(57)【要約】【課題】コヒーレント性の高いレーザ光源を用いても接合面にて回折光や反射光による干渉縞が発生せず、照射対象物を均一に照射できるレーザ照射装置を提供する。【解決手段】レーザビーム１を円形断面形状から直線断面形状に変形して照射対象物に照射するレーザ照射装置。円形のレーザビーム１ａを出射するレーザ光源１２と、レーザビームを直線状に変形するレンズ系１４と、レーザビーム１ｂの強度分布の均質化するホモジナイザ１６と、ホモジナイザとレンズ系の間に設けられレーザビームの干渉作用を低減する干渉低減装置２０とを備える。干渉低減装置２０は、コヒーレント長よりも長い所定の長さＸだけ順次長くした複数の透明ガラス板２２ａからなる光路補正レンズ２２と、光路補正レンズ２２の境界面に入射するレーザビームを遮蔽するフォトマスク２１からなる。【選択図】　　　図２
2004012757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビーム（１）を円形断面形状から直線断面形状に変形して照射対象物に照射するレーザ照射装置において、
円形断面形状のレーザビーム（１ａ）を出射するレーザ光源（１２）と、該レーザビームを直線断面形状に変形するレンズ系（１４）と、該レンズ系を出たレーザビーム（１ｂ）の強度分布の均質化するホモジナイザ（１６）と、該ホモジナイザとレンズ系の間に設けられレーザビームの干渉作用を低減する干渉低減装置（２０）と、を備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
前記干渉低減装置（２０）は、ホモジナイザ（１６）を構成するシリンドリカルレンズ（１６ａ）と等しい幅Ｂを有しコヒーレント長よりも長い所定の長さＸだけ順次長くした複数の透明ガラス板（２２ａ）からなる光路補正レンズ（２２）と、該光路補正レンズの境界面に入射するレーザビームを遮蔽するフォトマスク（２１）とからなる、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】
前記フォトマスク（２１）は、ガラス基板（２１ａ）上にレーザビームを吸収する薄膜（２１ｂ）を蒸着し、部分的にエッチング処理したメタルマスクである、ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コヒーレント性の高いレーザ光源を用いて照射対象物を均一に照射するレーザ照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、レーザ照射装置の模式図である。この図において、レーザコントローラー５１により制御されたレーザ光源５２により、レーザビーム１を発生・放射する。このレーザビーム１は、光学系５４とホモジナイザ５５を通り、ミラー５６で下向きに反射され、反応容器５７に設けられた開口（図示せず）を通して、基板５８の上面に照射される。
【０００３】
レーザビーム１は、例えばミラー５６の揺動又は光学系５４の移動により基板上を走査する。また、ステージコントローラー５９により、基板５８を二次元的に移動できるようになっている。更に、反応容器５７（チャンバー）内はポンプ系６０及びガス導入部６１により所定のガス雰囲気にコントロールされる。
【０００４】
図４は図３の光学系５４とホモジナイザ５５の平面図である。
【０００５】
この例において、光学系５４は、レーザビーム１の幅（図で上下方向）を広げるエキスパンダ５４ａ（シリンドリカル凹レンズ）とレーザビームを平行光に戻すシリンドリカル凸レンズ５４ｂからなる。また、ホモジナイザ５５は、複数のシリンドリカルレンズからなるシリンドリカルレンズアレイ５５ａとフォーカシングレンズ５５ｂからなる。焦点面Ｓは図３の例では基板５８の上面であり、ミラー５６は焦点面Ｓとフォーカシングレンズ５５ｂの間に位置する。
【０００６】
図４の構成により、レーザ光源５２から出射した円形断面のレーザビーム１ａは、エキスパンダ５４ａとシリンドリカル凸レンズ５４ｂにより細長いレーザビーム１ｂとなってシリンドリカルレンズアレイ５５ａに入射する。レンズアレイ５５ａに入射したコリーメート光（レーザビーム１ｂ）は、矩形レンズ群により矩形のビームプロファイルを持つビーム群１ｃに分割され、各ビーム群はレンズアレイ５５ａにより集光され、焦点面を越えたあと広がる。フォーカシングレンズ５５ｂ（凸レンズ）は各ビーム群１ｃを屈折させ焦点面Ｓ上に集光する。
【０００７】
従って、焦点面Ｓでは、すべてのビーム群５３ｃが重なり合って強度分布の均質化が生じ、平準化された強度分布を得ることができる。なお、シリンドリカル凸レンズ５４ｂの代わりにシリンドリカル凹レンズを用いることもできる。
【０００８】
なお、関連する技術として「光束インコヒーレント装置」（特開６１−７５５２３号）、「レーザビーム照射の均一性を向上する方法」（特開平１０−３１４９７０号）等が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のレーザ照射装置において、レーザ光源にＹＡＧレーザ等のコヒーレント性の高い光源を用いると、レーザビームがホモジナイザを透過した後で干渉作用が生じて照射対象物を均一に照射できないという問題点があった。さらに、ホモジナイザを構成するレンズアレイは、個々に製作されたレンズを張り合わせたものであり、これにレーザビームを入射させると各レンズの接合面にて回折光や反射光による干渉縞が発生する。そのため、高いビーム均一性が得られない問題点があった。
【００１０】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、コヒーレント性の高いレーザ光源を用いても接合面にて回折光や反射光による干渉縞が発生せず、照射対象物を均一に照射できるレーザ照射装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、レーザビーム（１）を円形断面形状から直線断面形状に変形して照射対象物に照射するレーザ照射装置において、円形断面形状のレーザビーム（１ａ）を出射するレーザ光源（１２）と、該レーザビームを直線断面形状に変形するレンズ系（１４）と、該レンズ系を出たレーザビーム（１ｂ）の強度分布の均質化するホモジナイザ（１６）と、該ホモジナイザとレンズ系の間に設けられレーザビームの干渉作用を低減する干渉低減装置（２０）と、を備えたことを特徴とするレーザ照射装置が提供される。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記干渉低減装置（２０）は、ホモジナイザ（１６）を構成するシリンドリカルレンズ（１６ａ）と等しい幅Ｂを有しコヒーレント長よりも長い所定の長さＸだけ順次長くした複数の透明ガラス板（２２ａ）からなる光路補正レンズ（２２）と、該光路補正レンズの境界面に入射するレーザビームを遮蔽するフォトマスク（２１）とからなる。
【００１３】
前記フォトマスク（２１）は、ガラス基板（２１ａ）上にレーザビームを吸収する薄膜（２１ｂ）を蒸着し、部分的にエッチング処理したメタルマスクである。
【００１４】
上記本発明の構成によれば、光路補正レンズ（２２）がホモジナイザ（１６）を構成するシリンドリカルレンズ（１６ａ）と等しい幅Ｂを有しコヒーレント長よりも長い所定の長さＸだけ順次長くした複数の透明ガラス板（２２ａ）からなるので、それぞれのシリンドリカルレンズ（１６ａ）に分割されたレーザビームに対する光路がガラスの長さ分だけ長くなり、それぞれのレーザビームはコヒーレント長より長い距離の光路差が生じるので、コヒーレント性の影響がなくなり、ビームは互いに干渉しなくなる。
【００１５】
また、フォトマスク（２１）が光路補正レンズ（２２）の境界面に入射するレーザビームを遮蔽するので、境界面での回折、反射光の発生を防止し、回折および反射光と入射光との照射面における干渉を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明によるレーザ照射装置の構成図であり、図２は図１の主要部の構成図である。図１及び図２に示すように、本発明のレーザ照射装置１０はレーザビーム１を円形断面形状から直線断面形状に変形して照射対象物に照射するレーザ照射装置であり、レーザ光源１２、レンズ系１４、干渉低減装置２０を備える。
【００１８】
レーザ光源１２は、円形断面形状のレーザビーム１ａを出射するレーザ発振器である。レーザ光源１２は、コヒーレント性の高いＹＡＧレーザ装置に限定されず、多モード発振のエキシマレーザ装置であってもよい。
【００１９】
レンズ系１４は、レーザビーム１の幅（図で上下方向）を広げるエキスパンダ１４ａ（シリンドリカル凹レンズ）とレーザビームを平行光に戻すシリンドリカル凸レンズ１４ｂからなり、円形断面形状のレーザビーム１ａを直線断面形状に変形する。なお、シリンドリカル凸レンズ１４ｂの代わりにシリンドリカル凹レンズを用いてもよい。
この構成により、レーザ光源１２から出射した円形断面のレーザビーム１ａは、エキスパンダ１４ａとシリンドリカル凸レンズ１４ｂにより細長い直線断面形状のレーザビーム１ｂとなる。
【００２０】
ホモジナイザ１６は、複数のシリンドリカルレンズ１６ａからなるシリンドリカルレンズアレイ１６ａとフォーカシングレンズ１６ｂからなり、レーザビーム１ｂの強度分布の均質化する。焦点面Ｓは図３の例では基板５８の上面であり、ミラー５６は焦点面Ｓとフォーカシングレンズ５５ｂの間に位置する。
【００２１】
干渉低減装置２０は、フォトマスク２１と光路補正レンズ２２からなり、レンズ系１４とホモジナイザ１６の間に設けられる。
【００２２】
フォトマスク２１は、光路補正レンズ２２（後述する複数の透明ガラス板２２ａ）の境界面に入射するレーザビームを遮蔽する。フォトマスク２１は、ガラス基板２１ａ（例えば石英ガラス）の表面にＣｒなど光を吸収する薄膜２１ｂを１０ｎｍから１００ｎｍ程度の厚さに蒸着して、吸収したい部分以外をエッチング処理で除去したメタルマスクであるのがよい。
なおメタルマスクは、薄膜２１ｂがレーザビームを吸収する特性を有し、かつ厚さがレーザビームの波長より十分小さい限りで、周知のマスクを用いることができる。
【００２３】
機械加工などで作製したマスクは、その製作精度から膜厚が数１０μｍ程度と厚く、そのため、膜厚がレーザビームの波長（例えば５３２ｎｍ）より大きく、マスク面（特に厚さ面）からの回折や反射が発生するおそれがある。一方、本発明のフォトマスク２１では、膜厚が数１０ｎｍ程度であるため、レーザビームの波長より十分小さく、回折、反射はほとんど起こらない。また、Ｃｒ膜の場合、マスクの透過率は波長５３２ｎｍのレーザで約０．１％であり十分に小さい。
【００２４】
光路補正レンズ２２は複数の透明ガラス板２２ａからなり、この透明ガラス板２２ａは、ホモジナイザ１６を構成するシリンドリカルレンズ１６ａと等しい幅Ｂを有する。すなわち、フォトマスク２１の薄膜２１ｂの間隔と、透明ガラス板２２ａの幅と、シリンドリカルレンズ１６ａは全て幅Ｂになっている。
また、複数の透明ガラス板２２ａも長さは、コヒーレント長よりも長い所定の長さＸだけ順次長くしなっている。なおこの例では、複数の透明ガラス板２２ａの長さを片側から順に長くしているが、本発明はこれに限定されず、中央から逆に長く配置しても、ランダムに配置してもよい。更に、透明ガラス板２２ａの数は、この例では７つであるが、シリンドリカルレンズ１６ａの数と一致する限りで、６以下でも、８以上でもよい。
【００２５】
上述した本発明の構成によれば、レーザ光源１２から出射した円形断面のレーザビーム１ａは、エキスパンダ１４ａとシリンドリカル凸レンズ１４ｂにより細長いレーザビーム１ｂとなって光路補正レンズ２２の個々の透明ガラス板２２ａに入射する。
【００２６】
フォトマスク２１は透明ガラス板２２ａの前に位置するので、透明ガラス板２２ａの境界面に入射するレーザビームを薄膜２１ｂで遮蔽し、薄膜２１ｂにより境界面での回折、反射光の発生を防止し、回折および反射光と入射光との照射面における干渉を防止する。
【００２７】
また、光路補正レンズ２２がホモジナイザ１６を構成するシリンドリカルレンズ１６ａと等しい幅Ｂを有しコヒーレント長よりも長い所定の長さＸだけ順次長くした複数の透明ガラス板２２ａからなるので、それぞれのシリンドリカルレンズ１６ａに分割されたレーザビームに対する光路がガラスの長さ分だけ長くなり、それぞれのレーザビームはコヒーレント長より長い距離の光路差が生じるので、コヒーレント性の影響がなくなり、ビームは互いに干渉しなくなる。
【００２８】
次いで、光路補正レンズ２２を通過したレーザビームは、分割されたまま、レンズアレイ１５ａに入射し、矩形レンズ群により矩形のビームプロファイルを持つビーム群１ｃに分割され、各ビーム群はレンズアレイ１５ａにより集光され、焦点面を越えたあと広がる。フォーカシングレンズ１５ｂ（凸レンズ）は各ビーム群１ｃを屈折させ焦点面Ｓ上に集光する。
従って、焦点面Ｓでは、すべてのビーム群１３ｃが重なり合って強度分布の均質化が生じ、平準化された強度分布を得ることができる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように、本発明のレーザ照射装置は、コヒーレント性の高いレーザ光源を用いても接合面にて回折光や反射光による干渉縞が発生せず、照射対象物を均一に照射できる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ照射装置の構成図である。
【図２】図１の主要部の構成図である。
【図３】従来のレーザ照射装置の模式図である。
【図４】図３の主要部の構成図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ　レーザビーム、
１０　レーザ照射装置、１２　レーザ光源、
１４　レンズ系、１４ａ　エキスパンダ、
１４ｂ　シリンドリカル凸レンズ、
１６　ホモジナイザ、
１６ａ　シリンドリカルレンズアレイ、
１６ｂ　フォーカシングレンズ、
２０　干渉低減装置、
２１　フォトマスク、２１ａガラス基板、２１ｂ　薄膜、
２２　光路補正レンズ、２２ａ　透明ガラス板、
【図１】
2004012757.tif 000003
【図２】
2004012757.tif 000004
【図３】
2004012757.tif 000005
【図４】
2004012757.tif 000006