JP2012030267A - レーザビーム照射装置、およびレーザビーム照射方法 - Google Patents

Abstract

【課題】矩形の照射パターンの寸法や照射パターン同士の間隔を容易に変更可能なレーザビーム照射装置を提供する。
【解決手段】レーザビーム照射装置１は、レーザビームを発振するレーザ発振器１１と、レーザビームの形状を矩形に変換するとともに強度を均一化する光ファイバ１３、光ファイバ１３から出射したレーザビームを複数のレーザビームに分岐する分岐用ＤＯＥ１４と、分岐用ＤＯＥ１４から出射したレーザビームを結像する光学系とを備える。光学系は、複数のレーザビームが入射する第１のシリンドリカルレンズ１５と、第１のシリンドリカルレンズ１５から出射したレーザビームが入射する第２のシリンドリカルレンズ１６とを含む。第１のシリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル面１５ａにおける曲率を持たない第１の方向と、第２のシリンドリカルレンズ１６のシリンドリカル面１６ａにおける曲率を持たない第２の方向とが互いに直行している。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザビーム照射装置、およびレーザビーム照射方法に関し、特に、レーザ加工を行なうためのレーザビーム照射装置、およびレーザビーム照射方法に関する。

太陽電池、フラットパネルディスプレイ等の製造においては、微細レーザ加工が行なわれる。当該微細レーザ加工の分野においては、矩形のレーザビームを用いた加工の要求が高まっている。太陽電池の製造においては、たとえば、薄膜太陽電池の電極パターンの加工、および結晶太陽電池のレーザドーピングや保護膜のパターニングにおいて、矩形のレーザビームを用いた加工の要求が高まっている。また、フラットパネルディスプレイの製造においては、たとえば、レーザアニール、および配線のパターン加工に、断面が矩形のレーザビームを用いた加工の要求が高まっている。

このような加工は、レーザビームと加工対象物とを相対移動させながら行なわれる。このため、レーザビームを分岐して、複数のレーザビームにより一括加工すれば、加工の効率化を図ることができる。

また、上述した加工においては、品質の観点から、加工対象物に照射するレーザビームの強度分布が均一であることが好ましい。

つまり、上述したような微細レーザ加工の分野においては、（１）矩形のレーザビームを加工対象物に照射すること、（２）強度分布が均一なレーザビームを加工対象物に照射すること、（３）分岐後の複数のレーザビームを加工対象物に照射すること、が求められている。

たとえば、特許文献１には、一括多点ホモジナイズ光学系が開示されている。当該一括多点ホモジナイズ光学系では、ホモジナイザＤＯＥ（回折光学素子：Diffractive Optical Element）を用いて、円形かつ不均一な強度分布のレーザビームであるガウス分布のレーザビームを、均一な強度のレーザビームに変換する。さらに、分岐作用を持つＤＯＥを用いて、強度が均一となったレーザビームを、複数のレーザビームに分岐する。

また、特許文献２には、レーザドリル装置が開示されている。当該レーザドリル装置では、カライドスコープを用いて、不均一な強度分布のレーザビームを均一な強度分布のレーザビームに変換する。また、複数の光ファイバを束ねたバンドルファイバを用いて、当該レーザビームを複数のレーザビームに分岐する。さらに、当該複数のレーザビームの各々をマスクのマスク穴（円形）に照射することによって、マスク穴の像を加工対象物に結像する。

特許文献３には、円形ビームを矩形に整形する矩形マスクを備えたレーザ露光装置が開示されている。

特開２００４−２３０４３２号公報 特開平１１−３４７７６５号公報 特開２００１−２６５０００号公報

しかしながら、特許文献１では、矩形の照射パターンの寸法や照射パターン同士の間隔を変更する場合、２つのＤＯＥ（ホモジナイザＤＯＥ，分岐作用を持つＤＯＥ）を取り替える必要がある。ＤＯＥは、リソグラフィ技術を用いて製造されるため、リソグラフィ技術を用いて製造されていない通常のレンズに比べて高価である。また、ＤＯＥを取り替えた後の調整に手間を要する。このため、矩形の照射パターンの寸法や照射パターン同士の間隔（ビームピッチ）を変更することは、容易に行なえるものではない。

また、特許文献２では、複数の光ファイバが個別にマスク穴を照らす構成であるため、マスク穴の寸法に制限がある。さらに、照射パターン同士の間隔を変更する場合、マスクの変更のみならず、複数の光ファイバの位置の調整が必要となる。このため、矩形の照射パターンの寸法や照射パターン同士の間隔を変更するには、手間を要する。

本願発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、矩形の照射パターンの寸法を容易に変更可能なレーザビーム照射装置、およびレーザビーム照射方法を提供することにある。

本発明のある局面に従うと、レーザビーム照射装置は、レーザビームを発振するレーザ発振器と、レーザビームの形状を矩形に変換するとともに強度を均一化する第１の光学系と、第１の光学系から出射したレーザビームを複数のレーザビームに分岐する第２の光学系と、第２の光学系から出射したレーザビームを結像する第３の光学系とを備える。第３の光学系は、複数のレーザビームが入射する第１のシリンドリカルレンズと、第１のシリンドリカルレンズから出射したレーザビームが入射する第２のシリンドリカルレンズとを含む。第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第１の方向と、第２のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第２の方向とが互いに直行している。

好ましくは、第２の光学系は、回折光学素子である。第２の光学系は、第１の光学系から出射したレーザビームを回折することによって、第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面に対して、複数のレーザビームを、第１の方向または第２の方向に並んだ状態で入射させる。

好ましくは、レーザビーム照射装置は、第１の光学系から出射したレーザビームを平行光とするコリメータレンズをさらに備える。第２の光学系は、コリメータレンズから出射したレーザビームを複数のレーザビームに分岐する。

好ましくは、第１の光学系は、インコヒーレント光を出射する光学素子を含む。
好ましくは、第１の光学系は、コヒーレント光を出射する光学素子を含む。

好ましくは、第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面の周方向と、第２のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面の周方向とは、互いに直交する。

本発明の他の局面に従うと、レーザビーム照射方法は、レーザ発振器からレーザビームを発振するステップと、第１の光学系が、レーザビームの形状を矩形に変換するとともに強度を均一化するステップと、第２の光学系が、第１の光学系から出射したレーザビームを複数のレーザビームに分岐するステップと、第３の光学系が、第２の光学系から出射したレーザビームを結像するステップとを備える。第３の光学系は、複数のレーザビームが入射する第１のシリンドリカルレンズと、第１のシリンドリカルレンズから出射したレーザビームが入射する第２のシリンドリカルレンズとを含む。第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第１の方向と、第２のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第２の方向とが互いに直行している。

本発明によれば、矩形の照射パターンの寸法を容易に変更可能となるといった効果を奏する。

レーザビーム照射装置の概略構成を示した図である。 第１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレンズとの位置関係を説明するための図である。 レーザビーム照射装置の一部を示した斜視図である。 他の形態に係るレーザビーム照射装置の概略構成を示した図である。 さらに他の形態に係るレーザビーム照射装置の概略構成を示した図である。 さらに他の形態に係るレーザビーム照射装置の概略構成を示した図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、レーザビーム照射装置１の概略構成を示した図である。図１（ａ）は、レーザビーム照射装置１を、ｘｚ平面に対して垂直な方向（ｙ軸方向）から見た状態を示した図である。図１（ｂ）は、レーザビーム照射装置１を、ｙｚ平面に対して垂直な方向（ｘ軸方向）から見た状態を示した図である。

図１（ａ）を参照して、レーザビーム照射装置１は、レーザ発振器１１と、光学系１２と、光ファイバ１３と、分岐作用を持つＤＯＥ１４と、シリンドリカルレンズ１５と、シリンドリカルレンズ１６とを備える。なお、以下では、説明の便宜上、ＤＯＥ１４を「分岐用ＤＯＥ１４」と、シリンドリカルレンズ１５を、「第１のシリンドリカルレンズ１５」と、シリンドリカルレンズ１６を「第２のシリンドリカルレンズ１６」と称する。

レーザビーム照射装置１は、基板９０の基板面９０ａに対してレーザビームを照射する。なお、基板９０としては、たとえば、太陽電池のシリコン基板などが挙げられる。

レーザ発振器１１は、光学系１２に向けて、断面が円状または楕円状のレーザビーム７１を発振する。なお、断面とは、レーザビームの進行方向に垂直な面におけるレーザビームの切り口の面である。レーザ発振器１１としては、たとえば、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどがある。各レーザは、互いに、出力や、レーザビームの波長が相違する。また、ＣＯ２レーザおよびＹＡＧレーザのレーザビームが連続波であるのに対して、エキシマレーザのレーザビームがパルス波である点において、ＣＯ２レーザおよびＹＡＧレーザと、エキシマレーザとは異なる。

光学系１２は、少なくとも、レンズ１２１とレンズ１２２とを備える。光学系１２は、レーザビーム７１を、光ファイバ１３の入射端面１３ａに入射させる。

光ファイバ１３は、インコヒーレント光を出射する光学素子である。光ファイバ１３の出射端面１３ｂの形状は矩形である。当該矩形は、ｘｙ平面と平行である。また、矩形の４辺のうち２辺はｘ軸と平行であり、他の２辺はｙ軸と平行である。

なお、光ファイバ１３がインコヒーレントな光を出射する光学素子であるため、レーザ発振器１１は、コヒーレントな光を出射する必要はない。このため、レーザ発振器１１として、安価な発振器を用いることができる。

光ファイバ１３の入射端面１３ａから入射したレーザビームは、光ファイバ１３内で反射を繰返しながら出射端面１３ｂに進む。このため、レーザビームは、次第にコーヒレンシの低いビームとなり、出射端面１３ｂにおいては均一な強度のビームとなる。このように、光ファイバ１３は、断面が円状または楕円状のレーザビームを断面が矩形状のレーザビームに変換するとともに、レーザビームの強度を均一にする。

光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射したレーザビームは、所定の開口数を持つ発散光である。本実施の形態では、出射端面１３ｂにおける像が、第１のシリンドリカルレンズ１５と第２のシリンドリカルレンズ１６とによって、基板面９０ａで結像する（つまり、出射端面１３ｂと基板面９０ａとが共役となる）ように、両シリンドリカルレンズ１５，１６の諸元や配置を決定している。

図１（ｂ）を参照して、分岐用ＤＯＥ１４は、光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射したレーザビームを、複数のレーザビームに分岐する。複数のレーザビームは、第１のシリンドリカルレンズ１５に入射する。また、複数のレーザビームは、第１のシリンドリカルレンズ１５を出射した後、第２のシリンドリカルレンズ１６に入射する。そして、複数のレーザビームは、基板面９０ａにて結像する。したがって、基板面９０ａには、強度が均一で、かつ断面が矩形状のレーザビームが複数照射されることになる。

図２は、第１のシリンドリカルレンズ１５と第２のシリンドリカルレンズ１６との位置関係を説明するための図である。図２を参照して、第１のシリンドリカルレンズ１５と第２のシリンドリカルレンズ１６とは互いに直交する方向に配置されている。

詳しくは、第１のシリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル面１５ａにおける曲率を持たない方向Ｐ１と、第２のシリンドリカルレンズ１６のシリンドリカル面１６ａにおける曲率を持たない方向Ｐ２とが互いに直行するように、第１のシリンドリカルレンズ１５と第２のシリンドリカルレンズ１６とが配置されている。なお、方向Ｐ１は、ｘ軸に平行な方向であり、方向Ｐ２は、ｙ軸に平行な方向である。

つまり、第１のシリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル面１５ａの周方向と、第２のシリンドリカルレンズ１６のシリンドリカル面１６ａの周方向とは、互いに直交している。さらに言い換えれば、第１のシリンドリカルレンズ１５と第２のシリンドリカルレンズ１６とは、両シリンドリカル面１５ａ，１６ａが同一方向（図のｚ軸負方向）を向いた状態で互いに直交して配置されている。

さらに詳しくは、レーザビーム照射装置１においては、シリンドリカル面１５ａにおける中心点と、シリンドリカル面１６ａにおける中心点と、光ファイバ１３の出射端面１３ｂとが、直線上に配置されている。

図３は、レーザビーム照射装置１の一部を示した斜視図である。図３を参照して、分岐用ＤＯＥ１４は、光ファイバ１３から出射したレーザビームを回折することによって、第１のシリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル面１５ａに対して、複数のレーザビームを、ｙ軸方向（図２の方向Ｐ２）に並んだ状態で入射させる。分岐用ＤＯＥ１４から出射した複数のレーザビームは、上述したように、第１のシリンドリカルレンズ１５および第２のシリンドリカルレンズ１６を介して、基板面９０ａで結像する。基板面９０ａでは、ｙ軸方向に沿って、矩形状の複数の照射パターン（照射領域）Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が形成される。

なお、本実施の形態では、基板９０はｘ方向に移動可能に構成されている。レーザビーム照射装置１は、基板９０をｘ方向に移動させながらレーザビームを照射することにより、レーザ加工を行なう。

レーザビーム照射装置１では、照射パターンの寸法を変更すると、当該変更に伴い照射パターンの間隔も変更する。つまり、照射パターンの寸法と、照射パターンの間隔とを独立して変更はできない。より詳しく説明すると、以下のとおりである。

一般にレンズへの入射角（θ）とレンズの焦点距離（ｆ）と像高（ｙ）とには、以下の関係がある。なお、像高とは、ビーム中心（像点）と光学系の中心軸との距離である。

・一般レンズの場合： ｙ＝ｆ×ｔａｎθ
・ｆθレンズの場合： ｙ＝ｆ×θ
したがって、焦点距離の異なるレンズに変更することによって、矩形パターンの寸法が変わるとともに、照射パターンの間隔も変わる。なお、後述する各実施の形態におけるレーザビーム照射装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃにおいても同様である。

以下、レーザビーム照射装置１において、照射パターンの寸法および照射パターンの間隔を変更する場合におけるユーザの作業内容について説明する。

まず、第１のシリンドリカルレンズ１５および第２のシリンドリカルレンズ１６の少なくともいずれかを、焦点距離の異なるシリンドリカルレンズに交換する。つまり、ユーザは、交換対象となるシリンドリカルレンズの焦点距離とは異なる焦点距離を有するシリンドリカルレンズに交換する。なお、以下では、説明の便宜上、交換後においても２つのシリンドリカルレンズを、第１のシリンドリカルレンズ１５、第２のシリンドリカルレンズ１６として表記する。

さらに、ユーザは、光ファイバ１３の出射端面１３ｂ、第１のシリンドリカルレンズ１５、第２のシリンドリカルレンズ１６、および基板９０のｚ軸方向の配置を調整する。つまり、ユーザは、所望とする照射パターン（寸法および間隔）を実現するために、必要に応じて、光ファイバ１３（詳しくは出射端面１３ｂ）、第１のシリンドリカルレンズ１５、第２のシリンドリカルレンズ１６、および基板９０の少なくとも１つを移動する。

より具体的に説明すると以下の通りである。図１（ａ）を再び参照して、第２のシリンドリカルレンズ１６の焦点距離ｆ１と、距離ａ１および距離ｂ１との関係は、以下の式（１）で示される。なお、距離ａ１は、光ファイバ１３の出射端面１３ｂから第２のシリンドリカルレンズ１６の前側主点までの距離であり、距離ｂ１は、第２のシリンドリカルレンズ１６の後側主点から基板面９０ａ（像）までの距離である。

１／ａ１ ＋ １／ｂ１ ＝ １／ｆ１ … （１）
また、第２のシリンドリカルレンズ１６による結像倍率Ｍ１は、以下の式（２）で示される。

Ｍ１ ＝ ｂ１／ａ１ … （２）
したがって、第２のシリンドリカルレンズ１６を焦点距離の異なるシリンドリカルレンズに交換する場合、式（１）を参照して、距離ａ１および距離ｂ１の少なくともいずれかの値を変更する必要がある。このため、第２のシリンドリカルレンズ１６を交換する場合には、光ファイバ１３、第２のシリンドリカルレンズ１６、および基板９０のうち少なくとも１つをｚ軸方向に移動することになる。

また、式（２）によれば、式（１）を満たすことを条件に、ユーザが距離ａ１および距離ｂ１を適宜選択することにより、結像倍率Ｍ１を変更することができる。つまり、照射パターンのｘ軸方向の寸法を変更することができる。

次に、図１（ｂ）を再び参照して、第１のシリンドリカルレンズ１５の焦点距離ｆ２と、距離ａ２および距離ｂ２との関係は、以下の式（３）で示される。なお、距離ａ２は、光ファイバ１３の出射端面１３ｂから第１のシリンドリカルレンズ１５の前側主点までの距離であり、距離ｂ２は、第１のシリンドリカルレンズ１５の後側主点から基板面９０ａ（像）までの距離である。

１／ａ２ ＋ １／ｂ２ ＝ １／ｆ２ … （３）
また、第１のシリンドリカルレンズ１５による結像倍率Ｍ２は、以下の式（４）で示される。

Ｍ２ ＝ ｂ２／ａ２ … （４）
したがって、第１のシリンドリカルレンズ１５を焦点距離の異なるシリンドリカルレンズに交換する場合、式（３）を参照して、距離ａ２および距離ｂ２の少なくともいずれかの値を変更する必要がある。このため、第１のシリンドリカルレンズ１５を交換する場合には、光ファイバ１３、第１のシリンドリカルレンズ１５、および基板９０のうち少なくとも１つをｚ軸方向に移動することになる。

また、式（４）によれば、式（３）を満たすことを条件に、ユーザが距離ａ２および距離ｂ２を適宜選択することにより、結像倍率Ｍ２を変更することができる。つまり、照射パターンのｙ軸方向の寸法を変更することができる。また、ｙ軸方向の寸法の変更に伴い、照射パターンの間隔も変更されることになる。

このように、レーザビーム照射装置１においては、ユーザが照射パターンを変更したい場合、ユーザはＤＯＥの交換を行なう必要はない。また、レーザビーム照射装置１においては、１本の光ファイバを用いればよいため、複数の光ファイバを用いる構成に比べて、照射パターン変更時における調整作業が容易となる。したがって、レーザビーム照射装置１を用いることにより、従来に比べて、容易に照射パターンを調整可能となる。

さらに、レーザビーム照射装置１においては、マスクパターンを用いる必要がない。それゆえ、レーザビームのビーム利用効率を、マスクパターンを用いる場合に比べて、高くできる。

以上のように、レーザビーム照射装置１によって、マスクパターンを用いることなく、均一強度分布を有する矩形の照射パターンの寸法および間隔が容易に変更可能となる。

なお、図１においては、光ファイバ１３を用いた構成を例に挙げて説明しているが、光ファイバ１３の代わりに、断面が矩形状の導波路または断面が矩形状のカライドスコープを用いてもよい。なお、当該導波路およびカライドスコープは、光ファイバ１３と同様に、インコヒーレントな光を出射する。

また、上記においては、分岐用ＤＯＥ１４によって、第１のシリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル面１５ａに対して、複数のレーザビームを、ｙ軸方向（図２の方向Ｐ２）に並んだ状態で入射させたが、これに限定されるものではない。第１のシリンドリカルレンズ１５のシリンドリカル面１５ａに対して、複数のレーザビームを、ｘ軸方向（図２の方向Ｐ１）に並んだ状態で入射させるように、分岐用ＤＯＥ１４を構成してもよい。つまり、分岐用ＤＯＥ１４は、光ファイバ１３から出射したレーザビームを回折することによって、シリンドリカル面１５ａに対して、複数のレーザビームを、方向Ｐ１または方向Ｐ２に並んだ状態で入射させる構成であればよい。

また、光ファイバ１３から出射したレーザビームを回折することによって、シリンドリカル面１５ａに対して、複数のレーザビームを、方向Ｐ１および方向Ｐ２に並んだ状態で入射させるように、分岐用ＤＯＥ１４を構成してもよい。複数のレーザビームの並び方は、特に限定されるものではない。

［実施の形態２］
図４は、レーザビーム照射装置１Ａの概略構成を示した図である。図４（ａ）は、レーザビーム照射装置１Ａを、ｘｚ平面に対して垂直な方向（ｙ軸方向）から見た状態を示した図である。図４（ｂ）は、レーザビーム照射装置１Ａを、ｙｚ平面に対して垂直な方向（ｘ軸方向）から見た状態を示した図である。

図４（ａ）および図４（ｂ）を参照して、レーザビーム照射装置１Ａは、レーザ発振器１１と、光学系１２と、光ファイバ１３と、コリメータレンズ２１と、分岐用ＤＯＥ１４と、第１のシリンドリカルレンズ１５と、第２のシリンドリカルレンズ１６とを備える。レーザビーム照射装置１Ａは、基板９０の基板面９０ａに対してレーザビームを照射する。

つまり、レーザビーム照射装置１Ａは、コリメータレンズ２１をさらに備える点において、実施の形態１のレーザビーム照射装置１とは異なる。コリメータレンズ２１は、光ファイバ１３と分岐用ＤＯＥ１４との間に設置される。

コリメータレンズ２１は、光ファイバ１３の出射端面１３ｂから出射したレーザビームを平行光とする。コリメータレンズ２１により平行光となったレーザビームは、分岐用ＤＯＥ１４に入射する。コリメータレンズ２１は、光軸に対して軸対象である。

以下、レーザビーム照射装置１Ａにおいて、照射パターンの寸法や照射パターンの間隔を変更する場合におけるユーザの作業内容について説明する。

まず、第１のシリンドリカルレンズ１５および第２のシリンドリカルレンズ１６の少なくともいずれかを、焦点距離の異なるシリンドリカルレンズに交換する。さらに、コリメータレンズ２１を焦点距離の異なるコリメータレンズに交換する。

そして、ユーザは、コリメータレンズ２１、第１のシリンドリカルレンズ１５、および第２のシリンドリカルレンズ１６のｚ軸方向の配置を調整する。つまり、ユーザは、所望とする照射パターンを実現するために、必要に応じて、上記レンズ２１，１５，１６の少なくとも１つを移動する。

より具体的に説明すると以下の通りである。図４（ａ）を再び参照して、第２のシリンドリカルレンズ１６の焦点距離ｆ１と、コリメータレンズ４１の焦点距離ｆａと、ｘ軸方向の結像倍率Ｍ３との関係は、以下の式（５）で示される。

Ｍ３ ＝ ｆａ／ｆ１ … （５）
また、図４（ｂ）を再び参照して、第１のシリンドリカルレンズ１５の焦点距離ｆ２と、コリメータレンズ４１の焦点距離ｆａと、ｙ軸方向の結像倍率Ｍ４との関係は、以下の式（６）で示される。

Ｍ４ ＝ ｆａ／ｆ２ … （６）
したがって、レンズ４１，１５,１６の交換により焦点距離ｆａ，ｆ１，ｆ２が変われば、照射パターンの寸法および間隔を変更することが可能となる。

レーザビーム照射装置１Ａは、コリメータレンズ２１を備えるため、レーザビーム照射装置１の場合とは異なり、光ファイバ１３（詳しくは出射端面１３ｂ）および基板９０の移動は必要がない。このため、レーザビーム照射装置１の場合よりも容易に照射パターンの調整を行なうことができる。

［実施の形態３］
図５は、レーザビーム照射装置１Ｂの概略構成を示した図である。図５（ａ）は、レーザビーム照射装置１Ｂを、ｘｚ平面に対して垂直な方向（ｙ軸方向）から見た状態を示した図である。図５（ｂ）は、レーザビーム照射装置１Ｂを、ｙｚ平面に対して垂直な方向（ｘ軸方向）から見た状態を示した図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して、レーザビーム照射装置１Ｂは、レーザ発振器１１と、ビームエキスパンダ３１と、ホモジナイザＤＯＥ３２と、分岐用ＤＯＥ１４と、第１のシリンドリカルレンズ１５と、第２のシリンドリカルレンズ１６とを備える。レーザビーム照射装置１Ｂは、基板９０の基板面９０ａに対してレーザビームを照射する。

つまり、レーザビーム照射装置１Ａは、実施の形態１のレーザビーム照射装置１における光学系１２および光ファイバ１３の代わりに、ビームエキスパンダ３１およびホモジナイザＤＯＥ３２を備えている。

レーザ発振器１１は、理想的なガウス分布に極力近い分布を持つレーザビームを出射する。

ビームエキスパンダ３１は、複数のレンズ３１１，３１２，３１３を備える。ビームエキスパンダ３１は、レーザ発振器１１から発振されたレーザビームのビーム径を予め定められた範囲内の倍率のビーム径に設定する。ビームエキスパンダ３１は、コリメートされた所定の径のレーザビームを出射する。ビームエキスパンダ３１から出射したレーザビームは、ホモジナイザＤＯＥ３２に入射する。

ホモジナイザＤＯＥ３２は、コヒーレントな光を出射する。ホモジナイザＤＯＥ３２は、出射したレーザビームが、焦点Ｆにおいて断面が矩形となり、かつ強度が均一化となるように、入射したレーザビームのプロファイルを変更する。なお、ホモジナイザＤＯＥ３２の焦点Ｆを含む焦点面（ｘｙ平面に平行な面）と基板面９０ａとが共役となるように、レーザビーム照射装置１Ｂは構成されている。

レーザビーム照射装置１Ｂにおいても、実施の形態１で示した式（１）および式（２）の関係が成立する。このため、レーザビーム照射装置１Ｂでも、レーザビーム照射装置１と同様に、従来に比べて、容易に照射パターンを調整可能となる。

また、レーザビーム照射装置１Ｂでは、上述したように、均一光学素子としてＤＯＥを用いているため、均一光学素子からはコヒーレントな光（厳密には、コヒーレンシの高い光）が出射される。それゆえ、実施の形態１および２のレーザビーム照射装置１，１Ａに比べて、レーザビームを小さく絞る（集光する）ことができる。したがって、矩形の照射パターンを微細化できる。

［実施の形態４］
図６は、レーザビーム照射装置１Ｃの概略構成を示した図である。図６（ａ）は、レーザビーム照射装置１Ｃを、ｘｚ平面に対して垂直な方向（ｙ軸方向）から見た状態を示した図である。図６（ｂ）は、レーザビーム照射装置１Ｃを、ｙｚ平面に対して垂直な方向（ｘ軸方向）から見た状態を示した図である。

図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、レーザビーム照射装置１Ｃは、レーザ発振器１１と、ビームエキスパンダ３１と、ホモジナイザＤＯＥ３２と、コリメータレンズ２１と、分岐用ＤＯＥ１４と、第１のシリンドリカルレンズ１５と、第２のシリンドリカルレンズ１６とを備える。レーザビーム照射装置１Ｃは、基板９０の基板面９０ａに対してレーザビームを照射する。

つまり、レーザビーム照射装置１Ｃは、コリメータレンズ２１をさらに備える点において、実施の形態３のレーザビーム照射装置１Ｂとは異なる。コリメータレンズ２１は、ホモジナイザＤＯＥ３２と分岐用ＤＯＥ１４との間に設置される。

レーザビーム照射装置１Ｃにおいても、実施の形態２で示した式（５）および式（６）の関係が成立する。このため、レーザビーム照射装置１Ｃでも、レーザビーム照射装置１Ａと同様に、従来に比べて、容易に照射パターンを調整可能となる。

また、レーザビーム照射装置１Ｃは、実施の形態３のレーザビーム照射装置１Ｂに比べて、以下の利点を有する。

レーザビーム照射装置１Ｃでは、結像倍率の変更に伴う調整箇所が１箇所でよい。つまり、図６を参照して、コリメータレンズ２１を別のコリメータレンズに変更し、変更後のコリメータレンズの位置を光軸方向に調整（コリメータレンズのフォーカス調整）するだけですむ。

一方、レーザビーム照射装置１Ｂでは、結像倍率の変更に伴う調整箇所が２箇所となる。つまり、再び図５を参照して、結像倍率の変更する場合には、第１のシリンドリカルレンズ１５または第２のシリンドリカルレンズ１６（あるいは両レンズ１５，１６）を変更し、第１のシリンドリカルレンズ１５または第２のシリンドリカルレンズ１６の位置を調整（フォーカス調整）し、かつ１／ａ１＋１／ｂ１＝１／ｆ１などの式が成り立つように距離ａ２を調整（光路長調整）する必要がある。つまり、レーザビーム照射装置１Ｂでは、焦点Ｆの位置は変更できないため、ユーザは、ａ２＋ｂ２の値を求めておき、基板９０の位置を変更し、かつ第１のシリンドリカルレンズ１５または第２のシリンドリカルレンズ１６のフォーカス調整をする必要がある。

このように、レーザビーム照射装置１Ｃでは、結像倍率の変更に伴う調整箇所が、レーザビーム照射装置１Ｂよりも少なくてすむ。このため、ユーザは、容易に結像倍率の変更を実施することができる。

今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ レーザビーム照射装置、１１ レーザ発振器、１２ 光学系、１３ 光ファイバ、１３ａ 入射端面、１３ｂ 出射端面、１４ 分岐用ＤＯＥ、１５ 第１のシリンドリカルレンズ、１５ａ，１６ａ シリンドリカル面、１６ 第２のシリンドリカルレンズ、２１，４１ コリメータレンズ、３１ ビームエキスパンダ、３２ ホモジナイザＤＯＥ、９０ 基板、９０ａ 基板面。

Claims (7)

1. レーザビームを発振するレーザ発振器と、
   前記レーザビームの形状を矩形に変換するとともに強度を均一化する第１の光学系と、
   前記第１の光学系から出射したレーザビームを複数のレーザビームに分岐する第２の光学系と、
   前記第２の光学系から出射したレーザビームを結像する第３の光学系とを備え、
   前記第３の光学系は、
   前記複数のレーザビームが入射する第１のシリンドリカルレンズと、
   前記第１のシリンドリカルレンズから出射したレーザビームが入射する第２のシリンドリカルレンズとを含み、
   前記第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第１の方向と、前記第２のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第２の方向とが互いに直行している、レーザビーム照射装置。
2. 前記第２の光学系は、回折光学素子であって、
   前記第２の光学系は、前記第１の光学系から出射したレーザビームを回折することによって、前記第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面に対して、前記複数のレーザビームを、前記第１の方向または前記第２の方向に並んだ状態で入射させる、請求項１に記載のレーザビーム照射装置。
3. 前記第１の光学系から出射したレーザビームを平行光とするコリメータレンズをさらに備え、
   前記第２の光学系は、前記コリメータレンズから出射したレーザビームを前記複数のレーザビームに分岐する、請求項１または２に記載のレーザビーム照射装置。
4. 前記第１の光学系は、インコヒーレント光を出射する光学素子を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザビーム照射装置。
5. 前記第１の光学系は、コヒーレント光を出射する光学素子を含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザビーム照射装置。
6. 前記第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面の周方向と、前記第２のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面の周方向とは互いに直交する、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザビーム照射装置。
7. レーザ発振器からレーザビームを発振するステップと、
   第１の光学系が、前記レーザビームの形状を矩形に変換するとともに強度を均一化するステップと、
   第２の光学系が、前記第１の光学系から出射したレーザビームを複数のレーザビームに分岐するステップと、
   第３の光学系が、前記第２の光学系から出射したレーザビームを結像するステップとを備え、
   前記第３の光学系は、前記複数のレーザビームが入射する第１のシリンドリカルレンズと、前記第１のシリンドリカルレンズから出射したレーザビームが入射する第２のシリンドリカルレンズとを含み、
   前記第１のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第１の方向と、前記第２のシリンドリカルレンズのシリンドリカル面における曲率を持たない第２の方向とが互いに直行している、レーザビーム照射方法。

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