(57)【要約】【課題】結晶化装置において、結像レンズの偏芯調整が容易であるとともに、結像レンズの熱膨張を低減する。【解決手段】結晶化装置は、レーザー光を照射する照明光学系と、レーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子と、光変調素子の変調光を基板上に結像させる結像光学系と、基板を支持すると共に基板上の二次元位置を定める位置決めステージとを備え、基板に設けられた薄膜を変調光により溶融して結晶化させる装置であり、この結像光学系を冷却する冷却機構を着脱自在に備える。冷却機構は、結像光学系を冷却することで結像レンズの熱膨張を低減するとともに、結像光学系に対して着脱自在とすることによって、結像レンズの偏芯調整を容易に行う。【選択図】図２
2008135456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を照射する照明光学系と、
前記レーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子と、
前記光変調素子の変調光を基板上に結像させる結像光学系と、
基板を支持すると共に基板上の二次元位置を定める位置決めステージとを備え、
基板に設けられた薄膜を変調光により溶融して結晶化させる結晶化装置において、
前記結像光学系を冷却する冷却機構を着脱自在に備えることを特徴とする、結晶化装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、分割及び結合を自在とする内部に熱媒体を流通自在とする少なくとも２つの分割部材を有する分割冷却マウントを備え、
前記分割冷却マウントは、分割部材の結合時に前記結像光学系の外周を囲む内径を有する筒状形状を形成することを特徴とする、請求項１に記載の結晶化装置。
【請求項３】
前記分割冷却マウントは、
各分割部材として、内部に熱媒体を通す流路を形成した熱伝導性を有する枠体と、一枠体において隣接する前記流路の端部間を枠体の外部で連結する第１の連結部材とを有し、
各分割部材を繋ぐ構成として、隣接する枠体の流路の端部間を枠体の外部で連結する第２の連結部材と、隣接する枠体を互いに結合して前記結像光学系の外周に固定する結合部材とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の結晶化装置。
【請求項４】
前記冷却機構は、内部に熱媒体を流通自在とする流路を備えた柔軟な帯状の帯状冷却マウントを備え、
当該帯状冷却マウントは、前記結像光学系の外周を包むことによって結像光学系を冷却することを特徴とする、請求項１に記載の結晶化装置。
【請求項５】
前記帯状冷却マウントは、
２枚のシート材の間に熱媒体を通すチューブ材を挟み、チューブ材間の隙間に熱伝導性のゲル状の充填材を充填して形成されることを特徴とする、請求項４に記載の結晶化装置。
【請求項６】
前記シート材の内、一方の第１のシート材の熱伝導性は高く、他方の第２のシート材の熱伝導性は低いことを特徴とする、請求項５に記載の結晶化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質もしくは多結晶半導体薄膜に光線を用いて溶融し結晶化させる結晶化装置に関し、特に、レーザー照射による熱膨張の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等の絶縁体上に形成された非結晶半導体層を結晶化させて結晶質半導体層を得、この結晶質半導体層を活性層とした薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin film transistor）を形成する技術が知られている。
【０００３】
例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置では、シリコン膜等の半導体膜を設けたガラス基板上に薄膜トランジスタを形成し、この薄膜トランジスタを切換え表示を行うためのスイッチング素子として用いている。
【０００４】
薄膜トランジスタの形成は、非晶質又は多結晶などの非単結晶半導体薄膜の結晶化工程を含んでいる。この結晶化技術として、例えば、大エネルギーの短パルス・レーザー光を用いて非単結晶半導体薄膜の照射領域を溶融して、結晶化するレーザー結晶化技術が知られている。
【０００５】
現在、生産に供されているレーザー結晶化装置では、長尺ビーム（例えば、５００μｍ×３００ｍｍ）形状で均一な強度分布のレーザー光を非晶質シリコンに照射する手法を採用している。しかしながら、この手法では、得られた半導体膜の結晶粒径が０．５μｍ以下と小さく、そのため、ＴＦＴのチャネル領域に結晶粒界が存在することになり、ＴＦＴの特性が抑制されるなど性能に限界がある。
【０００６】
このＴＦＴの性能を向上させるために、大きな結晶粒を有する高品質な半導体膜を製造する技術が要求されている。この要求を満足させる結晶化法として、各種のレーザー結晶化技術の中で、特に、位相変調して形成した逆ピークパターン状の光強度分布を有するエキシマ・レーザー光を非単結晶半導体薄膜に照射して結晶化する技術（Phase Modulated Excimer Laser Annealing：ＰＭＥＬＡ）が注目されている。
【０００７】
ＰＭＥＬＡ技術は、所定の光強度分布を持つエキシマ・レーザー光を、非単結晶半導体薄膜に照射し、この半導体膜の照射部を溶融して、結晶化する方法である。所定の光強度分布を持つエキシマ・レーザー光は、位相変調素子等の光変調素子、例えば位相シフタ等の位相変調素子により入射レーザー光を位相変調させることにより得られる。非単結晶半導体薄膜は、例えば、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン若しくは多結晶シリコンの薄膜である。
【０００８】
現在開発されているＰＭＥＬＡ技術では、１回のエキシマ・レーザー光の照射で数ｍｍ角程度の大きさの領域を溶融・結晶化させる。この結晶化非単結晶半導体薄膜処理により、数μｍから１０μｍ程度の大きさで比較的一様な結晶粒を有する品質の優れた結晶化シリコン薄膜が形成されている（例えば、非特許文献１参照）。この手法で形成した結晶化シリコン薄膜に作成されたＴＦＴは、優れた電気特性を有することが示されている。
【非特許文献１】井上弘毅、中田充、松村正清；電子情報通信学会論文誌 Vol.J85-C,No.8, pp.624-629, 2002、「シリコン薄膜の振幅・位相制御エキシマ・レーザー溶融再結晶化方法−新しい２−Ｄ位置制御大結晶粒形成法−」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このＰＭＥＬＡ結晶化技術は、レーザー光の使用効率が高く、大粒径の結晶が得られるという優れた特徴を有する。しかしながら、安定した電気特性を得るためには結晶粒を高い精度で位置決めする必要がある。また、大面積の半導体膜を結晶化させるには、いわゆるステップ・アンド・リピート照射方式と呼ばれる、非単結晶半導体膜にレーザー光を照射後、次の照射位置までガラス基板を移動させ停止させた後再びレーザー光を照射する工程を繰り返す照射方式が用いられている。
【００１０】
結晶粒を高い精度で位置決めするには、光変調素子のパターンを精密に基板上に投影する必要があるが、レーザー光を高い頻度で繰り返して連続照射すると、光学系の雰囲気温度が上昇してレンズ系が熱膨張し、焦点位置の位置ずれを引き起こし、所定の光プロファイルを基板上に形成できなくなる。
【００１１】
また、ガラス基板自体がミリオーダーで熱膨張することにより、基板平面内に形成される数ミクロンの疑似単結晶粒が所定の位置座標に形成されなくなり、後工程のトランジスタ形成が結晶粒界をまたがり、スイッチング特性等の低下を引き起こす要因となる。
【００１２】
従来知られている一般的な結晶化技術においても、繰り返し連続照射を高い頻度で行う必要があるが、その光学系の性質上、焦点深度（Ｄ．Ｏ．Ｆ）は数十ミクロンあり、かつ形成される結晶粒がトランジスタよりも十分に小さいため、レンズの熱膨張、あるいは基板の熱膨張による顕著な性能低下は発生しない。
【００１３】
これに対して、本発明によるＰＭＥＬＡ結晶化の技術は数ミクロンの疑似単結晶粒を形成することが求められる。従来の一般的な結晶化技術ではＰＭＥＬＡ結晶化が必要とする数ミクロンの疑似単結晶粒を形成することは困難であり、ＰＭＥＬＡ結晶化では、従来の一般的な結晶化技術では影響が無かったレンズの熱膨張や基板の熱膨張が大きく影響する。
【００１４】
光学系が備えるレンズの中でも、特に結像レンズは光プロファイルに大きな影響を与えるため、この結像レンズの熱膨張を抑制することが求められている。
【００１５】
この結像レンズの熱膨張を抑制する手段として、結像レンズを保持する枠体に冷却用の熱媒体を通す構成が考えられる。
【００１６】
一方、この結像レンズは、この結像レンズを光学系に組み込んだ際に、コマ収差や非点収差等の波面収差を低減するためにレンズの偏芯を調整する必要があるが、このレンズの偏芯調整は光学系に組み込んだ状態で行う必要がある。そのため、結像レンズを保持する枠体に冷却用の熱媒体を通す構成ではレンズの偏芯を調整することが困難となる。そのため、レンズの偏芯を調整するには、結像レンズを光学系から取り外した状態で行うレンズの偏芯調整と、結像レンズを光学系に組み込んだ状態で行う収差測定とを繰り返さなければならず、レンズの偏芯調整に時間と手間を要するという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、結晶化装置において、結像レンズの偏芯調整が容易であるとともに、結像レンズの熱膨張を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の結晶化装置は、レーザー光を照射する照明光学系と、レーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子と、光変調素子の変調光を基板上に結像させる結像光学系と、基板を支持すると共に基板上の二次元位置を定める位置決めステージとを備え、基板に設けられた薄膜を変調光により溶融して結晶化させる装置であり、この結像光学系を冷却する冷却機構を着脱自在に備える。
【００１９】
本発明の冷却機構は、結像光学系を冷却することで結像レンズの熱膨張を低減するとともに、結像光学系に対して着脱自在とすることによって、結像レンズの偏芯調整を容易に行うことができる。なお、結像光学系は、結像レンズの他に、この結像レンズを保持する部材、結像レンズの偏芯調整を行う機構等を備える。
【００２０】
本発明の結晶化装置が備える冷却機構は複数の形態とすることができる。
【００２１】
冷却機構の第１の形態は、分割及び結合を自在とする内部に熱媒体を流通自在とする少なくとも２つの分割部材を有する分割冷却マウントにより構成することができる。この分割冷却マウントは、分割部材を結合した時に結像光学系の外周を囲む内径を有する筒状形状を形成する。分割冷却マウントを分割することによって、結像光学系から容易に取りはずすことができ、結像光学系の結像レンズの偏芯調整を容易に行うことができる。また、分割冷却マウントを結合することで、結像光学系に容易に取り付けて固定することができる。分割冷却マウントの分割数は、２分割に限らず任意の個数とすることができる。
【００２２】
本発明の分割冷却マウントは、分割部材として、内部に熱媒体を通す流路を形成した熱伝導性を有する枠体と、一つの枠体において隣接する流路の端部間を枠体の外部で連結する第１の連結部材とを備える。また、分割部材間を繋ぐものとして、隣接する枠体の流路の端部間を枠体の外部で連結する第２の連結部材と、隣接する枠体を互いに結合して結像光学系の外周に固定する結合部材とを備える。
【００２３】
分割冷却マウントは、分割された複数の分割部材の枠体を結合部材で結合することによって形成され、結像光学系の外周に固定される。枠体には、結像光学系を冷却する熱媒体を通す流路が形成されて、隣接する流路間を第１の連結部材で連結することによって連続する流路が形成される。枠体は例えば、CuやAl等の熱伝導性の良好な素材によって形成され、流路はこの素材に設けた貫通口によって形成することができる。第１の連結部はこの貫通口間を枠体の外側で連結する。第１の連結部材は、例えば、銅パイプを湾曲させることで形成することができる。
【００２４】
また、分割された枠体の貫通口間は、樹脂チューブ（例えば、テフロン（登録商標）チューブ）等の柔軟性のある第２の連結部材によって連結する。柔軟性を有する第２の連結部材で枠体貫通口間の連結することで、枠体の分割及び結合を容易とすることができる。
【００２５】
また、本発明の結合部材は、分割された枠体を結合して一つの冷却マウントを形成する他、この冷却マウントを結像光学系に固定して取り付けることができる。
【００２６】
冷却機構の第２の形態は、内部に熱媒体を流通自在とする流路を備えた柔軟な帯状の帯状冷却マウントにより構成することができる。この帯状冷却マウントは、結像光学系の外周を包むことによって結像光学系を冷却する。帯状冷却マウントは柔軟性を有したシート材であるため、結像光学系の外周を容易に包んで取り付けることができ、また、容易に取り外すことができる。
【００２７】
本発明の帯状冷却マウントは、２枚のシート材の間に熱媒体を通すチューブ材を挟み、このチューブ材間の隙間に熱伝導性のゲル状の充填材を充填することで形成することができる。帯状冷却マウントは、チューブ材を挟む２枚のシート材を柔軟性が有した素地とすることで柔軟性を持たせることができる。また、２枚のシート材の内、一方の第１のシート材の熱伝導性を高くし、この第１のシート材を結像光学系の外側に巻き付けることで、結像光学系との間の熱変換効率を高め、結像光学系の冷却効率を高める。この熱伝導性の高いシート材としては、例えば、グラファイトシートを用いることができる。
【００２８】
また、他方の第２のシート材の熱伝導性は低くし、この第２のシート材を外側とすることで外気との間の熱変換効率を低くし、結像光学系の冷却効率の低下を抑制する。この熱伝導性の低いシート材としては、例えば、プラスチックフィルムを用いることができる。
【００２９】
また、チューブ材間の隙間に熱伝導性のゲル材を充填することによって、チューブ材との間の熱変換効率を高め、結像光学系の冷却効率を高める。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、結晶化装置において、結像レンズの偏芯調整を容易に行うことができるとともに、結像レンズの熱膨張を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
図１は本発明の結晶化装置１の装置構成を説明するための概略図である。図１において、本発明の結晶化装置１は、エキシマ・レーザー光を出射するレーザー光源１４と、レーザー光を照射する照明光学系１０と、照明光学系１０で照射されたレーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子１１と、光変調素子１１の変調光を基板１５（被処理基板）上に結像させる結像光学系１２と、基板１５を支持すると共に基板上の二次元位置を定める位置決めステージ１３を備える。結像光学系１２を介して基板１５に照射された変調光は、基板に設けられた薄膜を溶融して結晶化させる。
【００３３】
照明光学系１０、光変調素子１１、及び結像光学系１２は結晶化光学系を構成する。照明光学系１０はエキシマ照明光学系を構成し、レーザー光源１４から射出されたエキシマ・レーザー光のビームを拡大するビーム・エキスパンダや、面内の光強度を均一化するホモジナイザを備え、光変調素子１１を照明する結晶化用レーザー光を射出、調整する。なお、図では、ビーム・エキスパンダ及びホモジナイザは示していない。
【００３４】
光変調素子１１は位相シフタを用いることができ、結晶化用レーザー光を位相変調して所望の光強度分布、例えば、逆ピーク・パターンの光強度分布を有する光に変調する。
【００３５】
結像光学系１２は、光変調素子１１により位相変調された結晶化用レーザー光を結晶化させる非単結晶半導体薄膜に縮小照射する。図１では、光変調素子１１を照明光学系１０と結像光学系１２との間に設置したプロジェクション方式を示している。
【００３６】
レーザー光源１４は、基板１５に設けられた非単結晶半導体膜、例えば、非晶質若しくは多結晶半導体膜を溶融するために充分なエネルギー、例えば、非単結晶半導体膜上で１Ｊ／ｃｍ２を有する光を出力する。レーザー光源１４は、例えば、エキシマ・レーザー光源であり、短パルス、例えば、半値幅が約２５から３０ｎｓｅｃのパルス・レーザー光を出力する。レーザー光は、例えば、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ・レーザー光、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマ・レーザー光が好ましい。
【００３７】
エキシマ・レーザー光源は、例えば、発振周波数が１００Ｈｚから３００Ｈｚのパルス発振型である。
【００３８】
ビーム・エキスパンダは、入射されたレーザー光を拡大するもので、例えば、拡大する凹レンズと平行光にする凸レンズとにより構成することができる。また、ホモジナイザは、入射したレーザー光のＸＹ断面方向の寸法を決定し、かつ決定した形状内の光強度分布を均一にする機能を有する。例えば、Ｘ方向シリンドリカル・レンズをＹ方向に複数個並べ、Ｙ方向に並んだ複数の光束を形成し、Ｘ方向コンデンサ・レンズで各光束をＹ方向に重ね合わせて再分布させる。同様に、Ｙ方向シリンドリカル・レンズをＸ方向に複数並べ、Ｘ方向に並んだ複数の光束を形成し、Ｙ方向コンデンサ・レンズで各光束をＸ方向に重ね合わせて再分布させる。ホモジナイザによりエキシマ・レーザー光は、所定の角度広がりをもち断面内の光強度が均一化された照明光に調光される。
【００３９】
位相シフタは、位相変調素子１１の一例であり、例えば、石英ガラス基板に段差をつけたものである。この段差の境界でレーザー光の回折と干渉をおこさせ、レーザー光強度に周期的な空間分布を付与し、例えば、左右で１８０°の位相差を付ける。左右で１８０°の位相差を付けた位相シフタは、入射光を左右対称な逆ピーク状光強度分布に位相変調する。
【００４０】
位相シフタは、例えば、入射光を位相変調して逆ピーク状光強度分布を形成するように段差が形成されており、エキシマ・レーザー光の位相を変調する。この結果、半導体膜を照射するレーザー光は、位相のシフト部（段差）に対応した箇所が強度変調された逆ピーク・パターンの光強度分布となる。
【００４１】
光変調素子１１の位相シフタを透過したレーザー光は、収差補正されたエキシマ結像光学系１２により位相シフタ（光変調素子１１）と共役な位置に設置された基板１５上に、所定の光強度分布で結像する。エキシマ結像光学系１２は、例えば、複数枚のフッ化カルシウム（ＣａＦ２）レンズ及ぴ合成石英レンズからなるレンズ群により構成される。エキシマ結像光学系１２は、例えば、縮小率：１／５、Ｎ．Ａ．：０．１３、解像力：２μｍ、焦点深度：±１０μｍ、焦点距離：３０ｍｍから７０ｍｍの作動距離を有する片側テレセントリックレンズとすることができるがこれに限らない。また、片側テレセントリックレンズに限らず、両側テレセントリックレンズを用いてもよい。
【００４２】
結晶化の処理を受ける基板１５は、一般に、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の絶縁基板、シリコン等の半導体基板（ウェーハ）等の保持基板に絶縁膜を介して非単結晶半導体膜（例えば、非晶質シリコン膜、多結晶シリコン膜、スパッタされたシリコン膜、シリコン・ゲルマニウム膜、若しくは脱水素処理をした非晶質シリコン膜）を形成し、この非単結晶半導体膜上にキャップ膜として絶縁膜を設けたものである。
【００４３】
非単結晶半導体膜の膜厚は、例えば脱水素処理をした非晶質シリコン膜の場合には３０ｎｍから３００ｎｍであり、例えば、５０ｎｍである。絶縁膜は、非単結晶半導体膜を結晶化する際に、保持基板から好ましくない不純物が非単結晶半導体膜に拡散することを防止するために、あるいは、レーザー照射によって生じるジュール熱を蓄積させる目的で設けられた膜である。
【００４４】
キャップ絶縁膜は、レーザー光に対するキャップ絶縁膜の透過特性及び光吸収特性を利用して、結晶化のために非単結晶半導体膜が受光して溶融したときの熱を蓄える機能を有する。キャップ絶縁膜の蓄熱効果は、非単結晶半導体膜の溶融領域に大粒径（５μｍ以上）の結晶化を可能にする。キャップ絶縁膜は、結晶化の効率を高めるためのものであるが、省賂することができる。
【００４５】
本発明の結晶化装置１は位置決めステージ１３を備える。位置決めステージ１３は、基板１５を載置してＸＹ方向の２次元で移動自在とするＸＹステージの他、ＸＹステージ上の二次元位置を測定する位置測定部（図示していない）を備えることができる。ＸＹステージは、定盤上に、Ｘ軸方向に移動するＸ軸ステージとＹ軸方向に移動するＹ軸ステージとを備える。ＸＹステージ上には基板１５が載置され、ＸＹステージを二次元で移動させることによって、基板１５の位置決めを行う。
【００４６】
本発明の結晶化装置１によって基板１５を結晶化する場合には、図示しないステージ駆動制御装置によって記憶部（図示していない）に記憶しておいた位置校正データを読み出し、この位置校正データに基づいてＸＹステージの位置ずれを補正しながら駆動し、レーザー光を基板１５上で走査して結晶化を施す。
【００４７】
本発明の結晶化装置１は、上記した結晶化装置の構成に加えて、結晶光学系１２の外周に取り付けて冷却を行う冷却機構２と、この冷却機構に流れる熱媒体を熱交換して所定温度に制御する熱交換機３を備える。ここでは、熱交換機３として、結晶光学系１２の温度上昇を抑制するために、冷却機構２を流れる熱媒体を冷却するチラーを用いることができる。図示する構成では、冷却機構２と熱交換機３との間を熱媒体輸送路２９によって連結している。
【００４８】
本発明の冷却機構２は２つの形態を備える。図２は、本発明の冷却機構２の形態を説明するための図である。
【００４９】
図２（ａ）に本発明の冷却機構の第１の形態を示す。冷却機構２の第１の形態は分割冷却マウント２０Ａであり、少なくとも２つの分割部材２０ａ、２０ｂを分割及び結合自在とする。分割部材２０ａ、２０ｂは、結合部材２５によって結合した際に筒状形状を形成し、この円筒形状によって結像光学系１２の外周を囲み、分割部材２０ａ、２０ｂ内に形成した流路２２、第１の連結部２３、第２の連結部２４に熱媒体を流すことで、結像光学系１２を所定温度に温度制御する。
【００５０】
また、図２（ｂ）に本発明の冷却機構の第２の形態を示す。冷却機構２の第２の形態は帯状冷却マウント２０Ｂであり、内部に熱媒体を流通自在とするチューブ材２７を備えた柔軟な帯状体であり、結像光学系１２の外周を包み、チューブ材２７に熱媒体を流すことによって、結像光学系１２を所定温度に温度制御する。
【００５１】
以下、図３を用いて冷却機構の第１の形態を説明し、図４，５を用いて冷却機構の第２の形態を説明する。
【００５２】
はじめに、冷却機構の第１の形態について図３を用いて説明する。なお、ここでは、分割冷却マウント２０Ａは２つの分割部材２０ａ，２０ｂを備える構成について説明する。
【００５３】
第１の形態の分割冷却マウント２０Ａが備える２つの分割部材２０ａ，２０ｂは、断面形状はＣ字状とし、湾曲部分の内径を結像光学系１２の外周部分の径と合わせることによって、分割部材２０ａ，２０ｂを結合した場合に、結像光学系１２の外周全体を囲む構成としている。なお、この分割は、分割冷却マウント２０Ａの筒体を等分して形成される断面形状がＣ字状となる等しい形状部材に限らず、分割冷却マウント２０Ａの筒体を不均等に分割して、各分割部材の断面形状の角度を異ならせるものとしてもよい。
【００５４】
各分割部材２０ａ，２０ｂは、CuやAl等の熱伝導性が良好な素材からなる枠体２１ａ，２１ｂと、Cu等のパイプを湾曲させて形成される第１の連結部材２３を備える。この枠体２１ａ，２１ｂには上下を貫通する貫通部が複数本形成され、この貫通部は熱媒体を流通自在とする流路２２を構成する。これら複数本の流路２２は、隣接する流路の端部間を第１の連結部材２３で連結することによって１本の連続する流路が形成される。
【００５５】
さらに、分割された分割部材２０ａ，２０ｂのそれぞれに形成した流路を繋ぐために、分割冷却マウント２０Ａは第２の連結部材２４を備える。この第２の連結部材２４は、分割された分割部材２０ａ，２０ｂの分割及び結合を自在とするために、柔軟性を有したチューブ材によって形成し、チューブ材の一端を分割部材２０ａの流路の端部に接続し、チューブ材の他端を分割部材２０ｂの流路の端部に接続する。これによって、分割部材２０ａと分割部材２０ｂを通る連続した１本の流路が形成される。また、分割部材２０ａ及び分割部材２０ｂの流路の他方の各端部には熱媒体輸送路２９が接続される。熱媒体輸送路２９の他端には図示しない熱変換器に接続される。
【００５６】
熱交換機３は、熱媒体輸送路２９を通して分割冷却マウント２０Ａの流路内に熱媒体を送り込む。分割冷却マウント２０Ａの流路２２は、結像光学系１２との間で熱交換を行う。結像光学系１２との間で熱交換した熱媒体は、熱媒体輸送路２９を通して再び熱交換機３に戻されて熱交換が行われる、この熱交換によって、結像光学系１２が所定温度となるように温度制御を行う。
【００５７】
結合部材２５は、分割された分割部材２０ａと分割部材２０ｂとを結合するとともに、結像光学系１２の外周部分に固定する。結合部材２５による結合を解くことによって、分割部材２０ａと分割部材２０ｂとを分離することができる。この分割部材２０ａ，２０ｂの分離によって、分割冷却マウント２０Ａで囲まれていた結像光学系１２を露出させることができ、結像光学系１２を容易に調整することができる。
【００５８】
次に、冷却機構の第２の形態について図４，５を用いて説明する。なお、図４は帯状冷却マウント２０Ｂの概略斜視図であり、図５は帯状冷却マウント２０Ｂのシート材の断面図、及び斜視図である。
【００５９】
第２の形態の帯状冷却マウント２０Ｂは、熱媒体が流れるチューブ材２７と、このチューブ材２７を保持する柔軟性を有するシート材２６と、チューブ材２７とシート材２６との熱伝導性を高めるための充填材２８とを備える。
【００６０】
チューブ材２７は内部に熱媒体を通すことで熱交換を行う流路を形成する部材であり、交互に湾曲させることによって結像光学系１２の外周を覆う形状とする。このチューブ材２７を保持するとともに結像光学系１２との間に熱交換の効率を高めるために、シート材２６と充填材２８とを備える。
【００６１】
シート材２６は、ともに柔軟性を有する第１のシート材２６ａと第２のシート材２６ｂを有し、この第１のシート材２６ａと第２のシート材２６ｂとを対向させて配置するとともに、間にチューブ材２７を挟んで保持する。第１のシート材２６ａは、例えば、グラファイトシート等の熱伝導性が高い部材とし、一方、第２のシート材２６ｂは、例えば、プラスチックフィルム等の熱伝導性が低い部材とする。シート材２６は柔軟性を有しているため、結像レンズの鏡筒に隙間なく巻き付けて取り付けることができる。
【００６２】
ここで、第１のシート材２６ａは結像光学系１２の外周側に対向して結像光学系１２に巻き付けられて結像光学系１２と接触して取り付けられる。一方、第２のシート材２６ｂは結像光学系１２と反対側に向けられ、帯状冷却マウント２０Ｂを結像光学系１２に巻き付け場合には、外気側と対向することになる。さらに、第１のシート材２６ａと第２のシート材２６ｂとで挟まれる空間において、チューブ材２７間の隙間に熱伝導性が良好な充填材２８を充填する。
【００６３】
チューブ材２７は、樹脂チューブ（例えば、テフロン（登録商標）チューブ）を用いることができ、また、充填材２８は熱伝導性が良好で柔軟性を有する熱伝導ゲルを用いることができる。
【００６４】
この構成によって、チューブ材２７内を流れる熱媒体と結像光学系１２との間の熱交換を効率を高めることができ、また、熱媒体と外気との間の熱交換を抑制することができる。
【００６５】
本発明の態様によれば、冷却機構の冷却マウントは、結像光学系に対する着脱が容易な形状であるため、結像レンズの偏芯調整の操作を妨げることがない。
【００６６】
本発明の態様によれば、結像レンズの鏡筒の隙間なく巻き付けることによって、結像レンズの温度上昇を均一に抑制することができる。
【００６７】
本発明の態様によれば、高繰り返し照射によるレンズの熱膨張により発生する焦点位置の変動や、波面収差の発生を抑制し、安定した結晶品質を得ることができる。
【００６８】
本発明の態様によれば、ＰＭＥＬＡ結晶化技術により形成する結晶粒の品質を安定化し、後工程で結晶粒の上にトランジスタを形成すれば、ばらつきの少ない高性能な回路、あるいは液晶表示デバイスの形成を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の結晶化装置の装置構成を説明するための概略図である。
【図２】本発明の冷却機構の形態を説明するための図である。
【図３】本発明の冷却機構の第１の形態の分割冷却マウントを説明するための図である。
【図４】本発明の冷却機構の第２の形態の帯状冷却マウントの概略斜視図である。
【図５】本発明の冷却機構の第２の形態の帯状冷却マウントのシート材の断面図、及び斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…結晶化装置、２…冷却機構、３…熱交換機、１０…照明光学系、１１…光変調素子、１２…結像光学系、１３…位置決めステージ、１４…レーザー光源、１５…基板、２０Ａ…分割冷却マウント、２０Ｂ…帯状冷却マウント、２０ａ，２０ｂ…分割部材、２１ａ，２１ｂ…枠体、２２…流路、２３…第１の連結部材、２４…第２の連結部材、２５…結合部材、２６…シート材、２７…チューブ材、２９…熱媒体輸送路。
【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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