KR100541126B1

KR100541126B1 - An optical system for uniformly irradiating a laser beam

Info

Publication number: KR100541126B1
Application number: KR1020030019410A
Authority: KR
Inventors: 오카모토다츠키; 모리카와가즈토시; 사토유키오; 니시마에쥰이치; 오가와데츠야
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2006-01-10
Also published as: TW200400672A; CN1448753A; KR20030078742A; TWI292245B; CN1249483C

Abstract

레이저빔을 분할한 분할빔을 중첩시켜 조사면 상에 균일한 강도 분포를 구비한 조사빔을, 빔 사이의 간섭을 경감하여 형성하는 광학계를 제공한다. 광학계는 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 빔 단면에 있어서 공간적으로 분할빔으로 분할하는 도파로와, 분할빔을 조사면 상에서 중첩 조사하는 중첩용 렌즈와, 조사면 상의 빔 강도를 균일하게 하는 지연판으로 이루어지되, 상기 도파로가, 상기 분할빔폭이 레이저빔 단면에서의 단면 방향의 공간적 가간섭 거리의 1/2배 이상이고, 상기의 지연판이, 상기 분할된 빔이 서로 인접하는 인접 분할빔의 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 시간적 가간섭 거리보다도 길게 지연시키고, 분할빔의 조사면 상에서의 간섭을 경감한다. 또한, 광학계는, 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 빔 단면에 있어서 공간적으로 분할빔으로 분할하는 레이저빔 분할 수단과, 분할빔을 조사면 상에서 중첩하여 조사하는 중첩 조사 수단과, 조사면 상의 빔 강도를 균일하게 하는 균일화 수단으로 이루어지는 레이저빔 균일 조사 광학계로서, 상기 균일화 수단이, 상기 분할된 빔이 서로 인접하는 인접 분할빔의 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 해당 레이저빔의 시간적 가간섭 거리보다도 길게 지연시키는 광학적 지연 수단을 포함하는 레이저빔 균일 조사 광학계를 포함한다. 또한, 별도의 균일화 수단이, 상기 분할된 빔이 서로 인접하는 인접 분할빔의 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 편광 방향을 실질적으로 직교하게 하는 선광(旋光) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저빔 균일 조사 광학계로 한다. An optical system is provided in which an irradiation beam having a uniform intensity distribution on an irradiation surface is formed by superimposing a divided beam obtained by dividing a laser beam, to reduce interference between beams. The optical system consists of a waveguide for spatially dividing a laser beam from a laser light source into divided beams, an overlapping lens for superimposing the split beams on the irradiation surface, and a retardation plate for uniforming the beam intensity on the irradiation surface. Wherein the waveguide, the split beam width is not less than 1/2 times the spatial interference distance in the cross-sectional direction in the laser beam cross section, and the retardation plate is one side of the adjacent split beam adjacent to each other The other side is delayed longer than the temporal interference distance, and interference on the irradiation surface of the split beam is reduced. The optical system further includes laser beam dividing means for spatially dividing a laser beam from a laser light source into split beams, superimposed irradiation means for irradiating the split beams on an irradiation surface, and beam intensity on the irradiation surface. A laser beam uniform irradiation optical system comprising a uniforming means for equalizing, wherein the uniforming means optically delays one of the adjacent split beams in which the divided beams are adjacent to each other longer than the temporal interference distance of the laser beam with respect to the other. And a laser beam uniform irradiation optical system including a retarding means. Further, the other uniforming means includes linear beam means for causing one of the adjacent divided beams in which the divided beams are adjacent to each other substantially perpendicular to the polarization direction with respect to the other. It is set as an optical system.

Description

Laser beam uniform irradiation optical system {AN OPTICAL SYSTEM FOR UNIFORMLY IRRADIATING A LASER BEAM}

도 1(a), 1(b)는 본 발명의 도파로를 이용한 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계의 배치를 나타내는 도면으로, 각각, y방향으로부터 본 도면과 x방향으로부터 본 도면,1 (a) and 1 (b) are views showing the arrangement of the laser beam uniform irradiation optical system according to the embodiment using the waveguide of the present invention, respectively, a view from the y direction and a view from the x direction,

도 2는 도파로에서의 레이저빔의 분할 형태를 설명하는 단면도. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a divided form of a laser beam in a waveguide. FIG.

도 3(a)는 도파로에서의 레이저빔의 분할에 있어서, 분할되어야 할 레이저빔의 단면에서의 분할빔의 배치를 나타내고, 도 3(b)는 도파로 출사 단면에서의 분할빔의 배치를 나타내는 도면, Fig. 3 (a) shows the arrangement of the split beam in the cross section of the laser beam to be divided in the division of the laser beam in the waveguide, and Fig. 3 (b) shows the arrangement of the split beam in the waveguide exit cross section. ,

도 4는 도파로에 의해 분할된 서로 인접하는 두 개의 분할빔을 조사면 상에서 중첩시켰을 때의 합성 조사빔의 강도 분포와 가시성을 나타내는 도면(d=s일 때), 4 is a diagram showing the intensity distribution and visibility of a composite irradiation beam when two adjacent divided beams divided by a waveguide overlap each other on an irradiation surface (when d = s),

도 5는 레이저빔의 공간적 가간섭 거리 s의 정의를 설명하는 도면, 5 is a view for explaining the definition of the spatial interference distance s of the laser beam,

도 6은 도파로에 의해 7개로 분할된 분할빔을 조사면 상에서 중첩시켰을 때의 합성 조사빔의 강도 분포와 가시성을 나타내는 도면(d=s일 때), Fig. 6 is a diagram showing the intensity distribution and visibility of a composite irradiation beam when superimposing seven divided beams by a waveguide on the irradiation surface (when d = s),

도 7은 레이저빔의 광로차와 가시성의 관계를 나타내는 그래프, 7 is a graph showing the relationship between the optical path difference and visibility of a laser beam;

도 8(a), 8(b)는 본 발명의 레이저빔 분할 수단으로서 원기둥 렌즈 어레이를 사용한 다른 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계의 배치를 나타내는 도 1(a), 1(b)의 상당도, 8 (a) and 8 (b) correspond to FIGS. 1 (a) and 1 (b) showing the arrangement of a laser beam uniform irradiation optical system according to another embodiment using a cylindrical lens array as the laser beam dividing means of the present invention. Degree,

도 9(a)는 레이저빔 분할 수단으로서 분할용 원기둥 렌즈 어레이를 이용하여, 분할되어야 할 레이저빔의 단면에서의 분할빔의 배치를 나타내고, 도 9(b)는 마찬가지로, 도파로 출사 단면에서의 분할빔의 배치를 나타내는 도면, Fig. 9 (a) shows the arrangement of the split beam in the cross section of the laser beam to be split, using the split cylindrical lens array as the laser beam splitting means, and Fig. 9 (b) likewise shows the split in the waveguide exit cross section. A drawing showing the placement of the beam,

도 10은 분할용 원기둥 렌즈 어레이에 의해 분할된 서로 이웃하는 두 개의 분할빔을 조사면 상에서 중첩시켰을 때의 합성 조사빔의 강도 분포와 가시성을 나타내는 도면(d=s일 때),FIG. 10 is a view showing intensity distribution and visibility of a composite irradiation beam when two neighboring split beams divided by a split cylindrical lens array are superposed on an irradiation surface (when d = s), FIG.

도 11은 분할용 원기둥 렌즈 어레이에 의해 7개로 분할된 분할빔을 조사면 상에서 중첩시켰을 때의 합성 조사빔의 강도 분포와 가시성을 나타내는 도면(d=s일 때),11 is a diagram showing the intensity distribution and visibility of the composite irradiation beam when the divided beams divided into seven by the cylindrical cylindrical lens array for division are superimposed on the irradiation surface (when d = s),

도 12(a), 12(b)는 본 발명의 실시예에 따라 분할 수단으로서 도파로를 이용하고, 광학적 지연 수단으로서 투광성 지연판(7)을 이용한 레이저빔 균일 조사 광학계의 도 1(a), 1(b)와 마찬가지의 도면, 12 (a) and 12 (b) show the laser beam uniform irradiation optical system using the waveguide as the dividing means and the light transmitting retardation plate 7 as the optical retarding means according to the embodiment of the present invention. Drawing similar to 1 (b),

도 13은 도 12(b)에 나타내는 광학계의 변형예로서, 도파로의 반사면의 사이를 반사하지 않고 통과한 분할빔을 차단시키는 형태의 광학계의 도 12(b)와 마찬가지의 도면, FIG. 13 is a variation of the optical system shown in FIG. 12 (b), which is the same as that of FIG. 12 (b) of the optical system in which the split beam that passes without reflecting between the reflective surfaces of the waveguide is blocked;

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계의 배치를 나타내는 도 12(b)와 마찬가지의 도면으로, 입사광의 광축과 도파로 중심축을 사교(斜交)시킨 배치를 나타내는 도면,FIG. 14 is a view similar to FIG. 12 (b) showing the arrangement of the laser beam uniform irradiation optical system according to another embodiment of the present invention, showing an arrangement in which the optical axis of the incident light and the center of the waveguide are crossed;

도 15는 입사광의 광축과 도파로 중심축을 사교시킨 배치에서의 빔 분할을 나타내는 도 14와 마찬가지의 도면, FIG. 15 is a view similar to FIG. 14 showing beam splitting in an arrangement in which an optical axis of incident light and a waveguide center axis are intersected;

도 16(a), 16(b)는 입사광의 광축과 도파로 중심축을 사교시켜 배치한 도 15에 나타내는 도파로에서의 레이저빔의 분할의 형태를 설명하는 도 3(a), 3(b)와 마찬가지의 도면, 16 (a) and 16 (b) are similar to Figs. 3 (a) and 3 (b) for explaining the form of division of the laser beam in the waveguide shown in Fig. 15 arranged by intersecting the optical axis of the incident light and the center of the waveguide. Drawings,

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계의 배치를 나타내는 도면으로, 도파로의 입사면을 도파로의 중심축에 대하여 사교시키도록 배치한 도면, 17 is a view showing the arrangement of a laser beam uniform irradiation optical system according to another embodiment of the present invention, arranged to incline the incident surface of the waveguide with respect to the center axis of the waveguide,

도 18(a), 18(b)는 본 발명의 별도의 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계에 대하여, 분할용 원기둥 렌즈 어레이에 지연판을 적용한 도 8(a), 8(b) 와 마찬가지의 도면, 18 (a) and 18 (b) are the same as those of FIGS. 8 (a) and 8 (b) in which a retarder is applied to the cylindrical cylindrical lens array for dividing with respect to the laser beam uniform irradiation optical system according to another embodiment of the present invention. Drawings,

도 19는 전사용 원기둥 렌즈 어레이의 전후에 두 개의 지연판을 배치한 도 18(b)와 마찬가지의 도면, FIG. 19 is a view similar to FIG. 18 (b) in which two delay plates are arranged before and after the transfer cylindrical lens array; FIG.

도 20은 전사용 원기둥 렌즈 어레이의 초점 조제를 한 도 18(b)와 마찬가지의 도면, 20 is a view similar to FIG. 18 (b) in which focusing of the transfer cylindrical lens array is performed;

도 21(a), 21(b)는 본 발명의 별도의 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계에 대하여, 분할 수단으로서 도파로와, 균일화 수단으로서 선광판(旋光板)을 적용하는 예를 나타내는, 각각 도 1(a), 1(b)와 마찬가지의 도면, 21 (a) and 21 (b) show an example of applying a waveguide as a dividing means and a optical fan plate as the homogenizing means to a laser beam uniform irradiation optical system according to another embodiment of the present invention. Fig. 1 (a) and Fig. 1 (b), respectively,

도 22는 도 21(b)에 나타내는 광학계의 변형예로서, 도파로의 반사면의 사이 를 반사하지 않고 통과한 분할빔을 차단시키는 형태의 광학계의 도 21(b)와 마찬가지의 도면, FIG. 22 is a variation of the optical system shown in FIG. 21 (b), which is the same as that of FIG. 21 (b) of the optical system in which the split beam that passes without reflecting between the reflective surfaces of the waveguide is blocked;

도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저빔 균일 조사 광학계의 배치를 나타내는 도 21(b)와 마찬가지의 도면으로, 입사광의 광축과 도파로 중심축을 사교시킨 배치를 나타내는 도면, FIG. 23 is a view similar to FIG. 21 (b) showing an arrangement of a laser beam uniform irradiation optical system according to another embodiment of the present invention, showing an arrangement in which an optical axis of incident light and a waveguide central axis are intersected;

도 24는 입사광의 광축과 도파로 중심축을 사교시킨 배치에서의 빔 분할을 나타내는 도 23과 마찬가지의 도면, FIG. 24 is a view similar to FIG. 23 showing beam splitting in an arrangement in which the optical axis of the incident light and the waveguide center axis are intersected;

도 25는 도 21의 변형예로, 반파장판과, 광로 길이 보상 수단을 포함하는 레이저빔 균일 조사 광학계를 나타내는 도면,FIG. 25 is a variation of FIG. 21 showing a laser beam uniform irradiation optical system including a half-wave plate and optical path length compensation means; FIG.

도 26은 도 23의 예의 변형예로, 반파장판과, 광로 길이 보상 수단을 포함하는 레이저빔 균일 조사 광학계를 나타내는 도면,FIG. 26 is a modification of the example of FIG. 23 and illustrates a laser beam uniform irradiation optical system including a half-wave plate and an optical path length compensating means; FIG.

도 27(a), 27(b)는 분할용 원기둥 렌즈 어레이와, 반파장판을 적용한 도 1(a), 1(b)와 마찬가지의 도면, 27 (a) and 27 (b) are views similar to those of Figs. 1 (a) and 1 (b) to which a dividing cylindrical lens array and a half-wave plate are applied;

도 28은 도 27(a), 27(b)에 나타낸 분할빔에 반파장판과 지연판을 교대로 배치한 광학계의 도 27(b)와 마찬가지의 도면, FIG. 28 is a view similar to FIG. 27 (b) of the optical system in which half-wavelength plates and delay plates are alternately arranged in the split beams shown in FIGS. 27 (a) and 27 (b);

도 29는 전사용 원기둥 렌즈 어레이의 전후에 두 개의 지연판을 배치한 도 27(b)와 마찬가지의 도면, FIG. 29 is a view similar to FIG. 27 (b) in which two retardation plates are arranged before and after the transfer cylindrical lens array;

도 30(a), 30(b)는 본 발명의 별도의 실시예에 따라 중첩 조사 수단이 각 분할빔을 조사면 상에서 서로 변위시켜, 즉, 비키어 놓아 전사하는 레이저빔 균일 조사 광학계의 배치를 나타내는 도면으로, 각각, y방향으로부터 본 도면과 x방향으로 부터 본 도면을 나타내고, 도 30(c)는 도 30(a), 30(b)에 나타낸 광학계에 의한 조사빔의 강도의 프로파일을 나타내는 도면,30 (a) and 30 (b) show the arrangement of the laser beam uniform irradiation optical system in which the overlapping irradiation means displace each split beam from each other on the irradiation surface according to another embodiment of the present invention, i.e. The figure shown, respectively, shows the figure seen from the y direction and the figure seen from the x direction, and FIG. 30 (c) shows the profile of the intensity of the irradiation beam by the optical system shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b). drawing,

도 31(a), 31(b) 및 31(c)는 입사광의 광축과 도파로 중심축을 사교시킨 배치를 나타내는 각각 도 30(a), 30(b) 및 30(c)와 마찬가지의 도면, 31 (a), 31 (b) and 31 (c) are views similar to those of FIGS. 30 (a), 30 (b) and 30 (c) respectively showing an arrangement in which the optical axis of the incident light and the waveguide center axis are crossed;

도 32(a), 32(b)는 분할빔을 조사면 상에서 변위시켜 전사하는 중첩 조사 수단을 구비한 각각 도 8(a), 8(b)와 마찬가지의 도면, 32 (a) and 32 (b) are the same views as in FIGS. 8 (a) and 8 (b), respectively, having overlapping irradiation means for displacing and transferring the split beam on the irradiation surface;

도 33(a), 33(b)는 각 분할빔을 조사면 상에서 서로 변위시켜 전사하는 중첩 조사 수단을 구비한 각각 도 18(a), 18(b)와 마찬가지의 도면, 33 (a) and 33 (b) are the same as in FIGS. 18 (a) and 18 (b), respectively, having overlapping irradiation means for displacing and transferring the respective split beams on the irradiation surface;

도 34는 각 분할빔을 조사면 상에서 서로 변위시켜 전사하는 중첩 조사 수단을 구비한 각각 도 27(b)와 마찬가지의 도면. Fig. 34 is a view similar to that of Fig. 27 (b) each provided with overlapping irradiation means for displacing each split beam on the irradiation surface and transferring them;

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 레이저빔 3 : 레이저빔 분할 수단1: laser beam 3: laser beam splitting means

4 : 도파로 5 : 원기둥 렌즈 어레이4: waveguide 5: cylindrical lens array

6 : 중첩 조사 수단 19 : 조사빔6: overlapping irradiation means 19: irradiation beam

31 : 빔 확대 렌즈 32 : y 방향 시준 렌즈31 beam expanding lens 32 y-direction collimating lens

33 : x 방향 시준 렌즈 41, 42 : 반사면33: x-direction collimating lens 41, 42: reflecting surface

43 : 입사 단면 44 : 출사 단면43: incident cross section 44: exit cross section

90 : 조사면90: irradiation surface

본 발명은 피조사물의 레이저 처리에 있어서 조사면에서의 조사 레이저빔의 강도 분포의 균질성을 개선한 레이저빔 균일 조사용 광학계에 관한 것이다. The present invention relates to an optical system for uniformly irradiating a laser beam, in which the homogeneity of the intensity distribution of the irradiated laser beam on the irradiated surface is improved in the laser treatment of the irradiated object.

레이저 조사를 이용한 열 처리의 예로서, 다결정 실리콘막의 제조에 있어서, 미리, 적당한 기판, 예컨대, 유리 기판 상에 화학적 증착법(CVD) 등의 기상 형성(vapor deposition)법에 의해 비정질 실리콘막을 피복 형성해 두고, 이 비정질 실리콘막을 레이저빔으로 주사하여 다결정화하는 방법이 알려져 있다. 예컨대, 미국 특허 USP5,529,951은 반도체 집적 회로의 조립에 있어, 회로 구성부에 비정질 실리콘을 더 증착시키고, 필요 개소에 엑시머 레이저빔을 조사하여 비정질을 다결정 실리콘층에 형성하는 방법을 개시하고 있다. 이 미국 특허는 조사 면역(面域)을 크게 하여 하기 위해서, 광학계에는 균일화 수단으로서 플라이아이 렌즈(fly's eye lens), 또는, 프리즘을 사용하여 엑시머 레이저빔의 강도 분포를 대략 정방형의 면역에 걸쳐 균일화하려고 하고 있었다. As an example of heat treatment using laser irradiation, in the production of a polycrystalline silicon film, an amorphous silicon film is coated on a suitable substrate such as a glass substrate in advance by vapor deposition such as chemical vapor deposition (CVD). A method of polycrystallizing by scanning this amorphous silicon film with a laser beam is known. For example, US Pat. No. 5,529,951 discloses a method of forming amorphous silicon in a polycrystalline silicon layer by further depositing amorphous silicon in a circuit component and irradiating an excimer laser beam to a necessary portion in assembling a semiconductor integrated circuit. This U.S. patent uses a fly's eye lens or a prism to homogenize the intensity distribution of the excimer laser beam over approximately square immunity in order to increase the irradiation immunity. I was going to.

실리콘막을 큰 면역의 기판 상에서 다결정화하는 것도 알려져 있고, 예컨대, 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 렌즈에 의해 비정질 실리콘막 상에 집광하여 조사하고, 조사할 때에 실리콘막 상에 레이저 스포트를 주사시켜 부분적으로 용융시키면서, 응고 과정에서 규소를 결정화시키는 방법이 알려져 있다. 사용되는 레이저빔에 있어서는, 조사 위치에서의 빔의 축방향 강도 프로파일은 레이저원의 빔 프로파일에 의존하고, 통상은 광학축에 축 대칭인 가우스 분포였다. 이와 같은 분포의 빔의 조사에 의해 성형된 다결정 실리콘막은 표면 방향으로의 결정의 균일성이 매우 낮고, 이것을 반도체 기판으로서 박막 트랜지스터의 제조에 사용하는 것은 곤란했다.It is also known to polycrystallize a silicon film on a large immunity substrate. For example, a laser beam from a laser light source is condensed and irradiated onto an amorphous silicon film by a lens, and when irradiated, a laser spot is scanned on the silicon film and partially irradiated. A method of crystallizing silicon in the solidification process while melting is known. In the laser beam used, the axial intensity profile of the beam at the irradiation position depends on the beam profile of the laser source, and is usually a Gaussian distribution axially symmetric to the optical axis. The polycrystalline silicon film formed by irradiation of beams having such a distribution had very low uniformity of crystals in the surface direction, and it was difficult to use this as a semiconductor substrate for the production of thin film transistors.

또한, 파장이 짧은 엑시머 레이저를, 조사면 상에 놓인 빔 프로파일을 직사각형 형상으로 해서, 반도체막 상에 소인(掃引)하여 가열하는 기술이 알려져 있다. 일본 특허 공개 제 11-16851 호 및 일본 특허 공개 제 10-333077 호에는, 발진기로부터의 레이저빔을, 광축에 수직인 면 내에서 서로 교차하는 두 개의 원기둥 렌즈 어레이를 통해서, 그 전방에 배치한 수속 렌즈를 통해서 반도체막 표면에 결상시키는 것이었다. 원기둥 렌즈 어레이는, 다수의 미소 원기둥 렌즈를 서로 평행하고 또한 광축에 수직으로 배치하여, 1세트의 빔을 다수의 세트로 분할하는 광학 요소이다.Moreover, the technique of sweeping and heating the excimer laser with a short wavelength on the semiconductor film by making the beam profile placed on the irradiation surface into a rectangular shape is known. Japanese Patent Laid-Open No. 11-16851 and Japanese Patent Laid-Open No. 10-333077 disclose a procedure in which a laser beam from an oscillator is disposed in front of two cylindrical lens arrays intersecting each other in a plane perpendicular to the optical axis. It formed into the semiconductor film surface through the lens. A cylindrical lens array is an optical element that arranges a plurality of micro cylindrical lenses in parallel with each other and perpendicular to the optical axis, thereby dividing one set of beams into a plurality of sets.

상기의 방법은, 가우스 분포 내지는 단순한 모드를 채용하는 레이저빔을 두 개의 원기둥 렌즈 어레이에 의해 직교하는 두 방향에서 균일한 강도 분포로 하고 있다. 반도체막 등의 조사 표면에서의 조사빔의 형상은 반도체 표면 상에서 직교하는 두 개의 방향에서 다른 폭을 갖고 있다. 이 방법은 조사 레이저빔을 그 좁은 쪽의 폭의 방향으로 소인 이동시킴으로써, 반도체막 상에는 긴 쪽의 폭에 상당하는 일정폭을 갖는 다결정 대역을 반복하여 성형했다. In the above method, the laser beam employing a Gaussian distribution or a simple mode is a uniform intensity distribution in two directions perpendicular to each other by two cylindrical lens arrays. The shape of the irradiation beam on the irradiation surface of the semiconductor film or the like has different widths in two directions orthogonal to the semiconductor surface. This method sweeps and moves the irradiation laser beam in the direction of the width of the narrow side, and repeatedly formed a polycrystalline band having a constant width corresponding to the width of the long side on the semiconductor film.

그렇지만, 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 이와 같은 원기둥 렌즈 어레이에 의해 분할하고, 또한 조사면에서 합성하면, 조사면에서 레이저광의 간섭이 발생하여, 조사 위치에 있어서 빔 강도에 높은 곳과 낮은 곳이 반복되는 간섭 모양이 된다. However, if the laser beam from the laser light source is divided by such a cylindrical lens array and synthesized on the irradiation surface, interference of the laser light occurs on the irradiation surface, and the high and low beam intensity at the irradiation position is repeated. Becomes interference shape.

조사면 상에서 중첩시킨 복수의 빔에 의해 조사면에 발생하는 간섭은 결정 성장에 영향을 미친다. 즉, 조사면 상의 조사빔의 형상이 직사각형 형상인 조사 레이저빔을 사용해서 비정질 반도체막을 가열하여 결정화시킬 때는, 조사빔은 좁은 폭 방향으로 이동시키기 때문에 이동 방향과 직교하는 길이 방향의 강도 프로파일이 결정 성장에 크게 영향을 미치고, 이 방향의 강도 프로파일이 균일하지 않고 간섭 모양이 큰 것은 실리콘막의 결정 입자를 크게 성장시키기 위해서는 바람직하지 못하다. Interference generated on the irradiation surface by a plurality of beams superimposed on the irradiation surface affects crystal growth. That is, when the amorphous semiconductor film is heated and crystallized by using an irradiation laser beam having a rectangular shape of the irradiation beam on the irradiation surface, since the irradiation beam moves in a narrow width direction, the intensity profile in the longitudinal direction perpendicular to the moving direction is determined. It is not preferable to greatly increase the growth, and the intensity profile in this direction is not uniform and the interference shape is large in order to grow the crystal grains of the silicon film largely.

이 간섭에 의한 조사 레이저 강도의 불균일성을 없애는 방법은 몇 가지가 제안되어 있다. 일본 특허 공개 제 2001-127003 호에는, 광원으로부터의 레이저빔을 시준기에 의해 평행광으로 하여 계단 형상의 반사면을 갖는 거울에 조사하고, 이 다단 거울에 의해 분할한 빔을 합성하는 원기둥 렌즈 어레이와 수속용 원기둥 렌즈를 통과시켜, 조사면 상에 조사하는 광학계를 개시하고 있다. 이 광학계는 분할된 빔에 각 반사면 사이의 단차에 의해서 레이저빔의 코히어런트 길이(가간섭 길이) 이상의 광로차를 마련하여 조사면에서의 분할빔 사이의 간섭을 방지하는 것이다.Several methods have been proposed to eliminate the nonuniformity of the irradiation laser intensity due to this interference. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-127003 discloses a cylindrical lens array for irradiating a mirror having a stepped reflective surface with a laser beam from a light source as parallel light by a collimator, and synthesizing a beam divided by the multi-stage mirror; The optical system which irradiates on an irradiation surface through the converging cylindrical lens is disclosed. This optical system provides an optical path difference equal to or greater than the coherent length (interference length) of the laser beam by the step between the reflective surfaces in the divided beam to prevent the interference between the split beams on the irradiated surface.

또한, 일본 특허 공개 제 2001-244213 호는, 광원으로부터의 레이저빔을 빔 시준기에 의해 평행광으로 하여 다수의 작은 반사경에 조사하고, 각 반사경으로부터의 반사광을 조사면에 조사하여 중첩시킴으로써, 각 평면 거울을 반사하는 레이저빔의 광로차를 코히어런트 길이 이상 확보하는 것에 의해, 마찬가지로, 간섭을 방지하는 것이다. In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-244213 discloses a plurality of planes by irradiating a plurality of small reflectors with the laser beam from the light source as parallel light by a beam collimator, and irradiating and reflecting the reflected light from each reflector onto the irradiation surface. By securing the optical path difference of the laser beam reflecting the mirror more than the coherent length, the interference is similarly prevented.

상기 빔균일화 기술은, 동일한 광원으로부터의 레이저빔을 분할하여 조사면에서 중첩시킬 때에 발생하는 간섭을, 복수의 반사면을 갖는 반사경을 이용하여 광로차를 마련하여 방지하는 것이었지만, 이들 광학계는 특수한 반사경을 필요로 하고 있었다. 특히, 일본 특허 공개 2001-244213의 광학계는 반사경에 의한 광학계의 광축을 구부리는 배치가 필요했다. 또한, 광학계의 각 반사경은, 다수의 분할된 각 빔이 조사면에 정확히 조사될 수 있도록 특정한 위치 관계를 만족시키는 배치가 요구되었다. 그 때문에, 다수의 반사경의 배치가 복잡해져, 열 처리 장치로서 배치해야 할 광학계의 자유도가 낮게 되는 문제가 있었다. 특히, 모든 분할빔에 광로차를 마련하는 것은, 시간적 가간섭 거리가 큰 레이저 발진원에 대해서는 장치가 매우 복잡하게 되고, 현실적이지 않으며, 또한, 광학적 조정이 곤란했다. The above-mentioned beam homogenization technique is to prevent the interference caused when the laser beam from the same light source is divided and overlapped on the irradiation surface by providing an optical path difference by using a reflector having a plurality of reflecting surfaces. I needed a reflector. In particular, the optical system of Japanese Patent Laid-Open No. 2001-244213 required an arrangement to bend an optical axis of an optical system by a reflector. In addition, each reflecting mirror of the optical system is required to satisfy a specific positional relationship so that a plurality of divided beams can be irradiated to the irradiation surface accurately. Therefore, the arrangement of a large number of reflecting mirrors is complicated, and there is a problem that the degree of freedom of the optical system to be arranged as the heat treatment device is low. In particular, providing the optical path difference in all the split beams makes the apparatus very complicated, unrealistic, and difficult to adjust optically for a laser oscillation source having a large temporal interference distance.

본 발명의 목적은 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 일반적으로, 광원으로부터의 레이저빔을 분할한 각 빔을 조사면 상에서 중첩시키는 것에 의해, 조사면 상에 균일한 강도 분포를 갖는 조사빔을 형성하기 위한 광학계이며, 중첩에 의한 분할빔 사이의 간섭을 방지하여, 조사빔의 균일화를 도모할 수 있는 레이저빔 균일 조사 광학계를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention has been made in view of the above problems, and in general, an irradiation beam having a uniform intensity distribution is formed on an irradiation surface by superimposing each beam obtained by dividing a laser beam from a light source on an irradiation surface. It is an optical system for providing the laser beam uniform irradiation optical system which can prevent the interference between the split beams by superposition, and can planarize an irradiation beam.

본 발명의 다른 목적은 이와 같은 간섭을 방지하여 조사빔의 균일화를 하기 위한 구성과 조정이 간단하고 용이한 균일 조사 광학계를 제공하고자 하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a uniform irradiation optical system that is simple and easy to configure and adjust for uniformizing the irradiation beam by preventing such interference.

본 발명의 또 다른 목적은, 피조사물로서 비정질 실리콘막에 적용하고, 그 다결정화를 하기 위한 레이저 가열 장치에 적용하여, 결정 면역에 걸쳐 격자 결함이 적은 다결정 실리콘막을 제조할 수 있게 하는 광학계를 제공하고자 하는 것이다.
It is still another object of the present invention to provide an optical system that can be applied to an amorphous silicon film as an irradiated object and to a laser heating device for polycrystallization thereof, thereby making it possible to produce a polycrystalline silicon film having low lattice defects over crystal immunity. I would like to.

본 발명의 레이저빔 균일 조사 광학계는 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 빔 단면에 있어서 공간적으로 분할하는 레이저빔 분할 수단과, 복수의 분할된 빔을 조사면 상에서 중첩시켜 조사하는 중첩 조사 수단과, 조사면 상의 빔 강도를 균일하게 하는 균일화 수단으로 이루어지는 것이며, 상기 레이저빔 분할 수단은 분할된 빔의 폭을, 광원으로부터의 레이저빔의 단면에서 단면 방향의 공간적 가간섭 거리의 1/2배 이상으로 되도록 광원 레이저빔을 분할한다. 이와 같은 빔폭으로 규정된 분할빔은 중첩 조사 수단을 통하여 조사면에서 중첩되어도, 다수의 빔의 상호 간섭을 경감하여 조사면 상의 조사 강도의 분포를 균일화하는 것이다. The laser beam uniform irradiation optical system of the present invention includes laser beam splitting means for spatially dividing a laser beam from a laser light source, overlapping irradiation means for irradiating a plurality of divided beams on an irradiation surface, and an irradiation surface The laser beam dividing means comprises a light source so that the width of the divided beam is at least 1/2 times the spatial interference distance in the cross-sectional direction at the cross section of the laser beam from the light source. Split the laser beam. Even if the split beam defined by the beam width is superimposed on the irradiation surface through the overlapping irradiation means, the distribution of the irradiation intensity on the irradiation surface is equalized by reducing mutual interference of a plurality of beams.

또한, 이 레이저빔 균일 조사 광학계는, 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 빔 단면에 있어서 공간적으로 분할하는 레이저빔 분할 수단과, 분할한 복수의 빔을 조사면 상에서 중첩시켜 조사하는 중첩 조사 수단과 함께 조사면 상의 빔 강도를 균일하게 하는 균일화 수단을 더 포함하고 있다. 상기 균일화 수단 중 하나는, 상기 분할된 빔이 서로 인접하는 인접 분할빔의 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 시간적 가간섭 거리보다도 길게 지연시키는 광학적 지연 수단을 포함하고, 서로 인접한 분할빔 사이의 조사면 상에서의 간섭을 방지하여 조사 강도 분포를 균일화하는 것이다. Moreover, this laser beam uniform irradiation optical system irradiates together with the laser beam splitting means which spatially divides the laser beam from a laser light source in a beam cross section, and the superposition irradiation means which superimposes and divides the several beam which divided on the irradiation surface. It further comprises homogenizing means for uniformizing the beam intensity on the surface. One of the means for equalizing comprises optical delay means for delaying one side of adjacent divided beams adjacent to each other by longer than a temporal interference distance with respect to the other, and on the irradiation surface between the divided beams adjacent to each other. It is to equalize the irradiation intensity distribution by preventing interference.

본 발명은 별도의 균일화 수단으로서, 레이저빔 분할 수단에 의해 분할된 이웃하는 분할빔 사이에서 편광 각도를 실질적으로 직교하게 하는 선광(旋光) 수단을 포함한다. 선광 수단은 분할된 빔의 사이의 편광 각도를 서로 직교하게 하는 것에 의해, 조사면 상에서 각 이웃하는 분할빔을 중첩시켰을 때에 발생하는 분할빔 사이의 간섭을 경감하여 조사 강도 분포를 균일화하는 것이다. The present invention includes, as a separate homogenizing means, a beneficiation means for making the polarization angle substantially orthogonal between neighboring divided beams divided by the laser beam dividing means. The beneficiation means orients the polarization angles between the divided beams to be orthogonal to each other, thereby reducing the interference between the divided beams generated when the neighboring divided beams are superposed on the irradiation surface to uniform the irradiation intensity distribution.

본 발명의 균일 조사 광학계는 상기 레이저빔의 단면 방향의 공간적 가간섭 거리의 요소와, 광축 방향의 시간적 가간섭 거리의 요소를 양쪽 모두 저감하는 것에 의해 조사 강도 분포를 지극히 균일하게 할 수 있는 이점이 있다. The uniform irradiation optical system of the present invention has the advantage that the irradiation intensity distribution can be extremely uniform by reducing both the element of the spatial interference distance in the cross-sectional direction of the laser beam and the element of the temporal interference distance in the optical axis direction. have.

본 발명은 중첩 조사 수단이, 또한, 각 분할 레이저빔을 조사면 상에서 서로 변위시키거나, 또는, 서로 비키어두고, 전사시켜 조사빔을 형성하는 것을 더 포함한다. 분할 수단에 의해 다수 분할된 각 분할빔은 중첩 조사 수단을 통과할 때에, 광학적으로 비키어 놓고 조사면 상에 조사되어 조사면 상 분할빔간 간섭을 저감하는 것이다. 이 전사를 변위시키는, 내지 비키어 놓기 위한 중첩 조사 수단은 간단히 실시할 수 있고, 또한, 상기 공간적 가간섭 거리의 요소와, 광축 방향의 시간적 가간섭 거리의 요소에 의한 간섭 방지 수단과 병용할 수 있다. The present invention further includes the overlapping irradiation means further displacing each of the divided laser beams on the irradiation surface, or leaving each other away, and transferring to form the irradiation beam. Each divided beam divided by a plurality of dividing means is irradiated onto the irradiated surface optically, when passing through the overlapped irradiating means, to reduce the interference between the divided beams on the irradiated surface. The superimposition irradiation means for displacing or deviating this transfer can be easily performed, and can also be used together with the interference prevention means by the element of the spatial interference distance and the element of the temporal interference distance in the optical axis direction. have.

본 발명의 상기 레이저빔 균일 조사 광학계는 조사면을 기판 상에 형성된 비정질 또는 다결정질의 반도체막으로서, 반도체막 어닐링용 광학계로서 이용할 수 있다. The laser beam uniform irradiation optical system of the present invention can be used as an optical system for annealing a semiconductor film as an amorphous or polycrystalline semiconductor film having an irradiated surface formed on a substrate.

본 발명의 광학계는, 레이저 광원으로부터 방사된 단일 레이저빔을 레이저빔 분할 수단이 분할한 다수의 분할빔이 중첩 수단을 통하여 분할빔이 조사면 상에 중첩되어 조사된다. 여기에, 레이저빔 분할 수단은 다수의 분할빔에 대하여 각 빔폭을 레이저빔 단면에서의 단면 방향의 공간적 가간섭 거리의 1/2배 이상으로 하는 것이며, 이에 따라, 조사면에서의 분할빔 사이의 간섭을 방지하여 조사빔의 강도 분포는 균일화된다. In the optical system of the present invention, a plurality of split beams obtained by dividing a single laser beam radiated from a laser light source by a laser beam splitting means are irradiated with a split beam superimposed on an irradiation surface through an overlapping means. Here, the laser beam splitting means sets each beam width to 1/2 or more times the spatial interference distance in the cross-sectional direction in the cross section of the laser beam with respect to the plurality of split beams. By preventing interference, the intensity distribution of the irradiation beam is made uniform.

분할빔 사이의 간섭은 두 개의 분할빔이 분할 전에 그 레이저빔의 단면 내에서 서로 이웃하고 있었던 것인 경우에 일어나기 쉬운 것이지만, 각 분할빔폭을 공간적 가간섭 거리의 1/2배 이상으로 하는 것에 의해 상호 간섭을 저감할 수 있다. Interference between the split beams is likely to occur when the two split beams were adjacent to each other in the cross section of the laser beam prior to splitting, but by making each split beam width at least 1/2 of the spatial interference distance Mutual interference can be reduced.

상술한 각 분할빔의 빔폭은 레이저빔 분할 수단의 출사면에서 분할빔의 폭으로서 규정되고, 이 때, 공간적 가간섭 거리란, 광원으로부터의 레이저빔이 당해 출사면의 위치에 투사됐을 때의 단면 내에서의 공간적 가간섭 거리를 말한다. 상세한 것은 후술하지만, 이 공간적 가간섭 거리는 레이저빔이 둘로 분기되고, 그 후에 조사면 상에서 다시 중첩됐을 때에 발생하는 간섭에 의해서 후술하는 가시성(선명도)이 1/e로 될 때 두 개의 빔의 최소 중첩 거리를 말한다. The beam width of each split beam described above is defined as the width of the split beam at the exit face of the laser beam splitting means, wherein the spatial interference distance is the cross section when the laser beam from the light source is projected at the position of the exit face. Spatial interference distance within. Although details will be described later, this spatial interference distance is the minimum overlap of the two beams when the visibility (clarity) described below becomes 1 / e due to the interference generated when the laser beam splits in two and then overlaps again on the irradiation surface. Say the distance.

본 발명에 있어서는, 분할빔폭의 빔 단면에서의 단면 방향의 공간적 가간섭 거리에 대한 비를 1/2 이상으로 하지만, 바람직하게는 1/√2 이상, 또한, 바람직하게는 1 이상으로 한다. 즉, 빔 분할 수단에 의해 분할되는 분할빔의 폭은, 바람직하게는 공간적 가간섭 거리의 1/√2배 이상으로, 특히, 1배 이상으로 설정된다. In the present invention, the ratio to the spatial interference distance in the cross-sectional direction in the beam cross section of the divided beam width is 1/2 or more, preferably 1 / √2 or more, and preferably 1 or more. That is, the width of the split beam divided by the beam splitting means is preferably set to 1 / √2 times or more, in particular, 1 times or more of the spatial interference distance.

분할빔폭의 상한은 레이저빔을 분할하는 분할수에 의해 결정되지만, 분할된 빔의 수는 적어도 5이며, 바람직하게는 7 이상이다. 분할수가 클수록 조사 레이저 빔의 강도의 평탄화에 유효하지만, 분할수를 크게 하여 상기 분할빔폭이 공간적 가간섭 거리에 대한 비의 1/2 미만이 되는 것은 바람직하지 못하다. 실용적인 분할수는 5∼7이 이용되고, 분할빔폭을 공간적 가간섭 거리에 대하여 1배 이상으로 설정한다. The upper limit of the divided beam width is determined by the number of divisions for dividing the laser beam, but the number of divided beams is at least five, preferably seven or more. The larger the number of divisions, the more effective the planarization of the intensity of the irradiation laser beam. However, it is not preferable that the number of divisions is increased so that the division beam width is less than half of the ratio to the spatial interference distance. As practical dividing numbers, 5 to 7 are used, and the dividing beam width is set at one time or more with respect to the spatial interference distance.

레이저빔 분할 수단은 레이저원으로부터 레이저빔을 분할하고, 또한, 상기 분할빔폭을 규정하는 것이지만, 이와 같은 분할 수단은 도파로 또는, 원기둥 렌즈 어레이를 사용할 수 있다. 모두, 레이저빔을 광축에 대하여 수직인 면에서의 어느 한 방향으로만 분할하여 상기 분할수의 분할빔으로 한다. The laser beam dividing means divides the laser beam from the laser source and defines the split beam width, but such dividing means can use a waveguide or a cylindrical lens array. In all, the laser beam is divided only in one direction on the plane perpendicular to the optical axis to form a split beam of the divided number.

도파로는 서로 대향하는 반사면을 갖는 공중체와, 중실(中實)의 투광체를 이용할 수 있다. 공중의 도파로는 공간 중에 두 개의 경면을 일정 간격으로 대향하여 배치한 것을 이용할 수 있다. The waveguide can use an air body having reflective surfaces facing each other and a solid light transmitting body. An air waveguide may be used in which two mirror surfaces are arranged to face each other at regular intervals.

중실의 도파로는 투명판 형상으로 양쪽의 주면을 경면에, 양쪽의 단면을 입사 및 출사에 사용하는 투광체이다. 이와 같은 도파로는, 통상은 광학 유리판을 이용할 수 있다. The solid waveguide is a transparent plate, and is a light-transmitting body which uses both main surfaces on a mirror surface and both cross sections for entrance and exit. As such a waveguide, an optical glass plate can usually be used.

도파로에 있어서는, 레이저빔 분할 수단에는 레이저원으로부터의 방사 레이저빔을, 도파로 내의 반사면 사이에 입사시키기 위해 집광 렌즈를 포함한다. In the waveguide, the laser beam splitting means includes a condenser lens for injecting the radiation laser beam from the laser source between the reflection surfaces in the waveguide.

도파로의 출사면으로부터는, 도파로 내를, 반사면에서 반사하지 않고, 투과하는 분할빔과, 대향하는 반사면에서 반사하는 반사 회수마다 2조의 분할빔이 얻어진다. 입사빔이 반사면에서 반사하는 회수가 1회 증가할 때마다, 분할빔은 두 개씩 증가한다. From the exit surface of the waveguide, two sets of split beams are obtained for each split beam to be transmitted without reflecting the inside of the waveguide at the reflection surface and for the number of reflections reflected at the opposite reflection surface. Each time the incident beam reflects on the reflecting surface increases once, the split beam increases by two.

한편, 레이저빔 분할 수단으로서의 원기둥 렌즈 어레이는 주상이고 단면이 볼록 렌즈 형상인 복수의 원기둥 렌즈를 평행하게 하여 광축에 실질적으로 직교하는 한 방향으로 배열되어 있다. 각 미소 원기둥 렌즈마다 대응하는 분할빔을 얻을 수 있다. 원기둥 렌즈 어레이를 사용하는 레이저빔 분할 수단에는, 바람직하게는 원기둥 렌즈 어레이에 평행광을 입사시키는 시준기(collimator)를 포함시킨다. On the other hand, the cylindrical lens array as the laser beam dividing means is arranged in one direction substantially perpendicular to the optical axis with a plurality of cylindrical lenses having a columnar shape and a convex lens shape in parallel. A split beam corresponding to each micro cylindrical lens can be obtained. The laser beam splitting means using the cylindrical lens array preferably includes a collimator for injecting parallel light into the cylindrical lens array.

본 발명의 광학계의 별도의 형태는 광학계에 균일화 수단을 포함하고, 균일화 수단에는 광학적 지연 수단과, 선광 수단을 포함한다. Another aspect of the optical system of the present invention includes a homogenizing means in the optical system, and the homogenizing means includes an optical retardation means and a beneficiation means.

본 발명에 있어서는, 광학적 지연 수단은, 상기 레이저빔 분할 수단에 의해서 분할된 빔 중에서 서로 이웃하는 분할빔의 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 해당 레이저빔의 시간적 가간섭 거리보다도 길게 지연시키는 기능을 갖고, 이에 따라, 조사면 상에 있어, 서로 이웃하는 분할빔 사이의 간섭을 저감 내지 방지하는 것이다. In the present invention, the optical delay means has a function of delaying one of the divided beams adjacent to each other among the beams split by the laser beam splitting means with respect to the other longer than the temporal interference distance of the laser beam. Therefore, the interference between the divided beams adjacent to each other on the irradiation surface is reduced or prevented.

광학적 지연 수단은, 바람직하게는 빔의 지연용 투광체, 즉, 지연판을 이용하여, 상기 레이저빔 분할 수단에 의해 분할된 각 분할빔이 서로 공간적으로 분리된 광로에 삽입된다. 이 때, 각 분할빔을, 광원으로부터의 단일 레이저빔에 반대로 투영했을 때에 서로 이웃하는 분할빔 중 적어도 어느 하나에 지연판을 삽입하여, 서로 인접하는 분할빔의 사이에 광학적으로 광로차를 마련한다. The optical retardation means is preferably inserted into an optical path in which each divided beam divided by the laser beam dividing means is spatially separated from each other by using a retarding light-transmitter for the beam, that is, a retardation plate. At this time, when the respective split beams are projected to the single laser beam from the light source in reverse, a delay plate is inserted into at least one of the split beams adjacent to each other, and an optical path difference is optically provided between the split beams adjacent to each other. .

지연판은 분할된 이웃하는 빔의 광로차를 그 레이저빔의 시간적 가간섭 거리보다 크게 하고, 이에 따라, 분리된 복수의 분할빔을 조사면에 조사하여 중첩 시의 분할빔 사이의 간섭을 방지하는 것이다. 광로차는 지연판의 두께, 즉, 빔투과 길이와, 지연판의 굴절률과 공기의 굴절률의 차이에 의해 규정된다. The delay plate makes the optical path difference of the divided neighboring beams larger than the temporal interference distance of the laser beam, thereby irradiating the plurality of divided beams to the irradiation surface to prevent interference between the split beams at the time of overlapping. will be. The optical path difference is defined by the thickness of the retardation plate, that is, the beam transmission length, and the difference between the refractive index of the retardation plate and the refractive index of air.

지연판은 레이저원으로부터의 레이저빔을 기준으로 하여 해당 레이저빔으로부터 분리되어 이웃하는 분할빔의 배열에 하나 걸러 삽입되어 서로 광로차, 따라서 위상차를 생기게 한다. The retardation plates are separated from the laser beam on the basis of the laser beam from the laser source and inserted into every other array of neighboring split beams to cause optical path differences and thus phase differences with each other.

본 발명은 균일화 수단이 선광 수단을 더 포함하고, 선광 수단은, 레이저빔 분할 수단에 의해 분할된 이웃하는 분할빔 사이에서 편광 각도를 실질적으로 직교시키고, 조사면 상에서 중첩시켜 소요가 균일한 강도 분포의 프로파일의 조사빔을 형성한다. 이 실시예에서는, 분할된 빔의 사이의 편광 각도를 서로 직교하게 하는 것에 의해, 조사면 상에서 각 이웃하는 분할빔을 중첩시켰을 때에 발생하는 분할빔 사이의 간섭을 경감하여 조사 강도 분포를 균일화하는 것이다. According to the present invention, the uniforming means further comprises beneficiation means, and the beneficiation means is substantially orthogonal to the polarization angles between neighboring divided beams divided by the laser beam dividing means, and is superimposed on the irradiated surface so as to have a uniform intensity distribution. The irradiation beam of the profile of is formed. In this embodiment, the polarization angles between the divided beams are orthogonal to each other, thereby reducing the interference between the split beams generated when the neighboring split beams are superposed on the irradiation surface to uniform the irradiation intensity distribution. .

선광판은, 레이저원으로부터의 레이저빔을 기준으로 하여 해당 레이저빔으로부터 분리되어 이웃하는 분할빔의 배열에 하나 걸러서 삽입되어, 서로 편광면 사이에 대략 90°의 각도를 생기게 한다. The beneficiation plate is separated from the laser beam on the basis of the laser beam from the laser source and is inserted into every other array of neighboring split beams, thereby creating an angle of approximately 90 ° between the polarization planes.

선광 수단의 하나의 예는 수정 결정판이 사용되고, 이 결정판은 투과되는 빔의 편광면을 다른 쪽 분할빔의 편광면에 대하여 대략 90° 선광시킨다. 이와 같은 선광 수단은, 특히, 반파장판이라 불린다. 여기에, 실질적으로 직교하는 것은, 한 쪽 분할빔의 편광면이 다른 쪽 분할빔의 편광면과 직교할 때의 각도보다 ±30°의 편이(偏移)를 포함해도 무방하다. 이와 같이, 두 개 빔의 편광면이, 직교가 아니라, 사교하는 것에 의해서도 두 개의 빔 사이의 실질적인 간섭을 저감할 수 있다. As one example of the beneficiation means, a crystal crystal plate is used, and the crystal plate beneficiates approximately 90 ° with respect to the polarization plane of the other split beam. Such beneficiation means is called, in particular, a half-wave plate. Here, substantially orthogonal may include a deviation of ± 30 ° from the angle when the polarization plane of one split beam is orthogonal to the polarization plane of the other split beam. In this way, the substantially interference between the two beams can be reduced even when the polarization planes of the two beams are not orthogonal, but are intersected.

다른 선광 수단에는 프레넬 능면체(Fresnel rhomb)도 또한, 이용할 수 있다. Fresnel rhomb can also be used for other beneficiation means.

또한, 서로 이웃하는 분할빔 중 상기 한 쪽 분할빔에만 선광 수단을 개재시 키기 때문에, 이에 따라, 다른 쪽 분할빔에 대하여 광로차가 발생하고, 이 광로차는 조사면 상에 있어 이들 분할빔의 결상 위치의 어긋남을 생기게 한다. 그래서, 상기 다른 쪽 분할빔에 광로 길이 보상판을 삽입하고, 상기 선광 수단을 투입하지 않는 당해 다른 쪽 분할빔에, 당해 한 쪽 분할빔의 광로 길이와 실질적으로 동일한 광로 길이로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 조사면에서의 상기 한 쪽 및 다른 쪽 분할빔의 결상을 선명하게 할 수 있어, 합성한 조사빔 강도 분포의 균일화에 기여할 수 있다. Further, since the beneficiation means is provided only in one of the divided beams adjacent to each other, an optical path difference occurs with respect to the other divided beam, and the optical path difference is on the irradiation surface and the imaging positions of these split beams are formed. Causes misalignment. Therefore, it is preferable that an optical path length compensating plate is inserted into the other split beam and that the other split beam which does not apply the beneficiation means has an optical path length substantially the same as the optical path length of the split beam. Thereby, the image formation of the said one and the other split beam in an irradiation surface can be made clear, and it can contribute to the uniformization of the synthesized irradiation beam intensity distribution.

상기 균일화 수단, 즉, 지연판 및 선광판의 배치에 대해서, 중첩 조사 수단이 레이저빔 분할 수단으로부터의 분할빔을 조사면에 전사하는 전사 렌즈를 포함하고 있고, 전사 렌즈가 복수의 분할빔을 공간적으로 분리한 영역이 형성될 때는, 지연판 등의 균일화 수단은 이와 같은 분리 영역에 삽입된다. 지연판은, 예컨대, 레이저빔 분할 수단이 도파로인 경우에는 전사 렌즈에 의해 각 분할빔이 수속된 초점 위치에 배치된다. With respect to the arrangement of the uniforming means, that is, the retardation plate and the beneficiation plate, the overlapping irradiation means includes a transfer lens for transferring the split beam from the laser beam splitting means to the irradiation surface, and the transfer lens spatially transfers the plurality of split beams. When the area | region separated by this is formed, homogenization means, such as a delay plate, is inserted in such a separation area | region. For example, when the laser beam dividing means is a waveguide, the retardation plate is disposed at a focal position where each split beam is converged by a transfer lens.

또한, 균일화 수단의 간소화에 대해서, 도파로는 반사하지 않고 통과하는 분할빔을 생기게 하지 않는 구조 내지 배치가 바람직하다. 이 배치는, 후술과 같이, 단일의 지연판 또는 선광판을 일정한 그룹의 분할빔에만 삽입하는 것에 의해, 다른 쪽의 그룹의 분할빔에는 삽입하지 않고, 조사면 상에서의 간섭을 경감할 수 있다. 이것은 단일의 광학적 지연 수단의 배치를 간편하게 할 수 있는 이점이 있다. In addition, for the simplification of the homogenization means, a structure or arrangement in which the waveguide does not reflect and does not generate a split beam passing through is preferable. As described later, by inserting a single retardation plate or a beneficiation plate into only a divided group of divided beams, interference on the irradiation surface can be reduced without being inserted into the divided beams of the other group. This has the advantage of simplifying the arrangement of the single optical retardation means.

이 때문에, 바람직하게는, 입사 레이저빔 중 반사면에서 반사하지 않고 도파로를 통과한 분할빔에만 차폐체를 삽입하여 차폐할 수 있다. For this reason, preferably, a shield can be inserted and shielded only in the split beam which passed the waveguide without reflecting from the reflection surface among the incident laser beams.

별도의 형태는, 도파로로의 입사 레이저빔을 도파로 중심축에 대하여 비대칭으로 입사되는 구조를 채용할 수 있다. 이 때문에, 도파로에는, 도파로에 대한 입사 레이저빔의 광축이 상기 도파로의 반사면 사이의 중심축과 사교시키고, 이에 따라, 어떤 반사면에도 반사하지 않고 통과하는 분할빔을 생기게 하지 않을 수도 있다. In another embodiment, a structure in which the incident laser beam is incident asymmetrically with respect to the center axis of the waveguide can be adopted. For this reason, in the waveguide, the optical axis of the incident laser beam with respect to the waveguide intersects with the central axis between the reflection surfaces of the waveguide, thereby not producing a split beam passing through without reflecting on any reflection surface.

또한 별도의 형태는, 도파로에는 상술한 중실인 투광체를 이용하고, 그러나, 당해 도파로의 입사면이 도파로의 중심축과 사교시키는 구성으로 하여, 입사광이 사교한 입사면에서 굴절시킬 수도 있다. 입사빔은 적어도 한 번은 반사면에 반사시켜 분할빔을 구성할 수 있다. 이들 형태에서는, 반사하지 않고 통과한 분할빔을 차단하는 구성에 비하여, 모든 분할빔을 조사에 이용할 수 있는 이점이 있다. In another embodiment, the solid light transmitting body described above is used as the waveguide. However, the incident surface of the waveguide may be intersected with the central axis of the waveguide, and the incident light may be refracted at the incidence surface. The incident beam may be reflected at least once on the reflective surface to form a split beam. In these aspects, there is an advantage that all the split beams can be used for irradiation, as compared with the configuration of blocking the split beams that pass through without reflection.

균일화 수단의 다른 배치는, 레이저빔 분할 수단이 원기둥 렌즈 어레이인 경우에는, 각 원기둥 렌즈의 출사측 광로는 서로 분리할 수 있기 때문에, 지연판 또는 선광판은 빔광로 상에 배치할 수 있다. 이 경우, 몇개인가의 작은 지연판 또는 선광판이 원기둥 렌즈 어레이에 의해 분할된 열을 이루는 빔에 하나 걸러서 배치된다. Another arrangement of the equalization means is that when the laser beam dividing means is a cylindrical lens array, the light exiting side optical paths of the respective cylindrical lenses can be separated from each other, so that the retardation plate or the beneficiation plate can be arranged on the beam optical path. In this case, some small retardation plates or beneficiation plates are arranged every other beam in the beams divided by the cylindrical lens array.

이렇게 하여, 복수의 분할빔은 그 일부가 균일화 수단을 투과하고, 중첩 조사 수단이 분할빔을 조사면 상에서 중첩시켜 조사하며, 조사 레이저의 형상이 직사각형 형상 내지 직선 형상으로 되도록 투영되어, 조사된 빔의 그 길이 방향의 강도 분포가 균일하게 된다. In this way, the plurality of split beams are partially transmitted through the uniforming means, and the overlapping irradiation means is irradiated by superimposing the split beams on the irradiation surface, and the projected beam is projected so that the shape of the irradiation laser becomes rectangular or straight. The intensity distribution of the longitudinal direction of becomes uniform.

본 발명의 실시예는, 중첩 조사 수단이 각 분할 레이저빔을 조사면 상에서 서로 비키어 놓고 전사하여 조사빔을 형성하는 것을 더 포함한다. 중첩 조사 수단은 분할 수단에 의해 분리한 분할빔을 조사면 상에서 중첩시켜 조사하여, 조사면 상에서 직사각형 형상 내지 직선 형상의 형상으로 하지만, 이 실시예에서는, 몇개인가의 분할빔을 조사빔 형상의 길이 방향으로 비키어 놓은 것에 의해, 특히, 길이 방향의 양측에 발생하는 강도의 강약 분포가 해소된다. 이와 같은 중첩 조사 수단은, 바람직하게는 렌즈 수차를 갖는 원기둥 렌즈를 이용할 수 있다. Embodiments of the present invention further include that the overlapping irradiation means moves each split laser beam on the irradiation surface and transfers to form the irradiation beam. The superimposition irradiation means superimposes the split beam separated by the dividing means on the irradiation surface, and forms a rectangular or linear shape on the irradiation surface. However, in this embodiment, some of the divided beams have the length of the irradiation beam shape. By placing it in the direction, the intensity distribution of the intensity | strength which arises especially in the both sides of a longitudinal direction is eliminated. As such superposition irradiation means, the cylindrical lens which preferably has lens aberration can be used.

본 발명의 이들 실시예에 따른 레이저빔 균일화 조사 광학계는, 유리 기판 상에 화학적 기상 형성법 등에 의해 피착 형성한 비정질 또는 다결정질의 실리콘 피막을 가열 용융하여, 다결정화하거나 또는 보다 거칠고 큼직한 결정으로 성장시키기 위한 어닐링 장치에 이용하는 데 적합하다. 여기에, 어닐링이라는 단어는, 고체막에 레이저를 조사하여 직접 결정화 내지 재결정화시키는 것뿐만 아니라, 고체막을 레이저 조사로 일단 용융하고, 그 후의 용융막의 응고 과정에서 결정화시키는 것을 포함한다. The laser beam homogeneous irradiation optical system according to these embodiments of the present invention is intended to heat-melt an amorphous or polycrystalline silicon film deposited on a glass substrate by chemical vapor deposition or the like to polycrystallize or grow into a coarser and larger crystal. It is suitable for use in annealing apparatus. Here, the word annealing includes not only directly irradiating a laser to a solid film to crystallize or recrystallize, but also melt | dissolving a solid film once by laser irradiation, and crystallizing at the subsequent solidification process of a molten film.

본 발명에 있어서는, 레이저원에는 고체 레이저 및 반도체 레이저를 널리 포함하고, 레이저빔에는, 고체 레이저 및 반도체 레이저의 기본파 및 고조파를 포함한다. 특히, 조사면이 실리콘 반도체막, 특히, 실리콘 비정질막인 경우에는, Nd:YAG 레이저, Nd:YLF 레이저, Yb:YAG 레이저 등의 고체 레이저의 기본파 이외에, 특히, 제 2 고조파(2배파) 또는, 제 3 고조파(3배파)를 이용하여 조사하는 것이 바람직하다. 이들 고조파가 350∼800㎚의 파장 영역에 있을 때, 상기 비정질막은 적절히 빔을 흡수하여 효율적으로 가열 용융할 수 있다. In the present invention, the laser source includes a solid laser and a semiconductor laser widely, and the laser beam includes fundamental and harmonic waves of the solid laser and the semiconductor laser. In particular, when the irradiation surface is a silicon semiconductor film, especially a silicon amorphous film, in addition to the fundamental waves of solid state lasers such as Nd: YAG laser, Nd: YLF laser, and Yb: YAG laser, in particular, the second harmonic (double wave) Or it is preferable to irradiate using a 3rd harmonic (triple wave). When these harmonics are in the wavelength range of 350-800 nm, the amorphous film can absorb the beam suitably and heat-melt efficiently.

특히, 상기 어닐링용 광학계에서는, 실리콘 피막 표면 상에, 가는 광폭 형상으로 한 선 형상의 조사빔을 형성하여 빔선에 직교하는 방향으로 주사하는 것에 의해, 조사빔의 통과 시에 실리콘 피막 상을 그 빔폭으로 소인하여 균일하게 급속히 가열하도록 해서, 통과 후 냉각 시에 응고 과정에서 결정 성장시킬 수 있어, 빔이 간섭 모양이 적은 균일한 강도 분포이기 때문에, 각 결정이 광폭의 긴 형상과 균일하고 높은 결정성을 구비한 결정 실리콘막을 제조할 수 있다. In particular, in the optical system for annealing, the thin film width is formed on the silicon film surface and scanned in a direction orthogonal to the beam line by forming a thin wide beam shape so that the beam width of the silicon film is passed at the time of passage of the irradiation beam. The crystals can be uniformly and rapidly heated, and crystals can be grown during the solidification process during cooling after passing, so that the beams have a uniform intensity distribution with little interference shape. A crystalline silicon film having a film can be produced.

(실시예 1) (Example 1)

본 발명의 실시예에서, 도 1(a), 도 1(b)에는 레이저빔 균일 조사 광학계를 나타내지만, 이 광학계는 조사면 상에 y방향으로 균일한 분포로 넓어지고, x방향으로 선 형상으로 수속한 직선 형상의 조사 프로파일을 형성하는 예를 나타낸다. In the embodiment of the present invention, Figs. 1A and 1B show a laser beam uniform irradiation optical system, but the optical system is widened in a uniform distribution in the y direction on the irradiation surface and linear in the x direction. The example which forms the linear irradiation profile which converged by the following is shown.

광학계는 레이저빔 분할 수단(3)과, 중첩 조사 수단(6(61, 62))을 포함한다. 이 예는, 레이저빔 분할 수단(3)에는 도파로(4)를 이용하여 레이저빔(1)을 소망수의 분할빔(16a∼16e)으로 분할하고, 이들 분할빔을 중첩 조사 수단(6)에 의해 조사면(90) 상에 직선 형상 프로파일의 조사빔(19)으로서 결상하고 있다. The optical system includes a laser beam splitting means 3 and overlapping irradiation means 6 (61, 62). In this example, the laser beam splitting means 3 divides the laser beam 1 into a desired number of splitting beams 16a to 16e by using the waveguide 4, and splits the splitting beams into the overlapping irradiation means 6. As a result, an image is formed on the irradiation surface 90 as an irradiation beam 19 having a linear profile.

이 실시예에서는, 레이저빔 분할 수단(3)은 레이저 발진기로부터의 레이저빔(1)을 도파로(4) 내에 입사시키기 위한 광학계를 포함하고, 평행 빔으로 하기 위한 빔확대 렌즈(31)와 y방향 시준 렌즈(collimate lens)(32)와 x방향 시준 렌즈(33)를 포함하며, 이어서 y방향으로 집광하여 도파로(4) 내에 입사시키는 원기둥 렌즈의 집광 렌즈(34)를 포함한다. In this embodiment, the laser beam splitting means 3 comprises an optical system for injecting the laser beam 1 from the laser oscillator into the waveguide 4, and the beam expanding lens 31 and the y-direction for making parallel beams. A collimating lens 32 and an x-direction collimating lens 33, and then a condensing lens 34 of a cylindrical lens that focuses in the y direction and is incident on the waveguide 4.

도파로(4)는 서로 대향하는 평행한 주 표면이 반사면(41, 42)을 갖고, 반사면(41, 42)은 이 도면에서는 y방향에 수직이다. 양 반사면의 사이를 레이저빔(1)이 관통하는 입사 단면(43)과 출사 단면(44)은 레이저빔의 광축과 직교하고 있다. 입사한 레이저빔(1)은 반사면 사이를 통과하여 출사단으로부터 방사하는 성분의 분할빔, 반사면(41, 42) 중 어느 하나에서 1회 반사(m=1)한 성분의 두 개의 분할빔(m=+1, m=-1)과, 양쪽의 반사면에서 2회 반사(m=2)한 성분의 두 개의 분할빔(m=+2, m=-2), 또한, 3회 내지 그 이상의 회수로 반사한 각각 한 쌍의 분할빔이 출사단으로부터 방사되는 각 성분으로 분할된다. The waveguide 4 has parallel major surfaces facing each other with reflecting surfaces 41 and 42, and the reflecting surfaces 41 and 42 are perpendicular to the y direction in this figure. The incident end surface 43 and the exit end surface 44 through which the laser beam 1 penetrates between the two reflective surfaces are orthogonal to the optical axis of the laser beam. The incident laser beam 1 has two split beams of a component that passes through the reflective surfaces and radiates from the exit end, and a component that has once been reflected (m = 1) in any one of the reflective surfaces 41 and 42. (m = + 1, m = -1) and two split beams (m = + 2, m = -2) of the components reflected twice on both reflection surfaces (m = 2), and three times to Each pair of split beams reflected at more times is divided into respective components radiated from the exit stage.

도파로(4)로부터의 분할빔은 중첩 조사 수단(6)에 의해 조사면(90) 상에 중첩되어 투영된다. 중첩 조사 수단(6)은, 분할빔을 조사면 상에 y방향으로 전사하는 y방향의 전사 렌즈(61)(원기둥 렌즈)와, x방향으로 집광하는 집광 렌즈(62)(원기둥 렌즈)로 구성되어 있다. y방향 전사 렌즈(61)는 x방향 집광 렌즈(62)를 통해서, 조사면(90) 상에 y방향으로 규정의 길이로 연장되고, x방향 집광 렌즈(62)가 x방향으로 선 형상으로 수속되며, 이에 따라, 조사면 상에는 직선 형상 프로파일의 조사빔(19)이 얻어진다. The split beam from the waveguide 4 is projected by being superimposed on the irradiation surface 90 by the overlapping irradiation means 6. The superimposition irradiation means 6 consists of the transfer lens 61 (cylindrical lens) of the y direction which transfers a split beam to the y direction on the irradiation surface, and the condensing lens 62 (cylindrical lens) which condenses in the x direction. It is. The y-direction transfer lens 61 extends to the predetermined length in the y-direction on the irradiation surface 90 through the x-direction condenser lens 62, and the x-direction condenser lens 62 converges linearly in the x-direction. Thus, the irradiation beam 19 of the linear profile is obtained on the irradiation surface.

또한 자세하게는, 도 2는 레이저빔 분할 수단의 도파로를 이용하여 레이저 발진기(도시하지 않음)로부터 방사된 레이저빔을 분할하는 형태를 나타내고 있지만, 레이저 발진기로부터의 레이저빔은 원기둥 렌즈의 집광 렌즈(34)에 의해 초점 F₀을 지나서 도파로(4) 내에 입사된다. 도파로 내에서는, 입사빔의 일부가 반사면 에서의 반사없이 투과하는 분할빔(반사 회수 m=0)이 있고, 이어서, 서로 대향하는 반사면(41) 또는 반사면(42)에서 1회만 반사한 분할빔이 y방향으로 두 종류 있으며(m=±1), 또한, 반사면(41, 42)으로 2회 반사한 분할빔이 마찬가지로 y방향으로 두 종류 있으며(m=±2), 각각의 분할빔은 출사면(44)으로부터 방사된다. 광축에 대하여 수직이고 초점 F₀을 포함하는 면에는 출사면(44)으로부터 방사되는 각 분할빔의 허상 초점 F₊₁, F_-1, F₊₂, F_-2가 있고, 각 분할빔은 이들 허상 초점 F₊₁…로부터 출사면(44)의 개구를 지나서 방사되는 것처럼 보인다. Also, in detail, FIG. 2 shows a form of dividing a laser beam emitted from a laser oscillator (not shown) by using a waveguide of the laser beam splitting means, but the laser beam from the laser oscillator is a condenser lens 34 of a cylindrical lens. ) Is incident into the waveguide 4 beyond the focal point F ₀ . In the waveguide, there is a split beam (a reflection number of m = 0) through which a part of the incident beam passes without reflection on the reflection surface, and then only one reflection on the reflection surface 41 or the reflection surface 42 which is opposite to each other. There are two types of split beams in the y direction (m = ± 1), and two types of split beams reflected twice on the reflecting surfaces 41 and 42 are similarly in the y direction (m = ± 2). The beam is emitted from the exit face 44. On the plane perpendicular to the optical axis and containing the focal point F ₀ are the virtual focal points F ₊₁ , F _-1 , F ₊₂ , F _-2 of each split beam emitted from the exit plane 44, each split beam having these Virtual image focus F ₊₁ ... It appears to be radiated past the opening of exit surface 44 from the surface.

도 2에서 도파로가 없다고 가정했을 때의 집광 렌즈(34)에 의해 초점을 거쳐서 넓어지는 레이저빔을, 출사면(44)이 위치한 면에 투영한 빔의 프로파일이 원(14)이라고 하면, 이 투영한 레이저빔(14)은 다수의 분할빔의 각각에 대응한 구분의 성분으로 분해할 수 있다. 레이저빔(1)의 단면에서의 각 성분을 단면 상에서 y방향으로, m=-2, -1, 0, +1, +2인 순서대로 분할하면, 도파로(4)의 출사면(44)으로부터 방사하는 성분, 즉, 분할빔은 y방향으로 반사 회수 m=+2, -1, 0, +1, -2인 성분순의 배열이 되는 것에 주의가 필요하다. If the profile of the beam projected by the condensing lens 34 at the assumption that there is no waveguide in FIG. 2 through the focus to the plane on which the exit surface 44 is located is a circle 14, this projection One laser beam 14 can be decomposed into components of a division corresponding to each of the plurality of split beams. When each component in the cross section of the laser beam 1 is divided in the y direction on the cross section in the order of m = -2, -1, 0, +1, +2, from the exit surface 44 of the waveguide 4 It is to be noted that the radiating components, i.e., the split beams, are arranged in a component order in which the number of reflections m = +2, -1, 0, +1, -2 in the y direction.

도 2에서는, 도파로(4)의 출사면(44)으로부터 방사되는 m=0, +1, +2인 성분의 분할빔의 배치만을 나타내고 있고, m=+1과 m=+2인 분할빔은 반사면의 중간면에 대하여 서로 반대 방향으로 방사된다. 한편, m=-1, -2인 분할빔은 m=+1, +2인 반사면의 중심면에 대하여 대칭 방향에 있지만, 도면 중에는 생략하고 있다. In Fig. 2, only the arrangement of the split beams of the components m = 0, +1, and +2 radiated from the exit surface 44 of the waveguide 4 is shown, and the split beams with m = + 1 and m = + 2 It is radiated in opposite directions with respect to the intermediate surface of the reflective surface. On the other hand, the split beams with m = -1 and -2 are in the symmetric direction with respect to the center plane of the reflecting surfaces with m = +1 and +2, but are omitted in the drawing.

도 3(a)는 레이저빔을 초점 F₀으로부터, 도파로(4)로 반사시키지 않고, 도파 로(4)의 출사면(44)이 대응하는 평면 상에 투영한 레이저빔(14)에서의 분할빔의 분할폭을 도식화한 것이다. 이것은 가우스 분포에 따르는 원형 프로파일의 레이저빔(14)을 도파로에 의해 7분할한 예이다. FIG. 3 (a) shows the division in the laser beam 14 projected onto the corresponding plane by the exit surface 44 of the waveguide 4 without reflecting the laser beam from the focal point F ₀ to the waveguide 4. The division width of the beam is plotted. This is an example of dividing the laser beam 14 of circular profile according to the Gaussian distribution by the waveguide.

도파로(4)에서는, 도파로(4)의 출사면(44)에서는 서로 인접하는 분할빔이 반환되어 중첩된다. 그래서, 레이저빔(1)의 분할에 의한 서로 인접하는 성분은, 그 경계 부위가 도 3(b)에서 도파로의 출사면에서 분할빔의 반환부에서 일치한다. 예컨대, 도 3(a)에서, m=+1인 성분의 경계부 Ⅲ와 이것에 접하는 m=0의 경계부 ⅲ는, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 도파로의 출사면(44)에서는 반환되어 중첩된다. In the waveguide 4, the split beams adjacent to each other are returned and overlapped at the exit surface 44 of the waveguide 4. Therefore, the components adjacent to each other by the division of the laser beam 1 coincide in the return portion of the split beam at the exit surface of the waveguide in Fig. 3 (b). For example, in Fig. 3 (a), the boundary III of the component III with m = + 1 and the boundary 의 of m = 0 in contact with it are returned at the exit surface 44 of the waveguide, as shown in Fig. 3 (b). And overlap.

이와 같은 반환된 분할빔을, y방향 전사 렌즈(61)와 x방향 집광 렌즈(62) 등을 거쳐서 조사면(90) 상에 중첩시켜 투영하면, 조사면 상에서 조사빔에 간섭을 발생시켜, 강도에 물결 모양 분포가 형성된다. When the returned split beam is projected by being superimposed on the irradiation surface 90 via the y-direction transfer lens 61, the x-direction condenser lens 62, and the like, interference is generated on the irradiation beam on the irradiation surface, and the intensity is increased. A wavy distribution is formed at.

도 4는 도파로로부터의 분할빔의 두 개의 성분만, 예컨대, 반사 회수 m=+1과 m=0의 두 개의 성분을, y방향 전사 렌즈(61)와 x방향 집광 렌즈(62) 등을 거쳐서, 조사면(90) 상에 중첩시켜 조사했을 때의 조사면(90) 상에서 조사빔(19)의 강도 분포도의 예를 나타내는데, 본래의 레이저빔 상에서 서로 인접하는 분할빔 경계부 ⅲ과 Ⅲ에서는 크게 간섭하여 합쳐지고, 마찬가지로 본래의 레이저빔 상에서 서로 떨어진 분할빔 경계부 IV와 ⅱ에서는 간섭에 의한 강도 분포의 변동이 작은 것을 나타내고 있다. 이 도 4에서, 횡축에는 분할폭 d를 취하고, 종축에 상대적 빔 강도를 취하고 있다. 단지, 도 4는 레이저빔의 강도 분포를 가우스 분포에 근사시키고, 분할폭 d가 공간적 가간섭 거리 s와 같은 경우이다. 4 shows only two components of the split beam from the waveguide, for example, two components of the number of reflection m = + 1 and m = 0, through the y-direction transfer lens 61 and the x-direction condenser lens 62, and the like. Shows an example of the intensity distribution of the irradiation beam 19 on the irradiation surface 90 when it is irradiated by superimposing on the irradiation surface 90. However, the split beam boundary ⅲ and III adjacent to each other on the original laser beam greatly interfere with each other. The split beam boundary portions IV and ii, which are separated from each other on the original laser beam, are similarly shown to have a small variation in the intensity distribution due to interference. In FIG. 4, the division axis | shaft d is taken to the horizontal axis, and the relative beam intensity is taken to the vertical axis | shaft. 4 only approximates the intensity distribution of the laser beam to the Gaussian distribution, and the division width d is equal to the spatial interference distance s.

조사면 상의 중첩에 의한 간섭의 정도는 분할폭 d와 그 위치에서의 레이저빔 공간적 가간섭 거리 s의 비에 의존한다. 여기에, 공간적 가간섭 거리 s는, 레이저빔의 빔 단면에서의 강도 분포가 가우스 분포를 보존한다고 했을 때, 도 5에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 빔 직경 D를 강도가 광축 강도의 1/e²(여기에 e는 자연대수의 밑)가 될 때의 원(1/e²원)의 직경 D라고 규정하고, 단일의 레이저빔을 두 개로 분기하여 조사면 상에서 광축을 공통으로 하여 간섭시킨 상태에서, 광축을 서로 비키어 놓아 오버랩한 조사 영역에 간섭 줄무늬의 가시성이 1/e로 저감했을 때 쌍방의 1/e²원의 중심간 거리라고 정의된다. 여기에, 가시성이란, 간섭한 강도 분포의 최고 강도와 최저 강도의 차를 최고 강도와 최저 강도의 합으로 뺀 값이며, 간섭의 정도를 나타내는 척도이다. The degree of interference due to superposition on the irradiation surface depends on the ratio of the dividing width d and the laser beam spatial interference distance s at that position. Here, when the spatial interference distance s is assumed that the intensity distribution in the beam cross section of the laser beam preserves the Gaussian distribution, as shown schematically in FIG. 5, the beam diameter D is equal to 1 / time of the optical axis intensity. It is defined as the diameter D of the circle (1 / e ² circle) when e ² (here e is the base of the natural logarithm), and a single laser beam is split into two to make the optical axis common on the irradiation surface and interfere with it. In this state, the distance between the centers of both 1 / e ² circles is defined when the visibility of the interference fringes is reduced to 1 / e in the overlapped irradiation area where the optical axes are deviated from each other. Here, the visibility is a value obtained by subtracting the difference between the highest intensity and the lowest intensity of the interference intensity distribution by the sum of the highest intensity and the lowest intensity, and is a measure indicating the degree of interference.

레이저빔의 분할폭 d를, d=s/2로 했을 때, 서로 이웃하는 분할빔이 서로 근접하는 영역의 조사빔의 중첩부에서는 가시성은 1에 가깝고, 분리된 영역의 조사빔의 중첩부에서는 가시성은 1/e로 된다. 그 중간 영역에서는 1로부터 1/e로 점감한다. 바람직한 실시예에서는, 분할폭 d는 d=s/2 이상이며, 이 경우의 분리된 영역의 조사빔의 중첩부에서는 가시성은 1/e 이하로 저감한다. When the dividing width d of the laser beam is d = s / 2, the visibility is close to 1 at the overlapping portion of the irradiation beam in a region where neighboring split beams are adjacent to each other, and at the overlapping portion of the irradiation beam in the separated region, Visibility is 1 / e. In the intermediate region, it decreases from 1 to 1 / e. In a preferred embodiment, the division width d is equal to or larger than d = s / 2, and the visibility is reduced to 1 / e or less at the overlapping portion of the irradiation beam in the separated region in this case.

또한, 레이저빔의 분할폭 d는, d=s/√2 이상으로 했을 때는 분리된 영역의 조사빔의 중첩부에서 가시성은 1/e²로 저감한다. In addition, when the division width d of the laser beam is d = s / √2 or more, the visibility is reduced to 1 / e ² at the overlapping portion of the irradiation beam in the separated region.

가장 바람직한 실시예에서는, 분리된 영역의 조사빔의 중첩부에서 가시성은 1/e⁴ 이하로 저감한다. In the most preferred embodiment, the visibility at the overlap of the irradiation beams in the separated areas is reduced to 1 / e ⁴ or less.

분할폭 d를 d=s에서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 도파로(4)에 의해 레이저빔을 7분할하여 조사면 상에 중첩 시의 강도 분포를 도 6에 나타내는데, 상당히 개선된 강도 분포를 나타낸다. 이 도면에서, 발생하는 간섭 줄무늬의 주기 T는 T=λ/sinΔθ으로 결정된다. 여기서 λ는 파장이며, Δθ는 간섭을 발생시키는 두 개의 분할빔 조사면(19) 상에서의 입사각의 차다. As shown in Fig. 2, the dividing width d is shown in Fig. 2, and the intensity distribution when the laser beam is divided by the waveguide 4 and superimposed on the irradiation surface is shown in Fig. 6, which shows a considerably improved intensity distribution. Indicates. In this figure, the period T of the generated interference fringes is determined as T = λ / sinΔθ. Where λ is the wavelength and Δθ is the difference between the angles of incidence on the two split beam irradiation surfaces 19 generating interference.

(실시예 2) (Example 2)

이 실경체는 다른 빔 분할 수단으로서 원기둥 렌즈 어레이를 이용하는 것이지만, 이 예는, 도 8(a), 8(b)에 도시하는 바와 같이, 레이저빔 균일 조사 광학계는 레이저 발진기로부터의 레이저빔(1)을 원기둥 렌즈 어레이(5)에 입사시키기 위한 광학계를 포함하고, 평행 빔으로 하기 위한 빔확대 렌즈(31)와 y방향 시준 렌즈(32)와 x방향 시준 렌즈(33)를 포함하며, 시준 렌즈(33)로부터의 평행 빔을 원기둥 렌즈 어레이(5)에 입사시킨다. This real mirror uses a cylindrical lens array as another beam dividing means. However, in this example, as shown in Figs. 8 (a) and 8 (b), the laser beam uniform irradiation optical system includes a laser beam 1 from a laser oscillator. ) Includes an optical system for injecting the light into the cylindrical lens array 5, and includes a beam expanding lens 31, a y-direction collimating lens 32, and an x-direction collimating lens 33 to form a parallel beam. The parallel beam from 33 is incident on the cylindrical lens array 5.

원기둥 렌즈 어레이(5)에서, 원기둥 렌즈는, 도면 중 x방향으로 주상으로 하여 광축을 향해서 단면 볼록 렌즈를 y방향으로 겹쳐쌓인 렌즈를 가리키는데, 도면의 예는 5단의 이와 같은 미소 원기둥 렌즈(5a∼5e)로 구성되고, 이에 따라, 5개 분할빔이 형성된다. In the cylindrical lens array 5, the cylindrical lens refers to a lens in which the cross-sectional convex lens is stacked in the y direction toward the optical axis with the columnar shape in the x direction in the drawing. 5a to 5e), whereby five split beams are formed.

분할용 원기둥 렌즈(5)로부터의 y방향으로의 분할빔(15a∼15e)은 그 전방에 배치하여 별개의 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)에 입사되고, 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)로부터의 분할빔은 x방향으로 집광하는 집광 렌즈(62)(원기둥 렌즈)에 의해 조사면(90) 상에 투사되고, y방향으로 균일하고 x방향으로는 가늘게 수속한 선 형상 프로파일을 갖는 조사빔(19)에 성형하는 것이다. 또한 필드 렌즈(63)가 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)와 집광 렌즈(62) 사이에 배치되어 있다. The split beams 15a to 15e in the y-direction from the dividing cylindrical lens 5 are disposed in front of the dividing cylindrical lens 5 and are incident on a separate transfer cylindrical lens array 51, and from the transfer cylindrical lens array 51. The split beam is projected onto the irradiation surface 90 by a condenser lens 62 (cylindrical lens) condensing in the x direction, and has a radiation beam 19 having a linear profile uniform in the y direction and narrowly converging in the x direction. Molding). In addition, a field lens 63 is disposed between the transfer cylindrical lens array 51 and the condenser lens 62.

도 9(a), 9(b)는 원기둥 렌즈 어레이(5)에서의 레이저빔의 분할 형태를 나타내는 것이지만, 각 미소 원기둥 렌즈로 분할된 빔은 앞의 도파로에 의한 분할과 달리, 조사면에서의 중첩 시에 반환이 없이 단지 중첩되는 것뿐이며, 따라서, 두 개의 인접하는 분할빔을 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)와 x방향 집광 렌즈(62)를 거쳐서 조사면 상에 중첩시켜도, 합성 후의 강도 분포는 y방향에서의 간섭에 차이가 없다. 9 (a) and 9 (b) show the dividing form of the laser beam in the cylindrical lens array 5, the beam divided by each microcylindrical lens differs from the previous waveguide in the irradiation surface. It is only superimposed without return at the time of superposition, Therefore, even if two adjacent split beams are superimposed on the irradiation surface via the transfer cylindrical lens array 51 and the x-direction condenser lens 62, the intensity distribution after synthesis Is no difference in the interference in the y direction.

도 10은 분할폭 d를 상술한 공간적 가간섭 거리 s와 같다고 했을 때 서로 인접하는 두 개의 분할빔의 조사면 상에서의 중첩에 의한 강도 분포가 y방향에서 일정하고, 그 가시성이 1/e로 일정한 것을 나타내고 있다. Fig. 10 shows that when the division width d is equal to the above-described spatial interference distance s, the intensity distribution due to overlap on the irradiation surface of two adjacent split beams is constant in the y direction, and its visibility is constant at 1 / e. It is shown.

도 11은 상기 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)에 의해 7분할한 분할빔에 대해서, 분할폭 d를 d=s로 하여 조사면 상에서 중첩됐을 때의 강도 분포를 나타내는데, y방향에서 상당히 좋은 분포를 나타낸다. Fig. 11 shows the intensity distribution when the split beam divided into seven by the dividing cylindrical lens array 5 is superimposed on the irradiation surface with the dividing width d as d = s. Indicates.

(실시예 3) (Example 3)

본 발명의 실시예에 따른 광학계는, 상기 균일화 수단이 상기 도파로에 의해 형성된 분할빔 중 서로 인접하는 인접 분할빔 중 어느 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 시간적 가간섭 거리보다도 길게 지연시키는 광학적 지연 수단을 포함하고 있다. 광학적 지연 수단은, 레이저빔의 서로 인접하는 영역에서의 분할빔이 서로 간섭하는 것을, 양자간에 시간적 가간섭 거리 이상의 광로차를 마련하여 간섭을 방지하는 것이다. The optical system according to an embodiment of the present invention includes optical delay means for which the uniforming means delays any one of the adjacent divided beams formed by the waveguide adjacent to each other longer than the temporal interference distance with respect to the other. have. The optical delay means prevents the interference by providing the optical path difference over the temporal interference distance between the split beams in the mutually adjacent areas of the laser beam.

이 실시예는 광학적 지연 수단으로서 투광성 지연판(7)을 이용한 광학계를 나타낸다. 광학계는 도 12(a), 도 12(b)에 도시하는 바와 같이, 도파로(4)를 이용한 레이저빔 분할 수단(3)과, 중첩 조사 수단(6)으로서 직교하는 두 개의 원기둥 렌즈(61, 62)와, 광학 지연 수단으로서 지연판(7)을 사용하고 있다. 이 예는, 도파로(4)는 실시예 1의 도파로와 마찬가지로 하고, 레이저빔(1)을 소망수의 분할빔(16a∼16e)으로 분할하며, 이들 분할빔을 중첩 조사 수단(6)에 의해 조사면(90) 상에 직선 형상 프로파일의 조사빔(19)으로서 결상하고 있다. This embodiment shows an optical system using the translucent retardation plate 7 as the optical retardation means. As shown in FIGS. 12A and 12B, the optical system includes a laser beam splitting means 3 using a waveguide 4 and two cylindrical lenses 61 orthogonal to each other as an overlapping irradiation means 6. 62, and the retardation plate 7 is used as the optical retardation means. In this example, the waveguide 4 is similar to the waveguide of the first embodiment, and the laser beam 1 is divided into a desired number of split beams 16a to 16e, and the split beams are divided by the overlapping irradiation means 6. It forms on the irradiation surface 90 as the irradiation beam 19 of a linear profile.

도 12(b)에서, 복수의 분할빔이 서로 분리된 위치에서 서로 간섭을 발생시키기 쉬운 분할빔 중 어느 하나에 광학적 지연 수단으로서 투광성 지연판(7), 즉, 광학 유리판(2)을 삽입하여 이웃하는 분할빔의 사이에 광로차를 형성하고 있다. 이 예는, 도파로(4)에 의해 분할한 빔을 y방향 전사 렌즈(61)에 의해 전사하여, x방향 집광 렌즈(62)에 의해 조사면 상에 조사빔(19)을 형성하지만, y방향 전사 렌즈(61)와 x방향 집광 렌즈(62) 사이에 y방향 전사 렌즈(61)에 의해 각 빔에 초점 f를 형성하고, 지연판(7)으로서의 유리판은 이웃하는 빔 중 어느 하나에 초점 위치 f 또는 그 전후에 삽입하여 광로차를 마련한다. 도면의 예는, 5개의 분할빔에 하나 걸 러서 지연판(7)으로서의 유리판을 삽입하고 있어, 서로 이웃하는 지연판(7, 7) 사이의 공간에는 다른 분할빔이 통과한다. 이와 같은 배열의 지연판(7)에 의해, 조사면 상에 중첩된 조사빔에는 서로 인접하는 분할빔 사이의 간섭이 발생하지 않기 때문에, 실질적으로 강도 분포가 균일한 프로파일로 할 수 있다. In FIG. 12 (b), a translucent retardation plate 7, i.e., an optical glass plate 2, is inserted as an optical retardation means in any one of the split beams in which a plurality of split beams are likely to cause interference with each other at positions separated from each other. An optical path difference is formed between neighboring split beams. In this example, the beam divided by the waveguide 4 is transferred by the y-direction transfer lens 61, and the irradiation beam 19 is formed on the irradiation surface by the x-direction focusing lens 62, but the y-direction A focal point f is formed in each beam by the y-direction transfer lens 61 between the transfer lens 61 and the x-direction condenser lens 62, and the glass plate as the retardation plate 7 is in the focal position at any one of the neighboring beams. It inserts before or after f or an optical path difference. In the example of the figure, the glass plate as the retardation plate 7 is inserted into every five divided beams, and another divided beam passes through the space between adjacent retardation plates 7 and 7. By the delay plates 7 in this arrangement, since the interference between the divided beams adjacent to each other does not occur in the irradiation beams superimposed on the irradiation surface, the profile can be made substantially uniform in intensity distribution.

유리판에 의한 광로차 Δa는 유리판의 두께 a와, 유리의 굴절률 n₁, 공기의 굴절률 n₀(단, 통상 n₀=1)으로부터, The optical path difference Δa by the glass plate is determined from the thickness a of the glass plate, the refractive index n _{1 of the} glass, and the refractive index n _{0 of the} air (typically n ₀ = 1),

Δa=a(n₁-n₀)/n₁ Δa = a (n ₁ -n ₀ ) / n ₁

에 의해 인가된다. Is applied by.

유리판에 의한 광로차 Δa는 시간적 가간섭 거리 ΔL 이상으로 설정한다. 즉, Optical path difference (DELTA) a by a glass plate is set to the temporal interference distance (DELTA) L or more. In other words,

Δa≥ΔL Δa≥ΔL

이다. 한편, 레이저빔의 시간적 가간섭 거리 ΔL은, to be. On the other hand, the temporal interference distance ΔL of the laser beam,

ΔL=cΔt≒λ²/ΔλΔL = cΔt ≒ λ ² / Δλ

에 의해 인가된다. 여기에, c는 광속, Δt는 가간섭 시간, Δλ은 레이저광이 갖고 있는 파장폭(스펙트럼폭)이며, 레이저의 파장폭이 좁을수록 가간섭 거리가 길어진다. Is applied by. Here, c is the light flux, Δt is the interference time, Δλ is the wavelength width (spectrum width) of the laser light, and the narrower the wavelength width of the laser, the longer the interference distance.

예시하면, Nd:YAG 레이저에서는 중심 파장의 λ=1.06㎛인 빔에 대하여 스펙트럼폭 Δλ=0.12∼0.30㎜이기 때문에, 시간적 가간섭 거리 ΔL은 ΔL=3.8∼9.4㎜로 된다. For example, in the Nd: YAG laser, since the spectral width Δλ = 0.12 to 0.30 mm for a beam having a λ = 1.06 μm of the center wavelength, the temporal interference distance ΔL is ΔL = 3.8 to 9.4 mm.

도 7에는, 레이저빔의 서로 인접하는 영역에서 분할된 두 개의 분할빔의 조사면에서의 가시성과, 분할빔의 사이에 마련한 광로차의 거리(즉, 광로차 Δa)의 관계를 나타내고 있는데, 광로차가 시간적 가간섭 거리 ΔL일 때에는 가시성은 1/e로 저감하고, 분할빔의 사이에서의 광로차를 더 크게 하는 것에 의해 가시성은 더 적어진다. Fig. 7 shows the relationship between the visibility of the two split beams divided in the adjacent areas of the laser beam and the distance of the optical path difference (that is, optical path difference Δa) provided between the divided beams. When the difference is the temporal coherence distance ΔL, the visibility is reduced to 1 / e, and the visibility is less by increasing the optical path difference between the split beams.

이들의 관계로부터, 서로 인접하는 분할빔 사이에 시간적 가간섭 거리 ΔL 이상의 광로차를 부여하는 유리 두께 a가 구해진다. 지연판의 두께는, 바람직하게는 지연판에 의해 시간적 가간섭 거리 ΔL의 2배 이상, 또한 바람직하게는 4배 이상의 광로차를 마련하도록 설정된다. 예컨대, 광원이 상기 Nd:YAG 레이저이고, 광학적 지연 수단의 지연판(7)에 석영(굴절률 n₁=1.46)을 이용했을 때, 시간적 가간섭 거리 ΔL이 3.8∼9.4㎜인 데 비하여, 석영 유리 두께 a는 12∼30㎜가 된다. From these relations, the glass thickness a giving an optical path difference of at least a temporal interference distance ΔL between the adjacent divided beams is obtained. The thickness of the retardation plate is preferably set by the retardation plate to provide an optical path difference of at least two times, and preferably at least four times, the temporal interference distance ΔL. For example, when the light source is the Nd: YAG laser and quartz (refractive index n ₁ = 1.46) is used for the retardation plate 7 of the optical retardation means, the quartz glass has a temporal interference distance ΔL of 3.8 to 9.4 mm. The thickness a becomes 12-30 mm.

도 13은 이 실시예 3의 변형예로서, x방향으로부터 본 광학계의 배치를 나타내는데, 광학적 지연 수단(7)의 배치의 상이(相異)를 제외하고는, 기본적으로, 도 12(a), 도 13(b)의 광학계와 동일한 레이저빔 균일 조사 광학계이지만, 이 예는, 상기의 도파로의 반사면의 사이를 반사하지 않고 통과한 분할빔을 차단하도록 되어 있다. FIG. 13 is a modification of the third embodiment, which shows the arrangement of the optical system seen from the x-direction, except that the arrangement of the optical retardation means 7 is basically different from that in FIG. 12 (a), Although it is the same laser beam uniform irradiation optical system as the optical system of FIG. 13 (b), in this example, the split beam which passed without reflecting between the reflection surfaces of said waveguide is cut off.

즉, 상기 도 2, 도 3(a), 3(b)에 나타내는 것 같은 도파로(4)로부터의 반사 회수 m=0인 경우의 직진 빔을, y방향 전사 렌즈 뒤의 초점 위치 f에 배치한 차폐체(79)에 의해 차단하는 것이다. m=0인 직진 빔은 차폐체(79)에 저지되고, 조 사면에는 도달하지 않기 때문에, 이것이 간섭에 기여하는 경우는 없다. 따라서, 광학적 지연 수단(7)으로서는, 직진 빔(m=0)에 대하여 대칭인 배치의 분할빔의 그룹(m=+1, -2) 또는 (m=-1, +2) 중 어느 하나에만 삽입하여 통과시키고, 다른 쪽의 그룹은 광학적 지연 수단(7)을 배치하지 않기 때문에, 이에 따라, 조사면 상의 분할빔 상호간의 간섭을 경감하고, 또한 광학적 지연 수단(7)은 한 쪽 분할빔 그룹(m=+1, -2)을 일괄해서 투과시키는 단일의 지연판(71), 예컨대, 한 장의 유리판 또는 유리 막대를 이용할 수 있어 광학 시스템을 간소화할 수 있는 이점이 있다. That is, a straight beam in the case where the number of reflections m from the waveguide 4 as shown in Figs. 2, 3A and 3B is m = 0 is disposed at the focal position f behind the y-direction transfer lens. It is interrupted by the shield 79. Since the straight beam with m = 0 is blocked by the shield 79 and does not reach the slope, this does not contribute to interference. Therefore, as the optical retardation means 7, only one of the groups (m = + 1, -2) or (m = -1, +2) of the split beams in a symmetrical arrangement with respect to the straight beam (m = 0) Since the other group does not arrange the optical retardation means 7, the interference between the split beams on the irradiated surface is reduced accordingly, and the optical retardation means 7 is provided by one split beam group. A single retardation plate 71 for transmitting (m = + 1, -2) collectively, for example, one glass plate or glass rod can be used, which has the advantage of simplifying the optical system.

별도의 변형예의 광학계는, 도파로(4)와 광학적 지연 수단(7)을 포함하고, 단, 도파로(4) 내를 반사하지 않고 직진하는 분할빔을 포함하지 않도록 모든 분할빔이 적어도 1회는 반사하고, 또한, 두 개 이상의 반사 분할빔이, 동일 회수 반사하는 것을 방지하도록 한 도파로에 의한 레이저빔 분할 수단을 제공하는 것이다. 이와 같은 레이저빔 분할 수단은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 레이저빔 분할 수단의 입사 광학계의 광축을 도파로의 중심축에 대하여 소정의 각도로 사교시키도록 배치한 구조를 채용할 수 있다. The optical system of another modification includes the waveguide 4 and the optical retardation means 7, except that all the split beams reflect at least once so as not to include a split beam that goes straight without reflecting in the waveguide 4. In addition, it is to provide a laser beam splitting means by a waveguide for preventing two or more reflected split beams from reflecting the same number of times. As shown in Fig. 14, the laser beam dividing means can adopt a structure in which the optical axis of the incident optical system of the laser beam dividing means is intersected at a predetermined angle with respect to the central axis of the waveguide.

도 15와 도 16(a), 16(b)에 도시하는 바와 같이, 도파로 내에 입사되는 원기둥 렌즈의 집광 렌즈(34)의 빔의 주변 성분①이 도파로(4)의 입사면에 입사하여, 반사면에서 1회 반사하여 출사면으로부터 방출되고, 집광 렌즈(34)로부터의 다른 빔 성분②③④가 각각 2회 반사, 3회 반사, 4회 반사되며, 다른 성분이 다수회 더 반사되어 출사면으로부터 방사되도록 설정된다. 방사되어 분할된 빔은 도 15의 출 사면측에 반사 회수 m의 숫자 1∼8로 표시되어 있다. As shown in Figs. 15 and 16 (a) and 16 (b), the peripheral component ① of the beam of the condenser lens 34 of the cylindrical lens incident in the waveguide enters the incident surface of the waveguide 4, It is reflected once from the slope and is emitted from the exit surface, and the other beam components ②③④ from the condenser lens 34 are reflected twice, three times, and reflected four times, and the other components are reflected a plurality of times and radiate from the exit surface. Is set to be. The emitted and divided beam is indicated by the numbers 1 to 8 of the number of reflection m on the emission surface side in FIG.

도 16(a), 16(b)에는, 출사면(44) 상의 평면에서의 빔 단면의 분할빔 배치와, 출사면에서의 분할빔의 중첩을 기재하고 있다. 반사 회수의 순서는 레이저빔 단면에서의 분할빔의 배치의 순서를 나타내고 있다. 따라서, 반사 회수의 순서가 하나 차이인 분할빔끼리는 조사면 상에서 간섭하기 쉽기 때문에, 순서가 하나 차이인 분할빔 중 어느 하나에만 공간적 지연 수단으로서 지연판(7)을 배치한다. 이 지연판의 배치는, 도 14에 도시하는 바와 같이, y방향 전사 렌즈에 의한 초점 f 위치에서, 우수 회수(예컨대, m=2, 4, 6) 반사한 분할빔의 그룹은 기수 회수(m=1, 2, 3)의 분할빔의 그룹에 대하여 한 쪽으로 기울어져 있기 때문에, 반사 우수 회수 m=2, 4, 6인 분할빔 전체에 단일의 지연판(72)을 삽입함으로써, 이웃하는 분할빔끼리의 간섭의 방지를 간단히 실현할 수 있는 것이다. 16 (a) and 16 (b) describe the split beam arrangement of the beam cross section in the plane on the emission surface 44 and the superposition of the divided beams on the emission surface. The order of the number of reflections indicates the order of the arrangement of the split beams in the laser beam cross section. Therefore, since the divided beams having a different order of reflections easily interfere on the irradiation surface, the delay plate 7 is disposed as a spatial delay means only in any one of the divided beams having a different order. As shown in Fig. 14, the retardation plate is arranged at the focal point f by the y-direction transfer lens, and the group of split beams that reflects the even number of times (for example, m = 2, 4, 6) is the odd number (m). Since it is inclined to one side with respect to the group of split beams of = 1, 2, and 3, neighboring divisions are made by inserting a single retardation plate 72 into the whole split beams with the reflection good number of times m = 2, 4, 6. It is possible to easily prevent the interference between beams.

도 16(a), 16(b)에서 분할빔의 폭 d는, 상기의 실시예에 설명했듯이, 공간적 가간섭 거리 s의 1/2 이상, 바람직하게는 1/√2 이상, 특히, 1 이상으로 설정된다. 16 (a) and 16 (b), the width d of the split beam is, as described in the above embodiment, at least 1/2 of the spatial interference distance s, preferably at least 1 / √2, in particular at least 1 Is set.

도 17은 도파로(4) 내를 직진하는 분할빔을 형성하지 않는 또 다른 변형예를 나타내는 것이다. 이 예는, 도파로(4)의 광축(40)을 집광 렌즈(34)의 광축(30)과 일치하게 하지만, 도파로(4)의 입사면(43)을 광축에 대하여 직교하게 하지 않고 적당한 각도를 갖고 사교시키며, 사교한 입사면(43)에서의 입사빔(13)을 굴절시킴으로써, 0회 반사를 없게 하여 1회, 2회, 3회 등의 반사의 분할빔을 얻는 것이고, 이 예에서도, 하나의 지연판(71)을 y방향 전사 렌즈에 의한 초점 f 위치에서, 우수회 반사(예컨대, m=2, 4, 6)의 분할빔, 또는 기수회 반사(m=1, 3, 5)의 분할빔에 한데 모아 삽입하는 것에 의해 서로 인접하는 분할빔 사이의 광로차를 마련할 수 있다. FIG. 17 shows another modified example in which no split beam is directed straight inside the waveguide 4. This example makes the optical axis 40 of the waveguide 4 coincide with the optical axis 30 of the condenser lens 34, but does not allow the incident surface 43 of the waveguide 4 to be orthogonal to the optical axis. By refracting the incident beam 13 at the incidence plane 43 which is intersected with each other, the reflection beam is eliminated 0 times to obtain a split beam of reflection once, twice, three times, and the like. One retardation plate 71 is divided at the focal point f by the y-direction transfer lens, and the split beam of even-numbered reflection (for example, m = 2, 4, 6), or the odd-numbered reflection (m = 1, 3, 5) The optical path difference between the divided beams adjacent to each other can be provided by gathering and inserting them into the split beams.

(실시예 4) (Example 4)

이 실시예는, 분할 수단으로서 상기 실시예의 2의 원기둥 렌즈 어레이와, 이 원기둥 렌즈 어레이에 의해 분리한 분할빔을 광학적 지연 수단으로서 상기 지연판을 적용하여, 간섭을 방지하는 예를 나타낸다. This embodiment shows an example in which interference is prevented by applying the cylindrical lens array of the second embodiment of the above-mentioned embodiment as the dividing means and the retardation plate as the optical retarding means for the split beam separated by the cylindrical lens array.

도 18(a), 도 18(b)에는, 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)로부터 y방향으로 분할한 분할빔(15a∼15e)에 광학적 지연 수단으로서 지연판(7)이 삽입되어 되어 있고, 이 예는, 각 지연판(7)이 하나 거른 분할빔(15a, 15c, 15e)에 삽입되고, 다른 분할빔(15b, 15d)에는 삽입되지 않는다. 이에 따라, 서로 이웃하는 분할빔 사이(예컨대, 분할빔(15a와 15b)의 사이, 또는 분할빔(15b와 15c)의 사이)의 조사면(90) 상에서의 간섭이 제한되어, 중첩시킨 조사빔의 간섭에 의한 강도 분포를 균일화할 수 있다. 18 (a) and 18 (b), a retardation plate 7 is inserted as an optical retardation means into the split beams 15a to 15e divided from the dividing cylindrical lens array 5 in the y direction. In this example, each of the retardation plates 7 is inserted into the divided beams 15a, 15c, and 15e, and is not inserted into the other divided beams 15b and 15d. As a result, the interference on the irradiation surface 90 between the divided beams adjacent to each other (for example, between the divided beams 15a and 15b or between the divided beams 15b and 15c) is limited, and the overlapped irradiation beams are limited. The intensity distribution due to interference can be made uniform.

도 19는 도 18(a), 18(b)에 나타낸 레이저빔 균일 조사 광학계의 변형예로, 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)의 분할빔과, 그 전방의 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)의 전방의 초점 위치에, 각각 한 쌍의 지연판(73, 74)을 배치한 것이다. 이 예에서는, 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)의 전후에 두 개의 지연판(73, 74)을 배치했기 때문에, 지연판의 전사되는 면과 전사하는 면이 공역 관계가 되도록 할 수 있고, 이에 따라, 조사면에서의 회절의 영향을 최소로 할 수 있는 이점이 있다. Fig. 19 is a modification of the laser beam uniform irradiation optical system shown in Figs. 18A and 18B, and shows the split beam of the split cylindrical lens array 5 and the transfer cylindrical lens array 51 in front of it. A pair of retardation plates 73 and 74 are arrange | positioned at the front focus position, respectively. In this example, since the two delay plates 73 and 74 are arranged before and after the transfer cylindrical lens array 51, the surface to be transferred and the surface to be transferred can be in a conjugate relationship. Therefore, there is an advantage that the influence of diffraction on the irradiation surface can be minimized.

도 20은 도 18(b)에 나타낸 레이저빔 균일 조사 광학계의 변형예이지만, 지 연판(7)을 삽입한 분할빔에 대해서의 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)의 미소 렌즈(512)와, 지연판을 삽입하지 않고 있는 분할빔에 대해서의 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)의 미소 렌즈(511)는 조사면에서의 결상이 한결같이 되도록 다른 초점 거리를 갖게 조절하여 만들어져 있다. 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)에 의해 y방향으로 배열 분할된 분할빔의 하나 거른 분할빔에 광로 길이용 지연판(7)을 삽입하는 것에 의해, 삽입하지 않는 분할빔에 대하여 초점 f의 위치의 어긋남이 생기지만, 초점 f의 위치의 어긋남을 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)의 각 미소 렌즈의 초점 거리로 보상하는 것이며, 이에 따라, 조사면 상에 결상되는 각 분할빔의 강도 분포를 균일하게 할 수 있다. Fig. 20 is a modification of the laser beam uniform irradiation optical system shown in Fig. 18B, but the microlenses 512 and the retardation of the transfer cylindrical lens array 51 with respect to the split beam in which the delay plate 7 is inserted are shown. The microlenses 511 of the cylindrical cylindrical lens array 51 for transfer to the split beam without inserting the plate are adjusted to have different focal lengths so that the imaging on the irradiation surface is uniform. By inserting the optical path length retardation plate 7 into one of the divided beams of the divided beams arranged in the y-direction by the dividing cylindrical lens array 5, the position of the focus f with respect to the split beams not inserted is Although a misalignment occurs, the misalignment of the position of the focus f is compensated by the focal length of each microlens of the transfer cylindrical lens array 51, thereby uniformly intensifying the intensity distribution of each split beam formed on the irradiation surface. can do.

(실시예 5) (Example 5)

이 실시예에서, 균일화 수단으로서 선광 수단을 적용하여, 서로 이웃하는 분할빔끼리의 조사면에서의 간섭을 방지해서, 균일화를 도모하는 것이다. 이 광학계는 레이저빔 분할 수단으로서 도파로와, 중첩 조사 수단으로서 원기둥 렌즈와, 균일화 수단으로서 선광 수단을 포함하는 레이저빔 균일 조사 광학계를 나타낸다. 이 광학계는 조사면 상에 y방향으로 균일한 분포로 넓어지고 x방향으로 선 형상으로 수속한 직선 형상의 조사 프로파일을 형성한다. 레이저빔 분할 수단(3)은 도파로(4)를 이용하여, 레이저빔을 소망수의 분할빔으로 분할하고, 분할빔을 중첩 조사 수단에 의해 조사면 상에 직선 형상의 프로파일에 결상하고 있다. In this embodiment, the beneficiation means is applied as the equalization means, thereby preventing interference on the irradiated surfaces of the divided beams adjacent to each other, thereby achieving uniformity. This optical system represents a laser beam uniform irradiation optical system including a waveguide as a laser beam dividing means, a cylindrical lens as an overlapping irradiation means, and a beneficiation means as an equalizing means. This optical system forms a linear irradiation profile on the irradiation surface that is widened in a uniform distribution in the y direction and converged linearly in the x direction. The laser beam splitting means 3 divides the laser beam into a desired number of split beams using the waveguide 4, and forms the split beam into a linear profile on the irradiation surface by means of overlapping irradiation means.

이 실시예의 광학계는, 상기 균일화 수단이 상기의 도파로에 의해 형성한 분 할빔 중 서로 인접하는 인접 분할빔의 어느 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 편광면의 각도를 실질적으로 직교하게 하는 선광 수단을 포함하고 있다. 이 선광 수단은 서로 인접하는 영역에서의 분할빔의 편광면을 서로 직교하게 하고, 분할빔 상호의 간섭을 방지하는 것이다. The optical system of this embodiment includes optical beneficiation means for causing one of the adjacent split beams adjacent to each other among the split beams formed by the waveguide to substantially orthogonally cross the angle of the polarization plane with respect to the other. . This beneficiation means makes the polarization planes of the split beams in the regions adjacent to each other perpendicular to each other, and prevents the interference of the split beams.

선광 수단은, 서로 이웃하는 두 개의 분할빔의 상호 간섭이 실질적으로 일어나지 않을 정도로 편광면의 상대 각도를 실질적으로 직교하도록 선광시키는 것으로, 바람직하게는, 석영으로 이루어지는 반파장판이 이용된다. The beneficiation means performs beneficiation so that the relative angles of the polarization planes are substantially orthogonal to the extent that mutual interference of two neighboring split beams does not substantially occur. Preferably, a half-wave plate made of quartz is used.

도 21(a), 21(b)에서는, 도파로(4)의 전방의 y방향 전사 렌즈(61)(원기둥 렌즈)의 전방에 초점 f를 형성시키고, 선광 수단으로서 반파장판(8)을 이 초점 위치에 배치하고 있다. 이 예에서는, 도파로(4)로부터의 5개의 분할빔 중, 반사 회수 m=0, m=+2 및 m=-2인 세 개의 분할빔에만 반파장판(8)을 삽입하고, 다른 반사 회수 m=+1과 m=-1에는 삽입하지 않고 있다. 이 구성은 y방향으로 배열한 분할빔에 하나 걸러서 반파장판을 개재시키고 있다. 이에 따라, 도 2 및 도 3(a)를 참조하여, 서로 이웃하는 두 개의 분할빔 중 어느 하나에만 반파장판(8)을 삽입하여, 다른 쪽 분할빔에 대하여 편광 각도를 실질적으로 직교하게 하고 있다. 이에 따라, 서로 이웃하는 어떠한 조합의 두 개의 분할빔에도 조사면(90)에서 중첩시키더라도 간섭을 발생시키지 않는다. 따라서, 상기 분할폭의 규제와 동시에, 실질적으로 하는 편광면이 다른 빔의 중첩에 의해 조사빔의 균일성이 개선된다. 21 (a) and 21 (b), a focal point f is formed in front of the y-direction transfer lens 61 (cylindrical lens) in front of the waveguide 4, and the half wave plate 8 is used as the beneficiation means. I locate it at a position. In this example, the half-wave plate 8 is inserted into only three split beams among the five split beams from the waveguide 4 with reflection counts m = 0, m = + 2 and m = -2, and the other reflection counts m It is not inserted at = + 1 and m = -1. This configuration interposes the half-wave plate every other divided beam arranged in the y direction. Accordingly, referring to FIGS. 2 and 3 (a), the half-wave plate 8 is inserted into only one of the two divided beams adjacent to each other, and the polarization angle is substantially orthogonal to the other divided beam. . Accordingly, even if the two split beams in any combination adjacent to each other are overlapped on the irradiation surface 90, no interference is generated. Therefore, the uniformity of the irradiation beam is improved by superimposing beams with substantially different polarization planes at the same time as the division width regulation.

이 실시예는, 균일화 수단으로서 y방향으로 배열한 분할빔에 하나 걸러서 반파장판(8)을 개재시키기 때문에, 반파장판(8, 8)의 사이는 극간을 마련하여 다른 분할빔을 투과시켜야 해서 이 반파장판의 배치와 구조는 어느 정도 복잡하다. In this embodiment, since the half-wave plates 8 are interposed between the divided beams arranged in the y-direction as the equalizing means, the half-wave plates 8 and 8 must be provided between the half-wave plates 8 and 8 so as to transmit different split beams. The arrangement and structure of the half-wave plate is somewhat complicated.

이것을 해소하기 위해서, 도 22에 나타내는 광학계의 구조에, 특히, 반사 회수 m=0인 경우의 직진 빔을, y방향 전사 렌즈(61)의 출사측의 초점 위치 f에 배치한 차폐체(89)에 의해 차단하는 것이다. m=0인 직진 빔은 조사면에 도달하지 않기 때문에, 이것이 간섭에 기여하는 경우는 없다. 따라서, 선광 수단으로서, 한 장의 반파장판(8)에, 직진 빔(m=0)에 대하여 대칭인 배치의 분할빔의 그룹(m=+1, -2) 또는(m=-1, +2) 중 어느 하나만을 삽입시키고, 다른 쪽의 그룹은 선광 수단을 배치하지 않는다. 이에 따라, 조사면(90) 상의 분할빔(19) 상호의 간섭을 경감하고, 또한, 선광 수단(8)은 한 쪽 분할빔 그룹(m=+1, -2)을 한데모아 투과시키는 한 장의 반파장판(82)을 이용할 수 있어, 광학계를 간소화할 수 있는 이점이 있다. In order to eliminate this, in the structure of the optical system shown in FIG. 22, in particular, the straight beam in the case where reflection count m = 0 is arrange | positioned at the shielding body 89 arrange | positioned at the focal position f on the emission side of the y-direction transfer lens 61 To be blocked by. Since the straight beam with m = 0 does not reach the irradiation surface, it does not contribute to the interference. Therefore, as the beneficiation means, a group of split beams (m = + 1, -2) or (m = -1, +2) in a single half-wave plate 8 in a symmetrical arrangement with respect to the straight beam m = 0. ), And the other group does not arrange the beneficiation means. As a result, interference between the split beams 19 on the irradiation surface 90 is reduced, and the beneficiation means 8 collects and transmits one split beam group m = + 1 and -2 together. Since the half wave plate 82 can be used, there is an advantage that the optical system can be simplified.

차폐체(89)에는 레이저빔을 흡수하거나, 또는, 반사시키는 고체, 예컨대, 흑연, 세라믹, 금속 등을 이용할 수 있고, 차폐체(89)는 상기 단일의 선광 수단(82)과 일체적으로 조립하여, y방향 전사 렌즈(61)의 초점 위치 f에 배치할 수도 있다. The shield 89 may be a solid absorbing or reflecting a laser beam, for example, graphite, ceramic, metal, or the like, and the shield 89 is integrally assembled with the single beneficiation means 82, It may be arranged at the focal position f of the y-direction transfer lens 61.

도 22의 상기 변형예는 중심의 분할빔 m=0을 차폐체(89)에 의해 차단했지만, 차단한 중심의 빔 m=1은 상당히 큰 에너지를 갖기 때문에, 이것을 이용하지 않는 것은 효율을 저하시키는 점에서는 비경제적이다. In the above modification of Fig. 22, the center split beam m = 0 is blocked by the shield 89, but since the blocked center beam m = 1 has a considerably large energy, not using this reduces the efficiency. Is uneconomical.

그러므로, 다음 변형예는, 도파로에 대한 입사 레이저광의 광축이 상기의 도파로(4)의 반사면(41, 42) 사이의 중심축과 사교시켜, 상기 실시예 3의 도 14∼16에 이미 나타낸 바와 같이, 반사면(41, 42)의 사이를 반사하지 않고 통과하는 분할빔을 생기게 하지 않도록 하고 있다. 이 경우에는, 반사 회수 m으로 구분한 분할 빔의 대칭성이 무너지고, 도 23에 도시하는 바와 같이, 도파로에서의 빔 분할이, 1회의 반사의 분할빔으로부터(m=1), 수회 반사(이 예에서는, 6회까지(m=6))의 분할빔으로 분리하여, 두 개 이상의 반사 분할빔이 동일 회수를 반사하는 것을 방지하고, 또한, 도 23에 나타낸 바와 같이, 기수 반사 m=1, 3, 5와, 우수회 반사 m=2, 4, 6의 분할빔이 초점 위치 f에서 그룹을 만들어 합쳐지기 때문에, 도 22와 같이 무반사의 분할빔(m=0)의 이용을 포기하는 일없이, 단일의 선광 수단(8)을 이용하여, 기수 반사 m=1, 3, 5 또는 우수회 반사 m=2, 4, 6의 분할빔에 간단히 배치할 수 있고, 도 23에 예시하듯이 반사가 우수 회수인 분할빔 그룹에만 단일의 반파장판(82)을 삽입하는 것에 의해, 서로 이웃한 분할빔의 편광면을 실질적으로 직교하게 하여 상호의 간섭을 방지하는 것을 간편하게 실현할 수 있는 이점이 있다. Therefore, in the following modification, the optical axis of the incident laser light with respect to the waveguide intersects with the central axis between the reflection surfaces 41 and 42 of the waveguide 4, as shown in FIGS. 14 to 16 of the third embodiment. Similarly, the splitting beam passing through the reflective surfaces 41 and 42 without reflection is prevented. In this case, the symmetry of the divided beams divided by the reflection number m is broken, and as shown in FIG. 23, the beam splitting in the waveguide is reflected several times from the split beam of one reflection (m = 1). In the example, splitting into six divided beams (m = 6) prevents two or more reflected split beams from reflecting the same number of times, and as shown in Fig. 23, the odd reflection m = 1, Since the split beams of 3, 5 and even-parallel reflection m = 2, 4, 6 are grouped together at the focal position f, the use of the non-reflective split beam (m = 0) is not abandoned as shown in FIG. By using a single beneficiation means 8, it is possible to simply arrange in the split beam of radix reflection m = 1, 3, 5 or even-off reflection m = 2, 4, 6, as shown in FIG. By inserting a single half-wave plate 82 only into the divided beam group which is the even number of times, the polarization planes of the adjacent divided beams are substantially orthogonal to each other. W has the advantage that you can easily implement to prevent mutual interference.

또한, 상기 도 23의 별도의 변형예로서, 도 24에 나타내는 광학계는 도파로(4)를 중실(中實)인 투광체로 구성하여, 당해 도파로(4)의 입사면(43)을 도파로(4)의 중심축과 직교하지 않고 적당히 사교시키도록 형성하고, 광원측의 상기 집광 렌즈(34)로부터의 레이저빔(12)을 사교 입사면(43)에 입사시켜 굴절시키고 있다. 그 결과, 입사빔은 반사면(41, 42)의 사이를 적어도 1회 반사시킬 수 있어, 도 23과 같이, 반사하지 않고 통과하는 분할빔(m=0)을 생기게 하지 않고, 반사 회수가 1회씩 증가하는 분할빔을 설정할 수 있으며, 이 경우도, 단일의 반파장판을 우수회만 또는 기수회만 반사시킨 분할빔에 구분하여, 이들 구분된 분할빔의 그룹을 일괄해서 편광시킬 수 있다. 이 경우는, 집광 렌즈(34)의 광축을 도파로의 중심축과 공축적으로 배치할 수 있기 때문에, 광학계의 설계 조립이 용이하고, 또한, 도 23과 마찬가지의 효과를 실현할 수 있는 이점이 있다. In addition, as another modification of FIG. 23, the optical system shown in FIG. 24 comprises the waveguide 4 made of a solid light transmitting member, and the incident surface 43 of the waveguide 4 forms the waveguide 4. The laser beam 12 from the condensing lens 34 on the light source side is incident and refracted by the incidence plane 43 so as not to be orthogonal to the central axis. As a result, the incident beam can reflect at least once between the reflecting surfaces 41 and 42, and as shown in FIG. 23, the number of reflections is 1 without generating a split beam (m = 0) that passes without reflection. It is possible to set a split beam that increases in number, and even in this case, by dividing a single half-wave plate into a split beam reflecting only an even or odd number of times, a group of these divided split beams can be collectively polarized. In this case, since the optical axis of the condenser lens 34 can be coaxially arranged with the center axis of the waveguide, there is an advantage that the design and assembly of the optical system can be facilitated and the same effect as that of FIG. 23 can be realized.

상기 실시예에서, 선광 수단, 상기 예에서는, 반파장판을 이웃하는 분할빔의 어딘가에 개재하여 상호 간섭을 방지하는 것이지만, 반파장판은, 동시에 그 분할빔의 광로 길이를 실질적으로 연장하기 때문에, 반파장판이 삽입된 분할 빔과 삽입되어 있지 않은 분할빔의 사이에는 광로 길이의 차가 발생한다. 이와 같이 두 가지의 분할빔의 광로 길이가 다르면, 조사면 상의 조사빔의 결상 위치가 서로 어긋나 조사면 상의 빔 강도 프로파일이 선명해지지 않게 되고, 특히, 선 형상 프로파일로 했을 때에 폭 방향 강도 분포가 넓어진다. 이를 위한 광로 길이 보상판을 개재하여 광로차를 방지하는 예를 이하에 나타내고 있다. In the above embodiment, the beneficiation means, in this example, prevents the mutual interference by interposing the half-wave plate somewhere in the neighboring split beam, but the half-wave plate substantially extends the optical path length of the split beam at the same time. A difference in optical path length occurs between the inserted split beam and the uninserted split beam. In this way, when the optical path lengths of the two split beams are different, the imaging positions of the irradiation beams on the irradiation surface are shifted from each other, and the beam intensity profile on the irradiation surface is not clear. In particular, when the linear profile is used, the width direction intensity distribution is widened. All. An example of preventing the optical path difference through the optical path length compensation plate for this purpose is shown below.

도 25는 도 21(b)에 나타낸 것과 같은 도파로를 이용하여 빔을 분할하고, y방향 전사 렌즈(61)의 초점 위치 f에, 상술한 바와 같이, 하나 거른 분할빔에 반파장판(8, 8)을 삽입하고 있고, 이 예는, 또한, 반파장판을 삽입하지 않고 있는 다른 쪽 분할빔 각각에, 광로 길이 보상 수단으로서 광로 길이를 연장하는 지연판(83)이 삽입되어 있다. 이 예는, 지연판(83)에는 광학 유리판을 사용하여, 그 두께가 반파장판(8)에 의한 광로 길이와 같은 광로 길이를 발생시키는 두께로 설정하고 있다. 조사면에서는 이들 분할빔간 상호의 광로차는 생기지 않고, 조사 프로파일의 선명도를 확보할 수 있다. Fig. 25 shows the splitting of the beam using a waveguide as shown in Fig. 21 (b), and the half-wave plates 8 and 8 at the focal position f of the y-direction transfer lens 61, as described above. In this example, a delay plate 83 extending the optical path length as an optical path length compensating means is inserted in each of the other split beams in which the half-wave plate is not inserted. In this example, an optical glass plate is used for the retardation plate 83, and the thickness thereof is set to a thickness at which the optical path length equal to the optical path length by the half-wave plate 8 is generated. On the irradiation surface, the optical path difference between these split beams does not occur, and the sharpness of the irradiation profile can be ensured.

도 26은 도 23의 예에 지연판(83)을 적용한 예로, y방향 전사 렌즈(61)의 초점 위치 f에서 우수회 반사한 분할빔(m=2, 4, 6)의 그룹에는, 상술한 바와 같이, 단일의 반파장판(82)을 일괄해서 삽입하고, 다른 쪽의 기수회 반사한 분할빔(M=1, 3, 5)에는 단일의 지연판(83)을 삽입하여 빔 그룹 사이의 광로차를 해소하고 있다. 이 예는 특히, 단일의 반파장판(82)과 단일의 지연판(83)을 일체화하여 상기 초점 f의 위치에 간단히 배치할 수 있는 이점이 있다. FIG. 26 illustrates an example in which the retardation plate 83 is applied to the example of FIG. 23. In the group of the split beams m = 2, 4, and 6 reflected at the focal position f of the y-direction transfer lens 61, As described above, a single half-wave plate 82 is collectively inserted, and a single retardation plate 83 is inserted into the split beams M = 1, 3, and 5 reflected on the other side, and the optical path between the beam groups is provided. The car is releasing. This example is particularly advantageous in that the single half-wave plate 82 and the single retardation plate 83 can be integrated and simply disposed at the position of the focal point f.

(실시예 6)(Example 6)

이 실시예는 균일화 수단으로서 선광 수단과, 레이저빔 분할 수단으로서 원기둥 렌즈 어레이를 적용한 레이저빔 균일 조사 광학계의 예를 나타낸다. This embodiment shows an example of a laser beam uniform irradiation optical system in which beneficiation means is used as the homogenizing means and a cylindrical lens array is used as the laser beam dividing means.

도 27에서, 레이저 발진기(도시하지 않음)로부터의 레이저빔(1)을 원기둥 렌즈 어레이(5)에 입사시키기 위한 광학계를 포함하고, 평행 빔으로 하기 위한 빔 확대 렌즈(31)와 y방향 시준 렌즈(32)와 x방향 시준 렌즈(33)를 포함하여, 시준 렌즈(33)로부터의 평행 빔을 원기둥 렌즈 어레이(5)에 입사한다. 원기둥 렌즈 어레이(5)는 도면 중 x방향으로 주상으로 하여 광축을 향해서 단면 볼록 렌즈를 y방향으로 겹친 렌즈를 가리키지만, 5단의 미소 원기둥 렌즈(5a∼5e)로 구성되어, 이에 따라 5개 분할빔(15a∼15e)이 형성된다. In Fig. 27, a beam magnifying lens 31 and a y-direction collimating lens for including a laser beam 1 from a laser oscillator (not shown) for injecting the laser beam 1 into the cylindrical lens array 5 to form a parallel beam Including the 32 and the x-direction collimating lens 33, a parallel beam from the collimating lens 33 is incident on the cylindrical lens array 5. The cylindrical lens array 5 refers to a lens in which the cross-sectional convex lens is superimposed in the y direction toward the optical axis with the columnar shape in the x direction, but is composed of five stages of the micro cylindrical lenses 5a to 5e. The divided beams 15a to 15e are formed.

분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)로부터의 y방향으로의 분할빔은 그 전방에 배치되어 별개의 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)에 입사되고, 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)로부터의 분할빔은 x방향으로 집광하는 집광 렌즈(62)(원기둥 렌즈))에 의해 조사면(90) 상에 투사되어, y방향으로 균일하고, x방향으로는 가늘게 수속한 선 형상 프로파일을 갖는 조사빔(19)에 성형하는 것이다. 또한 필드 렌즈(63)가 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)와 집광 렌즈(62) 사이에 배치되어 있다. The split beam in the y direction from the split cylindrical lens array 5 is disposed in front of it and is incident on a separate transfer cylindrical lens array 51, and the split beam from the transfer cylindrical lens array 51 is x. To the irradiation beam 19 projected onto the irradiation surface 90 by a condenser lens 62 (cylindrical lens) condensing in the direction, having a linear profile uniform in the y direction and narrowly converging in the x direction. It is molding. In addition, a field lens 63 is disposed between the transfer cylindrical lens array 51 and the condenser lens 62.

선광 수단으로서, 반파장판(8)이 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)로부터 y방향으로 분할한 분할빔(15a∼15e)에 삽입되지만, 반파장판(7)은 하나 거른 분할빔(15a, 15c, 15d)에 삽입되고, 다른 분할빔(15b, 15d)에는 삽입되지 않는다. 이에 따라, 서로 이웃하는 분할빔 사이(예컨대, 분할빔(15a와 15b)의 사이, 분할빔(15b와 15c)의 사이, 또는 그 밖의 이웃하는 분할빔 사이)에서는 편광 각도가 실질적으로 직교하여 조사면(90) 상에서의 간섭이 억제되고, 중첩시킨 조사빔(19)의 간섭에 의한 강도 분포를 균일화할 수 있다. As the beneficiation means, the half-wave plate 8 is inserted into the split beams 15a to 15e divided in the y-direction from the dividing cylindrical lens array 5, but the half-wave plate 7 is divided into split beams 15a, 15c, 15d), but not the other split beams 15b, 15d. Accordingly, the polarization angle is substantially orthogonal between the divided beams adjacent to each other (for example, between the split beams 15a and 15b, between the split beams 15b and 15c, or between other neighboring split beams). The interference on the surface 90 can be suppressed, and the intensity distribution due to the interference of the superposed irradiation beams 19 can be made uniform.

별도의 변형예는 반파장판에 광로 길이 보상 수단을 더 포함하는 예를 나타내지만, 도 28은 도 27(a), 27(b)에 나타낸 광학계에서, 선광 수단을 삽입하지 않고 있는 당해 다른 쪽 분할빔(이 예에서는, 15b, 15d)에 광로 길이 보상 수단으로서 지연판(83)의 유리체를 삽입한 예이다. 상기 한 쪽 분할빔은, 상술한 바와 같이, 선광 수단으로서 반파장판(8)이 배치되지만, 반파장판(8)의 개재는 그 분할빔의 광로 길이를 연장하게 되어, 두 가지의 분할빔에 광로 길이가 다르면, 조사면 상의 결상 위치가 서로 어긋나 프로파일이 선명하지 않게 된다. 이것을 수정하기 위해서, 다른 쪽 분할빔에 광로 길이를 보상하는 수단으로서 광로 길이를 연장하는 지연판(83)을 삽입하고 있다. 이 예는, 지연판(83)의 광학 유리판을, 반파장판(8)에 의한 광로 길이와 동일한 광로 길이를 발생시키는 두께로 설정한다. 도 27의 배치는, 반파장판(8)과 지연판(83)이 교대로 모두 있으므로, 반파장판(8)과 지연판(83)을 합하여 일체적으로 접속해서, 일체의 균일화 수단으로 할 수도 있다. Another modification shows an example in which the half-wave plate further includes an optical path length compensating means, but FIG. 28 shows the other division in which the optical system shown in FIGS. 27 (a) and 27 (b) is not inserted with the beneficiation means. The glass body of the retardation plate 83 is inserted into the beam (15b, 15d in this example) as an optical path length compensation means. As described above, the half-wave plate 8 is disposed as the beneficiation means, but the interposition of the half-wave plate 8 extends the optical path length of the split-beam, so that the split-beam is divided into two split beams. If the lengths are different, the imaging positions on the irradiation surface are shifted from each other and the profile is not clear. In order to correct this, a retarder 83 extending the optical path length is inserted into the other split beam as a means for compensating the optical path length. This example sets the optical glass plate of the retardation plate 83 to the thickness which produces the same optical path length as the optical path length by the half-wave plate 8. In the arrangement of FIG. 27, since the half-wave plate 8 and the retardation plate 83 are alternately arranged, the half-wave plate 8 and the retardation plate 83 may be integrally connected to each other to form an integral uniformity means. .

도 29는 도 27에 나타낸 레이저빔 균일 조사 광학계의 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)에서, 반파장판(8)을 삽입한 분할빔에 대한 미소 원기둥 렌즈(512)와, 반파장판(8)을 삽입하지 않고 있는 분할빔에 대한 미소 원기둥 렌즈(511)는 조사면(90)에서의 결상이 한결같이 되도록 다른 초점 거리를 갖게 조절하여 만들어져 있다. 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)에 의해 y방향으로 배열 분할된 분할빔에 하나 걸러 편광면의 회전용 반파장판(8)을 삽입하는 것에 의해, 삽입하지 않는 분할빔에 대하여 초점 위치 f의 어긋남이 생기는 것이지만, 이 예는, 초점 위치의 어긋남을 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)의 각 미소 렌즈의 초점 거리로 보상하는 것이며, 이에 따라, 조사면 상에 결상되는 각 분할빔의 강도 분포를 균일하게 할 수 있다. FIG. 29 shows the micro-cylindrical lens 512 and the half-wave plate 8 for the split beam in which the half-wave plate 8 is inserted in the transfer cylindrical lens array 51 of the laser beam uniform irradiation optical system shown in FIG. 27. The micro-cylindrical lens 511 with respect to the split beam which is not made is adjusted so that it may have a different focal length so that the imaging in the irradiation surface 90 may be uniform. Displacement of the focal position f with respect to the split beam not inserted by inserting every other half-wave plate 8 for the polarization plane into the split beam arranged in the y direction by the split cylindrical lens array 5. Although this occurs, this example compensates for the shift in the focal position by the focal length of each microlens of the transfer cylindrical lens array 51, thereby uniformly intensifying the intensity distribution of each split beam formed on the irradiation surface. can do.

(실시예 7)(Example 7)

이 실시예에서는, 레이저 광원으로부터의 레이저빔을 분할하는 레이저빔 분할 수단과, 분할빔을 조사면 상에서 중첩하여 조사하는 중첩 조사 수단으로 이루어지고, 중첩 조사 수단이 각 분할빔을 조사면 상에 전사할 때에 각 분할빔을 조사면 상에서 서로 비키어 놓아, 즉, 서로 변위시켜 조사빔을 형성하는 레이저빔 조사 광학계를 나타낸다. In this embodiment, a laser beam dividing means for dividing a laser beam from a laser light source and superimposed irradiation means for irradiating a split beam on the irradiation surface are superposed, and the overlapping irradiation means transfers each divided beam onto the irradiation surface. In this case, a laser beam irradiation optical system is shown in which each split beam is disposed on the irradiation surface, that is, displaced from each other to form the irradiation beam.

이 실시예는, 레이저빔 분할 수단에는 도파로를 이용하며, 중첩 조사 수단이 레이저빔 분할 수단으로부터의 분할빔을 조사면(90) 상에 서로 편이시켜 조사하고, 이에 따라, 조사면 상에서의 분할빔 상호의 간섭을 방지하여 조사빔의 균일화를 도모하는 것이다. In this embodiment, a waveguide is used for the laser beam dividing means, and the overlapping irradiation means irradiates the divided beams from the laser beam dividing means on the irradiated surface 90 with each other, thereby splitting the beams on the irradiated surface. By preventing interference with each other, it is possible to uniformize the irradiation beam.

이 실시예에서는, 도 30(a), 도 30(b)에는, 레이저빔 분할 수단은 레이저 발진기로부터의 레이저빔(1)을 도파로(4) 내에 입사시키기 위한 광학계를 포함하고, 평행 빔으로 하기 위한 빔확대 렌즈(31)와 y방향 시준 렌즈(32)와 x방향 시준 렌즈(33)를 포함하며, 이어서 y방향으로 집광하여 도파로(4) 내에 입사되는 원기둥 렌즈의 집광 렌즈(34)를 포함한다. In this embodiment, in Figs. 30A and 30B, the laser beam splitting means includes an optical system for injecting the laser beam 1 from the laser oscillator into the waveguide 4. A beam expanding lens 31, a y-direction collimating lens 32, and an x-direction collimating lens 33, and then a light-collecting lens 34 of a cylindrical lens that is focused in the y direction and is incident into the waveguide 4. do.

도파로(4)는 서로 대향하는 평행한 주 표면이 반사면(41, 42)을 갖고, 반사면(41, 42)은 이 도면에서는 y방향에 수직이며, 입사면(43)과 출사면(44)은 광학축에 수직이다(y방향에 평행). 상기한 실시예 1의 도 2 및 3으로부터 알 수 있듯이, 입사면(43)으로부터 입사한 레이저빔(1)은 반사면에서 반사하지 않고 통과하는 성분(m=0)과, 반사면에서 반사하는 성분으로 분리되고, 반사하는 성분도 또한, 1회만 반사(m=1), 2회 반사(m=2), 내지 3회 반사하는 분할빔으로 분리된다. The waveguide 4 has parallel major surfaces facing each other with reflecting surfaces 41 and 42, and the reflecting surfaces 41 and 42 are perpendicular to the y direction in this figure, and the incident surface 43 and the emitting surface 44 ) Is perpendicular to the optical axis (parallel to the y direction). As can be seen from FIGS. 2 and 3 of Embodiment 1, the laser beam 1 incident from the incident surface 43 passes through the component (m = 0) without reflecting from the reflective surface and reflects from the reflective surface. The component to be separated and reflecting is also separated into a split beam reflecting only once (m = 1), twice reflecting (m = 2) and reflecting three times.

도파로(4)로부터의 분할빔은 중첩 조사 수단(6)에 의해 조사면(90) 상에 중첩시켜 투영되지만, 중첩 조사 수단(6)은 분할빔을 조사면 상에 y방향으로 전사하는 y방향의 전사 렌즈(61)(원기둥 렌즈)와, x방향으로 집광하는 집광 렌즈(62)(원기둥 렌즈)로 구성되어 있다. Although the split beam from the waveguide 4 is projected by being superimposed on the irradiation surface 90 by the overlapping irradiation means 6, the overlapping irradiation means 6 is the y direction for transferring the splitting beam in the y direction on the irradiation surface. A transfer lens 61 (cylindrical lens) and a condensing lens 62 (cylindrical lens) condensing in the x direction.

y방향 전사 렌즈(61)는 x방향 집광 렌즈(62)를 통해서 조사면(90) 상에 y방향으로 규정의 길이로 연장되고, x방향 집광 렌즈(62)가 x방향으로 선 형상으로 수속시키며, 이에 따라, 조사면 상에는 직선 형상 프로파일의 조사빔(19)이 얻어진다. The y-direction transfer lens 61 extends to the predetermined length in the y-direction on the irradiation surface 90 through the x-direction condenser lens 62, and the x-direction condenser lens 62 converges linearly in the x-direction. Thus, the irradiation beam 19 of the linear profile is obtained on the irradiation surface.

이 실시예에서는, 중첩 조사 수단으로서, 도 30(b)에 도시하는 바와 같이, 도파로(4)의 전방에 배치한 전사 렌즈(61)의 수차를 이용하여, 조사면(90) 상에서 각 분할빔(16a∼16e)을 서로 간신히 y방향으로 비키어 조사하는 것이며, 이에 따라, 도 30(c)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 조사면(90) 상에 합성한 조사빔(19)의 y방향의 양단부의 중첩을 비키어 놓아 그 강도 분포를 계단 형상으로 해서, 큰 간섭을 경감하여 균일 조사 범위에서는 간섭이 적은 강도 균일한 조사빔을 얻을 수 있다. In this embodiment, as the overlapping irradiation means, as shown in Fig. 30 (b), each split beam is formed on the irradiation surface 90 by using the aberration of the transfer lens 61 arranged in front of the waveguide 4. (16a to 16e) are barely irradiated with each other in the y direction, and accordingly, as shown schematically in FIG. 30 (c), the y of the irradiation beam 19 synthesized on the irradiation surface 90 is obtained. By superimposing the overlapping of both ends in the direction and making the intensity distribution stepped, a large interference can be reduced, and an intensity uniform irradiation beam with less interference can be obtained in the uniform irradiation range.

도 31(a), 31(b)의 예는 상기 실시예 3의 도 14에 나타낸 바와 같이, 도파로(4)를 투명 고체로 형성하고, 그 입사면(43)을 축 방향에 대하여 사교시켜 입사된 레이저빔을 굴절시키고, 분할빔이 반사면에서 1회 반사(m=1)한 빔, 2회 반사(m=2) 빔, 3회 반사(m=3), 내지, 6회 반사(m=6)까지의 빔이 출사면으로부터 방사되어, y방향 집광 렌즈(61)와, x방향 집광 렌즈(62)를 통해, 조사면(90)에 조사되지만, 도 30(a), 30(b)와 같이, y방향 집광 렌즈(61)의 렌즈 수차를 이용하여, 분할빔을, 도면 중의 조사면(90) 상에 y방향으로 서로 비키어 조사하고, 이에 따라, 조사면 상에서의 분할빔 상호의 간섭을 방지하여 조사빔의 균일화를 도모하는 것이다. 31 (a) and 31 (b) show that the waveguide 4 is formed of a transparent solid, and the incident surface 43 is inclined in the axial direction, as shown in FIG. 14 of the third embodiment. The laser beam is refracted, and the split beam is reflected by the reflection plane once (m = 1), twice (m = 2), three times (m = 3), to six times (m Beams up to = 6) are emitted from the exit surface and irradiated to the irradiation surface 90 through the y-direction condenser lens 61 and the x-direction condenser lens 62, but are shown in Figs. 30 (a) and 30 (b). By using the lens aberration of the y-direction condenser lens 61, the split beams are irradiated to each other in the y direction on the irradiation surface 90 in the drawing, and thus the split beams on the irradiation surface This is to prevent the interference of the radiation beam to achieve uniformity of the irradiation beam.

다음 변형예는, 원기둥 렌즈 어레이를 포함하는 레이저빔 분할 수단을 이용한 광학계에서, 중첩 조사 수단이 각 분할 레이저빔을 조사면 상에서 서로 비키어 놓아 전사하여 조사빔을 형성하는 레이저빔 조사 광학계를 나타낸다. The following modified example shows the laser beam irradiation optical system in which the overlapping irradiation means shifts each division laser beam on the irradiation surface to form the irradiation beam in the optical system using the laser beam splitting means including the cylindrical lens array.

도 32(a), 도 32(b)에는, 레이저빔을 확대한 빔확대 렌즈(31)와 y방향 시준 렌즈(32)와 x방향 시준 렌즈(33)를 포함하고, 평행 빔을 분할용 원기둥 렌즈 어레 이(5)에 입사시킨다. 원기둥 렌즈 어레이(5)에 의해 분할한 빔(15a∼15e)은, 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51)와 y방향 필드 렌즈(원기둥 렌즈)(63)와 x방향 집광 렌즈(62)를 통해, 조사면에 y방향으로 연장한 선 형상의 프로파일의 조사빔(19)을 얻는다. 그리고, 이 필드 렌즈(63)를 조절하고, 레이저빔 분할 수단으로부터의 분할빔(16a∼16e)을, 조사면(90) 상에 서로 비키어 조사하여 조사빔(19)을 얻도록 조절하며, 이에 따라, 조사면 상에서의 분할빔 상호의 간섭을 방지하여 조사빔의 y방향에서의 강도 균일화를 도모하는 것이다. 이 경우도, 도 30(c)에 도시하는 바와 같이, 조사 프로파일의 y방향의 양단부는 계단 형상의 강도 분포를 나타내지만, 그 중간에는 균일 분포를 나타내는 조사빔 범위가 얻어진다. 32 (a) and 32 (b) include a beam magnifying lens 31 in which a laser beam is enlarged, a y-direction collimating lens 32 and an x-direction collimating lens 33, and a cylinder for dividing the parallel beam. Incident on the lens array (5). The beams 15a to 15e divided by the cylindrical lens array 5 are irradiated through the transfer cylindrical lens array 51, the y-direction field lens (cylindrical lens) 63, and the x-direction condenser lens 62. An irradiation beam 19 having a linear profile extending in the y direction on the surface is obtained. Then, the field lens 63 is adjusted, and the split beams 16a to 16e from the laser beam splitting means are irradiated to each other on the irradiation surface 90 to obtain the irradiation beam 19, As a result, interference between the split beams on the irradiation surface is prevented, and intensity uniformity in the y direction of the irradiation beam is achieved. Also in this case, as shown in Fig. 30 (c), although both ends of the y-direction of the irradiation profile exhibit a stepped intensity distribution, an irradiation beam range showing a uniform distribution is obtained in the middle thereof.

이 실시예의 변형예는, 도 33(a), 도 33(b)에 도시하는 바와 같이, 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)와 전사용 원기둥 렌즈 어레이(51) 사이에, 광학적 지연 수단으로서 지연판(7)을 배치하여, 레이저빔 단면으로 서로 이웃이 된 분할빔끼리의 조사면 상에서의 간섭을 저감하는 것이며, 또한, 이 예는, 필드 렌즈(63)에 의한 중첩 시의 각 분할빔의 어긋남을 형성하는 것에 의한 간섭 경감과, 광학적 지연에 의한 각 분할빔 사이의 간섭 경감의 상승적 효과가 작용하여, 간섭에 의한 강도 분포의 변동을 한층 더 저감할 수 있는 이점이 있다. A modification of this embodiment is, as shown in Figs. 33A and 33B, between the dividing cylindrical lens array 5 and the transfer cylindrical lens array 51 as an optical delay means as a delay plate. (7) is arranged to reduce the interference on the irradiation surface of the divided beams adjacent to each other in the laser beam cross section. In this example, the shifts of the divided beams at the time of overlapping by the field lens 63 are shifted. The synergistic effect of the reduction of interference by forming the signal and the reduction of interference between the divided beams due to the optical delay acts, and there is an advantage that the variation in the intensity distribution due to the interference can be further reduced.

이 실시예에서는, 광학적 지연 수단에는 배열한 복수의 분할빔 중에서 하나 거른 분할빔에 투광성 지연판(7)을 배치한 것이다. 이웃하는 분할빔 중 어느 하나의 빔을 지연판(7)에 투과시킴으로써, 이웃하는 분할빔 사이에 공간적 가간섭 거리 이상의 광로차를 형성하고 있다. In this embodiment, the optical retardation means is provided with a translucent retardation plate 7 in one of the plurality of divided beams arranged. By transmitting one of the neighboring divided beams through the delay plate 7, an optical path difference of more than a spatial interference distance is formed between the neighboring divided beams.

또한, 이하에는, 균일화 수단에, 상기 분할된 빔이 서로 인접하는 분할빔의 한 쪽을 다른 쪽에 대하여 편광 방향을 실질적으로 직교하게 하는 편광 수단을 이용한 예를 나타낸다. 도 34에 나타내는 예는, 레이저원으로부터 빔확대 렌즈(31)의 사이에 레이저빔(1)에 선광판(71)을 미리 통과시켜, 분할용 원기둥 렌즈 어레이(5)로부터 y방향으로 분할한 분할빔(15a∼15e)에는, 선광 수단으로서 반파장판(8)이 삽입되지만, 반파장판(8)은 하나 거른 분할빔(15a, 15c, 15d)에 삽입되고, 다른 분할빔(15b, 15d)에는 삽입되지 않는다. 이에 따라, 서로서로 이웃하는 분할빔 사이(예컨대, 분할빔(15a와 15b)의 사이, 분할빔(15b와 15c)의 사이, 또는 그 밖의 이웃하는 분할빔 사이)에서는, 편광 각도가 실질적으로 직교하여, 조사면(90) 상에서의 간섭이 억제되고, 중첩시킨 조사빔(19)의 간섭에 의한 강도 분포를 균일화할 수 있다. 이 예는, y방향으로 분할되어 빔에 하나 걸러 반파장판(8)이 삽입되어 편광된 분할빔을 전사용 렌즈에 의해 조사면(90)에 조사하지만, 여기서는, 필드 렌즈(63)를 조절하여, 각 분할빔을 조사면 상 y방향으로 비키어 놓아 중첩하는 것에 의해 분할빔 사이의 간섭을 방지하는 것이다. 조사면(90) 상에, 분할빔을 비키어 조사한 때의 조사빔(19)의 강도 분포를 나타내지만, y방향의 조사빔(19)의 양단부에서는 강도 분포가 계단 형상으로 저감하지만, 양단부를 제외하는 주요 부분은 간섭이 적은 균일한 분포가 얻어진다. In addition, below, the example using the polarizing means which makes the one side of the split beam which the said divided beam adjoins mutually substantially orthogonal to a polarization direction with respect to the other to the equalizing means is shown. In the example shown in FIG. 34, the optical beam plate 71 is passed through the laser beam 1 in advance between the laser source 1 and the beam expanding lens 31, and is divided in the y direction from the cylindrical columnar array 5 for division. The half-wave plate 8 is inserted into the beams 15a to 15e as a beneficiation means, but the half-wave plate 8 is inserted into the divided split beams 15a, 15c, and 15d, and the half-wave plate 8 is inserted into the other split beams 15b and 15d. It is not inserted. Thus, the polarization angles are substantially orthogonal between the splitting beams adjacent to each other (for example, between the splitting beams 15a and 15b, between the splitting beams 15b and 15c, or between other neighboring splitting beams). Thus, interference on the irradiation surface 90 can be suppressed, and the intensity distribution due to the interference of the superposed irradiation beams 19 can be made uniform. In this example, although the half-wave plate 8 is divided into the y-direction and every other half-wave plate 8 is inserted into the beam, the divided beam is irradiated to the irradiation surface 90 by the transfer lens, but the field lens 63 is adjusted here. The interference between the split beams is prevented by placing the split beams in the y-direction on the irradiation surface and overlapping them. Although the intensity distribution of the irradiation beam 19 at the time of irradiating a split beam on the irradiation surface 90 is shown, in both ends of the irradiation beam 19 in a y direction, intensity distribution is reduced to step shape, but both ends are The main part to be excluded is a uniform distribution with less interference.

본 발명에 의하면, 레이저빔 분할 수단은 분할된 빔의 폭을, 광원으로부터의 레이저빔의 단면에서 단면 방향의 공간적 가간섭 거리의 1/2배 이상으로 되도록 광원 레이저빔을 분할한다. 이와 같은 빔폭으로 규정된 분할빔은 중첩 조사 수단을 통하여 조사면에서 중첩되어도, 다수의 빔의 상호 간섭을 경감하여 조사면 상의 조사 강도의 분포를 균일화할 수 있다. According to the present invention, the laser beam dividing means divides the light source laser beam such that the width of the divided beam is equal to or more than 1/2 times the spatial interference distance in the cross-sectional direction in the cross section of the laser beam from the light source. Even if the split beam defined by such a beam width is superimposed on the irradiation surface through the overlapping irradiation means, the distribution of irradiation intensity on the irradiation surface can be uniformed by reducing mutual interference of a plurality of beams.

본 발명에 의하면, 서로 인접한 분할빔 사이의 조사면 상에서의 간섭을 방지하여 조사 강도 분포를 균일화할 수 있다. According to the present invention, the irradiation intensity distribution can be uniformed by preventing interference on the irradiation surface between the divided beams adjacent to each other.

Claims

In a laser beam uniform irradiation optical system comprising: a laser beam splitting means for dividing a laser beam from a laser light source into a split beam spatially at a beam cross section; and an overlapping irradiation means for irradiating a split beam on an irradiation surface in superimposition;

And said laser beam dividing means sets the split beam width to be at least 1/2 times the spatial interference distance in the cross-sectional direction in the laser beam cross section.

The method of claim 1,

The laser beam uniform irradiation optical system further comprises uniforming means for uniformizing the beam intensity on the irradiation surface,

The equalizing means includes optical delay means for delaying one side of adjacent divided beams of the divided beams with respect to the other longer than the temporal interference distance of the laser beam.

Laser beam uniform irradiation optical system.

The method of claim 1,

Said homogenizing means comprises linear light means for causing one side of adjacent split beams of said divided beams to be substantially orthogonal to the other with respect to the other;

Laser beam uniform irradiation optical system, characterized in that.

The method of claim 1,

And said overlapping irradiation means displaces each split beam onto each other on an irradiation surface so as to transfer the split beam to form an irradiation beam.