(57)【要約】【課題】光学部材の耐久性を損なうことなく照射むらを低減することが可能な照射装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ光源１０から射出された光束を、偏光ビームスプリッタ１４Ａによって、メイン光路とバイパス光路とに分割して進行させる。バイパス光路を進行する光束を空間光変調素子２１によって変調させたのち、偏光ビームスプリッタ１４Ｂによって、メイン光路を進行する光束と結合させる。その際、結合後の光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように、制御部５によって、空間光変調素子２１の変調動作を制御する。これにより、半導体レーザ光源１０や光学系の構成に起因した線状ビームＬＢの不均一性が抑えられる。また、空間光変調素子２１への入射光量を低く抑えることができる。【選択図】図３
2010045197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から射出された光束を、第１の光路と第２の光路とに分割して進行させるための分割光学系と、
前記第２の光路内に配置され、この第２の光路を進行する光束を変調する空間光変調素子と、
前記第２の光路において前記空間光変調素子により変調された光束を、前記第１の光路を進行する光束に結合させることにより、結合後の光束を、第１の方向を長軸方向とする線状ビームとして被照射物へ照射する結合光学系と、
前記結合後の光束が前記第１の方向に沿って均一化されるように、前記空間光変調素子の変調動作を制御する制御部と
を備えた照射装置。
【請求項２】
前記第２の光路内に、この第２の光路を進行する光束を観測する観測素子を備え、
前記制御部は、前記観測素子による観測結果に基づいて、前記空間光変調素子の変調動作を制御する
請求項１に記載の照射装置。
【請求項３】
前記被照射物に対する前記第１の方向の照射領域を調整するスリットを備え、
前記分割光学系および前記結合光学系がそれぞれ、前記スリットの後段に配置されている
請求項１または請求項２に記載の照射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記空間光変調素子における部分領域ごとに個別の変調動作を行いつつ、複数の部分領域単位で一括して変調動作を行う
請求項１に記載の照射装置。
【請求項５】
前記光源が、前記第１の方向に沿って複数のエミッタが配列されたブロードエリア型のマルチエミッタ半導体レーザにより構成されている
請求項１に記載の照射装置。
【請求項６】
前記空間光変調素子が、反射型の液晶素子である
請求項１に記載の照射装置。
【請求項７】
前記空間光変調素子が、透過型の液晶素子である
請求項１に記載の照射装置。
【請求項８】
前記空間光変調素子が、回折型の空間光変調素子である
請求項１に記載の照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの射出光に基づいて被照射物に対して光照射を行う照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ（ElectroLuminescence）表示装置の製造工程において、回路素子などを多結晶シリコンにより形成するため、連続発振するレーザを用いてシリコン薄膜をアニールする方法が知られている。このようにレーザ光によりアニールする方法は、シリコン薄膜を部分的に照射するため、基板全体が高温となってしまうのを回避することができ、基板としてガラス基板を用いることができるという利点がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、図１０に示したような照射光学系を用いたアニール方法が提案されている。なお、この図１０は、従来の照射光学系の構成を長軸方向（Ｘ軸方向）に沿って表したものである。この照射光学系では、一次元のマルチエミッタ型半導体レーザ１０１から射出された光束は、コリメータレンズ１０３により集光され、シリンドリカルレンズアレイ１０４へ入射する。このシリンドリカルレンズアレイ１０４では、入射された光束が分割され、それぞれの光束が、コンデンサレンズ１０５により集光され、スリット１０７へ照射される。そしてこのスリット１０７の像は、リレーレンズ１０８によって、被照射物１０９に再結像される。ここで、スリット１０７は、被照射物１０９における特定の領域を照射するための形状をしており、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置におけるＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）基板のように、各画素内のＴＦＴ領域（例えば、図中のＴＦＴ領域１４２Ａ〜１４２Ｃ）を照射できるようになっている。これは、例えば配線部などのように、照射しないほうが望ましい部分が画素内に存在するためである。なお、コリメータレンズ１０２および集光レンズ１０６はそれぞれ、紙面に垂直な光束をコリメートし、スリット１０７に集光するためのものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７２１３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の照射光学系の構成では、各画素を均一に照射することが難しかった。これは、マルチエミッタ型半導体レーザにおける各エミッタの輝度ばらつき、シリンドリカルレンズアレイの分割数、光学系のアライメント、および可干渉性による干渉縞やスペックルの影響、などによるものである。その結果、均一照射性能（プロファイル；例えば、図中のプロファイルＰ１０１）は、５％程度までが現実的である。
【０００６】
このような５％％程度の不均一照射による影響は、特に有機ＥＬ用ＴＦＴ基板において、アモルファスシリコンからポリシリコンへと変化させる際のレーザアニールでは顕著となる。例えば、図１０中のプロファイルＰ１０１のように、Ｘ軸方向の均一性がＴＦＴ領域１４２Ａ〜１４２Ｃごとに異なる場合、画素ごとのポリシリコンの特性に差が生じ、それが有機ＥＬ表示装置における輝度むらとして現れてしまう。細かな均一性よりも各画素を照射する平均強度の均一性が要求される有機ＥＬ用ＴＦＴ基板のレーザアニールでは、均一照射性能は数％程度しか許容されない。
【０００７】
なお、光路中に空間光変調素子を挿入する方法も考えられるが、高出力の光源を用いる場合、光変調素子等の光学部材の耐久性が問題となる。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光学部材の耐久性を損なうことなく照射むらを低減することが可能な照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の照射装置は、光源と、この光源から射出された光束を第１の光路と第２の光路とに分割して進行させるための分割光学系と、第２の光路内に配置され、この第２の光路を進行する光束を変調する空間光変調素子と、第２の光路において空間光変調素子により変調された光束を、第１の光路を進行する光束に結合させることにより、結合後の光束を、第１の方向を長軸方向とする線状ビームとして被照射物へ照射する結合光学系と、結合後の光束が第１の方向に沿って均一化されるように空間光変調素子の変調動作を制御する制御部とを備えたものである。
【００１０】
本発明の照射装置では、光源から射出された光束が、第１の光路と第２の光路とに分割して進行する。そして、第２の光路を進行する光束は、空間光変調素子により変調されたのち、第１の光路を進行する光束と結合される。これにより、結合後の光束が、第１の方向を長軸方向とする線状ビームとして、被照射物へ照射される。この際、結合後の光束が第１の方向に沿って均一化されるように、空間光変調素子の変調動作が制御される。これにより、光源や光学系の構成に起因した照射光の不均一性が抑えられる。また、バイパス光路として機能する第２の光路内に空間光変調素子が配置されているため、空間光変調素子への入射光量を低く抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照射装置によれば、光源から射出された光束を第１の光路と第２の光路とに分割して進行させると共に、この第２の光路を進行する光束を空間光変調素子によって変調させたのちに第１の光路を進行する光束と結合させ、その結合後の光束が第１の方向に沿って均一化されるように空間光変調素子の変調動作を制御するようにしたので、光源や光学系の構成に起因した照射光の不均一性を抑えつつ、空間光変調素子への入射光量を低く抑えることができる。よって、光学部材の耐久性を損なうことなく、照射むらを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る照射装置（照射装置６）の全体構成を表すものである。照射装置６は、ステージ３上に搭載された被照射物４に対して、照射光学系１から射出されたレーザ光（Ｘ軸方向（第１の方向）を長軸方向とする線状ビームＬＢ）を照射するものである。この照射装置６は、このような照射光学系１と、ステージ３と、制御部５とを備えている。
【００１４】
被照射物４は、被照射面に照射光（上記したように、Ｘ軸方向を長軸方向とする線状ビームＬＢ）が照射されるものであり、例えば、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置におけるＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板などが挙げられる。すなわち、照射装置６は、例えばそのようなＴＦＴ基板において、アモルファスシリコンをポリシリコンに改質する際のアニール処理に用いられるものである。
【００１５】
制御部５は、照射光学系１の動作制御と、ステージ３のＹ軸方向への走査制御とを行うものである。具体的には、ステージ３のＹ軸方向への走査制御を行い、被照射物４を搭載面で走査することにより、照射光の照射位置をＹ軸方向に相対移動させるようになっている。このようにして、ステージ３がＹ方向に走査すると共にＸ軸方向にステップすることから、被照射物４の全面が照射されるようになっている。また、図１に示したように、例えば複数の加工４０がそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って形成されるようになっている。なお、この制御部５はまた、後述する照射光学系１内の空間光変調素子の動作も制御するようになっているが、この制御動作については後述する。
【００１６】
照射光学系１は、上記のように制御部５からの制御に応じて、Ｘ軸方向を長軸方向とする線状ビームＬＢを被照射物４に対して照射することにより、図１に示したような複数の加工４０をそれぞれ形成するものである。具体的には、このような線状ビームＬＢは、例えば図２に示したように、ＴＦＴ基板における各画素４１内のＴＦＴ領域４２へ照射されるようになっている。
【００１７】
ここで、図３および図４を参照して、照射光学系１の詳細構成について説明する。図３は、照射光学系１をＹ軸方向に沿って見たときの端面構成を表すものである。また、図４は、照射光学系１をＸ軸方向に沿って見たときの端面構成を表すものである。なお、図中の符号Ｐ１，Ｐ２で示した部分は、被照射物４におけるＴＦＴ領域４２（図３では、３つのＴＦＴ領域４２Ａ〜４２Ｃを図示している）ごとの照射処理によるプロファイルＰ１，Ｐ２（線状ビームＬＢのプロファイル）を示している。すなわち、Ｘ軸方向に沿ったプロファイルＰ１では、櫛の歯状の均一特性となっている一方、Ｙ軸方向に沿ったプロファイルＰ２では、ガウシアン形状の特性となっている。
【００１８】
この照射光学系１は、被照射物４の方向へ向かって順に、半導体レーザ１０と、コリメータレンズ１１Ａ，１１Ｂと、１／２λ板（１／２波長板）１２Ａと、ホモジナイザ１３と、偏光ビームスプリッタ１４Ａと、集光レンズ１５と、コンデンサレンズ１６Ａと、スリット１７と、リレーレンズ１８Ａと、偏光ビームスプリッタ１４Ｂと、１／４λ板（１／４波長板）１２Ｂと、リレーレンズ１８Ｂとを有している。これらのうち、集光レンズ１５、コンデンサレンズ１６Ａ、スリット１７およびリレーレンズ１８Ａにより、後述するメイン光路（第１の光路）が形成されている。また、照射光学系１には、偏光ビームスプリッタ１４Ａから偏光ビームスプリッタ１４Ｂへと至るバイパス光路（第２の光路）が形成されている。このバイパス光路は、偏光ビームスプリッタ１４Ａから偏光ビームスプリッタへ向かって順に、コンデンサレンズ１６Ｂと、ビームスプリッタ１９と、ビームプロファイラ２０および空間光変調素子２１と、リレーレンズ１８Ｃと、ミラー２２とにより構成されている。
【００１９】
半導体レーザ１０は、Ｘ軸方向に沿って複数のエミッタが配列されると共にＹ軸方向をＦｉｒｓｔＡｘｉｓ方向とするブロードエリア型のマルチエミッタ半導体レーザにより構成されている。
【００２０】
コリメータレンズ１１Ａは、正のパワーを有するレンズであり、半導体レーザ１０からの射出光束におけるＹ軸方向成分を平行光束とするものである。また、コリメータレンズ１１Ｂも正のパワーを有するレンズであり、半導体レーザ１０からの射出光束におけるＸ軸方向成分を平行光束とするものである。
【００２１】
１／２λ板１２Ａは、入射光束の偏光を調節するものであり、これにより後述する偏光ビームスプリッタ１４Ａでの分割比を制御できるようになっている。
【００２２】
ホモジナイザ１３は、半導体レーザ１０からの射出光束をＸ軸方向に沿って均一化するものであり、例えば図示したように、一対のシリンドリカルレンズアレイにより構成される。
【００２３】
偏光ビームスプリッタ１４Ａは、ホモジナイザ１３からの入射光束のうち、特定の偏光成分（Ｐ偏光成分）のみを選択的に透過すると共に、他の偏光成分（Ｓ偏光成分）を反射するものであり、これにより入射光束がＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離されるようになっている。すなわち、この偏光ビームスプリッタ１４Ａは、入射光束を、集光レンズ１５側のメイン光路（第１の光路）と、コンデンサレンズ１６Ｂ側のバイパス光路（第２の光路）とに分割して進行させるためのものである。なお、この偏光ビームスプリッタ１４Ａが、本発明における「分割光学系」の一具体例に対応する。
【００２４】
コンデンサレンズ１６Ａは、偏光ビームスプリッタ１４Ａを透過した複数の光束のＹ軸方向成分を、それぞれ集光するものである。また、集光レンズ１５は、偏光ビームスプリッタ１４Ａを透過した複数の光束のＸ軸方向成分をそれぞれ重ね合わせ、スリット１７の位置に均一照射するものである。このようにして、後述するスリット１７の位置に、Ｘ軸方向を長軸方向とする線状ビームの像が形成されるようになっている。
【００２５】
スリット１７は、その開口を制御することにより、被照射物４に対して照射する光束のＸ軸方向における照射領域を調整し、線状ビームＬＢにおける長軸方向の領域成形を行うものである。
【００２６】
リレーレンズ１８Ａは、リレーレンズ１８Ｂと共に、線状ビームＬＢの長軸サイズを被照射物４に対して適切なサイズに投影するためのものである。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１４Ｂは、リレーレンズ１８Ａおよび後述するミラー２２からの入射光束（メイン光路およびバイパス光路からの入射光束）において、特定の偏光成分（Ｐ偏光成分）のみを選択的に透過すると共に、他の偏光成分（Ｓ偏光成分）を反射するものであり、これにより各入射光束がＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離・結合されるようになっている。すなわち、この偏光ビームスプリッタ１４Ｂは、ミラー２２側のバイパス光路からの入射光束（後述する空間光変調素子２１により変調された光束）を、リレーレンズ１８Ａ側のメイン光路を進行する入射光束に結合させるものである。これにより、そのような結合後の光束が、Ｘ軸方向を長軸方向とする線状ビームＬＢとして被照射物４へ照射されるようになっている。なお、この偏光ビームスプリッタ１４Ｂが、本発明における「結合光学系」の一具体例に対応する。
【００２８】
１／４λ板１２Ｂは、偏光ビームスプリッタ１４Ｂからの入射光束の直交する偏光の位相差を９０度つけるものである。
【００２９】
コンデンサレンズ１６Ｂは、偏光ビームスプリッタ１４Ａを反射した光束のＸ軸方向成分を、ビームプロファイラ２０へ導くものである。
【００３０】
ビームスプリッタ１９は、コンデンサレンズ１６Ｂからの光束を、ビームプロファイラ２０側の光路と、空間光変調素子２１側の光路とに分離して進行させるためのものである。
【００３１】
ビームプロファイラ２０は、バイパス光路を進行する光束（具体的には、ビームスプリッタ１９を透過した光束）のプロファイルを観測するためのものである。このビームプロファイラ２０の像は、スリット１７の位置の像と共役になっている。このようなビームプロファイラ２０による観測結果は、制御部５へ供給されるようになっている。これにより、制御部５は、このビームプロファイラ２０による観測結果に基づいて後述する空間光変調素子２１の制御信号Ｓ１を生成し、この制御信号Ｓ１に応じて、偏光ビームスプリッタ１４Ｂにおいて結合後の光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように、空間光変調素子２１の変調動作を制御できるようになっている。なお、このビームプロファイラ２０が、本発明における「観測素子」の一具体例に対応する。
【００３２】
空間光変調素子２１は、バイパス光路内に配置されており、このバイパス光路を進行する光束（具体的には、ビームスプリッタ１９で反射された光束）を空間的に変調するものである。本実施の形態では、この空間光変調素子２１は、透過型の空間光変調素子の一つである透過型液晶素子により構成されている。ただし、例えばグレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）などの回折型の空間光変調素子を用いてもよい。また、この空間光変調素子２１は、強度変調型および位相変調型のいずれであってもよい。
【００３３】
なお、バイパス光路には、数％程度の不均一を補正するための光量のみを導けばよいため、空間光変調素子２１への入射量は、低くてもよい。また、例えば拡大光学系を配置するようにして、空間光変調素子２１へ入射するパワー密度を下げるようにしてもよい。
【００３４】
リレーレンズ１８Ｃは、線状ビームＬＢの長軸サイズを被照射物４に対して適切なサイズに投影するためのものである。
【００３５】
ミラー２２は、リレーレンズ１８Ｃからの入射光（空間光変調素子２１により変調された光束）を、偏光ビームスプリッタ１４Ｂの方向へ反射させるためのものである。
【００３６】
次に、本実施の形態の照射光学系１の作用および効果について説明する。
【００３７】
この照射光学系１では、図３に示したようにＸ軸方向に沿ってみると、半導体レーザ１０より射出された光束は、コリメータレンズ１１Ｂおよび１／２λ板１２Ａを介して、ホモジナイザ１３へ入射する。次いで、このホモジナイザ１３から入射光束は、偏光ビームスプリッタ１４Ａによって、集光レンズ１５側のメイン光路と、コンデンサレンズ１６Ｂ側のバイパス光路とに分割されて進行する。
【００３８】
このうち、偏光ビームスプリッタ１４Ａを透過してメイン光路側へ進行する光束は、集光レンズ１５によりスリット１７へ照射される。そして、このスリット１７の像は、リレーレンズ１８Ａ，１８Ｂによって、被照射物４上に再結像される。なお、このようなメイン光路側へ進行する光束を、図４に示したようにＹ軸方向に沿ってみると、以下のようになる。すなわち、半導体レーザ１０から射出された光束は、コリメータレンズ１１Ａによって平行光束となり、コンデンサレンズ１６Ａによりスリット１７の位置に集光される。そして、この光束が、リレーレンズ１８Ａ，１８Ｂによって、被照射物４上に再び集光される。
【００３９】
一方、偏光ビームスプリッタ１４Ｂで反射されてバイパス光路側へ進行する光束は、図３に示したように、コンデンサレンズ１６Ｂを介してビームスプリッタ１９へ入射する。そして、このビームスプリッタ１９では、入射光束が、ビームプロファイラ２０側の光路と、空間光変調素子２１側の光路とに分離されて進行する。このうち、ビームスプリッタ１９で反射された光束は、この空間光変調素子２１を照明する。
【００４０】
一方、ビームスプリッタ１９を透過した光束は、ビームプロファイラ２０に入射する。ここで、スリット１７、空間光変調素子２１およびビームプロファイラ２０はそれぞれ、互いに共役な位置に配置されている。これにより、半導体レーザ１０の各エミッタの発光不均質や、光学系のアライメントおよび干渉効果等のため、Ｘ軸方向に沿って不均一照明分布となっているスリット１７における照明分布が、ビームプロファイラ２０により観測される。
【００４１】
そして、制御部５は、このようなビームプロファイラ２０による観測結果に基づいて、制御信号Ｓ１により空間光変調素子２１の変調動作を制御する（不均一分布をフィードバック制御する）。具体的には、例えば図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したように、スリット１７の位置における不均一照射分布（ＴＦＴ領域４２Ａ〜４２Ｃごとに照射強度が異なっている）に対し、偏光ビームスプリッタ１４Ｂにおける結合後、被照射物４での光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように、空間光変調素子２１の位置での強度を調整する。
【００４２】
このようにして空間光変調素子２１により変調された光束は、リレーレンズ１８Ｃを介し、ミラー２２および偏光ビームスプリッタ１４Ｂにおいてそれぞれ反射され、スリット１７から入射するメイン光路側の光束と結合される。
【００４３】
そして、結合後の光束は、１／４λ板１２Ｂにより円偏光となったのち、被照射物４に照射される。このようにして結合後の光束が、Ｘ軸方向を長軸方向とする線状ビームＬＢとして、被照射物４へ照射される。
【００４４】
ここで、本実施の形態では、上記したように、結合後の光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように、制御部５によって空間光変調素子２１の変調動作が制御される。これにより、半導体レーザ１０の各エミッタの発光不均質や、光学系のアライメントおよび干渉効果等に起因した線状ビームＬＢにおける不均一性が抑えられる。すなわち、例えば図１０に示した従来の照明光学系におけるプロファイルＰ１０１とは異なり、例えば図５（Ｃ）中に示した矢印Ｐ１１，Ｐ１２および図３に示したプロファイルＰ１のように、ＴＦＴ領域４２Ａ〜４２Ｃごとの照射強度が均一化される。また、バイパス光路として機能する第２の光路内に空間光変調素子が配置されているため、空間光変調素子への入射光量を低く抑えることが可能となる。
【００４５】
以上のように本実施の形態では、半導体レーザ光源１０から射出された光束をメイン光路とバイパス光路とに分割して進行させると共に、このバイパス光路を進行する光束を空間光変調素子２１によって変調させたのちにメイン光路を進行する光束と結合させ、その結合後の光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように空間光変調素子２１の変調動作を制御するようにしたので、半導体レーザ光源１０や光学系の構成に起因した線状ビームＬＢの不均一性を抑えつつ、空間光変調素子２１への入射光量を低く抑えることができる。よって、光学部材の耐久性を損なうことなく、照射むらを低減することが可能となる。
【００４６】
また、バイパス光路内に、このバイパス光路を進行する光束を観測するビームプロファイラ２０を設けると共に、制御部５において、このビームプロファイラ２０による観測結果に基づいて空間光変調素子２１の変調動作を制御するようにしたので、空間光変調素子２１のフィードバック制御をすることができ、リアルタイムな補正が可能となる。
【００４７】
また、高出力な光源による均一照明光学系が実現されるため、照射装置６において、光照射処理の高速化が達成できる。
【００４８】
（第１の実施の形態の変形例）
図６は、第１の実施の形態の変形例に係る照射光学系（照射光学系１Ａ）を、Ｙ軸方向に沿って見たときの端面構成を表すものである。本変形例の照射光学系１Ａでは、第１の実施の形態の照射光学系１において、ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂをそれぞれスリット１７の後段に配置することにより、バイパス光路をスリット１７の後段に配置するようにしたものである。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４９】
本変形例では、スリット１７の像が、リレーレンズ１８Ａを介して偏光ビームスプリッタ１４Ａで反射されると、バイパス光路へ進行する。そして、コンデンサレンズ１６Ｂを介してビームスプリッタ１９により、２つの光路へ分離される。このうち、ビームスプリッタ１９において反射された光束は、空間光変調素子２１上に結像される。そしてこの空間光変調素子２１により変調された光束は、リレーレンズ１８Ｃおよびミラー２２においてそれぞれ反射されたのち、偏光ビームスプリッタ１４Ｂにより、偏光ビームスプリッタ１４Ａを透過したメイン光路の光束と結合される。この際、空間光変調素子２１では第１の実施の形態と同様に、制御部５からの制御信号Ｓ１によって、結合後の光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように、変調動作が制御される。
【００５０】
このようにして本変形例では、ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂをそれぞれスリット１７の後段に配置することにより、バイパス光路をスリット１７の後段に配置するようにしたので、第１の実施の形態における効果に加え、スリット１７の像そのものに対して補正を行うことが可能なため、より精度の高い補正を行うことが可能となる。すなわち、スリット１７の製造後差分を含めた補正が可能となる。
【００５１】
［第２の実施の形態］
図７は、第２の実施の形態に係る照射光学系（照射光学系１Ｂ）を、Ｙ軸方向に沿って見たときの端面構成を表すものである。本実施の形態の照射光学系１Ｂは、第１の実施の形態の照射光学系１において、空間光変調素子を反射型のものにより構成したものであり、これにより、第１の実施の形態とはバイパス光路の構成が異なっている。なお、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５２】
この照射光学系１Ｂのバイパス光路は、偏光ビームスプリッタ１４Ａから偏光ビームスプリッタへ向かって順に、リレーレンズ１８Ｄと、ビームスプリッタ１９と、ビームプロファイラ２０およびリレーレンズ１８Ｅ，１８Ｆと、偏光ビームスプリッタ１４Ｃと、１／４λ板１２Ｃ、空間光変調素子２１Ｂおよびリレーレンズ１８Ｇとにより構成されている。
【００５３】
リレーレンズ１８Ｄ〜１８Ｇはそれぞれ、スリット１７と、ビームプロファイラ２０と、空間光変調素子２１Ｂと、被照射物４とを、それぞれ共役関係に保つためのものである。
【００５４】
偏光ビームスプリッタ１４Ｃは、リレーレンズ１８Ｆからの入射光束を、１／４λ板１２Ｃおよび空間光変調素子２１Ｂ側の光路と、リレーレンズ１８Ｇおよび偏光ビームスプリッタ１４Ｂ側の光路とに分離して進行させるためのものである。
【００５５】
１／４λ板１２Ｃは、偏光ビームスプリッタ１４Ｃからの入射光束の直交する偏光の位相差を９０度つけるものである。
【００５６】
空間光変調素子２１Ｂは、バイパス光路内に配置されており、このバイパス光路を進行する光束（具体的には、偏光ビームスプリッタ１４Ｃを透過した光束）を空間的に変調するものである。本実施の形態では、この空間光変調素子２１Ｂは、反射型の空間光変調素子の一つである反射型液晶素子により構成されている。ただし、例えばグレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）などの回折型の空間光変調素子を用いてもよい。また、この空間光変調素子２１は、強度変調型および位相変調型のいずれであってもよい。
【００５７】
次に、本実施の形態の照射光学系１Ｂの作用および効果について説明する。
【００５８】
偏光ビームスプリッタ１４Ａにおいて反射された光束は、バイパス光路へ進行する。そして、リレーレンズ１８Ｄ、ビームスプリッタ１９を透過した光束は、ビームプロファイラ２０へ入射する。このビームプロファイラ２０では、第１の実施の形態と同様に、スリット１７における照明分布が観測される。
【００５９】
一方、ビームスプリッタ１９において反射された光束は、リレーレンズ１８Ｅ，１８Ｆを介して、偏光ビームスプリッタ１４Ｃおよび１／４λ板１２Ｃを透過し、空間光変調素子２１Ｂへ入射する。
【００６０】
空間光変調素子２１Ｂでは、ビームプロファイラ２０による観測結果に基づいて制御部５により生成された制御信号Ｓ２により、フィードバック制御されて光束が変調される。そして、再び１／４λ板１２Ｃを透過して偏光が回転し、偏光ビームスプリッタ１４Ｃおよびリレーレンズ１８Ｇを介して、偏光ビームスプリッタ１４Ｂにより、スリット１７からの光束と結合される。なお、制御部５による制御動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００６１】
以上のように本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の作用により同様の効果を得ることが可能である。すなわち、光学部材の耐久性を損なうことなく、照射むらを低減することが可能となる。
【００６２】
また、本実施の形態では、空間光変調素子２１Ｂを、反射型の空間光変調素子の一つである反射型液晶素子により構成するようにしたので、第１の実施の形態で用いた透過型のものと比べ、耐久性を向上させることができる。よって、第１の実施における効果に加え、より高出力のブロードエリア型半導体レーザに対応することが可能となる。また、不均一性が悪く、補正量が多い光学系の場合にも対応することが可能となる。
【００６３】
（第２の実施の形態の変形例）
図８は、第２の実施の形態の変形例に係る照射光学系（照射光学系１Ｃ）を、Ｙ軸方向に沿って見たときの端面構成を表すものである。本変形例の照射光学系１Ｃでは、第２の実施の形態の照射光学系１Ｂにおいて、ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂをそれぞれスリット１７の後段に配置することにより、バイパス光路をスリット１７の後段に配置するようにしたものである。なお、第２の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６４】
本変形例では、スリット１７の像は、リレーレンズ１８Ａを介して偏光ビームスプリッタ１４Ａで反射され、リレーレンズ１８Ｄを介してビームスプリッタ１９により、２つの光路へ分離される。このうち、ビームスプリッタ１９において反射された光束は、リレーレンズ１８Ｅ，１８Ｆ、偏光ビームスプリッタ１４Ｃおよび１／４λ板１２Ｃを介して空間光変調素子２１Ｂ上に結像される。
【００６５】
そしてこの空間光変調素子２１Ｂにより変調された光束は、１／４λ板１２Ｃ、偏光ビームスプリッタ１４Ｃおよびリレーレンズ１８Ｇを介して、偏光ビームスプリッタ１４Ｂにより、偏光ビームスプリッタ１４Ａを透過したメイン光路の光束と結合される。この際、空間光変調素子２１では第２の実施の形態と同様に、制御部５からの制御信号Ｓ２によって、結合後の光束がＸ軸方向に沿って均一化されるように、変調動作が制御される。
【００６６】
このようにして本変形例においても、ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂをそれぞれスリット１７の後段に配置することにより、バイパス光路をスリット１７の後段に配置するようにしたので、第２の実施の形態における効果に加え、スリット１７の像そのものに対して補正を行うことが可能なため、より精度の高い補正を行うことが可能となる。すなわち、スリット１７の製造後差分を含めた補正が可能となる。
【００６７】
以上、第１および第２の実施の形態ならびにそれらの変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００６８】
例えば、上記実施の形態等では、制御部５が、空間光変調素子２１，２１Ｂにおける部分領域（例えば、ＴＦＴ領域４２Ａ〜４２Ｃ）ごとに個別の変調動作を行う場合について説明したが、例えば図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示したように、制御部５が、空間光変調素子２１，２１Ｂにおける部分領域（例えば、ＴＦＴ領域４２Ａ〜４２Ｃ）ごとに個別の変調動作を行いつつ、複数の部分領域単位（例えば、ＴＦＴ領域４２Ｄ〜４２Ｆ）で一括して変調動作を行うようにしてもよい。すなわち、半導体レーザ１０の出力変動が生じると、スリット１７の位置でプロファイルのレベル変動が生じる。ビームプロファイラ２０によって、照明分布およびレベル変動を同時に計測することも可能であるため、空間光変調素子２１，２１Ｂによって、照明分布とレベル変動とを同時に補正することが可能である。例えば、スリット１７と共役なビームプロファイラ２０の位置でレベルが下がる計測結果が得られた場合（図中の矢印Ｐ２１）、空間光変調素子２１，２１Ｂによってその低下分を足すようにレベル変動補正を行うことにより（図中の矢印Ｐ２２）、被照射物４においてレベル変動を抑えることが可能である。
【００６９】
また、上記実施の形態等では、半導体レーザ１０を、ブロードエリア型のマルチエミッタ半導体レーザにより構成した場合について説明したが、半導体レーザ１０の構成はこれには限られず、他のものから構成してもよい。さらに、本発明の照射装置の光源は半導体レーザには限られず、他の光源を用いるようにしてもよい。
【００７０】
また、光源の光量に余裕がある場合には、１／２λ板１２Ａおよび偏光ビームスプリッタ１４Ａ，１４Ｂの代わりに、可変式のＮＤフィルタおよびビームスプリッタを用いるようにしてもよい。このように構成した場合、安価な素子で構成することができる。なお、この場合、空間光変調素子は、強度変調型のものを用いるようにするのが望ましい。
【００７１】
また、リレーレンズの設計を変えることにより、空間光変調素子２１へ入射するパワー密度を変えることも可能である。
【００７２】
また、上記実施の形態等では、制御部５において、ビームプロファイラ２０による観測結果に基づいて空間光変調素子２１，２１Ｂの変調動作をフィードバック制御する場合について説明したが、ビームプロファイラ２０による観測結果に基づく制御ではなく、照射プロセス結果を用いて空間光変調素子２１，２１Ｂにフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００７３】
また、１／４λ板１２Ｂ，１２Ｃは、偏光に依存しない照明の場合には、用いないようにしてもよい。
【００７４】
さらに、上記実施の形態等では、照射装置および照射光学系の構成を具体的に挙げて説明したが、照射装置および照射光学系の構成はこれらの場合には限定されず、例えば、照射光学系を構成する各レンズに加えて（あるいは各レンズに代えて）、他のレンズ等を配置するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る照射装置の全体構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した照射光学系による照射処理の概要を説明するための模式平面図である。
【図３】図１に示した照射光学系を長軸方向に沿って見たときの端面図である。
【図４】図１に示した照射光学系を短軸方向に沿って見たときの端面図である。
【図５】空間光変調素子を用いた不均一光の補正処理について説明するための模式特性図である。
【図６】第１の実施の形態の変形例に係る照射光学系を長軸方向に沿って見たときの端面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る照射光学系を長軸方向に沿って見たときの端面図である。
【図８】第３の実施の形態の変形例に係る照射光学系を長軸方向に沿って見たときの端面図である。
【図９】空間光変調素子を用いたレベル変動補正処理について説明するための模式特性図である。
【図１０】従来の照射光学系を長軸方向に沿って見たときの端面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ〜１Ｃ…照射光学系、１０…半導体レーザ、１１Ａ，１１Ｂ…コリメータレンズ、１２Ａ…１／２λ板（１／２波長板）、１２Ｂ，１２Ｃ…１／４λ板（１／４波長板）、１３…ホモジナイザ、１４Ａ〜１４Ｃ…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１５…集光レンズ、１６Ａ，１６Ｂ…コンデンサレンズ、１７…スリット、１８Ａ〜１８Ｇ…リレーレンズ、１９…ビームスプリッタ（ＢＳ）、２０…ビームプロファイラ、２１，２１Ｂ…空間光変調素子、２２…ミラー、３…ステージ、４…被照射物、４０…加工、４１…画素、４２，４２Ａ〜４２Ｆ…ＴＦＴ領域、５…制御部、ＬＢ…ラインビーム（線状ビーム）、Ｐ１，Ｐ２…プロファイル、Ｓ１，Ｓ２…制御信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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