(57)【要約】【課題】半導体レーザを光源に用いてビーム光を照射するのにあたり、照射均一性を十分に確保しつつ、照射光学系の小型化にも十分に対応することができる、バランスの取れた光学設計を実現する。【解決手段】半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射する照射装置において、均一化照射のために配置された第１の波面分割型インテグレータ６２の開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、当該第１の波面分割型インテグレータ６２より前記被照射物の側に配置された第２の波面分割型インテグレータ６４の開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とした場合に、ＮＡ2≦ＮＡ1を満足し、かつ、ＮＡ1、Ｐ1、ＮＡ2およびＰ2が所定関係を満足するように、前記第１の波面分割型インテグレータ６２および前記第２の波面分割型インテグレータ６４のそれぞれを構成する。【選択図】図１０
2008300602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射する照射装置であって、
均一化照射のために配置された第１の波面分割型インテグレータおよび当該第１の波面分割型インテグレータより前記被照射物の側に配置された第２の波面分割型インテグレータを備えるとともに、
前記第１の波面分割型インテグレータおよび前記第２の波面分割型インテグレータは、当該第１の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、当該第２の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とした場合に、
【数１】
2008300602.tif 000008
を満足し、かつ、
【数２】
2008300602.tif 000009
を満足するように、それぞれが構成されている
ことを特徴とする照射装置。
【請求項２】
半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射して当該被照射物における半導体膜を改質するアニール処理を行う半導体装置の製造装置であって、
均一化照射のために配置された第１の波面分割型インテグレータおよび当該第１の波面分割型インテグレータより前記被照射物の側に配置された第２の波面分割型インテグレータを備えるとともに、
前記第１の波面分割型インテグレータおよび前記第２の波面分割型インテグレータは、当該第１の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、当該第２の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とした場合に、
【数３】
2008300602.tif 000010
を満足し、かつ、
【数４】
2008300602.tif 000011
を満足するように、それぞれが構成されている
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記半導体レーザは、ブロードエリア型のエミッタを有し、
前記第１の波面分割型インテグレータおよび前記第２の波面分割型インテグレータは、前記エミッタの長手方向のみ有効である
ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記第２の波面分割型インテグレータにより生成された二次光源を用いて均一化照射するためのレンズ系を備えるとともに、
前記レンズ系は、前記出射ビーム光の光軸に対して回転対称に構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記被照射物を前記半導体レーザのブロードエリア方向と垂直な方向に移動させるステージを備えるとともに、
前記半導体レーザと、前記第１の波面分割型インテグレータ、前記第２の波面分割型インテグレータおよび前記レンズ系を有する照射光学系とを、それぞれ複数備え、
各半導体レーザが並行してビーム光を出射するように構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射して当該被照射物における半導体膜を改質するアニール処理工程を含む半導体装置の製造方法であって、
均一化照射のために配置された第１の波面分割型インテグレータおよび当該第１の波面分割型インテグレータより前記被照射物の側に配置された第２の波面分割型インテグレータを備えるとともに、
前記第１の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、前記第２の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とした場合に、
【数５】
2008300602.tif 000012
を満足し、かつ、
【数６】
2008300602.tif 000013
を満足するように、前記第１の波面分割型インテグレータおよび前記第２の波面分割型インテグレータが構成されている照射光学系を用いて、前記アニール処理工程を行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
薄膜半導体装置を備えて構成された表示装置の製造方法であって、
半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射して当該被照射物における半導体膜を改質するアニール処理工程を経て、前記薄膜半導体装置が形成されるとともに、
均一化照射のために配置された第１の波面分割型インテグレータおよび当該第１の波面分割型インテグレータより前記被照射物の側に配置された第２の波面分割型インテグレータを備え、
前記第１の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、前記第２の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とした場合に、
【数７】
2008300602.tif 000014
を満足し、かつ、
【数８】
2008300602.tif 000015
を満足するように、前記第１の波面分割型インテグレータおよび前記第２の波面分割型インテグレータが構成されている照射光学系を用いて、前記アニール処理工程を行う
ことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを光源に用いてビーム光を照射する照射装置、並びに、そのビーム光の照射を利用して半導体装置を製造する半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザビーム光が様々な用途に利用されている。その一例として、アクティブマトリクス型液晶表示装置や有機電界発光素子（以下「有機ＥＬ素子」という）を用いた有機電界発光表示装置（以下「有機ＥＬディスプレイ」という）等を製造する場合において、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下「ＴＦＴ」と略す）等の回路素子を多結晶シリコンにより形成するために、連続発振するレーザビーム光を用いてシリコン薄膜に対するアニール処理を行うことが知られている。レーザビーム光によるアニール処理によれば、シリコン薄膜を部分的に照射することから、基板全体が高温となってしまうのを回避することができ、基板としてガラス基板を用いることが可能となるからである。
【０００３】
ところで、レーザビーム光は、一般的にビーム断面内で強度が均一ではない。中央部の強度は高く、周辺部の強度は低いといった具合である。このことから、従来、均一な強度分布を有するレーザビーム光を形成する技術が種々提案されている。
具体的には、二次元配列された多数の微小レンズ要素を有する波面分割型のインテグレータを用い、かつ、そのインテグレータを多段に配置して、照射光学系を構成することで、レーザビーム光の照射均一性を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ただし、かかる構成では、インテグレータの分割数を増やしていけば均一性を向上させることができるが、光源に用いるレーザ等の空間コヒーレンシーによっては、逆に干渉縞の影響が生じてしまうことが懸念される。このような悪影響の低減には、波面分割の分割数、すなわちインテグレータの分割ピッチを、最適化することが有効である（例えば、特許文献２参照）。また、インテグレータに入射される光束の状態に応じて当該インテグレータで生成される二次光源の状態が変わるため、その影響が均一照射に生じない条件とすることも必要である（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２２７６１号公報
【特許文献２】特開２００４−９３８３７号公報
【特許文献３】特開２００２−４０３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、レーザビーム光の均一照射に関しては十分な効果が得られるが、主として光源にエキシマレーザやランプ等を用いた大型の設備に適用することを想定したものであり、小型化に主眼を置いた光学設計にはなっていない。
その一方で、最近では、レーザビーム光の光源として、半導体レーザが広く利用されるようになっている。このような半導体レーザに対応する照射光学系に関しては、当該半導体レーザが元々小さなものであることから、レーザビーム光の照射均一性を十分に確保しつつ、小型化に対応し得る光学設計となっているべきである。特に、半導体レーザをレーザビーム光の光源とする場合には、その大きさが小さいことを有効に活用すべく、複数の半導体レーザを並べてレーザビーム光の並行照射を行うことが考えられるが、その場合において、各半導体レーザに対応するそれぞれの照射光学系については、小型化への対応が強く求められる。
【０００６】
そこで、本発明は、半導体レーザを光源に用いてビーム光を照射するのにあたり、照射均一性を十分に確保しつつ、照射光学系の小型化にも十分に対応することができる、バランスの取れた光学設計の照射装置、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射する照射装置であって、均一化照射のために配置された第１の波面分割型インテグレータおよび当該第１の波面分割型インテグレータより前記被照射物の側に配置された第２の波面分割型インテグレータを備えるとともに、前記第１の波面分割型インテグレータおよび前記第２の波面分割型インテグレータは、当該第１の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、当該第２の波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とした場合に、
【数９】
2008300602.tif 000003
を満足し、かつ、
【数１０】
2008300602.tif 000004
を満足するように、それぞれが構成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成の照射装置では、第１の波面分割型インテグレータおよび第２の波面分割型インテグレータを備えているので、インテグレータが多段に配置されることになり、これらを透過するレーザビーム光の照射均一性が向上することになる。また、第２の波面分割型インテグレータの開口数ＮＡ2が第１の波面分割型インテグレータの開口数ＮＡ1以下という条件を満たすことで、これら第１の波面分割型インテグレータおよび第２の波面分割型インテグレータを含む照射光学系の全長が長くなるのを抑制でき、これに応じて当該照射光学系の鏡筒のサイズの拡大も抑制し得る。さらに、各波面分割型インテグレータの開口数をＮＡ1，ＮＡ2および分割ピッチをＰ1，Ｐ2の関係についての条件を満たすことで、波面分割数の低下により必要な均一照射が得られなくなってしまうこともなくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体レーザを光源に用いてビーム光を照射するのにあたり、照射均一性を十分に確保しつつ、照射光学系のサイズ拡大抑制を通じて小型化に容易に対応することができる。したがって、安価で高出力なブロードエリア型半導体レーザからの出射ビーム光を、被照射物に対して照射するラインビーム照射光学系を、安価に、かつ、現実的に、しかも小型に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づき本発明に係る照射装置、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法について説明する。
【００１１】
先ず、はじめに、レーザ光の照射を利用して製造される半導体装置の概要を説明する。
ここで説明する半導体装置は、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン、以下「ａ−Ｓｉ」と記述する）の非結晶状態から多結晶状態への改質、すなわちａ−Ｓｉから多結晶シリコン膜（ポリシリコン、以下「ｐ−Ｓｉ」と記述する）への改質を経て得られるものをいい、具体的には薄膜半導体装置であるＴＦＴが例に挙げられる。
【００１２】
ＴＦＴは、例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置や有機ＥＬディスプレイ等の表示装置を構成するのに用いられる。
図１は、ＴＦＴを備えた有機ＥＬディスプレイの構成例を示す説明図である。
図例の構成の有機ＥＬディスプレイ１は、以下に述べる手順で製造される。
先ず、ガラス基板からなる基板１１上に、例えばＭｏ膜からなるゲート膜１２をパターン形成した後、これを例えばＳｉＯ／ＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜１３で覆う。そして、ゲート絶縁膜１３上にａ−Ｓｉ膜からなる半導体層１４を成膜する。この半導体層１４に対しては、レーザアニール処理を施して、結晶化によりａ−Ｓｉ膜からｐ−Ｓｉ膜への改質を行う。次いで、ゲート膜１２を覆う島状に半導体層１４をパターニングする。その後、基板１１側からの裏面露光により、半導体層１４のゲート膜１２上に重なる位置に絶縁性パターン（図示省略）を形成し、これをマスクにしたイオン注入と活性化アニール処理により半導体層１４にソース／ドレインを形成する。以上により、基板１１上にゲート膜１２、ゲート絶縁膜１３および半導体層１４が順に積層された、いわゆるボトムゲートタイプのＴＦＴ１０を形成する。ここでは、ボトムゲートタイプを例に挙げているが、トップゲートタイプのＴＦＴを利用しても構わない。
その後は、ＴＦＴ１０を層間絶縁膜２１で覆い、層間絶縁膜２１に形成した接続孔を介してＴＦＴ１０に接続された配線２２を設けて画素回路を形成する。以上のようにして、いわゆるＴＦＴ基板２０を形成する。
ＴＦＴ基板２０の形成後は、そのＴＦＴ基板２０上を平坦化絶縁膜３１で覆うとともに、配線２２に達する接続孔３１ａを平坦化絶縁膜３１に形成する。そして、平坦化絶縁膜３１上に接続孔３１ａを介して配線２２に接続された画素電極３２を例えば陽極として形成し、画素電極３２の周縁を覆う形状の絶縁膜パターン３３を形成する。また、画素電極３２の露出面は、これを覆う状態で有機ＥＬ材料層３４を積層成膜する。さらに、画素電極３２に対して絶縁性を保った状態で対向電極３５を形成する。この対向電極３５は、例えば透明導電性材料からなる陰極として形成するとともに、全画素に共通のベタ膜状に形成する。このようにして、陽極としての画素電極３２と陰極としての対向電極３５との間に有機正孔輸送層や有機発光層等の有機ＥＬ材料層３４が配されてなる有機ＥＬ素子が構成されるのである。なお、ここでは、トップエミッション方式のものを例に挙げているが、ボトムエミッション方式であれば、画素電極３２を導電性透明膜で形成し、対向電極３５を高反射金属膜で形成すればよい。また、対向電極３５または画素電極３２にハーフミラーを用いて光を共振させるマイクロキャビティ構造を採用することも考えられる。
その後、対向電極３５上に光透過性を有する接着剤層３６を介して透明基板３７を貼り合わせ、有機ＥＬディスプレイ１を完成させる。
【００１３】
図２は、有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイ１を例に挙げている。
図２（Ａ）に示すように、この有機ＥＬディスプレイ１の基板４０上には、表示領域４０ａとその周辺領域４０ｂとが設定されている。表示領域４０ａは、複数の走査線４１と複数の信号線４２とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。これらの各画素ａには有機ＥＬ素子が設けられている。また周辺領域４０ｂには、走査線４１を走査駆動する走査線駆動回路４３と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線４２に供給する信号線駆動回路４４とが配置されている。 
そして、表示領域４０ａには、フルカラー対応の画像表示を行うために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分に対応した有機ＥＬ素子が混在しており、これらが所定規則に従いつつマトリクス状にパターン配列されているものとする。各有機ＥＬ素子の設置数および形成面積は、各色成分で同等とすることが考えられるが、例えば各色成分別のエネルギー成分に応じてそれぞれを相違させるようにしても構わない。
また、図２（Ｂ）に示すように、各画素ａに設けられる画素回路は、例えば有機ＥＬ素子４５、駆動トランジスタＴｒ１、書き込みトランジスタ（サンプリングトランジスタ）Ｔｒ２、および保持容量Ｃｓで構成されている。そして、走査線駆動回路４３による駆動により、書き込みトランジスタＴｒ２を介して信号線４２から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が有機ＥＬ素子４５に供給され、この電流値に応じた輝度で有機ＥＬ素子４５が発光する。 
なお、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成してもよい。また、周辺領域４０ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。 
【００１４】
以上に説明した有機ＥＬディスプレイ１に代表される表示装置は、図３〜図７に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置として用いられる。以下に、表示装置が用いられる電子機器の具体例を説明する。
なお、表示装置は、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部に透明なガラス等の対向部に貼り付けられて形成された表示モジュールが該当する。この透明な対向部には、カラーフィルタ、保護膜等、更には、上記した遮光膜が設けられてもよい。また、表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するための回路部やＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）等が設けられていてもよい。
【００１５】
図３は、電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。図例のテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として表示装置を用いることにより作製される。
【００１６】
図４は、電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。図例のデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として表示装置を用いることにより作製される。
【００１７】
図５は、電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。図例のノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として表示装置を用いることにより作製される。
【００１８】
図６は、電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。図例のビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として表示装置を用いることにより作製される。
【００１９】
図７は、電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として表示装置を用いることにより作製される。
【００２０】
次に、本実施形態における特徴点を説明する。
本実施形態では、ＴＦＴ１０の製造過程にて、当該ＴＦＴ１０の半導体層１４に施すレーザアニール処理に、大きな特徴がある。
【００２１】
図８は、レーザアニール処理を行うレーザアニール装置、すなわちＴＦＴ１０の製造過程で用いられる製造装置の一つであるレーザアニール装置の構成例を示す説明図である。
ここで例に挙げるレーザアニール装置では、図８（ａ）に示すように、一つの半導体レーザ５１ａと、一つの照射光学系５１ｂとによって、一つのレーザ照射光学ユニット５１が構成されている。
そして、レーザ照射光学ユニット５１は、図８（ｂ）に示すように、複数（例えば五つ）のものが並設されている。
【００２２】
各レーザ照射光学ユニット５１における半導体レーザ５１ａは、ブロードエリア型のエミッタを有し、当該エミッタの長手方向と垂直な方向において出射するビーム光の径方向が定義されるものである。このような半導体レーザ５１ａとしては、出射するビーム光の波長が７００〜１０００ｎｍのものを用いることが可能であるが、例えば、高出力の半導体レーザである波長が８００ｎｍ近傍のもの、または波長が９４０ｎｍ近傍のものを用いることが好ましい。このようにして照射装置の光源を構成することで、光源が小型化するとともに、後述するように出射するレーザビーム光を線状ビームに形成し易くなる。
【００２３】
また、レーザアニール装置では、図８（ｂ）に示すように、複数のレーザ照射光学ユニット５１に加えて、ＸＹ軸に可動するステージ５２を備えており、そのステージ５２上にＴＦＴ基板２０がセットされるようになっている。さらに詳しくは、各半導体レーザ５１ａのスローアクシス方向とステージ５２のＸ軸方向とが平行になっている。
【００２４】
そして、各レーザ照射光学ユニット５１における半導体レーザ５１ａおよびステージ５２は、いずれも、図示せぬコントローラによってその動作が制御される。具体的には、ステージ５２がＹ軸方向への走査中に半導体レーザ５１ａが発振して、当該ステージ５２上のＴＦＴ基板２０に対して半導体レーザ５１ａから照射光学系５１ｂを介してレーザビーム光を照射するように、それぞれの動作が制御される。これにより、ステージ５２上のＴＦＴ基板２０は半導体レーザ５１ａのブロードエリア方向と垂直な方向に移動することになり、そのＴＦＴ基板２０上でのレーザビーム光の照射状態が線状となる。このとき、各レーザ照射光学ユニット５１による照射領域は、ＴＦＴ基板２０の１画素分に相当にする。
【００２５】
このように構成されたレーザアニール装置を用いてレーザアニール処理を行えば、レーザ照射光学ユニットの並設数に対応した画素数について、同時にレーザアニール処理を施すことが可能となるため、複数軸の並行照射ではなく一軸のみの照射を行う場合に比べて、当該レーザアニール処理のスループット向上が図れるようになる。また、その場合に、各レーザ照射光学ユニット５１による均一照射状況が異なっても、それぞれのレーザ照射光学ユニット５１の出力を調整すれば、ＴＦＴ基板２０の全体で同一のアニール処理を行うことが可能になる。すなわち、複数のレーザ照射光学ユニット５１を用いて、いわゆるマルチヘッド化を実現した場合に、各レーザ照射光学ユニット５１の均一照射が悪くても、半導体レーザ５１ａの出力をコントロールすることで補償できるため、その点については問題にならない。
【００２６】
ところで、マルチヘッド化したレーザアニール装置において、アニール処理を行う際の処理速度は、マルチヘッドの数で決まる。したがって、アニール処理の処理効率向上を図るためには、なるべく多くのレーザ照射光学ユニット５１をレーザアニール装置に搭載することが望ましい。アニール処理の処理効率向上のためには、レーザ照射光学ユニット５１の小型化が重要になる。
【００２７】
このことから、本実施形態におけるレーザアニール装置では、各レーザ照射光学ユニット５１における照射光学系５１ｂが、以下に述べるように構成されている。
【００２８】
図９は、各レーザ照射光学ユニット５１における照射光学系５１ｂの基本的な構成例を示す説明図である。図９（ａ）はブロードエリア型半導体レーザ５１ａのエミッタ方向と同一の方向（Ｘ軸方向）、図９（ｂ）はそれと垂直な方向（Ｙ軸方向）を示している。
【００２９】
図例の照射光学系５１ｂは、半導体レーザ５１ａの側から順に、その光軸方向に沿って、コリメータレンズ６１と、シリンドリカルレンズアレイ対６２と、コンデンサレンズ６３と、シリンドリカルレンズアレイ対６４と、コンデンサレンズ６５と、絞り６６と、投影光学系６７と、が配されて構成されている。
【００３０】
コリメータレンズ６１は、正のパワーを有するレンズであり、光束のＹ軸方向成分を平行光束とするものである。
【００３１】
シリンドリカルレンズアレイ対６２は、一対のシリンドリカルレンズアレイ６２ａ，６２ｂにより構成されている。そして、これらシリンドリカルレンズアレイ６２ａ，６２ｂは、それぞれＸ軸方向に沿ってアレイ状に配列されている。また、シリンドリカルレンズアレイ６２ａは、コリメータレンズ６１の後ろ側焦点位置に配置されている。このような構成により、シリンドリカルレンズアレイ対６２では、シリンドリカルレンズアレイ６２ａによって光束のＸ軸方向成分が複数の光束に分割されるようになっている。なお、このシリンドリカルレンズアレイ対６２は、本発明における「第１の波面分割型インテグレータ」の一具体例に相当する。
【００３２】
コンデンサレンズ６３はと、正のパワーを有するレンズであり、シリンドリカルレンズアレイ対６２からの複数の光束のＸ軸方向成分をそれぞれ重ね合わせ、シリンドリカルレンズアレイ６４ａへ照射するものである。
【００３３】
シリンドリカルレンズアレイ対６４は、一対のシリンドリカルレンズアレイ６４ａ，６４ｂにより構成されている。そして、これらシリンドリカルレンズアレイ６４ａ，６４ｂは、それぞれＸ軸方向に沿ってアレイ状に配列されている。また、シリンドリカルレンズアレイ６４ａは、コリメータレンズ６１の後ろ側焦点位置に配置されている。このような構成により、シリンドリカルレンズアレイ対６４では、シリンドリカルレンズアレイ６４ａによって光束のＸ軸方向成分が複数の光束に分割され、シリンドリカルレンズアレイ６４ｂ上に二次光源が形成されるようになっている。なお、このシリンドリカルレンズアレイ対６４は、本発明における「第２の波面分割型インテグレータ」の一具体例に相当する。
【００３４】
コンデンサレンズ６５は、球面光学系のレンズであり、二次光源からの複数の光束のＹ軸方向成分をそれぞれ集光するとともに、Ｘ軸方向成分をそれぞれ重ね合わせ、絞り６６の位置に均一照射するものである。このようにして、後述するように絞り６６の位置に、Ｘ軸方向を長軸方向とするとともにこのＸ軸方向に均一化された線状ビームの像が形成されるようになっている。
【００３５】
絞り６６は、その開口を制御することにより、照射対象物であるＴＦＴ基板２０に対して照射する二次光源からの光束のＸ軸方向における照射領域を調整するとともに、後述する線状ビームの長軸方向の領域成形を行うものである。
【００３６】
投影光学系６７は、絞り６６の位置に形成された線状ビームの像を縮小投影して照射対象物であるＴＦＴ基板２０に対して照射するものであり、一対のレンズ系６７ａ，６７ｂと、これらレンズ系６７ａ，６７ｂの間に配置された偏光ビームスプリッタ６７ｃおよび１／４λ板（１／４波長板）６７ｄと、を有するものである。
レンズ系６７ａ，６７ｂは、上記したような縮小投影を行うものであり、この投影光学系６７の中心的役割を果たすものである。また、これらレンズ系６７ａ，６７ｂは、両側テレセントリック光学系を構成するように配置されている。
偏光ビームスプリッタ６７ｃは、レンズ系６７ａまたは１／４λ板６７ｄからの入射光のうちの特定の偏光成分のみを選択的に透過するものである。具体的には、入射光のうち、Ｘ軸方向と垂直をなすＰ偏光成分を透過するとともにＹ軸方向と垂直をなすＳ偏光成分を反射することで、入射光をＳ偏光成分とＰ偏光成分とを分離するものである。また、１／４λ板６７ｄは、偏光ビームスプリッタ６７ｃまたはレンズ系６７ｂからの入射光の位相を９０°変化させるものである。このような構成により偏光ビームスプリッタ６７ｃおよび１／４λ板６７ｄは、いわゆるアイソレータとして機能し、照射対象面での反射光が半導体レーザ５１ａへ戻るのを防ぎ、照射光学系５１ｂの破壊を防止するようになっている。具体的には、偏光ビームスプリッタ６７ｃを選択透過したＰ偏光成分は、１／４λ板６７ｄを透過することで上記のようにその位相が９０°変化し、さらに照射対象面で反射され、１／４λ板６７ｄを透過することで再びその位相が９０°変化するとＳ偏光成分となることから、偏光ビームスプリッタ６７ｃにおいて反射され、半導体レーザ５１ａまでは戻ることができないようになっている。
【００３７】
このような構成の照射光学系５１ｂでは、半導体レーザ５１ａから射出されたレーザ光は、シリンドリカルレンズアレイ対６２によって複数の光束に分割され、コンデンサレンズ６３によってそれぞれが重ね合わされた後、シリンドリカルレンズアレイ対６４によってさらに複数の光束に分割される。そして、シリンドリカルレンズアレイ６４ｂ上に二次光源が形成されることで、二次光源からの光束がＸ軸方向に均一化される。したがって、二次光源からの光束をＸ軸方向（長軸方向）に均一化することができ、照射むらをより防止することが可能となるのである。
【００３８】
ここで、以上のような構成の照射光学系５１ｂにおける特徴点について、さらに詳しく説明する。
図１０は、各レーザ照射光学ユニット５１における照射光学系５１ｂの要部構成例を示す説明図である。図１０（ａ）はブロードエリア型半導体レーザ５１ａのエミッタ方向と同一の方向（Ｘ軸方向）、図１０（ｂ）はそれと垂直な方向（Ｙ軸方向）を示している。
また、図１１は、照射光学系５１ｂによる均一照射の一具体例を示す説明図である。
【００３９】
照射光学系５１ｂでは、Ｘ軸方向に関して、図１０（ａ）に示すように、半導体レーザ５１ａから射出された光束が、コリメータレンズ６１を介してシリンドリカルレンズアレイ対６２に入射される。そして、シリンドリカルレンズアレイ対６２から射出された光束を、コンデンサレンズ６３が、シリンドリカルレンズアレイ対６４に対して照射する。これにより、シリンドリカルレンズアレイ対６４では、二次光源が形成されることになる。このシリンドリカルレンズアレイ対６４により生成された二次光源を用いて、コンデンサレンズ６５は、例えば図１１（ａ）に示すようなプロファイルで、絞り６６の位置への均一照射を行う。
一方、Ｙ軸方向に関しては、図１０（ｂ）に示すように、半導体レーザ５１ａから射出された光束が、コリメータレンズ６１とコンデンサレンズ６５によりエミッタ端面リレーされる形で導かれ、これにより例えば図１１（ｂ）に示すようにガウシアンプロファイルで照射される。
このように、半導体レーザ５１ａから射出された光束は、照射光学系５１ｂを介することで、Ｘ軸方向に長軸を有したラインビームとして、照射されることになる。
【００４０】
このことは、シリンドリカルレンズアレイ対６２は均一化照射のために配置された「第１の波面分割型インテグレータ」として機能し、シリンドリカルレンズアレイ対６４はシリンドリカルレンズアレイ対６２より被照射物の側に配置された「第２の波面分割型インテグレータ」として機能することを意味する。さらには、「第１の波面分割型インテグレータ」として機能するシリンドリカルレンズアレイ対６２および「第２の波面分割型インテグレータ」として機能するシリンドリカルレンズアレイ対６４は、半導体レーザ５１ａエミッタの長手方向のみ有効であることを意味する。
【００４１】
このような構成の照射光学系５１ｂにおいて、シリンドリカルレンズアレイ対６２の開口数をＮＡ1、分割ピッチをＰ1とし、シリンドリカルレンズアレイ対６４の開口数をＮＡ2、分割ピッチをＰ2とすると、これらの間の関係は、以下に示す（１）式および（２）式を満足するようになっている。すなわち、（１）式および（２）式を満足するように、シリンドリカルレンズアレイ対６２およびシリンドリカルレンズアレイ対６４が構成されているのである。
【００４２】
【数１１】
2008300602.tif 000005
【００４３】
【数１２】
2008300602.tif 000006
【００４４】
さらに、照射光学系５１ｂでは、シリンドリカルレンズアレイ対６２およびシリンドリカルレンズアレイ対６４において、波面分割型インテグレータを形成する基板厚ｔが、以下に示す（３）式を満足するようになっている。
【００４５】
【数１３】
2008300602.tif 000007
【００４６】
このうち、上記（１）式は、Ｘ軸方向の照射領域を３００μｍ程度とし、光源には一般的に入手可能な６Ｗの半導体レーザ５１ａを用いることを想定している。
この（１）式を満足しない構成では、主に照射光学系５１ｂの全長が長くなってしまい、これに伴って照射光学系５１ｂの鏡筒サイズが拡大してしまうことになる。
また、照射光学系５１ｂにおけるコンデンサレンズ６５およびそのコンデンサレンズ６５で形成される像をリレーする投影光学系６７（以下、これらを単に「レンズ系」と称す）については、当該照射光学系５１ｂの構成の簡素化を目的として、出射ビーム光の光軸に対して回転対称に構成されているものを用いることが考えられるが（例えば、特開２００６−２９５０６８号公報参照）、その場合において、当該照射光学系５１ｂにおけるシリンドリカルレンズアレイ対６２およびシリンドリカルレンズアレイ対６４が上記（１）式を満足しない構成では、そのレンズの開口数が大きくなってしまい、結果として照射光学系５１ｂの製造コストが上がってしまうことが懸念される。
【００４７】
また、上記（２）式を満足しない構成では、均一照射に関わる波面分割数が低下するため、必要な均一照射が得られないことになるおそれがある。
【００４８】
また、上記（３）式については、波面分割型インテグレータを構成する上での設計的事項、すなわち当該インテグレータを形成する基板厚がその焦点距離よりも薄い必要があることを意味している。
【００４９】
このように、複数のレーザ照射光学ユニット５１が並設されたマルチヘッド化したレーザアニール装置では、各レーザ照射光学ユニット５１における照射光学系５１ｂのサイズ、均一照射の度合いおよびその製造コストが、いずれも必要十分でありそれぞれのバランスが取れたものであることが望ましく、従来のように均一照射精度のみを考えた光学系とは異なった光学仕様であること、具体的には少なくとも上記（１）および（２）式を満足する構成が望ましいことになる。
【００５０】
図１２は、上記（１）〜（３）式を満足する構成のインテグレータの設計解の具体例を示す一覧表である。図中において、「〇印」は上記（１）〜（３）式を満足する開口数ＮＡの組み合わせを示している。
ただし、当然のことではあるが、開口数ＮＡが小さいものは、製造誤差が生じ易いため、実際には製造コストが向上する傾向にある。そのため、図中の「〇印」に相当する組み合わせの中でも、開口数ＮＡが大きいもの同士を組み合わせることが好適であると言える。
【００５１】
以上のように構成された照射光学系５１ｂによれば、半導体レーザを光源に用いてビーム光を照射するのにあたり、照射均一性を十分に確保しつつ、照射光学系のサイズ拡大抑制を通じて小型化に容易に対応することができる。したがって、安価で高出力なブロードエリア型半導体レーザからの出射ビーム光を、被照射物に対して照射するラインビーム照射光学系を、安価に、かつ、現実的に、しかも小型に構成することができる。
つまり、当該照射光学系５１ｂを用いれば、安価で高出力なブロードエリア型半導体レーザ５１ａを用いたラインビーム光学系を安価に、かつ、現実的に、しかも小型化に対応しつつ構成できるために、レーザ照射光学ユニット５１を複数搭載したマルチヘッド対応のレーザアニール装置、特に半導体レーザ５１ａを用いた安価で高安定なレーザアニール装置を構成する上で非常に好適であり、これによりレーザアニール処理の処理速度向上を図ることが可能となる。
【００５２】
また、図１３に示すように、一対のシリンドリカルレンズアレイ６２ａ，６２ｂからなるシリンドリカルレンズアレイ対６２、または、一対のシリンドリカルレンズアレイ６４ａ，６４ｂからなるシリンドリカルレンズアレイ対６４といったように、一つの波面分割型インテグレータが二つに分割される場合には、各分割部材７１，７２のそれぞれの偏心調整を行うために、それぞれに対して偏心調整機構７３，７４が必要となる。そして、その場合に、波面分割型インテグレータの分割ピッチが小さすぎると、それぞれにおける調整が非常にシビアになることが考えられる。ところが、少なくとも上記（１）および（２）式を満足する構成された照射光学系５１ｂ、すなわち図１２に示したようなバランスされた解の組み合わせを持つ構成の照射光学系５１ｂによれば、小型化への対応に好適なものであるが故、分割ピッチが必要以上に小さくなってしまうのを回避でき、調整のシビアさを解消し得るようになる。
【００５３】
ここで、以上のように構成された照射光学系５１ｂについて、具体的な数値例を挙げて説明する。
例えば、コリメータレンズ６１の焦点距離が１０ｍｍで開口数ＮＡが０．３５、シリンドリカルレンズアレイ対６２の焦点距離が６．２５ｍｍで開口数ＮＡ1が０．０２でシリンドリカルレンズアレイ６２ａ，６２ｂのピッチが０．２５ｍｍ、コンデンサレンズ６３の焦点距離が７０ｍｍで開口数ＮＡが０．０２、シリンドリカルレンズアレイ対６４の焦点距離が５ｍｍで開口数ＮＡ2が０．０２でシリンドリカルレンズアレイ６４ａ，６４ｂのピッチが０．２ｍｍ、コンデンサレンズ６５の焦点距離が１６ｍｍで開口数ＮＡが０．０８７５である場合を考える。
この場合において、各数値を上記（１）および（２）式に当てはめると、（１）式より０．０２≦０．０２、（２）式より０．０２≦０．０２５５となり、いずれの式も満足することがわかる。
そして、この場合において、半導体レーザ５１ａの発散角をＸ軸方向９．５°（ＦＷＨＭ）、Ｙ軸方向２４．１°（ＦＷＨＭ）、Ｘ軸方向のエミッタサイズを４００μｍとすると、照射光学系５１ｂのみ全長は、従来の構成であれば５００ｍｍ程度であるところ、少なくとも上記（１）および（２）式を満足する構成とすることで、２０３ｍｍ程度となる。また、Ｘ軸方向の照射領域サイズは６４０μｍである。さらに、Ｘ軸方向の照射領域サイズを小さくする場合、例えば半分の３２０μｍを狙う場合に、簡単に１／２倍のリレーレンズを付け加えても、全長は６０ｍｍ伸びる程度で実現することができる。
【００５４】
次に、上記（１）および（２）式を満足しない例を説明する。
例えば、ＮＡ1＝０．０４、ＮＡ2＝０．０４、Ｐ1＝０．２、Ｐ2＝０．２の組み合わせを考える。この場合には、上記（２）式を満足しない。図１２においても、「×印」が付されている。
この組み合わせでは、上述した場合と同様の仕様の半導体レーザ５１ａを用い、Ｘ軸方向の照明サイズも同様の６４０μｍとすると、光学系全長は６６ｍｍとなり、当該光学系の小型化が実現可能となる。しかしながら、波面分割型インテグレータでの波面分割数が、上述した場合には１５７分割と十分であるのに対し、４９分割と少ないため、Ｘ軸方向の照射均一性が保てないおそれがある。
【００５５】
また、例えば、ＮＡ1＝０．０１、ＮＡ2＝０．０２、Ｐ1＝０．２、Ｐ2＝０．２の組み合わせを考える。この場合には、上記（１）式を満足しない。
この組み合わせでは、照明サイズを３２０μｍとすると、波面分割型インテグレータでの波面分割数が３９２と十分であり、光学系全長も３５１ｍｍに抑えられる。しかしながら、コンデンサレンズ６５の開口数ＮＡが０．８７５と大きくなってしまい、その設計が困難になるとともに、光学系の作動距離が短くなる、という難点が生じてしまうことが考えられる。
【００５６】
さらに、例えば、ＮＡ1＝０．０２、ＮＡ2＝０．００２、Ｐ1＝０．２、Ｐ2＝０．２の組み合わせを考える。この場合には、上記（１）式を満足しない。
この組み合わせでは、同様に照明サイズを３２０μｍとすると、光学系全長が１６３５ｍｍとなってしまう。このように、（１）式を満足しない場合には、光学系全長が長くなる傾向もある。そして、鏡筒メカ設計の際には、光学系全長が長いと、その鏡筒外径が大きくなることが一般的である。そのため、レーザアニール装置のマルチヘッド化を実現しようとしても、並列するヘッド数が少なくなってしまい、結果としてレーザアニール処理のスループットが上がらなくなる、という難点が生じてしまうことが考えられる。
【００５７】
なお、本実施形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００５８】
例えば、本実施形態では、ＴＦＴ１０を備えて構成される有機ＥＬディスプレイ１の製造過程におけるレーザアニール処理を例に挙げたが、これは一具体例に過ぎず、他の半導体膜に対するアニール処理の場合であっても、全く同様に本発明を適用することは可能である。
【００５９】
また、本実施形態では、複数のレーザ照射光学ユニット５１を搭載してレーザ光の並行照射を行うレーザアニール装置を例に挙げたが、半導体レーザおよび照射光学系を備えてレーザ照射を行う装置であれば、レーザ光の単独照射を行うものであっても、またレーザアニール処理以外の目的でレーザ照射を行うものであっても、本発明を適用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】ＴＦＴを備えた有機ＥＬディスプレイの構成例を示す説明図である。
【図２】有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。
【図３】電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。
【図４】電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図である。
【図５】電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図６】電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。
【図７】電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。
【図８】ＴＦＴの製造過程で用いられる製造装置の一つであるレーザアニール装置の構成例を示す説明図である。
【図９】本発明が適用された照射光学系の基本的な構成例を示す説明図である。
【図１０】本発明が適用された照射光学系の要部構成例を示す説明図である。
【図１１】照射光学系による均一照射の一具体例を示す説明図である。
【図１２】本発明が適用された仕様を満足する構成のインテグレータの設計解の具体例を示す一覧表である。
【図１３】波面分割型インテグレータの構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…有機ＥＬディスプレイ、１０…ＴＦＴ、１１…基板、１２…ゲート膜、１３…ゲート絶縁膜、１４…半導体層、５１…レーザ照射光学ユニット、５１ａ…半導体レーザ、５１ｂ…照射光学系、６１…コリメータレンズ、６２，６４…シリンドリカルレンズアレイ対、６２ａ，６２ｂ，６４ａ，６４ｂ…シリンドリカルレンズアレイ、６３，６５…コンデンサレンズ
【図１】
2008300602.tif 000016
【図２】
2008300602.tif 000017
【図３】
2008300602.tif 000018
【図４】
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【図５】
2008300602.tif 000020
【図６】
2008300602.tif 000021
【図７】
2008300602.tif 000022
【図８】
2008300602.tif 000023
【図９】
2008300602.tif 000024
【図１０】
2008300602.tif 000025
【図１１】
2008300602.tif 000026
【図１２】
2008300602.tif 000027
【図１３】
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