(57)【要約】【課題】  入射光の光軸を入れ替えて出射する。【解決手段】  第１レーザビーム（ＬＢ）の光路に配置された第１偏光ビームスプリッタ（ＢＳ）と、第１ＢＳを透過した第１ＬＢが入射する位置に配置された第２ＢＳと、第２ＢＳで反射された第１ＬＢが入射する位置に配置された第３ＢＳと、第２ＬＢの光路に配置された第４ＢＳであって、第４ＢＳを透過した第２ＬＢは第３ＢＳに入射し、第４ＢＳで反射された第２ＬＢは第１ＢＳに入射するように配置された第４ＢＳと、第１ＢＳと第２ＢＳの間の第１ＬＢの光路でＬＢの偏光面を回転させないまたは９０°回転する第１偏光面回転器と、第４ＢＳに入射する第２ＬＢの光路でＬＢの偏光面を回転させないまたは９０°回転する第２偏光面回転器とを有し、第１ＢＳを透過する第１ＬＢの出射経路と、第１ＢＳで反射される第２ＬＢの出射経路が等しく、第３ＢＳを透過する第２ＬＢの出射経路と、第３ＢＳで反射される第１ＬＢの出射経路が等しい光軸入替装置を提供する。【選択図】          図６
2009032780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザビームの光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを透過した前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第３の偏光ビームスプリッタと、
第２のレーザビームの光路上に配置された第４の偏光ビームスプリッタであって、第４の偏光ビームスプリッタを透過した前記第２のレーザビームは、前記第３の偏光ビームスプリッタに入射し、第４の偏光ビームスプリッタで反射された前記第２のレーザビームは、前記第１の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第４の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタの間の前記第１のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第１の偏光面回転器と、
前記第４の偏光ビームスプリッタに入射する前記第２のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第２の偏光面回転器と
を有し、
前記第１の偏光ビームスプリッタを透過する前記第１のレーザビームの出射経路と、前記第１の偏光ビームスプリッタで反射される前記第２のレーザビームの出射経路とが等しく、
前記第３の偏光ビームスプリッタを透過する前記第２のレーザビームの出射経路と、前記第３の偏光ビームスプリッタで反射される前記第１のレーザビームの出射経路とが等しい光軸入れ替え装置。
【請求項２】
更に、
第３のレーザビームの光路上に配置された第５の偏光ビームスプリッタと、
前記第５の偏光ビームスプリッタを透過した前記第３のレーザビームが入射する位置に配置された第６の偏光ビームスプリッタと、
前記第６の偏光ビームスプリッタで反射された前記第３のレーザビームが入射する位置に配置された第７の偏光ビームスプリッタと、
第４のレーザビームの光路上に配置された第８の偏光ビームスプリッタであって、第８の偏光ビームスプリッタを透過した前記第４のレーザビームは、前記第７の偏光ビームスプリッタに入射し、第８の偏光ビームスプリッタで反射された前記第４のレーザビームは、前記第５の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第８の偏光ビームスプリッタと、
前記第５の偏光ビームスプリッタと前記第６の偏光ビームスプリッタの間の前記第３のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第３の偏光面回転器と、
前記第８の偏光ビームスプリッタに入射する前記第４のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第４の偏光面回転器と、
第５乃至第８の偏光面回転器と
を含み、
前記第５の偏光ビームスプリッタを透過する前記第３のレーザビームの出射経路と、前記第５の偏光ビームスプリッタで反射される前記第４のレーザビームの出射経路とが等しく、
前記第７の偏光ビームスプリッタを透過する前記第４のレーザビームの出射経路と、前記第７の偏光ビームスプリッタで反射される前記第３のレーザビームの出射経路とが等しく、
前記第８の偏光ビームスプリッタで反射された前記第４のレーザビームは、前記第４の偏光ビームスプリッタ及び前記第１の偏光ビームスプリッタをこの順に透過して前記第５の偏光ビームスプリッタに入射し、
前記第６の偏光ビームスプリッタで反射された前記第３のレーザビームは、前記第２の偏光ビームスプリッタ及び前記第３の偏光ビームスプリッタをこの順に透過して前記第７の偏光ビームスプリッタに入射し、
前記第５の偏光面回転器は、前記第８の偏光ビームスプリッタと前記第４の偏光ビームスプリッタの間の前記第４のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第６の偏光面回転器は、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第５の偏光ビームスプリッタの間の前記第４のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第７の偏光面回転器は、前記第６の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタの間の前記第３のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第８の偏光面回転器は、前記第３の偏光ビームスプリッタと前記第７の偏光ビームスプリッタの間の前記第３のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる請求項１に記載の光軸入れ替え装置。
【請求項３】
更に、
第５のレーザビームの光路上に配置された第９の偏光ビームスプリッタと、
前記第９の偏光ビームスプリッタを透過した前記第５のレーザビームが入射する位置に配置された第１０の偏光ビームスプリッタと、
前記第１０の偏光ビームスプリッタで反射された前記第５のレーザビームが入射する位置に配置された第１１の偏光ビームスプリッタと、
第６のレーザビームの光路上に配置された第１２の偏光ビームスプリッタであって、第１２の偏光ビームスプリッタを透過した前記第６のレーザビームは、前記第１１の偏光ビームスプリッタに入射し、第１２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第６のレーザビームは、前記第９の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第１２の偏光ビームスプリッタと、
前記第９の偏光ビームスプリッタと前記第１０の偏光ビームスプリッタの間の前記第５のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第９の偏光面回転器と、
前記第１２の偏光ビームスプリッタに入射する前記第６のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第１０の偏光面回転器と、
第１１乃至第１６の偏光面回転器と
を含み、
前記第９の偏光ビームスプリッタを透過する前記第５のレーザビームの出射経路と、前記第９の偏光ビームスプリッタで反射される前記第６のレーザビームの出射経路とが等しく、
前記第１１の偏光ビームスプリッタを透過する前記第６のレーザビームの出射経路と、前記第１１の偏光ビームスプリッタで反射される前記第５のレーザビームの出射経路とが等しく、
前記第１２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第６のレーザビームは、前記第４の偏光ビームスプリッタを透過して前記第９の偏光ビームスプリッタに入射し、
前記第１０の偏光ビームスプリッタで反射された前記第５のレーザビームは、前記第３の偏光ビームスプリッタを透過して前記第１１の偏光ビームスプリッタに入射し、
前記第１１の偏光面回転器は、前記第１２の偏光ビームスプリッタと前記第４の偏光ビームスプリッタの間の前記第６のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第１２の偏光面回転器は、前記第４の偏光ビームスプリッタと前記第９の偏光ビームスプリッタの間の前記第２及び第６のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第１３の偏光面回転器は、前記第９の偏光ビームスプリッタと前記第１の偏光ビームスプリッタの間の前記第２のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第１４の偏光面回転器は、前記第２の偏光ビームスプリッタと前記第１０の偏光ビームスプリッタの間の前記第１のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第１５の偏光面回転器は、前記第１０の偏光ビームスプリッタと前記第３の偏光ビームスプリッタの間の前記第１及び第５のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記第１６の偏光面回転器は、前記第３の偏光ビームスプリッタと前記第１１の偏光ビームスプリッタの間の前記第５のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる請求項１に記載の光軸入れ替え装置。
【請求項４】
第１のレーザビームを出射する第１のレーザ光源と、
第２のレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、
前記第１のレーザビームの光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過した前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第２の偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第３の偏光ビームスプリッタと、前記第２のレーザビームの光路上に配置された第４の偏光ビームスプリッタであって、第４の偏光ビームスプリッタを透過した前記第２のレーザビームは、前記第３の偏光ビームスプリッタに入射し、第４の偏光ビームスプリッタで反射された前記第２のレーザビームは、前記第１の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタの間の前記第１のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第１の偏光面回転器と、前記第４の偏光ビームスプリッタに入射する前記第２のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第２の偏光面回転器とを有し、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過する前記第１のレーザビームの出射経路と、前記第１の偏光ビームスプリッタで反射される前記第２のレーザビームの出射経路とが等しく、  前記第３の偏光ビームスプリッタを透過する前記第２のレーザビームの出射経路と、前記第３の偏光ビームスプリッタで反射される前記第１のレーザビームの出射経路とが等しい光軸入れ替え装置と、
加工対象物を保持するステージと、
前記光軸入れ替え装置の前記第２及び第３の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に伝達する光学系と
を有し、
前記第１のレーザ光源から出射される前記第１のレーザビームは、前記第１乃至第３の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であり、
前記第２のレーザ光源から出射される前記第２のレーザビームは、前記第１乃至第４の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であるビーム照射装置。
【請求項５】
更に、
第３のレーザビームを出射する第３のレーザ光源と、
第４のレーザビームを出射する第４のレーザ光源とを
含み、
前記光軸入れ替え装置は、前記第３のレーザビームの光路上に配置された第５の偏光ビームスプリッタと、前記第５の偏光ビームスプリッタを透過した前記第３のレーザビームが入射する位置に配置された第６の偏光ビームスプリッタと、前記第６の偏光ビームスプリッタで反射された前記第３のレーザビームが入射する位置に配置された第７の偏光ビームスプリッタと、前記第４のレーザビームの光路上に配置された第８の偏光ビームスプリッタであって、第８の偏光ビームスプリッタを透過した前記第４のレーザビームは、前記第７の偏光ビームスプリッタに入射し、第８の偏光ビームスプリッタで反射された前記第４のレーザビームは、前記第５の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第８の偏光ビームスプリッタと、前記第５の偏光ビームスプリッタと前記第６の偏光ビームスプリッタの間の前記第３のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第３の偏光面回転器と、前記第８の偏光ビームスプリッタに入射する前記第４のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第４の偏光面回転器と、第５乃至第８の偏光面回転器とを含み、前記第５の偏光ビームスプリッタを透過する前記第３のレーザビームの出射経路と、前記第５の偏光ビームスプリッタで反射される前記第４のレーザビームの出射経路とが等しく、前記第７の偏光ビームスプリッタを透過する前記第４のレーザビームの出射経路と、前記第７の偏光ビームスプリッタで反射される前記第３のレーザビームの出射経路とが等しく、前記第８の偏光ビームスプリッタで反射された前記第４のレーザビームは、前記第４の偏光ビームスプリッタ及び前記第１の偏光ビームスプリッタをこの順に透過して前記第５の偏光ビームスプリッタに入射し、前記第６の偏光ビームスプリッタで反射された前記第３のレーザビームは、前記第２の偏光ビームスプリッタ及び前記第３の偏光ビームスプリッタをこの順に透過して前記第７の偏光ビームスプリッタに入射し、前記第５の偏光面回転器は、前記第８の偏光ビームスプリッタと前記第４の偏光ビームスプリッタの間の前記第４のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第６の偏光面回転器は、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第５の偏光ビームスプリッタの間の前記第４のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第７の偏光面回転器は、前記第６の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタの間の前記第３のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第８の偏光面回転器は、前記第３の偏光ビームスプリッタと前記第７の偏光ビームスプリッタの間の前記第３のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記光学系は、前記第２の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームと、前記第６の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームとを同一光軸上に重畳して出射する第１の重畳器と、前記第３の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームと、前記第７の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームとを同一光軸上に重畳して出射する第２の重畳器とを含み、前記第１及び第２の重畳器を出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に伝達し、
前記第３のレーザ光源から出射される前記第３のレーザビームは、前記第２、第３、第５、第６、及び第７の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であり、
前記第４のレーザ光源から出射される前記第４のレーザビームは、前記第１、第４、第５、第６、第７、及び第８の偏光ビームスプリッタに対するＰ波である請求項４に記載のビーム照射装置。
【請求項６】
更に、
第５のレーザビームを出射する第５のレーザ光源と、
第６のレーザビームを出射する第６のレーザ光源とを
含み、
前記光軸入れ替え装置は、前記第５のレーザビームの光路上に配置された第９の偏光ビームスプリッタと、前記第９の偏光ビームスプリッタを透過した前記第５のレーザビームが入射する位置に配置された第１０の偏光ビームスプリッタと、前記第１０の偏光ビームスプリッタで反射された前記第５のレーザビームが入射する位置に配置された第１１の偏光ビームスプリッタと、前記第６のレーザビームの光路上に配置された第１２の偏光ビームスプリッタであって、第１２の偏光ビームスプリッタを透過した前記第６のレーザビームは、前記第１１の偏光ビームスプリッタに入射し、第１２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第６のレーザビームは、前記第９の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第１２の偏光ビームスプリッタと、前記第９の偏光ビームスプリッタと前記第１０の偏光ビームスプリッタの間の前記第５のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第９の偏光面回転器と、前記第１２の偏光ビームスプリッタに入射する前記第６のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第１０の偏光面回転器と、第１１乃至第１６の偏光面回転器とを含み、前記第９の偏光ビームスプリッタを透過する前記第５のレーザビームの出射経路と、前記第９の偏光ビームスプリッタで反射される前記第６のレーザビームの出射経路とが等しく、前記第１１の偏光ビームスプリッタを透過する前記第６のレーザビームの出射経路と、前記第１１の偏光ビームスプリッタで反射される前記第５のレーザビームの出射経路とが等しく、前記第１２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第６のレーザビームは、前記第４の偏光ビームスプリッタを透過して前記第９の偏光ビームスプリッタに入射し、前記第１０の偏光ビームスプリッタで反射された前記第５のレーザビームは、前記第３の偏光ビームスプリッタを透過して前記第１１の偏光ビームスプリッタに入射し、前記第１１の偏光面回転器は、前記第１２の偏光ビームスプリッタと前記第４の偏光ビームスプリッタの間の前記第６のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第１２の偏光面回転器は、前記第４の偏光ビームスプリッタと前記第９の偏光ビームスプリッタの間の前記第２及び第６のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第１３の偏光面回転器は、前記第９の偏光ビームスプリッタと前記第１の偏光ビームスプリッタの間の前記第２のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第１４の偏光面回転器は、前記第２の偏光ビームスプリッタと前記第１０の偏光ビームスプリッタの間の前記第１のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第１５の偏光面回転器は、前記第１０の偏光ビームスプリッタと前記第３の偏光ビームスプリッタの間の前記第１及び第５のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、前記第１６の偏光面回転器は、前記第３の偏光ビームスプリッタと前記第１１の偏光ビームスプリッタの間の前記第５のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させ、
前記光学系は、前記第２の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームと、前記第１０の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームとを同一光軸上に重畳して出射する第３の重畳器と、前記第３の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームと、前記第１１の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームとを同一光軸上に重畳して出射する第４の重畳器とを含み、前記第３及び第４の重畳器を出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に伝達し、
前記第１のレーザ光源から出射される前記第１のレーザビームは、前記第１、第２、第３、及び第１０の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であり、
前記第２のレーザ光源から出射される前記第２のレーザビームは、前記第１、第２、第３、第４、及び第９の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であり、
前記第５のレーザ光源から出射される前記第５のレーザビームは、前記第３、第９、第１０、及び第１１の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であり、
前記第６のレーザ光源から出射される前記第６のレーザビームは、前記第４、第９、第１０、第１１、及び第１２の偏光ビームスプリッタに対するＰ波である請求項４に記載のビーム照射装置。
【請求項７】
（ａ）単数または複数の原レーザビームを含む第１の原レーザビーム群に属する原レーザビームによって構成されたレーザビームを、第１の位置から出射するとともに、単数または複数の原レーザビームを含む第２の原レーザビーム群に属する原レーザビームによって構成されたレーザビームを前記第１の位置とは異なる第２の位置から出射し、それぞれ加工対象物に照射する工程と、
（ｂ）前記第２の原レーザビーム群に属する原レーザビームの少なくとも一部を用いて構成されたレーザビームを、前記第１の位置から出射するとともに、前記第１の原レーザビーム群に属する原レーザビームの少なくとも一部を用いて構成されたレーザビームを、前記第２の位置から出射し、それぞれ加工対象物に照射する工程と
を有するビーム照射方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）において、前記第１の位置から出射するレーザビームを、前記第２の原レーザビーム群に属する原レーザビームによって構成し、前記第２の位置から出射するレーザビームを、前記第１の原レーザビーム群に属する原レーザビームによって構成する請求項７に記載のビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の光軸を入れ替えて出射する光軸入れ替え装置に関する。また、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うビーム照射装置、及び、ビーム照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば液晶パネル製造の一工程において、表面にアモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板に、レーザビームを断続的に繰り返して照射し、アモルファスシリコン膜を多結晶化するレーザアニールが行われている。レーザビームの照射によりアモルファスシリコン膜が一時的に溶融して、多結晶化が行われる。
【０００３】
上記レーザアニールにおいては、ビーム断面内の光強度分布が長尺方向について均一化された、長尺形状のレーザビームを、アモルファスシリコン膜に照射する。レーザビームはアモルファスシリコン膜上を、短尺方向に走査する。
【０００４】
アモルファスシリコン膜の結晶化アニールにおいては、ピークエネルギ密度またはピークパワー密度が等しい場合であっても、照射されるレーザビームのプロファイルによりシリコン結晶の成長速度が異なることが知られている。
【０００５】
図１０（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、アモルファスシリコン膜に照射される長尺形状のレーザビームのビームプロファイルの形成方法について説明する。
【０００６】
図１０（Ａ）を参照する。
【０００７】
ビームプロファイル５１ａは、たとえばホモジナイザを用いて、ビーム断面内の光強度分布を長尺方向に均一化した、長尺形状レーザビームの短尺方向に係るビームプロファイルである。
【０００８】
本図に示すように、長尺形状ビームは短尺方向に関してガウシアン分布のビームプロファイル５１ａを備える。
【０００９】
従来は、このビームの短尺方向に関する両側を、たとえば両側マスク５０を用いて遮光し、アモルファスシリコン膜に照射するレーザビームのビームプロファイルを形成していた。
【００１０】
図１０（Ｂ）を参照する。
【００１１】
ビームプロファイル５１ｂは、図１０（Ａ）に示す両側マスク５０によって遮光された後、アモルファスシリコン膜に照射されるレーザビームの短尺方向に関するビームプロファイルを示す。
【００１２】
短尺方向の両側のビームプロファイルが急峻に立ち上がっている。このようにビームプロファイルの短尺スロープを急峻にすることによって、結晶成長が生じやすくなる、レーザビームのポインティングスタビリティによる影響を受けにくくなる、等のメリットがある。
【００１３】
図１０（Ｃ）を参照する。
【００１４】
短尺方向の両側を遮光するマスク５０に限らず、片側のみを遮光するマスク５２を使用することもできる。
【００１５】
図１０（Ｄ）を参照する。
【００１６】
片側マスク５２を用いた場合、遮光した側のみのビームプロファイルの短尺スロープを急峻に形成することができる。
【００１７】
しかしながらマスクを用いる方法では、長尺形状のレーザビームの短尺方向の両側または片側を、長尺方向に沿って遮光するためエネルギロスが大きい。エキシマレーザなどパワーに余裕のある光源を使用する場合は問題は少ないが、全固体レーザ、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザを光源として用いその２倍高調波（グリーン光）を照射する場合は、出力の安定性やメンテナンスの経済性において有利である一方で、パワーに余裕のないことが多く、アニールに必要なパワー密度を得るために、長尺方向の長さを短くせざるを得ない等の弊害が生じる。ビームの長尺化が妨げられると、タクトタイムの低下やプロセスマージンの減少等の不利益が生じる。
【００１８】
複数台のレーザ光源から出射したレーザビームを被加工面上の同一の領域に照射することができるレーザ照射装置の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【００１９】
【特許文献１】特開２００５−２１７２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、入射光の光軸を入れ替えて出射することのできる光軸入れ替え装置を提供することである。
【００２１】
また、本発明の目的は、高品質の加工を行うことのできるビーム照射装置を提供することである。
【００２２】
更に、本発明の他の目的は、高品質の加工を行うことのできるビーム照射方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一観点によれば、第１のレーザビームの光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過した前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第２の偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第３の偏光ビームスプリッタと、第２のレーザビームの光路上に配置された第４の偏光ビームスプリッタであって、第４の偏光ビームスプリッタを透過した前記第２のレーザビームは、前記第３の偏光ビームスプリッタに入射し、第４の偏光ビームスプリッタで反射された前記第２のレーザビームは、前記第１の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタの間の前記第１のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第１の偏光面回転器と、前記第４の偏光ビームスプリッタに入射する前記第２のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第２の偏光面回転器とを有し、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過する前記第１のレーザビームの出射経路と、前記第１の偏光ビームスプリッタで反射される前記第２のレーザビームの出射経路とが等しく、前記第３の偏光ビームスプリッタを透過する前記第２のレーザビームの出射経路と、前記第３の偏光ビームスプリッタで反射される前記第１のレーザビームの出射経路とが等しい光軸入れ替え装置が提供される（請求項１）。
【００２４】
請求項１に係る光軸入れ替え装置において、第１のレーザビームは、たとえば図６に示す実施例においてはレーザビーム３０ｂが、図８に示す実施例においてはレーザビーム３０ａが、これに対応する。
【００２５】
第２のレーザビームは、たとえば図６や図８に示す実施例においてはレーザビーム３０ｃが、これに対応する。
【００２６】
第１の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｃが、図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ａが、これに対応する。
【００２７】
第２の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｄが、図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｂが、これに対応する。
【００２８】
第３の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６や図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｆが、これに対応する。
【００２９】
第４の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６や図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｅが、これに対応する。
【００３０】
第１の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ｄが、図８に示す実施例においては半波長板３５ａが、これに対応する。
【００３１】
第２の偏光面回転器は、たとえば図６や図８に示す実施例においては半波長板３５ｅが、これに対応する。
【００３２】
また、請求項２に係る光軸入れ替え装置において、第３のレーザビームは、たとえば図６に示す実施例においてはレーザビーム３０ａが、これに対応する。
【００３３】
第４のレーザビームは、たとえば図６に示す実施例においてはレーザビーム３０ｄが、これに対応する。
【００３４】
第５の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ａが、これに対応する。
【００３５】
第６の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｂが、これに対応する。
【００３６】
第７の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｈが、これに対応する。
【００３７】
第８の偏光ビームスプリッタは、たとえば図６に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｇが、これに対応する。
【００３８】
第３の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ａが、これに対応する。
【００３９】
第４の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ｈが、これに対応する。
【００４０】
第５の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ｆが、これに対応する。
【００４１】
第６の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ｂが、これに対応する。
【００４２】
第７の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ｃが、これに対応する。
【００４３】
第８の偏光面回転器は、たとえば図６に示す実施例においては半波長板３５ｇが、これに対応する。
【００４４】
更に、請求項３に係る光軸入れ替え装置において、第５のレーザビームは、たとえば図８に示す実施例においてはレーザビーム３０ｂが、これに対応する。
【００４５】
第６のレーザビームは、たとえば図８に示す実施例においてはレーザビーム３０ｄが、これに対応する。
【００４６】
第９の偏光ビームスプリッタは、たとえば図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｃが、これに対応する。
【００４７】
第１０の偏光ビームスプリッタは、たとえば図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｄが、これに対応する。
【００４８】
第１１の偏光ビームスプリッタは、たとえば図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｈが、これに対応する。
【００４９】
第１２の偏光ビームスプリッタは、たとえば図８に示す実施例においては偏光ビームスプリッタ３６ｇが、これに対応する。
【００５０】
第９の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｄが、これに対応する。
【００５１】
第１０の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｈが、これに対応する。
【００５２】
第１１の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｆが、これに対応する。
【００５３】
第１２の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｌが、これに対応する。
【００５４】
第１３の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｂが、これに対応する。
【００５５】
第１４の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｃが、これに対応する。
【００５６】
第１５の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｍが、これに対応する。
【００５７】
第１６の偏光面回転器は、たとえば図８に示す実施例においては半波長板３５ｇが、これに対応する。
【００５８】
また、本発明の他の観点によれば、第１のレーザビームを出射する第１のレーザ光源と、第２のレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、前記第１のレーザビームの光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過した前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第２の偏光ビームスプリッタと、前記第２の偏光ビームスプリッタで反射された前記第１のレーザビームが入射する位置に配置された第３の偏光ビームスプリッタと、前記第２のレーザビームの光路上に配置された第４の偏光ビームスプリッタであって、第４の偏光ビームスプリッタを透過した前記第２のレーザビームは、前記第３の偏光ビームスプリッタに入射し、第４の偏光ビームスプリッタで反射された前記第２のレーザビームは、前記第１の偏光ビームスプリッタに入射するように配置された第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第２の偏光ビームスプリッタの間の前記第１のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第１の偏光面回転器と、前記第４の偏光ビームスプリッタに入射する前記第２のレーザビームの光路上で選択的に入射するレーザビームの偏光面を回転させない、または９０°回転させる第２の偏光面回転器とを有し、前記第１の偏光ビームスプリッタを透過する前記第１のレーザビームの出射経路と、前記第１の偏光ビームスプリッタで反射される前記第２のレーザビームの出射経路とが等しく、  前記第３の偏光ビームスプリッタを透過する前記第２のレーザビームの出射経路と、前記第３の偏光ビームスプリッタで反射される前記第１のレーザビームの出射経路とが等しい光軸入れ替え装置と、加工対象物を保持するステージと、前記光軸入れ替え装置の前記第２及び第３の偏光ビームスプリッタを出射したレーザビームを、前記ステージに保持された加工対象物に伝達する光学系とを有し、前記第１のレーザ光源から出射される前記第１のレーザビームは、前記第１乃至第３の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であり、前記第２のレーザ光源から出射される前記第２のレーザビームは、前記第１乃至第４の偏光ビームスプリッタに対するＰ波であるビーム照射装置が提供される（請求項４）。
【００５９】
請求項４に係るビーム照射装置において、第１のレーザ光源は、たとえば図６に示す実施例においてはレーザ光源１０ｂが、図８に示す実施例においてはレーザ光源１０ａが、これに対応する。
【００６０】
第２のレーザ光源は、たとえば図６や図８に示す実施例においてはレーザ光源１０ｃが、これに対応する。
【００６１】
また、請求項５に係るビーム照射装置において、第３のレーザ光源は、たとえば図６に示す実施例においてはレーザ光源１０ａが、これに対応する。
【００６２】
第４のレーザ光源は、たとえば図６に示す実施例においてはレーザ光源１０ｄが、これに対応する。
【００６３】
更に、請求項６に係るビーム照射装置において、第５のレーザ光源は、たとえば図８に示す実施例においてはレーザ光源１０ｂが、これに対応する。
【００６４】
第６のレーザ光源は、たとえば図８に示す実施例においてはレーザ光源１０ｄが、これに対応する。
【００６５】
更に、本発明の他の観点によれば、（ａ）単数または複数の原レーザビームを含む第１の原レーザビーム群に属する原レーザビームによって構成されたレーザビームを、第１の位置から出射するとともに、単数または複数の原レーザビームを含む第２の原レーザビーム群に属する原レーザビームによって構成されたレーザビームを前記第１の位置とは異なる第２の位置から出射し、それぞれ加工対象物に照射する工程と、（ｂ）前記第２の原レーザビーム群に属する原レーザビームの少なくとも一部を用いて構成されたレーザビームを、前記第１の位置から出射するとともに、前記第１の原レーザビーム群に属する原レーザビームの少なくとも一部を用いて構成されたレーザビームを、前記第２の位置から出射し、それぞれ加工対象物に照射する工程とを有するビーム照射方法が提供される（請求項７）。
【発明の効果】
【００６６】
本発明によれば、入射光の光軸を入れ替えて出射することのできる光軸入れ替え装置を提供することができる。
【００６７】
また、本発明によれば、高品質の加工を行うことのできるビーム照射装置を提供することができる。
【００６８】
更に、高品質の加工を行うことのできるビーム照射方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
図１は、実施例によるビーム照射装置を示す概略図である。
【００７０】
実施例によるビーム照射装置は、レーザビーム３０ａ〜３０ｄを出射するレーザ光源１０ａ〜１０ｄ、レーザ光源１０ａ〜１０ｄから出射されるレーザビームの光路上に配置されたメカニカルシャッタ１１ａ〜１１ｄ、切り替え光学系２６、レーザビーム３０ａ、３０ｄの光路上に配置された半波長板２４、２５、偏光ビームスプリッタ１２、１３、プリズムミラー１８、高精度回折光学素子(Diffractive Optical Element; DOE)１９、ビームの断面形状を整形するマスク２０、イメージング光学系２１、ステージ２２、及び制御装置２７を含んで構成される。
【００７１】
レーザ光源１０ａ〜１０ｄは、すべて全固体レーザ発振器を含んで構成される。レーザ光源１０ａ及び１０ｂの出力はたとえば１５Ｗであり、レーザ光源１０ｃ及び１０ｄの出力はたとえば１０Ｗである。
【００７２】
レーザ光源１０ａを出射したレーザビーム３０ａは、メカニカルシャッタ１１ａを透過し、半波長板２４で偏光面を回転され、偏光ビームスプリッタ１２に対するＳ偏光とされる。半波長板２４を出射したレーザビーム３０ａは、折り返しミラー１４で反射されて偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
【００７３】
レーザ光源１０ｂは、偏光ビームスプリッタ１２に対するＰ偏光（レーザビーム３０ｂ）を出射し、レーザビーム３０ｂはメカニカルシャッタ１１ｂを透過して、偏光ビームスプリッタ１２に入射する。
【００７４】
偏光ビームスプリッタ１２は、入射するＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する。この作用により、偏光ビームスプリッタ１２に入射したレーザビーム３０ａ及び３０ｂは同一光軸上に重畳され、レーザビーム３１として出射される。偏光ビームスプリッタ１２を出射したレーザビーム３１は、折り返しミラー１５で反射されて、プリズムミラー１８に入射する。
【００７５】
レーザ光源１０ｃ、１０ｄを出射したレーザビーム３０ｃ、３０ｄも同様に同一光軸上に重畳されて、プリズムミラー１８に入射する。
【００７６】
すなわちレーザ光源１０ｃは、偏光ビームスプリッタ１３に対するＰ偏光（レーザビーム３０ｃ）を出射し、レーザビーム３０ｃはメカニカルシャッタ１１ｃを透過して、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。
【００７７】
また、レーザ光源１０ｄを出射したレーザビーム３０ｄは、メカニカルシャッタ１１ｄを透過し、半波長板２５で偏光面を回転され、偏光ビームスプリッタ１３に対するＳ偏光とされる。半波長板２５を出射したレーザビーム３０ｄは、折り返しミラー１６で反射されて偏光ビームスプリッタ１３に入射する。
【００７８】
入射するＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ１３の作用により、偏光ビームスプリッタ１３に入射したレーザビーム３０ｃ及び３０ｄは同一光軸上に重畳され、レーザビーム３２として出射される。偏光ビームスプリッタ１３を出射したレーザビーム３２は、折り返しミラー１７で反射されて、プリズムミラー１８に入射する。
【００７９】
切り替え光学系２６は、プリズムミラー１８に入射するレーザビーム３１、３２を構成する各２本のレーザビームを出射するレーザ光源を切り替える。後に詳述するように、たとえばレーザ光源１０ｃ、１０ｄを出射したレーザビーム３０ｃ、３０ｄがレーザビーム３１を構成し、レーザ光源１０ａ、１０ｂを出射したレーザビーム３０ａ、３０ｂがレーザビーム３２を構成するようにレーザ光源の切り替えを行う。
【００８０】
レーザビーム３１及び３２は、プリズムミラー１８で２本の略平行なビームとなるように折り返され、ＤＯＥ１９に入射する。ＤＯＥ１９は、結像面（加工面）において、レーザビーム３１、３２の断面を長尺形状に整形し、ビーム断面内の長尺方向の光強度分布を均一化する。
【００８１】
ＤＯＥ１９を透過したレーザビーム３１、３２は、マスク２０に入射する。マスク２０面におけるレーザビーム３１、３２の断面は長尺形状である。レーザビーム３１、３２はマスク２０面で、ビーム断面の長手方向と直交する面内において交差し、１ビームに合成される。マスク２０は、レーザビーム３１、３２の長尺方向の両端部分を遮光し、長尺方向両端のビームプロファイルのスロープを急峻に形成する。長尺方向の両端部分を遮光するのみなので、エネルギロスは非常に小さい。
【００８２】
マスク２０を透過したレーザビーム３１、３２は、たとえば凸レンズを含んで構成されるイメージング光学系２１を経てステージ２２上に保持された基板２３に入射する。マスク２０面におけるレーザビーム３１、３２は、ＤＯＥ１９及びイメージング光学系２１によって、基板２３上（加工面）に結像される。基板２３は、たとえばアモルファスシリコン膜が表面上に形成されたガラス基板である。ステージ２２は、基板２３を基板面内方向に移動することができる。レーザビーム３１、３２は長尺形状の入射領域を形成して基板２３のアモルファスシリコン膜に入射し、アモルファスシリコン膜のレーザアニールを行う。
【００８３】
マスク２０面で１ビームに合成されたレーザビーム３１とレーザビーム３２は、イメージング光学系２１に入射する際の入射角が異なる。このためたとえば両レーザビーム３１、３２は、イメージング光学系２１の凸レンズの中心に関して反対側の領域に入射して異なる光路を進み、照射面（基板２３表面）上で再び合成される。
【００８４】
したがって現実的には、レーザビーム３１及び３２は、イメージング光学系２１において歪曲収差の影響を受け、長尺方向に沿って相互に逆向きに湾曲した長尺形状の入射領域を形成して基板２３に入射する。すなわちレーザビーム３１及び３２は、正確には照射面（基板２３表面）上で同軸上に重ならない。
【００８５】
なお、メカニカルシャッタ１１ａ〜１１ｄは、制御装置２７から送信される制御信号を受けて、レーザビームの透過と遮蔽を制御する。
【００８６】
また、制御装置２７は、切り替え光学系２６に制御信号を送信し、レーザビーム３１、３２を構成する２本のレーザビームを出射するレーザ光源を切り替える。更に、ステージ２２を駆動する制御信号を送信して、ステージ２２上に載置された基板２３に入射するレーザビーム３１、３２の入射位置を制御する。また、メカニカルシャッタ１１ａ〜１１ｄによるレーザビームの透過と遮蔽、切り替え光学系２６による切り替え、及び、ステージ２２による基板２３の移動を同期させる制御を行う。
【００８７】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に、レーザ光源１０ｂ（出力１５Ｗ）からレーザビームを出射した場合に基板２３上に形成されるレーザビームの入射領域、及び、長尺方向についての光強度分布を示す。光強度分布は電圧変換値を示した。なお、短尺方向についての光強度はほぼガウシアン分布である。
【００８８】
図２（Ａ）を参照する。レーザ光源１０ｂ（出力１５Ｗ）から出射したレーザビームは、照射面において右側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成して基板２３に入射する。なお、図２（Ａ）の横軸は、Ｘ方向（短尺方向）の位置座標を示し、縦軸は、Ｙ方向（長尺方向）の位置座標を示す。
【００８９】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＸ方向（短尺方向）の座標が７９９となる位置におけるビーム断面内の光強度分布の電圧変換値を単位「Ｖ」で示すグラフである。レーザビームの入射領域が湾曲しているため、直線に沿った光強度分布は不均一である。なお、電圧変換値の平均は０．６３Ｖであった。
【００９０】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に、レーザ光源１０ｄ（出力１０Ｗ）からレーザビームを出射した場合に基板２３上に形成されるレーザビームの入射領域、及び、長尺方向についての光強度分布を示す。光強度分布は電圧変換値を示した。なお、短尺方向についての光強度はほぼガウシアン分布である。
【００９１】
図３（Ａ）を参照する。図２（Ａ）に示した入射領域と異なって、照射面において左側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域が形成されている。
【００９２】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＸ方向（短尺方向）の座標が７９４となる位置におけるビーム断面内の光強度分布の電圧変換値を単位「Ｖ」で示すグラフである。レーザビームの入射領域が湾曲しているため、直線に沿った光強度分布は不均一である。なお、電圧変換値の平均は０．４３Ｖであった。
【００９３】
図２（Ａ）〜図３（Ｂ）を参照して説明したように、イメージング光学系２１に含まれるレンズの歪曲収差により、基板２３に入射するレーザビームの入射領域が湾曲するため、ビーム長尺方向の直線に沿った光強度分布は不均一となる。また、レーザ光源１０ａ〜１０ｄから出射したレーザビームは同一領域に一致するようには照射されない。
【００９４】
図４（Ａ）〜（Ｉ）を参照し、実施例によるビーム照射装置における、マスク２０を透過した後のレーザビーム３１、３２について詳しく説明する。
【００９５】
図４（Ａ）は、マスク２０の位置の像がＤＯＥ１９及びイメージング光学系２１により結像される位置に基板２３を保持した場合を示す。
【００９６】
マスク２０で整形されたレーザビーム３１は、本図においてイメージング光学系２１に含まれる凸レンズの中心より右側を透過して、ステージ２２に保持された基板２３に入射する。一方、レーザビーム３２は、凸レンズの中心より左側を透過して、ステージ２２に保持された基板２３に入射する。
【００９７】
図４（Ｂ）に、図４（Ａ）に示す位置関係でレーザビーム３１、３２が基板２３に入射した場合における、基板２３上でのビーム３１、３２入射領域を概略的に示す。
【００９８】
図４（Ａ）において、凸レンズの中心より右側を透過したレーザビーム３１は、基板２３上に右側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成する。凸レンズの中心より左側を透過したレーザビーム３２は、基板２３上に左側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成する。両レーザビーム３１、３２は、たとえば弓なり形状の頂点が重なるように基板２３に入射する。
【００９９】
なお、レーザビーム３１、３２の長尺方向は、図においては上下方向である。
【０１００】
図４（Ｃ）は、レーザビーム３１、３２の長尺方向についての合成ビームプロファイルを示す概略図である。
【０１０１】
長尺方向中央部での光強度が強く、両端に近づくにつれて光強度が弱くなる。
【０１０２】
図４（Ｄ）は、マスク２０の位置の像がＤＯＥ１９及びイメージング光学系２１により結像される位置より手前の位置（インフォーカス側）に基板２３を保持した場合を示す。
【０１０３】
マスク２０で整形されたレーザビーム３１は、本図においてイメージング光学系２１に含まれる凸レンズの中心より右側を透過して、ステージ２２に保持された基板２３に入射する。一方、レーザビーム３２は、凸レンズの中心より左側を透過して、ステージ２２に保持された基板２３に入射する。
【０１０４】
図４（Ｅ）に、図４（Ｄ）に示す位置関係でレーザビーム３１、３２が基板２３に入射した場合における、基板２３上でのビーム３１、３２入射領域を概略的に示す。
【０１０５】
図４（Ｄ）において、凸レンズの中心より右側を透過したレーザビーム３１は、基板２３上に右側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成する。凸レンズの中心より左側を透過したレーザビーム３２は、基板２３上に左側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成する。両レーザビーム３１、３２は、たとえば弓なり形状が交差するように基板２３に入射する。
【０１０６】
図４（Ｆ）は、レーザビーム３１、３２の長尺方向についての合成ビームプロファイルを示す概略図である。
【０１０７】
長尺方向にほぼ一様な光強度分布が形成されている。
【０１０８】
図４（Ｇ）は、図４（Ｄ）に示す場合よりも更に手前の位置（インフォーカス側）に基板２３を保持した場合を示す。
【０１０９】
マスク２０で整形されたレーザビーム３１は、本図においてイメージング光学系２１に含まれる凸レンズの中心より右側を透過して、ステージ２２に保持された基板２３に入射する。一方、レーザビーム３２は、凸レンズの中心より左側を透過して、ステージ２２に保持された基板２３に入射する。
【０１１０】
図４（Ｈ）に、図４（Ｇ）に示す位置関係でレーザビーム３１、３２が基板２３に入射した場合における、基板２３上でのビーム３１、３２入射領域を概略的に示す。
【０１１１】
図４（Ｇ）において、凸レンズの中心より右側を透過したレーザビーム３１は、基板２３上に右側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成する。凸レンズの中心より左側を透過したレーザビーム３２は、基板２３上に左側に弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成する。両レーザビーム３１、３２は、たとえば弓なり形状が図４（Ｅ）に示した場合よりも深く交差するように基板２３に入射する。
【０１１２】
図４（Ｉ）は、レーザビーム３１、３２の長尺方向についての合成ビームプロファイルを示す概略図である。
【０１１３】
長尺方向中央部での光強度が弱く、両端に近づくにつれて光強度が強くなる。
【０１１４】
図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示す入射態様でレーザビームを入射させた場合、図４（Ｆ）に図示するように長尺方向に沿う光強度分布がほぼ一様となるため、アモルファスシリコン膜の結晶化（レーザアニール）を高品質に行うことができる。
【０１１５】
図５は、図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示す入射態様で基板２３にレーザビーム３１、３２を入射させた場合の短尺方向に沿う光強度分布を示す概略図である。
【０１１６】
レーザビーム３１は、出力１５Ｗのレーザ光源１０ａ、１０ｂから出射されたレーザビーム３０ａ、３０ｂで構成されているため、光強度が強い。レーザビーム３２は、出力１０Ｗのレーザ光源１０ｃ、１０ｄから出射されたレーザビーム３０ｃ、３０ｄで構成されているため、光強度が弱い。前述したように、両レーザビーム３１、３２は、基板２３上に相互に逆向きに弓なりに膨らんだ（凸状の）長尺形状の入射領域を形成して入射するため、短尺方向に関しても一般には同一領域に入射しない。
【０１１７】
本図には、レーザビーム３１及び３２の合成ビームプロファイル（合成光強度分布）を点線で示した。レーザビーム３１が入射した側の合成ビームプロファイル（合成光強度分布、本図においては右側のスロープ）が急峻に立ち上がっている。このレーザビームを本図右側に走査することによってレーザアニールを行う。
【０１１８】
短尺スロープを急峻に形成し、急峻に形成された側にレーザビームを走査することによって、走査方向に結晶成長を生じやすくすることができる。このため高い加工品質で加工を行うことができる。
【０１１９】
図６に、切り替え光学系２６の一例を示す。図示する切り替え光学系２６は、半波長板３５ａ〜３５ｈ及び偏光ビームスプリッタ３６ａ〜３６ｈを含んで構成される。
【０１２０】
半波長板３５ａ〜３５ｈは、切り替え光学系２６内を伝播するレーザビームの光路上に、たとえば電動式の回転装置に保持されており、制御装置２７から送られる制御信号に応じて、入射するレーザビームの偏光面を回転させずに透過するか、９０°回転させて透過するかを切り替えることができる。なお、電動式の移動装置に保持し、切り替え光学系２６内を伝播するレーザビームの光路上に着脱可能に配置してもよい。
【０１２１】
図１を参照して説明した例は、半波長板３５ａ〜３５ｈがレーザビームの偏光面を回転させずに透過する状態にある場合である。図１に示した場合においては、レーザ光源１０ａから出射したレーザビーム３０ａは、偏光ビームスプリッタ３６ａ、３６ｂを透過して光路Ｘから切り替え光学系２６を出射する。同様に、レーザビーム３０ｂ、３０ｃ、及び３０ｄは、それぞれ偏光ビームスプリッタ３６ｃ、３６ｄ、偏光ビームスプリッタ３６ｅ、３６ｆ、及び偏光ビームスプリッタ３６ｇ、３６ｈを透過して、光路Ｙ、光路Ｚ、及び光路Ｗから切り替え光学系２６を出射する。
【０１２２】
このため、前述したように、出力１５Ｗのレーザ光源１０ａ、１０ｂから出射されたレーザビーム３０ａ、３０ｂが重畳されたレーザビーム３１の照射面での光強度は強くなる。また、出力１０Ｗのレーザ光源１０ｃ、１０ｄから出射されたレーザビーム３０ｃ、３０ｄが重畳されたレーザビーム３２の照射面での光強度は弱くなる。この結果、レーザビーム３１、３２の短尺方向に沿う合成ビームプロファイル（光強度分布）は、図５に示すものとなる。
【０１２３】
次に、制御装置２７から送信される制御信号を受けて、半波長板３５ａ〜３５ｈがレーザビームの偏光面を９０°回転して透過する場合のレーザビーム３０ａ〜３０ｄの進路について説明する。
【０１２４】
レーザ光源１０ａから出射されたレーザビーム３０ａ（Ｐ波）は、メカニカルシャッタ１１ａを透過後、切り替え光学系２６に入射する。レーザビーム３０ａは、偏光ビームスプリッタ３６ａを透過し、半波長板３５ａによってＳ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｂで反射される。偏光ビームスプリッタ３６ｂで反射されたレーザビーム３０ａは、半波長板３５ｃでＰ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｄ、３６ｆを透過した後、半波長板３５ｇでＳ波に変換されることにより、偏光ビームスプリッタ３６ｈで反射され、光路Ｗから切り替え光学系２６を出射する。
【０１２５】
レーザ光源１０ｂから出射されたレーザビーム３０ｂ（Ｐ波）は、メカニカルシャッタ１１ｂを透過後、切り替え光学系２６に入射する。レーザビーム３０ｂは、偏光ビームスプリッタ３６ｃを透過し、半波長板３５ｄによってＳ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｄで反射される。偏光ビームスプリッタ３６ｄで反射されたレーザビーム３０ｂは、偏光ビームスプリッタ３６ｆでも反射され、光路Ｚから切り替え光学系２６を出射する。
【０１２６】
レーザ光源１０ｃから出射されたレーザビーム３０ｃ（Ｐ波）は、メカニカルシャッタ１１ｃを透過後、切り替え光学系２６に入射する。レーザビーム３０ｃは、半波長板３５ｅでＳ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｅ及び３６ｃで反射された後、半波長板３５ｄによってＰ波に変換される。半波長板３５ｄでＰ波に変換されたレーザビーム３０ｃは、偏光ビームスプリッタ３６ｄを透過して、光路Ｙから切り替え光学系２６を出射する。
【０１２７】
レーザ光源１０ｄから出射されたレーザビーム３０ｄ（Ｐ波）は、メカニカルシャッタ１１ｄを透過後、切り替え光学系２６に入射する。レーザビーム３０ｄは、半波長板３５ｈでＳ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｇで反射された後、半波長板３５ｆによってＰ波に変換される。半波長板３５ｆでＰ波に変換されたレーザビーム３０ｄは、偏光ビームスプリッタ３６ｅ、３６ｃを透過して、半波長板３５ｂでＳ波に変換される。半波長板３５ｂでＳ波に変換されたレーザビーム３０ｄは、偏光ビームスプリッタ３６ａで反射された後、半波長板３５ａでＰ波に変換されることによって、偏光ビームスプリッタ３６ｂを透過し、光路Ｘから切り替え光学系２６を出射する。
【０１２８】
このように半波長板３５ａ〜３５ｈでレーザビームの偏光面を９０°回転することによって、出力１５Ｗのレーザ光源１０ａ、１０ｂから出射されるレーザビーム３０ａ、３０ｂは、それぞれ光路Ｗ、Ｚから切り替え光学系２６を出射し、レーザビーム３２を構成する。また、出力１０Ｗのレーザ光源１０ｃ、１０ｄから出射されるレーザビーム３０ｃ、３０ｄは、それぞれ光路Ｙ、Ｘから切り替え光学系２６を出射し、レーザビーム３１を構成する。
【０１２９】
図７は、図６に示した切り替え光学系２６を用い、レーザビーム３１と３２の光強度分布を入れ替え、図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示す入射態様で基板２３にレーザビーム３１、３２を入射させた場合の短尺方向に沿う光強度分布を示す概略図である。図５と同様に、レーザビーム３１及び３２の合成ビームプロファイル（合成光強度分布）を点線で示した。
【０１３０】
図７に示す光強度分布と、図５に示したそれとは左右反転された関係にある。レーザビーム３２が入射した側の合成ビームプロファイル（合成光強度分布、本図においては左側のスロープ）が急峻に立ち上がっている。このレーザビームを本図左側に走査することによってレーザアニールを行う。
【０１３１】
前述のように、短尺スロープを急峻に形成し、急峻に形成された側にレーザビームを走査することによって、走査方向に結晶成長を生じやすくすることができる。
【０１３２】
したがって、実施例によるビーム照射装置を用い、図５に示した光強度分布を有するレーザビームを基板２３に照射し、短尺スロープが急峻に形成された側（図５においては右側）にレーザビームを走査した後、切り替え光学系２６で、レーザビーム３１と３２の光強度分布を入れ替え、図７に示す光強度分布を有するレーザビームを形成して基板２３に照射し、短尺スロープが急峻に形成された側（図７においては左側）にレーザビームを走査することによって、基板２３の同一領域を往復照射する。こうすることで、高い加工品質のレーザアニールを行うことができる。
【０１３３】
実施例においては、出力の異なるレーザ光源を用い、相互に光強度の異なるレーザビーム３１及び３２を照射したが、たとえば光強度が同一のレーザビーム３１及び３２を時間的に前後させて加工対象物に入射させる場合にも、切り替え光学系２６を用いてレーザビーム３１、３２を切り替え、基板２３の同一領域を往復照射することで、高い加工品質のレーザアニールを行うことができる。
【０１３４】
図８に、切り替え光学系２６の他の例を示す。図８に示す切り替え光学系２６は、図６に示した切り替え光学系に半波長板３５ｌ及び３５ｍを加入したものである。
【０１３５】
図８に示す切り替え光学系２６においては、半波長板３５ａ〜３５ｍがレーザビームの偏光面を回転させない場合、レーザ光源１０ａ〜１０ｄを出射したレーザビーム３０ａ〜３０ｄは、それぞれ光路Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗから切り替え光学系２６を出射する。また、半波長板３５ａ〜３５ｍがレーザビームの偏光面を９０°回転させる場合には、レーザ光源１０ａ〜１０ｄを出射したレーザビーム３０ａ〜３０ｄは、それぞれ光路Ｚ、Ｗ、Ｘ、Ｙから切り替え光学系２６を出射する。
【０１３６】
図９は、実施例の変形例によるビーム照射装置の一部を示す概略図である。図示した部分以外の構成は実施例によるビーム照射装置と等しい。
【０１３７】
実施例によるビーム照射装置は、レーザ光源１０ａ及び１０ｂの出力が１５Ｗ、レーザ光源１０ｃ及び１０ｄの出力が１０Ｗであった。変形例によるビーム照射装置は、レーザ光源１０ａ及び１０ｃの出力が１５Ｗ、レーザ光源１０ｂ及び１０ｄの出力が１０Ｗである点において実施例によるビーム照射装置と異なる。また、切り替え光学系２６は、レーザ光源１０ｂを出射したレーザビーム３０ｂと、レーザ光源１０ｃを出射したレーザビーム３０ｃの進路を入れ替える。光路Ｘを進行するレーザビームと光路Ｙを進行するレーザビームとがレーザビーム３１を構成し、光路Ｚを進行するレーザビームと光路Ｗを進行するレーザビームとがレーザビーム３２を構成する点は実施例と同じである。
【０１３８】
半波長板３５ｉ〜３５ｋがレーザビームの偏光面を回転させないで透過させるとき、レーザ光源１０ａ〜１０ｄを出射したレーザビーム３０ａ〜３０ｄは、それぞれ光路Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ上を進行する。
【０１３９】
基板２３上に照射されるレーザビーム３１はレーザ光源１０ａ（出力１５Ｗ）及びレーザ光源１０ｂ（出力１０Ｗ）を出射したレーザビームから構成され、レーザビーム３２はレーザ光源１０ｃ（出力１５Ｗ）及びレーザ光源１０ｄ（出力１０Ｗ）を出射したレーザビームから構成される。このため、レーザビーム３１及び３２がそれぞれ基板２３上に形成する光強度分布（短尺方向に沿う光強度分布）はほぼ等しい。したがってレーザビーム３１及び３２の短尺方向に沿う合成ビームプロファイル（光強度分布）はほぼ左右対称となる。
【０１４０】
このような光強度分布を有するレーザビームを短尺方向に走査してレーザアニールを行うと、短尺のどちらの方向に走査した場合であっても、均一な多結晶を形成することができる。また短尺の両方向に往復照射が可能であるため、タクトタイムを短くすることができる。
【０１４１】
次に、制御装置２７から送信される制御信号を受けて、半波長板３５ｉ〜３５ｋがレーザビームの偏光面を９０°回転して透過させる場合のレーザビーム３０ｂ及び３０ｃの進路について説明する。
【０１４２】
レーザ光源１０ｂから出射されたレーザビーム３０ｂ（Ｐ波）は、メカニカルシャッタ１１ｂを透過後、切り替え光学系２６に入射する。レーザビーム３０ｂは、偏光ビームスプリッタ３６ｉを透過し、半波長板３５ｉによってＳ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｊ及び３６ｌで反射され、半波長板３５ｋでＰ波に変換された後、光路Ｚから切り替え光学系２６を出射する。
【０１４３】
レーザ光源１０ｃから出射されたレーザビーム３０ｃ（Ｐ波）は、メカニカルシャッタ１１ｃを透過後、切り替え光学系２６に入射する。レーザビーム３０ｃは、半波長板３５ｊでＳ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｋ及び３６ｉで反射された後、半波長板３５ｉでＰ波に変換され、偏光ビームスプリッタ３６ｊを透過して、光路Ｙから切り替え光学系２６を出射する。
【０１４４】
このように半波長板３５ｉ〜３５ｋでレーザビームの偏光面を９０°回転することによって、出力１０Ｗのレーザ光源１０ｂから出射されるレーザビーム３０ｂを光路Ｚから出射させ、出力１５Ｗのレーザ光源１０ｃから出射されるレーザビーム３０ｃを光路Ｙから出射させることができる。このとき、レーザビーム３１は、出力１５Ｗのレーザ光源１０ａ、１０ｃから出射されるレーザビーム３０ａ、３０ｃで構成され、レーザビーム３２は、出力１０Ｗのレーザ光源１０ｂ、１０ｄから出射されるレーザビーム３０ｂ、３０ｄで構成される。したがって、基板２３上には図５に示した光強度分布と同様の光強度分布が形成される。
【０１４５】
このレーザビームを用いてレーザアニールを行うことにより、図５を参照して説明した効果と同様の効果を奏することができる。
【０１４６】
変形例によるビーム照射装置は、短尺方向に沿って左右対称なビームプロファイルを有する長尺形状のレーザビームと、一方の短尺スロープが急峻なビームプロファイルを有する長尺形状のレーザビームとを切り替えて、基板２３上に照射することができる。
【０１４７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。
【０１４８】
たとえば、実施例によるビーム照射装置においては４軸合成光学系を採用しているが、図６に示す構成で、レーザ光源１０ａ及び１０ｄのレーザ発振を停止させる、または、メカニカルシャッタ１１ａ及び１１ｄを閉じることにより、レーザ光源１０ａ及び１０ｄから出射されるレーザビーム３０ａ及び３０ｄを遮れば、２軸光学系のビーム照射装置として用いることができる。
【０１４９】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
レーザ加工、たとえばレーザアニール加工に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】実施例によるビーム照射装置を示す概略図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光源１０ｂ（出力１５Ｗ）からレーザビームを出射した場合に基板２３上に形成されるレーザビームの入射領域、及び、長尺方向についての光強度分布を示す図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、レーザ光源１０ｄ（出力１０Ｗ）からレーザビームを出射した場合に基板２３上に形成されるレーザビームの入射領域、及び、長尺方向についての光強度分布を示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｉ）は、実施例によるビーム照射装置における、マスク２０を透過した後のレーザビーム３１、３２について詳しく説明するための図である。
【図５】図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示す入射態様で基板２３にレーザビーム３１、３２を入射させた場合の短尺方向に沿う光強度分布を示す概略図である。
【図６】切り替え光学系２６の一例を示す概略図である。
【図７】図６に示した切り替え光学系２６を用い、レーザビーム３１と３２の光強度分布を入れ替え、図４（Ｄ）及び（Ｅ）に示す入射態様で基板２３にレーザビーム３１、３２を入射させた場合の短尺方向に沿う光強度分布を示す概略図である。
【図８】切り替え光学系２６の他の例を示す概略図である。
【図９】実施例の変形例によるビーム照射装置の一部を示す概略図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｄ）は、アモルファスシリコン膜に照射される長尺形状のレーザビームのビームプロファイルの形成方法について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０ａ〜１０ｄ  レーザ光源
１１ａ〜１１ｄ  メカニカルシャッタ
１２、１３  偏光ビームスプリッタ
１４〜１７  折り返しミラー
１８  プリズムミラー
１９  ＤＯＥ
２０  マスク
２１  イメージング光学系
２２  ステージ
２３  基板
２４、２５  半波長板
２６  切り替え光学系
２７  制御装置
３０ａ〜３０ｄ、３１、３２  レーザビーム
３５ａ〜３５ｍ  半波長板
３６ａ〜３６ｌ  偏光ビームスプリッタ
５０、５２  マスク
５１ａ〜５１ｃ  ビームプロファイル
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗ  光路
【図１】
2009032780.tif 000003
【図４】
2009032780.tif 000004
【図５】
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【図６】
2009032780.tif 000006
【図７】
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【図８】
2009032780.tif 000008
【図９】
2009032780.tif 000009
【図１０】
2009032780.tif 000010
【図２】
2009032780.tif 000011
【図３】
2009032780.tif 000012