JP4865382B2 - ビームホモジナイザ及びレーザ照射装置 - Google Patents
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Description
より詳しくは、レンズ間距離を小さくして光路長を短くし、それにより、より小型化した光学系を用いて、照射面におけるビームスポットのエネルギー分布を均一化するビームホモジナイザ及びそれを用いたレーザ照射装置に関する。
なお、ここでいうレーザアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や非晶質層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非単結晶半導体膜を結晶化させる技術を指している。
さらに、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術、非晶質半導体膜にニッケル等の結晶化を促進する元素を導入した後にレーザ照射を行う技術、結晶性を有する半導体膜にレーザを照射する技術等も含んでいる。
レーザは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
エキシマレーザ等の出力の大きいパルス発振式のレーザビームを、照射面において、数cm角の四角いスポットや、長辺方向の長さ10cm以上の長方形状となるように光学系にて加工し、ビームスポットの照射位置を照射面に対して相対的に走査させて、レーザアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
なお、長方形状のビームスポットの内、特にアスペクト比が高いものを線状のビームスポットと呼ぶこととする。
その際、線状ビームをビーム幅の長い方向(以下、長辺方向)に直角な方向(以下、短辺方向)に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。
この高い量産性により、現在のレーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザのビームスポットを適当な光学系で加工した線状のビームスポットを使用することが主流になりつつある。
その図6中に示す光学系はきわめて一般的なものである。
この光学系は、ビームスポットの断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に照射面におけるビームスポットのエネルギー分布の均一化を果たすものである。
一般に、ビームスポットのエネルギー分布を均一化する光学系を、ビームホモジナイザと呼ぶ。
XeClエキシマレーザ(波長308nm)を光源に使用する場合、上記光学系の母材には石英を用いるのが好ましい。
その他のエキシマレーザで、さらに短波長のものを光源とする場合は、高い透過率を得るために、フローライトやMgF2などの母材を用いるのが好ましい。
その側面図は、そのビームホモジナイザが形成する線状のビームスポットの短辺方向を紙面に含む。
XeClエキシマレーザであるレーザ発振器601から発せられたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ602aと602bにより、レーザビームのスポットが1方向に分割されている。
短辺方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。
これらの分割されたスポットは、シリンドリカルレンズ604により、一旦1つのスポットにまとめられる。
再び分離したスポットはミラー606で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ607により、照射面608にて再び1つのスポットに集光される。
ダブレットシリンドリカルレンズとは、2枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことをいう。
これにより、線状のビームスポットの短辺方向のエネルギー均一化がなされ、短辺方向の長さが決定される。
その平面図は、そのビームホモジナイザが形成する線状のビームスポットの長辺方向を紙面に含む。
レーザ発振器601から発せられたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ603により、レーザビームのスポットが、長辺方向に対し直角方向に分割される。
長辺方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。
その後、シリンドリカルレンズ605にて、7分割されたスポットは照射面608にて1つに合成される。
ミラー606以降が破線で示されているが、破線は、ミラー606を配置しなかった場合の正確な光路と照射面の位置を示している。
これにより、線状のビームスポットの長辺方向のエネルギーの均一化がなされ、長辺方向の長さが決定される。
これらの分割数により、得られる線状ビームスポットのエネルギー分布の均一性が決まる。
レーザビームのスポットの強度は、レーザビームのスポットの中央ほど強い、ガウシアンの分布を示す。
前記レーザビームのスポットサイズは、図6に示した光学系により、エネルギー分布が一様のスポット形状320mm 0.4mmの線状のビームスポットに変換される。
そのガラス基板の大型化に伴い、線状ビームの長辺方向の長大化によるレーザアニールの処理能力の向上がより強く求められるようになってきている。
しかし、線状ビームの長辺方向の長さを長くしようとすると、線状ビームを形成するための光学系が該長辺方向の長さと共に大型化し、光学系の占有面積が大きくなってしまうという問題が発生する。
したがって、本発明は、より小型化した光学系、すなわちレンズ間距離を小さくして光路長を短くした光学系を用いて、照射面におけるビームスポットのエネルギー分布を均一化するビームホモジナイザ及びそれを用いたレーザ照射装置を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち目的とするものである。
そのビームホモジナイザの発明は、主点を光路が短縮できるようにした光路短縮型のアレイレンズを使用するものであり、その用い方により3つに大別できる。
すなわち、光路短縮型のアレイレンズを前側及び後側の両アレイレンズに使用する第1の形態と、前側アレイレンズのみに使用する第2の形態と、後側のアレイレンズのみに使用する第3の形態の3つの発明に、まず大別することができる。
また、シリンドリカルレンズアレイについてはシリンドリカルアレイレンズともいわれることもある。
第1の形態のビームホモジナイザの発明は、第2主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと第1主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第2主点と前記後側アレイレンズの第1主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするものである。
その合成アレイレンズにも複数種のもの、すなわち2枚以上のシリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズが使用できる。
さらに、両面に曲面を持つアレイレンズにも複数種のもの、すなわち前方及び後方の両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、又はクロスドシリンドリカルレンズアレイのいずれかが使用できる。
なお、その際に前側アレイレンズ及び後側アレイレンズに採用する両面に曲面を持つアレイレンズについては同一種類のものを採用するのがよい。
例えば、光路短縮型前側アレイレンズの前方レンズにシリンドリカルレンズアレイを採用した場合には、その後方レンズ、並びに後側アレイレンズ前方及び後方レンズの全てに同一種類のシリンドリカルレンズアレイを採用するのがよい。
さらに、集光レンズも、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ又はクロスドシリンドリカルレンズのいずれもが使用できる。
そこで、本発明のビームホモジナイザの形態に関し、以下においてより具体的に示す。
本発明のビームホモジナイザの光路短縮型アレイレンズには、前記したとおりシリンドリカルレンズアレイが採用でき、その場合には、第1の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも2個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型とするのがよい。
さらに、第3の形態においては、光路非短縮型前側アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイであり、光路短縮型後側アレイレンズが2個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記後側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型とするのがよい。
さらに、第3の形態においては、光路非短縮型前側アレイレンズがフライアイレンズであり、光路短縮型後側アレイレンズが2個のフライアイレンズで構成され、前記後側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凹型、後方フライアイレンズの曲面が凸型とするのがよい。
さらに、第3の形態においては、光路非短縮型前側アレイレンズが片面曲面シリンドリカルレンズアレイであり、光路短縮型後側アレイレンズが両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記後側アレイレンズの前方曲面が凹型、後方曲面が凸型とするのがよい。
したがって、より小型化した光学系によって、エネルギー分布が均一な矩形状、特に線状のビームスポットを照射面において形成することが可能となる。
本発明のビームホモジナイザをレーザ照射装置に用いると、装置内における光学系の占める空間の低減が図れ、より小型でフットプリントが小さいレーザ照射装置を提供することができる。
シリンドリカルレンズアレイとは、シリンドリカルレンズを曲率方向に複数個並べたもので、入射された光を構成するシリンドリカルレンズの数と同数個に分割する役割をもっている。
図1に示すように、焦点距離がf2のシリンドリカルレンズアレイ102を、焦点距離がf1のシリンドリカルレンズアレイ101との間隔がf2となるように配置する。
なお、f1<f2とする。
これにより入射した光は5分割される。
なお、第1主点及び第2主点の技術的意味については後に説明する。
シリンドリカルレンズアレイ101及び102によって5分割された光は、焦点距離がf3のシリンドリカルレンズ103により、シリンドリカルレンズ103の後方、距離f3の位置に配置された照射面104で合成され、エネルギー分布が均一化される。
図1では、光を5分割する例を示したが、分割数が大きいほど均一性は向上する。
つまり、シリンドリカルレンズアレイ101を構成する各シリンドリカルレンズによって、照射面104が一様に照射される。
当然、シリンドリカルレンズアレイ101を構成する全てのシリンドリカルレンズからのビームのエネルギー分布の和も一様となる。
その際、照射面104に形成されるビームスポットの長さDは、シリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズの幅をdとすると、以下の式(1)によって決定される。
D=(f3/f2)d ・・・・・(1)
なお、シリンドリカルレンズアレイ102とシリンドリカルレンズ103の間隔は、他のパラメーターと無関係であり自由に決定することができる。
その際には、線状ビームの短辺方向をまず均一化し、ついで長辺方向を均一化することも、またその逆も可能であるが、後者を選択した場合には照射面において短辺方向に平行な縞模様が発生する可能性があるため、まず短辺方向のエネルギー分布を均一化し、ついで長辺方向のエネルギー分布を均一化するのがよい。
そのため、ビームスポットの長辺方向を拡大するための距離(シリンドリカルレンズ406の第2面から照射面までの距離)を確保する必要がある。
それゆえ、短辺方向の集光レンズ(シリンドリカルレンズ407)の焦点距離を長くすることが必要となる。
さらに、ビームスポットの短辺方向の幅は、前記の式(1)で決定される。
前記のとおりであり、光学系全体をコンパクト化するには短辺方向のエネルギー分布を均一化する光学系をコンパクト化することが有効であることがわかる。
したがって、長辺方向の長さが長い線状ビームを形成しようとする際には、(1)式から導かれるように、短辺方向のエネルギー分布を均一化する光学系のf2を小さくすることが求められる。
そこで、レンズの主点位置について考える。
レンズメーカーのカタログ等に掲載されているようなレンズ厚が薄い量産品のレンズ1枚に光が入射する場合、そのレンズが持つ第1主点、第2主点は、ともにレンズ内もしくはレンズ表面に存在する。
レンズには、焦点と同様に2つの主点があり、それは第1主点と第2主点であり、その第1主点とは以下のとおりである。
前側(左側)焦点を通る光線(つまり、レンズ通過後に光軸と平行に進む光線)が、実際にレンズを通過する際にレンズ表裏両面で起こる2回の屈折に代えて、ある仮想線で1回屈折すると想定した場合の仮想面は、実際に定義でき、その仮想面を第1主面といい、その面と光軸との交点を第1主点という。
また、これとは逆に後側(右側)焦点を通る光線が、実際にレンズを通過する際にレンズ表裏両面で起こる2回の屈折に代えて、ある仮想線で1回屈折すると想定した場合の仮想面を第2主面といい、その面と光軸との交点を第2主点という。
例えば、図2(a)に示すように、第1レンズ201が凸レンズ、第2レンズ202が凹レンズの場合、主点は第1レンズ201より前方に形成される。
一方、図2(b)のように、第1レンズ203が凹レンズ、第2レンズ204が凸レンズの場合、主点は第2レンズの後方に形成される。
前記のように、複数のレンズで構成されるレンズ系を用いることで主点位置を操作することが可能であることがわかった。
以上の説明は、本発明を理解する際の前提となる事項の説明であったが、以下においてそれらを踏まえて、本発明の実施の形態について詳述する。
本発明は、これらの実施の形態によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
また、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
図3(a)は、図1と同じ構成のビームホモジナイザで、それではAの位置にシリンドリカルレンズアレイ101の第2主点X、Bの位置にシリンドリカルレンズアレイ102の第1主点Yの位置が形成され、該第2主点Xと該第1主点Y間距離がf2となるようにしている。
他方、図3(b)は、図2(a)、(b)のレンズ系をビームホモジナイザに適用したものである。
第1レンズ系は、合成焦点距離がf1となるようレンズ曲率、レンズ間距離(シリンドリカルレンズアレイ301の第2主点とシリンドリカルレンズアレイ302の第1主点との間の距離)を設定してあり、図2(a)で示したレンズ系と同様、まず凸レンズに入射した後に凹レンズに入射する。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ101の第2主点位置Xと第1レンズ系の第2主点位置Cを合致させるために、第1レンズ系を後方に移動させることができる。
つまり、第1レンズ系の第2主点位置が移動した分だけ、光路長を短くすることが可能となる。
これにより、第2レンズ系の第1主点位置Dはシリンドリカルレンズアレイ304の後方に形成される。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ102の第2主点位置Yと第2レンズ系の第1主点位置Dを合致させるために、第2レンズ系を前方に移動させることができる。
つまり、シリンドリカルレンズ305の位置を固定とした場合、第2レンズ系の第1主点位置が移動した分、第1レンズ系及び第2レンズ系を移動させることができ、第2レンズ系の第1主点位置が移動した分、光路長を短くすることが可能となる。
なお、この場合も合成シリンドリカルレンズアレイが1組採用されているため、光路長を短くし、小型化することが可能であるが、図3(b)で示したビームホモジナイザのような2組の合成シリンドリカルレンズアレイを採用した方が、より光路長を短くし、小型化することができる。
図3(b)のビームホモジナイザにおいては、前側及び後側の両合成シリンドリカルレンズアレイによって分割されたビームは、その直後に配置されたシリンドリカルレンズ305により合成され、エネルギー分布が均一化される。
図4は、図3のビームホモジナイザを採用したレーザ照射装置を図示するものである。
すなわち、そのレーザ照射装置においては、前側合成シリンドリカルレンズアレイ403a及び403bと、後側合成シリンドリカルレンズアレイ404a及び404bの2組の合成シリンドリカルレンズアレイが採用されており、これら両合成シリンドリカルレンズアレイ403a及び403b、404a及び404bが本発明のビームホモジナイザの光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズに該当するものであり、これは前記第1の形態に該当するものである。
さらに、シリンドリカルレンズ407のビーム進行方向前方には、長辺方向を分割するためのシリンドリカルレンズアレイ405a及び405bが存在し、これらにより分割されたビームの長辺方向はシリンドリカルレンズ406により合成され、均一化される。
このレンズは、図4では長辺方向のビームホモジナイザを形成するシリンドリカルレンズアレイ405a及び405b、シリンドリカルレンズ406より後に配置されているが、このように配置してもよいし、勿論図示された配置とは異なるものの、前記シリンドリカルレンズアレイ405a及び405bよりも前方に配置してもよい。
前記のように変更されているものの、この場合にも合成シリンドリカルレンズが1組採用されているため、光路長を短くし、小型化することが可能である。
なお、図5のレーザ照射装置に採用されたビームホモジナイザは第3の形態に該当するものである。
すなわち、図4で示したビームホモジナイザのように、前後両側のアレイレンズに光路短縮型アレイレンズである合成シリンドリカルレンズアレイを採用した場合には、図5に図示した一方側のアレイレンズのみに光路短縮型アレイレンズである合成シリンドリカルレンズアレイを採用した場合に比し光路の短縮程度が高いものとなる。
なお、レーザ照射装置の2種の形態に関しては、後記実施例において詳述する。
また、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
その側面図は、その光学系が形成する線状のビームスポットの短辺方向を紙面に含む。
XeClエキシマレーザ発振器401から出たレーザビームは図4中、矢印の方向に伝播される。
まず、レーザビームは球面レンズ402a及び402bにより拡大される。
この構成は、レーザ発振器401から出るビームスポットが十分に大きい場合には必要ない。
レーザ発振器から射出されたレーザビームは、以下に記載するシリンドリカルレンズアレイによってスポットが短辺方向に分割される。
また、レンズ面は光が入射する面を第1面、射出する面を第2面とする。
曲率半径の符号は、曲率中心がレンズ面に対して光線の射出側にある時が正、曲率中心がレンズ面に対して入射側にある時を負とする。
さらに、本実施例で使用するレンズは、波長が308nmのXeClエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とする。
シリンドリカルレンズアレイ403aの第2面とシリンドリカルレンズアレイ403bの第1面との間の距離は85mmで、シリンドリカルレンズアレイ403aとシリンドリカルレンズアレイ403bの合成焦点距離は837.5mmで、該2枚のレンズ系の第2主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ403aの第1面の前方162.4mmの位置に形成される。
両シリンドリカルレンズをシリンドリカルレンズアレイ404aの第2面とシリンドリカルレンズアレイ404bの第1面との間の距離を60mmで配置すると、シリンドリカルレンズアレイ404aとシリンドリカルレンズアレイ404bとの合成焦点距離は1139.8mm、該2枚のレンズ系の第1主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ404b第2面の後方約118mmの位置になる。
1/f=1/f1+1/f2−L/f1f2 式(2)
z=−f2L/(f1+f2−L) 式(3)
以上、シリンドリカルレンズアレイ403a、403b、404a、404b及びシリンドリカルレンズ407を合わせたものが短辺方向のビームホモジナイザであり、これが本発明のビームホモジナイザに該当する。
すなわち、前記均一面410と、照射面409とは、ダブレットシリンドリカルレンズ408に対して共役な位置にある。
これにより、線状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布の均一化がなされ、短辺方向の長さが決定される。
ダブレットシリンドリカルレンズ408は、シリンドリカルレンズ408aとシリンドリカルレンズ408bから構成される。
なお、照射面においてビームスポットの均一性をあまり要求しない場合、あるいはダブレットシリンドリカルレンズのF値(F=レンズ焦点距離/入射瞳径)が非常に大きい場合は、シングレットシリンドリカルレンズを用いても良い。
その平面図は、光学系が形成する線状のビームスポットの長辺方向を紙面に含む。
レーザ発振器401から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ405a及びシリンドリカルレンズアレイ405bにより、スポットが長辺方向に分割される。
シリンドリカルレンズアレイ405aは、第1面が曲率半径40mmの曲面で、第2面が平面、厚さが3mm、長辺方向の幅が9mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に12個並べたものであり、シリンドリカルレンズアレイ405bは、第1面が平面、第2面が曲率半径−55mmの曲面で、厚さが3mm、長辺方向の幅9mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に12個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ405bの第2面の後方82mmに配置された第1面が平面、第2面が曲率半径―2140mmのシリンドリカルレンズ406によって前記シリンドリカルレンズアレイ405a及び405bによって分割されたスポットが照射面409上で重ね合わされる。
これにより、線状のビームスポットの長辺方向のエネルギー分布の均一化がなされ、長辺方向の長さが決定される。
しかしながら、装置構成上、本レンズの焦点距離が著しく長くなる場合があり、このようなときは、本レンズの効果が薄くなるため用いなくてもよいことがある。
以上、シリンドリカルレンズアレイ405a、405b及びシリンドリカルレンズ406を合わせたものが長辺方向のビームホモジナイザであるが、これは本発明のビームホモジナイザには該当しない。
図7に、図4で示した光学系を光学設計ソフトによって、光線追跡の計算を行った結果を示す。
縦軸は得られたビームスポットの強度、横軸はビームスポットの短辺及び長辺の長さを示す。
半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮し、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は600nm以下であることが好ましい。
このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えば、エキシマレーザ、YAGレーザ(高調波)、ガラスレーザ(高調波)がある。
本発明の光学系は、空気中で用いても良いし、高いエネルギーを持ったレーザ光によるブレイクダウンやレンズ表面の損傷を抑制するために窒素やAr雰囲気下で使用してもよい。
その図5中、短辺方向のホモジナイザを形成するシリンドリカルレンズアレイ以外の部分は、実施例1を図示する図4に示した光学系と全く同じ光路を通る。
図5(b)の側面図に沿って本実施例に示すビームホモジナイザを説明する。
なお、本実施例で示すレンズは、XeClエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とする。
シリンドリカルレンズアレイ503は、第1面が曲率半径412.8mmの曲面、第2面が平面、厚さが5mm、短辺方向の幅が4mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に11個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ503の第2主点は、シリンドリカルレンズの第2面からレンズの内側約3.6mmに形成される。
シリンドリカルレンズアレイ404aの第2面とシリンドリカルレンズアレイ404bの第1面間距離は60mmで、シリンドリカルレンズアレイ404aとシリンドリカルレンズアレイ404bの合成焦点距離は1139.8mmで、該2枚のレンズ系の第1主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ404b第2面の後方約118mmの位置に形成される。
凹レンズであるシリンドリカルレンズアレイ404aと凸レンズであるシリンドリカルレンズアレイ404bを、その合成焦点距離と同じ焦点距離をもつ1枚の凸レンズのシリンドリカルレンズアレイで置き換えた場合と比較して、光路長を約119.6mm短くすることが可能となる。
なお、他の実施例と同様に、本実施例で示すレンズはXeClエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とするが、用いるレーザや波長領域に合わせて適宜レンズの材料を選択することも可能である。
図8(a)は、図4(b)で説明した光学系において、ビームの短辺方向のエネルギー密度分布を均一化する光学系のみを記載している。
なお、長辺方向のエネルギー密度分布を均一化する光学系は、他の実施例と同様に用いる。
シリンドリカルレンズアレイ801は、第1面の曲率が47.8mm、第2面の曲率が50.5mm、厚さが10mmであり、焦点距離は832.8mmである。
また、シリンドリカルレンズアレイ801の第2主点は、第2面から第1面方面に56.9mm、すなわち第1面から前方に46.9mm離れている位置に形成されている。
つまり、シリンドリカルレンズアレイ801の第2面とシリンドリカルレンズアレイ404aの第1面との間隔は894.9mmになる。
なお、本実施例では、短辺方向のエネルギー密度分布を均一化する例を示したが、長辺方向のエネルギー密度分布の均一化に用いてもよいし、長辺方向と短辺方向のエネルギー密度分布を共に均一化するときに用いてもいい。
なお、シリンドリカルレンズアレイ404a及びシリンドリカルレンズアレイ404bを、両面に曲面を持つ1枚のシリンドリカルレンズアレイ801に置き換えても同様の効果を得ることが可能である。
すなわち、その場合には光路短縮型前側アレイレンズと光路短縮型後側アレイレンズとを採用した場合の光路短縮効果を奏することができる。
なお、本実施例で示すレンズはXeClエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とするが、用いるレーザや波長領域に合わせて適宜レンズの材料を選択することも可能である。
図9(a)は、図4(b)で説明した光学系において、ビームの短辺方向に関わる光学系のみを記載している。
なお、ビームの長辺方向に関わる光学系は他の実施例と同様に用いればよい。
そこにおいて、エネルギー密度分布が均一な点410は、シリンドリカルレンズ407の焦点である。
D=(f407/f404)×d 式(4)
上の式(4)に、f404=1139.8mm、f407=1000.8mm、d=4mmを代入すると、D=3.5mmと求められる。
このビームを倍率が5のレンズで投影することによって、幅700μmのビームを形成することができる。
ただし、この2つのレンズの距離を変えると、シリンドリカルレンズアレイ404a、404b系(第2レンズ系)の第1主点位置が移動する。
そのため、シリンドリカルレンズアレイ403a、403bを含むレンズ系(以下、第1レンズ系と呼ぶ)の第2主点位置から、第2レンズ系の第1主点位置までの距離をf404になるように、他のレンズを移動する必要がある。
この操作によって、第2レンズ系の合成焦点距離は、1139.8mmから1238.2mmになる。
なお、z軸は光軸に平行な軸であり、光が進む向きを正(+)とする。
第1レンズ系の第2主点位置と、第2レンズ系の第1主点位置との距離が、第2レンズ系の合成焦点距離と等しくなるように第1レンズ系全体を図9のz軸方向に−113.6mm移動する。
また、シリンドリカルレンズアレイ404aを動かすことにより、焦点距離f404の値が1238.2mmになる。
さらに、倍率が5のレンズでこのビームを他の面に投影することによって、646μmのビームを形成することができる。
以上のとおりであり、本発明のビームホモジナイザを用いると、レンズの位置を移動させることによって、形成するビームの幅を変えることもできる。
なお、本実施例は実施例1の光学系を用いて説明しているが、本実施例は他の実施例と組み合わせることも可能である。
フライアイレンズは、複眼レンズ構造をしたレンズの集合体であり、両面に曲率を持つ1種類のレンズ(一例としてロッドレンズ)素子群を配置することによって構成するものや、入射側レンズ素子群と射出側レンズを対向して配置することによって構成するものがある。
フライアイレンズの機能は、入射側のレンズ表面に入射した光を、レンズの射出側を経ることによって照射表面上に投影するものである。
また、照射面上のビームスポットの形状はレンズ素子の形状を反映したものとなる。
本実施例では、フライアイレンズを構成する個々のレンズの形状が正方形であるものを用いる例を示すが、これに限らずフライアイレンズを構成するレンズの形状が長方形や三角形であるものも同様に用いることができる。
図10は、ビームの第1方向及び第1方向に直交する第2方向のホモジナイザをフライアイレンズで構成したときの光学系を示す図である。
なお、平面図を図10(a)、側面図を図10(b)としたが、本実施例ではフライアイレンズを構成する個々のレンズの形状は正方形であるため、ビームの第1辺方向と第2方向は同じように均一化される。
まず、レーザビームは球体レンズ1002a及び1002bによって拡大される。
この構成は、レーザ発振器1001から射出されるレーザのビーム径が大きい場合には必要ない。
レーザ発振器1001から射出されたレーザビームは、以下に記載するフライアイレンズによってスポットが第1方向、第2方向ともに分割される。
また、フライアイレンズ1003bは、第1面が平面、第2面が曲率半径160mmの曲面、厚さが5mm、第1方向と第2方向の長さが共に4mmの球面レンズを、図11(b)に示すように第1方向に11個 第2方向に11個並べたものである。
フライアイレンズ1004aは、図11(c)に示すような、第1面が曲率半径−262.4mmの曲面、第2面が平面、厚さ5mm、第1方向と第2方向の長さが共に4mmの球面レンズを第1方向に11個 第2方向に11個並べたもので、フライアイレンズ1004bは、第1面が平面、第2面が曲率半径−200mmの曲面、厚さが5mm、第1方向と第2方向の長さが共に4mmの球面レンズを第1方向に11個 第2方向に11個並べたものである。
なお、2つのレンズからなる合成レンズ系において、焦点距離f及び2つめのレンズの第2主点の位置から合成レンズ系の第2主点位置までの距離zは、それぞれ前記した式(2)及び(3)の計算式で求めることができる。
フライアイレンズ1003a、1003b、1004a及び1004bによって分割されたスポットは、フライアイレンズ1004b第2面の後方1815mmに配置された、第1面が曲率半径486mmの曲面、第2面が平面、厚さが20mmの球面レンズ1005によって集光され、球面レンズ1005の第2面から後方約1000mmの位置に、一辺が3.5mmのエネルギー分布が均一な正方形状の面1008が形成される。
以上、フライアイレンズ1003a、1003b、1004a、1004b及び球面レンズ1005を合わせたものが本発明のビームホモジナイザである。
すなわち、エネルギー分布が均一な面1008と照射面1007とは、ダブレットレンズ1006に対して共役な位置にある。
これにより、正方形状のビームスポットの第1方向及び第2方向のエネルギー分布の均一化がなされ、両方向の長さが決定される。
なお、ダブレットレンズ1006は、球面レンズ1006aと球面レンズ1006bから構成されている。
なお、照射面1007において、ビームスポットの均一性をあまり要求しない場合、あるいはダブレットレンズのF値(F=レンズ焦点距離/入射瞳径)が非常に大きい場合では、シングレット(単)レンズを用いても良い。
本発明のビームホモジナイザと組み合わせるレーザ発振器は、大出力でかつ半導体膜に良く吸収される波長域であることが好ましい。 半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮すると、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は、600nm以下であることが好ましい。
なお、ここで挙げたレーザに限らず、他のレーザを用いても構わない。
また、レーザは公知の非線形光学素子を用いて高調波に変換して、600nm以下の波長にすればよい。
本発明の光学系は、空気中で用いても良いし、高いエネルギーを持ったレーザ光によるブレイクダウンやレンズ表面の損傷を抑制するために、窒素やアルゴン雰囲気下で使用しても良い。
第1方向の曲率と第2方向の曲率が異なるレンズを用いた場合には、集光レンズが球面レンズの場合、形成されるビームスポットは長方形状となる。
なお、アスペクト比が1より大きい矩形状のビームスポットを形成したい場合、集光レンズには球面レンズではなく、第1方向と第2方向の曲率が異なるトーリックレンズ又はクロスシリンドリカルレンズを用いてよいし、第1方向のみを集光するシリンドリカルレンズと第2方向のみを集光するシリンドリカルレンズを配置してもよい。
この場合にも、実施例3と同様に両面に曲率を有するフライアイレンズを、このフライアイレンズと同じ焦点距離を持つ一枚の平凸レンズのフライアイレンズで置き換えた場合よりも光路長を短縮することが可能である。
さらに、フライアイレンズ1004a及び1004bを、第1面、第2面ともに曲率を有するフライアイレンズに変更しても同様の効果を得ることが可能である。
すなわち、その場合には光路短縮型前側アレイレンズと光路短縮型後側アレイレンズとを採用した場合の光路短縮効果を奏することができる。
基板1201上に金属層1202が形成され、その上に接着体1203が形成される。
本実施例では、基板1201として、ガラス基板を用い、金属層1202には、タングステン(W)を主成分とする金属材料を用いる。
なお、接着体1203は、後で形成されるTFTの間に配置されるように所望の形状に加工され、形成される。
本実施例では、プラズマCVD法で成膜温度300℃、原料ガスSiH4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を100nmの厚さに成膜することにより、酸化物層1204を形成する。
この非晶質シリコン層は水素を含んでおり、後の熱処理によって水素を拡散させ、物理的手段で酸化物層の層内、あるいは界面において剥離することができる。
その後、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル溶液をスピナー法により塗布するが、その際には、塗布法に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。
また、この脱水素化のための熱処理(500℃、1時間)は、非晶質シリコン膜に含まれる水素を金属層1202と酸化物層1204との界面に拡散する熱処理を兼ねている。 なお、ここではシリコンの結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用いた結晶化技術を用いるが、他の公知の結晶化技術、例えば固相成長法やレーザ結晶化法を用いてもよい。
本実施例では、実施例2で用いたレーザ照射装置を用いるが、それは図5に図示するとおりのものである。
図5(b)の側面図に沿って本実施例に示すビームホモジナイザを説明する。
なお、本実施例で示すレンズは、XeClエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とするが、他のレーザを用いる場合には、レンズの材質を適宜変更することができ、例えば、ポロシリケートクラウンガラス、石英、サファイヤなどを材料とするレンズを用いることができる。
シリンドリカルレンズアレイ503は、第1面が曲率半径412.8mmの曲面、第2面が平面、厚さが5mm、短辺方向の幅が4mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に11個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ503の第2主点は、シリンドリカルレンズの第2面からレンズの内側約3.6mmに形成される。
シリンドリカルレンズアレイ404aの第2面とシリンドリカルレンズアレイ404bの第1面間距離は60mmで、シリンドリカルレンズアレイ404aとシリンドリカルレンズアレイ404bの合成焦点距離は1139.8mmで、該2枚のレンズ系の第1主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ404b第2面の後方約118mmの位置に形成される。
以上の説明は、短辺方向におけるエネルギー分布の均一化及び光路長の短縮に関するものであるが、長辺方向においてもエネルギー分布の均一化は行うことができる。
その具体的内容については、図4に図示されたレーザ照射装置を用いる実施例1の説明において詳細に記載されており、本実施例6でも同一のものが採用できる。
そのレーザ光については、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザ光を用い、当該レーザ光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよいが、ここでは、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度470mJ/cm2でレーザ光の照射を大気中で行う。
なお、ここではパルスレーザを用いる例を示したが、連続発振のレーザを用いてもよく、非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径の結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。
代表的には、Nd:YVO4レーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。
連続発振のレーザを用いる場合には、出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。
その際のエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要であり、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。
なお、以上に挙げたレーザに限らず、他のレーザを用いても構わない。
本実施例ではオゾン水を用いてバリア層を形成するが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。
また、バリア層を形成する前にレーザ光の照射により形成された酸化膜を除去してもよい。
本実施例では、アルゴン元素を含む非晶質シリコン膜は、シリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成するが、プラズマCVD法を用いてアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比(SiH4:Ar)を1:99とし、成膜圧力を6.665Pa(0.05Torr)とし、RFパワー密度を0.087W/cm2とし、成膜温度を350℃とする。
なお、炉に代えてランプアニール装置を用いてもよい。
その後、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。
なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
その半導体層1205、1206を形成した後、レジストからなるマスクを除去する(図12(A))。
その後フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜(半導体層1205、1206)の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜1207となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成するが、本実施例では、プラズマCVD法により115nmの厚さで酸化シリコン膜を形成する(図12(B))。
本実施例では、ゲート絶縁膜1207上に第1の導電膜1208となる膜厚50nmの窒化タンタル膜、第2の導電膜1209となる膜厚370nmのタングステン膜を順次積層する。
その際、第1の導電膜1208及び第2の導電膜1209としてはリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、AgPdCu合金を用いてもよい。
なお、単層構造であってもよい。
その際のエッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4等を代表とする塩素系ガス又はCF4、SF6、NF3等を代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いることができる。
なお、基板側の電極面積サイズは、12.5cm×2.5cmであり、コイル型の電極面積サイズ(ここではコイルの設けられた石英円板)は、直径25cmの円板である。 この第1のエッチング条件によりタングステン膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。
また、この第1のエッチング条件によって、タングステンのテーパー角は、約26°となる。
基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
第2のエッチング条件でのタングステンに対するエッチング速度は58.97nm/min、窒化タンタルに対するエッチング速度は66.43nm/minである。
なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
こうして、第1のエッチング処理により 、第1の導電層1212aと第2の導電層1212bから第1の形状の導電層1212が形成され、第1の導電層1213aと第2の導電層1213bから第1の形状の導電層1213が形成される。
ゲート絶縁膜となる絶縁膜1207は、10〜20nm程度エッチングされ、第1の形状の導電層1212、1213で覆われない領域が薄くなったゲート絶縁膜1207となる。
ここでは、エッチング用ガスにSF6とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を24:12:24(sccm)とし、1.3Paの圧力でコイル型の電極に700WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを25秒行う。
基板側(試料ステージ)にも10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
このようにエッチング用ガスにSF6を用いた場合、ゲート絶縁膜1211との選択比が高いので膜減りを抑えることができ、本実施例におけるゲート絶縁膜1207の膜減りは8nm程度である。
このとき、第1の導電層は、ほとんどエッチングされず、第1の導電層1214a、1215aとなる。
なお、第1の導電層1214a、1215aは、第1の導電層1212a、1213aとほぼ同一サイズである。
実際には、第1の導電層の幅は、第2のエッチング処理前に比べて約0.3μm程度、即ち線幅全体で0.6μm程度後退する場合もあるがほとんどサイズに変化がない。
さらに、第2のエッチング処理としてはBCl3とCl2を用い、それぞれのガス流量比を20:60(sccm)とし、基板側(試料ステージ)には100WのRF(13.56MHz)電力を投入し、1.2Paの圧力でコイル型の電極に600WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行えばよい。
ドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。
なお、マスク1218はpチャネル型TFTを形成する半導体膜及びその周辺の領域を保護するマスクである。
なお、n型を付与する不純物元素として、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いることができる。
ここでは、第2の導電層1214b、1215bをマスクとして各半導体層に不純物領域が自己整合的に形成されるが、勿論マスク1218で覆われた領域には添加されない。
こうして、第1の不純物領域1219と、第2の不純物領域1220が形成される。
第1の不純物領域1219には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素が添加されているが、ここでは第1の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn+領域とも呼ぶ。
なお、第2の不純物領域1220は、テーパー形状である第1の導電層1215aの部分を通過させてドーピングを行うため、テーパ−部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配を有している。
ここでは、第2の不純物領域1220と同じ濃度範囲の領域をn-領域とも呼ぶ。
ドーピング処理はイオンドーピング、もしくはイオン注入法で行えばよい。
なお、マスク1221はnチャネル型TFTを形成する半導体膜及びその周辺の領域を保護するマスクである。
第2のドーピング処理におけるイオンドーピングの条件は、ドーズ量を1×1015〜2×1016atoms/cm2とし、加速電圧を50〜100keVとしてボロン(B)をドーピングする。
上記第2のドーピング処理により、pチャネル型TFTを形成する半導体層にp型の導電型を付与する不純物元素が添加された第3の不純物領域1222及び第4の不純物領域1223を形成する。
さらに、第3の不純物領域1222には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でp型を付与する不純物元素が添加されるようにする。
なお、第4の不純物領域1223は、テーパー形状である第1の導電層1214aの部分を透過させてドーピングを行うため、テーパー部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配を有する。
ここでは、第4の不純物領域1223と同じ濃度範囲の領域をp-領域とも呼ぶ。
以上の工程により、それぞれの半導体層にn型またはp型の導電型を有する不純物領域が形成される。
なお、第2の形状の導電層1214、1215はTFTのゲート電極となる。
この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザまたはエキシマレーザを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。
その後、第1の絶縁膜1224を形成する。
なお、本実施例では、プラズマCVD法により形成された膜厚50nmの窒化酸化シリコン膜を用いるが、勿論、この絶縁膜は窒化酸化シリコン膜に限定されるものでなく、窒化シリコン、酸化シリコンといった絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
ここで形成される第2の絶縁膜1225には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコンなどの絶縁膜を用いることができるが、本実施例では、プラズマCVD法により形成された膜厚50nmの窒化シリコン膜を用いることとする。
この工程は第2の絶縁膜1225に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程であるが、水素化の他の手段として、水素雰囲気下で350℃程度の熱処理や、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行うこともできる。
さらに、各不純物領域に達するコンタクトホール1227を形成する。
なお、本実施例で用いるアクリル樹脂は感光性アクリルであるため、露光して現像することにより所望の位置を開孔することができる。
また、第1の絶縁膜1224および第2の絶縁膜1225の一部のエッチングには、ドライエッチング法を用い、第1の絶縁膜1224をエッチングストッパーとして第2の絶縁膜1225のエッチングを行ってから、第1の絶縁膜1224のエッチングを行う。
これによりコンタクトホール1227を得る。
なお、この場合には、エッチング処理後、第3の絶縁膜1226を形成する前に基板を熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)するのが好ましい。
さらに、図13(D)に示すようにAl、Ti、Mo、タングステン等を用いて配線1228を形成することにより、nチャネル型TFT1301、pチャネル型TFT1302を同一基板上に形成することができる。
また、本実施例は、実施の形態および他の実施例と自由に組み合わせることが可能である。
102 シリンドリカルレンズアレイ
103 シリンドリカルレンズ
104 照射面
201 レンズ
202 レンズ
203 レンズ
204 レンズ
301 シリンドリカルレンズアレイ
302 シリンドリカルレンズアレイ
303 シリンドリカルレンズアレイ
304 シリンドリカルレンズアレイ
305 シリンドリカルレンズ
401 レーザ発振器
402a 球面レンズ
402b 球面レンズ
403a シリンドリカルレンズアレイ
403b シリンドリカルレンズアレイ
404a シリンドリカルレンズアレイ
404b シリンドリカルレンズアレイ
405a シリンドリカルレンズアレイ
405b シリンドリカルレンズアレイ
405 シリンドリカルレンズ
406 シリンドリカルレンズ
407 シリンドリカルレンズ
408 ダブレットシリンドリカルレンズ
409 照射面
410 面
503 シリンドリカルレンズアレイ
601 レーザ発振器
603 シリンドリカルレンズアレイ
604 シリンドリカルレンズ
605 シリンドリカルレンズ
606 ミラー
607 ダブレットシリンドリカルレンズ
608 照射面
801 シリンドリカルレンズアレイ
1001 レーザ発振器
1005 球面レンズ
1006 ダブレットレンズ
1007 照射面
1008 面
1201 基板
1202 金属層
1203 接着体
1204 酸化物層
1205 半導体層
1207 絶縁膜
1208 導電膜
1209 導電膜
1210 マスク
1211 ゲート絶縁膜
1212 導電層
1214 導電層
1218 マスク
1219 不純物領域
1220 不純物領域
1221 マスク
1222 不純物領域
1223 不純物領域
1224 絶縁膜
1225 絶縁膜
1226 絶縁膜
1227 コンタクトホール
1228 配線
1301 nチャネル型TFT
1302 pチャネル型TFT
602a シリンドリカルレンズアレイ
602b シリンドリカルレンズアレイ
1002a 球体レンズ
1002b 球体レンズ
1003a フライアイレンズ
1003b フライアイレンズ
1004a フライアイレンズ
1004b フライアイレンズ
1006a 球面レンズ
1006b 球面レンズ
1212a 導電層
1212b 導電層
1214a 導電層
1214b 導電層
1215a 導電層
Claims (15)
- 第2主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと第1主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第2主点と前記後側アレイレンズの第1主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするビームホモジナイザ。
- 第2主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと光路非短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第2主点と前記後側アレイレンズの第1主点との間隔を後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするビームホモジナイザ。
- 光路非短縮型前側アレイレンズと第1主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第2主点と前記後側アレイレンズの第1主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするビームホモジナイザ。
- 前記光路短縮型前側アレイレンズは、合成アレイレンズ又は両面に曲面を持つアレイレンズであって、
前記合成アレイレンズは、2枚以上のアレイレンズで構成され、各アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイ又はフライレンズアレイであり、
前記両面に曲面を持つアレイレンズは、前方及び後方の両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、又はクロスドシリンドリカルレンズアレイのいずれかである請求項1又は2に記載のビームホモジナイザ。 - 前記光路短縮型後側アレイレンズは、合成アレイレンズ又は両面に曲面を持つアレイレンズであって、
前記合成アレイレンズは、2枚以上のアレイレンズで構成され、各アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズであり、
前記両面に曲面を持つアレイレンズは、前方及び後方の両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、又はクロスドシリンドリカルレンズアレイのいずれかである請求項1又は3に記載のビームホモジナイザ。 - 前記光路非短縮型後側アレイレンズを構成するアレイレンズは、シリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズである請求項2に記載のビームホモジナイザ。
- 前記光路非短縮型前側アレイレンズを構成するアレイレンズは、シリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズである請求項3に記載のビームホモジナイザ。
- 前記集光レンズは、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ又はクロスドシリンドリカルレンズである請求項1ないし7のいずれか1項に記載のビームホモジナイザ。
- 前記光路短縮型前側アレイレンズは、それぞれ一方の面に曲面を有する2個のアレイレンズで構成され、
前記2個のアレイレンズは、前方アレイレンズの曲面が凸型、後方アレイレンズの曲面が凹型である請求項1、2、又は4に記載のビームホモジナイザ。 - 前記光路短縮型後側アレイレンズは、それぞれ一方の面に曲面を有する2個のアレイレンズで構成され、
前記2個のアレイレンズの前方アレイレンズの曲面が凹型、後方アレイレンズの曲面が凸型である請求項1、3、又は5に記載のビームホモジナイザ。 - 前記2個のアレイレンズは、それぞれ他方の面が向かい合って配置される請求項9又は10に記載のビームホモジナイザ。
- 前記2個のアレイレンズは、いずれもシリンドリカルレンズである請求項9ないし11のいずれか1項に記載のビームホモジナイザ。
- 前記2個のアレイレンズは、いずれもフライアイレンズである請求項9ないし11のいずれか1項に記載のビームホモジナイザ。
- 請求項1ないし13のいずれか1項に記載のビームホモジナイザにより短辺方向又は長辺方向のいずれか1方向のエネルギー密度分布を均一化し、更に残る他の方向のエネルギー密度分布も均一化し、両方向のエネルギー密度分布の均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージとを具備したレーザ照射装置。
- 請求項1ないし13のいずれか1項に記載のビームホモジナイザにより短辺方向及び長辺方向の両方向のエネルギー密度分布を均一化し、その両方向のエネルギー密度分布の均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージとを具備したレーザ照射装置。
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