JP3537423B2 - レーザビーム均一照射光学系 - Google Patents
レーザビーム均一照射光学系Info
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- JP3537423B2 JP3537423B2 JP2002091454A JP2002091454A JP3537423B2 JP 3537423 B2 JP3537423 B2 JP 3537423B2 JP 2002091454 A JP2002091454 A JP 2002091454A JP 2002091454 A JP2002091454 A JP 2002091454A JP 3537423 B2 JP3537423 B2 JP 3537423B2
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Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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倍以上として、重ね合せ
照射手段が、各分割レーザビームを照射面上で互いにず
らして転写して照射ビームを形成するものである。
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倍以上として、重ね合せ
照射手段が、各分割レーザビームを照射面上で互いにず
らして転写して照射ビームを形成するものである。
【００１１】本明細書において、ビームの分割幅は、レ
ーザビーム分割手段の出射端における分割ビームの幅に
より規定され、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端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。
ーザビーム分割手段の出射端における分割ビームの幅に
より規定され、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端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。
【００１２】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、５〜７の範囲である。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。
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、５〜７の範囲である。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。
【００１３】本発明は、好ましくは、上記のビーム分割
幅が、空間的可干渉距離の１／√２倍以上とし、さらに
好ましくは、空間的可干渉距離の１倍以上とするもので
ある。
幅が、空間的可干渉距離の１／√２倍以上とし、さらに
好ましくは、空間的可干渉距離の１倍以上とするもので
ある。
【００１４】上記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する一次元方向の導波路を利用する
ことができる。さらに別のレーザビーム分割手段には、
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利用できる。
対向する反射面を有する一次元方向の導波路を利用する
ことができる。さらに別のレーザビーム分割手段には、
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利用できる。
【００１５】上記の光学系は、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むものが好ましい。
均一化手段には、上記レーザビーム分割手段により分割
したビームが互いに隣接する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。これにより、隣接ビーム間の照射面での
干渉を軽減して、照射面上の照射ビームの強度を均一化
することができる。
ム強度を均一にする均一化手段を含むものが好ましい。
均一化手段には、上記レーザビーム分割手段により分割
したビームが互いに隣接する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。これにより、隣接ビーム間の照射面での
干渉を軽減して、照射面上の照射ビームの強度を均一化
することができる。
【００１６】別の均一化手段として、上記の分割したビ
ームの互いに隣接する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偏光手段を含む。互いに
隣接する分割ビームは、異なった偏光角度を有するので
分割ビーム間の照射面での干渉を防止し、照射面上の照
射ビームの強度を均一化することができる。
ームの互いに隣接する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偏光手段を含む。互いに
隣接する分割ビームは、異なった偏光角度を有するので
分割ビーム間の照射面での干渉を防止し、照射面上の照
射ビームの強度を均一化することができる。
【００１７】このレーザビーム均一照射光学系は、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。そして、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、照射強度分布は、極めて、均一にすることがで
きるのである。
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。そして、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、照射強度分布は、極めて、均一にすることがで
きるのである。
【００１８】本発明の光学系は、レーザ源が、固体レー
ザ又は半導体レーザの基本波若しくは高調波が利用され
る。そして、基板上に形成された非晶質若しくは多結晶
質の半導体膜を照射面にして、上記分割ビームを照射し
て半導体膜をアニーリングする用途に好適に利用され
る。
ザ又は半導体レーザの基本波若しくは高調波が利用され
る。そして、基板上に形成された非晶質若しくは多結晶
質の半導体膜を照射面にして、上記分割ビームを照射し
て半導体膜をアニーリングする用途に好適に利用され
る。
【００１９】
【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。光学系は、レーザビーム分割手段と、重ね合せ照
射手段と、を含み、レーザビーム分割手段には導波路を
利用して、レーザビームを所望数の分割ビームに分割
し、分割ビームを重ね合せ照射手段により照射面状に直
線状のプロフィルに結像する。
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。光学系は、レーザビーム分割手段と、重ね合せ照
射手段と、を含み、レーザビーム分割手段には導波路を
利用して、レーザビームを所望数の分割ビームに分割
し、分割ビームを重ね合せ照射手段により照射面状に直
線状のプロフィルに結像する。
【００２０】この実施形態においては、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
面上に互いにずらして照射し、これにより、照射面上で
の分割ビーム相互の干渉を防止して、照射ビームの均一
化を図るものである。
段が、レーザビーム分割手段からの分割ビームを、照射
面上に互いにずらして照射し、これにより、照射面上で
の分割ビーム相互の干渉を防止して、照射ビームの均一
化を図るものである。
【００２１】この実施形態では、図１（Ａ）と図１
（Ｂ）には、レーザビーム分割手段は、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３
１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。
（Ｂ）には、レーザビーム分割手段は、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３
１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。
【００２２】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。入射面４３から入射した
レーザビームは、反射面で反射せずに通過する成分と、
反射面で反射する成分とに分離され、反射する成分もま
た、１回だけ反射、２回反射、ないし３回反射する分割
ビームに分離される。
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。入射面４３から入射した
レーザビームは、反射面で反射せずに通過する成分と、
反射面で反射する成分とに分離され、反射する成分もま
た、１回だけ反射、２回反射、ないし３回反射する分割
ビームに分離される。
【００２３】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。
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。
【００２４】図１の例は、導波路４を反射面４１、４２
が平行なガラス板を用いて、入射面４３が、反射面４
１、４２に直交せずにも斜交しており、斜交した入射面
を光軸が反射面４１、４２に平行なレーザビームが入射
し、その入射光が、入射面で屈折して、レーザビーム
は、平行な反射面に対して非対称に入り、その結果、１
回反射（ｍ＝１）の分割ビーム、２回反射、３回反射な
いしは６回、それぞれ反射した分割ビームに分解され
る。ここでは反射しないで通過する分割ビームを生じな
い。
が平行なガラス板を用いて、入射面４３が、反射面４
１、４２に直交せずにも斜交しており、斜交した入射面
を光軸が反射面４１、４２に平行なレーザビームが入射
し、その入射光が、入射面で屈折して、レーザビーム
は、平行な反射面に対して非対称に入り、その結果、１
回反射（ｍ＝１）の分割ビーム、２回反射、３回反射な
いしは６回、それぞれ反射した分割ビームに分解され
る。ここでは反射しないで通過する分割ビームを生じな
い。
【００２５】これら６つの分解ビームがｙ方向転写レン
ズ６１にとｘ方向集光レンズ６２とを経て、照射面９０
に照射されるが、ｙ方向転写レンズ６１が、分解ビーム
を照射面上にｙ方向に広幅に転写し、ｘ方向集光レンズ
６２がｘ方向に集光して、線状のプロフイルの照射ビー
ムを形成する。
ズ６１にとｘ方向集光レンズ６２とを経て、照射面９０
に照射されるが、ｙ方向転写レンズ６１が、分解ビーム
を照射面上にｙ方向に広幅に転写し、ｘ方向集光レンズ
６２がｘ方向に集光して、線状のプロフイルの照射ビー
ムを形成する。
【００２６】図２は、導波路４によるレーザビームの分
割の態様を示すが、図２（Ａ）は、集光レンズ３４から
出射面４４を含む面に投影した仮想のレーザビーム１４
に対して、導波路４により分割した分割ビームの関係を
示している。これは、円形プロフイルのレーザビーム１
４を、導波路により８分割する例である。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の斜交した入射面に入射
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。
割の態様を示すが、図２（Ａ）は、集光レンズ３４から
出射面４４を含む面に投影した仮想のレーザビーム１４
に対して、導波路４により分割した分割ビームの関係を
示している。これは、円形プロフイルのレーザビーム１
４を、導波路により８分割する例である。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の斜交した入射面に入射
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。
【００２７】図２（Ｂ）は、導波路４４内で上記の如く
分割されて出射面で重ねられた分割ビームの重畳を示し
ている。この図では、レーザビーム１４を分割した分割
ビームが互いに隣接する成分間で照射面上で干渉しやす
いが、分割幅ｄが、レーザビーム１４による空間的可干
渉距離ｓの１／２以上とすることにより、照射面上の干
渉を低減することができる。
分割されて出射面で重ねられた分割ビームの重畳を示し
ている。この図では、レーザビーム１４を分割した分割
ビームが互いに隣接する成分間で照射面上で干渉しやす
いが、分割幅ｄが、レーザビーム１４による空間的可干
渉距離ｓの１／２以上とすることにより、照射面上の干
渉を低減することができる。
【００２８】本発明においては、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３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／ｅ２（ここにｅは自然数の底）になる時の円（１／
ｅ２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／ｅ２円の中心間距離と定義される。また、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。
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３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／ｅ２（ここにｅは自然数の底）になる時の円（１／
ｅ２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／ｅ２円の中心間距離と定義される。また、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。
【００２９】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。
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。
【００３０】図４は、導波路からの分割ビーム２成分だ
け、例えば、成分ビーム成分とからの分割ビーム
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４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。
け、例えば、成分ビーム成分とからの分割ビーム
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４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。
【００３１】図５は、分割幅ｄを空間的可干渉距離ｓに
等しく設定した場合（ｄ＝s）に、８つの分割ビーム全
部をｙ方向転写レンズ６１とｘ方向集光レンズ６２によ
り照射面上で正確に重ね合わせて合成した照射ビームの
ｙ方向の強度分布を示すが、照射ビームには全体的には
干渉縞が軽減されるのであるが、照射ビームのｙ方向の
両端側には、中央部に比較して、比較的大きな干渉によ
る強度の波が現れる。
等しく設定した場合（ｄ＝s）に、８つの分割ビーム全
部をｙ方向転写レンズ６１とｘ方向集光レンズ６２によ
り照射面上で正確に重ね合わせて合成した照射ビームの
ｙ方向の強度分布を示すが、照射ビームには全体的には
干渉縞が軽減されるのであるが、照射ビームのｙ方向の
両端側には、中央部に比較して、比較的大きな干渉によ
る強度の波が現れる。
【００３２】この実施形態では、図１のように、導波路
４の前方に配置した転写レンズの収差を利用して、照射
面上で各分割ビームを相互にわずかにｙ方向にずらして
照射するものであり、これにより、図１（Ｃ）に示すよ
うに、合成した照射ビーム１９の両端部の重なりをずら
してその強度分布を段階状にし、大きな干渉を軽減し、
均一照射範囲では、干渉の少ない強度均一な照射ビーム
を得ることができる。
４の前方に配置した転写レンズの収差を利用して、照射
面上で各分割ビームを相互にわずかにｙ方向にずらして
照射するものであり、これにより、図１（Ｃ）に示すよ
うに、合成した照射ビーム１９の両端部の重なりをずら
してその強度分布を段階状にし、大きな干渉を軽減し、
均一照射範囲では、干渉の少ない強度均一な照射ビーム
を得ることができる。
【００３３】実施の形態２．この実施の形態は、レーザ
ビーム分割手段に、分割用のシリンドリカルレンズアレ
イを利用して、互いにほぼ平行に分離した多数の分割ビ
ームを得て、これら分割ビームを重ね合せ照射手段によ
り、照射面上に重ね合わせて投影される。重ね合せ照射
手段は、分割ビームを照射面上にｙ方向に転写するｙ方
向の転写用のシリンドリカルレンズアレイと、ｘ方向に
集光するｘ方向集光レンズ（シリンドリカルレンズ）か
ら構成する。ｙ方向の転写用シリンドリカルレンズアレ
イは、ｘ方向集光レンズを通して、照射面上にｙ方向に
規定の長さに延ばし、ｘ方向集光レンズが、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
イルの照射ビームが得られる。
ビーム分割手段に、分割用のシリンドリカルレンズアレ
イを利用して、互いにほぼ平行に分離した多数の分割ビ
ームを得て、これら分割ビームを重ね合せ照射手段によ
り、照射面上に重ね合わせて投影される。重ね合せ照射
手段は、分割ビームを照射面上にｙ方向に転写するｙ方
向の転写用のシリンドリカルレンズアレイと、ｘ方向に
集光するｘ方向集光レンズ（シリンドリカルレンズ）か
ら構成する。ｙ方向の転写用シリンドリカルレンズアレ
イは、ｘ方向集光レンズを通して、照射面上にｙ方向に
規定の長さに延ばし、ｘ方向集光レンズが、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
イルの照射ビームが得られる。
【００３４】この実施形態は、図６（Ａ）と図６（Ｂ）
に示すように、レーザビームを拡大するビーム拡大レン
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、平行ビームを分割用のシリンドリ
カルレンズアレイ５に入射させる。シリンドリカルレン
ズアレイ５により分割したビーム１５ａ〜１５ｅは、転
写用のシリンドリカルレンズアレイ５１とｙ方向フィー
ルドレンズ（シリンドリカルレンズ）６３とｘ方向集光
レンズ６２とを通って、照射面にｙ方向に延びた線状の
プロフィルの照射ビーム１９を得る。そして、このフィ
ールドレンズを調節して、レーザビーム分割手段からの
分割ビームを、照射面上に互いにずらして照射するよう
に調節し、これにより、照射面上での分割ビーム相互の
干渉を防止して、照射ビームの均一化を図るものであ
る。
に示すように、レーザビームを拡大するビーム拡大レン
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、平行ビームを分割用のシリンドリ
カルレンズアレイ５に入射させる。シリンドリカルレン
ズアレイ５により分割したビーム１５ａ〜１５ｅは、転
写用のシリンドリカルレンズアレイ５１とｙ方向フィー
ルドレンズ（シリンドリカルレンズ）６３とｘ方向集光
レンズ６２とを通って、照射面にｙ方向に延びた線状の
プロフィルの照射ビーム１９を得る。そして、このフィ
ールドレンズを調節して、レーザビーム分割手段からの
分割ビームを、照射面上に互いにずらして照射するよう
に調節し、これにより、照射面上での分割ビーム相互の
干渉を防止して、照射ビームの均一化を図るものであ
る。
【００３５】分割用シリンドリカルレンズアレイにおい
ては、図７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、図７（Ｂ）に示すように、出
射面４４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
ビームの重ね合わせでも、照射面での合成後の強度分布
は、図８に示すように、ｙ方向にわたって干渉に差異が
ない。この図８は、分割幅ｄを、上述の空間的可干渉距
離ｓと等しいおいた時の強度分布が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９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。
ては、図７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、図７（Ｂ）に示すように、出
射面４４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
ビームの重ね合わせでも、照射面での合成後の強度分布
は、図８に示すように、ｙ方向にわたって干渉に差異が
ない。この図８は、分割幅ｄを、上述の空間的可干渉距
離ｓと等しいおいた時の強度分布が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９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。
【００３６】この実施形態では、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、フィー
ルドレンズ６３を挿入して、フィールドレンズ６３を調
節することにより、各分割ビームを照射面上でｙ方向に
ずらすことにより、図１（Ｃ）と同様のｙ方向の強度プ
ロフィルとなり、上記の図９に示した強度分布に見られ
る干渉を一層小さくできる利点がある。
ルレンズアレイ５１と集光レンズ６２との間に、フィー
ルドレンズ６３を挿入して、フィールドレンズ６３を調
節することにより、各分割ビームを照射面上でｙ方向に
ずらすことにより、図１（Ｃ）と同様のｙ方向の強度プ
ロフィルとなり、上記の図９に示した強度分布に見られ
る干渉を一層小さくできる利点がある。
【００３７】実施の形態３．この実施形態は、先の実施
の形態２．の変形例であるが、図１１に示すように、分
割用シリンドリカルレンズアレイ５と転写用シリンドリ
カルレンズアレイ５１との間に、光学的遅延手段２を配
置して、レーザビーム断面で互いに隣り合った分割ビー
ム同士の照射面上での干渉を低減するものである。この
実施形態は、フィールドレンズ６３による重ね合わせの
際の各分割ビームのずれを形成することによる干渉軽減
と、光学的遅延による各分割ビーム間の干渉軽減との相
乗的効果が働いて、干渉による強度分布の変動を一層低
減することができる利点がある。
の形態２．の変形例であるが、図１１に示すように、分
割用シリンドリカルレンズアレイ５と転写用シリンドリ
カルレンズアレイ５１との間に、光学的遅延手段２を配
置して、レーザビーム断面で互いに隣り合った分割ビー
ム同士の照射面上での干渉を低減するものである。この
実施形態は、フィールドレンズ６３による重ね合わせの
際の各分割ビームのずれを形成することによる干渉軽減
と、光学的遅延による各分割ビーム間の干渉軽減との相
乗的効果が働いて、干渉による強度分布の変動を一層低
減することができる利点がある。
【００３８】この実施形態では、光学的遅延手段２に
は、配列した複数の分割ビーム中で１つおきの分割ビー
ムに、透光性の遅延板２を配置したものである。隣り合
う分割ビームのいずれか一方のビームを遅延板に透過さ
せることにより、隣り合う分割ビーム間に空間的可干渉
距離以上の光路差を形成している。
は、配列した複数の分割ビーム中で１つおきの分割ビー
ムに、透光性の遅延板２を配置したものである。隣り合
う分割ビームのいずれか一方のビームを遅延板に透過さ
せることにより、隣り合う分割ビーム間に空間的可干渉
距離以上の光路差を形成している。
【００３９】レーザビームの時間的可干渉距離ΔＬは、
ΔＬ＝ ｃΔｔ≒ λ２／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。
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。
【００４０】図１０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Δ
Ｌであるときには、２つのビームによる干渉によるビジ
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、
さらに小さくすることができる。他方、遅延板２よる光
路差Δａは、遅延板の厚みａと、遅延板材料のの屈折率
ｎ１、空気の屈折率ｎ０から、 Δａ＝ａ（ｎ１−ｎ０）／ｎ１ で与えられる。
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Δ
Ｌであるときには、２つのビームによる干渉によるビジ
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、
さらに小さくすることができる。他方、遅延板２よる光
路差Δａは、遅延板の厚みａと、遅延板材料のの屈折率
ｎ１、空気の屈折率ｎ０から、 Δａ＝ａ（ｎ１−ｎ０）／ｎ１ で与えられる。
【００４１】この実施形態では、遅延板として、屈折率
ｎ１の光学ガラス板を上記の厚みａにして利用すること
ができ、遅延板による光路差Δａは、時間的可干渉距離
ΔＬ以上に設定する（Δａ≧ΔＬ）。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。
ｎ１の光学ガラス板を上記の厚みａにして利用すること
ができ、遅延板による光路差Δａは、時間的可干渉距離
ΔＬ以上に設定する（Δａ≧ΔＬ）。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。
【００４２】実施の形態４．さらに、以下には、均一化
手段に、上記の分割したビームの互いに隣接する分割ビ
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
る偏光手段を利用した例を示す。図１２に示す例は、レ
ーザ源からビーム拡大レンズ３１の間にレーザビーム１
に旋光板７１を予め通過させ、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、旋光手段として、半波長板７が挿入され
るが、半波長板７は、１つおきの分割ビーム１５ａ，１
５ｃ，１５ｄに挿入され、他の分割ビーム１５ｂ，１５
ｄには、挿入しない。これにより、互いに互いに隣合う
分割ビーム間（例えば、分割ビーム１５ａと１５ｂの
間、分割ビーム１５ｂと１５ｃとの間、あるいはその他
の隣り合う分割ビーム間）では、偏光角度が実質的に直
交して、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１９の干渉のよる強度分布を均一化する
ことができる。この例は、y方向に分割されてビーム１
つおきに半波長板７が挿入されて、偏光した分割ビーム
を転写用レンズにより照射面９０に照射するが、ここで
は、フィールドレンズ６３を調節して、各分割ビームを
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。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。
手段に、上記の分割したビームの互いに隣接する分割ビ
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
る偏光手段を利用した例を示す。図１２に示す例は、レ
ーザ源からビーム拡大レンズ３１の間にレーザビーム１
に旋光板７１を予め通過させ、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、旋光手段として、半波長板７が挿入され
るが、半波長板７は、１つおきの分割ビーム１５ａ，１
５ｃ，１５ｄに挿入され、他の分割ビーム１５ｂ，１５
ｄには、挿入しない。これにより、互いに互いに隣合う
分割ビーム間（例えば、分割ビーム１５ａと１５ｂの
間、分割ビーム１５ｂと１５ｃとの間、あるいはその他
の隣り合う分割ビーム間）では、偏光角度が実質的に直
交して、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１９の干渉のよる強度分布を均一化する
ことができる。この例は、y方向に分割されてビーム１
つおきに半波長板７が挿入されて、偏光した分割ビーム
を転写用レンズにより照射面９０に照射するが、ここで
は、フィールドレンズ６３を調節して、各分割ビームを
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。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。
【００４３】
【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倍以上となし、且つ、重ね合せ照射手段が、各分
割レーザビームを照射面上で互いにずらして転写して照
射ビームを形成するので、照射面上で、互いに隣り合う
分割レーザビーム同士の干渉を制限し、且つ結像をずら
す極めて簡単な構成で、線状のプロフィルの両端部が段
階状の 強度分布を示すことを除いて、実質的に平坦で
均一な強度分布を達成することができる。
は、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倍以上となし、且つ、重ね合せ照射手段が、各分
割レーザビームを照射面上で互いにずらして転写して照
射ビームを形成するので、照射面上で、互いに隣り合う
分割レーザビーム同士の干渉を制限し、且つ結像をずら
す極めて簡単な構成で、線状のプロフィルの両端部が段
階状の 強度分布を示すことを除いて、実質的に平坦で
均一な強度分布を達成することができる。
【００４４】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、さらに干渉を制限すること
ができる。
の１／√２倍以上とすれば、さらに干渉を制限すること
ができる。
【００４５】さらに、ビーム分割幅を、空間的可干渉距
離の１倍以上とすれば、一層低減することができる。
離の１倍以上とすれば、一層低減することができる。
【００４６】上記のレーザビーム分割手段を、互いに対
向する反射面を有する一次元方向の導波路を利用すれ
ば、導波路による分割ビームの分割幅を空間的可干渉距
離の１／２以上にして、且つ、結像をずらすことによ
り、分割ビーム間の相互の干渉を低減することができ
る。
向する反射面を有する一次元方向の導波路を利用すれ
ば、導波路による分割ビームの分割幅を空間的可干渉距
離の１／２以上にして、且つ、結像をずらすことによ
り、分割ビーム間の相互の干渉を低減することができ
る。
【００４７】上記のレーザビーム分割手段をレーザビー
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、シリンドリカルレンズアレイによる分
割ビームの分割幅を空間的可干渉距離の１／２以上にし
て、且つ、結像をずらす個とにより、分割ビーム間の相
互の干渉を低減することができる。
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、シリンドリカルレンズアレイによる分
割ビームの分割幅を空間的可干渉距離の１／２以上にし
て、且つ、結像をずらす個とにより、分割ビーム間の相
互の干渉を低減することができる。
【００４８】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むようにすれば、干
渉を一層軽減して、照射ビームの均一性を確保すること
ができる。
ム強度を均一にする均一化手段を含むようにすれば、干
渉を一層軽減して、照射ビームの均一性を確保すること
ができる。
【００４９】上記の均一化手段を分割したビームの互い
に隣接する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とすれば、
ビーム間に時間的可干渉距離を越える遅延を設けて相互
の干渉をおさえることができ、簡単な構成で、照射ビー
ムの均一性を確保することができる。
に隣接する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とすれば、
ビーム間に時間的可干渉距離を越える遅延を設けて相互
の干渉をおさえることができ、簡単な構成で、照射ビー
ムの均一性を確保することができる。
【００５０】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偏光手段を含むようにすれ
ば、分割ビーム間相互の干渉をおさえることができ、簡
単な構成で、照射ビームの均一性を確保することができ
る。
ムの互いに隣接する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偏光手段を含むようにすれ
ば、分割ビーム間相互の干渉をおさえることができ、簡
単な構成で、照射ビームの均一性を確保することができ
る。
【００５１】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。
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。
【００５２】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。
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、
（Ｃ）は照射面のビームの強度分布を示す図。
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、
（Ｃ）は照射面のビームの強度分布を示す図。
【図２】 導波路におけるレーザビームの分割の態様を
説明する図（Ａ、Ｂ）。
説明する図（Ａ、Ｂ）。
【図３】 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。
説明する図。
【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）。
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】 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）。
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６】 本発明の分割用シリンドリカルレンズアレイ
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。
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７】 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）。
レーザビームの分割の態様を説明する図（Ａ、Ｂ）。
【図８】 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）。
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９】 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）。
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１０】 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。
関係を示す図。
【図１１】 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。
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１２】 本発明の分割用シリンドリカルレンズアレ
イと旋光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、ｘ方向から見た
図である。
イと旋光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、ｘ方向から見た
図である。
１ レーザビーム、１９ 照射ビーム、２ 遅延板、２
１ 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、７ 旋光板、９０
照射面、９照射体。
１ 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、７ 旋光板、９０
照射面、９照射体。
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(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
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 27/00
G02B 27/28
H01L 21/268
H01S 3/10
Claims (10)
- 【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倍以上であり、 重ね合せ照射手段が、各分割レーザビームを照射面上で
互いにずらして転写して照射ビームを形成することを特
徴とするレーザビーム均一照射光学系。 - 【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。 - 【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。 - 【請求項４】 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３いずれかに記載の光学系。 - 【請求項５】 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ないし３いずれかに記載の光
学系。 - 【請求項６】 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む請求項１ないし
５に記載の光学系。 - 【請求項７】 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６に記載の光学系。 - 【請求項８】 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偏光手段を含む請求項６
に記載の光学系。 - 【請求項９】 レーザ源が、固体レーザ又は半導体レー
ザの基本波若しくは高調波である請求項１ないし８に記
載の光学系。 - 【請求項１０】 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９いず
れかに記載の光学系。
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|---|---|---|---|
| JP2002091454A JP3537423B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | レーザビーム均一照射光学系 |
| TW092105755A TWI292245B (en) | 2002-03-28 | 2003-03-17 | An optical system for uniformly irradiating a laser bear |
| KR1020030019410A KR100541126B1 (ko) | 2002-03-28 | 2003-03-28 | 레이저빔 균일 조사 광학계 |
| CNB031083781A CN1249483C (zh) | 2002-03-28 | 2003-03-28 | 激光束均匀照射的光学系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002091454A JP3537423B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | レーザビーム均一照射光学系 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003287704A JP2003287704A (ja) | 2003-10-10 |
| JP3537423B2 true JP3537423B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=29236533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002091454A Expired - Lifetime JP3537423B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | レーザビーム均一照射光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537423B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP1828845A2 (en) * | 2004-12-01 | 2007-09-05 | Carl Zeiss SMT AG | Projection exposure system, beam delivery system and method of generating a beam of light |
| JP2010032589A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Yokogawa Electric Corp | 光強度分布補正光学系およびこの光学系を用いたバイオチップ読取装置 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002091454A patent/JP3537423B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003287704A (ja) | 2003-10-10 |
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