(57)【要約】【課題】  非晶質膜の膜質や膜厚、非晶質膜を照射するレーザ光の波長やパルス幅等の違いに応じてガラス基板上でのエネルギ密度分布を変更可能とするレーザアニール装置を提供する。【解決手段】  レーザ光源１からの光束により第１基板Ｍを照明する照明光学系と、前記第１基板Ｍ上に形成されたパターンを第２基板Ｗ上に投影する投影光学系ＰＬと、前記第２基板Ｗに設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、前記第２基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段４ａ，７，８，９，１０，１５，ＷＳとを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
2005311164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からの光束により第１基板を照明する照明光学系と、
前記第１基板上に形成されたパターンを第２基板上に投影する投影光学系と、
前記第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、前記第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段と
を備えることを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
レーザ光源からの光束により第１基板を照明する照明光学系と、
前記第１基板上に形成されたパターンを第２基板上に投影する投影光学系と、
前記第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段と、
前記第２基板上に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された前記非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、前記第２基板上での前記エネルギ密度分布が最適となる前記エネルギ密度分布可変手段の調整量を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された前記調整量に基づいて、前記エネルギ密度分布可変手段を駆動する駆動手段と
を備えることを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項３】
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記投影光学系の瞳内に形成される前記レーザ光源の像の大きさ及び配置の少なくとも一方を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記第１基板上の前記パターンは、バイナリパターン、位相シフトパターン及びハーフトーンパターンの少なくとも１つにより形成され、
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記パターンを変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記第１基板上に形成された前記パターンに基づいて、前記投影光学系の開口数を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする請求項４記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記レーザ光源から射出される前記光束の波長を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項７】
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記第２基板上に対する前記投影光学系のフォーカス位置を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項８】
前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を計測するエネルギ密度分布計測手段を備え、
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記エネルギ密度分布計測手段により計測された前記エネルギ密度分布に基づいて、前記第２基板上での前記エネルギ密度分布が最適となるように前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項９】
前記エネルギ密度分布可変手段は、前記第２基板上での前記エネルギ密度分布の光強度の勾配が所定の勾配となるように前記照明光学系の照明条件を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項１０】
前記照明条件の変更は、σ値の変更または照明形状の変更により行うことを特徴とする請求項９記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶ディスプレイや密着型イメージセンサ等に用いられる多結晶薄膜トランジスタのチャネル層を形成するためのレーザアニール装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ等の表示装置では、スイッチング素子として薄膜トランジスタが広く用いられている。通常、薄膜トランジスタに用いられるシリコン薄膜においては、ガラス基板上にアモルファス状態のシリコン薄膜（アモルファスシリコン薄膜）にエキシマレーザビームを照射することにより、アモルファスシリコン薄膜を多結晶化させてポリ状態のシリコン薄膜（ポリシリコン薄膜）を形成している。レーザビーム等の高エネルギビームを照射することにより、アモルファスシリコン薄膜はガラス基板にダメージを与えることなく急激に加熱され溶融状態となる。この後、冷却過程においてシリコンの結晶化が起こり、ある程度の粒径を有する多結晶の集合を得ることができる。
【０００３】
しかし、アモルファスシリコン薄膜が溶融して再凝固するまでの時間が極めて短いため、実際には溶融状態のシリコンは急冷されてポリシリコン薄膜となり、ポリシリコン薄膜の結晶粒の径は小さくなる。ここで、粒径の小さい多結晶シリコンは電子移動度が小さいため、このような多結晶シリコンを活性層として作成された薄膜トランジスタのスイッチング速度、即ち液晶ディスプレイ等の応答速度は遅くなる。従って、アモルファスシリコン薄膜からポリシリコン薄膜を形成する際に、ポリシリコン薄膜の結晶粒の径を大きくするために、ポリシリコン薄膜上でいちばん最初に凝固する領域（結晶核）を位置制御し、そこから周囲に結晶を成長させることが望ましく、そのためにはガラス基板上のエネルギ密度分布を制御する必要がある。
【０００４】
ここで、ガラス基板上のエネルギ密度分布を制御するために、位相差約１８０度の位相シフトマスクを用いて、その位相シフトマスクとガラス基板とのギャップを変更することにより、エネルギ密度分布を制御してガラス基板上にポリシリコン薄膜を形成するプロキシミティ方式によるレーザアニール装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されているプロキシミティ方式のレーザアニール装置においては、位相シフトマスクとガラス基板との距離が短いため、位相シフトマスクが汚染され易く、かつガラス基板上でのエネルギ密度分布の位置制御が困難であり、量産するのに適していない。従って、マスク投影方式によるレーザアニール装置が提案され実用化されている。例えば、コロンビア大学により提案されたＳＬＳ（Sequential Lateral Solidification）法によれば、矩形状またはシェブロン形状のマスクパターンをオーバーラップさせながらレーザ照射することにより、ポリシリコン薄膜上でいちばん最初に凝固する領域（結晶核）を位置制御し、そこから周囲に結晶を横方向に成長させる（ラテラル成長）ことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１８１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述したように、アモルファスシリコン薄膜からポリシリコン薄膜を形成する際に、ポリシリコン薄膜の結晶粒の径を大きくするために、ポリシリコン薄膜上でいちばん最初に凝固する領域（結晶核）を位置制御し、そこから周囲に結晶を成長させることが望ましく、そのためにはガラス基板上のエネルギ密度分布を制御する必要がある。ここで、ガラス基板上でのエネルギ密度分布は、アモルファスシリコン薄膜（非晶質膜）の膜質や膜厚、アモルファスシリコン薄膜を照射するレーザ光の波長やパルス幅等により、変化する。即ち、非晶質膜の膜質や膜厚、非晶質膜を照射するレーザ光の波長やパルス幅等の違いにより、ガラス基板上における最適なエネルギ密度分布に違いが発生する。従って、従来のレーザアニール装置においては、所望の粒径を有する結晶粒を所望の位置に形成することが困難であった。
【０００８】
この発明の課題は、非晶質膜の膜質や膜厚、非晶質膜を照射するレーザ光の波長やパルス幅等の違いに応じてガラス基板上でのエネルギ密度分布を変更可能とするレーザアニール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載のレーザアニール装置は、レーザ光源からの光束により第１基板を照明する照明光学系と、前記第１基板上に形成されたパターンを第２基板上に投影する投影光学系と、前記第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、前記第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この請求項１記載のレーザアニール装置によれば、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段を備えているため、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００１１】
また、請求項２記載のレーザアニール装置は、レーザ光源からの光束により第１基板を照明する照明光学系と、前記第１基板上に形成されたパターンを第２基板上に投影する投影光学系と、前記第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段と、前記第２基板上に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された前記非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、前記第２基板上での前記エネルギ密度分布が最適となる前記エネルギ密度分布可変手段の調整量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記調整量に基づいて、前記エネルギ密度分布可変手段を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この請求項２記載のレーザアニール装置によれば、入力手段により入力された第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段を備えているため、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００１３】
また、請求項３記載のレーザアニール装置は、前記エネルギ密度分布可変手段が前記投影光学系の瞳内に形成されるレーザ光源の像の大きさ及び配置の少なくとも一方を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする。
【００１４】
この請求項３記載のレーザアニール装置によれば、投影光学系の瞳内に形成されるレーザ光源の像の大きさ及び配置の少なくとも一方を変更することにより、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００１５】
また、請求項４記載のレーザアニール装置は、前記第１基板上の前記パターンがバイナリパターン、位相シフトパターン及びハーフトーンパターンの少なくとも１つにより形成され、前記エネルギ密度分布可変手段は、前記パターンを変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする。
【００１６】
この請求項４記載のレーザアニール装置によれば、バイナリパターン、位相シフトパターン及びハーフトーンパターンの少なくとも１つにより形成される第１基板のパターンを変更することにより、第２基板上の所望の位置のエネルギ密度分布を第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上の所望の位置に結晶核（第２基板上でいちばん最初に凝固する領域）を形成することができ、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００１７】
また、請求項５記載のレーザアニール装置は、前記エネルギ密度分布可変手段が前記第１基板上に形成された前記パターンに基づいて、前記投影光学系の開口数を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする。
【００１８】
この請求項５記載のレーザアニール装置によれば、第１基板のパターンに基づいて投影光学系の開口数を変更することにより、投影光学系の開口数を第１基板のパターンに適したものとすることができる。また、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができるため、第２基板上の所望の位置に結晶核を形成することができ、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００１９】
また、請求項６記載のレーザアニール装置は、前記エネルギ密度分布可変手段が前記レーザ光源から射出される前記光束の波長を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６記載のレーザアニール装置によれば、レーザ光源から射出される光束の波長を変更することにより、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００２１】
また、請求項７記載のレーザアニール装置は、前記エネルギ密度分布可変手段が前記第２基板上に対する前記投影光学系のフォーカス位置を変更することにより前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする。
【００２２】
この請求項７記載のレーザアニール装置によれば、第２基板上に対する投影光学系のフォーカス位置を変更することにより、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００２３】
また、請求項８記載のレーザアニール装置は、前記第２基板上での前記エネルギ密度分布を計測するエネルギ密度分布計測手段を備え、前記エネルギ密度分布可変手段は、前記エネルギ密度分布計測手段により計測された前記エネルギ密度分布に基づいて、前記第２基板上での前記エネルギ密度分布が最適となるように前記エネルギ密度分布を変更することを特徴とする。
【００２４】
この請求項８記載のレーザアニール装置によれば、第２基板上でのエネルギ密度分布を計測するエネルギ密度分布計測手段を備えているため、エネルギ密度分布計測手段により計測された第２基板上でのエネルギ密度分布に基づいて第２基板上でのエネルギ密度分布を変更することができる。従って、第２基板上でのエネルギ密度分布を最適にすることができるため、第２基板上の所望の位置に結晶核を形成することができ、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００２５】
また、請求項９記載のレーザアニール装置は、前記エネルギ密度分布可変手段が前記第２基板上での前記エネルギ密度分布の光強度の勾配が所定の勾配となるように前記照明光学系の照明条件を変更することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０記載のレーザアニール装置は、前記照明条件の変更をσ値の変更または照明形状の変更により行うことを特徴とする。
【００２７】
この請求項９及び請求項１０記載のレーザアニール装置によれば、第２基板上でのエネルギ密度分布の光強度の勾配が所定の勾配となるように照明光学系の照明条件を変更することにより、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上の所望の位置に結晶核を形成することができ、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明のレーザアニール装置によれば、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、第２基板上でのエネルギ密度分布を可変するエネルギ密度分布可変手段を備えているため、第２基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、第２基板上の所望の位置に結晶核を形成することができ、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図面を参照して、この発明の実施の形態にかかるレーザアニール装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかるレーザアニール装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がガラス基板（第２基板）Ｗに対して平行となるように設定され、Ｚ軸がガラス基板Ｗに対して直交する方向に設定されている。
【００３０】
この実施の形態にかかるレーザアニール装置は、図１に示すように、例えばパルス発振可能なＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を供給するレーザ光源１を備えている。レーザ光源１からＺ方向に沿って射出された略平行な光束は、ビーム整形光学系２に入射する。ビーム整形光学系２に入射した光束は、所定の矩形状のビームに整形され、ビーム整形光学系２から射出し、折り曲げミラー３により反射されることによりＹ方向に偏向された後、回折光学素子（ＤＯＥ）４ａに入射する。
【００３１】
一般に、回折光学素子は、ガラス基板に光束の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子４ａは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファ回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子４ａを介した光束は、照明光学系の照明瞳または該照明瞳の近傍に輪帯状の光強度分布、すなわち輪帯状の断面を有する光束を形成する。
【００３２】
また、このレーザアニール装置は、複数の回折光学素子（エネルギ密度分布可変手段）４ａ，４ｂ，４ｃを備えており、変形照明である輪帯照明用の回折光学素子４ａ、変形照明である多極照明用（例えば４極照明用）の回折光学素子４ｂ及び円形照明用の回折光学素子４ｃは照明光学系の照明光路に対して挿脱自在に設けられており、かつ互いに交換可能に構成されている。即ち、回折光学素子４ａに代えて回折光学素子４ｂを照明光学系の照明光路に配置することにより多極状（例えば４極状）の断面を有する光束を形成することができる。また、回折光学素子４ａに代えて回折光学素子４ｃを照明光学系の照明光路に配置することにより円形状の断面を有する光束を形成することができる。なお、円形照明を行う際には、後述する円錐アキシコン系７を照明光学系の照明光路から退避させる。
【００３３】
回折光学素子４ａを通過した光束は、アフォーカルレンズ５に入射する。アフォーカルレンズ５は、その前側焦点位置と回折光学素子４ａの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面６の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。したがって、回折光学素子４ａに入射した略平行な光束は、アフォーカルレンズ５の照明瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、略平行な光束となってアフォーカルレンズ５から射出される。
【００３４】
なお、アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中において照明瞳またはその近傍には、光源側から順に、円錐アキシコン系（エネルギ密度分布可変手段）７、第１シリンドリカルレンズ対（エネルギ密度分布可変手段）８及び第２シリンドリカルレンズ対（エネルギ密度分布可変手段）９が配置されている。回折光学素子４ａを通過した光束は、アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａを通過し、円錐アキシコン系７に入射する。
【００３５】
図２は、円錐アキシコン系７の概略構成を示す図である。円錐アキシコン系７は、光源側から順に、光軸ＡＸ方向に対して凹円錐状の屈折面を有する第１プリズム７ａ及び第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と互いに当接可能なように相補的に形成された凸円錐状の屈折面を有する第２プリズム７ｂを備えている。第１プリズム７ａは光源側に平面を向け且つマスク（第１基板）Ｍ側に凹円錐状の屈折面を向けて配置されており、第２プリズム７ｂは光軸ＡＸ側に凸円錐状の屈折面を向け且つマスクＭ側に平面をむけて配置されている。
【００３６】
円錐アキシコン系７を構成する第１プリズム７ａ及び第２プリズム７ｂは、照明光学系の照明光路から挿脱自在に構成されており、輪帯照明または多極照明を行う場合には照明光学系の照明光路に挿入され、円形照明を行う場合には照明光学系の照明光路から退避させる。また、第１プリズム７ａ及び第２プリズム７ｂのうち少なくとも一方は光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されており、第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００３７】
ここで、第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム７ｂの凸円錐状の屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系７は平行平面板として機能し、後述するマイクロレンズアレイ１１を介して形成される二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム７ｂの凸円錐状の屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系７は、いわゆるビームエキスパンダとして機能する。したがって、円錐アキシコン系７の間隔の変化に伴って、図１中破線で示す所定面６への入射光束の入射角度は変化する。
【００３８】
図３は、輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系７の作用を説明するための図である。円錐アキシコン系７の間隔が０でかつ後述するズームレンズ１０の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された小さい輪帯状の二次光源１３０ａは、円錐アキシコン系７の間隔を拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の１／２：図中矢印で示す）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源１３０ｂに変化する。即ち、円錐アキシコン系７の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなくその輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化し、ガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を変更することができる。なお、円錐アキシコン系７の間隔を閉じた場合には、円になる。
【００３９】
図４は、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９の概略構成を示す図である。図４に示すように、第１シリンドリカルレンズ対８は、光源側から順に、たとえばＹＺ平面内に負屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル負レンズ８ａと、同じくＹＺ平面内に正屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル正レンズ８ｂとにより構成されている。一方、第２シリンドリカルレンズ対９は、光源側から順に、たとえばＸＹ平面内に負屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル負レンズ９ａと、同じくＸＹ平面内に正屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル正レンズ９ｂとにより構成されている。
【００４０】
第１シリンドリカル負レンズ８ａと第１シリンドリカル正レンズ８ｂとは、光軸ＡＸを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第２シリンドリカル負レンズ９ａと第２シリンドリカル正レンズ９ｂとは、光軸ＡＸを中心として一体的に回転するように構成されている。第１シリンドリカルレンズ対８はＺ方向にパワーを有するビームエキスパンダとして機能し、第２シリンドリカルレンズ対９はＸ方向にパワーを有するビームエキスパンダとして機能する。また、この実施の形態においては、第１シリンドリカルレンズ対８及び第２シリンドリカルレンズ対９のパワーが同一となるように設定されている。従って、第１シリンドリカルレンズ対８及び第２シリンドリカルレンズ対９を通過した光束はＺ方向及びＸ方向に同一のパワーにより拡大作用を受け、拡大作用を受けることによりガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。
【００４１】
アフォーカルレンズ５を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ（エネルギ密度分布可変手段）１０を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロレンズアレイ１１に入射する。所定面６の位置はズームレンズ１０の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロレンズアレイ１１の入射面はズームレンズ１０の後側焦点面またはその近傍に配置されている。即ち、ズームレンズ１０は、所定面６とマイクロレンズアレイ１１の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ５の照明瞳面とマイクロレンズアレイ１１の入射面とを光学的に略共役に配置している。従って、マイクロレンズアレイ１１の入射面上には、アフォーカルレンズ５の照明瞳面と同様に、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ１０の焦点距離に依存して相似的に変化する。即ち、ズームレンズ１０の焦点距離に依存してマイクロレンズアレイ１１によって照明瞳位置と共役な位置に形成される二次光源の大きさを相似的に変更することができ、ひいてはガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。
【００４２】
図５は、輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズ１０の作用を説明するための図である。標準状態で形成された輪帯状の二次光源１３０ａは、ズームレンズ１０の焦点距離を拡大させることにより、光束の光エネルギをほぼ一定に保ちながら、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源１３０ｃに変化する。即ち、ズームレンズ１０の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅及び大きさ（外径）が共に変化する。
【００４３】
また、円形照明用の回折光学素子４ｃを照明光学系の照明光路に挿入し、かつ円錐アキシコン系７を照明光学系の照明光路から退避させることにより円形状の断面を有する光束を形成した場合には、ズームレンズ１０の焦点距離を変化させることによりσ値を変更することができ、ひいてはガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。なお、σ値は、投影光学系PLの瞳の大きさ（直径）をR１とし、照明光学系の照明瞳に形成される二次光源と光学的に共役な投影光学系PLの瞳に形成される照明光束または光源像大きさ（直径）をR2とし、投影光学系ＰＬのマスクＭ側の開口数をＮＡｏとし、マスクＭを照明する照明光学系の開口数をＮＡｉとするとき、σ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝Ｒ２／Ｒ１として定義される。
【００４４】
ズームレンズ１０を介した光束は、マイクロレンズアレイ１１に入射する。ズームレンズ１０の焦点距離の変化に伴って、マイクロレンズアレイ１１への入射光束の入射角度は変化する。マイクロレンズアレイ１１は、縦横にかつ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ１１を構成する各微小レンズは、マスクＭにおいて形成すべき照野の形状と相似な矩形上の断面を有する。マイクロレンズアレイ１１に入射した光束は、多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面（ひいては照明瞳）にはマイクロレンズアレイ１１への入射光束によって形成される照野と略同じ光強度分布を有する二次光源、即ち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロレンズアレイ１１の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサレンズ１２を介して、マスクブラインド１３を重畳的に照明する。
【００４５】
照明視野絞りとしてのマスクブラインド１３には、マイクロレンズアレイ１１を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１３の矩形状の開口部を介した光束は、結像光学系１４の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク（第１基板）Ｍを重畳的に照明する。ここで、マスクＭのパターンは、バイナリパターン、位相シフトパターン及びハーフトーンパターンの少なくとも１つにより形成されており、マスクＭのパターンを変更することによりガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。マスクＭのパターンを透過した光束は、そのマスクＭのパターンに応じて散乱回折され、投影光学系ＰＬを構成する開口絞り（エネルギ密度分布可変手段）１５等を介し、投影光学系ＰＬにより１／５に縮小され、基板ステージＷＳに載置されているガラス基板Ｗ上に結像する。
【００４６】
なお、投影光学系ＰＬの開口数（ＮＡ）を規定するための開口絞り１５は、投影光学系ＰＬの瞳面またはその近傍に配置されており、開口絞り１５の開口部の大きさが可変するように構成されている。従って、開口絞り１５の開口部の大きさを変更することにより、投影光学系ＰＬの開口数を変更することができ、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。また、開口絞り１５の開口部の大きさを変更することにより、投影光学系ＰＬの瞳内に形成される像の大きさ及び配置の少なくとも一方を変更することができ、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。
【００４７】
また、ガラス基板Ｗ、基板ステージＷＳ及び後述するエネルギ密度分布計測部１６は、窒素ガスが充填されているチャンバ１７内に格納されている。基板ステージ（エネルギ密度分布可変手段）ＷＳは、Ｚ方向に移動可能に構成されており、Ｚ方向に移動することによりガラス基板Ｗ上に対する投影光学系ＰＬのフォーカス位置を変更することができる。ガラス基板Ｗ上に対する投影光学系ＰＬのフォーカス位置を変更することにより、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を変更することができる。
【００４８】
また、この実施の形態にかかるレーザアニール装置は制御部２１を備えている。制御部２１には、入力部（入力手段）１９及び記憶部２０が接続されている。ガラス基板Ｗに設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報は、入力部１９から入力される。ここで、非晶質膜の構造には、非晶質膜の膜質（例えば、膜が密であるか、空気孔が多数あるか、膜が２層になっているか等）、非晶質膜とガラス基板とに間に下地として設けられる下地膜の膜厚や膜質、非晶質膜が一旦溶融して凝固する際の条件等が含まれる。また、ガラス基板Ｗに設けられる非晶質膜の膜厚及び構造のそれぞれに最適なガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の値が記憶部２０に予め記憶されている。更に、記憶部２０には、入力部１９により入力され制御部２１から出力されるガラス基板Ｗに設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報が記憶される。
【００４９】
また、制御部２１には、回折光学素子駆動部（駆動手段）２２、アキシコン系駆動部（駆動手段）２５、第１シリンドリカルレンズ対駆動部（駆動手段）２６、第２シリンドリカルレンズ対駆動部（駆動手段）２７、ズームレンズ駆動部（駆動手段）２３、開口絞り駆動部（駆動手段）２４及び基板ステージ駆動部（駆動手段）２８が接続されている。
【００５０】
回折光学素子駆動部２２は、制御部２１からの制御信号に基づいて、回折光学素子４ａ，４ｂ，４ｃの交換を必要とする場合には、照明光路中に配置されている回折光学素子に代えて照明光路中に配置される予定の回折光学素子を照明光路に配置する。アキシコン系駆動部２５は、制御部２１からの制御信号に基づいて円錐アキシコン系７の照明光学系の照明光路への挿入及び照明光路からの退避や、円錐アキシコン系７を構成する第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔の変更を行う。第１シリンドリカルレンズ対駆動部２６は、制御部２１からの制御信号に基づいて第１シリンドリカルレンズ対８を構成する第１シリンドリカル負レンズ８ａと第１シリンドリカル正レンズ８ｂとを光軸ＡＸを中心として一体的に回転させる。同様に、第２シリンドリカルレンズ対駆動部２７は、制御部２１からの制御信号に基づいて第２シリンドリカル負レンズ９ａと第２シリンドリカル正レンズ９ｂとを光軸ＡＸを中心として一体的に回転させる。ズームレンズ駆動部２３は、制御部２１からの制御信号に基づいてズームレンズ１０の焦点距離を変化させる。開口絞り駆動部２４は、制御部２１からの制御信号に基づいて開口絞り１５の開口部の大きさを変化させる。基板ステージ駆動部２８は、制御部２１からの制御信号に基づいて基板ステージＷＳをＺ方向に移動させる。
【００５１】
即ち、制御部（算出手段）２１は、入力部１９から入力され、記憶部２０に記憶されているガラス基板に設けられる各種の非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、記憶部２０に記憶されているガラス基板Ｗに設けられる非晶質膜の膜厚及び構造に最適なガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の値を取得する。次に、制御部２１は、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が最適となるような回折光学素子４ａ〜４ｃのうちのいずれか１つを選択する。また、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が最適となるように、円錐アキシコン系７、第１シリンドリカルレンズ対８、第２シリンドリカルレンズ対９、ズームレンズ１０、開口絞り１５、基板ステージＷＳの少なくとも１つの調整量を算出する。
【００５２】
次に、制御部２１は、選択された回折光学素子が照明光路中に配置されていない場合には、回折光学素子駆動部２２を介して選択された回折光学素子を照明光路中に配置する。ここで、回折光学素子４ｃが選択された場合、即ち円形照明を行う場合、制御部２１は、円錐アキシコン系７が照明光路中に配置されているときにはアキシコン系駆動部２５を介して円錐アキシコン系７を照明光路中から退避させる。
【００５３】
また、制御部２１は、算出された調整量に基づいて、アキシコン系駆動部２５、第１シリンドリカルレンズ対駆動部２６、第２シリンドリカルレンズ対駆動部２７、ズームレンズ駆動部２３、開口絞り駆動部２４及び基板ステージ駆動部２８の少なくとも１つの駆動部を介して、円錐アキシコン系７が照明光路中に配置されている場合には第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔の変更、第１シリンドリカル負レンズ８ａと第１シリンドリカル正レンズ８ｂの光軸ＡＸを中心とした回転、第２シリンドリカル負レンズ９ａと第２シリンドリカル正レンズ９ｂの光軸ＡＸを中心とした回転、ズームレンズ１０の焦点距離の変更、開口絞り１５の開口部の大きさの変更、及び基板ステージＷＳのＺ方向への移動の少なくとも１つを行う。
【００５４】
また、制御部２１には、ガラス基板Ｗを載置する基板ステージＷＳに設置されているエネルギ密度分布計測部１６が接続されている。エネルギ密度分布計測部１６は、例えばＣＣＤ等により検出される画像信号をモニタ等により観察することができる観察系を備えて構成されており、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を計測する。制御部２１は、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が変更されたときに、エネルギ密度分布計測部１６からの計測信号を受信し、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が最適値となっているか否かを確認する。
【００５５】
ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が最適となっていない場合には、制御部２１は、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が最適となるような回折光学素子を選択し、選択された回折光学素子が照明光路中に配置されていない場合には、回折光学素子駆動部２２を介して回折光学素子を照明光路中に配置する。このとき、回折光学素子４ｃが選択され、かつ円錐アキシコン系７が照明光路中に配置されている場合には、制御部２１は、アキシコン駆動部２５を介して円錐アキシコン系７を照明光路中から退避させる。
【００５６】
また、制御部２１は、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布が最適となるように、アキシコン系駆動部２５、第１シリンドリカルレンズ対駆動部２６、第２シリンドリカルレンズ対駆動部２７、ズームレンズ駆動部２３、開口絞り駆動部２４、及び基板ステージ駆動部２８の少なくとも１つの駆動部を介して、円錐アキシコン系７が照明光路中に配置されている場合には第１プリズム７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔変更、第１シリンドリカル負レンズ８ａと第１シリンドリカル正レンズ８ｂの光軸ＡＸを中心とした回転、第２シリンドリカル負レンズ９ａと第２シリンドリカル正レンズ９ｂの光軸ＡＸを中心とした回転、ズームレンズ１０の焦点距離の変更、開口絞り１５の開口部の大きさの変更、及び基板ステージＷＳのＺ方向への移動の少なくとも１つを行うことによりガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の調節を行う。
【００５７】
この実施の形態にかかるレーザアニール装置によれば、ガラス基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいて、ガラス基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。即ち、回折光学素子、円錐アキシコン系、第１シリンドリカルレンズ対、第２シリンドリカルレンズ対、ズームレンズにより光束断面の形状を変更することができ、開口絞りの開口部の大きさを変更することにより投影光学系の瞳内に形成される像の大きさ及び配置の少なくとも一方を変更することができ、基板ステージをＺ方向に移動させることによりガラス基板上に対する投影光学系のフォーカス位置を変更することができるため、ガラス基板上のエネルギ密度分布を最適にすることができる。従って、ガラス基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００５８】
また、バイナリパターン、位相シフトパターン及びハーフトーンパターンの少なくとも１つにより形成されるマスクパターンを変更することにより、ガラス基板上の所望の位置のエネルギ密度分布をガラス基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。更に、マスクパターンに基づいて投影光学系の開口数を変更することにより、投影光学系の開口数をマスクパターンに適したものとすることができる。従って、ガラス基板上の所望の位置に結晶核（第２基板上でいちばん最初に凝固する領域）を形成することができ、第２基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００５９】
なお、この実施の形態においては、投影光学系の開口数の変更、マスクパターンの変更、回折光学素子による照明瞳面に形成される光強度分布の変更等を行うことによりガラス基板上でのエネルギ密度分布の変更を行っているが、レーザ光源から射出される光束の波長を変更することによりガラス基板上でのエネルギ密度分布の変更を行ってもよい。この場合においても、ガラス基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、ガラス基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【００６０】
また、この実施の形態においては、ガラス基板に設けられる非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいてガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を最適化しているが、ガラス基板上でのエネルギ密度分布の光強度の勾配が所定の勾配となるように照明光学系の照明条件を変更するようにしてもよい。即ち、ガラス基板上におけるエネルギ密度分布の光強度が変化する度合（程度）が所定の度合となるように照明光学系の照明条件を変更する。また、ガラス基板に設けられる各種の非晶質膜の膜厚及び構造の少なくとも一方の情報に基づいてガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布を最適化し、かつガラス基板上でのエネルギ密度分布の光強度の勾配が所定の勾配となるように照明光学系の照明条件を変更するようにしてもよい。
【００６１】
この場合には、ガラス基板上でのエネルギ密度分布の光強度が所定の勾配となるように照明光学系の回折光学素子の照明光学系の照明光路への挿入及び照明光路からの退避、円錐アキシコン系の照明光路への挿入及び照明光路からの退避、ズームレンズの焦点距離の変更のうちの少なくとも１つを行うことにより照明条件を変更する。即ち、円形照明におけるσ値の変更、輪帯照明や多極照明等の変形照明への変更等を行うことにより照明条件を変更する。この場合においても、ガラス基板に設けられている非晶質膜の膜厚及び構造に応じた最適なエネルギ密度分布とすることができる。従って、ガラス基板上に所望の大きさを有する結晶粒を形成することができる。
【実施例１】
【００６２】
上述の実施の形態にかかるレーザアニール装置において、マスクパターンとして図６に示すような透過部Ｌ１と遮光部Ｌ２が交互に連続する１次元バイナリパターンを用いて、波長３０８ｎｍのレーザ光によりガラス基板Ｗの照射を行い、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の計測を行った。ここで、透過部Ｌ１及び遮光部Ｌ２の寸法（μｍ）、透過率（％）、位相（π）を表１に示す。
（表１）
2005311164.tif 000003
図７は、図８に示すような円形照明を行い、σ値が０．１、投影光学系ＰＬの開口数（以下、ＮＡという）が０．１の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図９は、円形照明を行い、σ値が０．８５、ＮＡが０．１の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図１０は、ＮＡが０．１で、かつσoutが０．８５相当の１／２輪帯比の輪帯照明を行った場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。なお、輪帯比は、図１１に示すように、光源像の外側の半径をσｏｕｔ、中心遮蔽部の半径をσｉｎとしたとき、σｉｎ／σｏｕｔとして定義される。また、図１２は、４極照明を行い、ＮＡが０．１の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。なお、４極照明とは、光束が光源像として図１３に示すような４つの局所照明領域を有する光強度分布を形成する照明のことである。
【００６３】
ここで、図７，図９，図１０，図１２においては、ガラス基板Ｗ上に対する投影光学系ＰＬのフォーカス位置が０μｍでのエネルギ密度分布を実線、１０μｍでのエネルギ密度分布を破線、２０μｍでのエネルギ密度分布を一点鎖線で示している。図７及び図９に示すように、σ値が０．８５のときと比較してσ値が０．１のときは、エネルギ密度分布の最大値が大きくなり、かつエネルギ密度分布の変化が急峻となる。また、図７，図９，図１０，図１２に示すように、円形照明のときと比較して輪帯照明または４極照明のときは、エネルギ密度分布の最大値が小さくなり、かつエネルギ密度分布の変化が緩やかとなる。従って、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の変化を急峻とするためには、変形照明（輪帯照明や４極照明）を行うより円形照明を行ったほうがよい。一方、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の変化を緩やかとするためには、円形照明を行うより変形照明を行ったほうがよい。
【００６４】
また、図１４は、円形照明を行い、σ値が０．１、ＮＡが０．１５の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図１５は図７に示すエネルギ密度分布を微分した図であり、図１６は図１４に示すエネルギ密度分布を微分した図である。即ち、横軸は位置（μｍ）、縦軸は位置の変化ΔＸに対するエネルギ密度変化ΔＩの比ΔＩ／ΔＸを示しており、ΔＩ／ΔＸの絶対値｜ΔＩ／ΔＸ｜の値（勾配値）が大きくなるとエネルギ密度分布の勾配が急峻である。
【００６５】
ここで、波長３０８ｎｍであって出力が１Ｊ／ｐｕｌｓｅのレーザ光を用い、レーザアニール装置を構成する照明光学系及び投影光学系ＰＬの総透過率が４０％である場合、ガラス基板面上１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲を均一に照射したときのエネルギ密度は４００ｍＪ／ｃｍ２である。従って、例えば｜ΔＩ／ΔＸ｜＝１であって、ガラス基板面上１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲を均一に照射したときのエネルギ密度が４００ｍＪ／ｃｍ２である場合、エネルギ密度分布の勾配値｜ΔＩ／ΔＸ｜は４０００Ｊ／ｃｍ３となる。なお、このエネルギ密度分布の勾配値は、照明光学系や投影光学系ＰＬの総透過率、投影光学系ＰＬの開口数、σ値を変更することにより、任意に変更可能である。
【００６６】
図７及び図１４に示すように、ＮＡが０．１のときとＮＡが０．１５のときの両方において、フォーカス位置が変化した場合であってもエネルギ密度分布の最大値を示す位置は変化しない。これに対して、図１５に示すように、ＮＡが０．１のときにはフォーカス位置が変化した場合にエネルギ密度分布の勾配最大値の位置は変化しないが、図１６に示すように、ＮＡが０．１５のときにはフォーカス位置が変化した場合にエネルギ密度分布の勾配最大値の位置は変化する。従って、ＮＡが０．１のときと比較してＮＡが０．１５のときでの照明は、ガラス基板Ｗのうねり等によるフォーカス位置の変化に対して安定したエネルギ密度分布を得ることができず、所望の位置に安定した大きな径を有する結晶粒を形成するのは困難である。
【００６７】
また、図示していないが、σ値が０．１〜０．８５、ＮＡが０．１３〜０．１の照明条件の場合においては、ガラス基板Ｗ面に対するフォーカス位置が変化した場合であってもエネルギ分布密度の勾配最大値の位置はほぼ変化することなく、勾配も大きくなる。また、輪帯照明及び４極照明においては、ＮＡが０．１５のときは、ＮＡが０．１ときと比較してエネルギ密度分布の勾配最大値が大きくなる。
【００６８】
即ち、実施例１によれば、実施例１にかかるマスクパターンを波長３０８ｎｍのレーザ光により照射する場合には、ＮＡと照明条件を組み合わせることによりガラス基板面に対するフォーカス位置の変化に対して安定したエネルギ密度分布の勾配最大値及び最大値の位置を制御することができる。
【実施例２】
【００６９】
上述の実施の形態にかかるレーザアニール装置において、マスクパターンとして図１７に示すような透過部Ｌ１，Ｌ３と遮光部Ｌ２を有し、透過部Ｌ１と透過部Ｌ３との位相差がλ／２である位相シフトパターンを用いて、波長３０８ｎｍのレーザ光によりガラス基板Ｗの照射を行い、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の計測を行った。ここで、透過部Ｌ１，Ｌ３及び遮光部Ｌ２の寸法（μｍ）、透過率（％）、位相（π）を表２に示す。
（表２）
2005311164.tif 000004
図１８は、円形照明を行い、σ値が０．１、投影光学系ＰＬの開口数（以下、ＮＡという）が０．１の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図１９は、円形照明を行い、σ値が０．８５、ＮＡが０．１の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図２０は、ＮＡが０．１で、かつσoutが０．８５相当の１／２輪帯比の輪帯照明を行った場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図２１は、４極照明を行い、ＮＡが０．１の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【００７０】
ここで、図１８〜図２１においては、ガラス基板Ｗ上に対する投影光学系ＰＬのフォーカス位置が０μｍでのエネルギ密度分布を実線、１０μｍでのエネルギ密度分布を破線、２０μｍでのエネルギ密度分布を一点鎖線で示している。図１８及び図１９に示すように、σ値が０．８５のときと比較してσ値が０．１のときは、エネルギ密度分布の最大値が大きくなり、かつエネルギ密度分布の変化が急峻となる。また、図１８〜図２１に示すように、円形照明のときと比較して輪帯照明または４極照明のときは、エネルギ密度分布の最大値が小さくなり、かつエネルギ密度分布の変化が緩やかとなる。従って、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の変化を急峻とするためには、変形照明（輪帯照明や４極照明）を行うより円形照明を行ったほうがよい。一方、ガラス基板Ｗ上でのエネルギ密度分布の変化を緩やかとするためには、円形照明を行うより変形照明を行ったほうがよい。
【００７１】
また、図２２は、円形照明を行い、σ値が０．１、ＮＡが０．１５の場合におけるガラス基板Ｗ上のエネルギ密度分布を示すグラフである。また、図２３は、図１８に示すエネルギ密度分布を微分した図である。また、図２４は、図２２に示すエネルギ密度分布を微分した図である。図１８及び図２２に示すように、ＮＡが０．１のときとＮＡが０．１５のときの両方において、フォーカス位置が変化した場合であってもエネルギ密度分布の最大値を示す位置は変化しない。これに対して、図２３に示すように、ＮＡが０．１のときにはフォーカス位置が変化した場合にエネルギ密度分布の最大勾配値の位置は変化しないが、図２４に示すように、ＮＡが０．１５のときにはフォーカス位置が変化した場合にエネルギ密度分布の最大勾配値の位置は著しく変化する。
【００７２】
また、図示していないが、σ値が０．１〜０．８５、ＮＡが０．１の照明条件の場合においては、フォーカス位置が変化した場合にエネルギ密度分布の勾配変化が少なく、勾配最大値の位置もほぼ変化しない。一方、図示していないが、輪帯照明及び４極照明の場合においては、フォーカス位置が変化した場合にエネルギ密度分布の勾配変化が大きくなり、勾配最大値の位置も変化する。
【００７３】
従って、ＮＡが０．１５での照明、輪帯照明及び４極照明は、ガラス基板Ｗのうねり等によるフォーカス位置の変化に対して安定したエネルギ密度分布を得ることができず、所望の位置に安定した大きな径を有する結晶粒を形成するのは困難である。一方、ＮＡが０．１、照明条件であるσ値が０．１の組み合わせがフォーカス変化に対して安定したエネルギ密度分布を有する最適な条件である。
【００７４】
実施例１及び実施例２によれば、一般的に、透過部の寸法をＳＩ（μｍ）、遮光部の寸法をＳＴ（μｍ）とし、ＳＩとＳＴの和をＬ（μｍ）としたとき、最適なＮＡはＮＡ＜（λ／Ｌ）×（３／２）となる。例えば、λ＝０．３０８μｍ、ＳＩ＝３μｍ、ＳＴ＝１μｍ、Ｌ＝４μｍとしたとき、ＮＡ＜０．１１６が最適なＮＡとなる。
【００７５】
また、エネルギ密度分布の勾配量｜ΔＩ／ΔＸ｜が大きいことが望ましい場合には、上述のＮＡの条件とともにσ値が０．１〜０．８５であることが望ましい。更に、エネルギ密度分布の勾配量｜ΔＩ／ΔＸ｜が１以上であることが望ましい場合には、上述のＮＡの条件とともにσ値が０．１〜０．５であることが望ましい。一方、エネルギ密度分布の勾配量｜ΔＩ／ΔＸ｜が小さいことが望ましい場合には、上述のＮＡの条件とともに輪帯照明、４極照明等の中心遮蔽による変形照明が最適である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】この発明の実施の形態にかかるレーザアニール装置の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる円錐アキシコン系の概略構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態にかかる第１シリンドリカルレンズ対及び第２シリンドリカルレンズ対の概略構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態にかかる二次光源に対するズームレンズの作用を説明するための図である。
【図６】実施例１にかかるマスクパターンの構成を示す図である。
【図７】実施例１にかかるσ値０．１の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図８】実施例１にかかる円形照明における照明瞳面または照明瞳面と共役な面の光源像を示す図である。
【図９】実施例１にかかるσ値０．８５の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図１０】実施例１にかかる輪帯照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図１１】実施例１にかかる輪帯照明における照明瞳面または照明瞳面と共役な面の光源像を示す図である。
【図１２】実施例１にかかる４極照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図１３】実施例１にかかる４極照明における照明瞳面または照明瞳面と共役な面の光源像を示す図である。
【図１４】実施例１にかかるσ値０．１（ＮＡ０．１５）の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図１５】実施例１にかかるσ値０．１（ＮＡ０．１）の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布の微分値を示すグラフである。
【図１６】実施例１にかかるσ値０．１（ＮＡ０．１５）の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布の微分値を示すグラフである。
【図１７】実施例２にかかるマスクパターンの構成を示す図である。
【図１８】実施例２にかかるσ値０．１の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図１９】実施例２にかかるσ値０．８５の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図２０】実施例２にかかる輪帯照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図２１】実施例２にかかる４極照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図２２】実施例２にかかるσ値０．１（ＮＡ０．１５）の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布を示すグラフである。
【図２３】実施例２にかかるσ値０．１（ＮＡ０．１）の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布の微分値を示すグラフである。
【図２４】実施例２にかかるσ値０．１（ＮＡ０．１５）の円形照明におけるガラス基板上のエネルギ密度分布の微分値を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７７】
１…レーザ光源、４ａ，４ｂ，４ｃ…回折光学素子、５…アフォーカルレンズ、７…円錐アキシコン系、８，９…シリンドリカルレンズ対、１０…ズームレンズ、１１…マイクロレンズアレイ、１２…コンデンサー光学系、１３…マスクブラインド、１４…結像光学系、１５…開口絞り、１６…エネルギ密度分布計測部、１７…チャンバ、１９…入力部、２０…記憶部、２１…制御部、２２…回折光学素子駆動部、２３…ズームレンズ駆動部、２４…開口絞り駆動部、２５…アキシコン系駆動部、２６…第１シリンドリカルレンズ対駆動部、２７…第２シリンドリカルレンズ対駆動部、２８…基板ステージ駆動部、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ガラス基板、ＷＳ…基板ステージ。
【図１】
2005311164.tif 000005
【図２】
2005311164.tif 000006
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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