JPH0232317A - エキシマレーザビーム用光学系 - Google Patents

エキシマレーザビーム用光学系

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JPH0232317A
JPH0232317A JP18019488A JP18019488A JPH0232317A JP H0232317 A JPH0232317 A JP H0232317A JP 18019488 A JP18019488 A JP 18019488A JP 18019488 A JP18019488 A JP 18019488A JP H0232317 A JPH0232317 A JP H0232317A
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JP
Japan
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cylindrical lens
energy density
optical system
width
lens
Prior art date
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Pending
Application number
JP18019488A
Other languages
English (en)
Inventor
Shiro Karasawa
唐澤 志郎
Seishiro Oya
大屋 誠志郎
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KANAGAWA PREF GOV
Kanagawa Prefecture
Original Assignee
KANAGAWA PREF GOV
Kanagawa Prefecture
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はエキシマレーザを用いた半導体プロセス、主と
してレーザドーピング過程、レーザCVD過程において
適用されるエキシマレーザビーム用光学系に関する。
(従来の技術) 放電励起方式のエキシマレーザは、出射ビーム断面が矩
形状になっており、ビーム断面の縦横比を所望の縦横比
にしたり、ビーム断面の形状を所望形状にしたりするに
は断面形状に合わせた光学系の設計が不可欠である。ま
た、このエキシマレーザを利用した例えばドーピング過
程では、IJ/crrr程度の高いエネルギー密度を有
し且つ均一なエネルギー密度分布を有する矩形ビームが
必要である。
従来のエキシマレーザを利用したドーピング過程では、
前記光学系として空間フィルタを用いた線状ビーム光学
系、または正方形ビーム光学系が使われていた。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記従来の線状ビーム光学系は、空間フ
ィルタリングにスリットを使用するため、入射ビームが
スリットを通過するときにエネルギーを大きく損失し、
高いエネルギー密度が得られないという欠点があった。
また、従来の正方形ビーム光学系は、ビーム断面の縦横
比が固定であり、長方形ビームまたは線状ビームにして
使用する場合には、スリットでビームを切り出すため、
エネルギー損失が大きく、高いエネルギー密度が得られ
ないという欠点があった。
さらに、エキシマレーザドーピングでは、制御性を良く
し、大面積のドーピングを特徴とする請求があるが、従
来の線状ビーム光学系では、制御性は良いが、ビームを
収束させた方向のエネルギー密度の空間分布が急勾配で
あり、レーザの出力変動の影響を強く受け、均一なエネ
ルギー密度分布のドーピングが難しい。また従来の正方
形ビーム光学系では、均一なエネルギー密度分布のドー
ピングが得られるが、制御性が悪いという欠点があった
そこで、2対の円筒レンズを2組それぞれ直角に配置し
、ビーム断面の縦横比を独立に変えるようにして長方形
ビームを生成できるようにしたエキシマレーザビーム光
学系が考えられる。
これによれば、均一なエネルギー密度分布のドーピング
が長手方向に一度にでき、その直角方向に走査して、短
時間に大面積のドーピングができて、制御性は良い。し
かし、この光学系は少なくとも7枚のレンズを必要とす
るため、エネルギー損失が大きく、しかも全長が数m近
くと極めて長い欠点を有する。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記した全ての欠点を解消するために提案され
たもので、請求項1の光学系は入射レーザビームの横方
向のエネルギー密度分布を均一にする凹面の複眼円筒レ
ンズと、それにより発散した光を集める凸面の円筒レン
ズと、ビムを縮小又は拡大する球面レンズと、ビームの
縦方向の幅を所望の幅にする円筒レンズとを設けて成り
、所望の縦横比の矩形ビームを生成することを特徴とす
る請求項2の光学系は入射レーザビームの横方向のエネ
ルギー密度分布を均一にする凹面の複眼円筒レンズと、
それにより発散した光を集める凸面の円筒レンズと、ビ
ームを縮小又は拡大する球面レンズと、ビームの縦方向
の幅を所望の幅にする円筒レンズと、ビームの断面内の
形状を所望形状にするスリット又はマスクとを設けて成
り、所望の縦横比の矩形ビーム又は輪郭が鮮明な所望形
状のビームを生成することを特徴とする。
(作 用) 本発明は上記構成によるもので、請求項1の光学系によ
れば、エキシマレーザビームは凹面の複眼円筒レンズに
より発散されて横方向に均一なエネルギー密度分布にさ
れた後凸面の円筒レンズにより集められ、さらに球面レ
ンズにより拡大又は縮小された後円筒レンズにより縦方
向の幅が変化されて、エネルギー密度分布の均一な所望
の縦横比の矩形ビームが生成される。
さらに請求項2の光学系によれば、請求項1の光学系の
上記作用を有する他、スリット又はマスクによりビーム
断面内の形状が変化されて輪郭が鮮明な所望形状のビー
ムが生成される。
(実施例) 次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の光学系の第1実施例を示すもので、こ
の光学系は、入射レーザビームの横方向のエネルギー密
度分布を均一にする凹面の複眼円筒レンズ1と、それに
より発散した光を集める凸面の円筒レンズ2と、ビーム
の縦方向の幅を変化させる円筒レンズ3と、ビームを縮
小するための大小1対の凸レンズからなる球面レンズ4
.5とを順に配設して成る。
上記した全てのレンズの材質は合成石英である。
図中、7,8は結像面を示す。
尚、光軸に垂直で紙面に平行な方向を横方向とした。
上記した構成の光学系によれば、エキシマレーザビーム
は複眼円筒レンズ1により発散された後凸面の円筒レン
ズ2により集められ、さらに円筒レンズ3により縦方向
の幅が所望の幅にされて、結像面7上でエネルギー密度
分布が均一化され、次式の縦横比rの断面を有するビー
ムに変換される。
r−(Y  b)/ (x−a) ここて、a、bは光軸から夫々横方向、縦方向に向って
最も外側にある複眼円筒レンズの光軸までの距離、同様
にx、yは光軸から複眼円筒レンズの周辺までの距離で
ある。
結(染面7を通過したビームは短焦点距離の球面レンズ
4と、長焦点距離の球面レンズ5とにより縮小され、結
像面8上にエネルギー密度分布が均一で所望の縦横比の
像が結ばれる。
該結像面8への結像は、例えば複眼円筒レンズ1と、円
筒レンズ2と円筒レンズ3と球面レンズ4とを同一の移
動支持台に固定し、−緒に移動することにより容易に行
なうことができ、この結像方法は実用的である。
かくするときは、なだらかな輪郭をもつ長方形ビームが
得られ、長方形ビームの走査による大面積の制御性の高
いドーピングを行なうことができ、さらに使用レンズの
数を5枚に抑えることができ、エネルギー損失を小さく
てきると共に光学系の全長を2m程度と短くすることが
できる。
また、円筒レンズ3によりビームの縦幅を最小にすれば
、線状ビームが得られ、レーザCVD過程において均一
なエネルギー密度分布のレーザCVD製膜を生成するこ
とができる。
第2図は本発明の光学系の第2実施例を示すもので、球
面レンズ4を省略した点を除けば第1実施例の構成と特
に異ならない。第1実施例の光学系を用い横方向のビー
ム幅を最小のビーム幅から大きくしていき、拡大できな
くなったところで第2実施例の光学系を用いれば、ビー
ムの横幅を連続的に可変できる。ビームの縦幅も円筒レ
ンズ3により可変でき、したがってビームの縦横比を任
意に変えることができ、拡大も可能である。
第3図は本発明の光学系の第3実施例を示すもので、結
像面7上にスリット又はマスク6を配置した点を除けば
第1実施例の構成と特に異ならない。
この場合、スリットを用いると輪郭が鮮明なビームが得
られ、長方形ビームのステップ・アンド・リピート走査
によるレーザドーピングが可能となり、またマスクを用
いると直接描画によるレーザドーピングが可能となる。
第4図は本発明の光学系の第4実施例を示すもので、結
像面7上にスリット又はマスク6を配置した点を除けば
第2実施例の構成と特に異ならない。
この場合、入射レーザビームの横方向を拡大できると共
に、スリットを用いると輪郭が鮮明な所望縦横比の矩形
ビームが得られ、またマスクを用いると輪郭が鮮明な所
望形状のビームが得られる。
尚、第2実施例乃至第4実施例のものにおいても基本的
には第1実施例のものと同様の作用、効果を奏するが、
ここではその説明を省略する。
(発明の効果) このように請求項1の光学系によるときは、エネルギー
密度が高く均一なエネルギー密度分布の所望縦横比の矩
形ビームが得られると共に制御性が良く全長の短かい光
学系が得られる効果を有し、さらに請求項2の光学系に
よるときは輪郭が鮮明な所望縦横比の矩形ビーム又は輪
郭が鮮明な所望形状のビームが得られる効果を有する。
以上のことから、本発明によるときは、レザードーピン
グ、レーザCVDをはじめとするエキシマレーザを用い
た半導体プロセスに適したレーザビーム光学系を提供で
きる。この光学系により得られた長方形ビームを垂直に
走査すれば、大面積の基板に均一なエネルギー密度分布
のドーピングかでき、またこの光学系により得られた線
状ビームを基板と平行に走査すれば、大面積の基板上に
均一なエネルギー密度分布のCVD製膜を生成すること
ができる。さらにマスクパターンを用いてビームの輪郭
を鮮明にすれば直接描画によるドーピングができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す横方向の断面図、第
2図は本発明の第2実施例を示す横方向の断面図、第3
図は本発明の第3実施例を示す横方向の断面図、第4図
は本発明の第4実施例を示す横方向の断面図である。 1・・・凹面の円筒複眼レンズ 2・・・凸面の円筒レンズ 3・・・円筒複眼レンズ1及び円筒レンズ2と直交する
中心軸を持つ凸面の円筒レンズ 4.5・・・凸面の球面レンズ 6・・・スリット又はマスク 7.8・・・結像面 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、入射レーザビームの横方向のエネルギー密度分布を
    均一にする凹面の複眼円筒レンズと、それにより発散し
    た光を集める凸面の円筒レンズと、ビームを縮小又は拡
    大する球面レンズと、ビームの縦方向の幅を所望の幅に
    する円筒レンズとを設けて成り、所望の縦横比の矩形ビ
    ームを生成することを特徴とするエキシマレーザビーム
    用光学系。 2、入射レーザビームの横方向のエネルギー密度分布を
    均一にする凹面の複眼円筒レンズと、それにより発散し
    た光を集める凸面の円筒レンズと、ビームを縮小又は拡
    大する球面レンズと、ビームの縦方向の幅を所望の幅に
    する円筒レンズと、ビーム断面内の形状を所望形状にす
    るスリット又はマスクとを設けて成り、所望の縦横比の
    矩形ビームは輪郭が鮮明な所望形状のビームを生成する
    ことを特徴とするエキシマレーザビーム用光学系。
JP18019488A 1988-07-21 1988-07-21 エキシマレーザビーム用光学系 Pending JPH0232317A (ja)

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