JP2007227592A - レーザ照射装置及びレーザアニール装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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lc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lc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lc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lc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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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- 2007-02-22 US US11/709,027 patent/US7851724B2/en not_active Expired - Fee Related
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