(57)【要約】【課題】  複数のレーザ発振器から出射されるレーザ光を合成しても偏光方向が揃ったレーザ光を照射することができ、これにより、非晶質半導体のレーザアニールに適用した場合に、等方的な結晶粒を得ることができるともに、処理効率を高め生産性を向上させることができるレーザ照射装置および方法、並びにレーザアニール装置および方法を提供する。【解決手段】  本発明のレーザ照射装置は、パルスレーザ光を出射する複数のレーザ発振器２Ａ、２Ｂと、複数のレーザ発振器２Ａ、２Ｂのパルスタイミングがずれるように各々に制御信号を出力するパルス制御部４と、複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタ６と、合成したレーザ光の光路上に配置され入射するレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物１に照射するレーザ光の偏光方向を揃える偏光調整手段１２と、を備えている。【選択図】  図１
2006253571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射物にパルスレーザ光を照射するレーザ照射装置であって、
パルスレーザ光を出射する複数のレーザ発振器と、
複数のレーザ発振器のパルスタイミングがずれるように各々に制御信号を出力するパルス制御部と、
複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタと、
合成したレーザ光の光路上に配置され入射するレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物に照射するレーザ光の偏光方向を揃える偏光調整手段と、を備える、
ことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記偏光調整手段は、合成したレーザ光の光路上に配置された１／２波長板と、該１／２波長板を合成レーザ光の光軸を中心に回転させる駆動部とを有し、
該駆動部は、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき１／２波長板を通過したレーザ光の偏光方向が揃うように１／２波長板を回転させる、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記駆動部は、
１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が０°又は９０°となり、
１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が４５°となるように、１／２波長板を回転させる、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記偏光調整手段は、合成したレーザ光の光路上に配置され所定の作動条件を満たすときにレーザ光の偏光方向を直角に回転させる光学素子と、該光学素子を作動させる光学素子作動手段とを有し、
該光学素子作動手段は、前記複数のレーザ発振器からのパルスタイミングに基づき、光学素子に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときにのみ偏光方向を直角に回転させるように光学素子を作動させる、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記光学素子は電気光学素子であり、前記光学素子作動手段は電気光学素子に電圧を印加する電源である、ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記光学素子は磁気光学素子であり、前記光学素子作動手段は磁気光学素子に磁界を印加する磁界発生器である、ことを特徴とする請求項４に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
複数のレーザ発振器から各々のパルスタイミングがずれるようにパルスレーザ光を出射し、この複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタにより合成し、合成したレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物に照射するレーザ光の偏光方向を揃え、これを被照射物に照射する、ことを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項８】
合成したレーザ光の光路上に１／２波長板を配置し、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき、１／２波長板を通過したレーザ光の偏光方向が揃うように、合成したレーザ光の光軸を中心に１／２波長板を回転駆動させる、ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ照射方法。
【請求項９】
１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が０°又は９０°となり、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が４５°となるように、１／２波長板を回転させる、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザ照射方法。
【請求項１０】
合成したレーザ光の光路上に、所定の作動条件を満たすときに合成レーザ光の偏光方向を直角に回転させる光学素子を配置し、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき、光学素子に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときにのみ偏光方向を直角に回転させるように光学素子を作動させる、ことを特徴とする請求項７に記載のレーザ照射方法。
【請求項１１】
前記光学素子として、電気光学素子又は磁気光学素子を用いる、ことを特徴とする請求項１０に記載のレーザ照射方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ照射装置を備え、該レーザ照射装置により基板上に非晶質半導体膜を形成した被照射物にレーザ光を照射する、ことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項１３】
請求項７〜１１のいずれかに記載のレーザ照射方法により、基板上に非晶質半導体膜を形成した被照射物にレーザ光を照射する、ことを特徴とするレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザ光を用いて非晶質半導体の結晶化を行うのに好適なレーザ照射装置および方法、並びにレーザアニール装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイの製造工程において、ガラス基板上に成膜したアモルファスシリコン膜にパルスレーザ光を照射し多結晶シリコンに改質するレーザアニーリングが行われ、この手段としてレーザアニール装置が用いられる。このようなレーザアニーリングによれば、高性能、高画質のポリシリコンＴＦＴ型液晶パネルを製造でき、デジタルカメラ用モニター、携帯電話、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ノートパソコン等へ市場が拡大している。レーザアニール装置のレーザ発振器として、従来は主にエキシマレーザが用いられているが、近年、ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４等の固体レーザが注目されている。
【０００３】
ここで、図６は下記特許文献１の「レーザ加工装置」の構成を示す図である。同図に示すように、特許文献１の装置は、２台のレーザ発振器５１Ａ、５１Ｂと、この２台のレーザ発振器各々からのレーザ光の出射タイミングを制御する制御手段５２と、２台のレーザ発振器各々からのレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタ５３と、を備えている。なお、符号５５は反射ミラー、符号５６は集光レンズである。この装置では、出射タイミングをずらして照射される２つのレーザ光を合成して被加工物５４へ照射することにより、加工スピードをレーザ発振器１台のときに比べて２倍にしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１３５０８３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザアニール装置のスループットを向上させるために、上述したような特許文献１の技術を適用し、図７に示すレーザ照射装置を構成することが考えられる。このレーザ照射装置は、レーザ発振器２Ａから照射されるパルスレーザ光Ｌ１を１／２波長板３２で偏光方向を９０°回転させ、反射ミラー３４により反射し、このレーザ光Ｌ１とレーザ発振器２Ｂからのレーザ光Ｌ２を、偏光ビームスプリッタ６で同軸光路上に合成し、集光レンズ３６により集光して、被照射物１（例えばアモルファスシリコン基板）に照射する。偏光ビームスプリッタ６により２つのレーザ光を合成する場合、この図に示すように、偏光方向が互いに直交するレーザ光を入射させる必要があるため、その合成レーザ光Ｌｃは互いに偏光方向が直行する成分（Ｐ偏光とＳ偏光）が混在したものとなる。このため、被照射物１には、交互に偏光方向が直交したレーザ光が照射されることになる。しかし、これでは直線偏光の作るエネルギー分布がショット（１パルス）毎に変化してしまい、等方的な結晶粒を得ることができずトランジスタ特性が不均一になるという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明はこのような従来技術の問題を解決するため、複数のレーザ発振器から出射されるレーザ光を合成しても偏光方向が揃ったレーザ光を照射することができ、これにより、非晶質半導体のレーザアニールに適用した場合に、等方的な結晶粒を得ることができるともに、処理効率を高め生産性を向上させることができるレーザ照射装置および方法、並びにレーザアニール装置および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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、被照射物にパルスレーザ光を照射するレーザ照射装置であって、パルスレーザ光を出射する複数のレーザ発振器と、複数のレーザ発振器のパルスタイミングがずれるように各々に制御信号を出力するパルス制御部と、複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタと、合成したレーザ光の光路上に配置され入射するレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物に照射するレーザ光の偏光方向を揃える偏光調整手段と、を備える、ことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
また、上記本発明のレーザ照射装置において、好ましくは、前記偏光調整手段は、合成したレーザ光の光路上に配置された１／２波長板と、該１／２波長板を合成レーザ光の光軸を中心に回転させる駆動部とを有し、該駆動部は、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき１／２波長板を通過したレーザ光の偏光方向が揃うように１／２波長板を回転させる（請求項２）。
【０００９】
また、上記本発明のレーザ照射装置において、好ましくは、前記駆動部は、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が０°又は９０°となり、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が４５°となるように、１／２波長板を回転させる（請求項３）。
【００１０】
また、上記本発明のレーザ照射装置において、好ましくは、前記偏光調整手段は、合成したレーザ光の光路上に配置され所定の作動条件を満たすときにレーザ光の偏光方向を直角に回転させる光学素子と、該光学素子を作動させる光学素子作動手段とを有し、該光学素子作動手段は、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき、光学素子に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときにのみ偏光方向を直角に回転させるように光学素子を作動させる（請求項４）。
【００１１】
また、上記本発明のレーザ照射装置において、好ましくは、前記光学素子は電気光学素子であり、前記光学素子作動手段は電気光学素子に電圧を印加する電源である（請求項５）。
【００１２】
また、上記本発明のレーザ照射装置において、好ましくは、前記光学素子は磁気光学素子であり、前記光学素子作動手段は磁気光学素子に磁界を印加する磁界発生器である（請求項６）。
【００１３】
また、本発明のレーザ照射方法は、複数のレーザ発振器から各々のパルスタイミングがずれるようにパルスレーザ光を出射し、この複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタにより合成し、合成したレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物に照射するレーザ光の偏光方向を揃え、これを被照射物に照射する、ことを特徴とする（請求項７）。
【００１４】
また、上記本発明のレーザ照射方法において、好ましくは、合成したレーザ光の光路上に１／２波長板を配置し、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき、１／２波長板を通過したレーザ光の偏光方向が揃うように、合成したレーザ光の光軸を中心に１／２波長板を回転駆動させる（請求項８）。
【００１５】
また、上記本発明のレーザ照射方法において、好ましくは、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が０°又は９０°となり、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が４５°となるように、１／２波長板を回転させる（請求項９）。
【００１６】
また、上記本発明のレーザ照射方法において、好ましくは、合成したレーザ光の光路上に、所定の作動条件を満たすときに合成レーザ光の偏光方向を直角に回転させる光学素子を配置し、前記複数のレーザ発振器のパルスタイミングに基づき、光学素子に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときにのみ偏光方向を直角に回転させるように光学素子を作動させる（請求項１０）。
【００１７】
また、上記本発明のレーザ照射方法において、好ましくは、前記光学素子として、電気光学素子又は磁気光学素子を用いる（請求項１１）。
【００１８】
また、本発明のレーザアニール装置は、請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ照射装置を備え、該レーザ照射装置により基板上に非晶質半導体膜を形成した被照射物にレーザ光を照射する、ことを特徴とする（請求項１２）。
【００１９】
また、本発明のレーザアニール方法は、請求項７〜１１のいずれかに記載のレーザ照射方法により、基板上に非晶質半導体膜を形成した被照射物にレーザ光を照射する、ことを特徴とする（請求項１３）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の装置および方法によれば、複数のレーザ発振器から出射されたレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタにより合成して被照射物に照射するので、被照射物に照射されるレーザ光のパルス周波数を、レーザ発振器各々が出射するパルス周波数を合算した周波数とすることができる。したがって、被照射物に対する処理速度を速めることができる。
【００２１】
また、本発明によれば、複数のレーザ発振器から各々のパルスタイミングがずれるようにパルスレーザ光を出射し、合成したレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物に照射するレーザ光の偏光方向を揃え、これを被照射物に照射するようにしたので、被照射物に照射されるレーザ光のエネルギー分布がショット（１パルス）毎に変化することが無い。したがって、非晶質半導体のレーザアニールに適用した場合に、等方的な結晶粒を得ることができる。
【００２２】
つまり、本発明によれば、複数のレーザ発振器から出射されるレーザ光を合成しても偏光方向が揃ったレーザ光を照射することができ、これにより、非晶質半導体のレーザアニールに適用した場合に、等方的な結晶粒を得ることができるともに、処理効率を高め生産性を向上させることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態によるレーザ照射装置の構成を示す図である。このレーザ照射装置は、被照射物にパルスレーザ光を照射する装置であり、本実施形態では、基板上に非晶質半導体膜を形成した被照射物にレーザ光を照射して多結晶化を行うレーザアニール装置に適用している。この図に示すように、レーザ照射装置は、複数のレーザ発振器２Ａ、２Ｂと、パルス制御部４と、偏光ビームスプリッタ６と、偏光調整手段１２とを備えて構成されている。以下、各構成要素について説明する。
【００２５】
レーザ発振器２Ａ、２Ｂは、この例では、ＹＡＧレーザを使用しており、パルス周波数１ｋＨｚのパルスレーザを出射する。本実施形態によるレーザ照射装置では、レーザ発振器は２つであり、同一パルス周期および同一パルス時間幅のパルスレーザ光Ｌ１、Ｌ２を発振するようになっている。なお、本発明のレーザ発振器は、ＹＡＧレーザに限られず、その他の固体レーザ（ＹＬＦ、ＹＶＯ４等）でもよく、エキシマレーザであってもよい。
【００２６】
また、この図において、各レーザ光の光路上に示す双方向矢印と二重丸印（白丸内に黒丸が配置された図形）は、各レーザ発振器２Ａ、２Ｂから出射される単一のレーザパルス（すなわち単一ショット）を示しており、双方向矢印は偏光面が紙面に平行な偏光成分（Ｐ偏光）をもつパルス（ショット）を示し、二重丸印は偏光面が紙面に垂直な偏光成分（Ｓ偏光）をもつパルス（ショット）を示している。
【００２７】
レーザ発振器２Ａから出射されるレーザ光Ｌ１の光路上には、１／２波長板３２と、反射ミラー３４が配置されている。１／２波長板３２は直線偏光の偏光面を回転させる機能を有しており、直線偏光が１／２波長板３２に入射し、その入射偏光面と１／２波長板の光学軸とのなす角をθとしたとき、出射光は入射偏光面に対して２θ回転した直線偏光となる。したがって、この１／２波長板３２を、その光学軸とレーザ光Ｌ１の偏光方向とのなす角が４５°となるように配置すれば、図１に示すように、これを通過したレーザ光Ｌ１の偏光方向を直角に回転させることができる。つまり、レーザ発振器２Ａから出射されるレーザ光Ｌ１の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に回転させることができる。反射ミラー３４は、１／２波長板３２を通過したレーザ光Ｌ１を直角に反射させて偏光ビームスプリッタ６へ導くようになっている。
【００２８】
なお、レーザ発振器２Ａから出射されるレーザ光Ｌ１の偏光方向を直角に回転させるための他の手段として、入射光の偏光方向を９０°回転させて出射する機能をもつ９０°ローテータやダブプリズムを用いても良く、あるいは、ミラーの組み合わせにより偏光方向を９０°回転させるようにしても良い。ミラーの組み合わせにより偏光方向を回転させるために、例えば、図２に示す構成例が考えられる。図２に示すようにミラーＭ１〜Ｍ４を配置し、紙面の表面側からこれに垂直方向にミラーＭ１にレーザ光Ｌ１を入射し、これを紙面に平行に直角方向に反射させ、この反射光をミラーＭ２〜Ｍ４により順次反射させる。これにより、入射したレーザ光Ｌ１は偏光方向が９０°回転させられて出射する。また、出射するレーザ光の偏光方向が初めからＳ偏光となるように、レーザ発振器２Ａ自体を、図１に示した状態から光軸を中心に９０°回転させておけば、これらの回転手段を省略することができる。
【００２９】
パルス制御部４は、２つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂのパルスタイミング（ショットタイミング）が時間的にずれるように、各々に制御信号としてパルス信号を出力する。本実施形態では、合成したレーザ光のレーザパルスが時間的に等間隔に並ぶようにパルスタイミングをずらしている。
【００３０】
偏光ビームスプリッタ６は、レーザ発振器２Ａからのレーザ光Ｌ１を直角方向に反射し、レーザ発振器２Ｂからのレーザ光Ｌ２を透過することにより、２つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂからのレーザ光を同軸光路上に合成する。以下、この合成したレーザ光を合成レーザ光Ｌｃと呼ぶ。この結果、図１に示すように、合成レーザ光Ｌｃのレーザパルスは時間的に等間隔で並び、そのパルス周波数は元のレーザ発振器２Ａ、２Ｂからのパルス周波数を合算した周波数、つまり２倍の周波数となる。また、この図に示すように、偏光ビームスプリッタ６を通過した直後の合成レーザ光Ｌｃのパルスは、互いに直交する偏光成分からなる。
【００３１】
偏光調整手段１２は、合成レーザ光Ｌｃの光路上に配置されており、これに入射するレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき変更方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物１に照射するレーザ光の偏光方向を揃える機能を有している。本実施形態において、偏光調整手段１２は、合成レーザ光Ｌｃの光路上に配置された１／２波長板１４と、この１／２波長板１３を合成レーザ光Ｌｃの光軸を中心に回転させる駆動部１６とを有している。また、この駆動部１６は、この例では高速回転可能なモータ１８と、モータの回転を制御する制御部２０とからなる。この構成により、偏光調整手段１２は、レーザ発振器のパルスタイミングに基づき、１／２波長板１４を通過したレーザ光Ｌ３の偏光方向が揃うように１／２波長板１４の回転を制御することができる。
【００３２】
偏光調整手段１２を通過したレーザ光Ｌａは、集光レンズ３６により集光されて被照射物１に照射される。本実施形態における被照射物１は、ガラス基板上に非晶質半導体膜（例えばアモルファスシリコン）を形成したものであり、レーザ光の照射により、照射した膜部分が溶融、固化されて多結晶化される。
【００３３】
図３は、本実施形態の偏光調整手段１２により、合成レーザ光Ｌｃの偏光方向を揃える方法について具体的に説明する図である。ここでは揃えるべき偏光方向をＰ偏光とした場合について説明する。この図に示すように、１／２波長板１４には合成レーザ光Ｌｃが入射するが、このレーザ光は互いに直交する偏光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）が時間的に等間隔で並んでいる。図中の（Ａ）〜（Ｄ）は、合成レーザ光Ｌｃが進行する様子を上から順に経時的に並べた図である。上述したように、１／２波長板１４は直線偏光の偏光面を回転させる機能を有しており、直線偏光が１／２波長板に入射し、その入射偏光面と１／２波長板の光学軸とのなす角をθとしたとき、出射光は入射偏光面に対して２θ回転した直線偏光となる。本発明は、この１／２波長板の性質を利用したものである。
【００３４】
すなわち、（Ａ）のように１／２波長板１４に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向（この例ではＰ偏光）と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸ａとのなす角θが０°であれば、通過後のレーザ光の偏光方向は回転しない。したがって、通過後のレーザ光の偏光方向は依然としてＰ偏光であり、レーザ光は揃えるべき偏光方向を向いている。
【００３５】
一方、（Ｂ）のように１／２波長板が（Ａ）の位置から４５°回転し、１／２波長板１４に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸ａとのなす角θが４５°であれば、通過後のレーザ光の偏光方向は２θ、つまり９０°回転する。したがって、通過後のレーザ光の偏光方向はＰ偏光であり、レーザ光は揃えるべき偏光方向を向く。
【００３６】
続いて、（Ｃ）のように、レーザ光が進行するとともに１／２波長板が（Ｂ）の位置から４５°回転し、１／２波長板１４に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板１４の光学軸ａとのなす角θが９０°であれば、通過後のレーザ光の偏光方向は２θ、つまり１８０°回転する。しかし、直線偏光の偏光方向としてみた場合は、結果として回転していないのと同然であるから、通過後のレーザ光の偏光方向も依然としてＰ偏光であり、レーザ光は揃えるべき偏光方向を向いている。
【００３７】
続いて、（Ｄ）のように、レーザ光が進行するとともに１／２波長板が（Ｃ）の位置から４５°回転し、１／２波長板１４に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸ａとのなす角θが４５°であれば、通過後のレーザ光の偏光方向は２θ、つまり９０°回転する。したがって、通過後のレーザ光の偏光方向はＰ偏光であり、レーザ光は揃えるべき偏光方向を向く。
【００３８】
このように、１／２波長板１４に入射するレーザ光の偏光方向に合わせて、光学軸ａが所定角度となるように１／２波長板１４を回転させることにより、これを通過したレーザ光の偏光方向を揃えることができる。したがって、偏光調整手段１２の駆動部１６は、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と一致するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が０°又は９０°となり、１／２波長板に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときに、そのレーザ光の偏光方向と１／２波長板の光学軸とのなす角が４５°となるように、１／２波長板１４を回転させる。つまり、交互に偏光方向が直交するレーザ光が入射される場合は、パルス（ショット）間に１／２波長板１４が４５°ずつ回転するように制御すればよい。例えば、この例のように、パルス周波数１ｋＨｚのレーザ発振器を使用する場合、合成レーザ光Ｌｃのパルス間隔（ショット間隔）は５００μｓｅｃとなる。したがって、４ｍｓｅｃで１／２波長板１４を１回転させれば、合成レーザ光Ｌｃの偏光方向を揃えることができる。
【００３９】
本発明の第１実施形態によれば、２つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂから出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタ６により合成して被照射物１に照射するので、被照射物１に照射されるレーザ光Ｌａのパルス周波数を、レーザ発振器２Ａ、２Ｂ各々が出射するパルス周波数の２倍とすることができる。したがって、被照射物１に対する処理速度を速めることができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、２つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂから各々のパルスタイミングがずれるようにパルスレーザ光Ｌ１、Ｌ２を出射し、合成したレーザ光Ｌｃ中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物１に照射するレーザ光Ｌａの偏光方向を揃え、これを被照射物１に照射するようにしたので、被照射物１に照射されるレーザ光のエネルギー分布がショット（１パルス）毎に変化することが無い。したがって、非晶質半導体のレーザアニールに適用した場合に、等方的な結晶粒を得ることができる。
【００４１】
つまり、本発明によれば、複数のレーザ発振器から出射されるレーザ光を合成しても偏光方向が揃ったレーザ光を照射することができ、これにより、非晶質半導体のレーザアニールに適用した場合に、等方的な結晶粒を得ることができるともに、処理効率を高め生産性を向上させることができるという優れた効果が得られる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態によるレーザ照射装置の構成を示す図である。この第２実施形態の第１実施形態と異なる点は、偏光調整手段１２を別の構成とした点である。ただし、本実施形態では、合成レーザ光Ｌｃのレーザパルスが時間的に等間隔に並ぶようにパルスタイミングをずらしているが、必ずしも等間隔となる必要はない。その他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４３】
この第２実施形態において、偏光調整手段１２は、合成レーザ光Ｌｃの光路上に配置され所定の作動条件を満たすときにレーザ光の偏光方向を直角に回転させる光学素子２２と、この光学素子２２を作動させる光学素子作動手段２４とを有している。この光学素子作動手段２４は、レーザ発振器２Ａ、２Ｂのパルスタイミングに基づき、光学素子２２に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向と直交するときにのみ偏光方向を直角に回転させるように光学素子２２を作動させる機能を有する。
【００４４】
本実施形態では、光学素子２２は電気光学素子であり、光学素子作動手段２４は電気光学素子に電圧を印加する電源である。電気光学素子２２には、複屈折結晶（偏光方向によって屈折率が異なる結晶）であるＤＫＤＰ結晶を使用している。このＤＫＤＰ結晶は４５゜Ｚｃｕｔで立方体に切り出されており、結晶のY'方向とレーザ光の進行方向が一致し、レーザ光の偏光方向とＤＫＤＰ結晶のＺ方向が４５゜の角度をなすよう配置されている。ＤＫＤＰ結晶は複屈折材料であり、結晶に入射したレーザ光は偏光方向がＸ´方向とＺ方向の２つに分離して伝搬する。ＤＫＤＰ結晶にはＺ方向に電圧を印加できるようＺ面上に電極が設けられており、Ｚ方向に電圧を印加することによりＺ方向の偏光に対する屈折率を変化させることができる。この場合Ｚ方向の屈折率変化量は印加電圧に比例するため（ポッケルス効果）、印加電圧によって結晶出射時のＸ´方向とＺ方向の偏光に任意の位相差をつけることができる。Ｘ´方向とＺ方向の偏光の位相差がちょうどλ／２になる場合、結晶出射後、Ｘ´方向とＺ方向偏光が結合された偏光の方向は、結晶入射時の偏光方向と直交したものになる。この場合結晶への印加電圧をλ／２電圧という。
【００４５】
本実施形態では、光学素子作動手段２４としての電源は、レーザ発振器２Ａ、２Ｂのパルスタイミングに基づき、電気光学素子２２に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向（この例ではＰ偏光）と直交するときにのみ電気光学素子２２にλ／２電圧を印加する。つまり、図３における１／２波長板１４を電気光学素子２２に置き換えて説明すると、（Ａ）と（Ｃ）のときは電気光学素子２２に電圧を印加せず、（Ｂ）と（Ｄ）のときにのみ電気光学素子２２にλ／２電圧を印加するのである。これにより、合成レーザ光Ｌｃ中のＳ偏光の偏光成分のみが電気光学素子２２により偏光方向が９０°回転させられるため、これを通過したレーザ光Ｌａの偏光方向はＰ偏光に揃えられる。
【００４６】
このように、本発明の第２実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図５は本発明の第３実施形態によるレーザ照射装置の構成を示す図である。この図に示すように、第３実施形態によるレーザ照射装置は、３つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂ、２Ｃと、パルス制御部４と、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ６Ａ、６Ｂと、第１及び第２の偏光調整手段１２Ａ、１２Ｂとを備えている。３つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂ、２Ｃと第１及び第２の偏光ビームスプリッタ６Ａ、６Ｂは、第１及び第２実施形態と同様の構成である。また、第１及び第２の偏光調整手段１２Ａ、１２Ｂは、それぞれ、第２実施形態と同様の電気光学素子２２と電源２４とを有している。
【００４８】
パルス制御部４は、３つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂ、２Ｃのパスルタイミング（ショットタイミング）が時間的にずれるように、各々にパルス信号を出力する。本実施形態では、合成したレーザ光のレーザパルスが時間的に等間隔に並ぶようにパスルタイミングをずらしているが、必ずしも等間隔となる必要はない。
【００４９】
第１の偏光ビームスプリッタ６Ａは、レーザ発振器２Ａとレーザ発振器２Ｂから出射されたレーザ光Ｌ１、Ｌ２を同軸光軸上に合成し第１の合成レーザ光Ｌｃ１を生成する。第１の偏光調整手段１２Ａは、上述した第２実施形態で説明したのと同様に第１の合成レーザ光Ｌｃ１の偏光方向を揃える。
【００５０】
第２の偏光ビームスプリッタ６Ｂは、第１の偏光調整手段１２Ａを通過した第１の合成レーザ光Ｌｃ１の光路上に配置され、この第１の合成レーザ光Ｌｃ１とレーザ発振器２Ｃから出射されたレーザ光Ｌ３を同軸光路上に合成し第２の合成レーザ光Ｌｃ２を生成する。すると、この図に示すように、第２の合成レーザ光Ｌｃ２には、レーザ発振器２ＣからのＳ偏光のレーザ光Ｌ３が合成されたため、Ｐ偏光とＳ偏光とが混在し、互いに偏光方向が直交する偏光成分を含んでいる。第２の偏光調整手段１２Ｂでは、光学素子作動手段（電源）２４は、３つのレーザ発振器２Ａ、２Ｂ、２Ｃのパルスタイミングに基づき、電気光学素子２２に入射するレーザ光の偏光方向が、揃えるべき偏光方向（この例ではＰ偏光）と直交するときにのみ偏光方向を９０°回転させるように電気光学素子２２に電圧（λ／２電圧）を印加する。これにより、第２の合成レーザ光Ｌｃ２中のＳ偏光の偏光成分のみが電気光学素子２２により偏光方向が９０°回転させられるため、これを通過した第２の合成レーザ光Ｌｃ２の偏光方向はＰ偏光に揃えられる。
【００５１】
本発明の第３実施形態によれば、３つのレーザ発振器から出射されるレーザ光を同軸光路上に合成して被照射物に照射するので、被照射物に照射されるレーザ光のパルス周波数を、レーザ発振器各々が出射するパルス周波数の３倍とすることができる。したがって、被照射物に対する処理速度を、第１実施形態より更に速めることができる。このため、処理効率を更に高め生産性をより向上させることができるという優れた効果が得られる。
【００５２】
なお、上述した第１〜第３の実施形態では、合成したレーザ光中のＳ偏光成分を回転させることによりレーザ光の偏光方向を揃えたが、これとは逆に、Ｐ偏光成分を回転させることにより偏光方向を揃えるようにしても良い。
【００５３】
また、上述した第２と第３の実施形態では、合成するレーザ光は、それぞれ２つ、３つであったが、本発明はこれに限定されず、それ以上のレーザ光を合成するようにしてもよい。この場合、偏光ビームスプリッタ６と偏光調整手段１２を第３実施形態の例のように適正数ずつ増やして配置すれば良い。
【００５４】
また、上述した本発明の第２と第３の実施形態では、偏光方向を９０°回転させるための光学素子として、いずれもポッケルス効果を利用した電気光学素子を使用する構成を示したが、電気光学素子はこれに限られるものではなく、複屈折率が印加電圧の２乗に比例するカー効果を利用しても同様の効果が得られる。
【００５５】
また、偏光方向の回転に磁気光学効果の１つであるファラデー効果を利用した磁気光学素子を使用しても、偏光方向を９０°回転させることは可能であり、上述した電気光学素子を使用した場合と同様の効果が得られる。この場合、光学素子作動手段は、磁気光学素子に磁界を印加する磁界発生器である。
【００５６】
その他、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態を説明する図である。
【図２】ミラーの組み合わせにより偏光方向を回転させるための構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の偏光調整手段によるレーザ光の偏光について説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の第３実施形態を説明する図である。
【図６】従来技術を説明する図である。
【図７】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  被照射物
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  レーザ発振器
４  パルス制御部
６  偏光ビームスプリッタ
６Ａ  第１の偏光ビームスプリッタ
６Ｂ  第２の偏光ビームスプリッタ
１２  偏光調整手段
１２Ａ  第１の偏光調整手段
１２Ｂ  第２の偏光調整手段
１４  １／２波長板
１６  駆動部
１８  モータ
２０  制御部
２２  光学素子（電気光学素子）
２４  光学素子作動手段（電源）
３２  １／２波長板
３４  反射ミラー
３６  集光レンズ
ａ  光学軸
Ｍ１〜Ｍ４  反射ミラー
【図１】
2006253571.tif 000003
【図２】
2006253571.tif 000004
【図３】
2006253571.tif 000005
【図４】
2006253571.tif 000006
【図５】
2006253571.tif 000007
【図６】
2006253571.tif 000008
【図７】
2006253571.tif 000009