JP2007227592A - レーザ照射装置及びレーザアニール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源としてマルチ横モード半導体レーザを用いたレーザ照射装置において、マルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を均一化する。
【解決手段】レーザ照射装置１は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像ＦＦＰを形成する遠視野像形成光学系２０と、遠視野像形成光学系２０から出射されるレーザ光を集光して、被照射体Ｘ上に照射する集光光学系３０とを備え、レーザ光源１０と被照射体Ｘとの間の光路に、レーザ光源１０から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸Ａに対して略対称方向に伝播する２つの波面成分Ｗ１とＷ２との干渉性を低減する干渉性低減手段５１が設けられたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源を用いたレーザ照射装置及びレーザ照射方法に関するものである。本発明はまた、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源を用いたレーザアニール装置及びレーザアニール方法に関するものである。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の分野では、非晶質シリコン膜等の非晶質半導体膜にレーザ光を照射してアニールし、該膜を多結晶化するレーザアニールが行われている。

従来、レーザアニールに用いられるレーザ光源としては、高出力で非晶質半導体膜における光吸収が良好なことから、エキシマレーザが広く用いられている。近年、メンテナンス性、取り扱い性等に優れることから、レーザ光源として、固体レーザや半導体レーザを用いることが検討されている。固体レーザや半導体レーザの中でも、高出力のマルチ横モード半導体レーザが好ましい。

レーザアニールにより均一で高移動度の多結晶質半導体膜を形成するには、非晶質半導体膜に照射されるレーザ光の強度分布が均一であることが重要である。

エキシマレーザを用いる従来のレーザアニール装置では、ビームホモジナイザ等の均一化光学手段を用いて、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を均一化することがなされている。多数の高次横モードが同時に発振され空間的コヒーレンスが比較的低いエキシマレーザでは、光路中に上記均一化光学手段を設けるだけで、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を良好に均一化することができる。

これに対して、マルチ横モード半導体レーザでは、エキシマレーザに比して、同時に発振される高次横モード数が少なく空間的コヒーレンスが高く、単に光路中に上記均一化光学手段を設けるだけでは、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を均一化することはできない。マルチ横モード半導体レーザでは、１つの次数の高次横モード光に着目した際に、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分があり、これら２つの波面成分の干渉が起こるためである。

特許文献１には、１つのレーザ光源から出射されるレーザ光を複数のビームに分割し、分割された複数のビーム間にレーザ光の可干渉距離以上の光路長差を付与して互いに非干渉とし、これら複数ビームを合波して被照射体に照射するレーザ照射装置が開示されている。特許文献１は、分割された複数のレーザビームを互いに非干渉とするものであり、マルチ横モードレーザ光が持つ上記干渉性を低減するものではない。
特開2003-347236号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、レーザ光源としてマルチ横モード半導体レーザを用いる系において、マルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を均一化することが可能なレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することを目的とするものである。

本発明はまた、レーザ光源としてマルチ横モード半導体レーザを用いる系において、マルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を均一化することができ、被照射体を均一にアニールすることが可能なレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することを目的とするものである。

本発明のレーザ照射装置は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源と、該レーザ光源から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像を形成する遠視野像形成光学系と、該遠視野像形成光学系から出射されるレーザ光を集光して、被照射体上に照射する集光光学系とを備えたレーザ照射装置において、
前記レーザ光源と前記被照射体との間の光路に、前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減する干渉性低減手段が設けられたことを特徴とするものである。

本発明のレーザ照射装置において、前記干渉性低減手段は、遠視野位置又は該位置の近傍に配置されることが好ましい。

上記２つの波面成分は遠視野位置において完全に分離し、その近傍でも良好に分離する。本明細書において、「遠視野近傍」とは、充分に遠視野と見なせる領域のことである。

マルチ横モード半導体レーザ端面からの光軸方向の距離Ｚ１が下記条件を満たす時、充分に遠視野と見なすことができる。すなわち、下記式（１）を満たす範囲が遠視野位置及びその近傍である。

本発明のレーザ照射装置においては、マルチ横モード半導体レーザの後段に、遠視野像を形成する遠視野像形成光学系が設けられている。遠視野像形成光学系としては、マルチ横モード半導体レーザからの出射光を略平行光に変換するコリメートレンズ等が挙げられる。
遠視野像形成光学系としてコリメートレンズを設ける場合、コリメートレンズの後側焦点面位置及びその近傍に、双峰性の光強度分布を有する遠視野像が形成される。かかる構成では、コリメートレンズの後側焦点面の位置からの距離Ｚ２が下記式（２）を満たす時、充分に遠視野と見なすことができる。

本発明のレーザ照射装置において、前記干渉性低減手段としては、前記２つの波面成分のうち一方の波面成分の光路にのみ配置され、該波面成分の偏光方向を、他方の波面成分の偏光方向とは異なる方向とする偏光制御素子が挙げられる。

前記干渉性低減手段としては、前記２つの波面成分のうち一方の波面成分の光路にのみ配置され、該波面成分と他方の波面成分との光路長差を、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の可干渉距離以上とする透光性光学部材が挙げられる。

前記干渉性低減手段としては、前記２つの波面成分のうち一方の波面成分の光路にのみ配置され、該波面成分と他方の波面成分の前記被照射体上における照射位置を非同一とする透光性光学部材が挙げられる。

本発明のレーザアニール装置は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源と、該レーザ光源から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像を形成する遠視野像形成光学系と、該遠視野像形成光学系から出射されるレーザ光を集光して、非晶質又は多結晶質の被照射体上に照射する集光光学系とを備え、前記被照射体をアニールして結晶性を向上させるレーザアニール装置において、
前記レーザ光源と前記被照射体との間の光路に、前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減する干渉性低減手段が設けられたことを特徴とするものである。

「上記被照射体の結晶性を向上させる」とは、具体的には、（１）非晶質の被照射体を多結晶化する、（２）多結晶質の被照射体の平均結晶粒径を大きくする、（３）多結晶質の被照射体を単結晶化する等が挙げられる。

本発明のレーザ照射方法は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源を用いて、被照射体上にレーザ光を照射するレーザ照射方法において、
前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減し、前記被照射体上にレーザ光を照射することを特徴とするものである。

本発明のレーザ照射方法において、前記レーザ光源と前記被照射体との間の光路に、前記レーザ光源から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像を形成すると共に、遠視野位置又は該位置の近傍で前記２つの波面成分の干渉性を低減することが好ましい。

本発明のレーザ照射方法において、前記２つの波面成分の偏光方向を互いにずらすことにより、前記２つの波面成分の干渉性を低減することができる。

前記２つの波面成分の光路長差を、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の可干渉距離以上にすることにより、前記２つの波面成分の干渉性を低減することもできる。

前記被照射体上における前記２つの波面成分の照射位置を非同一にすることにより、前記２つの波面成分の干渉性を低減することもできる。

本発明のレーザアニール方法は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源を用いて、非晶質又は多結晶質の被照射体にレーザ光を照射することにより、該被照射体をアニールして結晶性を向上させるレーザアニール方法において、
前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減し、前記被照射体上にレーザ光を照射することを特徴とするものである。

本発明のレーザ照射装置は、マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源と被照射体との間の光路に、レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減する干渉性低減手段を設ける構成としている。本発明のレーザ照射装置では、マルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、被照射体に照射されるレーザ光の強度分布を均一化することができる。

本発明のレーザ照射装置は、非晶質又は多結晶質の被照射体をアニールして結晶性を向上させるレーザアニール装置等として好ましく利用することができる。

本発明のレーザアニール装置は、非晶質又は多結晶質の被照射体を均一にアニールし、結晶性を均一に向上させることができる。本発明のレーザアニール装置を用いることで、膜の均一性が高く、移動度等の特性に優れた多結晶質半導体膜等を安定的に形成することができる。

「第１実施形態」
図１を参照して、本発明に係る第１実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）の構成について説明する。

本実施形態のレーザ照射装置１は、被照射体Ｘ上にレーザ光を照射する装置である。レーザ照射装置１は、例えば、非晶質又は多結晶質の被照射体Ｘをアニールして結晶性を向上させるレーザアニール装置として利用できる。レーザ照射装置１では、例えば、（１）非晶質の被照射体Ｘを多結晶化する、（２）多結晶質の被照射体Ｘの平均結晶粒径を大きくする、（３）多結晶質の被照射体Ｘを単結晶化する等を行うことができる。

被照射体Ｘとしては特に制限なく、基板上に成膜された膜でもバルク体でもよい。被照射体Ｘとしては、ガラス基板等の上に成膜された非晶質シリコン膜等の非晶質半導体膜（例えば、膜厚５０ｎｍ程度）が挙げられる。レーザ照射装置１では、非晶質半導体膜をレーザアニールにより溶融多結晶化することができる。非晶質半導体膜の多結晶化は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のプロセスで実施される。

本実施形態のレーザ照射装置１には、被照射体Ｘを載置する可動ステージ４０が備えられている。可動ステージ４０は、ステージ制御手段（図示略）によりその移動と位置が制御されるものである。本実施形態では、可動ステージ４０の移動により被照射体Ｘをレーザ光に対して移動させ、被照射体Ｘに対してレーザ光を相対的に走査できるようになっている。

本実施形態では、レーザ光を照射する光学系の位置を固定とし被照射体Ｘを可動としているが、被照射体Ｘの位置を固定してレーザ光を走査する構成としてもよい。

レーザ照射装置１は、駆動電源１１により駆動されるマルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像ＦＦＰを形成する遠視野像形成光学系２０と、遠視野像形成光学系２０から出射されるレーザ光を集光して、被照射体Ｘ上に照射する集光光学系３０とを備えている。

遠視野像形成光学系２０としては、点光源であるレーザ光源１０から出射される発散光を平行光束化するコリメートレンズが好ましく使用される。遠視野像形成光学系２０としては、レーザ光源１０から出射される光の少なくとも水平方向（マルチ横モード方向）の成分をコリメートする光学系であれば、任意の光学系が使用できる。
集光光学系３０としては、集光レンズが好ましく使用される。

図には、近視野像ＮＦＰ（near field pattern）、遠視野像ＦＦＰ（far field pattern）、及び被照射体Ｘに照射されるレーザ光の像Ｌを示してある。これらの像は、それぞれの位置でレーザ光を結像レンズを用いて結像したときの像である。図中、符号Ａで示す軸が光軸であり、図示左右方向がマルチ横モード方向である。

遠視野像形成光学系２０としてコリメートレンズを用いる場合、通常、レーザ光源１０と遠視野像形成光学系２０との距離は、コリメートレンズの焦点距離ｆに等しく設定される。かかる系では、遠視野位置は遠視野像形成光学系２０からコリメートレンズの焦点距離ｆの距離（すなわちフーリエ面）に相当する。図では、これら部材の位置を実際の配置とは適宜ずらして図示してある。

マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源１０では、次数の異なる複数の高次横モードが同時に発振される。

任意の１つの次数ｍの高次横モード光の近視野像ＮＦＰ（ｍ）は、次数に応じて複数のピークを持つ強度分布を有し、隣接するピーク間の位相が反転した像である。

図１（ｂ）に模式的に示す如く、半導体レーザの光導波路Ｒには、光軸Ａに対して平行な２つの端面Ｅ１、Ｅ２がある。ある１つの次数の高次横モード光は、これら２つの端面Ｅ１、Ｅ２間で反射を繰り返して出射されるので、ある１つの次数の高次横モード光は概略、光軸Ａに対して略対称方向に伝播する２つの波面成分Ｗ１とＷ２とが複数重ね合わされたものとなる。

半導体レーザの光導波路内を伝播する固有モードは、エルミート・ガウス関数で近似的に表されることが知られている（例えば、”Semiconductor Lasers and Heterojunction Leds”、H.Kressel, J.K.Butler、（5.7.20）式を参照)。エルミート・ガウス関数は、光軸に対して対称な複数ピークを有する関数である。また、エルミート・ガウス関数のフーリエ変換は伝播光の角スペクトル成分を表す（同文献、（6.6.13）式を参照）。
固有モードがエルミート・ガウス関数となっていることが、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分が存在することを示しており、固有モードが光軸に対して略対称方向に伝播する波面成分の複数の対が重ね合わされて構成されていることを示している。

２つの波面成分Ｗ１とＷ２とは概略、波面成分Ｗ１が端面Ｅ１で反射されるときに波面成分Ｗ２が端面Ｅ２で反射され、波面成分Ｗ１が端面Ｅ２で反射されるとき波面成分Ｗ２が端面Ｅ１で反射される関係にある。

上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２との干渉により、上記の強度分布と位相分布を有する近視野像ＮＦＰ（ｍ）が形成されると考えられる。

実際には次数の異なる複数の高次横モードが同時に発振されるので、実際の近視野像ＮＦＰは、次数の異なる複数の高次横モードの近視野像ＮＦＰ（ｍ）が重なったものとなる。

半導体レーザの活性層と垂直方向の近視野像ＮＦＰは、ガウス分布又はそれに近い単一モードである（図３（ｂ）を参照）。

任意の１つの次数ｍの高次横モード光に着目すれば、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２は光軸Ａに対して略対称方向に伝播し、光軸Ａに対して略対称な双峰性の強度分布Ｐ１、Ｐ２を有する遠視野像ＦＦＰ（ｍ）を形成する。

高次横モード光は次数が異なっても、光軸Ａに対して略対称方向に伝播する上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２とが複数重ね合わされて構成される。ただし、双峰性の光強度分布Ｐ１、Ｐ２のピーク分離角θは、半導体レーザの光導波路Ｒのストライプ幅及び屈折率分布、発振波長、高次横モードの次数等により決定され、次数が高くなる程ピーク分離角θが大きくなる傾向にある。

図では、双峰性の光強度分布Ｐ１、Ｐ２のピーク分離角θが最も大きい高次横モード光の遠視野像ＦＦＰ（ｍ）を実線で示し、その他の次数の高次横モード光の遠視野像ＦＦＰ（ｍ）を破線で示してある。

異なる次数の高次横モード光間の干渉性は小さいが、個々の次数の高次横モード光を構成する上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２との干渉性が大きい。

上記２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２が含まれる１つの次数ｍの高次横モード光をそのまま被照射体Ｘ上に結像すると、遠視野像形成光学系２０及び集光光学系３０からなる結像光学系の結像倍率に応じて、上記近視野像ＮＦＰ（ｍ）が拡大又は縮小された強度分布となる。この強度分布は、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２との干渉によって形成される不均一な強度分布である。

本実施形形態では、被照射体Ｘに照射されるレーザ光の強度分布を均一化するべく、レーザ光源１０と被照射体Ｘとの間の光路に、個々の次数の高次横モード光に含まれる上記２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２の干渉性を低減する干渉性低減手段を設ける構成としている。

具体的には、本実施形態では、干渉性低減手段として、個々の次数の高次横モード光に含まれる上記２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路に、波面成分Ｗ２の偏光方向を、他方の波面成分Ｗ１の偏光方向とは異なる方向とする偏光制御素子５１を設ける構成としている。

偏光制御素子５１としては位相差素子が挙げられ、特に、上記２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２の偏光方向を９０°ずらし、これら波面成分を非干渉とすることができる１／２波長位相差素子が好ましい。

個々の次数の高次横モード光を構成する２つの波面成分Ｗ１とＷ２とが完全に分離されることから、偏光制御素子５１は、遠視野位置又はその近傍に設けられることが好ましい。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）１は以上のように構成されている。本実施形態のレーザ照射装置１では、レーザ光源１０から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸Ａに対して略対称方向に伝播する２つの波面成分Ｗ１とＷ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路にのみ偏光制御素子５１を配置して、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２の偏光方向を互いにずらしている。かかる構成では、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２との干渉性を低減することができ、これら２つの波面成分を非干渉とすることもできる。偏光制御素子５１は、波面成分Ｗ１の光路にのみ設ける構成としてもよい。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）１では、レーザ光源１０から出射されるマルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、図１（ａ）に符号Ｌで示すように、被照射体Ｘに照射されるレーザ光の強度分布を均一化することができる。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）１では、非晶質又は多結晶質の被照射体Ｘを均一にアニールし、結晶性を均一に向上させることができる。本実施形態の装置を用いることで、膜の均一性が高く、移動度等の特性に優れた多結晶質半導体膜等を安定的に形成することができる。

「第２実施形態」
図２を参照して、本発明に係る第２実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）の構成について説明する。本実施形態の基本構成は第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）２は、個々の次数の高次横モード光に含まれる２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２の干渉性を低減する干渉性低減手段として、２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路にのみ、波面成分Ｗ２と他方の波面成分Ｗ１との光路長差を、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の可干渉距離以上とする透光性光学部材５２を備える構成としている。

レーザ光源１０から出射されるレーザ光の可干渉距離ｌ_ｃと光スペクトル幅Δｖ（ＦＷＨＭ）とは、下記式（３）を満たす関係にあり、可干渉距離ｌ_ｃは下記式（４）で表される。これらの関係から、２つの波面成分Ｗ１とＷ２に付与すべき光路長差ｌは、下記式（５）を満たすように設定すればよい。
透光性光学部材５２としては、ガラス板等が挙げられる。例えば、２つの波面成分Ｗ１とＷ２の光路長差ｌを可干渉距離ｌ_ｃ以上とするには、透光性光学部材５２の屈折率ｎと厚みｔとが下記式（６）を充足するようにすればよい。

透光性光学部材５２は、第１実施形態の偏光制御素子５１と同様の位置に設けられる。すなわち、透光性光学部材５２は、レーザ光源１０と被照射体Ｘとの間であって、２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路に設けられる。個々の次数の高次横モード光を構成する２つの波面成分Ｗ１とＷ２とが完全に分離されることから、透光性光学部材５２は、遠視野位置又はその近傍に設けられることが好ましい。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）２は以上のように構成されている。本実施形態のレーザ照射装置２では、レーザ光源１０から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸Ａに対して略対称方向に伝播する２つの波面成分Ｗ１とＷ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路にのみ、上記構成の透光性光学部材５２を設けて、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２との光路長差を、レーザ光源１０から出射されるレーザ光の可干渉距離以上としている。かかる構成では、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２とを非干渉とすることができる。透光性光学部材５２は、波面成分Ｗ１の光路にのみ設ける構成としてもよい。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）２では、第１実施形態と同様の効果が得られ、レーザ光源１０から出射されるマルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、被照射体Ｘに照射されるレーザ光の強度分布を均一化することができる。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）２では、非晶質又は多結晶質の被照射体Ｘを均一にアニールし、結晶性を均一に向上させることができる。本実施形態の装置を用いることで、膜の均一性が高く、移動度等の特性に優れた多結晶質半導体膜等を安定的に形成することができる。

「第３実施形態」
図３を参照して、本発明に係る第３実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）の構成について説明する。本実施形態の基本構成は第１実施形態と同様であるので、同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。図３（ａ）は図１（ａ）及び図２に対応する図であり、図３（ｂ）は側面図である。図３（ｂ）では、図示左右方向がレーザ光源１０から出射されるレーザ光の縦モード方向である。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）３は、個々の次数の高次横モード光に含まれる２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２の干渉性を低減する干渉性低減手段として、２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路にのみ、波面成分Ｗ２と他方の波面成分Ｗ１の被照射体Ｘ上における照射位置を非同一とする透光性光学部材５３を備える構成としている。

透光性光学部材５３としては、プリズムが挙げられる。プリズムの形状は、波面成分Ｗ１とＷ２の被照射体Ｘ上における照射位置を非同一とすることができれば、特に制限されない。図３では、透光性光学部材５３として、光入射面５３ａが縦モード方向に傾斜した傾斜面であり、光出射面５３ｂが平坦面であるプリズムを図示してある。図示する例では、波面成分Ｗ２がプリズムにより屈折され、波面成分Ｗ１とＷ２の被照射体Ｘ上における縦モード方向の照射位置が非同一となっている。

透光性光学部材５３は、第１実施形態の偏光制御素子５１と同様の位置に設けられる。すなわち、透光性光学部材５３は、レーザ光源１０と被照射体Ｘとの間であって、２つの波面成分Ｗ１、Ｗ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路に設けられる。個々の次数の高次横モード光を構成する２つの波面成分Ｗ１とＷ２とが完全に分離されることから、透光性光学部材５３は、遠視野位置又はその近傍に設けられることが好ましい。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）３は以上のように構成されている。本実施形態のレーザ照射装置３では、レーザ光源１０から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸Ａに対して略対称方向に伝播する２つの波面成分Ｗ１とＷ２のうち一方の波面成分Ｗ２の光路にのみ、上記構成の透光性光学部材５３を設けて、被照射体Ｘ上における上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２の照射位置を非同一にしている。かかる構成では、上記２つの波面成分Ｗ１とＷ２との干渉性を低減することができ、これら２つの波面成分を非干渉とすることもできる。透光性光学部材５３は、波面成分Ｗ１の光路にのみ設ける構成としてもよい。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）３では、第１実施形態と同様の効果が得られ、レーザ光源１０から出射されるマルチ横モードレーザ光の干渉性を低減し、被照射体Ｘに照射されるレーザ光の強度分布を均一化することができる。

本実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）３では、非晶質又は多結晶質の被照射体Ｘを均一にアニールし、結晶性を均一に向上させることができる。本実施形態の装置を用いることで、膜の均一性が高く、移動度等の特性に優れた多結晶質半導体膜等を安定的に形成することができる。

本発明のレーザ照射装置は、非晶質又は多結晶の被照射体をアニールして結晶性を向上させるレーザアニール装置等として、好ましく利用することができる。

（ａ）は本発明に係る第１実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）の構成を示す図、（ｂ）は半導体レーザの光導波路中における１つの次数の高次横モード光の２つの波面成分の伝播方向を示す模式図 本発明に係る第２実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）の構成を示す図 （ａ），（ｂ）は本発明に係る第３実施形態のレーザ照射装置（レーザアニール装置）の構成を示す図

符号の説明

１〜３ レーザ照射装置（レーザアニール装置）
１０ レーザ光源（マルチ横モード半導体レーザ）
２０ 遠視野像形成光学系
３０ 集光光学系
５１ 偏光制御素子（干渉性低減手段）
５２ 透光性光学部材（干渉性低減手段）
５３ 透光性光学部材（干渉性低減手段）
Ａ 光軸
Ｘ 被照射体
ＮＦＰ 近視野像
ＦＦＰ 遠視野像
Ｌ 被照射体に照射されるレーザ光の像
Ｗ１、Ｗ２ レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分

Claims (12)

1. マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源と、該レーザ光源から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像を形成する遠視野像形成光学系と、該遠視野像形成光学系から出射されるレーザ光を集光して、被照射体上に照射する集光光学系とを備えたレーザ照射装置において、
   前記レーザ光源と前記被照射体との間の光路に、前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減する干渉性低減手段が設けられたことを特徴とするレーザ照射装置。
2. 前記干渉性低減手段は、遠視野位置又は該位置の近傍に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射装置。
3. 前記干渉性低減手段は、前記２つの波面成分のうち一方の波面成分の光路にのみ配置され、該波面成分の偏光方向を、他方の波面成分の偏光方向とは異なる方向とする偏光制御素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ照射装置。
4. 前記干渉性低減手段は、前記２つの波面成分のうち一方の波面成分の光路にのみ配置され、該波面成分と他方の波面成分との光路長差を、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の可干渉距離以上とする透光性光学部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ照射装置。
5. 前記干渉性低減手段は、前記２つの波面成分のうち一方の波面成分の光路にのみ配置され、該波面成分と他方の波面成分の前記被照射体上における照射位置を非同一とする透光性光学部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ照射装置。
6. マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源と、該レーザ光源から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像を形成する遠視野像形成光学系と、該遠視野像形成光学系から出射されるレーザ光を集光して、非晶質又は多結晶質の被照射体上に照射する集光光学系とを備え、前記被照射体をアニールして結晶性を向上させるレーザアニール装置において、
   前記レーザ光源と前記被照射体との間の光路に、前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減する干渉性低減手段が設けられたことを特徴とするレーザアニール装置。
7. マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源を用いて、被照射体上にレーザ光を照射するレーザ照射方法において、
   前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減し、前記被照射体上にレーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射方法。
8. 前記レーザ光源と前記被照射体との間の光路に、前記レーザ光源から出射されるマルチ横モードレーザ光の遠視野像を形成すると共に、遠視野位置又は該位置の近傍で前記２つの波面成分の干渉性を低減することを特徴とする請求項７に記載のレーザ照射方法。
9. 前記２つの波面成分の偏光方向を互いにずらすことにより、前記２つの波面成分の干渉性を低減することを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ照射方法。
10. 前記２つの波面成分の光路長差を、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の可干渉距離以上にすることにより、前記２つの波面成分の干渉性を低減することを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ照射方法。
11. 前記被照射体上における前記２つの波面成分の照射位置を非同一にすることにより、前記２つの波面成分の干渉性を低減することを特徴とする請求項７又は８に記載のレーザ照射方法。
12. マルチ横モード半導体レーザからなるレーザ光源を用いて、非晶質又は多結晶質の被照射体にレーザ光を照射することにより、該被照射体をアニールして結晶性を向上させるレーザアニール方法において、
    前記レーザ光源から出射される個々の次数の高次横モード光に含まれる、光軸に対して略対称方向に伝播する２つの波面成分の干渉性を低減し、前記被照射体上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。

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