CN1735962A - 光照射装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于激光退火装置的光照射装置，具备：将1条激光分割为n条激光的第1分割部(16)及第2分割部(20)；用来将从第1分光部(16)射出的第m(m为大于等于1小于等于n的整数)条激光与从第2分光部(20)射出的第m条光束合成的合成部(21)。第1分光部(16)与第2分割部(20)由互相相同的光学部件构成，并且配置于相互反转的位置。

Description

光照射装置
技术领域
本发明涉及一种有用的光照射装置，可应用于例如使用在多晶硅薄膜晶体管等的制造的激光退火装置等。
本申请基于2002年11月5日在日本国提出的日本专利申请2002-321704号，要求享有优先权，在此通过参照引用其内容。
背景技术
近年来，液晶显示器等薄膜晶体管的沟道层中开始使用载流子移动性高的多晶硅膜。薄膜晶体管的沟道层中使用的多晶硅膜通常是通过以激光照射玻璃衬底上的非晶硅进行热处理制造而成。依照此种方式，通过激光照射对物质进行热处理的方法称为激光退火处理，执行激光退火处理的装置称为激光退火装置。
在制造多晶硅膜时，为了防止薄膜晶体管的特性恶化，必须通过激光束直径内能量强度均匀的激光进行激光退火处理。
然而，由准直仪等形成的平行光束在激光束内的能量强度分布为高斯分布。即，通常的平行光束是，激光束的中心部分强度高，光束周边部分强度低。因此，激光退火装置必须将光束内的强度分布呈高斯分布的激光改变为从圆点的中心部分到周边部分呈均匀的强度分布的激光，利用这种激光进行热处理。通常，激光退火装置利用准直仪等将激光振荡器射出的激光改变为平行光束后，利用蝇眼透镜(fly-eyelens)等光分割装置产生多个光束，然后再次将这些光束合成，由此使衬底上激光的照射区域的强度分布均匀。
有一种激光振荡器是固体激光器。固体激光器是以除半导体之外的结晶或玻璃等透明物质作为母体材料，通过在母体材料中掺杂稀土离子或过渡金属离子等形成固体激光器材料，利用光激励固体激光器材料，射出激光。
固体激光器射出的激光稳定，使用寿命也长。因此，可以认为，通过采用固体激光器作为激光退火装置的激光光源，就解决了采用受激准分子激光器作为激光退火装置的一般性光源时所产生的不稳定的问题。
从固体激光器射出来的激光与受激准分子激光器射出的激光相比，其相干性更高。因此，当采用固体激光器作为激光光源时，如果将由蝇眼透镜分割的各激光光束合成的话，就会产生相互干扰。在使用产生了干涉的激光的情况下，会在照射点内产生干涉条纹，光束内的强度分布无法均匀。
为了解决这样的问题，本申请人通过日本国专利申请专利2001-374922的说明书及附图提出了一种激光退火装置，其使用将1条激光分割为没有相干性的多条激光的分割光学装置，以替代蝇眼透镜。
下面简单说明上述专利申请中提出的激光退火装置。图1表示上述专利申请中提出的激光退火装置的结构图。
在图1所示的激光退火装置100中，首先，从激光光源101射出激光L120。从激光光源101射出的激光L120通过准直仪102变为平行光后，射入分光部103。
分光部103具备第1和第2分束器(以下简称为BS)104、105和反射镜106。第1BS104的光分割面、第2BS105的光分割面及反射镜106的光反射面均平行配置。
借助于准直仪102变为平行光的激光L120射入第1BS104。第1BS104将激光L120分离为透射光(以下称为激光L121)和反射光(以下称为激光L122)。第1BS104以1∶1的强度比例分割出透射光和反射光。
激光L121射入第2BS105。第2BS105将射入的激光L121进一步分离为透射光(以下称为激光L123)和反射光(以下称为激光L124)。第2BS105以1∶1的强度比例分割出透射光和反射光。
激光L123射入第1凸透镜107。激光L124经反射镜106反射后，射入第2凸透镜108。
另一方面，激光L122经反射镜106反射后，射入第2BS105。第2BS105将射入的激光L122进一步分离为透射光(以下称为激光L125)和反射光(以下称为激光L126)。第2BS105以1∶1的强度比例分割出透射光和反射光。
激光L125射入第3凸透镜109，激光L126经反射镜106反射后射入第4凸透镜111。
如上所述生成的4条激光L123、L124、L125、L126相互平行，其强度均为分割前的激光L120的1/4。
激光L123、激光L124、激光L125和激光L126分别借助于第1～第4凸透镜107～110一次会聚后，射入聚光镜111。然后，聚光镜111将激光L123～126分别照射到衬底112上的预定范围。
在以上说明的激光退火装置100中，当从激光光源101射出的激光的相干长度为L，各光分离面之间以及光分离面与反射镜之间的介质的折射率为n，入射光束向光分割面的入射角为θ时，第1BS104的光分割面与第2BS105的光分割面之间的间隔t以及第1BS104的光分割面与反射镜106的反射面之间的间隔t设定为满足下式1。
t＞L/(2ncosθ)……(1)
因此，激光L123～L126虽然是从同一激光光源101射出的激光，但全部光路均大于等于相干长度，不会相互干涉。因此，激光退火装置100能够以均匀强度照射衬底112上的预定范围而不产生干涉条纹，使被照射物整体得到均匀照射。
然而，在上述激光退火装置100中，理想化的BS104、105的光透射量与反射量的比例最好是1∶1。但是，由于制造误差等原因，实际上的透射量与反射量之比不会是1∶1。另外，理想化的反射镜106的反射率也最好是100％。但是，由于制造误差等原因，实际上的反射率低于100％。因此，从分光部103射出的激光L123～L126理想化地最好全部是同一强度，但实际上强度不会相同。
例如，BS104、105的反射率与透射率的比例的误差为2％，反射镜106的反射率为99％情况下的，表示激光L123～L126的强度的图表如图2所示。图2表示了在以激光L123的强度为基准的情况下各激光L124～L126的强度比率。
如该图2所示，在以上述条件生成4条激光L123～L126的情况下，可知光的强度会产生17％左右的差。BS104、105及反射镜106各自误差虽然很小，但仍然会产生这样的强度差，其原因在于，多重反射造成了制造误差成分被积累起来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够消除如上所述的现有技术中所存在的问题点的新颖的光照射装置。
本发明的另一目的在于提供一种在将1条激光分割为多条激光时使分割出来的各条激光的强度相同的光照射装置。
本发明的光照射装置具备：第1出射单元，其光学结构具有将光束透射和反射后分割为透射光和反射光的1个或以上的光分离面，1条光束射入后，通过使射入的1条光束穿过1个或以上的光分离面，生成n条(n是大于等于2的自然数)光束；第2出射单元，其光学结构与第1出射单元相同，1条光束射入后，通过使射入的1条光束经过1个或以上的光分离面，生成n条光束；光合成单元，从第1出射单元射出的n条光束与从第2出射单元射出的n条光束射入其中，合成相互的1束光线的彼此，输出n条光束。
本发明中所用的光合成单元针对由第1出射单元和第2出射单元生成的各n条光束，按照其光束生成通路中的反射及透射所产生的光路长度的由短至长的顺序，排列为从1到n时，将由第1出射单元生成的第m条(m为1到n之间的任意整数)光束与由第2出射单元生成的第(n-m+1)条光束在同轴上进行合成。
本发明的其他目的、借助于本发明所获得的具体优点可由下面参照附图所说明的实施方式进一步说明。
附图说明
图1是本发明提出的激光退火装置的结构图。
图2是表示由图1所示的激光退火装置分割的4条激光的强度分布图表的图。
图3是本发明的第1实施方式的激光退火装置的结构图。
图4是图3所示的激光退火装置的分割光学系统及合成光学系统的结构图。
图5是表示分割光学系统的一个实例的结构图。
图6是表示由本发明的激光退火装置分割的8条激光的强度分布图表的图。
图7是本发明的第2实施方式的激光退火装置的结构图。
图8是图7所示的激光退火装置的第1分割光学系统的结构图。
图9是图7所示的激光退火装置的第2分割光学系统的结构图。
图10是表示本发明的激光退火装置中使用的透镜阵列的一个实例的透视图。
最佳实施方式
下面参照附图说明本发明应用后的激光退火装置。此外，以下说明的本发明的激光退火装置是一种通过对平板状的退火对象物体——衬底进行激光照射来对该衬底进行热处理的装置。例如，本发明的激光退火装置用于形成作为液晶显示装置、有机EL显示装置的开关元件的薄膜晶体管的通道层。即，用来对在玻璃衬底上成膜的非晶硅膜进行热处理以形成多硅膜。
第1实施方式
首先，说明本发明的第1实施方式。如图3所示，该激光退火装置10具备：载物台12，用来放置衬底11；第1激光光源13，用来射出激光；设置在从第1激光光源13射出的激光的光路上的第1准直仪14和第1衰减器15；第1分光部16，用来将从第1衰减器15射出的激光分割为n条激光；第2激光光源17，用来射出激光；设置在从第2激光光源17射出的激光的光路上的第2准直仪18和第2衰减器19；第2分光部20，用来将从第2衰减器19射出的激光分割为n条激光。n是自然数。
另外，本发明的激光退火装置10具备：光合成部21，用来将从第1分光部16和第2分光部20射出的各n条激光混合后射出(2×n)条激光；透镜阵列22，由(2×n)个凸透镜构成并射入从光合成部21射出的(2×n)条激光；聚光镜23，用来将从透镜阵列22射出的(2×n)条激光引导到衬底11的预定区域。
载物台12具有用来承载平板状的衬底11的平坦主面。载物台12在保持主面上承载的衬底11的同时，向与主面平行的方向——图3中的X方向和Y方向移动。在激光退火装置10中，通过移动载物台12，能够移动衬底11与激光的照射点的相对位置。即，移动载物台12能够控制衬底11上进行退火的位置。此外，载物台12的移动控制由未图示的控制器来完成。
第1激光光源13和第2激光光源17分别将1个光束的激光脉冲振荡后输出。在激光退火装置10中，采用固体激光器作为第1激光光源13和第2激光光源17。固体激光器是以除半导体之外的结晶或玻璃等透明物质作为母体材料，通过在母体材料中掺杂稀土离子或过渡金属离子等形成固体激光器材料，利用光激励固体激光器材料，射出激光束的装置。这里，作为固体激光器，可以使用：在母体材料中使用玻璃掺杂Nd3+后的玻璃激光器、在红宝石上掺杂Cr3+后的红宝石激光器、在钇铝石榴石(YAG)上掺杂Nd3+后的YAG激光器，进一步，将这些激光的波长通过非线性光学结晶进行波长变换后的激光器等。另外，也可以使用半导体激光器取代固体激光器。
第1激光光源13和第2激光光源17虽然射出相同波长的激光，但它们由不同激光振荡器构成，即使将两者射出的激光进行合成，也不会产生干涉。
从第1激光光源13射出的激光射入第1准直仪14。第1准直仪14将射入的激光变为预定光束直径的平行光束。从第1准直仪14射出的激光射入第1衰减器15。第1衰减器15对射入的激光的强度进行调整。从第1衰减器15射出的激光射入第1分光部16。
从第2激光光源17射出的激光射入第2准直仪18。第2准直仪18将射入的激光变为预定光束直径的平行光束。从第2准直仪18射出的激光射入第2衰减器19。第2衰减器19对射入的激光的强度进行调整。从第2衰减器19射出的激光射入第2分光部20。
以下将从第1衰减器15射入第1分光部16的激光称为激光L11。另外，将从第2衰减器19射入第2分光部20的激光称为激光L12。通过准直仪14、18及衰减器15、19的调整，激光L11与激光L12的强度及光束直径变得相同。
第1分光部16将入射的激光L11分割，射出等间距排列的n条平行激光。从第1分光部16射出的n条激光的光路按照例如图3中的X方向排列。另外，从第1分光部16射出的n条激光为相互没有相干性的激光。例如，在第1分光部16，用来分割激光而形成的光路长度随着射出的各条激光而不同。即，从激光L11的入射口到出射口的光路长度对于n条激光均不相同。进一步，各个光路中存在着大于等于由第1激光光源13所规定的相干长度的差。因此，射出的各条激光呈没有相干性的状态。
此外，对从第1分光部16射出的n条激光按其排列顺序给以编号进行说明。例如，从第1分光部16射出的n条激光沿图3中X方向排列，从X方向的一方开始顺序加1进行编号。具体说来，从X方向的一方开始，第1条激光记为激光L11-1，第2条激光记为激光L11-2，第3条激光记为激光L11-3，以下顺序编号，最后，第n条激光记为激光L11-n。
第2分光部20将入射的激光L12分割，射出等间距平行排列的n条激光。从第2分光部20射出的n条激光的光路形成在例如图3中的X-Z平面上，沿着X方向排列。另外，从第2分光部20射出的n条激光为相互没有相干性的激光。例如，在第2分光部20，用来分割激光而形成的光路长度随着射出的各条激光而不同。即，从激光L12的入射口到出射口的光路长度对于n条激光均不相同。进一步，各个光路中存在着大于等于由第2激光光源17所规定的相干长度的差。因此，射出的各条激光呈互相没有相干性的状态。
此外，对从第2分光部20射出的n条激光按其排列顺序给以编号进行说明。例如，从第2分光部20射出的激光沿图3中X方向排列，从箭头X方向一方开始顺序加1进行编号。此外，编号增加的方向与第1分光部16中编号的增加方向相同。具体说来，从X方向的一方开始，第1条激光记为激光L12-1，第2条激光记为激光L12-2，第3条激光记为激光L12-3，以下顺序编号，最后，第n条激光记为激光L12-n。
这里，第1分光部16与第2分光部20使用同样的光学部件，其光学部件的内部配置相同。
不过，第1分光部16与第2分光部20以与射出的激光的光轴方向平行的轴为中心，相对于该轴反转180°配置。即，第1分光部16与第2分光部20以图3中Z方向的轴为中心反转180度配置。
因此，从第1分光部16与第2分光部20射出的激光的关系如下。即，用来生成第1分光部16的第1条激光L11-1而形成的第1分光部16内的光学路径与用来生成第2分光部20的第n条激光L12-n而形成的第2分光部20内的光学路径相同。另外，用来生成第1分光部16的第2条激光L11-2而形成的第1分光部16内的光学路径与用来生成第2分光部20的第(n-1)条激光L12-(n-1)而形成的第2分光部20内的光学路径相同。另外，用来生成第1分光部16的第3条激光L11-3而形成的第1分光部16内的光学路径与用来生成第2分光部20的第(n-2)条激光L12-(n-2)而形成的第2分光部20内的光学路径相同。
即，用来生成第1分光部16的第m(m为大于等于1小于等于n的整数)条激光L11-m而形成的第1分光部16内的光学路径与用来生成第2分光部20的第(n-m+1)条激光L12-(n-m+1)而形成的第2分光部20内的光学路径相同。因此，第1分光部16的第m条激光与第2分光部20的第(n-m+1)条激光是由射入的激光穿过相同光学部件而生成的。
此外，后面详细叙述第1分光部16及第2分光部20的具体结构实例。
如上所述的从第1分光部16射出的n条激光L11-1～L11-n以及从第2分光部20射出的n条激光L12-1～L12-n射入光合成部21。
光合成部21将从第1分光部16射出的n条激光L11-1～L11-n与从第2分光部20射出的n条激光L12-1～L12-n合成后，射出等间距平行排列的(2×n)条激光。从光合成部21射出的n条激光沿着例如图3中的X方向排列。(2×n)条激光的强度均相同。
以下，对从光合成部21射出的(2×n)条输出激光按其排列顺序编号。具体说来，从光合成部21输出的第1条激光记为激光L20-1，第2条激光记为激光L20-2，第3条激光记为激光L20-3，第n条激光记为激光L20-n，第(n+1)条激光记为激光L20-(n+1)，第(n+n)条激光记为激光L20-(n+n)。
此外，后面详细叙述光合成部21的具体结构实例。
从光合成部21输出的(2×n)条输出激光(L20-1～L20-(n+n))射入透镜阵列22。
透镜阵列22由在从光合成部21射出的(2×n)条输出激光的排列方向(例如图3中的X方向)上等间隔排成1列的(2×n)个凸透镜构成。凸透镜的排列间隔与从光合成部21射出的输出激光的间隔相同，各凸透镜设置在各输出激光的光轴上。从透镜阵列22射出的输出激光被一度聚光后，射入聚光镜23。
聚光镜23将经透镜阵列22聚光后的(2×n)条输出激光合成到衬底11上的规定的照射区域，合成后的光照射到衬底11上。
如上所述构成的激光退火装置10中，在载物台12上放置衬底11，其后，开始激光退火处理。激光退火装置10在激光退火处理开始后，从第1激光光源13和第2激光光源17射出脉冲激光。
从第1激光光源13射出的激光穿过第1准直仪14、第1衰减器15及第1分光部16后，成为没有相干性的相同强度的n条平行光束。从第2激光光源17射出的激光穿过第2准直仪18、第2衰减器19及第2分光部20后，成为没有相干性的相同强度的n条平行光束。
分别从第1分光部16和第2分光部20射出的n条激光由光合成部21合成，输出为(2×n)条输出激光。(2×n)条输出激光通过透镜阵列22及准直仪23合成后，照射到衬底11上的指定区域。
此外，在激光退火装置10中，使载物台12平行移动，将平板状的衬底11沿平行于主面的方向(图3中X-Y方向)移动，在衬底11的整个区域中照射激光，进行退火处理。
其次，进一步详细说明第1分光部16、第2分光部20及光合成部21的结构。以从第1分光部16及第2分光部20射出的激光的条数为4条、即n＝4的情况下的第1分光部16、第2分光部20及光合成部21的结构为例进行说明。
图4表示在n＝4的情况下第1分光部16、第2分光部20及光合成部21的结构。另外，图5表示在n＝4的情况下第1分光部16的结构。此外，射入第1分光部16及第2分光部20的激光L11、L12的入射方向取作Z方向。该Z方向是对载物台11的主面的正交方向。另外，分别从第1分光部16及第2分光部20射出的各4条激光平行于预定方向并排射出，取该激光的排列方向为X方向。此外X方向与Z方向是相互正交的方向。
如图4及图5所示，第1分光部16具备第1分束器(BS)31及第2BS32，其平面状的光分离面沿着Z方向并列配置。第1BS31及第2BS32是用来将射入光分离面的激光透射及反射后分离为2条激光的元件。透射与反射的分离比率设计成1∶1。
第1分光部16具备反射镜33，其光反射面平行于第1BS31及第2BS32的光分离面，与第1BS31及第2BS32沿着Z方向并排配置。反射镜33是用来将射到平面状的光反射面上的激光反射出去的元件。反射镜33比第1BS31更靠近激光L11的入射一侧配置。
第1BS31及第2BS32的光分离面以及反射镜33的光反射面垂直于由X-Z轴形成的平面而配置，并且，相对于射入的激光L11的入射方向、即X方向呈指定角度θ(0°＜θ＜90°)来配置。即，激光L11以入射角θ射入第1BS31及第2BS32的光分离面。
第1BS31配置于第1激光L11-1的光轴上。另外，第2BS32也配置于第1激光L11-1的光轴上。另外，第1BS31的配置和大小为只允许入射光激光L11射入，其他光线无法射入。第2BS32的配置和大小为只允许第1BS31的透射光及经反射镜33反射后第1BS31的反射光射入，其他光线无法射入。反射镜33配置位置和大小为允许第1BS31的反射光以及第2BS32的2个反射光射入，不遮挡入射光L11。
不过，当第1激光光源13所设定的相干长度为L时，第1BS31与反射镜33之间的距离t1大于等于L/(2cosθ)。另外，当第1激光光源13所设定的相干长度为L时，第1BS31与第2BS32之间的距离t2也大于等于L/(2cosθ)。
借助于如上所述的结构，第1分光部16能够射出平行于X方向排列的相互没有相干性的4条激光。
具体说来，第1激光L11-1在穿过第1BS31及穿过第2BS32的路径中产生。第2激光L11-2在经第1BS31反射及穿过第2BS32的路径中产生。第3激光L11-3在穿过第1BS31并经第2BS32反射的路径中产生。第4激光L11-4在经第1BS31反射并经第2BS32反射的路径中产生。
由于从第1分光部16射出的4条激光是通过大于等于相互相干长度的光路而生成的，即使合成也不会产生干涉。
即，如果比较第1激光L11-1的光路长度与第2激光L11-2的光路长度，当相干长度为L时，第1BS31与反射镜33之间的距离t1大于等于L/(2cosθ)；因此，第2激光L11-2的光路长度大于等于相干长度L。如果比较第2激光L11-2的光路长度与第3激光L11-3的光路长度，当相干长度为L时，第1BS31与第2BS32之间的距离t2大于等于L/(2cosθ)；因此，第3激光L11-3的光路长度大于等于相干长度。如果比较第3激光L11-3的光路长度与第4激光L11-4的光路长度，当相干长度为L时，第1BS31与反射镜33之间的距离t1大于等于L/(2cosθ)；因此，第4激光L11-4的光路长度大于等于相干长度。
第2分光部20使用与上述结构的第1分光部16相同的光学部件，具有相同的配置结构。
不过，如图4所示，第2分光部20配置为以输出激光的出射方向(Z方向)为轴，轴反转180°配置。
因此，第1激光L12-1在经第1BS31反射并经第2BS32反射的路径中产生。第2激光L11-2在穿过第1BS31并经第2BS32反射的路径中产生。第3激光L11-3在经第1BS31反射并穿过第2BS32的路径中产生。第4激光L11-4在穿过第1BS31并穿过第2BS32的路径中产生。
如图4所示，光合成部21具备分束器34，将射入的激光反射及透射后，分离为2条激光。分束器34的光分离面与X-Z平面正交。分束器34的透射与反射的分离比率为1∶1。
从第1分光部16射出的4条激光(L11-1～L11-4)在经反射镜35反射后，从一侧的面(以下称为表面)射入分束器34。另外，从第2分光部20射出的4条激光(L12-1～L12-4)从与射入来自第1分光部16的激光的面相反一侧的面(以下称为背面)射入分束器34。
从第1分光部16及第2分光部20射出的8条激光全部沿着与分束器34的光分割面正交的平面、即X-Z平面射入该分束器34。另外，各激光以规定角度φ(0°＜φ＜90°)射入分束器34的光分离面。不过，射入时，从第1分光部16射出的激光(L11-1～L11-4)与从第2分光部20射出的激光(L12-1～L12-4)的光轴不一致。
进一步，从第1分光部16射出的第1激光L11-1与从第2分光部20射出的第1激光L12-1射入分束器34的光分离面上的相同位置(但存在表面与背面的差别)。从第1分光部16射出的第2激光L11-2与从第2分光部20射出的第2激光L12-2射入分束器34的光分离面上的相同位置。从第1分光部16射出的第3激光L11-3与从第2分光部20射出的第3激光L12-3射入分束器34的光分离面上的相同位置。从第1分光部16射出的第4激光L11-4与从第2分光部20射出的第2激光L12-4射入分束器34的光分离面上的相同位置。
因此，从第1分光部16射出的第1激光L11-1的反射光(L11-1_r)与从第2分光部20射出的第1激光L12-1的透射光(L12-1_t)在同轴上被合成，作为输出光L20-1射出。从第1分光部16射出的第2激光L11-2的反射光(L11-2_r)与从第2分光部20射出的第2激光L12-2的透射光(L12-2_t)在同轴上被合成，作为输出光L20-2射出。从第1分光部16射出的第3激光L11-3的反射光(L11-3_r)与从第2分光部20射出的第3激光L12-3的透射光(L12-3_t)在同轴上被合成，作为输出光L20-3射出。从第1分光部16射出的第4激光L11-4的反射光(L11-4_r)与从第2分光部20射出的第4激光L12-4的透射光(L12-4_t)在同轴上被合成，作为输出光L20-4射出。
另外，从第1分光部16射出的第1激光L11-1的透射光(L11-1_t)与从第2分光部20射出的第1激光L12-1的反射光(L12-1_r)在同轴上被合成，作为输出光L20-5射出。从第1分光部16射出的第2激光L11-2的透射光(L11-2_t)与从第2分光部20射出的第2激光L12-2的反射光(L12-2_r)在同轴上被合成，作为输出光L20-6射出。从第1分光部16射出的第3激光L11-3的透射光(L11-3_t)与从第2分光部20射出的第3激光L12-3的反射光(L12-3_r)在同轴上被合成，作为输出光L20-7射出。从第1分光部16射出的第4激光L11-4的透射光(L11-4_t)与从第2分光部20射出的第4激光L12-4的反射光(L12-4_r)在同轴上被合成，作为输出光L20-8射出。
此外，输出光L20-5～L20-8经反射镜36反射，与输出光L20-1～L20-4平行射出。
如上所述，本发明的激光退火装置10中，第1分光部16与第2分光部20使用相同的光学部件，该光学部件的内部配置结构相同。另外，第1分光部16与第2分光部20以出射激光的光轴方向为中心轴，相对于该中心轴相互反转180°配置。进一步，第1实施方式的激光退火装置10中，利用光合成部21，将第1分光部16的第m(1≤m≤n)激光L11-m与第2分光部20的第m激光L12-m彼此合成。
依照此种方式，本发明的激光退火装置10中，穿过反射及透射的模式相互对称的路径而分离的激光彼此被合成。因此，第1实施方式的激光退火装置10中，即使由于制造误差而在分离光学系统的分束器中产生透射及反射的分离比例的差异，通过进行激光合成，也能够抵消误差。
例如，假定图4所示的第1分光部16及第2分光部20的第1分束器31及第2分束器32的反射量与透射量的比例误差为2％，反射镜33的反射率为99％，在此情况下，表示激光L20-1～L20-8的强度的图表如图6所示。图6表示了在以激光L20-1的强度为基准的情况下各激光L20-2～L20-8的强度比率。
如该图6所示，在以上述条件生成8条激光L20-1～L20-8的情况下，可知光的强度只产生1.1％左右的差。
此外，作为第1分光部16及第2分光部20的具体实例，采用了n＝4时的结构为例；通过增加分束器的数量，n＝4以外也能够以相同结构来实现。即，分束器的数量为j个(j是自然数)时，能够射出n＝2j条激光。
假定由第1分光部16及第2分光部20分割的激光光束数量为n，配置为第i个的分束器为BSi，i的最大值、即分光部所具备的BS的数量为k，则n与k的关系如下式2所示。
n＝2k  ……(2)
另外，第i个BSi中激光光束穿过及反射次数m与i的关系如下式3所示。
m＝2(j-1)……(3)
另外，BSi的透射率T如下式4所示。
T＝0.5i……(4)
进一步，BSi的反射率R如下式5所示。
R＝0.5i……(5)
另外，为了使输出的n条激光光束成为互不干涉的不相干光，需要将各分束器及反射镜如下配置。
这里，假定各分束器的激光光束入射角为θ，激光光束的相干长度为L。
第1个分束器与反射镜之间的距离t0设定为如下式6。
t0≥L/(2cosθ)……(6)
另外，配置为第1个的分束器BS1与配置为第j个的分束器BS(j)之间的距离t(j-1)设定为如下式7。此外，j为从2到k的整数。
tj≥((2(j-1)-1)L/(2cosθ)……(7)
另外，进一步，各分束器之间，以及分束器与反射镜之间设置了折射率为n的介质时，为了使输出的n条激光光束成为互不干涉的不相干光，需要将各分束器及反射镜配置如下。
第1个分束器与反射镜之间的距离t0设定为如下式8。
t0≥L/(2ncosθ)……(8)
另外，配置为第1个的分束器BS1与配置为第j个的分束器BS(j)之间的距离t(j-1)设定为如下式9。j为从2到k的整数。
tj≥(2(j-1)-1)L/(2ncosθ)……(9)
通过这样配置分束器，能够将1条激光光束分割为互不干涉并且强度相同的n条平行激光光束。
第2实施方式
其次说明本发明的第2实施方式的激光退火装置。此外，在说明本发明的第2实施方式的激光退火装置时，对与上述的第1实施方式相同的部分标以相同符号，省略其进一步的详细说明。
如图7所示，本发明的第2实施方式的激光退火装置40具备：载物台12，用来放置衬底11；第1激光光源13，用来射出激光；设置在从第1激光光源13射出的激光的光路上的第1准直仪14和第1衰减器15；第2激光光源17，用来射出激光；设置在从第2激光光源17射出的激光的光路上的第2准直仪18和第2衰减器19。
图7所示的本发明的激光退火装置40具备：第1水平分光部41，用来将从第1衰减器15射出的激光沿着图7中X方向的水平方向分割为2条激光；第2水平分光部42，用来将从第2衰减器19射出的激光沿着水平方向分割为2条激光；第1垂直分光部43，用来将由第1水平分光部41分割的2条激光沿着图7中Y方向的垂直方向4分为共计8条激光并输出；第2垂直分光部44，用来将由第2水平分光部42分割的2条激光沿着垂直方向4分为共计8条激光并输出；光合成部45，用来将从第1垂直分光部43和第2垂直分光部44射出的各8条激光混合后射出16条激光；透镜阵列46，从由16个凸透镜构成的光合成部45射出的16条激光射入其中；聚光镜23，用来将从透镜阵列46射出的16条激光引导到衬底11的预定区域。
从第1衰减器15射出的激光射入第1水平分光部41，从第2衰减器19射出的激光射入第2水平分光部42。
第1水平分光部41将入射的激光沿X方向分割，射出等间距平行排列的2条激光。从第1水平分光部41射出的2条激光的光路沿着例如图7中的X方向排列。另外，从第1水平分光部41射出的2条激光为相互没有相干性的激光。例如，在第1水平分光部41，用来分割激光而形成的光路长度随着射出的各条激光而不同。即，从激光的入射口到出射口的光路长度对于2条激光均不相同。进一步，各个光路中存在着大于等于由第1激光光源13所规定的相干长度的差。例如，第1水平分光部41可以采用去除了图5所示的分光部16的分束器32的结构来实现。
第2水平分光部42将入射的激光沿X方向分割，射出等间距平行排列的2条激光。从第2水平分光部42射出的2条激光的光路沿着例如图7中的X方向排列。另外，从第2水平分光部42射出的2条激光为相互没有相干性的激光。例如，在第2水平分光部42，用来分割激光而形成的光路长度随着射出的各条激光而不同。即，从激光的入射口到出射口的光路长度对于2条激光均不相同。进一步，各个光路中存在着大于等于由第2激光光源17所规定的相干长度的差。例如，第2水平分光部42可以采用去除了图7所示的分光部16的分束器32的结构来实现。
这里，第1水平分光部41与第2水平分光部42使用同样的光学部件，其光学部件的内部配置相同。不过，第1水平分光部41与第2水平分光部42以射出的激光的光轴方向为中心，配置为成为轴对称。即，第1水平分光部41与第2水平分光部42配置为相对于图7中Z方向的激光的射出方向呈180°轴旋转。
从第1水平分光部41射出的2条激光射入第1垂直分光部43，从第2水平分光部42射出的2条激光射入第2垂直分光部44。
第1垂直分光部43将图7中沿X方向平行排列的2条激光分别独立地沿图7中的Y方向4分割并输出。因此，从第1垂直分光部43射出共计8条激光。从第1垂直分光部43射出的8条激光沿图7中X方向2列、沿图7中Y方向4列，排列为矩阵状。另外，从第1垂直分光部43射出的8条激光为相互没有相干性的激光。例如，从激光的入射口到出射口的光路长度对于垂直方向的每条激光均不相同。进一步，各个光路中存在着大于等于由第1激光光源13所规定的相干长度的差。例如，第1垂直分光部43可以通过将图7所示的分光部16以Z方向为中心旋转90度来实现。
第2垂直分光部44将图7中沿X方向平行排列的2条激光分别独立地沿图7中的Y方向4分割并输出。因此，从第2垂直分光部44射出共计8条激光。从第2垂直分光部44射出的8条激光沿图7中X方向2列、沿图7中Y方向4列，排列为矩阵状。另外，从第2垂直分光部44射出的8条激光为相互没有相干性的激光。例如，从激光的入射口到出射口的光路长度对于垂直方向的每条激光均不相同。进一步，各个光路中存在着大于等于由第2激光光源17所规定的相干长度的差。例如，第2垂直分光部44可以通过将图7所示的分光部16以Z方向为中心旋转-90度来实现。
这里，图8表示从图7中X方向观察第1水平分光部41、第1垂直分光部43及光合成部45所看到的图，图9表示从图7中X方向观察第2水平分光部42、第2垂直分光部44及光合成部45所看到的图。如图8及图9所示，第1垂直分光部43与第2垂直分光部44使用同样的光学部件，其光学部件的内部配置相同。不过，第1垂直分光部43与第2垂直分光部44以射出的激光的光轴方向的平行轴为中心，相对于该轴反转180°配置。
从第1垂直分光部43及第2垂直分光部44射出的各自8条激光射入光合成部45。
光合成部45将从第1垂直分光部43射出的8条激光与从第2垂直分光部44射出的8条激光混合后，射出沿X方向的水平方向4列、Y方向的垂直方向4列排列为矩阵状的激光光群。从光合成部45射出的16条激光其强度均相同。该光合成部45的结构与上述光合成部21的结构相同。不过，在第1实施方式中，对在X方向上排成1列的激光进行合成；而在第2实施方式中，射入的是呈矩阵状排列的激光，因此，必须有足够的大小，以便在光分离面上照射8条激光。
光合成部45具备分束器34，将射入的激光反射及透射后，分离为2条激光。分束器34的光分离面与X-Z平面正交。分束器34的透射与反射的分离比率为1∶1。
从第1垂直分光部43射出的8条激光在经反射镜35反射后，从一侧的面(以下称为表面)射入分束器34。另外，从第2垂直分光部44射出的8条激光从与射入来自第1垂直分光部43的激光的面相反一侧的面(以下称为背面)射入分束器34。
从第1垂直分光部43及第2垂直分光部44射出的共计16条激光以预定的角度φ(0°＜φ＜90°)射入分束器34的光分离面。不过，射入时，从第1垂直分光部43射出的激光与从第2分光部44射出的激光的光轴不一致。
进一步，从第1垂直分光部43射出的(s，t)位置的激光与从第2垂直分光部44射出的(s，t)位置的激光射入分束器34的光分离面上的相同位置(但存在表面与背面的差别)。这里，(s，t)表示2×4的矩阵状的激光的位置。此外，s，t的取值分别为s＝1，2、t＝1，2，3，4。即，矩阵内相同位置的激光彼此被同轴合成。
从光合成部45输出的16条输出激光射入透镜阵列46。
透镜阵列46由图10所示的矩阵状排列的16个凸透镜构成。凸透镜的排列间隔与从光合成部45射出的输出激光的间隔相同，各凸透镜设置在各输出激光的光轴上。从透镜阵列46射出的输出激光被一度聚光后，射入聚光镜23。
聚光镜23将由透镜阵列46聚光的16条输出激光合成后，聚集到衬底11上的预定的照射区域。
具备上述结构的本发明的激光退火装置40中，以二维形式进行激光分割。这种情况下，第1水平分光部41与第2水平分光部42的关系、第1垂直分光部43与第2垂直分光部44的关系为，使用相同的光学部件，该光学部件的内部配置结构相同。进一步，以出射激光的光轴方向为中心轴，相对于该中心轴相互反转180°配置。进一步，在第2实施方式的激光退火装置40中，利用光合成部45，将从第1垂直分光部43射出的激光与从第2垂直分光部44射出的激光和在矩阵状的相同位置的激光彼此进行合成。
即，第2实施方式的激光退火装置40中，穿过相对的路径而分离的激光彼此被合成。
因此，图7所示的本发明的激光退火装置40中，即使由于设计误差而在分离光学系统的分束器中产生透射及反射的分离比例的差异，通过进行激光合成，也能够抵消误差。
另外，对于本领域技术人员来说以下事实是明显的：本发明并不限于上述实施例，只要不背离附上的权利要求书及其主旨，可以进行各种各样的变更、替换或者类似变化。
工业适用性
本发明的光照射装置对穿过相对光学路径的光束彼此进行合成，因此，分割路径上产生的误差成分被抵消，能够使从光合成单元输出的多条光束强度相同。

Claims (7)

1.一种光照射装置，其特征在于，
具备：
第1出射单元，其光学结构具有将光束透射和反射后分割为透射光和反射光的1个或以上的光分离面，1条光束射入后，通过使射入的1条光束经过上述1个或以上的光分离面，生成n条(n是大于等于2的自然数)光束；
第2出射单元，其光学结构与上述第1出射单元相同，1条光束射入后，通过使射入的1条光束经过上述1个或以上的光分离面，生成n条光束；
光合成单元，从上述第1出射单元射出的n条光束与从上述第2出射单元射出的n条光束射入其中，合成相互的1束光线的彼此，输出n条光束，
上述光合成单元针对由上述第1出射单元和第2出射单元生成的各n条光束，按照其光束生成通路中的因反射及透射所产生的光路长度的由短至长的顺序，排列为从1到n时，将由第1出射单元生成的第m条(m为1到n之间的任意整数)光束与由第2出射单元生成的第(n-m+1)条光束在同轴上进行合成。
2.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，
上述光合成单元具有将射入的光束反射及透射后分割为2条光束的光束分割面；上述光束分割面上，从其一面一侧射入由第1出射单元射出的n条光束，从成为上述一面的背面侧的另一面一侧射入由第2出射单元射出的n条光束，
第1出射单元的第m个光束的透射光与第2出射单元的第(n-m+1)个光束的反射光在同轴上合成，
第1出射单元的第m个光束的反射光与第2出射单元的第(n-m+1)个光束的透射光在同轴上合成。
3.如权利要求2所述的光照射装置，其特征在于，
上述第1出射单元将与上述光束分割面垂直的平面上平行排列的n条光束射出到上述光束分割面；
上述第2出射单元将在与从上述第1出射单元射出的n条光束排列的平面同一平面上平行排列的n条光束射出到上述光束分割面。
4.如权利要求1所述的光照射装置，其特征在于，
上述第1及第2出射单元中包含的光分割光学系统，
具备：
从第1到第j(n＝2j，j为大于等于1的自然数)的j分束器个分光器，其具有光分离面，将入射的光束透射及反射后分离为透射光及反射光的2个光束，同时，将该反射光沿着与上述光合成单元的光束分割面垂直的平面射出，该光分离面平行排列；
反射镜，具有将入射光束进行反射的光反射面，该光反射面与各分束器器的光分离面平行，并配置在来自分束器器的全部反射光射入该光反射面的位置，
第1个分束器器中射入1条光束，射出1条透射光及1条反射光，
第k+1(k为大于等于1小于等于(j-1)的整数)个分束器器射入第k个分束器器的2(k-1)条透射光，同时，第k个分束器器的2(k-1)条反射光经上述分束器反射镜反射后射入其中，射出2k条透射光及2k条反射光；
第j个分束器器向外部射出2(j-1)条透射光，向上述反射镜射出2(j-1)条反射光；
上述反射镜将第j个分束器器的2(j-1)条反射光反射后向外部射出，
上述第k个分束器器的光分离面与第(k+1)个分束器器的光分离面之间的距离以及各分束器器的光分离面与反射镜的反射面之间的距离调整为使从光源射出的光束的各自的光路的光路长的差大于相干长度。
5.如权利要求3所述的光照射装置，其特征在于，
假定射入各分束器器的激光光束的入射角为θ，从上述激光光源射出的激光光束的相干长度为L，各光分离面的介质的折射率为n，此时，第1个分束器器的光分离面与第(k+1)个分束器器的光分离面之间的距离tk为大于等于(2(j-1)-1)×L/(2cosθ)，
假定射入各分束器器的激光光束的入射角为θ，从上述激光光源射出的激光光束的相干长度为L，第1个分束器器的光分离面与上述反射镜的光反射面之间的介质的折射率为n，此时，第1个分束器器的光分离面与上述反射镜的光反射面之间的距离为大于等于L/(2ncosθ)。
6.如权利要求5所述的光照射装置，其特征在于，上述第1出射单元的光分割光学系统与上述第2出射单元的光分割光学系统相对于从第1及第2出射单元射出的n条光束的排列方向相互反转配置。
7.如权利要求5所述的光照射装置，其特征在于，经上述分束器器的光分离面分离的反射光及透射光的光强度之比为1∶1。
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