JPH10153747A

JPH10153747A - ビームホモジナイザ

Info

Publication number: JPH10153747A
Application number: JP31403996A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yamazaki; 和則山崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-11-25
Filing date: 1996-11-25
Publication date: 1998-06-09
Anticipated expiration: 2016-11-25
Also published as: JP3234513B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光強度分布のトップフラット率を大きくする
ことができるビームホモジナイザを提供する。【解決手段】複数のシリンドリカルレンズが、各々の
円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に平行にし、か
つ光軸面に対して垂直な仮想平面に沿って配列した第１
のシリンダアレイと、複数のシリンドリカルレンズが同
様に配列した第２のシリンダアレイとを有する。対応す
るシリンドリカルレンズ同士は、光軸面を共通にする。
収束光学系が、第２のシリンダアレイを透過した光線束
を収束する。第１のシリンダアレイの入射側にフィルタ
光学系が配置されている。フィルタ光学系は、仮想平面
に垂直な光軸を有する平行光線束が入射するとき、第１
のシリンドリカルレンズの円柱面の母線に垂直な平面内
に関して、平行光線束の平行度を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光線束の断面内強
度分布の均一化を行うビームホモジナイザに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリンダアレイ型のビームホモジナイザ
は、前段のシリンダアレイと後段のシリンダアレイ、及
びフォーカスレンズにより構成される。各シリンダアレ
イは、複数の等価なシリンドリカルレンズをその光軸面
に垂直な方向に配列して構成される。前段のシリンダア
レイの各シリンドリカルレンズの光軸面が、後段のシリ
ンダアレイの対応するシリンドリカルレンズの光軸面に
一致するように配置される。ここで、光軸面は、シリン
ドリカルレンズの面対称な結像系の対称面を意味する。

【０００３】前段のシリンダアレイに光線束が入射する
と、各シリンドリカルレンズにより収束される。収束さ
れた各光線束が、後段のシリンダアレイの各シリンドリ
カルレンズにより再度収束される。このようにして、２
つのシリンダアレイにより、入射光線束がシリンドリカ
ルレンズの個数分の小光線束に分割される。

【０００４】得られた小光線束は、２つのシリンダアレ
イの相対位置によって、発散光、平行光、または収束光
になる。各小光線束をフォーカスレンズ群を用いてある
面上に重ね合わせることにより、シリンドリカルレンズ
の光軸面に垂直な方向に関して、照射領域の光強度分布
を均一に近づけることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】小光線束が重ね合わさ
れた（ホモジナイズされた）照射領域の光強度の均一性
は、トップフラット率で評価される。ここで、トップフ
ラット率Ｒ_TFは、光強度分布の最高値の９０％以上の強
度を有する部分の幅をＷ_0.9、半値幅をＷ_0.5としたと
き、

【０００６】

【数１】Ｒ_TF＝Ｗ_0.9／Ｗ_0.5 で定義される。ホモジナイズされた照射領域の幅が１ｍ
ｍ以上であれば、比較的高いトップフラット率が得られ
るが、１ｍｍ以下になると、高いトップフラット率を得
ることが困難になる。

【０００７】本発明の目的は、光強度分布のトップフラ
ット率を大きくすることができるビームホモジナイザを
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、複数の第１のシリンドリカルレンズが、各々の円柱
面の母線同士及び光軸面同士を相互に平行にし、かつ光
軸面に対して垂直な第１の仮想平面に沿って配列した第
１のシリンダアレイと、複数の第２のシリンドリカルレ
ンズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互
に平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第２の仮
想平面に沿って配列した第２のシリンダアレイであっ
て、各第２のシリンドリカルレンズが、対応する前記第
１のシリンドリカルレンズと光軸面を共通にし、前記第
１のシリンドリカルレンズを透過した光線束が、対応す
る第２のシリンドリカルレンズに入射する前記第２のシ
リンダアレイと、前記第２のシリンダアレイを透過した
光線束を収束する収束光学系と、前記第１のシリンダア
レイの入射側に配置された第１のフィルタ光学系であっ
て、前記第１の仮想平面に垂直な光軸を有する平行光線
束が入射するとき、前記第１のシリンドリカルレンズの
円柱面の母線に垂直な平面内に関して、該平行光線束の
平行度を高める第１のフィルタ光学系とを有するビーム
ホモジナイザが提供される。

【０００９】２つのシリンダアレイにより、１つの平行
光線束が複数の光線束に分割される。分割された複数の
光線束が、収束光学系によりホモジナイズ面上で重ね合
わされる。種々の光強度分布を有する光線束が重ね合わ
されるため、ホモジナイズ面上における光照射領域の光
強度分布を均一に近づけることができる。

【００１０】フィルタ光学系により、第１のシリンドリ
カルレンズの円柱面の母線に垂直な平面内に関して平行
光線束の平行度が高められることにより、第１のシリン
ドリカルレンズの円柱面の母線に垂直な方向に関する光
強度分布のトップフラット率を向上させることができ
る。

【００１１】本発明の他の観点によると、複数の第１の
シリンドリカルレンズが、各々の円柱面の母線同士及び
光軸面同士を相互に平行にし、かつ光軸面に対して垂直
な第１の仮想平面に沿って配列した第１のシリンダアレ
イと、複数の第２のシリンドリカルレンズが、各々の円
柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に平行にし、かつ
前記第１の仮想平面に平行な第２の仮想平面に沿って配
列した第２のシリンダアレイであって、各第２のシリン
ドリカルレンズが、対応する前記第１のシリンドリカル
レンズと光軸面を共通にし、前記第１のシリンドリカル
レンズを透過した光線束が、対応する第２のシリンドリ
カルレンズに入射する前記第２のシリンダアレイと、前
記第２のシリンダアレイを透過した光線束を収束する収
束光学系と、前記第１のシリンダアレイと第２のシリン
ダアレイとの間に配置され、前記第１のシリンダアレイ
を構成する第１のシリンドリカルレンズの各々の光軸面
との交線に沿ってスリットが形成された第１の遮光板と
を有するビームホモジナイザが提供される。

【００１２】第１のシリンダアレイに入射する平行光線
束のうち、その光軸面とある角度以上ずれた方向に伝搬
するノイズ成分が、遮光板により遮光される。このた
め、入射光線束の平行度を高めたのと同等の効果が得ら
れ、ホモジナイズ面における光強度分布のトップフラッ
ト率の低下を抑制することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】シリンダアレイ型のビームホモジ
ナイザによりホモジナイズされた照射領域の幅が１ｍｍ
以下になると、高いトップフラット率を得ることが困難
になる。本願発明者による評価実験により、ビームホモ
ジナイザに入射する平行光線束のノイズ成分、すなわち
光軸に平行な方向以外の方向に伝搬する成分が、トップ
フラット率を低下させている原因の一つであることがわ
かった。以下、入射光線束のノイズ成分によるトップフ
ラット率の低下を防止するための実施例について説明す
る。

【００１４】図１は、本発明の実施例によるビームホモ
ジナイザの断面図を示す。ビームホモジナイザに入射す
る光線束の光軸に平行なｚ軸を有するｘｙｚ直交座標系
を考える。図１（Ａ）は、ｙｚ面に平行な断面図、図１
（Ｂ）は、ｘｚ面に平行な断面図を示す。実施例による
ビームホモジナイザは、空間フィルタ部ＳＦとホモジナ
イズ部ＨＮにより構成される。空間フィルタ部ＳＦは、
シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂ及びスリットを有する
遮光板６を含んで構成される。ホモジナイズ部ＨＮは、
シリンダアレイ１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、及び収束レン
ズ３を含んで構成される。

【００１５】図１（Ａ）に示すように、シリンダアレイ
１Ａ及び１Ｂの各々は、等価な７本のシリンドリカルレ
ンズにより構成される。各シリンドリカルレンズの光軸
面はｘｚ面に平行であり、円柱面の母線はｘ軸に平行で
ある。ここで、光軸面とは、シリンドリカルレンズの面
対称な結像系の対称面のことを意味する。このように配
置されたシリンドリカルレンズが、コバ面同士を密着さ
せてｙ軸に平行に（ｘｙ面に沿って）配列している。シ
リンダアレイ１Ａは光の入射側（図の左方）に配置さ
れ、シリンダアレイ１Ｂは出射側（図の右方）に配置さ
れている。また、シリンダアレイ１Ａの各シリンドリカ
ルレンズは、シリンダアレイ１Ｂの対応するシリンドリ
カルレンズと光軸面を共有するように配置されている。

【００１６】図１（Ｂ）に示すように、シリンダアレイ
２Ａ及び２Ｂの各々は、等価な７本のシリンドリカルレ
ンズにより構成される。各シリンドリカルレンズの光軸
面はｙｚ面に平行であり、円柱面の母線はｙ軸に平行で
ある。このように配置されたシリンドリカルレンズが、
コバ面同士を密着させてｘ軸に平行に（ｘｙ面に沿っ
て）配列している。シリンダアレイ２Ａはシリンダアレ
イ１Ａの入射側（図の左方）に配置され、シリンダアレ
イ２Ｂはシリンダアレイ１Ａと１Ｂとの間に配置されて
いる。また、シリンダアレイ２Ａの各シリンドリカルレ
ンズは、シリンダアレイ２Ｂの対応するシリンドリカル
レンズと光軸面を共有するように配置されている。

【００１７】シリンダアレイ１Ｂの出射側に、収束レン
ズ３が配置されている。収束レンズ３の光軸は、ｚ軸に
平行である。

【００１８】ホモジナイズ部ＨＮの前方に空間フィルタ
部ＳＦが配置されている。空間フィルタ部ＳＦは、等価
なシリンドリカルレンズ５Ａと５Ｂとの間に遮光板６が
配置された構成とされている。シリンドリカルレンズ５
Ａと５Ｂの円柱面の母線はｙ軸に平行であり、光軸面は
ｙｚ面に平行である。また、シリンドリカルレンズ５Ａ
と５Ｂの光軸面は、シリンダアレイ２Ａ及び２Ｂの中央
のシリンドリカルレンズの光軸面に一致する。

【００１９】シリンドリカルレンズ５Ａと５Ｂとの間隔
は、その焦点距離の２倍であり、焦点位置に遮光板６が
配置されている。遮光板６には、シリンドリカルレンズ
５Ａ及び５Ｂの光軸面との交線に沿ってスリット６ａが
設けられている。

【００２０】図１（Ａ）を参照して、ｙｚ面内に関する
光線束の伝搬の様子を説明する。ｙｚ面内においては、
シリンドリカルレンズ５Ａ、５Ｂ、及びシリンダアレイ
２Ａ、２Ｂは単なる平板と等価であるため、光線束の収
束、発散に影響を与えない。ｚ軸に平行な光軸を有する
平行光線束１０が空間フィルタＳＦに入射する。入射光
線束１０は、例えば曲線２１ｙで示すように、中央部分
で強く周辺部分で弱い光強度分布を有する。

【００２１】空間フィルタＳＦを透過した平行光線束１
１がシリンダアレイ２Ａを透過し、シリンダアレイ１Ａ
に入射する。入射光線束は、シリンダアレイ１Ａにより
各シリンドリカルレンズに対応した７つの収束光線束に
分割される。図１（Ａ）では、中央と両端の光線束のみ
を代表して示している。７つの収束光線束は、それぞれ
曲線２１ｙａ〜２１ｙｇで示す光強度分布を有する。シ
リンダアレイ１Ａによって収束された光線束は、シリン
ダアレイ１Ｂにより再度収束される。

【００２２】シリンダアレイ１Ｂにより収束した７つの
収束光線束１２は、それぞれ収束レンズ３の前方で集光
する。この集光位置は、収束レンズ３の入射側焦点より
もレンズに近い。このため、収束レンズ３を透過した７
つの光線束はそれぞれ発散光線束となり、ホモジナイズ
面４上において重なる。ホモジナイズ面４を照射する７
つの光線束のｙ軸方向の光強度分布は、それぞれ光強度
分布２１ｙａ〜２１ｙｇをｙ軸方向に引き伸ばした分布
に等しい。光強度分布２１ｙａと２１ｙｇ、２１ｙｂと
２１ｙｄ、２１ｙｃと２１ｙｅは、それぞれｙ軸方向に
関して反転させた関係を有するため、これらの光線束を
重ね合わせた光強度分布は、実線２２ｙで示すように均
一な分布に近づく。

【００２３】図１（Ｂ）を参照して、ｘｚ面内に関する
光線束の伝搬の様子を説明する。入射光線束１０がシリ
ンドリカルレンズ５Ａに入射する。入射光線束１０は、
例えば曲線２１ｘで示すように、ｘ軸方向に関して中央
部分で強く周辺部分で弱い光強度分布を有する。シリン
ドリカルレンズ５Ａにより収束された光線束は、理想的
には、光軸面上の焦点（実際にはシリンドリカルレンズ
の円柱面の母線に平行な一直線）を通過し、シリンドリ
カルレンズ５Ｂに入射する。

【００２４】シリンドリカルレンズ５Ｂにより収束さ
れ、平行光線束１１となる。平行光線束１１は、ｘ軸方
向に関して曲線２１ｘを反転させた光強度分布を有す
る。

【００２５】入射光線束１０は、通常その光軸に平行な
成分以外のノイズ成分を含む。ノイズ成分は、光源が有
限の大きさを有すること、及び空気中のゴミによる散乱
等により発生する。入射光線束１０のノイズ成分は、シ
リンドリカルレンズ５Ａにより収束されても、その焦点
を通過しない。光軸からある角度以上ずれて進行するノ
イズ成分は、遮光板６により遮光され、シリンドリカル
レンズ５Ｂに到達しない。このため、シリンドリカルレ
ンズ５Ｂにより収束された平行光線束１１は、入射光線
束１０よりもノイズ成分の少ない光線束になる。

【００２６】平行光線束１１がシリンダアレイ２Ａに入
射する。平行光線束１１がシリンダアレイ２Ａにより各
シリンドリカルレンズに対応した７つの収束光線束に分
割される。図１（Ｂ）では、中央と両端の光線束のみを
代表して示している。７つの収束光線束は、それぞれ曲
線２１ｘａ〜２１ｘｇをｘ軸方向に関して反転させた光
強度分布を有する。ｘｚ面内においては、シリンダアレ
イ１Ａ及び１Ｂは単なる平板と等価であるため、光線束
の収束、発散に影響を与えない。

【００２７】各光線束は、シリンダアレイ２Ｂの前方で
集光し、発散光線束となってシリンダアレイ２Ｂに入射
する。シリンダアレイ２Ｂに入射した各光線束は、それ
ぞれ相互に等しいある出射角を持って出射し、収束レン
ズ３に入射する。

【００２８】収束レンズ３を透過した７つの光線束はそ
れぞれ収束光線束となり、ホモジナイズ面４上において
重なる。ホモジナイズ面４を照射する７つの光線束のｘ
軸方向の光強度分布は、図１（Ａ）の場合と同様に実線
２２ｘで示すように均一な分布に近づく。ホモジナイズ
部ＨＮに入射する平行光線束１１のノイズ成分は入射光
線束１０のノイズ成分よりも少ないため、ホモジナイズ
面４上のｘ軸方向に関する光強度分布のトップフラット
率を向上することができる。

【００２９】ホモジナイズ面４上の光照射領域は、ｙ軸
方向に長く、ｘ軸方向に短い線状の形状を有する。ビー
ムホモジナイザを用いることにより、ｙ軸方向に長い軸
状の領域を、ほぼ均一に照射することができる。

【００３０】次に、空間フィルタＳＦを設けた場合の効
果について説明する。図２は、ホモジナイズ面上のｘ軸
（短軸）方向に関する光強度分布を示す。図２（Ａ）
は、空間フィルタＳＦを設けない場合、図２（Ｂ）は、
空間フィルタＳＦを設けた場合を表す。空間フィルタＳ
Ｆを設けない場合には、トップフラット率が０．６６で
あったのに対し、空間フィルタＳＦを設けた場合には、
０．７９であった。

【００３１】なお、用いたシリンドリカルレンズ５Ａ及
び５Ｂの円柱面の曲率は１３８ｍｍ、焦点距離は２８５
ｍｍ、遮光板６のスリット幅は０．５ｍｍである。ま
た、空間フィルタＳＦを設けた場合には、設けない場合
に較べて光強度の積分値が９１％に低下した。これは、
入射光のノイズ成分が遮光板により遮光され、ホモジナ
イズ面まで到達しなかったためである。

【００３２】スリット６ａの幅を細くすると、トップフ
ラット率は向上するが光強度は低下する。スリット６ａ
の幅を変化させて、好適なトップフラット率及び光強度
を得ることができる。

【００３３】図１では、ｘｚ面内に関するノイズ成分の
みを低減する場合を説明したが、空間フィルタをもう一
つ配置し、ｙｚ面内に関するノイズ成分をも低減しても
よい。ただし、ホモジナイズ面における照射領域が一方
向に長い形状を有する場合、その長軸方向の光強度分布
のトップフラット率は入射光線束のノイズ成分の影響を
受けにくい。このため、光照射領域の短軸方向と入射光
線束の光軸とを含む平面内に関するノイズ成分を低減さ
せる空間フィルタを設けることが効果的である。

【００３４】また、図１に示したシリンドリカルレンズ
５Ａ及び５Ｂの代わりに球面レンズを用い、スリット６
ａを有する遮光板６の代わりにピンホールを有する遮光
板を用いてもよい。この場合、１つの空間フィルタでｘ
ｚ面内及びｙｚ面内の双方に関するノイズ成分を低減す
ることができる。

【００３５】ただし、入射光線束の強度が強く、空間フ
ィルタの集光点における強度が空気中におけるイオン化
しきい値を超えてしまう場合には、図１で説明したよう
に、シリンドリカルレンズとスリット型遮光板とを組み
合わせた空間フィルタを用いることが好ましい。

【００３６】図１では、空間フィルタＳＦの２つのシリ
ンドリカルレンズ５Ａと５Ｂとが等価な場合、すなわち
等しい焦点距離を有する場合を説明したが、焦点距離の
異なる２つのシリンドリカルレンズを用いてもよい。こ
の場合、シリンドリカルレンズ間の距離は、２つのシリ
ンドリカルレンズの各々の焦点距離を合計した距離と
し、遮光板６を２つのシリンドリカルレンズの共通の焦
点位置に配置する。

【００３７】次に、図３を参照して本発明の他の実施例
によるビームホモジナイザについて説明する。図１で
は、空間フィルタＳＦをホモジナイズ部の入射側に配置
する場合を説明したが、図３では空間フィルタＳＦの代
わりにシリンダアレイ２Ａと２Ｂとの間に遮光板７を配
置している。その他の構成は、図１の場合と同様であ
る。

【００３８】遮光板７とシリンダアレイ２Ａとの間隔
は、シリンダアレイ２Ａを構成する各シリンドリカルレ
ンズの焦点距離に等しい。遮光板７には、各シリンドリ
カルレンズの光軸面との交線に沿った７本のスリット７
ａが形成されている。

【００３９】入射光線束１０の光軸に平行に進行する光
は、スリット７ａを通過するが、入射光線束１０の光軸
に対して所定の角度以上ずれた方向に進行するノイズ成
分は、遮光板７によって遮光される。すなわち、遮光板
７を通過した光は、入射光線束１０のノイズ成分を低減
した光線束になる。従って、図１の場合と同様に、ｘ軸
方向に関するトップフラット率を改善することができ
る。

【００４０】また、ホモジナイズ部の外側に空間フィル
タを配置する必要がないため、装置を小型化することが
可能になる。また、シリンダアレイ２Ａのシリンドリカ
ルレンズのコバ面同士の間に隙間がある場合には、入射
光線束の一部が、この隙間を通って直進する。直進した
光は、光強度分布の均一化を妨げる。また、コバ面で散
乱した光もノイズ成分となり、光強度の均一化を妨げ
る。遮光板７は、このような光を遮光する作用も有す
る。

【００４１】図４（Ａ）は、図３の遮光板７の正面図を
示す。ステンレス製の矩形状の板に７本のスリット７ａ
が等間隔に形成されている。

【００４２】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の一点鎖線Ｂ４
−Ｂ４における断面図を示す。遮光板７は、各々７本の
スリットを有する２枚のステンレス板７Ａと７Ｂとを、
スリット同士が対応するように密着させて構成されてい
る。ステンレス板７Ａ及び７Ｂに設けられたスリット幅
は、図４（Ａ）のスリット７ａの幅よりも広い。ステン
レス板７Ａと７Ｂとを、スリットの長手方向に直交する
方向にずらすことにより、スリット７ａの幅を変化させ
ることができる。スリット７ａの幅を変化させることに
より、トップフラット率と光強度分布を調節することが
できる。

【００４３】図３では、ｙ軸に平行なスリットを有する
遮光板７のみをシリンダアレイ２Ａと２Ｂとの間に配置
する場合を説明した。図１（Ａ）に示すように、ｙｚ面
内に関してシリンダアレイ１Ａと１Ｂとの間で光線束が
集光しない場合には、この間に遮光板を配置することは
できないが、集光する場合には、その集光位置に他の遮
光板を配置してもよい。

【００４４】図５は、シリンダアレイ１Ａと１Ｂとの間
にも他の遮光板８を配置した場合を示す。遮光板８は遮
光板７と同様の構成を有し、シリンダアレイ１Ａによる
集光位置に各スリットがｘ軸に平行になるように配置さ
れている。なお、図３では、遮光板７がシリンダアレイ
１Ａと１Ｂの組の外側に配置されていたが、図５では、
シリンダアレイ１Ａと１Ｂとの間に配置される。ただ
し、遮光板７の位置はシリンダアレイ２Ａとの相対関係
で決まり、シリンダアレイ１Ａとの相対位置関係は本質
的なものではない。

【００４５】遮光板７及び８を配置することにより、光
線束のｙｚ面内及びｘｚ面内に関するノイズ成分が低減
されるため、照射領域の光強度分布を均一に近づけるこ
とができる。

【００４６】次に、図１もしくは図３に示すビームホモ
ジナイザを使用したレーザアニーリング装置について説
明する。

【００４７】図６は、レーザアニーリング装置の概略平
面図を示す。筐体５０に、処理チャンバ５１、搬送チャ
ンバ５２、搬入チャンバ５３、搬出チャンバ５４、ホモ
ジナイザ４２、ＣＣＤカメラ５８、及びビデオモニタ５
９が取り付けられている。

【００４８】処理チャンバ５１と搬送チャンバ５２がゲ
ートバルブ５５を介して結合され、搬送チャンバ５２と
搬入チャンバ５３、及び搬送チャンバ５２と搬出チャン
バ５４が、それぞれゲートバルブ５６及び５７を介して
結合されている。処理チャンバ５１、搬入チャンバ５３
及び搬出チャンバ５４には、それぞれ真空ポンプ６１、
６２及び６３が取り付けられ、各チャンバの内部を真空
排気することができる。

【００４９】搬送チャンバ５２内には、搬送用ロボット
６４が収容されている。搬送用ロボット６４は、処理チ
ャンバ５１、搬入チャンバ５３及び搬出チャンバ５４の
相互間で処理基板を移送する。

【００５０】処理チャンバ５１の上面に、レーザ光透過
用の窓６０が設けられている。パルス発振したエキシマ
レーザ装置４１から出力されたレーザビームがアッテネ
ータ４６を通って図１もしくは図３に示すビームホモジ
ナイザ４２に入射する。ホモジナイザ４２は、レーザビ
ームの断面形状を細長い形状にする。ホモジナイザ４２
を通過したレーザビームは、レーザ光の断面形状に対応
した細長い窓６０を透過して処理チャンバ５１内の処理
基板を照射する。処理基板の表面がホモジナイズ面に一
致するように、ホモジナイザ４２と処理基板との相対位
置が調節されている。

【００５１】処理基板は、窓６０の長軸方向に直交する
向きに平行移動する。１ショット分の照射領域の一部が
前回のショットにおける照射領域の一部と重なるような
速さで処理基板を移動することにより、処理基板表面の
広い領域を照射することができる。処理基板表面はＣＣ
Ｄカメラ５８により撮影され、処理中の基板表面をビデ
オモニタ５９で観察することができる。

【００５２】エキシマレーザ装置４１、ホモジナイザ４
２、搬送用ロボット６４、ゲートバルブ５５〜５７の動
作は、制御装置６５によって制御される。

【００５３】図７は、図６のレーザアニーリング装置の
光学系の概略図を示す。エキシマレーザ装置４１から出
力したレーザビームは、アッテネータ４６を通過し、タ
ーンミラー４７及び４８で反射し、ホモジナイザ４２に
入射する。ホモジナイザ４２を通過したレーザビーム
は、ターンミラー４９で反射し、ガラス窓６０を透過し
て処理チャンバ５１内に導入される。

【００５４】ホモジナイザ４２とターンミラー４９は、
相互の相対位置関係を保った状態で、入射レーザ光の光
軸に沿って平行移動することができる。ターンミラー４
９で反射した後のレーザビームが図中の位置ｃにあると
き、処理チャンバ５１内の処理基板上にレーザ光が照射
される。

【００５５】処理チャンバ５１内には、パワーメータ７
２が配置されている。レーザビームを位置ｄに移動させ
たとき、レーザ光がパワーメータ７２に照射され、レー
ザ光の強度を測定することができる。また、処理チャン
バ５１の外にもパワーメータ７３が配置されており、レ
ーザビームを位置ｂに移動させることにより、処理チャ
ンバ５１内に導入される前のレーザ光の強度を測定する
ことができる。

【００５６】また、処理チャンバ５１の外に、光センサ
を直線状に配列したビームプロファイラ７４が配置され
ている。レーザビームを位置ａに移動させてビームプロ
ファイラ７４にレーザ光を照射することにより、線状の
断面形状を有するレーザビームの断面内の長軸方向に関
する強度分布を測定することができる。

【００５７】アッテネータ４６とターンミラー４７との
間にパワーメータ７０が配置され、ターンミラー４８と
ホモジナイザ４２との間にパワーメータ７１が配置され
ている。パワーメータ７０及び７１により、その位置に
おけるレーザ光の強度を測定することができる。

【００５８】パワーメータ７０〜７３で検出されたレー
ザ光の強度をそれぞれの位置における正常値と比較する
ことにより、各光学部品の劣化状態を知ることができ
る。また、ビームプロファイラ７４からの検出信号を解
析することにより、レーザビームの断面の長軸方向に関
する強度分布の正常性を確認することができる。

【００５９】図１もしくは図３の実施例で説明したよう
に、ホモジナイザ４２に空間フィルタを設けることによ
り、線状の光照射領域の幅を１ｍｍ以下としても、光強
度分布のトップフラット率を比較的高く維持することが
できる。トップフラット率を高くすることにより、基板
全面に、より均一にレーザ光を照射することができる。

【００６０】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビームホモジナイザを透過した光線束のホモジナイズ面
における光強度分布を、より均一に近づけることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるビームホモジナイザの断
面図である。

【図２】図２（Ａ）は、従来のビームホモジナイザによ
りホモジナイズされた光照射領域の光強度分布を示すグ
ラフであり、図２（Ｂ）は、図１に示すビームホモジナ
イザによりホモジナイズされた光照射領域の光強度分布
を示すグラフである。

【図３】本発明の他の実施例によるビームホモジナイザ
の断面図である。

【図４】図３に示すビームホモジナイザの遮光板の正面
図及び断面図である。

【図５】本発明の他の実施例によるビームホモジナイザ
の断面図である。

【図６】図１もしくは図３に示すビームホモジナイザを
使用したレーザアニーリング装置の概略を示す平面図で
ある。

【図７】図６に示すレーザアニーリング装置の光学系を
示す図である。

【符号の説明】

１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂシリンダアレイ３収束レンズ４ホモジナイズ面５Ａ、５Ｂシリンドリカルレンズ６、７、８スリットを有する遮光板１０入射光線束１１平行光線束１２分割された光線束２１ｘ、２１ｙ、２２ｘ、２２ｙ光強度分布４１エキシマレーザ装置４２ホモジナイザ４６アッテネータ４７、４８、４９ターンミラー５０筐体５１処理チャンバ５２搬送チャンバ５３、５４搬出入チャンバ５５〜５７ゲートバルブ５８ＣＣＤカメラ５９ビデオモニタ６０窓６１、６２、６３真空ポンプ６４搬送ロボット６５制御装置７０、７１、７２、７３パワーメータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の第１のシリンドリカルレンズが、
各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に平行に
し、かつ光軸面に対して垂直な第１の仮想平面に沿って
配列した第１のシリンダアレイと、複数の第２のシリンドリカルレンズが、各々の円柱面の
母線同士及び光軸面同士を相互に平行にし、かつ前記第
１の仮想平面に平行な第２の仮想平面に沿って配列した
第２のシリンダアレイであって、各第２のシリンドリカ
ルレンズが、対応する前記第１のシリンドリカルレンズ
と光軸面を共通にし、前記第１のシリンドリカルレンズ
を透過した光線束が、対応する第２のシリンドリカルレ
ンズに入射する前記第２のシリンダアレイと、前記第２のシリンダアレイを透過した光線束を収束する
収束光学系と、前記第１のシリンダアレイの入射側に配置された第１の
フィルタ光学系であって、前記第１の仮想平面に垂直な
光軸を有する平行光線束が入射するとき、前記第１のシ
リンドリカルレンズの円柱面の母線に垂直な平面内に関
して、該平行光線束の平行度を高める第１のフィルタ光
学系とを有するビームホモジナイザ。
【請求項２】さらに、前記第１のフィルタ光学系の出射側かつ前記収束光学系
の入射側に配置され、複数の第３のシリンドリカルレン
ズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に
平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第３の仮想
平面に沿って配列した第３のシリンダアレイであって、
第３のシリンドリカルレンズの各々の光軸面が、前記第
１及び第２のシリンダアレイの光軸面と直交する前記第
３のシリンダアレイと、前記第３のシリンダアレイの出射側かつ前記収束光学系
の入射側に配置され、複数の第４のシリンドリカルレン
ズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に
平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第４の仮想
平面に沿って配列した第４のシリンダアレイであって、
各第４のシリンドリカルレンズが、対応する前記第３の
シリンドリカルレンズと光軸面を共通にする前記第４の
シリンダアレイとを有する請求項１に記載のビームホモ
ジナイザ。
【請求項３】前記第１のフィルタ光学系が、前記第１のシリンドリカルレンズの光軸面と平行な光軸
面を有する第５のシリンドリカルレンズであって、円柱
面の母線が前記第１のシリンドリカルレンズの円柱面の
母線と平行になるように配置された前記第５のシリンド
リカルレンズと、前記第５のシリンドリカルレンズと光軸面を共通にする
第６のシリンドリカルレンズであって、円柱面の母線が
前記第５のシリンドリカルレンズの円柱面の母線と平行
になり、かつ前記第５のシリンドリカルレンズから、前
記第５及び第６のシリンドリカルレンズの各々の焦点距
離を合計した距離に等しい間隔をおいて配置された前記
第６のシリンドリカルレンズと、前記第５のシリンドリカルレンズと第６のシリンドリカ
ルレンズとの間の中央両シリンドリカルレンズ焦点位置
に配置され、前記第５のシリンドリカルレンズの光軸面
との交線に沿ってスリットが形成された遮光板とを有す
る請求項１または２に記載のビームホモジナイザ。
【請求項４】さらに、前記第３のシリンダアレイの入
射側に配置された第２のフィルタ光学系であって、前記
第１の仮想平面に垂直な光軸を有する平行光線束が入射
するとき、前記第３のシリンドリカルレンズの円柱面の
母線に垂直な平面内に関して、平行光線束の平行度を高
める前記第２のフィルタ光学系を有する請求項２に記載
のビームホモジナイザ。
【請求項５】さらに、前記第１のフィルタ光学系の出射側かつ前記収束光学系
の入射側に配置され、複数の第３のシリンドリカルレン
ズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に
平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第３の仮想
平面に沿って配列した第３のシリンダアレイであって、
第３のシリンドリカルレンズの各々の光軸面が、前記第
１及び第２のシリンダアレイの光軸面と直交する前記第
３のシリンダアレイと、前記第３のシリンダアレイの出射側かつ前記収束光学系
の入射側に配置され、複数の第４のシリンドリカルレン
ズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に
平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第４の仮想
平面に沿って配列した第４のシリンダアレイであって、
各第４のシリンドリカルレンズが、対応する前記第３の
シリンドリカルレンズと光軸面を共通にする前記第４の
シリンダアレイとを有し、前記第１のフィルタ光学系が、該第１のフィルタ光学系
に、前記第１の仮想平面に垂直な光軸を有する平行光線
束が入射するとき、前記第１及び第３のシリンドリカル
レンズの円柱面の母線の各々に垂直な２つの平面内に関
して平行光線束の平行度を高める請求項１に記載のビー
ムホモジナイザ。
【請求項６】複数の第１のシリンドリカルレンズが、
各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に平行に
し、かつ光軸面に対して垂直な第１の仮想平面に沿って
配列した第１のシリンダアレイと、複数の第２のシリンドリカルレンズが、各々の円柱面の
母線同士及び光軸面同士を相互に平行にし、かつ前記第
１の仮想平面に平行な第２の仮想平面に沿って配列した
第２のシリンダアレイであって、各第２のシリンドリカ
ルレンズが、対応する前記第１のシリンドリカルレンズ
と光軸面を共通にし、前記第１のシリンドリカルレンズ
を透過した光線束が、対応する第２のシリンドリカルレ
ンズに入射する前記第２のシリンダアレイと、前記第２のシリンダアレイを透過した光線束を収束する
収束光学系と、前記第１のシリンダアレイと第２のシリンダアレイとの
間に配置され、前記第１のシリンダアレイを構成する第
１のシリンドリカルレンズの各々の光軸面との交線に沿
ってスリットが形成された第１の遮光板とを有するビー
ムホモジナイザ。
【請求項７】さらに、前記第１のフィルタ光学系の出射側かつ前記収束光学系
の入射側に配置され、複数の第３のシリンドリカルレン
ズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に
平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第３の仮想
平面に沿って配列した第３のシリンダアレイであって、
第３のシリンドリカルレンズの各々の光軸面が、前記第
１及び第２のシリンダアレイの光軸面と直交する前記第
３のシリンダアレイと、前記第３のシリンダアレイの出射側かつ前記収束光学系
の入射側に配置され、複数の第４のシリンドリカルレン
ズが、各々の円柱面の母線同士及び光軸面同士を相互に
平行にし、かつ前記第１の仮想平面に平行な第４の仮想
平面に沿って配列した第４のシリンダアレイであって、
各第４のシリンドリカルレンズが、対応する前記第３の
シリンドリカルレンズと光軸面を共通にする前記第４の
シリンダアレイと、前記第３のシリンダアレイと第４のシリンダアレイとの
間に配置され、前記第３のシリンダアレイを構成する第
３のシリンドリカルレンズの各々の光軸面との交線に沿
ってスリットが形成された第２の遮光板とを有する請求
項６に記載のビームホモジナイザ。