(57)【要約】【課題】  レーザ光源の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えて所望の光強度分布を安定的に形成することのできる光照射装置。【解決手段】  レーザ光源（１）と、レーザ光源からの光に基づいて光変調素子（３）を重畳的に照明するためのホモジナイザを含む照明光学系（４）と、光変調素子により位相変調された光に基づいて所定の光強度分布を所定面（６）に形成する結像光学系（８）と、レーザ光源とホモジナイザとの間に配置されて入射光束の波面を補正して射出する波面補正光学素子（５）と、波面補正光学素子とホモジナイザとの間の光路から光束を取り出して該光束の波面を測定する波面測定部（９，１０）と、波面測定部の出力に基づいて波面補正光学素子を制御する制御部（１１）とを備えている。【選択図】  図１
2007150245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光に基づいて光変調素子を重畳的に照明するためのホモジナイザを含む照明光学系と、
前記光変調素子により位相変調された光に基づいて所定の光強度分布を所定面に形成する結像光学系と、
前記レーザ光源と前記ホモジナイザとの間に配置されて入射光束の波面を補正して射出する波面補正光学素子と、
前記波面補正光学素子と前記ホモジナイザとの間の光路から光束を取り出して該光束の波面を測定する波面測定部と、
前記波面測定部の出力に基づいて前記波面補正光学素子を制御する制御部とを備えていることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記波面測定部は、前記波面補正光学素子と前記ホモジナイザとの間に配置されたビームスプリッターと、該ビームスプリッターにより前記光路から取り出した光束の波面を測定する波面センサとを有することを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記波面センサは、光の入射側に配置されたマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイの集光位置に検出面を有する光検出器とを有することを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記波面補正光学素子は、局部的に変形可能な反射面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項に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記制御部により制御されて前記照明光学系の瞳を可変的に限定する可動絞りと、前記所定面に形成される光強度分布を測定するビームプロファイラとをさらに備え、前記制御部は、前記照明光学系の瞳の変化に応じて測定される光強度分布の情報に基づいて前記波面補正光学素子を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項６】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光に基づいて光変調素子を重畳的に照明するためのホモジナイザを含む照明光学系と、
前記光変調素子により位相変調された光に基づいて所定の光強度分布を所定面に形成する結像光学系と、
前記レーザ光源と前記ホモジナイザとの間に配置されて入射光束の波面を補正して射出する波面補正光学素子と、
前記照明光学系の瞳を可変的に限定する可動絞りと、
前記所定面に形成される光強度分布を測定するビームプロファイラと、
前記可動絞りおよび前記波面補正光学素子を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記照明光学系の瞳の変化に応じて測定される光強度分布の情報に基づいて前記波面補正光学素子を制御することを特徴とする光照射装置。
【請求項７】
前記波面補正光学素子は、局部的に変形可能な反射面を有することを特徴とする請求項６に記載の光照射装置。
【請求項８】
ホモジナイザを含む照明光学系によりレーザ光源からの光で光変調素子を重畳的に照明し、該光変調素子により位相変調された光を結像光学系により所定面に結像させて、前記所定面に所定の光強度分布を形成する光照射装置の調整方法であって、
前記ホモジナイザよりも光源側の光路から取り出した光束の波面を測定する波面測定工程と、
前記波面測定工程で得られた測定結果に基づいて、前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を補正する波面補正工程とを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項９】
ホモジナイザを含む照明光学系によりレーザ光源からの光で光変調素子を重畳的に照明し、該光変調素子により位相変調された光を結像光学系により所定面に結像させて、前記所定面に所定の光強度分布を形成する光照射装置の調整方法であって、
前記照明光学系の瞳を可変的に限定する限定工程と、
前記所定面に形成される光強度分布を測定する分布測定工程と、
前記照明光学系の瞳の変化に応じて前記分布測定工程で得られた測定結果に基づいて、前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を補正する波面補正工程とを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１０】
ホモジナイザを含む照明光学系によりレーザ光源からの光で光変調素子を重畳的に照明し、該光変調素子により位相変調された光を結像光学系により所定面に結像させて、前記所定面に所定の光強度分布を形成する光照射装置の調整方法であって、
請求項８に記載の調整方法を用いて前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を粗精度で補正する粗精度補正工程と、
請求項９に記載の調整方法を用いて前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を細精度で補正する細精度補正工程とを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項１１】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光照射装置と、前記所定面に非単結晶半導体膜を保持するためのステージとを備え、前記所定面に保持された非単結晶半導体膜に前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化装置。
【請求項１２】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光照射装置を用いて、前記所定面に保持された非単結晶半導体膜に前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の調整方法により調整された光照射装置を用いて、前記所定面に保持された非単結晶半導体膜に前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の結晶化装置または請求項１２または１３に記載の結晶化方法を用いて製造されたことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射装置、光照射装置の調整方法、結晶化装置、結晶化方法、およびデバイスに関する。特に、本発明は、非単結晶薄膜基板の表層部分に電界効果トランジスタを製造する技術、および電界効果トランジスタを製造するための非単結晶薄膜基板並びに電界効果トランジスタを組み込んだ液晶表示装置や情報処理装置等の電子装置の製造技術に好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などのような表示装置では、各画素を個別に駆動するために、ガラスやプラスチック等の絶縁基板上に多数の薄膜トランジスタ（Thin-Film-Transistor：以下、「ＴＦＴ」という）が形成される。このＴＦＴのソース、ドレイン、チャネル領域が形成される非晶質シリコン（amorphous-Silicon：以下、「ａ−Ｓｉ」という）膜は、形成温度が低く、気相法で比較的容易に形成することが可能であり、量産性にも富むため、ＴＦＴに用いる半導体薄膜として一般的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、非晶質シリコン膜は、導電率等の物性が多結晶シリコン（poly-Silicon：以下、「ｐ−Ｓｉ」という）膜に比べて劣る（ａ−Ｓｉの移動度はｐ−Ｓｉの移動度に比べて２桁以上低い）という欠点がある。このため、ＴＦＴの動作速度を高速化するために、多結晶シリコン膜にＴＦＴのソース、ドレイン、チャネル領域を形成する技術、例えばエキシマレーザを用いたアニール法（Excimer Laser Annealing；以下、「ＥＬＡ法」という）が用いられている。このＥＬＡ法は、汎用ガラス基板が使用可能な温度範囲、すなわち室温から５００°Ｃ程度までの温度範囲で実施することができる。
【０００４】
ＥＬＡ法は、例えば基板上に非晶質シリコン膜を所定の厚さ（例えば５０ｎｍ程度の厚さ）に堆積した後、この非晶質シリコン膜に波長が２４８ｎｍのＫｒＦ（クリプトン弗素）エキシマレーザ光や波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌ（キセノン塩素）エキシマレーザ光などのようなレーザ光を線状に整形して基板にスキャン照射し、照射領域の非晶質シリコン膜を局所的に溶融・再結晶化させて平均粒径が０．１〜０．２μｍ程度の多結晶シリコン膜に変える結晶化方法である。
【０００５】
なお、ＥＬＡ法は、レーザ光の平均強度（フルエンス）を変化させることにより、他の様々なプロセスに適応可能である。例えば、加熱の作用のみが発揮されるようなレーザ光の強度に設定すれば、ＴＦＴの不純物活性化工程に用いることができる。また、レーザ光の強度を極端に大きく設定すれば、急激な温度上昇を引き起こすため、ＴＦＴにおける膜の除去に利用することもできる。また、これらの現象の利用は、ＴＦＴに限定されることなく、広く半導体プロセスに適応できるものである。
【０００６】
ところで、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置は、動作速度の高速化や高性能化を図るために多結晶シリコン膜にＴＦＴを形成すると、多結晶シリコン膜の結晶粒界がＴＦＴのチャネル領域に存在することになる。この場合、各ＴＦＴのチャネル領域に形成される結晶粒界数が異なり、この結晶粒界数の相違によりＴＦＴ毎の閾値電圧や移動度などの特性ばらつきが著しく増大する。ＴＦＴ毎の閾値電圧のばらつきは、表示装置全体としての動作特性を大幅に低下させ、画質などを劣化させる原因になる。
【０００７】
このため、各ＴＦＴのチャネル領域の結晶粒界数をできるだけ均等にするか、粒径の大きい結晶化領域を形成し且つ各結晶化領域内に各ＴＦＴが形成されるように結晶化領域の形成位置を制御することにより各ＴＦＴのチャネル領域から結晶粒界を排除することが要望されている。従来、位相シフトマスク（位相シフタ）を介して発生させた逆ピークパターンの光強度分布を有する光を半導体膜に照射して大粒径の結晶化シリコンを生成する技術が開示されている（非特許文献１、特許文献１および２を参照）。
【０００８】
【非特許文献１】Chang-Ho OH et al., "A Novel Phase-Modulated Excimer-Laser Crystallization Method of Silicon Thin Films", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 37(1998), pp. L492-L495
【特許文献１】特開２０００−０８２６６９号公報
【特許文献２】特開２０００−３０６８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明者の研究によれば、ＴＦＴのサイズよりも十分に大きい粒径の結晶を生成し且つその形成位置を制御してＴＦＴの活性層から結晶粒界を排除するには、被処理基板上に所望の光強度分布を安定的に形成する必要がある。被処理基板である非晶質シリコン膜上でのレーザ光の光強度分布（平面像）が適切な光強度分布に調整されれば、位置制御された大粒径化シリコン単結晶薄膜が得られる。この単結晶薄膜とＴＦＴのチャネル領域とを位置合わせすれば、活性領域に結晶粒界が存在しない高性能ＴＦＴを作成することが可能になる。
【００１０】
さらに、所望する粒径の結晶化を安定的に行うには、被処理基板の表面での光強度勾配が重要なファクターであり、光強度分布のミクロな安定性とマクロな均一性とが重要である。光強度分布のミクロな安定性とマクロな均一性とを実現するには、レーザ光源の特性（局所的な領域での光の平行度、コヒーレンシなど）が安定していることが必要である。しかしながら、本願発明者の研究によれば、エキシマレーザ光源を長期間使用すると、これらの特性が劣化することがわかってきた。
【００１１】
エキシマレーザ光源を長期間に亘って使用すると、局部的な領域での光の平行度およびコヒーレンシが低下し、射出される光束に波面の歪み（乱れ）が発生する。レーザ光源からの射出光束の波面の歪みは、被処理基板位置での像のずれ（光軸と直交する平面上での光強度分布の位置ずれ）、像のムラ（照度ムラ）、像のボケ（光強度分布の光軸方向の位置ずれ）などの現象を発生させる。これらの像のずれ、ムラ、ボケなどの現象の把握方法に関しては、エキシマレーザ光は不可視であるため、作業員による肉眼での監視が困難である。
【００１２】
従って、例えばアモルファスシリコン（非晶質シリコン）を成膜した基板に照射して実際にレーザアニールを行い、セコ（Secco）エッチングなどで結晶粒界を際立たせる処理を行った後に、走査型電子顕微鏡などによって結晶組織を観察することにより、像のずれ、ムラ、ボケなどの現象の発生を判断する方法、いわゆるオフライン検査方法行うことしかできなかった。このオフライン検査方法は非常に時間と手間が掛かるので、実用的ではなく、安定した結晶組織を形成することが困難であった。
【００１３】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、レーザ光源の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えて所望の光強度分布を安定的に形成することのできる光照射装置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】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光に基づいて光変調素子を重畳的に照明するためのホモジナイザを含む照明光学系と、
前記光変調素子により位相変調された光に基づいて所定の光強度分布を所定面に形成する結像光学系と、
前記レーザ光源と前記ホモジナイザとの間に配置されて入射光束の波面を補正して射出する波面補正光学素子と、
前記波面補正光学素子と前記ホモジナイザとの間の光路から光束を取り出して該光束の波面を測定する波面測定部と、
前記波面測定部の出力に基づいて前記波面補正光学素子を制御する制御部とを備えていることを特徴とする光照射装置を提供する。
【００１５】
本発明の第２形態では、レーザ光源と、
前記レーザ光源からの光に基づいて光変調素子を重畳的に照明するためのホモジナイザを含む照明光学系と、
前記光変調素子により位相変調された光に基づいて所定の光強度分布を所定面に形成する結像光学系と、
前記レーザ光源と前記ホモジナイザとの間に配置されて入射光束の波面を補正して射出する波面補正光学素子と、
前記照明光学系の瞳を可変的に限定する可動絞りと、
前記所定面に形成される光強度分布を測定するビームプロファイラと、
前記可動絞りおよび前記波面補正光学素子を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記照明光学系の瞳の変化に応じて測定される光強度分布の情報に基づいて前記波面補正光学素子を制御することを特徴とする光照射装置を提供する。
【００１６】
本発明の第３形態では、ホモジナイザを含む照明光学系によりレーザ光源からの光で光変調素子を重畳的に照明し、該光変調素子により位相変調された光を結像光学系により所定面に結像させて、前記所定面に所定の光強度分布を形成する光照射装置の調整方法であって、
前記ホモジナイザよりも光源側の光路から取り出した光束の波面を測定する波面測定工程と、
前記波面測定工程で得られた測定結果に基づいて、前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を補正する波面補正工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。
【００１７】
本発明の第４形態では、ホモジナイザを含む照明光学系によりレーザ光源からの光で光変調素子を重畳的に照明し、該光変調素子により位相変調された光を結像光学系により所定面に結像させて、前記所定面に所定の光強度分布を形成する光照射装置の調整方法であって、
前記照明光学系の瞳を可変的に限定する限定工程と、
前記所定面に形成される光強度分布を測定する分布測定工程と、
前記照明光学系の瞳の変化に応じて前記分布測定工程で得られた測定結果に基づいて、前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を補正する波面補正工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。
【００１８】
本発明の第５形態では、ホモジナイザを含む照明光学系によりレーザ光源からの光で光変調素子を重畳的に照明し、該光変調素子により位相変調された光を結像光学系により所定面に結像させて、前記所定面に所定の光強度分布を形成する光照射装置の調整方法であって、
第３形態の調整方法を用いて前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を粗精度で補正する粗精度補正工程と、
第４形態の調整方法を用いて前記ホモジナイザへ入射する光束の波面を細精度で補正する細精度補正工程とを含むことを特徴とする調整方法を提供する。
【００１９】
本発明の第６形態では、第１形態または第２形態の光照射装置と、前記所定面に非単結晶半導体膜を保持するためのステージとを備え、前記所定面に保持された非単結晶半導体膜に前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化装置を提供する。
【００２０】
本発明の第７形態では、第１形態または第２形態の光照射装置を用いて、前記所定面に保持された非単結晶半導体膜に前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化方法を提供する。
【００２１】
本発明の第８形態では、第３形態〜第５形態の調整方法により調整された光照射装置を用いて、前記所定面に保持された非単結晶半導体膜に前記所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成することを特徴とする結晶化方法を提供する。
【００２２】
本発明の第９形態では、第６形態の結晶化装置または第７形態あるいは第８形態の結晶化方法を用いて製造されたことを特徴とするデバイスを提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光照射装置では、レーザ光源の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えて、被処理基板の表面上において所望の光強度分布を安定的に形成することができ、ひいては所望する粒径の結晶化を安定的に行うことができる。その結果、たとえばＴＦＴのサイズよりも十分に大きい粒径の結晶を生成し、且つその形成位置を制御してＴＦＴの活性層から結晶粒界を排除することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる光照射装置の構成を概略的に示す図である。図１を参照すると、第１実施形態の光照射装置は、レーザ光源１と、レーザ光源１の直後に配置されたアッテネータ２と、アッテネータ２を経たレーザ光で位相シフタ（光変調素子）３を照明する照明光学系４と、アッテネータ２と照明光学系４との間に配置されたデフォーマブルミラー５と、被処理基板６を保持する基板ステージ７と、位相シフタ３と被処理基板６との間に設けられた結像光学系８とを備えている。
【００２５】
また、第１実施形態の光照射装置は、デフォーマブルミラー５と照明光学系４との間に配置されたハーフミラー（ビームスプリッター）９と、ハーフミラー９で反射されたレーザ光の波面を測定する波面センサユニット１０と、波面センサユニット１０の出力に基づいてデフォーマブルミラー５を制御する制御部１１とを備えている。レーザ光源１として、被結晶化処理体を溶融するエネルギー光線を射出する性能を有する光源、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源、ＸｅＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエキシマレーザ光源やＸｅＣｌエキシマレーザ光源などを用いることができる。
【００２６】
レーザ光源１から発振されたレーザ光は、光軸に対する傾斜角が可変のアッテネータ２により減衰され、その光強度が調節された後に、デフォーマブルミラー５およびハーフミラー９を介して、照明光学系４に入射する。デフォーマブルミラー５およびハーフミラー９の作用については後述する。図２に示すように、照明光学系４に入射したレーザ光は、テレスコープ（ビームエキスパンダ）４ａを介して拡大された後、一対のレンズアレイ４ｂａ，４ｂｂとフィールドレンズ４ｂｃとからなるホモジナイザ４ｂに入射する。ホモジナイザ４ｂを介した光束は、位相シフタ３を重畳的に照明する。
【００２７】
ホモジナイザ４ｂにより、照明光学系４に入射したレーザ光について、位相シフタ３上での入射角度に関する均一化が図られる。こうして、照明光学系４は、ほぼ均一な光強度分布を有するレーザ光により位相シフタ３を照射する。位相シフタ３に入射して位相変調されたレーザ光は、結像光学系８を介して、被処理基板６に入射する。ここで、結像光学系８は、位相シフタ３の位相パターン面と被処理基板６とを光学的に共役に配置している。換言すれば、被処理基板６は、位相シフタ３の位相パターン面と光学的に共役な面（結像光学系８の像面）に設定されている。
【００２８】
結像光学系８は、第１正レンズ群８ａと、第２正レンズ群８ｂと、これらのレンズ群の間に配置された開口絞り８ｃを備えている。開口絞り８ｃの開口部（光透過部）の大きさ（ひいては結像光学系８の像側開口数ＮＡ）は、被処理基板６の半導体膜上において所要の光強度分布を発生させるように設定されている。結像光学系８は、屈折型の光学系であってもよいし、反射型の光学系であってもよいし、屈折反射型の光学系であってもよい。
【００２９】
被処理基板６は、基板上に、下層絶縁膜、半導体薄膜、上層絶縁膜の順に成膜することにより構成されている。すなわち、被処理基板６は、たとえば液晶ディスプレイ用板ガラスのような透明基板の上に化学気相成長法（ＣＶＤ）により下地絶縁膜、非単結晶膜例えば非晶質シリコン膜およびキャップ膜が順次形成されたものである。キャップ膜は、例えばＳｉＯ2や、ＳｉＯxなどである。下地絶縁膜は、非晶質シリコン膜とガラス基板が直接接触してガラスに含まれるＮａなどの成分が非晶質シリコン膜に混入するのを防止し、また非晶質シリコン膜の熱が直接ガラス基板に伝熱されるのを防止するために、ＳｉＮや、ＳｉＮとＳｉＯ2の多層膜を使用する。
【００３０】
非単結晶シリコン薄膜は、結晶化される半導体膜である。キャップ膜は、非単結晶シリコン薄膜に入射する光ビームの一部により加熱され、この加熱された温度を蓄熱する。この蓄熱効果は、光ビームの入射が遮断されたとき、非単結晶シリコン薄膜の被照射面において高温部が相対的に急速に降温するが、この降温勾配を緩和させ、大粒径の横方向の結晶成長を促進させる。被処理基板６は、真空チャックや静電チャックなどにより基板ステージ７上において予め定められた所定の位置に位置決めされて保持されている。
【００３１】
図１に示す光照射装置では、位相シフタ３を介してその直後に例えば逆ピーク状の光強度分布が形成され、結像光学系８により逆ピーク状の光強度分布の像が被処理基板６の表面上に形成される。その結果、逆ピーク状の光強度分布における光強度の勾配方向に沿って結晶核からラテラル方向に結晶が成長し、大粒径の結晶化半導体膜が生成される。しかしながら、前述したように、レーザ光源の特性の経時的な劣化などに起因して光束の波面の歪みが発生し、この波面の歪みの影響により被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を安定的に形成することができなくなる。
【００３２】
具体的に、波面に歪み（乱れ）が全くない理想的な平面波の光束が照明光学系４中のホモジナイザ４ｂに入射する場合、ホモジナイザ４ｂにより形成された複数の小光源の各々からの光も同じく平面状の波面で位相シフタ３を照明し、各小光源からの光が位相シフタ３の直後の平面上に鮮明な像としての所望の光強度分布を形成する。その結果、各小光源からの光は、結像光学系８を介して、被処理基板６の表面上に鮮明な合成像としての所望の光強度分布を形成する。
【００３３】
一方、波面に歪みのある光束が照明光学系４中のホモジナイザ４ｂに入射する場合、ホモジナイザ４ｂにより形成された複数の小光源のうちの少なくとも一部からの光も波面に歪みのある光束で位相シフタ３を照明することになる。このため、ある小光源からの光は位相シフタ３の直後の平面上に鮮明な像としての所望の光強度分布を形成するが、ある小光源からの光は位相シフタ３の直後の平面上に歪んだ像としての光強度分布を形成する。
【００３４】
ここで、「歪んだ像」とは、理想的な波面の揃った光でない入射光に起因して発生する、光軸と直交する平面上での像の位置ずれ、光軸方向の像の位置ずれ、像の形状の歪みなどを指す。各小光源からの光は、結像光学系８を介して、被処理基板６の表面上に不鮮明な合成像としての光強度分布を形成する。すなわち、被処理基板６の表面上に形成される光強度分布は、所望の光強度分布に比して、基板６の表面に沿って位置ずれしたり、結像光学系８の光軸方向（フォーカス方向）に位置ずれしたり、形状（プロファイル）が歪んだりし、被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を得ることができない。
【００３５】
この問題に対して、レーザ光の周辺を使用することなく中心部のみを使用することにより、すなわちほぼ波面の揃った光束だけを利用することにより所望の光強度分布を得る方法がある。しかしながら、この方法では、利用可能な光エネルギーが大幅に減少するため、スループットが極端に低下してしまう。
【００３６】
また、図３に示すように、通常は１段構成であるホモジナイザ（図２参照）を２段構成にすることにより、ほぼ波面の揃った光束だけを利用して所望の光強度分布を得る方法もある。図３の２段構成では、テレスコープ４ａを介して拡大された後、第１ホモジナイザ４ｂ（４ｂａ，４ｂｂ，４ｂｃ）を介して、一対のレンズアレイ４ｃａ，４ｃｂとフィールドレンズ４ｃｃとからなる第２ホモジナイザ４ｃの入射面を重畳的に照明する。
【００３７】
さらに、第２ホモジナイザ４ｃを介した光束は、位相シフタ３を重畳的に照明する。第１ホモジナイザ４ｂにより、照明光学系４に入射したレーザ光について、位相シフタ３上での入射角度に関する均一化が図られる。また、第２ホモジナイザ４ｃにより、第１ホモジナイザ４ｂからの入射角度が均一化されたレーザ光について、位相シフタ３上での面内各位置での光強度に関する均一化が図られる。しかしながら、ホモジナイザを２段構成にする方法においても、利用可能な光エネルギーが大幅に減少するため、スループットが極端に低下してしまう。
【００３８】
また、上述の問題はレーザ光源の特性の経時的な劣化が原因であるから、レーザ光源のチューブ（発振用のガス容器）を交換する方法もある。しかしながら、この方法は、レーザ光源のチューブが非常に高価であるため、コスト的な観点から実用的ではない。
【００３９】
そこで、第１実施形態では、レーザ光源１と照明光学系４との間にデフォーマブルミラー５とハーフミラー９とを付設し、ハーフミラー９により照明光路から取り出されたレーザ光の波面を波面センサユニット１０により測定するとともに、波面センサユニット１０の出力に基づいてデフォーマブルミラー５を制御部１１により制御する構成を採用している。デフォーマブルミラー５は、波面の歪み（乱れ）を補正するための波面補正光学素子である。ちなみに、市販されているデフォーマブルミラー（Intellite社製）は、薄膜状のアルミニウムからなるミラーの裏面に設けたマトリクス状の高電圧電極間に発生する静電応力を利用して、ミラー平面を局部的に変形させて波面を制御する能動変形ミラーである。
【００４０】
また、波面センサユニット１０として、例えばシャック−ハートマン（Shack-Hartmann）型の波面センサを用いることができる。この場合、波面センサユニット１０は、光の入射側から順に、例えば保護用シャッター（不図示）と、マイクロレンズアレイ１０ａと、その集光位置に検出面を有する光検出器（例えばＣＣＤ）１０ｂとにより構成される。波面センサユニット１０の測定結果を分析してデフォーマブルミラー５の反射面の変形を制御する制御部１１として、例えばパーソナルコンピュータを用いることができる。
【００４１】
波面センサユニット１０のマイクロレンズアレイ１０ａは、図４（ａ）に示すように、碁盤の目状に配置された多数の微小レンズ（マイクロレンズ）１０ａａにより構成されている。したがって、マイクロレンズアレイ１０ａに入射した光束は多数の微小レンズ１０ａａにより波面分割され、各微小レンズ１０ａａを通過した光束はＣＣＤ１０ｂの検出面１０ｂａ上に集光する。波面センサユニット１０に入射する光束の波面に歪みが無く平面状である場合、図４（ｂ）に示すように、碁盤の目状に配置された多数の微小レンズ１０ａａに対応して、ＣＣＤ１０ｂの検出面１０ｂａ上において多数の集光点が碁盤の目状に形成される。
【００４２】
一方、波面センサユニット１０に入射する光束の波面に歪みがある場合、図４（ｃ）に示すように、ＣＣＤ１０ｂの検出面１０ｂａ上において１つまたは複数の集光点が波面の歪みに応じて所定位置から位置ずれする。制御部１１は、ＣＣＤ１０ｂの検出面１０ｂａ上における１つまたは複数の集光点の所定位置からの位置ずれ情報に基づいて、波面センサユニット１０に入射した光束の波面の歪みに関する情報、ひいてはレーザ光源１から射出された光束の波面の歪みに関する情報を計算する。そして、制御部１１は、計算により求めた波面の歪み情報に基づいて、この波面の歪みを補正するのに必要なデフォーマルミラー５の所要変形量を計算し、デフォーマルミラー５の反射面の所要領域を所要量だけ変形させる。
【００４３】
以下、図５のフローチャートを参照して、第１実施形態における波面の調整方法を説明する。第１実施形態の波面調整方法では、先ず、波面の歪みの許容範囲（ＣＣＤ１０ｂの検出面１０ｂａ上における集光点の位置ずれ許容範囲）を制御部１１に読み込む（Ｓ１１）。次に、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光をパルス発振させる（Ｓ１２）。その後、波面センサユニット１０が波面の歪みデータを測定（収集）し（Ｓ１３）、制御部１１は測定された波面の歪み量が許容範囲内か否かを判定する（Ｓ１４）。判定工程Ｓ１４において波面の歪み量が許容範囲内であると判定された場合、波面の調整方法は終了する。
【００４４】
一方、判定工程Ｓ１４において波面の歪み量が許容範囲を超えていると判定された場合、制御部１１は、波面の歪みを補正するのに必要なデフォーマルミラー５の所要変形量を計算する（Ｓ１５）。次いで、制御部１１は、所要変形量の計算結果に基づいて、デフォーマルミラー５の反射面の所要領域を所要量だけ変形させる（Ｓ１６）。こうして、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光を再びパルス発振させ（Ｓ１２）、波面の歪みデータを測定し（Ｓ１３）、測定された波面の歪み量が許容範囲内か否かを判定する（Ｓ１４）。
【００４５】
２回目の判定工程Ｓ１４において波面の歪み量が許容範囲内であると判定された場合、波面の調整方法は終了する。一方、２回目の判定工程Ｓ１４において波面の歪み量が許容範囲を超えていると判定された場合、計算工程Ｓ１５、変形工程Ｓ１６、発振工程Ｓ１２、測定工程Ｓ１３、および判定工程Ｓ１４を繰り返すことにより、波面の適正な調整（補正）を行う。
【００４６】
こうして、第１実施形態の光照射装置では、レーザ光源１の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えて、被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を安定的に形成することができ、ひいては所望する粒径の結晶化を安定的に行うことができる。すなわち、たとえばＴＦＴのサイズよりも十分に大きい粒径の結晶を生成し、且つその形成位置を制御してＴＦＴの活性層から結晶粒界を排除することができる。なお、波面調整を行うタイミングとしては、レーザアニールの直前が好ましい。
【００４７】
第１実施形態では、照明光学系４よりも後段の光学系部分が波面の調整とは無関係である。このため、波面の調整中は、ハーフミラー９と照明光学系４との間に光学系保護のための遮光板を挿入してもよい。また、ハーフミラー９として、５０％の透過率および５０％の反射率を有するものではなく、例えば透過率が９９％で反射率が１％のものなどを用いることができる。ハーフミラー９の透過と反射との比率については様々な変形例が可能であるが、波面センサユニット１０のレーザ光耐性を考慮して、ＣＣＤ１０ｂにおけるレーザフルエンスが１０ｍＪ／ｃｍ2程度以下となるように、透過率が９５％程度で反射率が５％程度のハーフミラー９を用いることが好ましい。
【００４８】
レーザ光源の劣化例を、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す。図１７（ｂ）は、１×１０8ショットの発振後のＫｒＦエキシマレーザ光源からのビームを、図２の照明光学系に類似した構成を有する図１７（ａ）の光学系へ導き、図１７（ａ）の光学系において一対のシリンドリカルレンズアレイ（図２の一対のレンズアレイ４ｂａおよび４ｂｂに対応）４ｂａ’と４ｂｂ’との間の光路中に配置された感熱紙４０に焼き付けたときに得られたプロファイル（光強度分布）である。図１７（ｂ）では、黒色の度合いが強いほど、レーザ強度が高いことを示している。
【００４９】
感熱紙４０の直前に配置されたシリンドリカルレンズアレイ４ｂａ’を構成する各レンズ要素は等間隔に配置され且つ同じ曲率を有するため、図中ａで示したすべての間隔は１２ｍｍと互いに等しいはずであるが、実測結果ではこれらの間隔が互いに異なっていた。また、本来レーザ光が集光されて達しないはずの領域（図中ｂで示す領域）に、光が存在していた。これは、レーザ光の波面が乱れており、斜入斜成分が多く存在しているために、領域ｂが生じたものと考えられる。このように、レーザ光源では、経時劣化によって波面の歪みが顕著になるのである。
【００５０】
図６は、本発明の第２実施形態にかかる光照射装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有するが、ハーフミラー９および波面センサユニット１０が取り除かれている点、基板ステージ７上にビームプロファイラ１２が設けられている点、照明光学系４中に可動絞り４ｄが設けられている点が第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態を説明する。
【００５１】
第２実施形態では、デフォーマブルミラー５を制御するために、ビームプロファイラ１２と、ビームプロファイラ１２の測定結果を分析する制御部１１とを用いる。また、光源を局在化するために、照明光学系４中に設けられた可動絞り４ｄを用いる。ビームプロファイラ１２は、被処理基板６を保持する基板ステージ７上に設けられて、基板６の表面とほぼ同一面に位置決め可能な測定面（観察面）を有する。また、ビームプロファイラ１２は、基板６の表面上で互いに直交するＸ方向およびＹ方向、並びに結像光学系８の光軸に沿ったＺ方向に独立して移動可能であり、１〜２００倍程度の拡大倍率を有する。
【００５２】
ビームプロファイラ１２は、不可視レーザ光を検出するセンサとして蛍光性を有する薄膜を備え、この薄膜の変化を測定する蛍光顕微鏡と同等のシステムでもよい。また、ビームプロファイラ１２は、ＵＶ顕微鏡のように、不可視レーザ光を直接測定するシステムでもよい。具体的に、第２実施形態のビームプロファイラ１２として、特開２００４−３３６０１３号公報に開示されたビームプロファイラを用いることができる。
【００５３】
第２実施形態では、位相シフタ３として、レーザ光源１からの射出光の波長の１／２の段差を持つラインアンドスペース型の位相シフタのように単純なものを使用することが好ましい。また、９０度角度を変えた方向を見やすくするために、ロの字型の位相シフタでも良い。これは、レーザ光源１の基本的な特性を測定する上で、理論値のわかり易い位相シフタを用いることにより、データ処理の信頼性および高速性が向上するからである。光源を局在化するために用いる可動絞り４ｄは、図７に示すように照明光学系４中において後側のレンズアレイ４ｂｃの直前に配置され、照明光学系４の瞳を可変的に限定する。
【００５４】
なお、図７には、ＸＹ平面（光軸に直交する平面）に沿ってレンズが縦横に並んだレンズアレイを示しているが、エキシマレーザのように縦横比が大きいレーザのビーム形状の場合には、Ｘ方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズアレイのセットと、Ｙ方向のみに屈折力を有するシリンドリカルレンズアレイのセットとに分離する方法もある。可動絞り４ｄは、後側のレンズアレイ４ｂｃ中の１つの任意のレンズにのみ光を通過させるように、ＸＹ平面に沿って移動可能で且つ開口（光透過部）の大きさを調節可能に構成されている。
【００５５】
以下、図８のフローチャートを参照して、第２実施形態における波面の調整方法を説明する。第２実施形態の波面調整方法では、先ず、ビームプロファイル（位相シフタ３に対応して基板６の表面と同じ高さ位置において得られる光強度分布の二次元データ）の許容範囲を制御部１１に読み込む（Ｓ２１）。次に、ビームプロファイラ１２を測定位置へ移動させ（Ｓ２２）、可動絞り４ｄの開口をレンズアレイ４ｂｃ中の１つのレンズに対応する位置に設定する（Ｓ２３）。その後、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光をパルス発振させ（Ｓ２４）、ビームプロファイラ１２を用いてビームプロファイル（光強度分布）を測定する（Ｓ２５）。ビームプロファイラ１２の測定結果は、制御部１１へ供給される。
【００５６】
可動絞り４ｄのＸＹマッピングに従って開口位置を変化させつつ（すなわち照明光学系４の瞳を変化させつつ）、可動絞り４ｄの開口の設定工程Ｓ２３、レーザ光源１のパルス発振工程Ｓ２４、およびビームプロファイルの測定工程Ｓ２５を繰り返す。所要回数の測定工程Ｓ２５が終了すると、制御部１１は、ビームプロファイラ１２の測定結果に基づいてビームプロファイルの合成計算を行う（Ｓ２６）。すなわち、制御部１１は、ビームプロファイル間の差異を抽出し、その差異と可動絞り４ｄのＸＹマッピング（可動絞り４ｄの開口位置）との相関関係を求める。
【００５７】
次いで、制御部１１は、ビームプロファイル間の差異と可動絞り４ｄのＸＹマッピングとの相関関係に基づいて、ビームプロファイルを補正（ひいては波面の歪みを補正）するのに必要なデフォーマルミラー５の所要変形量を計算する（Ｓ２７）。さらに、制御部１１は、工程Ｓ２７の計算結果に基づいて、デフォーマルミラー５の反射面の所要領域を所要量だけ変形させる（Ｓ２８）。次に、可動絞り４ｄを全開状態（可動絞り４ｄのない状態と光学的に等価な状態）にし（Ｓ２９）、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光をパルス発振させ（Ｓ２１０）、ビームプロファイラ１２を用いてビームプロファイルを測定する（Ｓ２１１）。
【００５８】
制御部１１は、測定工程Ｓ２１１で得られたビームプロファイルが許容範囲内か否かを判定する（Ｓ２１２）。判定工程Ｓ２１２においてビームプロファイルが許容範囲内であると判定された場合、波面の調整方法は終了する。一方、判定工程Ｓ２１２においてビームプロファイルが許容範囲を超えていると判定された場合、移動工程Ｓ２２と設定工程Ｓ２３との間に戻って、工程Ｓ２３〜工程Ｓ２１２までの作業を繰り返すことにより、波面の適正な調整（補正）を行う。こうして、第２実施形態の光照射装置においても、レーザ光源１の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えて、被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を安定的に形成することができ、ひいては所望する粒径の結晶化を安定的に行うことができる。
【００５９】
図９は、本発明の第３実施形態にかかる光照射装置の構成を概略的に示す図である。第３実施形態は、第１実施形態の特徴的な要部構成と第２実施形態の特徴的な要部構成とを併せ備えている。以下、第１実施形態との相違点および第２実施形態との相違点に着目して、第３実施形態を説明する。第３実施形態の光照射装置では、デフォーマブルミラー５を波面補正光学素子とし、波面計測ユニット５を粗精度の波面調整に用い、細精度の波面調整にビームプロファイラ１２を用いる。
【００６０】
以下、図１０および図１１のフローチャートを参照して、第３実施形態における波面の調整方法を説明する。第３実施形態の波面調整方法では、粗精度の波面調整のために第１実施形態の波面調整方法を適用する。すなわち、第３実施形態の波面調整方法における粗精度の波面調整段階では、図１０に示すように、波面の歪みの許容範囲を制御部１１に読み込み（Ｓ３１）、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光をパルス発振させ（Ｓ３２）、波面センサユニット１０が波面の歪みデータを測定し（Ｓ３３）、測定された波面の歪み量が許容範囲内か否かを判定する（Ｓ３４）。判定工程Ｓ３４において波面の歪み量が許容範囲内であると判定された場合、粗精度の波面調整段階は終了する。
【００６１】
一方、判定工程Ｓ３４において波面の歪み量が許容範囲を超えていると判定された場合、波面の歪みを補正するのに必要なデフォーマルミラー５の所要変形量を計算し（Ｓ３５）、デフォーマルミラー５の反射面の所要領域を所要量だけ変形させ（Ｓ３６）、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光を再びパルス発振させ（Ｓ３２）、波面の歪みデータを測定し（Ｓ３３）、測定された波面の歪み量が許容範囲内か否かを判定する（Ｓ３４）。２回目の判定工程Ｓ３４において波面の歪み量が許容範囲内であると判定された場合、粗精度の波面調整段階は終了する。一方、２回目の判定工程Ｓ３４において波面の歪み量が許容範囲を超えていると判定された場合、計算工程Ｓ３５、変形工程Ｓ３６、発振工程Ｓ３２、測定工程Ｓ３３、および判定工程Ｓ３４を繰り返すことにより、波面の適正な粗精度調整（補正）を行う。
【００６２】
次いで、第３実施形態の波面調整方法では、細精度の波面調整のために第２実施形態に類似した波面調整方法を適用する。すなわち、第３実施形態の波面調整方法における細精度の波面調整段階では、図１１に示すように、ビームプロファイルの許容範囲を制御部１１に読み込み（Ｓ３１）、ビームプロファイラ１２を測定位置へ移動させ（Ｓ３２）、可動絞り４ｄの開口を初期位置に設定し（Ｓ３３）、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光をパルス発振させ（Ｓ３４）、ビームプロファイラ１２を用いてビームプロファイルを測定する（Ｓ３５）。
【００６３】
可動絞り４ｄのＸＹマッピングに従って開口位置を変化させつつ、設定工程Ｓ３３、発振工程Ｓ３４、および測定工程Ｓ３５を繰り返す。所要回数の測定工程Ｓ３５が終了すると、ビームプロファイルの合成計算を行い（Ｓ３６）、デフォーマルミラー５の所要変形量を計算し（Ｓ３７）、デフォーマルミラー５の反射面の所要領域を所要量だけ変形させ（Ｓ３８）、可動絞り４ｄを全開状態にし（Ｓ３９）、レーザ光源１をＯＮにしてレーザ光をパルス発振させ（Ｓ３１０）、ビームプロファイラ１２を用いてビームプロファイルを測定する（Ｓ３１１）。
【００６４】
制御部１１は、測定工程Ｓ３１１で得られたビームプロファイルが許容範囲内か否かを判定する（Ｓ３１２）。判定工程Ｓ３１２においてビームプロファイルが許容範囲内であると判定された場合、波面の調整方法は終了する。一方、判定工程Ｓ３１２においてビームプロファイルが許容範囲を超えているがその差が比較的小さいと判定された場合、移動工程Ｓ３２と設定工程Ｓ３３との間に戻って、工程Ｓ３３〜工程Ｓ３１２までの作業を繰り返すことにより、波面の適正な細精度調整（補正）を行う。
【００６５】
また、判定工程Ｓ３１２においてビームプロファイルが許容範囲を超えており且つその差が比較的大きいと判定された場合、読込工程Ｓ３１と発振工程Ｓ３２との間に戻って、上述した粗精度の波面調整および細精度の波面調整を再度行う。こうして、第３実施形態の光照射装置においても、レーザ光源１の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えて、被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を安定的に形成することができ、ひいては所望する粒径の結晶化を安定的に行うことができる。
【００６６】
次に、図１２（ａ）乃至（ｅ）を参照して、本実施形態の光照射装置（結晶化装置）を用いて結晶化された領域に電子デバイスを作製する方法を説明する。図１２（ａ）に示すように、絶縁基板８０（例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなど）の上に、下地膜８１（例えば、膜厚５０ｎｍのＳｉＮおよび膜厚１００ｎｍのＳｉＯ2積層膜など）および非晶質半導体膜８２（例えば、膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉ，Ｇｅ，ＳｉＧｅなど）および不図示のキャップ膜８２ａ（例えば、膜厚３０ｎｍ〜３００ｎｍのＳｉＯ2膜など）を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜した被処理基板５を準備する。そして、本実施形態にしたがう光照射装置を用いて、非晶質半導体膜８２の表面の予め定められた領域に、レーザ光８３（例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光やＸｅＣｌエキシマレーザ光など）を照射する。
【００６７】
こうして、図１２（ｂ）に示すように、大粒径の結晶を有する多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４が生成される。次に、キャップ膜８２ａをエッチングにより除去した後、図１２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４を例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜８５に加工し、表面にゲート絶縁膜８６として膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍのＳｉＯ2膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。さらに、図１２（ｄ）に示すように、ゲート絶縁膜上にゲート電極８７（例えば、シリサイドやＭｏＷなど）を形成し、ゲート電極８７をマスクにして不純物イオン８８（Ｎチャネルトランジスタの場合にはリン、Ｐチャネルトランジスタの場合にはホウ素）をイオン注入する。その後、窒素雰囲気でアニール処理（例えば、炉において４５０°Ｃで１時間）やレーザによる活性化（レーザ光８３を用いる）を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜８５にソース領域９１、ドレイン領域９２を形成する。次に、図１２（ｅ）に示すように、層間絶縁膜８９を成膜してコンタクト穴をあけ、チャネル９０でつながるソース９１およびドレイン９２に接続するソース電極９３およびドレイン電極９４を形成する。
【００６８】
以上の工程において、図１２（ａ）および（ｂ）に示す工程で生成された多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜８４の大粒径結晶の位置に合わせて、チャネル９０を形成する。以上の工程により、多結晶トランジスタまたは単結晶化半導体に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することができる。こうして製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置（ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ（ＳＲＡＭやＤＲＡＭ）やＣＰＵなどの集積回路などに適用可能である。
【００６９】
なお、上述の説明では、非単結晶半導体膜に所定の光強度分布を有する光を照射して結晶化半導体膜を生成する結晶化装置に本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的に結像光学系を介して所定の光強度分布を所定面に形成する光照射装置、たとえばレーザアニール装置、レーザ結晶化装置、レーザアブレーション加工装置などに対して本発明を適用することができる。
【００７０】
具体的に、現在一般的に使用されているラインビーム（線状）光学系を用いたレーザアニール装置にも本発明を適用して、波面の歪みの補償、すなわち波面の調整を行うことができる。ラインビームは、矩形レーザビームの短辺を長辺に比して極端に短くしたもので、例えば、０．５ｍｍ×１０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の断面形状を有する。ラインビームレーザアニール装置では、１度から９０度の角度で長辺方向と交差する方向にラインビームを相対的に移動させて（スキャンさせて）レーザ照射を行う。スキャンピッチは、典型的には、約２０μｍ／パルスから３０μｍ／パルスである。
【００７１】
図１３は、ラインビームレーザアニール装置に本発明を適用した第１例を概略的に示す図である。図１３の装置は、図１の第１実施形態と類似の構成を有するが、結像光学系８の設置を省略して位相シフタ３の位置に被処理基板６を配置し、且つ照明光学系４と被処理基板６との間にシリンドリカルレンズ２１を付設している点が第１実施形態と相違している。図１３では、図１の第１実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、ラインビームレーザアニール装置の第１例を説明する。
【００７２】
図１３のラインビームレーザアニール装置において、照明光学系４と被処理基板６との間の光路中に付設されたシリンドリカルレンズ２１は、図１３の紙面に平行な面において正の屈折力を有し、且つ図１３の紙面に垂直な面において無屈折力である。したがって、シリンドリカルレンズ２１の作用により、図１３の紙面に垂直な方向に沿って非常に細長く延びるラインビーム、例えば０．５ｍｍ×１０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の断面形状を有するラインビームが、被処理基板６の表面に照射される。換言すれば、被処理基板６の表面上に所望の断面形状のラインビームが形成されるように、シリンドリカルレンズ２１の屈折力が設定されている。
【００７３】
こうして、図１３のラインビームレーザアニール装置では、デフォーマブルミラー５の波面調整機能により、レーザ光源１の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えることができ、ひいては被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を有するラインビームを安定的に形成することができる。図１３のラインビームレーザアニール装置の場合、部分的なダイバージェンスの差がラインビームの品質に大きく影響するため、デフォーマブルミラー５による波面の補正は極めて有効であり、像のずれ、ムラ、ボケなどの現象を良好に抑えるだけでなく、被処理基板６への結像に関する焦点深度（ＤＯＦ）が深くなるという効果がある。
【００７４】
図１４は、ラインビームレーザアニール装置に本発明を適用した第２例を概略的に示す図である。図１４の装置は、図１の第１実施形態と類似の構成を有するが、結像光学系８に代えて、シリンドリカルレンズ２２を含む結像光学系８Ａを配置している点が第１実施形態と相違している。図１４では、図１の第１実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、ラインビームレーザアニール装置の第２例を説明する。
【００７５】
図１４のラインビームレーザアニール装置において、結像光学系８Ａ中に含まれるシリンドリカルレンズ２２は、図１４の紙面に平行な面において正の屈折力を有し、且つ図１４の紙面に垂直な面において無屈折力である。したがって、シリンドリカルレンズ２２を含む結像光学系８Ａの作用により、図１４の紙面に垂直な方向に沿って非常に細長く延びるラインビーム、例えば０．５ｍｍ×１０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の断面形状を有するラインビームが、被処理基板６の表面に照射される。換言すれば、被処理基板６の表面上に所望の断面形状のラインビームが形成されるように、結像光学系８Ａ中のシリンドリカルレンズ２２の屈折力が設定されている。
【００７６】
こうして、図１４のラインビームレーザアニール装置においても図１３の装置と同様に、デフォーマブルミラー５の波面調整機能により、レーザ光源１の特性の経時的な劣化などに起因する光束の波面の歪みの影響を抑えることができ、ひいては被処理基板６の表面上において所望の光強度分布を有するラインビームを安定的に形成することができる。また、図１４のラインビームレーザアニール装置の場合においても、部分的なダイバージェンスの差がラインビームの品質に大きく影響するため、デフォーマブルミラー５による波面の補正は極めて有効であり、像のずれ、ムラ、ボケなどの現象を良好に抑えるだけでなく、被処理基板６への結像に関する焦点深度が深くなるという効果がある。
【００７７】
なお、図６の第２実施形態では、図７に示すように照明光学系４中においてレンズアレイ４ｂｃの直前に配置された可動絞り４ｄを用いて、照明光学系４の瞳を可変的に限定している。具体的に、可動絞り４ｄは、レンズアレイ４ｂｃ中の１つの任意のレンズにのみ光を通過させるように、ＸＹ平面に沿って移動可能で且つ開口（光透過部）の大きさを調節可能に構成されている。レンズアレイ４ｂｃは縦横に且つ稠密に配置された多数のレンズにより構成されているので、図１５（ａ）に示すように、レンズアレイ４ｂｃの各レンズに入射する光束は１つの円で模式的に表わされ、レンズアレイ４ｂｃの全体に入射する光束は縦横に且つ規則的に配列された多数の円で模式的に表わされる。
【００７８】
第２実施形態では、図１５（ｂ）に示すように、レンズアレイ４ｂｃ中の１つの任意のレンズにのみ光を通過させるように、可動絞り４ｄの開口部（光透過部）が設定される。図１５（ｂ）において、黒塗り部分は光の通過を遮る遮光部であり、遮光部中の白抜き部分は光の通過を許容する開口部である。第２実施形態では、可動絞り４ｄのＸＹマッピングに従って開口位置を変化させつつビームプロファイラ１２を用いてビームプロファイルを測定し、測定されたビームプロファイルが所望の状態でない場合、可動絞り４ｄの開口位置に対応するデフォーマルミラー５の反射面の所要領域を変形させて波面の歪みを補正する。
【００７９】
しかしながら、波面補正光学素子としてのデフォーマルミラー５は必ずしも万能ではなく、レンズアレイ４ｂｃ中の１つまたは複数のレンズを通過する光の波面の歪みを補正し切れないことも考えられる。この場合、被処理基板６への光照射に際して、波面の歪みを補正し切れなかった１つまたは複数のレンズを積極的に利用しないことにより、すなわち波面の歪みを補正し切れなかった光束を可動絞り４ｄで遮ることにより、照明光学系４の瞳を様々な形状に限定して変形照明を行って、被処理基板６上に所望の光強度分布を安定的に形成することができる。
【００８０】
例えば、第２実施形態の変形例では、図１６（ａ）に示すように照明光学系４の瞳を輪帯状に限定したり、図１６（ｂ）に示すように照明光学系４の瞳を正方形の４つの辺に対応する正方環状に限定したり、図１６（ｃ）に示すように照明光学系４の瞳を比較的小さい円形状に限定したり、図１６（ｄ）に示すように照明光学系４の瞳を比較的小さい正方形状に限定したりする。また、図１６（ｅ）に示すように照明光学系４の瞳を４つの円からなる４極状に限定したり、図１６（ｆ）に示すように照明光学系４の瞳を４つの正方形からなる４極状に限定したり、図１６（ｇ）に示すように照明光学系４の瞳を一方向に細長い矩形状に限定したりする。
【００８１】
この変形例では、被処理基板６への結像に関する焦点深度や解像度を向上させることができる。しかしながら、可動絞り４ｄにおける光量損失により被処理基板６上での照度が低下するので、レーザ光源１の出力（レーザパワー）を増大させる必要がある。また、変形照明により被処理基板６への入射光の瞳分布が変わるので、結像特性のシミュレーションを行い、被処理基板６上に形成されるパターンの補正を行う必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光照射装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の照明光学系の構成を概略的に示す図である。
【図３】ホモジナイザを２段構成にした照明光学系を概略的に示す図である。
【図４】波面センサユニットの構成および作用を説明する図である。
【図５】第１実施形態における波面調整方法の工程を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態にかかる光照射装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】光源を局在化するための可動絞りが照明光学系中に配置されている様子を示す図である。
【図８】第２実施形態における波面調整方法の工程を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態にかかる光照射装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】第３実施形態における波面調整方法の工程を説明する第１フローチャートである。
【図１１】第３実施形態における波面調整方法の工程を説明する第２フローチャートである。
【図１２】本実施形態の光照射装置を用いて電子デバイスを作製する工程を示す工程断面図である。
【図１３】ラインビームレーザアニール装置に本発明を適用した第１例を概略的に示す図である。
【図１４】ラインビームレーザアニール装置に本発明を適用した第２例を概略的に示す図である。
【図１５】第２実施形態の動作を補足説明する図であって、（ａ）はレンズアレイに入射する光束を縦横に且つ規則的に配列された多数の円で模式的に表わし、（ｂ）はレンズアレイ中の１つのレンズにのみ光を通過させるように可動絞りの開口部が設定される様子を示している。
【図１６】第２実施形態の変形例において照明光学系の瞳を様々な形状に限定して変形照明を行う様子を示す図である。
【図１７】レーザ光源の劣化例を示す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  レーザ光源
２  アッテネータ
３  位相シフタ
４  照明光学系
４ｄ  可動絞り
５  デフォーマブルミラー
６  被処理基板
７  基板ステージ
８  結像光学系
１０  波面センサユニット
１１  制御部
１２  ビームプロファイラ
【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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【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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