JP2500196Y2 - レ―ザアニ―ル装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はレーザ光により熱処理を行うレーザアニール
装置に係わり、特に２台のレーザ光源を用いるレーザア
ニール装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のレーザアニール装置においては、レーザの集光
位置での集光ビーム形状をできるだけ走査方向に対して
広く、または偏平とするために、１本のビームを円柱レ
ンズを通して楕円状に成形したり、複屈折板を挿入して
１本のビームを分割することが多い。しかし、高速性を
追求した場合には、２台のレーザ光源による２本のレー
ザビームを合成することが有利と考えられる。この場
合、２本のビームの重なり量を調節することにより、強
度分布の変化を容易に行うことが可能である。

〔考案が解決しようとする課題〕 ところで、上述した２台のレーザ光源による２本のレ
ーザビームの合成による方法では、２本のビームの入射
位置と角度を微小に変化させることで、それぞれの合成
後のビームの重なり量を変化させることが可能である。
しかし、それぞれのビームの強度のバランスを揃えない
と、軸対称性が失われる。特に、走査方向と直交する軸
での不均一が発生すると、アニーリング状態に悪影響を
及ぼすという問題がある。

このビーム強度バランスのコントロールは、通常レー
ザ光源の励起レベルを変化させて行っている。ところ
が、レーザ光源の励起レベルを変化させると、レーザ出
力の安定度が低下したり、ビーム径の強度分布も変化し
てしまうという問題が発生する。そこで、レーザ光源の
励起レベルを変化させずにビーム強度バランスをコント
ロールする方法として、外部で出力を所定の値まで減衰
させることが考えられる。

例えば、直線偏光のレーザビームの場合には、回転に
より透過光強度が連続的に可変可能な偏光板、または方
解石を用いた偏光プリズムが用いられる。ところが、偏
光板を用いた場合には波長に対する依存性が高く、特に
アルゴンレーザのように複数波長の発振するレーザで
は、挿入損失が増大する。また、偏光プリズムを用いた
場合に波長特性は良いが、プリズムの接合面でダメージ
が発生し易く、大出力にはあまり適さない。

一方、金属薄膜を光学ガラスに蒸着し、薄膜の厚みを
連続的に変化させて透過率を制御できる円盤型連続のビ
ーム・スプリッタは、偏光特性に関係なく用いることが
可能である。しかし、薄膜の吸収により熱が発生して透
過するレーザの横モードに影響を与える欠点がある。ま
た、光束の径が大きいと光束断面の位置で減衰が異なる
ことになる。

更に、第３図に示すように、1/2波長板と偏光ビーム
・スプリッタとを組み合わせて、この1/2波長板を回転
させることにより透過する偏光成分の比を変えて、出力
の減衰率を制御することも可能である。しかし、通常の
1/2波長板では、２枚の水晶板の厚みの差と光軸方位角
の調整で必要な位相差が得られるので、波長に対して依
存性が高い。したがって、アルゴンレーザ等を用いた場
合、出力の減衰の他、内部の透過波長の比率まで変化す
る等の問題がある。

本考案はこのような事情に鑑みてなされたもので、挿
入損失が低く、広帯域での使用が可能で、高速かつ高品
位な焼きなましが行えるレーザアニール装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、２台のレーザ光源と、この各レーザ光源か
ら発振されたレーザビームを合成してアニーリング対象
金属に同時に集光させることにより、金属に熱的変化を
与える光学系とを備え、この光学系は２本のレーザビー
ムの光軸にそれぞれ挿入されて光軸廻りの回転機構を有
する1/2波長フレネルロムと、前記した２本のレーザビ
ームを合成させる偏光ビーム・スプリッタと、アニーリ
ング対象金属におけるレーザビームの集光位置の近傍に
配置されレーザビームの出力を測定するレーザ出力測定
器と、このレーザ出力測定器の測定結果に応じてフレネ
ルロムの回転を制御することで出力を所定の値に設定す
るコントローラとを有するものとし、もって２台のレー
ザ光源のビーム強度のバランスを光学系出力に応じ、レ
ーザ光源の励起レベルを変えずにコントロール可能と
し、周波数依存性を低くして、挿入損失の低下、高品位
かつ大出力化等を図り、上述した目的を達成するもので
ある。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を第１図〜第３図を参照して
説明する。

第１図はレーザアニール装置の光学系を示す構成図、
第２図は1/2波長板と偏光ビームスプリッタとの組み合
わせによる偏光作用を示す図、第３図は1/2波長フレネ
ルロムを示す図である。

本実施例では、２台のレーザ光源11、12と、この各レ
ーザ光源から発振されたレーザビームａ、ｂを合成して
アニーリング対象金属としての試料13に同時に集光させ
る光学系14とを有している。この光学系14は、２本のレ
ーザビームａ、ｂの光軸にそれぞれ挿入されて光軸廻り
の回転機構を有する1/2波長フレネルロム15、16と、こ
れらのフレネルロムの回転をレーザ出力測定器17の出力
に応じて制御する図示しないコントローラと、２本のレ
ーザビームａ、ｂを合成させる偏光ビーム・スプリッタ
18とを有している。レーザ光源11と1/2波長フレネルロ
ム16との間には、光軸調整ミラー19、20、21が設けられ
ている。また、レーザ光源12と1/2波長フレネルロム15
との間には、光軸調整ミラー22、23が設けられている。

更に、1/2波長フレネルロム15と偏光ビーム・スプリ
ッタ18との間には、ビームエキスパンダ24と光軸調整ミ
ラー25とが設けられ、1/2波長フレネルロム16と偏光ビ
ーム・スプリッタ18との間には、ビームエキスパンダ26
が設けられている。更にまた、偏光ビーム・スプリッタ
18とビームレデューサー27との間には、光軸調整ミラー
28、29が設けられ、ビームレデューサ27と対物レンズ30
との間には、光軸調整ミラー31が設けられている。

以上の構成において、２台のレーザ光源11、12から発
振されたレーザビームａ、ｂは、それぞれ複数の光軸調
整ミラー19〜23で折り返され、1/2波長フレネルロム1
5、16に入射される。なお、光軸調整ミラー19〜23の配
置は各レーザビームａ、ｂで異ならせている。これは、
後に偏光ビーム・スプリッタ18でビーム合成を行うため
の偏光面を直交させておく必要があるからである。

レーザビームａ、ｂの径は、1/2波長フレネルロム1
5、16を通過した後にビームエキスパンダ24、26で拡大
される。そして、偏光ビーム・スプリッタ18でビーム合
成が行われ、ビームは非常に近接した状態でビームレデ
ューサ27に入射され、対物レンズ30で集光されて試料13
に到達する。

試料面のアニーリングを行うためには、試料13を例え
ばXYステージ上に載置して移動させるか、または対物レ
ンズ30を含めた光学系を移動させて行う。

次に、出力バランスのコントロールについて説明す
る。

レーザ光源11、12から発振された各レーザビームａ、
ｂは、それぞれ直線偏光（Ｓ偏光）されているものとす
る。第２図に示すように、一方のレーザビームａは光軸
調整ミラー19、20、21によって反射された後、偏光がＳ
となり、他方のレーザビームｂは偏光がＰとなる。初期
状態では、1/2波長フレネルロム15、16がそれぞれ偏光
面の回転しない角度で停止している。したがって、偏光
ビーム・スプリッタ18では、レーザビームｂはＰ偏光の
まま入射して偏光ビーム・スプリッタ18の接合面を直進
し、ほとんど損失なく通過する。一方のレーザビームａ
はＳ偏光のまま偏光ビーム・スプリッタ18に他方のレー
ザビームｂと直交する軸で入射し、同じく接合面でほと
んど損失なく反射して、レーザビームｂと合成されて出
力する。

レーザビームａとｂとの比が1:1の出力比とならない
場合には、光学系14の出射端に設置された出力測定器17
により、それぞれの出力を測定する。そして、レーザビ
ームａ、ｂの出力の大きい方の光軸に挿入されている1/
2波長フレネルロム15または16を、図示しないコントロ
ーラにより制御手段を経由して回転させる。

ここで、1/2波長フレネルロム15または16をθ回転さ
せると、入射された直線偏光の偏光面を２θ回転するこ
とになり、偏光ビーム・スプリッタ18を通過または反射
する比が変化し、一部は出力されずに分岐される。した
がって、出力は減少し、所定の値を得ることが可能とな
る。

以上説明したような実施例によれば、２台のレーザ光
源のビーム強度のバランスを、偏光ビーム・スプリッタ
18と1/2波長フレネルロム15、16とを用い、光学系出力
に応じて1/2波長フレネルロム15、16をコントロールす
るので、レーザ光源の励起レベルを変えずにコントロー
ル可能となり、また周波数依存性が低いので、挿入損失
が低く、高品位かつ大出力な光学系出力が得られる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案によれば、レーザビームの
出力を測定するレーザ出力測定器と、このレーザ出力測
定器の測定結果に応じてフレネルロムの回転を制御する
ことで出力を所定の値に設定するコントローラとを備え
たので、２台のレーザ光源のビーム強度のバランスを、
レーザ光源の励起レベルを変えずにコントロールするこ
とができ、挿入損失が低く、広帯域での使用が可能で、
高速かつ高品位なレーザアニールが行えるという優れた
効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係わるレーザアニール装置の一実施例
を示す構成図、第２図は1/2波長板と偏光ビーム・スプ
リッタとを組み合わせた場合の偏光による光の分離を示
す図、第３図は1/2波長フレネルロムを示す図である。 11、12……レーザ光源、13……試料（アニーリング対象
金属）、14……光学系、15、16……1/2波長フレネルロ
ム、17……出力測定器、18……偏光ビーム・スプリッ
タ。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】２台のレーザ光源と、この各レーザ光源か
   ら発振されたレーザビームを合成してアニーリング対象
   金属に同時に集光させることにより、前記金属に熱的変
   化を与える光学系とを備え、 この光学系は２本のレーザビームの光軸にそれぞれ挿入
   されて光軸廻りの回転機構を有する1/2波長フレネルロ
   ムと、前記２本のレーザビームを合成させる偏光ビーム
   ・スプリッタと、前記アニーリング対象金属におけるレ
   ーザビームの集光位置の近傍に配置されレーザビームの
   出力を測定するレーザ出力測定器と、このレーザ出力測
   定器の測定結果に応じて前記フレネルロムの回転を制御
   することで出力を所定の値に設定するコントローラ とを具備することを特徴とするレーザアニール装置。