JP2003121895A - Higher harmonic generator, laser annealing device, and higher harmonic generating method - Google Patents
Higher harmonic generator, laser annealing device, and higher harmonic generating methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高調波発生装置、
及びそれを用いたレーザアニール装置に関し、特に波長
変換効率を高めることが可能な高調波発生装置及びそれ
を用いたレーザアニール装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a harmonic generator,
The present invention also relates to a laser annealing apparatus using the same, and more particularly, to a harmonic wave generating apparatus capable of increasing wavelength conversion efficiency and a laser annealing apparatus using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ガラス基板上に形成されたアモルファス
シリコン膜にレーザビームを照射して、アモルファスシ
リコンを多結晶化させるレーザアニール技術が注目され
ている。このレーザアニールには、２００Ｗ程度のレー
ザビームが必要となるため、大出力のレーザビームを得
るのに適したエキシマレーザが用いられている。例え
ば、波長３０８ｎｍ、パルスエネルギ約１０００ｍＪ／
パルス、パルスの繰り返し周波数３００ＨｚのＸｅＣｌ
エキシマレーザが用いられている。2. Description of the Related Art A laser annealing technique has been attracting attention in which an amorphous silicon film formed on a glass substrate is irradiated with a laser beam to polycrystallize the amorphous silicon. Since this laser annealing requires a laser beam of about 200 W, an excimer laser suitable for obtaining a large output laser beam is used. For example, wavelength 308 nm, pulse energy about 1000 mJ /
Pulse, pulse repetition frequency 300Hz XeCl
An excimer laser is used.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザは、パ
ルスごとのエネルギ安定性が低いという課題を有してい
る。パルスごとのエネルギが変動すると、高品質の多結
晶シリコン膜を得ることができない。Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザ等の固体レーザを用いることにより、エネルギ安定性
を高めることができる。ところが、固体レーザの発振波
長は赤外領域であるため、レーザ光源として固体レーザ
を採用する場合には、２倍もしくはそれ以上の高調波を
用いなければならない。従来の波長変換装置では、高い
波長変換効率を得ることが困難であるため、レーザアニ
ールに必要な十分大きなパワーの高調波を得ることが困
難である。The excimer laser has a problem of low energy stability for each pulse. If the energy of each pulse fluctuates, a high quality polycrystalline silicon film cannot be obtained. Energy stability can be improved by using a solid-state laser such as an Nd: YAG laser. However, since the oscillation wavelength of the solid-state laser is in the infrared region, when the solid-state laser is used as the laser light source, it is necessary to use a harmonic wave of twice or more. Since it is difficult to obtain high wavelength conversion efficiency in the conventional wavelength conversion device, it is difficult to obtain a harmonic wave having a sufficiently large power necessary for laser annealing.
【０００４】本発明の目的は、波長変換効率を高めるこ
とが可能な高調波発生装置、及びそれを用いたレーザア
ニール装置を提供することである。An object of the present invention is to provide a harmonic wave generating device capable of increasing the wavelength conversion efficiency and a laser annealing device using the same.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、レーザビームを出射するレーザ光源と、入射表面
と、その反対側の出射表面とを有し、前記レーザ光源か
ら出射したレーザビームが該入射表面から入射し、入射
したレーザビームの波長が変換された高調波ビームと、
波長変換されていない波長未変換ビームとを、該出射表
面から出射する波長変換素子と、前記波長変換素子の前
記出射表面から出射した波長未変換ビームを、前記波長
変換素子の入射表面から再入射させる帰還光学系とを有
する高調波発生装置が提供される。According to one aspect of the present invention, a laser beam emitted from the laser light source has a laser light source for emitting a laser beam, an incident surface, and an emission surface opposite to the incident surface. A harmonic beam incident from the incident surface and having a wavelength converted from the incident laser beam;
A wavelength conversion element that emits a wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted from the emission surface, and a wavelength-unconverted beam that has emitted from the emission surface of the wavelength conversion element re-enters from the incident surface of the wavelength conversion element. A harmonic generation device having a feedback optical system is provided.
【０００６】波長未変換ビームを波長変換素子に再入射
させることにより、波長変換効率を高めることができ
る。最初のレーザビーム及び波長未変換ビームが、常に
波長変換素子に、その入射表面から入射するため、波長
変換された高調波ビームが、一つの方向に出射される。The wavelength conversion efficiency can be increased by re-incident the wavelength-unconverted beam on the wavelength conversion element. Since the first laser beam and the wavelength-unconverted beam always enter the wavelength conversion element from the incident surface, the wavelength-converted harmonic beam is emitted in one direction.
【０００７】本発明の他の観点によると、レーザビーム
を出射するレーザ光源と、相互に対向するように配置さ
れた第１の反射鏡と第２の反射鏡であって、前記レーザ
光源から出射したレーザビームが、一方の反射鏡の脇を
通って他方の反射鏡に入射し、入射したレーザビームが
該第１の反射鏡と第２の反射鏡との間を往復するように
配置されている第１及び第２の反射鏡と、前記第１の反
射鏡と第２の反射鏡との間を往復するレーザビームの通
過する位置に配置され、入射したレーザビームの波長が
変換された高調波ビーム、及び波長変換されていない波
長未変換ビームを出射する波長変換素子とを有し、前記
第１の反射鏡と第２の反射鏡とは、共に前記波長未変換
ビームを反射し、少なくとも一方の反射鏡は前記高調波
ビームを透過させる高調波発生装置が提供される。According to another aspect of the present invention, there are provided a laser light source for emitting a laser beam, a first reflecting mirror and a second reflecting mirror which are arranged so as to face each other, and are emitted from the laser light source. The laser beam which has passed through one of the reflecting mirrors is incident on the other reflecting mirror, and the incident laser beam is arranged so as to reciprocate between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror. The first and second reflecting mirrors, which are located at a position where a laser beam reciprocating between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror passes, and the wavelength of the incident laser beam is converted into a harmonic. A wavelength beam and a wavelength conversion element that emits a wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted, and the first reflecting mirror and the second reflecting mirror both reflect the wavelength-unconverting beam, and at least One reflector is transparent to the harmonic beam Harmonic generating device is provided.
【０００８】波長未変換ビームが、第１の反射鏡と第２
の反射鏡との間を往復する。このとき、波長変換素子に
繰り返し入射するため、波長変換効率を高めることがで
きる。レーザビームが、一方の反射鏡の脇を通って他方
の反射鏡に入射するため、双方の反射鏡の反射率を、波
長未変換ビームの波長域においてほぼ１００％とするこ
とができる。The unconverted wavelength beam is reflected by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror.
It makes a round trip to and from the reflector. At this time, since the light is repeatedly incident on the wavelength conversion element, the wavelength conversion efficiency can be improved. Since the laser beam passes through one of the reflecting mirrors and enters the other reflecting mirror, the reflectance of both reflecting mirrors can be almost 100% in the wavelength range of the wavelength unconverted beam.
【０００９】本発明の他の観点によると、レーザビーム
を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射した
レーザビームが入射する位置に配置された凹反射面を有
する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡に対向する曲面
の反射面を有する第２の反射鏡であって、前記レーザ光
源から出射したレーザビームが該第２の反射鏡の脇を通
過して前記第１の反射鏡に入射し、前記第１の反射鏡に
入射したレーザビームが、該第１の反射鏡と該第２の反
射鏡との間を往復するように配置された第２の反射鏡
と、前記第１の反射鏡と第２の反射鏡との間を往復する
レーザビームのうち、該第２の反射鏡から第１の反射鏡
へ向かうレーザビームが入射する位置に配置され、入射
したレーザビームの波長が変換された高調波ビームと、
波長変換されていない波長未変換ビームとを出射する波
長変換素子とを有する高調波発生装置が提供される。According to another aspect of the present invention, a laser light source for emitting a laser beam, a first reflecting mirror having a concave reflecting surface arranged at a position where the laser beam emitted from the laser light source is incident, and A second reflecting mirror having a curved reflecting surface facing the first reflecting mirror, wherein the laser beam emitted from the laser light source passes by a side of the second reflecting mirror. The second reflection mirror arranged so that the laser beam that has entered the first reflection mirror and reciprocates between the first reflection mirror and the second reflection mirror; Of the laser beams reciprocating between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, the laser beam traveling from the second reflecting mirror to the first reflecting mirror is arranged at a position where the laser beam is incident, and A harmonic beam with a converted wavelength,
A harmonic generation device having a wavelength conversion element that emits a wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted is provided.
【００１０】波長未変換ビームが、第１の反射鏡と第２
の反射鏡との間を往復する。このとき、波長変換素子に
繰り返し入射するため、波長変換効率を高めることがで
きる。The unconverted wavelength beam is reflected by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror.
It makes a round trip to and from the reflector. At this time, since the light is repeatedly incident on the wavelength conversion element, the wavelength conversion efficiency can be improved.
【００１１】本発明の他の観点によると、上述の高調波
発生装置と、前記高調波発生装置から出射した高調波ビ
ームのパワー密度を均一化するとともに、該高調波ビー
ムのビーム断面形状を一方向に長い形状に長尺化する均
一化光学系と、前記均一化光学系により均一化され、長
尺化された高調波ビームの入射する位置に、被照射物を
保持するステージとを有するレーザアニール装置が提供
される。According to another aspect of the present invention, the power density of the above harmonic generator and the harmonic beam emitted from the above harmonic generator is made uniform, and the beam cross-sectional shape of the harmonic beam is made uniform. Laser having a homogenizing optical system that is elongated in a direction long and a stage that holds an object to be irradiated at a position where a harmonic beam that has been homogenized and elongated by the homogenizing optical system is incident An annealing device is provided.
【００１２】本発明の他の観点によると、レーザビーム
を、波長変換素子の入射表面に入射させ、該入射表面と
は反対側の出射表面から、波長変換された第１の高調波
ビームと、波長変換されていない第１の波長未変換ビー
ムとを出射させる工程と、前記第１の波長未変換ビーム
を、前記波長変換素子内を通過させることなく該波長変
換素子の前記入射表面に入射させ、波長変換された第２
の高調波ビームと、波長変換されていない第２の波長未
変換ビームとを、前記出射表面から出射させる工程とを
有する高調波発生方法が提供される。According to another aspect of the present invention, a laser beam is made incident on an incident surface of a wavelength conversion element, and a wavelength-converted first harmonic beam is emitted from an emission surface opposite to the incident surface. Emitting a first wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted, and causing the first wavelength-unconverted beam to enter the incident surface of the wavelength-converting element without passing through the wavelength-converting element. , Wavelength-converted second
And a second non-wavelength-converted beam that has not been wavelength-converted is emitted from the emission surface.
【００１３】最初のレーザビーム及び波長未変換ビーム
が、波長変換素子に、その入射表面からのみ入射するた
め、波長変換された高調波ビームを一方向に出射させる
ことができる。また、波長未変換ビームが繰り返し波長
変換素子に入射するため、波長変換効率を高めることが
できる。Since the first laser beam and the wavelength-unconverted beam are incident on the wavelength conversion element only from the incident surface, the wavelength-converted harmonic beam can be emitted in one direction. Moreover, since the unconverted wavelength beam repeatedly enters the wavelength conversion element, the wavelength conversion efficiency can be improved.
【００１４】本発明の他の観点によると、第１のレーザ
ビームを波長変換素子に、その第１の表面から斜め入射
させ、該第１の表面とは反対側の第２の表面から第２の
レーザビームを出射させる工程と、前記第２のレーザビ
ームを反射して、前記波長変換素子の第２の表面に垂直
入射させ、波長変換された高調波ビームと、波長変換さ
れなかった波長未変換ビームとを、前記第１の表面から
出射させる工程と、前記波長未変換ビームを反射して、
前記波長変換素子に、その第１の表面から斜め入射さ
せ、第２の表面から出射させる工程と、前記第２の表面
から出射した波長未変換ビームを反射して、前記波長変
換素子に、その第２の表面から垂直入射させる工程とを
有する高調波発生方法が提供される。According to another aspect of the present invention, the first laser beam is obliquely incident on the wavelength conversion element from the first surface thereof, and the second laser beam is emitted from the second surface opposite to the first surface. The step of emitting the laser beam, and the second laser beam is reflected to be vertically incident on the second surface of the wavelength conversion element to generate a wavelength-converted harmonic beam and a wavelength-unconverted wavelength beam. Emitting a converted beam from the first surface, and reflecting the unconverted wavelength beam,
A step of allowing the wavelength conversion element to obliquely enter from the first surface thereof and emitting the same from the second surface; and a step of reflecting the wavelength-unconverted beam emitted from the second surface to the wavelength conversion element. And a step of vertically injecting from the second surface.
【００１５】第２の表面から波長変換素子に垂直入射す
る第２のレーザビームに対する波長変換効率が、第１の
表面から斜め入射する第１のレーザビームに対する波長
変換効率よりも高い。このため、高効率で波長変換され
た高調波ビームが、主として第１の表面から出射する。
波長未変換ビームが、波長変換素子に再入射するため、
波長変換効率を高めることができる。The wavelength conversion efficiency for the second laser beam vertically incident on the wavelength conversion element from the second surface is higher than the wavelength conversion efficiency for the first laser beam obliquely incident on the first surface. Therefore, a highly efficient wavelength-converted harmonic beam is emitted mainly from the first surface.
Since the unconverted wavelength beam re-enters the wavelength conversion element,
The wavelength conversion efficiency can be increased.
【００１６】本発明の他の観点によると、集束光線束で
あるレーザビームを、波長変換素子に、その第１の表面
から入射させて該波長変換素子の内部に集光させ、波長
変換された第１の高調波ビームと、波長変換されていな
い第１の波長未変換ビームとを、該第１の表面とは反対
側の第２の表面から出射させる工程と、前記第１の波長
未変換ビームを反射し、前記波長変換素子に、その第２
の表面から入射させ、該波長変換素子の内部で集光させ
ることなく、前記第１の表面から第２の波長未変換ビー
ムを出射させる工程と、前記第２の波長未変換ビームを
反射して集束光線束とし、前記波長変換素子に、その第
１の表面から入射させて該波長変換素子の内部に集光さ
せ、波長変換された第２の高調波ビームと、波長変換さ
れていない第２の波長未変換ビームとを、前記第２の表
面から出射させる工程とを有する高調波発生方法が提供
される。According to another aspect of the present invention, a laser beam, which is a bundle of focused light beams, is made incident on the wavelength conversion element from its first surface, is condensed inside the wavelength conversion element, and is wavelength-converted. Emitting a first harmonic beam and a first wavelength-unconverted beam that has not been wavelength converted from a second surface opposite to the first surface; and the first wavelength-unconverted beam. The beam is reflected and the second wavelength is converted to the wavelength conversion element.
Of the second wavelength unconverted beam from the first surface without causing the light to enter from the surface of the second wavelength conversion element and to collect the second wavelength unconverted beam from the first surface without condensing the light inside the wavelength conversion element. A focused light beam, which is made incident on the wavelength conversion element from its first surface and condensed inside the wavelength conversion element, and the wavelength-converted second harmonic beam and the wavelength-unconverted second harmonic beam. And a step of emitting the non-wavelength converted beam from the second surface.
【００１７】第１の表面から波長変換素子に入射したレ
ーザビームが、その内部で集光され、パワー密度が高く
なるため、波長変換効率を高めることができる。第２の
表面から波長変換素子に入射するレーザビームは集光さ
れないため、このレーザビームに対する波長変換効率は
低い。これにより、効率的に波長変換された高調波ビー
ムを、主として第２の表面から出射させることができ
る。The laser beam incident on the wavelength conversion element from the first surface is condensed inside and the power density is increased, so that the wavelength conversion efficiency can be improved. Since the laser beam incident on the wavelength conversion element from the second surface is not condensed, the wavelength conversion efficiency for this laser beam is low. Accordingly, the harmonic beam whose wavelength has been efficiently converted can be emitted mainly from the second surface.
【００１８】[0018]
【発明の実施の形態】図１に、本発明の第１の実施例に
よる高調波発生装置の概略図を示す。レーザ光源１がレ
ーザビームを出射する。レーザ光源１は、例えば連続発
振（ＣＷ発振）するＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器であり、
その発振波長は１０６４ｎｍである。光ファイバ２が、
レーザ光源１から出射したレーザビームを導波する。な
お、レーザ光源１として、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ発振器や
Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ発振器を用いることもできる。1 is a schematic diagram of a harmonic generator according to a first embodiment of the present invention. The laser light source 1 emits a laser beam. The laser light source 1 is, for example, a continuous wave (CW oscillation) Nd: YAG laser oscillator,
The oscillation wavelength is 1064 nm. Optical fiber 2
The laser beam emitted from the laser light source 1 is guided. As the laser light source 1, an Nd: YLF laser oscillator or an Nd: YVO 4 laser oscillator can be used.
【００１９】重ね合わせ光学系５が、小凸レンズ３Ａ、
３Ｂ及び大凸レンズ４を含んで構成される。光ファイバ
２の出射端から出射した発散レーザビームが、重ね合わ
せ光学系５の小凸レンズ３Ａに入射する。小凸レンズ３
Ａは、入射する発散レーザビームをコリメートする。小
凸レンズ３Ａで集束されたレーザビームが、大凸レンズ
４の、光軸からずれた位置に入射する。The superposing optical system 5 includes a small convex lens 3A,
3B and the large convex lens 4 are included. The divergent laser beam emitted from the emission end of the optical fiber 2 enters the small convex lens 3A of the superposing optical system 5. Small convex lens 3
A collimates the incoming divergent laser beam. The laser beam focused by the small convex lens 3A is incident on the large convex lens 4 at a position deviated from the optical axis.
【００２０】大凸レンズ４で集束されたレーザビームＬ
Ｂ１が、波長変換素子６に入射する。波長変換素子６
は、例えばＫＴｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）、非臨界位相整合
条件（ＮＣＰＭ）のＫＴＰ、周期的分極反転型ＬｉＮｂ
Ｏ3（ＰＰＬＮ）等を用いることができる。波長変換素
子６は、レーザビームの入射する入射表面と、その反対
側の出射表面を有する。波長変換素子６は、入射表面か
ら入射したレーザビームＬＢ１の２倍高調波を発生さ
せ、高調波ビームを出射表面から出射する。高調波ビー
ムの波長は５３２ｎｍである。なお、波長変換されてい
ない波長未変換ビームも、出射表面から出射する。Laser beam L focused by the large convex lens 4
B1 enters the wavelength conversion element 6. Wavelength conversion element 6
Is, for example, KTiOPO 4 (KTP), KTP under non-critical phase matching condition (NCPM), periodically poled LiNb
O 3 (PPLN) or the like can be used. The wavelength conversion element 6 has an entrance surface on which the laser beam is incident and an exit surface on the opposite side. The wavelength conversion element 6 generates a second harmonic of the laser beam LB1 incident from the incident surface and emits the harmonic beam from the emitting surface. The wavelength of the harmonic beam is 532 nm. The wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted is also emitted from the emission surface.
【００２１】波長変換素子６から出射した波長未変換の
レーザビーム及び波長変換された高調波ビームが、凸レ
ンズ７に入射する。凸レンズ７は、入射したレーザビー
ムをコリメートする。コリメートされたレーザビームが
ダイクロイックミラー８に入射する。ダイクロイックミ
ラー８は、高調波ビームを透過させ、波長未変換のレー
ザビームを反射する。The wavelength-unconverted laser beam and the wavelength-converted harmonic beam emitted from the wavelength conversion element 6 enter the convex lens 7. The convex lens 7 collimates the incident laser beam. The collimated laser beam enters the dichroic mirror 8. The dichroic mirror 8 transmits the harmonic beam and reflects the laser beam whose wavelength has not been converted.
【００２２】ダイクロイックミラー８で反射したレーザ
ビームが、折返しミラー９で反射し、凸レンズ１０で集
束されて、帰還用光ファイバ１１に入射する。帰還用光
ファイバ１１の出射端から出射したレーザビームが、重
ね合わせ光学系５の小凸レンズ３Ｂに入射する。小凸レ
ンズ３Ｂでコリメートされたレーザビームが、大凸レン
ズ４に入射する。この入射位置は、レーザ光源１から出
射したレーザビームが、大凸レンズ４に最初に入射する
位置から離れている。The laser beam reflected by the dichroic mirror 8 is reflected by the folding mirror 9, is focused by the convex lens 10, and enters the optical fiber 11 for return. The laser beam emitted from the emission end of the feedback optical fiber 11 enters the small convex lens 3B of the superposing optical system 5. The laser beam collimated by the small convex lens 3B enters the large convex lens 4. This incident position is apart from the position where the laser beam emitted from the laser light source 1 first enters the large convex lens 4.
【００２３】大凸レンズ４で集束されたレーザビームＬ
Ｂ２が、波長変換素子６の入射表面に再入射する。この
ように、ダイクロイックイミラー８、折返しミラー９、
凸レンズ１０、及び帰還用光ファイバ１１が、波長未変
換のレーザビームを波長変換素子６に再入射させる帰還
光学系を構成している。小凸レンズ３Ａを透過したレー
ザビームＬＢ１を初期レーザビームと呼び、小凸レンズ
３Ｂを透過したレーザビームＬＢ２を、再入射レーザビ
ームと呼ぶこととする。Laser beam L focused by the large convex lens 4
B2 re-enters the incident surface of the wavelength conversion element 6. In this way, the dichroic mirror 8, folding mirror 9,
The convex lens 10 and the feedback optical fiber 11 constitute a feedback optical system that re-enters the wavelength-unconverted laser beam into the wavelength conversion element 6. The laser beam LB1 transmitted through the small convex lens 3A is called an initial laser beam, and the laser beam LB2 transmitted through the small convex lens 3B is called a re-incident laser beam.
【００２４】再入射レーザビームＬＢ２が波長変換され
ることによって発生した高調波ビームが、凸レンズ７で
コリメートされ、ダイクロイックミラー８を透過して、
外部に出射される。この高調波ビームは、初期レーザビ
ームＬＢ１が波長変換されることによって発生した高調
波ビームの伝搬方向と平行になる。The harmonic beam generated by wavelength conversion of the re-incident laser beam LB2 is collimated by the convex lens 7 and transmitted through the dichroic mirror 8.
It is emitted to the outside. This harmonic beam is parallel to the propagation direction of the harmonic beam generated by the wavelength conversion of the initial laser beam LB1.
【００２５】再入射レーザビームＬＢ２のうち波長変換
されなかったレーザビームは、再度帰還光学系を通っ
て、波長変換素子６に再入射する。このように、波長変
換されなかったレーザビームが、波長変換素子６への入
射を繰り返すことにより、波長変換効率を高めることが
できる。The laser beam of which the wavelength has not been converted out of the re-incident laser beam LB2 re-enters the wavelength conversion element 6 through the feedback optical system. In this way, the wavelength conversion efficiency can be increased by repeating the incidence of the laser beam that has not been wavelength-converted on the wavelength conversion element 6.
【００２６】初期レーザビームＬＢ１は、波長変換素子
６の入射表面に斜めに入射し、再入射レーザビームＬＢ
２は、波長変換素子６の入射表面に垂直入射する。一般
的に、波長変換素子６にレーザビームが垂直入射する
と、高い波長変換効率が得られ、斜め入射すると、波長
変換効率は低くなる。The initial laser beam LB1 is obliquely incident on the incident surface of the wavelength conversion element 6 and is re-incident laser beam LB.
2 is vertically incident on the incident surface of the wavelength conversion element 6. Generally, when the laser beam is vertically incident on the wavelength conversion element 6, high wavelength conversion efficiency is obtained, and when it is obliquely incident, the wavelength conversion efficiency is low.
【００２７】第１の実施例の場合には、初期レーザビー
ムＬＢ１が波長変換素子６に斜め入射するため、最大の
波長変換効率は得られない。しかし、再入射レーザビー
ムＬＢ２の入射条件が最適化されているため、再入射レ
ーザビームＬＢ２に対しては、高い波長変換効率が得ら
れる。このため、ある波長変換効率に到達するまでの再
入射の回数を少なくすることができる。これにより、ダ
イクロイックミラー８や帰還用光ファイバ１１による伝
搬ロスの影響を少なくすることができる。In the case of the first embodiment, since the initial laser beam LB1 is obliquely incident on the wavelength conversion element 6, the maximum wavelength conversion efficiency cannot be obtained. However, since the incident condition of the re-incident laser beam LB2 is optimized, high wavelength conversion efficiency can be obtained for the re-incident laser beam LB2. Therefore, it is possible to reduce the number of re-incidents until reaching a certain wavelength conversion efficiency. As a result, the influence of the propagation loss due to the dichroic mirror 8 and the feedback optical fiber 11 can be reduced.
【００２８】重ね合わせ光学系５は、初期レーザビーム
ＬＢ１と再入射レーザビームＬＢ２とを、波長変換素子
６の入射表面上または内部のある仮想平面上で重ね合わ
せる。一般に、波長変換素子６の波長変換効率は、それ
に入射するレーザビームのパワー密度が大きくなるに従
って増大する。初期レーザビームＬＢ１と再入射レーザ
ビームＬＢ２とを重ね合わせると、重ね合わせられた領
域のパワー密度が大きくなる。このため、波長変換効率
を、より高めることができる。The superposition optical system 5 superimposes the initial laser beam LB1 and the re-incident laser beam LB2 on the incident surface of the wavelength conversion element 6 or on a virtual plane inside thereof. Generally, the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion element 6 increases as the power density of the laser beam incident on it increases. When the initial laser beam LB1 and the re-incident laser beam LB2 are superposed, the power density of the superposed regions becomes large. Therefore, the wavelength conversion efficiency can be further increased.
【００２９】大凸レンズ４を配置することにより、小凸
レンズ３Ａ及び３Ｂの位置調節を簡単に行うことができ
る。大凸レンズ４を配置しない場合には、レーザビーム
ＬＢ１とＬＢ２との集光点が波長変換素子６内に位置す
るように、小凸レンズ３Ａ及び３Ｂの光軸調整を行う必
要がある。大凸レンズ４を配置すると、小凸レンズ３Ａ
及び３Ｂを通過したレーザビームが、大凸レンズ４に垂
直入射するように調節するのみでよい。By disposing the large convex lens 4, the positions of the small convex lenses 3A and 3B can be easily adjusted. When the large convex lens 4 is not arranged, it is necessary to adjust the optical axes of the small convex lenses 3A and 3B so that the focal points of the laser beams LB1 and LB2 are located inside the wavelength conversion element 6. When the large convex lens 4 is arranged, the small convex lens 3A
It is only necessary to adjust the laser beam that has passed through 3B and 3B so as to enter the large convex lens 4 vertically.
【００３０】図２に、第２の実施例による高調波発生装
置の概略図を示す。焦点距離ｆ1の凹面鏡２０と、焦点
距離ｆ2（ｆ2＜０）の凸面鏡２１とが、相互に対向する
ように配置されている。両者の間隔はｆ1＋ｆ2である。
レーザ光源１から出射し、コリメートされたレーザビー
ムＬＢ１０が、凸面鏡２１の脇を通過して凹面鏡２０に
入射する。レーザビームＬＢ１０の進行方向は、凹面鏡
２０の曲率中心と凸面鏡２１の曲率中心とを結ぶ中心軸
２３に平行である。凸面鏡２１がレーザビームＬＢ１０
を遮らないように、凸面鏡２１は凹面鏡２０よりも小さ
くされている。FIG. 2 shows a schematic diagram of a harmonic generator according to the second embodiment. A concave mirror 20 having a focal length f 1 and a convex mirror 21 having a focal length f 2 (f 2 <0) are arranged so as to face each other. The distance between them is f 1 + f 2 .
The laser beam LB10 emitted from the laser light source 1 and collimated passes through the side of the convex mirror 21 and enters the concave mirror 20. The traveling direction of the laser beam LB10 is parallel to the central axis 23 connecting the center of curvature of the concave mirror 20 and the center of curvature of the convex mirror 21. The convex mirror 21 uses the laser beam LB10.
The convex mirror 21 is made smaller than the concave mirror 20 so as not to block the light.
【００３１】レーザビームＬＢ１０は、凹面鏡２０で反
射し、集束ビームＬＢ１１となって凸面鏡２１に入射す
る。集束ビームＬＢ１１は、凸面鏡２１で反射し、中心
軸２３と平行な方向に進行する平行ビームＬＢ１２とな
る。凹面鏡２０と凸面鏡２１との間に波長変換素子２５
が配置されており、平行ビームＬＢ１２は、波長変換素
子２５に入射する。波長変換素子２５は、凸面鏡２１に
対向する入射表面と、凹面鏡２０に対向する出射表面と
を有する。入射表面及び出射表面は、中心軸２３に対し
て垂直である。このため、平行ビームＬＢ１２は、波長
変換素子２５の入射表面に垂直入射する。The laser beam LB10 is reflected by the concave mirror 20, becomes a focused beam LB11, and enters the convex mirror 21. The focused beam LB11 is reflected by the convex mirror 21 and becomes a parallel beam LB12 that travels in a direction parallel to the central axis 23. A wavelength conversion element 25 is provided between the concave mirror 20 and the convex mirror 21.
Are arranged, and the parallel beam LB12 enters the wavelength conversion element 25. The wavelength conversion element 25 has an entrance surface facing the convex mirror 21 and an exit surface facing the concave mirror 20. The entrance and exit surfaces are perpendicular to the central axis 23. Therefore, the parallel beam LB12 is vertically incident on the incident surface of the wavelength conversion element 25.
【００３２】波長変換素子２５は、レーザビーム２５の
波長を変換する。波長変換された高調波ビーム及び、波
長変換されなかった波長未変換ビームが、出射表面から
出射し、凹面鏡２０に入射する。凹面鏡２０の反射面は
ダイクロイックコーティングされており、波長未変換ビ
ームを反射し、高調波ビームを透過させる。The wavelength conversion element 25 converts the wavelength of the laser beam 25. The wavelength-converted harmonic beam and the non-wavelength-converted beam that have not been wavelength-converted emerge from the emission surface and enter the concave mirror 20. The reflecting surface of the concave mirror 20 is dichroic coated and reflects the unconverted wavelength beam and transmits the harmonic beam.
【００３３】波長変換されなかった波長未変換ビーム
は、凹面鏡２０で反射し、波長変換素子２５の出射表面
に斜め入射する。このため、パワー密度が同一であると
仮定すると、凹面鏡２０から凸面鏡２１へ向かうレーザ
ビームに対する波長変換効率は、凸面鏡２１から凹面鏡
２０へ向かうレーザビームに対する波長変換効率よりも
低い。The wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted is reflected by the concave mirror 20 and obliquely enters the emission surface of the wavelength conversion element 25. Therefore, assuming that the power densities are the same, the wavelength conversion efficiency for the laser beam traveling from the concave mirror 20 to the convex mirror 21 is lower than the wavelength conversion efficiency for the laser beam traveling from the convex mirror 21 to the concave mirror 20.
【００３４】また、波長変換素子２５内に、その入射表
面から垂直入射するビームに対して、波長変換効率が最
大になるように、波長変換素子２５の光軸方向の長さが
決定されている。波長変換素子２５に斜め入射するビー
ムの、波長変換素子２５内の光路長は、垂直入射するビ
ームの光路長よりも長くなり、最適光路長からずれる。
このため、光路長の観点でも、凹面鏡２０から凸面鏡２
１へ向かうレーザビームに対する波長変換効率が低くな
る。Further, the length of the wavelength conversion element 25 in the optical axis direction is determined so that the wavelength conversion efficiency is maximized for the beam vertically incident on the incident surface of the wavelength conversion element 25. . The optical path length in the wavelength conversion element 25 of the beam obliquely incident on the wavelength conversion element 25 is longer than the optical path length of the vertically incident beam, and deviates from the optimum optical path length.
Therefore, also from the viewpoint of the optical path length, the concave mirror 20 to the convex mirror 2
The wavelength conversion efficiency for the laser beam heading for 1 becomes low.
【００３５】波長変換素子２５を通過し、その入射表面
から出射した波長未変換ビームは、凸面鏡２１で反射し
て平行ビームとされ、波長変換素子２５の入射表面に再
入射する。このように、波長変換されなかった波長未変
換ビームが凹面鏡２０と凸面鏡２１との間を往復し、波
長変換素子２５に繰り返し入射することにより、波長変
換効率を高めることができる。凹面鏡２０を透過し、中
心軸２３に平行な方向に進行する高調波ビームが得られ
る。The wavelength-unconverted beam that has passed through the wavelength conversion element 25 and is emitted from the incident surface is reflected by the convex mirror 21 to be a parallel beam, and is re-incident on the incident surface of the wavelength conversion element 25. In this way, the wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted reciprocates between the concave mirror 20 and the convex mirror 21 and repeatedly enters the wavelength conversion element 25, whereby the wavelength conversion efficiency can be improved. A harmonic beam that passes through the concave mirror 20 and travels in a direction parallel to the central axis 23 is obtained.
【００３６】図２では、波長変換素子２５を凸面鏡２１
の近傍に配置した場合を示したが、凹面鏡２０と凸面鏡
２１との間の中心軸２３上のどの位置に配置してもよ
い。In FIG. 2, the wavelength conversion element 25 is shown as a convex mirror 21.
Although the case of arranging in the vicinity of is shown, it may be arranged at any position on the central axis 23 between the concave mirror 20 and the convex mirror 21.
【００３７】図３を参照して、第２の実施例の変形例に
ついて説明する。図３（Ａ）に示すように、レーザ光源
１から出射したレーザビームが、アキシコンレンズ２６
に入射する。アキシコンレンズ２６は、一対の円錐レン
ズを含んで構成され、入射ビームを、図３（Ｂ）に示す
ような円環状のビームに変換する。A modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, the laser beam emitted from the laser light source 1 is emitted from the axicon lens 26.
Incident on. The axicon lens 26 includes a pair of conical lenses, and converts the incident beam into an annular beam as shown in FIG. 3 (B).
【００３８】アキシコンレンズ２６を透過した円環状ビ
ームＬＢ１０が、凹面鏡２０に入射する。凸面鏡２１及
び波長変換素子２５は、円環状ビームＬＢ１０の中空部
分に配置されている。その他の構成は、第２の実施例の
構成と同様である。The annular beam LB10 transmitted through the axicon lens 26 enters the concave mirror 20. The convex mirror 21 and the wavelength conversion element 25 are arranged in the hollow portion of the annular beam LB10. The other structure is the same as that of the second embodiment.
【００３９】第２の実施例の変形例の場合には、出力さ
れる高調波ビームの断面内のプロファイルが、回転対称
になる。また、凹面鏡２０及び凸面鏡２１のほぼ全面を
有効利用することができる。In the case of the modification of the second embodiment, the profile in the cross section of the output harmonic beam has rotational symmetry. Further, almost the entire surfaces of the concave mirror 20 and the convex mirror 21 can be effectively used.
【００４０】図４に、本発明の第３の実施例による高調
波発生装置の概略図を示す。焦点距離ｆ3の第１の凹面
鏡３０と、焦点距離ｆ4の第２の凹面鏡３１とが、相互
に対向配置されている。焦点距離ｆ4は焦点距離ｆ3より
も短く、第１の凹面鏡３０と第２の凹面鏡３１との間隔
はｆ3＋ｆ4である。レーザ光源１から出射し、コリメー
トされたレーザビームＬＢ２０が、第２の凹面鏡３１の
脇を通って第１の凹面鏡３０に入射する。レーザビーム
ＬＢ２０の進行方向は、第１の凹面鏡３０の曲率中心と
第２の凹面鏡３１の曲率中心とを結ぶ中心軸３３と平行
である。第２の凹面鏡３１は、レーザビームＬＢ２０を
遮らないように、第１の凹面鏡３０よりも小さくされて
いる。FIG. 4 shows a schematic diagram of a harmonic generator according to a third embodiment of the present invention. A first concave mirror 30 having a focal length f 3, and a second concave mirror 31 having a focal length f 4, are arranged opposite to each other. The focal length f 4 is shorter than the focal length f 3, and the distance between the first concave mirror 30 and the second concave mirror 31 is f 3 + f 4 . The laser beam LB 20 emitted from the laser light source 1 and collimated passes through the side of the second concave mirror 31 and enters the first concave mirror 30. The traveling direction of the laser beam LB20 is parallel to the central axis 33 connecting the center of curvature of the first concave mirror 30 and the center of curvature of the second concave mirror 31. The second concave mirror 31 is made smaller than the first concave mirror 30 so as not to block the laser beam LB20.
【００４１】レーザビームＬＢ２０は、第１の凹面鏡３
０で反射し、集束ビームＬＢ２１となる。集束ビームＬ
Ｂ２１は、第１の凹面鏡３０の焦点に集光され、その後
は発散ビームとなって第２の凹面鏡３１に入射する。第
２の凹面鏡３１で反射したレーザビームＬＢ２２は、平
行光線束となり、中心軸３３と平行な方向に進行する。The laser beam LB20 is used for the first concave mirror 3
It is reflected at 0 and becomes a focused beam LB21. Focused beam L
B21 is focused on the focal point of the first concave mirror 30, and thereafter becomes a divergent beam and enters the second concave mirror 31. The laser beam LB22 reflected by the second concave mirror 31 becomes a bundle of parallel rays and travels in a direction parallel to the central axis 33.
【００４２】レーザビームＬＢ２２は、第１の凹面鏡３
０と第２の凹面鏡３１との間に配置された波長変換素子
３５の入射表面に垂直入射する。波長変換素子３５は、
入射したレーザビームＬＢ２２の波長を変換する。波長
が変換された高調波ビームと、波長変換されなかった波
長未変換ビームとが、波長変換素子３５の出射表面から
出射する。The laser beam LB22 is used for the first concave mirror 3
It is vertically incident on the incident surface of the wavelength conversion element 35 arranged between 0 and the second concave mirror 31. The wavelength conversion element 35 is
The wavelength of the incident laser beam LB22 is converted. The wavelength-converted harmonic beam and the non-wavelength-unconverted beam are emitted from the emission surface of the wavelength conversion element 35.
【００４３】この高調波ビームと波長未変換ビームと
は、第１の凹面鏡３０に入射する。第１の凹面鏡３０
は、波長未変換ビームを反射し、高調波ビームを透過さ
せる。第１の凹面鏡３０で反射した波長未変換ビーム
は、波長変換素子３５に斜め入射する。波長変換素子３
５を通過した波長未変換ビームは、第１の凹面鏡３０の
焦点に集光された後、第２の凹面鏡３１で反射し、平行
光線束となって、波長変換素子３５の入射表面に再度垂
直入射する。The harmonic beam and the unconverted wavelength beam are incident on the first concave mirror 30. First concave mirror 30
Reflects the unconverted wavelength beam and transmits the harmonic beam. The wavelength unconverted beam reflected by the first concave mirror 30 obliquely enters the wavelength conversion element 35. Wavelength conversion element 3
The wavelength-unconverted beam that has passed through 5 is focused on the focal point of the first concave mirror 30 and then reflected by the second concave mirror 31 to become a parallel light flux, which is perpendicular to the incident surface of the wavelength conversion element 35 again. Incident.
【００４４】このように、波長変換されなかった波長未
変換ビームが、第１の凹面鏡３０と第２の凹面鏡３１と
の間を往復し、波長変換素子３５に繰り返し入射するこ
とにより、波長変換効率を高めることが可能になる。In this way, the wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted reciprocates between the first concave mirror 30 and the second concave mirror 31 and repeatedly enters the wavelength conversion element 35, whereby the wavelength conversion efficiency is increased. Can be increased.
【００４５】波長変換素子３５は、中心軸３３上におい
て、第１の凹面鏡３０から第２の凹面鏡３１の方へｆ1
−ｆ2だけ進んだ位置よりも、第１の凹面鏡３０側に配
置することが好ましい。この位置においては、第１の凹
面鏡３０で反射したレーザビームＬＢ２１のパワー密度
が、当該レーザビームＬＢ２１が第２の凹面鏡３１で反
射して波長変換素子３５に入射するレーザビームＬＢ２
２のパワー密度よりも低い。このため、レーザビームＬ
Ｂ２２に対する波長変換効率に比べて、レーザビームＬ
Ｂ２１に対する波長変換効率を、より低くすることがで
きる。これにより、第１の凹面鏡３０を透過して外部に
出射する高調波ビームの強度を高めることができる。On the central axis 33, the wavelength conversion element 35 moves from the first concave mirror 30 toward the second concave mirror 31 by f 1
It is preferable to dispose it on the first concave mirror 30 side rather than the position advanced by -f 2 . At this position, the power density of the laser beam LB21 reflected by the first concave mirror 30 is the same as that of the laser beam LB21 reflected by the second concave mirror 31 and incident on the wavelength conversion element 35.
Lower than the power density of 2. Therefore, the laser beam L
Compared with the wavelength conversion efficiency for B22, the laser beam L
The wavelength conversion efficiency for B21 can be further reduced. As a result, the intensity of the harmonic beam that passes through the first concave mirror 30 and is emitted to the outside can be increased.
【００４６】図５（Ａ）に、本発明の第４の実施例によ
る高調波発生装置の概略図を示す。レーザ光源１、第１
の凹面鏡３０ａ、第２の凹面鏡３１ａの配置は、図４に
示した第３の実施例におけるレーザ光源１、第１の凹面
鏡３０、及び第２の凹面鏡３１の配置と同様である。第
４の実施例では、波長変換素子３５が、第１の凹面鏡３
０ａ及び第２の凹面鏡３１ａの共通の焦点の位置に配置
されている。また、第３の実施例では、第１の凹面鏡３
０ａが高調波ビームを透過させたが、第４の実施例では
第２の凹面鏡３１ａが高調波ビームを透過させる。FIG. 5A shows a schematic diagram of a harmonic generator according to the fourth embodiment of the present invention. Laser light source 1, first
The arrangement of the concave mirror 30a and the second concave mirror 31a is the same as the arrangement of the laser light source 1, the first concave mirror 30, and the second concave mirror 31 in the third embodiment shown in FIG. In the fourth embodiment, the wavelength conversion element 35 includes the first concave mirror 3
0a and the second concave mirror 31a are arranged at a common focal point. In addition, in the third embodiment, the first concave mirror 3
0a transmits the harmonic beam, but in the fourth embodiment, the second concave mirror 31a transmits the harmonic beam.
【００４７】第１の凹面鏡３０ａで反射したレーザビー
ムＬＢ２１が、波長変換素子３５の内部に集光される。
この集光点におけるパワー密度が高くなるため、高い波
長変換効率を実現することができる。波長変換された高
調波ビームは、発散光線束となり第２の凹面鏡３１ａを
透過する。第２の凹面鏡３１ａを透過した高調波ビーム
は、凸レンズ３６でコリメートされ、外部に出射され
る。The laser beam LB21 reflected by the first concave mirror 30a is condensed inside the wavelength conversion element 35.
Since the power density at this condensing point becomes high, high wavelength conversion efficiency can be realized. The wavelength-converted harmonic beam becomes a divergent ray bundle and passes through the second concave mirror 31a. The harmonic beam that has passed through the second concave mirror 31a is collimated by the convex lens 36 and is emitted to the outside.
【００４８】第４の実施例は、レーザビームのパワーが
低く、集束させなければ波長変換を行うのに十分なパワ
ー密度を得られない場合に特に有効である。図５（Ａ）
において、第２の凹面鏡３１ａから第１の凹面鏡３０ａ
に向かうレーザビームは集束されないため、このような
レーザビームに対する波長変換効率は低い。従って、第
１の凹面鏡３０ａから第２の凹面鏡３１ａに向かうレー
ザビームに対する波長変換が支配的となる。The fourth embodiment is particularly effective when the power of the laser beam is low and a power density sufficient for wavelength conversion cannot be obtained without focusing. Figure 5 (A)
At the second concave mirror 31a to the first concave mirror 30a
Since the laser beam heading for is not focused, the wavelength conversion efficiency for such a laser beam is low. Therefore, the wavelength conversion for the laser beam traveling from the first concave mirror 30a to the second concave mirror 31a becomes dominant.
【００４９】なお、凸レンズ３６と第２の凹面鏡３１ａ
とを、１つのメニスカス凸レンズとしてもよい。メニス
カス凸レンズの凹面側を第１の凹面鏡３０ａに向けて配
置する。凹面側に、基本波ビームを反射させ、高調波ビ
ームを透過させるコーティングを行えばよい。The convex lens 36 and the second concave mirror 31a
And may be one meniscus convex lens. The concave side of the meniscus convex lens is arranged so as to face the first concave mirror 30a. A coating for reflecting the fundamental wave beam and transmitting the higher harmonic wave beam may be provided on the concave surface side.
【００５０】図５（Ｂ）に示すように、波長変換素子３
５をレーザビームの集光点近傍にのみ配置してもよい。
このとき、第２の凹面鏡３１ａから第１の凹面鏡３０ａ
に向かうレーザビームが、波長変換素子３５を通過しな
いようにすることができる。As shown in FIG. 5B, the wavelength conversion element 3
5 may be arranged only near the converging point of the laser beam.
At this time, from the second concave mirror 31a to the first concave mirror 30a
It is possible to prevent the laser beam heading toward the wavelength conversion element 35 from passing through.
【００５１】次に、図６及び図７を参照して、上記実施
例による高調波発生装置を用いたレーザアニーリング装
置について説明する。Next, with reference to FIGS. 6 and 7, a laser annealing apparatus using the harmonic wave generating apparatus according to the above embodiment will be described.
【００５２】図６は、レーザアニーリング装置の概略図
を示す。レーザアニーリング装置は、処理チャンバ４
０、搬送チャンバ８２、搬出入チャンバ８３、８４、高
調波発生装置７１、ホモジナイザ７２、ＣＣＤカメラ８
８、及びビデオモニタ８９を含んで構成される。処理チ
ャンバ４０には、ベローズ６７、結合部材６３、６５、
リニアガイド機構６４及びリニアモータ６６等を含む直
動機構６０が取り付けられている。直動機構６０は、処
理チャンバ６０内に配置されたステージ４４を並進移動
させることができる。FIG. 6 shows a schematic diagram of a laser annealing apparatus. The laser annealing apparatus is used in the processing chamber 4
0, transfer chamber 82, transfer chambers 83, 84, harmonic generator 71, homogenizer 72, CCD camera 8
8 and a video monitor 89. The processing chamber 40 includes a bellows 67, coupling members 63, 65,
A linear motion mechanism 60 including a linear guide mechanism 64 and a linear motor 66 is attached. The linear motion mechanism 60 can translate the stage 44 arranged in the processing chamber 60.
【００５３】処理チャンバ４０と搬送チャンバ８２がゲ
ートバルブ８５を介して結合され、搬送チャンバ８２と
搬出入チャンバ８３、及び搬送チャンバ８２と搬出入チ
ャンバ８４が、それぞれゲートバルブ８６及び８７を介
して結合されている。処理チャンバ４０、搬出入チャン
バ８３及び８４には、それぞれ真空ポンプ９１、９２及
び９３が取り付けられ、各チャンバの内部を真空排気す
ることができる。The processing chamber 40 and the transfer chamber 82 are connected via a gate valve 85, and the transfer chamber 82 and the transfer chamber 83 and the transfer chamber 82 and the transfer chamber 84 are connected via gate valves 86 and 87, respectively. Has been done. Vacuum pumps 91, 92, and 93 are attached to the processing chamber 40 and the loading / unloading chambers 83 and 84, respectively, so that the inside of each chamber can be evacuated.
【００５４】搬送チャンバ８２内には、搬送用ロボット
９４が収容されている。搬送用ロボット９４は、処理チ
ャンバ４０、搬出入チャンバ８３及び８４の各チャンバ
相互間で処理基板を移送する。A transfer robot 94 is housed in the transfer chamber 82. The transfer robot 94 transfers the processing substrate between the processing chamber 40 and the loading / unloading chambers 83 and 84.
【００５５】処理チャンバ４０の上面に、レーザビーム
透過用の石英窓３８が設けられている。なお、石英の代
わりに、ＢＫ７等の可視光学ガラスを用いてもよい。連
続発振した高調波発生装置７１から出力されたレーザビ
ームがアッテネータ７６を通ってホモジナイザ７２に入
射する。ホモジナイザ７２は、レーザビームの断面形状
を細長い形状にする。ホモジナイザ７２を通過したレー
ザビームは、ビームの断面形状に対応した細長い石英窓
３８を透過し、処理チャンバ４０内のステージ４４上に
保持された処理基板を照射する。基板の表面がホモジナ
イズ面に一致するように、ホモジナイザ７２と処理基板
との相対位置が調節されている。A quartz window 38 for transmitting a laser beam is provided on the upper surface of the processing chamber 40. Note that visible optical glass such as BK7 may be used instead of quartz. The laser beam output from the harmonic generator 71 that is continuously oscillated enters the homogenizer 72 through the attenuator 76. The homogenizer 72 makes the cross-sectional shape of the laser beam an elongated shape. The laser beam that has passed through the homogenizer 72 passes through the elongated quartz window 38 corresponding to the cross-sectional shape of the beam, and irradiates the processing substrate held on the stage 44 in the processing chamber 40. The relative position between the homogenizer 72 and the processed substrate is adjusted so that the surface of the substrate coincides with the homogenized surface.
【００５６】直動機構６０によりステージ４４が並進移
動する方向は、石英窓３８の長尺方向に直交する向きで
ある。これにより、基板表面の広い領域にレーザビーム
を照射し、基板の表面上に形成されたアモルファス半導
体膜を多結晶化することができる。基板表面はＣＣＤカ
メラ８８により撮影され、処理中の基板表面をビデオモ
ニタ８９で観察することができる。The translational movement of the stage 44 by the linear motion mechanism 60 is perpendicular to the longitudinal direction of the quartz window 38. Thereby, a wide area of the substrate surface can be irradiated with the laser beam to polycrystallize the amorphous semiconductor film formed on the surface of the substrate. The surface of the substrate is photographed by the CCD camera 88, and the surface of the substrate being processed can be observed by the video monitor 89.
【００５７】次に、図７を参照して、図６に示したホモ
ジナイザ（均一化光学系）７２の構成及び作用について
説明する。ホモジナイザ７２に入射する光線束の光軸に
平行なｚ軸を有するｘｙｚ直交座標系を考える。図７
（Ａ）は、ｙｚ面に平行な断面図、図７（Ｂ）は、ｘｚ
面に平行な断面図を示す。Next, the structure and operation of the homogenizer (homogenizing optical system) 72 shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. Consider an xyz Cartesian coordinate system having az axis parallel to the optical axis of the bundle of rays incident on the homogenizer 72. Figure 7
7A is a cross-sectional view parallel to the yz plane, and FIG. 7B is xz.
A cross-sectional view parallel to the plane is shown.
【００５８】図７（Ａ）に示すように、等価な７本のシ
リンドリカルレンズが、各々の母線方向をｘ軸と平行に
し、かつｙ軸方向に配列し、ｘｙ面に平行な仮想平面に
沿ったシリンダアレイ４５Ａと４５Ｂが構成されてい
る。シリンダアレイ４５Ａ及び４５Ｂの各シリンドリカ
ルレンズの光軸面はｘｚ面に平行である。ここで、光軸
面とは、シリンドリカルレンズの面対称な結像系の対称
面のことを意味する。シリンダアレイ４５Ａは光の入射
側（図の左方）に配置され、シリンダアレイ４５Ｂは出
射側（図の右方）に配置されている。As shown in FIG. 7A, seven equivalent cylindrical lenses have their generatrix directions parallel to the x-axis and are arranged in the y-axis direction, and along an imaginary plane parallel to the xy plane. And cylinder arrays 45A and 45B. The optical axis plane of each cylindrical lens of the cylinder arrays 45A and 45B is parallel to the xz plane. Here, the optical axis plane means the plane of symmetry of the imaging system that is plane-symmetrical to the cylindrical lens. The cylinder array 45A is arranged on the light incident side (left side in the drawing), and the cylinder array 45B is arranged on the emitting side (right side in the drawing).
【００５９】図７（Ｂ）に示すように、等価な７本のシ
リンドリカルレンズが各々の母線方向をｙ軸と平行に
し、かつｘ軸方向に配列し、ｘｙ面に平行な仮想平面に
沿ったシリンダアレイ４６Ａと４６Ｂが構成されてい
る。シリンダアレイ４６Ａ及び４６Ｂの各シリンドリカ
ルレンズの光軸面はｙｚ面に平行である。シリンダアレ
イ４６Ａはシリンダアレイ４５Ａの前方（図の左方）に
配置され、シリンダアレイ４６Ｂはシリンダアレイ４５
Ａと４５Ｂとの間に配置されている。シリンダアレイ４
５Ａと４５Ｂの対応するシリンドリカルレンズの光軸面
は一致し、シリンダアレイ４６Ａと４６Ｂの対応するシ
リンドリカルレンズの光軸面も一致する。As shown in FIG. 7B, seven equivalent cylindrical lenses have their generatrix directions parallel to the y-axis and are arranged in the x-axis direction, along an imaginary plane parallel to the xy plane. Cylinder arrays 46A and 46B are configured. The optical axis plane of each cylindrical lens of the cylinder arrays 46A and 46B is parallel to the yz plane. The cylinder array 46A is arranged in front of the cylinder array 45A (to the left of the drawing), and the cylinder array 46B is arranged in the cylinder array 45.
It is arranged between A and 45B. Cylinder array 4
The optical axis planes of the corresponding cylindrical lenses of 5A and 45B coincide, and the optical axis planes of the corresponding cylindrical lenses of cylinder arrays 46A and 46B also coincide.
【００６０】シリンダアレイ４５Ｂの後方に、集束レン
ズ４９が配置されている。集束レンズ４９の光軸は、ｚ
軸に平行である。A focusing lens 49 is arranged behind the cylinder array 45B. The optical axis of the focusing lens 49 is z
Parallel to the axis.
【００６１】図７（Ａ）を参照して、ｙｚ面内に関する
光線束の伝搬の様子を説明する。ｙｚ面内においては、
シリンダアレイ４６Ａ及び４６Ｂは単なる平板であるた
め、光線束の集束、発散に影響を与えない。シリンダア
レイ４６Ａの左方からｚ軸に平行な光軸を有する平行光
線束４７がシリンダアレイ４６Ａに入射する。平行光線
束４７は、例えば曲線５１ｙで示すように、中央部分で
強く周辺部分で弱い光強度分布を有する。With reference to FIG. 7 (A), the manner in which the ray bundle propagates in the yz plane will be described. In the yz plane,
Since the cylinder arrays 46A and 46B are simply flat plates, they do not affect the focusing and divergence of the light beam. A bundle of parallel rays 47 having an optical axis parallel to the z-axis is incident on the cylinder array 46A from the left of the cylinder array 46A. The parallel light bundle 47 has a light intensity distribution that is strong in the central portion and weak in the peripheral portion, as shown by a curve 51y, for example.
【００６２】平行光線束４７がシリンダアレイ４６Ａを
透過し、シリンダアレイ４５Ａに入射する。入射光線束
は、シリンダアレイ４５Ａにより各シリンドリカルレン
ズに対応した７つの集束光線束に分割される。図７
（Ａ）では、中央と両端の光線束のみを代表して示して
いる。７つの集束光線束は、それぞれ曲線５１ｙａ〜５
１ｙｇで示す光強度分布を有する。シリンダアレイ４５
Ａによって集束された光線束は、シリンダアレイ４５Ｂ
により再度集束される。The parallel light bundle 47 passes through the cylinder array 46A and enters the cylinder array 45A. The incident ray bundle is divided into seven focused ray bundles corresponding to each cylindrical lens by the cylinder array 45A. Figure 7
In (A), only the light fluxes at the center and both ends are shown as a representative. The seven focused ray bundles are curves 51ya-5, respectively.
It has a light intensity distribution represented by 1 yg. Cylinder array 45
The bundle of rays focused by A is the cylinder array 45B.
Will be focused again.
【００６３】シリンダアレイ４５Ｂにより集束した７つ
の集束光線束４８は、それぞれ集束レンズ４９の前方で
結像する。この結像位置は、集束レンズ４９の入射側焦
点よりもレンズに近い。このため、集束レンズ４９を透
過した７つの光線束はそれぞれ発散光線束となり、ホモ
ジナイズ面５０上において重なる。ホモジナイズ面５０
を照射する７つの光線束のｙ軸方向の光強度分布は、そ
れぞれ光強度分布５１ｙａ〜５１ｙｇをｙ軸方向に引き
伸ばした分布に等しい。光強度分布５１ｙａと５１ｙ
ｇ、５１ｙｂと５１ｙｆ、５１ｙｃと５１ｙｅは、それ
ぞれｙ軸方向に関して反転させた関係を有するため、こ
れらの光線束を重ね合わせた光強度分布は、実線５２ｙ
で示すように均一な分布に近づく。The seven focused light bundles 48 focused by the cylinder array 45B are imaged in front of the focusing lens 49, respectively. This image forming position is closer to the focusing lens 49 than the incident side focal point of the focusing lens 49. Therefore, the seven ray bundles that have passed through the converging lens 49 become divergent ray bundles and overlap on the homogenizing surface 50. Homogenized surface 50
The light intensity distributions in the y-axis direction of the seven ray bundles irradiating with are equal to distributions obtained by extending the light intensity distributions 51ya to 51yg in the y-axis direction. Light intensity distribution 51ya and 51y
Since g, 51yb and 51yf, and 51yc and 51ye have a relationship in which they are inverted with respect to the y-axis direction, the light intensity distribution obtained by superimposing these ray bundles is a solid line 52y.
It approaches a uniform distribution as shown by.
【００６４】図７（Ｂ）を参照して、ｘｚ面内に関する
光線束の伝搬の様子を説明する。ｘｚ面内においては、
シリンダアレイ４５Ａ及び４５Ｂは単なる平板であるた
め、光線束の集束、発散に影響を与えない。平行光線束
４７がシリンダアレイ４６Ａに入射する。平行光線束４
７は、例えば曲線５１ｘで示すように、中央部分で強く
周辺部分で弱い光強度分布を有する。With reference to FIG. 7B, the manner of propagation of the ray bundle in the xz plane will be described. In the xz plane,
Since the cylinder arrays 45A and 45B are simply flat plates, they do not affect the focusing and divergence of the light beam. The bundle of parallel rays 47 enters the cylinder array 46A. Parallel ray bundle 4
7 has a light intensity distribution that is strong in the central portion and weak in the peripheral portion, as shown by a curve 51x, for example.
【００６５】平行光線束４７がシリンダアレイ４６Ａに
より各シリンドリカルレンズに対応した７つの集束光線
束に分割される。図７（Ｂ）では、中央と両端の光線束
のみを代表して示している。７つの集束光線束は、それ
ぞれ曲線５１ｘａ〜５１ｘｇで示す光強度分布を有す
る。The parallel light bundle 47 is divided by the cylinder array 46A into seven focused light bundles corresponding to the respective cylindrical lenses. In FIG. 7B, only the light fluxes at the center and both ends are shown as a representative. The seven focused ray bundles each have a light intensity distribution indicated by curves 51xa to 51xg.
【００６６】各光線束は、シリンダアレイ４６Ｂの前方
で結像し、発散光線束となってシリンダアレイ４６Ｂに
入射する。シリンダアレイ４６Ｂに入射した各光線束
は、それぞれある出射角を持って出射し、集束レンズ４
９に入射する。Each ray bundle forms an image in front of the cylinder array 46B and becomes a divergent ray bundle and enters the cylinder array 46B. Each ray bundle that has entered the cylinder array 46B exits with a certain exit angle, and the focusing lens 4
It is incident on 9.
【００６７】集束レンズ４９を透過した７つの光線束は
それぞれ集束光線束となり、ホモジナイズ面５０上にお
いて重なる。ホモジナイズ面５０を照射する７つの光線
束のｘ軸方向の光強度分布は、図７（Ａ）の場合と同様
に実線５２ｘで示すように均一な分布に近づく。The seven ray bundles that have passed through the focusing lens 49 become focused ray bundles, which overlap on the homogenizing surface 50. The light intensity distribution in the x-axis direction of the seven ray bundles that illuminate the homogenized surface 50 approaches a uniform distribution as indicated by the solid line 52x, as in the case of FIG. 7A.
【００６８】ホモジナイズ面５０上の光照射領域は、ｙ
軸方向に長く、ｘ軸方向に短い線状の形状を有する。ホ
モジナイズ面５０の位置に、被照射物の表面を配置する
ことにより、その表面内のｙ軸方向に長い線状の領域
を、ほぼ均一に照射することができる。The light irradiation area on the homogenized surface 50 is y
It has a linear shape that is long in the axial direction and short in the x-axis direction. By disposing the surface of the object to be irradiated at the position of the homogenized surface 50, it is possible to substantially uniformly irradiate a linear region long in the y-axis direction within the surface.
【００６９】波長変換効率の高い高調波発生装置７１を
用いているため、処理基板の表面において、従来の高調
波発生装置では困難であった高いパワー密度の高調波ビ
ームを得ることができる。レーザ光源として、固体レー
ザを用いることができるため、ガスレーザを用いる場合
に比べて、レーザビームのパワーの時間変動を小さく
し、かつビーム照射位置の安定度を高めることができ
る。Since the harmonic generator 71 having a high wavelength conversion efficiency is used, it is possible to obtain a harmonic beam having a high power density on the surface of the processing substrate, which is difficult with the conventional harmonic generator. Since a solid-state laser can be used as the laser light source, it is possible to reduce the time variation of the power of the laser beam and increase the stability of the beam irradiation position, as compared with the case of using a gas laser.
【００７０】上記実施例では、アモルファスシリコン膜
を多結晶化する場合を例に説明したが、その他のアモル
ファス半導体膜を多結晶する場合にも、上記実施例が応
用可能である。例えば、Ｇｅ、ＳｉＧｅ等を多結晶化す
る場合にも適用できるであろう。In the above embodiment, the case where the amorphous silicon film is polycrystallized has been described as an example, but the above embodiment can be applied to the case where other amorphous semiconductor films are polycrystallized. For example, it may be applicable to the case of polycrystallizing Ge, SiGe and the like.
【００７１】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれら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。The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
【００７２】[0072]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
波長変換素子を通過したレーザビームのうち、波長変換
されなかったレーザビームを、再度波長変換素子に入射
させることにより、波長変換効率を高めることができ
る。As described above, according to the present invention,
The wavelength conversion efficiency can be increased by re-entering the laser beam that has not been wavelength-converted among the laser beams that have passed through the wavelength conversion element into the wavelength conversion element.
【図１】 本発明の第１の実施例による高調波発生装置
の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a harmonic generator according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 本発明の第２の実施例による高調波発生装置
の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a harmonic generator according to a second embodiment of the present invention.
【図３】 本発明の第２の実施例の変形例による高調波
発生装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a harmonic generator according to a modification of the second embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の第３の実施例による高調波発生装置
の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a harmonic generator according to a third embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の第４の実施例による高調波発生装置
の概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a harmonic generator according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】 実施例による高調波発生装置を用いたレーザ
アニーリング装置の概略図である。FIG. 6 is a schematic view of a laser annealing device using a harmonic wave generating device according to an embodiment.
【図７】 レーザアニーリング装置に用いられているホ
モジナイザの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a homogenizer used in a laser annealing apparatus.
１ レーザ光源 ２ 光ファイバ ３Ａ、３Ｂ 小凸レンズ ４ 大凸レンズ ５ 重ね合わせ光学系 ６、２５、３５ 波長変換素子 ７ 凸レンズ ８ ダイクロイックミラー ９ 折り返しミラー １０、３６ 凸レンズ １１ 帰還用光ファイバ ２０、３０、３０ａ、３１、３１ａ 凹面鏡 ２１ 凸面鏡 ２３、３３ 中心軸 ２６ アキシコンレンズ ３８ 石英窓 ４０ 処理チャンバ ４４ ステージ ６０ 直動機構 ６３、６５ 結合部材 ６４ リニアガイド機構 ６６ リニアモータ ６７ ベローズ ７１ 高調波発生装置 ７２ ホモジナイザ ７６ アッテネータ ８２ 搬送チャンバ ８３、８４ 搬出入チャンバ ８５、８６、８７ ゲートバルブ ８８ ＣＣＤカメラ ８９ ビデオモニタ ９１、９２、９３ 真空ポンプ ９４ 搬送用ロボット 1 laser light source 2 optical fiber 3A, 3B Small convex lens 4 large convex lens 5 Superposition optical system 6, 25, 35 Wavelength conversion element 7 convex lens 8 dichroic mirror 9 folding mirror 10, 36 convex lens 11 Optical fiber for return 20, 30, 30a, 31, 31a concave mirror 21 convex mirror 23, 33 central axis 26 axicon lens 38 quartz window 40 processing chamber 44 stages 60 Linear motion mechanism 63, 65 coupling member 64 linear guide mechanism 66 linear motor 67 Bellows 71 Harmonic generator 72 Homogenizer 76 Attenuator 82 Transport chamber 83, 84 loading / unloading chamber 85, 86, 87 Gate valve 88 CCD camera 89 video monitor 91, 92, 93 Vacuum pump 94 Transport robot
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2K002 AA07 AB12 BA01 CA02 CA03 EA30 GA07 HA20 4E068 AH00 CA04 CD05 CD08 DA10 5F052 AA02 BA04 BB04 BB07 DA02 DA03 Continued front page F term (reference) 2K002 AA07 AB12 BA01 CA02 CA03 EA30 GA07 HA20 4E068 AH00 CA04 CD05 CD08 DA10 5F052 AA02 BA04 BB04 BB07 DA02 DA03
Claims (21)
ザ光源から出射したレーザビームが該入射表面から入射
し、入射したレーザビームの波長が変換された高調波ビ
ームと、波長変換されていない波長未変換ビームとを、
該出射表面から出射する波長変換素子と、 前記波長変換素子の前記出射表面から出射した波長未変
換ビームを、前記波長変換素子の入射表面から再入射さ
せる帰還光学系とを有する高調波発生装置。1. A laser light source that emits a laser beam, an incident surface, and an emission surface on the opposite side of the incident surface. The laser beam emitted from the laser light source is incident from the incident surface, and the incident laser beam A harmonic beam whose wavelength has been converted and a non-wavelength converted beam that has not been wavelength converted,
A harmonic generation device comprising: a wavelength conversion element emitted from the emission surface; and a feedback optical system that re-enters the wavelength-unconverted beam emitted from the emission surface of the wavelength conversion element from the incidence surface of the wavelength conversion element.
換ビームの第１の入射角と、前記波長変換素子に入射す
る最初のレーザビームの第２の入射角とを対比すると、
レーザビームを前記波長変換素子に該第１の入射角で入
射させたときの波長変換効率が、同一のパワー密度のレ
ーザビームを該第２の入射角で入射させたときの波長変
換効率よりも高くなるように、該第１の入射角及び第２
の入射角が設定されている請求項１に記載の高調波発生
装置。2. When the first incident angle of the unconverted wavelength beam that is re-incident on the wavelength conversion element is compared with the second incident angle of the first laser beam that is incident on the wavelength conversion element:
The wavelength conversion efficiency when a laser beam is incident on the wavelength conversion element at the first incident angle is higher than the wavelength conversion efficiency when a laser beam having the same power density is incident at the second incident angle. The first incident angle and the second
The harmonic generation device according to claim 1, wherein an incident angle of is set.
換ビームを前記高調波ビームから分岐させる分岐光学系
と、 前記分岐光学系により分岐した前記波長未変換ビーム
を、前記波長変換素子の入射表面まで導波させる光ファ
イバとを含む請求項１または２に記載の高調波発生装
置。3. The branching optical system, wherein the feedback optical system branches the unconverted wavelength beam emitted from the exit surface of the wavelength conversion element from the harmonic beam, and the unconverted wavelength branched by the branching optical system. The harmonic generation device according to claim 1, further comprising: an optical fiber that guides the beam to an incident surface of the wavelength conversion element.
ザ光源から出射したレーザビームとを、前記波長変換素
子の入射表面上または内部の仮想面上で重ね合わせる重
ね合わせ光学系を含む請求項３に記載の高調波発生装
置。4. A superposition optical system for superposing a laser beam emitted from the optical fiber and a laser beam emitted from the laser light source on an incident surface of the wavelength conversion element or an internal virtual surface. The harmonic generation device according to claim 3, comprising.
反射鏡であって、前記レーザ光源から出射したレーザビ
ームが、一方の反射鏡の脇を通って他方の反射鏡に入射
し、入射したレーザビームが該第１の反射鏡と第２の反
射鏡との間を往復するように配置されている第１及び第
２の反射鏡と、 前記第１の反射鏡と第２の反射鏡との間を往復するレー
ザビームの通過する位置に配置され、入射したレーザビ
ームの波長が変換された高調波ビーム、及び波長変換さ
れていない波長未変換ビームを出射する波長変換素子と
を有し、前記第１の反射鏡と第２の反射鏡とは、共に前
記波長未変換ビームを反射し、少なくとも一方の反射鏡
は前記高調波ビームを透過させる高調波発生装置。5. A laser light source for emitting a laser beam, and a first reflecting mirror and a second reflecting mirror arranged so as to face each other, wherein the laser beam emitted from the laser light source is one of The first and second reflecting mirrors are arranged so as to pass through the side of the reflecting mirror and enter the other reflecting mirror, and the incident laser beam reciprocates between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror. It is arranged at a position where a laser beam passing back and forth between the reflecting mirror and the first reflecting mirror and the second reflecting mirror passes, and a harmonic beam in which the wavelength of the incident laser beam is converted, and a wavelength-converted A wavelength conversion element that emits an unconverted wavelength beam, the first reflecting mirror and the second reflecting mirror both reflect the unconverted wavelength beam, and at least one reflecting mirror is the harmonic A harmonic generator that transmits a wave beam.
ムが、前記波長変換素子に斜め入射し、前記第２の反射
鏡で反射した第２のレーザビームが、該波長変換素子に
垂直入射するように、該第１の反射鏡、第２の反射鏡、
及び波長変換素子が配置され、該第１の反射鏡が前記高
調波ビームを透過させる請求項５に記載の高調波発生装
置。6. The laser beam reflected by the first reflecting mirror is obliquely incident on the wavelength conversion element, and the second laser beam reflected by the second reflecting mirror is perpendicularly incident on the wavelength conversion element. So that the first reflector, the second reflector,
And a wavelength conversion element, wherein the first reflecting mirror transmits the harmonic beam.
ーザビームを、ビーム断面が環状のビームに変換する変
換光学系を有し、 前記第１の及び第２の反射鏡の一方が、前記環状断面を
有するビームの中空部に配置されており、当該反射鏡の
周辺を通過した環状断面を有するビームが他方の反射鏡
に入射する請求項５に記載の高調波発生装置。7. A conversion optical system for converting a laser beam emitted from the laser light source into a beam having an annular cross section, wherein one of the first and second reflecting mirrors has the annular cross section. 6. The harmonic wave generating device according to claim 5, wherein the beam having an annular cross section, which is disposed in the hollow portion of the beam having the above and has passed through the periphery of the reflecting mirror, is incident on the other reflecting mirror.
第２の反射鏡が凹面鏡または凸面鏡であり、前記第１の
レーザビームが集束光線束であり、前記第２のレーザビ
ームが平行光線束である請求項６または７に記載の高調
波発生装置。8. The first reflecting mirror is a concave mirror, the second reflecting mirror is a concave mirror or a convex mirror, the first laser beam is a focused ray bundle, and the second laser beam is parallel. The harmonic generation device according to claim 6 or 7, which is a bundle of rays.
置に配置された凹反射面を有する第１の反射鏡と、 前記第１の反射鏡に対向する曲面の反射面を有する第２
の反射鏡であって、前記レーザ光源から出射したレーザ
ビームが該第２の反射鏡の脇を通過して前記第１の反射
鏡に入射し、前記第１の反射鏡に入射したレーザビーム
が、該第１の反射鏡と該第２の反射鏡との間を往復する
ように配置された第２の反射鏡と、 前記第１の反射鏡と第２の反射鏡との間を往復するレー
ザビームのうち、該第２の反射鏡から第１の反射鏡へ向
かうレーザビームが入射する位置に配置され、入射した
レーザビームの波長が変換された高調波ビームと、波長
変換されていない波長未変換ビームとを出射する波長変
換素子とを有する高調波発生装置。9. A laser light source for emitting a laser beam, a first reflecting mirror having a concave reflecting surface arranged at a position where the laser beam emitted from the laser light source enters, and a first reflecting mirror facing the first reflecting mirror. Second having a curved reflecting surface
A laser beam emitted from the laser light source passes through a side of the second reflecting mirror and is incident on the first reflecting mirror, and the laser beam incident on the first reflecting mirror is , A second reflecting mirror arranged so as to reciprocate between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror, and reciprocating between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror Among the laser beams, the laser beam traveling from the second reflecting mirror to the first reflecting mirror is disposed at a position where the laser beam is incident, and the harmonic beam in which the wavelength of the incident laser beam is converted and the wavelength in which the wavelength is not converted A harmonic generation device having a wavelength conversion element that emits an unconverted beam.
あり、前記第２の反射鏡が焦点距離ｆ2（ｆ2＜０）の凸
反射面を有し、両者の間隔がｆ1＋ｆ2である請求項９に
記載の高調波発生装置。10. The focal length of the first reflecting mirror is f 1 , the second reflecting mirror has a convex reflecting surface with a focal length f 2 (f 2 <0), and the distance between them is f. The harmonic generator according to claim 9, wherein the harmonic generator is 1 + f 2 .
あり、前記第２の反射鏡が焦点距離ｆ2の凹反射面を有
し、両者の間隔がｆ1＋ｆ2である請求項９に記載の高調
波発生装置。11. The focal length of the first reflecting mirror is f 1 , the second reflecting mirror has a concave reflecting surface with a focal length f 2 , and the distance between them is f 1 + f 2. Item 9. The harmonic generator according to item 9.
鏡に向かって距離ｆ 1−ｆ2だけ進んだ位置よりも前記第
１の反射鏡側に、前記波長変換素子が配置されている請
求項１１に記載の高調波発生装置。12. The second reflection from the first reflecting mirror
Distance f towards the mirror 1-F2Just above the advanced position
The wavelength conversion element is arranged on the reflection mirror side of No. 1
The harmonic generator according to claim 11.
の反射鏡へ向かう第１のレーザビームが、前記波長変換
素子に斜め入射し、該第１のレーザビームが前記第２の
反射鏡で反射して第１の反射鏡へ向かう第２のレーザビ
ームが、前記波長変換素子に垂直入射する請求項１０〜
１２のいずれかに記載の高調波発生装置。13. The second reflecting mirror is reflected by the first reflecting mirror.
Second laser beam directed toward the first reflecting mirror is obliquely incident on the wavelength conversion element, and the first laser beam is reflected by the second reflecting mirror and directed toward the first reflecting mirror. Is incident vertically on the wavelength conversion element.
13. The harmonic generator according to any one of 12.
ビームを反射し、前記高調波ビームを透過させる請求項
９〜１３のいずれかに記載の高調波発生装置。14. The harmonic generator according to claim 9, wherein the first reflecting mirror reflects the wavelength unconverted beam and transmits the harmonic beam.
鏡と第２の反射鏡との共焦点位置に配置されている請求
項１１に記載の高調波発生装置。15. The harmonic generator according to claim 11, wherein the wavelength conversion element is arranged at a confocal position between the first reflecting mirror and the second reflecting mirror.
一回ずつ反射し、前記第２の反射鏡から第１の反射鏡へ
向かうレーザビームが前記波長変換素子に入射しないよ
うに、該波長変換素子が配置されている請求項１５に記
載の高調波発生装置。16. The laser beam reflected by the first reflecting mirror and the second reflecting mirror once, and traveling from the second reflecting mirror to the first reflecting mirror does not enter the wavelength conversion element. The harmonic generation device according to claim 15, wherein the wavelength conversion element is arranged.
ビームを反射し、前記高調波ビームを透過させ、さら
に、前記第２の反射鏡を透過した高調波ビームをコリメ
ートする集光光学素子を有する請求項１５に記載の高調
波発生装置。17. The condensing optics wherein the second reflecting mirror reflects the wavelength-unconverted beam, transmits the harmonic beam, and further collimates the harmonic beam passing through the second reflecting mirror. The harmonic generation device according to claim 15, further comprising an element.
調波発生装置と、 前記高調波発生装置から出射した高調波ビームのパワー
密度を均一化するとともに、該高調波ビームのビーム断
面形状を一方向に長い形状に長尺化する均一化光学系
と、 前記均一化光学系により均一化され、長尺化された高調
波ビームの入射する位置に、被照射物を保持するステー
ジとを有するレーザアニール装置。18. The harmonic generator according to claim 1, wherein the power density of the harmonic beam emitted from the harmonic generator is made uniform, and the beam cross-sectional shape of the harmonic beam. And a stage for holding the irradiation target at a position where the lengthened harmonic beam is made uniform by the homogenization optical system and is made uniform by the homogenization optical system. A laser annealing device having.
表面に入射させ、該入射表面とは反対側の出射表面か
ら、波長変換された第１の高調波ビームと、波長変換さ
れていない第１の波長未変換ビームとを出射させる工程
と、 前記第１の波長未変換ビームを、前記波長変換素子内を
通過させることなく該波長変換素子の前記入射表面に入
射させ、波長変換された第２の高調波ビームと、波長変
換されていない第２の波長未変換ビームとを、前記出射
表面から出射させる工程とを有する高調波発生方法。19. A laser beam is made incident on an incident surface of a wavelength conversion element, and a wavelength-converted first harmonic beam and a wavelength-unconverted first harmonic beam are emitted from an emission surface opposite to the incident surface. The step of emitting the wavelength-unconverted beam of the first wavelength-converted beam, the first wavelength-unconverted beam being incident on the incident surface of the wavelength-converting element without passing through the wavelength-converting element, And a second wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted, is emitted from the emission surface.
に、その第１の表面から斜め入射させ、該第１の表面と
は反対側の第２の表面から第２のレーザビームを出射さ
せる工程と、 前記第２のレーザビームを反射して、前記波長変換素子
の第２の表面に垂直入射させ、波長変換された高調波ビ
ームと、波長変換されなかった波長未変換ビームとを、
前記第１の表面から出射させる工程と、 前記波長未変換ビームを反射して、前記波長変換素子
に、その第１の表面から斜め入射させ、第２の表面から
出射させる工程と、 前記第２の表面から出射した波長未変換ビームを反射し
て、前記波長変換素子に、その第２の表面から垂直入射
させる工程とを有する高調波発生方法。20. A step of causing a first laser beam to obliquely enter a wavelength conversion element from its first surface, and emitting a second laser beam from a second surface opposite to the first surface. And a second harmonic beam that has been wavelength-converted and a non-wavelength-converted beam that has been wavelength-converted by causing the second laser beam to be reflected and vertically incident on the second surface of the wavelength conversion element.
Emitting the light from the first surface; reflecting the wavelength-unconverted beam, allowing the wavelength conversion element to obliquely enter the wavelength conversion element from the first surface, and emitting the light from the second surface; Of the wavelength-unconverted beam emitted from the surface of the above, and vertically incident on the wavelength conversion element from the second surface thereof.
長変換素子に、その第１の表面から入射させて該波長変
換素子の内部に集光させ、波長変換された第１の高調波
ビームと、波長変換されていない第１の波長未変換ビー
ムとを、該第１の表面とは反対側の第２の表面から出射
させる工程と、 前記第１の波長未変換ビームを反射し、前記波長変換素
子に、その第２の表面から入射させ、該波長変換素子の
内部で集光させることなく、前記第１の表面から第２の
波長未変換ビームを出射させる工程と、 前記第２の波長未変換ビームを反射して集束光線束と
し、前記波長変換素子に、その第１の表面から入射させ
て該波長変換素子の内部に集光させ、波長変換された第
２の高調波ビームと、波長変換されていない第２の波長
未変換ビームとを、前記第２の表面から出射させる工程
とを有する高調波発生方法。21. A laser beam, which is a focused light beam, is made incident on a wavelength conversion element from its first surface to be condensed inside the wavelength conversion element, and a wavelength-converted first harmonic beam is generated. A step of emitting a first wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted from a second surface opposite to the first surface, and a step of reflecting the first wavelength-unconverted beam to obtain the wavelength A step of causing a second element to enter the conversion element from its second surface and emitting a second unconverted wavelength beam from the first surface without condensing inside the wavelength conversion element; and the second wavelength. The unconverted beam is reflected to form a focused ray bundle, which is made incident on the wavelength conversion element from its first surface to be condensed inside the wavelength conversion element, and the wavelength-converted second harmonic beam, A second wavelength-unconverted beam that has not been wavelength-converted, Serial harmonic generation method and a step of emitting from the second surface.
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