JP2022000313A

JP2022000313A - Laser beam synthesizer and image formation method

Info

Publication number: JP2022000313A
Application number: JP2020106060A
Authority: JP
Inventors: 康弘岡田; Yasuhiro Okada; 雅史萬; Masafumi Yorozu
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-01-04

Abstract

To provide a laser synthesizer of which increase in a price is suppressed, and which can form an image with various intensity distributions.SOLUTION: Laser beams, that are outputted from a plurality of laser sources, are incident to a plurality of profile shapers respectively. The plurality of profile shapers form images having intensity distributions different from one another. A superposition optical system superposes a plurality of images, that are obtained by the plurality of profile shapers respectively, on a common image surface.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザビーム合成装置及び像形成方法に関する。 The present invention relates to a laser beam synthesizer and an image forming method.

半導体ウエハのレーザアニールにおいて、加工面におけるレーザビームのビームプロファイルが、加工品質に大きな影響を及ぼす。このため、所望のアニールを行うには、加工面におけるビームプロファイルを所望のプロファイルに調整することが望まれる。従来、レーザ発振器から出力されたレーザビームをアパーチャマスクに入射させ、アパーチャマスクを加工面に結像させることにより、加工面におけるレーザビームのビーム断面を整形している。 In laser annealing of semiconductor wafers, the beam profile of the laser beam on the machined surface has a great influence on the machined quality. Therefore, in order to perform the desired annealing, it is desirable to adjust the beam profile on the machined surface to the desired profile. Conventionally, a laser beam output from a laser oscillator is incident on an aperture mask, and the aperture mask is imaged on a machined surface to shape a beam cross section of the laser beam on the machined surface.

近年は、半導体製造プロセスを応用した精密な回折光学素子（英語表記の頭文字をとって「ＤＯＥ」という場合がある。）が製作されるようになり、回折光学素子を用いて様々なビームプロファイルを生成することが可能になっている。 In recent years, precision diffractive optical elements (sometimes referred to as "DOE" in English) have been manufactured by applying semiconductor manufacturing processes, and various beam profiles have been produced using diffractive optical elements. It is possible to generate.

なお、下記の特許文献１に，シリンドリカルレンズアレイとコンデンサレンズとを組み合わせたビームホモジナイザは開示されている。このビームホモジナイザにおいては、複数のシリンドリカルレンズを通過したレーザビームをコンデンサレンズで重ね合わせることにより、ビームプロファイルを均一化している。 The following Patent Document 1 discloses a beam homogenizer in which a cylindrical lens array and a condenser lens are combined. In this beam homogenizer, the beam profile is made uniform by superimposing a laser beam that has passed through a plurality of cylindrical lenses with a condenser lens.

特開２００４−３５６２８２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-356282

アパーチャマスクでビーム断面を整形する方法では、複雑な光強度分布を持つ像を形成することが困難である。回折光学素子を用いる方法では、様々な強度分布を持つ像を形成することができるが、像面の強度分布が複雑になるに従って、回折光学素子の設計及び製造が困難になる。その結果、回折光学素子を搭載した装置の価格が上昇してしまう。 It is difficult to form an image with a complicated light intensity distribution by the method of shaping the beam cross section with an aperture mask. The method using a diffractive optical element can form an image having various intensity distributions, but as the intensity distribution on the image plane becomes complicated, it becomes difficult to design and manufacture the diffractive optical element. As a result, the price of the device equipped with the diffractive optical element increases.

本発明の目的は、装置の高価格化を抑制し、種々の強度分布を持つ像を形成することが可能なレーザ合成装置及び像形成方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a laser synthesis apparatus and an image forming method capable of suppressing the price increase of the apparatus and forming an image having various intensity distributions.

本発明の一観点によると、
複数のレーザ光源から出力されたレーザビームがそれぞれ入射し、相互に異なる強度分布を持つ像を形成する複数のプロファイル整形器と、
前記複数のプロファイル整形器のそれぞれによって得られた複数の像を共通の像面上に重ね合わせる重ね合わせ光学系と
を有するレーザビーム合成装置が提供される。 According to one aspect of the invention
With multiple profile shapers, laser beams output from multiple laser light sources are incident on each other to form images with different intensity distributions.
Provided is a laser beam synthesizer having a superposition optical system for superimposing a plurality of images obtained by each of the plurality of profile shapers on a common image plane.

本発明の他の観点によると、
各々を重ね合わせることによって目標とする強度分布が得られる複数の個別強度分布を決定し、
前記複数の個別強度分布を持つ像をそれぞれ形成する複数の回折光学素子を作製し、
前記複数の回折光学素子でそれぞれ形成された前記複数の個別強度分布を持つ像を重ね合わせることによって、前記目標とする強度分布を持つ像を得る像形成方法が提供される。 According to another aspect of the invention
Determine multiple individual intensity distributions to obtain the target intensity distribution by superimposing each one.
A plurality of diffractive optical elements each forming an image having the plurality of individual intensity distributions were produced.
An image forming method for obtaining an image having the target intensity distribution is provided by superimposing the images having the plurality of individual intensity distributions formed by the plurality of diffractive optical elements.

複雑な強度分布を持つ像を、より単純な強度分布を持つ複数の像を重ね合わせて形成することができる。重ね合わせる複数の像の各々の強度分布を、重ね合わせ後の像の強度分布より単純なものにすれば、プロファイル整形器を単純化し、プロファイル整形器の低コスト化を図ることが可能である。 An image having a complicated intensity distribution can be formed by superimposing a plurality of images having a simpler intensity distribution. If the intensity distribution of each of the plurality of superimposed images is made simpler than the intensity distribution of the superimposed images, the profile shaper can be simplified and the cost of the profile shaper can be reduced.

図１は、一実施例によるレーザ合成装置の概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a laser synthesizer according to an embodiment. 図２は、本実施例によるレーザ合成装置の光学部品の位置関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship of the optical components of the laser synthesizer according to the present embodiment. 図３は、本実施例による像形成方法の手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the image forming method according to the present embodiment. 図４は、３個の像を重ね合わせて１つの像を形成する例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of superimposing three images to form one image. 図５は、３個の像を重ね合わせて１つの像を形成する他の例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another example in which three images are superimposed to form one image. 図６は、他の実施例によるレーザ合成装置の光学部品の位置関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship of the optical components of the laser synthesizer according to another embodiment. 図７は、さらに他の実施例によるレーザアニール装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of a laser annealing device according to still another embodiment.

図１〜図３を参照して、一実施例によるレーザ合成装置について説明する。
図１は、本実施例によるレーザ合成装置１０の概略斜視図である。本実施例によるレーザ合成装置１０は、２台のレーザ光源１１Ａ、１１Ｂを有する。レーザ光源１１Ａ、１１Ｂとして、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザ発振器、レーザダイオード等を用いることができる。２台のレーザ光源１１Ａ、１１Ｂから出力された２本のレーザビームが、それぞれ回折光学素子１２Ａ、１２Ｂ、フィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂを経由して共通のコンデンサレンズ１５の異なる位置に入射する。回折光学素子は、光の回折現象を利用してレーザビームを空間的に分岐させ、種々の光照射パターンを形成することが可能な素子である。回折光学素子１２Ａ、１２Ｂで回折されたレーザビームによって、それぞれ像５０Ａ、５０Ｂが形成される。フィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂ、及びコンデンサレンズ１５は、２つの像５０Ａ、５０Ｂを共通の像面上に重ね合わせることにより、像５１を形成する。 A laser synthesizer according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 is a schematic perspective view of the laser synthesizer 10 according to the present embodiment. The laser synthesizer 10 according to this embodiment has two laser light sources 11A and 11B. As the laser light sources 11A and 11B, for example, a solid-state laser oscillator such as an Nd: YAG laser, a laser diode, or the like can be used. The two laser beams output from the two laser light sources 11A and 11B are incident on different positions of the common condenser lens 15 via the diffractive optical elements 12A and 12B and the field lenses 13A and 13B, respectively. The diffractive optical element is an element capable of spatially branching a laser beam by utilizing a light diffraction phenomenon to form various light irradiation patterns. The laser beams diffracted by the diffractive optical elements 12A and 12B form images 50A and 50B, respectively. The field lenses 13A and 13B and the condenser lens 15 form an image 51 by superimposing two images 50A and 50B on a common image plane.

図２は、本実施例によるレーザ合成装置１０の光学部品の位置関係を示す図である。レーザ光源１１Ａ、１１Ｂ（図１）からそれぞれ出力されたレーザビーム１７Ａ、１７Ｂが回折光学素子１２Ａ、１２Ｂに入射する。回折光学素子１２Ａ、１２Ｂに入射するレーザビーム１７、１７Ｂのビーム径及びビームプロファイルは、回折光学素子１２Ａ、１２Ｂの設計仕様を満たすように設定される。レーザビーム１７Ａ、１７Ｂは、例えばガウシアンビームである。 FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship of the optical components of the laser synthesizer 10 according to the present embodiment. The laser beams 17A and 17B output from the laser light sources 11A and 11B (FIG. 1) are incident on the diffractive optical elements 12A and 12B, respectively. The beam diameters and beam profiles of the laser beams 17 and 17B incident on the diffractive optical elements 12A and 12B are set so as to satisfy the design specifications of the diffractive optical elements 12A and 12B. The laser beams 17A and 17B are, for example, Gaussian beams.

レーザビーム１７Ａが回折光学素子１２Ａで回折されて像面５５上に像５０Ａを形成する。像５０Ａの外形は、例えば正方形である。同様に、他方のレーザビーム１７Ｂが回折光学素子１２Ｂで回折されて像面５５上に像５０Ｂを形成する。像５０Ｂの外形は、例えば円形ある。像面５５は、空間上の仮想的な平面であり、像面５５に、像５０Ａや像５０Ｂを映し出すプロジェクタスクリーンのようなものが配置されているわけではない。像面５５の位置は、回折光学素子１２Ａ、１２Ｂの設計仕様によって決定される。像５０Ａ、５０Ｂの強度分布（像面上のビームプロファイル）は、例えば均一である。回折光学素子１２Ａ、１２Ｂは、所望の像面強度分布を持つ像を形成するためのプロファイル整形器としての機能を有する。 The laser beam 17A is diffracted by the diffractive optical element 12A to form an image 50A on the image plane 55. The outer shape of the image 50A is, for example, a square. Similarly, the other laser beam 17B is diffracted by the diffractive optical element 12B to form an image 50B on the image plane 55. The outer shape of the image 50B is, for example, a circle. The image plane 55 is a virtual plane in space, and the image plane 55 is not provided with something like a projector screen that projects an image 50A or an image 50B. The position of the image plane 55 is determined by the design specifications of the diffractive optical elements 12A and 12B. The intensity distribution (beam profile on the image plane) of the images 50A and 50B is, for example, uniform. The diffractive optical elements 12A and 12B have a function as a profile shaper for forming an image having a desired image plane intensity distribution.

フィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂ、及びコンデンサレンズ１５が、像５０Ａ、５０Ｂを像面５６上に重ね合わせて無限共役結像させる。すなわち、像面５５上の物点は、フィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂの無限遠像点の共役点（前側焦点）であり、像面５６上の像点は、コンデンサレンズ１５の無限遠物点の共役点（後側焦点）である。２つのフィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂの各々の光軸、及びコンデンサレンズ１５の光軸は相互に平行である。フィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂ、及びコンデンサレンズ１５は、２つの像５０Ａ、５０Ｂを重ね合わせる重ね合わせ光学系としての機能を有する。 The field lenses 13A and 13B and the condenser lens 15 superimpose the images 50A and 50B on the image plane 56 to form an infinite conjugated image. That is, the object point on the image plane 55 is the conjugate point (front focal point) of the infinity image points of the field lenses 13A and 13B, and the image point on the image surface 56 is the conjugate point of the infinity object point of the condenser lens 15. It is a point (rear focal point). The optical axes of the two field lenses 13A and 13B and the optical axes of the condenser lens 15 are parallel to each other. The field lenses 13A and 13B and the condenser lens 15 have a function as a superposition optical system for superimposing two images 50A and 50B.

２つの像５０Ａ、５０Ｂが重ね合わされることによって形成された像５１の像面強度分布は、一方の像５０Ａの像面強度分布と、他方の像５０Ｂの像面強度分布とを重ね合わせた分布になる。像面５６の位置に、レーザ加工を行う対象物が配置される。 The image plane intensity distribution of the image 51 formed by superimposing the two images 50A and 50B is a distribution in which the image plane intensity distribution of one image 50A and the image plane intensity distribution of the other image 50B are superposed. become. An object to be laser-processed is arranged at the position of the image plane 56.

次に、図３を参照して、所望の像面強度分布を持つ像５１を形成する像形成方法について説明する。 Next, with reference to FIG. 3, an image forming method for forming an image 51 having a desired image plane intensity distribution will be described.

図３は、本実施例による像形成方法の手順を示すフローチャートである。まず、像面５６（図２）における目標とする強度分布を決定する（ステップＳ１）。レーザ加工の目的、加工対象物等によって最適な強度分布が異なる。この最適な強度分布を目標とする強度分布にすればよい。次に、各々を重ね合わせることによって目標とする強度分布が得られる複数の個別強度分布を決定する（ステップＳ２）。複数の個別強度分布の各々は、目標とする強度分布に比べて単純なものとする。すなわち、複雑な強度分布を、それよりも単純な複数の個別強度分布の重ね合わせで表す。複数の個別強度分布は、像５０Ａ、５０Ｂ（図１、図２）の像面強度分布に相当する。次に、２つの個別強度分布を持つ像５０Ａ、５０Ｂ（図２）が形成されるように、個別強度分布ごとに回折光学素子１２Ａ、１２Ｂ（図２）を設計する（ステップＳ３）。回折光学素子１２Ａ、１２Ｂの設計には、従来の公知の方法を適用することができる。設計が完了すると、設計された２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂを作製する（ステップＳ４）。 FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the image forming method according to the present embodiment. First, the target intensity distribution on the image plane 56 (FIG. 2) is determined (step S1). The optimum intensity distribution differs depending on the purpose of laser machining, the object to be machined, and so on. The target intensity distribution may be set to this optimum intensity distribution. Next, a plurality of individual intensity distributions from which the target intensity distribution can be obtained by superimposing each of them are determined (step S2). Each of the multiple individual intensity distributions should be simpler than the target intensity distribution. That is, a complex intensity distribution is represented by a simpler superposition of a plurality of individual intensity distributions. The plurality of individual intensity distributions correspond to the image plane intensity distributions of the images 50A and 50B (FIGS. 1 and 2). Next, the diffractive optical elements 12A and 12B (FIG. 2) are designed for each individual intensity distribution so that the images 50A and 50B (FIG. 2) having two individual intensity distributions are formed (step S3). Conventionally known methods can be applied to the design of the diffractive optical elements 12A and 12B. When the design is completed, the two designed diffractive optical elements 12A and 12B are manufactured (step S4).

２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂを作製した後、作製された２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂを、図１及び図２に示したレーザ合成装置１０の回折光学素子１２Ａ、１２Ｂとして採用する。このレーザ合成装置１０を用いて、２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂによる像５０Ａ、５０Ｂを重ね合わせることにより、目標とする強度分布を持つ像５１を形成する（ステップＳ５）。 After manufacturing the two diffractive optical elements 12A and 12B, the manufactured two diffractive optical elements 12A and 12B are adopted as the diffractive optical elements 12A and 12B of the laser synthesizer 10 shown in FIGS. 1 and 2. By superimposing the images 50A and 50B of the two diffractive optical elements 12A and 12B using this laser synthesizer 10, an image 51 having a target intensity distribution is formed (step S5).

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
レーザ穴明け加工において、形成すべき穴の平面視における形状が複雑である場合、ビームスポットの形状も穴の形状に応じて複雑にしなければならない。穴明けすべき対象物が複数の材料からなる複合材である場合、高品質の穴を形成するために、材料に応じて複雑な強度分布が求められる場合がある。半導体ウエハに添加したドーパントの活性化アニールを行う場合、レーザビームの入射時における半導体ウエハ表面の温度分布を均一にするために、複雑な強度分布が求められる場合がある。 Next, the excellent effect of the above embodiment will be described.
In the laser drilling process, when the shape of the hole to be formed in a plan view is complicated, the shape of the beam spot must also be complicated according to the shape of the hole. When the object to be drilled is a composite material consisting of a plurality of materials, a complicated strength distribution may be required depending on the material in order to form a high-quality hole. When activating and annealing a dopant added to a semiconductor wafer, a complicated intensity distribution may be required in order to make the temperature distribution on the surface of the semiconductor wafer uniform when a laser beam is incident.

目標とする強度分布が複雑である場合、この強度分布を持つ像を１枚の回折光学素子で形成しようとすると、回折光学素子の設計及び製造が困難になる。上記実施例では、複雑な強度分布を、より単純な複数の個別強度分布の重ね合わせで表し、複数の個別強度分布ごとに回折光学素子を設計し、製造すればよい。このため、回折光学素子の設計及び製造が容易になるという優れた効果が得られる。 When the target intensity distribution is complicated, if an image having this intensity distribution is to be formed by a single diffractive optical element, it becomes difficult to design and manufacture the diffractive optical element. In the above embodiment, a complicated intensity distribution may be represented by a simpler superposition of a plurality of individual intensity distributions, and a diffractive optical element may be designed and manufactured for each of the plurality of individual intensity distributions. Therefore, an excellent effect of facilitating the design and manufacture of the diffractive optical element can be obtained.

例えば、円形、矩形、長尺形状等で強度分布が均一な像を形成する回折光学素子は、比較的安価に入手することができる。これらの回折光学素子の像を重ね合わせて、より複雑な強度分布を持つ像を形成することが可能である。 For example, a diffractive optical element that forms an image having a uniform intensity distribution in a circular shape, a rectangular shape, a long shape, or the like can be obtained at a relatively low cost. It is possible to superimpose the images of these diffractive optical elements to form an image having a more complicated intensity distribution.

次に、図４及び図５を参照して、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂで形成された２つの像５０Ａ、５０Ｂ（図２）を重ね合わせているが、３個以上の回折光学素子で形成された３個以上の像を重ね合わせてもよい。重ね合わせる像の数を増やすことにより、より複雑な強度分布を持つ像を形成することが可能になる。 Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
In the above embodiment, the two images 50A and 50B (FIG. 2) formed by the two diffractive optical elements 12A and 12B are superposed, but the three or more images formed by the three or more diffractive optical elements are superposed. May be superposed. By increasing the number of images to be superimposed, it becomes possible to form an image having a more complicated intensity distribution.

図４は、３個の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを重ね合わせて１つの像５１を形成する例を示す図である。像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、直径が異なる円形の像である。３つの像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの像面における強度分布５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃは均一である。この３つの像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを同心円状に重ね合わせることにより、像５１が得られる。像５１の半径方向の強度分布５３は、強度分布５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを重ね合わせた分布となる。このため、強度分布５３は、外周線から中心に向かって階段状に高くなる形状を有する。このように、個別の１つの像５０Ａの内部に他の２つの個別の像５０Ｂ、５０Ｃを配置することにより、より複雑な強度分布５３を実現することができる。 FIG. 4 is a diagram showing an example in which three images 50A, 50B, and 50C are superposed to form one image 51. The images 50A, 50B, and 50C are circular images having different diameters. The intensity distributions 52A, 52B, 52C on the image planes of the three images 50A, 50B, 50C are uniform. The image 51 is obtained by superimposing the three images 50A, 50B, and 50C concentrically. The intensity distribution 53 in the radial direction of the image 51 is a distribution in which the intensity distributions 52A, 52B, and 52C are superimposed. Therefore, the intensity distribution 53 has a shape that increases stepwise from the outer peripheral line toward the center. In this way, by arranging the other two individual images 50B and 50C inside one individual image 50A, a more complicated intensity distribution 53 can be realized.

像５０Ｂ、５０Ｃを、太さが異なる円環状にし、外周線を像５０Ａの外周線に一致させることにより、外周部から中心に向かって強度が階段状に低下する強度分布を持つ像５１を形成することも可能である。 By forming the images 50B and 50C into an annular shape having different thicknesses and matching the outer peripheral line with the outer peripheral line of the image 50A, an image 51 having an intensity distribution in which the intensity gradually decreases from the outer peripheral portion toward the center is formed. It is also possible to do.

図５は、３個の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを重ね合わせて１つの像５１を形成する他の例を示す図である。像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、一方向に長い長尺形状であり、像面５６（図２）に重ね合わせたときの個々の像の長手方向の向きが異なっている。２つの像の長手方向のなす角度は６０°である。この３つの像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを重ね合わせることにより、アスタリスク状の像５１が得られる。このように、３つの個別の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを重ね合わせることにより、３つの個別の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃのいずれとも外形の異なる像５１を形成することができる。 FIG. 5 is a diagram showing another example in which three images 50A, 50B, and 50C are superposed to form one image 51. The images 50A, 50B, and 50C have long shapes that are long in one direction, and the orientations of the individual images in the longitudinal direction when superposed on the image plane 56 (FIG. 2) are different. The angle between the two images in the longitudinal direction is 60 °. By superimposing these three images 50A, 50B, and 50C, an asterisk-shaped image 51 is obtained. By superimposing the three individual images 50A, 50B, and 50C in this way, it is possible to form an image 51 having a different outer shape from any of the three individual images 50A, 50B, 50C.

３個の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの各々の長手方向の強度分布が均一である場合、重ね合わされた像５１の強度は、３個の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃが重なっている領域において、他の領域より高くなる。像５１の強度分布を均一にしたい場合には、３個の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの各々の重なり合う領域の強度を、他の領域の強度の１／３にすればよい。１つの像５０Ａの強度分布を均一にし、他の２つの像５０Ｂ、５０Ｃの各々の重なり合う領域の強度をゼロにしてもよい。この場合、像５０Ｂ、５０Ｃの各々は、１本の長尺形状の像を長手方向の中心で切断した形状を有することになる。 When the intensity distribution of each of the three images 50A, 50B, 50C in the longitudinal direction is uniform, the intensity of the superimposed image 51 is the other in the region where the three images 50A, 50B, 50C overlap. Higher than the area. If it is desired to make the intensity distribution of the image 51 uniform, the intensity of the overlapping region of each of the three images 50A, 50B, and 50C may be reduced to 1/3 of the intensity of the other regions. The intensity distribution of one image 50A may be made uniform, and the intensity of the overlapping regions of the other two images 50B and 50C may be set to zero. In this case, each of the images 50B and 50C has a shape obtained by cutting one long image at the center in the longitudinal direction.

像面の強度分布や外形が複雑な像５１（図４、図５）を１枚の回折光学素子で形成しようとすると、回折光学素子の設計及び作製が困難になる。さらに、このような回折光学素子は高価である。これに対して強度分布が均一の円形の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ（図４）や、長尺の像５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ（図５）を形成する回折光学素子は、容易に設計し作製することができる。このような回折光学素子は、複雑な像を形成する回折光学素子より安価に入手することができる。 If an image 51 (FIGS. 4 and 5) having a complicated image surface intensity distribution and outer shape is to be formed by a single diffractive optical element, it becomes difficult to design and manufacture the diffractive optical element. Moreover, such diffractive optics are expensive. On the other hand, diffractive optical elements that form circular images 50A, 50B, 50C (FIG. 4) with uniform intensity distribution and long images 50A, 50B, 50C (FIG. 5) can be easily designed and manufactured. be able to. Such a diffractive optical element can be obtained at a lower cost than a diffractive optical element that forms a complicated image.

このように、上記実施例またはその変形例によるレーザ合成装置により、設計及び作製が困難な回折光学素子を用いることなく、複雑な像面強度分布を有する像を形成することができる。さらに、レーザ合成装置のコスト上昇を抑制することができる。 As described above, the laser synthesizer according to the above embodiment or a modification thereof can form an image having a complicated image plane intensity distribution without using a diffractive optical element that is difficult to design and manufacture. Further, the cost increase of the laser synthesizer can be suppressed.

次に、図６を参照して、他の実施例によるレーザ合成装置について説明する。以下、図１〜図３に示した実施例によるレーザ合成装置と共通の構成については説明を省略する。 Next, a laser synthesizer according to another embodiment will be described with reference to FIG. Hereinafter, the description of the configuration common to the laser synthesizer according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 will be omitted.

図６は、本実施例によるレーザ合成装置の光学部品の位置関係を示す図である。本実施例では、図２に示した実施例の２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂのうち一方の回折光学素子１２Ｂの代わりに、非球面レンズ２１及びアパーチャ２２が配置されている。非球面レンズ２１にガウシアンビームが入射し、非球面レンズ２１は、像面５５における強度分布を均一化する。像面５５の位置にアパーチャ２２が配置されており、アパーチャ２２は、ビーム断面の外形を円形に整形する。これにより、図２に示した実施例と同様に、像面５５の位置に、強度分布が均一な円形の像５０Ｂが形成される。 FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship of the optical components of the laser synthesizer according to the present embodiment. In this embodiment, the aspherical lens 21 and the aperture 22 are arranged in place of the diffractive optical element 12B of one of the two diffractive optical elements 12A and 12B of the embodiment shown in FIG. A Gaussian beam is incident on the aspherical lens 21, and the aspherical lens 21 makes the intensity distribution on the image plane 55 uniform. The aperture 22 is arranged at the position of the image plane 55, and the aperture 22 shapes the outer shape of the beam cross section into a circular shape. As a result, a circular image 50B having a uniform intensity distribution is formed at the position of the image plane 55, as in the embodiment shown in FIG.

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例においても、回折光学素子１２Ａの設計及び作製を容易に行うことができる。また、像５０Ｂに求められる強度分布によっては、本実施例のように回折光学素子を用いる必要がない場合もある。この場合には、プロファイル整形器として、回折光学素子以外の光学部品、例えば、本実施例のように非球面レンズ２１とアパーチャ２２とを用いることも可能である。また、プロファイル整形器として、ビームエキスパンダとアパーチャとを用いてもよい。この場合には、像面５５の位置に、強度分布がガウス分布である像が形成される。プロファイル整形器として、回折光学素子に限定することなく、種々の光学部品を用いることにより、装置構成の自由度を高めることができる。その結果、さらなるコスト低減を図ることが可能になる。 Next, the excellent effect of this embodiment will be described.
Also in this embodiment, the design and manufacture of the diffractive optical element 12A can be easily performed. Further, depending on the intensity distribution required for the image 50B, it may not be necessary to use the diffractive optical element as in this embodiment. In this case, it is also possible to use an optical component other than the diffractive optical element as the profile shaper, for example, the aspherical lens 21 and the aperture 22 as in this embodiment. Further, a beam expander and an aperture may be used as the profile shaper. In this case, an image having a Gaussian intensity distribution is formed at the position of the image plane 55. By using various optical components as the profile shaper without being limited to the diffractive optical element, the degree of freedom in device configuration can be increased. As a result, it becomes possible to further reduce the cost.

次に、図７を参照して、上記実施例によるレーザ合成装置を搭載したレーザアニール装置について説明する。 Next, with reference to FIG. 7, a laser annealing apparatus equipped with the laser synthesizer according to the above embodiment will be described.

図７は、上記実施例によるレーザ合成装置を搭載したレーザアニール装置の概略図である。チャンバ３０内に移動機構３１が配置されており、移動機構３１によってアニール対象の基板３５が支持されている。移動機構３１は、制御装置４０からの制御により、基板３５を水平な二方向に移動させる。基板３５の上方のチャンバ３０の壁面にレーザ透過窓３２が取り付けられている。 FIG. 7 is a schematic view of a laser annealing device equipped with the laser synthesizer according to the above embodiment. A moving mechanism 31 is arranged in the chamber 30, and the substrate 35 to be annealed is supported by the moving mechanism 31. The moving mechanism 31 moves the substrate 35 in two horizontal directions under the control of the control device 40. A laser transmission window 32 is attached to the wall surface of the chamber 30 above the substrate 35.

レーザ合成装置１０が、図１〜図３に示した実施例によるレーザ合成装置１０と同様に、２つのレーザ光源１１Ａ、１１Ｂ、２つの回折光学素子１２Ａ、１２Ｂ、２つのフィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂ、及び１つのコンデンサレンズ１５を含む。さらに、２つのフィールドレンズ１３Ａ、１３Ｂとコンデンサレンズ１５との間のレーザビームの経路に折り返しミラー１６が配置されている。レーザ合成装置１０から出力されたレーザビームが、レーザ透過窓３２を通ってチャンバ３０内の基板３５に入射する。コンデンサレンズ１５の像面５６（図２）が、基板３５の表面の位置に一致する。基板３５の表面に、合成された像５１（図２）が形成される。 Similar to the laser synthesizer 10 according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the laser synthesizer 10 has two laser light sources 11A and 11B, two diffractive optical elements 12A and 12B, and two field lenses 13A and 13B. And one condenser lens 15. Further, a folded mirror 16 is arranged in the path of the laser beam between the two field lenses 13A and 13B and the condenser lens 15. The laser beam output from the laser synthesizer 10 enters the substrate 35 in the chamber 30 through the laser transmission window 32. The image plane 56 (FIG. 2) of the condenser lens 15 coincides with the position of the surface of the substrate 35. A synthesized image 51 (FIG. 2) is formed on the surface of the substrate 35.

制御装置４０が、レーザ光源１１Ａ、１１Ｂ、及び移動機構３１を制御する。例えば、制御装置４０は、レーザ光源１１Ａ、１１Ｂからパルスレーザビームを同期させて出力させる。さらに、移動機構３１を制御して基板３５を移動させることにより、基板３５に対してパルスレーザビームのビームスポットを、基板３５の表面上で移動させる。第１方向へのビームスポットの走査と、第１方向と直交する第２方向への副走査とを繰り返すことにより、基板３５の表面のほぼ全域にパルスレーザビームを入射させる。これにより、基板３５のレーザアニールが行われ、基板３５に注入されているドーパントが活性化される。 The control device 40 controls the laser light sources 11A and 11B, and the moving mechanism 31. For example, the control device 40 synchronizes and outputs a pulsed laser beam from the laser light sources 11A and 11B. Further, by controlling the moving mechanism 31 to move the substrate 35, the beam spot of the pulse laser beam is moved with respect to the substrate 35 on the surface of the substrate 35. By repeating scanning of the beam spot in the first direction and sub-scanning in the second direction orthogonal to the first direction, the pulsed laser beam is incident on almost the entire surface of the surface of the substrate 35. As a result, laser annealing of the substrate 35 is performed, and the dopant injected into the substrate 35 is activated.

次に、図７に示したレーザアニール装置の優れた効果について説明する。
図７に示したレーザアニール装置に、図１〜図３に示した実施例によるレーザ合成装置１０が用いられているため、基板３５の表面に、複雑な強度分布を持つ像を形成することができる。基板３５のアニールに求められる温度条件等により、種々の好適な強度分布を実現することが可能になる。複雑な強度分布を実現する場合にも、レーザ合成装置１０のコスト上昇を抑制することが可能になる。 Next, the excellent effect of the laser annealing apparatus shown in FIG. 7 will be described.
Since the laser synthesizing apparatus 10 according to the examples shown in FIGS. 1 to 3 is used in the laser annealing apparatus shown in FIG. 7, it is possible to form an image having a complicated intensity distribution on the surface of the substrate 35. can. Various suitable intensity distributions can be realized depending on the temperature conditions required for annealing the substrate 35 and the like. Even when a complicated intensity distribution is realized, it is possible to suppress an increase in cost of the laser synthesizer 10.

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 It goes without saying that each of the above embodiments is exemplary and the configurations shown in different examples can be partially replaced or combined. Similar actions and effects due to the same configuration of a plurality of examples will not be mentioned sequentially for each example. Furthermore, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations, etc. are possible.

１０レーザ合成装置
１１Ａ、１１Ｂレーザ光源
１２Ａ、１２Ｂ回折光学素子
１３Ａ、１３Ｂフィールドレンズ
１５コンデンサレンズ
１６折り返しミラー
１７Ａ、１７Ｂレーザビーム
２１非球面レンズ
２２アパーチャ
３０チャンバ
３１移動機構
３２レーザ透過窓
３５基板
４０制御装置
５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ回折光学素子による像
５１重ね合わされた像
５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５３像面における強度分布
５５回折光学素子の像面
５６コンデンサレンズの像面

10 Laser synthesizer 11A, 11B Laser light source 12A, 12B Diffractive optical element 13A, 13B Field lens 15 Condenser lens 16 Folded mirror 17A, 17B Laser beam 21 Aspherical lens 22 Aperture 30 Chamber 31 Moving mechanism 32 Laser transmission window 35 Substrate 40 Control Device 50A, 50B, 50C Image by diffractive optical element 51 Superimposed image 52A, 52B, 52C, 53 Intensity distribution in image plane 55 Image surface of diffractive optical element 56 Image surface of condenser lens

Claims

複数のレーザ光源から出力されたレーザビームがそれぞれ入射し、相互に異なる強度分布を持つ像を形成する複数のプロファイル整形器と、
前記複数のプロファイル整形器のそれぞれによって得られた複数の像を共通の像面上に重ね合わせる重ね合わせ光学系と
を有するレーザビーム合成装置。 With multiple profile shapers, laser beams output from multiple laser light sources are incident on each other to form images with different intensity distributions.
A laser beam synthesizer having a superposition optical system for superimposing a plurality of images obtained by each of the plurality of profile shapers on a common image plane.

前記重ね合わせ光学系は、
前記複数のプロファイル整形器に対応して配置された複数のフィールドレンズと、
前記複数のフィールドレンズを通過したレーザビームが入射するコンデンサレンズと
を有し、
前記複数のフィールドレンズ及び前記コンデンサレンズは、前記複数のプロファイル整形器のそれぞれによって形成された複数の像を、前記像面上に無限共役結像させる請求項１に記載のレーザビーム合成装置。 The superposition optical system is
A plurality of field lenses arranged corresponding to the plurality of profile shapers, and
It has a condenser lens into which a laser beam that has passed through the plurality of field lenses is incident.
The laser beam synthesizer according to claim 1, wherein the plurality of field lenses and the condenser lens form an infinite conjugated image on the image plane of a plurality of images formed by each of the plurality of profile shapers.

前記複数のプロファイル整形器の各々は回折光学素子である請求項１に記載のレーザビーム合成装置。 The laser beam synthesizer according to claim 1, wherein each of the plurality of profile shapers is a diffractive optical element.

各々を重ね合わせることによって目標とする強度分布が得られる複数の個別強度分布を決定し、
前記複数の個別強度分布を持つ像をそれぞれ形成する複数の回折光学素子を作製し、
前記複数の回折光学素子でそれぞれ形成された前記複数の個別強度分布を持つ像を重ね合わせることによって、前記目標とする強度分布を持つ像を得る像形成方法。
Determine multiple individual intensity distributions to obtain the target intensity distribution by superimposing each one.
A plurality of diffractive optical elements each forming an image having the plurality of individual intensity distributions were produced.
An image forming method for obtaining an image having the target intensity distribution by superimposing the images having the plurality of individual intensity distributions formed by the plurality of diffractive optical elements.