JP2003287703A - レーザビーム均一照射光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザビームを分割した分割ビームを重ね合
わせて照射面上に均一な強度分布を備えた照射ビーム
を、ビーム間の干渉を軽減して形成する光学系を提供す
る。 【解決手段】 レーザ光源からのレーザビームをビーム
断面において空間的に分割ビームに分割する導波路と、
分割ビームを照射面上で重ね合せて照射する重ね合せ用
のレンズと、照射面上のビーム強度を均一にする遅延板
とから成り、上記の導波路が、上記の分割ビーム幅が、
レーザビーム断面における断面方向の空間的可干渉距離
の１／２倍以上であって、上記の遅延板が、上記の分割
したビームの互いに隣接する隣接分割ビームの一方を他
方に対して時間的可干渉距離よりも長く遅延させ、分割
ビームの照射面上での干渉を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被照射物のレーザ
処理に際して照射面における照射レーザビームの均質性
を改善したレーザビーム均一照射用の光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ照射により加熱処理をする例とし
て、多結晶ケイ素膜の製造に際して、予め、適当な基
板、例えばガラス基板の上にＣＶＤなどの気相形成法に
より非晶質のケイ素膜を被着形成しておき、この非晶質
ケイ素膜を、レーザビームで走査して、多結晶化する方
法が知られている。

【０００３】ケイ素膜の多結晶化方法では、例えば、レ
ーザ光源からのレーザビームをレンズにより非晶質ケイ
素膜上に集光してレーザ照射をし、照射の際にケイ素膜
を走査させて、溶融凝固の過程で、結晶化させるものが
ある。このレーザビームは、照射位置でのビームの軸方
向強度プロフイルがレーザ源にプロフィルに依存して、
通常は、軸対称のガウス分布である。このようなビーム
の照射により成形した多結晶ケイ素膜は、結晶性の面方
向への均一性が非常に低く、これを半導体基板として薄
膜トランジスタを製造に使用するのは困難であった。

【０００４】さらに、波長の短いエキシマレーザを用い
て、照射ビームのプロフイルを矩形状の分布にして半導
体膜に照射加熱する技術が知られている。例えば、特開
平１１−１６８５１号及び同１０−３３３０７７号公報
には、発振器からのレーザビームを、光軸に垂直な面内
で互いに交叉する２つのシリンドリカルレンズダアレイ
を通して、その前方に収束レンズを通して、半導体膜表
面に収束させるものであった。この方法は、ガウス分布
を採るレーザビームを、２つのシリンドリカルレンズア
レイにより、直交する２方向で均一な強度分布にするも
のであり、半導体膜表面での照射レーザビームは、半導
体表面上で、直交する２方向で異なった幅となってお
り、照射レーザビームを掃引移動することにより、半導
体膜上に一定幅の多結晶帯域を繰り返し成形するもので
あった。

【０００５】レーザ光源からのレーザビームをこのよう
なシリンドリカルレンズアレイにより分割し、さらに照
射面で合成すると、照射面でレーザ光の干渉が生じて、
強度の高低の縞模様になる。このような照射面における
重ね合わせたビームに生じる干渉は、長方形状の照射レ
ーザビームを使用して半導体膜の加熱結晶化する場合、
レーザビームの移動方向の強度プロフィルが結晶成長に
大きく影響するので、ケイ素膜の結晶粒に大きく成長さ
せるには好ましくない。

【０００６】この干渉による照射レーザ強度の不均一性
を除く方法が提案されており、特開２００１−１２７０
０３には、光源からビームをコリオメータにより平行光
にして、段階状の反射面を有するミラーに照射し、ミラ
ーにより分割したビームを合成するシリンドリカルレン
ズアレーと収束用のシリンドリカルレンズとにより照射
する構成の光学系を開示している。これは、分割したビ
ームに各反射面間の段差によって、レーザビームのコヒ
ーレント長さ以上の光路差を設けて、照射面における分
割ビーム間の干渉を防止するものである。

【０００７】また、特開２００１−２４４２１３号は、
光源からのレーザビームをビームコリメータにより平行
光にして、小さな複数の反射鏡に照射し、各反射鏡から
の反射光を照射面に照射して重ね合わせるもので、各平
面鏡を反射するレーザビームの光路差をコヒーレント長
さ以上確保することにより、同様に、干渉を防止するも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のビーム均一化の
技術は、同一の光源からのレーザビームを分割して、照
射面で重ね合わせる際の干渉を、複数の反射面を有する
反射鏡を利用して光路差を設けて、防止するのである
が、これらの光学系は、特殊な反射鏡を必要としてい
た。特に、特開２００１−２４４２１３の光学系は、反
射鏡による光学系の光軸を曲げる配置が必要であり、さ
らに、光学系の各反射鏡は、多数の分割ビームに対応し
て照射面に対して正確に特定の位置関係を満たすように
配置する必要があり、反射鏡の配置が複雑となり、熱処
理装置として配置すべき光学系の自由度が低くなる問題
があった。特に、全ての分割ビームに光路差を設けるの
は、時間的可干渉距離の大きいレーザ発振源に対して
は、装置が大きく且つ複雑になり、現実的でなく、且
つ、光学的調整が困難であった。

【０００９】本発明は、上記の問題に鑑み、一般に、レ
ーザビームを分割した分割ビームを重ね合わせて照射面
上に均一な強度分布を備えた照射ビームを形成する光学
系において、重ね合わせによる分割ビーム間の干渉を防
止して、照射ビームの一層の均一化を図ることのできる
レーザビーム均一照射光学系を提供するものである。本
発明は、このような干渉を防止して照射ビームの均一化
をするための構成と調整とが簡単で容易な均一照射光学
系を提供しようとするものである。さらに、本発明は、
特に、被照射物として非晶質ケイ素膜に適用してその多
結晶化をするためのレーザ加熱装置に適用して、結晶面
域に亘って格子欠陥の少ない多結晶ケイ素膜を製造可能
にする光学系を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザビーム均
一照射光学系は、レーザ光源からのレーザビームをビー
ム断面において空間的に分割するレーザビーム分割手段
と、分割した複数のビームを照射面上で重ね合わて照射
する重ね合せ照射手段と、照射面上のビーム強度を均一
にする均一化手段とから、成るものであり、上記のレー
ザビーム分割手段が、上記のビーム分割幅を、上記ビー
ム断面における断面方向の空間的可干渉距離の１／２倍
以上とするように光源レーザビームをビーム分割して、
分割ビームを照射面で重ね合わせたとき分割ビーム相互
の干渉を軽減して、照射強度分布を均一化するものであ
る。

【００１１】また、このレーザビーム均一照射光学系
は、レーザ光源からのレーザビームをビーム断面におい
て空間的に分割するレーザビーム分割手段と、分割した
複数のビームを照射面上で重ね合わて照射する重ね合せ
照射手段と共に、照射面上のビーム強度を均一にする均
一化手段とから、成るものであり、上記の均一化手段
が、上記の分割したビームの互いに隣接する隣接分割ビ
ームの一方を他方に対して時間的可干渉距離よりも長く
遅延させる光学的遅延手段を含み、互いに隣接した分割
ビーム間の照射面上での干渉を防止して、照射強度分布
を均一化するものである。さらに、本発明のレーザビー
ム均一照射光学系は、上記のレーザビームの断面方向の
空間的可干渉距離の要素と、光軸方向の時間的可干渉距
離の要素とを両方とも低減することにより、照射強度分
布を極めて均一にするものである。

【００１２】上述の分割ビームの分割幅は、レーザビー
ム分割手段の出射面における分割ビームの幅として規定
され、このとき、空間的可干渉距離は、光源からのレー
ザビームが当該出射面の位置に投射された時の断面内に
おける空間的可干渉距離を言う。この空間的可干渉距離
は、レーザビームが二つに分岐され、その後に照射面上
で再び重ね合わせた時に生じる干渉が後述のビジビリテ
ィが１／ｅとなる時の２つのビームの最小の重なり距離
を言う。

【００１３】本発明においては、分割ビーム幅のビーム
断面における断面方向の空間的可干渉距離に対する比を
１／２以上とするが、好ましくは、１／√２以上、さら
に、好ましくは、１以上とする。即ち、ビーム分割手段
により分割される分割ビームの幅は、好ましくは、空間
的可干渉距離の１／√２倍以上に、特に、１倍以上に設
定される。分割ビーム幅の上限は、レーザビームを分割
する分割数により決まるが、分割数は、少なくとも５で
あり、好ましくは、７以上である。分割数が大きいほ
ど、照射レーザビームの強度の平坦化に有効ではある
が、分割数を大きくして、上記分割ビーム幅が、空間的
可干渉距離に対する比１／２未満になるのは好ましくな
い。実用的な、分割数は、５〜７が利用され、分割ビー
ム幅を空間的可干渉距離に対して１倍以上に設定する。

【００１４】レーザビーム分割手段には、導波路とシリ
ンドリカルレンズアレイとを含む。いずれも、レーザビ
ームを光軸に対して垂直な面におけるいずれか一方向に
分割する。

【００１５】導波路は、互いに対向する反射面を有する
中空の又は中実の透光体を含む。中空の導波路は、２つ
の鏡面を一定間隔で対向して配置したものが利用でき
る。中実の導波路は、板状で両方の主面を鏡面にした透
光体であり、通常は、光学ガラスの板を利用することが
できる。このような導波路においては、レーザビーム分
割手段には、レーザ源からの放射レーザビームを、導波
路内の反射面間に入射させる集光レンズを含む。

【００１６】導波路の出射面からは、導波路内を、反射
面で反射しないで、透過する分割ビームと、対向する反
射面で反射する反射回数ごとに２組の分割ビームとが得
られる。

【００１７】さらに、導波路は、反射しないで通過する
分割ビームを生じさせないような構造ないし配置が好ま
しい。この配置は、単一の光学的遅延手段を、一定の群
の分割ビームにだけ挿入することにより、他方の群に挿
入することなく、照射面上での干渉を軽減でき、単一の
光学的遅延手段の配置を簡便にできる利点がある。

【００１８】このために、好ましくは、反射しないて通
過した分割ビームに遮蔽体を挿入して、遮蔽することが
できる。別の態様は、導波路への入射光を導波路中心軸
に対して非対称に入射させる構造が採用できる。このた
めに、導波路には、導波路に対する入射レーザ光の光軸
が上記の導波路の反射面間の中心軸と斜交して、反射面
の間を反射しないで通過する分割ビームを生じさせない
こともできる。さらに別の態様は、導波路には中実な透
光体を用いて、当該導波路の入射面が導波路の中心軸と
斜交する構成にして、入射光が斜交した入射面で屈折さ
せて、少なくとも１回は反射面に反射させて、分割ビー
ムを構成することができる。これらの態様では、反射し
ないて通過した分割ビームを斜光する構成に比して、全
ての分割ビームを照射に利用できる利点がある。

【００１９】他方、レーザビーム分割手段としてのシリ
ンドリカルレンズアレイは、柱状で断面が凸レンズ状の
複数のシリンドリカルレンズを平行にして光軸に実質的
に直交する一方向に配列したものであり、各微小のシリ
ンドリカルレンズごとに対応する分割ビームを得ること
ができる。シリンドリカルレンズアレイを使用するレー
ザビーム分割手段には、好ましくは、シリンドリカルレ
ンズアレイに平行光を入射するコリメータを含む。

【００２０】本発明においては、光学的遅延手段には、
好ましくは、ビームの遅延用の透光体、即ち、遅延板を
利用して、各分割ビームが互いに空間的に分離した光路
に挿入される。このとき、各分割ビームをレーザビーム
に逆に投影した時の隣り合う分割ビームのうち少なくと
もいずれか一方に、遅延板を挿入して、互いに隣接する
分割ビームの間に光学的に光路差を設ける。遅延板は、
光路差をそのレーザビームの時間的可干渉距離より大き
して、分離された分割ビームが照射面に照射し重ねあわ
節時のレーザ光の干渉を防止することができる。光路差
は、遅延板のビーム透過長さと、遅延板の屈折率と空気
の屈折率との差とにより規定される。

【００２１】このような遅延板は、重ね合せ照射手段に
レーザビーム分割手段からの分割ビームを照射面に転写
する転写レンズを含み、転写レンズにより形成した複数
分割ビームを空間的分離した領域を形成するときは、こ
のような領域に挿入される。例えば、レーザビーム分割
手段が、導波路である場合には、転写レンズにより各分
割ビームが収束した焦点位置に配置される。レーザビー
ム分割手段が、シリンドリカルレンズアレイである場合
には、各シリンドリカルレンズの出射側光路上に配置す
ることができる。

【００２２】このようにして、複数の分割ビームは、そ
の一部が、光学的遅延手段を透過し、重ね合せ照射手段
が、分割ビームを照射面上で重ね合わて照射し、照射レ
ーザのプロフィルが、矩形状ないし直線状と成るように
投影する。照射されたビームのその長手方向の強度分布
が一様となる。

【００２３】このような光学系は、ガラス基板上に化学
的気相形成法などにより被着形成した非晶質又は多結晶
のシリコン皮膜を、加熱溶融して、多結晶化するか又は
より粗大な結晶に成長させるためのアニーリング装置に
利用するのに適している。

【００２４】特に、上記のアニーリング用光学系におい
ては、シリコン皮膜表面上に、細い広幅状にした線状の
照射ビームを形成しビーム線に直交する方向に走査する
ことにより、シリコン皮膜上をそのビーム幅で掃引して
均一に加熱するようにして、結晶成長させることがで
き、ビームが干渉模様の少ない均一な強度分布であるの
で、均一な高い結晶性を備えた結晶シリコン膜を製造す
ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の実施の形
態において、図１（Ａ）と図１（Ｂ）には、レーザビー
ム均一照射光学系を示すが、この光学系は、照射面上に
ｙ方向に均一な分布で広がり、ｘ方向に線状に収束した
直線状の照射プロフィルを形成する例を示す。光学系
は、レーザビーム分割手段３と、重ね合せ照射手段６
と、光学的遅延手段２とを含み、レーザビーム分割手段
３は、導波路４を利用して、レーザビームを所望数の分
割ビーム１６ａ〜１６ｅに分割し、分割ビームを重ね合
せ照射手段６により照射面上に直線状プロフィルの照射
ビーム１９として結像している。

【００２６】この実施形態では、レーザビーム分割手段
３は、レーザ発振器からのレーザビーム１を導波路４内
に入射するための光学系を含み、平行ビームにするため
のビーム拡大レンズ３１とｙ方向コリメートレンズ３２
とｘ方向コリメートレンズ３３を含み、次いでｙ方向に
集光して、導波路４内に入射させるシリンドリカルレン
ズの集光レンズ３４を含む。

【００２７】導波路４は、互いに対向する平行な主表面
が反射面４１、４２を有し、反射面４１、４２は、この
図では、ｙ方向に垂直である。両反射面の間をレーザビ
ーム１が貫通する入射端面４３と出射端面４４は、レー
ザビームの光軸と直交している。入射したレーザビーム
１は、反射面間を通過して出射端から放射する成分の分
割ビーム、反射面４１と４２のいずれかで１回反射（ｍ
＝１）した成分の２つ分割ビーム（ｍ＝＋１，ｍ＝−
１）と、両方の反射面で２回反射（ｍ＝２）の成分の２
つの分割ビーム（m＝＋２， ｍ＝−２）、さらに、３回
ないしそれ以上の回数の反射したそれぞれ一対の分割ビ
ームが、出射端から放射される各成分とに分割される。

【００２８】導波路４からの分割ビームは、重ね合せ照
射手段６により、照射面９０上に重ね合わせて投影され
るが、重ね合せ照射手段６は、分割ビームを照射面上に
ｙ方向に転写するｙ方向の転写レンズ６１（シリンドリ
カルレンズ）と、ｘ方向に集光する集光レンズ６２（シ
リンドリカルレンズ）から構成することができる。ｙ方
向転写レンズ６１は、ｘ方向集光レンズ６２を通して、
照射面９０上にｙ方向に規定の長さに延ばし、ｘ方向集
光レンズ６２が、ｘ方向に線状に収束させ、これによ
り、照射面上には直線状プロフイルの照射ビーム１９が
得られる。

【００２９】重ね合せ照射手段６のｙ方向の転写レンズ
６１は、各分割ビームが実焦点を作って、照射面１９上
に投影するように設定され、実焦点位置近傍で分割ビー
ムが互いに空間的に分離した位置に、光学的遅延手段と
して、遅延用の透光体２を、配置するが、この遅延板２
は、分割ビームが、分割前に互いに隣り合う領域に有る
分割ビームについて、いずれか一方の光路を他方の光路
に対して遅延させて、光学的に光路差を設けて、照射面
１９上で重ね合わせた時の２つの分割ビーム間の干渉を
防止するものである。図１の例は、転写レンズ６１の出
射側での実焦点位置で、分割ビーム一つおきに遅延板２
を配置している。

【００３０】さらに詳しくは、図２は、レーザビーム分
割手段の導波路について、、レーザ発振器からのレーザ
ビームの分割の態様を示しているが、レーザ発振器（不
図示）からのレーザビームは、シリンドリカルレンズの
集光レンズ３４により焦点Ｆ _０を経て導波路４内に入射
される。導波路内では、入射ビームの一部が、反射面で
の反射なしに透過する分割ビーム（反射回数ｍ＝０）が
あり、互いに対向する反射面４１又は４２で１回だけ反
射した分割ビームがｙ方向に２種類あり（ｍ＝±１）、
反射面４１及び４２で２回反射した分割ビームが同様に
ｙ方向に２種類あり（ｍ＝±２）、それぞれの分割ビー
ムは、出射面４３から放射される。光軸に対して垂直で
焦点Ｆ０を含む面には、出射面４３から放射される各分
割ビームの虚像焦点Ｆ_＋１，Ｆ_−１，Ｆ_＋２，Ｆ_−２が
あり、各分割ビームは、これら虚像焦点Ｆ_＋１・・・・
から出射面４３の開口を経て放射されるように見える。

【００３１】導波路がないと仮定したときの集光レンズ
３４により焦点を介して広がるレーザビームを、出射面
４４の位置の面に投影したビームのプロフイルが円１４
であるとすると、この投影したレーザビーム１４は、多
数の分割ビームのそれぞれに対応した区分の成分に分解
できる。レーザビーム１の断面での各成分を断面上で、
ｙ方向に、ｍ＝−２，−１，０，＋１，＋２の順に区分
すると、導波路４の出射面４４から放射する成分、即
ち、分割ビームは、ｙ方向に、反射回数ｍ＝＋２，−
１，０，＋１，−２の成分の順の配列になることに注意
を要する。

【００３２】図２では、導波路４の出射面４４から放射
されるｍ＝０，＋１，＋２の成分の分割ビームの配置だ
けを示しており、ｍ＝＋１とｍ＝＋２の分割ビームは、
反射面の中間面に対して、互いに反対方向に放射され
る。他方、ｍ＝−１、−２の分割ビームは、ｍ＝＋１，
＋２の反射面の中心面に対して対称方向にあるが、図中
には省略している。

【００３３】図３（Ａ）は、レーザビームを焦点Ｆ０か
ら、導波路４で反射させずに、導波路４の出射面４４の
対応する平面上に投影したレーザビーム１４における分
割ビームの分割幅を図式化したものである。これは、円
形プロフイルのレーザビーム１４を、導波路により７分
割する例である。

【００３４】導波路４においては、導波路４の出射面４
４では、互いに隣接する分割ビームが折り返されて重畳
される。それで、レーザビーム１の分割による互いに隣
接する成分は、その境界部位が、図３（Ｂ）において、
導波路の出射面での分割ビームの折り返し部で一致す
る。例えば、図３（Ａ）において、ｍ＝＋１の成分の境
界部IIIとこれに接するｍ＝０の境界部iiiとは、図３
（Ｃ）に示すように、導波路の出射面４４では折り返さ
れて重なり合う。

【００３５】このような折り返した分割ビームを、ｙ方
向転写レンズ６１とｘ方向集光レンズ６２などを介し
て、照射面９０上に重ね合わせて投影されると、照射面
上で照射ビームに干渉を生じて、強度に波状分布が形成
される。

【００３６】図４は、導波路からの分割ビームの２つの
成分だけ、例えば、反射回数ｍ＝＋１とｍ＝０の２つの
成分を、ｙ方向転写レンズ６１とｘ方向集光レンズ６２
などを介して、照射面９０上に重ね合わせて照射した時
の照射面上での強度分布図の例を示すが、元のレーザビ
ーム上で互いに隣接する分割ビーム境界部iiiとIIIでは
大きく干渉しあうが、同様にもとのレーザビーム上で互
いに離れた分割ビーム境界部IVとiiとでは、干渉のよる
強度分布の変動が小さい。この図で、横軸には、分割幅
ｄを取り、縦軸に相対的ビーム強度を取っている。但
し、図４は、レーザビームの強度分布をガウス分布に近
似させ、分割幅ｄが、空間的可干渉距離ｓと等しい場合
である。

【００３７】照射面上の重ね合わせによる干渉の程度
は、分割幅ｄとその位置でのレーザビーム空間的可干渉
距離ｓとの比に依存する。ここに、空間的可干渉距離ｓ
は、レーザビームのビーム断面における強度分布がガウ
ス分布を保存するとしたとき、図５に模式的に示すよう
に、ビーム直径Ｄを強度が光軸強度の１／ｅ^２（ここに
ｅは自然対数の底）になる時の円（１／ｅ^２円）の径Ｄ
であると規定し、単一のレーザビームを２つに分岐し照
射面上で光軸を共通にして干渉させた状態から、光軸を
互いにずらしてオーバラップした照射領域に干渉縞のビ
ジビリティが１／ｅに低減した時の双方の１／ｅ^２円の
中心間の距離と定義される。ここに、ビジビリティと
は、干渉した強度分布の最高強度と最低強度の差を最高
強度と最低強度との和で除した値であり、干渉の程度を
示す尺度である。

【００３８】レーザビームの分割幅ｄを、ｄ＝ｓ／２と
したとき、互いに隣り合う分割ビームの互いに近接する
領域の照射ビームの重なり部ではビジビリティは１に近
く、離れた領域の照射ビームの重なり部ではビジビリテ
ィは１／ｅとなる。その中間領域では、１から１／ｅに
漸減する。好ましい実施形態では、分割幅ｄは、ｄ＝ｓ
／２以上であり、この場合の離れた領域の照射ビームの
重なり部ではビジビリティは、１／ｅ以下に低減する。

【００３９】さらに、レーザビームの分割幅ｄは、ｄ＝
ｓ／√２以上としたときは、離れた領域の照射ビームの
重なり部ではビジビリティは１／ｅ^２に低減する。最も
好ましい実施形態では、離れた領域の照射ビームの重な
り部ではビジビリティは１／ｅ^４以下に低減する。

【００４０】分割幅ｄをｄ＝ｓにとって、図２に示すよ
うに導波路４によりレーザビームを７分割して、照射面
上に重ね合せた時の強度分布を図６に示すが、かなり改
善された強度分布を示す。この図で、発生する干渉縞の
周期Ｔは、Ｔ＝λ／ｓｉｎΔθで決まる。ここにλは、
波長であり、Δθは干渉を生じる２つの分割ビーム照射
面１９上での入射角の差である。

【００４１】さらに、本発明の光学系は、上記の均一化
手段が、上記の導波路により形成した分割ビームのうち
互いに隣接する隣接分割ビームのいずれか一方を他方に
対して時間的可干渉距離よりも長く遅延させる光学的遅
延手段を含んでいる。この光学的遅延手段は、中空なミ
ラーでも、中実な透光体にも利用されるが、互いに隣接
する領域からの分割ビームが互いに干渉をし合うのを、
両者間に光路差をもうけて、干渉を防止するもののであ
る。

【００４２】レーザビームの時間的可干渉距離ΔＬが、 ΔＬ＝ ｃΔｔ≒ λ^２／Δλ で与えられる。ここに、ｃは光速、Δｔは可干渉時間、
Δλはレーザの波長幅（スペクトル幅）であり、レーザ
の波長幅が狭いほど、可干渉距離が長くなる。例示すれ
ば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザでは、中心波長のλ＝１．０６
μmのビームについてスペクトル幅Δλ＝０．１２〜
０．３０nmであるので、時間的可干渉距離ΔＬは、ΔＬ
＝３．８〜９．４mmとなる。

【００４３】図７は、レーザビームの互いに隣接する領
域から分割した２つの分割ビームの照射面におけるビジ
ビリテイと、分割ビームの間に設けた光路の差の距離
（即ち、光路差Δａ）、 との関係を示しているが、光
路差が時間的可干渉距離ΔＬであるときには、ビジビリ
テイは、１／ｅに低減し、分割ビームの間からの光路差
をさらに大きくすることにより、ビジビリテイは、さら
に小さくなる。

【００４４】図１には、複数の分割ビームが互いに分離
した位置において、互いに干渉を生じやすい分割ビーム
のいずれかに、光学的遅延手段として、透光性の遅延板
２、即ち、光学ガラス板２を挿入して、隣り合う分割ビ
ームの間に光路差を形成している。この例は、導波路４
により分割したビームをｙ方向転写レンズ６１により転
写し、ｘ方向集光レンズ６２により照射面上に、照射ビ
ーム１９を形成するが、ｙ方向転写レンズ６１とｘ方向
集光レンズ６２との間に、ｙ方向転写レンズ６１により
各ビームに焦点ｆを形成し、遅延板２としてのガラス板
は、隣り合うビームのいずれか一方に焦点位置ｆ又はそ
の前後に挿入して光路差を設ける。この例は、５つの分
割ビームの１つおきにガラス板を挿入しており、互いに
隣り合う遅延板２、２の間の空間には、他の分割ビーム
が通過する。このような配列の遅延板２により、照射面
上に重ね合わされた照射ビームには、互いに隣接する分
割ビーム間の干渉が生じないので、実質的に、強度分布
が均一なプロフイルにすることができる。ガラス板によ
る光路差Δａは、ガラス板の厚みａと、ガラスの屈折率
ｎ_１、空気の屈折率ｎ_０から、 Δａ＝ａ（ｎ_１−ｎ_０）／ｎ_１ で与えられる。

【００４５】ガラス板による光路差Δａは、時間的可干
渉距離ΔＬ以上に設定する（Δａ≧ΔＬ）ので、これら
の式から、互いに隣接する分割ビーム間に時間的可干渉
距離ΔＬ以上の光路差を与えるガラス厚みａが求められ
る。遅延板の厚みは、好ましくは、遅延板により時間的
可干渉距離ΔＬの２倍以上、さらに好ましくは、４倍以
上の光路差を設けるように、設定される。例えば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザでは、光学的遅延手段に石英（ｎ_１＝
１．４６）を用いたとき、時間的干渉距離ΔＬは３．８
〜９．４ｍｍに対して、光路差Δａは１２〜３０ｍｍに
なる。

【００４６】実施の形態２．図８は、上記実施形態の変
形例であって、ｘ方向から見た光学系の配置を示すが、
光学的遅延手段２の配置の相異を除いては、基本的に、
図１（Ａ）と図１（Ｂ）の光学系と同じレーザビーム均
一照射光学系を示す。

【００４７】この実施の形態においては、特に、反射回
数ｍ＝０の場合の直進ビームを、ｙ方向転写レンズの後
の焦点位置ｆに配置した遮蔽体２９により遮断するもの
ある。ｍ＝０の直進ビームは、照射面に到達しないの
で、これが干渉に寄与することはない。従って、光学的
遅延手段２としては、直進ビーム（ｍ＝０）に対して対
称な配置の分割ビームの群（ｍ＝＋１，−２）又は（ｍ
＝−１，＋２）のいずれか一方のみに挿通して、他方の
群れは、光学的遅延手段２を配置しないので、これによ
り、照射面上の分割ビーム相互間の干渉を軽減且つ、光
学的遅延手段２は、一方の分割ビーム群（ｍ＝＋１，−
２）を一括して透過させる一枚のガラス板又はガラスロ
ッドが利用でき、光学システムを簡素化できる利点あ
る。

【００４８】実施の形態３．本発明の光学系において
は、導波路内を、反射することなく直進する分割ビーム
を含まないように、全ての分割ビームが少なくとも一回
は反射し且つ、２つ以上の反射分割ビームが、同数回反
射するのを防止するようにした導波路によるレーザビー
ム分割手段を提供するものである。このようなレーザビ
ーム分割手段は、図９に示すように、導波路の中心軸に
対して、レーザビーム分割手段の入射光学系の光軸を所
定の角度で、斜交して配置した構造が採用できる。

【００４９】図１０と図１１に示すように、導波路４内
に入射させるシリンドリカルレンズの集光レンズ３４の
ビームの周辺成分が、導波路４の入射面に入射して、
反射面で１回反射して出射面から放出され、集光レンズ
３４からの他のビーム成分が、それぞれ２回反
射、３回反射、４回反射され、他の成分がさらに多数回
反射されて、出射面から放射されるように、設定され
る。放射されて分割されたビームは、図１０の放出面側
に、反射回数ｍの数字１〜８で表されている。

【００５０】図１１には、出射面４４上の平面１５１に
おけるビーム断面の分割ビーム配置と、出射面における
分割ビームの重ね合わせを記載している。反射回数の順
番は、レーザビーム断面における分割ビームの配置の順
番を表している。従って、反射回数の順番が１つ違いの
分割ビーム同士は、照射面上で干渉しやすいので、いず
れか一方だけに、空間的遅延手段として、遅延板を配置
するが、この配置は、図９に示すように、ｙ方向転写レ
ンズによる焦点ｆ位置において、反射偶数回数（例え
ば、ｍ＝２、４、６）の分割ビームは、奇数回数の分割
ビームに対して一方側に偏っているので、反射偶数回数
の分割ビームを、単一の遅延板２１を挿入することによ
って、簡単に実現できる。

【００５１】図１１において、分割ビームの幅ｄは、上
記の実施形態に述べたように、空間的可干渉距離ｓの１
／２以上、好ましくは、１／√２以上、特に、１以上に
設定される。

【００５２】図１２は、導波路内を直進する分割ビーム
を形成しない他の例を示すものであるが、この例は、導
波路４の光軸４０を集光レンズ３４の光軸３０と一致さ
せるが、導波路４の入射面４３を、光軸に対して直交さ
せないで、適当な角度でもって斜交させ、斜交した入射
面での入射ビームを屈折させることにより、０回反射を
なくして、１回、２回、３回などの反射の分割ビームを
得るものであり、この例においても、一つの遅延板２１
を、ｙ方向転写レンズによる焦点ｆ位置において、偶数
回反射（例えば、ｍ＝２、４、６）の分割ビームは、又
は奇数回反射の分割ビームにまとめて挿入することによ
り、互いに隣接する分割ビーム間の光路差を設けること
ができる。

【００５３】実施の形態４．他のビーム分割手段とし
て、シリンドリカルレンズアレイによる実施形態を以下
に示すが、この例は、図１３に示すように、レーザビー
ム均一照射光学系は、レーザ発振器からのレーザビーム
１をシリンドリカルレンズアレイ５に入射するための光
学系を含み、平行ビームにするためのビーム拡大レンズ
３１とｙ方向コリメートレンズ３２とｘ方向コリメート
レンズ３３を含み、コリメートレンズ３３からの平行ビ
ームをシリンドリカルレンズアレイ５に入射する。

【００５４】シリンドリカルレンズアレイ５は、図中ｘ
方向に柱状にして光軸に向けて断面凸レンズをｙ方向に
積重ねたレンズを指すが、図例は、シリンドリカルレン
ズ５段から構成され、これにより５つ分割ビームが形成
される。

【００５５】分割用のシリンドリカルレンズアレイ５か
らのｙ方向への分割ビームは、その前方に配置して別体
の転写用のシリンドリカルレンズアレイ５１に入射さ
れ、転写用シリンドリカルレンズアレイ５１からの分割
ビームは、ｘ方向に集光する集光レンズ６２（シリンド
リカルレンズ）により照射面９０上に投射されて、y方
向に均一で、ｘ方向には細く収束した線状プロフィルを
有する照射ビーム１９に成形するものである。さらにフ
ィールドレンズ６３が、転写用のシリンドリカルレンズ
アレイ５１と集光レンズ６２との間に配置されている。

【００５６】分割用のシリンドリカルレンズアレイ５か
らｙ方向に分割した分割ビーム１５ａ〜１５ｅには、光
学的遅延手段として、遅延板２が挿入されるが、遅延板
２は、１つおきの分割ビーム１５ａ，１５ｃ，１５ｄに
挿入され、他の分割ビーム１５ｂ，１５ｄには、挿入さ
れない。これにより、互いに隣合う分割ビーム間（例え
ば、分割ビーム１５ａと１５ｂの間、あるいは分割ビー
ム１５ｂと１５ｃとの間）の照射面９０上での干渉が押
さえられ、重ね合わせた照射ビームの干渉のよる強度分
布を均一化することができる。

【００５７】図１５（Ａ、Ｂ）は、シリンドリカルレン
ズアレイ５におけるレーザビームの分割の態様を示すも
のであるが、各微小シリンドリカルレンズで分割された
ビームは、先の導波路による分割と異なって、照射面で
の重ね合わせの際に、折り返しがなくて、単に重畳され
るだけであり、従って、２つの隣接する分割ビームを転
写用シリンドリカルレンズアレイ５１とｘ方向集光レン
ズ６２を介して照射面上にの重ね合わせでも、合成後の
強度分布は、ｙ方向での干渉に差異がない。図１６は、
分割幅ｄを、上述の空間的可干渉距離ｓと等しいとした
時の互いに隣接する２つの分割ビームの照射面上での重
ね合わせによる強度分布がｙ方向で一定で、そのビジビ
リティが、１／ｅで一定であることを示している。図１
７は、上記の７分割した分割ビームについて、分割幅ｄ
をｄ＝ｓとして、照射面上で重ね合わせた時の強度分布
を示すが、ｙ方向で、かなり良い分布を示す。

【００５８】実施の形態５．図１４は、図１３に示した
レーザビーム均一照射光学系の変形例であるが、分割用
のシリンドリカルレンズアレイ５の分割ビームと、その
前方の転写用シリンドリカルレンズアレイ５１の前方の
焦点位置に、それぞれ一対の遅延板２２と２３を配置し
たものである。この例では、転写用シリンドリカルレン
ズアレイ５１の前後に遅延板を分けて配置したので、転
写される面と転写する面とが共役関係になるようにする
ことができ、これにより、照射面での回折の影響を最小
にすることができる利点がある。

【００５９】実施の形態６．図１８は、図１３に示した
レーザビーム均一照射光学系の変形例であるが、遅延板
２を挿入した分割ビームについての転写用シリンドリカ
ルレンズアレイ５１の微小レンズ５１２と、遅延板を挿
入していない分割ビームについての転写用シリンドリカ
ルレンズアレイ５１の微小レンズ５１１とは、照射面で
の結像が一様になるように異なる焦点距離を有するよう
に調製されている。分割用シリンドリカルレンズアレイ
５によりｙ方向に配列分割された分割ビームの１つおき
の分割ビームに光路長さ用の遅延板２を挿入することに
より、挿入しない分割ビームに対して焦点位置ｆのずれ
が生ずるが、焦点位置のずれを転写用シリンドリカルレ
ンズアレイ５１の各微小レンズの焦点距離で補償するも
のであり、これにより、照射面上に結像される各分割ビ
ームの強度分布を均一にすることができる。

【００６０】実施の形態７．図１９（Ａ）は、図１３に
示したレーザビーム均一照射光学系の変形例であるが、
この例は、y方向に分割されてビーム１つおきに遅延板
２が挿入された分割ビームを転写用レンズにより照射面
９０に照射するに際して、フィールドレンズ６３により
照射面上ｙ方向にずらして、重ね合せることにより、分
割ビーム間の干渉を防止するものである。

【００６１】図１９（Ｂ）には、照射面９０上に、分割
ビームをずらして照射した時の照射ビーム１９の強度分
布を示すが、ｙ方向の照射ビーム１９の両端部では、強
度分布が階段状に低減するけれども、両端部を除く主要
な部分は、干渉の少ない均一な分布が得られる。

【００６２】

【発明の効果】本発明のレーザビーム均一照射光学系
は、レーザビーム分割手段を上記の分割ビーム幅を、レ
ーザビーム断面における断面方向の空間的可干渉距離の
１／２倍以上とするので、照射面における分割ビームに
よる干渉を低減して、均一な強度分布の照射ビームを照
射面に形成することができる。

【００６３】レーザビーム分割手段により分割したビー
ムを照射面上に照射するときのビーム強度を均一にする
均一化手段を含み、上記の均一化手段が、上記の分割し
たビームの互いに隣接する隣接分割ビームの一方を他方
に対して該レーザビームの時間的可干渉距離よりも長く
遅延させる光学的遅延手段を含むので、分割ビームを照
射面上に照射したとき、互いに隣り合うビーム間の時間
的可干渉距離に起因する干渉を防止することができる

【００６４】レーザビーム分割手段に互いに対向する反
射面を有する一次元方向の導波路を使用すれば、これに
より分割したビームの照射面上での干渉を軽減できる。

【００６５】また、レーザビーム分割手段に、レーザビ
ームを一次元的に分割する分割用のシリンドリカルレン
ズアレイを使用すれば、これにより分割したビームの照
射面上での干渉を軽減できる。

【００６６】レーザビーム分割手段を上記の分割ビーム
幅を、レーザビーム断面における断面方向の空間的可干
渉距離の１／２倍以上とし、且つ均一化手段が、上記の
分割したビームの互いに隣接する隣接分割ビームの一方
を他方に対して該レーザビームの時間的可干渉距離より
も長く遅延させる光学的遅延手段を含むようにするの
で、レーザビーム均一照射光学系は、空間的可干渉距離
による干渉と時間的可干渉距離とを効果的に低減できる
利点がある。

【００６７】上記のビーム分割幅を空間的可干渉距離の
１／√２倍以上とすれば、時間的可干渉距離とともに、
空間的可干渉距離に起因する照射面上の照射ビームの干
渉による強度分布の不均一を軽減することができる。

【００６８】上記のビーム分割幅を空間的可干渉距離以
上とすれば、、空間的可干渉距離に起因する照射面上の
照射ビームの干渉による強度分布の不均一を一層軽減す
ることができる。

【００６９】上記のレーザビーム分割手段が、互いに対
向する反射面を有する一次元方向の導波路とすれば、導
波路による分割ビーム間の空間的可干渉距離による干渉
と時間的可干渉距離とを効果的に低減できる。

【００７０】重ね合せ照射手段としてレーザビーム分割
手段からの分割ビームを照射面に転写する転写レンズを
含み、上記の光学的遅延手段が、転写レンズにより形成
した複数の分割ビームを空間的分離した領域で、該空間
的に分離した隣接分割ビームのいずれかを透光するよう
に配置された遅延板とすれば、遅延板の配置が容易にな
り、構造が比較的簡単で、干渉の少ない均一な強度分布
の照射ビームを形成することができる。

【００７１】上記の導波路の反射面の間を反射しないで
通過した分割ビームを遮断するようにすれば、一個の遅
延板により、所要の分割ビームの光路差を設けることが
でき、構造が比較的簡単で、干渉の少ない均一な強度分
布の照射ビームを形成することができる。

【００７２】導波路に対する入射レーザ光の光軸が上記
の導波路の反射面間の中心軸と斜交して、反射面の間を
反射しないで通過する分割ビームを生じさせない要にす
れば、レーザビームのエネルギーを損失させることな
く、所要の分割ビーム全部の光路差を設けることがで
き、構造が比較的簡単で、干渉の少ない均一な強度分布
の照射ビームを形成することができる。

【００７３】導波路が、中実な透光体からなり、当該導
波路の入射面が導波路の中心軸と斜交して、反射面の間
を反射しないで通過する分割ビームを生じさせない要に
すれば、光学系を光軸に共軸状に配置することができ、
同様に、所要の分割ビーム全部の光路差を設けることが
でき、構造が比較的簡単で、干渉の少ない均一な強度分
布の照射ビームを形成することができる。

【００７４】上記のレーザビーム分割手段が、レーザビ
ームを一次元的に分割する分割用のシリンドリカルレン
ズアレイとすれば、特に、分割ビームは、互いに離間し
た平行ビームとして、遅延手段の配置が容易になる利点
がある。

【００７５】上記の光学的遅延手段が、分割用のシリン
ドリカルレンズアレイにより形成した複数の分割ビーム
を空間的分離した領域で、互いに隣接する分割ビームの
いずれかを透光するように配置された遅延板とすれば、
互いに離間した平行ビームとして、遅延手段の配置が容
易になる利点がある。

【００７６】重ね合せ照射手段が、上記分割用のシリン
ドリカルレンズアレイからの分割ビームを照射面に転写
する転写用シリンドリカルレンズアレイを含むようにす
れば、互いに光路差を設けた分割ビームの照射面上への
転写が容易に行なえる

【００７７】上記の光学的遅延手段を、該転写用のシリ
ンドリカルレンズアレイの後方と前方とに分割して配置
すれば、転写される面と転写する面とが共役関係になる
ようにすることができ、これにより、照射面での回折の
影響を最小にすることができる利点がある。

【００７８】転写用シリンドリカルレンズアレイは、光
学的遅延手段を通過する分割ビームを転写する微小シリ
ンドリカルレンズと、光学的遅延手段を通過しない分割
ビームを転写する微小シリンドリカルレンズとが、異な
る焦点距離を有するようにして、全ての分割ビームが、
照射面において、シャープに結像して合成することがで
きる。

【００７９】遅延板が、レーザ光に対して透明なガラス
から成るようにすれば、光学系を簡便に構成するにする
ことができる利点がある。

【００８０】レーザ源を、固体レーザ又は半導体レーザ
の基本波又は高調波とすれば、良質のレーザ光源を用い
て、照射面上に均質な強度分布の照射ビームを形成する
ことができる。特に、高調波レーザは、半導体層に吸収
しやすい波長光を利用して、加熱効率を高めることがで
きる利点がある。

【００８１】照射面を基板上に形成された非晶質若しく
は多結晶質の半導体膜であり、上記光学系が半導体膜ア
ニーリング用光学系とすれば、半導体膜の結晶化に有効
に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の導波路を利用した実施形態に係るレ
ーザビーム均一照射光学系の配置を示す図で、（Ａ）
は、ｙ方向から見た図、（Ｂ）は、ｘ方向から見た図を
示す。

【図２】 導波路におけるレーザビームの分割の態様を
説明する断面図。

【図３】 導波路におけるレーザビームの分割の態様を
説明する図（Ａ、Ｂ）。

【図４】 導波路により分割した互いに隣接する２つの
分割ビームを照射面上で重ね合わせたときの合成照射ビ
ームの強度分布とビジビリテイとを示す図（ｄ＝ｓのと
き）。

【図５】 レーザビームの空間的可干渉距離ｓの定義を
説明する図。

【図６】 導波路により７つに分割した分割ビームを照
射面上で重ね合わせたときの合成照射ビームの強度分布
とビジビリテイとを示す図（ｄ＝ｓのとき）。

【図７】 レーザビームの光路差とビジビリテイとの関
係を示す図。

【図８】 本発明の他の実施の形態に係るレーザビーム
均一照射光学系の配置を示す図１（Ｂ）相当の側面図。

【図９】 本発明の他の実施の形態に係るレーザビーム
均一照射光学系の配置を示す図１（Ｂ）類似の図で、入
射光の光軸と導波路中心軸とを斜交した配置を示す。

【図１０】 入射光の光軸と導波路中心軸とを斜交した
配置におけるビーム分割を示す図。

【図１１】 入射光の光軸と導波路中心軸とを斜交しし
て配置した導波路におけるレーザビームの分割の態様を
説明する図３同様図（Ａ、Ｂ）。

【図１２】 本発明の他の実施の形態に係るレーザビー
ム均一照射光学系の配置を示す図１（Ｂ）相当の図で、
導波路入射面を導波路中心軸に斜光するように配置して
ある。

【図１３】 本発明の分割用シリンドリカルレンズアレ
イと遅延板とを利用した他の実施の形態に係るレーザビ
ーム均一照射光学系の配置を示す図で、（Ａ）はｙ方向
から見た図、（Ｂ）はｘ方向から見た図をそれぞれ示
す。

【図１４】 変形例にレーザビーム均一照射光学系の配
置を示す図１３（Ｂ）に同様の図。

【図１５】 分割用シリンドリカルレンズアレイにおけ
るレーザビームの分割の態様を説明する図（Ａ、Ｂ）。

【図１６】 分割用シリンドリカルレンズアレイにより
分割した互いに隣接する２つの分割ビームを照射面上で
重ね合わせたときの合成照射ビームの強度分布とビジビ
リテイとを示す図（ｄ＝ｓのとき）。

【図１７】 分割用シリンドリカルレンズアレイにより
７つに分割した分割ビームを照射面上で重ね合わせたと
きの合成照射ビームの強度分布とビジビリテイとを示す
図（ｄ＝ｓのとき）。

【図１８】 分割用シリンドリカルレンズアレイを使用
して、転写用シリンドリカルレンズアレイの微小シリン
ドリカルレンズの異なる焦点距離を有する用にした図１
３（Ｂ）同様図。

【図１９】 さらに、各分割ビームを照射面上でずらし
て重ね合わせる図１８同様の図（Ａ）と、照射面上の照
射ビームの強度分布を示す図（Ｂ）。

【符号の説明】

１ レーザビーム、２ 遅延板、２１ 遅延板、２９
遮蔽体、３１ ビーム拡大レンズ、３２ ｙ方向コリメ
ートレンズ、３３ ｘ方向コリメートレンズ、３４ 集
光レンズ、４ 導波路、４１ 反射面、４２ 反射面、
５ 分割用シリンドリカルレンズアレイ、５１ 転写用
シリンドリカルレンズアレイ、６１ 転写レンズ、６２
集光レンズ、９ 照射体、９０ 照射面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 和敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 行雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 西前 順一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小川 哲也 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源からのレーザビームをビーム
   断面において空間的に分割ビームに分割するレーザビー
   ム分割手段と、分割ビームを照射面上で重ね合せて照射
   する重ね合せ照射手段と、から成るレーザビーム均一照
   射光学系であって、 上記のレーザビーム分割手段が、上記の分割ビーム幅
   を、レーザビーム断面における断面方向の空間的可干渉
   距離の１／２倍以上とすることを特徴とするレーザビー
   ム均一照射光学系。
2. 【請求項２】 レーザ光源からのレーザビームをビーム
   断面において空間的に分割ビームに分割するレーザビー
   ム分割手段と、分割ビームを照射面上で重ね合せて照射
   する重ね合せ照射手段と、照射面上のビーム強度を均一
   にする均一化手段とから、成るレーザビーム均一照射光
   学系であって、 上記の均一化手段が、上記の分割したビームの互いに隣
   接する隣接分割ビームの一方を他方に対して該レーザビ
   ームの時間的可干渉距離よりも長く遅延させる光学的遅
   延手段を含むことを特徴とするレーザビーム均一照射光
   学系。
3. 【請求項３】 上記のレーザビーム分割手段が、互いに
   対向する反射面を有する一次元方向の導波路である請求
   項１ないし２いずれかに記載の光学系。
4. 【請求項４】 上記のレーザビーム分割手段が、レーザ
   ビームを一次元的に分割する分割用のシリンドリカルレ
   ンズアレイである請求項１又は２に記載の光学系。
5. 【請求項５】 レーザ光源からのレーザビームをビーム
   断面において空間的に分割ビームに分割するレーザビー
   ム分割手段と、分割ビームを照射面上で重ね合せて照射
   する重ね合せ照射手段と、照射面上のビーム強度を均一
   にする均一化手段とから、成るレーザビーム均一照射光
   学系であって、 上記のレーザビーム分割手段が、上記の分割ビーム幅
   を、レーザビーム断面における断面方向の空間的可干渉
   距離の１／２倍以上とし、且つ上記の均一化手段が、上
   記の分割したビームの互いに隣接する隣接分割ビームの
   一方を他方に対して該レーザビームの時間的可干渉距離
   よりも長く遅延させる光学的遅延手段を含むことを特徴
   とするレーザビーム均一照射光学系。
6. 【請求項６】 上記のビーム分割幅が、空間的可干渉距
   離の１／√２倍以上である請求項１ないし５いずれかに
   記載の光学系。
7. 【請求項７】 上記のビーム分割幅が、空間的可干渉距
   離以上である請求項１ないし５いずれかに記載の光学
   系。
8. 【請求項８】 上記のレーザビーム分割手段が、互いに
   対向する反射面を有する一次元方向の導波路である請求
   項５ないし７いずれかに記載の光学系。
9. 【請求項９】 重ね合せ照射手段が、レーザビーム分割
   手段からの分割ビームを照射面に転写する転写レンズを
   含み、 上記の光学的遅延手段が、転写レンズにより形成した複
   数の分割ビームを空間的分離した領域で、該空間的に分
   離した隣接分割ビームのいずれかを透光するように配置
   された遅延板である請求項８に記載の光学系。
10. 【請求項１０】 上記の導波路の反射面の間を反射しな
    いで通過した分割ビームを遮断するようにした請求項８
    又は９に記載の光学系。
11. 【請求項１１】 導波路に対する入射レーザ光の光軸が
    上記の導波路の反射面間の中心軸と斜交して、反射面の
    間を反射しないで通過する分割ビームを生じさせないこ
    とを特徴とする請求項８又は９に記載の光学系。
12. 【請求項１２】 導波路が、中実な透光体からなり、当
    該導波路の入射面が導波路の中心軸と斜交して、反射面
    の間を反射しないで通過する分割ビームを生じさせない
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の光学系。
13. 【請求項１３】 上記のレーザビーム分割手段が、レー
    ザビームを一次元的に分割する分割用のシリンドリカル
    レンズアレイである請求項５ないし７いずれかに記載の
    光学系。
14. 【請求項１４】 上記の光学的遅延手段が、分割用のシ
    リンドリカルレンズアレイにより形成した複数の分割ビ
    ームを空間的分離した領域で、互いに隣接する分割ビー
    ムのいずれかを透光するように配置された遅延板である
    請求項１３に記載の光学系。
15. 【請求項１５】 重ね合せ照射手段が、上記分割用のシ
    リンドリカルレンズアレイからの分割ビームを照射面に
    転写する転写用シリンドリカルレンズアレイを含む請求
    項１３又は１４に記載の光学系。
16. 【請求項１６】 上記の光学的遅延手段が、該転写用の
    シリンドリカルレンズアレイの後方と前方とに分割して
    配置されている請求項１５に記載の光学系。
17. 【請求項１７】 上記の転写用シリンドリカルレンズア
    レイは、光学的遅延手段を通過する分割ビームを転写す
    る微小シリンドリカルレンズと、光学的遅延手段を通過
    しない分割ビームを転写する微小シリンドリカルレンズ
    とが、異なる焦点距離を有する請求項１３ないし１６い
    ずれかに記載の光学系。
18. 【請求項１８】 上記遅延板が、レーザ光に対して透明
    なガラスから成る請求項９又は１４に記載の光学系。
19. 【請求項１９】 レーザ源が、固体レーザ又は半導体レ
    ーザの基本波又は高調波である請求項１ないし１７いず
    れかに記載の光学系。
20. 【請求項２０】 照射面が、基板上に形成された非晶質
    若しくは多結晶質の半導体膜であり、上記光学系が半導
    体膜アニーリング用光学系である請求項１ないし１８い
    ずれかに記載の光学系。