(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを導波させる光導波部材と
を有し、
前記光導波部材は、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する入射表面と、
前記入射表面から入射し、前記光導波部材内を伝搬するレーザビームを、該光導波部材内に向けて散乱させる散乱面と、
前記散乱面で散乱された散乱光が外部に出射する一方向に長い出射表面と、
前記散乱面で散乱された散乱光を前記出射表面まで導波させ、前記散乱面から前記出射表面に近づくに従って徐々に薄くなっている板状の導波構造と
を有するレーザビーム長尺化装置。
【請求項２】
前記導波構造が、前記光導波部材の表面で画定された相互に向かい合う一対の反射面を含み、前記散乱面で散乱された散乱光が該一対の反射面で反射を繰り返しながら前記出射表面まで導波され、前記散乱面から前記出射表面に近づくに従って該一対の反射面の間隔が徐々に狭くなっている請求項１に記載のレーザビーム長尺化装置。
【請求項３】
前記レーザ光源が、直線状に配列した複数の半導体レーザ装置を含み、複数の半導体レーザ装置から出射したレーザビームが平板状のレーザビームを形成し、
前記散乱面と前記平板状のレーザビームとの交線の長さが、前記入射表面における前記平板状のレーザビームの幅の２1/2倍よりも長い請求項１または２に記載のレーザビーム長尺化装置。
【請求項４】
一方向に長い線状のビーム断面を有するレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを導波させる光導波部材と
を有し、
前記光導波部材は、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する入射表面と、
前記入射表面から入射し、前記光導波部材内を伝搬するレーザビームを、該光導波部材内に向けて散乱させる散乱面と、
前記散乱面で散乱された散乱光が外部に出射する一方向に長い出射表面と
を有し、
該光導波部材は、前記入射表面から入射したレーザビームと前記散乱面との交線の長さが、該光導波部材に入射する前のレーザビームのビーム断面の長尺方向の長さの２１／２倍よりも長くなるように配置されており、
さらに、前記光導波部材から出射した散乱光を、前記出射表面の長さ方向と直交する方向に関して収束させ、直線状の領域に集光させる第１の収束レンズを有するレーザビーム長尺化装置。
【請求項５】
前記第１の収束レンズは、前記出射表面の長さ方向と直交する方向に関して、前記出射表面の像を形成し、さらに、
前記出射表面の像が形成される位置に配置され、該出射表面の像に沿ったスリットが形成されたマスクと、
レーザビームを照射すべき被照射物を保持するテーブルと、
前記スリットの長さ方向と直交する方向に関して、前記マスクのスリットを、前記テーブル上に保持された被照射物の表面上に結像させる第２の収束レンズとを有する請求項４に記載のレーザビーム長尺化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビーム長尺化装置に関し、特にレーザアニールに用いられる線状の断面を有する光線束の形成に適したレーザビーム長尺化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に、特開２０００−９１２３１号公報に開示されたレーザアニール装置の概略図を示す。基板１１０の上に、複数の半導体レーザ装置１１１がアレイ状に配置されている。アレイ状の半導体レーザ装置１１１は、ビーム断面が直線状の光線束を形成する。半導体レーザ装置１１１から出射したレーザビームが、ホモジナイザ１１３に入射し、光強度が均一化される。
【０００３】
ホモジナイザ１１３で光強度が均一化された光線束が、レンズ系１１４により収束され、走査用ミラー１１８で反射して被照射体１１５に入射する。走査用ミラー１１８で光線束を走査することにより、被照射体１１５の表面の広い領域に光線束を入射させることができる。
【０００４】
レーザ光源として半導体レーザ装置を用いているため、ガスレーザ発振器を用いた場合に比べて出力の安定した光線束を得ることができる。また、複数の半導体レーザ装置をアレイ状に並べているため、容易に、一方向に長い長尺の断面を有する光線束を形成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示したレーザアニール装置では、半導体レーザ装置１１１が配列したアレイの長さよりも長い長尺の光線束を形成することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、レーザビームのビーム断面をより長尺化することが可能なレーザビーム長尺化装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを導波させる光導波部材とを有し、前記光導波部材は、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する入射表面と、前記入射表面から入射し、前記光導波部材内を伝搬するレーザビームを、該光導波部材内に向けて散乱させる散乱面と、前記散乱面で散乱された散乱光が外部に出射する一方向に長い出射表面と、前記散乱面で散乱された散乱光を前記出射表面まで導波させ、前記散乱面から前記出射表面に近づくに従って徐々に薄くなっている板状の導波構造とを有するレーザビーム長尺化装置が提供される。
【０００８】
出射表面に近づくに従って、導波構造が徐々に薄くなっているため、断面が細長い光線束を出射表面から出射させることができる。
【０００９】
本発明の他の観点によると、一方向に長い線状のビーム断面を有するレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、入射したレーザビームを導波させる光導波部材とを有し、前記光導波部材は、前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射する入射表面と、前記入射表面から入射し、前記光導波部材内を伝搬するレーザビームを、該光導波部材内に向けて散乱させる散乱面と、前記散乱面で散乱された散乱光が外部に出射する一方向に長い出射表面とを有し、該光導波部材は、前記入射表面から入射したレーザビームと前記散乱面との交線の長さが、該光導波部材に入射する前のレーザビームのビーム断面の長尺方向の長さの２１／２倍よりも長くなるように配置されており、さらに、前記光導波部材から出射した散乱光を、前記出射表面の長さ方向と直交する方向に関して収束させ、直線状の領域に集光させる第１の収束レンズを有するレーザビーム長尺化装置が提供される。
【００１０】
一方向に長い出射表面が線状の光源となり、断面が一方向に長い長尺の光線束を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施例によるレーザビーム長尺化装置の概略図を示す。レーザ光源１が、線状のビーム断面を有するレーザビームＬ１を出射する。レーザ光源１は、図３に示した従来例と同様に、複数の半導体レーザ装置をアレイ状に配置した構造を有する。半導体レーザ装置として、波長が約３００ｎｍのものから約１０００ｎｍのものまでがあり、出力が数十ｍＷのものから１０００Ｗ級のものまで使用することができる。なお、出力が１０００Ｗ級の半導体レーザは、複数個のレーザダイオードをまとめてユニット化したものである。
【００１２】
レーザ光源１から出射したレーザビームＬ１が、シリンドリカルレンズ２及び３を通過して光導波部材４に入射する。シリンドリカルレンズ２は、レーザビームＬ１を、その短尺方向に関して収束させ、ほぼ平行な光線束とする。シリンドリカルレンズ３は、レーザビームＬ１を、その長尺方向に関して収束させ、ほぼ平行な光線束Ｌ２とする。
【００１３】
光導波部材４は、底面が等脚台形で、底面と側面とが直交する四角柱形状の光学媒質、例えば石英またはＢＫ７等で形成されている。例えば、等脚台形の長い底辺は３０ｍｍ、短い底辺は０．１ｍｍ、高さは１００ｍｍである。また、四角柱の高さは２００ｍｍである。
【００１４】
一方の底面（入射表面４ａ）は無反射コーティングされており、レーザビームＬ２が入射表面４ａを通って光導波部材４内に入射する。入射したレーザビームＬ２が、等脚台形の２つの底面の中心軸を含む仮想平面（中心面）に沿って伝搬し、等脚台形の長い底辺に連続する側面（散乱面４ｂ）に入射するように、光導波部材４が配置されている。
【００１５】
レーザビームＬ１及びＬ２の波長をλとしたとき、散乱面４ｂの面粗度はλ／２〜５λ程度である。散乱面４ｂへのレーザビームＬ１の入射角は、４５°よりも大きい。すなわち、レーザビームＬ２と散乱面４ｂとの交線の長さが、シリンドリカルレンズ３を通過した後のレーザビームＬ２のビーム断面の長尺方向の長さの２1/2倍よりも長くなる。例えば、入射角は６０°に設定される。
【００１６】
散乱面４ｂに入射したレーザビームＬ２は、光導波部材４の内部に向かって散乱される。等脚台形の底面の斜辺に連続する２つの側面（反射面４ｄ及び４ｅ）は高反射コーティングされており、散乱光を全反射する。等脚台形の短い底辺に連続する側面（出射表面４ｃ）は無反射コーティングされている。
【００１７】
散乱面４ｂで散乱された散乱光は、図１（Ｂ）に示すように、２枚の反射面４ｄ及び４ｅで反射を繰り返しながら出射表面４ｃまで到達する。出射表面４ｃまで到達した散乱光は、光導波部材４の外部に出射する。出射表面４ｃが線光源となり、ビーム断面が一方向に長い長尺光線束が得られる。
【００１８】
ＸＹテーブル５が、被照射体１０を、その被照射面が出射表面４ｃに微小間隙を隔てて対向するように保持する。被照射体１０は、例えば、表面上にアモルファスシリコン膜が形成されたガラス基板である。出射表面４ｃから出射した光線束が被照射体１０に入射する。入射した光線束のエネルギにより、アモルファスシリコン膜が多結晶化される。ＸＹテーブル５を駆動して、被照射体１０を、出射表面４ｃの短尺方向に移動させることにより、被照射体１０の広い領域に光線束を入射させることができる。
【００１９】
散乱面４ｂでレーザビームＬ１を散乱させることにより、ビーム断面の長尺方向に関する光強度を均一化させることができる。また、光導波部材４の出射表面４ｃの幅を変えることにより、長尺光線束の断面の幅を変えることができる。
【００２０】
また、散乱面４ｂへのレーザビームＬ２の入射角を変えると、レーザビームＬ２と散乱面４ｂとの交線の長さが変わる。この交線が長くなるような配置（すなわち、入射角を９０°に近づける）とすることにより、断面がより長い光線束を形成することができる。
【００２１】
図１（Ｃ）に示すように、等脚台形の長い底面４ｂをシリンドリカルな凹面の散乱面とし、側面４ｄ及び４ｅを、シリンドリカル凸面鏡としてもよい。このような形状とすることにより、光学部材４内を伝搬する光を出射表面４ｃまで到達させやすくなる。
【００２２】
また、光学部材４を、光学媒体の内部を光が伝搬する構造ではなく、散乱面と反射鏡で構成した中空の構造としてもよい。例えば、図１（Ｂ）の等脚台形の長い底面４ｂを散乱面とし、側面４ｄ及び４ｅを反射鏡とし、短い底面４ｃを開口部とした光導波部材を用いることができる。
【００２３】
上記第１の実施例では、光導波部材４の底面を等脚台形としたが、その他の形状としてもよい。例えば、散乱面４ｂから出射表面４ｃに近づくに従って、２枚の反射面の間隔が徐々に狭くなるような形状であればよい。
【００２４】
また、等脚台形の２つの底面の中心軸を含む平面（中心平面）上で屈折率が最大になり、この中心平面から離れるに従って屈折率が小さくなるような光学媒質を用いることも可能である。このような光学媒質を用いる場合、中心平面の両側の等屈折率面の間隔が、散乱面４ｂから出射表面４ｃに近づくに従って徐々に狭くなるような屈折率分布とすることにより、光線束の断面を細長く整形することができる。このように、散乱面から出射表面に近づくに従って徐々に薄くなるような板状の導波構造としてもよい。
【００２５】
なお、第１の実施例では、シリンドリカルレンズ３でレーザビームＬ１を、その長尺方向に関して収束（平行化）させた後に、光導波部材４に入射させたが、シリンドリカルレンズ３を配置しなくてもよい。シリンドリカルレンズ３を配置しない場合には、レーザビームＬ１は、その長尺方向に関して広がりながら散乱面４ｂに入射する。散乱面４ｂで散乱された後の光線束の伝搬の様子は、上記第１の実施例の場合と同様である。
【００２６】
また、第１の実施例では、光導波部材４の形状を、２つの底面の形状及び大きさが等しい四角柱としたが、必ずしも２つの底面の形状及び大きさを等しくする必要はない。例えば、入射表面４ａの等脚台形の高さを、他方の底面の等脚台形の高さより高くしてもよい。また、散乱面４ｂの幅を、入射表面４ａから遠ざかるに従って広くしてもよい。
【００２７】
図２に、第２の実施例によるレーザビーム長尺化装置の概略図を示す。第１の実施例の構成と同様のレーザ光源１、シリンドリカルレンズ２及び３により、一方向に長いビーム断面を有する平板状のレーザビームＬ２が形成される。レーザビームＬ２が、光導波部材２０に入射する。
【００２８】
光導波部材２０は、底面が直角三角形の三角柱形状の光学媒質で形成されている。底面の直角三角形の直角を挟む２つの辺の長さは、それぞれ３０ｍｍ、及び２００ｍｍであり、斜辺の長さは（３０2＋２００2）1/2ｍｍである。三角柱の高さ（厚さ）は、１０ｍｍである。
【００２９】
直角三角形の底面の直角を挟む短い方の辺に連続する側面（入射表面２０ａ）が無反射コーティングされており、レーザビームＬ２が入射表面２０ａに垂直入射する。光導波部材２０に入射したレーザビームは、直角三角形の斜辺に連続する側面（散乱面２０ｂ）に入射し、光導波部材２０内に向かって散乱される。第１の実施例の場合と同様に、散乱面２０ｂへの入射角は４５°よりも大きい。
【００３０】
直角三角形の直角を挟む長い方の辺に連続する側面（出射表面２０ｃ）が無反射コーティングされている。また、光導波部材２０の２つの底面は高反射コーティングされている。散乱面２０ｂで散乱された散乱光は、光導波部材２０内を伝搬し、出射表面２０ｃを通って外部に出射される。このため、出射表面２０ｃが線状の光源となる。この光源の長さは、入射表面２０ａにおけるレーザビームＬ２の幅よりも長い。
【００３１】
出射表面２０ｃから出射された光線束は、凸シリンドリカルレンズ２１に入射する。凸シリンドリカルレンズ２１は、出射表面２０ｃを、その短尺方向に関して結像させる。結像位置にマスク２２が配置されている。マスク２２には、出射表面２０ｃの像に対応するスリットが形成されている。
【００３２】
マスク２２のスリットを通過した光線束が凸シリンドリカルレンズ２３に入射する。凸シリンドリカルレンズ２３は、マスク２２のスリットを、その短尺方向に関して、ＸＹテーブル５の上に保持された被照射体１０の表面上に結像させる。
【００３３】
マスク２２により、光線束の断面を整形することができる。また、シリンドリカルレンズ２３の結像倍率を変えることにより、被照射体１０の表面における光線束の単位時間あたりのエネルギ密度を調整することができる。
【００３４】
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。例えば、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。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザビームを散乱させ、板状の光導波部材内を伝搬させることにより、断面が長尺の光線束を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例によるレーザビーム長尺化装置の概略図である。
【図２】  本発明の第２の実施例によるレーザビーム長尺化装置の概略図である。
【図３】  従来のレーザアニール装置の概略図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
２、３、２１、２３  シリンドリカルレンズ
４、２０  光導波部材
５  ＸＹテーブル
１０  被照射体
２２  マスク
【図１】
0003654357.tif 000002
【図２】
0003654357.tif 000003
【図３】
0003654357.tif 000004