(57)【要約】【課題】レーザ光を導波する導波管内で発生する干渉を軽減して、トップフラットの強度分布を有するレーザ光を被処理体に照射することができるレーザ光整形装置およびレーザ光整形方法ならびにレーザ処理装置およびレーザ処理方法を提供する。【解決手段】レーザ光Ｌ０を複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮに分割するとともに、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮの間に光路差を与え、互いに空間コヒーレント長を超える光路差を有する複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮとするレーザ光分割部３と、空間コヒーレント長を超える光路差を有する複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮが導波され、レーザ光のビーム形状の整形がなされる光ファイバ５と、光ファイバ５から出射されるレーザ光ＬＳを被処理体１０に照射するため導く照射光学系６と、を有する。【選択図】図１
2014013833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の加熱処理のため照射されるレーザ光を整形する装置であって、
レーザ光を複数のレーザ光に分割するレーザ光分割部と、
前記複数のレーザ光の間に光路差を与え、互いに空間コヒーレント長を超える光路差を有する複数のレーザ光とするレーザ光光路差付与部と、
前記空間コヒーレント長を超える光路差を有する前記複数のレーザ光が導波され、前記レーザ光のビーム形状の整形がなされる導波管と、を有することを特徴とするレーザ光整形装置。
【請求項２】
前記レーザ光光路差付与部から取り出される前記複数のレーザ光を前記導波管の一端に集光して導く集光光学系を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ光整形装置。
【請求項３】
前記レーザ光分割部は、前記複数のレーザ光に前記光路差を与えるレーザ光光路差付与部としての機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ光整形装置。
【請求項４】
前記レーザ光分割部が、レーザ光の一部を反射し、残部を透過させる半透過板と、前記半透過板の反射側に間隔を置いて対向配置されて前記半透過板で反射されたレーザ光を反射する反射板とを有し、
前記半透過板および前記反射板は、分割前の前記レーザ光の光路に対し板面が傾斜し、かつ前記光路上に前記半透過板の板面の一部が位置して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ光整形装置。
【請求項５】
前記半透過板と前記反射板との対向面間距離をｄ、前記レーザ光の前記半透過板に対する入射角をθとして、２ｄ・ｃｏｓθが前記空間コヒーレント長を超える長さに設定されていることを特徴とする請求項４記載のレーザ光整形装置。
【請求項６】
前記導波管が、光ファイバまたはカライドスコープであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザ光整形装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ光整形装置と、
前記レーザ光整形装置に含まれる導波管から出射されるレーザ光を被処理体に照射するため導く照射光学系と、を有することを特徴とするレーザ処理装置。
【請求項８】
前記照射光学系が、前記被処理体に対する前記レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて前記被処理体上で前記レーザ光の照射位置を移動させる走査部を有することを特徴とする請求項７に記載のレーザ処理装置。
【請求項９】
前記走査部が、ガルバノミラーとｆθレンズとを有することを特徴とする請求項８記載のレーザ処理装置。
【請求項１０】
被処理体の加熱処理のため照射されるレーザ光を整形する方法であって、レーザ光を複数のレーザ光に分割し、分割された前記複数のレーザ光に互いに空間コヒーレント長を超える光路差を与え、前記光路差が与えられた前記複数のレーザ光を、導波管の一端に導入し、該導波管内を導波させて前記レーザ光のビーム形状を整形することを特徴とするレーザ光整形方法。
【請求項１１】
請求項１０記載のレーザ光整形方法によって整形されたレーザ光を被処理体に照射することを特徴とするレーザ処理方法。
【請求項１２】
前記レーザ光整形方法によって整形されたレーザ光を走査しつつ前記被処理体に照射することを特徴とする請求項１１記載のレーザ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光整形装置およびレーザ光整形方法、ならびに被処理体にレーザ光を照射して所定の処理を行うレーザ処理装置およびレーザ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスでは、イオン注入などにより不純物が導入された半導体ウエハに対して、不純物の活性化や結晶のダメージ回復を目的とする熱処理が行われている。このような熱処理の方法としては、加熱炉内で半導体ウエハを加熱する炉アニールのほか、レーザ光を半導体ウエハに照射して加熱するレーザアニールが知られている。
【０００３】
レーザアニールなどのレーザ光を被処理体に照射するレーザ処理において、レーザ光は、被処理体上における照射位置でトップフラットの強度分布を有するものであることが望ましい。トップフラットの強度分布をレーザ光が有することにより、被処理体に対して均一にレーザ処理を施すことが可能になる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、レーザ光により薄膜を結晶化する結晶化膜の形成方法として、所定の拡がり角を有する光線束としてのレーザ光を射出するレーザ光源に対し、複数のシリンドリカルレンズからなる第１のアレイレンズ、複数のシリンドリカルレンズからなる第２のアレイレンズ、光路差を与える複数のブロック部を備える光路差生起部材、集光レンズ及び被照射面を順次に配置して、レーザ光を被照射面に照射するものが記載されている。この方法では、レーザ光源から射出されるレーザ光を、第１のアレイレンズに透過させ、第１のアレイレンズの幅を有する隣接するシリンドリカルレンズの個数に応じた複数の縮小させた分割光線を得、該分割光線を、第２のアレイレンズの対応するシリンドリカルレンズに個別に透過させて第１のアレイレンズのシリンドリカルレンズの幅よりも狭幅に縮小させた複数の縮小分割光線を得る。その後、各縮小分割光線を、光路差生起部材の対応するブロック部を分割面側での反射を低減させて個別に透過させ、コヒーレント性を調節するように縮小分割光線相互に光路差を生起させた後、各縮小分割光線を集光レンズによって重畳して被照射面に照射させる。この方法によれば、縮小分割光線相互に光路差を生起させることでコヒーレンス性を低減して縮小分割光線同士の干渉を良好に防止することができ、干渉縞のない均一なトップフラットの強度分布を有するレーザ光を被照射面に照射することが可能になる。
【０００５】
また、特許文献２には、縦マルチモードレーザ光などの光ビームのコヒーレンスを低減する方法として、複数の互いに異なる波長で発振した光ビームを複数に分岐し、分岐されたこれらの複数の光ビームの間に一定の光路長差を与えた後、前記複数の光ビームを単一の光束又は集合光束とするものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許４２９１２３０号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載される従来の方法では、被処理体に照射するレーザ光のビームサイズを、例えば１ｍｍ角以下のように小さくすることが困難であるという問題がある。すなわち、特許文献１に記載される従来の方法では、ビームサイズを小さくするためには、複数のシリンドリカルレンズからなるアレイレンズおよび光路差生起部材を小さくする必要があるが、例えば１ｍｍ角以下の小さなビームサイズを実現可能な大きさでこれらの光学素子を作製することは容易ではない。
【０００８】
被処理体にレーザ光を照射する際に、被処理体へのレーザ光照射前に、光ファイバ、カライドスコープなどの導波管にレーザ光を導波させることが考えられる。これにより、特別な光学素子を必要とすることなく、トップフラットの強度を有し、かつ所望の大きさ、形状のビームを得ることができる。しかしながら、導波管を用いる場合、導波管内で反射角の異なるレーザ光が互いに重なり合い、導波管内で干渉が生じ、導波管から出射されるレーザ光に干渉縞が発生するという問題がある。
また、上記特許文献２に記載される従来の方法は、レーザ光などの光ビームのコヒーレンスを低減することができるが、トップフラットの強度分布を得ることは困難であり、特許文献２には、レーザ光について、トップフラットの強度分布を得る方法は記載されていない。
【０００９】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、干渉が少なく、トップフラットの強度分布を有するレーザ光を得るレーザ光整形装置、レーザ光整形方法ならびに前記レーザ光を用いるレーザ処理装置およびレーザ処理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】
【００１０】
すなわち、本発明のレーザ光整形装置のうち、第１の本発明は、被処理体の加熱処理のため照射されるレーザ光を整形する装置であって、
レーザ光を複数のレーザ光に分割するレーザ光分割部と、
前記複数のレーザ光の間に光路差を与え、互いに空間コヒーレント長を超える光路差を有する複数のレーザ光とするレーザ光光路差付与部と、
前記空間コヒーレント長を超える光路差を有する前記複数のレーザ光が導波され、前記レーザ光のビーム形状の整形がなされる導波管と、を有することを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明のレーザ光整形装置は、前記第１の本発明において、前記レーザ光光路差付与部から取り出される前記複数のレーザ光を前記導波管の一端に集光して導く集光光学系を有することを特徴とする。
【００１２】
第３の本発明のレーザ光整形装置は、前記第１または第２の本発明において、前記レーザ光分割部は、前記複数のレーザ光に前記光路差を与えるレーザ光光路差付与部としての機能を有することを特徴とする。
【００１３】
第４の本発明のレーザ光整形装置は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記レーザ光分割部が、レーザ光の一部を反射し、残部を透過させる半透過板と、前記半透過板の反射側に間隔を置いて対向配置されて前記半透過板で反射されたレーザ光を反射する反射板とを有し、
前記半透過板および前記反射板は、分割前の前記レーザ光の光路に対し板面が傾斜し、かつ前記光路上に前記半透過板の板面の一部が位置して配置されていることを特徴とする。
【００１４】
第５の本発明のレーザ光整形装置は、前記第４の本発明において、前記半透過板と前記反射板との対向面間距離をｄ、前記レーザ光の前記半透過板に対する入射角をθとして、２ｄ・ｃｏｓθが前記空間コヒーレント長を超える長さに設定されていることを特徴とする。
【００１５】
第６の本発明のレーザ光整形装置は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記導波管が、光ファイバまたはカライドスコープであることを特徴とする。
【００１６】
第７の本発明のレーザ処理装置は、前記第１〜第６の発明のいずれかのレーザ光整形装置と、
前記レーザ光整形装置に含まれる導波管から出射されるレーザ光を被処理体に照射するため導く照射光学系と、を有することを特徴とする。
【００１７】
第８の本発明のレーザ処理装置は、前記第７の発明において、前記照射光学系が、前記被処理体に対する前記レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて前記被処理体上で前記レーザ光の照射位置を移動させる走査部を有することを特徴とする。
【００１８】
第９の本発明のレーザ処理装置は、前記第８の発明において、前記走査部が、ガルバノミラーとｆθレンズとを有することを特徴とする。
【００１９】
第１０の本発明のレーザ光整形方法は、被処理体の加熱処理のため照射されるレーザ光を整形する方法であって、レーザ光を複数のレーザ光に分割し、分割された前記複数のレーザ光に互いに空間コヒーレント長を超える光路差を与え、前記光路差が与えられた前記複数のレーザ光を、導波管の一端に導入し、該導波管内を導波させて前記レーザ光のビーム形状を整形することを特徴とする。
【００２０】
第１１の本発明のレーザ処理方法は、前記第１０の本発明のレーザ光整形方法によって整形されたレーザ光を被処理体に照射することを特徴とする。
【００２１】
第１２の本発明のレーザ処理方法は、前記第１１の本発明において、前記レーザ光整形方法によって整形されたレーザ光を走査しつつ前記被処理体に照射することを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、分割された複数のレーザ光が互いに空間コヒーレント長を超える光路差を有して導波管の一端に導入されるため、レーザ光のビーム形状が導波管によって整形されるとともに、レーザ光が出射される導波管の他端で発生する干渉縞を十分に低減することができる。したがって干渉の少ないトップフラットの強度分布を有するレーザ光を得ることができる。トップフラットの強度分布を有するレーザ光を被処理体に照射することで、被処理体に対して均一なレーザ処理を施すことができる。
【００２３】
本発明におけるレーザ処理は、レーザ光を被処理体に照射して被処理体を例えば熱処理するものである。レーザ処理の対象となる被処理体は特に限定されるものではないが、被処理体としては、例えば、半導体ウエハ、ガラス基板などの基板上に形成された半導体層などを挙げることができる。例えば、被処理体として、イオン注入などにより不純物が導入されたＳｉウエハ、ＳｉＣウエハその他の半導体ウエハを挙げることができ、この場合のレーザ処理は、半導体ウエハにレーザ光を照射することにより熱処理して、半導体ウエハに導入された不純物を活性化するものである。
【００２４】
複数のレーザ光に分割されるレーザ光としては、パルス発振レーザ光が用いられるが、これに限定されることはなく、連続発振レーザ光や、連続発振レーザ光をパルス状にしたものなどを用いることができる。また、これらレーザ光が出力されるレーザ光源は、特に限定されるものではなく、レーザ処理の内容に応じて適宜選択することができ、レーザ発振の媒質が限定されるものではない。例えば、レーザ光源としては、固体レーザ、半導体レーザ、ガス励起レーザなどを用いることができる。
【００２５】
レーザ光分割部としては、レーザ光を複数のレーザ光に分割することができるものであれば、その構成が特に限定されるものではなく、各種のビームスプリッタなどを用いることができる。また、例えば、レーザ光の一部を反射し、残部を透過させる半透過板と、半透過板の反射側に間隔を置いて対向配置された反射板とを用いることができる。このように半透過板と反射板とを有するレーザ光分割部では、半透過板でのレーザ光の一部反射および残部透過と、反射板でのレーザ光の反射とを繰り返すことにより、複数のレーザ光を半透過板の透過側から出射することができ、この際に、レーザ光の分割とともに、分割されたレーザ光間に光路差を設けることができる。
【００２６】
また、レーザ光光路差付与部としては、複数のレーザ光に互いに空間コヒーレント長を超える光路差が与えられるものであれば、その構成が特に限定されるものではない。レーザ光光路差付与部は、例えば、複数のレーザ光が異なる光路を経たり、異なる光学部材を通過することで光路差を与えることができる。レーザ光光路差付与部は、レーザ光の光路差を与えるのみの機能を有するものであってもよく、また、レーザ光分割部と共用されるものであってもよい。すなわち、レーザ光分割部に、レーザ光光路差付与部としての機能を有するものを用いるものであってもよい。レーザ光光路差付与部は複数を備え、複数の組み合わせによって最終的に複数のレーザ光に互いに空間コヒーレント長を超える光路差が与えるものであってもよい。
なお、空間コヒーレント長は、２つに分けた光束が干渉し得る光路差と定義できる。
【００２７】
なお、前記半透過板と反射板を用いて、光路に傾斜して配置した場合、半透過板と反射板との対向面距離をｄ、レーザ光の半透過板に対する入射角をθとして、２ｄ・ｃｏｓθを空間コヒーレント長を超える長さに設定すればよい。
【００２８】
導波管は、上記空間コヒーレント長を超える光路差を有する複数のレーザ光が導波され、導波断面形状に従ってレーザ光のビーム形状の整形を行うことができる。導波管として、例えば、光ファイバ、カライドスコープなどを用いることができ、また、これらを適宜組み合わせて用いることもできる。導波管は、整形すべきビーム形状に応じて、所定の導波断面形状を有するものとすることができ、例えば方形状、円形状、楕円形状などの導波断面形状を有するものとすることができる。
【００２９】
なお、レーザ光光路差付与部に対しては、レーザ光光路差付与部から取り出される複数のレーザ光を上記導波管の一端に集光して導く集光光学系を設けることができる。集光光学系としては、特に限定されるものではないが、例えば、集光レンズを有するものとすることができる。
【００３０】
照射光学系は、上記導波管の他端から出射されるレーザ光を被処理体に照射するため導くものである。照射光学系は、被処理体にレーザ光を照射する照射態様に応じて適宜選択することができる。
例えば、照射光学系は、被処理体に対するレーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変えて被処理体上でレーザ光の照射位置を移動させる走査部を有するものとすることができる。走査部としては、例えば、レーザ光の照射方向を連続的または間欠的に変化させるガルバノミラーと、ガルバノミラーにより照射方向が変えられたレーザ光を被処理体上で集光しつつ等速度で移動させるｆθレンズとを有するもので構成することができる。走査部により、導波管の他端から出射されたレーザ光を走査しつつ被処理体に照射することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のとおり、本発明によれば、レーザ光の導波管内での干渉を軽減して、トップフラットの強度分布を有するレーザ光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態のレーザ処理装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の一実施形態のレーザ光整形装置を備えるレーザ処理装置を図１に基づいて説明する。
図示するように、レーザ処理装置１は、レーザ光源２と、レーザ光分割部３と、集光光学系４と、光ファイバ５と、照射光学系６と、ステージ７およびステージ移動装置８と、制御部９とを有している。レーザ光分割部３と、集光光学系４と、光ファイバ５とは、レーザ光整形装置を構成する。
【００３４】
レーザ光源２は、レーザ光Ｌ０を出力するものであり、レーザ処理の内容に応じて選択することが可能である。レーザ光源２としては、例えば、パルス発振の２倍波ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）を用いることができる。
【００３５】
レーザ光源２のレーザ光出力端側には、レーザ光分割部３が配置されている。レーザ光分割部３は、レーザ光源２より出力されたレーザ光Ｌ０を複数Ｎ本（Ｎは２以上の整数）のレーザ光Ｌ１〜ＬＮに分割するとともに、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮの間に空間コヒーレント長を超える光路差を与える。このため、レーザ光分割部３は、レーザ光光路差付与部としての機能を有している。レーザ光分割部３は、レーザ光源２から出力されるレーザ光Ｌ０の光路上に傾斜配置された半透過板３１と、半透過板３１の反射側に対向配置された反射板３２とを有している。半透過板３１と反射板３２とは、対向面が平行に位置し、対向面間距離ｄを有して配置されている。
【００３６】
また、半透過板３１および反射板３２は、半透過板３１の一端側にレーザ光Ｌ０が入射角θで入射するように板面が傾斜して配置されている。入射角θは適宜選定することができるが、半透過板３１を透過する隣接する複数次の透過光間の距離がレーザ光Ｌ０のビームサイズになるように入射角θを設定するのが望ましい。入射角θは例えば５〜１０°の範囲で好適に選定することができる。
反射板３２は、その一端側が半透過板３１よりも光路から離れて位置している。これにより、半透過板３１の一端側の板面の一部が、反射板３２に遮られることなくレーザ光Ｌ０の光路上に位置し、レーザ光Ｌ０の半透過板３１への入射光路が確保される。
半透過板３１としては、透過率Ｔが例えば５〜２０％のものを用いることができ、例えば半透過ミラーなどを用いることができる。また、反射板３２としては、例えば全反射ミラーを用いることができる。
【００３７】
レーザ光分割部３では、後述するように、半透過板３１でのレーザ光の一部反射および残部透過と、反射板３２でのレーザ光の反射とが繰り返されることにより、レーザ光Ｌ０が複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮに分割されて半透過板３１の透過側から出射されることになる。複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮにおける隣接するレーザ光間の光路差は、半透過板３１と反射板３２との対向面間距離ｄ、レーザ光Ｌ０の半透過板３１に対する入射角θを用いて、２ｄ・ｃｏｓθで表される。対向面間距離ｄおよび入射角θは、光路差２ｄ・ｃｏｓθが、レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌ０の空間コヒーレント長を超えるように設定されている。
【００３８】
なお、半透過板３１およびこれに対向配置された反射板３２は、レーザ光Ｌ０に対する傾斜角度を調整可能に設置することができる。この場合、半透過板３１および反射板３２の傾斜角度を適宜変更することで、レーザ光Ｌ０の入射角θを適宜変更することができる。
レーザ光分割部３で分割するレーザ光の数（Ｎ）は本発明としては特に限定されるものではない。レーザ光の一部透過・残部反射を繰り返すと次第にレーザ光強度が小さくなるため、所定強度以下の分割されたレーザ光を使用しないように、Ｎ次を過ぎたレーザ光は除外してもよく、また、Ｎ次目のレーザ光の全てを進行させるようにしてもよい。
【００３９】
また、半透過板３１の透過側には、集光光学系４が配置されている。集光光学系４は、集光レンズ４１により構成されている。集光レンズ４１は、後述するように半透過板３１を透過して互いに並行する複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮを集光するように複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮの光路に対して垂直に配置されている。
集光レンズ４１の集光位置には光ファイバ５の一端が配置され、集光レンズ４１により集光された複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮが光ファイバ５の一端側に導かれるようになっている。
なお、この実施形態では、集光光学系４を配置しているが、集光光学系を用いることなく導波管に複数のレーザ光を導き、集合光束として導波管内を導波させるものであってもよい。
【００４０】
光ファイバ５は、本発明の導波管に相当し、レーザ光を整形すべきビーム形状に応じて例えば方形状などの所定の導波断面形状を有している。光ファイバ５は、その一端に導かれた複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮを導波して所定のビーム形状に整形し、ビーム形状が整形された複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮの合成レーザ光であるレーザ光ＬＳをその他端から出射するものである。
光ファイバ５としては、レーザ処理の内容に応じて適宜選択することができ、特に限定されるものではない。一本または複数本を束ねたものを用いることができる。
【００４１】
光ファイバ５の他端側には、照射光学系６が配置されている。照射光学系６は、光ファイバ５の他端から出射されたレーザ光ＬＳをステージ７上の被処理体１０に導いて照射するものである。
照射光学系６は、光ファイバ５の他端より出射されたレーザ光ＬＳの光路上に配置された結像レンズ６１と、結像レンズ６１の透過方向に配置されたガルバノミラー６２と、ガルバノミラー６２の反射方向に配置されたｆθレンズ６３とを有している。
ガルバノミラー６２は、反射面を所定の角度範囲で揺動させることができ、これにより、ガルバノミラー６２に入射するレーザ光の反射方向を変えることができる。ガルバノミラー６２により被処理体１０上で移動するレーザ光の移動速度は、特に限定されるものではないが、例えば、１００〜５００ｍｍ／秒の範囲を例示することができる。
【００４２】
ｆθレンズ６３の透過方向には、半導体ウエハなどの被処理体１０を保持するステージ７が配置されている。ステージ７は、ステージ７をＸ、Ｙ方向に移動可能なステージ移動装置８上に設けられている。ステージ移動装置８によるステージ７の移動速度は、特に限定されるものではないが、例えば、２〜１０ｍｍ／秒の範囲を例示することができる。例えば、レーザ光をガルバノミラー６２によりＸ方向に走査し、ステージ７をステージ移動装置８によってＹ方向に走査して処理を行うことができる。
【００４３】
制御部９は、レーザ処理装置１全体を制御するものであり、ＣＰＵとこれを動作させるプログラムとを主にして構成されている。具体的には、制御部９は、ステージ移動装置８の移動を制御し、さらにガルバノミラー６２の揺動を制御する。また、制御部９は、レーザ光源２の出力を制御する。また、制御部９は、半透過板３１および反射板３２がレーザ光Ｌ０に対する傾斜角度を調整可能に設置されている場合、半透過板３１および反射板３２の傾斜角度を所定の角度に制御することができる。
【００４４】
次に、レーザ処理装置１の動作について説明する。
ステージ７上には、半導体ウエハなどの被処理体１０が載置されて保持される。
レーザ光源２から出力されたレーザ光Ｌ０は、半透過板３１に入射角θで入射する。半透過板３１では、レーザ光Ｌ０が、反射角θで一部反射されるとともに、透過率Ｔで残部が透過される。レーザ光Ｌ０の強度をＦとすると、透過したレーザ光Ｌ１の強度はＦ・Ｔである。また、反射されたレーザ光の強度は、Ｆ・（１−Ｔ）となる。
【００４５】
上記半透過板３１で反射された強度Ｆ・（１−Ｔ）のレーザ光は、反射板３２に入射角θで入射する。反射板３２では、入射した強度Ｆ・（１−Ｔ）のレーザ光が、反射角θで反射される。なお、反射板３２での反射は必ずしも全反射である必要はなく、例えば９０〜９９％の高反射率の反射でもよい。
【００４６】
反射板３２で反射された強度Ｆ・（１−Ｔ）のレーザ光は、半透過板３１に入射角θで入射する。半透過板３１では、入射した強度Ｆ・（１−Ｔ）のレーザ光が、反射角θで一部反射されるとともに、透過率Ｔで残部が透過される。透過したレーザ光Ｌ２の強度は、Ｆ・Ｔ・（１−Ｔ）である。また、反射されたレーザ光の強度は、Ｆ・（１−Ｔ）２である。
レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との間には、半透過板３１での反射されたレーザ光が反射板３２で反射された後、進行方向において半透過板３１で反射された位置と同じ位置に到達するまでの光路長が光路差として与えられる。すなわち、レーザ光Ｌ１とレーザ光Ｌ２との間には、光路差２ｄ・ｃｏｓθが与えられる。
【００４７】
以後、上記と同様にして、半透過板３１での一部反射および残部透過と、反射板３２での全反射とが繰り返されることにより、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮが半透過板３１の透過側から出射される。こうして得られるレーザ光ＬＮの強度は、Ｆ・Ｔ・（１−Ｔ）Ｎ−１である。また、隣接するレーザ光間には、全てにおいて、互いに、光路差２ｄ・ｃｏｓθが与えられている。
【００４８】
半透過板３１の透過側から出射された複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮは、集光レンズ４１で光ファイバ５の一端に集光されて導かれる。光ファイバ５では、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮが導波されて所定のビーム形状に整形され、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮの合成レーザ光であり、トップフライトの強度分布を有するレーザ光ＬＳが光ファイバ５の他端から出射される。
複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮのレーザ光間には、互いに空間コヒーレント長を超える光路差が存在するため、各レーザ光の互いの干渉が回避される。
なお、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮにおける各レーザ光自体は、分割されていないため光ファイバ５内で位相差による干渉が生じる。各レーザ光は、ファイバ５内での反射角が異なるため、干渉において異なる干渉パターンを有している。このため、光ファイバ５内を複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮが導波されることで強度が平均化され、干渉が大幅に軽減されたレーザ光ＬＳが得られる。
【００４９】
例えば、レーザ光源２より、強度Ｆが１０ｍＪ、波長が５３２ｎｍ、発振周波数が１０ｋＨｚ、Ｍスクエアが２０、空間コヒーレント長が５ｍｍ、ビーム径が２ｍｍのレーザ光Ｌ０を出力し、半透過板３１に対するレーザ光Ｌ０の入射角θを５．７４°とし、透過率Ｔが１０％の半透過板３１を用い、半透過板３１と反射板３２との間隔ｄを１０ｍｍとした場合、具体的には次のとおりとなる。
まず、複数のレーザ光Ｌ１、Ｌ２、……、ＬＮの強度は、それぞれ１ｍＪ、０．９ｍＪ、……、１×０．９Ｎ−１ｍＪとなり、Ｎ＝２２で０．１１ｍＪ程度となる。
【００５０】
また、複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮにおける隣接するレーザ光間の光路差は、１９．９ｍｍであり、空間コヒーレント長の５ｍｍよりも十分に長くなっている。
また、隣接するレーザ光間の間隔は、２ｄ・ｓｉｎθ＝２ｍｍであり、ビーム径と一致する。また、レーザ光Ｌ１〜Ｌ２２の全２２本の総ビームサイズは４４ｍｍとなる。なお、Ｎ＝２３以上のレーザ光Ｌ２３以降では、強度が０．１ｍＪ未満になるため、無視することができる。
【００５１】
さらに、上記のように分割された複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮを、焦点距離ｆが２０ｍｍの集光レンズ４１を用い、開口数ＮＡが０．２２、導波断面形状が６００μｍ×６００μｍの矩形状である光ファイバ５に入射する場合、光ファイバ５に入射するレーザ光を集光するビームのＮＡは、レーザ光Ｌ０のビーム径が２ｍｍであるため、ＮＡ＝２ｍｍ／２／２０ｍｍ＝０．０５で、光ファイバ５の開口数ＮＡより小さいため、レーザ光源２より出力されたレーザ光Ｌ０のほとんどを光ファイバ５に入射することができる。
なお、分割された複数のレーザ光Ｌ１〜ＬＮにおける各レーザ光の集光ビーム径は、（２λ／π）×（１／ＮＡ）×（Ｍスクエア）で近似でき、Ｍスクエアが２０であるため、集光ビーム径は１３５μｍであり、光ファイバ５のファイバ径と比べて十分に小さい。
【００５２】
上記のようにして光ファイバ５の他端から出射されたレーザ光ＬＳは、結像レンズ６１を介してガルバノミラー６２に入射する。レーザ光ＬＳは、揺動するガルバノミラー６２により反射方向を変えつつ反射される。ガルバノミラー６２で反射されたレーザ光ＬＳは、ｆθレンズ６３により被処理体１０上に集光されるとともに、被処理体１０上を等速度で移動する。ガルバノミラー６２の揺動は、連続的、間欠的のいずれであってもよい。
また、上記ガルバノミラー６２の揺動に加えて、ステージ移動装置８によりステージ７を移動させることにより、被処理体１０上でのレーザ光ＬＳの照射位置を広範囲に移動させることが可能となり、被処理体１０の被処理領域全面にわたってレーザ光ＬＳを照射することができる。ステージ移動装置８によるステージ７の移動は、連続的、間欠的のいずれであってもよい。
なお、ガルバノミラー６２によりレーザ光ＬＳを被処理体１０上で比較的高速に走査し、ステージ移動装置８によりステージ７を比較的低速で移動させることにより、ステージ移動装置８の負担を軽減することができ、また、ステージ移動装置８の動作による振動の発生などを極力小さくすることができる。
【００５３】
トップフラットの強度分布を有するレーザ光ＬＳは被処理体１０に走査されつつ照射されて、被処理体１０に対して均一なレーザ処理が施される。
【００５４】
なお、上記実施形態では、レーザ光を導波して整形する導波管として光ファイバ５を用いたものについて説明したが、導波管として、光ファイバのほか、カライドスコープなどを用いることもできる。
【００５５】
また、上記実施形態では、レーザ光分割部３が、本発明のレーザ光光路差付与部としての機能をも有するものについて説明したが、レーザ光分割部とレーザ光光路差付与部とは互いに別個独立のものとして構成してもよい。
【００５６】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明としては、上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１    レーザ処理装置
２    レーザ光源
３    レーザ光分割部
３１  半透過板
３２  反射板
４    集光光学系
４１  集光レンズ
５    光ファイバ
６    照射光学系
６１  結像レンズ
６２  ガルバノミラー
６３  ｆθレンズ
７    ステージ
８    ステージ移動装置
９    制御部
１０    被処理体
Ｌ０    レーザ光
Ｌ１〜ＬＮ    複数のレーザ光
ＬＳ    レーザ光
【図１】
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