JP3537424B2 - レーザビーム均一照射光学系 - Google Patents

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、前述の特開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、照射面上での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強度分布の一層の均一
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。

【００１０】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。

【００１１】

【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、成るものであるが、均一化手
段が、隣り合う分割ビーム間で偏光角度を実質的に直交
させる旋光手段を含んで、照射面上で重ね合わせて所要
のプロフィルの照射ビームを形成する。この発明におい
ては、分割されたビームの間の偏光角度を互いに直交さ
せて、照射面上で各分割ビームを重ね合わせたときのレ
ーザビーム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。

【００１２】本発明の光学系は、さらに、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からのレーザビームを分割するもの
を含む。さらに、分割幅の規制によりレーザビームの断
面方向の空間的可干渉距離による干渉の要素と、偏光角
度の直交により光軸方向の時間的可干渉距離による干渉
の要素との両方とも低減するものであり、これにより、
照射面上の照射ビームの強度分布は、極めて、均一にす
ることができるのである。

【００１３】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。

【００１４】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、特に好ましくは、１
倍以上に設定される。

【００１５】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。

【００１６】本発明は、レーザビーム分割手段に、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いずれか一方向に分
割して分割ビームを形成するものである。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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、単一の旋光手段を、一定の群に分け
た複数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、上記一方の分割ビームを当該他
方の分割ビームに対して偏光させることができ、照射面
上での分割ビーム間の干渉を軽減でき、単一の旋光手段
の配置を簡便にできる利点がある。

【００２０】このために、好ましくは、反射しないで通
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、入射光は、斜交した入射面で屈折
されて、少なくとも１回は反射面に反射させて、分割ビ
ームに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。

【００２１】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む。

【００２２】上記の旋光手段は、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
的分離した領域において、互いに隣接する分割ビームの
いずれか一方を他方に対して偏光させるように配置され
るのが好ましい。このような旋光手段には、水晶結晶板
が使用され、透過される一方の分割ビームを、他方の分
割ビームに対して、ほぼ９０°に旋光可能に形成され
る、このような旋光手段は、特に、半波長板と称する。
ここに、実質的に直交するとは、一方の分割ビームの偏
光面が、他方の分割ビームの偏光面との直交する時の角
度より±３０°の偏移を含む。このような偏光面斜交に
よっても、２つのビーム間の実質的な干渉の低減を図る
ことができる。

【００２３】上記の重ね合せ照射手段には、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
ことができる。特に好ましくは、上記の転写用シリンド
リカルレンズアレイが、旋光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、旋光手段を挿
入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、異なる焦点距離に設定される。

【００２４】さらに、上記一方の分割ビームには旋光手
段を介在させるので、これに伴ない、他方の分割ビーム
に対して光路差が生じ、これは、照射面上においてこれ
らの分割ビームの結像位置のずれを生じさせる。そこ
で、上記他方の分割ビームに光路長補償板を挿入して、
上記旋光手段挿入しない当該他方の分割ビームに、当該
一方の分割ビームの光路長さと実質的に同じ光路長さに
するのが好ましい。これにより、照射面における上記一
方及び他方の分割ビームの結像を鮮明にすることがで
き、合成した照射ビーム強度分布の均一化に寄与するこ
とがでるき。

【００２５】上記旋光手段は、一方の分割ビームのレー
ザ光の偏光を回転さて、他の分割ビームの偏光と実質的
に直交させるものであり、このような旋光手段には、上
述のように水晶の半波長板が利用でき、他の旋光手段に
は、フレネルロムもまた、利用可能である。他方の光路
長補償板は、光路差を補償できる光透過長さを有する透
光性のガラス板ないしロッドが利用できる。

【００２６】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。

【００２７】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、干
渉模様の少ない均一なきょう度分布であるので、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。

【００２８】

【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と、重ね合せ照射手段と、旋
光手段とを含み、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に分割
し、分割ビームを重ね合せ照射手段により照射面上に直
線状のプロフィルに結像している。

【００２９】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。

【００３０】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１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。

【００３１】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方向に規定の長さで結像し、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。

【００３２】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、旋光手段として、
偏光旋回用の半波長板を、配置するが、旋光手段７は、
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、いずれか一方を他方に対して偏光角度を実質的に直
交させ、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
おきに波長板を配置している。

【００３３】さらに詳しくは、レーザビーム分割手段の
導波路について、図２は、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Ｆ０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せずに透
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４
３から放射される。

【００３４】導波路がない時のビームの広がりを、出射
面位置の面上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、分割
ビーム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。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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】図４は、導波路からの分割ビーム２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。

【００３９】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。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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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偏光角度を、いずれか
一方を他方に対して偏光角度を実質的に直交させる旋光
手段を含んでいる。この旋光手段は、互いに隣接する領
域からの分割ビームの偏光面を互いに直交させて、分割
ビーム相互の干渉を防止するものである。

【００４４】旋光手段には、２つの分割ビームの相互に
干渉が実質的に起こらない程度に偏光角度を実質的に直
交するように旋光させるもので、好ましくは、石英から
成る半波長板が利用される。図１においては、導波路４
の前方のｙ方向転写レンズ６１（シリンドリカルレン
ズ）の前方に焦点ｆを形成させ、半波長板７を、この焦
点位置に配置するが、５つの分割ビームのうち、反射回
数ｍ＝０，ｍ＝＋２及びｍ＝−２の三つの分割ビームに
のみ半波長板７を挿入し、他の反射回数ｍ＝＋１とｍ＝
−１には挿入していない。この構成は、ｙ方向に配列し
た分割ビームの１つおきに半波長板を介在させている。
これにより、図３（Ａ）を参照して、互いに隣り合う２
つの分割ビームのうちのいずれか一方にのみ半波長板７
を挿入して、他方の分割ビームに対して偏光角度を実質
的に直交させている。これにより、互いに隣り合うどの
ような組み合わせの２つの分割ビームにも、照射面９０
で重ね合わせても干渉を生じない。従って、上記の分割
幅の規制と共に、実質的にする偏光ビームの重ね合わせ
により、照射ビームの均一性が改善される。

【００４５】実施の形態２．上記実施の形態１．は、変
更手段として、ｙ方向に配列した分割ビームの１つおき
に半波長板７を介在させているが、半波長板７、７の間
は隙間を設けて、他の分割ビームを透過させる必要があ
り、この半波長板の構造はいくらか複雑である。これを
解消するために、図８に示す光学系の構造に、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、旋光
手段７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、旋光手段７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、旋光手段７
は、一方の分割ビーム群（ｍ＝＋１，−２）をまとめて
透過させる一枚の半波長板が利用でき、光学系を簡素化
できる利点ある。遮蔽体２９には、レーザビームを吸収
ないし反射させる固体、例えば、黒鉛、セラミックス、
金属などが、が利用でき、旋光手段と一体化して焦点位
置ｆに配置できる。

【００４６】実施の形態３．図９は、図１に示した例に
おいて、当該他方の分割ビームに光路長補償手段とし
て、ガラス体の遅延板７２を挿入した例である。上記の
一方の分割ビームは、上述の如く、旋光手段として半波
長板７が配置されるが、半波長板７の介装は、その分割
ビームの光路長を延長することになるが、２種類の分割
ビームに光路長が異なると、照射面上の結像位置が互い
にずれて、プロフイルが不鮮明になる。これを修正する
ために、他方の分割ビームに光路長補償手段として光路
長を延長する遅延板７２を入れてある。この例は、光学
ガラス板をその厚みが、半波長板７による光路長と同じ
光路を生じる厚みに設定する。

【００４７】実施の形態４．実施の形態２においては、
中心の分割ビームｍ＝０を、遮蔽体２９により遮断した
が、遮断した中心のビームｍ＝１は、かなり大きなエネ
ルギーを有するので、これを利用しないのは効率を低下
させる点では、不経済である。この実施形態において
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ようにしてい
る。この場合には、反射回数ｍで区分した分割ビームの
対称性が崩れ、図１０に示すように、反射が、１回の反
射から（ｍ＝１）、数回にまで（この例では、６回ま
で）反射し、２つ以上の反射分割ビームが、同数回反射
するのを防止し、しかも、図１０及び図１３に見られる
ように、奇数反射ｍ＝１，３．５と、偶数回反射ｍ＝
２、４、６と、の分割ビームが、焦点位置ｆにおいて群
を作ってまとまるので、無反射の分割ビームを捨てるこ
となく、単一の旋光手段７を、奇数反射ｍ＝１，３．５
または偶数回反射ｍ＝２、４、６の分割ビームに簡単に
配置することできる利点がある。

【００４８】集光レンズ３４の光軸と導波路４の中心軸
とを斜交させると、図１２と図１３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４３に
入射して、反射面４１で少なくとも１回反射して出射面
４４から放出される。集光レンズ３４からの他のビーム
成分は、それぞれ反射面４１と４２の間で、２回
反射、３回反射、ないし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４４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１
２の放出面側に、反射回数ｍの数字１〜８で表されてい
る。

【００４９】図１３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、旋光手段として、半波長板７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、反射が偶数回数で
ある分割ビームを、単一の半波長板７を挿入することに
より、互いに隣り合った分割ビーム間の偏光の実質的直
交を簡単に実現できる。

【００５０】図１１は、図１０に示した光学系におい
て、半波長板７挿入した反射偶数回数（例えば、ｍ＝
２、４、６）の分割ビーム以外の、分割ビーム（ｍ＝
１，３，５）に、光路長補償用の単一の遅延板７２を挿
入して、一括して光路長を補償している。

【００５１】他の変形例として、導波路４を中実な透光
体から構成して、当該導波路４の入射面４４を導波路４
の中心軸と直交せずに適当に斜交するように形成し、光
源側の上記集光レンズ３４から斜交した入射面４４に入
射して屈折させ、その結果、反射面４１、４２の間を少
なくとも１回反射させることにより、図１１と同様に、
反射しないで通過する分割ビームを生じさせないで、反
射回数が一回づつ増加するような分割ビームを設定する
ことができ、この場合も、単一の半波長板を遇数回のみ
又は奇数回のみ反射させた分割ビームに区分して、これ
ら区分された分割ビームの群を一括して偏光させること
ができる。この場合は、集光レンズ３４の光軸を導波路
の中心軸と共軸的に配置できるので、光学系の設計組立
てが容易であり、しかも、図１１と図１２と同様の構成
と効果を実現することができる利点がある。

【００５２】実施の形態４．本発明のシリンドリカルレ
ンズアレイを適用したレーザビーム均一照射光学系の例
として、図１４に示す。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。

【００５３】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、５段の微小シリンド
リカルレンズ５ａ〜５ｅから構成され、これにより５つ
分割ビーム１５ａ〜１５ｅが形成される。

【００５４】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。

【００５５】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，１５ｃ，１５ｄに挿
入され、他の分割ビーム１５ｂ，１５ｄ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１５
ｂ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。

【００５６】図１５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、前述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、分割ビームの折り返しがなくて、単に
重畳されるだけであり（図１５（Ｂ））、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、シリンドリカルレンズアレイ
５でのビーム分割幅ｄ（分割幅ｄは、図１４（Ｂ）と図
１５（Ａ）に示す）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は、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１７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。

【００５７】実施の形態５．図１８は、図１４に示した
例において、旋光手段を挿入していない当該他方の分割
ビーム（この例では、１５ｂ、１５ｄ）に光路長補償手
段として遅延板７２用のガラス体を挿入した例である。
上記の一方の分割ビームは、上述の如く、旋光手段とし
て半波長板７が配置されるが、半波長板７の介装は、そ
の分割ビームの光路長を延長することになり、２種類の
分割ビームに光路長が異なると、照射面上の結像位置が
互いにずれて、プロフイルが不鮮明になる。これを修正
するために、他方の分割ビームに光路長を補償する手段
として光路長を延長する遅延板７２を入れてある。この
例は、遅延板７２の光学ガラス板を、半波長板７による
光路長と同じ光路長を生じる厚みに設定する。

【００５８】実施の形態６．図１９は、図１４に示した
レーザビーム均一照射光学系の転写用シリンドリカルレ
ンズアレイ５１において、半波長板７を挿入した分割ビ
ームについての微小シリンドリカルレンズ５１２と、半
波長板７を挿入していない分割ビームについての微小シ
リンドリカルレンズ５１１とは、照射面９０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半波長板７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。

【００５９】実施の形態７．図２０は、図１４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。

【００６０】

【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
せ照射手段と共に、照射面上のビーム強度を均一にする
均一化手段とを含み、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
方に対して偏光方向を実質的に直交させる旋光手段を含
むので、互いに隣り合う分割ビーム間での照射面上での
干渉を軽減し、その照射ビームの強度分布の均一化を得
ることができる。

【００６１】本発明において、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倍以上とすれば、さら
に、空間的可干渉距離に関連して、互いに隣り合う分割
ビーム間での照射面上での干渉をも軽減し、その照射ビ
ームの強度分布のさらに均一化を得ることができる。

【００６２】さらに、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、互いに隣り合う分
割ビーム間での照射面上での干渉をも軽減し、その照射
ビームの強度分布のさらに均一化を得ることができる。

【００６３】上記のビーム分割幅を、空間的可干渉距離
の１倍以上にすれば、さらに、互いに隣り合う分割ビー
ム間での照射面上での干渉を一層軽減でき、その照射ビ
ームの強度分布のさらに均一化を得ることができる。

【００６４】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を利用すれ
ば、導波路により分割したビームの重ね合わせにおいて
も、均一な強度分布の照射ビームが得られる。

【００６５】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、上記の旋光手段を、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一方を他方に対して偏光
方向を直交させるように配置すれば、簡単な構成で、分
割ビーム間の干渉を防止することができる。

【００６６】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、２群にま
とめた分割ビームのいずれか一群を、一括して、単一の
旋光手段により旋光することができ、構成が簡単化でき
る利点がある。

【００６７】導波路に対する入射レーザビームの光軸が
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よ
うにすれば、２群にまとめた分割ビームのいずれか一群
を、一括して、単一の旋光手段により旋光することがで
き、構成が簡単化でき、しかも、分割ビームの全部を照
射に利用できる利点がある。

【００６８】さらに、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
せないようにすれば、同様に、２群にまとめた分割ビー
ムのいずれか一群を一括して単一の旋光手段により旋光
することができ、光軸を直線的配置にして構成が簡単化
でき、しかも、分割ビームの全部を照射に利用でき、る
利点がある。

【００６９】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り分
割したビームを照射面上で重ね合わせにおいても、均一
な強度分布の照射ビームが得られる。

【００７０】上記の旋光手段が、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
的分離した領域において、互いに隣接する分割ビームの
いずれか一方を他方に対して偏光方向を直交させるよう
に配置すれば、旋光手段は簡単な構成で、配置して、所
要の分割ビームのみを旋光することができる。

【００７１】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、分割用のシリンドリカルレンズアレイによる分割
ビームを互いに平行なビームに構成して、且つ、分割用
のシリンドリカルレンズアレイと転写用シリンドリカル
レンズアレイとの間に上記の偏光手段を配置できる利点
がある。

【００７２】上記の転写用シリンドリカルレンズアレイ
が、旋光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、旋光手段を挿入しない分割ビーム
を転写する微小シリンドリカルレンズとにおいて、異な
る焦点距離を有するようにすれば、焦点距離の設定によ
り、照射面状で鮮明な結像をえることができ、強度分布
の均一性に優れた照射ビームを得ることができる。

【００７３】上記他方の分割ビームに挿入して、他方の
分割ビームを、当該一方の分割ビームの光路長さと実質
的に同じ光路長さにするための光路長補償板を配置すれ
ば、旋光手段の介装により結像位置の相異するのを、照
射面上で、当該一方及び他方の両方の分割ビームの結像
を鮮明にすることができ、強度分布の均一な照射ビーム
が得られる。

【００７４】上記旋光手段を半波長板とすれば、構造が
極めて簡単な旋光手段が実現できる。

【００７５】上記旋光手段をフレネルロムとすれば、構
造が極めて簡単な光学系が実現できる。

【００７６】光路長補償板が、透光性のガラス板若しく
はガラスロッドとすれば構造が極めて簡単な光学系が実
現できる。

【００７７】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。

【００７８】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）相当の側面図。

【図１０】 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１１】 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１０同様図。

【図１２】 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１３】 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１４】 本発明の実施れに係る光学系であって、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、旋光手段と共に光路長補償手段を用いた図１４
（Ｂ）同様図。

【図１９】 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２０】 フィールドレンズを調整して、各分割ビー
ムをずらして結像した図１４（Ｂ）同様図。

【符号の説明】

１ レーザビーム、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 半波長板、
７２ 光路長補償板、９ 照射体、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 (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 (19)

(57)【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、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レ
   ーザビーム均一照射光学系。
2. 【請求項２】 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／√２倍以上である請求項２に記載の光学系。
4. 【請求項４】 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２に記載の光学系。
5. 【請求項５】 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４いずれかに記載の光学系。
6. 【請求項６】 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、 上記の旋光手段が、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一方を他方に対して偏光方向
   を実質的に直交させるように配置された請求項５に記載
   の光学系。
7. 【請求項７】 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５又
   は６に記載の光学系。
8. 【請求項８】 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５又は６に記載の光学系。
9. 【請求項９】 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５又は６に記載の光学系。
10. 【請求項１０】 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４いずれかに記載の
    光学系。
11. 【請求項１１】 上記の旋光手段が、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において、互いに隣接する分割ビー
    ムのいずれか一方を他方に対して偏光方向を直交させる
    ように配置された請求項１０に記載の光学系。
12. 【請求項１２】 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１０又は１１に記載の光学系。
13. 【請求項１３】 上記の転写用シリンドリカルレンズア
    レイが、旋光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、旋光手段を挿入しない分割ビ
    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１１ないし１２いずれかに記載
    の光学系。
14. 【請求項１４】 上記他方の分割ビームに挿入して、他
    方の分割ビームを、当該一方の分割ビームの光路長さと
    実質的に同じ光路長さにするための光路長補償板を配置
    したことを特徴とする請求項６又は１１に記載の光学
    系。
15. 【請求項１５】 上記旋光手段が、半波長板である請求
    項１ないし１４のいずれかに記載の光学系。
16. 【請求項１６】 上記旋光手段が、フレネルロムである
    請求項１ないし１４のいずれかに記載の光学系。
17. 【請求項１７】 光路長補償板が、透光性のガラス板若
    しくはガラスロッドである請求項１４に記載の光学系。
18. 【請求項１８】 レーザ源が、固体レーザ若しくは半導
    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
    １７いずれかに記載の光学系。
19. 【請求項１９】 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。