JP2004158568A - 光照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】１本のレーザ光を複数のレーザ光に分割する際に、分割された各レーザ光の強度を同一とする。
【解決手段】光照射装置１０は、１本のレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第１の分割部１６及び第２の分割部２０と、第１の光分割部１６から出射されたｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）番目のレーザ光と、第２の光分割部２０から出射されたｍ番目の光ビームとを合成する合成部２１とを備えている。第１の分割部１６と第２の分割部２０とは、互いに同一の光学部材を用いており、且つ、互いに反転した配置となっている。
【選択図】 図１
【解決手段】光照射装置１０は、１本のレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第１の分割部１６及び第２の分割部２０と、第１の光分割部１６から出射されたｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）番目のレーザ光と、第２の光分割部２０から出射されたｍ番目の光ビームとを合成する合成部２１とを備えている。第１の分割部１６と第２の分割部２０とは、互いに同一の光学部材を用いており、且つ、互いに反転した配置となっている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造などに用いられるレーザアニール装置等に適用される光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ等の薄膜トランジスタのチャネル層にキャリア移動度の高いポリシリコン膜が用いられるようになっている。薄膜トランジスタのチャネル層に用いられるポリシリコン膜は、一般に、ガラス基板上のアモルファスシリコンにレーザ光を照射して熱処理をすることによって製造される。このようにレーザ光を照射して物質を熱処理する方法は、レーザアニール処理と呼ばれている。レーザアニール処理を行う装置は、レーザアニール装置と呼ばれている。
【０００３】
ポリシリコン膜を製造する場合、ビーム径内のエネルギ強度が均一となっているレーザ光によりレーザアニールをしなければ、薄膜トランジスタの特性が悪化してしまう。
【０００４】
ところが、コリメータ等で形成された平行光束は、ビーム径内のエネルギ強度分布がガウス分布となっている。つまり、通常の平行光束は、ビーム径の中心部分では強度が高く、光束の周縁部分では強度が低くなっている。そのため、レーザアニール装置では、ビーム径内の強度分布がガウス分布となっているレーザ光から、スポットの中心部分から周縁部分まで均一な強度分布のレーザ光を形成し、そのレーザ光を用いて熱処理を行わなければならない。通常、レーザアニール装置では、レーザ発振器から出射されたレーザ光をコリメータ等で平行光束としたのち、フライアイレンズ等の光分割手段で複数の光束を作り、再度その光束を合成することによって、基板上のレーザ光の照射領域の強度分布を均一化している。
【０００５】
ところで、レーザ発振器の中の一つに固体レーザがある。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を光によって励起して、レーザビームの出射を行う装置である。
【０００６】
固体レーザは、出射するレーザビームが安定しており、寿命も長い。したがって、レーザアニール装置のレーザ光源として固体レーザを採用することによって、レーザアニール装置の一般的な光源として利用されているエキシマレーザを採用したときに生じる不安定性の問題点が解決されると考えられる。
【０００７】
しかしながら、固体レーザから出射されたレーザビームは、エキシマレーザから出射されたレーザビームと比較して干渉性が高い。したがって、レーザ光源として固体レーザを採用したときには、フライアイレンズによって分割された各レーザビームを合成すると、互いに干渉してしまう。干渉したレーザ光を用いた場合、照射スポット内に干渉縞が生じ、ビーム径内の強度分布を均一化することができない。
【０００８】
このような問題を解決するため、本出願人は、フライアイレンズの代わりに、１本のレーザ光を互いに干渉性のない複数のレーザ光に分割する分割光学手段を用いたレーザアニール装置を、日本国特許出願 特願２００１−３７４９２２で提案した。
【０００９】
以下、上記特許出願で提案したレーザアニール装置について簡単に説明をする。図９に、上記特許出願で提案したレーザアニール装置の構成図を示す。
【００１０】
上記特許出願で提案したレーザアニール装置１００では、先ず、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌ１２０が出射される。レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌ１２０は、コリメータ１０２によって平行光とされた後に、光分割部１０３に入射される。
【００１１】
光分割部１０３は、第１及び第２のビームスプリッタ（以下、ＢＳと略す）１０４，１０５と、反射鏡１０６とを備えている。第１のＢＳ１０４の光分割面、第２のＢＳ１０５の光分割面及び反射鏡１０６の光反射面は、全て平行に配置されている。
【００１２】
コリメータ１０２によって平行光とされたレーザ光Ｌ１２０は、第１のＢＳ１０４に入射される。第１のＢＳ１０４は、レーザ光Ｌ１２０を透過光（以下、レーザ光Ｌ１２１と称する。）と反射光（以下、レーザ光Ｌ１２２と称する。）とに分離する。第１のＢＳ１０４は、１：１の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
【００１３】
レーザ光Ｌ１２１は、第２のＢＳ１０５に入射する。第２のＢＳ０１５は、入射されたレーザ光Ｌ１２１を、さらに、透過光（以下、レーザ光Ｌ１２３と称する。）と反射光（以下、レーザ光Ｌ１２４と称する。）とに分離する。第２のＢＳ１０５は、１：１の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
【００１４】
レーザ光Ｌ１２３は第１の凸レンズ１０７に入射する。レーザ光Ｌ１２４は反射鏡１０６によって反射された後に第２の凸レンズ１０８に入射する。
【００１５】
一方、レーザ光Ｌ１２２は、反射鏡１０６によって反射された後に、第２のＢＳ１０５に入射する。第２のＢＳ１０５は、入射されたレーザ光Ｌ１２２を、さらに、透過光（以下、レーザ光Ｌ１２５と称する。）と反射光（以下、レーザ光Ｌ１２６と称する。）とに分離する。第２のＢＳ１０５は、１：１の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
【００１６】
レーザ光Ｌ１２５は、第３の凸レンズ１０９に入射し、レーザ光Ｌ１２６は反射鏡１０６によって反射された後に第４の凸レンズ１１１に入射する。
【００１７】
以上のように生成された４本のレーザ光Ｌ１２３，Ｌ１２４，Ｌ１２５，Ｌ１２６は、互いに平行であり、その強度が全て分割前のレーザ光Ｌ１２０に対して１／４となっている。
【００１８】
レーザ光Ｌ１２３、レーザ光Ｌ１２４、レーザ光Ｌ１２５及びレーザ光Ｌ１２６は、第１〜第４の凸レンズ１０７〜１１０により、それぞれ一度集束した後に、コンデンサレンズ１１１へ入射する。そして、コンデンサレンズ１１１が、レーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６を、それぞれ基板１１２上の所定の範囲に照射する。
【００１９】
以上説明したレーザアニール装置１００では、第１のＢＳ１０４の光分割面と第２のＢＳ１０５の光分割面との間の間隔ｔと、第１のＢＳ１０４の光分割面と反射鏡１０６の反射面との間の間隔ｔとが、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光の可干渉距離をＬとし、各光分離面間及び光分離面と反射鏡との間の媒質の屈折率をｎ、光分割面への入射光ビームの入射角をθとしたとき、次の式（１）を満たすように設定される。
【００２０】
ｔ＞Ｌ／（２ｎｃｏｓθ） ・・・（１）
従って、レーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６は、同一のレーザ光源１０１から出射されたレーザ光であるにもかかわらず、全ての光路が可干渉距離以上となっており、互いに干渉しない。したがって、レーザアニール装置１００は、干渉縞を生じさせることなく基板１１２上の所定の範囲を均一な強度で照射し、被照射物全体を均一に照射することが可能となる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のレーザアニール装置１００において、ＢＳ１０４，１０５の光の透過量と反射量との比は、理想的には１：１であることが望ましい。しかしながら、製造誤差等により、実際上の透過量と反射量との比は１：１とはならない。また、反射鏡１０６の反射率も、理想的には１００パーセントであることが望ましい。しかしながら、製造誤差等により、実際上の反射率は、１００パーセントよりも低くなってしまう。従って、光分割部１０３から出射されるレーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６は、理想的には全て同一の強度であることが望ましいが、実際上、強度は同一とならない。
【００２２】
例えば、ＢＳ１０４，１０５の反射率と透過率との比の誤差を２パーセントとし、反射鏡１０６の反射率を９９パーセントとした場合における、レーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６の強度を示したグラフを図１０に示す。図１０では、レーザ光Ｌ１２３の強度を基準とした場合における、各レーザ光の強度比率を示している。
【００２３】
この図１０に示すように、上記の条件で４本のレーザ光を生成した場合、光の強度に１７パーセント程度の差が生じてしまうことがわかる。ＢＳ１０４，１０５及び反射鏡１０６のそれぞれの誤差が小さいにも関わらず、これほどの強度差が生じてしまうのは、多重反射により製造誤差成分が蓄積してしまうためである。
【００２４】
本発明は、以上の実状を鑑みて提案されたものであり、１本のレーザ光を複数のレーザ光に分割する際に、分割された各レーザ光の強度を同一とする光照射装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる光照射装置は、光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光に分割する１以上の光分離面を有した光学構造とされ、１本の光ビームが入射され、入射された１本の光ビームを上記１以上の光分離面を経由させることによってｎ本（ｎは２以上の自然数）の光ビームを生成する第１の出射手段と、上記第１の出射手段と同一の光学構造とされ、１本の光ビームが入射され、入射された１本の光ビームを上記１以上の光分離面を経由させることによってｎ本の光ビームを生成する第２の出射手段と、上記第１の出射手段から出射されたｎ本の光ビームと上記第２の出射手段から出射されたｎ本の光ビームとが入射され、互いの１本の光ビーム同士を合成して、ｎ本の光ビームを出力する光合成手段とを備えている。
【００２６】
上記光合成手段は、上記第１の出射手段及び第２の出射手段により生成された各ｎ本の光ビームに対して、その光ビームの生成経路中における反射及び透過により生じた光路長の短い順に、１番目からｎ番目まで順位を付けたとき、第１の出射手段により生成された第ｍ番目（ｍは１からｎまでの任意の整数）の光ビームと、第２の出射手段により生成された第（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームとを同軸上に合成する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として本発明を適用したレーザアニール装置について図面を参照しながら説明をする。なお、以下説明を行う本発明の実施の形態のレーザアニール装置は、平板状のアニール対象物である基板にレーザ光を照射することによって、当該基板を熱処理する装置である。例えば、本発明の実施の形態のレーザアニール装置は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置のスイッチング素子となる薄膜トランジスタのチャネル層の形成時に用いられる。すなわち、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜に対して熱処理をしてポリシリコン膜を形成する際に用いられる。
【００２８】
第１の実施の形態
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１に本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置の構成図を示す。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置１０は、基板１１を載置するステージ１２と、レーザ光を出射する第１のレーザ光源１３と、第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第１のコリメータ１４及び第１のアテネータ１５と、第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第１の光分割部１６と、レーザ光を出射する第２のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第２のコリメータ１８及び第２のアテネータ１９と、第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第２の光分割部２０とを備えている。なお、ｎは自然数である。
【００３０】
また、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０は、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射された各ｎ本のレーザ光を混合して（２×ｎ）本のレーザ光を出射する光合成部２１と、（２×ｎ）個の凸レンズから構成され光合成部２１から出射された（２×ｎ）本のレーザ光が入射されるレンズアレイ２２と、レンズアレイ２２から出射された（２×ｎ）本のレーザ光を基板１１の所定の領域に導くコンデンサレンズ２３とを備えている。
【００３１】
ステージ１２は、平板状の基板１１が載せられる平坦な主面を有している。ステージ１１は、主面上に載せられた基板１１を保持しながら、主面に平行な方向（図１中のＸ方向，Ｙ方向）に移動する。レーザアニール装置１０では、ステージ１２を移動させることによって、基板１１とレーザ光の照射スポットとの相対位置を移動させることができる。つまり、ステージ１２を移動させることによって、基板１１上のアニールを行う位置を制御することができる。なお、ステージ１２の移動制御は、図示しないコントローラにより行われる。
【００３２】
第１のレーザ光源１３及び第２のレーザ光源１７は、それぞれ１つの光束のレーザ光をパルス発振して出力する。レーザアニール装置１０では、第１のレーザ光源１３及び第２のレーザ光源１７として固体レーザを採用している。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を、光によって励起して、レーザビームを出射する装置である。固体レーザの例としては、母体材料にガラスを用いてＮｄ３＋をドープしたガラスレーザや、ルビーにＣｒ３＋をドープしたルビーレーザ、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）にＮｄ３＋をドープしたＹＡＧレーザ、さらに、それらのレーザの波長を非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザなどが挙げられる。また、固定レーザではなく、半導体レーザ等も用いてもよい。
【００３３】
なお、第１のレーザ光源１３と第２のレーザ光源１７とは、同一波長のレーザ光を出射するが、異なるレーザ発振器となっており、両者から出射されたレーザ光は合成されたとしても干渉はしない。
【００３４】
第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光は、第１のコリメータ１４に入射される。第１のコリメータ１４は、入射されたレーザ光を所定のビーム径の平行光束とする。第１のコリメータ１４から出射されたレーザ光は、第１のアテネータ１５に入射される。第１のアテネータ１５は、入射されたレーザ光の強度を調整する。第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光は、第１の光分割部１６に入射される。
【００３５】
第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光は、第２のコリメータ１８に入射される。第２のコリメータ１８は、入射されたレーザ光を所定のビーム径の平行光束とする。第２のコリメータ１８から出射されたレーザ光は、第２のアテネータ１９に入射される。第２のアテネータ１９は、入射されたレーザ光の強度を調整する。第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光は、第２の光分割部２０に入射される。
【００３６】
以下、第１のアテネータ１５から第１の光分割部１２へ入射されるレーザ光を、レーザ光Ｌ１１という。また、第２のアテネータ１９から第２の光分割部２０へ入射されるレーザ光を、レーザ光Ｌ１２という。レーザ光Ｌ１１とレーザ光Ｌ１２とは、互いに強度及びビーム径が同一となるように、コリメータ１４，１８及びアテネータ１５，１９により調整されている。
【００３７】
第１の光分割部１６は、入射されたレーザ光Ｌ１１を分割して、等間隔に並んだｎ本の平行なレーザ光を出射する。第１の光分割部１６から出射されるｎ本のレーザ光の光路は、例えば図１中のＸ方向に並んでいる。また、第１の光分割部１６から出射されるｎ本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第１の光分割部１６では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光Ｌ１１の入射口から出射口までの光路の長さが、ｎ本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第１のレーザ光源１３により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。このため、出射される各レーザ光は、互いに干渉性がない状態とされる。
【００３８】
なお、第１の光分割部１６から出射されるｎ本のレーザ光は、その並びの順序に従い番号を付けて説明をする。例えば、第１の光分割部１６から出射されるｎ本レーザは、図１中Ｘ方向に並んでおり、Ｘ方向の一方から順番に１ずつ増加するように番号が付けられている。具体的には、Ｘ方向の一方から、第１番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１１−１とし、第２番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１１−２とし、第３番目のレーザ光Ｌ１１−３とし、以下順次番号を付けていき、最後に第ｎ番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１１−ｎとする。
【００３９】
第２の光分割部２０は、入射されたレーザ光Ｌ１２を分割して、等間隔に平行に並んだｎ本のレーザ光を出射する。第２の光分割部２０から出射されるｎ本のレーザ光の光路は、例えば図１中のＸ−Ｚ平面上に形成され、Ｘ方向に並んでいる。また、第２の光分割部２０から出射されるｎ本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第２の光分割部２０では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光Ｌ１２の入射口から出射口までの光路の長さが、ｎ本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第２のレーザ光源１７により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。このため、出射される各レーザ光は、互いに干渉性がない状態とされる。
【００４０】
なお、第２の光分割部２０から出射されるｎ本のレーザ光は、その並びの順序に従い番号を付けて説明をする。例えば、第２の光分割部２０から出射されるレーザ光は、図１Ｘ方向に並んでおり、Ｘ方向の一方から順番に１ずつ増加するように番号が付けられている。なお、番号を増加させていく方向は、第１の光分割部１６に付けた番号の増加方向と同一とする。具体的には、Ｘ方向の一方から、第１番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１２−１とし、第２番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１２−２とし、第３番目のレーザ光Ｌ１２−３とし、以下順次番号を付けていき、最後に第ｎ番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１２−ｎとする。
【００４１】
ここで、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とは、互いに同一の光学部材を用い、その光学部材の内部の配置が同一である。
【００４２】
ただし、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とは、出射するレーザ光の光軸方向に平行な軸を中心とし、その軸に対して１８０°反転された配置とされている。すなわち、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とは、図１中Ｚ方向の軸を中心に１８０度反転した配置となっている。
【００４３】
このため、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射されるレーザ光の関係が次のようになっている。すなわち、第１の光分割部１６の第１番目のレーザ光Ｌ１１−１を生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第ｎ番目のレーザ光Ｌ１２−ｎを生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。また、第１の光分割部１６の第２番目のレーザ光Ｌ１１−２を生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第（ｎ−１）番目のレーザ光Ｌ１２−（ｎ−１）を生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。また、第１の光分割部１６の第３番目のレーザ光Ｌ１１−３を生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第（ｎ−２）番目のレーザ光Ｌ１２−（ｎ−２）を生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。
【００４４】
つまり、第１の光分割部１６の第ｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）番目のレーザ光Ｌ１１−ｍを生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第（ｎ−ｍ＋１）番目のレーザ光Ｌ１２−（ｎ−ｍ＋１）を生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。従って、第１の光分割部１６の第ｍ番目のレーザ光と、第２の光分割部２０の第（ｎ−ｍ＋１）番目のレーザ光とは、入射されたレーザ光から同一の光学部材を通過して生成されることとなる。
【００４５】
なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０の具体的な構成例については、その詳細を後述する。
【００４６】
以上のような第１の光分割部１６から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１１−１〜Ｌ１１−ｎ、並びに、第２の光分割部２０から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１２−１〜Ｌ１２−ｎは、光合成部２１に入射される。
【００４７】
光合成部２１は、第１の光分割部１６から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１１−１〜Ｌ１１−ｎと、第２の光分割部２０から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１２−１〜Ｌ１２−ｎとを合成し、等間隔に平行に並んだ（２×ｎ）本のレーザ光を出射する。光合成部２１から出射されるｎ本のレーザ光は、例えば図１中のＸ方向に並んでいる。（２×ｎ）本のレーザ光の強度は全て同一である。
【００４８】
以下、光合成部２１から出射された（２×ｎ）本の出力レーザ光に対して、その並び順序に従い番号を付ける。具体的には、光合成部２１から出力される第１番目のレーザ光をレーザ光Ｌ２０−１とし、第２番目のレーザ光をレーザ光Ｌ２０−２とし、第３番目のレーザ光Ｌ２０−３とし、第ｎ番目のレーザ光をレーザ光Ｌ２０−ｎとし、第（ｎ＋１）番目のレーザ光をＬ２０−（ｎ＋１）とし、第（ｎ＋ｎ）番目のレーザ光をＬ２０−（ｎ＋ｎ）とする。
【００４９】
なお、光合成部２１の具体的な構成例については、その詳細を後述する。
【００５０】
光合成部２１から出力された（２×ｎ）本の出力レーザ光（Ｌ２０−１〜Ｌ２０−（ｎ＋ｎ））は、レンズアレイ２２に入射される。
【００５１】
レンズアレイ２２は、光合成部２１から出射される（２×ｎ）本の出力レーザ光が並んでいる方向（例えば図１中Ｘ方向）に等間隔に一列に配列された（２×ｎ）個の凸レンズから構成されている。凸レンズの配列間隔は、光合成部２１から出射される出力レーザ光の間隔と同一で、各凸レンズが各出力レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ２２から出射された出力レーザ光は、一旦集光して、コンデンサレンズ２３に入射される。
【００５２】
コンデンサレンズ２３は、レンズアレイ２２によって集光された（２×ｎ）本の出力レーザ光を基板１１上の所定の照射領域上に合成し、合成した光を基板１１上に照射する。
【００５３】
以上のような構成のレーザアニール装置１０では、ステージ１２上に基板１１が載置され、その後、レーザアニール処理が開始される。レーザアニール装置１０は、レーザアニール処理が開始されると、第１のレーザ光源１３及び第２のレーザ光源１７からパルスレーザが出射される。
【００５４】
第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光は、第１のコリメータ１４，第１のアテネータ１５及び第１の光分割部１６を通過して、互いに干渉性がなく同一強度のｎ本の平行光束とされる。第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光は、第２のコリメータ１８，第２のアテネータ１９及び第２の光分割部２０を通過して、互いに干渉性がなく同一強度のｎ本の平行光束とされる。
【００５５】
第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射されたそれぞれｎ本のレーザ光は、光合成部２１により合成され、（２×ｎ）本の出力レーザ光とされる。（２×ｎ）本の出力レーザ光は、レンズアレイ２２及びコリメータ２３を介して合成され、基板１１上の所定の領域に照射される。
【００５６】
そして、レーザアニール装置１０では、ステージ１２を平行移動させて、平板状の基板１１を、主面に対して平行な方向（図１中Ｘ−Ｙ方向）に移動させ、基板１１の全領域にレーザ光を照射してアニール処理を行う。
【００５７】
分割光学系及び合成光学系の構成
つぎに、第１の光分割部１６、第２の光分割部２０及び光合成部２１の構成についてさらに詳細に説明をする。なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射されるレーザ光の本数を４本、つまり、ｎ＝４とした場合の第１の光分割部１６、第２の光分割部２０及び光合成部２１の構成を例にとって説明する。
【００５８】
図２に、ｎ＝４とした場合の第１の光分割部１６、第２の光分割部２０及び光合成部２１の構成を示す。また、図３に、ｎ＝４とした場合の第１の光分割部１６の構成を示す。なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０に入射されるレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２の入射方向を、Ｚ方向とする。このＺ方向は、ステージ１１の主面に対して直交する方向である。また、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射される各４本のレーザ光は、所定の方向に平行に並んで出射されるが、そのレーザ光の配列方向を、Ｘ方向とする。なお、Ｘ方向とＺ方向とは互いに直交する方向である。
【００５９】
第１の光分割部１６は、図２及び図３に示すように、平面状の光分離面がＺ方向に並ぶように配置された第１のビームスプリッタ（ＢＳ）３１及び第２のＢＳ３２を備えている。第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２は、光分離面に入射されたレーザ光を透過及び反射し、２つのレーザ光に分離する素子である。透過と反射の分離比率は、設計上は１：１となっている。
【００６０】
第１の光分割部１６は、光反射面が第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２の光分離面と平行とされ、第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２とＺ方向に並んで配置されたミラー３３を備えている。ミラー３３は、平面状の光反射面に入射されたレーザ光を反射する素子である。ミラー３３は、第１のＢＳ３１よりもレーザ光Ｌ１１の入射側に配置されている。
【００６１】
第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２の光分離面、並びに、ミラー３３の光反射面は、Ｘ−Ｚ軸で形成される平面に対して垂直に配置され、且つ、入射されるレーザ光Ｌ１１の入射方向（すなわち、Ｘ方向）に対して所定の角度θ（０°＜θ＜９０°）をもって配置されている。つまり、レーザ光Ｌ１１は、第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２の光分離面に対して入射角θで入射される。
【００６２】
第１のＢＳ３１は、第１のレーザ光Ｌ１１−１の光軸上に配置されている。また、第２のＢＳ３２も、第１のレーザ光Ｌ１１−１の光軸上に配置されている。また、第１のＢＳ３１は、入射光であるレーザ光Ｌ１１のみが入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。第２のＢＳ３１は、第１のＢＳ３１の透過光、及び、ミラー３３で反射された後の第１のＢＳ３１の反射光が入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。ミラー３３は、第１のＢＳ３１の反射光、及び、第２のＢＳ３２の２つの反射光が入射され、入射光Ｌ１１を遮らないような配置及び大きさとなっている。
【００６３】
ただし、第１のＢＳ３１とミラー３３との間の距離ｔ１は、第１のレーザ光源１３により設定されている可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上とされている。また、第１のＢＳ３１と第２のＢＳ３２との間の距離ｔ２も、第１のレーザ光源１３により設定されている可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上とされている。
【００６４】
第１の光分割部１６は、以上のような構成となっていることにより、Ｘ方向に平行に並んだ互いに干渉性のない４本のレーザ光を出射することができる。
【００６５】
具体的には、第１のレーザ光Ｌ１１−１は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。第２のレーザ光Ｌ１１−２は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。第３のレーザ光Ｌ１１−３は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。第４のレーザ光Ｌ１１−４は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。
【００６６】
第１の光分割部１６から出射される４本のレーザ光は、互いに可干渉距離以上の光路を通過して生成されているので、合成されても干渉が生じない。
【００６７】
つまり、第１のレーザ光Ｌ１１−１の光路の長さと第２のレーザ光Ｌ１１−２の光路の長さを比較すると、第１のＢＳ３１とミラー３３との間の距離ｔ１が、可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上となっているので、第２のレーザ光Ｌ１１−２の光路の長さの方が可干渉距離Ｌ以上長くなる。第２のレーザ光Ｌ１１−２の光路の長さと第３のレーザ光Ｌ１１−３の光路の長さを比較すると、第１のＢＳ３１と第２のＢＳ３２との間の距離ｔ２が、可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上となっているので、第３のレーザ光Ｌ１１−３の光路の長さの方が可干渉距離以上長くなる。第３のレーザ光Ｌ１１−３の光路の長さと第４のレーザ光Ｌ１１−４の光路の長さを比較すると、第１のＢＳ３１とミラー３３との間の距離ｔ１が、可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上となっているので、第４のレーザ光Ｌ１１−４の光路の長さの方が可干渉距離以上長くなる。
【００６８】
第２の光分割部２０は、以上のような構成の第１の光分割部１６と同一の光学部材を用いて、同一の配置構成とされている。
【００６９】
ただし、第２の光分割部２０は、図２に示すように、出力するレーザ光の出射方向（Ｚ方向）を軸として、１８０°軸反転した配置となっている。
【００７０】
従って、第１のレーザ光Ｌ１２−１は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。第２のレーザ光Ｌ１１−２は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。第３のレーザ光Ｌ１１−３は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。第４のレーザ光Ｌ１１−４は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。
【００７１】
光合成部２１は、図２に示すように、入射されたレーザ光を反射及び透過して２つのレーザ光に分離するビームスプリッタ３４を備えている。ビームスプリッタ３４の光分離面は、Ｘ−Ｚ平面と直交している。ビームスプリッタ３４の透過と反射の分離比率は、１：１となっている。
【００７２】
第１の光分割部１６から出射された４本のレーザ光（Ｌ１１−１〜Ｌ１１−４）は、ミラー３５により反射された後、一方の面（以下、表面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。また、第２の光分割部２０から出射された４本のレーザ光（Ｌ１２−１〜Ｌ１２−４）は、第１の光分割部１６からのレーザ光が入射された面と反対側の面（以下、裏面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。
【００７３】
第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射された８本のレーザ光は、全てビームスプリッタ３４の光分割面と直交する平面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）に沿って、当該ビームスプリッタ３４に入射される。また、各レーザ光は、ビームスプリッタ３４の光分離面に対して、所定の角度φ（０°＜φ＜９０°）で入射される。ただし、第１の光分割部１６から出射されたレーザ光（Ｌ１１−１〜Ｌ１１−４）と、第２の光分割部２０から出射されたレーザ光（Ｌ１２−１〜Ｌ１２−４）との光軸は一致しないように入射される。
【００７４】
さらに、第１の光分割部１６から出射された第１のレーザ光Ｌ１１−１と、第２の光分割部２０から出射された第１のレーザ光Ｌ１２−１とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置（もっとも、表面と裏面との違いはある）に入射される。第１の光分割部１６から出射された第２のレーザ光Ｌ１１−２と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−２とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置に入射される。第１の光分割部１６から出射された第３のレーザ光Ｌ１１−３と、第２の光分割部２０から出射された第３のレーザ光Ｌ１２−３とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置に入射される。第１の光分割部１６から出射された第４のレーザ光Ｌ１１−４と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−４とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置に入射される。
【００７５】
従って、第１の光分割部１６から出射された第１のレーザ光Ｌ１１−１の反射光（Ｌ１１−１＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第１のレーザ光Ｌ１２−１の透過光（Ｌ１２−１＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−１として出射される。第１の光分割部１６から出射された第２のレーザ光Ｌ１１−２の反射光（Ｌ１１−２＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−２の透過光（Ｌ１２−２＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−２として出射される。第１の光分割部１６から出射された第３のレーザ光Ｌ１１−３の反射光（Ｌ１１−３＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第３のレーザ光Ｌ１２−３の透過光（Ｌ１２−３＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−３として出射される。第１の光分割部１６から出射された第４のレーザ光Ｌ１１−４の反射光（Ｌ１１−４＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第４のレーザ光Ｌ１２−４の透過光（Ｌ１２−４＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−４として出射される。
【００７６】
また、第１の光分割部１６から出射された第１のレーザ光Ｌ１１−１の透過光（Ｌ１１−１＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第１のレーザ光Ｌ１２−１の反射光（Ｌ１２−１＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−５として出射される。第１の光分割部１６から出射された第２のレーザ光Ｌ１１−２の透過光（Ｌ１１−２＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−２の反射光（Ｌ１２−２＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−６として出射される。第１の光分割部１６から出射された第３のレーザ光Ｌ１１−３の透過光（Ｌ１１−３＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第３のレーザ光Ｌ１２−３の反射光（Ｌ１２−３＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−７として出射される。第１の光分割部１６から出射された第４のレーザ光Ｌ１１−４の透過光（Ｌ１１−４＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第４のレーザ光Ｌ１２−４の反射光（Ｌ１２−４＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−８として出射される。
【００７７】
なお、出力光Ｌ２０−５〜Ｌ２０−８はミラー３６により反射され、出力光Ｌ２０−１〜Ｌ２０−４と平行とされて出射される。
【００７８】
以上のように、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とが、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置構成が同一となっている。また、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とが、出射するレーザ光の光軸方向を中心軸とし、その中心軸に対して互いに１８０°反転した配置となっている。さらに、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、光合成部２１によって、第１の光分割部１６の第ｍ（１≦ｍ≦ｎ）のレーザ光Ｌ１１−ｍと第２の光分割部２０の第ｍのレーザ光Ｌ１２−ｍ同士を合成している。
【００７９】
このように、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、反射及び透過のパターンが互いに対称となっている経路を通過して分離されたレーザ光同士を合成している。従って、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、製造誤差により、分離光学系のビームスプリッタに透過及び反射の分離割合の違いが生じてしまっていても、レーザ光の合成を行うことにより、誤差を相殺することができる。
【００８０】
例えば、図２に示した第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０の第１のビームスプリッタ３１及び第２のビームスプリッタ３２の反射量及び透過量の比の誤差を２パーセントとし、ミラー３３の反射率を９９パーセントとした場合における、レーザ光Ｌ２０−１〜Ｌ２０−８の強度を示したグラフを図４に示す。図４では、レーザ光Ｌ２０−１の強度を基準とした場合における、各レーザ光の強度比率を示している。
【００８１】
この図４に示すように、上記の条件で８本のレーザ光を生成した場合、光の強度に１．１パーセント程度の差しか生じないことがわかる。
【００８２】
なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０の具体例として、ｎ＝４とした場合の構成例を示したが、ビームスプリッタの数を増加させることにより、ｎ＝４以外も同様の構成で実現できる。すなわち、ビームスプリッタの数をｊ個（ｊは自然数）とした場合、ｎ＝２ｊ本のレーザ光を出射することができる。
【００８３】
第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０によって分割されるレーザビームの数をｎとし、ｉ番目に配置されるビームスプリッタをＢＳｉとし、ｉの最大値、すなわち、光分割部に備えられるＢＳの数をｋとすると、ｎとｋとの関係は、以下の式２に示す通りとなる。
【００８４】
ｎ＝２ｋ・・・（１）
また、第ｉ番目のＢＳｉにおいてレーザビームが透過及び反射する回数ｍとｉとの関係は、以下の式３に示す通りとなる。
【００８５】
ｍ＝２（ｉ−１）・・・（３）
また、ＢＳｉでの透過率Ｔは、以下の（４）に示す通りとなる。
【００８６】
Ｔ＝０．５ｉ・・・（４）
さらにまた、ＢＳｉでの反射率Ｒは、以下の（５）に示す通りとなる。
【００８７】
Ｒ＝０．５ｉ・・・（５）
また、出力されるｎ本レーザビームを互いに干渉をしないインコヒーレントな光とするためには、各ビームスプリッタ及び反射鏡を次のように配置をする必要がある。
【００８８】
ここで、各ビームスプリッタへのレーザビームの入射角をθとし、レーザビームの可干渉距離をＬとする。
【００８９】
１番目のビームスプリッタと、反射鏡との距離ｔ０は、次の（６）に示すと通りに設定をする。
【００９０】
ｔ０≧Ｌ／（２ｃｏｓθ） ・・・（６）
また、第１番目に配置されるビームスプリッタＢＳ１と、第ｊ番目に配置されるビームスプリッタＢＳ（ｊ）との間の距離ｔ（ｊ−１）を、次の（７）に示す通りに設定をする。なお、ｊは、２からｋまでの整数である。
【００９１】
ｔｊ≧（（２（ｊ −１ ）−１）Ｌ／（２ｃｏｓθ） ・・・（７）
また、さらに、各ビームスプリッタ間、並びに、ビームスプリッタと反射鏡との間に、屈折率ｎの媒質を設けた場合、出力されるｎ本レーザビームを互いに干渉をしないインコヒーレントな光とするためには、各ビームスプリッタ及び反射鏡を次のように配置をする必要がある。
【００９２】
１番目のビームスプリッタと、反射鏡との距離ｔ０は、次の（８）に示すと通りに設定をする。
【００９３】
ｔ０≧Ｌ／（２ｎｃｏｓθ） ・・・（８）
また、第１番目に配置されるビームスプリッタＢＳ１と、第ｊ番目に配置されるビームスプリッタＢＳ（ｊ）との間の距離ｔ（ｊ−１）を、次の（９）に示す通りに設定をする。なお、ｊは、２からｋまでの整数である。
【００９４】
ｔｊ≧（２（ｊ −１ ）−１）Ｌ／（２ｎｃｏｓθ） ・・・（９）
このようにビームスプリッタを配置することによって、１本のレーザビームを、互いにインコヒーレントであり且つ強度が同一のｎ本の平行なレーザビームに分割することができる。
【００９５】
第２の実施の形態
つぎに、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置について説明する。なお、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置を説明するにあたり、同一の構成要素については、同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。
【００９６】
図５に、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置の構成図を示す。
【００９７】
本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置４０は、基板１１を載置するステージ１２と、レーザ光を出射する第１のレーザ光源１３と、第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第１のコリメータ１４及び第１のアテネータ１５と、レーザ光を出射する第２のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第２のコリメータ１８及び第２のアテネータ１９とを備えている。
【００９８】
また、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０は、第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光を水平方向（Ｘ方向）に２本のレーザ光に分割する第１の水平光分割部４１と、第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光を水平方向（Ｘ方向）に２本のレーザ光に分割する第２の水平光分割部４２と、第１の水平光分割部４１により分割された２本のレーザ光を垂直方向（Ｙ方向）に４分割して合計８本のレーザ光を出力する第１の垂直光分割部４３と、第２の水平光分割部４２により分割された２本のレーザ光を垂直方向（Ｙ方向）に４分割して合計８本のレーザ光を出力する第２の垂直光分割部４４と、第１の垂直光分割部４３及び第２の垂直光分割部４４から出射された各８本のレーザ光を混合して１６本のレーザ光を出射する光合成部４５と、１６個の凸レンズから構成され光合成部４５から出射された１６本のレーザ光が入射されるレンズアレイ４６と、レンズアレイ４６から出射された１６本のレーザ光を基板１１の所定の領域に導くコンデンサレンズ２３とを備えている。
【００９９】
第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光は第１の水平光分割部４１に入射され、第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光は第２の水平光分割部４２に入射される。
【０１００】
第１の水平光分割部４１は、入射されたレーザ光をＸ方向に分割して、等間隔に平行に並んだ２本のレーザ光を出射する。第１の水平光分割部４１から出射される２本のレーザ光の光路は、例えば図５中のＸ方向に並んでいる。また、第１の水平光分割部４１から出射される２本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第１の水平光分割部４１では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、２本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第１のレーザ光源１３により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第１の水平光分割部４１は、例えば、図３に示した光分割部１６のビームスプリッタ３２を取り除いた構成で実現することができる。
【０１０１】
第２の水平光分割部４２は、入射されたレーザ光をＸ方向に分割して、等間隔に平行に並んだ２本のレーザ光を出射する。第２の水平光分割部４２から出射される２本のレーザ光の光路は、例えば図５中のＸ方向に並んでいる。また、第２の水平光分割部４２から出射される２本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第２の水平光分割部４２では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、２本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第２のレーザ光源１７により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第２の水平光分割部４２は、例えば、図３に示した光分割部１６のビームスプリッタ３２を取り除いた構成で実現することができる。
【０１０２】
ここで、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２とは、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置が同一である。ただし、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２とは、出射するレーザ光の光軸方向を中心とし、その軸対象となった配置とされている。すなわち、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２とは、レーザ光の出射方向（Ｚ方向）に対して１８０°の軸回転した配置となっている。
【０１０３】
第１の水平光分割部４１から出射された２本のレーザ光は第１の垂直光分割部４３に入射され、第２の水平光分割部４２から出射された２本のレーザ光は第２の垂直光分割部４４に入射される。
【０１０４】
第１の垂直光分割部４３は、Ｘ方向に平行に並んだ２本のレーザ光のそれぞれを独立にＹ方向に４分割して出力する。従って、第１の垂直光分割部４３からは、合計８本のレーザ光が出射される。第１の垂直光分割部４３から出射される８本のレーザ光は、Ｘ方向に２列、Ｙ方向に４列並んだマトリクス状とされている。また、第１の垂直光分割部４３から出射される８本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、垂直方向のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第１のレーザ光源１３により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第１の垂直光分割部４３は、例えば、図３に示した光分割部１６をＺ方向を中心に９０度回転させたもので実現することができる。
【０１０５】
第２の垂直光分割部４４は、Ｘ方向に平行に並んだ２本のレーザ光のそれぞれを独立にＹ方向に４分割して出力する。従って、第２の垂直光分割部４４からは、合計８本のレーザ光が出射される。第２の垂直光分割部４４から出射される８本のレーザ光は、Ｘ方向に２列、Ｙ方向に４列並んだマトリクス状とされている。また、第２の垂直光分割部４４から出射される８本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、垂直方向のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第２のレーザ光源１７により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第２の垂直光分割部４４は、例えば、図３に示した光分割部１６をＺ方向を中心に−９０度回転させたもので実現することができる。
【０１０６】
ここで、図６に第１の水平光分割部４１、第１の垂直光分割部４３及び光合成部４５をＸ方向から見た図を示し、図７に第２の水平光分割部４２、第２の垂直光分割部４４及び光合成部４５をＸ方向から見た図を示す。図６及び図７に示すように、第１の垂直光分割部４３と第２の垂直分割部４４とは、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置が同一である。ただし、第１の垂直光分割部４３と第２の垂直分割部４４とは、出射するレーザ光の光軸方向に平行な軸を中心とし、その軸に対して１８０°反転した配置とされている。
【０１０７】
第１の垂直光分割部４３及び第２の垂直分割部４４から出射されたそれぞれ８本のレーザ光は、光合成部４５に入射される。
【０１０８】
光合成部４５は、第１の垂直光分割部４３から出射された８本のレーザ光と、第２の垂直光分割部４４から出射された８本のレーザ光とを混合し、水平方向（Ｘ方向）４列、垂直方向（Ｙ方向）４列に並んだマトリクス状のレーザ光群を出射する。光合成部４５から出射される１６本のレーザ光は、その強度が全て同一である。この光合成部４５の構成は、第１の実施の形態の光合成部２１と同一の構成である。ただし、第１の実施の形態では、Ｘ方向に１列に並んだレーザ光を合成するものであったが、第２の実施の形態では、マトリクス状に並んだレーザ光が入射されるので、光分離面に８本分のレーザ光を照射できるだけの十分な大きさを持たせる必要がある。
【０１０９】
光合成部４５は、入射されたレーザ光を反射及び透過して２つのレーザ光に分離するビームスプリッタ３４を備えている。ビームスプリッタ３４の光分離面は、Ｘ−Ｚ平面と直交している。ビームスプリッタ３４の透過と反射の分離比率は、１：１となっている。
【０１１０】
第１の垂直光分割部４３から出射された８本のレーザ光は、ミラー３５により反射された後、一方の面（以下、表面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。また、第２の垂直光分割部４４から出射された８本のレーザ光は、第１の垂直光分割部４３からのレーザ光が入射された面と反対側の面（以下、裏面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。
【０１１１】
第１の垂直光分割部４３及び第２の垂直光分割部４４から出射された合計１６本のレーザ光は、ビームスプリッタ３４の光分離面に対して、所定の角度φ（０°＜φ＜９０°）で入射される。ただし、第１の垂直光分割部４３から出射されたレーザ光と、第２の垂直光分割部４４から出射されたレーザ光との光軸は一致しないように入射される。
【０１１２】
さらに、第１の垂直光分割部４３から出射された（ｓ，ｔ）の位置のレーザ光と、第２の垂直光分割部４４から出射された（ｓ，ｔ）の位置のレーザ光とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置（もっとも、表面と裏面との違いはある）に入射される。ここで、（ｓ，ｔ）は、２×４のマトリクス状のレーザ光の位置を示す。なお、ｓ，ｔは、それぞれｓ＝１，２、ｔ＝１，２，３，４の値をとる。つまり、マトリクス内で同一位置のレーザ光同士が、同軸上に合成されることとなる。
【０１１３】
光合成部４５から出力された１６本の出力レーザ光は、レンズアレイ４６に入射される。
【０１１４】
レンズアレイ４６は、図８に示すようなマトリクス状に配列された１６個の凸レンズから構成されている。凸レンズの配列間隔は、光合成部４５から出射される出力レーザ光の間隔と同一で、各凸レンズが各出力レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ４６から出射された出力レーザ光は、一旦集光して、コンデンサレンズ２３に入射される。
【０１１５】
コンデンサレンズ２３は、レンズアレイ４６によって集光された１６本の出力レーザ光を合成して、基板１１上の所定の照射領域に集光する。
【０１１６】
以上のような構成の本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、レーザ光の分割を２次元的に行っている。この場合でも、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２との関係、第１の垂直光分割部４３と第２の垂直光分割部４４との関係が、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置構成が同一となっている。さらに、出射するレーザ光の光軸方向を中心軸とし、その中心軸に対して互いに１８０°反転した配置となっている。さらに、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、光合成部４５によって、第１の垂直光分割部４３から出射されたレーザ光と第２の垂直光分割部４４から出射されたレーザ光とを、マトリクス状における同一の位置のレーザ光同士を合成している。
【０１１７】
すなわち、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、相対する経路を通過して分離されたレーザ光同士を合成している。
【０１１８】
従って、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、設計誤差により、分離光学系のビームスプリッタに透過及び反射の分離割合の違いが生じてしまっていても、レーザ光の合成を行うことにより、誤差を相殺することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明にかかる光照射装置は、第１の出射手段と第２の出射手段とを備え、それぞれの出射手段内に同一の光学構成とされた光分割光学系を有している。光分割光学系は、１つ以上の光分離面を通過させて、１本の光ビームをｎ本の光ビームに分割する光学系である。
【０１２０】
さらに、本発明にかかる光照射装置では、上記第１の出射手段及び第２の出射手段により生成された各ｎ本の光ビームに対して、その光ビームの生成経路中における反射及び透過により生じた光路長の短い順に、１番目からｎ番目まで順位を付ける。光合成手段は、第１の出射手段により生成された第ｍ番目（ｍは１からｎまでの任意の整数）の光ビームと、第２の出射手段により生成された第（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームとを同軸上に合成する。
【０１２１】
従って、本発明にかかる光照射装置では、相対する光学経路をたどった光ビーム同士を合成するので、分割経路上で生じる誤差成分が相殺され、光合成手段から出力される複数の光ビームの強度が同一となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置の構成図である。
【図２】上記第１の実施の形態のレーザアニール装置の分割光学系及び合成光学系の構成図である。
【図３】上記分割光学系の一例の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態のレーザアニール装置で分割された８本のレーザ光の強度分布グラフを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置の構成図である。
【図６】上記第２の実施の形態のレーザアニール装置の第１の分割光学系の構成図である。
【図７】上記第２の実施の形態のレーザアニール装置の第２の分割光学系の構成図である。
【図８】上記第２の実施の形態のレーザアニール装置のレンズアレイを説明するための図である。
【図９】従来のレーザアニール装置の構成図である。
【図１０】従来のレーザアニール装置で分割された４本のレーザ光の強度分布グラフを示す図である。
【符号の説明】
１０，４０ レーザアニール装置、１１ 基板、１２ ステージ、１３，１７レーザ光源、１４，１８ コリメータ、１５，１９ アテネータ、１６ 第１の光分割部、２０ 第２の光分割部、２１，４５ 光合成部、２２，４６ レンズアレイ、２３ コンデンサレンズ、４１ 第１の水平光分割部、４２ 第２の水平光分割部、４３ 第１の垂直光分割部、４４ 第２の垂直光分割部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造などに用いられるレーザアニール装置等に適用される光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ等の薄膜トランジスタのチャネル層にキャリア移動度の高いポリシリコン膜が用いられるようになっている。薄膜トランジスタのチャネル層に用いられるポリシリコン膜は、一般に、ガラス基板上のアモルファスシリコンにレーザ光を照射して熱処理をすることによって製造される。このようにレーザ光を照射して物質を熱処理する方法は、レーザアニール処理と呼ばれている。レーザアニール処理を行う装置は、レーザアニール装置と呼ばれている。
【０００３】
ポリシリコン膜を製造する場合、ビーム径内のエネルギ強度が均一となっているレーザ光によりレーザアニールをしなければ、薄膜トランジスタの特性が悪化してしまう。
【０００４】
ところが、コリメータ等で形成された平行光束は、ビーム径内のエネルギ強度分布がガウス分布となっている。つまり、通常の平行光束は、ビーム径の中心部分では強度が高く、光束の周縁部分では強度が低くなっている。そのため、レーザアニール装置では、ビーム径内の強度分布がガウス分布となっているレーザ光から、スポットの中心部分から周縁部分まで均一な強度分布のレーザ光を形成し、そのレーザ光を用いて熱処理を行わなければならない。通常、レーザアニール装置では、レーザ発振器から出射されたレーザ光をコリメータ等で平行光束としたのち、フライアイレンズ等の光分割手段で複数の光束を作り、再度その光束を合成することによって、基板上のレーザ光の照射領域の強度分布を均一化している。
【０００５】
ところで、レーザ発振器の中の一つに固体レーザがある。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を光によって励起して、レーザビームの出射を行う装置である。
【０００６】
固体レーザは、出射するレーザビームが安定しており、寿命も長い。したがって、レーザアニール装置のレーザ光源として固体レーザを採用することによって、レーザアニール装置の一般的な光源として利用されているエキシマレーザを採用したときに生じる不安定性の問題点が解決されると考えられる。
【０００７】
しかしながら、固体レーザから出射されたレーザビームは、エキシマレーザから出射されたレーザビームと比較して干渉性が高い。したがって、レーザ光源として固体レーザを採用したときには、フライアイレンズによって分割された各レーザビームを合成すると、互いに干渉してしまう。干渉したレーザ光を用いた場合、照射スポット内に干渉縞が生じ、ビーム径内の強度分布を均一化することができない。
【０００８】
このような問題を解決するため、本出願人は、フライアイレンズの代わりに、１本のレーザ光を互いに干渉性のない複数のレーザ光に分割する分割光学手段を用いたレーザアニール装置を、日本国特許出願 特願２００１−３７４９２２で提案した。
【０００９】
以下、上記特許出願で提案したレーザアニール装置について簡単に説明をする。図９に、上記特許出願で提案したレーザアニール装置の構成図を示す。
【００１０】
上記特許出願で提案したレーザアニール装置１００では、先ず、レーザ光源１０１からレーザ光Ｌ１２０が出射される。レーザ光源１０１から出射されたレーザ光Ｌ１２０は、コリメータ１０２によって平行光とされた後に、光分割部１０３に入射される。
【００１１】
光分割部１０３は、第１及び第２のビームスプリッタ（以下、ＢＳと略す）１０４，１０５と、反射鏡１０６とを備えている。第１のＢＳ１０４の光分割面、第２のＢＳ１０５の光分割面及び反射鏡１０６の光反射面は、全て平行に配置されている。
【００１２】
コリメータ１０２によって平行光とされたレーザ光Ｌ１２０は、第１のＢＳ１０４に入射される。第１のＢＳ１０４は、レーザ光Ｌ１２０を透過光（以下、レーザ光Ｌ１２１と称する。）と反射光（以下、レーザ光Ｌ１２２と称する。）とに分離する。第１のＢＳ１０４は、１：１の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
【００１３】
レーザ光Ｌ１２１は、第２のＢＳ１０５に入射する。第２のＢＳ０１５は、入射されたレーザ光Ｌ１２１を、さらに、透過光（以下、レーザ光Ｌ１２３と称する。）と反射光（以下、レーザ光Ｌ１２４と称する。）とに分離する。第２のＢＳ１０５は、１：１の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
【００１４】
レーザ光Ｌ１２３は第１の凸レンズ１０７に入射する。レーザ光Ｌ１２４は反射鏡１０６によって反射された後に第２の凸レンズ１０８に入射する。
【００１５】
一方、レーザ光Ｌ１２２は、反射鏡１０６によって反射された後に、第２のＢＳ１０５に入射する。第２のＢＳ１０５は、入射されたレーザ光Ｌ１２２を、さらに、透過光（以下、レーザ光Ｌ１２５と称する。）と反射光（以下、レーザ光Ｌ１２６と称する。）とに分離する。第２のＢＳ１０５は、１：１の強度割合で透過光と反射光とを分割する。
【００１６】
レーザ光Ｌ１２５は、第３の凸レンズ１０９に入射し、レーザ光Ｌ１２６は反射鏡１０６によって反射された後に第４の凸レンズ１１１に入射する。
【００１７】
以上のように生成された４本のレーザ光Ｌ１２３，Ｌ１２４，Ｌ１２５，Ｌ１２６は、互いに平行であり、その強度が全て分割前のレーザ光Ｌ１２０に対して１／４となっている。
【００１８】
レーザ光Ｌ１２３、レーザ光Ｌ１２４、レーザ光Ｌ１２５及びレーザ光Ｌ１２６は、第１〜第４の凸レンズ１０７〜１１０により、それぞれ一度集束した後に、コンデンサレンズ１１１へ入射する。そして、コンデンサレンズ１１１が、レーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６を、それぞれ基板１１２上の所定の範囲に照射する。
【００１９】
以上説明したレーザアニール装置１００では、第１のＢＳ１０４の光分割面と第２のＢＳ１０５の光分割面との間の間隔ｔと、第１のＢＳ１０４の光分割面と反射鏡１０６の反射面との間の間隔ｔとが、レーザ光源１０１から出射されたレーザ光の可干渉距離をＬとし、各光分離面間及び光分離面と反射鏡との間の媒質の屈折率をｎ、光分割面への入射光ビームの入射角をθとしたとき、次の式（１）を満たすように設定される。
【００２０】
ｔ＞Ｌ／（２ｎｃｏｓθ） ・・・（１）
従って、レーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６は、同一のレーザ光源１０１から出射されたレーザ光であるにもかかわらず、全ての光路が可干渉距離以上となっており、互いに干渉しない。したがって、レーザアニール装置１００は、干渉縞を生じさせることなく基板１１２上の所定の範囲を均一な強度で照射し、被照射物全体を均一に照射することが可能となる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のレーザアニール装置１００において、ＢＳ１０４，１０５の光の透過量と反射量との比は、理想的には１：１であることが望ましい。しかしながら、製造誤差等により、実際上の透過量と反射量との比は１：１とはならない。また、反射鏡１０６の反射率も、理想的には１００パーセントであることが望ましい。しかしながら、製造誤差等により、実際上の反射率は、１００パーセントよりも低くなってしまう。従って、光分割部１０３から出射されるレーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６は、理想的には全て同一の強度であることが望ましいが、実際上、強度は同一とならない。
【００２２】
例えば、ＢＳ１０４，１０５の反射率と透過率との比の誤差を２パーセントとし、反射鏡１０６の反射率を９９パーセントとした場合における、レーザ光Ｌ１２３〜Ｌ１２６の強度を示したグラフを図１０に示す。図１０では、レーザ光Ｌ１２３の強度を基準とした場合における、各レーザ光の強度比率を示している。
【００２３】
この図１０に示すように、上記の条件で４本のレーザ光を生成した場合、光の強度に１７パーセント程度の差が生じてしまうことがわかる。ＢＳ１０４，１０５及び反射鏡１０６のそれぞれの誤差が小さいにも関わらず、これほどの強度差が生じてしまうのは、多重反射により製造誤差成分が蓄積してしまうためである。
【００２４】
本発明は、以上の実状を鑑みて提案されたものであり、１本のレーザ光を複数のレーザ光に分割する際に、分割された各レーザ光の強度を同一とする光照射装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる光照射装置は、光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光に分割する１以上の光分離面を有した光学構造とされ、１本の光ビームが入射され、入射された１本の光ビームを上記１以上の光分離面を経由させることによってｎ本（ｎは２以上の自然数）の光ビームを生成する第１の出射手段と、上記第１の出射手段と同一の光学構造とされ、１本の光ビームが入射され、入射された１本の光ビームを上記１以上の光分離面を経由させることによってｎ本の光ビームを生成する第２の出射手段と、上記第１の出射手段から出射されたｎ本の光ビームと上記第２の出射手段から出射されたｎ本の光ビームとが入射され、互いの１本の光ビーム同士を合成して、ｎ本の光ビームを出力する光合成手段とを備えている。
【００２６】
上記光合成手段は、上記第１の出射手段及び第２の出射手段により生成された各ｎ本の光ビームに対して、その光ビームの生成経路中における反射及び透過により生じた光路長の短い順に、１番目からｎ番目まで順位を付けたとき、第１の出射手段により生成された第ｍ番目（ｍは１からｎまでの任意の整数）の光ビームと、第２の出射手段により生成された第（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームとを同軸上に合成する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として本発明を適用したレーザアニール装置について図面を参照しながら説明をする。なお、以下説明を行う本発明の実施の形態のレーザアニール装置は、平板状のアニール対象物である基板にレーザ光を照射することによって、当該基板を熱処理する装置である。例えば、本発明の実施の形態のレーザアニール装置は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置のスイッチング素子となる薄膜トランジスタのチャネル層の形成時に用いられる。すなわち、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜に対して熱処理をしてポリシリコン膜を形成する際に用いられる。
【００２８】
第１の実施の形態
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。図１に本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置の構成図を示す。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置１０は、基板１１を載置するステージ１２と、レーザ光を出射する第１のレーザ光源１３と、第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第１のコリメータ１４及び第１のアテネータ１５と、第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第１の光分割部１６と、レーザ光を出射する第２のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第２のコリメータ１８及び第２のアテネータ１９と、第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光をｎ本のレーザ光に分割する第２の光分割部２０とを備えている。なお、ｎは自然数である。
【００３０】
また、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０は、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射された各ｎ本のレーザ光を混合して（２×ｎ）本のレーザ光を出射する光合成部２１と、（２×ｎ）個の凸レンズから構成され光合成部２１から出射された（２×ｎ）本のレーザ光が入射されるレンズアレイ２２と、レンズアレイ２２から出射された（２×ｎ）本のレーザ光を基板１１の所定の領域に導くコンデンサレンズ２３とを備えている。
【００３１】
ステージ１２は、平板状の基板１１が載せられる平坦な主面を有している。ステージ１１は、主面上に載せられた基板１１を保持しながら、主面に平行な方向（図１中のＸ方向，Ｙ方向）に移動する。レーザアニール装置１０では、ステージ１２を移動させることによって、基板１１とレーザ光の照射スポットとの相対位置を移動させることができる。つまり、ステージ１２を移動させることによって、基板１１上のアニールを行う位置を制御することができる。なお、ステージ１２の移動制御は、図示しないコントローラにより行われる。
【００３２】
第１のレーザ光源１３及び第２のレーザ光源１７は、それぞれ１つの光束のレーザ光をパルス発振して出力する。レーザアニール装置１０では、第１のレーザ光源１３及び第２のレーザ光源１７として固体レーザを採用している。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を、光によって励起して、レーザビームを出射する装置である。固体レーザの例としては、母体材料にガラスを用いてＮｄ３＋をドープしたガラスレーザや、ルビーにＣｒ３＋をドープしたルビーレーザ、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）にＮｄ３＋をドープしたＹＡＧレーザ、さらに、それらのレーザの波長を非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザなどが挙げられる。また、固定レーザではなく、半導体レーザ等も用いてもよい。
【００３３】
なお、第１のレーザ光源１３と第２のレーザ光源１７とは、同一波長のレーザ光を出射するが、異なるレーザ発振器となっており、両者から出射されたレーザ光は合成されたとしても干渉はしない。
【００３４】
第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光は、第１のコリメータ１４に入射される。第１のコリメータ１４は、入射されたレーザ光を所定のビーム径の平行光束とする。第１のコリメータ１４から出射されたレーザ光は、第１のアテネータ１５に入射される。第１のアテネータ１５は、入射されたレーザ光の強度を調整する。第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光は、第１の光分割部１６に入射される。
【００３５】
第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光は、第２のコリメータ１８に入射される。第２のコリメータ１８は、入射されたレーザ光を所定のビーム径の平行光束とする。第２のコリメータ１８から出射されたレーザ光は、第２のアテネータ１９に入射される。第２のアテネータ１９は、入射されたレーザ光の強度を調整する。第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光は、第２の光分割部２０に入射される。
【００３６】
以下、第１のアテネータ１５から第１の光分割部１２へ入射されるレーザ光を、レーザ光Ｌ１１という。また、第２のアテネータ１９から第２の光分割部２０へ入射されるレーザ光を、レーザ光Ｌ１２という。レーザ光Ｌ１１とレーザ光Ｌ１２とは、互いに強度及びビーム径が同一となるように、コリメータ１４，１８及びアテネータ１５，１９により調整されている。
【００３７】
第１の光分割部１６は、入射されたレーザ光Ｌ１１を分割して、等間隔に並んだｎ本の平行なレーザ光を出射する。第１の光分割部１６から出射されるｎ本のレーザ光の光路は、例えば図１中のＸ方向に並んでいる。また、第１の光分割部１６から出射されるｎ本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第１の光分割部１６では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光Ｌ１１の入射口から出射口までの光路の長さが、ｎ本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第１のレーザ光源１３により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。このため、出射される各レーザ光は、互いに干渉性がない状態とされる。
【００３８】
なお、第１の光分割部１６から出射されるｎ本のレーザ光は、その並びの順序に従い番号を付けて説明をする。例えば、第１の光分割部１６から出射されるｎ本レーザは、図１中Ｘ方向に並んでおり、Ｘ方向の一方から順番に１ずつ増加するように番号が付けられている。具体的には、Ｘ方向の一方から、第１番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１１−１とし、第２番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１１−２とし、第３番目のレーザ光Ｌ１１−３とし、以下順次番号を付けていき、最後に第ｎ番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１１−ｎとする。
【００３９】
第２の光分割部２０は、入射されたレーザ光Ｌ１２を分割して、等間隔に平行に並んだｎ本のレーザ光を出射する。第２の光分割部２０から出射されるｎ本のレーザ光の光路は、例えば図１中のＸ−Ｚ平面上に形成され、Ｘ方向に並んでいる。また、第２の光分割部２０から出射されるｎ本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第２の光分割部２０では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光Ｌ１２の入射口から出射口までの光路の長さが、ｎ本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第２のレーザ光源１７により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。このため、出射される各レーザ光は、互いに干渉性がない状態とされる。
【００４０】
なお、第２の光分割部２０から出射されるｎ本のレーザ光は、その並びの順序に従い番号を付けて説明をする。例えば、第２の光分割部２０から出射されるレーザ光は、図１Ｘ方向に並んでおり、Ｘ方向の一方から順番に１ずつ増加するように番号が付けられている。なお、番号を増加させていく方向は、第１の光分割部１６に付けた番号の増加方向と同一とする。具体的には、Ｘ方向の一方から、第１番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１２−１とし、第２番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１２−２とし、第３番目のレーザ光Ｌ１２−３とし、以下順次番号を付けていき、最後に第ｎ番目のレーザ光をレーザ光Ｌ１２−ｎとする。
【００４１】
ここで、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とは、互いに同一の光学部材を用い、その光学部材の内部の配置が同一である。
【００４２】
ただし、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とは、出射するレーザ光の光軸方向に平行な軸を中心とし、その軸に対して１８０°反転された配置とされている。すなわち、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とは、図１中Ｚ方向の軸を中心に１８０度反転した配置となっている。
【００４３】
このため、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射されるレーザ光の関係が次のようになっている。すなわち、第１の光分割部１６の第１番目のレーザ光Ｌ１１−１を生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第ｎ番目のレーザ光Ｌ１２−ｎを生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。また、第１の光分割部１６の第２番目のレーザ光Ｌ１１−２を生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第（ｎ−１）番目のレーザ光Ｌ１２−（ｎ−１）を生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。また、第１の光分割部１６の第３番目のレーザ光Ｌ１１−３を生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第（ｎ−２）番目のレーザ光Ｌ１２−（ｎ−２）を生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。
【００４４】
つまり、第１の光分割部１６の第ｍ（ｍは１以上ｎ以下の整数）番目のレーザ光Ｌ１１−ｍを生成するために形成された第１の光分割部１６内の光学経路と、第２の光分割部２０の第（ｎ−ｍ＋１）番目のレーザ光Ｌ１２−（ｎ−ｍ＋１）を生成するために形成された第２の光分割部２０内の光学経路とが同じとなる。従って、第１の光分割部１６の第ｍ番目のレーザ光と、第２の光分割部２０の第（ｎ−ｍ＋１）番目のレーザ光とは、入射されたレーザ光から同一の光学部材を通過して生成されることとなる。
【００４５】
なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０の具体的な構成例については、その詳細を後述する。
【００４６】
以上のような第１の光分割部１６から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１１−１〜Ｌ１１−ｎ、並びに、第２の光分割部２０から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１２−１〜Ｌ１２−ｎは、光合成部２１に入射される。
【００４７】
光合成部２１は、第１の光分割部１６から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１１−１〜Ｌ１１−ｎと、第２の光分割部２０から出射されたｎ本のレーザ光Ｌ１２−１〜Ｌ１２−ｎとを合成し、等間隔に平行に並んだ（２×ｎ）本のレーザ光を出射する。光合成部２１から出射されるｎ本のレーザ光は、例えば図１中のＸ方向に並んでいる。（２×ｎ）本のレーザ光の強度は全て同一である。
【００４８】
以下、光合成部２１から出射された（２×ｎ）本の出力レーザ光に対して、その並び順序に従い番号を付ける。具体的には、光合成部２１から出力される第１番目のレーザ光をレーザ光Ｌ２０−１とし、第２番目のレーザ光をレーザ光Ｌ２０−２とし、第３番目のレーザ光Ｌ２０−３とし、第ｎ番目のレーザ光をレーザ光Ｌ２０−ｎとし、第（ｎ＋１）番目のレーザ光をＬ２０−（ｎ＋１）とし、第（ｎ＋ｎ）番目のレーザ光をＬ２０−（ｎ＋ｎ）とする。
【００４９】
なお、光合成部２１の具体的な構成例については、その詳細を後述する。
【００５０】
光合成部２１から出力された（２×ｎ）本の出力レーザ光（Ｌ２０−１〜Ｌ２０−（ｎ＋ｎ））は、レンズアレイ２２に入射される。
【００５１】
レンズアレイ２２は、光合成部２１から出射される（２×ｎ）本の出力レーザ光が並んでいる方向（例えば図１中Ｘ方向）に等間隔に一列に配列された（２×ｎ）個の凸レンズから構成されている。凸レンズの配列間隔は、光合成部２１から出射される出力レーザ光の間隔と同一で、各凸レンズが各出力レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ２２から出射された出力レーザ光は、一旦集光して、コンデンサレンズ２３に入射される。
【００５２】
コンデンサレンズ２３は、レンズアレイ２２によって集光された（２×ｎ）本の出力レーザ光を基板１１上の所定の照射領域上に合成し、合成した光を基板１１上に照射する。
【００５３】
以上のような構成のレーザアニール装置１０では、ステージ１２上に基板１１が載置され、その後、レーザアニール処理が開始される。レーザアニール装置１０は、レーザアニール処理が開始されると、第１のレーザ光源１３及び第２のレーザ光源１７からパルスレーザが出射される。
【００５４】
第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光は、第１のコリメータ１４，第１のアテネータ１５及び第１の光分割部１６を通過して、互いに干渉性がなく同一強度のｎ本の平行光束とされる。第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光は、第２のコリメータ１８，第２のアテネータ１９及び第２の光分割部２０を通過して、互いに干渉性がなく同一強度のｎ本の平行光束とされる。
【００５５】
第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射されたそれぞれｎ本のレーザ光は、光合成部２１により合成され、（２×ｎ）本の出力レーザ光とされる。（２×ｎ）本の出力レーザ光は、レンズアレイ２２及びコリメータ２３を介して合成され、基板１１上の所定の領域に照射される。
【００５６】
そして、レーザアニール装置１０では、ステージ１２を平行移動させて、平板状の基板１１を、主面に対して平行な方向（図１中Ｘ−Ｙ方向）に移動させ、基板１１の全領域にレーザ光を照射してアニール処理を行う。
【００５７】
分割光学系及び合成光学系の構成
つぎに、第１の光分割部１６、第２の光分割部２０及び光合成部２１の構成についてさらに詳細に説明をする。なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射されるレーザ光の本数を４本、つまり、ｎ＝４とした場合の第１の光分割部１６、第２の光分割部２０及び光合成部２１の構成を例にとって説明する。
【００５８】
図２に、ｎ＝４とした場合の第１の光分割部１６、第２の光分割部２０及び光合成部２１の構成を示す。また、図３に、ｎ＝４とした場合の第１の光分割部１６の構成を示す。なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０に入射されるレーザ光Ｌ１１，Ｌ１２の入射方向を、Ｚ方向とする。このＺ方向は、ステージ１１の主面に対して直交する方向である。また、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射される各４本のレーザ光は、所定の方向に平行に並んで出射されるが、そのレーザ光の配列方向を、Ｘ方向とする。なお、Ｘ方向とＺ方向とは互いに直交する方向である。
【００５９】
第１の光分割部１６は、図２及び図３に示すように、平面状の光分離面がＺ方向に並ぶように配置された第１のビームスプリッタ（ＢＳ）３１及び第２のＢＳ３２を備えている。第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２は、光分離面に入射されたレーザ光を透過及び反射し、２つのレーザ光に分離する素子である。透過と反射の分離比率は、設計上は１：１となっている。
【００６０】
第１の光分割部１６は、光反射面が第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２の光分離面と平行とされ、第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２とＺ方向に並んで配置されたミラー３３を備えている。ミラー３３は、平面状の光反射面に入射されたレーザ光を反射する素子である。ミラー３３は、第１のＢＳ３１よりもレーザ光Ｌ１１の入射側に配置されている。
【００６１】
第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２の光分離面、並びに、ミラー３３の光反射面は、Ｘ−Ｚ軸で形成される平面に対して垂直に配置され、且つ、入射されるレーザ光Ｌ１１の入射方向（すなわち、Ｘ方向）に対して所定の角度θ（０°＜θ＜９０°）をもって配置されている。つまり、レーザ光Ｌ１１は、第１のＢＳ３１及び第２のＢＳ３２の光分離面に対して入射角θで入射される。
【００６２】
第１のＢＳ３１は、第１のレーザ光Ｌ１１−１の光軸上に配置されている。また、第２のＢＳ３２も、第１のレーザ光Ｌ１１−１の光軸上に配置されている。また、第１のＢＳ３１は、入射光であるレーザ光Ｌ１１のみが入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。第２のＢＳ３１は、第１のＢＳ３１の透過光、及び、ミラー３３で反射された後の第１のＢＳ３１の反射光が入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。ミラー３３は、第１のＢＳ３１の反射光、及び、第２のＢＳ３２の２つの反射光が入射され、入射光Ｌ１１を遮らないような配置及び大きさとなっている。
【００６３】
ただし、第１のＢＳ３１とミラー３３との間の距離ｔ１は、第１のレーザ光源１３により設定されている可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上とされている。また、第１のＢＳ３１と第２のＢＳ３２との間の距離ｔ２も、第１のレーザ光源１３により設定されている可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上とされている。
【００６４】
第１の光分割部１６は、以上のような構成となっていることにより、Ｘ方向に平行に並んだ互いに干渉性のない４本のレーザ光を出射することができる。
【００６５】
具体的には、第１のレーザ光Ｌ１１−１は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。第２のレーザ光Ｌ１１−２は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。第３のレーザ光Ｌ１１−３は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。第４のレーザ光Ｌ１１−４は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。
【００６６】
第１の光分割部１６から出射される４本のレーザ光は、互いに可干渉距離以上の光路を通過して生成されているので、合成されても干渉が生じない。
【００６７】
つまり、第１のレーザ光Ｌ１１−１の光路の長さと第２のレーザ光Ｌ１１−２の光路の長さを比較すると、第１のＢＳ３１とミラー３３との間の距離ｔ１が、可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上となっているので、第２のレーザ光Ｌ１１−２の光路の長さの方が可干渉距離Ｌ以上長くなる。第２のレーザ光Ｌ１１−２の光路の長さと第３のレーザ光Ｌ１１−３の光路の長さを比較すると、第１のＢＳ３１と第２のＢＳ３２との間の距離ｔ２が、可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上となっているので、第３のレーザ光Ｌ１１−３の光路の長さの方が可干渉距離以上長くなる。第３のレーザ光Ｌ１１−３の光路の長さと第４のレーザ光Ｌ１１−４の光路の長さを比較すると、第１のＢＳ３１とミラー３３との間の距離ｔ１が、可干渉距離をＬとしたとき、Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上となっているので、第４のレーザ光Ｌ１１−４の光路の長さの方が可干渉距離以上長くなる。
【００６８】
第２の光分割部２０は、以上のような構成の第１の光分割部１６と同一の光学部材を用いて、同一の配置構成とされている。
【００６９】
ただし、第２の光分割部２０は、図２に示すように、出力するレーザ光の出射方向（Ｚ方向）を軸として、１８０°軸反転した配置となっている。
【００７０】
従って、第１のレーザ光Ｌ１２−１は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。第２のレーザ光Ｌ１１−２は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を反射する経路で生成される。第３のレーザ光Ｌ１１−３は、第１のＢＳ３１を反射並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。第４のレーザ光Ｌ１１−４は、第１のＢＳ３１を透過並びに第２のＢＳ３２を透過する経路で生成される。
【００７１】
光合成部２１は、図２に示すように、入射されたレーザ光を反射及び透過して２つのレーザ光に分離するビームスプリッタ３４を備えている。ビームスプリッタ３４の光分離面は、Ｘ−Ｚ平面と直交している。ビームスプリッタ３４の透過と反射の分離比率は、１：１となっている。
【００７２】
第１の光分割部１６から出射された４本のレーザ光（Ｌ１１−１〜Ｌ１１−４）は、ミラー３５により反射された後、一方の面（以下、表面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。また、第２の光分割部２０から出射された４本のレーザ光（Ｌ１２−１〜Ｌ１２−４）は、第１の光分割部１６からのレーザ光が入射された面と反対側の面（以下、裏面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。
【００７３】
第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０から出射された８本のレーザ光は、全てビームスプリッタ３４の光分割面と直交する平面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）に沿って、当該ビームスプリッタ３４に入射される。また、各レーザ光は、ビームスプリッタ３４の光分離面に対して、所定の角度φ（０°＜φ＜９０°）で入射される。ただし、第１の光分割部１６から出射されたレーザ光（Ｌ１１−１〜Ｌ１１−４）と、第２の光分割部２０から出射されたレーザ光（Ｌ１２−１〜Ｌ１２−４）との光軸は一致しないように入射される。
【００７４】
さらに、第１の光分割部１６から出射された第１のレーザ光Ｌ１１−１と、第２の光分割部２０から出射された第１のレーザ光Ｌ１２−１とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置（もっとも、表面と裏面との違いはある）に入射される。第１の光分割部１６から出射された第２のレーザ光Ｌ１１−２と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−２とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置に入射される。第１の光分割部１６から出射された第３のレーザ光Ｌ１１−３と、第２の光分割部２０から出射された第３のレーザ光Ｌ１２−３とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置に入射される。第１の光分割部１６から出射された第４のレーザ光Ｌ１１−４と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−４とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置に入射される。
【００７５】
従って、第１の光分割部１６から出射された第１のレーザ光Ｌ１１−１の反射光（Ｌ１１−１＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第１のレーザ光Ｌ１２−１の透過光（Ｌ１２−１＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−１として出射される。第１の光分割部１６から出射された第２のレーザ光Ｌ１１−２の反射光（Ｌ１１−２＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−２の透過光（Ｌ１２−２＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−２として出射される。第１の光分割部１６から出射された第３のレーザ光Ｌ１１−３の反射光（Ｌ１１−３＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第３のレーザ光Ｌ１２−３の透過光（Ｌ１２−３＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−３として出射される。第１の光分割部１６から出射された第４のレーザ光Ｌ１１−４の反射光（Ｌ１１−４＿ｒ）と、第２の光分割部２０から出射された第４のレーザ光Ｌ１２−４の透過光（Ｌ１２−４＿ｔ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−４として出射される。
【００７６】
また、第１の光分割部１６から出射された第１のレーザ光Ｌ１１−１の透過光（Ｌ１１−１＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第１のレーザ光Ｌ１２−１の反射光（Ｌ１２−１＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−５として出射される。第１の光分割部１６から出射された第２のレーザ光Ｌ１１−２の透過光（Ｌ１１−２＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第２のレーザ光Ｌ１２−２の反射光（Ｌ１２−２＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−６として出射される。第１の光分割部１６から出射された第３のレーザ光Ｌ１１−３の透過光（Ｌ１１−３＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第３のレーザ光Ｌ１２−３の反射光（Ｌ１２−３＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−７として出射される。第１の光分割部１６から出射された第４のレーザ光Ｌ１１−４の透過光（Ｌ１１−４＿ｔ）と、第２の光分割部２０から出射された第４のレーザ光Ｌ１２−４の反射光（Ｌ１２−４＿ｒ）とが同軸上に合成され、出力光Ｌ２０−８として出射される。
【００７７】
なお、出力光Ｌ２０−５〜Ｌ２０−８はミラー３６により反射され、出力光Ｌ２０−１〜Ｌ２０−４と平行とされて出射される。
【００７８】
以上のように、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とが、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置構成が同一となっている。また、第１の光分割部１６と第２の光分割部２０とが、出射するレーザ光の光軸方向を中心軸とし、その中心軸に対して互いに１８０°反転した配置となっている。さらに、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、光合成部２１によって、第１の光分割部１６の第ｍ（１≦ｍ≦ｎ）のレーザ光Ｌ１１−ｍと第２の光分割部２０の第ｍのレーザ光Ｌ１２−ｍ同士を合成している。
【００７９】
このように、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、反射及び透過のパターンが互いに対称となっている経路を通過して分離されたレーザ光同士を合成している。従って、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、製造誤差により、分離光学系のビームスプリッタに透過及び反射の分離割合の違いが生じてしまっていても、レーザ光の合成を行うことにより、誤差を相殺することができる。
【００８０】
例えば、図２に示した第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０の第１のビームスプリッタ３１及び第２のビームスプリッタ３２の反射量及び透過量の比の誤差を２パーセントとし、ミラー３３の反射率を９９パーセントとした場合における、レーザ光Ｌ２０−１〜Ｌ２０−８の強度を示したグラフを図４に示す。図４では、レーザ光Ｌ２０−１の強度を基準とした場合における、各レーザ光の強度比率を示している。
【００８１】
この図４に示すように、上記の条件で８本のレーザ光を生成した場合、光の強度に１．１パーセント程度の差しか生じないことがわかる。
【００８２】
なお、第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０の具体例として、ｎ＝４とした場合の構成例を示したが、ビームスプリッタの数を増加させることにより、ｎ＝４以外も同様の構成で実現できる。すなわち、ビームスプリッタの数をｊ個（ｊは自然数）とした場合、ｎ＝２ｊ本のレーザ光を出射することができる。
【００８３】
第１の光分割部１６及び第２の光分割部２０によって分割されるレーザビームの数をｎとし、ｉ番目に配置されるビームスプリッタをＢＳｉとし、ｉの最大値、すなわち、光分割部に備えられるＢＳの数をｋとすると、ｎとｋとの関係は、以下の式２に示す通りとなる。
【００８４】
ｎ＝２ｋ・・・（１）
また、第ｉ番目のＢＳｉにおいてレーザビームが透過及び反射する回数ｍとｉとの関係は、以下の式３に示す通りとなる。
【００８５】
ｍ＝２（ｉ−１）・・・（３）
また、ＢＳｉでの透過率Ｔは、以下の（４）に示す通りとなる。
【００８６】
Ｔ＝０．５ｉ・・・（４）
さらにまた、ＢＳｉでの反射率Ｒは、以下の（５）に示す通りとなる。
【００８７】
Ｒ＝０．５ｉ・・・（５）
また、出力されるｎ本レーザビームを互いに干渉をしないインコヒーレントな光とするためには、各ビームスプリッタ及び反射鏡を次のように配置をする必要がある。
【００８８】
ここで、各ビームスプリッタへのレーザビームの入射角をθとし、レーザビームの可干渉距離をＬとする。
【００８９】
１番目のビームスプリッタと、反射鏡との距離ｔ０は、次の（６）に示すと通りに設定をする。
【００９０】
ｔ０≧Ｌ／（２ｃｏｓθ） ・・・（６）
また、第１番目に配置されるビームスプリッタＢＳ１と、第ｊ番目に配置されるビームスプリッタＢＳ（ｊ）との間の距離ｔ（ｊ−１）を、次の（７）に示す通りに設定をする。なお、ｊは、２からｋまでの整数である。
【００９１】
ｔｊ≧（（２（ｊ −１ ）−１）Ｌ／（２ｃｏｓθ） ・・・（７）
また、さらに、各ビームスプリッタ間、並びに、ビームスプリッタと反射鏡との間に、屈折率ｎの媒質を設けた場合、出力されるｎ本レーザビームを互いに干渉をしないインコヒーレントな光とするためには、各ビームスプリッタ及び反射鏡を次のように配置をする必要がある。
【００９２】
１番目のビームスプリッタと、反射鏡との距離ｔ０は、次の（８）に示すと通りに設定をする。
【００９３】
ｔ０≧Ｌ／（２ｎｃｏｓθ） ・・・（８）
また、第１番目に配置されるビームスプリッタＢＳ１と、第ｊ番目に配置されるビームスプリッタＢＳ（ｊ）との間の距離ｔ（ｊ−１）を、次の（９）に示す通りに設定をする。なお、ｊは、２からｋまでの整数である。
【００９４】
ｔｊ≧（２（ｊ −１ ）−１）Ｌ／（２ｎｃｏｓθ） ・・・（９）
このようにビームスプリッタを配置することによって、１本のレーザビームを、互いにインコヒーレントであり且つ強度が同一のｎ本の平行なレーザビームに分割することができる。
【００９５】
第２の実施の形態
つぎに、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置について説明する。なお、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置を説明するにあたり、同一の構成要素については、同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。
【００９６】
図５に、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置の構成図を示す。
【００９７】
本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置４０は、基板１１を載置するステージ１２と、レーザ光を出射する第１のレーザ光源１３と、第１のレーザ光源１３から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第１のコリメータ１４及び第１のアテネータ１５と、レーザ光を出射する第２のレーザ光源１７と、第２のレーザ光源１７から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第２のコリメータ１８及び第２のアテネータ１９とを備えている。
【００９８】
また、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０は、第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光を水平方向（Ｘ方向）に２本のレーザ光に分割する第１の水平光分割部４１と、第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光を水平方向（Ｘ方向）に２本のレーザ光に分割する第２の水平光分割部４２と、第１の水平光分割部４１により分割された２本のレーザ光を垂直方向（Ｙ方向）に４分割して合計８本のレーザ光を出力する第１の垂直光分割部４３と、第２の水平光分割部４２により分割された２本のレーザ光を垂直方向（Ｙ方向）に４分割して合計８本のレーザ光を出力する第２の垂直光分割部４４と、第１の垂直光分割部４３及び第２の垂直光分割部４４から出射された各８本のレーザ光を混合して１６本のレーザ光を出射する光合成部４５と、１６個の凸レンズから構成され光合成部４５から出射された１６本のレーザ光が入射されるレンズアレイ４６と、レンズアレイ４６から出射された１６本のレーザ光を基板１１の所定の領域に導くコンデンサレンズ２３とを備えている。
【００９９】
第１のアテネータ１５から出射されたレーザ光は第１の水平光分割部４１に入射され、第２のアテネータ１９から出射されたレーザ光は第２の水平光分割部４２に入射される。
【０１００】
第１の水平光分割部４１は、入射されたレーザ光をＸ方向に分割して、等間隔に平行に並んだ２本のレーザ光を出射する。第１の水平光分割部４１から出射される２本のレーザ光の光路は、例えば図５中のＸ方向に並んでいる。また、第１の水平光分割部４１から出射される２本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第１の水平光分割部４１では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、２本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第１のレーザ光源１３により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第１の水平光分割部４１は、例えば、図３に示した光分割部１６のビームスプリッタ３２を取り除いた構成で実現することができる。
【０１０１】
第２の水平光分割部４２は、入射されたレーザ光をＸ方向に分割して、等間隔に平行に並んだ２本のレーザ光を出射する。第２の水平光分割部４２から出射される２本のレーザ光の光路は、例えば図５中のＸ方向に並んでいる。また、第２の水平光分割部４２から出射される２本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、第２の水平光分割部４２では、レーザ光の分割を行うために形成された光路の長さが、出射する各レーザ光毎に異なっている。つまり、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、２本のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第２のレーザ光源１７により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第２の水平光分割部４２は、例えば、図３に示した光分割部１６のビームスプリッタ３２を取り除いた構成で実現することができる。
【０１０２】
ここで、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２とは、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置が同一である。ただし、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２とは、出射するレーザ光の光軸方向を中心とし、その軸対象となった配置とされている。すなわち、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２とは、レーザ光の出射方向（Ｚ方向）に対して１８０°の軸回転した配置となっている。
【０１０３】
第１の水平光分割部４１から出射された２本のレーザ光は第１の垂直光分割部４３に入射され、第２の水平光分割部４２から出射された２本のレーザ光は第２の垂直光分割部４４に入射される。
【０１０４】
第１の垂直光分割部４３は、Ｘ方向に平行に並んだ２本のレーザ光のそれぞれを独立にＹ方向に４分割して出力する。従って、第１の垂直光分割部４３からは、合計８本のレーザ光が出射される。第１の垂直光分割部４３から出射される８本のレーザ光は、Ｘ方向に２列、Ｙ方向に４列並んだマトリクス状とされている。また、第１の垂直光分割部４３から出射される８本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、垂直方向のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第１のレーザ光源１３により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第１の垂直光分割部４３は、例えば、図３に示した光分割部１６をＺ方向を中心に９０度回転させたもので実現することができる。
【０１０５】
第２の垂直光分割部４４は、Ｘ方向に平行に並んだ２本のレーザ光のそれぞれを独立にＹ方向に４分割して出力する。従って、第２の垂直光分割部４４からは、合計８本のレーザ光が出射される。第２の垂直光分割部４４から出射される８本のレーザ光は、Ｘ方向に２列、Ｙ方向に４列並んだマトリクス状とされている。また、第２の垂直光分割部４４から出射される８本のレーザ光は、互いに干渉性のないレーザ光とされている。例えば、レーザ光の入射口からレーザ光の出射口までの光路の長さが、垂直方向のレーザ光毎に全て異なっている。さらに、その各光路に第２のレーザ光源１７により規定される可干渉距離以上の差がつけられている。第２の垂直光分割部４４は、例えば、図３に示した光分割部１６をＺ方向を中心に−９０度回転させたもので実現することができる。
【０１０６】
ここで、図６に第１の水平光分割部４１、第１の垂直光分割部４３及び光合成部４５をＸ方向から見た図を示し、図７に第２の水平光分割部４２、第２の垂直光分割部４４及び光合成部４５をＸ方向から見た図を示す。図６及び図７に示すように、第１の垂直光分割部４３と第２の垂直分割部４４とは、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置が同一である。ただし、第１の垂直光分割部４３と第２の垂直分割部４４とは、出射するレーザ光の光軸方向に平行な軸を中心とし、その軸に対して１８０°反転した配置とされている。
【０１０７】
第１の垂直光分割部４３及び第２の垂直分割部４４から出射されたそれぞれ８本のレーザ光は、光合成部４５に入射される。
【０１０８】
光合成部４５は、第１の垂直光分割部４３から出射された８本のレーザ光と、第２の垂直光分割部４４から出射された８本のレーザ光とを混合し、水平方向（Ｘ方向）４列、垂直方向（Ｙ方向）４列に並んだマトリクス状のレーザ光群を出射する。光合成部４５から出射される１６本のレーザ光は、その強度が全て同一である。この光合成部４５の構成は、第１の実施の形態の光合成部２１と同一の構成である。ただし、第１の実施の形態では、Ｘ方向に１列に並んだレーザ光を合成するものであったが、第２の実施の形態では、マトリクス状に並んだレーザ光が入射されるので、光分離面に８本分のレーザ光を照射できるだけの十分な大きさを持たせる必要がある。
【０１０９】
光合成部４５は、入射されたレーザ光を反射及び透過して２つのレーザ光に分離するビームスプリッタ３４を備えている。ビームスプリッタ３４の光分離面は、Ｘ−Ｚ平面と直交している。ビームスプリッタ３４の透過と反射の分離比率は、１：１となっている。
【０１１０】
第１の垂直光分割部４３から出射された８本のレーザ光は、ミラー３５により反射された後、一方の面（以下、表面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。また、第２の垂直光分割部４４から出射された８本のレーザ光は、第１の垂直光分割部４３からのレーザ光が入射された面と反対側の面（以下、裏面という。）からビームスプリッタ３４に入射される。
【０１１１】
第１の垂直光分割部４３及び第２の垂直光分割部４４から出射された合計１６本のレーザ光は、ビームスプリッタ３４の光分離面に対して、所定の角度φ（０°＜φ＜９０°）で入射される。ただし、第１の垂直光分割部４３から出射されたレーザ光と、第２の垂直光分割部４４から出射されたレーザ光との光軸は一致しないように入射される。
【０１１２】
さらに、第１の垂直光分割部４３から出射された（ｓ，ｔ）の位置のレーザ光と、第２の垂直光分割部４４から出射された（ｓ，ｔ）の位置のレーザ光とは、ビームスプリッタ３４の光分離面上の同一の位置（もっとも、表面と裏面との違いはある）に入射される。ここで、（ｓ，ｔ）は、２×４のマトリクス状のレーザ光の位置を示す。なお、ｓ，ｔは、それぞれｓ＝１，２、ｔ＝１，２，３，４の値をとる。つまり、マトリクス内で同一位置のレーザ光同士が、同軸上に合成されることとなる。
【０１１３】
光合成部４５から出力された１６本の出力レーザ光は、レンズアレイ４６に入射される。
【０１１４】
レンズアレイ４６は、図８に示すようなマトリクス状に配列された１６個の凸レンズから構成されている。凸レンズの配列間隔は、光合成部４５から出射される出力レーザ光の間隔と同一で、各凸レンズが各出力レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ４６から出射された出力レーザ光は、一旦集光して、コンデンサレンズ２３に入射される。
【０１１５】
コンデンサレンズ２３は、レンズアレイ４６によって集光された１６本の出力レーザ光を合成して、基板１１上の所定の照射領域に集光する。
【０１１６】
以上のような構成の本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、レーザ光の分割を２次元的に行っている。この場合でも、第１の水平光分割部４１と第２の水平光分割部４２との関係、第１の垂直光分割部４３と第２の垂直光分割部４４との関係が、互いに同一の光学部材（同一製造ロット）を用い、その光学部材の内部の配置構成が同一となっている。さらに、出射するレーザ光の光軸方向を中心軸とし、その中心軸に対して互いに１８０°反転した配置となっている。さらに、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、光合成部４５によって、第１の垂直光分割部４３から出射されたレーザ光と第２の垂直光分割部４４から出射されたレーザ光とを、マトリクス状における同一の位置のレーザ光同士を合成している。
【０１１７】
すなわち、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、相対する経路を通過して分離されたレーザ光同士を合成している。
【０１１８】
従って、第２の実施の形態のレーザアニール装置４０では、設計誤差により、分離光学系のビームスプリッタに透過及び反射の分離割合の違いが生じてしまっていても、レーザ光の合成を行うことにより、誤差を相殺することができる。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明にかかる光照射装置は、第１の出射手段と第２の出射手段とを備え、それぞれの出射手段内に同一の光学構成とされた光分割光学系を有している。光分割光学系は、１つ以上の光分離面を通過させて、１本の光ビームをｎ本の光ビームに分割する光学系である。
【０１２０】
さらに、本発明にかかる光照射装置では、上記第１の出射手段及び第２の出射手段により生成された各ｎ本の光ビームに対して、その光ビームの生成経路中における反射及び透過により生じた光路長の短い順に、１番目からｎ番目まで順位を付ける。光合成手段は、第１の出射手段により生成された第ｍ番目（ｍは１からｎまでの任意の整数）の光ビームと、第２の出射手段により生成された第（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームとを同軸上に合成する。
【０１２１】
従って、本発明にかかる光照射装置では、相対する光学経路をたどった光ビーム同士を合成するので、分割経路上で生じる誤差成分が相殺され、光合成手段から出力される複数の光ビームの強度が同一となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置の構成図である。
【図２】上記第１の実施の形態のレーザアニール装置の分割光学系及び合成光学系の構成図である。
【図３】上記分割光学系の一例の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態のレーザアニール装置で分割された８本のレーザ光の強度分布グラフを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置の構成図である。
【図６】上記第２の実施の形態のレーザアニール装置の第１の分割光学系の構成図である。
【図７】上記第２の実施の形態のレーザアニール装置の第２の分割光学系の構成図である。
【図８】上記第２の実施の形態のレーザアニール装置のレンズアレイを説明するための図である。
【図９】従来のレーザアニール装置の構成図である。
【図１０】従来のレーザアニール装置で分割された４本のレーザ光の強度分布グラフを示す図である。
【符号の説明】
１０，４０ レーザアニール装置、１１ 基板、１２ ステージ、１３，１７レーザ光源、１４，１８ コリメータ、１５，１９ アテネータ、１６ 第１の光分割部、２０ 第２の光分割部、２１，４５ 光合成部、２２，４６ レンズアレイ、２３ コンデンサレンズ、４１ 第１の水平光分割部、４２ 第２の水平光分割部、４３ 第１の垂直光分割部、４４ 第２の垂直光分割部
Claims (7)
- 光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光に分割する１以上の光分離面を有した光学構造とされ、１本の光ビームが入射され、入射された１本の光ビームを上記１以上の光分離面を経由させることによってｎ本（ｎは２以上の自然数）の光ビームを生成する第１の出射手段と、
上記第１の出射手段と同一の光学構造とされ、１本の光ビームが入射され、入射された１本の光ビームを上記１以上の光分離面を経由させることによってｎ本の光ビームを生成する第２の出射手段と、
上記第１の出射手段から出射されたｎ本の光ビームと上記第２の出射手段から出射されたｎ本の光ビームとが入射され、互いの１本の光ビーム同士を合成して、ｎ本の光ビームを出力する光合成手段とを備え、
上記光合成手段は、
上記第１の出射手段及び第２の出射手段により生成された各ｎ本の光ビームに対して、その光ビームの生成経路中における反射及び透過により生じた光路長の短い順に、１番目からｎ番目まで順位を付けたとき、
第１の出射手段により生成された第ｍ番目（ｍは１からｎまでの任意の整数）の光ビームと、第２の出射手段により生成された第（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームとを同軸上に合成すること
を特徴とする光照射装置。 - 上記光合成手段は、
入射された光ビームを反射及び透過して２本の光ビームに分割するビーム分割面を有し、
上記ビーム分割面には、一方の面側から第１の出射手段から出射されたｎ本の光ビームが入射され、上記一方の面の裏面側となる他方の面側から第２の出射手段から出射されたｎ本の光ビームが入射され、
第１の出射手段のｍ番目の光ビームの透過光と第２の出射手段の（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームの反射光とを同軸上に合成し、
第１の出射手段のｍ番目の光ビームの反射光と第２の出射手段の（ｎ−ｍ＋１）番目の光ビームの透過光とを同軸上に合成すること
を特徴とする請求項１記載の光照射装置。 - 上記第１の出射手段は、上記ビーム分割面に対して垂直な平面上に平行に並んだｎ本の光ビームを、上記ビーム分割面に対して出射し、
上記第２の出射手段は、上記第１の出射手段から出射されたｎ本の光ビームが並んでいる平面と同一の平面上に、平行に並んだｎ本の光ビームを、上記ビーム分割面に対して出射すること
を特徴とする請求項２記載の光照射装置。 - 上記第１及び第２の出射手段に含まれる光分割光学系は、
入射された光ビームを透過及び反射して透過光及び反射光の２つの光ビームに分離するとともに当該反射光を上記光合成手段のビーム分割面に垂直な平面上に沿って出射する光分離面を有し、当該光分離面が平行に並べられた１番目からｊ（但し、ｎ＝２ｊであり、ｊは１以上の自然数）番目までのｊ個のビームスプリッタと、
入射された光ビームを反射する光反射面を有し、当該光反射面が各ビームスプリッタの光分離面と平行とされ、全てのビームスプリッタからの反射光が当該光反射面に入射される位置に配置された反射鏡とを備え、
１番目のビームスプリッタは、１本の光ビームが入射され、１本の透過光及び１本の反射光を出射し、
ｋ＋１（但し、ｋは、１以上（ｊ−１）以下の整数）番目のビームスプリッタは、ｋ番目のビームスプリッタの２（ｋ−１）本の透過光が入射されるとともにｋ番目のビームスプリッタの２（ｋ−１）本の反射光が上記反射鏡によって反射された後に入射され、２ｋ本の透過光及び２ｋ本の反射光を出射し、
ｊ番目のビームスプリッタは、２（ｊ − １）本の透過光を外部に出射し、２（ｊ − １）本の反射光を上記反射鏡に出射し、
上記反射鏡は、ｊ番目のビームスプリッタの２（ｊ−１）本の反射光を反射して外部に出射し、
上記ｋ番目のビームスプリッタの光分離面と（ｋ＋１）番目のビームスプリッタの光分離面の間の距離、並びに、各ビームスプリッタの光分離面と反射鏡の光反射面との間の距離は、光源から出射される光ビームのそれぞれの光路の光路長の差が可干渉距離より大きくなるように調整されていること
を特徴とする請求項１記載の光照射装置。 - １個目のビームスプリッタの光分離面と（ｋ＋１）個目のビームスプリッタの光分離面との間の距離ｔｋは、各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角をθ、上記レーザ光源から出射されるレーザビームの可干渉距離をＬ、各光分離面間の媒質の屈折率をｎとしたとき、（２（ｊ −１ ）−１）×Ｌ／（２ｃｏｓθ）以上とされ、
１個目のビームスプリッタの光分離面と上記反射鏡の光反射面の間の距離は、各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角をθ、上記レーザ光源から出射されるレーザビームの可干渉距離をＬ、１個目のビームスプリッタの光分離面と上記反射鏡の光反射面との間の媒質の屈折率をｎとしたとき、Ｌ／（２ｎｃｏｓθ）以上とされていること
を特徴とする請求項３記載の光照射装置。 - 上記第１の出射手段の光分割光学系と上記第２の出射手段の光分割光学系とは、第１及び第２の出射手段から出射されたｎ本の光ビームの配列方向に対して互いに反転した配置とされていること
を特徴とする請求項５記載の光照射装置。 - 上記ビームスプリッタの光分離面で分離された反射光及び透過光は、光強度の比が１：１であること
を特徴とする請求項５記載の光照射装置。
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