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WO2018074105A1 - レーザ照射装置及びそれを用いたレーザリフトオフ装置 - Google Patents

レーザ照射装置及びそれを用いたレーザリフトオフ装置 Download PDF

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Publication number
WO2018074105A1
WO2018074105A1 PCT/JP2017/032913 JP2017032913W WO2018074105A1 WO 2018074105 A1 WO2018074105 A1 WO 2018074105A1 JP 2017032913 W JP2017032913 W JP 2017032913W WO 2018074105 A1 WO2018074105 A1 WO 2018074105A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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laser
laser beam
rotating plate
spot
rotating plates
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/032913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
梶山　康一
吉司 小川
顯皓 海老塚
Original Assignee
株式会社ブイ・テクノロジー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ブイ・テクノロジー filed Critical 株式会社ブイ・テクノロジー
Publication of WO2018074105A1 publication Critical patent/WO2018074105A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/351—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for trimming or tuning of electrical components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/101—Lasers provided with means to change the location from which, or the direction in which, laser radiation is emitted

Definitions

  • the present invention relates to a laser irradiation apparatus that irradiates an object to be irradiated with a linear laser spot, and more particularly to a laser irradiation apparatus that stably realizes averaging of the energy distribution of a linear laser spot and a laser using the same. This relates to a lift-off device.
  • the luminance at both ends of the linear laser spot is caused by the aberration of the lens 11 for condensing the laser beam array 3 onto the irradiation object 8. Decreases and the uniformity of energy distribution deteriorates.
  • the present invention addresses such problems and provides a laser irradiation apparatus and a laser lift-off apparatus using the same that attempt to stably realize the averaging of the energy distribution of linear laser spots. Objective.
  • a laser irradiation apparatus is disposed on an optical path of a laser beam array composed of a plurality of laser beams traveling in parallel in the same plane and inclined at mutually opposite angles, Two transparent rotating plates rotating at the same angular velocity in opposite directions around the optical axis of the optical path are provided, and each laser spot of the laser beam array is shifted in the arrangement direction.
  • the laser lift-off device is disposed on the optical path of a laser beam array composed of a plurality of laser beams traveling in parallel in the same plane and inclined at opposite angles to each other, with the optical axis of the optical path as the center.
  • Two transparent rotating plates that rotate at the same angular velocity in opposite directions to each other, and each laser spot of the laser beam array is shifted in the arrangement direction, and a transparent substrate is relatively
  • the laser beam array is irradiated from the back side of the substrate to the irradiated region on the surface of the substrate while moving the substrate, and the layer to be peeled formed on the surface of the substrate is peeled off.
  • the two rotating plates are constantly rotating in opposite directions, the occurrence of vibration as in the prior art can be suppressed. Therefore, averaging of the energy distribution of the linear laser spot can be realized stably.
  • FIG. 4 is a plan view of FIG. 3 viewed from the laser beam incident side. It is a front view explaining the locus
  • FIG. 5 shows one Embodiment of the laser lift-off apparatus by this invention. It is explanatory drawing shown about averaging of the laser spot by a prior art, (a) shows the method of rocking a stage or a light source, (b) shows the method of using a galvanometer mirror.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • This laser irradiation apparatus irradiates an irradiation object with a linear laser spot, and includes a laser beam array light source 1 and averaging means 2.
  • the laser beam array light source 1 generates and emits a plurality of pulse laser beams traveling in parallel in the same plane.
  • a semiconductor laser in which a plurality of light emitting points are arranged linearly, or a plurality of lasers
  • Laser light emitted from a light source is guided by a plurality of optical fibers to generate a plurality of laser beams arranged in a straight line at a predetermined arrangement pitch.
  • the wavelength of the laser light is appropriately selected from about 100 nm to about 1200 nm according to the purpose of use, such as laser lift-off, laser annealing, or laser processing.
  • An averaging means 2 is provided on the optical path of a laser beam array 3 composed of a plurality of laser beams traveling in parallel in the same plane.
  • the averaging means 2 is for shifting the laser spots of the laser beam array 3 in the arrangement direction to average the energy distribution in the longitudinal direction of the linear laser spots, and they are inclined at opposite angles.
  • the first and second rotating plates 4A and 4B are arranged.
  • the first and second rotating plates 4A and 4B are formed of transparent substrates such as quartz glass that rotate at the same angular velocity in opposite directions around the optical axis of the optical path.
  • an arrow A indicates the direction of the first rotating plate 4A that rotates counterclockwise at time t, and is represented by (cos ⁇ t, sin ⁇ t).
  • An arrow B indicates the direction of the second rotating plate 4B that rotates clockwise at time t, and is represented by (cos ( ⁇ t ⁇ ), sin ( ⁇ t ⁇ )).
  • the broken line indicates the laser spot shift direction.
  • ⁇ t represents the angular velocity of the first and second rotating plates 4A and 4B
  • ⁇ is the rotational phase difference (n is a positive value including zero) when the first and second rotating plates 4A and 4B rotate n times. Integer).
  • the rotational phase difference ⁇ between the first and second rotating plates 4A and 4B is set to 0 °.
  • the rotational phase difference ⁇ between the first and second rotating plates 4 is set to 180 °.
  • the one-side shift amount of the laser beam array 3 is equal to or greater than 1 ⁇ 2 of the arrangement pitch of the laser beams of the laser beam array 3. As a result, the luminance distribution in the longitudinal direction of the linear laser spot can be made uniform.
  • the shift amount of the laser beam array 3 can be determined by changing at least one parameter selected from the thickness, refractive index, and tilt angle of the first and second rotating plates 4A and 4B.
  • the shift direction of the laser spot is changed by adjusting the rotational phase difference ⁇ by a control means (not shown).
  • the laser beam array 3 can be aligned with the laser beam arrangement direction.
  • FIG. 3 is a front view for explaining the locus of a laser spot by a single rotating plate 4.
  • 4 is a plan view of FIG. 3 viewed from the laser beam incident side.
  • the laser beam is refracted by the rotating plate 4 and is shifted to the front side of the drawing to be emitted from the rotating plate 4.
  • the laser spot is shifted by S along the X axis on the left side ( ⁇ x direction) in the same figure, as shown in FIG. 4B.
  • the laser beam is refracted by the rotating plate 4 and is shifted upward with respect to the optical axis and is emitted from the rotating plate 4.
  • the laser spot is shifted by S along the Y axis upward (in the + y direction) as shown in FIG. 4C.
  • the laser beam is refracted by the rotating plate 4 and is shifted to the back side of the drawing to emit the rotating plate 4.
  • the laser spot is shifted by S along the X axis to the right side (+ x direction) in the figure as shown in FIG.
  • the laser spot draws a circular orbit with a radius S around the optical axis.
  • FIG. 5 is a front view for explaining the locus of the laser spot by the averaging means 2 of the laser irradiation apparatus of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing the position of the laser spot shifted corresponding to FIG. 5, and is a view of FIG. 5 viewed from the incident side of the laser beam.
  • a case where the rotational phase difference ⁇ between the first and second rotating plates 4A and 4B of the averaging means 2 is 0 ° will be described. Further, description will be made by paying attention to the laser beam incident on the rotation center of the first and second rotating plates 4A and 4B in the laser beam array 3.
  • the laser beam incident on the first rotating plate 4A from the right side in FIG. 5 is refracted by the first rotating plate 4A and is below the optical axis ( ⁇ y
  • the first rotating plate 4A is ejected with a deviation of S in the direction) and enters the second rotating plate 4B.
  • the laser beam incident on the second rotating plate 4B is further refracted by the second rotating plate 4B and is further shifted downward ( ⁇ y direction) by S from the optical axis, and exits the second rotating plate 4B.
  • the laser spot is shifted by 2S along the Y axis to the lower side ( ⁇ y direction).
  • ⁇ black dot
  • ⁇ open square
  • the position of the laser beam in the XY plane including the line is shown, and the circle (open circle) shows the output position (laser spot position) of the laser beam.
  • the laser beam incident on the first rotating plate 4A from the right side of the drawing is as shown in FIG. 5B.
  • the first rotating plate 4A is refracted, shifted by S toward the back side (+ x direction) in the figure, and emerges from the first rotating plate 4A and enters the second rotating plate 4B.
  • the laser beam incident on the second rotating plate 4B is further refracted by the second rotating plate 4B, and is shifted by S toward the front side ( ⁇ x direction) in FIG. 5B, and is emitted from the second rotating plate 4B. To do. Thereby, as shown in FIG.6 (c), a laser spot returns to the original and is located on an optical axis.
  • FIG. 6B shows an intermediate state between FIG. 5A and FIG. 5B, that is, the first and second rotating plates 4A and 4B are in opposite directions from the state shown in FIG. 5A.
  • the position of the laser spot in a state rotated by 45 ° is shown.
  • the laser spot is shifted by (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2) in the (+ x, ⁇ y) direction by the first rotating plate 4A, and then ( ⁇ x, ⁇ by the second rotating plate 4B.
  • y is shifted in the direction (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2).
  • the laser spot of the laser beam emitted from the second rotating plate 4B is shifted by ⁇ 2S in the ⁇ y direction along the Y axis.
  • first and second rotating plates 4A and 4B are rotated by 90 ° in the opposite directions from the state of FIG. 5B, respectively, as shown in FIG.
  • the laser beam incident from the right side of the laser beam is refracted by the first rotating plate 4A, shifted by S toward the upper side (+ y direction) with respect to the optical axis, and emitted from the first rotating plate 4A, and the second rotating plate 4B. Is incident on.
  • the laser beam incident on the second rotating plate 4B is further refracted by the second rotating plate 4B, and is further shifted by S (upward in the + y direction) with respect to the optical axis to be emitted from the second rotating plate 4B.
  • S upward in the + y direction
  • the laser spot is shifted by 2S along the Y axis to the upper side (+ y direction) in FIG.
  • FIG. 6D shows an intermediate state between FIG. 5B and FIG. 5C, that is, the first and second rotating plates 4A and 4B are 45 ° in opposite directions from the state shown in FIG. 5B.
  • the position of the laser spot in the rotated state is shown.
  • the laser spot is shifted (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2) in the (+ x, + y) direction by the first rotating plate 4A, and then ( ⁇ x, + y) by the second rotating plate 4B.
  • the direction is shifted by (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2).
  • the laser spot of the laser beam emitted from the second rotating plate 4B is shifted by ⁇ 2S in the + y direction along the Y axis.
  • the first rotating plate 4A is shown in FIG.
  • the laser beam incident from the right side is refracted by the first rotating plate 4A, is shifted by S toward the front side ( ⁇ x direction) in the drawing, and is emitted from the first rotating plate 4A, and is incident on the second rotating plate 4B. Incident.
  • the laser beam incident on the second rotating plate 4B is further refracted by the second rotating plate 4B, and is shifted by S toward the back side (+ x direction) in FIG. 5D, and is emitted from the second rotating plate 4B. .
  • the laser spot returns to the original position on the optical axis.
  • FIG. 6 (f) shows an intermediate position between FIG. 5 (c) and FIG. 5 (d), that is, 45 ° in the opposite direction from the state of FIG.
  • the position of the laser spot in the rotated state is shown.
  • the laser spot is shifted by (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2) in the ( ⁇ x, + y) direction by the first rotating plate 4A and then (+ x, + y) by the second rotating plate 4B.
  • the direction is shifted by (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2).
  • the laser spot of the laser beam emitted from the second rotating plate 4B is shifted by ⁇ 2S in the + y direction along the Y axis.
  • the state returns to the state shown in FIG. 5A, and the laser spot is changed to that shown in FIG. As shown in FIG. 4, the shift is performed by 2S in the ⁇ y direction along the Y axis.
  • FIG. 6 (h) shows an intermediate state between FIG. 5 (d) and FIG. 5 (a), that is, the first and second rotating plates 4A and 4B are 45 ° in opposite directions from the state of FIG.
  • the position of the laser spot in the rotated state is shown.
  • the laser spot is shifted by (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2) in the ( ⁇ x, ⁇ y) direction by the first rotating plate 4A and then (+ x, ⁇ ) by the second rotating plate 4B.
  • y) is shifted in the direction (S / ⁇ 2, S / ⁇ 2).
  • the laser spot of the laser beam emitted from the second rotating plate 4B is shifted by ⁇ 2S in the ⁇ y direction along the Y axis.
  • the laser spot of the laser beam emitted from the second rotating plate 4B becomes Y centered on the optical axis as shown in FIG. Peristaltic along the axis. Therefore, if the laser beams of the laser beam array 3 are arranged along the Y axis, the energy distribution of the laser spots in the arrangement direction of the laser beams of the laser beam array 3 can be averaged.
  • the maximum shift amount (2S) of the laser spot is changed by changing at least one parameter selected from the thickness, refractive index, and tilt angle of the first and second rotating plates 4A and 4B. It is set so as to be 1/2 or more of the arrangement pitch of the laser beams of the beam array 3.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a laser lift-off apparatus using the laser irradiation apparatus according to the present invention.
  • This laser lift-off device irradiates the irradiated region of the substrate surface with the laser beam array 3 from the back side of the substrate 5 while relatively moving the laser irradiation device according to the present invention and the transparent substrate 5.
  • the layer 6 to be peeled formed on the surface is peeled off.
  • the relative movement direction is the X-axis direction in the XY plane
  • the laser beam of the laser beam array 3 is arranged along the Y-axis.
  • the rotational phase difference ⁇ between the first and second rotating plates 4A and 4B is set to 0 °.
  • FIG. 7 shows a case where the substrate 5 side is moved in the X-axis direction
  • the laser irradiation apparatus side may be moved in the X-axis direction, or both may be moved in directions opposite to each other. .
  • reference numeral 7 denotes a beam shaping mask for obtaining a higher uniformity of energy distribution by shielding both ends of the linear laser spot in the long axis direction.
  • the beam shaping mask 7 may be omitted.
  • the laser irradiation apparatus of the present invention can be applied not only to a laser lift-off apparatus, but also to a laser annealing apparatus or a laser cutting apparatus, and can be applied to any apparatus that uses a linear laser spot.

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Abstract

本発明は、同一平面内に平行に並んで進行する複数のレーザビームから成るレーザビームアレイ３の光路上に、互いに反対角度で傾いて配置され、前記光路の光軸を中心に互いに反対方向に同じ角速度で回転する透明な第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂを備え、前記レーザビームアレイ３の各レーザスポットをその配列方向にシフトさせるようにしたものである。

Description

レーザ照射装置及びそれを用いたレーザリフトオフ装置
　本発明は、被照射物に線状のレーザスポットを照射するレーザ照射装置に関し、特に線状のレーザスポットのエネルギー分布の平均化を安定的に実現しようとするレーザ照射装置及びそれを用いたレーザリフトオフ装置に係るものである。
　従来のこの種のレーザ照射装置は、レーザ発振器から射出するパルス状のレーザ光を整形器により線状のレーザスポットに整形するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
　線状のレーザスポットを生成する他のレーザ照射装置としては、複数のレーザ光源から射出したレーザ光を複数の光ファイバで導いて直線状に配列したものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１５－８９５６５号公報 特開２０１６－８７６９４号公報
　しかし、上記のような従来のレーザ照射装置において、例えば特許文献１に記載の装置は、幅が数十μｍで長さが数百ｍｍのアスペクト比の極めて大きな線状のレーザスポットを生成することが困難であった。
　また、特許文献２に記載の装置では、レーザ光源の配置数を増やすことにより、高アスペクト比のレーザスポットを生成することは容易であるが、レーザスポットの配列方向のエネルギー分布を平均化するために、図８（ａ）に示すように、照射対象物８側のステージ９又はレーザビームアレイ光源１側をレーザビームアレイ３のレーザスポットの配列方向に搖動させたり、同図（ｂ）に示すようにガルバノミラー１０を使用してレーザビームアレイ３をレーザスポットの配列方向にスキャンさせたりする必要がある。
　しかしながら、上記ステージ９又はレーザビームアレイ光源１を搖動さてエネルギー分布の平均化を図る方法では、上記搖動による振動が発生し、レーザスポットの直線性が維持できなかったり、輝度分布の均一性が乱れたりする問題がある。
　また、ガルバノミラー１０を使用してエネルギー分布の平均化を図る方法では、レーザビームアレイ３を照射対象物８に集光するためのレンズ１１の収差により、線状のレーザスポットの両端部の輝度が低下し、エネルギー分布の均一性が悪化するという問題がある。
　そこで、本発明は、このような問題点に対処し、線状のレーザスポットのエネルギー分布の平均化を安定的に実現しようとするレーザ照射装置及びそれを用いたレーザリフトオフ装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によるレーザ照射装置は、同一平面内に平行に並んで進行する複数のレーザビームから成るレーザビームアレイの光路上に、互いに反対角度で傾いて配置され、前記光路の光軸を中心に互いに反対方向に同じ角速度で回転する二枚の透明な回転板を備え、前記レーザビームアレイの各レーザスポットをその配列方向にシフトさせるようにしたものである。
　また、本発明によるレーザリフトオフ装置は、同一平面内に平行に並んで進行する複数のレーザビームから成るレーザビームアレイの光路上に、互いに反対角度で傾いて配置され、前記光路の光軸を中心に互いに反対方向に同じ角速度で回転する二枚の透明な回転板を備え、前記レーザビームアレイの各レーザスポットをその配列方向にシフトさせるようにしたレーザ照射装置と、透明な基板とを相対的に移動しながら、基板表面の被照射領域に前記基板の裏面側から前記レーザビームアレイを照射し、前記基板の表面に形成された被剥離層を剥離するものである。
　本発明によれば、二枚の回転板が互いに反対方向に定常回転しているため、従来技術におけるような振動の発生を抑制することができる。したがって、線状のレーザスポットのエネルギー分布の平均化を安定的に実現することができる。
本発明によるレーザ照射装置の一実施形態を示す概略構成図である。 二枚の回転板によるレーザスポットのシフト方向を示す説明図である。 一枚の回転板によるレーザスポットの軌跡を説明する正面図である。 図３をレーザビームの入射側から見た平面図である。 二枚の回転板によるレーザスポットの軌跡を説明する正面図である。 図５をレーザビームの入射側から見た平面図である。 本発明によるレーザリフトオフ装置の一実施形態を示す概略構成図である。 従来技術によるレーザスポットの平均化について示す説明図であり、（ａ）はステージ又は光源を搖動する方法を示し、（ｂ）はガルバノミラーを使用する方法を示す。
　以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザ照射装置の一実施形態を示す概略構成図である。このレーザ照射装置は、被照射物に線状のレーザスポットを照射するもので、レーザビームアレイ光源１と、平均化手段２と、を備えて構成されている。
　上記レーザビームアレイ光源１は、同一平面内に平行に並んで進行する複数のパルスレーザビームを生成して射出するもので、例えば複数の発光点を直線状に配列した半導体レーザや、複数のレーザ光源から射出したレーザ光を複数の光ファイバで導いて所定の配列ピッチで直線状に並んだ複数のレーザビームを生成するものである。
　レーザ光の波長は、例えば約１００ｎｍ～約１２００ｎｍのうちから、レーザリフトオフ、レーザアニール又はレーザ加工等、使用目的に応じて適宜選択される。
　同一平面内に平行に並んで進行する複数のレーザビームから成るレーザビームアレイ３の光路上には、平均化手段２が設けられている。この平均化手段２は、レーザビームアレイ３の各レーザスポットをその配列方向にシフトさせて、線状のレーザスポットの長手方向のエネルギー分布を平均化するためのものであり、互いに反対角度で傾いて配置された第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂを備えて構成されている。この第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂは、光路の光軸を中心に互いに反対方向に同じ角速度で回転する、例えば石英ガラス等の透明な基板で形成されている。
　ここで、上記第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの回転によりシフトされるレーザスポットの軌跡について図２を参照して説明する。
　図２において、矢印Ａは反時計回りに回転する第１の回転板４Ａの時刻ｔにおける向きを示し、（ｃｏｓωｔ，ｓｉｎωｔ）で表される。また、矢印Ｂは時計回りに回転する第２の回転板４Ｂの時刻ｔにおける向きを示し、（ｃｏｓ（ωｔ－α），ｓｉｎ（ωｔ－α））で表される。さらに、破線はレーザスポットのシフト方向を示す。また、ωｔは、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの角速度を示し、αは第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂのｎ回回転時点における回転位相差（ｎはゼロを含む正の整数）を示している。
　この場合、レーザスポットの軌跡ベクトルのｘ成分は、
　ｘ＝ｓｉｎωｔ＋ｓｉｎ（－（ωｔ－α））
　　＝２ｃｏｓ（（２ωｔ－α）／２）×ｓｉｎ（α／２）　　　（１）
と表される。
　また、レーザスポットの軌跡ベクトルのｙ成分は、
　ｙ＝ｃｏｓωｔ＋ｃｏｓ（ωｔ－α）
　　＝２ｃｏｓ（（２ωｔ－α）／２）×ｃｏｓ（α／２）　　　（２）
と表される。
　そして、上記式（１）、（２）より
　ｙ＝｛１／ｔａｎ（α／２）｝×ｘ　　　（３）
が導き出される。
　上記式（３）から、レーザスポットの軌跡は、直線状となることが分かる。この場合、上記第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの回転位相差αが０°の時には、ｘ＝０となり、レーザスポットの軌跡は、Ｙ軸方向となる。また、位相差αが１８０°の時には、ｙ＝０となり、レーザスポットの軌跡は、Ｘ軸方向となる。
　したがって、レーザビームアレイ３の複数のレーザビームがＹ軸方向に配列されている場合には、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの回転位相差αは０°に設定される。また、レーザビームアレイ３の複数のレーザビームがＸ軸方向に配列されている場合には、第１及び第２の回転板４の回転位相差αは１８０°に設定される。これにより、レーザビームアレイ３をレーザビームの配列方向に搖動させることができる。
　この場合、レーザビームアレイ３の片側シフト量は、該レーザビームアレイ３のレーザビームの配列ピッチの１／２以上となるようにするのが好ましい。これにより、線状のレーザスポットの長手方向の輝度分布を均一化することが可能となる。
　上記レーザビームアレイ３のシフト量は、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの厚み、屈折率、及び傾き角度のうちから選択された少なくとも１つのパラメータを変化させることによって決めることができる。
　なお、レーザビームアレイ３のレーザビームの配列方向がＸ軸又はＹ軸方向からずれている場合には、図示省略の制御手段で上記回転位相差αを調整することにより、レーザスポットのシフト方向をレーザビームアレイ３のレーザビームの配列方向に合せることができる。
　次に、このように構成されたレーザ照射装置の動作について説明する。ここでは、光軸に沿って入射する一本のレーザビームによる一つのレーザスポットの軌跡に着目して説明する。
　図３は一枚の回転板４によるレーザスポットの軌跡を説明する正面図である。また、図４は図３をレーザビームの入射側から見た平面図である。
　図３（ａ）に示すように、光軸に対して傾いて配置された回転板４に同図の右方向からレーザビーム（実線）が入射すると、レーザビームは回転板４で屈折して光軸に対して下側にずれて回転板４を射出する。これにより、図４（ａ）に示すように、レーザスポットは、Ｙ軸に沿って同図の下側（－ｙ方向）にＳだけシフトすることになる。なお、図４において、●（黒点）はレーザビームの入射位置（中心）を示し、○（白抜き丸）はレーザビームの出力位置（レーザスポットの位置）を示している。
　回転板４が９０°回転して図３（ｂ）の位置に達すると、レーザビームは回転板４で屈折して同図の手前側にずれて回転板４を射出する。これにより、レーザスポットは、図４（ｂ）に示すようにＸ軸に沿って同図の左側（－ｘ方向）にＳだけシフトすることになる。
　回転板４がさらに９０°回転して図３（ｃ）の位置に達すると、レーザビームは回転板４で屈折して光軸に対して上側にずれて回転板４を射出する。これにより、レーザスポットは、図４（ｃ）に示すようにＹ軸に沿って同図の上側（＋ｙ方向）にＳだけシフトすることになる。
　回転板４がさらに９０°回転して図３（ｄ）の位置に達すると、レーザビームは回転板４で屈折して同図の奥側にずれて回転板４を射出する。これにより、レーザスポットは、図４（ｄ）に示すようにＸ軸に沿って同図の右側（＋ｘ方向）にＳだけシフトすることになる。
　このように、一枚の回転板４の場合には、レーザスポットは、光軸を中心に半径Ｓの円軌道を描くことになる。
　図５は本発明のレーザ照射装置の平均化手段２によるレーザスポットの軌跡を説明する正面図である。また、図６は図５に対応してシフトするレーザスポットの位置を示す説明図であり、図５をレーザビームの入射側から見た図である。
　ここでは、平均化手段２の第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの回転位相差αが０°の場合について説明する。また、レーザビームアレイ３のうち、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの回転中心に入射するレーザビームに着目して説明する。
　先ず、図５（ａ）に示すように、第１の回転板４Ａに同図の右側から入射したレーザビームは、第１の回転板４Ａで屈折して光軸に対して下側（－ｙ方向）にＳだけずれて第１の回転板４Ａを射出し、第２の回転板４Ｂに入射する。
　第２の回転板４Ｂに入射したレーザビームは、第２の回転板４Ｂでさらに屈折して光軸に対してさらに下側（－ｙ方向）にＳだけずれて第２の回転板４Ｂを射出する。これにより、図６（ａ）に示すように、レーザスポットは、Ｙ軸に沿って同図の下側（－ｙ方向）に２Ｓだけシフトすることになる。なお、図６において、●（黒点）はレーザビームの入射位置（中心）を示し、□（白抜き四角形）は第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの中間位置（図５のＯ－Ｏ線を含むＸＹ平面内）におけるレーザビームの位置を示し、○（白抜き丸）はレーザビームの出力位置（レーザスポットの位置）を示している。
　第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが夫々反対方向に９０°回転した位置においては、図５（ｂ）に示すように第１の回転板４Ａに同図の右側から入射したレーザビームは、第１の回転板４Ａで屈折して同図において奥側（＋ｘ方向）にＳだけずれて第１の回転板４Ａを射出し、第２の回転板４Ｂに入射する。
　第２の回転板４Ｂに入射したレーザビームは、第２の回転板４Ｂでさらに屈折して図５（ｂ）において手前側（－ｘ方向）にＳだけずれて第２の回転板４Ｂを射出する。これにより、図６（ｃ）に示すように、レーザスポットは、元に戻って光軸上に位置することになる。
　なお、図６（ｂ）は、図５（ａ）と図５（ｂ）の中間状態、即ち、図５（ａ）の状態から第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが夫々反対方向に４５°回転した状態におけるレーザスポットの位置を示している。この場合、レーザスポットは、第１の回転板４Ａによって（＋ｘ，－ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされた後、第２の回転板４Ｂによって（－ｘ，－ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされる。その結果、第２の回転板４Ｂから射出するレーザビームのレーザスポットは、Ｙ軸に沿って－ｙ方向に√２Ｓだけシフトすることになる。
　さらに、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが図５（ｂ）の状態から夫々反対方向に９０°回転すると、図５（ｃ）に示すように、第１の回転板４Ａに同図の右側から入射したレーザビームは、第１の回転板４Ａで屈折して光軸に対して上側（＋ｙ方向）にＳだけずれて第１の回転板４Ａを射出し、第２の回転板４Ｂに入射する。
　第２の回転板４Ｂに入射したレーザビームは、第２の回転板４Ｂでさらに屈折して光軸に対してさらに上側（＋ｙ方向）にＳだけずれて第２の回転板４Ｂを射出する。これにより、図６（ｅ）に示すように、レーザスポットは、Ｙ軸に沿って同図の上側（＋ｙ方向）に２Ｓだけシフトすることになる。
　図６（ｄ）は、図５（ｂ）と図５（ｃ）の中間状態、即ち、図５（ｂ）の状態から第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが夫々反対方向に４５°回転した状態におけるレーザスポットの位置を示している。この場合、レーザスポットは、第１の回転板４Ａによって（＋ｘ，＋ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされた後、第２の回転板４Ｂによって（－ｘ，＋ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされる。その結果、第２の回転板４Ｂから射出するレーザビームのレーザスポットは、Ｙ軸に沿って＋ｙ方向に√２Ｓだけシフトすることになる。
　さらに、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが図５（ｃ）の状態から夫々反対方向に９０°回転すると、図５（ｄ）に示すように第１の回転板４Ａに同図の右側から入射したレーザビームは、第１の回転板４Ａで屈折して同図において手前側（－ｘ方向）にＳだけずれて第１の回転板４Ａを射出し、第２の回転板４Ｂに入射する。
　第２の回転板４Ｂに入射したレーザビームは、第２の回転板４Ｂでさらに屈折して図５（ｄ）において奥側（＋ｘ方向）にＳだけずれて第２の回転板４Ｂを射出する。これにより、図６（ｇ）に示すように、レーザスポットは、元に戻って光軸上に位置することになる。
　図６（ｆ）は、図５（ｃ）と図５（ｄ）の中間位置、即ち、図５（ｃ）の状態から第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが夫々反対方向に４５°回転した状態におけるレーザスポットの位置を示している。この場合、レーザスポットは、第１の回転板４Ａによって（－ｘ，＋ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされた後、第２の回転板４Ｂによって（＋ｘ，＋ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされる。その結果、第２の回転板４Ｂから射出するレーザビームのレーザスポットは、Ｙ軸に沿って＋ｙ方向に√２Ｓだけシフトすることになる。
　さらに、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが図５（ｄ）の状態から夫々反対方向に９０°回転すると、図５（ａ）の状態に戻り、レーザスポットは、図６（ａ）に示すようにＹ軸に沿って－ｙ方向に２Ｓだけシフトすることになる。
　図６（ｈ）は、図５（ｄ）と図５（ａ）の中間状態、即ち、図５（ｄ）の状態から第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂが夫々反対方向に４５°回転した状態におけるレーザスポットの位置を示している。この場合、レーザスポットは、第１の回転板４Ａによって（－ｘ，－ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされた後、第２の回転板４Ｂによって（＋ｘ，－ｙ）方向に（Ｓ／√２，Ｓ／√２）ずらされる。その結果、第２の回転板４Ｂから射出するレーザビームのレーザスポットは、Ｙ軸に沿って－ｙ方向に√２Ｓだけシフトすることになる。
　このようにして、図５（ａ）～図５（ｄ）が繰り返されることにより、第２の回転板４Ｂから射出するレーザビームのレーザスポットは、図６に示すように光軸を中心にＹ軸に沿って搖動する。したがって、レーザビームアレイ３のレーザビームをＹ軸に沿って配置すれば、レーザビームアレイ３のレーザビームの配列方向におけるレーザスポットのエネルギー分布を平均化することができる。
　この場合、レーザスポットの最大シフト量（２Ｓ）は、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの厚み、屈折率、及び傾き角度のうちから選択された少なくとも１つのパラメータを変化させて、レーザビームアレイ３のレーザビームの配列ピッチの１／２以上となるように設定される。
　図７は本発明によるレーザ照射装置を用いたレーザリフトオフ装置の概略構成図である。
　このレーザリフトオフ装置は、本発明によるレーザ照射装置と、透明な基板５とを相対的に移動しながら、基板表面の被照射領域に基板５の裏面側からレーザビームアレイ３を照射し、基板５の表面に形成された被剥離層６を剥離するものである。
　図７に示すように、上記相対的な移動方向をＸＹ平面内のX軸方向とすれば、レーザビームアレイ３のレーザビームはＹ軸に沿って配置される。この場合、第１及び第２の回転板４Ａ，４Ｂの回転位相差αは０°に設定される。
　なお、図７においては、基板５側をＸ軸方向に移動する場合を示しているが、レーザ照射装置側をＸ軸方向に移動してもよく、両者を互いに反対方向に移動してもよい。
　また、図７において符号７は線状のレーザスポットの長軸方向両端を遮光してエネルギー分布のより高い均一性を得るためのビーム整形マスクである。しかし、ビーム整形マスク７は、無くてもよい。
　本発明のレーザ照射装置は、レーザリフトオフ装置だけでなく、レーザアニール装置、またはレーザカッティング装置にも適用することができ、線状のレーザスポットを使用する如何なる装置にも適用することができる。
　２…平均化手段
　３…レーザビームアレイ
　４…回転板
　４Ａ…第１の回転板
　４Ｂ…第２の回転板
　５…基板
　６…被剥離層

Claims (6)

  1. 　同一平面内に平行に並んで進行する複数のレーザビームから成るレーザビームアレイの光路上に、互いに反対角度で傾いて配置され、前記光路の光軸を中心に互いに反対方向に同じ角速度で回転する二枚の透明な回転板を備え、前記レーザビームアレイの各レーザスポットをその配列方向にシフトさせるようにしたことを特徴とするレーザ照射装置。
  2. 　前記レーザスポットのシフト方向の設定は、二枚の前記回転板のｎ回回転時点における回転位相差（ｎはゼロを含む正の整数）を調整して行われることを特徴とする請求項１記載のレーザ照射装置。
  3. 　前記レーザスポットの最大シフト量は、前記二枚の回転板の厚み、屈折率、及び傾き角度のうちから選択された少なくとも１つのパラメータを変化させて、複数の前記レーザビームの配列ピッチの１／２以上となるように設定されることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ照射装置。
  4. 　同一平面内に平行に並んで進行する複数のレーザビームから成るレーザビームアレイの光路上に、互いに反対角度で傾いて配置され、前記光路の光軸を中心に互いに反対方向に同じ角速度で回転する二枚の透明な回転板を備え、前記レーザビームアレイの各レーザスポットをその配列方向にシフトさせるようにしたレーザ照射装置と、透明な基板とを相対的に移動しながら、基板表面の被照射領域に前記基板の裏面側から前記レーザビームアレイを照射し、前記基板の表面に形成された被剥離層を剥離することを特徴とするレーザリフトオフ装置。
  5. 　前記レーザスポットのシフト方向の設定は、二枚の前記回転板のｎ回回転時点における回転位相差（ｎはゼロを含む正の整数）を調整して行われることを特徴とする請求項４記載のレーザリフトオフ装置。
  6. 　前記レーザスポットの最大シフト量は、前記二枚の回転板の厚み、屈折率、及び傾き角度のうちから選択された少なくとも１つのパラメータを変化させて、複数の前記レーザビームの配列ピッチの１／２以上となるように設定されることを特徴とする請求項４又は５記載のレーザリフトオフ装置。
     
     
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