JP2021529437A - 多波長光学系及びレーザアニール装置 - Google Patents

Abstract

本願は、多波長光学系とレーザアニール装置を公開し、当該多波長光学系は、基準光路手段と、少なくとも１つの調整光路手段と、焦点面補正手段と、合焦手段とを含み、各調整光路手段の光路には、いずれも１つの焦点面補正手段が設けられ、基準光路手段と調整光路手段の光の波長が等しくなく、各焦点面補正手段は、調整光路手段に対応する光路を変更して、調整光路手段の光束に合焦手段を通過させた後に第２焦点面に合焦させるように設けられ、基準光路手段の光束は、合焦手段を通過した後に第１焦点面に合焦し、第２焦点面と第１焦点面は共焦点面になる。

Description

本願は、２０１８年６月２６日に中国特許庁に出願された出願番号が２０１８１０６６６９２５．８である中国特許出願に対して、優先権の利益を主張するものであり、該出願の全ての内容は引用により本願に援用される。

本願の実施形態は、集積回路装備製造技術分野に関し、例えば、多波長光学系とレーザアニール装置に関する。

多波長ビーム合成技術は、複数の光源から出力された複数の波長の異なる光束を１本の光束に合成し、合成された光学系は焦点面のスポット性能を確保するために、合焦手段が複数の波長に対応して、色差を除去する設計を行う必要がある。

関連技術における光学系では、合焦手段の複数の波長に対する対応を実現するために、複数の屈折率の異なる材料を採用して合焦手段を構成することが一般的である。具体的には、図１は関連技術における多波長光学系の構成模式図である。図１を参照すると、当該多波長光学系は、第１光源０１１及び第２光源０２１と呼ばれる２つの波長の光源を含み、第１光源０１１が出射する光は、第１光学前方レンズ群０１２、第１折り曲げ反射鏡０１３、ビーム合成レンズ０２３及び合焦手段０３を通過してワークピース０４０の表面に照射する。第２光源０２１が発する光は、第２光学前方レンズ群０２２、ビーム合成レンズ０２３及び合焦手段０３を通過してワークピース０４０の表面に照射する。ここで、第１光源０１１が出射する光と第２光源０２１が出射する光とが上記光学素子を通過した後、最終的にワークピース０４０の表面に焦点面を共有して合焦するために、一般的には、屈折率の異なる材料を組み合わせたものを用いて合焦手段０３を設計する必要があり、これにより、合焦手段０３の設計難易度が高くなり、コストが高くなる。

以下は、本文について詳細的に説明するテーマの概説である。この概説は特許請求の保護範囲を制限するためのものではない。

本願は、合焦手段の設計難易度を低減して合焦手段の製造コストを低減することができる多波長光学系とレーザアニール装置を提供する。

第１の態様において、本願は、多波長光学系を提案し、当該多波長光学系は、基準光路手段と、少なくとも１つの調整光路手段と、焦点面補正手段と、合焦手段とを含む。
各前記調整光路手段の光路には、いずれも１つの前記焦点面補正手段が設けられ、前記基準光路手段と前記調整光路手段の光の波長が等しくなく、前記基準光路手段の光束は、前記合焦手段を通過した後に第１焦点面に合焦し、各前記焦点面補正手段は、前記調整光路手段に対応する光路を変更して、前記調整光路手段の光束に前記合焦手段を通過させた後に前記第１焦点面に合焦させるように設けられている。

第２の態様において、本願は、第１の態様にて提案される多波長光学系を含むレーザアニール装置を提案し、ここで、前記多波長光学系における前記基準光路手段と前記調整光路手段とは、光の波長範囲が等しくない２本のレーザ光を出射することに用いられ、前記焦点面補正手段は、前記調整光路手段の光路を変更して前記調整光路手段の光束と前記基準光路手段の光束とにそれぞれ前記合焦手段を通過させた後に焦点面を共有させるように設けられており、前記レーザアニール装置はワークピースをさらに含み、前記ワークピースは、前記基準光路手段と前記調整光路手段との共焦点面の位置にある。

図面と詳細な説明を読んで理解することで、他の態様を理解することができる。

本願の実施形態又は関連技術における技術案をより明確に説明するために、以下に、実施形態又は関連技術の説明において使用する必要がある図面を簡単に紹介する。以下の説明における図面は、本願のいくつかの実施形態であり、当業者にとっては、創造的な労働を行うことなく、これらの図面に基づいて他の図面を取得することができる。

関連技術における多波長光学系の構造模式図である。 本願の実施形態に係る多波長光学系の構造模式図である。 溶融石英の屈折率−波長関係の模式図である。 焦点面補正手段が設けられない場合の、調整光路手段の合焦原理の模式図である。 焦点面補正手段が設けられる場合の、調整光路手段の合焦原理の模式図である。 図４における調整光路手段の第１焦点面における分散スポットの分布模式図である。 図５における調整光路手段の第１焦点面における分散スポットの分布模式図である。 本願の実施形態に係る他の１種類の多波長光学系の構造模式図である。 本願の実施形態に係る他のもう１種類の多波長光学系の構造模式図である。 焦点面補正手段が設けられない場合の、他の１種類の調整光路手段の合焦原理の模式図である。 焦点面補正手段が設けられる場合の、他のもう１種類の調整光路手段の合焦原理の模式図である。 図１１における調整光路手段の第１焦点面における分散スポットの分布模式図である。 図９における基準光路手段の第１焦点面における分散スポットの分布模式図である。 本願の実施形態に係るレーザアニール装置の構造模式図である。

以下、本願について添付の図面及び実施形態を参照しながらさらに詳細に説明する。ここで説明された具体的な実施形態は、本願を限定するものではなく、本願を説明するためのみに使用されるものであることを理解すべきである。なお、説明を容易にするために、図面には、全ての構成ではなく、本願に関連する部分のみを示している。

図２は本願の実施形態が提供する多波長光学系の構造模式図である。図２を参照すると、当該多波長光学系は、基準光路手段１１と、少なくとも１つの調整光路手段１２と、焦点面補正手段１４１と、合焦手段１３とを含み、各調整光路手段１２の光路には、いずれも１つの焦点面補正手段１４１が設けられ、基準光路手段１１と調整光路手段１２との光の波長は等しくなく、基準光路手段１１の光束は、合焦手段１３を通過した後に第１焦点面Ｆ１１に合焦し、各焦点面補正手段１４１は、調整光路手段１２に対応する光路を変更して、調整光路手段１２の光束に合焦手段１３を通過させた後に第１焦点面Ｆ１１に合焦させるように設けられている。

ここで、基準光路手段１１と調整光路手段１２との波長は等しくないため、合焦手段１３が採用する材料と曲率半径が同様である条件では、合焦手段１３の、基準光路手段１１からそれに入射する光束に対する屈折率と、調整光路手段１２からそれに入射する光束に対する屈折率とが異なることで、合焦手段１３から出射する基準光路手段１１の光束の光学焦点距離と、合焦手段１３から出射する調整光路手段１２の光学焦点距離は異なり、即ち、２つの光束は異なる焦点面で合焦する。基準光路手段１１の光束は、合焦手段１３を通過した後に第１焦点面Ｆ１１に合焦し、標準光学焦点距離が対応して形成され、調整光路手段１２の光束は、合焦手段１３を通過した後に調整焦点面に合焦し、調整光学焦点距離が対応して形成され、焦点面補正手段１４１は、調整光路手段１２の光束を調整してそれに合焦手段１３を通過させた後に、合焦面の位置を調整焦点面の位置から第１焦点面に移動させる（例示的には、方向Ｚ１に移動させる）ように設けられ、即ち、焦点面補正手段１４１は、標準光学焦点距離と調整光学焦点距離との焦点距離の差を補正して、基準光路手段１１の光束と調整光路手段１２の光束とに合焦手段１３を通過させた後に焦点面を共有させるように設けられている。

例示的には、図３は溶融石英の屈折率−波長関係の模式図である。横軸は波長λを表し、単位はナノメートル（ｎｍ）であり、縦軸は溶融石英の屈折率ｎを表す。図３を参照すると、材料色収差の関係によって、溶融石英の屈折率は溶融石英に入射する光束の波長の増加と伴って減少し、これにより、同じ合焦手段について、つまり同様の曲率半径の条件で、合焦手段に入射する光束の波長が大きいほど、合焦手段のそれに入射した光束に対する屈折率が小さくなり、対応する光束の光学焦点距離が長くなる。これに基づいて、多波長光学系に対して、短波長の光路手段に焦点面補正手段を設けることにより、焦点面（あるいは、「焦点」と呼ばれる）の位置を後方に移動させ、短波長光路手段と長波長光路手段とが焦点面を共有することを実現でき、あるいは、長波長光路手段に焦点面補正手段を設けることにより、合焦面の位置を前方に移動させ、長波長光路手段と短波長光路手段とが焦点面を共有することを実現できる。

なお、ここでの「後方に」、「前方に」は相対的な概念であり、合焦面と合焦手段との相対位置に対するものであり、空間位置を限定するものではない。ここで、「後方に」とは、合焦面から合焦手段に向かう方向を表し、「前方に」とは、合焦手段から合焦面に向かう方向を表す。

なお、図２では、調整光路手段数は１つであることを例示的に示すだけであるが、本願の実施形態に係る多波長光学系を限定するものではない。他の実施形態では、調整光路手段数は、多波長光学系の実際の要求に応じて設定されてもよい。

例示的には、図４は、焦点面補正手段が設けられない場合の、調整光路手段の合焦原理模式図である。図４を参照すると、焦点面補正手段が設けられない場合に、調整光路手段の光束は、合焦手段１３を経過した後に調整焦点面Ｆ１０の位置に合焦し、このとき、調整焦点面Ｆ１０の位置と基準光路手段の第１焦点面Ｆ１１の位置が同じ位置ではないため、色差が存在する。

例示的には、図５は、焦点面補正手段が設けられる場合の、調整光路手段の合焦原理模式図である。図５を参照すると、焦点面補正手段１４１が設けられる場合に、調整光路手段の光束は、まず焦点面補正手段１４１を通過し、そして合焦手段１３を通過した後に、調整焦点面Ｆ１０の位置に対して後方に移動した第１焦点面Ｆ１１の位置に合焦し、即ち、調整焦点面Ｆ１０は、合焦手段１３から離れる方向Ｚ１に沿って移動する。したがって、焦点面補正手段１４１を設けることにより、調整光路手段の合焦面の位置と、基準光路手段の合焦面の位置とを、いずれも第１焦点面Ｆ１１に位置させることができ、即ち、２つの光路手段は同じ位置で合焦することで、色差を除去することができる。このようにして、合焦手段１３が屈折率の異なる材料を含むように設計することによる合焦手段の設計難易度が高く且つコストが高い状況を回避することができる。

本願の実施形態は、基準光路手段と、少なくとも１つの調整光路手段と、焦点面補正手段と、合焦手段とを含む多波長光学系を提案し、ここで、基準光路手段と調整光路手段との光の波長は等しくなく、基準光路手段の光束は、合焦手段を通過した後に第１焦点面に合焦し、各調整光路手段の光路に焦点面補正手段を設けることにより、焦点面補正手段は、調整光路手段の光路を変更して、調整光路手段の光束に合焦手段を通過させた後に上記第１焦点面に合焦させるように設けられる。そこで、焦点面補正手段を設けることにより、調整光路手段の光束と基準光路手段の光束とがそれぞれ合焦手段を通過した後に焦点面を共有する。関連技術における光学系において、波長の異なる光束が焦点面を共有することを実現するために屈折率の異なる材料を設計することにより合焦手段を構成することによる合焦手段の設計難易度が高く、コストが高い状況を回避することができ、合焦手段の設計難易度を低減し、合焦手段の製造コストが低減される。

例示的には、図６は、図４における調整光路手段の第１焦点面における分散スポットの分布模式図であり、即ち、焦点面補正手段が設けられない場合に、調整光路手段の光束の標準光束の合焦面における分散スポットの分布模式図である。図６を参照すると、Ｐ２１０は光軸位置の分散スポットを表し、Ｐ２１２はエッジ位置の分散スポットを表し、Ｐ２１１は光軸とエッジとの間の半分の位置の分散スポットを表す。例示的には、図７は、図５における調整光路手段の第１焦点面における分散スポットの分布模式図であり、即ち、焦点面補正手段１４１が設けられる場合に、調整光路手段の光束の標準光束の合焦面における分散スポットの分布模式図である。図７を参照すると、Ｐ２２０は光軸位置の分散スポットを表し、Ｐ２２２はエッジ位置の分散スポットを表し、Ｐ２２１は光軸とエッジとの間の半分の位置の分散スポットを表す。図６と図７を比較し、焦点面補正手段１４１が設けられた後に、３つの位置の分散スポットの集束程度はいずれも増加し、分散スポットが集束するほど、この平面と調整光路手段との合焦面の間の距離は小さくなり、即ち、基準光路手段の合焦面と調整光路手段の合焦面は共合焦面になるため、焦点面補正手段を設けることにより、合焦手段に対して高難易度の設計を行わずに色差を除去することができる。

１つの実施形態において、調整光路は複数であってもよく、例示的には、図８は本願の実施形態に係る他の１種類の多波長光学系の構造模式図である。図８を参照すると、多波長光学系は、基準光路手段１１と、２つの調整光路手段１２とを含み、各調整光路手段１２の光路中に、いずれも１つの焦点面補正手段１４１が設けられることで、２つの調整光路手段１２の光束と基準光路手段１１の光束とに、合焦手段１３を経過させた後に、いずれも第１焦点面Ｆ１１の位置で共焦点面に合焦させる。

なお、多波長光学系が複数の調整光路手段を含む場合、複数の調整光路手段の光束の波長は同じであってもよいし、異なってもよく、本願実施形態はこれを限定しない。

なお、図８では、調整光路手段数は２つであることを例示的に示したが、本願実施形態が提供する多波長光学系を限定するものではない。他の実施形態では、多波長光学系の実際の要求に応じて調整光路手段の個数を設定することができるが、本願実施形態はこれを限定しない。また、基準光路手段と調整光路手段とは、相対的なものであり、即ち、多波長系において、一方の光路手段の合焦面を第１焦点面として選定することができ、つまり、この光路手段を基準光路手段とし、他の光路手段の光路に焦点面補正素子を設けることで、他の光路手段の合焦面を調整し、他の光路手段の合焦面をいずれも第１焦点面の位置に調整させることで、複数の光路手段が焦点面を共有することを実現し、即ち多波長系の共焦点面を実現する。

一実施形態では、図２又は図８を続けて参照すると、基準光路手段１１は、光束の伝播方向に沿って順次に配列する標準光源１１１と、標準光学前方レンズ群１１２と、標準折り曲げ反射鏡１１３とを含む。標準光学前方レンズ群１１２は、標準光源１１１が出射する光束のエネルギー、角度及びスポットサイズを調整するように設けられ、標準折り曲げ反射鏡１１３は、標準光学前方レンズ群１１２により調整された光束の伝播方向を変更して光束を合焦手段１３に入射させるように設けられる。

ここで、標準光学前方レンズ群１１２は、コリメートレンズ、エキスパンダレンズ及び均等光手段等の光学素子を含んでもよい。

なお、図２又は図８では、１つの基準光路手段１１は、１つの標準光学前方レンズ群１１２と１つの標準折り曲げ反射鏡１１３を含むことを例示的に示したが、本願の実施形態に提供される多波長光学系を限定するものではない。他の実施形態では、多波長光学系の実際の光路設置の要求に応じて、光学前方レンズ群１１２と標準折り曲げ反射鏡１１３の数量を設定することができる。

一実施形態では、図２又は図８続けて参照すると、調整光路手段１２は、光束の伝播方向に沿って順次に配列する調整光源１２１と、調整光学前方レンズ群１２２と、ビーム合成レンズ１２３とを含み、調整光学前方レンズ群１２２は、調整光源１２１が出射する光束のエネルギーと、角度及びスポットサイズを調整するように設けられ、ビーム合成レンズ１２３は、基準光路手段１１の光束と調整光路手段１２の光束とを１本の光束に合成するように設けられ、合焦手段１３には、ビーム合成レンズ１２３を通過した光束が入射される。

ここで、調整光学前方レンズ群１２２は、コリメートレンズ、エキスパンダレンズおよび均等光手段等の光学素子を含んでもよい。

なお、図２又は図８では、１つの調整光学前方レンズ群１２２を例示的に示したが、本願の実施形態に提供される多波長光学系を限定するものではない。他の実施形態では、多波長光学系の実際の光路設置の要求に応じて、調整光学前方レンズ群１２２の数量を設定することができる。

一実施形態では、図２又は図８を続けて参照すると、焦点面補正手段１４１は、調整光学前方レンズ群１２２とビーム合成レンズ１２３との間の光路に位置する。

このように設けることで、調整光学前方レンズ群１２２により調整された光束の角度、エネルギー及びスポットサイズがいずれも多波長光学系の要求に適合する光束を、焦点面補正手段１１４に入射することができ、焦点面補正手段１４１により光学焦点距離の補正を行い、他の光学パラメータに影響を及ばさず、これにより光路が簡略化されて且つ調整光路手段の合焦面の調整プロセスが簡略化される。

なお、他の実施形態では、多波長光学系の実際の要求に応じて、焦点面補正手段１４１を、調整光源１２１とビーム合成レンズ１２３との間の他の位置に設けることもできる。

一実施形態では、焦点面補正手段１４１は、単一の焦点面補正レンズ又は焦点面補正レンズ群を含む。

一実施形態では、標準光源１１１は、波長が第１波長の光束を出射するように設けられ、調整光源１２１は、波長が第２波長の光束を出射するように設けられ、焦点面補正手段１４１は単一の焦点面補正レンズを含む。

ここで、第１波長と第２波長は等しくない。

例示的には、第１波長は８０８ｎｍであり、第２波長は５２７ｎｍである。焦点面補正レンズは、５２７ｎｍの光路を調節することで、それに焦点手段１３を通過させた後に８０８ｎｍの光束と焦点面を共有させるように設けられる。これは例示的な説明にすぎず、限定するものではない。

一実施形態では、標準光源は、波長が第１閾値波長範囲の光束を出射するように設けられ、調整光源は、波長が第２閾値波長範囲の光束を出射するように設けられ、焦点面補正手段は、複数のレンズからなる焦点面補正レンズ群を含む。

ここで、第１閾値波長範囲と第２閾値波長範囲は等しくない。

例示的には、第１閾値波長範囲は３００ｎｍ−５００ｎｍであり、第２閾値波長範囲は５００ｎｍ−８００ｎｍである。焦点面補正レンズ群は、５００ｎｍ−８００ｎｍの波長範囲の光路を調節することで、それに焦点手段１３を通過させた後に３００ｎｍ−５００ｎｍの波長範囲の光束と焦点面を共有させるように設けられる。これは例示的な説明にすぎず、限定するものではない。

一実施形態では、図４又は図５を続けて参照すると、合焦手段１３は、合焦レンズ群を含む。合焦レンズ群は、基準光路手段の光束と調整光路手段の光束をそれぞれ合焦させるように設けられる。基準光路手段と調整光路手段が焦点面を共有することを実現する。

一実施形態では、合焦レンズ群は材料が同じである複数のレンズを含む。

例示的には、合焦レンズ群は、光路の伝播方向に沿って順次に配列する第１合焦レンズ１５１と、第２合焦レンズ１５２と、第３合焦レンズ１５３と、第４合焦レンズ１５４と、第５合焦レンズ１５５とを含んでもよい。これにより、基準光路手段の光束と調整光路手段の光束をそれぞれ合焦し、焦点面を共有することを実現する。

材料が同じであるレンズを採用すると、レンズ材料の屈折率が異なることによる設計難易度の増大を回避することができるため、合焦手段の設計難易度を簡略化してその製造工程を簡略化することができる。

一実施形態では、合焦レンズ群のレンズ材料は溶融石英である。

溶融石英を採用して合焦レンズ群のレンズを形成することは、技術が成熟し且つ低コストである。

一実施形態では、合焦レンズ群の光束出射端は光学平板を含む。

例示的には、第５合焦レンズ１５５は光学平板であり、合焦手段１３のレンズを汚染から保護することができる一方、第５合焦レンズ１５５が汚染や損傷を起こしても、メンテナンス又は交換が容易であり、且つ凹凸設計のあるレンズに対してコストが低い。

一実施形態では、調整光路手段と基準光路手段の光束がいずれも単一波長の光束である場合に、調整光路手段の光束の波長は基準光路手段の光束の波長よりも小さいとき、焦点面補正手段は前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズである。調整光路手段の光の波長が基準光路手段の光の波長より大きいときには、焦点面補正手段は前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズである。

ここで、前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズは、調整光路手段の合焦面位置を後方に移動させ、調整光路手段（短波長）の合焦面（焦点面）と基準光路手段（長波長）の合焦面が同一位置にあることを実現するように設けられる。

例示的には、図２を参照すると、調整光路手段１２の合焦面の位置が、合焦手段１３から離れる方向Ｚ１に沿って移動することにより、基準光路手段１１と焦点面を共有することを実現する。

例示的には、表１は図５での前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズと合焦手段のレンズパラメータ表である。

ここで、前面は光線が入射する面を表し、後面は光線が出射する面を表す。

Ｓｔｏｐ面とは絞り面であり、ｉｍａｇｅ面とは像面（又は最適焦点面）である。半径とは、表面の曲率半径であり、屈折率とは、この表面後方（光線の伝播方向から見ると、光線が入射する一方が前で、出射する一方が後である）の媒体の屈折率を指し、例示的には、空気の屈折率は１であり、合焦手段と前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズのレンズ材料の屈折率は１．５６である。厚さとは、この表面と次の表面（光線の伝播方向に沿って、光線がこの表面から出射した後、入射する近接の表面）との間の媒体の厚さであり、ここで、レンズの厚さとは、レンズの中心の機械的な厚さであり、レンズの間の厚さとは空気の間隔である。有効口径とはこの表面の直径である。

例示的には、表１に示したレンズパラメータに対応し、第１焦点面位置で得られた調整光路手段の分散スポット分布は図７に示すようになり、それに対して、焦点面補正手段が設置されない分散スポット分布は図６に示すようになる。ここで、分散スポットの合焦の程度は、２乗平均平方根値ＲＭＳで示してもよく、２乗平均平方根値ＲＭＳが小さいほど、分散スポットが集束し、多波長合焦系の色差が小さくなることを示す。

例示的には、表２は図６と図７における分散スポットの分布パラメータ表である。

ここで、各数値は各位置に対応する２乗平均平方根値ＲＭＳを表す。

表２における２乗平均平方根値ＲＭＳの対比から分かるように、焦点面補正手段が設けられた後、３つの異なる位置（光軸位置Ｐ２１０及びＰ２２０と、エッジ位置Ｐ２１１及びＰ２２１と、光軸とエッジとの間の半分の位置Ｐ２１２及びＰ２２２とを含む）の分散スポットの２乗平均平方根値ＲＭＳはいずれも小さくなり、即ち分散スポットの集束程度はいずれも増大し、即ち調整光路手段は第１焦点面の位置で合焦するため、調整光路手段と基準光路手段とが焦点面を共有し、多波長光学系の色差を除去することができる。

ここで、前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズは、調整光路手段の合焦面の位置を前方に移動させ、調整光路手段（長波長）の合焦面と基準光路手段（短波長）の合焦面とが同一位置になることを実現するように設けられる。

例示的には、図９は本願の実施形態に係る他の１種類の多波長光学系の構造模式図である。図９を参照すると、調整光路手段１２は合焦面の位置が、合焦手段１３に近づく方向Ｚ２に沿って移動することで、基準光路手段１１と焦点面を共有することを実現する（共焦点面の位置がＦ１１で示される）。

例示的には、図１０は焦点面補正手段が設けられない場合の、他のもう１種類の調整光路手段の合焦原理模式図である。図１０を参照すると、焦点面補正手段が設けられないと、調整光路手段の光束は、合焦手段１３を経過した後に調整焦点面Ｆ１０の位置に合焦し、このとき調整焦点面Ｆ１０の位置と、基準光路手段の第１焦点面Ｆ１１の位置とは同じ位置ではないため、色差が存在する。

例示的には、図１１は、焦点面補正手段が設けられる場合の、他の１種類の調整光路手段の合焦原理模式図である。図１１を参照すると、焦点面補正手段（前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズ１４２）が設けられると、調整光路手段の光束は、まず焦点面補正手段１４２を通過し、そして合焦手段１３を通過した後に第１焦点面Ｆ１１の位置に合焦し、第１焦点面Ｆ１１の位置は、調整焦点面Ｆ２０の位置に対して後方に移動し、即ち、合焦手段１３に近づく方向Ｚ２にそって移動する。このとき、焦点面補正手段１４２を設けることで、調整光路手段の合焦面と基準光路手段の合焦面とが第１焦点面Ｆ２１の位置にあり、即ち２つの光路手段は同じ位置で合焦することで、色差を除去することができる。このようにして、合焦手段１３が屈折率の異なる材料を含むように設計することによる合焦手段の設計難易度が高く、コストが高い状況を回避することができる。

例示的には、表３は図１１での前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズと合焦手段のレンズパラメータ表である。

表３における各パラメータの物理的な意義は、表１の説明を参照しながら理解することができるため、ここでは説明を省略する。

例示的には、表３に示されたレンズのパラメータに対応し、図１２は図１１における調整光路手段の第１焦点面での分散スポットの分布状況である。図１２を参照すると、Ｐ３２０は光軸位置の分散スポットを表し、Ｐ３２２はエッジ位置の分散スポットを表し、Ｐ３２１は光軸とエッジとの間の半分の位置の分散スポットを表す。例示的には、図１３は図９における基準光路手段の第１焦点面での分散スポットの分布状況である。図１３を参照すると、Ｐ４１０は光軸位置の分散スポットを表し、Ｐ４１２はエッジ位置の分散スポットを表し、Ｐ４１１は光軸とエッジとの間の半分の位置の分散スポットを表す。

例示的には、表４は図１２と図１３での分散スポットの分布パラメータ表である。

ここで、各数値は各位置に対応する２乗平均平方根値ＲＭＳを表す。

表４における各位置の２乗平均平方根値ＲＭＳから分かるように、それぞれ異なる位置の分散スポットの２乗平均平方根値ＲＭＳはいずれも小さく（関連技術での光学系における２乗平均平方根値ＲＭＳの参考値として、表１における２乗平均平方根値ＲＭＳの範囲の０．４５８−０．４８８を採用することができる）、即ち、分散スポットの集束程度はいずれも高く、即ち、調整光路手段の光束と基準光路手段の光束とは焦点面を共有して合焦することで、多波長光学系の色差を除去することができる。

なお、表１、表２、表３及び表４での各パラメータの数値は、レンズのパラメータの例示的な説明にすぎず、限定するものではない。

一実施形態では、調整光路手段と基準光路手段の光束はいずれも閾値波長の光束である場合に、調整光路手段の光束の波長が基準光路手段の光束の波長よりも小さいとき、焦点面補正手段は前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズ群であり、調整光路手段の光束の波長が基準光路手段の光束の波長より大きいときには、焦点面補正手段は前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズ群である。

ここでは、レンズ群によって調整光路手段の閾値波長範囲内の各波長の光束を調整し、各波長の光束をいずれも第１焦点面と焦点面を共有する位置に合焦させることで、広帯域の共焦点面光学系を実現する。

本願の実施形態は、レーザアニール装置をさらに提供し、例示的には、図１４は、本願の実施形態に係るレーザアニール装置の構造模式図である。図１４を参照すると、当該レーザアニール装置は、上記実施形態に係る多波長光学系を含み、ここで、多波長光学系における基準光路手段１１と調整光路手段１２とは、光の波長範囲が等しくない２本のレーザを出射するように設けられ、焦点面補正手段１４１は、調整光路手段１２の光路を変更して、調整光路手段１２の光束と基準光路手段１１の光束とにそれぞれ合焦手段を通過させた後に焦点面を共有させるように設けられる。レーザアニール装置はワークピース０４０を含み、ワークピース０４０は基準光路手段と調整光路手段との共焦点面の位置にある。このように設置すれば、多波長光学系で異なる波長のレーザビームの合焦を実現することができ、ワークピース表面のレーザビームのエネルギー密度を向上させ、アニーリングの効率を向上させることができる。
本願の実施形態に係るレーザアニール装置は、上記多波長光学系が有する技術的な効果をさらに有し、ここでは説明を省略する。

Claims (14)

1. 基準光路手段と、少なくとも１つの調整光路手段と、焦点面補正手段と、合焦手段とを含み、
   各前記調整光路手段の光路には、１つの前記焦点面補正手段が設けられ、
   前記基準光路手段と前記調整光路手段の光の波長が等しくなく、
   前記基準光路手段の光束は、前記合焦手段を通過した後に第１焦点面に合焦し、
   各前記焦点面補正手段は、前記調整光路手段に対応する光路を変更して、前記調整光路手段の光束に前記合焦手段を通過させた後に前記第１焦点面に合焦させるように設けられる、
   多波長光学系。
2. 前記焦点面補正手段は、単一の焦点面補正レンズ又は焦点面補正レンズ群を含む、
   請求項１に記載の多波長光学系。
3. 前記基準光路手段の光束の波長が第１波長であり、前記調整光路手段の光束の波長が第２波長である場合に、前記焦点面補正手段は単一の焦点面補正レンズを含む、
   請求項２に記載の多波長光学系。
4. 前記基準光路手段の光束の波長が第１閾値波長範囲にあり、前記調整光路手段の光束の波長が第２閾値波長範囲にある場合に、前記焦点面補正手段は、焦点面補正レンズ群を含む、
   請求項２に記載の多波長光学系。
5. 前記第２波長が前記第１波長よりも小さい場合に、前記単一の焦点面補正レンズは、前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズであり、
   前記第２波長が前記第１波長よりも大きい場合に、前記単一の焦点面補正レンズは、前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズである、
   請求項３に記載の多波長光学系。
6. 前記第２閾値波長範囲が前記第１閾値波長範囲よりも小さい場合に、前記焦点面補正レンズ群は、前面が凸、後面が凹のメニスカスレンズ群であり、
   前記第２閾値波長範囲が前記第１閾値波長範囲よりも大きい場合に、前記焦点面補正レンズ群は、前面が凹、後面が凸のメニスカスレンズ群である、
   請求項４に記載の多波長光学系。
7. 前記基準光路手段は、光束の伝播方向に沿って順次に配列する標準光源と、標準光学前方レンズ群と、標準折り曲げ反射鏡とを含み、
   前記標準光学前方レンズ群は、前記標準光源が出射する光束のエネルギー、角度及びスポットサイズを調整するように設けられ、
   前記標準折り曲げ反射鏡は、前記標準光学前方レンズ群により調整された光束の伝播方向を変更して光束を前記合焦手段に入射させるように設けられる、
   請求項１に記載の多波長光学系。
8. 前記調整光路手段は、光束の伝播方向に沿って順次に配列する調整光源と、調整光学前方レンズ群と、ビーム合成レンズとを含み、
   前記調整光学前方レンズ群は、前記調整光源が出射する光束のエネルギー、角度及びスポットサイズを調整するように設けられ、
   前記ビーム合成レンズは、前記基準光路手段の光束と前記調整光路手段の光束とを１本の光束に合成するように設けられ、
   前記ビーム合成レンズを通過した光束は前記合焦手段に入射する、
   請求項７に記載の多波長光学系。
9. 前記焦点面補正手段は、前記調整光学前方レンズ群と前記ビーム合成レンズとの間の光路に位置する、
   請求項８に記載の多波長光学系。
10. 前記合焦手段は、合焦レンズ群を含み、
    前記合焦レンズ群は、前記基準光路手段の光束と前記調整光路手段の光束をそれぞれ合焦させるように設けられる、
    請求項１に記載の多波長光学系。
11. 前記合焦レンズ群は材料が同じである複数のレンズを含む、
    請求項１０に記載の多波長光学系。
12. 前記合焦レンズ群のレンズ材料は溶融石英である、
    請求項１１に記載の多波長光学系。
13. 前記合焦レンズ群の光束出射端は光学平板を含む、
    請求項１１に記載の多波長光学系。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の多波長光学系を含み、
    前記多波長光学系における前記基準光路手段と前記調整光路手段とは、光の波長範囲が等しくない２本のレーザを出射するように設けられ、
    前記焦点面補正手段は、前記調整光路手段の光路を変更して、前記調整光路手段の光束と前記基準光路手段の光束とにそれぞれ前記合焦手段を通過させた後に焦点面を共有させるように設けられ、
    ワークピースをさらに含み、
    前記ワークピースは前記基準光路手段と前記調整光路手段との共焦点面の位置にある、
    レーザアニール装置。
    

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