JP5745746B2 - 光ビーム不均一性補正デバイス及び光ビームの強度分布を補正する方法 - Google Patents

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関連出願

本出願は米国特許法第１９条（ｅ）（１）に基づき、２００５年１０月２８日に出願された米国特許仮出願第６０／７３１、３１３号の利益を主張するものである。

本発明は、反射防止特性を有する光入射面を有する光学素子を備えた光ビーム強度不均一性補正デバイスに関する。本発明は特に、反射防止コーティングで被覆された少なくとも１つの面を有する光学素子を備える光ビーム強度不均一性補正デバイスに関する。

本発明はさらに、１つの光学素子又は複数の光学素子を有する光学系内で光ビームの強度分布を補正するための方法に関する。本発明は特に、少なくとも１つの光学素子、又は好ましくは複数の光学素子を有する光学系内で光ビーム強度不均一性を補正する方法に関する。

本発明はさらに、高いアスペクト比を有し、かつ長軸と短軸とを持つ断面を有する鮮鋭な照明ラインを表面上に生成するためのアナモルフィック光学系に関する。

本発明はさらに、高いアスペクト比を有し、かつ長軸と短軸とを持つ断面を有する走査照明ラインを表面上に生成するための走査システムに関する。

本発明は、例えば、基板の光（例えばレーザ）誘起結晶化の分野、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）（例えば薄膜トランジスタ・ディスプレイ（ＴＦＴ）など）などのフラットパネル・ディスプレイ、又はルミネッセンス・ディスプレイ（（無機又は有機発光ダイオード（ＬＥＤ、ＯＬＥＤ）、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイ）の分野での大型基板のアニーリング、及びそれらの製造工程において有用である。さらに、本発明を薄膜光起電デバイスの製造に使用してもよい。

特に本発明は、多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を形成するアモルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ）膜のレーザ光誘起結晶化に有用である。

多くの光学の用途にとって、光ビームの所定の強度分布が必要である。特に、場合によっては光ビームの極めて高い均一性さえ不可欠であることがある。均一性が極めて高い強度プロファイルが必要である例は、細く、長いレーザ・ビームが薄い非晶質薄膜、すなわちアモルファス層を横切って走査される、いわゆる光誘起結晶化工程である（本発明は主としてこのような工程、及びこのような工程を実行可能なレーザ・アニール装置に焦点を当てるが、それに限らず、本発明はその他の工程及び／又は装置にも応用できる。）。これらの結晶化手順はエキシマ・レーザ結晶化（ＥＬＣ）、逐次的横方向結晶化（ＳＬＳ）、又は細光線結晶化手順（ＴＤＸ）としてもよく知られている。これらの異なる製造手順の概要は例えば、D.S.Knowlesらの「Thin Beam Crystallization Method:A New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels」（ＳＩＤ ０５ ダイジェスト）、Ji-Yong Parkらの「Thin Laser Beam Crystallization method for SOP and OLED application」（ＳＩＤ ０５ ダイジェスト）、及び「LCD Panel Manufacturing Moves to the next Level-Thin-Beam Directional 'Xtallization(TDX)Improves Yield,Quality and Throughput for Processing Poly-Sillicon LCDs」という題のＴＣＺ ＧｍｂＨ社のカタログに記載されている。

（このような結晶化手順を実施するためのレーザ・アニーリング装置の場合のように）複数の光学素子からなる光学系では、個々の光学系が不完全だとシステムの全光強度と位相とが不均一になる一因になる。

個々の構成部品のエラーは任意には低減できないので、システム全体で測定された全体的な不完全性は通常は、ある個々の素子で修正される。光学及び（極紫外光）ＥＵＶマイクロリソグラフィのような高度な用途では、位相エラーはイオン・ビーム加工法（イオン・ビーム・ミリング、イオン・ビーム・エッチング）によって、又はいずれかの種類の機械的研磨、特にコンピュータ制御研磨によって１つの個々の素子で局部的に修正される。

米国特許第２００４／０１６９８３６ Ａ１号明細書では、１つの被覆されない光学素子がシステムに装着され、次いで後に被覆されるこの素子で全位相エラーが測定され、修正される。ＥＵＶの用途では、反射率を高める多層コーティングの表面又は近表面層の密度を変更することによって（米国特許第６，８４４，２７２ Ｂ２号明細書）、又は反射率を高める多層コーティングからある材料を除去することによって（米国特許第２００４／００６１８６８ Ａ１）表面形状のエラーが局部的に修正される。

米国特許第６，４０４，４９９ Ｂ１号明細書では、リソグラフィ投影装置での光強度不均一性を補正するために空間フィルタが使用される。このアプローチは、高出力レーザ放射を取り扱う必要がある場合は重要である。

本発明の目的は、１５％におよぶ変動を有する光強度の不均一性を補正可能であり、極めて製造し易く、したがって高価ではない光ビーム強度不均一性補正デバイスを提供することにある。この場合の光ビームとは、可視光線だけではなく、遠赤外線から、放射周波数が例えば０．１５から１１μｍの間であるが、好ましくは０．１９から１．１μｍの間の極端紫外光スペクトル領域までの電磁放射線をも意味している。

この課題は請求項１の特徴によって解決される。有利な修正態様及び実施態様は請求項２から１２、及び２７から２９の主題である。

本発明による光ビーム強度不均一性補正デバイスは、ある反射防止特性を有する光入射面を有する光学素子を備えている。反射防止特性は、入射面に入射し、例えば光ビーム強度不均一性補正デバイスを透過する光ビームの光強度の均一性が、光ビーム強度不均一性補正デバイスを通った後に増強されるように、局部的に補正される。

好ましくは、光ビーム強度不均一性補正デバイスの光入射面は、局部的に同調外れ(out of tune)した均一なベースの反射防止特性を有している。このようなものとして反射防止特性は入射光が拡散されてそれ以上利用できなくなることを防ぐが、局部的な調整不良が局部的に不要に高められた光強度を除去し、その結果、光ビームの均一化が向上し、ひいては光強度の均一性が強化される。

光ビーム強度不均一性補正デバイスの好ましい実施態様では、光学素子は反射防止コーティングによって被覆される。反射防止コーティングは入射面を形成する。反射防止コーティングのいずれかの局部的な補正によって、入射面での局部的反射率が増減する。反射防止コーティングの特性を所定の方法で局部的に補正すると、入射光ビームの光強度の均一性の向上に役立てることができる。

反射防止コーティングをどのように補正しても光強度の均一性を高めるために役立つことができるが、所望の均一性強化特性を達成するため、好ましくは反射防止コーティングの厚さがそれぞれ局部的に変更又は補正される。

局部的な厚さの変更は製造工程、例えば反射防止コーティングの堆積工程中に行ってもよいが、最も好ましくは、反射防止コーティングの材料を局部的に除去することである。所望の均一性補正を達成するために反射防止コーティング全体を局部的に除去する必要はなく、厚さの一部だけが局部的に研削されればよい。

ある用途では、反射防止コーティングが単一層のみによって形成されるだけで十分であることもある。性能上の理由から、反射防止コーティングは好ましくは２つ又はそれ以上の層、すなわち複数の層、すなわち多層構造を含んでいる。

ほとんどの場合、複数の層のうちの外側の層だけが局部的に少なくても一部除去されれば、光ビーム強度不均一補正デバイスの所望の性能に関する最良の結果を達成できることが判明している。詳細は、添付の図面を参照して以下に記載される。

反射防止コーティング、特に反射防止コーティングの外層の局部的研削を研磨などの機械的処理、又はエッチングなどの化学的処理によって実施してもよい。それでも、性能上の理由からイオン・ビーム加工、すなわちイオン・ビーム・ミリング又はイオン・ビーム・エッチングを使用することが好ましい。

光ビーム強度不均一性補正デバイスは光強度不均一性補正特性を組み込むだけではなく、他のいずれかのビームエラー修正特性を組み込んでもよい。特に、光ビーム強度不均一性補正デバイスは波面の不均一性補正用の装備を備えてもよい。このような波面の不均一性補正装備は、上記の文献、米国特許第２００４／０１６９８３６ Ａ１号明細書、米国特許第６，８４４，２７２ Ｂ２号明細書、米国特許第２００４／００６１８６８ Ａ１号明細書に記載の解決方法に従って製造されてもよい。さらに、光ビーム強度不均一性補正デバイスは、像面湾曲補正デバイス、又は特に、例えば参照として本明細書に組み込まれている２００５年１０月２８日に出願された米国特許仮出願第６０／７３１，３１３号に開示されているようなライン・フォーカス補正デバイスをも形成してもよい。

上記の文献、すなわち米国特許第２００４／０１６９８３６ Ａ１号明細書、米国特許第６，８４４，２７２ Ｂ２号明細書、米国特許第２００４／００６１８６８ Ａ１号明細書、米国特許仮出願第６，４０４，４９９ Ｂ１号明細書に開示されている全ての光強度と位相の不均一性補正デバイスは、回転対称の結像システムに言及している。これらの実施態様とは異なり、本発明による光ビーム強度不均一性補正デバイスは好ましくはアナモルフィック・システムに言及している。このようなシステムは、リソグラフィ装置などの回転対称システムと比較して大幅に精密な不完全性補正の局部的属性を必要とする。アナモルフィック結像素子である光学素子を回転させることによっては、光強度の均一性のいかなる増大も達成できない。

均一性補正のために使用されるこのようなアナモルフィック結像素子はシリンドリカル・レンズ、又は平面ウインドウ、さらにはシリンドリカル・ミラーであってもよい。

上記のような光ビーム強度不均一性補正デバイスは光学系、特にアナモルフィック光学系又は走査システムの一部であってもよい。

本発明のさらなる目的は、特に１つの光学素子又は複数の光学素子を有する光学系内での光ビームの強度不均一を補正するために、強度分布を補正する方法を提供することにある。

この課題は請求項１３の特徴によって解決される。本方法の有利な修正態様は請求項１４から２６の主題である。

本発明による方法は下記のステップを含んでいる。

第１のステップで、ほぼ所定位置に配置された光学素子で光学系が組み立てられる。

第２のステップで、ターゲット面内の強度分布、例えば強度の不均一が局部的に分解された判定で測定される。

第３のステップは、測定された強度分布を所定の強度分布に補正するため、光学素子の（少なくとも）１つの吸収及び／又は反射の局部的に必要な増減を計算するステップを含んでいる。好ましい所定の強度分布は特定のターゲット領域内の強度の均一性である。

第４のステップで、光学素子の（少なくとも）１つが光学系から除去される。（第３と第４のステップは順番を変えてもよい。）

第５のステップで、上記の第３のステップで行われた計算に従って光学素子の（少なくとも）１つの吸収及び／又は反射が局部的に補正される。

第６のステップで、光学素子の（少なくとも）１つが光学系内の所定位置に再装着される。

好ましくは、強度分布は視野面又はその共役面内で測定される。強度分布を視野面又はその共役面、特にターゲット面内で測定することには、光学素子の（少なくとも）１つで補正が行われるべき位置を決定することが極めて容易であるという利点がある。

強度分布を複数の視野点、又は共役視野点について同時に、又は連続的に測定することが有利である。同時測定には一般にフォトダイオード・アレイ（ＰＤＡ）、電荷結合デバイスＣＣＤカメラなどのアレイの形式のそれぞれの検出器が必要である。連続測定を例えば、視野面にわたって単一の検出器又はライン検出器を走査することによって行ってもよい。このような検出器はフォトダイオード、フォトマルチプライヤ、又は一次元ＰＤＡ、ライン・カメラなどある。

上記の光ビーム強度不均一性補正デバイスに関連して既に概説したように、光学素子の１つの反射又は吸収が、光学素子の１つの光入射面の反射防止特性を局部的に調整することによって補正されてもよい。

好ましくは、光学素子の１つは、均一ベースの反射防止特性を有する光入射面を有している。本発明により、反射防止特性は同調外れになるように局部的に補正される。この局部的補正は、入射光ビームの局部的散乱の増加をもたらし、その結果それぞれの領域内の光強度が低減するか、及び／又は入射光ビームの局部的吸収の増加をもたらし、その結果それぞれの領域の光強度も低減する。

本発明による好ましい方法は、反射防止コーティングによって決定される反射防止特性を有する光学素子の１つを選択するステップを含んでいる。反射防止特性の局部的な補正は、局部的に異なる材料を使用することによって、又は反射防止コーティングの局部的厚さを調整することによって簡単に達成できる。

後者は反射防止コーティングを局部的に少なくても部分的に除去することによって、又は材料を局部的にもう少し堆積することによって達成できる。

本発明による好ましい実施態様は、光学素子の１つが、複数の層を含む反射防止コーティングを有する光学系に基づいている。複数の層、すなわち多層構造は、反射率ができるだけ低減されかつ最小限の反射率だけが許容される場合に使用される。

最も好ましくは、複数の層のうちの外側の層だけが局部的に薄くされる。これは言い換えると、多層構造の外層だけが局部的に、また少なくとも部分的に除去されることを意味している。

イオン・ビーム・エッチング又はイオン・ビーム・ミリングなどの外層のイオン・ビーム加工の研削部分の製造方法を利用することは、研磨などの局部的な機械研削よりも好ましく、さらにエッチング手順などの化学処理よりも好ましい。

本発明による方法はさらに以下のステップを含んでいてる。

i．所定位置に配置された光学素子で光学系を組み立てるステップ、
ii．波面分布を測定するステップ、
iii．測定された波面分布を所定の波面分布に補正するため、光学素子の１つの局部的に必要な波面補正を計算するステップ、
iv．光学素子の１つを光学系から除去するステップと、
v．計算に従って前記光学素子の１つの特性を局部的に補正するステップ、
vi．光学素子の１つを光学系内の所定位置に装着するステップ。

ステップi、iv、viは上記の第１、第４、第６のステップに対応している。他のステップが、それぞれの第２と第３（ii及びiii）及び第５のステップ（v）のそれぞれと同時に、引き続いて、又は断続的に実行されてもよい。

さらに、本発明による方法はさらに以下のステップを含んでいてもよい。

１）所定位置に配置された光学素子で光学系を組み立てるステップと、
２）所定の視野面又はその共役面に対する焦点位置を測定するステップと、
３）測定された焦点位置を所定の焦点位置に補正するため、光学素子の１つの局部的に必要な焦点位置補正を計算するステップと、
４）光学素子の１つを光学系から除去するステップと、
５）計算に従って光学素子の１つの特性を局部的に補正するステップと、
６）光学素子の１つを光学系内の所定位置に装着するステップ。

ステップ１）、４）、６）は第１、第４、第６のステップ、さらにステップi、iv、viにそれぞれ対応している。他のステップが、それぞれの第２と第３のステップ、及びステップiiとiii（ステップ２）及びステップ３））、さらには第５のステップ又はステップv（ステップ５））のそれぞれと同時に、引き続いて、又は断続的に実行されてもよい。

本発明のさらに別の目的は、照明ラインの形状を所定の形状と極めて近くするように、表面上に鮮鋭な照明ラインを生成するためのアナモルフィック光学系を提供することにある。

この目的は、請求項３０に記載の、表面上に鮮鋭な照明ラインを生成するためのアナモルフィック光学系によって解決される。有利な修正態様と実施態様は請求項３１から３４の主題である。

好ましくはレーザ材料加工装置であり、最も好ましくはシリコンの細光線方向性結晶化のための装置であるアナモルフィック光学系の照明ラインは、高いアスペクト比（例えば３０，０００、好ましくは１００，０００以上、最も好ましくは１５０，０００以上）と、長軸と短軸とを持つ断面とを有している。アナモルフィック光学系は複数の光学素子を備えている。本発明によれば、光学素子の少なくとも１つは結像エラー補正デバイスである。

結像エラー補正デバイスは波面補正デバイス、特に表面形状エラー補正デバイスを備えている。

さらに、結像エラー補正デバイスのアナモルフィック光学系は光ビーム強度不均一性補正デバイスを備えていてもよい。

加えて、アナモルフィック光学系はライン・フォーカス補正デバイスを備えていてもよい。

本発明のさらに別の目的は、照明ラインの形状を所定の形状に極めて近くするように、表面上に鮮鋭な照明ラインを生成する走査システムを提供することにある。

この目的は、請求項３５に記載の表面上に鮮鋭な照明ラインを生成するための走査システムによって解決される。有利な修正態様と実施態様は請求項３６から３９の主題である。

本発明による、表面上に走査照明ラインを生成するための走査システムの照明ラインは、例えば約３０，０００又はそれ以上の高いアスペクト比を有し、及び長軸と短軸とを持つ断面を有している。走査システムは複数の光学素子を備え、そのため光学素子の少なくとも１つは結像エラー補正デバイスである。

好ましくは、結像エラー補正デバイスは、例えば米国特許仮出願第６，８４４，２７２ Ｂ２号に開示されているものと同様の波面補正デバイスを備えている。

結像エラー補正デバイスは表面形状エラー補正デバイスを備えていてもよい。

結像エラー補正デバイスはさらに、光ビーム強度不均一性補正デバイスを備えていてもよい。

結像エラー補正デバイスはさらに、又は代替として、その１つが、例えば参照により本明細書に組み込まれている米国特許仮出願第６０／７３１，３１３号に詳細に記載されているライン・フォーカス補正デバイスを備えていてもよい。

添付図面を参照して本発明を例示的にさらに説明する。

本発明を、背景技術の章で詳細に説明したように、アモルファス・シリコン層のレーザ結晶化が可能なアナモルフィック光学系によって説明する。

このような光学系は図１、２に示され、参照番号２が付されている。この光学系２は、それ自体が知られている態様でパスル・ビームをｚ方向に放出するエキシマ・レーザ１０を備えている。放出されるエキシマ・レーザ・ビーム１２の寸法は、例えば（ｘｙ−面で）４０ｍｍの１５倍でよい。エキシマ・レーザ１０は好ましくは１３０ｎｍと３９０ｎｍとの間のスペクトル領域で放射線を放出する。エキシマ・レーザの代わりにパルスＣＯ₂レーザ、ダイオード・レーザ、ソリッド・ステート・レーザ、又は周波数逓倍ソリッド・ステート・レーザを使用してもよい。

このレーザ・ビームは、視野面３０内に照明ライン１４を生ずるために以下に特定される光学系２によって結像される。

エキシマ・レーザ１０によって放出されるレーザ・ビーム１２は、必要ならば先ず減衰器（図示せず）を通過し、次いで一組のアナモルフィック・シリンドリカル・レンズ１６に入射する。図１、２の光学系２は全体として、長軸と短軸のそれぞれの方向でのレーザ・ビーム１２の結像がほとんど別々に行われるという点でアナモルフィック系である。このようなアナモルフィック系の例、特に典型的な一組のアナモルフィック・シリンドリカル・レンズ１６は米国特許仮出願第５，７２１，４１６号明細書に示されている。

照明ライン１４のいわゆる短軸Ａ_Sを得るために（すなわち、ビーム径を典型的には５から１０μｍである照明ラインの幅に縮小するために）、図１に示すように、最初に一組のシリンドリカル・レンズ１６によって生成されたレーザ・ビーム２０で視野制限素子１８が照射される。この視野制限素子１８は効率的な方法で（すなわちレーザ１０によって供給される放射エネルギを可能な限り最大限利用して）均一に照射される。しかし、視野制限素子１８は処理のニーズに応じて、均一な方法とは異なるように照射されてもよい。この場合は、視野制限素子１８は図１に示されるようにビーム経路の上部に導入される吸収板からなっている。

照明ライン１４の短軸Ａ_Sの別の形成過程では、視野制限素子１８から出るビーム２２は、２つのシリンドリカル投影レンズ２４、２６を備える透過系によって照射面３０内の基板２８上に結像される。この光学系は、視野制限素子１８の境界の縮小像が、例えば１０：１の比率で得られるような縮小光学系である。この種類の光学系は、縮小光学系の光学解像度（ＮＡ）に応じてわずか数μｍまでのエッジ解像力の達成を可能にする。すぐれた被写界深度を伴う鮮鋭なエッジ解像力が達成される。従って、結像側の照射開口数ＮＡが０．１である場合、３μｍのエッジ解像力と、典型的には＋／−２０μｍの被写界深度が得られる。

これまでに既に説明したように、図１、２に示されているような光学系２を、基板２８上に堆積された半導体薄膜のレーザ・アニーリング用に使用してもよい。特に、アモルファス・シリコン層を多結晶薄膜に変換するために構成２を使用してもよい。

場合によっては、レーザ・アニーリング中に、規制された大気、例えば真空室（図示せず）内に基板２８が保持されなければならないことがある。この場合は、縮小光学系２４、２６から放出されるレーザ・ビーム３２が保護ウインドウ３４を通って伝達される。

放出されるレーザ・ビーム１２自体の不均一性によって、光学素子１６、２４、２６、３４の許容差によって、さらには光学素子１６、２４、２６、３４の相互の、特に入射レーザ・ビームに対する位置ずれと調整不良によって、出射照明ライン１４の光強度が不均一になることが判明している。特に、レーザ結晶化が均一性を欠くので、許容し得ない光ビームの不均一性がある。

本発明は光ビーム１２の、特にレーザ材料処理装置２、特にシリコンの細光線方向性結晶化のための装置２の、特に光学系２の出口での高出力レーザ・ビーム１２の、光強度の不均一性補正の課題を、システムの１つの素子、例えば処理される対象物２８から光学系２を分離する保護ウインドウ３４での反射防止コーティングの局部的同調外れ(detuning)によって解決する。このような局部的な同調外れは好ましい実施形態では、反射防止コーティング、特に多層コーティングの上層の材料をイオン・ビーム・エッチング（ミリング）によって局部的に除去することによって生ずる。

図３には、上層のエッチング深さの関数としての特定の反射防止多層コーティングのスペクトル特性が示されている。この図から、透過がエッチング深さに依存することを導き出すことができる（図４）。光学系の２次元の透過分布を測定してもよいが、一般に長軸方向の関数としての均一性だけが測定される。空間座標の関数として、特に表面の長軸方向に沿った上層のエッチング深さを決める補正表が計算される。イオン・ビーム加工（ＩＢＦ）装置は、ビームの不均一性を補正するため前記表に従って上層の材料を除去することができる。ほとんどの場合、厚さが短軸方向に沿っては補正されず、長軸方向に沿って補正されるだけで十分である。反射防止コーティングの局部的同調外れによるビームの不均一性補正の利点は、システムの熱負荷を増大させる吸収素子をビーム内に配置する必要がないことにある。

それによって極めて高出力のレーザ・ビーム１２を使用して装置２内で前記補正方法を使用することが可能になる。

反射防止コーティングを局部的に除去する代わりに、それぞれの材料を局部的に堆積することも可能である。図５は、被覆の厚さの関数としての特定の反射防止コーティングのスペクトル特性を示している。

レーザ照明ライン１４の不均一性を補正するために以下の手順を利用してもよい。

第１のステップで、前記光学系２が、図１、２に示されるようにそれぞれの所定位置に配置された前記光学素子１６、２４、２６、３４で組み立てられる。

第２のステップで、照明ライン１４の強度分布が、基板が位置する視野面２８内で、又はそのごく近傍で測定される。

第３のステップで、測定された強度分布を所定の強度分布へと補正するために、光学素子の１つ、この場合は保護ウインドウ３４の吸収及び／又は反射の局部的に必要な増大が（例えばコンピュータによって）計算される。

第４のステップで、保護ウインドウ３４が光学系２から除去される。

第５のステップで、計算に従って前記保護ウインドウ３４の吸収及び／又は反射が局部的に補正される。この場合、これは保護ウインドウ３４が被覆されている多層反射防止コーティングの上層を局部的にイオン・ビーム・エッチングすることによって行われる。

第６のステップで、保護ウインドウ３４が光学系２内の所定位置に再装着される。

これまでに既に説明したように、図１、２に記載の光学系２の光学素子１６、２４、２６、３４は所望の理想的な光学素子のようには作用しない。表面形状のエラーは光ビーム強度の不均一性をもたらすだけではなく、その結果としてライン・フォーカス１４が所定の経路又は形状から局部的にずれる。特に、先行技術による照明ラインのパネル２８上での焦点１４の位置の斜視図と、ビームの長軸Ａ₁に沿った位置１４の断面とをそれぞれ示す、例えば図１０及び１１に示されるように、ライン・フォーカス１４は一部が基板２８の表面３０の前にあり、ライン・フォーカス１４は一部が基板２８の内部にある。

本発明により、光強度補正デバイスがビーム経路内に導入されるだけではなく、所定の態様でライン・フォーカス１４を局部的に補正するためのライン・フォーカス補正デバイスも導入される。図１、２に示された光学系２の場合は、光学系２の光学素子１６、１８、２４、２６の表面形状のエラーを補正する役割を果たすライン・フォーカス補正デバイスとして保護ウインドウ３４が使用される。

本発明によって、基本的に共面ガラス板３４からなる保護ウインドウ３４の一表面４２（この場合は裏面４２）が局部的に研削処理され、例えば図６、７に示されるように長軸Ａ₁に沿って互いに隣接して配置される複数の小レンズ３８ａ、３８ｂ、．．．３８ｉ、．．．３８ｚ（円筒形セグメント）を形成する。これらの小レンズ３８ａ、３８ｂ、．．．３８ｉ、．．．３８ｚは例えば図８の小レンズ（円筒形セグメント）によって示されるような凹面レンズでもよく、又は例えば図９に示されるセグメントのような凸面レンズでもよい。表面３６又は特に小レンズ３８ａ、３８ｂ、．．．３８ｉ、．．．３８ｚは、長軸Ａ₁に沿ってライン・フォーカス１４を局部的に補正して、長軸Ａ₁の方向で所定の経路又は形状をたどるようにする。この所定の経路又は形状は（位置「０」で示されるような）基板２８の表面３０でもよく、又は（図１０、１１のそれぞれで参照番号４０によって示されるような）直線でもよい。場合によっては、所望のフォーカス・ラインが基板２８内に（図１１の軸深さ値が「０」未満）配置されてもよく、又は基板２８の正面（図１１の軸深さ値が「０」以上）に配置されてもよい。フォーカス・ラインは必要に応じて、便宜上図１０、１１に示されたような直線を必ずしもたどる必要がないことが当業者には明らかである。ライン・ビームが使用される特定の用途に応じて、（例えばｘｙ面内の）湾曲したフォーカス・ラインを予め定めてもよい。

さらに、表面形状エラー補正面としてウインドウ３４の底面４２を使用する代わりに、上面３６を使用してもよい。フォーカス・ライン補正デバイスとしてウインドウ３４を使用する代わりに、別々の光学デバイスを使用してもよい。特に、光学素子として付加的に導入された、又は例えばレンズ２６又はレンズ２４又はレンズ１６の１つのような既に光学系２の一部である別のレンズ又は別のミラーをライン・フォーカス補正デバイスとして使用してもよい。

ライン・フォーカス補正デバイスを得るために下記のステップを利用してもよい。

ステップ１）所定位置に配置された光学素子１６、２４、２６、３４で光学系２を組み立てるステップ、
ステップ２）所定の視野面３０又はその共役面に対する焦点位置を測定するステップ、
ステップ３）測定された焦点位置を所定の焦点位置に補正するため、光学素子の１つ、すなわち保護ウインドウ３４の局部的に必要な焦点位置補正を計算するステップ、
ステップ４）保護ウインドウ３４を光学系２から除去するステップ、
ステップ５）計算に従って保護ウインドウ３４の特性を局部的に補正するステップ、
ステップ６）保護ウインドウ３４を光学系２内の所定位置に装着するステップ。

ステップ１）、４）、６）は上記の第１、第４、第６のステップにそれぞれ対応している。他のステップが、それぞれの第２及び第３のステップ、及び第５のステップのそれぞれと同時に、引き続いて、又は断続的に実行されてもよい。

前記の光強度不均一性補正の処理が波面の不均一性に及ぼす貢献は、補正素子３４のコーティング前の波面補正ステップ、すなわち焦点補正ステップ中のｆｏｒｓｔａｌｌｉｎｇによって考慮に入れることができる。

別の方法は、補正素子、特に保護ウインドウ３４の片面を反射防止コーティングで被覆し、次いでシステム全体の光強度の不均一性を測定し、被覆された面でこの不均一性をイオン・ビーム・エッチングによって補正することである。次のステップとして、補正素子の被覆されない面でシステムの波面エラーが測定され、イオン・ビーム・エッチングによって補正される必要がある。最後に、補正素子の第２の面が反射防止コーティングで被覆される必要がある。

保護ウインドウ３４だけが光強度不均一性補正デバイス及び／又はライン・フォーカス補正デバイスとして役立つのではないことを再び概説しておく必要がある。ライン・フォーカス補正と光強度エラー補正は異なる光学素子によって実施しても、同じ光学素子によって実施してもよい。

図８は、入射レーザ・ビーム１２の前述のアナモルフィック結像用に使用される複数の小レンズ４６ａ、４６ｂ、．．．４６ｊからなり、長軸Ａ₁の方向に互いに隣接して配置された複数の円筒形セグメント３８、３８ｂ、３８ｃ、．．．３８ｚを備えるレンズ４４の形式のライン・フォーカス補正デバイスの別の実施形態を示している。

図９は、長軸Ａ₁の方向に互いに隣接して配置された複数の円筒形セグメント３８、３８ｂ、３８ｃ、．．．３８ｚを備える湾曲ミラー４８の形式のライン・フォーカス補正デバイスのさらに別の実施形態を示している。

補正面を形成するため、光学デバイスの、好ましくは平坦な、又はほぼ平坦な表面（例えば比較的大きい半径を有するミラー又はレンズの表面）が使用される。このような表面の研削は製造上の観点から極めて容易である．さらに、このような表面は他の表面と比較して、生成されるフォーカス・ラインのより近傍に配置される。

下記のステップを利用してライン・フォーカス補正デバイスを製造してもよい。

光軸に沿ったフォーカス・シフト、及び焦点位置補正だけを適用すべきであるものと想定すると、第１のステップでウインドウ３４の表面３６上の焦点位置エラーが予め判定される必要がある。引き続いて、エラーを補正するため、上記で説明したように円筒形セグメントが表面３６上に取り付けられる。フォーカス・ラインに沿った１点の焦点距離が拡大されるべき第１の場合は、凹面の円筒形小レンズが取り付けられる必要がある。フォーカス・ラインに沿った点の焦点距離が縮小されるべき第２の場合は、凸面の円筒形小レンズが取り付けられる必要がある。円筒形セグメントの半径が補正の絶対値を決定する。非球面シリンドリカル・レンズのセグメントを取り付けることによって、フォーカス・ラインの位置、及びひいてはその直線性が影響されるだけではなく、結像の鮮鋭度も影響される。

光学系の部分的に、又は局部的に不正確な表面輪郭（例えば所定の理想的形状から局部的に、またセグメントが、又は一部がずれた光学素子の形状）を補正できるだけではなく、所定の形状からの系統的なずれも補正できる。このような体系的なずれは例えばいわゆるボウタイ誤差、すなわち長軸Ａ₁の方向での視野のエッジに向かう焦点距離の変動であることがある。別の系統的誤差は、投影システムの非球面収差又はコマ収差である。このような補正は、事前にエラーを測定せずに行ってもよい。それが可能であるのは、エラーの影響が結像システム自体の形状によって決定される場合である。円筒形セグメントの代わりに、円筒半径及び非球面係数の連続的に変化する機能を利用してもよい。

補正面上への補正機能の適用を、イオン・ビーム加工（ＩＢＦ）、ロボット研磨又は磁性レオロジー研磨（ＭＲＦ）、特殊なマスクを使用する堆積、又はフォト・レジストでマスキングされた領域の堆積、その後のリフトオフ法などのあらゆる種類の研削又は追加方法で行ってもよい。さらに、例えば材料を紫外光で照射することによって、又は材料を帯電粒子でボンバードすることによって、又は材料の局部的な化学処理によって、透過性材料の屈折率を局部的に補正することも考えられる。

完全な補正を一表面領域だけで行わなくてもよい。例えば、平坦なウインドウの一面、例えば正面が、例えばボウタイ誤差などの系統的誤差の補正を受け、ウインドウの別の面、例えば裏面が光学系の局部的欠陥の補正を受けることも可能であろう。異なる光学素子に補正面を取り付けることも可能である。

機械的作用、圧電アクチュエータ、又は電気機械、電歪、又は空気圧アクチュエータによるなどの、光学素子の材料の機械的又は電気的処理によっても補正を行ってもよい。さらに、例えば光学素子又はコーティングの老化を補償するため、又は熱ドリフトを補償するために、時間に応じて、かつ他のパラメータに応じて補正が変更されてもよい。さらに、処理される基板の欠陥と特異性に関して光学系を調整するためのメカニズムを使用してもよい。例えば、湾曲又は波形、及び異なる高さ又は基板位置が補正されてもよい。

さらに、ウインドウなどのより大きい光学素子の表面上に、異なる用途向けの付加的な補正を実施してもよい。レーザ・ビームが入射する補正素子のそれぞれの領域を補正してもよい。基板の異なる形状にも対処することができる。加えて、冗長性を生ずるために、同じ補正面を別々に装着してもよい。汚染又は熱負荷が使用中の補正デバイスにリスクをもたらす場合には、このような冗長補正デバイスを光路内に導入してもよい。

本発明による補正デバイスを製造するために、透過性光学素子が使用されてもよい。ウインドウ、レンズ又はプリズムなどの透過性光学素子の代わりに、ミラーなどの反射性素子が導入されてもよい。透過性のライン・フォーカス補正デバイスには反射防止コーティングが被覆されてもよい。反射性ライン・フォーカス補正デバイスに反射性コーティングが被覆されてもよい。

水晶、あらゆる種類のガラス、フッ化カルシウム又はシリコン又はゲルマニウムなどの結晶を透過性素子の製造用に、特に赤外線スペクトル領域内で使用してもよい。反射性素子は、水晶、あらゆる種類のガラスからなるものでもよいが、ＵＬＥ又はゼロデュアー、結晶（ＣａＦ₂）、半導体（ＳｉＧｅ）、又は金属などの膨張率が極めて低い材料が使われてもよい。利用可能なスペクトル領域には遠赤外線領域、ならびにｘ線を含めてもよい。エキシマ・レーザ、ソリッド・ステート・レーザ、ダイオード・レーザ、ガス・レーザなどを使用してもよい。

鮮鋭な照明ラインを生成するための本発明によるアナモルフィック光学系の、いわゆるビーム短軸を生成するためのビーム経路を示す線図である。 図１に記載のアナモルフィック光学系の、照明ラインのビーム長軸を生成するためのビーム経路を示す線図である。 上層のエッチング深さの関数として、特定の反射防止多層コーティングのスペクトル特性を示すグラフである。 図３から導き出されるエッチング深さへの透過性の依存を示すグラフである。 被覆の厚さの関数としての特定の反射防止コーティングのスペクトル特性を示すグラフである。 本発明による共面ガラス板の形態のライン・フォーカス補正デバイスの斜視図である。 図６に記載の共面ガラス板の上面図である。 図６及び７に記載の共面ガラス板のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図６及び７に記載の共面ガラス板のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 先行技術による照明ラインのパネル上の焦点位置を示す図である。この図はパネル上のライン・フォーカスの斜視図である。 図１０に記載のパネル上の焦点位置のビーム長軸に沿った断面図である。 本発明によるレンズの形態のライン・フォーカス補正デバイスの斜視図である。 本発明によるミラー・ガラス板の形態のライン・フォーカス補正デバイスの斜視図である。

Claims (17)

1. 反射防止特性を有する光入射面を有する一の光学素子を含む１つまたは複数の光学素子を備えた光学系であって、
   前記一の光学素子は、前記入射面を形成する反射防止コーティングによって被覆され、
   前記反射防止コーティングは複数の層を備え、
   前記複数の層の外層だけが局部的に、少なくとも部分的に除去されることによって、前記反射防止特性が局部的に補正され、入射する光および前記１つまたは複数の光学素子により生じる前記光学系の視野面またはその共役面で測定される光ビームの強度分布の均一性が、前記除去前に比べて向上したことを特徴とする光学系。
2. 前記光入射面が、局部的に同調外れである均一ベースの反射防止特性を有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記反射防止コーティングの厚さが局部的に変化することを特徴とする請求項１または２に記載の光学系。
4. 前記反射防止コーティングが局部的に、イオン・ビーム加工によって少なくとも部分的に除去されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
5. 波面の不均一性補正用装備をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
6. 前記波面の不均一性補正用装備が、焦点補正用の装備を備えることを特徴とする請求項５に記載の光学系。
7. 前記一の光学素子がアナモルフィック結像素子であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光学系。
8. 前記アナモルフィック結像素子がシリンドリカル・レンズ又は平面ウインドウ又はシリンドリカル・ミラーであることを特徴とする請求項７に記載の光学系。
9. 反射防止特性を有する光入射面を有する一の光学素子を含む１つまたは複数の光学素子を備える光学系の光ビームの強度分布を補正して、その均一性を向上するための方法であって、
   所定位置に配置された前記光学素子で前記光学系を組み立てる第１のステップと、
   前記光学系の視野面またはその共役面における強度分布を測定する第２のステップと、
   測定された強度分布を均一性の向上した強度分布に補正するため、前記一の光学素子の前記反射防止特性の局部的に必要な増減を計算する第３のステップと、
   前記一の光学素子を前記光学系から除去する第４のステップと、
   前記計算に従って前記一の光学素子の反射防止特性を局部的に補正する第５のステップと、
   前記一の光学素子を前記光学系内の前記所定位置に装着する第６のステップと、を含み
   前記第５のステップでは、複数の層を備える反射防止コーティングを有する前記一の光学素子を選択し、前記複数の層の外層だけを局部的に、少なくとも部分的に除去することを特徴とする方法。
10. 前記第２のステップでは、前記強度分布が、複数の視野点又は共役視野点について同時に、又は連続的に測定されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記第５のステップにおける前記複数の層の外層だけを局部的に、少なくとも部分的に除去することは、前記反射防止特性を局部的に補正して同調外れにすることである請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記第５のステップにおける除去は、前記反射防止コーティングをイオン・ビーム加工によって局部的に、少なくとも部分的に除去することによって行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記一の光学素子が、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法を用いて製造されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学系。
14. 前記視野面上に鮮鋭な照明ラインを生成するためのアナモルフィック光学系であって、前記照明ラインが高いアスペクト比を有し、かつ長軸と短軸とを持つ断面を有し、前記一の光学素子が、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法を用いて製造されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学系。
15. 前記視野面上に走査照明ラインを生成する光学系であって、前記照明ラインが高いアスペクト比を有し、かつ長軸と短軸とを持つ断面を有し、前記一の光学素子が、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法を用いて製造されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光学系。
16. 前記視野面上に鮮鋭な照明ラインを生成するアナモルフィック光学系であって、前記照明ラインが高いアスペクト比を有し、かつ長軸と短軸とを持つ断面を有する請求項１から８に記載の光学系。
17. 前記一の光学素子が前記照明ラインのライン・フォーカスを局部的に補正するライン・フォーカス補正デバイスであることを特徴とする請求項１６に記載の光学系。

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