JP2003287706A - レーザビーム均一照射光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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して、分割ビーム間の干渉よって
小視野ビームに生じる強度分布の変動を防止する。 【解決手段】 レーザ光源からのレーザビームをビーム
断面において二次元的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、成り、レーザビーム分割手段が、
分割ビームの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、レーザビーム分
割手段には、直交配置した２つのシリンドリカルレンズ
アレイを用いて、遅延板又は旋光板を用いて、隣合う分
割ビーム間の干渉を軽減又は防止して、均一化を図る。

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及び同１０−３３３０７７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、
被照射物の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、被照射物上の照射
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公報
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製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
ーム断面において二次元的に空間的に分割するレーザビ
ーム分割手段と、分割されたビームを被照射物の照射面
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り、上記のレーザビ
ーム分割手段で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
ものである。

【００１１】この光学系は、ビーム断面において二次元
的に分割したビームを照射面上で重ね合わせて、合成す
るので、矩形性に優れた照射ビームの強度プロフイルが
得られる利点がある。２つの分割ビームは、元のレーザ
ビームの断面において互いに隣り合っているほど、即
ち、２つの分割ビームが元のレーザビームの隣合う領域
から生じた場合には、また、分割幅が小さいほど、照射
面上で重ね合わせたときに、合成した照射ビームに干渉
による強度大きな波ないし干渉縞が生じるが、本発明に
おいては、ビームの分割幅を、そのビームの空間的可干
渉距離の１／２倍以上、好ましくは、１／√２倍以上、
さらに好ましくは１倍以上とするので、互いに隣合う分
割ビーム間においてもそれらの間の干渉を軽減すること
ができ、照射面上の照射ビームは、均一な強度分布にす
ることができる。

【００１２】特に、レーザビームの断面上で二次元的に
分割された２つの分割ビームが、斜め隣の関係にある場
合にも、ビームの分割幅を、そのビームの空間的可干渉
距離の１／√２倍以上に設定することにより、互いに隣
合うビーム間における分割幅を同１／２倍したのと同等
の干渉軽減の効果がある。本発明において、ビーム分割
数は、５以上とし、分割数の多いほど、合成した照射ビ
ームの強度の平坦性は高くなるが、これにより分割幅が
狭くなれば、分割ビーム間の干渉により強度分布かせ波
打つように変動する。本発明においては、上記分割幅の
きょよう範囲内で、分割幅を達成するようにビーム分割
数を決めれることができる。

【００１３】本発明は、上記の光学系が、照射面上のビ
ーム強度を均一にする均一化手段を含み、この均一化手
段が、上記の分割したビームの互いに隣合う分割ビーム
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、これにより、照射面での
分割ビームの干渉を軽減して、照射ビームの強度分布を
均一化するものである。

【００１４】本発明は、別の均一化手段として、上記の
分割したビームの互いに隣合う分割ビームの一方を他方
に対して偏光方向ほ実質的に直交させる旋光手段を含
む。照射面で分割ビームを重ね合わせる際に、分割ビー
ム間の変更角度を直交にして、互いに隣合う分割ビーム
間での干渉を防止して、照射ビームの強度分布を均一化
するものである。

【００１５】本発明においては、上記のレーザビーム分
割手段が、２次元方向に分割する２次元レンズアレイ又
は互いに直交して配置された２つの一次元シリンドリカ
ルレンズアレイが利用される。別のレーザビーム分割手
段には、互いに対向する反射面を有してレーザビームを
二次元方向に分割する導波路も利用される。導波路は、
２組の反射面を有し、各組は、互いに対向する一対の反
射面からなり、２つの組の各反射面は、互いに直交ない
し斜交して、レーザビームを二次元方向に分割するもの
が好ましい。

【００１６】レーザビームの分割手段が２次元レンズア
レイ又は直交して配置された２つの一次元シリンドリカ
ルレンズアレイにおいては、重ね合せ照射手段が、上記
レーザビーム分割手段の前方に配置して分割ビームを照
射面に転写する転写用のシリンドリカルレンズアレイが
利用される。この場合、上記の光学的遅延手段は、転写
用のシリンドリカルレンズアレイの前方と後方とに区分
して配置されているのが好ましい。

【００１７】さらに、上記の転写用のシリンドリカルレ
ンズアレイは、当該他方の分割ビームを通過する微小シ
リンドリカルレンズと、当該一方の分割ビームを通過す
る微小シリンドリカルレンズとは異なる焦点距離を有し
て、同一断面上に焦点位置を設定するのが、各分割ビー
ムを照射面上に、正確に転写して結像する点で好まし
い。

【００１８】均一化手段は、上記の光学的遅延手段と共
に、分割したビームの互いに隣合う分割ビームの一方を
他方に対して偏光方向ほ実質的に直交させる旋光手段の
両方を含み、二次元的に隣合う分割ビームにいずれか一
方を、他方に対して光学的に遅延させるか若しくは偏光
方向に直交させて、二次元的に配置した分割ビーム重ね
合わせ時の干渉を極力低減することができる。特に、２
つの分割ビームが、斜め隣の関係にある場合にもその干
渉を低減することができる。

【００１９】光学的遅延手段が、透光性の遅延板が利用
され、特に、透明なガラス板ないしガラスロッドが利用
される。さらに、光学的遅延手段にはフレネルロムも利
用可能である。

【００２０】レーザ源には、固体レーザ又は半導体レー
ザが利用され、そのレーザ発振器の基本波又は高調波が
利用される。さらに、被照射物には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を適用して、照射ビ
ームにより半導体膜を加熱するようにして、上記光学系
を半導体膜アニーリング用光学系として利用し、多結晶
化した半導体膜を製造することができる。

【００２１】

【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、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。

【００２２】光学系は、レーザビーム分割手段と、重ね
合せ照射手段と、光学的遅延手段とからなり、レーザビ
ーム分割手段は、ｘ方向シリンドリカルレンズアレイと
ｙ方向シリンドリカルレンズアレイとを直交して、配置
して、二次元的に分割した分割ビームを形成している。
別のレーザビーム分割手段には、二次元的レンズアレイ
も利用可能であり、この場合は、ｘ方向シリンドリカル
レンズアレイ５とｙ方向シリンドリカルレンズアレイ５
２に代えて、単一の二次元的レンズアレイを配置して、
ｘ−ｙ方向に二次元的に分割ビームを形成することがで
きる。

【００２３】図１（Ａ）と図（Ｂ）に示した光学系で
は、ｘ方向シリンドリカルレンズアレイ５とｙ方向シリ
ンドリカルレンズアレイ５２とを直交して配置して、二
次元的に分離した多数の分割ビームを平行に形成してい
る。レーザビーム分割手段は、さらに、レーザビームを
シリンドリカルレンズアレイ５に入射するために、拡大
レンズ５１とコリメートレンズ３２により、拡径した平
行なレーザビームを、シリンドリカルレンズアレイ５に
入射している。

【００２４】重ね合せ照射手段は、多数の分割ビーム
を、被照射物の照射面上で重ね合わせて、照射ビームに
するものであるが、ここでは、重ね合せ照射手段は、ｙ
方向の転写用シリンドリカルレンズアレイ５１により照
射面上に所定の長さに渡って転写できるように、ｘ方向
にはシリンドリカルレンズアレイ５とｘ方向集光レンズ
６２（シリンドリカルレンズ）によりｘ方向には集光し
ている。この結果、照射面上に直線状のプロフィルの照
射ビームに結像している。

【００２５】この実施形態では、レーザビーム１は、レ
ーザビーム分割手段としての拡大レンズ３１とコリメー
トレンズ３２により、分割用のシリンドリカルレンズア
レイ５に入射されて、この例では、ｘ方向に５分割され
た分割ビームを形成して、次いで、ｙ方向シリンドリカ
ルレンズアレイ５２により、さらに、ｙ方向に分割され
て、ｘ方向とｙ方向の２つの方向に、分割数ｍ_ｘ×ｍ_ｙ
の分割可能な二次元分割ビームを得る。分割数ｍ_ｘ、ｍ
_ｙは、いずれか一方又は両方共に、５以上の適当な数と
するのが好ましく、特に、共に７以上とするのが好まし
い。この実施形態では、分割数ｍ_ｘ×ｍ_ｙを５×５の組
み合わせの二次元分割ビームとしている。

【００２６】二次元分割ビームの各々は、断面が矩形
で、互いに平行であり、次いで、光学的遅延手段として
遅延板２を通過させて、ｙ方向転写シリンドリカルレン
ズアレイ５１に入射して、被照射物９の照射面９０上に
一定長さに転写する。

【００２７】遅延板２は、図１（Ｃ）に示すように、遅
延素子２０と空隙２９とが互い違いに配列されて構成さ
れ、遅延素子２０は、一定厚みの微小ガラス板から成
り、空隙２９は単なる空気層である。詳しくは、遅延板
上のｙ方向に向けて、遅延素子２０と空隙２９とが交互
に配列され、ｘ方向についても、遅延素子２０と空隙２
９とが交互に配列されている。

【００２８】遅延板２におけるこれら遅延素子２０の配
列においては、互いに隣り合った分割ビームは、その一
方が遅延素子を通過し、他方が空隙の空気層を透過し、
両者間には、光路差を設けている。本来は、互いに隣合
う分割ビームは、照射面に照射されると互いに干渉する
のであるが、上記遅延板の遅延素子の配列は、ｙ方向の
転写用シリンドリカルレンズアレイ５１を含む重ね合せ
照射手段により照射面上に照射した分割ビーム相互の干
渉が軽減され、合成した照射ビームの変動が防止され
る。

【００２９】この場合に、互いに隣合う分割ビーム間の
光路差は、時間的化干渉距離ΔＬ以上に設定され、遅延
素子２を屈折率ｎ_１のガラス板としたしとき、光路差Δ
ａは、Δａ＝ａ（ｎ_１−ｎ_０）／ｎ_１で与えられる。Δ
ａ≧ΔＬとなるように、厚みａが規定される。光路差が
時間的可干渉距離ΔＬであるときには、２つの分割ビー
ムを照射面上に重ね合わせて成る照射ビームのビジビリ
テイは、１／ｅに低減し、分割ビームの間の光路差をさ
らに大きくすることにより、ビジビリテイは、さらに小
さくすることができる。光路差による干渉の低減は、互
いに隣合う２組以上の分割ビームを照射面上に合成する
場合にも成り立つ。

【００３０】レーザビームの時間的可干渉距離ΔＬは、 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。時間的可
干渉距離ΔＬは、レーザの種類に依存するが、例示すれ
ば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザでは、中心波長のλ＝１．０６
μｍの赤外ビームについてスペクトル幅Δλ＝０．１２
〜０．３０ｎｍであり、時間的可干渉距離ΔＬは、ΔＬ
＝３．８〜９．４ｍｍとなる。

【００３１】また、ビジビリティーとは、照射面上の合
成して干渉により照射ビームの強度分布について波動が
生じるとき、強度の最大ピーク値と最小ピーク値との差
を、最大ピーク値と最小ピーク値のとの和で、除した値
をいい、干渉の程度を示す尺度として使用される。ビジ
ビリティーが１近く大きくなると、各分割ビーム間の干
渉により合成した照射ビームは大きな波打ちになり、好
ましくない。他方ビジビリティーが０に近くなると、強
度分布の波打ちが小さくなり、平坦又は均一な強度分布
になる。

【００３２】好ましくは、光路差Δａは、時間的可干渉
距離ΔＬの２倍以上、好ましくは、４倍以上、さらに好
ましくは、８倍以上に設定される。

【００３３】さらに、シリンドリカルレンズアレイの各
微小シリンドリカルレンズによる分割ビームの分割幅
を、空間的可干渉距離ｓに対して１／２倍以上に規定し
て、空間的可干渉距離ｓに起因する干渉を防止すること
が好ましい。ここに、空間的可干渉距離ｓは、レーザビ
ームを２つに分岐した分岐ビームを完全に互いに重ねあ
わせた状態から互いに時ずらして、重複部分のビジビリ
ティーが１／ｅ （但し、ｅは自然対数の底）となると
きの２つのビーム中心の間の距離を言うが、互いに隣合
う分割ビームの幅を、上記の空間的可干渉距離ｓの１／
２以上にすることにより、２つの分割ビームの重ね合わ
せによるビジビリティーを１／ｅ以下にすることができ
る。このましくは、１／√２倍以上、特に好ましくは、
１倍以上にすることにより、２つの分割ビームの重ね合
わせによるビジビリティーを１／ｅ ^４以下にすることが
できる。空間的可干渉距離ｓに対する分割幅の関係は、
多数の分割ビームを重ね合わせて合成する場合にもおい
ても、干渉を低減するのに適用できる。

【００３４】実施の形態２．図２は、図１に示す実施形
態の改良を示すが、光学的遅延手段として、分割用のシ
リンドリカルレンズアレイ５、５２とｙ方向への転写用
のシリンドリカルレンズアレイ５１との間に第１の遅延
板２と、さらにｙ方向への転写用のシリンドリカルレン
ズアレイ５１の前方に第２の遅延板２１と、を配置し
て、両方の遅延板２、２１により、互いに隣り合った分
割ビームのいずれか一方を、他方に対して、光路差Δａ
を設けて、遅延し、被照射物９の照射面９０上における
双方間の干渉を防止して、強度分布の均一化を図る。

【００３５】この実施形態の光学系の構成は、転写用シ
リンドリカルレンズアレイ５１の前後に遅延手段を第１
の遅延板２と第２の遅延板２１とに分けて配置してある
ので、分割ビームが転写される面と転写する面とが共役
関係になるように配置することができ、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。さらに、この実施の形態では、シリンドリカルレン
ズアレイ５３とｘ方向集光レンズ６２との間に遅延手段
に第３の遅延板２２を配置して、ｘ方向には分離して隣
り合った分割ビームの間に光路差Δａを設けて、照射面
での相互干渉を軽減している。

【００３６】実施の形態３．この実施の形態は、図１に
示した光学系において、遅延板２の遅延素子２０を通過
する分割ビームと遅延板の空隙２９を通過する分割ビー
ムとの光路長の差に起因する結像位置のずれを補正しよ
うとするものであり、この例は、ｙ方向転写用シリンド
リカルレンズアレイ５１には、遅延素子通過ビームを通
過させる微小シリンドリカルレンズ５１１と空隙通過ビ
ームを通過させる微小シリンドリカルレンズ５１２と
が、異なる焦点距離を設けて、同様に、ｘ方向の転写用
シリンドリカルレンズアレイ５３においても、遅延素子
通過ビームを通過させる微小シリンドリカルレンズ５３
１と空隙通過ビームを通過させる微小シリンドリカルレ
ンズ５３２とが、異なる焦点距離を設けて、両方のシリ
ンドリカルレンズアレイ５１、５３により、互いに隣り
合った分割ビームを照射面上に正確に結像させ、これに
より照射ビーム１９の均一化を図っている。

【００３７】実施の形態４．本発明の別の実施形態は、
光学系に、旋光手段を配置して、隣合う分割ビーム間の
照射面上での干渉を軽減して、均一な照射ビームを形成
するものである。この実施形態においても、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。

【００３８】図４（Ａ）と図４（Ｂ）の光学系は、レー
ザビーム分割手段と、重ね合せ照射手段と、旋光手段と
からなり、レーザビーム分割手段は、ｘ方向シリンドリ
カルレンズアレイ５とｙ方向シリンドリカルレンズアレ
イ５２とを直交して、配置して、二次元的に分割した分
割ビームを形成している。レーザビーム分割手段は、さ
らに、レーザビーム１をシリンドリカルレンズアレイ５
に入射するために、拡大レンズ５１とコリメータレンズ
３２により、平行ビームをシリンドリカルレンズアレイ
５に入射している。

【００３９】重ね合せ照射手段は、分割ビームを照射面
上で重ねあわせるものであるが、ここでは、重ね合せ照
射手段は、ｙ方向の転写用シリンドリカルレンズアレイ
５１により、照射面上に所定の長さに渡って転写する
が、ｘ方向にはシリンドリカルレンズアレイ５とｘ方向
集光レンズ（シリンドリカルレンズ）６３により、ｘ方
向には集光して、照射面上に直線状のプロフィルの照射
ビームに結像している。

【００４０】この実施形態では、レーザビーム１は、レ
ーザビーム分割手段としての拡大レンズ３１とコリメー
トレンズ３２により、分割用のシリンドリカルレンズア
レイ５に入射されて、この例では、ｘ方向に５分割され
た分割ビームを形成して、次いで、ｙ方向シリンドリカ
ルレンズアレイ５２により、さらに、ｙ方向にｖ分割さ
れて、ｘ−ｙの２方向に、分割数ｍ_ｘ×ｍ_ｙの分割可能
な二次元分割ビームを得る。分割数ｍ_ｘ、ｍ_ｙは、とも
に、５以上の適当な数とするのが好ましく、特に、共に
７以上とするのが好ましい。この実施形態では、分割数
ｍ_ｘ×ｍ_ｙを５×５の組み合わせの二次元分割ビームと
している。

【００４１】二次元分割ビームの各々は、断面が矩形
で、互いに平行であり、次いで、光学的遅延手段として
遅延板２を通過させて、ｙ方向転写シリンドリカルレン
ズアレイ５１に入射して、照射面９０上に一定長さに転
写するが、ｙ方向転写シリンドリカルレンズアレイ５１
の前方のｘ方向シリンドリカルレンズアレイ５３とｘ方
向集光レンズにより、照射面上ｘ方向に収束する。

【００４２】旋光手段は、上記の分割したビームの互い
に隣合う分割ビームの一方を他方に対して偏光方向を実
質的に直交させ、照射面で重なり合う分割ビーム間の干
渉を防止して、強度分布の均一な照射ビームを得るもの
である。

【００４３】このような旋光手段には、図４（Ｃ）に示
すように、旋光素子７０と空隙２９とをｘ方向及びｙ方
向に交互に配列した旋光板７が利用される。旋光板７
は、分割用シリンドリカルレンズアレイ５、５２の前方
に、分割ビームが、旋光素子７０を、これに隣合う分割
ビームが空隙２９を、それぞれ通過するように配置され
る。これにより、隣合う分割ビームは偏光面が実質的に
直交する。旋光板７の旋光素子７０には、旋光性材料か
ら、好ましくは、水晶単結晶が利用され、光学的に半波
長板として、上記図４（Ｃ）の如く、空気層である空隙
と互い違いに配列している。

【００４４】尤も、この明細書においては、偏光角度が
実質的に直交するとは、一の分割ビームに対して、他方
の分割ビームが、直交状態から±３０°の範囲に偏移す
ることも含み、これにより実質的に、分割ビーム間の干
渉を軽減することができる。

【００４５】実施の形態５．上記の実施の形態４におい
て、旋光板７の旋光素子７０を挿入した分割ビームは、
空隙のみを通過する分割ビームと対比すると、旋光面を
回転させると共に、その光路長も大きくするので、被照
射物９の照射面９０上には、分割ビームとの光路長の差
に起因する結像位置のずれを生じる。

【００４６】図５において、上記の図４に示した旋光板
７の空隙を、光路長補償遅延素子７９に代えたものであ
り、図５に示すように、旋光板７は、旋光素子７と光路
長補償遅延素子７９とを互い違いに配置してある。光路
長補償遅延素子７９には、光学ガラス板を使用して、光
路長補償遅延素子７９の厚みａは、旋光素子７である水
晶の半波長板により生ずる光路長さと実質的に等しい光
路長さになるように決められる。光路長の補償により、
互いに隣合う分割ビームの間には、転写用シリンドリカ
ルレンズアレイによる結像位置の偏移がなく、これによ
り、鮮明な結像が得られ、照射面上の照射ビームには均
一な強度分布が得られる。

【００４７】実施の形態６．この実施形態もまた、旋光
板７の旋光素子７０の挿入による分割ビームの光路長の
補償を行なうものではあるが、この例は、ｙ方向転写用
シリンドリカルレンズアレイ５１は、旋光板７の旋光素
子７０を通過する分割ビームを通過させる微小シリンド
リカルレンズ５１１と、空気層である空隙２９を通過す
る分割ビームを通過させる微小シリンドリカルレンズ５
１２とに、異なる焦点距離を設けている。同様に、ｘ方
向の転写用シリンドリカルレンズアレイ５３において
も、旋光素子７０を通過する分割ビームを通過させる微
小シリンドリカルレンズ５３１と空隙２９を通過させる
分割ビームを通過させる微小シリンドリカルレンズ５３
２とに、異なる焦点距離を設けて、両方のシリンドリカ
ルレンズアレイ５１、５３により、互いに隣り合った分
割ビームを照射面上に正確に結像させ、これにより照射
ビーム１９の均一化を図っている。

【００４８】実施の形態７．レーザビーム分割手段の前
方に分割ビームを透過する遅延手段と旋光手段とをを配
置して、互いに隣合う分割ビーム間の照射面上での干渉
を防止するができる。図７（Ａ）と図７（Ｂ）に示す例
は、分割用シリンドリカルレンズアレイ５、５２の前方
に旋光板７と、その前方に遅延板２と、の両方を配置
し、その前方には、ｙ方向転写用のシリンドリカルレン
ズアレイ５１、フィールドレンズ６３、ｘ方向の転写シ
リンドリカルレンズアレイ６２、及び、ｘ方向集光レン
ズ６２を配置して、通過する分割ビームを照射面９０に
照射させて、線状プロヒィルの照射ビーム１９を得てい
る。

【００４９】この例では、旋光板７は、旋光素子７０と
空隙２９とを、ｘ方向には交互に、且つ、ｙ方向にはそ
れぞれ別に列をなして、配置している。これにより、分
割用シリンドリカルレンズアレイ５、５２からの分割ビ
ームは、この旋光板７により、ｘ方向については隣合う
分割ビーム間に偏光角度を直交させるが、ｙ方向には偏
光角度を変えない。そして、その結果、ある分割ビーム
とこれに対して斜め方向で隣合う分割ビームとの間にお
いても、偏光角度を旋光させることができる。旋光板７
の旋光素子７０は、ｙ方向には偏光角度を変えないの
で、これを補償するために、旋光板７の前方に配置した
遅延板２には、実施の形態１ないし３と同様の構成で、
遅延素子２０と空隙２９とを、ｘ方向及びｙ方向に交互
に配置しており、ｘ方向及びｙ方向に隣合う分割ビーム
に、光路差Δａを設けている。

【００５０】それ故、旋光板７と遅延板２との配置は、
ｘ方向とｙ方向とに隣合う分割ビームについては、遅延
板２による光路差により干渉ほ軽減させ、斜め方向に隣
合う分割ビームについては、旋光板による旋光により干
渉を防止し、これにより、ある分割ビームと、これを取
り巻く全て隣合わせの分割ビームとが、相互の干渉を軽
減することができる。

【００５１】また、レーザビームが分割用のシリンドリ
カルレンズアレイ５、５２により分割された時のビーム
の分割幅（即ち、分割ビームの矩形断面の一辺の長さ）
を、そのビームの空間的可干渉距離ｓの１／２倍より大
きくしておけば、斜め方向に隣合う分割ビームについて
は、その分割幅（即ち、分割ビームの矩形断面の対角線
距離に近似できる）は、そのビームの空間的可干渉距離
ｓの１／√２以上なるので、隣合う分割ビーム間の空間
的可干渉距離に起因した相互干渉を低減することができ
る。

【００５２】実施の形態８．本発明の光学系には、レー
ザビーム分割手段として、矩形断面を有する二次元導波
路を利用する形態が含まれる。二次元導波路は、入射面
と出射面と、入射面と出射面とを結ぶ軸回りに主要な４
面の反射面を有する直方体で、入射面から導入されたレ
ーザビームを４面の反射で反射させて、出射面からは、
分割されたビームを放射する。このような二次元導波路
は、レーザビームを二次元的に分割して、分割ビーム
は、いずれかの方向で照射面上に転写する転写レンズ
と、転写レンズを通過して他の方向に集光する集光レン
ズとを経て、照射すべき照射面で、重ね合わせて、通常
は、プロフイルが線状である照射ビームが得られる。導
波路による二次元分割ビームは、照射面上で重ね合わせ
ると、相互に干渉して、強度分布に波打つような起伏が
生じ、好ましくない。

【００５３】この実施形態の光学系を、図８（Ａ）と図
８（Ｂ）とに示すが、レーザ源からのレーザビーム１
が、レーザビーム分割手段として、拡大レンズ３１と平
行レンズ３２により拡大した平行ビームにし、次いで２
つの直交するシリンドリカルレンズである集光レンズ３
３、３４により集光して、導波路４に入射される。

【００５４】導波路４は、この例では透光性中実体、こ
の例では、光学ガラスにより形成され、ガラスの導波路
は、入射面４３と出射面４４との間に、中心軸に垂直な
断面矩形を有し、直方体の周囲の主面は、中心軸に平行
な２組の互いに対向する反射面４１、４２と４５、４６
とが、この例では、直交するように配置されている。導
波路４に入射したレーザビームは、２組の対向する反射
面４１と４２及び４５と４６の間で反射しながら出射面
４４から多数に分割した分割ビームが放射され、放射ビ
ームは、重ね合わせ手段としてのｙ方向の転写用シリン
ドリカルレンズ６１とｘ方向集光レンズ６２とにより、
被照射物９の照射面９０上で重ね合わせて、単一の照射
ビームに合成される。ｙ方向の転写用シリンドリカルレ
ンズ６１が、多数の分割ビームを、照射面上で一定長さ
に拡大して転写結像させ、ｘ方向集光レン６２が、ｘ方
向に集光して、線状のプロフィルの照射ビームが得られ
る。

【００５５】この実施形態においては、導波路４の入射
面４３が、導波路４の中心軸に対して直交せずに傾斜さ
せており、この入射面４３である傾斜面に入射したレー
ザビームは、傾斜面４１て屈折して、導波路４内を非対
称的に透過して、反射面４１、４２、４５、４６におい
て反射しながら、出射面４４から放出する。図８（Ｂ）
において、反射は、ｙ方向においては、反射面４１と４
２において、反射回数ｍが、１回（ｍ＝１）だけの分割
ビーム、２回（ｍ＝２）だけの分割ビーム、さらに、３
回（ｍ＝３）だけ、４回（ｍ＝４）だけ、５回（ｍ＝
５）だけ、６回（ｍ＝６）だけ反射し、同様に、図８
（Ａ）において、さらにｘ方向に、反射面４５と４６に
より、１回（ｍ＝１だけ反射の分割ビーム、２回だけ
（ｍ＝２）の分割ビーム、さらに、３回（ｍ＝３）だ
け、４回（ｍ＝４）だけ、５回（ｍ＝５）だけ、さら
に、６回（ｍ＝６）だけの反射によりそれぞれ分割ビー
ムを作る。さらに、隣合う反射面、例えば、反射面４１
と４５又は４６、あるいは反射面４２と４６又は４５と
の間でも、それぞれ２回ないし６回の反射による分割ビ
ームを形成する。反射面４４から放射する分割ビーム
は、ｙ方向に、奇数反射の分割ビームの群と偶数回反射
の分割ビームの群とに分けられる。また、ｘ方向にも奇
数回反射の分割ビームの群と、偶数回反射の分割ビーム
との群に分けられる。これらの分割ビームの群は、ｙ方
向においては、ｙ方向転写レンズ６１の前方に焦点位置
を形成して、この位置で他の群から空間的に分離するこ
とができ、また、ｘ方向においては、ｘ方向集光レンズ
６２と照射面９０との間において、他の群から空間的に
分離することができる。

【００５６】この実施形態では、ｙ方向においては、奇
数反射回数の分割ビーム（ｍ＝１，３，５）の群のみを
ｙ方向転写レンズ６１の前方の焦点位置に配置した単一
の遅延板２１により、時間的可干渉距離ΔＬ以上の光路
差Δａだけ他の群の分割ビームより遅延させ、他方のｘ
方向については、ｘ方向の奇数回反射の分割ビームの群
のみを、ｘ方向集光レンズ６２と照射面９０との間に配
置した単一の旋光板７を挿入して、他の群の分割ビーム
よりも偏光角度を実質的に直交させるように回転させ、
これにより、互いに隣合ういずれの２つの分割ビーム間
においても、光路差かまたは偏光面回転のいずれかによ
り、照射面９０での重ね合わせの際の干渉を軽減するよ
うにして、照射面９０上での照射ビーム１９の強度分布
を均一にしている。

【００５７】実施の形態９．図９（Ａ）と図９（Ｂ）
は、上記の実施の形態８において、さらに、ｙ方向転写
レンズ６１の収差を利用して、分割ビームの照射面上ｙ
方向への結像をわずかにずらして隣合う分割ビームの干
渉をさらに防止するものである。これにより、照射面９
０上に照射された照射ビーム１９の強度分布は、ｙ方向
の両端部位での強度が階段状に低下する現象が見られる
が、その間の中央部は、干渉による強度変化の小さく平
坦で、均一な強度分布が得られる。

【００５８】

【発明の効果】本発明のレーザビーム均一照射光学系
は、レーザ光源からのレーザビームをビーム断面におい
て二次元的に分割するレーザビーム分割手段と、分割ビ
ームを被照射物の照射面上で重ね合せて照射する重ね合
せ照射手段と、から成り、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倍以上としたので、
互いに分割ビームが元のレーザビームの隣合う領域から
生じた場合に照射面で重ね合わせた時に生じる干渉を有
効に軽減して、照射ビームの強度分布を均一化すること
ができる。

【００５９】上記のビーム分割幅が、空間的可干渉距離
の１／√２倍以上とすれば、さらに、照射ビームの強度
分布を均一化することができる。特に、２つの分割ビー
ムが、元のレーザビームの互いに斜め方向に隣合うもの
であっても、これら２つの分割ビームの分割幅を、空間
的可干渉距離の１／√２倍以上とすることにより、有効
に軽減することができ、照射ビームの強度分布の均一化
に有効である。

【００６０】さらに、上記のビーム分割幅が、空間的可
干渉距離の１倍以上とすれば、照射ビームの強度分布の
均一化に一層有効である。

【００６１】上記のレーザビーム分割手段が、２次元方
向に分割する２次元レンズアレイ若しくは直交して配置
された２つの一次元シリンドリカルレンズアレイとすれ
ば、二次元分割ビームが容易に形成できて、均一な分布
の照射ビームを被照射物の照射面上に形成することがで
きる。

【００６２】上記の光学系が、さらに、照射面上のビー
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り合う分割ビー
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むようにすれば、互いに隣
合う分割ビーム間の照射面上での干渉をさらに軽減で
き、光学系は、均一な強度分布の照射ビームを照射面上
に形成することができる。

【００６３】光学的遅延手段を、当該一方の分割ビーム
を透過させる遅延素子と当該他方の分割ビームを通過さ
せる空隙とを二次元方向に交互に配置してなる遅延板と
すれば、光学系は、互いに隣合う分割ビーム間の照射面
上での干渉をさらに軽減でき、光学系は、均一な強度分
布の照射ビームを照射面上に形成することができる。

【００６４】重ね合せ照射手段が、上記レーザビーム分
割手段の前方に配置して分割ビームを照射面に転写する
転写用のシリンドリカルレンズアレイを含むようにすれ
ば、強度分布を均一にした照射ビームを所要方向に広げ
て照射面上に形成することができる。

【００６５】光学的遅延手段が、転写用のシリンドリカ
ルレンズアレイの前方に第１の遅延板と後方に第２の遅
延板とに区分して配置すれば、特に、分割ビームが転写
される面と転写する面とが共役関係になるように配置す
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。

【００６６】上記第１及び第２の遅延板が、当該一方の
分割ビームを透過させる遅延素子と当該他方の分割ビー
ムを通過させる空隙とを二次元方向に交互に配置すれ
ば、光学系は、互いに隣合う分割ビーム間の照射面上で
の干渉をさらに軽減でき、光学系は、均一な強度分布の
照射ビームを照射面上に形成することができる。

【００６７】上記の転写用のシリンドリカルレンズアレ
イは、当該他方の分割ビームを通過する微小シリンドリ
カルレンズと、当該一方の分割ビームを通過する微小シ
リンドリカルレンズとは異なる焦点距離を有して、各分
割ビームを照射面に結像するようにすれば、照射面上に
は、鮮明で均一な強度分布の照射ビームを得ることがで
きる。

【００６８】上記の光学系が、さらに、照射面上のビー
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合う分割ビーム
の一方を他方に対して偏光方向を実質的に直交させる旋
光手段を含むようにすれば、偏光面の実質的な直交によ
り隣合う分割ビーム間の干渉を防止でき、強度分布の均
一な照射ビームを照射面上に形成することができる。

【００６９】上記の旋光手段を当該一方の分割ビームを
透過させる旋光素子と当該他方の分割ビームを通過させ
る空隙とを二次元方向に交互に配置して構成すれば、互
いに隣合う分割ビームの偏光面を実質的に直交させるこ
とができ、旋光手段と光学系の構成が簡便になし得る。

【００７０】上記旋光手段は、当該一方の分割ビームを
透過させる旋光素子と当該他方の分割ビームを通過させ
る光路差補償用遅延板とを二次元方向に交互に配置して
構成すれば、旋光素子による光路差を補償して、鮮明で
且つ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】上記の転写用のシリンドリカルレンズアレ
イは、当該他方の分割ビームを通過する微小シリンドリ
カルレンズと、当該一方の分割ビームを通過する微小シ
リンドリカルレンズとは異なる焦点距離を有して、各分
割ビームを照射面に結像するようにすれば、各分割ビー
ムを照射面に結像するようにすれば、照射面上には、鮮
明で均一な強度分布の照射ビームを得ることができる。

【００７２】上記均一化手段が、さらに、上記の分割し
たビームの互いに隣合う分割ビームの一方を他方に対し
て偏光方向ほ実質的に直交させる旋光手段と共に、二次
元的に隣合う分割ビームにいずれか一方を、他方に対し
て光学的に遅延させるか若しくは偏光方向に直交させる
ようにすれば、特に、元のレーザビームにおいて斜め方
向に互いに隣合う領域からの分割ビームに対しても、照
射面上での相互干渉を防止して、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】上記旋光手段が、当該一方の分割ビームを
透過させる旋光素子と当該他方の分割ビームを通過させ
る空隙とを一次元方向に交互に列をなして配置すること
により、斜め方向に互いに隣合う領域からの分割ビーム
に対しても照射面上での相互干渉を有効に防止すること
ができる。

【００７４】上記のレーザビーム分割手段が、互いに対
向する一対の反射面を互いに直交して２組有して、レー
ザビームを二次元方向に分割する導波路とすれば、簡単
な構成で、二次元的に分割された多数の分割ビームを形
成することができる。

【００７５】上記の光学系が、照射面上のビーム強度を
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合う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
学的遅延手段を含むようにすれば、光路差を設けた２つ
の分割ビーム間での照射面上での干渉を軽減して、強度
分布の均一な照射ビームを形成することができる。

【００７６】均一化手段が、さらに、上記の分割したビ
ームの互いに隣合う分割ビームの一方を他方に対して偏
光方向ほ実質的に直交させる旋光手段を含み、二次元的
に隣合う分割ビームにいずれか一方を、他方に対して光
学的に遅延させるか若しくは偏光方向に直交させるよう
にすれば、二次元的に分離した分割ビーム間の干渉を防
止して、強度分布の均一な照射ビームを形成することが
できる。

【００７７】本発明のレーザビーム均一照射光学系を、
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
半導体膜として、半導体膜アニーリング用光学系に利用
すれば、半導体膜の結晶化に、特に、結晶粒の大きな半
導体膜の製造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、レーザビーム分割手段とし
て直交する２つのシリンドリカルレンズアレイを用いた
例で、（Ａ）は、ｙ方向から見た図、（Ｂ）は、ｘ方向
から見た図を示し、（Ｃ）は、均一化手段としての遅延
板の断面図を示す。

【図２】 本発明の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し、（Ｃ）ないし
（Ｅ）は、均一化手段としての遅延板の断面図を示す。

【図３】 本発明の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４】 本発明の別の実施形態において、均一化手段
として偏光板を用いた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し、（Ｃ）偏光板の断面図を
示す。

【図５】 偏光板の別の構成を示す断面図。

【図６】 本発明の実施形態において、レーザビーム均
一照射光学系の配置の変更例を示す図で、（Ａ）は、ｙ
方向から見た図、（Ｂ）は、ｘ方向から見た図を示す。

【図７】 本発明の実施形態において、均一化手段とし
て旋光板と遅延板を用いた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し、（Ｃ）と（Ｄ）と
は、それぞれ旋光板と遅延板の断面図を示す。

【図８】 本発明のさらに別の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、レーザビーム分
割手段として二次元的導波路を用いた例で、（Ａ）は、
ｙ方向から見た図、（Ｂ）は、ｘ方向から見た図を示
し、（Ｃ）は、照射面上の照射ビームのプロフィルを示
す。

【図９】 本発明のさらに別の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、レーザビーム分
割手段として二次元的導波路を用いた例で、（Ａ）は、
ｙ方向から見た図、（Ｂ）は、ｘ方向から見た図を示
し、（Ｃ）は、照射面上の照射ビームのｙ方向強度分布
を示す。

【符号の説明】

１ レーザビーム、２ 遅延板、２０ 遅延素子、２９
空隙、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、５２ 分割用シリンドリ
カルレンズアレイ、６１ 転写レンズ、６２ 集光レン
ズ、７ 旋光板、７０ 旋光素子、７９ 光路長補償用
遅延素子、９ 被照射物、９０ 照射面。

フロントページの続き (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 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA12 BB07 CA07 DA02 DB01

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
   断面において二次元的に分割するレーザビーム分割手段
   と、分割ビームを被照射物の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倍以上とした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】 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に記載の光学系。
3. 【請求項３】 上記のビーム分割幅が、空間的可干渉距
   離の１倍以上である請求項１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、２次元
   方向に分割する２次元レンズアレイ若しくは直交して配
   置された２つの一次元シリンドリカルレンズアレイであ
   る請求項１ないし３にいずれかに記載の光学系。
5. 【請求項５】 上記の光学系が、さらに、照射面上のビ
   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り合う分割ビ
   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むことを特徴とする請求
   項４に記載の光学系。
6. 【請求項６】 光学的遅延手段が、当該一方の分割ビー
   ムを透過させる遅延素子と当該他方の分割ビームを通過
   させる空隙とを二次元方向に交互に配置してなる遅延板
   である請求項５に記載の光学系。
7. 【請求項７】 重ね合せ照射手段が、上記レーザビーム
   分割手段の前方に配置して分割ビームを照射面に転写す
   る転写用のシリンドリカルレンズアレイである請求項５
   に記載の光学系。
8. 【請求項８】 光学的遅延手段が、転写用のシリンドリ
   カルレンズアレイの前方に第１の遅延板と後方に第２の
   遅延板とに区分して配置されている請求項７に記載の光
   学系。
9. 【請求項９】 第１及び第２の遅延板が、当該一方の分
   割ビームを透過させる遅延素子と当該他方の分割ビーム
   を通過させる空隙とを二次元方向に交互に配置して成る
   請求項８に記載の光学系。
10. 【請求項１０】 上記の転写用のシリンドリカルレンズ
    アレイは、当該他方の分割ビームを通過する微小シリン
    ドリカルレンズと、当該一方の分割ビームを通過する微
    小シリンドリカルレンズとは異なる焦点距離を有して、
    各分割ビームを照射面に結像するようにした請求項７な
    いし９いずれかに記載の光学系。
11. 【請求項１１】 上記の光学系が、さらに、照射面上の
    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合う分割ビ
    ームの一方を他方に対して偏光方向を実質的に直交させ
    る旋光手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の光
    学系。
12. 【請求項１２】 上記の旋光手段が、当該一方の分割ビ
    ームを透過させる旋光素子と当該他方の分割ビームを通
    過させる空隙とを二次元方向に交互に配置して成る請求
    項１１に記載の光学系。
13. 【請求項１３】 上記旋光手段が、当該一方の分割ビー
    ムを透過させる旋光素子と当該他方の分割ビームを通過
    させる光路長補償用遅素子とを二次元方向に交互に配置
    して成る請求項１１に記載の光学系。
14. 【請求項１４】 上記の転写用のシリンドリカルレンズ
    アレイは、当該他方の分割ビームを通過する微小シリン
    ドリカルレンズと、当該一方の分割ビームを通過する微
    小シリンドリカルレンズとは異なる焦点距離を有して、
    各分割ビームを照射面に結像するようにした請求項１２
    に記載の光学系。
15. 【請求項１５】 上記均一化手段が、さらに、上記の分
    割したビームの互いに隣合う分割ビームの一方を他方に
    対して偏光方向ほ実質的に直交させる旋光手段を含み、
    二次元的に隣合う分割ビームにいずれか一方を、他方に
    対して光学的に遅延させるか若しくは偏光方向に直交さ
    せることを特徴とする請求項５又は６記載の光学系。
16. 【請求項１６】 上記旋光手段が、当該一方の分割ビー
    ムを透過させる旋光素子と当該他方の分割ビームを通過
    させる空隙とを一次元方向に交互に列をなして配置して
    成る請求項１５に記載の光学系。
17. 【請求項１７】 上記のレーザビーム分割手段が、互い
    に対向する一対の反射面を互いに直交して２組有して、
    レーザビームを二次元方向に分割する導波路である請求
    項１ないし３いずれかに記載の光学系。
18. 【請求項１８】 上記の光学系が、照射面上のビーム強
    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合う分割ビームの
    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むことを特徴とする請求項１７
    に記載の光学系。
19. 【請求項１９】 上記均一化手段が、さらに、上記の分
    割したビームの互いに隣合う分割ビームの一方を他方に
    対して偏光方向ほ実質的に直交させる旋光手段を含み、
    二次元的に隣合う分割ビームにいずれか一方を、他方に
    対して光学的に遅延させるか若しくは偏光方向に直交さ
    せることを特徴とする請求項１３に記載の光学系。
20. 【請求項２０】 被照射物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１９い
    ずれかに記載の光学系。