときのストライプ状の照射領域を示す。こうしてラインビーム５１ａが照射された照射領域６４のアモルファスシリコン膜６１はレーザアニールされて多結晶シリコン膜になる。この後、例えば、この多結晶シリコン膜をＴＦＴ形成領域６３の形状にパターニングした後、全面にゲート絶縁膜を形成し、さらにその上にゲート電極を形成する。そして、このゲート電極をマスクとして例えばｎ型不純物をイオン注入することによりソース領域およびドレイン領域を形成し、ｎチャネル多結晶シリコンＴＦＴを形成する。

この第６の実施の形態によれば、アモルファスシリコン膜６１のＴＦＴ形成領域６３を含む複数のストライプ状の照射領域６４間の照射強度を互いに均一にすることができる。これによって、これらの照射領域６４のアモルファスシリコン膜６１を均一にレーザアニールすることができることにより、画素間でｎチャネル多結晶シリコンＴＦＴの特性を均一にすることができる。

以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施の形態において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。

１…光軸、２…第１の投射光学系、３…第２の投射光学系、１１…マルチエミッタ半導体レーザ、１２、１３…コリメータレンズ、１４…１／２波長板、１５…シリンドリカルレンズアレイ、１６…コンデンサレンズ、１７…集光レンズ、１８…スリット部材、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…スリット、１９…偏光制御素子アレイ、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…偏光制御素子、Ｐ…複屈折基板、Ｑ、Ｒ…くさび基板、２０、２２…投射レンズ、２１…光アイソレータ、２３…被照射物、２４…光束、５１…照射光学系、５１ａ…ラインビーム、５２…ステージ、５３…制御装置、６１…アモルファスシリコン膜、６２…画素、６３…ＴＦＴ形成領域

Claims (15)

1. 直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの分割された複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材にこれらの複数のスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系と、
   上記スリット部材の上記複数のスリットの像を被照射物に投射する第２の投射光学系とを有し、
   上記第２の投射光学系は、
   上記スリット部材の上記複数のスリットを通る複数の光束が入射し、これらの複数の光束の偏光をそれぞれ制御する、上記複数のスリットと同じ数の複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイと、
   上記偏光制御素子アレイを透過した複数の光束が入射し、これらの複数の光束の強度を調整する強度調整素子とを有する照射光学系。
2. 上記偏光制御素子アレイの上記複数の偏光制御素子の間隔は上記スリット部材の上記複数のスリットの間隔と同じである請求項１記載の照射光学系。
3. 上記レーザ光源はマルチエミッタ半導体レーザである請求項２記載の照射光学系。
4. 上記偏光制御素子アレイは上記スリット部材の直後に配置されている請求項３記載の照射光学系。
5. 上記偏光制御素子アレイは上記スリット部材および上記被照射物と光学的に共役な位置に配置されている請求項３記載の照射光学系。
6. 上記第２の投射光学系は、上記スリット部材の上記複数のスリットの像を上記偏光制御素子アレイに投射し、上記偏光制御素子アレイから得られる像を上記被照射物に投射する請求項５記載の照射光学系。
7. 上記偏光制御素子は中心軸の周りに回転可能な１／２波長板からなる請求項１記載の照射光学系。
8. 上記偏光制御素子はソレイユ補償器からなる請求項１記載の照射光学系。
9. 上記ソレイユ補償器は、一つの複屈折基板とこの複屈折基板の光学軸と直交する一つのくさび基板とが互いに接合または互いに隣接して配置され、上記くさび基板に、上記くさび基板と同一の光学軸および同一のくさび角を有するもう一つのくさび基板が対向配置され、一方の上記くさび基板がくさび方向にスライド調整可能であるものである請求項８記載の照射光学系。
10. 上記偏光制御素子はフォトニック結晶板からなり、このフォトニック結晶板はこのフォトニック結晶板の面内の光束が透過する位置によりこの光束の位相差が異なるように構成されている請求項１記載の照射光学系。
11. 上記レーザ光源から射出される上記複数の光束を互いに混合した後、偏光制御素子を透過させる請求項１記載の照射光学系。
12. 上記偏光制御素子は１／２波長板である請求項１１記載の照射光学系。
13. 上記強度調整素子は光アイソレータである請求項１記載の照射光学系。
14. 直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの分割された複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材にこれらの複数のスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系と、
    上記スリット部材の上記複数のスリットの像を被照射物に投射する第２の投射光学系とを有し、
    上記第２の投射光学系は、
    上記スリット部材の上記複数のスリットを通る複数の光束が入射し、これらの複数の光束の偏光をそれぞれ制御する、上記複数のスリットと同じ数の複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイと、
    上記偏光制御素子アレイを透過した複数の光束が入射し、これらの複数の光束の強度を調整する強度調整素子とを有する照射光学系を用いた照射装置。
15. 直線状に配列した複数の発光点を有するレーザ光源から射出される複数の光束を互いに混合した後、複数の光束に分割し、これらの分割された複数の光束を互いに平行な複数のスリットを有するスリット部材にこれらの複数のスリットを横断するラインビームとして投射する第１の投射光学系と、
    上記スリット部材の上記複数のスリットの像を被照射物に投射する第２の投射光学系とを有し、
    上記第２の投射光学系は、
    上記スリット部材の上記複数のスリットを通る複数の光束が入射し、これらの複数の光束の偏光をそれぞれ制御する、上記複数のスリットと同じ数の複数の偏光制御素子からなる偏光制御素子アレイと、
    上記偏光制御素子アレイを透過した複数の光束が入射し、これらの複数の光束の強度を調整する強度調整素子とを有する照射光学系を用いた照射装置により得られるラインビームを用いて半導体基板または半導体薄膜を照射する半導体装置の製造方法。

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