JP2004063924A - レーザアニール方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高分子材料で形成した基板上のアモルファスシリコン薄膜を良好にアニーリングしてポリシリコン化するレーザアニール方法を提供する。
【解決手段】波長が１０６４ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を固体レーザ発振装置１から出射し、このパルスレーザ光を波長変換部２で波長が５３２又は３５２ｎｍのレーザ光に変換した後、このパルスレーザ光をプラスチックの基板７上に形成したアモルファスシリコン薄膜６に照射して、このアモルファスシリコン薄膜６のアニーリングを行う。
【選択図】 図１
【解決手段】波長が１０６４ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を固体レーザ発振装置１から出射し、このパルスレーザ光を波長変換部２で波長が５３２又は３５２ｎｍのレーザ光に変換した後、このパルスレーザ光をプラスチックの基板７上に形成したアモルファスシリコン薄膜６に照射して、このアモルファスシリコン薄膜６のアニーリングを行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザアニール方法及び装置に関し、特に半導体ディスプレイ製造装置に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子の移動度の大きいポリシリコンを使った薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のディスプレイが低電力化や小型化などのメリットから主流になりつつある。この場合のポリシリコンは、アモルファスシリコン薄膜のアニーリングにより形成するとともに、アニーリング温度を下げるためにシリコン表面の局所加熱が可能なレーザアニーリング法が使われる。このアニーリング用レーザとしてはＸｅＣｌエキシマレーザが汎用されている。ＸｅＣｌエキシマレーザレーザの波長は紫外域の３０８ｎｍであり、アモルファスシリコン薄膜への吸収が大きく局所加熱には有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、下地である基板がプラスティックの場合、３００ｎｍ近傍の紫外光の吸収が極めて大きくなり、さらに熱的に弱いため、透過紫外レーザ光の吸収が生じて温度が上がり、基板に熱歪が発生し、薄膜が損傷を受けるという問題がある。この場合、プラスチック基板が熱的な影響を受ける原因は二つ考えられる。
【０００４】
一つは、プラスティック基板自体が紫外域において光の吸収が大きいことである。これによって、アニール用照射レーザ光のシリコン透過光がプラスチック基板に吸収される結果、プラスチック基板の温度が上昇すると考えられる。ちなみに、従来は基板がガラスであったため、ガラス基板自体の紫外光の吸収はさほど大きくなく、問題にならなかった。
【０００５】
もう一つは、アモルファスシリコン薄膜のレーザによる表面加熱時の熱が熱伝導によって、プラスティック基板に伝わり、プラスチック基板の温度が上昇したものであると考えられる。ちなみに、プラスティックは１００℃より少し高い温度で溶融するため、従来のガラス基板に比べて、熱伝導によるプラスチック基板の温度上昇の影響が出やすい。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、プラスチック等、高分子材料で形成した基板上のアモルファスシリコン薄膜をアニーリングによりポリシリコン化する場合において、基板に発生する熱歪を可及的に抑制し、ポリシリコンの薄膜を良好に形成し得るレーザアニール方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の知見に基づくものである。
【０００８】
プラスティック基板のレーザ光の吸収特性としてＰＥＴに関する吸収特性を調べたものがある。これを図１１に示す。同図に示す特性は、横軸にレーザ光の波長を採り、且つ縦軸にレーザ光の透過率を採って示すものである。同図を参照すれば、３００ｎｍの前半よりも短い波長で大きく透過率が減少（光吸収が増加）していることが分かる。すなわち、従来技術でアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うためこのアモルファスシリコン薄膜に照射するエキシマレーザレーザのレーザ光は３０８ｎｍの紫外光であるため、アモルファスシリコン薄膜を透過したエキシマレーザレーザ光が高効率で前記プラスチック基板に吸収されその温度を上昇させる。なお、図１１中、「エキシマレーザ」、「固体ＴＨＧ」及び「固体ＳＨＧ」の文字及び矢印は、それぞれエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）、固体レーザ（その波長が、例えば１０６４ｎｍ）の第３高調波の波長（３５５ｎｍ）及び前記固体レーザの第２高調波の波長（５３２ｎｍ）であることを示している。
【０００９】
一方、図１２はアモルファスシリコン薄膜におけるレーザ光の吸収特性を調べた特性図（横軸がレーザ光の波長及び縦軸がレーザ光の吸収係数）である。同図を参照すれば、アモルファスシリコン薄膜において良好な吸収が行われるのは紫外域の波長となっていることが分かる。すなわち、従来技術でアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うべくこのアモルファスシリコン薄膜に照射するエキシマレーザレーザのレーザ光は３０８ｎｍの紫外光であるため、極めて良好にアモルファスシリコン薄膜に吸収されて良好なアニーリングを行い得ることが分かる。
【００１０】
すなわち、アモルファスシリコン薄膜のアニーリングを良好に行うためには、波長が短い紫外域のレーザ光を採用するのが好適であるのに対し、プラスチック基板におけるレーザ光の吸収に伴うその温度上昇を防止するためには、波長が長い可視域のレーザ光を採用するのが好適であることが分かる。すなわち、アニーリングを良好に行うための要件とプラスチック基板の温度上昇を防止するための要件とはトレードオフの関係にある。したがって、アモルファスシリコン薄膜のアニーリングを良好に行うとともに、プラスチック基板の温度上昇を抑制するための波長範囲として３５０ｎｍ乃至５５０ｎｍが好適である。
【００１１】
従来技術に係るエキシマレーザとして、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌよりも長い波長においては、波長が３５１ｎｍのＸｅＦエキシマレーザが存在する。しかしながら、このＸｅＦエキシマレーザはエキシマレーザの中でも、あまり、一般的ではなく、発振効率がＸｅＣｌエキシマレーザよりも低いものと考えられる。また、このＸｅＦエキシマレーザを含め、エキシマレーザは、一般にハロゲンガスを用いるために、このハロゲンガスのハンドリングや安全、更にはガス交換のための運転コストが高いという問題を従来から抱えている。
【００１２】
このため、本願発明に係るレーザアニールに用いるレーザ装置としては、パルス動作のＹＡＧ，ＹＬＦ，ＹＶＯ４ などの固体レーザを用い、その第２又は３高調波を用いるのが有利である。例えばＹＡＧレーザをベースとした場合、第２高調波として５３２ｎｍのグリーン光、第３高調波として３５５ｎｍの紫外光を得ることができる。
【００１３】
固体レーザ装置は、最近そのレーザ発振器の励起源として従来のランプに代わり、半導体レーザを用いる装置の実用化が進んでいる。これによって、発振効率の向上や長寿命化を図ることができ、エキシマレーザに対しても運転コストの低減や、装置の小型化、安定性信頼性向上などの多くのメリットを得ることができる。
【００１４】
一方、レーザ光の照射による加熱対象物の温度上昇は、照射するパルスレーザ光のパルス幅と密接な関連がある。すなわち、レーザ照射時の加熱対象物に対する入熱量はレーザ光のエネルギで決まるが、同時に加熱対象物（アモルファスシリコン薄膜）の熱伝導で周辺に温度が拡散して、温度がどんどん逃げて行く。このため、加熱対象物を同じ温度まで昇温する場合には、パルス幅が短い方が、必要なエネルギは小さくて良いし、且つ周辺の温度も上昇しにくくなる。一般にナノ秒以上のパルス幅においては、ある温度以上にするのに必要なレーザエネルギの閾値はパルス幅の１／２乗に比例すると言われている。そこで、このパルス幅を１０ｎｍ未満に制御したレーザ光を照射するものとしたい。
【００１５】
かかる知見に基づく本発明のレーザアニール方法の構成は次の点を特徴とする。
【００１６】
１） 固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成し、このレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うこと。
【００１７】
２） 固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を形成し、このパルスレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うこと。
【００１８】
３） 上記２）に記載するレーザアニール方法において、
キャビティダンプ法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化すること。
【００１９】
４） 上記２）に記載するレーザアニール方法において、
モードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化すること。
【００２０】
５） 上記２）に記載するレーザアニール方法において、
キャビティダンプ法及びモードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化すること。
【００２１】
６） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントなレーザ光とし、その後これらを重畳することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２２】
７） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
単一光束のパルスレーザ光を分束するとともに、分束した二光束の間に光路差を設け、
さらに前記二光束を重畳して再び単一光束に集束することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２３】
８） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光を光導波路を用いて伝送し、この伝送過程における反射により前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２４】
９） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光を複数の固体レーザ発振器から出射し、その後各パルスレーザ光を合成してアモルファスシリコン薄膜に照射することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２５】
１０） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、
前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２６】
１１） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、
前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、
この波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行う干渉低減手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２７】
１２） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、
前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段とを有し、
それぞれの出力であるレーザ光を合成して高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２８】
１３） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、
前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段と、
各波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行うとともに各出力レーザ光を合成する干渉低減手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２９】
１４） 上記１１）又は１３）に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、入射するレーザ光を分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳するものであること。
【００３０】
１５） 上記１１）又は１３）に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、単一のパルスレーザ光の光源から出射するレーザ光を二光束に分束する分束器と、
前記二光束を一光束に同一光軸上で集束する集束器と、
前記二光束の光路差を可干渉性距離より長くする光路差形成光学系とを有すること。
【００３１】
１６） 上記１１）又は１３）に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、光ファイバで形成し、この光ファイバに入射したレーザ光がそのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送され、この伝送中に反射によってモードが増加するとともに伝播時間差を生じることを利用してレーザ光のコヒーレンスを低下させるようにしたものであること。
【００３２】
１７） 上記１４）に記載するレーザアニール装置において、 干渉低減手段は、入射したレーザ光を、一方は透過し、他方は反射することにより分割する第１の偏光ビームスプリッタと、
第１の偏光ビームスプリッタを透過したレーザ光と反射したレーザ光とを合成して出力する第２の偏光ビームスプリッタと、
第１の偏光ビームスプリッタで反射して分割したレーザ光が第２の偏光ビームスプリッタに入射するよう、このレーザ光の光路を変更するとともに、第１の偏光ビームスプリッタから反射されて第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長が、第１の偏光ビームスプリッタを透過して直接第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるようにしたものであること。
【００３３】
１８） 上記１０）乃至１６）に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したこと。
【００３４】
１９） 上記１０）乃至１６）に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、モードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したこと。
【００３５】
２０） 上記１０）乃至１６）に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法及びモードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したこと。
【００３６】
２１） 上記１８）又は２０）に記載するレーザアニール装置において、
レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得るとともに、
前記レーザ媒質の両側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、キャビティダンプ素子を動作させ、続けてキャビティダンプを行なわせ、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成してキャビティダンプ法を実現するように構成したこと。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係るレーザアニール装置では、例えば１０６４ｎｍのパルスレーザ光を発生するＹＡＧレーザで構成した固体レーザ発振装置１を有している。ここで、固体レーザ発振装置１は、パルス幅が１０ｎｍ未満の短パルスを出射するように構成してある。このため、Ｑスイッチ法にてレーザ光をパルス化する。ただ、通常のＱスイッチパルス化ではレーザ発振器中での立ち上がり時間でパルス幅が決まり、１０ｎｓ以上のパルス幅を持つことになる。そこで、固体レーザ発振装置１は、特にパルス幅を１０ｎｓ未満に短くするため、その発振方法として、キャビティダンプ法と呼ばれるＱスイッチのスイッチングタイミングにてパルス幅を短縮化する方法若しくはモードロック法と呼ばれるパルス幅を短縮化する方法を実現するか、又はキャビティダンプ法及びモードロック法を同時に実現し得るように構成してある。かかる短パルス化に関する詳細な構成及び説明は後に詳述する。
【００３９】
図１に示す波長変換部２は前記固体レーザ発振装置１から出射するパルスレーザ光の波長を、波長が５３２ｎｍの第２高調波又は３５５ｎｍの第３高調波に波長変換し干渉低減装置３に供給する。干渉低減装置３は、前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減するものであり、このことによりスペックルによる照射面でのレーザ光の強度ムラを抑制する。ただ、干渉低減装置３は、必要に応じて設ければ良い。また、かかる干渉低減装置３に関する詳細な構成及び説明は後に詳述する。
【００４０】
加工ステージ４は、真空容器である加工チャンバ５内で加熱対象物（レーザアニールリングの対象物）のアモルファスシリコン薄膜６を載置している。このアモルファスシリコン薄膜６は、プラスチック等の高分子材料で形成した基板７上に形成してある。かくして、干渉低減装置３でコヒーレンスの低減処理をしたパルスレーザ光を、ミラー８で反射し、ホモジナイザ（マスク）９を通過させて光強度を均一化した後、このパルスレーザ光を、アモルファスシリコン薄膜６の表面に照射するようになっている。システム制御部１０は当該レーザアニール装置の各部の制御を行うもので、例えば固体レーザ発振装置１によるレーザ光の発振制御及び加工ステージ４の駆動制御等を行う。
【００４１】
かかる本形態によれば、干渉低減装置３でコヒーレンスを低減させたパルス幅が１０ｎｓ未満で、波長が５３２ｎｍ又は３５５ｎｍのパルスレーザ光をアモルファスシリコン薄膜６の表面に照射してそのアニーリングを行う。この結果、アモルファスシリコン薄膜６の基板７がプラスチックであってもこれに対する熱的な影響を可及的に低減し得ると同時に、アモルファスシリコン薄膜６には十分なレーザエネルギを吸収させて良好なアニーリングを行うことにより均質のポリシリコン化を実現し得る。
【００４２】
ここで、パルス幅が１０ｎｍ未満の短パルス化を実現する具体的な実施例を詳細に説明する。
【００４３】
図２は短パルス化を実現するキャビティダンプ法に関する原理を示す原理図である。同図に示すように、キャビティダンプ法は、Ｑスイッチと呼ばれるレーザ発振器内で光の往復をＯＮ，ＯＦＦするスイッチのタイミングを工夫するものである。すなわち、光の往復のスイッチをＯＮして、レーザ発振器内に光のエネルギが蓄積されて来たときに、スイッチをＯＦＦとして一気にレーザ発振器外に強いレーザ光を取り出す。この結果、共振器の長さで決まるような短いパルス幅のレーザを取り出すことが可能である。パルス幅は１ｎｓ〜１０ｎｓ程度とすることが可能である。
【００４４】
図３はキャビティダンプ法により短パルス化を実現し得る図１に示す固体レーザ発振装置１の具体的な実施例を示すブロック線図である。同図に示すように、レーザ媒質１１はＹＡＧレーザロッド等で形成した固体レーザ媒質であり、半導体レーザ１２を励起光源としてレーザ光を出射する。レーザ媒質１１の両端面側にはそれぞれ高反射率ミラー１３、１４が配設してあり、これらで共振器を形成している。共振器で挟まれた空間（キャビティ）内には，電気光学結晶で形成したＱスイッチ素子１５が偏光ビームスプリッタ１６及び１／４波長（以下、λと表記する。）板１７とともに配設してある。ここで、半導体レーザ１２は駆動電源１８によりＣＷ（連続波）動作又はＱ−ＣＷ（準連続波）動作される。また、Ｑスイッチ素子１５は高電圧パルサ１９で１／４λのパルス電圧が供給されたとき、１／４λ板として機能する。また、偏光ビームスプリッタ１６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものを用いている。
【００４５】
さらに、本実施例に係る固体レーザ発振装置１は、Ｑスイッチ素子１５、偏光ビームスプリッタ１６及び１／４λ板１７とともに、キャビティダンプ用のキャビティダンプ素子２０及び偏光ビームスプリッタ２１を有する。
【００４６】
ここで、キャビティダンプ素子２０及び偏光ビームスプリッタ２１はレーザ媒質１１に対してＱスイッチ素子１５及び偏光ビームスプリッタ１６の反対側に振り分けて配設してある。また、キャビティダンプ素子２０はＱスイッチ素子１５と同様の電気光学結晶で形成してあり、偏光ビームスプリッタ２１は偏光ビームスプリッタ１６と同様にＰ偏光を透過するとともにＳ偏光を反射するものである。キャビティダンプ素子２０には高電圧パルサ１９と同様の高電圧パルサ２２でパルス状の１／４λ電圧が印加される。１／４λ電圧が印加されたキャビティダンプ素子２０は１／４λ板として機能する。電気光学結晶は結晶への電圧印加に比例して内部の屈折率が変化する一次電気効果を有するものであり、この特性によってレーザ光のｘ方向及びｙ方向成分に位相差が生じる。したがって、印加電圧を適当な大きさに設定することによって上記位相差を制御し、偏光状態を変化させることができるからである。
【００４７】
高電圧パルサ１９、２２がＱスイッチ素子１５及びキャビティダンプ素子２０にパルス状の１／４λ電圧を印加するタイミングは、マスタパルサ２３が出力するトリガパルスで制御する。具体的には、Ｑスイッチ素子１５を動作させてＱスイッチ発振を行った後、その発振パルスレーザ光がピークレベルに達したときキャビティダンプ素子２０を動作させてキャビティダンプを行なうようなタイミングに制御する。これは、例えば共振器内を往復するレーザ光を、フォトダイオード等で検出することにより容易に制御することができる。このときの検出光は、例えばフォトダイオードを高反射率ミラー１３、１４の裏面等に配設することにより、これらから漏出するレーザ光を利用し得る。また、Ｑスイッチ発振による発振パルスレーザ光が、Ｑスイッチ素子１５の動作時点からピークレベルに達するまでの時間は、素子に固有のものであり、一度これを実測しておけば、高電圧パルサ１９、２２に供給するトリガパルス間の遅延時間は一義的に決定される。したがって、この遅延時間を回路的に確保してやれば良い。
【００４８】
かくして半導体レーザ１２の励起光によりレーザ媒質１１を励起すると、このレーザ媒質１１から光が出射される。この出射光のうちＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１６で反射されて外部に排出される。一方、直線偏光のうちＰ偏光成分はＱスイッチ素子１５及び１／４λ板１７を介して高反射率ミラー１３に入射し、この高反射率ミラー１３で反射され、再度１／４λ板１７及びＱスイッチ素子１５を介して偏光ビームスプリッタ１６に至る。ここで、Ｑスイッチ素子１５に電圧が印加されていないときは、偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ偏光は単にここを通過するだけであるため、高反射率ミラー１３で反射されて１／４λ板１７を往復することによりＳ偏光となる。このＳ偏光はＱスイッチ素子１５を介して偏光ビームスプリッタ１６に至り、ここで反射されて外部に排出される。すなわち、かかる状態では、キャビティ内の損失が大きいためレーザ発振は行われない。
【００４９】
一方、高圧パルサ１９で１／４λ電圧（図４（ａ）参照。）のパルス電圧を印加するとＱスイッチ素子１５は１／４λ板として機能する。この結果、偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ偏光はＱスイッチ素子１５及び１／４λ板１７を往復することにより一回転してＰ偏光となる。このＰ偏光は偏光ビームスプリッタ１６を透過してレーザ媒質１１に入射し共振器内で往復増幅される。この結果、急激に損失が小さくなるので、その分レーザの利得が大きくなって、レーザ媒質１１内の損失等で決まる一定の遅延時間の経過後、大きなピークをもつ短パルスのレーザ光が高反射ミラー１４で反射される。すなわち、高反射率ミラー１３、１４間をレーザ光が往復して増幅され、Ｑスイッチ発振がおこる。この結果、一定の遅延時間の経過後、共振器内のレーザ光（図４（ｂ）参照。なお、図中の点線は、キャビティダンプがない場合の当該レーザ光の波形である。）は急激に立ち上がるパルスレーザ光となる。
【００５０】
次に、このパルスレーザ光のレベルがピークになった時点でマスタパルサ２３のトリガパルスにより高電圧パルサ２２を動作してキャビティダンプ素子２０にパルス状の１／４λ電圧（図４（ｃ）参照。）を印加する。このことにより、Ｑスイッチ発振により共振器内に閉じ込められていたレーザ光が偏光ビームスプリッタ２１を介して一気に外部に取り出される。すなわち、キャビティダンプにより高いピークを有する短パルス幅（１０ｎｓ未満）のパルスレーザ光（図４（ｄ）参照。）を得る。
【００５１】
さらに詳言すると、レーザ光はＱスイッチ発振により共振器間で往復増幅を始め、ある程度の増幅時間後には共振器間のレーザ出力が充分大きくなり、その間に溜め込んだ利得を使い一気に出力が増幅される。このように本実施例ではレーザ光の損失を減らし、一気に共振器間の光強度を増幅するため、１００％に近い反射率の高反射率ミラー３、１４を用いており、高反射率ミラー３、１４間でレーザ光を往復増幅する。
【００５２】
レーザ光が共振器間で往復増幅を行っている間はキャビティダンプ素子２０である電気光学結晶は何の動作も行わない。この結果、レーザ光はこの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）により何の変化も受けず、共振器間で往復する。そして、共振器間で光強度が最大となった時点でこの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）にλ／４電圧に等しい高電圧パルスが印加されると、これによりレーザ媒質１１から高反射率ミラー１４に向かうレーザ光は偏光が変化し、高反射率ミラー１４で折り返して電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）を通過することでこの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）がλ／２板として機能する。この結果、Ｐ偏光であったレーザ光は９０°回転してＳ偏光になる。このＳ偏光のレーザ光は偏光ビームスプリッタ２１で反射されて外部に出力される。このときの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）の動作はレーザ媒質１１側からみれば、大きな損失になるため、光の増幅はこの動作でストップし、共振器間の空間に存在したレーザ光のみが外部に取り出されることになる。したがって、取り出されるレーザ光のパルス幅は
ｔ＝２Ｌ／ｃ
Ｌ：共振器間隔
ｃ：光速
で規定される短いものになり、その分大きなピークレベルを有するものとなる。なお、実際には電気光学結晶に印加する電圧の有限の時間から上記時間ｔに較べパルス幅は長くなる。
【００５３】
前述の如く、固体レーザ発振装置１の出射レーザ光のパルス幅を１０ｎｓ未満に短パルス化する他の方法としてモードロック法がある。このモードロック法とは、レーザの縦モードの位相をロックさせる方法であり、例えば固体レーザ結晶にＲＦ信号を加えて位相または光周波数の変調をかける方法である。このモードロック法にて出力されるレーザのパルス幅は数１０ｐｓ以下の非常に短いパルス幅とすることが可能である。
【００５４】
また、上記キャビティダンプ法及びモードロック法を同時に実現する装置構成とすることもできる。この場合には、両短パルス化方法の作用・効果が相乗されるため、最も効率的に所望の短パルス化を図ることができる。
【００５５】
レーザ光を固体レーザ発振器から得ようとした場合、レーザ光を単一縦モード及び横モードにて運転する必要がある。この場合、出力されるレーザ光はコヒーレンスの極めて高い光となるため、当該レーザ光の照射面での光の干渉によるスペックルパターンが出現し、均一な照射ができないという問題が発生する。このスペックルパターンとは、レーザ光のようなコヒーレントな光を粗面に照射したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様をいう。粗面の各点で散乱された光が互いに不規則な位相関係で干渉することにより生じる複雑な干渉パターンである。ここで、アモルファスシリコン薄膜６はここにいう「粗面」である。
【００５６】
したがって、かかるレーザ光をそのままアモルファスシリコン薄膜６の表面に照射したのでは、このアモルファスシリコン薄膜６を均一に加熱することができず、均質なポリシリコン化が阻害されるという問題を発生する。
【００５７】
そこで、図１に示す実施の形態に係るレーザアニール装置では、レーザ光の照射面に現れるスペックルパターンを低減してアモルファスシリコン薄膜６の表面を均一に照射すべく干渉低減装置３を設けている。ここで、本形態における干渉低減装置３として好適な幾つかの実施例を説明しておく。
【００５８】
＜干渉低減装置３の第１の実施例＞
図５は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例に係るスペックル低減装置３は、一本のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳することにより実現し得る。固体レーザ発振装置１（図１参照。）から出射されたコヒーレンスが極めて高いレーザ光３１をＰ偏光として入射している。ここで入射レーザ光は光学系３２及びλ／２板３３を介して第１の偏光ビームスプリッタ３４に入射される。光学系３２は入射したレーザ光３１のビーム径を拡大する拡大光学系である。この光学系３２を通すことにより、後に第１の偏光ビームスプリッタ３４で行うレーザ光３１の分割及び第２の偏光ビームスプリッタ３５で行うレーザ光１の合成を容易にしている。すなわち、ビーム系が小径の場合には、第１の偏光ビームスプリッタ３４、３５の位置を厳密に所定位置に調節する必要があるが、ビーム系が大きいと、その分当該位置精度が緩和され、位置調節も簡単になる。λ／２板３３は入射したレーザ光３１を４５°回転する偏光回転手段である。
【００５９】
第１の偏光ビームスプリッタ３４は、Ｐ偏光を透過させるとともにＳ偏光を図中下方の９０°方向に反射する。第２の偏光ビームスプリッタ３５は、第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過したＰ偏光を直接入射するとともに、第１の偏光ビームスプリッタ３４で反射され、折り返しプリスム３６で光路を変更されたＳ偏光を入射する。すなわち、折り返しプリスム３６では、第１の偏光ビームスプリッタ３４で分割・反射されたＳ変更を１８０°折り返して第２の偏光ビームスプリッタ３５に入射させる。また、このとき第１の偏光ビームスプリッタ３４で反射されたＳ偏光が折り返しプリスム３６を介して第２の偏光ビームスプリッタ３５に至る光路長は、第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過して直接第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるように設定してある。
【００６０】
かかる干渉低減装置３では、図５に示すように、Ｐ偏光（Ａ）として入射されるレーザ光３１は、λ／２板３３で偏光方向が４５°回転された偏光（Ｂ）となって第１の偏光ビームスプリッタ３４に入射する。偏光（Ｂ）は、この第１の偏光ビームスプリッタ３４でＰ偏光成分とＳ偏光成分に等分割される。これらのうち第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過するＰ偏光成分に基づくＰ偏光（Ｃ）は直接第２の偏光ビームスプリッタ３５に入射される。一方、第１の偏光ビームスプリッタ３４で反射されるＳ偏光成分に基づくＳ偏光（Ｄ）は折り返しプリスム３６−１で折り返されて第２の偏光ビームスプリッタ３５に入射する。第２の偏光ビームスプリッタ３５において、Ｐ偏光（Ｃ）はそのまま透過する一方、Ｓ偏光（Ｄ）は反射される。この結果、これらのＰ偏光（Ｃ）とＳ偏光（Ｄ）とが合成され、大きさが等しいＰ偏光成分及びＳ偏光成分を有する偏光（Ｅ）のレーザ光３１として出力される。ここで、第１の偏光ビームスプリッタ３４から第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るＰ偏光（Ｃ）の光路長とＳ偏光（Ｄ）の光路長との間には、コヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上の差がある。この結果、これらを合成して得る偏光（Ｅ）は可干渉性が低減されたレーザ光３１となる。
【００６１】
なお、図５に示す本実施例は、干渉低減装置３を、第１の偏光ビームスプリッタ３４、第２の偏光ビームスプリッタ３５及び折り返しプリスム３６で単一ユニットを形成した場合であるが、かかるユニットを複数段、直列に接続することも可能である。要は、インコヒーレント化の程度によって適宜選択すれば良い。この場合の干渉低減装置３は、第１の偏光ビームスプリッタ３４、第２の偏光ビームスプリッタ３５及び光路変更手段である折り返しプリスム３６で形成したユニットを複数段直列に結合し、前段ユニットの合成レーザ光が次段ユニットの入射レーザ光となるように構成するとともに、ｎ（ｎは自然数）段目のユニットにおける第１の偏光ビームスプリッタ３４から反射されて第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るレーザ光の光路長は、第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過して直接第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）の２ｎ−１ 倍だけ長くなるように構成する。
【００６２】
＜干渉低減装置３の第２の実施例＞
上記図５に示す干渉低減装置３では、レーザ光３１を２分割し、各レーザ光を異なる光路長の光路を通過させた後重畳することによりコヒーレンスを低減しているが、これは、レーザ光を２光束以上に分割した後、同様の光路長差を有する光路を通過させた後、重畳するように構成しても同様の干渉低減効果を得ることができる。そして、この場合には、当該干渉低減装置３の小型化を図ることができるという新たな効果を奏する。
【００６３】
図６は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例においては、第１光路差形成光学系がレーザー光源（単一）とともに設けられている。そのレーザー光源５１から出射する最高可干渉性レーザー光５２は、その第１光路差形成光学系５３に入射する。最高可干渉性レーザー光５２は、以下、第１光学系干渉性レーザー光５２−１と呼ばれる。第１光路差形成光学系５３は、後述されるように、複数の他の光路差形成光学系とともに用いられることになって、第１光路差形成光学系要素５３−１と呼ばれる。第１光路差形成光学系要素５３−１は、２個の偏光回転要素（以下、偏光板と呼ばれる）と１個のビームスプリッタと、２個のプリズムとから構成されている。第１光学系干渉性レーザー光５２−１は、互いに直交する横偏光（以下、Ｐ偏光と呼ばれる）成分と縦偏光（以下、Ｓ偏光と呼ばれる）成分とが概ね半分ずつで合成された合成光である。このような合成光は、図中に、直交矢ａで示されている。
【００６４】
第１光学系干渉性レーザー光５２−１は、その２個の偏光板のうちの１つである第１光学系偏光板５４−１に入射してそれを透過する。第１偏光板５４−１に入射するレーザービームは、コリメータ（図示されず）により第１光学系干渉性レーザー光５２−１が拡径されていることが好ましい。レーザービームの合成比率が既述の合成比率である場合、第１光学系偏光板５４−１は１／２λ板が用いられ、第１光学系偏光板５４−１は、Ｐ偏光とＳ偏光をそれぞれに４５°の角度で回転させることができる。このような偏光角度の変更を受けたレーザービームは、斜交直交矢ｂで示されている。
【００６５】
第１光学系偏光板５４−１を透過したレーザービームの光軸上に、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１が配設されている。第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１は、光軸に対して４５°の傾斜角度を持つ傾斜反射・透過面を有し、Ｐ偏光を直進させて透過させ、Ｓ偏光を反射させる光学的性質を有している。第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１で反射するＳ偏光ビームの光軸上に、第１光学系第１プリズム５６−１Ａが配置されている。その光軸の延長線上で、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１に対して第１光学系第１プリズム５６−１Ａと反対側になる対称位置（又は反対位置）に、第１光学系第２プリズム５６−１Ｂが配置されている。
【００６６】
第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１で反射したＳ偏光ビーム（矢ｃで示されている）は、第１光学系第１プリズム５６−１Ａで内部反射し、更に、第１光学系第２プリズム５６−１Ｂで内部反射して、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１で９０°の偏向を受けて、第１光学系干渉性レーザー光５２−１の時間的遅延部分のＰ偏光成分であり第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１は透過する透過ビームに合流する。このような合流により合成される第１合成ビーム５７は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の２成分を半分ずつに持つビームとして、他の１／２λ板である偏光板５４−２に入射してそれを透過する。その偏光板５４−２は、後述される第２光学系の入射側偏光板として用いられ、第２光学系内で第２光学系偏光板５４−２を形成している。
【００６７】
第１光学系のＳ偏光ビームは、既述の時間的遅延部分のＰ偏光ビームに対して、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１→第１光学系第１プリズム５６−１Ａ→第１光学系第２プリズム５６−１Ｂ→第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１の光路の光路長分だけ長い光路を辿っている。その長い分の光路長は、ΔＬで表される。第１光学系干渉性レーザー５２−１のスペクトル幅は、Δνで表される。２光束が可干渉性を保持する距離は、可干渉距離又は可干渉光路差と呼ばれる。可干渉光路差は、Ｃ／Δνで表されることが知られている。ΔＬ＞Ｃ／Δνであれば、その２光束の可干渉性は消失することが知られている。ΔＬは、ΔＬ＞Ｃ／Δνを満足している。但し、このような条件が満たされても完全に可干渉性が消失するのではなく、それぞれの光束間では可干渉性が残存している。しかし、スペックルパターンの強度分布は、ランダムなスペックルパターンの二光束の単純足し合わせになるため、平均化がなされ強度分布の不均一性は低減する。
【００６８】
本実施例は、２つのプリズム（反射光学要素）を用いて１周回光路を形成することにより、光路差は２つのプリズム間の距離の概ね２倍の長さが得られ、同じ光路差を得るために光学装置系の長さを概ね半分の長さで形成することができる。
【００６９】
＜干渉低減装置３の第３の実施例＞
本実施例は、図６に示す実施例と同様にレーザ光を２光束に分割する方式の実施例である。図７は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例は、光路差形成光学系として、第２光路差形成光学系要素５３−２が構成されている。第２光路差形成光学系要素５３−２は、第２光学系偏光板５４−２と、１個の第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２と、２個のプリズムである第２光学系第１プリズム５６−２Ａと第２光学系第２プリズム５６−２Ｂとから構成されている。第２光学系偏光板５４−２は、図６に示す第２の実施例における第１光学系偏光板５４−１に対応している。
【００７０】
第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２は、図６に示す第２の実施例における第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１に対応して配置されている。同様に、第２光学系第１プリズム５６−２Ａは、図６に示す第２の実施例における第１光学系第１プリズム５６−１Ａに対応して配置されている。第２光学系第２プリズム５６−２Ｂは、図６に示す第２の実施例における第１光学系第２プリズム５６−１Ｂに対応して配置されている。本実施例の光学要素の離隔間隔を含む位置対応関係は、既述の実施例の光学要素のその位置対応関係に同じである。
【００７１】
本実施例は、第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２と第２光学系第１プリズム５６−２Ａとの間に第２光学系付加偏光板（λ／２波長板）５８が追加的に介設されている点で、図６に示す第２の実施例と異なっている。図６の第１光学系偏光板５４−１に対応する第２光学系偏光板５４−２は、図６の第２光学系偏光板５４−２がそのままに利用されている。第２光学系偏光板５４−２に入射するＰ偏光成分とＳ偏光成分を持つ第２光学系干渉性レーザー光５２−２（第１光路差形成光学系要素５３−１の出射ビーム）のうちの第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２で反射するＳ偏光成分は、第２光学系付加偏光板５８を透過する間に偏光角度９０°の偏光を受けてＰ偏光成分になり、そのＰ偏光成分は、第２光学系第１プリズム５６−２Ａで内部反射し、次に、第２光学系第２プリズム５６−２Ｂで内部反射し、第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２をそのままに透過し、第２光学系付加偏光板５８を再び透過する間にＳ偏光成分に戻り、そのＳ偏光成分は、再び第２光学系第１プリズム５６−２Ａと第２光学系第２プリズム５６−２Ｂとで内部反射する。
【００７２】
本実施例では、第２光学系に入射するＳ偏光ビームが途中で２回の偏光変換を受けて辿る光路長は、第２光学系干渉性レーザー光５２−２の時間的遅延部分のＰ偏光ビームに対して、第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２→第２光学系第１プリズム５６−２Ａ→第２光学系第２プリズム５６−２Ｂ→第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２→第２光学系第１プリズム５６−２Ａ→第２光学系第２プリズム５６−２Ｂ→第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２の光路長分（２周回光部分）だけ長い。このような光路差は、図６に示す第２の実施例の光路差の２倍である。
【００７３】
第１光路差形成光学系要素５３−２から出射するレーザーのうちの残存可干渉性成分のＰ偏光成分とＳ偏光成分は、第１光路差形成光学系要素５３−２の光路差の２倍の光路差を持って再合流して再合成されている。このような再分割と再合成により、可干渉性が効果的に低下する。このように可干渉性が低減したレーザービームは、必要的・追加的に配置されている第３光学系偏光板５４−３に入射する。
【００７４】
＜干渉低減装置３の第４の実施例＞
本実施例は、図６に示す実施例と同様にレーザ光を２光束に分割する方式の実施例であり、図８は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例では、光路差形成光学系として、第ｊ光路差形成光学系要素５３−ｊ（２＜ｊ＜ｎ）を構成している。１つ前の第（ｊ−１）光路差形成光学系要素５３−（ｊ−１）から出射する第（ｊ−１）コヒーレンス低減光Ｌ−（ｊ−１）は、第ｊ光学系偏光板５４−ｊを通って、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊで二光束に分束される。
【００７５】
第ｊ光路差形成光学系要素５３−ｊは、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊと、第１反射系と、第２反射系と、第３反射系を備えている。その第１反射系は、２体の第１反射体６３Ａ，６３Ｂと、２体の第１反射体６３Ａ，６３Ｂの間に追加的に介設される第ｊ光学系付加偏光板６４と、望遠鏡６５とから形成されている。第ｊ光学系付加偏光板６４と望遠鏡６５は、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊと第１反射体６３Ａとの間の光軸上に介設されている。２つの第１反射体６３Ａ，６３Ｂは、ともにプリズムで形成されることが好ましい。
【００７６】
その第２反射系は、非平行に対向する反射面をそれぞれに有する２体の第２反射体６６Ａ，６６Ｂとから構成されている。２体の第２反射体６６Ａ，６６Ｂは、ともに反射鏡で形成されることが好ましい。その第３反射系は、２体の第３反射体６７Ａ，６７Ｂで構成されている。２体の第３反射体６７Ａ，６７Ｂは、広い面積を持ち非平行に対向する反射面をそれぞれに有する平面鏡でそれぞれに形成されている。
【００７７】
第１反射系の２体の第１反射体のうちの１体６３Ａで反射する光は、第２反射系の２体の第２反射体６６Ａ，６６Ｂのうちの１体の第２反射体６６Ａで反射して、第３反射系に進入する。第３反射系に進入する光は、第３反射系の２体の第３反射体６７Ａ，６７Ｂの間で多数回に反射する。第３反射体６７Ａ，６７Ｂは閉じる方向に互いに傾斜して非平行であるので、第３反射体６７Ａ，６７Ｂの間で有限回の反射を繰り返す間に進行方向が逆転し、第３反射系から抜け出して、第２反射系の第２反射体のうちの他の１体６６Ｂに向かう。このように他の１体６６Ｂに向かう光は、第１反射系の２体の第１反射体のうちの他の１体６３Ｂで反射して、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊに入射する。第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ６５−ｊに入射する時の光は、第ｊ光学系付加偏光板６４を１回だけ通過しているので、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊを透過して、再び第１反射体６３Ａに向かう。再び第１反射体６３Ａに向かう光は、第１反射系から第２反射系に向かい、更に、第３反射系に向かい、第３反射系で反射的に再び戻されて、第２反射系に向かい、更に、第１反射系に入射して、３度目に、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊに向かう。その光は、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊで今回は透過せずに反射して、第（ｊ−１）コヒーレンス低減光Ｌ−（ｊ−１）に合流する。
【００７８】
図８に示される角度αを小さく設定すれば、反射回数は多くなる。図８の光学系は、ミラー間で３０回の反射を２周回行うことにより１００ｍの光路差を作り出すことができる。
【００７９】
＜干渉低減装置３の第５の実施例＞
図９は、上記実施例同士の組合せにより形成される第５の実施例に係る低減干渉装置３である。本実施例においては、ステップＳ１からステップＳ１０までの１０ステップで、コヒーレンス低減が等比級数的に遂行される。ステップＳ１では既述の図６の光学系が用いられ、ステップＳ２では図６の光学系で光路差が２倍に延長された光学系が用いられ、ステップＳ３では図６の光学系で光路差が４倍に延長された光学系が用いられ、ステップＳ４では図１の光学系で光路差が４倍以上に延長され、望遠鏡６５−１が追加された光学系が用いられ、ステップＳ５では図６の光学系で光路差が８倍以上に延長され望遠鏡６５−２が追加された光学系が用いられ、ステップＳ６では既述の図８の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−１−１Ａ，６６−１−２Ａ等が用いられた光路差が８倍、１６倍以上に延長され望遠鏡６５−３が追加された光学系が用いられ、ステップＳ７では図３の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−２−２Ａ，６６−２−２Ａが用いられ、２回周回を行うための偏光板６４−１が追加されて、光路差が３２倍又は６４倍以上に延長され、望遠鏡６５−４が追加された光学系が用いられ、ステップＳ８では図８の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−３Ａ，６７−１Ａが用いられ、２回周回を行うための偏光板６４−２が追加され、光路差が１２８倍又は２５６倍以上に延長され、望遠鏡６５−５が追加された光学系が用いられ、ステップＳ９では図６の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−４Ａ，６７−２Ａが用いられ、２回周回を行うための偏光板６４−３が追加されて光路差が５１２倍以上に延長され、望遠鏡６５−８が追加された光学系が用いられ、ステップＳ１０では図６の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−５Ａ，６７−３Ａが用いれ、２回周回を行うための偏光板６４−４が追加されて光路差が１０２４倍以上に延長され、望遠鏡６５−８が追加された光学系が用いられている。このような組合せは、更に多様に組み合わせられ、多数回周回、多数回反射、ミラー間距離増大、望遠鏡付加の組合せにより、干渉性を等比級数的に減少させて単一ビームの非可干渉光を作成することが可能である。光束径を縮小する望遠鏡は、コリメータの光軸を逆方向にして用いられる。
【００８０】
各素子の透過率をビームスプリッタ５５−ｊについて０．９９８、プリズム５６−ｊについて０．９９８、偏光板５４−ｊ、λ／２波長板５８、偏光器６４について０．９９８、反射体６６、反射体６７の反射鏡について０．９９９、望遠鏡６５について０．９９８を仮定すると、図９の１０段の構成について、入射レーザ光の透過率は約８０％である。これは、所定のプロセスにおいて２０Ｗの出力が必要であるとすると、レーザ単体として２５Ｗ以上の出力を確保する必要があることを意味する。
【００８１】
＜干渉低減装置３の第６の実施例＞
さらに、他の干渉低減手段としては、光ファイバを利用したものも考えられる。すなわち、光ファイバの中を通過するレーザ光は光ファイバのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送される。そして、この伝送中に反射によってモードが増えるとともに伝播時間差が生じる。これによって、レーザ光のコヒーレンスが効果的に低下することを利用するものである。かかる光ファイバ利用においては、装置の構成を簡素化することが可能となる。
【００８２】
図１０は本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係るレーザアニール装置では、複数の固体レーザ発振装置１−１、１−２、１−３を有しており、各固体レーザ発振装置１−１〜１−３の出射レーザ光を波長変換部２−１、２−２、２−３を介して所定の波長に変換した後、各波長変換部２−１〜２−３をミラー４１−１、４１−２、４１−３を介して干渉低減装置４３に入射するように構成してある。ここで、各固体レーザ発振装置１−１〜１−３は、図１に示す固体レーザ発振装置１と同様の装置であり、また波長変換部２−１〜２−３も波長変換部２と同様の構成となっている。干渉低減装置４３は、図１に示す干渉低減装置３を３系統有する点が異なるだけである。すなわち、１０６４ｎｍの波長のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振装置１及び前記パルスレーザ光をその第２高調波（波長、５３２ｎｍ）又は第３高調波（波長、３５５ｎｍ）に波長変換する波長変換部２を複数個（図では３個）有するとともに、干渉低減系統を３系統有する点を除き、図１に示すレーザアニール装置と同様の構成の装置となっている。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００８３】
本形態に係るレーザアニール装置は、複数個の固体レーザ発振装置１−１〜１−３からのレーザ光を合成するものであり、各固体レーザ発振装置１−１〜１−３の出射レーザ光は相互の関連がないため、合成したレーザ光での干渉を低減することができる。すなわち、レーザ光のコヒーレンスを効果的に低下させることができる。
【００８４】
なお、本形態においても各固体レーザ発振装置１−１〜１−３からのレーザ光は干渉低減装置４３に入射させているが、複数個の固体レーザ発振装置１−１〜１−３からのレーザ光を合成するだけで、十分なコヒーレンス低減効果が得られる場合には、これを省略しても図１に示すレーザアニール装置と同様の作用・効果を得る。すなわち、コヒーレンス低減効果の程度によって適宜干渉低減装置４３を設ければ良い。また、干渉低減装置４３を設けるにしても、図１に示す実施の形態の場合よりもこの干渉低減装置４３の構成を簡素化、小型化し得る。
【００８５】
さらに、図５等に示すように、レーザ光を分割し、相互にインコヒーレントなレーザ光とするためコヒーレント長さの時間的なズレを発生させる場合には、パルス幅が延びてしまうという問題を有するが、複数レーザ光の合成による本実施の形態の場合は、かかる問題を生起することはない。すなわち、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができる。例え干渉低減装置４３を設けた場合でも、コヒーレンスの低減化に対する干渉低減装置４３の寄与度を低減できるので、その分パルス幅を伸ばすことなく、所望のコヒーレンス低減効果を得る。
【００８６】
なお、上記実施の形態では、アモルファスシリコン薄膜６に照射するレーザ光の波長は５３２ｎｍ又は３５５ｎｍとしたが、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光であれば同様に使用し得る。
【００８７】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成し、このレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。すなわち、アモルファスシリコン薄膜の基板がプラスチックであってもこれに対する熱的な影響を可及的に低減し得ると同時に、アモルファスシリコン薄膜には十分なレーザエネルギを吸収させて良好なアニーリングを行うことにより均質のポリシリコン化を実現し得る。
【００８８】
〔請求項２〕に記載する発明は、固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を形成し、このパルスレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うので、
アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果をより顕著なものとすることができる。
【００８９】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、キャビティダンプ法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化するので、
〔請求項２〕に記載する発明をキャビティダンプ法により実現し得る。
【００９０】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、モードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化するので、
〔請求項２〕に記載する発明をモードロック法により実現し得る。所定の短パルス化を容易且つ良好に実現し得る。
【００９１】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、キャビティダンプ法及びモードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化するので、
〔請求項２〕に記載する発明の短パルス化を最も効果的且つ良好に実現し得る。
【００９２】
〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、パルスレーザ光のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントなレーザ光とし、その後これらを重畳することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明の作用・効果とともに、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。
【００９３】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、単一光束のパルスレーザ光を分束するとともに、分束した二光束の間に光路差を設け、さらに前記二光束を重畳して再び単一光束に集束することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項６〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。このとき、スペックル低減のための部分を〔請求項６〕の発明の場合よりもコンパクトに形成することができる。
【００９４】
〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、パルスレーザ光を光導波路を用いて伝送し、この伝送過程における反射により前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明の作用・効果とともに、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。また、このときのインコヒーレント化を光ファイバで実現しているので、これに要するコストを最も低減し得る。
【００９５】
〔請求項９〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、パルスレーザ光を複数の固体レーザ発振器から出射し、その後各パルスレーザ光を合成してアモルファスシリコン薄膜に照射することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明と同様の作用・効果とともに、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができるという効果も奏する。ちなみに、例えばレーザ光を分割し相互にインコヒーレントなレーザ光とするためコヒーレント長さの時間的なズレを発生させる場合には、パルス幅が延びてしまうという問題を有する。
【００９６】
〔請求項１０〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
【００９７】
〔請求項１１〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、この波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行う干渉低減手段とを有し、この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。
【００９８】
〔請求項１２〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段とを有し、それぞれの出力であるレーザ光を合成して高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、相互に位相的な関連がない複数個の固体レーザ発振手段の出力レーザ光を合成したので、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。このとき、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができる。
【００９９】
〔請求項１３〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段と、各波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行うとともに各出力レーザ光を合成する干渉低減手段とを有し、この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、干渉低減手段によりパルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制できるので、アモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。このとき、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができる。
【０１００】
〔請求項１４〕に記載する発明は、〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、入射するレーザ光を分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳するものであるので、
〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載する発明と同様の作用・効果に加え、干渉低減手段によりパルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制できるので、アモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。
【０１０１】
〔請求項１５〕に記載する発明は、〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、単一のパルスレーザ光の光源から出射するレーザ光を二光束に分束する分束器と、前記二光束を一光束に同一光軸上で集束する集束器と、前記二光束の光路差を可干渉性距離より長くする光路差形成光学系とを有するので、
〔請求項１４〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。このとき、干渉低減手段を〔請求項１４〕の発明の場合よりもコンパクトに形成することができる。
【０１０２】
〔請求項１６〕に記載する発明は、〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、光ファイバで形成し、この光ファイバに入射したレーザ光がそのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送され、この伝送中に反射によってモードが増加するとともに伝播時間差を生じることを利用してレーザ光のコヒーレンスを低下させるようにしたものであるので、
〔請求項１４〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。特に、本発明の場合、スペックルによる照射面での強度ムラの抑制を最も廉価なコストで実現し得る。
【０１０３】
〔請求項１７〕に記載する発明は、〔請求項１４〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、入射したレーザ光を、一方は透過し、他方は反射することにより分割する第１の偏光ビームスプリッタと、第１の偏光ビームスプリッタを透過したレーザ光と反射したレーザ光とを合成して出力する第２の偏光ビームスプリッタと、第１の偏光ビームスプリッタで反射して分割したレーザ光が第２の偏光ビームスプリッタに入射するよう、このレーザ光の光路を変更するとともに、第１の偏光ビームスプリッタから反射されて第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長が、第１の偏光ビームスプリッタを透過して直接第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるようにしたものであるので、
光路長が異なる２種類のレーザ光を得ることができる。この結果、コヒーレンスを低下させることができ、その分スペックルパターンの発生を防止することができ〔請求項１４〕に記載する発明の干渉低減装置を良好に構成し得る。
【０１０４】
〔請求項１８〕に記載する発明は、〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したので、
〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する発明の作用・効果とともに、キャビティダンプ法により出力パルスレーザ光の短パルス化を容易に実現し得るという効果を奏する。
【０１０５】
〔請求項１９〕に記載する発明は、〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、固体レーザ発振手段は、モードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したので、 〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する発明の作用・効果とともに、モードロック法により出力パルスレーザ光の短パルス化を容易に実現し得るという効果を奏する。
【０１０６】
〔請求項２０〕に記載する発明は、〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法及びモードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したので、
〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する発明の作用・効果とともに、キャビティダンプ法及びモードロック法により出力パルスレーザ光の短パルス化を容易に実現し得るという効果を奏する。
【０１０７】
〔請求項２１〕に記載する発明は、〔請求項１８〕又は〔請求項２０〕に記載するレーザアニール装置において、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得るとともに、前記レーザ媒質の両側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、キャビティダンプ素子を動作させ、続けてキャビティダンプを行なわせ、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成してキャビティダンプ法を実現するように構成したので、
〔請求項１８〕又は〔請求項２０〕に記載するキャビティダンプ法を容易、且つ具体的に実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。
【図２】短パルス化を実現するキャビティダンプ法に関する原理を示す原理図である。
【図３】図１に示すレーザアニール装置の固体レーザ発振装置の具体的な構成である実施例を示すブロック線図である。
【図４】図３に示す固体レーザ発振装置の各部の波形を示す波形図である。
【図５】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第１の実施例を示すブロック線図である。
【図６】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第２の実施例を示すブロック線図である。
【図７】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第３の実施例を示すブロック線図である。
【図８】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第４の実施例を示すブロック線図である。
【図９】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第５の実施例を示すブロック線図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。
【図１１】プラスティック基板のレーザ光の吸収特性としてＰＥＴに関する吸収特性を調べた結果を示す特性図である。
【図１２】アモルファスシリコン薄膜におけるレーザ光の吸収特性を調べた特性図である。
【符号の説明】
１ 固体レーザ発振装置
２ 波長変換部
３ 干渉低減装置
６ アモルファスシリコン薄膜
７ 基板
１１ レーザ媒質
１２ 半導体レーザ
１３、１４ 高反射ミラー
１５ Ｑスイッチ
１６ 偏光ビームスプリッタ
１７ １／４λ板
１９、２２ 高電圧パルサ
２３ マスタパルサ
３１ レーザ光
３２ 光学系
３３ １／２λ板
３４、３５ 偏光ビームスプリッタ
３６ 折り返しプリズム
４３ 干渉低減装置
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザアニール方法及び装置に関し、特に半導体ディスプレイ製造装置に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子の移動度の大きいポリシリコンを使った薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のディスプレイが低電力化や小型化などのメリットから主流になりつつある。この場合のポリシリコンは、アモルファスシリコン薄膜のアニーリングにより形成するとともに、アニーリング温度を下げるためにシリコン表面の局所加熱が可能なレーザアニーリング法が使われる。このアニーリング用レーザとしてはＸｅＣｌエキシマレーザが汎用されている。ＸｅＣｌエキシマレーザレーザの波長は紫外域の３０８ｎｍであり、アモルファスシリコン薄膜への吸収が大きく局所加熱には有効である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、下地である基板がプラスティックの場合、３００ｎｍ近傍の紫外光の吸収が極めて大きくなり、さらに熱的に弱いため、透過紫外レーザ光の吸収が生じて温度が上がり、基板に熱歪が発生し、薄膜が損傷を受けるという問題がある。この場合、プラスチック基板が熱的な影響を受ける原因は二つ考えられる。
【０００４】
一つは、プラスティック基板自体が紫外域において光の吸収が大きいことである。これによって、アニール用照射レーザ光のシリコン透過光がプラスチック基板に吸収される結果、プラスチック基板の温度が上昇すると考えられる。ちなみに、従来は基板がガラスであったため、ガラス基板自体の紫外光の吸収はさほど大きくなく、問題にならなかった。
【０００５】
もう一つは、アモルファスシリコン薄膜のレーザによる表面加熱時の熱が熱伝導によって、プラスティック基板に伝わり、プラスチック基板の温度が上昇したものであると考えられる。ちなみに、プラスティックは１００℃より少し高い温度で溶融するため、従来のガラス基板に比べて、熱伝導によるプラスチック基板の温度上昇の影響が出やすい。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、プラスチック等、高分子材料で形成した基板上のアモルファスシリコン薄膜をアニーリングによりポリシリコン化する場合において、基板に発生する熱歪を可及的に抑制し、ポリシリコンの薄膜を良好に形成し得るレーザアニール方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の知見に基づくものである。
【０００８】
プラスティック基板のレーザ光の吸収特性としてＰＥＴに関する吸収特性を調べたものがある。これを図１１に示す。同図に示す特性は、横軸にレーザ光の波長を採り、且つ縦軸にレーザ光の透過率を採って示すものである。同図を参照すれば、３００ｎｍの前半よりも短い波長で大きく透過率が減少（光吸収が増加）していることが分かる。すなわち、従来技術でアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うためこのアモルファスシリコン薄膜に照射するエキシマレーザレーザのレーザ光は３０８ｎｍの紫外光であるため、アモルファスシリコン薄膜を透過したエキシマレーザレーザ光が高効率で前記プラスチック基板に吸収されその温度を上昇させる。なお、図１１中、「エキシマレーザ」、「固体ＴＨＧ」及び「固体ＳＨＧ」の文字及び矢印は、それぞれエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）、固体レーザ（その波長が、例えば１０６４ｎｍ）の第３高調波の波長（３５５ｎｍ）及び前記固体レーザの第２高調波の波長（５３２ｎｍ）であることを示している。
【０００９】
一方、図１２はアモルファスシリコン薄膜におけるレーザ光の吸収特性を調べた特性図（横軸がレーザ光の波長及び縦軸がレーザ光の吸収係数）である。同図を参照すれば、アモルファスシリコン薄膜において良好な吸収が行われるのは紫外域の波長となっていることが分かる。すなわち、従来技術でアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うべくこのアモルファスシリコン薄膜に照射するエキシマレーザレーザのレーザ光は３０８ｎｍの紫外光であるため、極めて良好にアモルファスシリコン薄膜に吸収されて良好なアニーリングを行い得ることが分かる。
【００１０】
すなわち、アモルファスシリコン薄膜のアニーリングを良好に行うためには、波長が短い紫外域のレーザ光を採用するのが好適であるのに対し、プラスチック基板におけるレーザ光の吸収に伴うその温度上昇を防止するためには、波長が長い可視域のレーザ光を採用するのが好適であることが分かる。すなわち、アニーリングを良好に行うための要件とプラスチック基板の温度上昇を防止するための要件とはトレードオフの関係にある。したがって、アモルファスシリコン薄膜のアニーリングを良好に行うとともに、プラスチック基板の温度上昇を抑制するための波長範囲として３５０ｎｍ乃至５５０ｎｍが好適である。
【００１１】
従来技術に係るエキシマレーザとして、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌよりも長い波長においては、波長が３５１ｎｍのＸｅＦエキシマレーザが存在する。しかしながら、このＸｅＦエキシマレーザはエキシマレーザの中でも、あまり、一般的ではなく、発振効率がＸｅＣｌエキシマレーザよりも低いものと考えられる。また、このＸｅＦエキシマレーザを含め、エキシマレーザは、一般にハロゲンガスを用いるために、このハロゲンガスのハンドリングや安全、更にはガス交換のための運転コストが高いという問題を従来から抱えている。
【００１２】
このため、本願発明に係るレーザアニールに用いるレーザ装置としては、パルス動作のＹＡＧ，ＹＬＦ，ＹＶＯ４ などの固体レーザを用い、その第２又は３高調波を用いるのが有利である。例えばＹＡＧレーザをベースとした場合、第２高調波として５３２ｎｍのグリーン光、第３高調波として３５５ｎｍの紫外光を得ることができる。
【００１３】
固体レーザ装置は、最近そのレーザ発振器の励起源として従来のランプに代わり、半導体レーザを用いる装置の実用化が進んでいる。これによって、発振効率の向上や長寿命化を図ることができ、エキシマレーザに対しても運転コストの低減や、装置の小型化、安定性信頼性向上などの多くのメリットを得ることができる。
【００１４】
一方、レーザ光の照射による加熱対象物の温度上昇は、照射するパルスレーザ光のパルス幅と密接な関連がある。すなわち、レーザ照射時の加熱対象物に対する入熱量はレーザ光のエネルギで決まるが、同時に加熱対象物（アモルファスシリコン薄膜）の熱伝導で周辺に温度が拡散して、温度がどんどん逃げて行く。このため、加熱対象物を同じ温度まで昇温する場合には、パルス幅が短い方が、必要なエネルギは小さくて良いし、且つ周辺の温度も上昇しにくくなる。一般にナノ秒以上のパルス幅においては、ある温度以上にするのに必要なレーザエネルギの閾値はパルス幅の１／２乗に比例すると言われている。そこで、このパルス幅を１０ｎｍ未満に制御したレーザ光を照射するものとしたい。
【００１５】
かかる知見に基づく本発明のレーザアニール方法の構成は次の点を特徴とする。
【００１６】
１） 固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成し、このレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うこと。
【００１７】
２） 固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を形成し、このパルスレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うこと。
【００１８】
３） 上記２）に記載するレーザアニール方法において、
キャビティダンプ法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化すること。
【００１９】
４） 上記２）に記載するレーザアニール方法において、
モードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化すること。
【００２０】
５） 上記２）に記載するレーザアニール方法において、
キャビティダンプ法及びモードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化すること。
【００２１】
６） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントなレーザ光とし、その後これらを重畳することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２２】
７） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
単一光束のパルスレーザ光を分束するとともに、分束した二光束の間に光路差を設け、
さらに前記二光束を重畳して再び単一光束に集束することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２３】
８） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光を光導波路を用いて伝送し、この伝送過程における反射により前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２４】
９） 上記１）又は２）に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光を複数の固体レーザ発振器から出射し、その後各パルスレーザ光を合成してアモルファスシリコン薄膜に照射することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたこと。
【００２５】
１０） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、
前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２６】
１１） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、
前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、
この波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行う干渉低減手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２７】
１２） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、
前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段とを有し、
それぞれの出力であるレーザ光を合成して高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２８】
１３） パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、
前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段と、
各波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行うとともに各出力レーザ光を合成する干渉低減手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したこと。
【００２９】
１４） 上記１１）又は１３）に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、入射するレーザ光を分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳するものであること。
【００３０】
１５） 上記１１）又は１３）に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、単一のパルスレーザ光の光源から出射するレーザ光を二光束に分束する分束器と、
前記二光束を一光束に同一光軸上で集束する集束器と、
前記二光束の光路差を可干渉性距離より長くする光路差形成光学系とを有すること。
【００３１】
１６） 上記１１）又は１３）に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、光ファイバで形成し、この光ファイバに入射したレーザ光がそのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送され、この伝送中に反射によってモードが増加するとともに伝播時間差を生じることを利用してレーザ光のコヒーレンスを低下させるようにしたものであること。
【００３２】
１７） 上記１４）に記載するレーザアニール装置において、 干渉低減手段は、入射したレーザ光を、一方は透過し、他方は反射することにより分割する第１の偏光ビームスプリッタと、
第１の偏光ビームスプリッタを透過したレーザ光と反射したレーザ光とを合成して出力する第２の偏光ビームスプリッタと、
第１の偏光ビームスプリッタで反射して分割したレーザ光が第２の偏光ビームスプリッタに入射するよう、このレーザ光の光路を変更するとともに、第１の偏光ビームスプリッタから反射されて第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長が、第１の偏光ビームスプリッタを透過して直接第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるようにしたものであること。
【００３３】
１８） 上記１０）乃至１６）に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したこと。
【００３４】
１９） 上記１０）乃至１６）に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、モードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したこと。
【００３５】
２０） 上記１０）乃至１６）に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法及びモードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したこと。
【００３６】
２１） 上記１８）又は２０）に記載するレーザアニール装置において、
レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得るとともに、
前記レーザ媒質の両側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、キャビティダンプ素子を動作させ、続けてキャビティダンプを行なわせ、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成してキャビティダンプ法を実現するように構成したこと。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係るレーザアニール装置では、例えば１０６４ｎｍのパルスレーザ光を発生するＹＡＧレーザで構成した固体レーザ発振装置１を有している。ここで、固体レーザ発振装置１は、パルス幅が１０ｎｍ未満の短パルスを出射するように構成してある。このため、Ｑスイッチ法にてレーザ光をパルス化する。ただ、通常のＱスイッチパルス化ではレーザ発振器中での立ち上がり時間でパルス幅が決まり、１０ｎｓ以上のパルス幅を持つことになる。そこで、固体レーザ発振装置１は、特にパルス幅を１０ｎｓ未満に短くするため、その発振方法として、キャビティダンプ法と呼ばれるＱスイッチのスイッチングタイミングにてパルス幅を短縮化する方法若しくはモードロック法と呼ばれるパルス幅を短縮化する方法を実現するか、又はキャビティダンプ法及びモードロック法を同時に実現し得るように構成してある。かかる短パルス化に関する詳細な構成及び説明は後に詳述する。
【００３９】
図１に示す波長変換部２は前記固体レーザ発振装置１から出射するパルスレーザ光の波長を、波長が５３２ｎｍの第２高調波又は３５５ｎｍの第３高調波に波長変換し干渉低減装置３に供給する。干渉低減装置３は、前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減するものであり、このことによりスペックルによる照射面でのレーザ光の強度ムラを抑制する。ただ、干渉低減装置３は、必要に応じて設ければ良い。また、かかる干渉低減装置３に関する詳細な構成及び説明は後に詳述する。
【００４０】
加工ステージ４は、真空容器である加工チャンバ５内で加熱対象物（レーザアニールリングの対象物）のアモルファスシリコン薄膜６を載置している。このアモルファスシリコン薄膜６は、プラスチック等の高分子材料で形成した基板７上に形成してある。かくして、干渉低減装置３でコヒーレンスの低減処理をしたパルスレーザ光を、ミラー８で反射し、ホモジナイザ（マスク）９を通過させて光強度を均一化した後、このパルスレーザ光を、アモルファスシリコン薄膜６の表面に照射するようになっている。システム制御部１０は当該レーザアニール装置の各部の制御を行うもので、例えば固体レーザ発振装置１によるレーザ光の発振制御及び加工ステージ４の駆動制御等を行う。
【００４１】
かかる本形態によれば、干渉低減装置３でコヒーレンスを低減させたパルス幅が１０ｎｓ未満で、波長が５３２ｎｍ又は３５５ｎｍのパルスレーザ光をアモルファスシリコン薄膜６の表面に照射してそのアニーリングを行う。この結果、アモルファスシリコン薄膜６の基板７がプラスチックであってもこれに対する熱的な影響を可及的に低減し得ると同時に、アモルファスシリコン薄膜６には十分なレーザエネルギを吸収させて良好なアニーリングを行うことにより均質のポリシリコン化を実現し得る。
【００４２】
ここで、パルス幅が１０ｎｍ未満の短パルス化を実現する具体的な実施例を詳細に説明する。
【００４３】
図２は短パルス化を実現するキャビティダンプ法に関する原理を示す原理図である。同図に示すように、キャビティダンプ法は、Ｑスイッチと呼ばれるレーザ発振器内で光の往復をＯＮ，ＯＦＦするスイッチのタイミングを工夫するものである。すなわち、光の往復のスイッチをＯＮして、レーザ発振器内に光のエネルギが蓄積されて来たときに、スイッチをＯＦＦとして一気にレーザ発振器外に強いレーザ光を取り出す。この結果、共振器の長さで決まるような短いパルス幅のレーザを取り出すことが可能である。パルス幅は１ｎｓ〜１０ｎｓ程度とすることが可能である。
【００４４】
図３はキャビティダンプ法により短パルス化を実現し得る図１に示す固体レーザ発振装置１の具体的な実施例を示すブロック線図である。同図に示すように、レーザ媒質１１はＹＡＧレーザロッド等で形成した固体レーザ媒質であり、半導体レーザ１２を励起光源としてレーザ光を出射する。レーザ媒質１１の両端面側にはそれぞれ高反射率ミラー１３、１４が配設してあり、これらで共振器を形成している。共振器で挟まれた空間（キャビティ）内には，電気光学結晶で形成したＱスイッチ素子１５が偏光ビームスプリッタ１６及び１／４波長（以下、λと表記する。）板１７とともに配設してある。ここで、半導体レーザ１２は駆動電源１８によりＣＷ（連続波）動作又はＱ−ＣＷ（準連続波）動作される。また、Ｑスイッチ素子１５は高電圧パルサ１９で１／４λのパルス電圧が供給されたとき、１／４λ板として機能する。また、偏光ビームスプリッタ１６はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するものを用いている。
【００４５】
さらに、本実施例に係る固体レーザ発振装置１は、Ｑスイッチ素子１５、偏光ビームスプリッタ１６及び１／４λ板１７とともに、キャビティダンプ用のキャビティダンプ素子２０及び偏光ビームスプリッタ２１を有する。
【００４６】
ここで、キャビティダンプ素子２０及び偏光ビームスプリッタ２１はレーザ媒質１１に対してＱスイッチ素子１５及び偏光ビームスプリッタ１６の反対側に振り分けて配設してある。また、キャビティダンプ素子２０はＱスイッチ素子１５と同様の電気光学結晶で形成してあり、偏光ビームスプリッタ２１は偏光ビームスプリッタ１６と同様にＰ偏光を透過するとともにＳ偏光を反射するものである。キャビティダンプ素子２０には高電圧パルサ１９と同様の高電圧パルサ２２でパルス状の１／４λ電圧が印加される。１／４λ電圧が印加されたキャビティダンプ素子２０は１／４λ板として機能する。電気光学結晶は結晶への電圧印加に比例して内部の屈折率が変化する一次電気効果を有するものであり、この特性によってレーザ光のｘ方向及びｙ方向成分に位相差が生じる。したがって、印加電圧を適当な大きさに設定することによって上記位相差を制御し、偏光状態を変化させることができるからである。
【００４７】
高電圧パルサ１９、２２がＱスイッチ素子１５及びキャビティダンプ素子２０にパルス状の１／４λ電圧を印加するタイミングは、マスタパルサ２３が出力するトリガパルスで制御する。具体的には、Ｑスイッチ素子１５を動作させてＱスイッチ発振を行った後、その発振パルスレーザ光がピークレベルに達したときキャビティダンプ素子２０を動作させてキャビティダンプを行なうようなタイミングに制御する。これは、例えば共振器内を往復するレーザ光を、フォトダイオード等で検出することにより容易に制御することができる。このときの検出光は、例えばフォトダイオードを高反射率ミラー１３、１４の裏面等に配設することにより、これらから漏出するレーザ光を利用し得る。また、Ｑスイッチ発振による発振パルスレーザ光が、Ｑスイッチ素子１５の動作時点からピークレベルに達するまでの時間は、素子に固有のものであり、一度これを実測しておけば、高電圧パルサ１９、２２に供給するトリガパルス間の遅延時間は一義的に決定される。したがって、この遅延時間を回路的に確保してやれば良い。
【００４８】
かくして半導体レーザ１２の励起光によりレーザ媒質１１を励起すると、このレーザ媒質１１から光が出射される。この出射光のうちＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１６で反射されて外部に排出される。一方、直線偏光のうちＰ偏光成分はＱスイッチ素子１５及び１／４λ板１７を介して高反射率ミラー１３に入射し、この高反射率ミラー１３で反射され、再度１／４λ板１７及びＱスイッチ素子１５を介して偏光ビームスプリッタ１６に至る。ここで、Ｑスイッチ素子１５に電圧が印加されていないときは、偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ偏光は単にここを通過するだけであるため、高反射率ミラー１３で反射されて１／４λ板１７を往復することによりＳ偏光となる。このＳ偏光はＱスイッチ素子１５を介して偏光ビームスプリッタ１６に至り、ここで反射されて外部に排出される。すなわち、かかる状態では、キャビティ内の損失が大きいためレーザ発振は行われない。
【００４９】
一方、高圧パルサ１９で１／４λ電圧（図４（ａ）参照。）のパルス電圧を印加するとＱスイッチ素子１５は１／４λ板として機能する。この結果、偏光ビームスプリッタ１６を透過したＰ偏光はＱスイッチ素子１５及び１／４λ板１７を往復することにより一回転してＰ偏光となる。このＰ偏光は偏光ビームスプリッタ１６を透過してレーザ媒質１１に入射し共振器内で往復増幅される。この結果、急激に損失が小さくなるので、その分レーザの利得が大きくなって、レーザ媒質１１内の損失等で決まる一定の遅延時間の経過後、大きなピークをもつ短パルスのレーザ光が高反射ミラー１４で反射される。すなわち、高反射率ミラー１３、１４間をレーザ光が往復して増幅され、Ｑスイッチ発振がおこる。この結果、一定の遅延時間の経過後、共振器内のレーザ光（図４（ｂ）参照。なお、図中の点線は、キャビティダンプがない場合の当該レーザ光の波形である。）は急激に立ち上がるパルスレーザ光となる。
【００５０】
次に、このパルスレーザ光のレベルがピークになった時点でマスタパルサ２３のトリガパルスにより高電圧パルサ２２を動作してキャビティダンプ素子２０にパルス状の１／４λ電圧（図４（ｃ）参照。）を印加する。このことにより、Ｑスイッチ発振により共振器内に閉じ込められていたレーザ光が偏光ビームスプリッタ２１を介して一気に外部に取り出される。すなわち、キャビティダンプにより高いピークを有する短パルス幅（１０ｎｓ未満）のパルスレーザ光（図４（ｄ）参照。）を得る。
【００５１】
さらに詳言すると、レーザ光はＱスイッチ発振により共振器間で往復増幅を始め、ある程度の増幅時間後には共振器間のレーザ出力が充分大きくなり、その間に溜め込んだ利得を使い一気に出力が増幅される。このように本実施例ではレーザ光の損失を減らし、一気に共振器間の光強度を増幅するため、１００％に近い反射率の高反射率ミラー３、１４を用いており、高反射率ミラー３、１４間でレーザ光を往復増幅する。
【００５２】
レーザ光が共振器間で往復増幅を行っている間はキャビティダンプ素子２０である電気光学結晶は何の動作も行わない。この結果、レーザ光はこの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）により何の変化も受けず、共振器間で往復する。そして、共振器間で光強度が最大となった時点でこの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）にλ／４電圧に等しい高電圧パルスが印加されると、これによりレーザ媒質１１から高反射率ミラー１４に向かうレーザ光は偏光が変化し、高反射率ミラー１４で折り返して電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）を通過することでこの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）がλ／２板として機能する。この結果、Ｐ偏光であったレーザ光は９０°回転してＳ偏光になる。このＳ偏光のレーザ光は偏光ビームスプリッタ２１で反射されて外部に出力される。このときの電気光学結晶（キャビティダンプ素子２０）の動作はレーザ媒質１１側からみれば、大きな損失になるため、光の増幅はこの動作でストップし、共振器間の空間に存在したレーザ光のみが外部に取り出されることになる。したがって、取り出されるレーザ光のパルス幅は
ｔ＝２Ｌ／ｃ
Ｌ：共振器間隔
ｃ：光速
で規定される短いものになり、その分大きなピークレベルを有するものとなる。なお、実際には電気光学結晶に印加する電圧の有限の時間から上記時間ｔに較べパルス幅は長くなる。
【００５３】
前述の如く、固体レーザ発振装置１の出射レーザ光のパルス幅を１０ｎｓ未満に短パルス化する他の方法としてモードロック法がある。このモードロック法とは、レーザの縦モードの位相をロックさせる方法であり、例えば固体レーザ結晶にＲＦ信号を加えて位相または光周波数の変調をかける方法である。このモードロック法にて出力されるレーザのパルス幅は数１０ｐｓ以下の非常に短いパルス幅とすることが可能である。
【００５４】
また、上記キャビティダンプ法及びモードロック法を同時に実現する装置構成とすることもできる。この場合には、両短パルス化方法の作用・効果が相乗されるため、最も効率的に所望の短パルス化を図ることができる。
【００５５】
レーザ光を固体レーザ発振器から得ようとした場合、レーザ光を単一縦モード及び横モードにて運転する必要がある。この場合、出力されるレーザ光はコヒーレンスの極めて高い光となるため、当該レーザ光の照射面での光の干渉によるスペックルパターンが出現し、均一な照射ができないという問題が発生する。このスペックルパターンとは、レーザ光のようなコヒーレントな光を粗面に照射したとき、空間に生じるコントラストの高い斑点状の模様をいう。粗面の各点で散乱された光が互いに不規則な位相関係で干渉することにより生じる複雑な干渉パターンである。ここで、アモルファスシリコン薄膜６はここにいう「粗面」である。
【００５６】
したがって、かかるレーザ光をそのままアモルファスシリコン薄膜６の表面に照射したのでは、このアモルファスシリコン薄膜６を均一に加熱することができず、均質なポリシリコン化が阻害されるという問題を発生する。
【００５７】
そこで、図１に示す実施の形態に係るレーザアニール装置では、レーザ光の照射面に現れるスペックルパターンを低減してアモルファスシリコン薄膜６の表面を均一に照射すべく干渉低減装置３を設けている。ここで、本形態における干渉低減装置３として好適な幾つかの実施例を説明しておく。
【００５８】
＜干渉低減装置３の第１の実施例＞
図５は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例に係るスペックル低減装置３は、一本のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳することにより実現し得る。固体レーザ発振装置１（図１参照。）から出射されたコヒーレンスが極めて高いレーザ光３１をＰ偏光として入射している。ここで入射レーザ光は光学系３２及びλ／２板３３を介して第１の偏光ビームスプリッタ３４に入射される。光学系３２は入射したレーザ光３１のビーム径を拡大する拡大光学系である。この光学系３２を通すことにより、後に第１の偏光ビームスプリッタ３４で行うレーザ光３１の分割及び第２の偏光ビームスプリッタ３５で行うレーザ光１の合成を容易にしている。すなわち、ビーム系が小径の場合には、第１の偏光ビームスプリッタ３４、３５の位置を厳密に所定位置に調節する必要があるが、ビーム系が大きいと、その分当該位置精度が緩和され、位置調節も簡単になる。λ／２板３３は入射したレーザ光３１を４５°回転する偏光回転手段である。
【００５９】
第１の偏光ビームスプリッタ３４は、Ｐ偏光を透過させるとともにＳ偏光を図中下方の９０°方向に反射する。第２の偏光ビームスプリッタ３５は、第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過したＰ偏光を直接入射するとともに、第１の偏光ビームスプリッタ３４で反射され、折り返しプリスム３６で光路を変更されたＳ偏光を入射する。すなわち、折り返しプリスム３６では、第１の偏光ビームスプリッタ３４で分割・反射されたＳ変更を１８０°折り返して第２の偏光ビームスプリッタ３５に入射させる。また、このとき第１の偏光ビームスプリッタ３４で反射されたＳ偏光が折り返しプリスム３６を介して第２の偏光ビームスプリッタ３５に至る光路長は、第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過して直接第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるように設定してある。
【００６０】
かかる干渉低減装置３では、図５に示すように、Ｐ偏光（Ａ）として入射されるレーザ光３１は、λ／２板３３で偏光方向が４５°回転された偏光（Ｂ）となって第１の偏光ビームスプリッタ３４に入射する。偏光（Ｂ）は、この第１の偏光ビームスプリッタ３４でＰ偏光成分とＳ偏光成分に等分割される。これらのうち第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過するＰ偏光成分に基づくＰ偏光（Ｃ）は直接第２の偏光ビームスプリッタ３５に入射される。一方、第１の偏光ビームスプリッタ３４で反射されるＳ偏光成分に基づくＳ偏光（Ｄ）は折り返しプリスム３６−１で折り返されて第２の偏光ビームスプリッタ３５に入射する。第２の偏光ビームスプリッタ３５において、Ｐ偏光（Ｃ）はそのまま透過する一方、Ｓ偏光（Ｄ）は反射される。この結果、これらのＰ偏光（Ｃ）とＳ偏光（Ｄ）とが合成され、大きさが等しいＰ偏光成分及びＳ偏光成分を有する偏光（Ｅ）のレーザ光３１として出力される。ここで、第１の偏光ビームスプリッタ３４から第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るＰ偏光（Ｃ）の光路長とＳ偏光（Ｄ）の光路長との間には、コヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上の差がある。この結果、これらを合成して得る偏光（Ｅ）は可干渉性が低減されたレーザ光３１となる。
【００６１】
なお、図５に示す本実施例は、干渉低減装置３を、第１の偏光ビームスプリッタ３４、第２の偏光ビームスプリッタ３５及び折り返しプリスム３６で単一ユニットを形成した場合であるが、かかるユニットを複数段、直列に接続することも可能である。要は、インコヒーレント化の程度によって適宜選択すれば良い。この場合の干渉低減装置３は、第１の偏光ビームスプリッタ３４、第２の偏光ビームスプリッタ３５及び光路変更手段である折り返しプリスム３６で形成したユニットを複数段直列に結合し、前段ユニットの合成レーザ光が次段ユニットの入射レーザ光となるように構成するとともに、ｎ（ｎは自然数）段目のユニットにおける第１の偏光ビームスプリッタ３４から反射されて第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るレーザ光の光路長は、第１の偏光ビームスプリッタ３４を透過して直接第２の偏光ビームスプリッタ３５に至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）の２ｎ−１ 倍だけ長くなるように構成する。
【００６２】
＜干渉低減装置３の第２の実施例＞
上記図５に示す干渉低減装置３では、レーザ光３１を２分割し、各レーザ光を異なる光路長の光路を通過させた後重畳することによりコヒーレンスを低減しているが、これは、レーザ光を２光束以上に分割した後、同様の光路長差を有する光路を通過させた後、重畳するように構成しても同様の干渉低減効果を得ることができる。そして、この場合には、当該干渉低減装置３の小型化を図ることができるという新たな効果を奏する。
【００６３】
図６は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例においては、第１光路差形成光学系がレーザー光源（単一）とともに設けられている。そのレーザー光源５１から出射する最高可干渉性レーザー光５２は、その第１光路差形成光学系５３に入射する。最高可干渉性レーザー光５２は、以下、第１光学系干渉性レーザー光５２−１と呼ばれる。第１光路差形成光学系５３は、後述されるように、複数の他の光路差形成光学系とともに用いられることになって、第１光路差形成光学系要素５３−１と呼ばれる。第１光路差形成光学系要素５３−１は、２個の偏光回転要素（以下、偏光板と呼ばれる）と１個のビームスプリッタと、２個のプリズムとから構成されている。第１光学系干渉性レーザー光５２−１は、互いに直交する横偏光（以下、Ｐ偏光と呼ばれる）成分と縦偏光（以下、Ｓ偏光と呼ばれる）成分とが概ね半分ずつで合成された合成光である。このような合成光は、図中に、直交矢ａで示されている。
【００６４】
第１光学系干渉性レーザー光５２−１は、その２個の偏光板のうちの１つである第１光学系偏光板５４−１に入射してそれを透過する。第１偏光板５４−１に入射するレーザービームは、コリメータ（図示されず）により第１光学系干渉性レーザー光５２−１が拡径されていることが好ましい。レーザービームの合成比率が既述の合成比率である場合、第１光学系偏光板５４−１は１／２λ板が用いられ、第１光学系偏光板５４−１は、Ｐ偏光とＳ偏光をそれぞれに４５°の角度で回転させることができる。このような偏光角度の変更を受けたレーザービームは、斜交直交矢ｂで示されている。
【００６５】
第１光学系偏光板５４−１を透過したレーザービームの光軸上に、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１が配設されている。第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１は、光軸に対して４５°の傾斜角度を持つ傾斜反射・透過面を有し、Ｐ偏光を直進させて透過させ、Ｓ偏光を反射させる光学的性質を有している。第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１で反射するＳ偏光ビームの光軸上に、第１光学系第１プリズム５６−１Ａが配置されている。その光軸の延長線上で、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１に対して第１光学系第１プリズム５６−１Ａと反対側になる対称位置（又は反対位置）に、第１光学系第２プリズム５６−１Ｂが配置されている。
【００６６】
第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１で反射したＳ偏光ビーム（矢ｃで示されている）は、第１光学系第１プリズム５６−１Ａで内部反射し、更に、第１光学系第２プリズム５６−１Ｂで内部反射して、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１で９０°の偏向を受けて、第１光学系干渉性レーザー光５２−１の時間的遅延部分のＰ偏光成分であり第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１は透過する透過ビームに合流する。このような合流により合成される第１合成ビーム５７は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の２成分を半分ずつに持つビームとして、他の１／２λ板である偏光板５４−２に入射してそれを透過する。その偏光板５４−２は、後述される第２光学系の入射側偏光板として用いられ、第２光学系内で第２光学系偏光板５４−２を形成している。
【００６７】
第１光学系のＳ偏光ビームは、既述の時間的遅延部分のＰ偏光ビームに対して、第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１→第１光学系第１プリズム５６−１Ａ→第１光学系第２プリズム５６−１Ｂ→第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１の光路の光路長分だけ長い光路を辿っている。その長い分の光路長は、ΔＬで表される。第１光学系干渉性レーザー５２−１のスペクトル幅は、Δνで表される。２光束が可干渉性を保持する距離は、可干渉距離又は可干渉光路差と呼ばれる。可干渉光路差は、Ｃ／Δνで表されることが知られている。ΔＬ＞Ｃ／Δνであれば、その２光束の可干渉性は消失することが知られている。ΔＬは、ΔＬ＞Ｃ／Δνを満足している。但し、このような条件が満たされても完全に可干渉性が消失するのではなく、それぞれの光束間では可干渉性が残存している。しかし、スペックルパターンの強度分布は、ランダムなスペックルパターンの二光束の単純足し合わせになるため、平均化がなされ強度分布の不均一性は低減する。
【００６８】
本実施例は、２つのプリズム（反射光学要素）を用いて１周回光路を形成することにより、光路差は２つのプリズム間の距離の概ね２倍の長さが得られ、同じ光路差を得るために光学装置系の長さを概ね半分の長さで形成することができる。
【００６９】
＜干渉低減装置３の第３の実施例＞
本実施例は、図６に示す実施例と同様にレーザ光を２光束に分割する方式の実施例である。図７は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例は、光路差形成光学系として、第２光路差形成光学系要素５３−２が構成されている。第２光路差形成光学系要素５３−２は、第２光学系偏光板５４−２と、１個の第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２と、２個のプリズムである第２光学系第１プリズム５６−２Ａと第２光学系第２プリズム５６−２Ｂとから構成されている。第２光学系偏光板５４−２は、図６に示す第２の実施例における第１光学系偏光板５４−１に対応している。
【００７０】
第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２は、図６に示す第２の実施例における第１光学系偏光ビームスプリッタ５５−１に対応して配置されている。同様に、第２光学系第１プリズム５６−２Ａは、図６に示す第２の実施例における第１光学系第１プリズム５６−１Ａに対応して配置されている。第２光学系第２プリズム５６−２Ｂは、図６に示す第２の実施例における第１光学系第２プリズム５６−１Ｂに対応して配置されている。本実施例の光学要素の離隔間隔を含む位置対応関係は、既述の実施例の光学要素のその位置対応関係に同じである。
【００７１】
本実施例は、第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２と第２光学系第１プリズム５６−２Ａとの間に第２光学系付加偏光板（λ／２波長板）５８が追加的に介設されている点で、図６に示す第２の実施例と異なっている。図６の第１光学系偏光板５４−１に対応する第２光学系偏光板５４−２は、図６の第２光学系偏光板５４−２がそのままに利用されている。第２光学系偏光板５４−２に入射するＰ偏光成分とＳ偏光成分を持つ第２光学系干渉性レーザー光５２−２（第１光路差形成光学系要素５３−１の出射ビーム）のうちの第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２で反射するＳ偏光成分は、第２光学系付加偏光板５８を透過する間に偏光角度９０°の偏光を受けてＰ偏光成分になり、そのＰ偏光成分は、第２光学系第１プリズム５６−２Ａで内部反射し、次に、第２光学系第２プリズム５６−２Ｂで内部反射し、第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２をそのままに透過し、第２光学系付加偏光板５８を再び透過する間にＳ偏光成分に戻り、そのＳ偏光成分は、再び第２光学系第１プリズム５６−２Ａと第２光学系第２プリズム５６−２Ｂとで内部反射する。
【００７２】
本実施例では、第２光学系に入射するＳ偏光ビームが途中で２回の偏光変換を受けて辿る光路長は、第２光学系干渉性レーザー光５２−２の時間的遅延部分のＰ偏光ビームに対して、第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２→第２光学系第１プリズム５６−２Ａ→第２光学系第２プリズム５６−２Ｂ→第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２→第２光学系第１プリズム５６−２Ａ→第２光学系第２プリズム５６−２Ｂ→第２光学系偏光ビームスプリッタ５５−２の光路長分（２周回光部分）だけ長い。このような光路差は、図６に示す第２の実施例の光路差の２倍である。
【００７３】
第１光路差形成光学系要素５３−２から出射するレーザーのうちの残存可干渉性成分のＰ偏光成分とＳ偏光成分は、第１光路差形成光学系要素５３−２の光路差の２倍の光路差を持って再合流して再合成されている。このような再分割と再合成により、可干渉性が効果的に低下する。このように可干渉性が低減したレーザービームは、必要的・追加的に配置されている第３光学系偏光板５４−３に入射する。
【００７４】
＜干渉低減装置３の第４の実施例＞
本実施例は、図６に示す実施例と同様にレーザ光を２光束に分割する方式の実施例であり、図８は本実施例に係る干渉低減装置３を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例では、光路差形成光学系として、第ｊ光路差形成光学系要素５３−ｊ（２＜ｊ＜ｎ）を構成している。１つ前の第（ｊ−１）光路差形成光学系要素５３−（ｊ−１）から出射する第（ｊ−１）コヒーレンス低減光Ｌ−（ｊ−１）は、第ｊ光学系偏光板５４−ｊを通って、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊで二光束に分束される。
【００７５】
第ｊ光路差形成光学系要素５３−ｊは、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊと、第１反射系と、第２反射系と、第３反射系を備えている。その第１反射系は、２体の第１反射体６３Ａ，６３Ｂと、２体の第１反射体６３Ａ，６３Ｂの間に追加的に介設される第ｊ光学系付加偏光板６４と、望遠鏡６５とから形成されている。第ｊ光学系付加偏光板６４と望遠鏡６５は、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊと第１反射体６３Ａとの間の光軸上に介設されている。２つの第１反射体６３Ａ，６３Ｂは、ともにプリズムで形成されることが好ましい。
【００７６】
その第２反射系は、非平行に対向する反射面をそれぞれに有する２体の第２反射体６６Ａ，６６Ｂとから構成されている。２体の第２反射体６６Ａ，６６Ｂは、ともに反射鏡で形成されることが好ましい。その第３反射系は、２体の第３反射体６７Ａ，６７Ｂで構成されている。２体の第３反射体６７Ａ，６７Ｂは、広い面積を持ち非平行に対向する反射面をそれぞれに有する平面鏡でそれぞれに形成されている。
【００７７】
第１反射系の２体の第１反射体のうちの１体６３Ａで反射する光は、第２反射系の２体の第２反射体６６Ａ，６６Ｂのうちの１体の第２反射体６６Ａで反射して、第３反射系に進入する。第３反射系に進入する光は、第３反射系の２体の第３反射体６７Ａ，６７Ｂの間で多数回に反射する。第３反射体６７Ａ，６７Ｂは閉じる方向に互いに傾斜して非平行であるので、第３反射体６７Ａ，６７Ｂの間で有限回の反射を繰り返す間に進行方向が逆転し、第３反射系から抜け出して、第２反射系の第２反射体のうちの他の１体６６Ｂに向かう。このように他の１体６６Ｂに向かう光は、第１反射系の２体の第１反射体のうちの他の１体６３Ｂで反射して、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊに入射する。第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ６５−ｊに入射する時の光は、第ｊ光学系付加偏光板６４を１回だけ通過しているので、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊを透過して、再び第１反射体６３Ａに向かう。再び第１反射体６３Ａに向かう光は、第１反射系から第２反射系に向かい、更に、第３反射系に向かい、第３反射系で反射的に再び戻されて、第２反射系に向かい、更に、第１反射系に入射して、３度目に、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊに向かう。その光は、第ｊ光学系偏光ビームスプリッタ５５−ｊで今回は透過せずに反射して、第（ｊ−１）コヒーレンス低減光Ｌ−（ｊ−１）に合流する。
【００７８】
図８に示される角度αを小さく設定すれば、反射回数は多くなる。図８の光学系は、ミラー間で３０回の反射を２周回行うことにより１００ｍの光路差を作り出すことができる。
【００７９】
＜干渉低減装置３の第５の実施例＞
図９は、上記実施例同士の組合せにより形成される第５の実施例に係る低減干渉装置３である。本実施例においては、ステップＳ１からステップＳ１０までの１０ステップで、コヒーレンス低減が等比級数的に遂行される。ステップＳ１では既述の図６の光学系が用いられ、ステップＳ２では図６の光学系で光路差が２倍に延長された光学系が用いられ、ステップＳ３では図６の光学系で光路差が４倍に延長された光学系が用いられ、ステップＳ４では図１の光学系で光路差が４倍以上に延長され、望遠鏡６５−１が追加された光学系が用いられ、ステップＳ５では図６の光学系で光路差が８倍以上に延長され望遠鏡６５−２が追加された光学系が用いられ、ステップＳ６では既述の図８の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−１−１Ａ，６６−１−２Ａ等が用いられた光路差が８倍、１６倍以上に延長され望遠鏡６５−３が追加された光学系が用いられ、ステップＳ７では図３の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−２−２Ａ，６６−２−２Ａが用いられ、２回周回を行うための偏光板６４−１が追加されて、光路差が３２倍又は６４倍以上に延長され、望遠鏡６５−４が追加された光学系が用いられ、ステップＳ８では図８の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−３Ａ，６７−１Ａが用いられ、２回周回を行うための偏光板６４−２が追加され、光路差が１２８倍又は２５６倍以上に延長され、望遠鏡６５−５が追加された光学系が用いられ、ステップＳ９では図６の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−４Ａ，６７−２Ａが用いられ、２回周回を行うための偏光板６４−３が追加されて光路差が５１２倍以上に延長され、望遠鏡６５−８が追加された光学系が用いられ、ステップＳ１０では図６の光学系のうちの多数回反射を行うミラー６６−５Ａ，６７−３Ａが用いれ、２回周回を行うための偏光板６４−４が追加されて光路差が１０２４倍以上に延長され、望遠鏡６５−８が追加された光学系が用いられている。このような組合せは、更に多様に組み合わせられ、多数回周回、多数回反射、ミラー間距離増大、望遠鏡付加の組合せにより、干渉性を等比級数的に減少させて単一ビームの非可干渉光を作成することが可能である。光束径を縮小する望遠鏡は、コリメータの光軸を逆方向にして用いられる。
【００８０】
各素子の透過率をビームスプリッタ５５−ｊについて０．９９８、プリズム５６−ｊについて０．９９８、偏光板５４−ｊ、λ／２波長板５８、偏光器６４について０．９９８、反射体６６、反射体６７の反射鏡について０．９９９、望遠鏡６５について０．９９８を仮定すると、図９の１０段の構成について、入射レーザ光の透過率は約８０％である。これは、所定のプロセスにおいて２０Ｗの出力が必要であるとすると、レーザ単体として２５Ｗ以上の出力を確保する必要があることを意味する。
【００８１】
＜干渉低減装置３の第６の実施例＞
さらに、他の干渉低減手段としては、光ファイバを利用したものも考えられる。すなわち、光ファイバの中を通過するレーザ光は光ファイバのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送される。そして、この伝送中に反射によってモードが増えるとともに伝播時間差が生じる。これによって、レーザ光のコヒーレンスが効果的に低下することを利用するものである。かかる光ファイバ利用においては、装置の構成を簡素化することが可能となる。
【００８２】
図１０は本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係るレーザアニール装置では、複数の固体レーザ発振装置１−１、１−２、１−３を有しており、各固体レーザ発振装置１−１〜１−３の出射レーザ光を波長変換部２−１、２−２、２−３を介して所定の波長に変換した後、各波長変換部２−１〜２−３をミラー４１−１、４１−２、４１−３を介して干渉低減装置４３に入射するように構成してある。ここで、各固体レーザ発振装置１−１〜１−３は、図１に示す固体レーザ発振装置１と同様の装置であり、また波長変換部２−１〜２−３も波長変換部２と同様の構成となっている。干渉低減装置４３は、図１に示す干渉低減装置３を３系統有する点が異なるだけである。すなわち、１０６４ｎｍの波長のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振装置１及び前記パルスレーザ光をその第２高調波（波長、５３２ｎｍ）又は第３高調波（波長、３５５ｎｍ）に波長変換する波長変換部２を複数個（図では３個）有するとともに、干渉低減系統を３系統有する点を除き、図１に示すレーザアニール装置と同様の構成の装置となっている。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００８３】
本形態に係るレーザアニール装置は、複数個の固体レーザ発振装置１−１〜１−３からのレーザ光を合成するものであり、各固体レーザ発振装置１−１〜１−３の出射レーザ光は相互の関連がないため、合成したレーザ光での干渉を低減することができる。すなわち、レーザ光のコヒーレンスを効果的に低下させることができる。
【００８４】
なお、本形態においても各固体レーザ発振装置１−１〜１−３からのレーザ光は干渉低減装置４３に入射させているが、複数個の固体レーザ発振装置１−１〜１−３からのレーザ光を合成するだけで、十分なコヒーレンス低減効果が得られる場合には、これを省略しても図１に示すレーザアニール装置と同様の作用・効果を得る。すなわち、コヒーレンス低減効果の程度によって適宜干渉低減装置４３を設ければ良い。また、干渉低減装置４３を設けるにしても、図１に示す実施の形態の場合よりもこの干渉低減装置４３の構成を簡素化、小型化し得る。
【００８５】
さらに、図５等に示すように、レーザ光を分割し、相互にインコヒーレントなレーザ光とするためコヒーレント長さの時間的なズレを発生させる場合には、パルス幅が延びてしまうという問題を有するが、複数レーザ光の合成による本実施の形態の場合は、かかる問題を生起することはない。すなわち、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができる。例え干渉低減装置４３を設けた場合でも、コヒーレンスの低減化に対する干渉低減装置４３の寄与度を低減できるので、その分パルス幅を伸ばすことなく、所望のコヒーレンス低減効果を得る。
【００８６】
なお、上記実施の形態では、アモルファスシリコン薄膜６に照射するレーザ光の波長は５３２ｎｍ又は３５５ｎｍとしたが、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光であれば同様に使用し得る。
【００８７】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成し、このレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。すなわち、アモルファスシリコン薄膜の基板がプラスチックであってもこれに対する熱的な影響を可及的に低減し得ると同時に、アモルファスシリコン薄膜には十分なレーザエネルギを吸収させて良好なアニーリングを行うことにより均質のポリシリコン化を実現し得る。
【００８８】
〔請求項２〕に記載する発明は、固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を形成し、このパルスレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うので、
アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、〔請求項１〕に記載する発明の作用・効果をより顕著なものとすることができる。
【００８９】
〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、キャビティダンプ法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化するので、
〔請求項２〕に記載する発明をキャビティダンプ法により実現し得る。
【００９０】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、モードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化するので、
〔請求項２〕に記載する発明をモードロック法により実現し得る。所定の短パルス化を容易且つ良好に実現し得る。
【００９１】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、キャビティダンプ法及びモードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化するので、
〔請求項２〕に記載する発明の短パルス化を最も効果的且つ良好に実現し得る。
【００９２】
〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、パルスレーザ光のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントなレーザ光とし、その後これらを重畳することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明の作用・効果とともに、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。
【００９３】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、単一光束のパルスレーザ光を分束するとともに、分束した二光束の間に光路差を設け、さらに前記二光束を重畳して再び単一光束に集束することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項６〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。このとき、スペックル低減のための部分を〔請求項６〕の発明の場合よりもコンパクトに形成することができる。
【００９４】
〔請求項８〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、パルスレーザ光を光導波路を用いて伝送し、この伝送過程における反射により前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明の作用・効果とともに、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。また、このときのインコヒーレント化を光ファイバで実現しているので、これに要するコストを最も低減し得る。
【００９５】
〔請求項９〕に記載する発明は、〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、パルスレーザ光を複数の固体レーザ発振器から出射し、その後各パルスレーザ光を合成してアモルファスシリコン薄膜に照射することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたので、
〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載する発明と同様の作用・効果とともに、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができるという効果も奏する。ちなみに、例えばレーザ光を分割し相互にインコヒーレントなレーザ光とするためコヒーレント長さの時間的なズレを発生させる場合には、パルス幅が延びてしまうという問題を有する。
【００９６】
〔請求項１０〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
【００９７】
〔請求項１１〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、この波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行う干渉低減手段とを有し、この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。
【００９８】
〔請求項１２〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段とを有し、それぞれの出力であるレーザ光を合成して高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、相互に位相的な関連がない複数個の固体レーザ発振手段の出力レーザ光を合成したので、パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制してアモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。このとき、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができる。
【００９９】
〔請求項１３〕に記載する発明は、パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段と、各波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行うとともに各出力レーザ光を合成する干渉低減手段とを有し、この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したので、
３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光が、アモルファスシリコン薄膜に十分吸収され、このアモルファスシリコン薄膜を良好に加熱して所定のアニーリングを行うことができる。一方、高分子材料で形成した基板にはあまり吸収されず、したがってこの基板に対する熱的影響を低減し得る。さらに、アモルファスシリコン薄膜及び基板に対しては瞬間的な熱エネルギの供給により、前記作用・効果をより顕著なものとすることができる。
さらに、干渉低減手段によりパルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制できるので、アモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。このとき、パルス幅を伸ばすことなく、コヒーレンスの低減を行うことができる。
【０１００】
〔請求項１４〕に記載する発明は、〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、入射するレーザ光を分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳するものであるので、
〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載する発明と同様の作用・効果に加え、干渉低減手段によりパルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制できるので、アモルファスシリコン薄膜の表面を均一に照射することができ、その分良好なポリシリコン化を実現し得る。
【０１０１】
〔請求項１５〕に記載する発明は、〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、単一のパルスレーザ光の光源から出射するレーザ光を二光束に分束する分束器と、前記二光束を一光束に同一光軸上で集束する集束器と、前記二光束の光路差を可干渉性距離より長くする光路差形成光学系とを有するので、
〔請求項１４〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。このとき、干渉低減手段を〔請求項１４〕の発明の場合よりもコンパクトに形成することができる。
【０１０２】
〔請求項１６〕に記載する発明は、〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、光ファイバで形成し、この光ファイバに入射したレーザ光がそのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送され、この伝送中に反射によってモードが増加するとともに伝播時間差を生じることを利用してレーザ光のコヒーレンスを低下させるようにしたものであるので、
〔請求項１４〕に記載する発明と同様の作用・効果を奏する。特に、本発明の場合、スペックルによる照射面での強度ムラの抑制を最も廉価なコストで実現し得る。
【０１０３】
〔請求項１７〕に記載する発明は、〔請求項１４〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、入射したレーザ光を、一方は透過し、他方は反射することにより分割する第１の偏光ビームスプリッタと、第１の偏光ビームスプリッタを透過したレーザ光と反射したレーザ光とを合成して出力する第２の偏光ビームスプリッタと、第１の偏光ビームスプリッタで反射して分割したレーザ光が第２の偏光ビームスプリッタに入射するよう、このレーザ光の光路を変更するとともに、第１の偏光ビームスプリッタから反射されて第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長が、第１の偏光ビームスプリッタを透過して直接第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるようにしたものであるので、
光路長が異なる２種類のレーザ光を得ることができる。この結果、コヒーレンスを低下させることができ、その分スペックルパターンの発生を防止することができ〔請求項１４〕に記載する発明の干渉低減装置を良好に構成し得る。
【０１０４】
〔請求項１８〕に記載する発明は、〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したので、
〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する発明の作用・効果とともに、キャビティダンプ法により出力パルスレーザ光の短パルス化を容易に実現し得るという効果を奏する。
【０１０５】
〔請求項１９〕に記載する発明は、〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、固体レーザ発振手段は、モードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したので、 〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する発明の作用・効果とともに、モードロック法により出力パルスレーザ光の短パルス化を容易に実現し得るという効果を奏する。
【０１０６】
〔請求項２０〕に記載する発明は、〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法及びモードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したので、
〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する発明の作用・効果とともに、キャビティダンプ法及びモードロック法により出力パルスレーザ光の短パルス化を容易に実現し得るという効果を奏する。
【０１０７】
〔請求項２１〕に記載する発明は、〔請求項１８〕又は〔請求項２０〕に記載するレーザアニール装置において、レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得るとともに、前記レーザ媒質の両側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、キャビティダンプ素子を動作させ、続けてキャビティダンプを行なわせ、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成してキャビティダンプ法を実現するように構成したので、
〔請求項１８〕又は〔請求項２０〕に記載するキャビティダンプ法を容易、且つ具体的に実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。
【図２】短パルス化を実現するキャビティダンプ法に関する原理を示す原理図である。
【図３】図１に示すレーザアニール装置の固体レーザ発振装置の具体的な構成である実施例を示すブロック線図である。
【図４】図３に示す固体レーザ発振装置の各部の波形を示す波形図である。
【図５】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第１の実施例を示すブロック線図である。
【図６】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第２の実施例を示すブロック線図である。
【図７】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第３の実施例を示すブロック線図である。
【図８】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第４の実施例を示すブロック線図である。
【図９】図１に示すレーザアニール装置の干渉低減装置の第５の実施例を示すブロック線図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置を示すブロック線図である。
【図１１】プラスティック基板のレーザ光の吸収特性としてＰＥＴに関する吸収特性を調べた結果を示す特性図である。
【図１２】アモルファスシリコン薄膜におけるレーザ光の吸収特性を調べた特性図である。
【符号の説明】
１ 固体レーザ発振装置
２ 波長変換部
３ 干渉低減装置
６ アモルファスシリコン薄膜
７ 基板
１１ レーザ媒質
１２ 半導体レーザ
１３、１４ 高反射ミラー
１５ Ｑスイッチ
１６ 偏光ビームスプリッタ
１７ １／４λ板
１９、２２ 高電圧パルサ
２３ マスタパルサ
３１ レーザ光
３２ 光学系
３３ １／２λ板
３４、３５ 偏光ビームスプリッタ
３６ 折り返しプリズム
４３ 干渉低減装置
Claims (21)
- 固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成し、このレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うことを特徴とするレーザアニール方法。
- 固体レーザ発振手段を用いて波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍで、且つパルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を形成し、このパルスレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射して、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うことを特徴とするレーザアニール方法。
- 〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
キャビティダンプ法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化することを特徴とするレーザアニール方法。 - 〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
モードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化することを特徴とするレーザアニール方法。 - 〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
キャビティダンプ法及びモードロック法によりパルス幅を１０ｎｍ未満に短パルス化することを特徴とするレーザアニール方法。 - 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光のレーザビームを分割して相互にインコヒーレントなレーザ光とし、その後これらを重畳することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたことを特徴とするレーザアニール方法。 - 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
単一光束のパルスレーザ光を分束するとともに、分束した二光束の間に光路差を設け、
さらに前記二光束を重畳して再び単一光束に集束することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたことを特徴とするレーザアニール方法。 - 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光を光導波路を用いて伝送し、この伝送過程における反射により前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたことを特徴とするレーザアニール方法。 - 〔請求項１〕又は〔請求項２〕に記載するレーザアニール方法において、
パルスレーザ光を複数の固体レーザ発振器から出射し、その後各パルスレーザ光を合成してアモルファスシリコン薄膜に照射することにより前記パルスレーザ光のコヒーレンスを低減してスペックルによる照射面での強度ムラを抑制するようにしたことを特徴とするレーザアニール方法。 - パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、
前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する固体レーザ発振手段と、
前記パルスレーザ光を波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を形成する波長変換手段とを有し、
この波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行う干渉低減手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、
前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段とを有し、
それぞれの出力であるレーザ光を合成して高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - パルス幅が１０ｎｍ未満のパルスレーザ光を出射する複数の固体レーザ発振手段と、
前記各パルスレーザ光をそれぞれ波長変換して波長が３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光をそれぞれ形成する複数の波長変換手段と、
各波長変換手段の出力レーザ光のコヒーレンス低減処理を行うとともに各出力レーザ光を合成する干渉低減手段とを有し、
この出力であるレーザ光を高分子材料の基板上に形成したアモルファスシリコン薄膜に照射し、このアモルファスシリコン薄膜のアニーリングを行うように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、入射するレーザ光を分割して相互にインコヒーレントな複数のレーザ光とし、その後これらを重畳するものであることを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、単一のパルスレーザ光の光源から出射するレーザ光を二光束に分束する分束器と、
前記二光束を一光束に同一光軸上で集束する集束器と、
前記二光束の光路差を可干渉性距離より長くする光路差形成光学系とを有することを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１１〕又は〔請求項１３〕に記載するレーザアニール装置において、
干渉低減手段は、光ファイバで形成し、この光ファイバに入射したレーザ光がそのコアとクラッドの境界面で反射しながら伝送され、この伝送中に反射によってモードが増加するとともに伝播時間差を生じることを利用してレーザ光のコヒーレンスを低下させるようにしたものであることを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１４〕に記載するレーザアニール装置において、干渉低減手段は、入射したレーザ光を、一方は透過し、他方は反射することにより分割する第１の偏光ビームスプリッタと、
第１の偏光ビームスプリッタを透過したレーザ光と反射したレーザ光とを合成して出力する第２の偏光ビームスプリッタと、
第１の偏光ビームスプリッタで反射して分割したレーザ光が第２の偏光ビームスプリッタに入射するよう、このレーザ光の光路を変更するとともに、第１の偏光ビームスプリッタから反射されて第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長が、第１の偏光ビームスプリッタを透過して直接第２の偏光ビームスプリッタに至るレーザ光の光路長よりもコヒーレンス長（光速ｃ／スペクトル幅Δν）以上長くなるようにしたものであることを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、モードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１０〕乃至〔請求項１６〕に記載する何れか一つのレーザアニール装置において、
固体レーザ発振手段は、キャビティダンプ法及びモードロック法によりその出力パルスレーザ光の短パルス化を図るように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。 - 〔請求項１８〕又は〔請求項２０〕に記載するレーザアニール装置において、
レーザ媒質、これを励起する励起用光源及びレーザ媒質が放射した光を往復増幅する共振器を有してパルスレーザ光を得るとともに、
前記レーザ媒質の両側に高反射率ミラーをそれぞれ配設してなる共振器間にＱスイッチ素子及びキャビティダンプ素子を配設し、レーザ光を共振器内に完全に閉じ込めた状態でＱスイッチ発振を行わせ、共振器内に蓄積されたパルスレーザ光のピークレベル近傍で、キャビティダンプ素子を動作させ、続けてキャビティダンプを行なわせ、共振器内部に蓄積されたエネルギーを瞬間的に外部に取り出すように構成してキャビティダンプ法を実現するように構成したことを特徴とするレーザアニール装置。
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