(57)【要約】  ラインビーム照射装置（１０００）は、ワークステージ（２００）と、ワークステージ（２００）上に置かれたワーク（３００）をラインビームで照射するラインビーム光源（１００）と、ワーク上におけるラインビームの照射位置をラインビームに交差する方向に移動させるようにワークステージ（２００）およびラインビーム光源（１００）の少なくとも一方を移動させる搬送装置（２５０）とを備える。ラインビーム光源は、複数の半導体レーザ素子と、複数の半導体レーザ素子を支持する支持体とを有する。複数の半導体レーザ素子は、速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、半導体レーザ素子のそれぞれの発光領域から出射されたレーザ光は、同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する。
2017110121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインビーム照射装置であって、
ワークステージと、
前記ワークステージ上に置かれたワークをラインビームで照射するラインビーム光源と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる搬送装置と、
を備え、
前記ラインビーム光源は、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体とを有し、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記同一ラインに平行に拡がって前記ラインビームを形成する、ラインビーム照射装置。
【請求項２】
前記発光領域の前記遅軸方向のサイズは、前記速軸方向のサイズの５０倍以上である、請求項１に記載のラインビーム照射装置。
【請求項３】
前記複数の半導体レーザ素子のうち、前記速軸方向において隣り合う任意の２個の半導体レーザ素子の中心間距離は２０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載のラインビーム照射装置。
【請求項４】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記速軸方向にはコリメートされていない、請求項１から３のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光を、前記遅軸方向にコリメートまたは集束する光学部材を備えている、請求項１から４のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項６】
前記複数の半導体レーザ素子を前記速軸方向に振動または移動させるアクチュエータを備えている、請求項１から５のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザ素子を駆動するレーザダイオード駆動回路を備える、請求項１から６のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項８】
前記レーザダイオード駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれを駆動する、請求項７に記載のラインビーム照射装置。
【請求項９】
前記レーザダイオード駆動回路は、前記ラインビームの空間的強度分布を変調するように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する、請求項８に記載のラインビーム照射装置。
【請求項１０】
前記ワークの構造または状態を検出するセンサを備え、
前記レーザダイオード駆動回路は、前記センサによって検出された前記ワークの構造または状態に基づいて、前記ラインビームの空間的強度分布を時間的に変化させる、請求項９に記載のラインビーム照射装置。
【請求項１１】
前記センサは、イメージセンサである、請求項１０に記載のラインビーム照射装置。
【請求項１２】
前記ラインビーム光源は、前記支持体に支持された複数の補助半導体レーザ素子を有しており、
前記複数の補助半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の補助半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる第２の同一ラインに沿って配列されており、前記第２の同一ラインは前記同一ラインに平行である、請求項１から１１のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項１３】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、パッケージまたはカートリッジに収容されており、
前記支持体は、前記パッケージまたはカートリッジを着脱可能に保持する接続装置を有している、請求項１から１２のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項１４】
複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体と、
を備え、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する、ラインビーム光源。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれかに記載のラインビーム照射装置を用いるレーザリフトオフ方法であって、
キャリアと前記キャリアに固定されているデバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、
前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、
を含む、レーザリフトオフ方法。
【請求項１６】
請求項１から１３のいずれかに記載のラインビーム照射装置を用いる電子デバイスの製造方法であって、
キャリアと前記キャリアに固定されている電子デバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、
前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、
前記ワークの前記キャリアから剥離された前記電子デバイスを得る工程と、
を含む、電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はラインビーム光源およびラインビーム照射装置に関する。また、本願はラインビーム照射装置を用いて実行するレーザリフトオフ方法および電子デバイスの製造方法に関している。
【背景技術】
【０００２】
高輝度ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）およびフレキシブルディスプレイなどの電子デバイスを製造する技術の分野では、レーザリフトオフ法の開発が活発に進められている。レーザリフトオフ法を用いて高輝度ＬＥＤを製造する場合、まず、サファイア基板などの結晶成長用基板上に窒化物半導体の積層構造を含むＬＥＤが形成される。その後、レーザリフトオフ法により、ＬＥＤが結晶成長用基板から剥離される。フレキシブルディスプレイを製造する場合は、キャリアとして機能するガラス基板上にポリマ層が形成された後、その上に薄膜トランジスタ層および有機発光ダイード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）層を含むデバイスが形成される。デバイスは、形成プロセスが完了した後、レーザリフトオフ法により、ポリマ層とともにガラス基板から剥離される。【０００３】
レーザリフトオフ法では、デバイスが固着した状態にあるキャリア（ワーク）を光強度の高いレーザビームで照射し、熱および光化学反応によって剥離現象を引き起こす必要がある。現在、レーザビームの光源には高出力のエキシマレーザ（Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ）装置が主に用いられている。エキシマレーザ装置から出射されたパルスレーザ光は、断面形状が細長くライン状に延びた光ビームに成形される。このようなライン状の光ビームは「ラインビーム」と称されている。ラインビームのワーク上における断面形状、すなわち光照射領域の形状は、例えば、長軸方向７２０ｍｍ、短軸方向１ｍｍ以下の矩形である。【０００４】
ラインビームを形成するための複雑な光学系を備えたエキシマレーザアニール（ＥＬＡ：Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ  Ａｎｎｅａｌ）装置が、フラットパネルディスプレイの製造工程において非結晶シリコン膜を溶融再結晶化するための装置として実用化されている。このため、レーザリフトオフ法でも、非結晶シリコン膜の溶融再結晶化に用いられていたＥＬＡ装置が転用されている。ＥＬＡ装置は、大型で操作が複雑であり、装置価格およびランニングコストが極めて高価である。【０００５】
ＥＬＡ装置に比べて安価で操作の容易な半導体レーザ装置の高出力化が進展してきた。このため、ＥＬＡ装置の一部を高出力半導体レーザ装置で置き換えることが検討されつつある。例えば、複数の発光領域（エミッタ）が水平方向に並んだレーザバーを更に縦方向にスタックしたレーザダイオードアレイのモジュールが開発されている。このようなレーザダイオードアレイは、高密度で２次元的に配列された多数のエミッタを備えているため、全体として、１キロワット（ｋＷ）を超えるような高い光出力を達成することができる。【０００６】
特許文献１および特許文献２は、複数の半導体レーザ素子の２次元面状アレイ（レーザダイオードアレイ）を開示している。【０００７】
また、特許文献３は、それぞれが１ワット以上の平均出力を持つ複数の青色半導体レーザ素子を備えたレーザ加工装置を開示している。このレーザ加工装置では、光ファイバにより、各青色半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を結合し、高出力のレーザ光を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１７０８８１号公報
【特許文献２】米国特許第６２４０１１６号明細書
【特許文献３】特開２０１３−２３３５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および特許文献２に開示されているレーザダイオードアレイでは、個々のエミッタから出射されたレーザ光が、それぞれ、コリメートレンズによって平行な光ビームにコリメートされる。この光ビームの束は、反射ミラーまたは他のレンズを含む光学系によって所望の断面形状を持つように成形される。このような既存の高出力レーザダイオードアレイを用いてレーザリフトオフを実行しようとすると、面状のアレイ光源から出た光ビームを所望のラインビームに成形する必要がある。【００１０】
特許文献３に開示されているレーザ加工装置では、複数の半導体レーザ素子のそれぞれに光ファイバを結合するため、高精度のアライメント作業が必要になる。また、レーザ光を光ファイバ内に導入する際および光ファイバ内を伝送する過程で損失が発生する。更に、光ファイバから出たレーザ光の断面は円形であるため、ラインビームに成形するための光学系が不可欠であり、ビーム成形に際して更に損失が発生する。【００１１】
小型のフレキシブルディスプレイを製造するためのレーザリフトオフ法では、ＥＬＡ装置よりも相対的に価格の低いＹＡＧレーザ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット固体レーザ）装置の使用が検討されている。しかし、ＹＡＧレーザ装置にも、ＥＬＡ装置と同様の課題がある。【００１２】
本開示の実施形態によれば、レーザリフトオフ法に好適に使用され得る新規なラインビーム光源およびラインビーム照射装置が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のラインビーム照射装置は、例示的な一態様において、ワークステージと、ワークステージ上に置かれたワークをラインビームで照射するラインビーム光源と、ワーク上におけるラインビームの照射位置をラインビームに交差する方向に移動させるようにワークステージおよびラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる搬送装置とを備える。ラインビーム光源は、複数の半導体レーザ素子と、複数の半導体レーザ素子を支持する支持体とを有する。複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有する。発光領域は、半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有する。複数の半導体レーザ素子は、速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発光領域から出射されたレーザ光は、同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する。【００１４】
本発明のラインビーム光源は、一態様において、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体とを備える。複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有する。発光領域は、半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有する。複数の半導体レーザ素子は、速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、複数の半導体レーザ素子のそれぞれの発光領域から出射されたレーザ光は、同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する。【００１５】
本発明のレーザリフトオフ方法は、上記いずれかのラインビーム照射装置を用いるレーザリフトオフ方法であって、キャリアと前記キャリアに固定されているデバイスとを含むワークを用意し、ワークステージに置く工程と、ワークステージ上に置かれたワークをキャリア側からラインビーム光源のラインビームで照射する工程と、ワーク上におけるラインビームの照射位置をラインビームに交差する方向に移動させるようにワークステージおよびラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程とを含む。【００１６】
本発明の電子デバイスの製造方法は、上記いずれかのラインビーム照射装置を用いる電子デバイスの製造方法であって、キャリアと前記キャリアに固定されている電子デバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、前記ワークの前記キャリアから剥離された前記電子デバイスを得る工程とを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施形態によると、半導体レーザ素子から出たレーザ光が回折効果によって異方的に拡がる性質を有効に活用してラインビームを形成するため、ＥＬＡ装置に代替し得るラインビーム光源が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ある典型的な半導体レーザ素子の基本構成を模式的に示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、半導体レーザ素子１０の発光領域２４から出たレーザ光３０の拡がり方（ダイバージェンス）を模式的に示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、レーザ光３０の拡がり方を模式的に示す側面図である。図の右側には、参考のため、半導体レーザ素子１０をＺ軸の正方向から視た正面図も記載されている。
【図２Ｃ】図２Ｃは、レーザ光３０の拡がり方を模式的に示す上面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、レーザ光３０のＹ軸（速軸）方向における拡がりを示すグラフである。
【図２Ｅ】図２Ｅは、レーザ光３０のＸ軸（遅軸）方向における拡がりを示すグラフである。
【図３】図３は、レーザ光３０の断面のＹ軸方向サイズＦｙおよびＸ軸方向サイズＦｘと、発光領域２４からの距離（Ｚ軸方向の位置）との関係の例を示すグラフである。
【図４Ａ】図４Ａは、Ｚ軸の正方向から視たレーザダイオードアレイの構成例を示す正面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、速軸コリメートレンズ５０Ｆの効果を模式的に示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態におけるラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態における半導体レーザ素子４０の構成例を示す斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、図５に示される４個の半導体レーザ素子４０をＺ軸の正方向から視た正面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、半導体レーザ素子４０によるラインビーム３０ＬをＺ軸の正方向から視た正面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、半導体レーザ素子４０から出射されたレーザ光３０がラインビーム３０Ｌを形成する様子を示す側面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、４個の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光を合成して形成されたラインビーム３０Ｌの速軸方向における光強度分布の一例を模式的に示すグラフである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、４個の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光の速軸方向における光強度分布の一例を模式的に示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、シリンドリカルレンズ５０Ｓを用いて、ラインビーム３０Ｌを速軸方向にではなく、遅軸方向に集束する構成例を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、シリンドリカルレンズ５０Ｓによって幅（遅軸方向サイズ）が短縮されたラインビーム３０Ｌの断面を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態におけるラインビーム照射装置１０００の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１１は、ラインビーム照射装置１０００における信号、データ、および指令の流れを模式的に示すブロック図である。
【図１２】図１２の上側および下側の部分は、それぞれ、図１０に示されるラインビーム照射装置１０００をＹＺ面に直交する方向から視た図である。
【図１３】図１３は、ラインビームでワーク３００を走査している工程（始め、途中、終わりの３段階）中のラインビーム照射装置１０００をＸＺ面に直交する方向から視た図である。
【図１４】図１４は、ラインビーム３０Ｌの照射位置と光出力波形との関係の一例を示すグラフである。
【図１５】図１５は、ラインビーム３０Ｌの照射位置と光出力波形との関係の他の例を示すグラフである。
【図１６】図１６は、ラインビーム３０Ｌの照射位置と光出力波形との関係の更に他の例を示すグラフである。
【図１７】図１７は、ラインビーム３０Ｌの照射位置と光出力波形との関係の更に他の例を示すグラフである。
【図１８Ａ】図１８Ａは、レーザリフトオフの実施形態を説明するための工程断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、レーザリフトオフの実施形態を説明するための工程断面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、レーザリフトオフの実施形態を説明するための工程断面図である。
【図１９】図１９は、ワーク３００上におけるラインビーム３０Ｌの照射領域を模式的に示す平面図である。
【図２０】図２０は、ラインビーム３０Ｌの光強度分布をワーク３００の位置に応じて空間的に変調した例を示す模式断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａは、中心間距離Ｐｘだけ離れた２列の半導体レーザ素子４０を示している。
【図２１Ｂ】図２１Ｂは、図２１Ａの配列を実現するラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。
【図２１Ｃ】図２１Ｃは、２列の半導体レーザ素子４０における発光領域２４をワーク３００上に投影した位置を模式的に示している。
【図２１Ｄ】図２１Ｄは、図２１Ａの配列を実現するラインビーム光源１００の他の構成例を示す斜視図である。
【図２１Ｅ】図２１Ｅは、図２１Ａの配列の変形例を実現するラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、千鳥配列の半導体レーザ素子４０を示す平面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２Ａの千鳥配列を実現するラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、千鳥配列の半導体レーザ素子４０における発光領域２４をワーク３００上に投影した位置を模式的に示す平面図である。
【図２３】図２３は、隣接する半導体レーザ素子４０の中心間距離が位置に応じて異なる半導体レーザ素子４０の発光領域２４をワーク３００上に投影した位置を模式的に示す平面図である。
【図２４】図２４は、隣接する半導体レーザ素子４０の中心間距離が位置に応じて異なる半導体レーザ素子４０によって形成されたラインビーム３０Ｌの光強度分布を模式的に示す図である。
【図２５】図２５は、隣接する半導体レーザ素子の中心間距離が位置に応じて異なるラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明者は、レーザリフトオフに必要なラインビームの光強度分布が、非結晶シリコン膜の溶融再結晶化に用いられているＥＬＡ装置のラインビームのように高い均一性を持つ必要がないことに着目し、本発明を想到した。本開示のラインビーム光源およびラインビーム照射装置は、半導体レーザ素子から出たレーザ光が回折効果によって異方的に拡がる性質を有効に活用してラインビームを形成する。まず、この回折効果を説明する。
【００２０】
＜半導体レーザ素子の回折効果＞
図１は、ある典型的な半導体レーザ素子の基本構成を模式的に示す斜視図である。図には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸から構成される座標軸が記載されている。他の添付図面でも、同様の座標軸が記載され、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、それぞれ、全ての図面で共通の方位を指す。
【００２１】
図１に示されている半導体レーザ素子１０は、レーザ光を出射する発光領域（エミッタ）２４を含む端面（ファセット）２６ａを持つ半導体積層構造２２を有している。この例における半導体積層構造２２は、半導体基板２０上に支持されており、ｐ側クラッド層２２ａ、活性層２２ｂ、およびｎ側クラッド層２２ｃを含んでいる。半導体積層構造２２の上面２６ｂには、ストライプ状のｐ側電極１２が設けられている。半導体基板２０の裏面には、ｎ側電極１６が設けられている。ｐ側電極１２からｎ側電極１６に向かって、閾値を超える大きさの電流が活性層２２ｂの所定領域を流れることにより、レーザ発振が生じる。半導体積層構造２２の端面２６ａは、不図示の反射膜によって覆われている。レーザ光は、発光領域２４から反射膜を介して外部に出射される。
【００２２】
図１に示される構成は、半導体レーザ素子１０の構成の典型的な一例に過ぎず、説明を簡単にするため、単純化されている。この単純化された構成の例は、後に詳しく説明する本開示の実施形態をなんら限定するものではない。なお、他の図面では、簡単のため、ｎ側電極１６などの構成要素の記載を省略する場合がある。
【００２３】
図１に示される半導体レーザ素子１０において、半導体積層構造２２の端面２６ａがＸＹ面に平行であるので、レーザ光は発光領域２４からＺ軸方向に出射する。レーザ光の光軸はＺ軸方向に平行である。発光領域２４は、端面２６ａにおいて、半導体積層構造２２の積層方向（Ｙ軸方向）に平行な方向のサイズＥｙと、積層方向に垂直な方向（Ｘ軸方向）のサイズＥｘとを有している。一般にＥｙ＜Ｅｘの関係が成立する。
【００２４】
発光領域２４のＹ軸方向サイズＥｙは、活性層２２ｂの厚さによって規定される。活性層２２ｂの厚さは、通常、レーザ発振波長の半分程度か、それ以下である。これに対して、発光領域２４のＸ軸方向サイズＥｘは、レーザ発振に寄与する電流または光を水平横方向（Ｘ軸方向）に閉じ込める構造、図１の例ではストライプ状のｐ側電極１２の幅によって規定され得る。一般に、発光領域２４のＹ軸方向サイズＥｙは０．１μｍ前後かそれ以下であり、Ｘ軸方向サイズＥｘは１μｍよりも大きい。光出力を高めるには発光領域２４のＸ軸方向サイズＥｘを拡大することが有効であり、Ｘ軸方向サイズＥｘは例えば５０μｍ以上に設定され得る。
【００２５】
本明細書において、Ｅｘ／Ｅｙを発光領域の「アスペクト比」と称する。高出力半導体レーザ素子におけるアスペクト比（Ｅｘ／Ｅｙ）は、例えば５０以上に設定され得るし、１００以上に設定されても良い。本明細書においては、アスペクト比（Ｅｘ／Ｅｙ）が５０以上の半導体レーザ素子をブロードエリア型半導体レーザ素子と称する。ブロードエリア型半導体レーザ素子では、水平横モードがシングルモードではなく、マルチモードで発振することが多い。
【００２６】
図２Ａは、半導体レーザ素子１０の発光領域２４から出たレーザ光３０の拡がり方（ダイバージェンス）を模式的に示す斜視図である。図２Ｂは、レーザ光３０の拡がり方を模式的に示す側面図であり、図２Ｃは、レーザ光３０の拡がり方を模式的に示す上面図である。図２Ｂの右側には、参考のため、半導体レーザ素子１０をＺ軸の正方向から視た正面図も記載されている。
【００２７】
レーザ光３０の断面におけるＹ軸方向のサイズは長さＦｙ、Ｘ軸方向のサイズは長さＦｘによって規定される。Ｆｙは、レーザ光３０の光軸に交差する平面内において、光軸におけるレーザ光３０の光強度を基準とするときのＹ軸方向における半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｎ）である。同様に、Ｆｘは、上記の平面内において、光軸におけるレーザ光３０の光強度を基準とするときのＸ軸方向における半値全幅（ＦＷＨＭ）である。
【００２８】
レーザ光３０のＹ軸方向の拡がりは角度θｆ、Ｘ軸方向の拡がりは角度θｓによって規定される。θｆは、発光領域２４の中心から等距離の球面上において、その球面がレーザ光３０の光軸に交差する点におけるレーザ光３０の光強度を基準とするときのＹＺ平面内における半値全角である。同様に、θｓは、発光領域２４の中心から等距離の球面上において、その球面がレーザ光３０の光軸に交差する点におけるレーザ光３０の光強度を基準とするときのＸＺ平面内における半値全角である。
【００２９】
図２Ｄは、レーザ光３０のＹ軸方向における拡がりの例を示すグラフであり、図２Ｅは、レーザ光３０のＸ軸方向における拡がりの例を示すグラフである。グラフの縦軸は規格化された光強度、横軸は角度である。Ｚ軸に平行な光軸上でレーザ光３０の光強度はピーク値を示している。図２Ｄからわかるように、レーザ光３０の光軸を含むＹＺ面に平行な面内における光強度は、概略的にガウス分布を示す。これに対し、レーザ光３０の光軸を含むＸＺ面に平行な面内における光強度は、図２Ｅに示すように、比較的平坦なトップを持つ狭い分布を示す。この分布には、マルチモード発振に起因する複数のピークが生じることが多い。
【００３０】
レーザ光３０の断面サイズを規定する長さＦｙ、Ｆｘ、および、レーザ光３０の拡がりを規定する角度θｆ、θｓには、上記の定義以外の定義が与えられる場合もある。
【００３１】
図示されるように、発光領域２４から出たレーザ光３０の拡がり方は異方性を持ち、一般に、θｆ＞θｓの関係が成立する。θｆが大きくなる理由は、発光領域２４のＹ軸方向サイズＥｙがレーザ光３０の波長以下であるため、Ｙ軸方向に強い回折が生じるからである。これに対して、発光領域２４のＸ軸方向サイズＥｘはレーザ光３０の波長よりも十分に長く、Ｘ軸方向には回折が生じにくい。
【００３２】
図３は、レーザ光３０の断面のＹ軸方向サイズＦｙおよびＸ軸方向サイズＦｘと、発光領域２４からの距離（Ｚ軸方向の位置）との関係の例を示すグラフである。図３からわかるように、レーザ光３０の断面は、発光領域２４の近傍においては、相対的にＸ軸方向に長いニアフィールドパターン（ＮＦＰ）を示すが、発光領域２４から充分に遠ざかると、Ｙ軸方向に長く延びたファーフィールドパターン（ＦＦＰ）を示すようになる。
【００３３】
このように、レーザ光３０の断面の拡大は、発光領域２４から離れるに従って、Ｙ軸方向では「速（ｆａｓｔ）」く、Ｘ軸方向では「遅（ｓｌｏｗ）」い。このため、半導体レーザ素子１０を座標の基準として、Ｙ軸方向は速軸（ｆａｓｔ  ａｘｉｓ）方向、Ｘ軸方向は遅軸（ｓｌｏｗ  ａｘｉｓ）方向と称されている。
【００３４】
特許文献１および特許文献２に開示されているレーザダイオードアレイでは、速軸方向の光ビームの拡がりを抑制するため、半導体レーザ素子またはレーザバーの発光領域近傍にコリメートレンズが配置されている。このようなコリメートレンズは、速軸コリメートレンズと呼ばれる。
【００３５】
図４Ａは、Ｚ軸の正方向から視たレーザダイオードアレイ４００の構成例を示す正面図である。図４Ｂは、速軸コリメートレンズの効果を模式的に示す図である。
【００３６】
図４Ａに例示されるレーザダイオードアレイ４００は、Ｘ軸方向に延びる４本のレーザバー４１０がＹ軸方向に重ねられた縦型スタックである。各レーザバー４１０は、８個の発光領域２４を有している。例示されるレーザダイオードアレイは、同一面内において４行８列に配列された３２個の発光領域２４から全体として高い光強度を持つレーザ光が得られる。これらの発光領域２４はストライプ状のｐ側電極１２から不図示のｎ側電極に向かって流れる電流によってレーザ光を同時に出射する。
【００３７】
図４Ｂの例では、各レーザバー４１０の発光面側に速軸コリメートレンズ５０Ｆが配置されている。各速軸コリメートレンズ５０Ｆは、典型的には、Ｘ軸方向に延びる形状を有し、対応するレーザバー４１０の複数の発光領域２４に対向している。速軸コリメートレンズ５０Ｆに入射したレーザ光３０は、平行なレーザ光３０Ｃにコリメートされる。多数の光点が矩形領域内に集積され、面状に輝くレーザダイオードアレイから出たレーザ光は、他の光学系を用いて成形されることにより、種々の断面形状を持つ光ビームに変換され得る。レーザバー４１０のＹ軸方向ピッチは、例えば、２ｍｍから５ｍｍ程度である。限れられた面積内に多数の発光領域２４を集積することにより、輝度の高い面状レーザ光源を実現できる。
【００３８】
上述のレーザダイオードアレイを用いてラインビームを形成することも可能である。しかし、面光源から出たレーザ光を所望の断面形状を持つラインビームに成形するためには、速軸コリメートレンズ５０Ｆに加えて、他のレンズまたはミラーなどの複雑な光学系が必要である。その結果、装置が大型になり、光学系のアライメントずれなどの問題も生じることになる。
【００３９】
本発明者は、図４Ｂに示されるような「速軸コリメート」を行った後、更にビーム成形技術を用いてラインビームを形成することによる問題を認識し、その問題を解決することを種々検討した。その結果、本発明者は、「速軸コリメート」を行う代わり、半導体レーザ素子から出た光が回折効果によって速軸方向に拡がる性質を積極的に利用して実用的なラインビームを形成できることを見いだした。更に、半導体レーザ素子の発光領域を、一様に輝く面光源の単なる一部分とするのではなく、他の半導体レーザ素子とは独立して光強度を調整し得る要素として用いることにより、ラインビームの走査に空間的強度分布の変調を付加し得ることを見いだした。特にレーザリフトオフの用途では、非結晶シリコン膜を溶融再結晶化するためのラインビームのように高い光強度均一性が必要ないこともわかった。むしろ、剥離対象の構造に合わせて光強度を空間的に調整することが望ましいこともわかった。
【００４０】
（実施形態）
以下、図面を参照しながら、本開示のラインビーム光源およびラインビーム照射装置の実施形態、ならびにレーザリフトオフ方法の実施形態を説明する。必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。本発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供する。これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００４１】
＜ラインビーム光源＞
本開示によるラインビーム光源の実施形態は、多数の発光領域が高密度に集積された面光源として機能するものではない。従って、そのような面光源から出射された光ビームを成形してラインビームを形成するための複雑な光学系も必要ない。本開示のラインビーム光源は、半導体レーザ素子が持つ性質、すなわち、光ビームが回折効果によって速軸方向に拡がろうとする性質を有効に利用して、速軸方向に長く延びたラインビームを形成することができる。
【００４２】
まず、図５および図６を参照する。本発明のラインビーム光源の非限定的で例示的な実施形態は、図５に示されるように、複数の半導体レーザ素子４０と、これらの半導体レーザ素子４０を支持する複数の支持体６０ａとを備える。複数の半導体レーザ素子４０は、速軸方向（Ｙ軸方向）に延びる同一ラインに沿って配列されている。半導体レーザ素子４０のそれぞれの発光領域２４から出射されたレーザ光は、この同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する。
【００４３】
図示されている例において、半導体レーザ素子４０の個数は４個である。半導体レーザ素子４０の個数は、この例に限定されず、３個であってもよし、５個以上であってもよい。大面積領域を照射するための長いラインビームを形成するには、１００個を超える半導体レーザ素子４０が同一ライン状に配列され得る。例えば一辺が３００ｃｍ程度の大型ガラス基板を一度の走査で照射する場合、ラインビームの長さを３００ｃｍ程度に設定する必要がある。この場合において、配列ピッチを２０ｍｍ（＝２ｃｍ）に設定すると、１５０個程度の半導体レーザ素子４０が同一ライン状に配列される。
【００４４】
各半導体レーザ素子４０は、図６に示されるように、図１の半導体レーザ素子１０と同様の構成を持ち得る。複数の半導体レーザ素子４０のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域２４を含む端面２６ａを持つ半導体積層構造２２を有する。半導体レーザ素子４０の発光領域２４は、半導体積層構造２２の積層方向に平行な速軸方向（Ｙ軸方向）のサイズＥｙおよび積層方向に垂直な遅軸方向（Ｘ軸方向）のサイズＥｘを有しており、アスペクト比（Ｅｘ／Ｅｙ）は５０以上である。図１の半導体レーザ素子１０および図６の半導体レーザ素子４０には、対応する構成要素に同一の参照符号が付されている。ここでは、共通する構成要素についての説明を原則として繰り返さない。
【００４５】
半導体レーザ素子４０は、発振波長および光出力に応じて、種々の半導体材料から形成され、多様な構造およびサイズを有し得る。紫外領域に属する波長（例えば３００〜３５０ｎｍ）を持つレーザ光が必要な場合、半導体レーザ素子４０の半導体積層構造２２は、ＡｌＧａＮ系またはＩｎＡｌＧａＮ系の窒化物半導体から好適に形成され得る。発光領域２４の遅軸方向サイズＥｘを規定するため、ｐ側クラッド層２２ａにリッジストライプを設けて水平横方向の光閉じ込めを行っても良い。活性層２２ｂは、１個または複数の量子井戸構造を含んでいてもよい。半導体積層構造２２は、光ガイド層、バッファ層、およびコンタクト層などの他の半導体層を含んでいても良い。基板２０がサファイア基板である場合、ｎ側電極１６は、基板２０に対してｐ側電極１２が設けられる側に配置される。
【００４６】
本実施形態における発光領域２４の速軸方向サイズＥｘは例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍ、遅軸方向サイズＥｙは例えば５０μｍ〜３００μｍに設定され、ＥｙはＥｘの１００倍を超え得る。その結果、レーザ光３０のＹ軸方向の拡がりを規定する角度θｆは、例えば４０〜６０度、Ｘ軸方向の拡がりを規定す角度θｓは、例えば５〜１５度を示す。半導体レーザ素子４０の発振波長は、例えば３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲内に設定され得る。より短い波長領域、例えば深紫外領域で安定したレーザ発振を実現できる半導体レーザ素子が入手できるようになれば、波長が２００ｎｍ〜３５０ｎｍのビームレーザを形成できるため、多くの用途でＥＬＡ装置を代替可能になる。
【００４７】
支持体６０ａは、熱伝導率の高い良導体、例えば銅などの金属や窒化アルミニウムなどのセラミック材料から好適に形成される。半導体レーザ素子４０は、不図示のサブマントに搭載された状態で、支持体６０ａに実装されても良い。この例における支持体６０ａは、いずれも、筐体６０に収容されている。筐体６０が例えば不図示の透光性カバーによって塞がれることにより、筐体６０の内部は大気雰囲気から遮蔽され得る。筐体６０の内部は、例えば、半導体レーザ素子４０にとって不活性なガスによって充填される。各半導体レーザ素子４０には、不図示の配線（メタルワイヤまたはメタルリボンなど）を介して給電が行われる。動作時における半導体レーザ素子４０の昇温を抑制するため、ペルチェ素子などの熱電冷却素子（不図示）を半導体レーザ素子４０の近傍に配置してもよい。支持体６０ａには、水冷のための内部チャネル、および空冷のためのフィンが設けられても良い。
【００４８】
各半導体レーザ素子４０の出射側における端面２６ａとは反対の側に位置する端面２６ｃの近傍には、不図示のフォトダイオードが配置されている。この端面２６ｃは相対的に高い反射率を持つ反射膜によって覆われているが、半導体レーザ素子４０の内部で発振しているレーザ光の一部は、端面２６ｃから外部に漏れ出てくる。この漏れ出たレーザ光をフォトダイオードで検出することにより、端面２６ａから出射されるレーザ光の強度をモニタすることができる。フォトダイオードの出力は、後述する半導体レーザ素子４０の駆動回路に送られ、パワーコントロールに利用される。
【００４９】
図７Ａは、図５に示される４個の半導体レーザ素子４０をＺ軸の正方向から視た正面図である。速軸方向における半導体レーザ素子４０の配列ピッチはＰｙである。配列ピッチは、発光領域２４の中心間距離によって定義される。簡単のため、支持体６０ａの記載は省略されている。図７Ｂは、これらの半導体レーザ素子４０によるラインビーム３０ＬをＺ軸の正方向から視た正面図である。図７Ｃは、これらの半導体レーザ素子４０から出射されたレーザ光３０がラインビーム３０Ｌを形成する様子を示す側面図である。
【００５０】
図７Ｃからわかるように、速軸（Ｙ軸）方向における半導体レーザ素子４０の配列ピッチＰｙと、端面２６ａから照射面４５まで距離Ｌｚとを調整することにより、照射面４５上のラインビーム３０Ｌにおけるレーザ光３０の重なりの長さＬｙを制御できる。
【００５１】
図８Ａは、４個の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光３０を合成して形成されたラインビーム３０Ｌの、照射面４５における光強度分布の一例を模式的に示すグラフである。個々の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光３０は、速軸方向に沿って、近似的にガウス分布を持つと考えることができる。図８Ａからわかるように、隣接するレーザ光３０が重なり合うことにより、光強度が均された１本のラインビーム３０Ｌが得られる。レーザ光３０のピーク位置は、半導体レーザ素子４０の配列ピッチＰｙの間隔で並んでいる。レーザ光３０のピーク位置は、半導体レーザ素子４０の端面２６ａから照射面４５までの距離Ｌｚに依存しないが、光強度分布の形状は、この距離Ｌｚに応じて変化する。
【００５２】
距離Ｌｚが固定されている場合において、配列ピッチＰｙを充分に小さく設定すると、同一ライン上において隣接する３個以上の半導体レーザ素子４０から出射されたレーザ光３０が、照射面４５において、相互に重なり合うことも可能である。配列ピッチＰｙが縮小するほど、ラインビーム３０Ｌが持つ光強度のＹ軸方向分布は一様に均される。また、長軸方向のサイズ（長さ）が同じラインビームを形成する場合において、配列ピッチＰｙを縮小すると、同一ラインに沿って配列される半導体レーザ素子の個数密度が増加するため、個々の半導体レーザ素子の出力を最大出力値よりも十分に低く設定しても所望の光照射密度を達成することが可能になる。このことは、半導体レーザ素子の寿命を延ばすことに寄与する。
【００５３】
図８Ｂは、半導体レーザ素子４０の端面２６ａから照射面４５までの距離Ｌｚが極めて小さな値に設定された場合の、照射面４５における光強度分布の例を示している。この例の照射面４５においては、個々の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光３０が実質的に重ならない。図８Ｂに示される強度分布では、連続した「ラインビーム」が形成されているとは認めがたい。好ましい実施形態において、ラインビームは、光強度のピーク間に生じる極小値がピーク強度の半分以上の大きさを持つ光強度分布を示す。このような光強度分布は、各半導体レーザ素子４０から出たレーザ光３０の半値全幅によって規定されるサイズＦｙが、配列ピッチＰｙ以上の大きさを持つ場合に実現される。
【００５４】
ラインビーム３０Ｌの光照射密度（フルエンス、単位はジュール／ｃｍ2）を高めるには、配列ピッチＰｙを縮小して、半導体レーザ素子４０の個数密度を高めることが好ましい。しかし、本開示では、配列ピッチＰｙを縮小することによって得られる効果よりも、個々の半導体レーザ素子４０から出るレーザ光３０それ自体が「ラインビーム」として機能し得ることに着目し、その性質を利用する。そのため、本開示の好ましい実施形態において、配列ピッチＰｙは、図４Ａおよび図４Ｂを参照しながら説明した従来のレーザダイオードアレイにおけるスタック配列ピッチに比べて、大きな値に設定される。具体的には、配列ピッチＰｙは２０ｍｍ以上、ある態様では３０ｍｍ以上、用途によっては４０ｍｍ以上に設定される。半導体レーザ素子４０の端面２６ａから照射面４５までの距離Ｌｚは、照射面４５において、レーザ光３０が重なりあってラインビーム３０Ｌが形成されるように設定される。このように配列ピッチＰｙを従来のレーザダイオードアレイに比べて大きく設定することにより、以下に例示する効果が得られる。
（１）与えられた長さを持つラインビーム３０Ｌを、より少ない個数の半導体レーザ素子４０によって形成し得る。しかも、レーザリフトオフに必要な光強度分布を持つラインビームが充分に得られる。
（２）隣接する半導体レーザ素子４０の間隔が大きくなると、個々の半導体レーザ素子４０で発生した熱を外部に散逸させやすい。熱伝導率の高い材料から形成されたヒートシンクによって個々の半導体レーザ素子４０の上面および下面の両方に接触させる構成を採用しやすい。
（３）半導体レーザ素子４０をチップの状態で支持体６０ａに搭載する代わりに、パッケージまたはカートリッジに実装された半導体レーザ素子４０を支持体６０ａに搭載する寸法上の余裕が生じる。半導体レーザ素子４０が支持体６０ａに着脱可能に支持される構成によれば、複数の半導体レーザ素子４０のうちの１個が故障したとき、その半導体レーザ素子４０を選択的に正常な半導体レーザ素子に交換することが可能になる。
【００５５】
図９Ａは、シリンドリカルレンズ５０Ｓを用いて、ラインビーム３０Ｌを速軸方向にではなく、遅軸方向に集束する構成例を示す図である。図９Ｂは、シリンドリカルレンズ５０Ｓによって幅（Ｘ軸方向サイズ）が短縮されたラインビーム３０Ｌの断面を模式的に示す図である。本開示のラインビーム光源では、レーザ光を速軸方向にはコリメートしたり、集束したりしないが、遅軸方向には、そのような成形を行うことを排除していない。レンズなどによって遅軸方向におけるラインビーム３０Ｌのサイズ（幅）を短縮する場合、照射面における光照射密度（フルエンス）を向上させることができる。
【００５６】
ラインビームの速軸方向における強度分布を調整するため、速軸方向に沿って光透過率、屈性率、または光学厚さが変化する光学部材をラインビーム３０Ｌの光路上に挿入しても良い。このような光学部材は、ラインビームの長さ（速軸方向のサイズ）を実質的に短縮して光照射密度（フルエンス）を高めるものではない。
【００５７】
このように本開示のラインビーム光源によれば、半導体レーザ素子が示すレーザ光の異方的な拡がり（ダイバージェンス）を効率よく利用することができる。このため、このラインビーム光源は、従来のレーザダイオードアレイとは異なり、一様化された高輝度を示す面状光源を提供するものではない。
【００５８】
＜ラインビーム照射装置＞
図１０を参照する。図１０は、本実施形態におけるラインビーム照射装置１０００の構成例を模式的に示す斜視図である。ラインビーム照射装置１０００は、ワークステージ２００と、ワークステージ２００上に置かれたワーク３００をラインビーム３０Ｌで照射するラインビーム光源（レーザヘッド）１００とを備える。ワーク３００の典型例は、製造途中のフレキシブルディスプレイおよび高輝度ＬＥＤであるが、これらに限定されない。ワーク３００は、ラインビーム３０Ｌの照射によって物理的または化学的な変化を生じさせる対象となり得るものを広く含む。このような物理的または化学的な変化は、剥離のみならず、物体の加工、改質、溶融、結晶化、再結晶化、切断、半導体中の不純物活性化、または殺菌に利用され得る。
【００５９】
ラインビーム照射装置１０００は、ワーク３００上におけるラインビーム３０Ｌの照射位置３０Ｐをラインビーム３０Ｌに交差する方向に移動させるようにワークステージ２００およびラインビーム光源１００の少なくとも一方を移動させる搬送装置２５０を備えている。搬送装置２５０は、例えばモータＭなどのアクチュエータを備えている。モータＭは、直流モータ、３相交流モータ、ステッピングモータなどの回転電気機械であってもよいし、リニアモータまたは超音波モータであってもよい。超音波モータを使用した場合、その他のモータと比べて高精度な位置決めが可能になる。また、静止時の保持力が大きく、無通電で保持できるため、静止時の発熱が少ない。さらに、超音波モータは、磁石を備えていないため、磁力に敏感なワークに対して特に有効である。
【００６０】
搬送装置２５０は、搬送装置駆動回路９０に接続されている。搬送装置駆動回路９０により、例えばモータＭの回転角度および回転速度が制御され、ラインビーム光源１００とワークステージ２００との相互配置関係が調節される。以下の例では、簡単のため、固定されたワークステージ２００に対してラインビーム光源１００が図１０の右向き矢印の方向に移動する例について説明する。しかし、本実施形態におけるラインビーム照射装置１０００は、この例に限定されない。ワークステージ２００が図１０の左向き矢印の方向に移動し、ラインビーム光源１００が固定されていても良い。また、ワークステージ２００およびラインビーム光源１００の両方が、同一または異なる方向に移動しても良い。ワークステージ２００が重量の大きなワーク３００を支えて移動する場合、例えばエアースライダなどの軸受が用いられ得る。
【００６１】
ラインビーム光源１００は、図５を参照して説明したように、複数の半導体レーザ素子４０と、複数の半導体レーザ素子４０を支持する支持体６０ａとを有する。複数の半導体レーザ素子４０は、前述した構成を備え、速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されている。ラインビーム光源１００における複数の半導体レーザ素子４０のそれぞれの発光領域から出射されたレーザ光は、同一ラインに平行に拡がってラインビーム３０Ｌを形成する。
【００６２】
ラインビーム光源１００の下端からワーク３００の上面まで距離（間隔）は、例えば５ｍｍから２００ｍｍ程度の範囲内に設定され得る。図示されているワーク３００の上面は平坦であるが、現実のワーク３００の上面は平坦である必要はない。図１０に示される例において、ラインビーム３０Ｌは、ワークス３００の上面に対して垂直に入射している。言い換えると、ラインビーム３０Ｌを形成しているレーザ光の光軸はＺ軸に平行であり、かつ、ワークステージ２００の上面はＸＹ面に平行である。しかし、本発明によるラインビーム照射装置の実施形態は、このような例に限定されない。ワークステージ２００の上面は、ラインビーム３０Ｌに対して傾斜していてもよい。また、Ｚ軸は、鉛直方向に一致している必要はなく、鉛直方向に対して傾斜（例えば直交）していてもよい。
【００６３】
図８Ａに示される光強度分布をラインビームの長手方向（Ｙ軸方向）に沿って更に均すため、ラインビーム照射中に、ラインビーム３０Ｌの長手方向（Ｙ軸方向）に沿って半導体レーザ素子４０を振動または移動させてもよい。そのような振動または移動は、不図示のアクチュエータによってラインビーム光源１００そのものを駆動することによって実現することもできる。あるいは、ラインビーム光源１００内において個々の半導体レーザ素子４０を速軸方向に振動または移動させることによっても実現できる。
【００６４】
ラインビーム光源１００における個々の半導体レーザ素子４０（図５参照）は、レーザダイオード駆動回路（ＬＤ駆動回路）８０に接続されている。ＬＤ駆動回路８０は、前述したモニタ用フォトダイオードから出力された電気信号を受け取り、半導体レーザ素子４０（図５参照）の光出力を所定レベルに調整するオートマティックパワーコントロール（ＡＰＣ）回路を含んでいても良い。また、ＬＤ駆動回路８０は、半導体レーザ素子４０（図５参照）を流れる電流（駆動電流）の大きさを所定レベルに調整するオートマティックカレントコントロール（ＡＣＣ）回路を含んでいても良い。ＬＤ駆動回路８０は、公知の回路構成を採用し得る。なお、ワークに対する厳密な光照射制御が不要な場合は、モニタ用フォトダイオードを省略した半導体レーザ素子を使用してもよい。この場合、前述のＡＣＣ回路が好適に適用される。
【００６５】
図１１は、ラインビーム照射装置１０００における信号、データ、および指令の流れを模式的に示すブロック図である。
【００６６】
図示されている構成例において、コントローラ７０は、典型的にはコンピュータである。コントローラ７０の一部または全部は、汎用的または専用的なコンピュータシステムであり得る。コンピュータシステムとは、ＯＳ（オペレーティングシステム）および、必要に応じて周辺機器等のハードウェアを含むものとする。コントローラ７０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であるメモリ７４に接続されている。メモリ７４には、ラインビーム照射装置１０００の動作を規定するプログラムが格納されている。図１１では、簡単のため、単数のメモリが記載されているが、現実のメモリ７４は、複数の同一または異なる種類の記録装置であり得る。メモリ７４の一部は、不揮発性メモリであり、他の一部はランダムアクセスメモリであってもよい。メモリ７４の一部または全体は、着脱容易な光ディスクおよび固体記録素子であってもよいし、ネットワーク上にあるクラウド型の記憶装置であってもよい。
【００６７】
コントローラ７０は、温度センサおよびイメージセンサなどのセンサ７６に接続されている。このようなセンサ７６によって、ワーク３００上におけるラインビーム３０Ｌの照射位置３０Ｐ（図１０）を検知したり、照射によってワーク３００上に現れた物理的または化学的変化を観察したりすることができる。センサ７６が赤外線イメージセンサである場合、ラインビーム３０Ｌの照射によって加熱されたワーク３００の温度分布を検知することも可能である。センサ７６が可視光イメージセンサである場合、ラインビーム３０Ｌの照射によってワーク３００に現れた物理的または化学的変化の面内分布を検知することも可能である。従って、本実施形態のラインビーム照射装置１０００を用いて例えばレーザリフトオフを行うときは、剥離不良が生じたか否か、および、剥離不良が生じた場所をセンサ７６によって検知することも可能である。イメージセンサが３次元画像を取得するように構成されていれば、ラインビーム３０Ｌの照射によってワーク３００に現れた物理的または化学的変化の３次元的な分布を検知することも可能である。また、照射前に、ワーク３００の構造を把握して照射条件の調整に利用することも可能である。
【００６８】
コントローラ７０は、メモリ７４に保持されているプログラムに従い、必要に応じてセンサ７６の出力に基づいて、適切な指令をＬＤ駆動回路８０および搬送装置駆動回路９０に対して発する。ＬＤ駆動回路８０は、コントローラ７０の指令に従って、ラインビーム光源１００から出るラインビーム３０Ｌの光強度を調整する。搬送装置駆動回路９０は、コントローラ７０の指令に従って、搬送装置２５０の動作を調整する。
【００６９】
図１２は、図１０に示されるラインビーム照射装置１０００をＹＺ面に直交する方向から視た図である。図１２の上部は、照射前の状態を示し、下部は、照射中の状態を示している。この例では、ラインビーム３０Ｌの長さ（長軸方向サイズ）がワーク３００の一辺の長さを超えている。このため、一度の走査により、ワーク３００の全体に対するラインビーム照射を完了することが可能である。ラインビーム３０Ｌの長さがワーク３００の一辺の長さの半分である場合は、２回の走査が必要になる。この場合、走査方向は、往路と復路とで反転してもよい。本実施形態のラインビーム照射装置１０００では、ビームエキスパンダーまたはレンズなどの光学素子を用いてラインビーム３０Ｌを長軸方向に伸縮することは行っていない。このため、ラインビーム３０Ｌの長さは、ラインビーム光源１００における半導体レーザ素子４０（図５）の配列の全長と同程度である。なお、ラインビーム３０Ｌの両端部分が光照射に不要であれば、ラインビーム光源１００とワーク３００との間に挿入された遮蔽部材によってラインビーム３０Ｌの両端部分をカットしても良い。
【００７０】
図１３は、ラインビーム３０Ｌでワーク３００を走査している工程（始め、途中、終わりの３段階）中のラインビーム照射装置１０００をＸＺ面に直交する方向から視た図である。この例では、固定されているワーク３００に対し、ラインビーム光源１００をＸ軸方向に移動させることにより、ラインビーム３０Ｌの走査を実行している。前述したように、ラインビーム３０Ｌの走査は、ラインビーム光源１００とワークステージ２００との相対的位置関係を変化させることにより実現できる。
【００７１】
ラインビーム３０Ｌは、連続波（ＣＷ）であっても良いし、パルス波であってもよい。図１１のＬＤ駆動回路８０によって、個々の半導体レーザ素子４０の発光を自在に変調することができる。図１３に示されるように、ラインビーム３０Ｌの照射位置が移動している途中において、ラインビーム３０Ｌの光強度を時間的空間的に変化させることができる。
【００７２】
図１４は、ラインビーム光源１００の位置とラインビーム３０Ｌの光強度変化（光出力波形）との関係の一例を示すグラフである。このグラフに示されている右肩上がりの直線は、ラインビーム照射工程開始後の経過時間とラインビーム光源１００の位置（ワークに対する相対位置）との関係を示している。ラインビーム光源１００の位置を、便宜上、ｘ座標で示す。グラフの上部には、ラインビーム３０Ｌの光出力波形の例が示されている。図１４の例では、ラインビーム光源１００の点灯後、ラインビーム３０Ｌの光強度は一定に維持されている。ラインビーム光源１００の位置は、一定の走査速度で移動している。この場合の「一定の走査速度」とは、厳密な意味での連続的な移動による一定の速度に限定されない。例えば、ステッピングモータによってラインビーム光源１００またはワークステージ２００を数十μｍ単位のステップで移動させる場合を含むものとする。そのような微視的なステップ移動は、実質的に連続的な移動と同一視され得る。
【００７３】
個々の半導体レーザ素子４０の光出力が１ワット（Ｗ）である例を考える。１個の半導体レーザ素子４０によるワーク３００上における光照射領域が２．０ｃｍ×０．５ｃｍのサイズを有していると仮定する。光照射領域の面積は１ｃｍ2である。この場合、１個の半導体レーザ素子４０によるレーザ光の照射を１秒間行うと、フルエンスは１ジュール／ｃｍ2（＝１０００ミリジュール／ｃｍ2）に等しくなる。ラインビーム３０Ｌの幅が０．５ｃｍであるので、毎秒０．５ｃｍの速度でラインビーム３０Ｌに直交する方向に走査を行うと、ワーク３００に１０００ミリジュール／ｃｍ2のレーザ光照射を行うことになる。毎秒２．０ｃｍの速度でラインビーム３０Ｌに直交する方向に走査を行うと、ワーク３００に２５０ミリジュール／ｃｍ2のレーザ光照射を行うことができる。なお、個々の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光は部分的に重なり合うので、ラインビーム３０Ｌによるフルエンスは、重なりの分だけ増加する。半導体レーザ素子４０の光出力を高めると、走査速度を更に高めることも可能になる。半導体レーザ素子４０の光出力を高めるには、発光領域２４の遅軸方向サイズＥｘを拡大することが有効である。Ｅｘは、例えば１００μｍ以上または２００μｍ以上に設定され得る。後述するレーザリフトオフ方法の実施形態では、ガラス基板からポリイミド層を剥離するとき、２５０ミリジュール／ｃｍ2程度、または、それ以上の光照射密度の実現が望まれる。半導体レーザ素子４０の光出力が相対的に低い場合でも、照射時間を長くすれば、必要な光照射密度を達成できる。また、ラインビームの短軸方向におけるサイズ（幅）を０．５ｃｍよりも短くすることによっても必要な光照射強度を達成できる。そのためのレンズまたはミラーなどの光学系を各半導体レーザ素子４０に結合させても良い。短軸方向におけるラインビームのサイズは、０．１ｃｍ程度あれば十分である。
【００７４】
本発明によるラインビーム照射装置の実施形態によれば、ＥＬＡ装置に比べて１台あたりの装置価格を低くすることが可能である。このため、複数台のラインビーム照射装置を用意し、個々のラインビーム照射装置を用いて各ワークを照射するようにすれば、量産効率を高めるために走査速度を限界レベルに高める必要は無くなる。すなわち、本発明によるラインビーム照射装置の実施形態によれば、ラインビームの走査速度を長く設定することが経済的に許容されるため、個々の半導体レーザ素子の光出力を低く設定して光源寿命を長くすることができる。
【００７５】
図１５は、ラインビーム光源１００の位置と光出力波形との関係の他の例を示すグラフである。図１５の例では、ラインビーム光源１００の点灯後、ラインビームの光強度は一定の短い周期で振動している。ラインビーム光源１００の位置は、相対的に低い一定の速度で移動している。この例では、ラインビーム光源１００は、点灯状態と非点灯状態とを周期的に繰り返しており、１周期における点灯状態の時間割合はデューティ比として定義される。デューティ比をパラメータとしてフルエンスを調整することができる。光強度の振動周波数（変調周波数）は、例えば１ヘルツ（Ｈｚ）から数キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲内に設定され得る。光照射を受けるワーク３００の各部位が少なくとも１回のラインビーム照射を受けるように、ラインビーム３０Ｌの幅（照射面におけるＸ方向サイズ）、変調周波数、および走査速度が設定される。
【００７６】
図１６は、ラインビーム光源１００の位置と光出力波形との関係の更に他の例を示すグラフである。図１６の例では、ラインビーム３０Ｌの走査中に、デューティ比が変調されている。
【００７７】
図１７は、ラインビーム光源１００の位置と光出力波形との関係の更に他の例を示すグラフである。図１７の例では、走査速度が一定ではなく、ラインビーム光源１００の位置は一定の時間間隔で移動と停止とを繰り返している。この例におけるラインビーム３０Ｌの照射は、ワークステージ２００に対するラインビーム光源１００の移動が停止しているときに実行されている。ラインビーム光源１００のＸ軸方向における位置が固定されてラインビーム３０Ｌの照射が行われている最中に、前述したようにラインビーム３０Ｌを速軸（Ｙ軸）方向に振動または移動させてもよい。それによって、ワーク３００の各部位における光照射密度の速軸（Ｙ軸）方向の分布が均一化される。
【００７８】
このようにラインビーム３０Ｌの光強度には、種々の変調を加えることが可能であり、変調の態様を時間また照射位置に応じて変化させることも可能である。光照射位置の移動のパターンと光強度変調のパターンとの組み合わせは、多様であり、図１４から図１７に示す例に限定されない。
【００７９】
上記の実施形態において、ラインビーム光源１００とワーク３００との距離は、走査中、一定に保持されるが、この距離を変調させてもよい。これらの実施形態において、ラインビーム光源１００の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光は、少なくとも速軸方向にコリメートも集束もされないで、ワーク３００に入射する。前述したように、ラインビーム光源１００にはラインビーム３０Ｌを遅軸方向に集束させるためのレンズが付加されていても良い。また、ラインビーム３０Ｌの長さを調整するため、レンズ、ミラーなどの光学素子を用いてラインビーム３０Ｌを速軸方向に集束したり、エクスパンドしたりしてもよい。
【００８０】
＜レーザリフトオフ方法＞
図１８Ａ、図１８Ｂ、および図１８Ｃは、本発明によるレーザリフトオフ方法の実施形態を説明するための工程断面図である。これらの図面は、いずれも、ワーク３００の一部を拡大して模式的に示す断面図である。図示されているワーク３００の寸法は、現実のワーク３００が有する寸法のスケール比率を反映していない。
【００８１】
図１８Ａに示されるように、このワーク３００は、ガラス基板（キャリア）３２と、ガラス基板３２に固着しているポリイミド層３４と、ポリイミド層３４上に形成された複数のデバイス３６と備えている。複数のデバイス３６のそれぞれは、この例において、同一の構成を有している。個々のデバイス３６は、ポリイミド層３４がガラス基板３２から剥離された後、フレキシブルな電子装置、例えばフレキシブルディスプレイとして動作する構造を備えている。デバイス３６の典型例は、薄膜トランジスタ層、ＯＬＥＤ層、電極層、および配線層を有する電子デバイスである。薄膜トランジスタは、非晶質シリコン、多結晶シリコン、その他の無機半導体層、または有機半導体から形成され得る。多結晶シリコンの形成は、ガラス基板３２上に堆積した非結晶シリコン層に対して、従来のＥＬＡ装置による溶融再結晶化によって行うことができる。各デバイス３６は水分およびガスに対するバリアフィルムによって封止されている。
【００８２】
図１８Ｂは、ワーク３００に対してラインビーム３０Ｌの照射が行われている途中の状態を示している。この例では、ラインビーム３０Ｌの照射により、ガラス基板３２とポリイミド層３４との間に空隙３４ａが発生している。ラインビーム３０Ｌの波長は、ラインビーム３０Ｌの大部分がガラス基板３２を透過し、かつ、ポリイミド層３４に吸収されるように選択される。例えば５〜２００μｍ程度の厚さを持つポリイミド層３４は、例えば２５０〜４５０ｎｍの波長を持つラインビームの照射（例えば１００〜３００ミリジュール／ｃｍ2）を受けると、ガラス基板３２から剥離することができる。現在実用化されている最も短波長の半導体レーザ素子の発振波長は、３５０ｎｍ程度であるが、今後、この波長は更に短縮され、かつ光出力の増大することが予想される。
【００８３】
ポリイミドの分光吸収率およびガラスの分光透過率は、それぞれ、ポリイミドの種類およびガラスの種類に依存する。このため、剥離が効率的に進行するように、これらの材料および厚さ、ラインビーム３０Ｌの波長および光強度が決定される。
【００８４】
図１８Ｃは、ワーク３００に対するラインビーム３０Ｌの照射が完了した状態を示している。図示されているように、ポリイミド層３４に支持された状態の複数のデバイス３６がガラス基板３２からリフトオフして、剥離している。複数のデバイス３６が１枚の連続したポリイミド層３４によって支持されている場合は、レーザリフトオフ工程の後、ポリイミド層３４が分割され、複数のデバイス３６がそれぞれ分離される。こうして得られたデバイス３６は、ガラス基板３２のように高い剛性を持つ部材を有していないため、柔軟性を持つ。
【００８５】
上記の例では、ガラス基板３２にポリイミド層３４が接触しているワーク３００が使用されているが、本発明によるレーザリフトオフ方法の適用は、このような例に限定されない。ガラス基板３２とポリイミド層３４との間にレーザ光を吸収して剥離を促進する犠牲層が設けられていても良い。また、ポリイミド以外の材料から形成された層がフレキシブルデバイスのベースとして用いられても良い。更に、ガラス基板３２の代わりに他の材料から形成されたキャリアが用いられても良い。
【００８６】
上記の例では、フレキシブルディスプレイのガラス基板からの剥離が行われているが、本発明によるレーザリフトオフ方法の適用は、このような例に限定されない。本発明のレーザリフトオフ方法は、サファイア基板などの結晶成長用基板からＬＥＤを剥離するためにも用いられ得る。このようなレーザリフトオフの工程を含む電子デバイスの製造方法によれば、キャリアと、キャリアに固定されている各種の電子デバイスとを含むワークを用意して、そのようなワークをラインビームで照射することにより、キャリアから剥離された電子デバイスを得ることができる。
【００８７】
図１９は、ワーク３００上におけるラインビーム３０Ｌの照射領域（破線部）を模式的に示す平面図である。照射領域内に示す黒い点は、ラインビーム光源１００（不図示）における半導体レーザ素子４０の発光領域２４の位置をワーク３００上に投影した図である。この例では、１２個の半導体レーザ素子４０から出たレーザ光がラインビーム３０Ｌを形成している。
【００８８】
図１９に示されるように、１２個の半導体レーザ素子４０の発光領域２４の投影位置に応じて、ワーク３００が持つ構造は一様ではない。すなわち、ワーク３００は、デバイス３６が存在しない領域と、デバイス３６が存在する領域とを有している。これらの領域の間には、デバイス３６の有無に応じて熱容量の差異が存在する。そのため、同じ光強度のレーザ光が照射された場合、剥離の程度に差異が生じることがある。ラインビーム照射装置１０００によれば、同一ライン上においても、例えば、ワーク３００の熱容量の大きな部分には相対的に高い光強度の照射を行い、熱容量の小さな部分には相対的に低い強い光強度の照射を行うことが可能である。
【００８９】
図２０は、ラインビーム３０Ｌの光強度分布をワーク３００の位置に応じて空間的に変調した例を示す模式断面図である。図２０の上部に示される曲線は、１２個の半導体レーザ素子４０から出射されたレーザ光の強度分布を示している。破線は合成されたラインビーム３０Ｌの光強度分布を示している。この例では、１２個の半導体レーザ素子４０が位置に応じて異なる出力（光強度）のレーザ光を出射している。図１０および図１１のＬＤ駆動回路８０は、個々の半導体レーザ素子４０の光出力を独立して制御できる。
【００９０】
図１５から図１７を参照して説明したように、本実施形態によれば時間的な光強度変調を行うことができ、更に、図２０に示すように空間的な光強度変調を行うことも可能である。ワーク３００上の照射位置に応じて、ラインビーム３０Ｌの光強度分布を変化させる方法には、大きく分けて以下の２通りある。
【００９１】
第１の方法は、ワーク３００の構造に合わせて予め複数の半導体レーザ素子の光強度をプログラムしておく方法である。第２の方法は、ワーク３００の構造または状態をイメージセンサで観察しながら、リアルタイムで複数の半導体レーザ素子４０の光強度を調整また補正する方法である。前者の方法に後者の方法を組み合わせても良い。第２の方法を実行するときは、例えば、イメージセンサによってワーク３００の構造または状態をリアルタイムで検出し、画像処理によって照射対象エリアを複数のセルに区分する。そして、セルごとに光強度の目標値を設定し、個々の半導体レーザ素子の光強度を調整すればよい。
【００９２】
ワーク３００に対するラインビーム３０Ｌの走査を実行しているとき、例えばイメージセンサを用いて、剥離の程度が不完全な部位（剥離不良領域）を検出することも可能である。そのような剥離不良領域を検知した際、その領域の位置座標をメモリ７４内に記憶する。そして、そのワーク３００に対する２度目の走査を実行することができる。この２度目の走査では、剥離不良領域のみに対するレーザ光の照射を行えば良い。極端な例において、２度目の走査は、１個の半導体レーザ素子４０からのレーザ光を１個の剥離不良領域にあてるだけで完了し得る。
【００９３】
ラインビーム照射装置１０００が２個のラインビーム光源１００を備えていても良い。第１の先行して照射を行うラインビーム光源１００によって生じた剥離不良領域をイメージセンサが検知した場合、後行する第２のラインビーム光源１００の対応する半導体レーザ素子４０が選択的に発光する。このようにして、レーザ光の照射を補充的に行うことにより、不良のリペアを同一工程で実現できる。
【００９４】
また、１個のラインビーム光源が半導体レーザ素子４０の２組の列を備えていても良い。図２１Ａは、中心間距離Ｐｘだけ離れた２列の半導体レーザ素子４０を示している。Ｐｘは、例えば１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲に設定され得る。先行して照射を行う第１列はＹ軸方向にピッチＰｙ１で配列された複数の半導体レーザ素子４０を含み、後行する列はＹ軸方向にピッチＰｙ２で配列された複数の半導体レーザ素子４０を含む。図示されている例では、Ｐｙ１＝Ｐｙ２であるが、この例に限定されない。図２１Ｂは、このような半導体レーザ素子４０を備えるラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。図２１Ｃは、２列の半導体レーザ素子４０の発光領域２４をワーク３００上に投影した位置を模式的に示している。図２１Ｃの例では、各列に１２個の半導体レーザ素子４０が配列されたラインビーム光源が形成するラインビーム３０Ｌでワーク３００を照射している。
【００９５】
このような例によれば、走査中に先行する最初の列に属する複数の半導体レーザ素子４０が形成するラインビーム３０Ｌの照射によって剥離が完成しなかった領域に対して、後行する列に属する複数の半導体レーザ素子４０の１個または複数個を発光させ、必要なリペアを行うことができる。２列目の半導体レーザ素子４０は、第２の同一ライン状に配列されており、補助半導体レーザ素子して機能する。図２１Ｂに示されるように、ラインビーム光源１００の１列目の半導体レーザ素子４０と２列目の半導体レーザ素子４０との間に、剥離状況をモニタするためのイメージセンサ７６ａを配置しても良い。さらには、図２１Ｄに示すように、２列目の半導体レーザ素子４０の走査方向後方側に、剥離状況をモニタするための他のイメージセンサ７６ｂを配置しても良い。また、ラインビーム光源１００の移動方向が反転して往復動作する場合は、図２１Ｅに示すように、１列目の半導体レーザ素子４０の前方側に、更に他のイメージセンサ７６ｃを配置しておいても良い。図２１Ｅの構成を採用すれば、走査方向が反転しても、イメージセンサ７６ｂ、７６ｃのいずれか一方が常に走査方向の後方側に位置するため、剥離状況をモニターできる。
【００９６】
２列の半導体レーザ素子４０を１０ｍｍ以下の距離に近接させてもよい。先行する１列目の半導体レーザ素子４０でワークの「予熱」を行い、後行する２列目の半導体レーザ素子４０によって「剥離」を達成するようにしてもよい。１列目の半導体レーザ素子４０によるラインビームの光強度と、２列目の半導体レーザ素子４０によるラインビームの光強度とを変えることにより、ワーク３００に対する多様なラインビーム照射を行うことができる。列の本数も２個に限定されない。また、各列によって半導体レーザ素子４０から出射されるレーザ光の波長が異なっていても良い。最初に波長が相対的に長いラインビームを照射し、それに引き続いて相対的に波長が短いラインビームを照射してもよい。あるいは逆に、最初に波長が相対的に短いラインビームを照射し、それに引き続いて相対的に波長が長いラインビームを照射してもよい。
【００９７】
図２２Ａは、ラインビーム光源１００における半導体レーザ素子４０の他の配置例を示す図である。図２２Ｂは、このような半導体レーザ素子４０を備えるラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。図２２Ｃは、２列の半導体レーザ素子４０における発光領域２４をワーク３００上に投影した位置を模式的に示している。この例において、２列の半導体レーザ素子４０は、スタッガパターン（千鳥配列）を有している。２列の中心間距離を短縮することにより、全体として１本のラインビームを形成することも可能である。更に、第１の列に属する半導体レーザ素子４０の光軸と、第２の列に属する半導体レーザ素子４０の光軸とがワーク３００上で交差するように半導体レーザ素子４０の方位を調整すれば、実質的に１本のラインビームを形成することができる。このようにして形成されたラインビームの光強度は、速軸方向においてより均一化されている。
【００９８】
図２３は、隣接する半導体レーザ素子４０の中心間距離が位置に応じて異なる半導体レーザ素子４０の発光領域２４をワーク３００上に投影した位置を模式的に示す平面図である。図２４は、このような配列を有する半導体レーザ素子４０によって形成されたラインビーム３０Ｌの光強度分布を模式的に示す図である。図２５は、図２４に示す光強度分布を実現するラインビーム光源１００の構成例を示す斜視図である。ワーク３００の構造が既知である場合、前もって、半導体レーザ素子４０の配列をワーク３００の構造に合わせておくこともできる。同一の構造を有する大量のワーク３００に対してリフトオフ工程を実行する用途では、ワーク３００に合わせて半導体レーザ素子４０の配列を決定すればよい。
【００９９】
以上説明してきたように、本発明によるラインビーム光源およびラインビーム照射装置の実施形態は、用途またはワークの構造に合わせて多様な構成をとりえる。
【０１００】
本発明によるラインビーム光源およびラインビーム照射装置の上記実施形態では、ラインビームの光強度またはフルエンスをラインビームの長手方向に沿って一定にするための複雑な光学系が不要になる。しかも、半導体レーザ素子の価格はエキシマレーザ装置の価格に比べて極めて低い。従って、本発明の実施形態によれば、ラインビーム照射装置およびレーザリフトオフ法のコストを下げ、様々な用途にラインビーム照射を適用する道を開く。また、エキシマレーザ装置では、装置稼働中は継続してレーザ発振させ続ける必要があるのに対し、半導体レーザ素子の発振状態は簡単にオン・オフすることができる。このため、本発明の実施形態によれば、光照射領域の走査中において、剥離に必要な光照射を実行する期間のみ選択的にレーザ発振を行うことができ、光源の長寿命化、および電気料金などのランニングコストの節約が可能となる。更に、本発明のラインビーム照射装置は、パルス波ではなく連続波のレーザ光を出射できるので、従来のＥＬＡ装置およびＹＡＧレーザ装置のレーザ光照射に比べて、相対的に低い強度のレーザ光を相対的に長い時間にわたって照射できる。その結果、光照射密度の均一性が低くても、ワークの熱分布を均一化しやすい。このため、従来の高価なＥＬＡ装置およびＹＡＧレーザ装置を代替して半導体層の溶融再結晶に用いることも可能である。図２１Ａから図２５を参照して説明したラインビーム光源１００の改変例は、レーザリフトオフ法以外の用途にも適用可能である。
【０１０１】
なお、添付の図面では、簡単のため、ベアチップ状態の半導体レーザ素子が記載されているが、前述したように、半導体レーザ素子は、パッケージまたはカートリッジに実装された状態で支持体６０ａに搭載されてもよい。その場合、支持体にはパッケージまたはカートリッジを保持する接続装置が設けられる。このような接続装置は、個々のパッケージまたはカートリッジを自在に脱着できる機構を備えておれば、任意の構成を採用し得る。
【０１０２】
本開示において図示されている半導体レーザ素子は、いずれも、１個の発光領域を持つシングルエミッタ構造の半導体レーザ素子であるが、本発明はこれに限定されない。各半導体レーザ素子が２個以上の発光領域を含み、それらの発光領域が１本または複数本のラインビームを形成するのであれば、マルチエミッタ構造の半導体レーザ素子を用いても良い。
【０１０３】
なお、図７Ｂからわかるように、各半導体レーザ素子４０の位置が遅軸方向に僅かにシフトしても、実用上は支障のないラインビーム３０Ｌが形成される。半導体レーザ素子４０の遅軸方向におけるアライメントずれの許容範囲は、照射面上において連続するラインビーム３０Ｌを形成するように決定され得る。半導体レーザ素子４０の遅軸方向におけるアライメントずれは、例えば、発光領域２４の遅軸方向サイズＥｘの大きさ以下に設定される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明によるラインビーム光源およびラインビーム照射装置は、ＬＥＤおよび フレキシブルディスプレイなどの電子デバイスを製造する方法に用いられ得る。本発明によるラインビーム光源およびラインビーム照射装置は、特にレーザリフトオフに好適に利用され得るが、物体の加工、改質、溶融、結晶化、再結晶化、切断、半導体中の不純物活性化、および殺菌にも利用され得る。また、本発明によるラインビーム光源は、植物工場内において、同一ラインに沿って配置された複数の植物に対し、光合成に適した波長の光を効率よく照射する照明光源としても利用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０    半導体レーザ素子
１２    ｐ側電極
１６    ｎ側電極
２０    基板
２２    半導体積層構造
２２ａ  ｐ側クラッド層
２２ｂ  活性層
２２ｃ  ｎ側クラッド層
２４    発光領域
２６ａ  半導体積層構造の端面（正面側）
２６ｂ  半導体積層構造の上面
２６Ｃ  半導体積層構造の端面（背面側）
３０    レーザ光
３０Ｃ  コリメートされたレーザ光
３０Ｌ  ラインビーム
３２    ガラス基板
３４    ポリイミド層
３４ａ  空隙
３６    デバイス
４０    半導体レーザ素子（レーザダイオード）
４５    照射面
５０Ｆ  速軸コリメータレンズ
５０Ｓ  シリンドリカルレンズ
６０    筐体
６０ａ  支持体    ７０    コントローラ
７４    メモリ
７６    センサ
７６ａ  イメージセンサ
７６ｂ  イメージセンサ
７６ｃ  イメージセンサ
８０    ＬＤ駆動回路
９０    搬送装置駆動回路
１００    ラインビーム光源
２００    ワークステージ
２５０    搬送装置
３００    ワーク
４００    レーザダイオードアレイ
４１０    レーザバー
１０００    ラインビーム照射装置
【図１】
2017110121.tif 000003
【図２Ａ】
2017110121.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2017110121.tif 000007
【図２Ｅ】
2017110121.tif 000008
【図３】
2017110121.tif 000009
【図４Ａ】
2017110121.tif 000010
【図４Ｂ】
2017110121.tif 000011
【図５】
2017110121.tif 000012
【図６】
2017110121.tif 000013
【図７Ａ】
2017110121.tif 000014
【図７Ｂ】
2017110121.tif 000015
【図７Ｃ】
2017110121.tif 000016
【図８Ａ】
2017110121.tif 000017
【図８Ｂ】
2017110121.tif 000018
【図９Ａ】
2017110121.tif 000019
【図９Ｂ】
2017110121.tif 000020
【図１０】
2017110121.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
2017110121.tif 000023
【図１３】
2017110121.tif 000024
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2017110121.tif 000027
【図１７】
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【図１８Ａ】
2017110121.tif 000029
【図１８Ｂ】
2017110121.tif 000030
【図１８Ｃ】
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【図１９】
2017110121.tif 000032
【図２０】
2017110121.tif 000033
【図２１Ａ】
2017110121.tif 000034
【図２１Ｂ】
2017110121.tif 000035
【図２１Ｃ】
2017110121.tif 000036
【図２１Ｄ】
2017110121.tif 000037
【図２１Ｅ】
2017110121.tif 000038
【図２２Ａ】
2017110121.tif 000039
【図２２Ｂ】
2017110121.tif 000040
【図２２Ｃ】
2017110121.tif 000041
【図２３】
2017110121.tif 000042
【図２４】
2017110121.tif 000043
【図２５】
2017110121.tif 000044
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月14日(2018.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインビーム照射装置であって、
ワークステージと、
前記ワークステージ上に置かれたワークをラインビームで照射するラインビーム光源と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる搬送装置と、
を備え、
前記ラインビーム光源は、複数の半導体レーザ素子と、前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体とを有し、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、パッケージまたはカートリッジに収容されており、前記支持体は、前記パッケージまたはカートリッジを着脱可能に保持する接続装置を有しており、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記同一ラインに平行に拡がって前記ラインビームを形成する、ラインビーム照射装置。
【請求項２】
前記発光領域の前記遅軸方向のサイズは、前記速軸方向のサイズの５０倍以上である、請求項１に記載のラインビーム照射装置。
【請求項３】
前記複数の半導体レーザ素子のうち、前記速軸方向において隣り合う任意の２個の半導体レーザ素子の中心間距離は２０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載のラインビーム照射装置。
【請求項４】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記速軸方向にはコリメートされていない、請求項１から３のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光を、前記遅軸方向にコリメートまたは集束する光学部材を備えている、請求項１から４のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項６】
前記複数の半導体レーザ素子を前記速軸方向に振動または移動させるアクチュエータを備えている、請求項１から５のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザ素子を駆動するレーザダイオード駆動回路を備える、請求項１から６のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項８】
前記レーザダイオード駆動回路は、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれを駆動する、請求項７に記載のラインビーム照射装置。
【請求項９】
前記レーザダイオード駆動回路は、前記ラインビームの空間的強度分布を変調するように前記複数の半導体レーザ素子を駆動する、請求項８に記載のラインビーム照射装置。
【請求項１０】
前記ワークの構造または状態を検出するセンサを備え、
前記レーザダイオード駆動回路は、前記センサによって検出された前記ワークの構造または状態に基づいて、前記ラインビームの空間的強度分布を時間的に変化させる、請求項９に記載のラインビーム照射装置。
【請求項１１】
前記センサは、イメージセンサである、請求項１０に記載のラインビーム照射装置。
【請求項１２】
前記ラインビーム光源は、前記支持体に支持された複数の補助半導体レーザ素子を有しており、
前記複数の補助半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の補助半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる第２の同一ラインに沿って配列されており、前記第２の同一ラインは前記同一ラインに平行である、請求項１から１１のいずれかに記載のラインビーム照射装置。
【請求項１３】
複数の半導体レーザ素子と、
前記複数の半導体レーザ素子を支持する支持体と、
を備え、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、パッケージまたはカートリッジに収容されており、前記支持体は、前記パッケージまたはカートリッジを着脱可能に保持する接続装置を有しており、
前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれは、レーザ光を出射する発光領域を含む端面を持つ半導体積層構造を有し、前記発光領域は、前記半導体積層構造の積層方向に平行な速軸方向のサイズおよび前記積層方向に垂直な遅軸方向のサイズを有しており、
前記複数の半導体レーザ素子は、前記速軸方向に延びる同一ラインに沿って配列されており、前記複数の半導体レーザ素子のそれぞれの前記発光領域から出射された前記レーザ光は、前記同一ラインに平行に拡がってラインビームを形成する、ラインビーム光源。
【請求項１４】
請求項１から１２のいずれかに記載のラインビーム照射装置を用いるレーザリフトオフ方法であって、
キャリアと前記キャリアに固定されているデバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、
前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、
を含む、レーザリフトオフ方法。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれかに記載のラインビーム照射装置を用いる電子デバイスの製造方法であって、
キャリアと前記キャリアに固定されている電子デバイスとを含むワークを用意し、前記ワークステージに置く工程と、
前記ワークステージ上に置かれた前記ワークを前記キャリア側から前記ラインビーム光源の前記ラインビームで照射する工程と、
前記ワーク上における前記ラインビームの照射位置を前記ラインビームに交差する方向に移動させるように前記ワークステージおよび前記ラインビーム光源の少なくとも一方を移動させる工程と、
前記ワークの前記キャリアから剥離された前記電子デバイスを得る工程と、
を含む、電子デバイスの製造方法。
【国際調査報告】
2017110121.tif 000045
2017110121.tif 000046
2017110121.tif 000047
2017110121.tif 000048