特開 2020-47684 光源装置及びそれを用いたラインビームホモジェナイザ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-47684(P2020-47684A)

(43)【公開日】2020年3月26日

(54)【発明の名称】光源装置及びそれを用いたラインビームホモジェナイザ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20200303BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20200303BHJP

   B23K 26/067 20060101ALN20200303BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 J

   H01L21/20

   B23K26/067

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-173194(P2018-173194)

(22)【出願日】2018年9月18日

(71)【出願人】

【識別番号】518313559

【氏名又は名称】株式会社オプトピア

(74)【代理人】

【識別番号】100097205

【弁理士】

【氏名又は名称】樋口 正樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 宏

【テーマコード（参考）】

4E168

5F152

【Ｆターム（参考）】

4E168AC01

4E168CA02

4E168DA26

4E168EA05

4E168EA14

4E168JA11

5F152CE05

5F152EE02

5F152EE06

5F152FF01

5F152FF02

5F152FF05

5F152FF09

5F152FF43

5F152FG03

5F152FG23

(57)【要約】

【課題】コヒーレント性の高いレーザビーム光を出射するレーザ光源を用いて、集光点での電界強度が強度限界に達することなく、干渉性を緩和させたレーザビーム光を出射することのできる光源装置を提供することである。
【解決手段】レーザビーム光を出射するレーザ光源１０を有する光源装置１００であって、レーザ光源１０からのレーザビーム光を所定の拡散角をもった拡散レーザビーム光にする拡散光学系１２と、拡散光学系１２からの拡散レーザビーム光を光源装置１００からの出射レーザビーム光にして出射する出射光学系１３と、を有する構成となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザビーム光を出射するレーザ光源を有する光源装置であって、
前記レーザ光源からのレーザビーム光を所定の拡散角をもった拡散レーザビーム光にする拡散光学系と、
該拡散光学系からの拡散レーザビーム光を当該光源装置からの出射レーザビーム光にして出射する出射光学系と、を有する光源装置。

【請求項2】

前記拡散レーザビーム光の前記拡散角は、前記レーザ光源から出射する前記レーザビーム光の拡散角より大きく、かつ、前記拡散光学系からの拡散レーザビーム光の全てが前記出射光学系に入射可能な最大拡散角以下である、請求項１記載の光源装置。

【請求項3】

前記拡散レーザビーム光の前記拡散角は、１０±５ミリラジアンの範囲内である、請求項２記載の光源装置。

【請求項4】

前記出射光学系は、
前記拡散光学系からの前記拡散レーザビーム光の光径を拡大し、その拡大された光径のレーザビーム光を出射するビーム拡大光学系を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の光源装置。

【請求項5】

前記レーザ光源からの前記レーザビーム光のエネルギーの時間的変動を抑えてエネルギーを安定化させる光エネルギー安定化装置を有し、
前記光エネルギー安定化装置を経たレーザビーム光が前記拡散光学系に入射する、請求項１乃至４のいずれかに記載の光源装置。

【請求項6】

前記光エネルギー安定化装置は、
前記レーザ光源からの前記レーザビーム光を第１ビーム光と第２ビーム光とに分割するビーム分割器と、
前記ビーム分割器により得られる前記第１ビーム光を遅延させる遅延光学系と、
前記ビーム分割器により得られる前記第２ビーム光のエネルギー値を検出するエネルギー検出器と、
前記エネルギー検出器により検出される前記第２ビーム光のエネルギー値に基づいて、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光のエネルギーを安定化させる安定化器と、を有し、
前記安定化器によってエネルギーが安定化された前記第１ビーム光が前記拡散光学系に入射する、請求項５記載の光源装置。

【請求項7】

前記安定化器は、減衰率が可変であって、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光が通過する可変光減衰光学系と、
前記エネルギー検出器にて検出されるエネルギー値が大きいほど、前記可変光減衰光学系での減衰率を大きくする制御器と、を有する請求項６記載の光源装置。

【請求項8】

レーザビーム光を出射するレーザ光源を備えた光源装置であって、
前記レーザ光源からのレーザビーム光を第１ビーム光と第２ビーム光とに分割するビーム分割器と、
前記ビーム分割器により得られる前記第１ビーム光を遅延させる遅延光学系と、
前記ビーム分割器により得られる前記第２ビーム光のエネルギー値を検出するエネルギー検出器と、
前記エネルギー検出器により検出される前記第２ビーム光のエネルギー値に基づいて、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光のエネルギーを安定化させる安定化器と、を有し、
前記安定化器によってエネルギーが安定化された前記第１ビーム光を出射する光源装置。

【請求項9】

前記安定化器は、減衰率が可変であって、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光が通過する可変光減衰光学系と、
前記エネルギー検出器にて検出されるエネルギー値が大きいほど、前記可変光減衰光学系での減衰率を大きくする制御器と、を有する請求項８記載の光源装置。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置から出射されるレーザビーム光から長軸方向と該長軸方向に直交する短軸方向との双方におけるエネルギー分布が均一化された前記長軸方向に延びるライン状レーザビーム光を生成するホモジェナイズ光学系と、を有するラインビームホモジェナイザ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザビーム光を出射するレーザ光源を備えた光源装置、及びその光源装置を用いたラインビームホモジェナイザに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に記載されたレーザアニール装置が知られている。このレーザアニール装置では、レーザビーム光を出射するレーザ光源（例えば、固体レーザ）と、このレーザ光源からのレーザビーム光の径を拡大するビームエクスパンダとを備えた光源装置が用いられている。そして、このような光源装置と、この光源装置から出射される所定スポットサイズのレーザビーム光から、長軸方向と該長軸方向に直交する短軸方向との双方においてエネルギー分布を均一化させた、前記長軸方向に延びるライン状レーザビーム光を生成するホモジェナイズ光学系（長軸用ホモジェナイザ、短軸用ホモジェナイザ）とによって、ラインビームホモジェナイザが構成されている。

【0003】

上述したようなラインビームホモジェナイザを備えたレーザアニール装置では、前記ホモジェナイズ光学系により形成されるライン状レーザビーム光が非晶質半導体膜の表面を短軸方向に走査する。この非晶質半導体膜の表面を短軸方向に走査するライン状レーザビーム光の熱エネルギーにより、非晶質半導体膜の表面がアニール処理される。その結果、非晶質半導体膜表面が多結晶化される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−１６５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前述したようなラインビームホモジェナイザに用いられる光源装置では、レーザ光源から出射されるレーザビーム光のコヒーレント性が高い。このようなコヒーレント性の高いレーザビーム光の高いエネルギーを利用して、アニーリング処理を効果的に行うことができる。

【0006】

一方、このようにコヒーレント性の高いレーザビーム光は集光性が高い。このため、例えば、レーザ光源の後段に配置された光学系、例えば、ビームエクスパンダに含まれるテレスコープの球面凸レンズ等によってレーザビーム光が一点に集光されると、その集光点における電界強度が強度限界に達し（ブレークダウン）、レーザビーム光がそれ以上進まなくなってしまうという現象がおこり得る。

【0007】

また、ホモジェナイズ光学系では、例えば、レーザビーム光がレンズアレイの各レンズによって分散されて、その分散レーザビーム光を重ね合わせることにより、形成されるライン状レーザビーム光のエネルギー分布が均一化される（分散型ホモジェナイザ）。このようなホモジェナイズ光学系にコヒーレント性が極めて高いレーザビーム光が入射すると、干渉縞が発生する可能性があり、形成されるライン状レーザビーム光のエネルギー分布の均一性が、かえって阻害されてしまうおそれがある。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、コヒーレント性の高いレーザビーム光を出射するレーザ光源を用いて、集光点での電界強度が強度限界に達することなく、干渉性を緩和させたレーザビーム光を出射することのできる光源装置を提供するものである。

【0009】

また、本発明は、上記光源装置を用いたラインビームホモジェナイザを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る光源装置は、レーザビーム光を出射するレーザ光源を有する光源装置であって、前記レーザ光源からのレーザビーム光を所定の拡散角をもった拡散レーザビーム光にする拡散光学系と、該拡散光学系からの拡散レーザビーム光を当該光源装置からの出射レーザビーム光にして出射する出射光学系と、を有する構成となる。

【0011】

このような構成によれば、レーザ光源からのレーザビーム光は、拡散光学系によって、そのコヒーレント性が緩和されて、所定の拡散角をもった拡散レーザビーム光にされる。そして、前記拡散光学系からのコヒーレント性が緩和された拡散レーザビーム光が出射光学系を経て出射レーザビーム光として出射される。

【0012】

本発明に係る光源装置において、前記拡散レーザビーム光の前記拡散角は、前記レーザ光源から出射する前記レーザビーム光の拡散角より大きく、かつ、前記拡散光学系からの拡散レーザビーム光の全てが前記出射光学系に入射可能な最大拡散角以下とすることができ、更に具体的には、１０±５ミリラジアンの範囲内の値にすることができる。

【0013】

本発明に係る光源装置において、前記出射光学系は、前記拡散光学系からの前記拡散レーザビーム光の光径を拡大し、その拡大された光径のレーザビーム光を出射するビーム拡大光学系を含む、構成とすることができる。

【0014】

このような構成によれば、出射光学系おいて、拡散光学系からの拡散レーザビーム光がビーム拡大光学系に入射すると、そのビーム拡大光学系によって、前記拡散レーザビームの光径が拡大され、その拡大された光径のレーザビーム光が前記ビーム拡大光学系から出射される。その出射ビーム光の光径が入射ビーム光（拡散レーザビーム光）の光径から拡大されることにより、結果として、その出射ビーム光の拡散角を入射ビーム光（拡散レーザビーム光）の拡散角から変える（小さくする）ことができる。

【0015】

本発明に係る光源装置において、前記レーザ光源からの前記レーザビーム光のエネルギーの時間的変動を抑えてエネルギーを安定化させる光エネルギー安定化装置を有し、前記光エネルギー安定化装置を経たレーザビーム光が前記拡散光学系に入射する、構成とすることができる。

【0016】

このような構成によれば、レーザ光源からのレーザビーム光のエネルギーが安定化されることで、拡散光学系及び出射光学系を経たレーザビーム光のエネルギーを安定化させることができ、結果的に、この光源装置からの出射レーザビームのエネルギーを安定化させることができる。

【0017】

本発明に係る光源装置において、前記光エネルギー安定化装置は、前記レーザ光源からの前記レーザビーム光を第１ビーム光と第２ビーム光とに分割するビーム分割器と、前記ビーム分割器により得られる前記第１ビーム光を遅延させる遅延光学系と、前記ビーム分割器により得られる前記第２ビーム光のエネルギー値を検出するエネルギー検出器と、前記エネルギー検出器により検出される前記第２ビーム光のエネルギー値に基づいて、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光のエネルギーを安定化させる安定化器と、を有し、前記安定化器によってエネルギーが安定化された前記第１ビーム光が前記拡散光学系に入射する、構成とすることができる。

【0018】

このような構成によれば、レーザ光源からのレーザビーム光は、ビーム分割器により第１ビーム光と第２ビーム光とに分割される。前記第１ビーム光が遅延光学系に入射する一方、第２ビーム光のエネルギー値がエネルギー検出器により検出される。そして、遅延光学系を経た前記第１ビーム光のエネルギーが、エネルギー検出器によって検出される前記第２ビーム光のエネルギー値に基づいて、安定化される。そして、そのエネルギーが安定化された前記第１ビーム光が拡散光学系に入射する。

【0019】

前記遅延光学系での光の遅延特性（例えば、遅延時間）は、少なくとも安定化器の時間的な動作特性に基づいて決めることができる。

【0020】

本発明に係る光源装置において、前記安定化器は、減衰率が可変であって、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光が通過する可変光減衰光学系と、前記エネルギー検出器にて検出されるエネルギー値が大きいほど、前記可変光減衰光学系での減衰率を大きくする制御器と、構成とすることができる。

【0021】

このような構成によれば、遅延光学系からの第１ビーム光は、エネルギー検出器にて検出される第２ビーム光のエネルギー値が大きいほど、可変光減衰光学系によって大きく減衰させられる。これにより、第２ビーム光とともにレーザ光源からのレーザビーム光を構成する第１ビーム光のエネルギーが安定化される。

【0022】

本発明に係る光源装置は、レーザビーム光を出射するレーザ光源を備えた光源装置であって、前記レーザ光源からのレーザビーム光を第１ビーム光と第２ビーム光とに分割するビーム分割器と、前記ビーム分割器により得られる前記第１ビーム光を遅延させる遅延光学系と、前記ビーム分割器により得られる前記第２ビーム光のエネルギー値を検出するエネルギー検出器と、前記エネルギー検出器により検出される前記第２ビーム光のエネルギー値に基づいて、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光のエネルギーを安定化させる安定化器と、を有し、前記安定化器によってエネルギーが安定化された前記第１ビーム光を出射する構成となる。

【0023】

このような構成によれば、レーザ光源からのレーザビーム光は、ビーム分割器により第１ビーム光と第２ビーム光とに分割され、第１ビーム光が遅延光学系に入射し、第２ビーム光のエネルギー値がエネルギー検出器により検出される。そして、遅延光学系を経た前記第１ビーム光については、エネルギー検出器によって検出される前記第２ビーム光のエネルギー値に基づいて、そのエネルギーの時間的変化が抑えられてエネルギーが安定化される。そのエネルギーが安定化された前記第１ビーム光が出射レーザビーム光として出射される。

【0024】

本発明に係る光源装置において、前記安定化器は、減衰率が可変であって、前記遅延光学系からの前記第１ビーム光が通過する可変光減衰光学系と、前記エネルギー検出器にて検出されるエネルギー値が大きいほど、前記可変光減衰光学系での減衰率を大きくする制御器と、を有する構成とすることができる。

【0025】

また、本発明に係るラインビームホモジェナイザは、前述したいずれかの光源装置と、前記光源装置から出射されるレーザビーム光から長軸方向と該長軸方向に直交する短軸方向との双方におけるエネルギー分布が均一化された前記長軸方向に延びるライン状レーザビーム光を生成するホモジェナイズ光学系と、を有する構成となる。

【0026】

このような構成によれば、拡散光学系によってコヒーレント性が緩和された光源装置からのレーザビーム光（出射レーザビーム光）から、長軸方向と短軸方向との双方におけるエネルギー分布がホモジェナイズ光学系により均一化されて、前記長軸方向に延びるライン状レーザビーム光が生成される。

【発明の効果】

【0027】

本発明に係る光源装置によれば、レーザ光源から出射されるレーザビーム光のコヒーレント性が緩和されるので、集光点での電界強度が強度限界に達することなく、干渉性が緩和されたレーザビーム光（出射レーザビーム光）を出射することができるようになる。

【0028】

また、本発明に係るラインビームホモジェナイザによれば、集光点での電界強度が強度限界に達することなく、干渉性が緩和されたレーザビーム光から、長軸方向及び短軸方向の双方におけるエネルギー分布が均一化されたライン状レーザビーム光が形成される。これにより、より安定したライン状レーザビーム光を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図１は、本発明の実施の一形態に係るラインビームホモジェナイザの構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、図１に示すラインビームホモジェナイザにおける光源装置に含まれる拡散光学系（拡散板）を示す図である。

【図3】図３は、図１に示すラインビームホモジェナイザにおける光源装置に含まれる拡大光学系を示す図である。

【図4】図４は、図３に示す拡大光学系（出射光学系）による倍率（拡大率）と拡散角との関係を示す図である。

【図5】図５は、図１に示すラインビームホモジェナイザにおける光源装置に含まれる光エネルギー安定化装置の構成を示す図である。

【図6】図６は、図５に示す光エネルギー安定化装置おける可変光減衰光学系の構成を示す図である。

【図7】図７は、図６に示す可変光減衰光学系（高速光スイッチ素子（ＡＯＥ））の時間的な動作特性を、パルス状の第１レーザビーム光の検出タイミングとの関係で示すタイミングチャートである。

【図8】図８は、可変光減衰光学系の動作を、入射レーザビーム光のエネルギー値との関係で示す図である。

【図9】図９は、長軸用ホモジェナイザの基本的な構成を示す図である。

【図10】図１０は、図９に示す長軸用ホモジェナイザによる長軸光強度の特性を示す図である。

【図11】図１１は、短軸用ホモジェナイザの基本的な構成を示す図である。

【図12】図１２は、短軸縮小投影レンズ系の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

【0031】

本発明の実施の一形態に係るラインビームホモジェナイザは、図１に示すように構成される。図１において、このラインビームホモジェナイザは、レーザ光源としての固体ＵＶパルスレーザ１０を備えた光源装置１００と、長軸用ホモジェナイザ１４と、短軸用ホモジェナイザ１５と、短軸縮小投影レンズ系１６とを有している。長軸用ホモジェナイザ１４は、光源装置１００からの出射レーザビーム光ＬＢ４の長軸方向におけるエネルギー分布を均一化させる。短軸用ホモジェナイザ１５は、長軸用ホモジェナイザ１４を経たレーザビーム光ＬＢ５の前記長軸方向に直交する短軸方向におけるエネルギー分布を均一化させる。短軸縮小投影レンズ系１６は、短軸用ホモジェナイザ１５を経たレーザビーム光ＬＢ６のスポットサイズを短軸方向に縮小させる。このように、光源装置１００からの出射レーザビーム光ＬＢ４が、長軸用ホモジェナイザ１４及び短軸用ホモジェナイザ１５（ホモジェナイズ光学系）と、短軸縮小投影レンズ系１６とを経ることにより、長軸方向と短軸方向との双方におけるエネルギー分布が均一化された前記長軸方向に延びるライン状レーザビーム光ＬＢ７が生成される。

【0032】

光源装置１００は、レーザ光源としての固体ＵＶパルスレーザ１０の他、光エネルギー安定化装置１１と、拡散光学系１２と、ビーム拡大光学系１３（ビームエクスパンダ：出射光学系）とを有している。光エネルギー安定化装置１１は、固体ＵＶパルスレーザ１０（レーザ光源）からパルス状に出射されるＵＶ帯域（紫外線帯域）の周波数を有するレーザビーム光ＬＢ１のエネルギーの時間的変動を抑えて、エネルギーが安定化されたレーザビーム光ＬＢ２を出射する。拡散光学系１２は、光エネルギー安定化装置１１を経たレーザビーム光ＬＢ２を拡散させて所定の拡散角をもった拡散レーザビームＬＢ３にする。ビーム拡大光学系１３（出射光学系）は、拡散光学系１１から入射される拡散レーザビーム光ＬＢ３の光径より拡大された光径のレーザビーム光を、光源装置１００の出射レーザビーム光ＬＢ４として、長軸用ホモジェナイザ１４（ホモジェナイズ光学系）に入射させる。

【0033】

光源装置１００の各部の具体的な構成について説明する。

【0034】

固体ＵＶパルスレーザ１０からのレーザビーム光ＬＢ１のエネルギーを安定化させる光エネルギー安定化装置１１の具体的な構成については後述する。まず、拡散光学系１１は、図２に示すように、拡散板１２１によって構成される。拡散板１２１は、例えば、エポキシ樹脂等の樹脂で形成された透明基板の表面に微細な凹凸パターン（ホログラフィックパターン）が形成された構造となっている。ビーム光径Φ１で入射する光エネルギー安定化装置１１からのレーザビーム光ＬＢ２が、拡散板１２１によって拡散され、ビーム拡大光学系１３の入射面Ｓ１に、ビーム光径Φ２（≧Φ１）の拡散レーザビーム光ＬＢ３となって入射する。

【0035】

前記拡散レーザビーム光ＬＢ３の拡散角は、光エネルギー安定化装置１１から出射されるレーザビーム光ＬＢ２の拡散角より大きく、即ち、固体ＵＶパルスレーザ１０からのレーザビーム光ＬＢ１の拡散角（例えば、0.26度（4.5ミリラジアン））より大きく、かつ、拡散板１２１からの拡散レーザビーム光ＬＢ３の全てがビーム拡大光学系１３の入射面Ｓ１に入射可能な最大拡散角以下となる。具体的には、前記拡散角は、レーザビーム光のエネルギー集中性を大きく損なうことなく、干渉性を抑える観点から、１０±５ミリラジアンの範囲内の値にすることが好ましい。例えば、拡散角θ＝0.5度（約9ミリラジアン）の場合、拡散板１２１にビーム光径Φ１＝6ミリメートルで入射するレーザビーム光ＬＢ２は、拡散板１２１から４５センチメートル（Ｌ＝４５ｃｍ）離れたビーム拡大光学系１３の入射面Ｓ１にビーム光径Φ２≒10ミリメートルの拡散レーザビーム光ＬＢ３になって入射する。

【0036】

次に、ビーム拡大光学系１３（ビームエクスパンダ：出射光学系）は、図３に示すように、それぞれが平行となって、光軸方向に直列に配置される２つの凸レンズ、第１凸レンズ１３１と第２凸レンズ１３２とからなるテレスコープによって構成される。前述した拡散板１２１からの拡散レーザビーム光ＬＢ３が、第１凸レンズ１３１（ビーム拡大光学系１３の入射面Ｓ１）に入射して集光点Ｐ（焦点）に集光される。そして、この集光点Ｐから発散するレーザビーム光が、第２凸レンズ１３２に入射して、その第２凸レンズ１３２からレーザビームＬＢ４（出射レーザビーム光）になって出射される。

【0037】

前述したテレスコープを構成する第１凸レンズ１３１及び第２凸レンズ１３２の光学的特性（焦点距離等）に基づいた拡大機能よって、入射する拡散レーザビーム光ＬＢ３の入射面Ｓ１での光径が拡大され、その拡大された光径のレーザビーム光がビーム拡大光学系１３から、当該光源装置１００からの出射レーザビーム光ＬＢ４として出射される。このように出射ビーム光（レーザビーム光ＬＢ４）の光径が入射ビーム光（拡散レーザビーム光ＬＢ３）の光径から拡大されることにより、結果として、出射ビーム光（レーザビーム光ＬＢ４）の拡散角を入射ビーム光（拡散レーザビーム光ＬＢ３）の拡散角から変える（小さくする）ことができる。例えば、ビーム拡大光学系１３（テレスコープ）による倍率と拡散角との関係は、図４に示すようになっている。即ち、倍率がｎ倍になれば、拡散角はｎ分の１になる。従って、ビーム拡大光学系１３（テレスコープ）を構成する第１凸レンズ１３１及び第２凸レンズ１３２の光学的特性を選択することにより、出射レーザビーム光ＬＢ４の拡散角を、拡散板１２１（拡散光学系１２）によって調整された拡散レーザビーム光ＬＢ３の拡散角から更に調整することができる。

【0038】

固体ＵＶパルスレーザ１０からのレーザビーム光ＬＢ１のエネルギーを安定化させて、レーザビーム光ＬＢ２として前述した拡散光学系１２に入射させる光エネルギー安定化装置１１は、図５に示すように構成される。

【0039】

図５において、光エネルギー安定化装置１１は、固体ＵＶパルスレーザ１０からのパルス状のレーザビーム光ＬＢ１を第１ビーム光Ｌ１と第２ビーム光Ｌ２とに分割するビームスプリッタ１１１（ビーム分割器）を有するとともに、遅延光学系１１２、可変光減衰光学系１１３、エネルギー検出器１１４、比較回路１１５、及びＡＯＥ駆動回路１１６を有している。遅延光学系１１２は、ビームスプリッタ１１１からの第１ビーム光Ｌ１を所定時間だけ遅延させる。エネルギー検出器１１４は、ビームスプリッタ１１１からの第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値を高速（例えば、応答速度：１ナノ秒）に検出し、そのエネルギー値に対応した検出電圧値を出力する。

【0040】

遅延光学系１１２を経た第１ビーム光Ｌ１が入射する可変光減衰光学系１１３は、図６に示すように構成される。

【0041】

図６において、可変光減衰光学系１１３は、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）、第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）及び第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）を有している。各高速光スイッチ素子１１３１、１１３２、１１３３は、例えば、音響光学素子（ＡＯＥ）で構成され、Ｌレベルの駆動信号（音響信号）が印加されたときにオフ状態となって、入射するビーム光をそのまま０次回折ビーム光として出射する一方、Ｈレベルの駆動信号が印加されたときにオン状態となって、入射ビーム光の、例えば、１５％をそのまま０次回折ビーム光として出射しつつ、入射ビーム光の、例えば、８５％を１次回折ビーム光として出射する。

【0042】

第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）の後方にプリズム１１３４ａが配置されるとともに、このプリズム１１３４ａを挟むように２つのプリズム１１３４ｂ、１１３４ｃが配置されている。プリズム１１３４ａは、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）からの１次回折ビーム光をプリズム１１３４ｂに導く一方、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）からの０次回折ビーム光をプリズム１１３４ｃに導く。プリズム１１３４ｂは、プリズム１１３４ａから導かれたビーム光を、更に、第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）に導く。また、プリズム１１３４ｃは、プリズム１１３４ａから導かれたビーム光を、更に、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）に導く。

【0043】

第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）の後方にプリズム１１３５ａが配置されるとともに、このプリズム１１３５ａを挟むように２つのプリズム１１３５ｂ、１１３５ｃが配置されている。プリズム１１３５ａは、第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）からの１次回折ビーム光をプリズム１１３５ｂに導く一方、第２高速光スイッチ素子１１３２素子（ＡＯＥ２）からの０次回折ビーム光をプリズム１１３５ｃに導く。また、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）の後方にプリズム１１３６ａが配置されるとともに、このプリズム１１３６ａを挟むように２つのプリズム１１３６ｂ、１１３６ｃが配置されている。プリズム１１３６ａは、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からの１次回折ビーム光をプリズム１１３６ｂに導く一方、第３光高速スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からの０次回折ビーム光をプリズム１１３６ｃに導く。

【0044】

可変光減衰光学系１１３は、更に、第１プリズムアッテネータ１１３７ａ、第２プリズムアッテネータ１１３７ｂ、第３プリズムアッテネータ１１３７ｃ、及び第４プリズムアッテネータ１１３７ｄを有している。第１プリズムアッテネータ１１３７ａは透過率Ｔ１を、第２プリズムアッテネータ１１３７ｂは透過率Ｔ２（＞Ｔ１）を、第３プリズムアッテネータ１１３７ｃは透過率Ｔ３（＞Ｔ２）を、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄは透過率Ｔ４（＞Ｔ３）を、それぞれ有している。即ち、最も小さい透過率Ｔ１の第１プリズムアッテネータ１１３７ａの減衰率が最も大きく、順次、透過率Ｔ２の第２プリズムアッテネータ１１３７ｂの減衰率、透過率Ｔ３の第３プリズムアッテネータ１１３７ｂの減衰率が小さくなり、最も大きい透過率Ｔ４の第４プリズムアッテネータ１１３７ｄの減衰率が最も小さい。

【0045】

プリズム１１３５ａによってプリズム１１３５ｂに導かれた第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）からの１次回折ビーム光は、プリズム１１３５ｂによって第１プリズムアッテネータ１１３７ａに導かれる。第１プリズムアッテネータ１１３７ａを通して減衰されたビーム光（エネルギーＥ０１）は、混合器１１３８に入射する。また、プリズム１１３５ａによってプリズム１１３５ｃに導かれた第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）からの０次回折ビーム光は、プリズム１１３５ｃによって第２プリズムアッテネータ１１３７ｂに導かれる。第２プリズムアッテネータ１１３７ｂを通して減衰されたビーム光（エネルギーＥ０２）は、混合器１１３８に入射する。

【0046】

また、プリズム１１３６ａによってプリズム１１３６ｂに導かれた第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からの１次回折ビーム光は、プリズム１１３６ｂによって第３プリズムアッテネータ１１３７ａに導かれる。第３プリズムアッテネータ１１３７ｃを通して減衰されたビーム光（エネルギーＥ０３）は、混合器１１３８に入射する。また、プリズム１１３６ａによってプリズム１１３６ｃに導かれた第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からの０次回折ビーム光は、プリズム１１３６ｃによって第４プリズムアッテネータ１１３７ｄに導かれる。第４プリズムアッテネータ１１３７ａを通して減衰されたビーム光（エネルギーＥ０４）は、混合器１１３８に入射する。そして、混合器１１３８は、入射する１または複数のビーム光を混合して、入射するビーム光のエネルギー値の総和のエネルギー値Ｅｏを有するレーザビーム光を、この光エネルギー安定化装置１１の出射レーザビーム光ＬＢ２として出射する。

【0047】

上述したような構成の可変光減衰光学系１１３では、３つの高速光スイッチ素子１１３１、１１３２、１１３３それぞれをオン状態及びオフ状態のいずれかに切り換え制御することにより、入射する第１ビーム光Ｌ１に対する実質的な減衰率（透過率）を変えることができる。そして、可変光減衰光学系１１３は、その減衰率に応じたエネルギー値の出射ビームＬＢ２を出射することができる。

【0048】

図５に戻って、遅延光学系１１２は、第１ビーム光Ｌ１を、可変光減衰光学系１１３の動作特性、例えば、各高速光スイッチ素子１１３１、１１３２、１１３３（ＡＯＥ）の動作特性（応答時間）に応じた時間だけ遅延させる。例えば、図７に示すように、可変光減衰光学系１１３における各高速光スイッチ１１３１、１１３２、１１３３（ＡＯＥ）の応答時間（ｔｏからｔ１までの時間）が、例えば、100ナノ秒である場合、第１光ビームＬ１のパルスを遅延させる時間（遅延時間）は、前記応答時間より大きい時間（ｔｏからｔ２までの時間）、例えば、160ナノ秒程度に設定される。これにより、実際にエネルギー検出された第１ビーム光Ｌ１のパルスそのものが、そのエネルギー値に基づいて駆動される各高速光スイッチ１１３１、１１３２、１１３３（ＡＯＥ）を通過することができる。そして、遅延光学系１１２は、前記遅延時間に応じた長さの光路を含む。例えば、５０メートルの光路によって167ナノ秒の遅延時間を得ることができる。

【0049】

また、図５に戻って、比較回路１１５、ＡＯＥ駆動回路１１６、及び前述した可変光減衰光学系１１３は、エネルギー検出器１１４により検出される第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値に基づいて、遅延光学系１１２からの第１ビーム光Ｌ１のエネルギーを安定化させる安定化器を構成する。そして、この安定化器において、比較回路１１５及びＡＯＥ駆動回路１１６は、制御器であって、エネルギー検出器１１４にて検出される第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値が大きいほど、可変光減衰光学系１１３での実質的な減衰率を大きくするように制御する。

【0050】

比較回路１１５は、３つの比較器（フラッシュコンパレータ）１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃを有する。比較器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃは、エネルギー検出器１１４からの第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値に対応した検出電圧値がそれぞれ対応する基準電圧値Ref1、Ref2、Ref3（Ref1＞Ref2＞Ref3）より大きいか否かを表す比較判定信号を出力する。３つの比較器１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ（比較回路１１５）からの３つの比較判定信号により、エネルギー検出器１１４からの検出電圧値Ｖに対応した第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値Ｅi（Ｖ）が、４つの段階、Ｅi（Ｖ）＞Ｅ（Ref1）、Ｅ（Ref1）≧Ｅi（Ｖ）＞Ｅ（Ref2）、Ｅ（Ref2）≧Ｅi（Ｖ）＞Ｅ（Ref3）、Ｅi（Ｖ）≦Ｅ（Ref3）のいずれかであることを表すことができる。

【0051】

ＡＯＥ駆動回路１１６は、比較回路１１５からの３つの比較判定信号によって表される前記第２ビーム光Ｌ２の４つの段階のエネルギー値に応じた状態（ＨレベルまたはＬレベル）の３つの駆動信号１、２、３を出力する。具体的には、３つの比較判定信号が、第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値Ｅ（Ｖ）が最も高い段階（Ｅi（Ｖ）＞Ｅ（Ref1））を表す場合、２つの駆動信号１、２をＨレベルにし、残りの１つの駆動信号３をＬレベルにする。３つの比較判定信号が、第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値Ｅ（Ｖ）が２番目に高い段階（Ｅ（Ref1）≧Ｅi（Ｖ）＞Ｅ（Ref2））を表す場合、駆動信号１をＨレベルにし、残りの２つの駆動信号２、３をＬレベルにする。３つの比較判定信号が、第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値Ｅ（Ｖ）が３番目に高い段階（Ｅ（Ref2）≧Ｅi（Ｖ）＞Ｅ（Ref3））を表す場合、駆動信号３をＨレベルにし、残りの２つの駆動信号１、２をＬレベルにする。また、３つの比較判定信号が、第２ビーム光Ｌ２のエネルギー値Ｅ（Ｖ）が最も低い段階（Ｅi（Ｖ）≦Ｅ（Ref1））を表す場合、全ての駆動信号１、２、３をＬレベルにする。

【0052】

ＡＯＥ駆動回路１１６から出力される３つの駆動信号１、２、３は、可変光減衰光学系１１３における第１高速光スイッチ１１３１（ＡＯＥ１）、第２高速光スイッチ１１３２（ＡＯＥ２）、及び第３高速光スイッチ１１３３（ＡＯＥ３）を切換駆動させるための信号として可変光減衰光学系１１３に供給される（図６参照）。具体的には、駆動信号１が第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）に、駆動信号２が第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）に、駆動信号３が第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）に、それぞれ供給される。

【0053】

上述した光エネルギー安定化装置１１では、エネルギー検出器１１４による第２ビーム光Ｌ１（入射光）の検出エネルギー値Ｅi1、Ｅi2、Ｅi3、Ｅi4（Ｅi1＞Ｅi2＞Ｅi3＞Ｅi4）に対する高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）、１１３２（ＡＯＥ２）、１１３３（ＡＯＥ３）の駆動状態（オン状態、オフ状態）と、出射レーザビーム光ＬＢ２（出射光）のエネルギーとの関係は、図８に示すようになる。図８において、エネルギー値Ｅi1は、最も大きいエネルギー値であって、Ｅi1＞Ｅ（Ref1）であり、エネルギー値Ｅi2は、２番目に大きいエネルギー値であって、Ｅ（Ref1）≧Ｅi2＞Ｅ（Ref2）である。また、エネルギー値Ｅi3は、３番目に大きいエネルギー値であって、Ｅ（Ref2）≧Ｅi3＞Ｅ（Ref3）であり、エネルギー値Ｅi4は、最も小さいエネルギー値であって、Ｅi4≦Ｅ(Ref3)である。

【0054】

検出エネルギー値Ｅi1の場合、ＡＯＥ駆動回路１１６からの駆動信号１、２がＨレベルとなって、残りの駆動信号３がＬレベルとなる。これにより、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）及び第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）がオン状態（ＯＮ）となって、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）がオフ状（ＯＦＦ）態になる。この場合、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）及び第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）のそれぞれからは、８５％の１次回折ビーム光と１５％の０次回折ビーム光とが出射され、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からは、１００％の０次回折ビーム光が出射される。その結果、エネルギー値Ｅi1の入射ビーム光（第１ビーム光Ｌ１）は、第１プリズムアッテネータ１１３７ａ（透過率Ｔ１）を通るビーム光（Ｅｏ１）と、第２プリズムアッテネータ１１３７ｂ（透過率Ｔ２）を通るビーム光（Ｅｏ２）と、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄ（透過率Ｔ４）を通るビーム光（Ｅｏ４）とに分かれて、混合器１１３８に入射する。それら３つのビーム光が混合器１１３８によって混合され、混合器１１３８からエネルギー値Ｅｏの出射レーザビーム光ＬＢ２が出射される。この出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、前記３つのビーム光のエネルギーＥｏ１、Ｅｏ２、Ｅｏ４の総和であって、
Ｅｏ＝Ｅi1×（0.85²×Ｔ１＋0.85×0.15×Ｔ２＋0.15×Ｔ３）・・・（１）
となる。

【0055】

検出エネルギー値Ｅi2の場合、ＡＯＥ駆動回路１１６からの駆動信号１がＨレベルとなって、残りの２つの駆動信号２、３がＬレベルとなる。これにより、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）がオン状態（ＯＮ）となって、２つの第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）及び第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）がオフ状態（ＯＦＦ）になる。この場合、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）からは、８５％の１次回折ビーム光と１５％の０次回折ビーム光が出射され、第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）及び第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）のそれぞれからは、１００％の０次回折ビーム光が出射される。その結果、エネルギー値Ｅi2の入射ビーム光（第１ビーム光Ｌ１）は、第２プリズムアッテネータ１１３７ｂ（透過率Ｔ２）を通るビーム光（Ｅｏ２）と、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄ（透過率Ｔ４）を通るビーム光（Ｅｏ４）とに分かれて、混合器１１３８に入射する。それら２つのビーム光が混合器１１３８によって混合され、混合器１１３８からエネルギー値Ｅｏの出射レーザビーム光ＬＢ２が出射される。この出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、前記２つのビーム光のエネルギー値Ｅｏ２、Ｅｏ４の総和であって、
Ｅｏ＝Ｅi2×（0.85×Ｔ２＋0.15×Ｔ４） ・・・（２）
となる。

【0056】

検出エネルギー値Ｅi3の場合、ＡＯＥ駆動回路１１６からの駆動信号１、２がＬレベルとなって、残りの駆動信号３がＨレベルとなる。これにより、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）及び第２高速光スイッチ素子（ＡＯＥ２）がオフ状態（ＯＦＦ）となって、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）がオン状態（ＯＮ）になる。この場合、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）からは、１００％の０次回折ビーム光が出射され、入射光の無い第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）からはビーム光が出射されることはなく、また、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からは、８５％の１次回折ビーム光と１５％の０次回折光ビーム光とが出射される。その結果、エネルギー値Ｅi3の入射ビーム光（第１ビーム光Ｌ１）は、第３プリズムアッテネータ１１３７ｃ（透過率Ｔ３）を通るビーム光と、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄ（透過率Ｔ４）を通るビーム光とに分かれて、混合器１１３８に入射する。それら２つのビーム光が混合器１１３８によって混合され、混合器１１３８からエネルギー値Ｅｏの出射レーザビーム光ＬＢ２が出射される。この出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、前記２つのビーム光のエネルギー値Ｅｏ３、Ｅｏ４の総和であって、
Ｅｏ＝Ｅi3×（0.85×Ｔ３＋0.15×Ｔ４） ・・・（３）
となる。

【0057】

検出エネルギー値Ｅi4の場合、ＡＯＥ駆動回路１１６からの３つの駆動信号１、２、３の全てがＬレベルとなる。これにより、第１高速光スイッチ素子１１３１（ＡＯＥ１）、第２高速光スイッチ１１３２（ＡＯＥ２）及び第３高速光スイッチ１１３３（ＡＯＥ３）のそれぞれがオフ状態（ＯＦＦ）になる。この場合、第１高速光スイッチ１１３１（ＡＯＥ１）からは、１００％の０次回折ビーム光が出射され、入射光の無い第２高速光スイッチ素子１１３２（ＡＯＥ２）からはビーム光が出射されることはなく、また、第３高速光スイッチ素子１１３３（ＡＯＥ３）からも、１００％の０次回折光ビーム光が出射される。その結果、エネルギー値Ｅi4の入射ビーム光（第１ビーム光Ｌ１）は、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄ（透過率Ｔ４）を通って混合器１１３８に入射する。混合器１１３８からは、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄを通ってビーム光がそのままエネルギー値Ｅｏの出射レーザビームＬＢ２として出射される。この出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、第４プリズムアッテネータ１１３７ｄを通ったビーム光のエネルギー値Ｅｏ４であって、
Ｅｏ＝Ｅi4×Ｔ４ ・・・（４）
となる。

【0058】

上述したような光エネルギー安定化装置１１では、入射するビーム光（第２ビーム光Ｌ２）の検出エネルギー値が大きいほど、より多くの量のビーム光（第１ビーム光Ｌ１）がより低い透過率（より高い減衰率）のプリズムアッテネータを通って出射されるようになる。このため、エネルギー値の変動が抑制されて、そのエネルギー値が安定化されたレーザビーム光ＬＢ２を出射することができる。

【0059】

例えば、上述した例（図８参照）において、入射レーザビーム（第１ビーム光Ｌ１）の変動するエネルギー値が
Ｅi1＝104
Ｅi2＝102
Ｅi3＝100
Ｅi4＝98
であって（Ｅ（Ref1）＝103、Ｅ(Ref2)＝101、Ｅ（Ref3）＝99）、
各プリズムアッテネータ１１３７ａ、１１３７ｂ、１１３７ｃ、１１３７ｄの減衰率が
Ｔ１＝92%
Ｔ２＝94%
Ｔ３＝96%
Ｔ４＝98%
である場合の出射レーザビーム光のエネルギー値Ｅｏについて考察する。

【0060】

（１）Ｅi1＝104（Ｅi1＞Ｅ（Ref1））の場合
式（１）に従って演算される出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、
Ｅｏ＝104×（0.85²×0.92＋0.85×0.15×0.94＋0.15×0.98）＝99.63
となる。
（２）Ｅi2＝102（Ｅ（Ref1）＞Ｅi2≧Ｅ(Ref2)）の場合
式（２）に従って演算される出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、
Ｅｏ＝102×（0.85×0.94＋0.15×0.98）＝96.49
となる。
（３）Ｅi3＝100（Ｅ（Ref2＞Ｅi3≧Ｅ（Ref3））の場合
式（３）に従って演算される出射レーザビームＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、
Ｅｏ＝100×（0.85×0.96＋0.15×0.98）＝96.3
となる。
（４）Ｅi4＝98（Ｅi4≦Ｅ（Ref3））の場合
式（４）に従って演算される出射レーザビーム光ＬＢ２のエネルギー値Ｅｏは、
Ｅｏ＝98×0.98＝96.04
となる。

【0061】

上記考察によれば、入射レーザビーム光（第１ビーム光Ｌ１）のエネルギー値Ｅiが101±3（104〜98）であって、その変動率が約3%であるのに対し、出射レーザビーム光Ｌ２のエネルギー値Ｅｏは、97.8±1.8（99.6〜96.0）であって、その変動率が約1.8%である。このように、エネルギー値の変動が抑制されて、そのエネルギー値が安定化されたレーザビーム光ＬＢ２が出射される。

【0062】

上述したようにエネルギーが安定化されて光エネルギー安定化装置１１から出射されるレーザビーム光ＬＢ２は、前述したように、拡散光学系１２（拡散板１２１）を経て拡散レーザビーム光ＬＢ３になり、更に、その拡散レーザビーム光ＬＢ３がビーム拡大光学系１３を経ることにより出射レーザビーム光ＬＢ４となって光源装置１００から出される（図１〜図３参照）。

【0063】

このような光源装置１００によれば、レーザ光源としての固体ＵＶパルスレーザ１０からのレーザビーム光ＬＢ１に対して、光エネルギー安定化装置１１がエネルギーの時間的変動を抑制してエネルギーの安定化を図り、かつ、拡散光学系１２（拡散板１２１）がそのコヒーレント性を緩和させるようにしているので、エネルギー安定性に優れ、集光点で電界強度が強度限界に達することなく、干渉性が緩和されたレーザビーム光（出射レーザビーム光）を出射することができるようになる。

【0064】

前述したようにレーザビーム光ＬＢ４を出射する光源装置１００とともに、ラインビームホモジェナイザ（図１参照）を構成する長軸用ホモジェナイザ１４、短軸用ホモジェナイザ１５及び短軸縮小投影レンズ系１６は、次のように構成される。

【0065】

まず、長軸用ホモジェナイザ１４は、図９に示すように構成される。

【0066】

図９において、長軸用ホモジェナイザ１４は、それぞれが長軸方向ＤＬ（紙面に平行な方向）に配列された複数のシリンドリカルレンズ（各シリンドリカルレンズは長軸方向ＤＬに直交する短軸方向ＤＭに延びる）で構成される第１長軸レンズアレイ１４１ａ及び第２長軸レンズアレイ１４１ｂと、第２長軸レンズアレイ１４１ｂに隣接して配置される長軸コンデンサレンズ１４２とを備えている。第１長軸レンズアレイ１４１ａに入射する光源装置１００からのレーザビーム光ＬＢ４は、第１長軸レンズアレイ１４１ａ及び第２長軸レンズアレイ１４１ｂの各対応するシリンドリカルレンズ対によって分割及び拡散されて、その分割拡散レーザビーム光が長軸コンデンサレンズ１４２を通して長軸方向ＤＬに拡大されるように長軸投影面Ｓ２に拡大投影される。そして、長軸投影面Ｓ２において、各シリンドリカルレンズ対からの複数の分割拡散レーザビーム光が多重化されて、長軸方向ＤＬに延びる所定長（例えば、５０ミリメートル程度）のビームスポットが形成される。このように、複数の分割拡散レーザビーム光が長軸投影面Ｓ２において多重化されることにより、その長軸投影面Ｓ２上に形成されるビームスポットの長軸方向ＤＬにおけるエネルギー分布（強度分布）が、例えば、図１０に示すように、均一化される。

【0067】

次に、短軸用ホモジェナイザ１５は、図１１に示すように構成される。

【0068】

図１１において、短軸用ホモジェナイザ１５は、それぞれが前記長軸方向ＤＬと直交する短軸方向ＤＭ（紙面に平行な方向）に配列された複数のシリンドリカルレンズ（各シリンドリカルレンズは短軸方向ＤＭに直交する長軸方向ＤＬに延びる）で構成される第１短軸レンズアレイ１５１ａ及び第２短軸レンズアレイ１５２ｂと、第２短軸レンズアレイ１５１ｂに隣接して配置される短軸コンデンサレンズ１５２とを備えている。この短軸用ホモジェナイザ１５は、第１短軸レンズアレイ１５１ａのレーザビーム光の入射面が前述した長軸投影面Ｓ２（図５参照）に合致するように、長軸用ホモジェナイザ１４に対して配置されている。これにより、長軸用ホモジェナイザ１４からのレーザビーム光ＬＢ５は、前述した長軸方向ＤＬに延びるビームスポットが長軸投影面Ｓ２としての第１短軸レンズアレイ１５１ａの表面に投影されるように、当該第１短軸レンズアレイ１５１ａに入射する。このように第１短軸レンズアレイ１５１ａに入射するレーザビーム光ＬＢ５は、第１短軸レンズアレイ１５１ａ及び第２短軸レンズアレイ１５１ｂの各対応するシリンドリカルレンズ対によって分割されて（わずかに拡散されてもよい）、その分割レーザビーム光ＬＢ６が短軸コンデンサレンズ１５２によって短軸投影面Ｓ３に投影される。そして、短軸投影面Ｓ３上において各シリンドリカルレンズ対からの複数の分割レーザビーム光が多重化されて、ビームスポットが形成される。このように、複数の分割レーザビーム光ＬＢ６が短軸投影面Ｓ３に多重化されることにより、その短軸投影面Ｓ３上に形成されるビームスポットの短軸方向ＤＭにおけるエネルギー分布（強度分布）が均一化される。

【0069】

また、短軸用ホモジェナイザ１５の後段に配置される短軸縮小投影レンズ系１６は、図１２に示すように構成される。

【0070】

図１２において、短軸縮小投影レンズ系１５は、２つのシリンドリカル平凸レンズ１６１、１６２を含む。前述したように短軸ホモジェナイザ１５からの複数の分割レーザビーム光が短軸投影面Ｓ３で多重化され、更に、短軸投影面Ｓ３から発散するレーザビーム光ＬＢ６は、２つのシリンドリカル平凸レンズ１６１、１６２によって、焦点投影面Ｓ４において集光されて短軸方向ＤＭに縮小される（例えば、幅0.5ミリメートル）。焦点投影面Ｓ４において短軸方向ＤＭに縮小されて形成されるビームスポットでは、短軸ホモジェナイザ１５からの複数の分割レーザビーム光の短軸投影面Ｓ３での多重化により形成されるレーザビーム光ＬＢ６の短軸方向ＤＭにおけるエネルギーの均一性が維持される。

【0071】

上述したように長軸ホモジェナイザ１４、短軸ホモジェナイザ１５及び短軸縮小投影レンズ系１６によって、前記焦点投影面Ｓ４において長軸方向ＤＭ方向に延びるライン状スポット（例えば、50ミリメートル×0.5ミリメートル）として形成されるライン状レーザビーム光ＬＢ７がラインビームホモジェナイザからの出射レーザビーム光として得られる。

【0072】

上述したようなラインビームホモジェナイザは、例えば、半導体基板のアニーリング処理において使用することができる。その場合、前記焦点投影面Ｓ４（図１２参照）に処理面が合致するように半導体基板を配置させ、ラインビームホモジェナイザから出射されるライン状レーザビーム光ＬＢ７を前記処理面に照射する。この状態で、半導体基板とラインビームホモジェナイザとを短軸方向ＤＭに相対的に移動させることにより、半導体基板の処理面がライン状レーザビーム光によって走査される。このように半導体基板の処理面を短軸方向ＤＭに走査するライン状レーザビーム光ＬＢ７の熱エネルギーにより、前記処理面がアニール処理される。

【0073】

上述したようなラインビームホモジェナイザによれば、エネルギー安定性に優れ、集光点での電界強度が強度限界に達することなく、干渉性が緩和されたレーザビーム光から、長軸方向及び短軸方向の双方におけるエネルギー分布が均一化されたライン状レーザビーム光が形成される。これにより、より安定したライン状レーザビーム光を得ることができる。そのため、このようなラインビームホモジェナイザを半導体基板の表面のアニール処理に適用すれば、その半導体基板の表面をより精度よく均一的にアニール処理することができる。

【0074】

なお、前述した光源装置１００は、ラインビームホモジェナイザ以外の光学装置に適用することができる。この場合、当該他の光学装置においても、エネルギー安定性に優れ、集光点での電界強度が強度限界に達することなく、干渉性が緩和されたレーザビーム光を利用することができる。

【0075】

また、前述した光源装置１００では、利用する光学装置におけるエネルギーの安定性の要求性能により、光エネルギー安定化装置１１を省くことができる。また、エネルギーの安定性が重要な要求性能となる光学装置において利用する場合、拡散光学系１２及びビーム拡大光学系１３（出射光学系）のうち少なくとも拡散光学系１２を省くこともできる。

【0076】

更に、前述した光源装置１００では、その光源装置１００が適用される光学装置に応じて、レーザ光源は、固体ＵＶパルスレーザ１０に限られることなく、例えば、気体レーザ、半導体レーザ等の他の種のレーザ光源を用いることもできる。

【0077】

出射光学系としてのビーム拡大光学系１３に代えて他の種の出射光学系、例えば、コリメータや他のビーム整形に係る光学系を用いることもできる。

【0078】

なお、本発明は、前述した実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から除外するものではない。

【符号の説明】

【0079】

１０ 固体ＵＶパルスレーザ（レーザ光源）
１１ 光エネルギー安定化装置
１２ 拡散光学系
１３ ビーム拡大光学系（出射光学系）
１４ 長軸用ホモジェナイザ
１５ 短軸用ホモジェナイザ
１６ 短軸縮小レンズ系
１００ 光源装置
１１１ ビームスプリッタ
１１２ 遅延光学系
１１３ 可変光減衰光学系
１１４ エネルギー検出器
１１５ 比較回路
１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ 比較器
１１６ ＡＯＥ駆動回路
１２１ 拡散板
１３１ 第１凸レンズ
１３２ 第２凸レンズ
１４１ａ 第１長軸レンズアレイ
１４１ｂ 第２長軸レンズアレイ
１４２ 長軸コンデンサレンズ
１５１ａ 第１短軸レンズアレイ
１５１ｂ 第２短軸レンズアレイ
１５２ 短軸コンデンサレンズ
１６１、１６２ シリンドリカル平凸レンズ
１１３１ 第１高速光スイッチ素子（ＡＯＥ１）
１１３２ 第２高速光スイッチ素子（ＡＯＥ２）
１１３３ 第３高速光スイッチ素子（ＡＯＥ３）
１１３４ａ、１１３４ｂ、１１３４ｃ、１１３５ａ、１１３５ｂ、１１３５ｃ、
１１３６ａ、１１３６ｂ、１１３６ｃ プリズム
１１３７ａ 第１プリズムアッテネータ
１１３７ｂ 第２プリアズムアッテネータ
１１３７ｃ 第３プリズムアッテネータ
１１３７ｄ 第４プリズムアッテネータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】