(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学装置において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布を観察する観察装置であって、
前記所定の光学装置で使用される光の波長λｒとは異なる波長λｓの光で前記光変調素子を照明するための観察用照明光学系と、
前記光変調素子により変調された光を結像させるための観察用結像光学系とを備え、
前記観察用結像光学系の物体側の開口半角αｓは、前記所定の光学装置の前記結像光学系の物体側の開口半角をαｒとするとき、
sinαｓ／λｓ≒sinαｒ／λｒ
の関係を満足することを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記観察用照明光学系の射出側の開口半角βｓは、前記所定の光学装置において波長λｒの光で前記光変調素子を照明する照明光学系の射出側の開口半角をβｒとするとき、
sinβｓ／λｓ≒sinβｒ／λｒ
の関係を満足することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記所定の光学装置で使用される波長λｒの光は紫外光であり、
前記観察装置で使用される波長λｓの光は可視光であることを特徴とする請求項１または２に記載の観察装置。
【請求項４】
前記観察用結像光学系は、１よりも大きい結像倍率を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項５】
前記観察用結像光学系の像面またはその近傍に生成される光強度分布を検出するための撮像素子を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の観察装置。
【請求項６】
所定の光学装置において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布を観察する観察方法であって、
前記所定の光学装置で使用される光の波長λｒとは異なる波長λｓの光を用いて、観察用照明光学系を介して前記光変調素子を照明し、
前記光変調素子により変調された光を、観察用結像光学系を介して結像させ、
前記観察用結像光学系の物体側の開口半角αｓは、前記所定の光学装置の前記結像光学系の物体側の開口半角をαｒとするとき、
sinαｓ／λｓ≒sinαｒ／λｒ
の関係を満足することを特徴とする観察方法。
【請求項７】
前記観察用照明光学系の射出側の開口半角βｓは、前記所定の光学装置において波長λｒの光で前記光変調素子を照明する照明光学系の射出側の開口半角をβｒとするとき、
sinβｓ／λｓ≒sinβｒ／λｒ
の関係を満足することを特徴とする請求項６に記載の観察方法。
【請求項８】
前記所定の光学装置で使用される波長λｒの光は紫外光であり、
観察に使用される波長λｓの光は可視光であることを特徴とする請求項６または７に記載の観察方法。
【請求項９】
１よりも大きい結像倍率を有する前記観察用結像光学系を用いて、その像面またはその近傍に光強度分布を生成することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の観察方法。
【請求項１０】
前記観察用結像光学系の像面またはその近傍に生成される光強度分布を撮像素子により検出することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光強度分布の観察装置および観察方法に関し、特に所定の光学装置において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布の観察に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細回路パターンの露光やレーザ加工において、光変調素子と結像光学系とにより所定の光強度分布を生成し、この所定の光強度分布を有する光束を、結像光学系の像面に設定された被照射面に照射することが行われている。このとき、被照射面に生成される光強度分布は、光変調素子の作製誤差により変動することが多く、実際に生成されている光強度分布を観察して確認したいという希望は強い。ただし、光強度分布の変調の最小寸法が１μｍ程度に細かくなると、十分な解像度とダイナミックレンジとを兼ね備えた撮像素子が現存しないため、光強度分布の観察は困難である。
【０００３】
一例として、ガラス基板上に高機能のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を生成するために用いられる位相変調エキシマレーザアニーリング法の例を図７に示す。この方法を用いる結晶化装置では、図７（ａ）に示すような光変調素子１０１により、図７（ｂ）に示すような光強度分布の勾配を生成し、図７（ｃ）に示すようにａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）を溶融した後に横方向に結晶成長させて、大粒径の結晶粒１０２を生成する。このとき、生成される光強度分布の勾配の長さは典型的には５μｍであり、光強度（無変調のときの光強度を１に規格化したときの光強度）の変化範囲は、典型的には０．８−１．０である。この光強度分布を観察するには、０．５μｍ程度の解像度と、０．０１程度の強度差を検知できるような階調再現性とを有する撮像素子が必要であるが、そのような撮像素子は存在しない。
【０００４】
従来、たとえば位相変調エキシマレーザアニーリング法により得られるような変調の最小寸法の小さい光強度分布を観察するための観察装置として、リソグラフィシミュレーション顕微鏡（以下、単に「シミュレーション顕微鏡」という）が開発されている（たとえば非特許文献１を参照）。
【非特許文献１】田辺功、竹花洋一、法元盛久著、「フォトマスク技術のはなし」、株式会社工業調査会、ｐ．１３４−１３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
微細回路の露光やレーザ加工では一般に縮小結像光学系（１／４倍もしくは１／５倍）を用いるが、非特許文献１に開示された従来のシミュレーション顕微鏡では拡大結像光学系を用いて得られる拡大像を撮像素子（たとえばＣＣＤ素子）により観察する。すなわち、シミュレーション顕微鏡では、結像光学系の物体側の開口数（開口角）が同じであれば、結像光学系の倍率を変えて得られる光強度分布は互いに相似であるという性質を利用している。シミュレーション顕微鏡を用いる手法では、高解像度の撮像素子を必要としないので、観察装置（以下、単に「観察系」ともいう）の構築が容易である。また、観察系では、光強度分布のうちの必要部分のみを観察すればよいため、観察対象である所定の光学装置（以下、単に「実際系」という）と同じ広さのフィールドサイズを必要としない。
【０００６】
ただし、従来のシミュレーション顕微鏡では、実際系と同じ波長の光を使用し、実際系と同じ開口数（開口角）の結像光学系および照明光学系を用いている。その結果、従来のシミュレーション顕微鏡では、実際系で使用される光が紫外光の場合には、レンズ材質、レンズ枚数の増加、収差の増加、無反射コートの困難性、対物レンズの入手困難性などに関連して、以下のように様々な不都合があった。
【０００７】
（１）レンズ材質
紫外光に対して透過率の良好な光学材料として、たとえば石英や蛍石（ＣａＦ2）などを用いてレンズを作製する必要がある。これらの光学材料の種類は少なく、いずれも高価であり、特に蛍石の高精度な加工は困難である。
【０００８】
（２）  レンズ枚数の増加
使用可能な光学材料の種類が少ないため、色消しのためのレンズ設計の自由度が低い。その結果、レンズの枚数が増えて、光学系の作製が困難になる。
【０００９】
（３）収差の増加
一般に、光の波長が短くなるほど、結像光学系の収差は増加する。具体的に、同じ加工精度であれば、光の波長に反比例して収差は増える。すなわち、同等の収差状態に抑えるには、より高精度のレンズ作製技術が要求される。
【００１０】
（４）無反射コートの困難性
レンズ表面に必要な無反射コートは、使用光の波長に比例して薄くなるため、より高度の成膜技術が要求される。
【００１１】
（５）対物レンズの入手困難性
シミュレーション顕微鏡の結像光学系には、顕微鏡の対物レンズ（もしくはそれと類似の対物レンズ）が用いられる。可視光用の対物レンズは技術が確立されており量産されているが、紫外光用の対物レンズはあまり生産されておらず、入手が困難である。
【００１２】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、実際系において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布を、実際系と異なる波長の光を用いて観察することのできる観察装置および観察方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、所定の光学装置において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布を観察する観察装置であって、
前記所定の光学装置で使用される光の波長λｒとは異なる波長λｓの光で前記光変調素子を照明するための観察用照明光学系と、
前記光変調素子により変調された光を結像させるための観察用結像光学系とを備え、
前記観察用結像光学系の物体側の開口半角αｓは、前記所定の光学装置の前記結像光学系の物体側の開口半角をαｒとするとき、
sinαｓ／λｓ≒sinαｒ／λｒ
の関係を満足することを特徴とする観察装置を提供する。
【００１４】
本発明の第２形態では、所定の光学装置において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布を観察する観察する観察方法であって、
前記所定の光学装置で使用される光の波長λｒとは異なる波長λｓの光を用いて、観察用照明光学系を介して前記光変調素子を照明し、
前記光変調素子により変調された光を、観察用結像光学系を介して結像させ、
前記観察用結像光学系の物体側の開口半角αｓは、前記所定の光学装置の前記結像光学系の物体側の開口半角をαｒとするとき、
sinαｓ／λｓ≒sinαｒ／λｒ
の関係を満足することを特徴とする観察方法を提供する。
【００１５】
第１形態および第２形態の好ましい態様によれば、前記観察用照明光学系の射出側の開口半角βｓは、前記所定の光学装置において波長λｒの光で前記光変調素子を照明する照明光学系の射出側の開口半角をβｒとするとき、sinβｓ／λｓ≒sinβｒ／λｒの関係を満足する。また、第１形態および第２形態では、前記所定の光学装置で使用される波長λｒの光は紫外光であり、観察に使用される波長λｓの光は可視光であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、実際系において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布を、実際系と異なる波長の光を用いて観察することのできる観察装置を実現することができる。したがって、本発明では、実際系と同じ紫外光の使用を前提として観察装置を構成する従来技術とは異なり、前述したようなレンズ材質、レンズ枚数の増加、収差の増加、無反射コートの困難性、対物レンズの入手困難性などに関連する不都合もなく、可視光を使用して観察装置の設計および製作などを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の具体的な説明に先立ち、図１を参照して結像の原理を説明する。図１において、単色光の面光源としての光源Σからの光が、照明光学系１を介して、光変調素子のような物体Ｏを照明する。物体Ｏを透過した光は、結像光学系２を介して、その像面３に光強度分布を形成する。物体側の開口角が同じであれば、結像光学系２の結像倍率を変化させても、結像光学系２の像面３に生成される光強度分布の大きさが変わるだけで、その形状は変わらない。
【００１８】
そこで、説明を簡単にするために、結像光学系２の結像倍率の大きさを１として、物体Ｏ（結像光学系２の物体面）と像面３とに、像の反転を考慮した共通の座標系（ｘ,ｙ）を設定する。結像光学系２の像面３に生成される光強度分布Ｉ（ｘ',ｙ'）は下式（１）で表わされることが、H. H. Hopkinsにより示されている（たとえば鶴田著、「応用光学I」、ｐ２８２−２８３を参照）。
【００１９】
【数１】
0004731348.tif 000002
【００２０】
ただし、式（１）において、Ａ（ｘ,ｙ）≡｜ｕ0（Ｓ；ｘ,ｙ）｜である。ｕ0（Ｓ；ｘ,ｙ）は、光源Σ上で点Ｓに中心をもつ面要素ｄσにより、物体面上（ｘ,ｙ）に生じる光の複素振幅である。ｇ（ｘ,ｙ）は物体の複素振幅透過率分布であり、ｇ*（ｘ,ｙ）はｇ（ｘ,ｙ）の複素共役である。ｕ（ｘ'−ｘ,ｙ'−ｙ）は物体面上の（ｘ,ｙ）の点光源（単位振幅で位相０）により生成される像面（ｘ',ｙ'）における複素振幅（もしくは複素振幅点像分布関数）であり、ｕ*（ｘ'−ｘ,ｙ'−ｙ）はｕ（ｘ'−ｘ,ｙ'−ｙ）の複素共役である。積分域Ｏ１，Ｏ２は、物体が占める面積である。
【００２１】
また、式（１）において、位相コヒーレンス係数γ12（ｘ1−ｘ2,ｙ1−ｙ2）は、次の式（２）で表わされる。
【数２】
0004731348.tif 000003
【００２２】
結像光学系２が無収差であり、結像光学系２の物体側の開口角の半分の値（以下、「開口半角」という）がαであり、照明光学系１の射出側の開口半角がβであるとすると、次の式（３ａ）〜（３ｃ）に示す関係が導かれる。なお、式（３ａ）〜（３ｃ）において、Ｊ1は１次の第１種ベッセル関数である。
γ12（ｚ12）＝２Ｊ1（ｚ12）／ｚ12      （３ａ）
ただし、ｚ12＝（２π／λ）sinβ［（ｘ1−ｘ2）2＋（ｙ1−ｙ2）2］1/2
ｕ（ｚ1）＝２Ｊ1（ｚ1）／ｚ1      （３ｂ）
ただし、ｚ1＝（２π／λ）sinα［（ｘ'−ｘ1）2＋（ｙ'−ｙ1）2］1/2
ｕ（ｚ2）＝２Ｊ1（ｚ2）／ｚ2      （３ｃ）
ただし、ｚ2＝（２π／λ）sinα［（ｘ'−ｘ2）2＋（ｙ'−ｙ2）2］1/2
【００２３】
式（３ａ）〜（３ｃ）において、結像光学系２の条件および照明光学系１の条件を表す変数はα，β，λのみであり、且つsinα／λおよびsinβ／λという形でのみ現われる。したがって、これらの値sinα／λおよびsinβ／λが実際系と観察系とで同じになるように観察系を構成すれば、式（３ａ）〜（３ｃ）の値も実際系と観察系とで同じになり、ひいては式（１）で表される光強度分布も実際系と観察系とで同じになる。すなわち、以下の式（ａ）および（ｂ）が満たされるとき、観察系で観察される光強度分布は実際系において生成される光強度分布と同じになる。
sinαｓ／λｓ＝sinαｒ／λｒ      （ａ）
sinβｓ／λｓ＝sinβｒ／λｒ      （ｂ）
【００２４】
式（ａ）および（ｂ）において、λｓは観察系で使用される光の波長であり、αｓは観察系の結像光学系の物体側の開口半角であり、βｓは観察系の照明光学系の射出側の開口半角である。また、λｒは実際系で使用される光の波長であり、αｒは実際系の結像光学系の物体側の開口半角であり、βｒは実際系の照明光学系の射出側の開口半角である。観察系で観察される光強度分布と実際系において生成される光強度分布とをほぼ一致させるには、結像光学系２に関連する式（ａ）をほぼ満足することが重要である。また、観察系で観察される光強度分布と実際系において生成される光強度分布とをさらに良好に一致させるには、結像光学系２に関連する式（ａ）をほぼ満足するとともに、照明光学系１に関連する式（ｂ）もほぼ満足することが好ましい。
【００２５】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる観察装置の構成を、実際系としての結晶化装置の構成とともに概略的に示す図である。図２（ｂ）を参照すると、実際系としての結晶化装置は、被処理基板２４上の非晶質シリコン膜を溶融させるエネルギ光を出力する光源として、波長λｒ（実際系で使用される光の波長）が３０８ｎｍのレーザ光を発振するＸｅＣｌエキシマレーザ光源２１を備えている。
【００２６】
ＸｅＣｌエキシマレーザ光源２１からの光は、例えばホモジナイザ（不図示）を含む照明光学系２２を介して、開口半角がβｒの光で光変調素子（位相シフター）ＭＤを照明する。光変調素子ＭＤで変調された光は、物体側の開口半角がαｒで結像倍率Ｍが１／５の結像光学系２３を介して被処理基板２４に入射し、被処理基板２４の表面上に所定の光強度分布を生成する。被処理基板２４は、たとえば液晶ディスプレイ用板ガラス基板の上に化学気相成長法（ＣＶＤ）により下地膜および非単結晶膜が順次形成されたものである。
【００２７】
所定の光強度分布を有する光が被処理基板２４上の非単結晶半導体膜に照射されると、被照射領域内の溶融領域に温度勾配が生じ、光強度が最も低い点に対応して最初に凝固する部分もしくは溶融しない部分に結晶核が形成され、その結晶核を起点として結晶がラテラル成長する。なお、結晶化装置のさらに詳細な構成については、特開２００５−２１６８９３号公報などを参照することができる。
【００２８】
一方、図２（ａ）を参照すると、本実施形態にかかる観察系としての観察装置は、ハロゲンランプ１１ａを備えている。ハロゲンランプ１１ａから供給された光は、バンドパスフィルター１１ｂを介して、所定の波長帯域を有し中心波長λｓ（実際系で使用される光の波長）が５４６ｎｍの可視光となる。すなわち、ハロゲンランプ１１ａとバンドパスフィルター１１ｂとからなる光源１１は、中心波長λｓが５４６ｎｍの可視光を供給する。
【００２９】
光源１１からの光は、観察用照明光学系１２を介して、開口半角がβｓの光で実際系と同じ光変調素子ＭＤを照明する。光変調素子ＭＤで変調された光は、物体側の開口半角がαｓの観察用結像光学系１３を介して、観察用結像光学系１３の像面またはその近傍に所定の光強度分布を生成する。観察用結像光学系１３の像面またはその近傍に生成された光強度分布は、撮像素子としてのデジタルカメラ１４により検出される。
【００３０】
具体的に、実際系としての結晶化装置において、結像光学系２３の物体側開口数sinαｒは０．０３であり、コヒーレンスファクターすなわちσ値（照明光学系２２の射出側開口数／結像光学系２３の物体側開口数）は０．６１である。したがって、照明光学系２２の開口数sinβｒは０．０３×０．６１である。一方、本実施形態の観察装置では、観察用結像光学系１３の物体側開口数sinαｓは０．０５３であり、σ値は実際系と同じ０．６１である。したがって、観察用照明光学系１２の射出側開口数sinβｓは０．０５３×０．６１である。
【００３１】
また、観察用結像光学系１３には、結像倍率の大きさが２０倍で且つ焦点距離が１０ｍｍの対物レンズを用いている。そして、この対物レンズの瞳位置に直径１．０６ｍｍの開口絞りを設けて、観察用結像光学系１３の物体側開口数sinαｓを０．０５３に設定している。また、観察用結像光学系１３により２０倍に拡大された画像としての光強度分布を、２１０万画素の２／３インチＣＣＤを有するデジタルカメラ１４により検出している。
【００３２】
こうして、上述の式（ａ）の左辺sinαｓ／λｓの値および右辺sinαｒ／λｒの値、並びに式（ｂ）の左辺sinβｓ／λｓの値および右辺sinβｒ／λｒの値は次の通りである。
sinαｓ／λｓ＝０．０５３／５４６＝９．７×１０-5
sinαｒ／λｒ＝０．０３／３０８＝９．７×１０-5
sinβｓ／λｓ＝０．０５３×０．６１／５４６＝５．９×１０-5
sinβｒ／λｒ＝０．０３×０．６１／３０８＝５．９×１０-5
【００３３】
このように、本実施形態の観察装置と実際系（結晶化装置）との間では、上述の式（ａ）および（ｂ）の双方が満たされている。次に、図３を参照して、本実施形態において使用される光変調素子ＭＤの構成を概略的に説明する。光変調素子ＭＤは、０度の基準位相値を有する基準位相領域（図中空白部で示す）５ａと、７０度の変調用位相値を有する矩形状の変調位相領域（図中斜線部で示す）５ｂとを周期的に有する。ここで、変調位相領域５ｂは、面積を変えてたとえば所定のピッチにしたがって縦横に配置されている。
【００３４】
そして、正方形状の単位セル５ｃに対する変調位相領域５ｂの占有面積率（デューティ）は、図中水平方向に沿って０％〜５０％の間で変化している。具体的には、位相パターンの繰り返し単位領域５ｄの両側における変調位相領域５ｂの占有面積率は５０％であり、繰り返し単位領域５ｄの中央における変調位相領域５ｂの占有面積率は０％であり、その間において変調位相領域５ｂの占有面積率が単調に変化している。なお、単位セル５ｃは、結像光学系２３の点像分布範囲以下の寸法を有する。
【００３５】
本実施形態の観察装置では、上述の光変調素子ＭＤを用いて、観察用結像光学系１３の像面に生成される光強度分布を実際に観察すると、図４（ｂ）に示すような形状の光強度分布が得られた。すなわち、観察用結像光学系１３の像面では、変調位相領域５ｂの占有面積率が５０％である位置に対応して光強度が最も小さく、変調位相領域５ｂの占有面積率が０％である位置に対応して光強度が最も大きいＶ字状の光強度分布が観察された。なお、図４（ｂ）において、縦軸は無変調のときの強度を１に規格化したときの光強度を示し、横軸は位置を示している。この表記は、関連する図４（ａ）、図４（ｃ）、図５（ａ）、および図５（ｂ）においても同様である。
【００３６】
また、デジタルカメラ１４の撮像面と共役な面（観察用結像光学系１３の像面と共役な面すなわち物体面）から１００μｍだけ観察用結像光学系１３へ近づく方向に光変調素子ＭＤをデフォーカスさせたとき（第１デフォーカス位置）、図４（ａ）に示すように変形したＶ字状の光強度分布が得られた。これは、後述するように、実際系において結像光学系２３へ近づく方向に結像光学系２３の像面から８．７μｍだけ被処理基板２４をデフォーカスさせることに対応する。また、デジタルカメラ１４の撮像面と共役な面から１００μｍだけ観察用照明光学系１２へ近づく方向に光変調素子ＭＤをデフォーカスさせたとき（第２デフォーカス位置）、図４（ｃ）に示すように変形したＶ字状の光強度分布が得られた。これは、後述するように、実際系において結像光学系２３から遠ざかる方向に結像光学系２３の像面から８．７μｍだけ被処理基板２４をデフォーカスさせることに対応する。
【００３７】
図５（ａ）には、光変調素子ＭＤを用いた本実施形態の観察装置において、観察用結像光学系１３の像面で実際に観察された光強度分布１０ｂと、上記第１デフォーカス位置で実際に観察された光強度分布１０ａと、上記第２デフォーカス位置で実際に観察された光強度分布１０ｃとを併せて表示している。一方、図５（ｂ）には、光変調素子ＭＤを用いた結晶化装置（実際系）において、結像光学系２３の像面で理論上生成される光強度分布２０ｂと、結像光学系２３の第１デフォーカス面（観察用結像光学系１３の第１デフォーカス位置に対応する面）で理論上生成される光強度分布２０ａと、結像光学系２３の第２デフォーカス面（観察用結像光学系１３の第２デフォーカス位置に対応する面）で理論上生成される光強度分布２０ｃとを併せて表示している。
【００３８】
図６は、観察系でのデフォーカスと実際系でのデフォーカスとの対応関係を説明する図であって、（ａ）は観察系における物体側のデフォーカスを、（ｂ）は実際系における物体側のデフォーカスを、（ｃ）は実際系における像側のデフォーカスをそれぞれ示している。本実施形態の観察装置（観察系）では、図６（ａ）に示すように、デジタルカメラ１４の撮像面を観察用結像光学系１３の像面１３ｉに固定し、観察用結像光学系１３の物体面１３ｏから光変調素子ＭＤを距離Ｄosだけ移動させてデフォーカス面１３ｏ’に位置決めした状態で、観察用結像光学系１３の像面１３ｉに実際に生成された光強度分布を観察している。
【００３９】
これに対し、結晶化装置（実際系）では、図６（ｃ）に示すように、結像光学系２３の物体面２３ｏに光変調素子ＭＤを固定し、結像光学系２３の像面２３ｉから距離Ｄirだけ間隔を隔てたデフォーカス面２３ｉ’に理論的に生成される光強度分布を算出している。一方、図６（ｂ）は、実際系において、結像光学系２３の物体面２３ｏから光変調素子ＭＤを距離Ｄorだけ移動させてデフォーカス面２３ｏ’に位置決めした状態で、結像光学系２３の像面２３ｉに理論的に生成される光強度分布を算出する例を示している。
【００４０】
ここで、図６（ａ）において像面１３ｉに生成される光強度分布と、図６（ｂ）において像面２３ｉに生成される光強度分布と、図６（ｃ）においてデフォーカス面２３ｉ’に生成される光強度分布とが互いに等価（相似形）になるには、次の式（４）および（５）に示す関係が成り立つ必要がある。なお、式（５）において、Ｍは、上述したように、結像光学系２３の結像倍率である。
（sin2αｓ／λｓ）×Ｄos＝（sin2αｒ／λｒ）×Ｄor      （４）
Ｄir＝Ｍ2×Ｄor      （５）
【００４１】
なお、式（４）は、デフォーカスにおける光強度分布が規格化変数（sin2α／λ）Ｄをパラメータとして変化するという良く知られた事実から導かれる。また、式（５）は、物体面でのデフォーカスと像面でのデフォーカスとの間で良く知られた関係である。式（４）と式（５）とから、次の式（６）に示す関係が得られる。
Ｄir＝Ｍ2×（sin2αｓ／sin2αｒ）×（λｒ／λｓ）×Ｄos      （６）
【００４２】
本実施形態では、Ｍ＝１／５，sinαｓ＝０．０５３，sinαｒ＝０．０３，λｒ＝３０８ｎｍ，λｓ＝５４６ｎｍであるから、Ｄos＝１００μｍおよびＤir＝８．７μｍという条件は式（６）を満たしている。したがって、観察系において観察用結像光学系１３の物体面１３ｏから１００μｍだけ光変調素子ＭＤをデフォーカスさせることは、実際系において結像光学系２３の像面２３ｉから８．７μｍだけ被処理基板２４をデフォーカスさせることに対応している。
【００４３】
図５（ａ）と図５（ｂ）とを対比すると、光変調素子ＭＤを用いた本実施形態の観察装置において、光変調素子ＭＤをデフォーカスしながら観察用結像光学系１３の像面で実際に観察された光強度分布は、同じ光変調素子ＭＤを用いた結晶化装置（実際系）において結像光学系２３の像面およびその近傍で理論上生成される光強度分布と良好に一致していることがわかる。すなわち、可視光（波長が５４６ｎｍの白色光）を使用する本実施形態の観察装置を用いて、紫外光（波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光）を使用する結晶化装置（実際系）で生成される光強度分布をシミュレーション観察することができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態の観察装置では、実際系において光変調素子ＭＤと結像光学系２３とにより生成される光強度分布を、実際系と異なる波長の光、例えば可視光を用いて観察することができる。光変調素子ＭＤにより生成される光強度分布を可視光を使用して観察できるということは、現存する撮像素子を用いて光強度分布を観察できることを意味している。したがって、本実施形態では、実際系と同じ紫外光の使用を前提として観察装置を構成する従来技術とは異なり、前述したようなレンズ材質、レンズ枚数の増加、収差の増加、無反射コートの困難性、対物レンズの入手困難性などに関連する不都合もなく、可視光を使用して観察装置の設計および製作などを容易に行うことができる。
【００４５】
なお、光変調素子ＭＤにおいて、位相変調量θ（本実施形態では７０度）と、凹凸の段差ｄと、光の波長λとの間には、以下の式（７）に示す関係がある。ただし、式（７）において、ｎは光変調素子ＭＤを形成する光学材料の屈折率である。
θ＝２π（ｎ−１）ｄ／λ      （７）
【００４６】
従って、本実施形態では、実際系と観察系とで位相変調量θを一致させるために、観察系で使用される光変調素子ＭＤの凹凸の段差ｄｓを、実際系で使用される光変調素子ＭＤの凹凸の段差ｄｒよりも深く設定する必要がある。
【００４７】
なお、上述の説明では、結晶化装置を実際系として本発明を説明しているが、これに限定されることなく、結晶化装置以外の他の一般的な実際系において光変調素子と結像光学系とにより生成される光強度分布の観察に対しても同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】結像の原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる観察装置の構成を、実際系としての結晶化装置の構成とともに概略的に示す図である。
【図３】光変調素子ＭＤの構成を概略的に説明する図である。
【図４】本実施形態の観察装置において光変調素子ＭＤを用いて実際に観察された光強度分布を示す図であって、（ａ）は第１デフォーカス位置、（ｂ）は像面と共役な位置、（ｃ）は第２デフォーカス位置で観察された光強度分布をそれぞれ示している。
【図５】（ａ）には光変調素子ＭＤを用いた本実施形態の観察装置において、光変調素子ＭＤを観察用結像光学系の像面と共役な位置およびその近傍に配置したときに実際に観察された光強度分布を併せて表示し、（ｂ）には光変調素子ＭＤを用いた結晶化装置において結像光学系の像面およびその近傍で理論上生成される光強度分布を併せて表示している。
【図６】観察系でのデフォーカスと実際系でのデフォーカスとの対応関係を説明する図であって、（ａ）は観察系における物体側のデフォーカスを、（ｂ）は実際系における物体側のデフォーカスを、（ｃ）は実際系における像側のデフォーカスをそれぞれ示している。
【図７】ガラス基板上に薄膜トランジスタを生成するために用いられる位相変調エキシマレーザアニーリング法の例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
Σ  光源
１  照明光学系
Ｏ  物体
２  結像光学系
１１  光源
１２  観察用照明光学系
ＭＤ  光変調素子
１３  観察用結像光学系
１４  デジタルカメラ（撮像素子）
【図１】
0004731348.tif 000004
【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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