WO2018047220A1 - レーザ装置およびレーザアニール装置 - Google Patents

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WO2018047220A1
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ops
optical path
laser
path length
delay optical
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田中　智史
若林　理
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ギガフォトン株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a laser apparatus and a laser annealing apparatus.
  • Thin film transistors are used as driving elements for flat panel displays using glass substrates. In order to realize a high-definition display, it is necessary to manufacture a TFT having a high driving force.
  • Polycrystalline silicon, IGZO (Indium gallium zinc oxide), or the like is used for a semiconductor thin film that is a channel material of TFT.
  • Polycrystalline silicon and IGZO have higher carrier mobility than amorphous silicon, and are excellent in on / off characteristics of the transistor.
  • semiconductor thin films are expected to be applied to 3D-ICs that realize more sophisticated devices.
  • 3D-IC is realized by forming an active element such as a sensor, an amplifier circuit, or a CMOS circuit on the uppermost layer of an integrated circuit device. Therefore, a technique for producing a higher quality semiconductor thin film is required.
  • a glass substrate used for a display is required to have a process temperature of 400 ° C., an integrated circuit of 400 ° C., and a plastic substrate of PET of 200 ° C. or less.
  • Laser annealing is used as a technique for performing crystallization without causing thermal damage to the underlying substrate of the semiconductor thin film.
  • pulsed ultraviolet laser light absorbed by the upper semiconductor thin film is used to suppress damage to the substrate due to thermal diffusion.
  • an XeF excimer laser with a wavelength of 351 nm, an XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm, a KrF excimer laser with a wavelength of 248 nm, or the like is used.
  • These gas lasers in the ultraviolet region have characteristics that the coherence of the laser beam is lower than that of the solid-state laser, the energy uniformity on the laser beam irradiation surface is excellent, and a wide region can be annealed uniformly with high pulse energy.
  • a laser apparatus used for laser annealing includes: A laser oscillator that outputs pulsed laser light and an OPS device are provided.
  • the OPS device is disposed on the optical path of the pulsed laser light output from the laser oscillator, transmits a part of the incident pulsed laser light, and outputs the other part by circulating around the delay optical path.
  • An OPS apparatus including a first OPS that stretches a pulse time width of a pulsed laser beam, wherein a delay optical path length L (1) that is the length of the delay optical path of the first OPS is expressed by the following equation (A ).
  • ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c Equation (A)
  • ⁇ T a% is the full time width at the position where the light intensity shows a value of a% with respect to the peak value in the input waveform of the pulsed laser light output from the laser oscillator and incident on the OPS device
  • c is The speed of light.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a laser annealing apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 2 schematically shows a configuration of a laser device of a comparative example.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of OPS.
  • FIG. 4 shows an input waveform to the OPS apparatus and an output waveform from the OPS apparatus according to the comparative example.
  • FIG. 5 shows the configuration of the laser apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of the full pulse width.
  • FIG. 7 shows the pulse laser beam when the delay optical path length L (1) is ⁇ T 75% ⁇ c.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a laser annealing apparatus according to a comparative example.
  • FIG. 2 schematically shows a configuration of a laser device of a comparative example.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the operation of OPS.
  • FIG. 4 shows an input waveform to the OPS apparatus and an output waveform from the
  • FIG. 8 shows the pulse laser beam when the delay optical path length L (2) is ⁇ T 50% ⁇ c.
  • FIG. 9 shows the pulse laser beam when the delay optical path length L (3) is ⁇ T 25% ⁇ c.
  • FIG. 10 shows an input waveform and an output waveform of a Gaussian waveform.
  • FIG. 11 shows an input waveform and an output waveform of the XeF excimer laser.
  • FIG. 12 schematically shows a laser apparatus having a three-stage OPS apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of the operation of the OPS device having a three-stage configuration.
  • FIG. 14 shows an output waveform of the OPS device having a three-stage configuration.
  • FIG. 15A shows an output waveform in which L (1) is ⁇ T 75% ⁇ c.
  • FIG. 15B shows an output waveform where L (1) is ⁇ T 50% ⁇ c.
  • FIG. 15C shows an output waveform where L (1) is ⁇ T 25% ⁇ c.
  • FIG. 16A shows an output waveform in which L (1) is ⁇ T 75% ⁇ c in the XeF excimer laser.
  • FIG. 16B shows an output waveform with L (1) of ⁇ T 50% ⁇ c in the XeF excimer laser.
  • FIG. 16C shows an output waveform with L (1) of ⁇ T 25% ⁇ c in the XeF excimer laser.
  • FIG. 17 shows an output waveform with L (1) of 3.5 m in the XeF excimer laser.
  • FIG. 18 is a graph showing the relationship between the number of stages of the OPS device and the TIS pulse time width.
  • FIG. 19 is a configuration diagram of a multi-stage OPS apparatus.
  • FIG. 20 schematically shows a MOPA laser device according to the third embodiment.
  • FIG. 21 shows an output waveform of one example of the third embodiment.
  • FIG. 22A is a graph showing the relationship between the discharge timing delay time DSDT and the pulse energy.
  • FIG. 22B is a graph showing the relationship between the discharge timing delay time DSDT and the TIS pulse time width.
  • FIG. 24 is a graph showing the relationship between the discharge timing delay time DSDT and the TIS pulse time width, which is different from FIG. 22B.
  • FIG. 25 is an output waveform of the example of the KrF excimer laser.
  • FIG. 26 is a graph showing the relationship between the delay optical path length L (1) and the light intensity ratio Imr.
  • FIG. 27A shows an output waveform when the reflectance RB of the beam splitter is changed.
  • FIG. 27B is a graph showing the relationship between the reflectance RB and the light intensity.
  • FIG. 27C is a graph showing the relationship between the reflectance RB and the TIS pulse time width.
  • 31 is a graph showing the relationship between the number of OPS device stages and the TIS pulse time width in the output waveforms of FIGS. 29 to 30.
  • FIG. FIG. 32 shows an output waveform of the MOPA type KrF excimer laser.
  • the present disclosure relates to a laser apparatus for laser annealing that is used in a laser annealing apparatus that anneals a semiconductor thin film by irradiating a pulsed laser beam to crystallize the semiconductor thin film.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of a laser annealing apparatus according to a comparative example.
  • the laser annealing apparatus includes a laser apparatus 3 and an annealing apparatus 4.
  • the laser device 3 and the annealing device 4 are connected by an optical path tube (not shown).
  • the laser device 3 is a laser device that outputs pulsed laser light by pulse oscillation, and is an excimer pulse laser device that uses ArF, KrF, XeCl, or XeF as a laser medium.
  • the center wavelength of the pulse laser beam is about 193.4 nm.
  • the center wavelength of the pulse laser beam is about 248.4 nm.
  • the center wavelength of the pulse laser beam is about 308 nm.
  • the center wavelength of the pulse laser beam is about 351 nm.
  • the annealing apparatus 4 includes a slit 16, a high reflection mirror 17, a transfer optical system 18, a table 27, an XYZ stage 28, and an annealing control unit 32.
  • the slit 16 is arranged so that a region having a uniform light intensity distribution in the beam cross section of the pulse laser beam passes through.
  • the high reflection mirror 17 reflects the pulse laser beam input from the laser device 3 toward the transfer optical system 18.
  • the transfer optical system 18 is an optical system that forms a transfer image of the slit 16 on the surface of the irradiation object 31.
  • the transfer optical system 38 may be composed of one convex lens, or may be an optical system including one or more convex lenses and one or more concave lenses.
  • the table 27 supports the irradiated object 31.
  • the irradiated object 31 is an object to be annealed by being irradiated with pulsed laser light.
  • the irradiated object 31 is an intermediate product for manufacturing a TFT substrate.
  • the XYZ stage 28 supports the table 27.
  • the XYZ stage 28 can move in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and the position of the irradiation object 31 can be adjusted by adjusting the position of the table 27.
  • the XYZ stage 28 adjusts the position of the irradiation object 31 so that a transfer image by the transfer optical system 18 is formed on the surface of the irradiation object 31.
  • the annealing control unit 32 transmits data of the target pulse energy Et and a light emission trigger signal to the laser device 3 to control the pulse energy and irradiation timing of the pulsed laser light irradiated on the irradiation object 31. Further, the annealing control unit 32 controls the XYZ stage 28.
  • the irradiated object 31 includes, for example, a glass substrate and an amorphous silicon film formed on the glass substrate.
  • the amorphous silicon film is a thin film of amorphous silicon (a-Si) and is an object to be annealed.
  • the irradiation object 31 is set on the XYZ stage 28.
  • the annealing control unit 32 controls the XYZ stage 28 to adjust the position of the irradiated object 31 in the X-axis direction and the Y-axis direction, thereby moving the irradiated object 31 to the imaging position of the transfer optical system 18. .
  • the annealing control unit 32 transmits data of the target pulse energy Et to the laser device 3.
  • the annealing control unit 32 transmits a number of light emission trigger signals corresponding to a preset number of pulses at a predetermined repetition frequency.
  • the laser device 3 outputs a pulse laser beam based on the received target pulse energy Et and the light emission trigger signal.
  • the pulse laser beam output from the laser device 3 is input to the annealing device 4.
  • the pulsed laser light passes through the slit 16, is reflected by the high reflection mirror 17, and enters the transfer optical system 18.
  • the transfer optical system 18 transfers the transfer image of the slit 16 to the surface of the irradiated object 31.
  • the pulsed laser light is irradiated to the amorphous silicon film on the surface of the irradiation object 31.
  • the amorphous silicon film rises to a temperature higher than the melting point and melts.
  • the amorphous silicon film crystallizes in the process of solidifying again after melting. As a result, the amorphous silicon film is modified into a polycrystalline silicon film.
  • FIG. 2 shows a specific configuration of the laser device 3.
  • the laser device 3 includes a master oscillator MO that is a laser oscillator, an OPS 41, a pulse energy measurement unit 63, a shutter 64, and a laser control unit 66.
  • the master oscillator MO includes a laser chamber 71, a pair of electrodes 72a and 72b, a charger 73, and a pulse power module (PPM) 74.
  • the master oscillator MO further includes a high reflection mirror 76 and an output coupling mirror 77.
  • FIG. 2 shows the internal configuration of the laser chamber 71 as viewed from a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the laser light and the discharge direction.
  • the laser chamber 71 is a chamber in which the above-described laser medium is enclosed.
  • the pair of electrodes 72a and 72b are disposed in the laser chamber 71 as electrodes for exciting the laser medium by discharge.
  • An opening is formed in the laser chamber 71, and the opening is covered with an electrical insulating portion 78.
  • the electrode 72a is supported by the electrical insulating portion 78, and the electrode 72b is supported by the return plate 71d.
  • the return plate 71d is connected to the inner surface of the laser chamber 71 by wiring (not shown).
  • a conductive portion 78 a is embedded in the electrical insulating portion 78.
  • the conductive portion 78a applies a high voltage supplied from the pulse power module 74 to the electrode 72a.
  • the charger 73 is a DC power supply device that charges a charging capacitor (not shown) in the pulse power module 74 with a predetermined voltage.
  • the pulse power module 74 includes, for example, a switch 74a controlled by the laser control unit 66. When the switch 74a is turned from OFF to ON, the pulse power module 74 generates a pulsed high voltage from the electric energy held in the charger 73, and applies this high voltage between the pair of electrodes 72a and 72b.
  • the pair of electrodes 72a and 72b breaks down and discharge occurs. Due to the energy of this discharge, the laser medium in the laser chamber 71 is excited and shifts to a high energy level. When the excited laser medium subsequently shifts to a low energy level, light corresponding to the energy level difference is emitted.
  • Windows 71 a and 71 b are provided at both ends of the laser chamber 71.
  • the light generated in the laser chamber 71 is emitted to the outside of the laser chamber 71 through the windows 71a and 71b.
  • the high reflection mirror 76 reflects the light emitted from the window 71 a of the laser chamber 71 with a high reflectance and returns it to the laser chamber 71.
  • the output coupling mirror 77 transmits and outputs part of the light output from the window 71 b of the laser chamber 71, reflects the other part and returns it to the laser chamber 71.
  • the high reflection mirror 76 and the output coupling mirror 77 constitute an optical resonator.
  • the light emitted from the laser chamber 71 reciprocates between the high reflection mirror 76 and the output coupling mirror 77, and is amplified every time it passes through the laser gain space between the electrode 72a and the electrode 72b. A part of the amplified light is output as pulsed laser light via the output coupling mirror 77.
  • OPS 41 constitutes an OPS device.
  • the OPS device stretches the pulse time width of the pulsed laser light by transmitting a part of the pulsed laser light output from the master oscillator MO and outputting the other part by circulating around the delay optical path.
  • the OPS apparatus of this example is composed of one OPS 41.
  • the OPS 41 is disposed after the master oscillator MO.
  • the OPS 41 includes a beam splitter 42 and first to fourth concave mirrors 51 to 54.
  • the beam splitter 42 is a partial reflection mirror, and is formed by, for example, coating a CaF 2 substrate that highly transmits pulse laser light with a film that partially reflects the pulse laser light.
  • the beam splitter 42 is disposed on the optical path of the pulse laser beam output from the master oscillator MO.
  • the beam splitter 42 transmits a part of the incident pulse laser beam and reflects the other part.
  • the first to fourth concave mirrors 51 to 54 constitute a delay optical path for stretching the pulse time width of the pulse laser beam.
  • the first to fourth concave mirrors 51 to 54 all have mirror surfaces having the same radius of curvature r.
  • the first and second concave mirrors 51 and 52 are arranged so that the light reflected by the beam splitter 42 is reflected by the first concave mirror 51 and enters the second concave mirror 52.
  • the third and fourth concave mirrors 53 and 54 the light reflected by the second concave mirror 52 is reflected by the third concave mirror 53, further reflected by the fourth concave mirror 54, and again by the beam splitter. 42 so as to be incident on 42.
  • the distance between the beam splitter 42 and the first concave mirror 51 and the distance between the fourth concave mirror 54 and the beam splitter 42 are respectively half the radius of curvature r, that is, r / 2. Also, the distance between the first concave mirror 51 and the second concave mirror 52, the distance between the second concave mirror 52 and the third concave mirror 53, and the third concave mirror 53 and the fourth. The distance from the concave mirror 54 is the same as the radius of curvature r.
  • the first to fourth concave mirrors 51 to 54 all have the same focal length F.
  • the first to fourth concave mirrors 51 to 54 form a pulse laser beam output from the OPS 41 without going around the delay optical path and a pulse laser beam outputted after going around the delay optical path.
  • a time difference corresponding to the delay optical path length L occurs.
  • the OPS 41 extends the pulse time width of the pulse laser beam.
  • the pulse energy measuring unit 63 is disposed in the optical path of the pulse laser beam that has passed through the OPS 41.
  • the pulse energy measuring unit 63 includes, for example, a beam splitter 63a, a condensing optical system 63b, and an optical sensor 63c.
  • the beam splitter 63a transmits the pulsed laser light that has passed through the OPS 41 toward the shutter 64 with high transmittance and reflects a part of the pulsed laser light toward the condensing optical system 63b.
  • the condensing optical system 63b condenses the light reflected by the beam splitter 63a on the light receiving surface of the optical sensor 63c.
  • the optical sensor 63 c detects the pulse energy of the pulsed laser light focused on the light receiving surface, and outputs the detected pulse energy data to the laser controller 66.
  • the laser control unit 66 transmits and receives various signals to and from the annealing control unit 32.
  • the laser control unit 66 receives a light emission trigger signal, data on the target pulse energy Et, and the like from the annealing control unit 32. Further, the laser controller 66 transmits a charging voltage setting signal to the charger 73, and transmits a switch ON / OFF command signal to the pulse power module 74.
  • Laser control unit 66 receives pulse energy data from pulse energy measurement unit 63.
  • the laser control unit 66 controls the charging voltage of the charger 73 with reference to the pulse energy data. By controlling the charging voltage of the charger 73, the pulse energy of the pulse laser beam is controlled. Further, the laser control unit 66 corrects the timing of the light emission trigger signal according to the set charging voltage value so that the light emission trigger signal is discharged at a predetermined constant time.
  • the shutter 64 is disposed in the optical path of the pulse laser beam that has passed through the beam splitter 63a of the pulse energy measuring unit 63.
  • the laser control unit 66 performs control so that the shutter 64 is closed until the difference between the pulse energy received from the pulse energy measurement unit 63 and the target pulse energy Et is within an allowable range after the laser oscillation is started.
  • the laser controller 66 controls the shutter 64 to open when the difference between the pulse energy received from the pulse energy measuring unit 63 and the target pulse energy Et is within an allowable range.
  • the laser control unit 66 transmits a signal indicating that the emission trigger signal of the pulse laser beam can be received to the annealing control unit 32 in synchronization with the opening / closing signal of the shutter 64.
  • the pulsed laser light PL output from the master oscillator MO is incident on the beam splitter 42 in the OPS 41.
  • a part of the pulsed laser light PL incident on the beam splitter 42 is output from the OPS 41 as zero-round light PS 0 that passes through the beam splitter 42 and does not circulate in the delay optical path.
  • the reflected light reflected by the beam splitter 42 enters the delay optical path and is reflected by the first concave mirror 51 and the second concave mirror 52.
  • the optical image of the reflected light from the beam splitter 42 is formed as a first-magnification first transfer image by the first and second concave mirrors 51 and 12b.
  • the third concave mirror 53 and the fourth concave mirror 54 form an equal-magnification second transfer image at the position of the beam splitter 42.
  • a part of the light that has entered the beam splitter 42 as the second transfer image is reflected by the beam splitter 42 and is output from the OPS 41 as a one-round light PS 1 that makes one round of the delay optical path.
  • the one-round light PS 1 is output after a delay time DT from the zero-round light PS 0 .
  • c is the speed of light.
  • the transmitted light that has passed through the beam splitter 42 enters the delay optical path again, is reflected by the first to fourth concave mirrors 51 to 12d, and again.
  • the light enters the beam splitter 42.
  • the reflected light reflected by the beam splitter 42 is output from the OPS 41 as two-round light PS 2 obtained by circling the delay optical path twice.
  • the two-round light PS 2 is output after a delay time DT from the one-round light PS 1 .
  • the OPS 41 outputs the pulsed light in order of the three-round light PS 3 , the four-round light PS 4 ,. Further, since the pulsed light output from the OPS 41 is attenuated each time the transmission or reflection of the beam splitter 42 is repeated, the light intensity decreases as the number of circulations of the delay optical path increases.
  • the pulse laser beam PL is decomposed into a plurality of pulse beams PS 0 , PS 1 , PS 2 ,. .
  • i represents the number of circulations of the delay optical path.
  • the delay optical path length L of the OPS 41 is one pulse light (circular light PS) that is decomposed and sequentially output from the OPS 41 when the pulse laser light is incident on the OPS 41, and the next output. This is the difference in optical path length from the pulsed light (circular light PS).
  • FIG. 4 is a graph showing an input waveform of the pulse laser beam PL output from the master oscillator MO and incident on the OPS 41, and an output waveform of the pulse laser beam PT after the pulse time width is stretched by the OPS 41.
  • the vertical axis of the graph represents the light intensity [a. u. ]
  • the horizontal axis is time [ns].
  • Light intensity [a. u. ] Is a value normalized with the peak value of the original waveform as 1.
  • the graph shown by the wavy line is the input waveform ORG of the pulse laser beam PL, which is the original waveform before stretching.
  • the input waveform ORG is obtained by plotting original waveform data measured with an actual machine.
  • the graph indicated by the solid line is the output waveform OPS of the pulsed laser light that is simulated based on the input waveform ORG.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform ORG is about 19.0 ns, whereas the output waveform OPS after stretching has the TIS pulse time width ⁇ T TIS extended to about 55.0 ns.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is one index representing the pulse time width ⁇ T, and is defined by the following equation (1).
  • t is time.
  • I (t) is the light intensity at time t.
  • a polycrystalline silicon film formed by crystallizing an amorphous silicon film by laser annealing is composed of a large number of crystals, it is preferable that the grain size of each crystal is large. This is because, for example, when a polycrystalline silicon film is used for a TFT channel, the larger the grain size of each crystal, the smaller the number of interfaces between the crystals in the channel, thereby reducing the scattering of carriers generated at the interface. It is. That is, the larger the grain size of each crystal in the polycrystalline silicon film, the higher the carrier mobility and the better the switching characteristics of the TFT.
  • the output waveform of the pulsed laser light after stretching becomes a waveform obtained by synthesizing a plurality of circulating lights PS.
  • the pulse time width of the output waveform not only simply extending the pulse time width of the output waveform, but also increasing the crystal grain size when the drop in the light intensity of the first peak and the second peak in the output waveform is smaller. It has been verified by experiment that it is high.
  • the third and subsequent peaks may occur.
  • the third and subsequent peaks have a large attenuation of light intensity with respect to the second peak, and therefore the light intensity after the peak.
  • the degree of depression is relatively small. Therefore, in order to suppress the re-solidification and obtain the effect of increasing the crystal grain size, it is important to suppress the light intensity drop between the first and second peaks as much as possible.
  • the light intensity ratio Imr is defined by the following equation (2) as an index representing the degree of decrease in light intensity that causes re-coagulation.
  • Imr I 12 min / I 1 max ⁇ 100 (2)
  • the light intensity I 1 max is the maximum value that is the peak value of the light intensity at the first peak in the output waveform OPS
  • the light intensity I 12 min is the first and second values. This is the minimum light intensity between the peaks of the eyes. That is, the light intensity ratio Imr indicates the ratio of the light intensity between the first and second peaks to the light intensity of the first peak.
  • the interval between the first and second peaks is wide, and the light intensity I 12 min between the valleys is almost zero. Therefore, the light intensity ratio Imr of the output waveform OPS is 0%.
  • FIG. 5 schematically shows the structure of the laser annealing apparatus according to the first embodiment.
  • the laser annealing apparatus of the first embodiment includes a laser apparatus 3A instead of the laser apparatus 3 of the comparative laser annealing apparatus described with reference to FIG.
  • the difference between the laser device 3A of the first embodiment and the laser device 3 according to the comparative example is that an OPS 41A is provided instead of the OPS 41.
  • the OPS 41A corresponds to the first OPS in the claims.
  • an OPS apparatus is configured by one OPS 41A. Since other configurations are the same as those of the laser device 3, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • differences will be mainly described.
  • the focal length F of the first to fourth concave mirrors 51A to 54A is shorter than that of the OPS 41, and the arrangement interval of the concave mirrors 51A to 54A is also an interval according to the focal length F.
  • the delay optical path length L is shorter than that of the OPS 41.
  • the delay optical path length L of the OPS 41A is L (1)
  • the delay optical path length L (1) is set in the range shown in the following equation (3).
  • ⁇ T a% is the pulse time width of the pulsed laser light that is output from the master oscillator MO (corresponding to the laser oscillator) and is incident on the OPS 41A (corresponding to the OPS device having the first OPS).
  • ⁇ T a% is one of the indexes representing the pulse time width of the pulse laser beam, but is different from the TIS pulse time width ⁇ T TIS and is defined as follows.
  • the input waveform ORG of the pulsed laser light that is output from the master oscillator MO and incident on the OPS 41A has one peak.
  • ⁇ T a% is the full time width at the position where the light intensity shows a value of a% with respect to the peak value in the input waveform ORG.
  • c is the speed of light.
  • ⁇ T 50% is the so-called full width at half maximum (FWHM) at the position where the light intensity is 50% of the peak value in the input waveform ORG.
  • FWHM full width at half maximum
  • the input waveform ORG shown in FIG. 6 is calculated on the assumption that the pulse waveform output from the master oscillator MO is a Gaussian waveform.
  • a specific value of the pulse time width of the input waveform ORG in this example is exemplified as follows.
  • the pulse full width ⁇ T 50% which is the full width at half maximum, is 10.6 ns.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS 16 ns.
  • the graph shown in FIG. 7 shows the output waveform OPS after stretching when the delay optical path length L (1) of the OPS 41A is set to ⁇ T 75% ⁇ c.
  • the delay optical path length L (1) ⁇ T 75% ⁇ c
  • the time difference between the circulating lights PS output from the OPS 41A is the total pulse width ⁇ T 75% .
  • the speed of light c 0.3 m / ns.
  • the delay optical path length L (1) 2.04 m.
  • the reflectivity of the beam splitter 42 is set to about 60%. Therefore, since the zero-round light PS 0 is transmitted through the beam splitter 42, the peak value of the light intensity is attenuated to 0.4 (about 40%) when the peak value of the original waveform is 1.
  • the light intensity of each circulating light PS is the same as that of the graph of FIG.
  • an output waveform OPS of ⁇ T 75%, an output waveform OPS of ⁇ T 50%, and an output waveform OPS of ⁇ T 25% are shown as waveforms obtained by dividing each circulating light PS.
  • an output waveform OPS of ⁇ T 75%, an output waveform OPS of ⁇ T 50%, and an output waveform OPS of ⁇ T 25% are shown as waveforms obtained by synthesizing each circulating light PS.
  • the input waveform ORG is indicated by a thick wavy line
  • the output waveform OPS of ⁇ T 75% is indicated by a thick solid line
  • the output waveform OPS of ⁇ T 50% is indicated by a thin wavy line
  • the output waveform OPS of ⁇ T 25% is indicated by a thin solid line.
  • TIS pulse time width [Delta] T TIS of [Delta] T 25% of the output waveform OPS is maximized at 45.3ns
  • ⁇ T 75% of TIS pulse time width [Delta] T of the output waveform OPS TIS is minimum at 26.5 ns.
  • the output waveform OPS of ⁇ T 25% is a waveform when the longest delay optical path length L (1) among the three output waveforms is set. For this reason, in the output waveform OPS of ⁇ T 25% , the time difference between the circulating lights PS is maximized, and therefore the TIS pulse time width ⁇ T TIS is extended as compared with the other output waveforms OPS. On the other hand, since the time difference between the circulating lights PS is large, valleys between peaks are likely to occur as compared with other output waveforms OPS.
  • the output waveform OPS of ⁇ T 75% is an output waveform when the shortest delay optical path length L (1) is set. For this reason, the time difference between the circulating lights PS is minimized. Contrary to the output waveform OPS of ⁇ T 25% , the ⁇ T 75% output waveform OPS is less likely to have a valley between peaks than the other output waveforms, but the TIS pulse time width ⁇ T TIS is minimized.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the output waveform OPS in which the optical path length (1) is an intermediate length ⁇ T 50% has an intermediate value of 36.0 ns.
  • the output waveforms OPS are compared with respect to the light intensity ratio Imr, the following can be understood.
  • the light intensity ratio Imr of the output waveform OPS of ⁇ T 50% is also about 90%. The above values are shown.
  • the first peak and the second peak clearly exist.
  • the light intensity ratio Imr of the output waveform OPS of ⁇ T 25% is about 47.6%.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS of each output waveform OPS according to the first embodiment is longer than the input waveform ORG, but the TIS of the output waveform OPS according to the comparative example shown in FIG. It is shorter than 55 ns which is the pulse time width ⁇ T TIS .
  • the light intensity ratio Imr of each output waveform OPS according to the first embodiment is higher than the comparative example shown in FIG.
  • the delay optical path length L (1) of the OPS 41A corresponding to the first OPS and OPS devices is expressed as ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c
  • the pulse time width can be extended while increasing the light intensity ratio Imr.
  • re-solidification of the molten amorphous silicon is suppressed during the irradiation with the pulsed laser light, and an effect of increasing the crystal grain size of the polycrystalline silicon can be obtained.
  • FIG. 11 shows a graph of an example of an XeF excimer laser using XeF as the laser medium of the master oscillator MO.
  • the input waveform of the pulse laser beam output from the master oscillator MO and incident on the OPS 41A is the input waveform X-ORG shown in FIG.
  • each output waveform X-OPS sets the delay optical path length L (1) of the OPS 41A based on the full pulse width of the input waveform X-ORG, similarly to each output waveform OPS shown in FIG. This is the calculated output waveform.
  • ⁇ T TIS 45.6 ns in the output waveform X-OPS of ⁇ T 25% .
  • ⁇ T TIS 37.8 ns
  • ⁇ T TIS 25.7 ns.
  • the output waveform X-OPS of ⁇ T 25% has the maximum light intensity drop between the first and second peaks in each output waveform X-OPS.
  • the light intensity ratio Imr of the output waveform X-OPS of ⁇ T 25% is about 42.6%, which is higher than the comparative example according to FIG.
  • the delay optical path length L (1) of the OPS 41A is set to a range of ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c (the above formula (3)).
  • the pulse time width can be extended while increasing the light intensity ratio Imr.
  • re-solidification of the molten amorphous silicon is suppressed during the irradiation with the pulsed laser light, and an effect of increasing the crystal grain size of the polycrystalline silicon can be obtained.
  • the OPS apparatus constituted by the OPS 41A has been described as being disposed between the master oscillator MO and the pulse energy measuring unit 63. It may be arranged in a position.
  • the OPS device may not be disposed in the laser device 3 and may be disposed on the optical path of the pulse laser light between the laser device 3 and the annealing device 4.
  • the OPS apparatus may be disposed inside the annealing apparatus 4, for example, at a position before the slit 16 (see FIG. 1) of the annealing apparatus 4.
  • FIG. 12 schematically shows a configuration of a laser annealing apparatus according to the second embodiment.
  • the laser annealing apparatus of the second embodiment includes a laser apparatus 3B instead of the laser apparatus 3A of the laser annealing apparatus of the first embodiment shown in FIG.
  • the difference between the laser device 3B of the second embodiment and the laser device 3A according to the first embodiment is the number of OPSs 41A included in the OPS device, and the laser device 3B of the second embodiment includes a plurality of OPSs 41A. Has been.
  • the OPS apparatus of the laser apparatus 3B of the second embodiment includes a first OPS 41A1, a second OPS 41A2, and a third OPS 41A3, and the OPS apparatus is configured by three OPS 41A. Since other configurations are the same as those of the laser device 3A of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and hereinafter, differences will be mainly described.
  • the first to third OPSs 41A1, 41A2, and 41A3 are arranged in series on the optical path of the pulse laser beam.
  • the first OPS 41A1 includes a beam splitter 42 and first to fourth concave mirrors 51A1 to 54A1.
  • the second OPS 41A2 includes a beam splitter 42 and first to fourth concave mirrors 51A2 to 54A2.
  • the second OPS 41A2 includes a beam splitter 42 and first to fourth concave mirrors 51A3 to 54A3.
  • the range of the delay optical path length L (1) is the same as that of the OPS 41A of the first embodiment, and is set to the range of ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c (the above formula (3)). ing.
  • the delay optical path length L (2) and the delay optical path length L (3) are set based on the delay optical path length L (1).
  • the delay optical path length L (k) of the kth OPS 41Ak is expressed by the following equation: It is preferable to set so as to satisfy the condition shown in (4).
  • L (k) 2 ⁇ L (k ⁇ 1)...
  • k 2 to n.
  • n is an integer of 2 or more.
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is set by selecting the focal length F of the first to fourth concave mirrors 51A1 to 54A1 and the arrangement interval according to the focal length F.
  • the delay optical path length L (2) of the second OPS 41A2 is set by selecting the focal length F of the first to fourth concave mirrors 51A2 to 54A2 and the arrangement interval according to the focal length F.
  • the delay optical path length L (3) of the third OPS 41A3 is set by selecting the focal length F of the first to fourth concave mirrors 51A3 to 54A3 and the arrangement interval according to the focal length F.
  • FIG. 13 shows the transition of the output waveform OPS when the first to third three-stage OPSs 41A1 to 41A3 are used.
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is set to the full pulse width ⁇ T 75% ⁇ c of the input waveform ORG. Therefore, when the input waveform ORG is incident on the first OPS 41A1, the 1-round light PS 1 and the 2-round light are separated by a ⁇ T 75% interval following the 0-round light PS 0 output without passing through the delay optical path. PS 2 ... and pulsed light are output. These circulating lights PS are combined into an output waveform OPS1 of the input waveform ORG.
  • one-round light PS 1 two-round light PS 2 ... Included in the output waveform OPS 1 of the input waveform ORG are also sequentially input to the second OPS 41 A 2. Is done.
  • the output waveform OPS2 of the one-round light PS 1 and the output waveform OPS2... Of the two- round light PS 2 are also output from the second OPS 41A2.
  • the zero-round light PS 0 included in the output waveform OPS2 enters the third OPS 41A3, it is further decomposed into zero-round light PS 0 , one-round light PS 1 , two-round light PS 2. Is output as an output waveform OPS3.
  • the time difference of the circulating light PS output from the third OPS 41 is 4 ⁇ ⁇ T. 75% .
  • the one-round light PS 1 , the two-round light PS 2 ... Included in the output waveform OPS2 are sequentially input to the third OPS 41A3.
  • the output waveform OPS3 of the one-round light PS 1 and the output waveform OPS3... Of the two- round light PS 2 are also output from the third OPS 41A3.
  • Such 0 orbiting light PS 0 of the output waveform OPS3,1 circulating light PS 1 of the output waveform OPS3,2 output waveform OPS3 waveform obtained by combining the ... orbiting light PS 2 is, first to third OPS41A1 ⁇ 41a3
  • the output waveform is output from the OPS device configured as follows. This output waveform is an output waveform OPS123 of ⁇ T 75% shown in FIG.
  • the graphs shown in FIGS. 15A to 15C show the input waveform ORG assumed to be a Gaussian waveform and the delay optical path length L () calculated based on this input waveform ORG in the laser annealing apparatus of the second embodiment shown in FIG. 1) shows an output waveform OPS when the number of OPS 41A is changed.
  • the graph shown in FIG. 15A is an output waveform OPS when the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is ⁇ T 75% ⁇ c.
  • an output waveform OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of an OPS device having a single-stage configuration having only one first OPS 41A1 as in the first embodiment.
  • An output waveform OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration in which a first OPS 41A1 and a second OPS 41A2 are arranged in series.
  • the output waveform OPS123 indicated by a thin solid line is an output waveform of the OPS apparatus configured by three stages in which the first to third OPSs 41A1 to 41A3 are arranged in series.
  • ⁇ T TIS 52.5 ns.
  • ⁇ T TIS 103.8 ns.
  • the pulse time width of any output waveform OPS is longer than 16 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform ORG.
  • each output waveform OPS1, OPS12, and OPS123 in the case of ⁇ T 75% there is almost no drop in light intensity between the first and second peaks, so that the light intensity is higher than that of the comparative example shown in FIG.
  • the ratio Imr is high.
  • the output waveform OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of the OPS device having a single-stage configuration including only the first OPS 41A1.
  • An output waveform OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration of a first OPS 41A1 and a second OPS 41A2.
  • An output waveform OPS123 indicated by a thin solid line is an output waveform of an OPS device having a three-stage configuration of first to third OPSs 41A1 to 41A3.
  • ⁇ T TIS 77.3 ns
  • ⁇ T TIS 155.9 ns.
  • the pulse time width of any output waveform OPS is longer than 16 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform ORG.
  • each output waveform OPS1, OPS12, and OPS123 when ⁇ T is 50% the drop in light intensity between the first and second peaks is compared with the output waveform OPS of the comparative example shown in FIG.
  • the light intensity ratio Imr is increased.
  • the output waveform OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of the OPS device having a single stage configuration.
  • An output waveform OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration.
  • An output waveform OPS123 indicated by a thin solid line is an output waveform of the OPS device having a three-stage configuration.
  • ⁇ T TIS 101.6 ns
  • ⁇ T TIS 209.7 ns.
  • the pulse time width of any output waveform OPS is longer than 16 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform ORG.
  • each output waveform OPS1, OPS12, and OPS123 in the case of ⁇ T 25% the drop in light intensity between the first and second peaks is compared with the output waveform OPS of the comparative example shown in FIG.
  • the light intensity ratio Imr is increased.
  • each output waveform OPS123 has a higher pulse intensity ratio Imr than the output waveform OPS of the comparative example shown in FIG.
  • the width can be extended.
  • the OPS device according to the first embodiment is a one-stage OPS device configured by one OPS 41A corresponding to the first OPS.
  • the OPS device according to the second embodiment is a three-stage OPS device including the second and third OPSs 41A2 and 41A3 in addition to the first OPS 41A1. Since the OPS apparatus according to the second embodiment is composed of such three-stage OPSs 41A1 to 41A3, the pulse time width is further increased while the light intensity ratio Imr is further increased as compared with the first embodiment. be able to.
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is shorter.
  • the delay optical path length L (1) is the shortest when the total pulse width ⁇ T 75% in FIG. 15A is used.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is shortened.
  • the output waveforms OPS1, OPS12, and OPS123 in FIGS. 15A to 15C as the number of OPS 41A increases, the drop in light intensity is suppressed, and the TIS pulse time width ⁇ T TIS becomes longer. However, the light intensity decreases as the number of OPS 41A increases.
  • L (k) 2 ⁇ L (k ⁇ 1) (the above formula (4)).
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 and the number of OPS 41A take into consideration the light intensity of the input waveform ORG output from the master oscillator MO, the light intensity of the pulse laser light necessary for the annealing apparatus 4, the pulse time width, and the like. As appropriate.
  • FIGS. 16A to 16C show graphs of Example 1 according to an XeF excimer laser using XeF as a laser medium of the master oscillator MO.
  • the input waveform of the pulse laser beam output from the master oscillator MO and incident on the first OPS 41A is an input waveform X-ORG similar to FIG.
  • the difference from the graphs of FIGS. 15A to 15C is that the input waveform ORG is changed to an input waveform X-ORG measured with a real machine using XeF as a laser medium. . Since the input waveform is X-ORG, the output waveforms X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 in FIGS. 16A to 16C are naturally changed from the output waveforms in FIGS. 15A to 15C. In FIG. 16A to FIG. 16C, the combinations of line types, conditions, etc. of other graphs are the same as those in FIG. 15A to FIG.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform X-ORG is 19 ns.
  • the output waveform X-OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of the OPS device having a single stage configuration of only the first OPS 41A1.
  • An output waveform X-OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration of a first OPS 41A1 and a second OPS 41A2.
  • An output waveform X-OPS 123 indicated by a thin solid line is an output waveform of the OPS unit having the three-stage configuration of the first to third OPSs 41A1 to 41A3.
  • ⁇ T TIS 41.2 ns
  • ⁇ T TIS 72.4 ns.
  • the pulse time width of any output waveform OPS is longer than 19 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform X-ORG.
  • the output waveform X-OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of the OPS device having a single stage configuration.
  • An output waveform X-OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration.
  • An output waveform X-OPS 123 indicated by a thin solid line is an output waveform of the OPS device having a three-stage configuration.
  • ⁇ T TIS 73.9 ns
  • ⁇ T TIS 145.6 ns.
  • the pulse time width of any output waveform X-OPS is longer than 19 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform X-ORG.
  • each output waveform X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 when ⁇ T is 50% the drop in light intensity between the first and second peaks is the output of the comparative example shown in FIG.
  • the light intensity ratio Imr is improved.
  • the output waveform X-OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of the OPS device having one stage configuration.
  • An output waveform X-OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration.
  • An output waveform X-OPS 123 indicated by a thin solid line is an output waveform of the OPS device having a three-stage configuration.
  • ⁇ T TIS 98 ns
  • ⁇ T TIS 198.8 ns.
  • the pulse time width of any output waveform X-OPS is longer than 19 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform X-ORG.
  • each output waveform X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 in the case of ⁇ T 25% the drop in light intensity between the first and second peaks is the output of the comparative example shown in FIG.
  • the light intensity ratio Imr is improved.
  • Example 1 of the XeF excimer laser shown in FIGS. 16A to 16C the same effect (see 4.3 above) as in the embodiment of FIGS. 15A to 15C can be obtained.
  • Example 2 of XeF excimer laser The second embodiment of the XeF excimer laser shown in FIG. 17 is different from the first embodiment of the XeF excimer laser in the setting of the delay optical path lengths L (1), L (2), and L (3).
  • Other laser annealing apparatuses have the same configuration.
  • Such a set value of the delay optical path length L is obtained when the delay optical path is configured in accordance with the focal length F of the relatively easy-to-obtain concave mirror as the first to fourth concave mirrors 51A to 54A configuring the delay optical path. Value.
  • an output waveform X-OPS1 indicated by a thick solid line is an output waveform of an OPS device having a single-stage configuration including only the first OPS 41A1.
  • An output waveform X-OPS12 indicated by a thin wavy line is an output waveform of an OPS device having a two-stage configuration of a first OPS 41A1 and a second OPS 41A2.
  • An output waveform X-OPS 123 indicated by a thin solid line is an output waveform of the OPS unit having the three-stage configuration of the first to third OPSs 41A1 to 41A3.
  • ⁇ T TIS 85.4 ns
  • ⁇ T TIS 170.8 ns.
  • the pulse time width of any output waveform X-OPS is longer than 19 ns which is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform X-ORG.
  • the OPS number of the horizontal axis is a graph plotting the TIS pulse time width [Delta] T TIS the vertical axis shows the change in the TIS pulse time width [Delta] T TIS in accordance with the number of stages of the OPS.
  • a graph G ⁇ T 25% indicated by a thick wavy line is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of each output waveform X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 in the case of ⁇ T 25% shown in FIG. , 98 ns, and 198.8 ns are plotted.
  • a graph G3.5m indicated by a thick solid line is a TIS pulse time width ⁇ T TIS of each of the output waveforms X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 of this embodiment shown in FIG. .4 ns and 170.8 ns are plotted.
  • a graph G ⁇ T 50% indicated by a thin wavy line is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of each output waveform X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 in the case of ⁇ T 50% shown in FIG. 16B, 38.4 ns. 73.9 ns and 145.6 ns are plotted.
  • a graph G ⁇ T 75% indicated by a thin solid line is the TIS pulse time width ⁇ T TIS of each of the output waveforms X-OPS1, X-OPS12, and X-OPS123 in the case of ⁇ T 75% shown in FIG. 16C, 26.4 ns. 41.2 ns and 72.4 ns are plotted.
  • each graph G shown in FIG. 18 the longer the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 and the greater the number of OPS stages, the longer the TIS pulse time width ⁇ T TIS can be made. .
  • the characteristic of the second embodiment shown in the graph G3.5m is the same as that of the output waveform X-OPS in FIG. 16B shown in the graph G ⁇ T 50% and the graph G ⁇ T 25%. It can be clearly seen that it is located between the characteristics of the output waveform X-OPS of FIG. Also in Example 2, the same effect as that of the embodiment of FIGS. 15A to 15C (see 4.3 above) can be obtained.
  • OPS device composed of 1st to n-th OPS
  • the number of OPS is not limited to three, and may be composed of two or more first to nth OPSs. That's fine.
  • the OPS device 141 includes n OPSs of a first OPS 41A1, a second OPS 41A2,... Kth OPS 41Ak,.
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25 , similar to the three-stage OPS device shown in FIG. % ⁇ c (the above formula (C)) is set.
  • k 2 or more and n or less, and n is an integer of 2 or more.
  • the 1st to n-th OPSs 41A are arranged in order of decreasing delay optical path length L from the master oscillator MO side which is a laser oscillator. ing.
  • the plurality of OPSs 41A may not be arranged in the order of the shortest delay optical path length L.
  • the delay optical path length L may be arranged in the long order, or may be arranged regardless of the order of the delay optical path length L, such as the second OPS 41A2, the first OPS 41A1, and the third OPS 41A3. .
  • the effect of extending the pulse time width and the effect of improving the light intensity ratio Imr are the same.
  • the delay optical path length L is arranged in order from the master oscillator MO side. This is because the OPS 41A closer to the master oscillator MO side receives a pulse laser beam having a higher light intensity, and accordingly, it is considered that the optical elements such as the beam splitter 42 and the concave mirrors 51A to 54A are rapidly deteriorated. As the delay optical path length L is shorter, the size of the OPS 41A is smaller and easy to replace. On the contrary, as the delay optical path length L is longer, the size of the OPS 41A becomes larger and is difficult to exchange.
  • the OPS 41A in order of decreasing delay optical path length L from the master oscillator MO side, it is possible to relatively extend the service life of the OPS 41A having a long delay optical path length L and a large size. As a result, the number of replacements of the OPS 41A which is large and difficult to replace can be relatively reduced.
  • the delay optical path longer than the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A as in the above embodiment. It is preferable to add an OPS 41A having a length L.
  • the OPS 41A having a delay optical path length shorter than L (1) is provided, the effect of reducing the drop in light intensity can be expected.
  • the number of OPS 41A increases, the light intensity decreases.
  • FIG. 20 schematically shows a configuration of a laser annealing apparatus according to the third embodiment.
  • the laser annealing apparatus of the third embodiment includes a laser apparatus 3C instead of the laser apparatus 3B of the laser annealing apparatus of the second embodiment shown in FIG.
  • the difference between the laser device 3C according to the third embodiment and the laser device 3B according to the second embodiment is that the laser device 3C includes an amplifier PA in addition to the master oscillator MO that is a laser oscillator. is there.
  • Such a laser device 3C is also called a MOPA system.
  • the OPS device 141 of the laser device 3C is a three-stage OPS device similar to the laser device 3B. Since the other configuration is the same as that of the laser device 3B of the second embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and hereinafter, differences will be mainly described.
  • the amplifier PA is disposed in the optical path of the pulse laser beam output from the output coupling mirror 77 of the master oscillator MO.
  • the amplifier PA includes a laser chamber 71, a pair of electrodes 72a and 72b, a charger 73, and a pulse power module (PPM) 74. These configurations are the same as those included in the master oscillator MO.
  • the amplifier PA does not include the high reflection mirror 76 and the output coupling mirror 77.
  • the pulse laser beam incident on the window 71a of the amplifier PA passes through the laser gain space between the electrode 72a and the electrode 72b once and is output from the window 71b.
  • the pulse laser beam output from the master oscillator MO is amplified by the amplifier PA and then enters the OPS device 141.
  • the master oscillator MO and the amplifier PA each have a window 71e provided in the laser chamber 71 and a discharge sensor 81.
  • the window 71e outputs the discharge light in the laser chamber 71 toward the discharge sensor 81.
  • Each discharge sensor 81 receives discharge light, detects that discharge has occurred in the laser chamber 71, and transmits a detection signal to the laser controller 66.
  • each of the master oscillator MO and the amplifier PA is configured so that the pulse laser beam output from the master oscillator MO is amplified by the amplifier PA.
  • the timing for turning on the switch 74a is controlled.
  • the laser controller 66 detects the discharge timing of the laser chambers 71 of the master oscillator MO and the amplifier PA based on detection signals from the discharge sensors 81.
  • the time difference between the discharge timing of the master oscillator MO and the discharge timing of the amplifier PA is defined as a discharge timing delay time DSDT.
  • the laser controller 66 controls the on timing of each switch 74a of the master oscillator MO and the amplifier PA so that the discharge timing delay time DSDT measured by the discharge sensor 81 approaches a predetermined value.
  • a discharge is generated in the amplifier PA, laser gas is generated, and the pulse laser beam is generated.
  • Amplified is output from the amplifier PA and enters the OPS device 141.
  • the pulse time width of the pulse laser light is stretched in the OPS device 141.
  • FIG. 21 shows an example of a XeF excimer laser that uses XeF as a laser medium in the MOPA system laser apparatus 3C. Indicates.
  • the OPS device 141 is a one-stage OPS device configured only by the first OPS 41A1.
  • the input waveform MP-ORG of the pulse laser light incident on the OPS apparatus 141 is the output waveform of the pulse laser light amplified by the amplifier PA.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS varies according to the variation of the discharge timing delay time DSDT.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS 24.6 ns.
  • the third decimal place is rounded in the calculation process of L (1).
  • the output waveform MP-OPS of ⁇ T 25% has the maximum light intensity drop between the first and second peaks in each output waveform X-OPS.
  • the light intensity ratio Imr of the output waveform MP-OPS of ⁇ T 25% is about 38% or more, and the light intensity ratio Imr is improved as compared with the comparative example according to FIG.
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is expressed as ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c (the above formula ( By setting it as the range of 3)), the pulse time width can be extended while improving the light intensity ratio Imr. As a result, re-solidification of amorphous silicon during irradiation with pulsed laser light can be suppressed and the molten state of amorphous silicon can be maintained for a long time. Thereby, the grain size of the polycrystalline silicon crystal can be increased.
  • the pulse laser light is amplified as compared with the case of only the master oscillator MO, so that the pulse energy of the pulse laser light is increased.
  • the pulse energy of the pulse laser beam increases, it is possible to further suppress re-solidification of the amorphous silicon melted during the pulse laser beam irradiation in the laser annealing. Thereby, the effect of increasing the grain size of the polycrystalline silicon crystal is further improved.
  • the graph of FIG. 22A shows the relationship between the discharge timing delay time DSDT and the pulse energy in the MOPA laser device 3C.
  • the graph of FIG. 22B shows the relationship between the discharge timing delay time DSDT and the TIS pulse time width ⁇ T TIS in the MOPA type laser device 3C.
  • TIS pulse time width [Delta] T TIS after being output from the master oscillator MO, a TIS pulse time width [Delta] T TIS the amplified pulse laser beam output waveform at amplifier PA.
  • the discharge timing delay time DSDT at which the pulse energy becomes maximum is 15 ns
  • the range of the discharge timing delay time DSDT in which the fluctuation of the pulse energy is allowable is 10 ns to 20 ns.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the output waveform of the pulse laser beam amplified by the amplifier PA is 22.1 ns to 28.1 ns. It can vary in the range.
  • FIGS. 23A to 23C show discharge timing delay in the MOPA method laser device 3C.
  • the change in the output waveform from the OPS device 141 when the time DSDT fluctuates is shown.
  • This example is an example of a XeF excimer laser using XeF as a laser medium.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS 22.1 ns.
  • the conditions and calculation results of the output waveform MP-OPS1 indicated by the thick solid line are as follows.
  • Delay optical path length L (1) 3.5 m (3)
  • TIS pulse time width ⁇ T TIS 45.8 ns
  • the pulse full width ⁇ T 25% 16.4 ns
  • the pulse full width ⁇ T 50% 12 ns
  • the pulse full width ⁇ T 75% 7.6 ns of the input waveform MP-ORG.
  • ⁇ T 25% ⁇ c 2.92 m
  • ⁇ T 75% ⁇ c 2.28 m. Therefore, the set value 3.5 m of the delay optical path length L (1) satisfies the condition of ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS 24.6 ns.
  • the conditions and calculation results of the output waveform MP-OPS1 indicated by the thick solid line are as follows.
  • the pulse full width ⁇ T 25% 19.8 ns
  • the pulse full width ⁇ T 50% 13.7 ns
  • the pulse full width ⁇ T 75% 8 ns of the input waveform MP-ORG.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS 28.1 ns.
  • the conditions and calculation results of the output waveform MP-OPS1 indicated by the thick solid line are as follows.
  • Delay optical path length L (1) 3.5 m (3)
  • TIS pulse time width ⁇ T TIS 48.3 ns
  • the pulse full width ⁇ T 25% 24.4 ns
  • the pulse full width ⁇ T 50% 18.4 ns
  • the pulse full width ⁇ T 75% 10.8 ns of the input waveform MP-ORG.
  • ⁇ T 25% ⁇ c 7.32 m
  • ⁇ T 75% ⁇ c 3.24 m. Therefore, the set value 3.5 m of the delay optical path length L (1) satisfies the condition of ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c.
  • TIS pulse time width ⁇ T TIS As shown in FIG. 22B, in the case of the MOPA method, when the discharge timing delay time DSDT varies between 10 ns and 20 n, it is output from the amplifier PA.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the output waveform of the pulsed laser light varies in the range of 22.1 ns to 28.1 ns.
  • the output waveform of the pulse laser beam output from the amplifier PA corresponds to the input waveform MP-ORG for the OPS device 141 in FIGS. 23A to 23C. That is, in the input waveform MP-ORG before entering the OPS device 141, the TIS pulse time width ⁇ T TIS varies within a range of about 6 ns in accordance with the variation of the discharge timing delay time DSDT.
  • FIG. 24 shows the discharge timing delay time DSDT and the OPS devices having the one-stage configuration, the two-stage configuration, and the three-stage configuration based on the TIS pulse time width ⁇ T TIS of each output waveform MP-OPS of FIGS. 23A to 23C.
  • the relationship with the TIS pulse time width ⁇ T TIS when used is shown.
  • the MP-ORG graph TIS plotted with rhombus marks shows the variation in the range of 22.1 ns to 28.1 ns of the TIS pulse time width ⁇ T TIS of the input waveform MP-ORG.
  • the MP-OPS1 graph TIS shows the variation of the TIS pulse time width ⁇ T TIS when a one-stage OPS device is used.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS varies in the range of 45.8 ns to 48.3 ns.
  • the variation width of the TIS pulse time width ⁇ T TIS is about 2.5 ns.
  • the TIS pulse time caused by the fluctuation of the discharge timing delay time DSDT Variations in the width ⁇ T TIS are suppressed.
  • a graph TIS of the MP-OPS 12 shows a variation of the TIS pulse time width ⁇ T TIS when a two-stage OPS device is used.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS varies in the range of 89.0 ns to 90.7 ns.
  • the variation width of the TIS pulse time width ⁇ T TIS is about 1.7 ns.
  • the TIS pulse time width ⁇ T T is caused by the variation in the discharge timing delay time DSDT. TIS fluctuation is suppressed.
  • a graph TIS of the MP-OPS 123 shows a variation in the TIS pulse time width ⁇ T TIS when a three-stage OPS device is used.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS varies in the range of 166.8 ns to 167.8 ns.
  • the variation width of the TIS pulse time width ⁇ T TIS is about 1 ns.
  • the MP-ORG graph TIS with a fluctuation width of about 6 ns the variation of the TIS pulse time width ⁇ T TIS caused by the variation of the discharge timing delay time DSDT. Variation is suppressed.
  • the light intensity ratio Imr is 50% or more.
  • the pulse time width can be extended while improving the light intensity ratio Imr.
  • FIG. 25 is an example of a MOPA-type KrF excimer laser using KrF as the laser medium of the laser apparatus 3C shown in the third embodiment. Indicates.
  • FIG. 25 shows an output waveform KrMP-OPS calculated based on the input waveform KrMP-ORG.
  • the delay optical path length L (1) of the first OPS is set in a range of ⁇ T75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T25% ⁇ c (formula (3)).
  • the conditions of the input waveform KrMP-ORG are as follows.
  • Discharge timing delay time DSDT 20 ns
  • TIS pulse time width ⁇ T TIS 29.3 ns
  • Full pulse width ⁇ T 25% 21.6 ns
  • Full pulse width ⁇ T 50% 12.4ns
  • Full pulse width ⁇ T 75% 5.2 ns
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is 38.4 ns for the output waveform KrMP-OPS of ⁇ T 75% , 51.8 ns for the output waveform KrMP-OPS of ⁇ T 50% , and 67.4 ns for the output waveform KrMP-OPS of ⁇ T 25%.
  • Each output waveform KrMP-OPS has a longer pulse time width than 29.3 ns of the input waveform KrMP-ORG. In this manner, the pulse time width can be extended while improving the light intensity ratio Imr.
  • the effect of increasing the grain size of the polycrystalline silicon can be expected by suppressing the re-solidification of the molten amorphous silicon during the irradiation of the pulse laser beam.
  • FIG. 26 is a graph showing the relationship between the delay optical path length L (1) and the light intensity ratio Imr.
  • the graph shown in FIG. 26 shows the output waveform Kr corresponding to each delay optical path length L (1) when the delay optical path length L (1) corresponding to the full pulse width of the input waveform Kr-ORG shown in FIG. -OPS light intensity ratio Imr is plotted.
  • the range of the delayed optical path length L (1) where the light intensity ratio Imr is 50% or more and less than 100% is 2m ⁇ L (1) ⁇ 4.5 m. If the delay optical path length L (1) is within this range, the TIS pulse time width ⁇ T TIS can be extended while ensuring a light intensity ratio Imr of 50% or more.
  • each circulating light PS is sequentially output while being delayed by a delay time DT corresponding to the delay optical path length L.
  • the range of the delay time DT corresponding to the range of 2 m ⁇ L (1) ⁇ 4.5 m is 2 m / c ⁇ DT ⁇ 4.5 m / c, and 6.67 ns ⁇ DT ⁇ 15 ns.
  • the delay optical path length L (1) is in a range that satisfies the condition of the formula (5), the pulse time width can be extended while maintaining a light intensity ratio of 50% or more.
  • the delay optical path length L (1) is more preferably a range that satisfies the condition of the formula (5) in addition to the range that satisfies the condition of the formula (3).
  • FIG. 27A shows the change of the output waveform KrMP-OPS when the reflectivity of the beam splitter is changed by taking the MOPA KrF excimer laser as an example.
  • An input waveform KrMP-ORG shown in FIG. 27A is a waveform based on data measured by an actual apparatus related to a KrF excimer laser.
  • the output waveform KrMP-OPS is a waveform calculated based on the input waveform KrMP-ORG.
  • the calculation conditions and calculation results for each output waveform KrMP-OPS are as follows.
  • FIG. 27B is a graph showing the relationship between the reflectance RB, the maximum value of light intensity, and the light intensity ratio, calculated based on the output waveform KrMP-OPS of FIG. 27A.
  • FIG. 27C is a graph showing the relationship between the reflectance RB and the TIS pulse time width ⁇ T TIS calculated based on the output waveform KrMP-OPS in FIG. 27A.
  • each output waveform KrMP-OPS the higher the reflectance RB, the lower the first peak value of the output waveform KrMP-OPS, and the higher the second peak value.
  • the light intensity in the valley between the first and second peaks decreases as the reflectance RB increases.
  • the first peak has the maximum value
  • the reflectance RB is higher than 55%
  • the second peak has the maximum value. It becomes.
  • the graph showing the relationship between the TIS pulse time width ⁇ T TIS and the reflectance RB is an upwardly convex curve, and the reflectance RB at which the TIS pulse time width ⁇ T TIS is maximum is about 55. %.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is 50 ns or more.
  • the light intensity ratio Imr is maintained at about 57% or more.
  • the maximum value of the output waveform Kr-OPS also changes around 0.5.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is maintained at 55 ns or more, and there is no significant change.
  • the reflectance RB of the beam splitter 42 is preferably in the range of the following formula (6). 40% ⁇ RB ⁇ 65% (6)
  • FIGS. 28 to 30 show an output waveform KrMP-OPS when the delayed optical path length L and the number of stages of the OPS device are changed, taking a MOPA KrF excimer laser as an example. Indicates.
  • FIGS. 28A to 28C show output waveforms KrMP-OPS when the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is set to the full pulse width ⁇ T 25% ⁇ c.
  • the delay optical path length L (k ⁇ 1) of the previous stage which is a reference when setting the delay optical path lengths L (2) and L (3) of the second and third OPSs 41A2 and 41A3,
  • the coefficient to be multiplied is changed.
  • the coefficient of the graph of FIG. 28A is 1.8
  • the coefficient of the graph of FIG. 28B is 2.0
  • the coefficient of the graph of FIG. 28C is 2.2.
  • the optical intensity can be controlled regardless of which one-stage to three-stage OPS apparatus is used.
  • the light intensity ratio Imr can be maintained at a relatively high value while suppressing the drop.
  • a TIS pulse is obtained by using a three-stage OPS device.
  • the time width ⁇ T TIS can be extended to 313.6 ns.
  • 29A to 29C show output waveforms KrMP-OPS when the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is set to the full pulse width ⁇ T 50% ⁇ c.
  • the coefficient of the graph of FIG. 29A is 1.8
  • the coefficient of the graph of FIG. 29B is 2.0
  • the coefficient of the graph of FIG. 29C is 2.2.
  • the optical intensity can be increased regardless of which one-stage to three-stage OPS apparatus is used.
  • the light intensity ratio Imr can be maintained at a relatively high value while suppressing the drop.
  • the time width ⁇ T TIS can be extended to 205.4 ns.
  • FIG. 30A to 30C show output waveforms KrMP-OPS when the delay optical path length L (1) of the first OPS 41A1 is set to the pulse total width ⁇ T 75% ⁇ c. 28A to 28C, the coefficient of the graph of FIG. 30A is 1.8, the coefficient of the graph of FIG. 30B is 2.0, and the coefficient of the graph of FIG. 30C is 2.2.
  • a TIS pulse is obtained by using a three-stage OPS device.
  • the time width ⁇ T TIS can be extended to 98.4 ns.
  • FIG. 31 shows the relationship between each aspect of the OPS device of the example shown in FIGS. 28 to 30 and the TIS pulse time width ⁇ T TIS .
  • each aspect of the OPS device includes the number of stages of the OPS device, the delay optical path length L, and the like.
  • the delay optical path length L (1) is set in the range of ⁇ T 75% ⁇ c ⁇ L (1) ⁇ ⁇ T 25% ⁇ c
  • the OPS apparatus having the one-stage configuration indicated by the graph KrMP-OPS1 uses the TIS.
  • the pulse time width ⁇ T TIS is stretched in the range of 38.4 ns to 67.4 ns.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is stretched in the range of 51.8 ns to 147 ns.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS is stretched in the range of 77.2 ns to 313.6 ns.
  • the delay optical path lengths L (1), L (2), and L (3) shown in FIGS. 29 to 31 are expressed by the following expression (7).
  • the delay optical path length L (k) of the k-th OPS satisfies the condition shown in the following formula (7). 1.8 ⁇ L (k ⁇ 1) ⁇ L (k) ⁇ 2.2 ⁇ L (k ⁇ 1) (7)
  • k 2 to n.
  • FIG. 32 is an example of a MOPA type KrF excimer laser in which the delay optical path lengths L (1), L (2), and L (3) are set so as to satisfy the condition of Expression (4). is there.
  • an output waveform KrMP-ORG using a one-stage OPS device As shown in FIG. 32, an output waveform KrMP-ORG using a one-stage OPS device, an output waveform KrMP-ORG12 using a one-stage OPS device, and an output waveform KrMP- using a three-stage OPS device.
  • the drop in light intensity between the first and second peaks is suppressed as compared with the comparative example according to FIG.
  • the light intensity ratio Imr is 50% or more.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS can be extended from 29.3 ns to 168.6 ns of the input waveform Kr-ORG.
  • the TIS pulse time width ⁇ T TIS can be extended while maintaining a relatively high light intensity ratio Imr.

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Abstract

レーザアニール用のレーザ装置は、以下を備える：Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ発振器；及び、Ｂ．レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置され、入射したパルスレーザ光のパルス時間幅をストレッチする少なくとも１つのＯＰＳを含むＯＰＳ装置であって、ＯＰＳのうち、遅延光路の長さである遅延光路長Ｌが最小となる第１のＯＰＳの遅延光路長Ｌ（１）が、以下の式（Ａ）の範囲にあるＯＰＳ装置。　ΔＴ７５％×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ２５％×ｃ・・・・・式（Ａ）　ここで、ΔＴa%は、前記レーザ発振器から出力され、前記ＯＰＳ装置に入射するパルスレーザ光の入力波形において、光強度がピーク値に対してａ％の値を示す位置の時間全幅であり、ｃは光速である。

Description

レーザ装置およびレーザアニール装置
　本開示は、レーザ装置およびレーザアニール装置に関する。
　ガラス基板を用いたフラットパネルディスプレイの駆動素子には薄膜トランジス(ＴＦＴ：Thin Film Transistor)が用いられている。高精細ディスプレイの実現には、駆動力の高いＴＦＴの作製が必要となる。ＴＦＴのチャネル材である半導体薄膜には、多結晶シリコンやＩＧＺＯ（Indium gallium zinc oxide）などが用いられている。多結晶シリコンやＩＧＺＯは、アモルファスシリコンよりもキャリア移動度が高く、トランジスタのオン／オフ特性に優れている。
　また、半導体薄膜は、より高機能なデバイスを実現する３Ｄ－ＩＣへの適用も期待されている。３Ｄ－ＩＣは、集積回路デバイスの最上層にセンサや増幅回路、ＣＭＯＳ回路などの能動素子を形成することにより実現される。そのため、より高品質な半導体薄膜を製造する技術が求められている。
　さらに、情報端末機器の多様化にともない、小型・軽量で消費電力が少なく自由に折り
曲げが可能なフレキシブルディスプレイやフレキシブルコンピュータに対する要求が高まりつつある。そのため、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）などのプラスティック基板上に高品質な半導体薄膜を形成する技術の確立が求められている。
　ガラス基板上、集積回路上、あるいはプラスティック基板上に高品質な半導体薄膜を形
成するためには、これらの基板に熱損傷を与えることなく半導体薄膜の結晶化を行う必要がある。ディスプレイに用いられるガラス基板では４００℃、集積回路では４００℃、プラスティック基板であるＰＥＴでは２００℃以下のプロセス温度が求められている。
　半導体薄膜の下地基板に熱損傷を与えることなく結晶化を行う技術としてレーザアニール法が用いられている。この方法では、熱拡散による基板への損傷を抑制するため、上層の半導体薄膜で吸収されるパルス紫外レーザ光が用いられる。
　半導体薄膜がシリコンである場合には、波長３５１ｎｍのＸｅＦエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどが用いられる。これら紫外領域のガスレーザは、固体レーザと比較してレーザ光の干渉性が低く、レーザ光照射面でのエネルギ均一性に優れ、高いパルスエネルギで広い領域を均一にアニールできるという特徴を有する。
ＷＯ２０１４／１５６８１８号 特表２００８－５４６１８８号公報 米国特許公開２０１２／０２６０８４７号公報
概要
　本開示の１つの観点に係るレーザアニールに用いられるレーザ装置は、Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ発振器、およびＯＰＳ装置を備える。ＯＰＳ装置は、レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光の光路上に配置され、入射した前記パルスレーザ光の一部を透過して、他の一部を、遅延光路を周回させて出力することにより、パルスレーザ光のパルス時間幅をストレッチする第１のＯＰＳを含むＯＰＳ装置であって、第１のＯＰＳの前記遅延光路の長さである遅延光路長Ｌ（１）が、以下の式（Ａ）の範囲にある。
　ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ・・・・・式（Ａ）
　ここで、ΔＴa%は、レーザ発振器から出力され、ＯＰＳ装置に入射するパルスレーザ光の入力波形において、光強度がピーク値に対してａ％の値を示す位置の時間全幅であり、ｃは光速である。
　本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
図１は、比較例に係るレーザアニール装置の構成を概略的に示す。 図２は、比較例のレーザ装置の構成を概略的に示す。 図３は、ＯＰＳの作用の説明図である。 図４は、比較例に係るＯＰＳ装置への入力波形とＯＰＳ装置からの出力波形である。 図５は、第１実施形態に係るレーザ装置の構成を示す。 図６は、パルス全幅の説明図である。 図７は、遅延光路長Ｌ（１）がΔＴ75%×ｃの場合のパルスレーザ光を示す。 図８は、遅延光路長Ｌ（２）がΔＴ50%×ｃの場合のパルスレーザ光を示す。 図９は、遅延光路長Ｌ（３）がΔＴ25%×ｃの場合のパルスレーザ光を示す。 図１０は、ガウシアン波形の入力波形と出力波形である。 図１１は、ＸｅＦエキシマレーザの入力波形と出力波形である。 図１２は、第２実施形態に係る３段構成のＯＰＳ装置を有するレーザ装置を概略的に示す。 図１３は、３段構成のＯＰＳ装置の作用の説明図である。 図１４は、３段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。 図１５Ａは、Ｌ（１）がΔＴ75%×ｃの出力波形である。 図１５Ｂは、Ｌ（１）がΔＴ50%×ｃの出力波形である。 図１５Ｃは、Ｌ（１）がΔＴ25%×ｃの出力波形である。 図１６Ａは、ＸｅＦエキシマレーザにおける、Ｌ（１）がΔＴ75%×ｃの出力波形である。 図１６Ｂは、ＸｅＦエキシマレーザにおける、Ｌ（１）がΔＴ50%×ｃの出力波形である。 図１６Ｃは、ＸｅＦエキシマレーザにおける、Ｌ（１）がΔＴ25%×ｃの出力波形である。 図１７は、ＸｅＦエキシマレーザにおける、Ｌ（１）が３．５ｍの出力波形である。 図１８は、ＯＰＳ装置の段数とＴＩＳパルス時間幅の関係を示すグラフである。 図１９は、複数段のＯＰＳ装置の構成図である。 図２０は、第３実施形態に係るＭＯＰＡ方式のレーザ装置を概略的に示す。 図２１は、第３実施形態の１つの実施例の出力波形である。 図２２Ａは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴとパルスエネルギの関係を示すグラフである。 図２２Ｂは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴとＴＩＳパルス時間幅の関係を示すグラフである。 図２３Ａは、第３実施形態において、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝１０ｎｓの場合の出力波形である。 図２３Ｂは、第３実施形態において、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝１５ｎｓの場合の出力波形である。 図２３Ｃは、第３実施形態において、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝２０ｎｓの場合の出力波形である。 図２４は、図２２Ｂとは別の、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴとＴＩＳパルス時間幅の関係を示すグラフである。 図２５は、ＫｒＦエキシマレーザの実施例の出力波形である。 図２６は、遅延光路長Ｌ（１）と光強度比Ｉｍｒの関係を示すグラフである。 図２７Ａは、ビームスプリッタの反射率ＲＢを変化させた場合の出力波形である。 図２７Ｂは、反射率ＲＢと光強度等の関係を示すグラフである。 図２７Ｃは、反射率ＲＢとＴＩＳパルス時間幅の関係を示すグラフである。 図２８Ａは、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝１．８×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図２８Ｂは、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝２．０×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図２８Ｃは、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝２．２×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図２９Ａは、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝１．８×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図２９Ｂは、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝２．０×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図２９Ｃは、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝２．２×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図３０Ａは、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝１．８×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図３０Ｂは、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝２．０×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図３０Ｃは、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ、Ｌ（ｋ）＝２．２×Ｌ（ｋ－１）の条件で遅延光路長を設定した場合の出力波形である。 図２９～図３０の出力波形における、ＯＰＳ装置の段数とＴＩＳパルス時間幅の関係を示すグラフである。 図３２は、ＭＯＰＡ方式のＫｒＦエキシマレーザの出力波形である。
実施形態
　＜内容＞
　１．概要
　２．比較例に係るレーザアニール装置
　　２．１　レーザアニール装置の構成
　　２．２　レーザアニール装置の動作
　　２．３　レーザ装置の詳細
　　　２．３．１　光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ：Optical Pulse Stretcher）を有するレーザ装置の構成
　　　２．３．２　ＯＰＳの詳細
　　　２．４　課題
　３．第１実施形態のレーザ装置およびこれを用いるレーザアニール装置
　　３．１　構成
　　３．２　ＯＰＳ装置の作用
　　３．３　ＯＰＳ装置の効果
　　３．４　ＸｅＦエキシマレーザの実施例
　　３．５　その他
　４．第２実施形態のレーザ装置およびこれを用いるレーザアニール装置
　　４．１　構成
　　４．２　ＯＰＳ装置の作用
　　４．３　効果
　　４．４　ＸｅＦエキシマレーザの実施例１
　　４．５　ＸｅＦエキシマレーザの実施例２
　　４．６　変形例（第１～第ｎ個のＯＰＳで構成されるＯＰＳ装置）
　　４．７　その他
　５．第３実施形態のレーザ装置およびこれを用いるレーザアニール装置
　　５．１　構成
　　５．２　動作
　　５．３　ＸｅＦエキシマレーザ、ＭＯＰＡ方式、１段構成のＯＰＳ装置の実施例
　　　５．３．１　構成
　　　５．３．２　作用
　　　５．３．３　効果
　　５．４　放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ、パルスエネルギ、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの関係
　　５．５　ＭＯＰＡ方式とＯＰＳ装置の組合せによるパルス時間幅の変動抑制
　　　５．５．１　ＭＯＰＡ方式とＯＰＳ装置の組合せにおける出力波形
　　　５．５．２　ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動抑制の効果
　　　５．５．３　その他
　６．各種条件の好ましい範囲
　　６．１　遅延光路長Ｌ（１）のより好ましい範囲
　　６．２　ビームスプリッタの反射率ＲＢの好ましい範囲
　　６．３　遅延光路長Ｌ（１）の好ましい範囲
　　６．４　その他
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成および動作の全てが本開示の構成および動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
　１．概要
　本開示は、半導体薄膜の結晶化のために、半導体薄膜にパルスレーザ光を照射してアニールするレーザアニール装置に用いられる、レーザアニール用レーザ装置に関する。
　２．比較例に係るレーザアニール装置
　　２．１　レーザアニール装置の構成
　図１は、比較例に係るレーザアニール装置の構成を概略的に示す。レーザアニール装置は、レーザ装置３と、アニール装置４とを備えている。レーザ装置３とアニール装置４は光路管（図示せず）によって接続されている。
　レーザ装置３は、パルス発振によるパルスレーザ光を出力するレーザ装置であり、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌまたはＸｅＦをレーザ媒質とするエキシマパルスレーザ装置である。ＡｒＦエキシマパルスレーザ装置の場合、パルスレーザ光の中心波長は約１９３．４ｎｍである。ＫｒＦエキシマパルスレーザ装置の場合、パルスレーザ光の中心波長は約２４８．４ｎｍである。ＸｅＣｌエキシマパルスレーザ装置の場合、パルスレーザ光の中心波長は約３０８ｎｍである。ＸｅＦエキシマパルスレーザ装置の場合、パルスレーザ光の中心波長は約３５１ｎｍである。
　アニール装置４は、スリット１６と、高反射ミラー１７と、転写光学系１８と、テーブル２７と、ＸＹＺステージ２８と、アニール制御部３２とを含んでいる。
　スリット１６は、パルスレーザ光のビーム断面のうちの光強度分布が均一な領域が通過するように配置されている。高反射ミラー１７は、レーザ装置３から入力されたパルスレーザ光を転写光学系１８に向けて反射する。転写光学系１８は、被照射物３１の表面に、スリット１６の転写像を結像させる光学系である。転写光学系３８は、１枚の凸レンズで構成されていてもよいし、１つ又は複数の凸レンズと１つ又は複数の凹レンズとを含む光学系であってもよい。
　テーブル２７は、被照射物３１を支持する。被照射物３１は、パルスレーザ光が照射されてアニールが行われる対象であり、本例では、ＴＦＴ基板を製造するための中間生産物である。ＸＹＺステージ２８は、テーブル２７を支持している。ＸＹＺステージ２８は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能であり、テーブル２７の位置を調整することにより、被照射物３１の位置を調整可能である。ＸＹＺステージ２８は、被照射物３１の表面に対して、転写光学系１８による転写像が結像するように被照射物３１の位置を調整する。
　アニール制御部３２は、レーザ装置３に対して、目標パルスエネルギＥｔのデータと発光トリガ信号を送信して、被照射物３１に照射するパルスレーザ光のパルスエネルギや照射タイミングを制御する。また、アニール制御部３２は、ＸＹＺステージ２８を制御する。
　被照射物３１は、例えば、ガラス基板と、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜とを含んでいる。アモルファスシリコン膜は、アモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）の薄膜であり、アニールが行われる対象である。
　　２．２　レーザアニール装置の動作
　アニールを行う場合には、まず、被照射物３１がＸＹＺステージ２８にセットされる。アニール制御部３２は、ＸＹＺステージ２８を制御して、被照射物３１のＸ軸方向とＹ軸方向の位置を調整することにより、転写光学系１８の結像位置に被照射物３１を移動する。
　次に、アニール制御部３２は、目標パルスエネルギＥｔのデータをレーザ装置３に送信する。アニール制御部３２は、所定の繰り返し周波数で、予め設定されたパルス数に応じた数の発光トリガ信号を送信する。
　レーザ装置３は、受信した目標パルスエネルギＥｔおよび発光トリガ信号に基づいて、パルスレーザ光を出力する。レーザ装置３が出力したパルスレーザ光は、アニール装置４に入力される。アニール装置４において、パルスレーザ光は、スリット１６を透過して、高反射ミラー１７で反射して転写光学系１８に入射する。
　転写光学系１８は、スリット１６の転写像を被照射物３１の表面に転写する。これにより、被照射物３１表面のアモルファスシリコン膜に対して、パルスレーザ光が照射される。アモルファスシリコン膜に対してパルスレーザ光が照射されると、アモルファスシリコン膜は融点以上の温度に上昇して溶融する。アモルファスシリコン膜は、溶融後、再び固化する過程で結晶化する。これにより、アモルファスシリコン膜が、多結晶シリコン膜に改質される。
　２．３　レーザ装置の詳細
　　２．３．１　光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ：Optical Pulse Stretcher）を有するレーザ装置の構成
　図２は、レーザ装置３の具体的構成を示す。レーザ装置３は、レーザ発振器であるマスターオシレータＭＯと、ＯＰＳ４１と、パルスエネルギ計測部６３と、シャッタ６４と、レーザ制御部６６とを含んでいる。
　マスターオシレータＭＯは、レーザチャンバ７１と、一対の電極７２ａおよび７２ｂと、充電器７３と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）７４とを含んでいる。マスターオシレータＭＯは、さらに、高反射ミラー７６と、出力結合ミラー７７とを含んでいる。図２においては、レーザ光の進行方向及び放電方向に略垂直な方向からみたレーザチャンバ７１の内部構成が示されている。
　レーザチャンバ７１は、上述のレーザ媒質が封入されるチャンバである。一対の電極７２ａおよび７２ｂは、レーザ媒質を放電により励起するための電極として、レーザチャンバ７１内に配置されている。レーザチャンバ７１には開口が形成され、この開口を電気絶縁部７８が塞いでいる。電極７２ａは電気絶縁部７８に支持され、電極７２ｂはリターンプレート７１ｄに支持されている。このリターンプレート７１ｄは図示しない配線でレーザチャンバ７１の内面と接続されている。電気絶縁部７８には、導電部７８ａが埋め込まれている。導電部７８ａは、パルスパワーモジュール７４から供給される高電圧を電極７２ａに印加する。
　充電器７３は、パルスパワーモジュール７４の中の図示しない充電コンデンサに所定の電圧で充電する直流電源装置である。パルスパワーモジュール７４は、例えば、レーザ制御部６６によって制御されるスイッチ７４ａを含んでいる。スイッチ７４ａがＯＦＦからＯＮになると、パルスパワーモジュール７４は、充電器７３に保持されていた電気エネルギからパルス状の高電圧を生成し、この高電圧を一対の電極７２ａおよび７２ｂ間に印加する。
　一対の電極７２ａおよび７２ｂ間に高電圧が印加されると、一対の電極７２ａおよび７２ｂ間が絶縁破壊され、放電が起こる。この放電のエネルギにより、レーザチャンバ７１内のレーザ媒質が励起されて高エネルギ準位に移行する。励起されたレーザ媒質が、その後低エネルギ準位に移行するとき、そのエネルギ準位差に応じた光を放出する。
　レーザチャンバ７１の両端にはウインドウ７１ａおよび７１ｂが設けられている。レーザチャンバ７１内で発生した光は、ウインドウ７１ａおよび７１ｂを介してレーザチャンバ７１の外部に出射する。
　高反射ミラー７６は、レーザチャンバ７１のウインドウ７１ａから出射された光を高い反射率で反射してレーザチャンバ７１に戻す。出力結合ミラー７７は、レーザチャンバ７１のウインドウ７１ｂから出力される光のうちの一部を透過させて出力し、他の一部を反射させてレーザチャンバ７１内に戻す。
　従って、高反射ミラー７６と出力結合ミラー７７とで、光共振器が構成される。レーザチャンバ７１から出射した光は、高反射ミラー７６と出力結合ミラー７７との間で往復し、電極７２ａと電極７２ｂとの間のレーザゲイン空間を通過する度に増幅される。増幅された光の一部が、出力結合ミラー７７を介して、パルスレーザ光として出力される。
　ＯＰＳ４１は、ＯＰＳ装置を構成する。ＯＰＳ装置は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の一部を透過させ、他の一部を、遅延光路を周回させて出力することにより、パルスレーザ光のパルス時間幅をストレッチする。本例のＯＰＳ装置は、１個のＯＰＳ４１で構成される。ＯＰＳ４１は、マスターオシレータＭＯの後段に配置されている。ＯＰＳ４１は、ビームスプリッタ４２と、第１～第４の凹面ミラー５１～５４とを含んでいる。
　ビームスプリッタ４２は、部分反射ミラーであり、例えば、パルスレーザ光を高透過するＣａＦ2基板にパルスレーザ光が部分反射する膜をコートして形成される。ビームスプリッタ４２は、マスターオシレータＭＯから出力されるパルスレーザ光の光路上に配置されている。ビームスプリッタ４２は、入射したパルスレーザ光の一部を透過させ、他の一部を反射させる。
　第１～第４の凹面ミラー５１～５４は、パルスレーザ光のパルス時間幅をストレッチするための遅延光路を構成している。第１～第４の凹面ミラー５１～５４は、全て同じ曲率半径ｒの鏡面を有する。第１および第２の凹面ミラー５１，５２は、ビームスプリッタ４２で反射された光が、第１の凹面ミラー５１で反射され、第２の凹面ミラー５２に入射するように配置されている。第３および第４の凹面ミラー５３，５４は、第２の凹面ミラー５２で反射された光が、第３の凹面ミラー５３で反射され、さらに第４の凹面ミラー５４で反射され、再びビームスプリッタ４２に入射するように配置されている。
　ビームスプリッタ４２と第１の凹面ミラー５１との間の距離、および第４の凹面ミラー５４とビームスプリッタ４２との間の距離は、それぞれ曲率半径ｒの半分、すなわち、ｒ／２である。また、第１の凹面ミラー５１と第２の凹面ミラー５２との間の距離、第２の凹面ミラー５２と第３の凹面ミラー５３との間の距離、および第３の凹面ミラー５３と第４の凹面ミラー５４との間の距離は、それぞれ曲率半径ｒと同じである。
　第１～第４の凹面ミラー５１～５４は、全て同じ焦点距離Ｆを有する。焦点距離Ｆは、曲率半径ｒの半分、すなわち、Ｆ＝ｒ／２である。したがって、第１～第４の凹面ミラー５１～５４により構成される遅延光路の長さである遅延光路長Ｌは、焦点距離Ｆの８倍である。すなわち、ＯＰＳ４１は、Ｌ＝８Ｆの関係を有する。
　遅延光路を周回せずにＯＰＳ４１から出力されるパルスレーザ光と、遅延光路を周回した後に出力されるパルスレーザ光との間には、第１～第４の凹面ミラー５１～５４によって形成される遅延光路長Ｌに応じた時間差が生じる。これにより、ＯＰＳ４１は、パルスレーザ光のパルス時間幅を伸張する。
　パルスエネルギ計測部６３は、ＯＰＳ４１を通過したパルスレーザ光の光路に配置されている。パルスエネルギ計測部６３は、例えば、ビームスプリッタ６３ａと、集光光学系６３ｂと、光センサ６３ｃとを含んでいる。
　ビームスプリッタ６３ａは、ＯＰＳ４１を通過したパルスレーザ光を高い透過率でシャッタ６４に向けて透過させるとともに、パルスレーザ光の一部を集光光学系６３ｂに向けて反射する。集光光学系６３ｂは、ビームスプリッタ６３ａによって反射された光を光センサ６３ｃの受光面に集光する。光センサ６３ｃは、受光面に集光されたパルスレーザ光のパルスエネルギを検出し、検出されたパルスエネルギのデータをレーザ制御部６６に出力する。
　レーザ制御部６６は、アニール制御部３２との間で各種信号を送受信する。例えば、レーザ制御部６６は、アニール制御部３２から、発光トリガ信号、目標パルスエネルギＥｔのデータ等を受信する。また、レーザ制御部６６は、充電器７３に対して充電電圧の設定信号を送信したり、パルスパワーモジュール７４に対してスイッチＯＮ又はＯＦＦの指令信号を送信したりする。
　レーザ制御部６６は、パルスエネルギ計測部６３からパルスエネルギのデータを受信する。レーザ制御部６６は、このパルスエネルギのデータを参照して充電器７３の充電電圧を制御する。充電器７３の充電電圧を制御することにより、パルスレーザ光のパルスエネルギが制御される。さらに、レーザ制御部６６は、発光トリガ信号に対して所定の一定の時間で放電させるように、設定された充電電圧値に応じて、発光トリガ信号のタイミングを補正する。
　シャッタ６４は、パルスエネルギ計測部６３のビームスプリッタ６３ａを透過したパルスレーザ光の光路に配置されている。レーザ制御部６６は、レーザ発振の開始後、パルスエネルギ計測部６３から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となるまでの間は、シャッタ６４を閉じるように制御する。レーザ制御部６６は、パルスエネルギ計測部６３から受信するパルスエネルギと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲内となったら、シャッタ６４を開くように制御する。レーザ制御部６６は、シャッタ６４の開閉信号と同期して、パルスレーザ光の発光トリガ信号の受け付けが可能となったことを表す信号を、アニール制御部３２に送信する。
　　２．３．２　ＯＰＳの詳細
　図３に示すように、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光ＰＬは、ＯＰＳ４１内のビームスプリッタ４２に入射する。ビームスプリッタ４２に入射したパルスレーザ光ＰＬのうち一部は、ビームスプリッタ４２を透過し、遅延光路を周回していない０周回光ＰＳ0としてＯＰＳ４１から出力される。
　ビームスプリッタ４２に入射したパルスレーザ光ＰＬのうち、ビームスプリッタ４２により反射された反射光は、遅延光路に進入し、第１の凹面ミラー５１と第２の凹面ミラー５２とにより反射される。ビームスプリッタ４２における反射光の光像は、第１および第２の凹面ミラー５１，１２ｂにより、等倍の第１の転写像として結像される。そして、第３の凹面ミラー５３と第４の凹面ミラー５４とによって、等倍の第２の転写像が、ビームスプリッタ４２の位置に結像する。
　第２の転写像としてビームスプリッタ４２に入射した光の一部は、ビームスプリッタ４２により反射され、遅延光路を１回周回した１周回光ＰＳ1としてＯＰＳ４１から出力される。この１周回光ＰＳ1は、０周回光ＰＳ0から遅延時間ＤＴだけ遅れて出力される。このＤＴは、ＤＴ＝Ｌ／ｃと表される。ここで、ｃは光速である。
　第２の転写像としてビームスプリッタ４２に入射した光のうち、ビームスプリッタ４２を透過した透過光は、再び遅延光路に進入し、第１～第４の凹面ミラー５１～１２ｄにより反射されて、再びビームスプリッタ４２に入射する。ビームスプリッタ４２により反射された反射光は、遅延光路を２回周回した２周回光ＰＳ2としてＯＰＳ４１から出力される。この２周回光ＰＳ2は、１周回光ＰＳ1から遅延時間ＤＴだけ遅れて出力される。
　この後、光の遅延光路の周回が繰り返されることにより、ＯＰＳ４１からは、３周回光ＰＳ3、４周回光ＰＳ4、・・・と、順にパルス光が出力される。また、ＯＰＳ４１から出力されるパルス光は、ビームスプリッタ４２の透過または反射を繰り返す度に減衰するため、遅延光路の周回数が多くなるほど光強度が低下する。
　図３に示すように、パルスレーザ光ＰＬがＯＰＳ４１に入射した結果、パルスレーザ光ＰＬは、時間差を有する複数のパルス光ＰＳ0，ＰＳ1，ＰＳ2，・・・に分解されて出力される。ＯＰＳ４１から出射するパルスレーザ光ＰＴは、パルスレーザ光ＰＬがＯＰＳ４１により分解されてなる複数の周回光ＰＳi（ｉ＝０，１，２，・・・）が合成されたものである。ここで、ｉは遅延光路の周回数を表す。
　上記説明から明らかなとおり、ＯＰＳ４１の遅延光路長Ｌとは、パルスレーザ光がＯＰＳ４１に入射した場合に、ＯＰＳ４１から分解されて順次出力される１つのパルス光（周回光ＰＳ）とその次に出力されるパルス光（周回光ＰＳ）との光路長の差である。
　図４は、マスターオシレータＭＯから出力されＯＰＳ４１に入射するパルスレーザ光ＰＬの入力波形と、ＯＰＳ４１によってパルス時間幅がストレッチされた後のパルスレーザ光ＰＴの出力波形とを示すグラフである。グラフの縦軸は光強度［ａ．ｕ．］であり、横軸は時間［ｎｓ］である。光強度［ａ．ｕ．］は、元波形のピーク値を１として規格化した値である。図４において、波線で示すグラフがパルスレーザ光ＰＬの入力波形ＯＲＧであり、ストレッチ前の元波形である。入力波形ＯＲＧは、実機で計測した元波形のデータをプロットしたものである。対して、実線で示すグラフは、入力波形ＯＲＧに基づいてシミュレーションを行ったパルスレーザ光の出力波形ＯＰＳである。出力波形ＯＰＳのシミュレーションにおいて、比較例に係るＯＰＳ４１の条件は、遅延光路長Ｌ＝１４ｍであり、ビームスプリッタ４２の反射率Ｒ＝６０％である。
　入力波形ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが約１９．０ｎｓであるのに対して、ストレッチ後の出力波形ＯＰＳは、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが約５５．０ｎｓに伸びている。
　ここで、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、パルス時間幅ΔＴを表す１つの指標であり、下式（１）によって定義される。ここで、ｔは時間である。Ｉ（ｔ）は、時間ｔにおける光強度である。パルス時間幅の指標としてＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを用いることにより、１つのピークを有する入力波形ＯＲＧと、複数のピークを有するストレッチ後の出力波形ＯＰＳとのパルス時間幅を比較することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　　２．４　課題
　レーザアニールによってアモルファスシリコン膜を結晶化して生成される多結晶シリコン膜は、多数の結晶により構成されるが、各結晶の粒径が大きいことが好ましい。これは、例えば、多結晶シリコン膜をＴＦＴのチャネルに用いる場合において、各結晶の粒径が大きい程、チャネル内における結晶間の界面の数が小さくなり、界面で生じるキャリアの散乱が減少するためである。すなわち、多結晶シリコン膜の各結晶の粒径が大きい程、キャリア移動度が高く、ＴＦＴのスイッチング特性が向上する。
　このように、多結晶シリコンの結晶の粒径を大きくするには、レーザアニールの際のアモルファスシリコンの溶融状態が持続する時間を長くして、アモルファスシリコンの固化時間を長くすることが効果的であることが知られている。そのためには、アモルファスシリコンに照射されるパルスレーザ光のパルス時間幅を伸ばす必要がある。
　また、図４の出力波形ＯＰＳに示したように、ＯＰＳ４１によってパルス時間幅をストレッチすると、ストレッチ後のパルスレーザ光の出力波形は複数の周回光ＰＳを合成した波形となるため、光強度のピークが複数生じる場合が多い。この場合には、単純に出力波形のパルス時間幅を伸ばすだけでなく、出力波形において１つ目のピークと２つ目のピークの光強度の落ち込みが少ない方が結晶の粒径を大きくする効果が高いことが実験により検証されている。この理由は、出力波形において、１つ目のピークと２つ目のピークの谷間において光強度の落ち込みが大きいと、谷間の区間において溶融状態のアモルファスシリコンが放熱により冷却され、パルスレーザ光の照射中において再凝固する可能性があるためと考えられる。
　また、出力波形において、３つ目以降のピークが生じる場合があるが、３つ目以降のピークは、２つ目までのピークに対して光強度の減衰が大きいため、ピーク後の光強度の落ち込みの程度は比較的小さくなる。そのため、再凝固を抑制して結晶の粒径を大きくする効果を得るためには、１つ目と２つ目のピーク間の谷間の光強度の落ち込みをできるだけ抑えることが重要となる。
　ここで、出力波形において、再凝固の原因となる光強度の落ち込みの程度を表す指標として、光強度比Ｉｍｒを次の式（２）によって定義する。
　Ｉｍｒ＝Ｉ12ｍｉｎ／Ｉ1ｍａｘ×１００・・・式（２）
　光強度Ｉ1ｍａｘは、図４に示すように、出力波形ＯＰＳにおいて、１つ目のピークにおける光強度のピーク値である最大値であり、光強度Ｉ12ｍｉｎは、１つ目と２つ目のピーク間の谷間の光強度の最小値である。すなわち、光強度比Ｉｍｒは、１つ目のピークの光強度に対する、１つ目と２つ目のピーク間の谷間の光強度の割合を示す。
　図４に示す出力波形ＯＰＳにおいては、１つ目と２つ目のピーク間の間隔が広く、谷間の光強度Ｉ12ｍｉｎはほぼ０である。したがって、出力波形ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒは０％となる。
　このように、レーザアニールにおいて、パルスレーザ光のパルス時間幅を伸ばしても、光強度比Ｉｍｒが小さいと、溶融状態のアモルファスシリコンの再凝固が生じて、多結晶シリコンの結晶の粒径が大きくなりにくいという課題があった。
　３．第１実施形態のレーザ装置およびこれを用いるレーザアニール装置
　　３．１　構成
　図５は、第１実施形態に係るレーザアニール装置の構成を概略的に示す。第１実施形態のレーザアニール装置は、図１を参照しながら説明した比較例のレーザアニール装置のレーザ装置３に代えて、レーザ装置３Ａを備えている。第１実施形態のレーザ装置３Ａと、比較例に係るレーザ装置３との相違点は、ＯＰＳ４１に代えて、ＯＰＳ４１Ａが設けられている点である。ＯＰＳ４１Ａは、請求項における第１のＯＰＳに相当する。第１実施形態のレーザ装置３Ａにおいては、１つのＯＰＳ４１ＡによってＯＰＳ装置が構成される。他の構成は、レーザ装置３と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
　ＯＰＳ４１Ａは、ＯＰＳ４１と同様に、ビームスプリッタ４２と、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ～５４Ａで構成されるが、ＯＰＳ４１よりも遅延光路長Ｌが短い。具体的には、ＯＰＳ４１Ａの第１～第４の凹面ミラー５１Ａ～５４Ａの焦点距離Ｆは、比較例に係るＯＰＳ４１の第１～第４の凹面ミラー５１～５４の焦点距離Ｆよりも短い。上述のとおり、遅延光路が第１～第４の４枚の凹面ミラー５１Ａ～５４Ａで構成される場合、遅延光路長Ｌ＝８Ｆである。ＯＰＳ４１Ａは、ＯＰＳ４１よりも、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ～５４Ａの焦点距離Ｆが短く、かつ、各凹面ミラー５１Ａ～５４Ａの配置間隔も焦点距離Ｆに応じた間隔になっているため、ＯＰＳ４１よりも遅延光路長Ｌが短い。
　ＯＰＳ４１Ａは第１のＯＰＳに相当するため、ＯＰＳ４１Ａの遅延光路長ＬをＬ（１）とすると、遅延光路長Ｌ（１）は、次式（３）に示す範囲に設定されている。
　　ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ・・・・・式（３）
　ここで、ΔＴa%は、マスターオシレータＭＯ（レーザ発振器に相当）から出力され、ＯＰＳ４１Ａ（第１のＯＰＳを有するＯＰＳ装置に相当）に入射するパルスレーザ光のパルス時間幅である。ΔＴa%は、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISと同様に、パルスレーザ光のパルス時間幅を表す指標の１つであるが、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISと異なり、次のように定義される。
　図４において示したとおり、マスターオシレータＭＯから出力され、ＯＰＳ４１Ａに入射するパルスレーザ光の入力波形ＯＲＧは、１つのピークを有する。ΔＴa%は、図６に示すように、入力波形ＯＲＧにおいて、それぞれ、光強度がピーク値に対してａ％の値を示す位置の時間全幅である。式（３）において、ｃは光速である。特に、ΔＴ50%は、入力波形ＯＲＧにおいて、光強度がピーク値に対して５０％の値を示す位置の時間全幅であり、いわゆる半値全幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maxim）である。以下、ΔＴa%を、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISと区別するため、パルス全幅と呼ぶ。
　図６に示す入力波形ＯＲＧは、マスターオシレータＭＯが出力されるパルス波形がガウシアン波形であると仮定して算出したものである。本例の入力波形ＯＲＧのパルス時間幅の具体的な値を例示すると次のとおりである。半値全幅であるパルス全幅ΔＴ50%は１０．６ｎｓである。パルス全幅ΔＴ75%およびΔＴ25%は、それぞれ、パルス全幅ΔＴ75%＝６．８ｎｓ、パルス全幅ΔＴ25%＝１５ｎｓである。また、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１６ｎｓである。
　　３．２　ＯＰＳ装置の作用
　図７に示すグラフは、ＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃとした場合のストレッチ後の出力波形ＯＰＳを示す。図７に示すとおり、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃとすると、ＯＰＳ４１Ａから出力される各周回光ＰＳの時間差がパルス全幅ΔＴ75%となる。光速ｃ＝０．３ｍ／ｎｓとして計算する。パルス全幅ΔＴ75%＝６．８ｎｓの場合は、遅延光路長Ｌ（１）＝２．０４ｍである。
　ビームスプリッタ４２の反射率は約６０％に設定されている。そのため、０周回光ＰＳ0はビームスプリッタ４２を透過して出力されるため、光強度のピーク値は、元波形のピーク値を１とすると、０．４（約４０％）に減衰する。１周回光ＰＳ1は、ビームスプリッタ４２で１回反射して遅延光路に進入し、もう１回反射して出力されるので、光強度のピーク値は、０．６×０．６＝０．３６（約３６％）に減衰する。同様に、２周回光ＰＳ2の光強度のピーク値は、０．６×０．４×０．６＝０．１４４（約１４．４％）に減衰し、３周回光ＰＳ2の光強度のピーク値は、０．６×０．４×０．４×０．６＝０．０５７６（約５．７６％）に減衰する。
　図８に示すグラフは、ＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃとした場合のストレッチ後の出力波形ＯＰＳを示す。図９に示すグラフは、ＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃとした場合のストレッチ後の出力波形ＯＰＳを示す。図８に示すとおり、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃとすると、ＯＰＳ４１Ａから出力される各周回光ＰＳの時間差がパルス全幅ΔＴ50%となる。図９に示すとおり、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃとすると、ＯＰＳ４１Ａから出力される各周回光ＰＳの時間差がパルス全幅ΔＴ25%となる。各周回光ＰＳの光強度は、図７のグラフと同様である。
　パルス全幅ΔＴ50%＝１０．６ｎｓの場合は、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１０．６ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝３．１８ｍであり、パルス全幅ΔＴ25%＝１５ｎｓの場合は、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１５ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝４．５ｍである。
　図７～図９において、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳ、ΔＴ50%の出力波形ＯＰＳおよびΔＴ25%の出力波形ＯＰＳは、各周回光ＰＳを分割した状態の波形で示される。図１０において、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳ、ΔＴ50%の出力波形ＯＰＳおよびΔＴ25%の出力波形ＯＰＳは、各周回光ＰＳを合成した状態の波形で示される。図１０において、入力波形ＯＲＧは太い波線で示し、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳは太い実線で示し、ΔＴ50%の出力波形ＯＰＳは細い波線で示し、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳは細い実線で示す。
　図１０の各出力波形ＯＰＳに基づいてＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを計算すると、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳの場合は、ΔＴTIS＝２６．５ｎｓとなり、ΔＴ50%の出力波形ＯＰＳの場合は、ΔＴTIS＝３６．０ｎｓとなり、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳの場合は、ΔＴTIS＝４５．３ｎｓとなる。入力波形ＯＲＧはΔＴTIS＝１６ｎｓであるため、ＯＰＳ４１Ａを用いることにより、各出力波形ＯＰＳはパルス時間幅が伸びている。
　ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISについて各出力波形ＯＰＳを比較すると、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが４５．３ｎｓで最大となり、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが２６．５ｎｓで最小となる。
　ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳは、３つの出力波形の中で最長の遅延光路長Ｌ（１）に設定された場合の波形である。そのため、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳにおいては、各周回光ＰＳの時間差が最大となるため、他の出力波形ＯＰＳよりもＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが伸びる。その反面、各周回光ＰＳの時間差が大きいため、他の出力波形ＯＰＳと比較して、ピーク間の谷間が生じやすい。
　対して、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳは、最短の遅延光路長Ｌ（１）に設定された場合の出力波形である。そのため、各周回光ＰＳの時間差が最小となる。ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳは、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳと反対に、他の出力波形よりも、ピーク間の谷間は生じにくいが、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは最小となる。延光路長（１）が中間の長さのΔＴ50%の出力波形ＯＰＳのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、３６．０ｎｓで中間の値となる。
　また、光強度比Ｉｍｒについて各出力波形ＯＰＳを比較すると、次のことがわかる。まず、遅延光路長Ｌ（１）が最小の条件となる、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳでは、ピークが１つとなるため、ピーク間の谷間が無い。そのため、１つ目のピークの光強度の最大値であるＩ1ｍａｘと谷間の光強度の最小値であるＩ12ｍｉｎが一致し、ΔＴ75%の出力波形ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒ（＝Ｉ12ｍｉｎ／Ｉ1ｍａｘ、上記式（２）参照）は１００％となる。遅延光路長Ｌ（１）が中間の条件となる、ΔＴ50%の出力波形ＯＰＳについても、ピーク間の谷間は僅かであるため、ΔＴ50%の出力波形ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒも約９０％以上の値を示す。
　これに対して、遅延光路長Ｌ（１）が最大の条件となる、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳは、１つ目のピークと２つ目のピークが明確に存在している。しかし、図４に示した比較例と比較して、ピーク間の谷間の光強度の落ち込みが少ない。具体的には、ΔＴ25%の出力波形ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒは、約４７．６％である。
　図１０に示すように、第１実施形態に係る各出力波形ＯＰＳのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、入力波形ＯＲＧよりも伸びているが、図４に示した比較例に係る出力波形ＯＰＳのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである５５ｎｓよりも短い。しかし、第１実施形態に係る各出力波形ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒは、図４に示した比較例と比べて高い。
　　３．３　ＯＰＳ装置の効果
　以上で説明したとおり、第１のＯＰＳおよびＯＰＳ装置に相当するＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）を、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ（上記式（３））の範囲とすることで、光強度の落ち込みを抑制できる。すなわち、光強度比Ｉｍｒを高くしながら、パルス時間幅を伸ばすことができる。この結果、パルスレーザ光の照射中において、溶融状態のアモルファスシリコンの再凝固が抑制されて、多結晶シリコンの結晶の粒径を大きくする効果が得られる。
　　３．４　ＸｅＦエキシマレーザの実施例
　図１１は、マスターオシレータＭＯのレーザ媒質としてＸｅＦを使用したＸｅＦエキシマレーザに係る実施例のグラフを示す。本実施例において、マスターオシレータＭＯから出力され、ＯＰＳ４１Ａに入射するパルスレーザ光の入力波形は、図１１に示す入力波形Ｘ－ＯＲＧである。図１１において、各出力波形Ｘ－ＯＰＳは、図１０に示した各出力波形ＯＰＳと同様に、入力波形Ｘ－ＯＲＧのパルス全幅に基づいてＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）を設定して、計算した出力波形である。
　図１１において細い実線で示されるΔＴ25%の出力波形Ｘ－ＯＰＳは、入力波形Ｘ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%に応じた遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃとした場合の出力波形である。入力波形Ｘ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ25%＝１４．２ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝１４．２ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝４．２６ｍである。
　図１１において細い波線で示されるΔＴ50%の出力波形Ｘ－ＯＰＳは、入力波形Ｘ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ50%に応じた遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃとした場合の出力波形である。入力波形Ｘ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ50%＝９．７ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝９．７ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝２．９１ｍである。
　図１１において太い実線で示されるΔＴ75%の出力波形Ｘ－ＯＰＳは、入力波形Ｘ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ75%に応じた遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃとした場合の出力波形である。入力波形Ｘ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ75%＝４．４ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝４．４ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝１．３２ｍである。
　ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、入力波形Ｘ－ＯＲＧにおいてΔＴTIS＝１９ｎｓである。ΔＴ25%の出力波形Ｘ－ＯＰＳにおいてΔＴTIS＝４５．６ｎｓである。ΔＴ50%の出力波形Ｘ－ＯＰＳにおいてΔＴTIS＝３７．８ｎｓであり、ΔＴ75%の出力波形Ｘ－ＯＰＳにおいてΔＴTIS＝２５．７ｎｓである。一方、図１１において、ΔＴ25%の出力波形Ｘ－ＯＰＳは、各出力波形Ｘ－ＯＰＳの中で１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みが最大となる。このΔＴ25%の出力波形Ｘ－ＯＰＳにおいても、図４に係る比較例と比較して、ピーク間の光強度の落ち込みは抑制されている。具体的には、ΔＴ25%の出力波形Ｘ－ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒは約４２．６％であり、図４に係る比較例と比較して、光強度比Ｉｍｒが高い。
　このように、ＸｅＦエキシマレーザの実施例においても、ＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）を、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ（上記式（３））の範囲とすることで、光強度比Ｉｍｒを高くしながら、パルス時間幅を伸ばすことできる。この結果、パルスレーザ光の照射中において、溶融状態のアモルファスシリコンの再凝固が抑制されて、多結晶シリコンの結晶の粒径を大きくする効果が得られる。
　　３．５　その他
　第１実施形態のレーザアニール装置において、ＯＰＳ４１Ａによって構成されるＯＰＳ装置が、マスターオシレータＭＯとパルスエネルギ計測部６３の間に配置されている例で説明したが、ＯＰＳ装置は他の位置に配置されてもよい。例えば、ＯＰＳ装置は、レーザ装置３に配置されていなくてもよく、レーザ装置３とアニール装置４の間のパルスレーザ光の光路上に配置してもよい。また、ＯＰＳ装置は、例えば、アニール装置４のスリット１６（図１参照）の前段位置など、アニール装置４の内部に配置されてもよい。
　４．第２実施形態のレーザ装置およびこれを用いるレーザアニール装置
　　４．１　構成
　図１２は、第２実施形態に係るレーザアニール装置の構成を概略的に示す。第２実施形態のレーザアニール装置は、図５に示す第１実施形態のレーザアニール装置のレーザ装置３Ａに代えて、レーザ装置３Ｂを備えている。第２実施形態のレーザ装置３Ｂと、第１実施形態に係るレーザ装置３Ａとの相違点は、ＯＰＳ装置に含まれるＯＰＳ４１Ａの数であり、第２実施形態のレーザ装置３Ｂは、ＯＰＳ４１Ａが複数設けられている。第２実施形態のレーザ装置３ＢのＯＰＳ装置は、第１のＯＰＳ４１Ａ１、第２のＯＰＳ４１Ａ２および第３のＯＰＳ４１Ａ３を含み、３つのＯＰＳ４１ＡでＯＰＳ装置が構成される。他の構成は、第１実施形態のレーザ装置３Ａと同様であるので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
　第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１、４１Ａ２、４１Ａ３は、パルスレーザ光の光路上に直列に配置されている。第１のＯＰＳ４１Ａ１は、ビームスプリッタ４２と、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ１～５４Ａ１で構成される。第２のＯＰＳ４１Ａ２は、ビームスプリッタ４２と、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ２～５４Ａ２で構成される。第２のＯＰＳ４１Ａ２は、ビームスプリッタ４２と、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ３～５４Ａ３で構成される。第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）、第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）および第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）の中で、遅延光路長Ｌ（１）が最も短く、遅延光路長Ｌ（３）が最長である。すなわち、遅延光路長Ｌ（１）＜遅延光路長Ｌ（２）＜遅延光路長Ｌ（３）という関係を満たす。
　遅延光路長Ｌ（１）の範囲は、第１実施形態のＯＰＳ４１Ａと同様であり、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ（上記式（３））の範囲に設定されている。遅延光路長Ｌ（２）および遅延光路長Ｌ（３）は、遅延光路長Ｌ（１）を基準に設定される。遅延光路長Ｌ（２）は遅延光路長Ｌ（１）の２倍、すなわち、遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）に設定される。遅延光路長Ｌ（３）は、遅延光路長Ｌ（２）を基準にして、遅延光路長Ｌ（２）の２倍、すなわち、遅延光路長Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）に設定される。
　このように、第１のＯＰＳ４１Ａ１に加えて、第２～第ｎのＯＰＳ４１Ａｎを含むｎ個のＯＰＳでＯＰＳ装置を構成する場合において、第ｋのＯＰＳ４１Ａｋの遅延光路長Ｌ（ｋ）は、下式（４）に示す条件を満たすように設定されることが好ましい。
　Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）・・・・式（４）
　ここで、ｋ＝２以上ｎ以下である。ｎは２以上の整数である。
　第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）は、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ１～５４Ａ１の焦点距離Ｆおよび焦点距離Ｆに応じた配置間隔の選択により設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ２～５４Ａ２の焦点距離Ｆおよび焦点距離Ｆに応じた配置間隔の選択により設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、第１～第４の凹面ミラー５１Ａ３～５４Ａ３の焦点距離Ｆおよび焦点距離Ｆに応じた配置間隔の選択により設定される。
　　４．２　ＯＰＳ装置の作用
　図１３は、第１～第３の３段のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３を使用した場合の出力波形ＯＰＳの推移を示す。図１３において、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）は、入力波形ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ75%×ｃに設定されている。そのため、第１のＯＰＳ４１Ａ１に入力波形ＯＲＧが入射すると、遅延光路を経由せずに出力する０周回光ＰＳ0に続いて、ΔＴ75%の間隔を開けて、１周回光ＰＳ1、２周回光ＰＳ2・・・とパルス光が出力される。これらの周回光ＰＳが合成されて、入力波形ＯＲＧの出力波形ＯＰＳ１となる。
　次に、出力波形ＯＰＳ１に含まれる、０周回光ＰＳ0が第２のＯＰＳ４１Ａ２に入射すると、これがさらに０周回光ＰＳ0、１周回光ＰＳ1、２周回光ＰＳ1・・・に分解されて、出力波形ＯＰＳ２として出力される。ただし、第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）であるため、第２のＯＰＳ４１から出力される周回光ＰＳの時間差は、２×ΔＴ75%となる。
　図１３において、出力波形ＯＰＳ２は、入力波形ＯＲＧの出力波形ＯＰＳ１に含まれる周回光ＰＳのうち、０周回光ＰＳ0の入力に対する出力波形である。煩雑化を避けるため、図１３において図示は省略するが、当然ながら、入力波形ＯＲＧの出力波形ＯＰＳ１に含まれる１周回光ＰＳ1、２周回光ＰＳ2・・・も第２のＯＰＳ４１Ａ２に順次入力される。これらに対する、１周回光ＰＳ1の出力波形ＯＰＳ２、２周回光ＰＳ2の出力波形ＯＰＳ２・・・も第２のＯＰＳ４１Ａ２から出力される。
　次に、出力波形ＯＰＳ２に含まれる、０周回光ＰＳ0が第３のＯＰＳ４１Ａ３に入射すると、これがさらに０周回光ＰＳ0、１周回光ＰＳ1、２周回光ＰＳ2・・・に分解されて、出力波形ＯＰＳ３として出力される。ただし、第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝４×Ｌ（１）であるため、第３のＯＰＳ４１から出力される周回光ＰＳの時間差は、４×ΔＴ75%となる。
　また、図１３に示す出力波形ＯＰＳ３は、出力波形ＯＰＳ２に含まれる周回光ＰＳのうち、０周回光ＰＳ0の入力に対する出力波形である。図示は省略するが、第２のＯＰＳ４１Ａ２と同様に、出力波形ＯＰＳ２に含まれる１周回光ＰＳ1、２周回光ＰＳ2・・・も第３のＯＰＳ４１Ａ３に順次入力される。これらに対する、１周回光ＰＳ1の出力波形ＯＰＳ３、２周回光ＰＳ2の出力波形ＯＰＳ３・・・も第３のＯＰＳ４１Ａ３から出力される。
　このような０周回光ＰＳ0の出力波形ＯＰＳ３、１周回光ＰＳ1の出力波形ＯＰＳ３、２周回光ＰＳ2の出力波形ＯＰＳ３・・・を合成した波形が、第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３で構成されるＯＰＳ装置から出力される出力波形となる。この出力波形は、図１４に示すΔＴ75%の出力波形ＯＰＳ１２３となる。
　図１５Ａ～図１５Ｃに示すグラフは、図１２に示す第２実施形態のレーザアニール装置において、ガウシアン波形と仮定した入力波形ＯＲＧと、この入力波形ＯＲＧに基づいて計算された、遅延光路長Ｌ（１）とＯＰＳ４１Ａの数を変化させた場合の出力波形ＯＰＳを示す。
　図１５Ａに示すグラフは、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃとした場合の出力波形ＯＰＳである。入力波形ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ75%＝６．８ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝６．８ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝２．０４ｍに設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×２．０４ｍ＝４．０８ｍに設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝４×Ｌ（１）＝４×２．０４ｍ＝８．１６ｍに設定される。
　図１５Ｂに示すグラフは、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃとした場合の出力波形ＯＰＳである。入力波形ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ50%＝１０．６ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１０．６ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝３．１８ｍに設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×３．１８ｍ＝６．３６ｍに設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝４×６．３６ｍ＝１２．７２ｍに設定される。
　図１５Ｃに示すグラフは、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃとした場合の出力波形ＯＰＳである。入力波形ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ25%＝１５ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝１５ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝４．５ｍに設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×４．５ｍ＝９．０ｍに設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝４×９．０ｍ＝１８ｍに設定される。
　図１５Ａ～図１５Ｃにおいて、太い波線で示す入力波形ＯＲＧは共通であり、入力波形ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１６ｎｓである。
　図１５Ａに示すグラフにおいて、太い実線で示す出力波形ＯＰＳ１は、第１実施形態と同様に、第１のＯＰＳ４１Ａ１を１つだけ有する１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形ＯＰＳ１２は、第１のＯＰＳ４１Ａ１と第２のＯＰＳ４１Ａ２を直列に配置した２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形ＯＰＳ１２３は、図１２に示すように、第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３を直列に配置した３段で構成されるＯＰＳ装置の出力波形であり、図１４に示す出力波形と同じである。
　図１５Ａに示すΔＴ75%の場合の各出力波形ＯＰＳにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、１段構成のＯＰＳ装置の出力波形ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝２７．２ｎｓである。２段構成のＯＰＳ装置の出力波形ＯＰＳ１２においては、ΔＴTIS＝５２．５ｎｓである。３段構成のＯＰＳ装置の出力波形ＯＰＳ１２３においては、ΔＴTIS＝１０３．８ｎｓである。いずれの出力波形ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１６ｎｓよりも長い。また、ΔＴ75%の場合の各出力波形ＯＰＳ１、ＯＰＳ１２、ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みがほとんど無いため、図４に示した比較例よりも、光強度比Ｉｍｒは高い。
　図１５Ｂに示すΔＴ50%の場合の各出力波形ＯＰＳにおいて、図１５Ａと同様に、太い実線で示す出力波形ＯＰＳ１は、第１のＯＰＳ４１Ａ１のみの１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形ＯＰＳ１２は、第１のＯＰＳ４１Ａ１および第２のＯＰＳ４１Ａ２の２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形ＯＰＳ１２３は、第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３の３段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。
　図１５Ｂに示すΔＴ50%の場合の各出力波形ＯＰＳにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、出力波形ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝３６．２ｎｓである。出力波形ＯＰＳ１２においてΔＴTIS＝７７．３ｎｓであり、出力波形ＯＰＳ１２３においてΔＴTIS＝１５５．９ｎｓとなる。いずれの出力波形ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１６ｎｓよりも長い。また、ΔＴ50%の場合の各出力波形ＯＰＳ１、ＯＰＳ１２、ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みは、図４に示した比較例の出力波形ＯＰＳと比較して抑制されており、光強度比Ｉｍｒは高くなっている。
　図１５Ｃに示すΔＴ25%の場合の各出力波形ＯＰＳにおいて、図１５Ａ、Ｂと同様に、太い実線で示す出力波形ＯＰＳ１は、１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形ＯＰＳ１２は、２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形ＯＰＳ１２３は、３段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。
　図１５Ｃに示すΔＴ25%の場合の各出力波形ＯＰＳにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、出力波形ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝４５．３ｎｓである。出力波形ＯＰＳ１２においてΔＴTIS＝１０１．６ｎｓであり、出力波形ＯＰＳ１２３においてΔＴTIS＝２０９．７ｎｓとなる。いずれの出力波形ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１６ｎｓよりも長い。また、ΔＴ25%の場合の各出力波形ＯＰＳ１、ＯＰＳ１２、ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みは、図４に示した比較例の出力波形ＯＰＳと比較して抑制されており、光強度比Ｉｍｒは高くなっている。
　　４．３　効果
　以上説明したとおり、図１５Ａ～図１５Ｃに示すように、各出力波形ＯＰＳ１２３は、図４に示した比較例の出力波形ＯＰＳよりも、光強度比Ｉｍｒを高くしながら、パルス時間幅を伸ばすことができる。
　また、第１実施形態に係るＯＰＳ装置は、第１のＯＰＳに相当する１つのＯＰＳ４１Ａで構成される１段構成のＯＰＳ装置である。これに対して、第２実施形態に係るＯＰＳ装置は、第１のＯＰＳ４１Ａ１に加えて、第２および第３のＯＰＳ４１Ａ２、４１Ａ３を含む３段構成のＯＰＳ装置である。第２実施形態に係るＯＰＳ装置は、こうした３段構成のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３で構成されているため、第１実施形態と比較して、さらに、光強度比Ｉｍｒを高くしながら、パルス時間幅を伸ばすことができる。
　また、図１５Ａ～図１５Ｃのグラフを比較すると、次のことがわかる。ＯＰＳ装置を複数段のＯＰＳ４１Ａで構成する場合において、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）が短いほど、光強度の落ち込みは抑制される。遅延光路長Ｌ（１）は、図１５Ａのパルス全幅ΔＴ75%の場合が最短となる。しかし、その一方で、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは短くなる。また、図１５Ａ～図１５Ｃの各出力波形ＯＰＳ１、ＯＰＳ１２、ＯＰＳ１２３に示すとおり、ＯＰＳ４１Ａの数が増えるほど、光強度の落ち込みは抑制され、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISも長くなる。ただし、ＯＰＳ４１Ａの数が増えるほど、光強度は減衰する。
　第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３の各遅延光路長Ｌ（１）～Ｌ（３）は、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）となっており、Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）（上記式（４））の条件を満たすように設定されている。遅延光路長Ｌ（ｋ）を本例のように設定することで、比較的少ないＯＰＳの数で、光強度比Ｉｍｒを高くしながら、パルス時間幅を伸ばすことができる。ＯＰＳの数の増加も抑制されるため、光強度の減衰も抑制される。
　第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）やＯＰＳ４１Ａの数は、マスターオシレータＭＯが出力する入力波形ＯＲＧの光強度、アニール装置４において必要なパルスレーザ光の光強度やパルス時間幅等を考慮して適宜選択される。
　　４．４　ＸｅＦエキシマレーザの実施例１
　図１６Ａ～図１６Ｃは、マスターオシレータＭＯのレーザ媒質としてＸｅＦを使用したＸｅＦエキシマレーザに係る実施例１のグラフを示す。本実施例１において、マスターオシレータＭＯから出力され、第１のＯＰＳ４１Ａに入射するパルスレーザ光の入力波形は、図１１と同様の入力波形Ｘ－ＯＲＧである。
　図１６Ａ～図１６Ｃのグラフにおいて、図１５Ａ～図１５Ｃのグラフと異なる点は、入力波形ＯＲＧが、レーザ媒質としてＸｅＦを使用した実機で測定した入力波形Ｘ－ＯＲＧに変更されている点である。入力波形Ｘ－ＯＲＧとしたことにより、当然ながら、図１６Ａ～図１６Ｃの出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３は、図１５Ａ～図１５Ｃの出力波形から変化している。図１６Ａ～図１６Ｃは、それ以外のグラフの線種や条件等の組合せは、図１５Ａ～図１５Ｃと同様である。
　図１６Ａに示すグラフは、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃとした場合の出力波形Ｘ－ＯＰＳである。入力波形Ｘ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ75%＝４．４ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝４．４ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝１．３２ｍに設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×１．３２ｍ＝２．６４ｍに設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×２．６４ｍ＝５．２８ｍに設定される。
　図１６Ｂに示すグラフは、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃとした場合の出力波形Ｘ－ＯＰＳである。入力波形Ｘ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ50%＝９．７ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝９．７ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝２．９１ｍに設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×２．９１ｍ＝５．８２ｍに設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×５．８２ｍ＝１１．６４ｍに設定される。
　図１６Ｃに示すグラフは、遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃとした場合の出力波形ＯＰＳである。入力波形ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ25%＝１４．２ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝１４．２ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝４．２６ｍに設定される。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×４．２６ｍ＝８．５２ｍに設定される。第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×８．５２ｍ＝１７．０４ｍに設定される。
　図１６Ａ～図１６Ｃにおいて、入力波形Ｘ－ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１９ｎｓである。
　図１６Ａに示すΔＴ75%の場合の各出力波形において、図１５Ａと同様に、太い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１は、第１のＯＰＳ４１Ａ１のみの１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２は、第１のＯＰＳ４１Ａ１および第２のＯＰＳ４１Ａ２の２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３は、第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３の３段構成のＯＰＳ置の出力波形である。
　図１６Ａに示すΔＴ75%の場合の各出力波形において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝２６．４ｎｓである。出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２においてΔＴTIS＝４１．２ｎｓであり、出力波形ＯＰＳ１２３においてΔＴTIS＝７２．４ｎｓである。いずれの出力波形ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形Ｘ－ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１９ｎｓよりも長い。また、ΔＴ75%の場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みがほとんど無いため、図４に示した比較例よりも、光強度比Ｉｍｒは改善されている。
　図１６Ｂに示すΔＴ50%の場合の各出力波形において、図１５Ｂと同様に、太い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１は、１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２は、２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３は、３段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。
　図１６Ｂに示すΔＴ50%の場合の各出力波形において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝３８．４ｎｓである。出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２においてΔＴTIS＝７３．９ｎｓであり、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３においてΔＴTIS＝１４５．６ｎｓである。いずれの出力波形Ｘ－ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形Ｘ－ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１９ｎｓよりも長い。また、ΔＴ50%の場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みは、図４に示した比較例の出力波形ＯＰＳおよび図１１に示した第１実施形態の出力波形Ｘ－ＯＰＳと比較して抑制されており、光強度比Ｉｍｒは改善されている。
　図１６Ｃに示すΔＴ25%の場合の各出力波形において、図１５Ｃと同様に、太い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１は、１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２は、２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３は、３段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。
　図１６Ｃに示すΔＴ25%の場合の各出力波形において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝４６．３ｎｓである。出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２においてΔＴTIS＝９８ｎｓであり、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３においてΔＴTIS＝１９８．８ｎｓである。いずれの出力波形Ｘ－ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形Ｘ－ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１９ｎｓよりも長い。また、ΔＴ25%の場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みは、図４に示した比較例の出力波形ＯＰＳおよび図１１に示した第１実施形態の出力波形Ｘ－ＯＰＳと比較して抑制されており、光強度比Ｉｍｒは改善されている。
　図１６Ａ～図１６Ｃに示したＸｅＦエキシマレーザの実施例１においても、図１５Ａ～図１５Ｃの実施形態と同様の効果（上記４．３参照）が得られる。
　　４．５　ＸｅＦエキシマレーザの実施例２
　図１７に示すＸｅＦエキシマレーザの実施例２は、遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）の設定が、ＸｅＦエキシマレーザの実施例１と異なる。その他のレーザアニール装置の構成は同様である。
　本実施例２において、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝３。５ｍに設定されている。第２のＯＰＳ４１Ａ２の遅延光路長Ｌ（２）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×３．５ｍ＝７ｍに、第３のＯＰＳ４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（３）は、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×７ｍ＝１４ｍに、それぞれ設定されている。こうした遅延光路長Ｌの設定値は、遅延光路を構成する第１～第４の凹面ミラー５１Ａ～５４Ａとして、比較的入手しやすい凹面ミラーの焦点距離Ｆに合わせて、遅延光路を構成した場合の値である。
　図１６Ａ～１６Ｃに示した実施例１の遅延光路長Ｌ（１）は、入力波形Ｘ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%を使用した場合は、ΔＴ25%×ｃ＝１４．２ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝４．２６ｍであり、パルス全幅ΔＴ50%を使用した場合は、ΔＴ50%×ｃ＝９．７ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝２．９１ｍである。本実施例２の遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍという設定値は、入力波形Ｘ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%を使用した場合とパルス全幅ΔＴ50%を使用した場合の間の値である。
　図１７に示すＬ（１）＝３．５ｍの場合のグラフおいて、太い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１は、第１のＯＰＳ４１Ａ１のみの１段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い波線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２は、第１のＯＰＳ４１Ａ１および第２のＯＰＳ４１Ａ２の２段構成のＯＰＳ装置の出力波形である。細い実線で示す出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３は、第１～第３のＯＰＳ４１Ａ１～４１Ａ３の３段構成のＯＰＳ置の出力波形である。
　図１７に示すＬ（１）＝３．５ｍの場合のグラフおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１においてΔＴTIS＝４２．１ｎｓである。出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２においてΔＴTIS＝８５．４ｎｓであり、出力波形Ｘ－ＯＰＳ１２３においてΔＴTIS＝１７０．８ｎｓである。いずれの出力波形Ｘ－ＯＰＳのパルス時間幅も、入力波形Ｘ－ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである１９ｎｓよりも長い。また、Ｌ（１）＝３．５ｍの場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３において、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みは、図４に示した比較例の出力波形ＯＰＳおよび図１１に示した第１実施形態の出力波形Ｘ－ＯＰＳと比較して抑制されており、光強度比Ｉｍｒは改善されている。より具体的には、実施例２の光強度比Ｉｍｒは約５０％以上である。
　図１８に示すグラフは、横軸にＯＰＳの段数を、縦軸にＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISをとったグラフであり、ＯＰＳの段数に応じたＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変化を示す。太い波線で示すグラフＧΔＴ25%は、図１６Ｃに示したΔＴ25%の場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３のそれぞれのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである、４６．３ｎｓ、９８ｎｓ、１９８．８ｎｓをプロットしたものである。太い実線で示すグラフＧ３．５ｍは、図１７に示した本実施例の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３のそれぞれのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである、４２．１ｎｓ、８５．４ｎｓ、１７０．８ｎｓをプロットしたものである。
　細い波線で示すグラフＧΔＴ50%は、図１６Ｂに示したΔＴ50%の場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３のそれぞれのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである、３８．４ｎｓ、７３．９ｎｓ、１４５．６ｎｓをプロットしたものである。細い実線で示すグラフＧΔＴ75%は、図１６Ｃに示したΔＴ75%の場合の各出力波形Ｘ－ＯＰＳ１、Ｘ－ＯＰＳ１２、Ｘ－ＯＰＳ１２３のそれぞれのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである、２６．４ｎｓ、４１．２ｎｓ、７２．４ｎｓをプロットしたものである。
　図１８に示す各グラフＧから明らかなように、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）が長いほど、また、ＯＰＳの段数が多いほど、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを長くすることができる。図１８に示す各グラフＧの比較により、グラフＧ３．５ｍに示される本実施例２の特性が、グラフＧΔＴ50%に示される、図１６Ｂの出力波形Ｘ－ＯＰＳの特性と、グラフＧΔＴ25%に示される、図１６Ｃの出力波形Ｘ－ＯＰＳの特性の間に位置することが明瞭に把握することができる。また、本実施例２においても、図１５Ａ～図１５Ｃの実施形態と同様の効果（上記４．３参照）が得られる。
　　４．６　変形例（第１～第ｎ個のＯＰＳで構成されるＯＰＳ装置）
　図１９に示すＯＰＳ装置１４１のように、複数段構成のＯＰＳ装置を使用する場合は、ＯＰＳの数は３つに限らず、２つ以上の第１～第ｎ個のＯＰＳで構成されていればよい。本例において、ＯＰＳ装置１４１は、第１のＯＰＳ４１Ａ１、第２のＯＰＳ４１Ａ２、・・・第ｋのＯＰＳ４１Ａｋ、・・・および第ｎのＯＰＳ４１Ａｎのｎ個のＯＰＳで構成される。
　図１９のＯＰＳ装置１４１において、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）は、図１２に示した３段構成のＯＰＳ装置と同様に、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ（上記式（Ｃ））の範囲に設定される。また、上記３段構成のＯＰＳ装置の各例において示したとおり、第１のＯＰＳ４１Ａ１に加えて、第２～第ｎのＯＰＳ４１Ａｎのｎ個のＯＰＳでＯＰＳ装置を構成する場合には、第ｋのＯＰＳ４１Ａｋの遅延光路長Ｌ（ｋ）は、Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）（上記式（４））の条件を満たすように設定することが好ましい。ここで、ｋ＝２以上ｎ以下であり、ｎは２以上の整数である。追加するＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌを長くすることで、第１のＯＰＳ４１Ａ１と同じ遅延光路長Ｌ（１）のＯＰＳ４１Ａを追加する場合と比較して、パルス時間幅を伸ばす効果が大きい。
　　４．７　その他
　複数段構成のＯＰＳ装置を使用する場合において、上記例では、第１～第ｎ個のＯＰＳ４１Ａは、レーザ発振器であるマスターオシレータＭＯ側から、遅延光路長Ｌが短い順番で配置されている。しかし、複数のＯＰＳ４１Ａは、遅延光路長Ｌが短い順番で配置しなくてもよい。例えば、遅延光路長Ｌが長い順番で配置してもよいし、第２のＯＰＳ４１Ａ２、第１のＯＰＳ４１Ａ１、第３のＯＰＳ４１Ａ３のように、遅延光路長Ｌの順番とは無関係に配置してもよい。複数のＯＰＳ４１Ａがどのような順番で配置されていても、パルス時間幅を伸ばす効果や光強度比Ｉｍｒを改善する効果は、同じである。
　ただし、メインテナンス性の観点からは、マスターオシレータＭＯ側から、遅延光路長Ｌが短い順番で配置されていることが好ましい。というのも、マスターオシレータＭＯ側に近いＯＰＳ４１Ａほど、光強度が高いパルスレーザ光が入射するため、その分、ビームスプリッタ４２や各凹面ミラー５１Ａ～５４Ａなどの光学素子の劣化が早いと考えられる。そして、遅延光路長Ｌが短いほど、ＯＰＳ４１Ａのサイズは小さく、交換がしやすい。逆に遅延光路長Ｌが長いほど、ＯＰＳ４１Ａのサイズが大きくなり、交換がしにくい。そのため、マスターオシレータＭＯ側から、遅延光路長Ｌが短い順番でＯＰＳ４１Ａを配置することで、遅延光路長Ｌが長くサイズの大きなＯＰＳ４１Ａの耐用期間を相対的に延ばすことができる。これにより、サイズが大きく交換がしにくいＯＰＳ４１Ａの交換回数を相対的に減らすことができる。
　また、第１のＯＰＳ４１Ａに加えて、第２～第ｎの複数のＯＰＳ４１Ａを追加する場合には、上記実施形態のように、第１のＯＰＳ４１Ａの遅延光路長Ｌ（１）よりも長い遅延光路長Ｌを有するＯＰＳ４１Ａを追加することが好ましい。Ｌ（１）よりも短い遅延光路長を有するＯＰＳ４１Ａを設けた場合、光強度の落ち込みを減らす効果は期待できる。しかし、Ｌ（１）よりも長い遅延光路長ＬのＯＰＳを設ける場合と比べて、パルス時間幅を伸長する効果は得にくい。ＯＰＳ４１Ａの数が増えるほど、光強度が減衰する。できるだけ少ない数のＯＰＳで高い効果を得るために、ＯＰＳを追加する場合は、Ｌ（１）よりも遅延光路長Ｌが長いＯＰＳを追加することが好ましい。
　５．第３実施形態のレーザ装置およびこれを用いるレーザアニール装置
　　５．１　構成
　図２０は、第３実施形態に係るレーザアニール装置の構成を概略的に示す。第３実施形態のレーザアニール装置は、図１２に示す第２実施形態のレーザアニール装置のレーザ装置３Ｂに代えて、レーザ装置３Ｃを備えている。第３実施形態のレーザ装置３Ｃと、第２実施形態に係るレーザ装置３Ｂとの相違点は、レーザ装置３Ｃは、レーザ発振器であるマスターオシレータＭＯに加えて、増幅器ＰＡを有している点である。このようなレーザ装置３Ｃは、ＭＯＰＡ方式とも呼ばれる。レーザ装置３ＣのＯＰＳ装置１４１は、レーザ装置３Ｂと同様の３段構成のＯＰＳ装置である。他の構成は、第２実施形態のレーザ装置３Ｂと同様であるので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略し、以下、相違点を中心に説明する。
　増幅器ＰＡは、マスターオシレータＭＯの出力結合ミラー７７から出力されたパルスレーザ光の光路に配置されている。増幅器ＰＡは、マスターオシレータＭＯと同様に、レーザチャンバ７１と、一対の電極７２ａおよび７２ｂと、充電器７３と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）７４と、を含んでいる。これらの構成は、マスターオシレータＭＯに含まれているものと同様である。増幅器ＰＡは、マスターオシレータＭＯと異なり、高反射ミラー７６および出力結合ミラー７７を含まない。増幅器ＰＡのウインドウ７１ａに入射したパルスレーザ光は、電極７２ａと電極７２ｂとの間のレーザゲイン空間を１回通過して、ウインドウ７１ｂから出力される。マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光は、増幅器ＰＡで増幅された後、ＯＰＳ装置１４１に入射する。
　マスターオシレータＭＯおよび増幅器ＰＡは、それぞれ、レーザチャンバ７１に設けられたウインドウ７１ｅと、放電センサ８１とを有している。ウインドウ７１ｅは、レーザチャンバ７１内の放電光を放電センサ８１に向けて出力する。各放電センサ８１は、放電光を受光してレーザチャンバ７１内で放電が生じたことを検出し、検出信号をレーザ制御部６６に送信する。
　　５．２　動作
　レーザ制御部６６は、アニール装置４から発光トリガ信号を受信すると、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光が増幅器ＰＡで増幅されるように、マスターオシレータＭＯと増幅器ＰＡのそれぞれのスイッチ７４ａをオンするタイミングを制御する。レーザ制御部６６は、マスターオシレータＭＯおよび増幅器ＰＡのそれぞれのレーザチャンバ７１の放電タイミングを各放電センサ８１からの検出信号に基づいて検出する。
　ここで、マスターオシレータＭＯの放電タイミングと増幅器ＰＡの放電タイミングの時間差を放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴと定義する。レーザ制御部６６は、放電センサ８１によって計測した放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴが所定の値に近づくように、マスターオシレータＭＯおよび増幅器ＰＡの各スイッチ７４ａのオンのタイミングを制御する。
　これにより、マスターオシレータＭＯから出力されたパルスレーザ光が増幅器ＰＡ内の電極７２ａおよび７２ｂ間を通過するのと同期して、増幅器ＰＡ内で放電が生成され、レーザガスが生じて、パルスレーザ光が増幅される。増幅されたパルスレーザ光は、増幅器ＰＡから出力し、ＯＰＳ装置１４１に入射する。パルスレーザ光は、ＯＰＳ装置１４１においてパルス時間幅がストレッチされる。
　　５．３　ＸｅＦエキシマレーザ、ＭＯＰＡ方式、１段構成のＯＰＳ装置の実施例
　　　５．３．１　構成
　図２１は、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置３Ｃにおいて、レーザ媒質としてＸｅＦを使用するＸｅＦエキシマレーザの実施例を示す。本例において、ＯＰＳ装置１４１は、第１のＯＰＳ４１Ａ１のみで構成される１段構成のＯＰＳ装置である。
　　　５．３．２　作用
　レーザ装置３Ｃにおいて、ＯＰＳ装置１４１に入射するパルスレーザ光の入力波形ＭＰ－ＯＲＧは、増幅器ＰＡで増幅されたパルスレーザ光の出力波形である。後述するようにＭＯＰＡ方式においては、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの変動に応じてＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが変動する。本例は、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝１５ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧに基づいて計算した出力波形ＭＰ－ＯＰＳを示す。本例の入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２４．６ｎｓである。
　図２１において細い実線で示される出力波形ＭＰ－ＯＰＳは、入力波形ＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%に応じた遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃとした場合の出力波形である。入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ25%＝１９．８ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝１９．８ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝５．９５ｍとなる。ここで、Ｌ（１）の計算過程において小数点第３位を端数処理している。
　図２１において細い波線で示される出力波形ＭＰ－ＯＰＳは、入力波形ＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ50%に応じた遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃとした場合の出力波形である。入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ50%＝１３．７ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１３．７ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝４．１１ｍとなる。
　図２１において太い実線で示される出力波形ＭＰ－ＯＰＳは、入力波形ＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ75%に応じた遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃとした場合の出力波形である。入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、パルス全幅ΔＴ75%＝８ｎｓであるので、遅延光路長Ｌ（１）は、Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝８ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝２．４０ｍとなる。
　　　５．３．３　効果
　図２１において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいてΔＴTIS＝２４．６ｎｓ、ΔＴ25%の出力波形ＭＰ－ＯＰＳにおいてΔＴTIS＝６１．４ｎｓ、ΔＴ50%の出力波形ＭＰ－ＯＰＳにおいてΔＴTIS＝５１．２ｎｓ、ΔＴ75%の出力波形ＭＰ－ＯＰＳにおいてΔＴTIS＝３８．３ｎｓである。一方、図２１において、ΔＴ25%の出力波形ＭＰ－ＯＰＳは、各出力波形Ｘ－ＯＰＳの中で１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みが最大となる。このΔＴ25%の出力波形ＭＰ－ＯＰＳにおいても、図４に係る比較例と比較して、ピーク間の光強度の落ち込みは抑制されている。ΔＴ25%の出力波形ＭＰ－ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒは約３８％以上であり、図４に係る比較例と比較して、光強度比Ｉｍｒが改善している。
　このように、ＭＯＰＡ方式のＸｅＦエキシマレーザの実施例においても、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）を、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ（上記式（３））の範囲とすることで、光強度比Ｉｍｒを改善しながら、パルス時間幅を伸ばすことできる。この結果、パルスレーザ光の照射中のアモルファスシリコンの再凝固を抑制して、アモルファスシリコンの溶融状態を長く維持できる。これにより、多結晶シリコンの結晶の粒径が大きくなり得る。
　また、ＭＯＰＡ方式においては、増幅器ＰＡを有することで、マスターオシレータＭＯのみの場合と比べて、パルスレーザ光が増幅されるため、パルスレーザ光のパルスエネルギが高くなる。パルスレーザ光のパルスエネルギが高くなる分、レーザアニールにおいて、パルスレーザ光の照射中に溶融されたアモルファスシリコンが再凝固するのをさらに抑制することができる。これにより、多結晶シリコンの結晶の粒径を大きくする効果がより向上する。
　　５．４　放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ、パルスエネルギ、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの関係
　図２２Ａのグラフは、ＭＯＰＡ形式のレーザ装置３Ｃにおいて、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴとパルスエネルギの関係を示す。図２２Ｂのグラフは、ＭＯＰＡ形式のレーザ装置３Ｃにおいて、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴとＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの関係を示す。ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、マスターオシレータＭＯから出力された後、増幅器ＰＡで増幅されたパルスレーザ光の出力波形のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISである。
　図２２Ａに示すように、パルスエネルギが最大となる放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴは、１５ｎｓであり、パルスエネルギの変動が許容できる放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの範囲は１０ｎｓ～２０ｎｓである。一方、図２２Ｂに示すように、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴが１０ｎｓ～２０ｎｓの範囲では、増幅器ＰＡで増幅されたパルスレーザ光の出力波形のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、２２．１ｎｓ～２８．１ｎｓの範囲で変動し得る。
　　５．５　ＭＯＰＡ方式とＯＰＳ装置の組合せによるパルス時間幅の変動抑制
　　　５．５．１　ＭＯＰＡ方式とＯＰＳ装置の組合せにおける出力波形
　図２３Ａ～図２３Ｃは、ＭＯＰＡ方式のレーザ装置３Ｃにおいて、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴが変動した場合のＯＰＳ装置１４１からの出力波形の変化を示す。本例は、レーザ媒質としてＸｅＦを使用するＸｅＦエキシマレーザの実施例である。
　図２３Ａは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝１０ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧに基づいて計算した出力波形ＭＰ－ＯＰＳを示す。ＤＳＤＴ＝１０ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２２．１ｎｓである。
　図２３Ａにおいて、太い実線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝４５．８ｎｓ
　ここで、ＤＳＤＴ＝１０ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%＝１６．４ｎｓ、パルス全幅ΔＴ50%＝１２ｎｓ、パルス全幅ΔＴ75%＝７．６ｎｓである。ΔＴ25%×ｃ＝４．９２ｍ、ΔＴ75%×ｃ＝２．２８ｍである。したがって、遅延光路長Ｌ（１）の設定値３．５ｍは、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃの条件を満たす。
　図２３Ａにおいて、細い波線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１２の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×２．５ｍ＝７ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝８９．０ｎｓ
　図２３Ａにおいて、細い実線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１２３の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×３．５ｍ＝７ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×７ｍ＝１４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１６６．８ｎｓ
　図２３Ｂは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝１５ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧに基づいて計算した出力波形ＭＰ－ＯＰＳを示す。ＤＳＤＴ＝１５ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２４．６ｎｓである。
　図２３Ｂにおいて、太い実線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝４６．８ｎｓ
　ここで、ＤＳＤＴ＝１５ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%＝１９．８ｎｓ、パルス全幅ΔＴ50%＝１３．７ｎｓ、パルス全幅ΔＴ75%＝８ｎｓである。ΔＴ25%×ｃ＝１９．８ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝５．９５ｍ、ΔＴ75%×ｃ＝８ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝２．４０ｍである。したがって、遅延光路長Ｌ（１）の設定値３．５ｍは、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃの条件を満たす。
　図２３Ｂにおいて、細い波線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１２の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×２．５ｍ＝７ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝８９．５ｎｓ
　図２３Ｂにおいて、細い実線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１２３の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×３．５ｍ＝７ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×７ｍ＝１４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１６６．６ｎｓ
　図２３Ｃは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝２０ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧに基づいて計算した出力波形ＭＰ－ＯＰＳを示す。ＤＳＤＴ＝２０ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧにおいて、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２８．１ｎｓである。
　図２３Ｃにおいて、太い実線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝４８．３ｎｓ
　ここで、ＤＳＤＴ＝２０ｎｓの場合の入力波形ＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ25%＝２４．４ｎｓ、パルス全幅ΔＴ50%＝１８．４ｎｓ、パルス全幅ΔＴ75%＝１０．８ｎｓである。ΔＴ25%×ｃ＝７．３２ｍ、ΔＴ75%×ｃ＝３．２４ｍである。したがって、遅延光路長Ｌ（１）の設定値３．５ｍは、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃの条件を満たす。
　図２３Ｃにおいて、細い波線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１２の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×２．５ｍ＝７ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝９０．７ｎｓ
　図２３Ｃにおいて、細い実線で示す出力波形ＭＰ－ＯＰＳ１２３の条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝３．５ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×３．５ｍ＝７ｍ
　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×７ｍ＝１４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１６７．８ｎｓ
　　　５．５．２　ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動抑制の効果
　図２２Ｂに示したように、ＭＯＰＡ方式の場合、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴが１０ｎｓ～２０ｎの間で変動すると、増幅器ＰＡから出力されるパルスレーザ光の出力波形のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、２２．１ｎｓ～２８．１ｎｓの範囲で変動する。増幅器ＰＡから出力されるパルスレーザ光の出力波形は、図２３Ａ～図２３Ｃにおける、ＯＰＳ装置１４１に対する入力波形ＭＰ－ＯＲＧに相当する。すなわち、ＯＰＳ装置１４１に入射前の入力波形ＭＰ－ＯＲＧは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの変動に応じてＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISも、約６ｎｓの範囲で変動する。
　図２４は、図２３Ａ～図２３Ｃの各出力波形ＭＰ－ＯＰＳのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISに基づいて、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴと、１段構成、２段構成および３段構成の各ＯＰＳ装置を使用した場合のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISとの関係を示したものである。図２４において、菱形マークでプロットしたＭＰ－ＯＲＧのグラフＴＩＳは、入力波形ＭＰ－ＯＲＧのＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの２２．１ｎｓ～２８．１ｎｓの範囲の変動を示したものである。
　図２４において、ＭＰ－ＯＰＳ１のグラフＴＩＳは１段構成のＯＰＳ装置を使用した場合のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動を示す。１段構成のＯＰＳ装置を使用した場合において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、４５．８ｎｓ～４８．３ｎｓの範囲で変動する。しかし、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動幅は約２．５ｎｓであり、変動幅が約６ｎｓのＭＰ－ＯＲＧのグラフＴＩＳと比較して、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの変動に起因する、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動が抑制される。
　図２４において、ＭＰ－ＯＰＳ１２のグラフＴＩＳは２段構成のＯＰＳ装置を使用した場合のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動を示す。２段構成のＯＰＳ装置を使用した場合において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、８９．０ｎｓ～９０．７ｎｓの範囲で変動する。ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動幅は約１．７ｎｓであり、変動幅が約６ｎｓのＭＰ－ＯＲＧのグラフＴＩＳと比較して、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの変動に起因する、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動が抑制される。
　図２４において、ＭＰ－ＯＰＳ１２３のグラフＴＩＳは３段構成のＯＰＳ装置を使用した場合のＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動を示す。３段構成のＯＰＳ装置を使用した場合において、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、１６６．８ｎｓ～１６７．８ｎｓの範囲で変動する。ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動幅は約１ｎｓであり、変動幅が約６ｎｓのＭＰ－ＯＲＧのグラフＴＩＳと比較して、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの変動に起因する、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動が抑制される。
　このように放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴの変動に起因するＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISの変動が抑制されるので、ＭＯＰＡ方式において放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴが変動した場合でも、多結晶シリコンの結晶の粒径の変動を抑制することができる。
　　　５．５．３　その他
　図２３Ａ～図２３Ｃのすべての出力波形ＭＰ－ＯＰＳにおいて、光強度比Ｉｍｒは５０％以上である。このため、ＭＯＰＡ方式とＯＰＳ装置を組み合わせた本例においても、光強度比Ｉｍｒを改善しつつ、パルス時間幅を伸ばすことができる。これにより、多結晶シリコンの粒径を大きくする効果も期待できる。
　６．各種条件の好ましい範囲
　　６．１　遅延光路長Ｌ（１）のより好ましい範囲
　図２５は、第３実施形態に示すレーザ装置３Ｃのレーザ媒質としてＫｒＦを使用した、ＭＯＰＡ方式のＫｒＦエキシマレーザの実施例を示す。図２５は、入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧに基づいて計算した出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳを示す。第１のＯＰＳの遅延光路長Ｌ（１）は、ΔＴ７５％×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ２５％×ｃ（式（３））の範囲で設定される。
　図２５において、入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧの条件は次のとおりである。
　（１）放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝２０ｎｓ
　（２）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２９．３ｎｓ
　（３）パルス全幅ΔＴ25%＝２１．６ｎｓ
　　　　パルス全幅ΔＴ50%＝１２．４ｎｓ
　　　　パルス全幅ΔＴ75%＝５．２ｎｓ
　図２５において、ΔＴ25%の場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件及び計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝２１．６ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝６．４８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝６７．４ｎｓ
　図２５において、ΔＴ50%の場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件及び計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１２．４ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝３．７２ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５１．８ｎｓ
　図２５において、ΔＴ75%の場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件及び計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝５．２ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝１．５４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝３８．４ｎｓ
　図２５に示す、すべての出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳにおいて、光強度比Ｉｍｒは約３６％以上となった。ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳにおいて３８．４ｎｓ、ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳにおいて５１．８ｎｓ、ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳにおいて６７．４ｎｓとなる。各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳは、入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧの２９．３ｎｓに対してパルス時間幅が長い。このように、光強度比Ｉｍｒを改善しつつ、パルス時間幅を伸ばすことができる。パルスレーザ光の照射中において溶融状態のアモルファスシリコンの再凝固が抑制されて、多結晶シリコンの粒径を大きくする効果が期待できる。
　図２６は、遅延光路長Ｌ（１）と光強度比Ｉｍｒの関係を示すグラフである。図２６に示すグラフは、図２５に示す入力波形Ｋｒ－ＯＲＧのパルス全幅に応じた遅延光路長Ｌ（１）を変化させた場合において、各遅延光路長Ｌ（１）に応じた出力波形Ｋｒ－ＯＰＳの光強度比Ｉｍｒをプロットしたものである。
　図２６に示すグラフにおいて、光強度比Ｉｍｒが５０％以上１００％未満の遅延光路長Ｌ（１）の範囲は、２ｍ＜Ｌ（１）≦４．５ｍとなる。遅延光路長Ｌ（１）がこの範囲であれば、５０％以上の光強度比Ｉｍｒを確保しつつ、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを伸ばすことができる。
　図３に示したとおり、ＯＰＳにおいて、各周回光ＰＳは、遅延光路長Ｌに応じた遅延時間ＤＴだけ遅延しながら順次出力される。上述のとおり、遅延光路長Ｌと遅延時間ＤＴの関係は、ＤＴ＝Ｌ／ｃである。そうすると、２ｍ＜Ｌ（１）≦４．５ｍの範囲に応じた遅延時間ＤＴの範囲は、２ｍ／ｃ＜ＤＴ≦４．５ｍ／ｃであり、６．６７ｎｓ＜ＤＴ≦１５ｎｓとなる。
　この範囲を、図２５に示す入力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳのパルス全幅に換算して、遅延光路長Ｌ（１）の範囲を求めると、下式（５）になる。
　ΔＴ65%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ40%×ｃ・・・・式（５）
　遅延光路長Ｌ（１）が、式（５）の条件を満たす範囲にあれば、５０％以上の光強度比を維持しながら、パルス時間幅を伸ばすことができる。このため、遅延光路長Ｌ（１）は、上記式（３）の条件を満たす範囲であることに加えて、式（５）の条件を満たす範囲であることがさらに好ましい。
　　６．２　ビームスプリッタの反射率ＲＢの好ましい範囲
　図２７Ａに示すグラフは、ＭＯＰＡ方式のＫｒＦエキシマレーザを例に、ビームスプリッタの反射率を変化させた場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの変化を示す。図２７Ａに示す入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧは、ＫｒＦエキシマレーザに係る実機で計測したデータに基づく波形である。入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝２０ｎｓの場合の入力波形であり、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２９．３ｎｓである。
　出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳは、入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧに基づいて算出した波形である。各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は次のとおりである。
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧのパルス全幅ΔＴ50%×Ｃ＝１２．４ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝３．７２ｍ
　（３）ビームスプリッタの反射率ＲＢ
　出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ５０％の反射率ＲＢ＝５０％
　出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ６０％の反射率ＲＢ＝６０％
　出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ７０％の反射率ＲＢ＝７０％
　図２７Ｂは、図２７Ａの出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳに基づいて算出した、反射率ＲＢと、光強度の最大値および光強度比との関係を示すグラフである。図２７Ｃは、図２７Ａの出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳに基づいて算出した、反射率ＲＢと、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISとの関係を示すグラフである。
　図２７Ａに示すように、各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳは、反射率ＲＢが高いほど、出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの１つ目のピーク値が低下し、反対に２つ目のピーク値が上昇する。１つ目と２つ目のピーク間の谷間の光強度は、反射率ＲＢが高いほど低下する。
　図２７Ｂに示すように、反射率ＲＢの変化に応じた、各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの光強度最大値の変化を示すグラフは、下に凸な曲線となり、反射率ＲＢ＝５５％が極小値となる。図２７Ａおよび図２７Ｂに示すように、反射率ＲＢが５５％より低い場合は、１つ目のピークが最大値となり、反射率ＲＢが５５％より高い場合は、２つ目のピークが最大値となる。
　一方、図２７Ｂに示すように、出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳは、反射率ＲＢが３０％～７０％の範囲では、反射率ＲＢが変化しても、光強度比Ｉｍｒは殆ど変化しない。また、図２７Ｃに示すように、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISと反射率ＲＢとの関係を示すグラフは、上に凸な曲線となり、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが最大となる反射率ＲＢは約５５％である。
　反射率ＲＢ＝４０％～６５％の範囲では、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISが５０ｎｓ以上となっている。また、反射率４０％～６５％の範囲では、図２７Ｂに示すように、光強度比Ｉｍｒは約５７％以上を維持している。出力波形Ｋｒ－ＯＰＳの最大値も０．５前後で推移している。図２７Ｃに示すように、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは５５ｎｓ以上を維持しており、大きな変化はない。
　したがって、ビームスプリッタ４２の反射率ＲＢは、下式（６）の範囲であることが好ましい。
　４０％≦ＲＢ≦６５％・・・式（６）
　　６．３　遅延光路長Ｌ（１）の好ましい範囲
　図２８～図３０は、ＭＯＰＡ方式のＫｒＦエキシマレーザを例に、遅延光路長ＬおよびＯＰＳ装置の段数を変化させた場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳを示す。図２８～図３０に示す入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧは、図２７Ａに示した入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧと同様に、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝２０ｎｓの場合の入力波形であり、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２９．３ｎｓである。
　図２８Ａ～図２８Ｃは、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）をパルス全幅ΔＴ25%×ｃに設定した場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳである。図２８Ａ～図２８Ｃにおいて、第２および第３のＯＰＳ４１Ａ２、４１Ａ３の遅延光路長Ｌ（２）、Ｌ（３）を設定する際の基準となる前段の遅延光路長Ｌ（ｋ－１）に対して、掛ける係数を変化させている。図２８Ａのグラフの係数は１．８、図２８Ｂのグラフの係数は２．０、図２８Ｃのグラフの係数は２．２である。
　図２８Ａにおける、ΔＴ25%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ａ１：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝１９．８ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝６．４８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝６７．４ｎｓ
　Ａ２：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝１．８
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）＝１．８×６．４８ｍ＝１１．６６ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１３５．６ｎｓ
　Ａ３：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝１．８
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）＝１１．６６ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝１．８×Ｌ（２）＝１．８×１１．６６ｍ＝２１ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２５２．８ｎｓ
　図２８Ｂにおける、ΔＴ25%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ｂ１：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝６７．４ｎｓ
　Ｂ２：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝２．０
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．０×Ｌ（１）＝２．０×６．４８ｍ＝１２．９６ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１３８．３ｎｓ
　Ｂ３：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝２．０
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．０×Ｌ（１）＝１２．９６ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２．０×Ｌ（２）＝２．０×１２．９６ｍ＝２５．９２ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２６５．７ｎｓ
　図２８Ｃにおける、ΔＴ25%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ｃ１：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝６７．４ｎｓ
　Ｃ２：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝２．２
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）＝２．２×６．４８ｍ＝１４．２６ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１４７ｎｓ
　Ｃ３：ΔＴ25%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝２．２
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）＝１４．２６ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２．２×Ｌ（２）＝２．２×１４．２６ｍ＝３１．２６ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝３１３．６ｎｓ
　図２８Ａ～図２８Ｃに示す遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）の範囲であれば、１段～３段構成のＯＰＳ装置のいずれを使用しても、光強度の落ち込みを抑制して比較的高い値で光強度比Ｉｍｒを維持することができる。また、図２８の例において、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝１．８×Ｌ（２）の条件で、３段構成のＯＰＳ装置を用いれば、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを２５２．８ｎｓまで伸ばすことができる。また、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝２．２×Ｌ（２）の条件では、３段構成のＯＰＳ装置を用いれば、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを３１３．６ｎｓまで伸ばすことができる。
　図２９Ａ～図２９Ｃは、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）をパルス全幅ΔＴ50%×ｃに設定した場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳである。図２８Ａ～図２８Ｃと同様に、図２９Ａのグラフの係数は１．８、図２９Ｂのグラフの係数は２．０、図２９Ｃのグラフの係数は２．２である。
　図２９Ａにおける、ΔＴ50%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ａ１：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１２．４ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝３．７２ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５１．８ｎｓ
　Ａ２：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝１．８
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）＝１．８×３．７２ｍ＝６．７ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝９０．１ｎｓ
　Ａ３：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝１．８
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）＝６．７ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝１．８×Ｌ（２）＝１．８×６．７ｍ＝１２ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１５８．６ｎｓ
　図２９Ｂにおける、ΔＴ50%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ｂ１：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５１．８ｎｓ
　Ｂ２：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝２．０
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．０×Ｌ（１）＝２．０×３．７２ｍ＝７．４４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝９３．８ｎｓ
　Ｂ３：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝２．０
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．０×Ｌ（１）＝７．４４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２．０×Ｌ（２）＝２．０×７．４４ｍ＝１４．８８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝１７６．５ｎｓ
　図２９Ｃにおける、ΔＴ50%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ｃ１：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５１．８ｎｓ
　Ｃ２：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝２．２
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）＝２．２×３．７２ｍ＝８．１８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝９９．７ｎｓ
　Ｃ３：ΔＴ50%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝２．２
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝３．７２ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）＝８．１８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２．２×Ｌ（２）＝２．２×８．１８＝１８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝２０５．４ｎｓ
　図２９Ａ～図２９Ｃに示す遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）の範囲であれば、１段～３段構成のＯＰＳ装置のいずれを使用しても、光強度の落ち込みを抑制して比較的高い値で光強度比Ｉｍｒを維持することができる。また、図２９の例において、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝１．８×Ｌ（２）の条件で、３段構成のＯＰＳ装置を用いれば、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを１５８．６ｎｓまで伸ばすことができる。また、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝２．２×Ｌ（２）の条件では、３段構成のＯＰＳ装置を用いれば、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを２０５．４ｎｓまで伸ばすことができる。
　図３０Ａ～図３０Ｃは、第１のＯＰＳ４１Ａ１の遅延光路長Ｌ（１）をパルス全幅ΔＴ75%×ｃに設定した場合の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳである。図２８Ａ～図２８Ｃと同様に、図３０Ａのグラフの係数は１．８、図３０Ｂのグラフの係数は２．０、図３０Ｃのグラフの係数は２．２である。
　図３０Ａにおける、ΔＴ75%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ａ１：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝５．２ｎｓ×０．３ｍ／ｎｓ＝１．５４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝３８．４ｎｓ
　Ａ２：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝１．８
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）＝１．８×１．５４ｍ＝２．７７ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５１．８ｎｓ
　Ａ３：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝１．８
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）＝２．７７ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝１．８×Ｌ（２）＝１．８×２．７７ｍ＝４．９９ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝７７．２ｎｓ
　図３０Ｂにおける、ΔＴ75%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ｂ１：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝３８．４ｎｓ
　Ｂ２：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝２．０
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ50%×ｃ＝１．５４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．０×Ｌ（１）＝２．０×１．５４ｍ＝３．０８ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５３．９ｎｓ
　Ｂ３：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝２．０
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．０×Ｌ（１）＝３．０８ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２．０×Ｌ（２）＝２．０×３．０８ｍ＝６．１６ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝８７．７ｎｓ
　図３０Ｃにおける、ΔＴ75%の各出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳの算出条件および計算結果は、次のとおりである。
　Ｃ１：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１
　（１）ＯＰＳ装置の段数：１段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝３８．４ｎｓ
　Ｃ２：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２、係数＝２．２
　（１）ＯＰＳ装置の段数：２段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）＝２．２×１．５４ｍ＝３．３９ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝５６．１ｎｓ
　Ｃ３：ΔＴ75%の出力波形ＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３、係数＝２．２
　（１）ＯＰＳ装置の段数：３段構成
　（２）遅延光路長Ｌ（１）＝ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）＝３．３９ｍ
　　　　遅延光路長Ｌ（３）＝２．２×Ｌ（２）＝２．２×３．３９＝７．４５ｍ
　（３）ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTIS＝９８．４ｎｓ
　図３０Ａ～図３０Ｃに示す遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）の範囲であれば、１段～３段構成のＯＰＳ装置のいずれを使用しても、光強度の落ち込みを抑制して比較的高い値で光強度比Ｉｍｒを維持することができる。また、図３０の例において、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝１．８×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝１．８×Ｌ（２）の条件で、３段構成のＯＰＳ装置を用いれば、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを７７．２ｎｓまで伸ばすことができる。また、Ｌ（１）、Ｌ（２）＝２．２×Ｌ（１）、Ｌ（３）＝２．２×Ｌ（２）の条件では、３段構成のＯＰＳ装置を用いれば、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを９８．４ｎｓまで伸ばすことができる。
　図３１は、図２８～図３０に示した例のＯＰＳ装置の各態様とＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISとの関係を示す。ここで、ＯＰＳ装置の各態様とは、ＯＰＳ装置の段数や遅延光路長Ｌ等である。遅延光路長Ｌ（１）がΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃの範囲に設定されている場合において、グラフＫｒＭＰ－ＯＰＳ１で示される１段構成のＯＰＳ装置では、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、３８．４ｎｓ～６７．４ｎｓの範囲でストレッチされる。同様に、グラフＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２で示される２段構成のＯＰＳ装置では、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、５１．８ｎｓ～１４７ｎｓの範囲でストレッチされる。同様に、グラフＫｒＭＰ－ＯＰＳ１２３で示される３段構成のＯＰＳ装置では、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISは、７７．２ｎｓ～３１３．６ｎｓの範囲でストレッチされる。
　図２９～図３１で示した遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）の範囲であれば、光強度の落ち込みを抑制して、比較的高い光強度比Ｉｍｒを維持しつつ、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを伸ばすことができる。図２９～図３１で示した遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）の条件は、下式（７）で示される。
　ＯＰＳ装置が第１のＯＰＳに加えて直列に配置された第２～第ｎのＯＰＳを含む場合において、
　第ｋのＯＰＳの遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（７）に示す条件を満たす。
　１．８×Ｌ（ｋ－１）≦Ｌ（ｋ）≦２．２×Ｌ（ｋ－１）・・・・式（７）
　ここで、ｋ＝２以上ｎ以下である。
　式（７）のように遅延光路長Ｌを設定することで、光強度の落ち込みを抑制して比較的高い光強度比Ｉｍｒを確保しつつ、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを伸ばすことができる。ただし、上記式（４）で示したとおり、Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）の条件を満たすように遅延光路長Ｌを設定することがより好ましい。というのも、遅延光路長Ｌ（ｋ）が、基準となる遅延光路長Ｌ（１）の整数倍で規定した方が、設計や凹面ミラーの調達のしやすさなどの点でメリットが期待できるからである。
　　６．４　その他
　図３２は、遅延光路長Ｌ（１）、Ｌ（２）、Ｌ（３）を、式（４）の条件を満たすように設定した、ＭＯＰＡ方式のＫｒＦエキシマレーザの実施例である。ＫｒＭＰ－ＯＲＧは、放電タイミング遅延時間ＤＳＤＴ＝１５ｎｓの場合の波形である。
　入力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧにおいて、ΔＴ75%＝５．２ｎｓ、ΔＴ25%＝１９．８ｎｓであるので、ΔＴ75%×ｃ＝１．５４ｍ、ΔＴ25%×ｃ＝６．４８ｍとなる。したがって、Ｌ（１）＝３．５ｍという設定値は、ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ（式（３））の条件を満たす。
　Ｌ（２）およびＬ（３）は、Ｌ（２）＝２×Ｌ（１）＝２×３．５ｍ＝７ｍ、Ｌ（３）＝２×Ｌ（２）＝２×７ｍ＝１４ｍに設定されており、式（４）のＬ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）の条件を満たしている。
　図３２に示すように、１段構成のＯＰＳ装置を使用した出力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧ１、２段構成のＯＰＳ装置を使用した出力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧ１２、３段構成のＯＰＳ装置を使用した出力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧ１２３のいずれも、図４に係る比較例と比べて、１つ目と２つ目のピーク間の光強度の落ち込みが抑制されている。光強度比Ｉｍｒは５０％以上である。３段構成のＯＰＳ装置を使用した場合には、出力波形ＫｒＭＰ－ＯＲＧ１２３に示すように、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを、入力波形Ｋｒ－ＯＲＧの２９．３ｎｓから１６８．６ｎｓまで伸ばすことができる。これにより、比較的高い光強度比Ｉｍｒを維持しながら、ＴＩＳパルス時間幅ΔＴTISを伸ばすことができる。
　上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図したものである。従って、添付の特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の各実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかであろう。
　本明細書および添付の特許請求の範囲全体で使用される用語は、「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、本明細書および添付の特許請求の範囲に記載される修飾句「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。

Claims (19)

  1. 　レーザアニールに用いられるレーザ装置は、以下を備える：
    　Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ発振器；
    　Ｂ．前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザ光の光路上に配置され、入射した前記パルスレーザ光の一部を透過して、他の一部を、遅延光路を周回させて出力することにより、前記パルスレーザ光のパルス時間幅をストレッチする第１のＯＰＳを含むＯＰＳ装置であって、前記第１のＯＰＳの前記遅延光路の長さである遅延光路長Ｌ（１）が、以下の式（Ａ）の範囲にあるＯＰＳ装置。
    　ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ・・・・・式（Ａ）
    　ここで、ΔＴa%は、前記レーザ発振器から出力され、前記ＯＰＳ装置に入射するパルスレーザ光の入力波形において、光強度がピーク値に対してａ％の値を示す位置の時間全幅であり、ｃは光速である。
  2. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のＯＰＳの前記遅延光路長Ｌ（１）は、以下の式（Ｂ）の範囲にある。
    　ΔＴ65%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ40%×ｃ・・・・・式（Ｂ）
  3. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、
    　前記ＯＰＳ装置は、前記第１のＯＰＳに加えて、前記第１のＯＰＳに直列に配置された第２から第ｎのＯＰＳを含み、
    　第ｋのＯＰＳの遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（Ｃ）に示す条件を満たす。
    　１．８×Ｌ（ｋ－１）≦Ｌ（ｋ）≦２．２×（ｋ－１）・・・・式（Ｃ）
    　ここで、ｋ＝２以上ｎ以下である。
  4. 　請求項３に記載のレーザ装置であって、
    　前記遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（Ｄ）に示す条件を満たす。
    　Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）・・・・式（Ｄ）
  5. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のＯＰＳは、前記パルスレーザ光の一部を透過して、他の一部を前記遅延光路に向けて反射するビームスプリッタを含んでおり、前記ビームスプリッタの反射率は、４０％以上６５％以下の範囲内である。
  6. 　請求項３に記載のレーザ装置であって、
    　前記第１から第ｎのＯＰＳは、前記レーザ発振器側から、前記遅延光路長が短い順番で配置されている。
  7. 　請求項１に記載のレーザ装置であって、以下をさらに含む：
    　Ｃ．前記レーザ発振器と前記ＯＰＳ装置との間の光路上に配置される増幅器。
  8. 　請求項７に記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のＯＰＳの前記遅延光路長Ｌ（１）は、以下の式（Ｂ）の範囲にある。
    　ΔＴ65%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ40%×ｃ・・・・・式（Ｂ）
  9. 　請求項７に記載のレーザ装置であって、
    　前記ＯＰＳ装置は、前記第１のＯＰＳに加えて、前記第１のＯＰＳに直列に配置された第２から第ｎのＯＰＳを含み、
    　第ｋのＯＰＳの遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（Ｃ）に示す条件を満たす。
    　１．８×Ｌ（ｋ－１）≦Ｌ（ｋ）≦２．２×（ｋ－１）・・・・式（Ｃ）
    　ここで、ｋ＝２以上ｎ以下である。
  10. 　請求項９に記載のレーザ装置であって、
    　前記遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（Ｄ）に示す条件を満たす。
    　Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）・・・・式（Ｄ）
  11. 　前記請求項７に記載のレーザ装置であって、
    　前記第１のＯＰＳは、前記パルスレーザ光の一部を透過して、他の一部を前記遅延光路に向けて反射するビームスプリッタを含んでおり、前記ビームスプリッタの反射率は、４０％以上６５％以下の範囲内である。
  12. 　請求項９に記載のレーザ装置であって、
    　前記第１から第ｎのＯＰＳは、前記レーザ発振器側から、前記遅延光路長Ｌが短い順番で配置されている。
  13. 　レーザアニール装置は、以下を備える：
    　Ａ．パルスレーザ光を出力するレーザ発振器を含むレーザ装置；
    　Ｂ．前記レーザ発振器から出力された前記パルスレーザ光の光路上に配置され、入射した前記パルスレーザ光の一部を透過して、他の一部を、遅延光路を周回させて出力することにより、前記パルスレーザ光のパルス時間幅をストレッチする第１のＯＰＳを含むＯＰＳ装置であって、前記第１のＯＰＳの前記遅延光路の長さである遅延光路長Ｌ（１）が、以下の式（Ａ）の範囲にあるＯＰＳ装置；及び
    　Ｃ．前記ＯＰＳ装置によりストレッチされた前記パルスレーザ光を用いて半導体薄膜をアニールするアニール装置。
    　ΔＴ75%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ25%×ｃ・・・・・式（Ａ）
    　ここで、ΔＴa%は、前記レーザ発振器から出力され、前記ＯＰＳ装置に入射するパルスレーザ光の入力波形において、光強度がピーク値に対してａ％の値を示す位置の時間全幅であり、ｃは光速である。
  14. 　請求項１３に記載のレーザアニール装置であって、
    　前記第１のＯＰＳの前記遅延光路長Ｌ（１）は、以下の式（Ｂ）の範囲にある。
    　ΔＴ65%×ｃ≦Ｌ（１）≦ΔＴ40%×ｃ・・・・・式（Ｂ）
  15. 　請求項１３に記載のレーザアニール装置であって、
    　前記ＯＰＳ装置は、前記第１のＯＰＳに加えて、前記第１のＯＰＳに直列に配置された第２から第ｎのＯＰＳを含み、
    　第ｋのＯＰＳの遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（Ｃ）に示す条件を満たす。
    　１．８×Ｌ（ｋ－１）≦Ｌ（ｋ）≦２．２×（ｋ－１）・・・・式（Ｃ）
    　ここで、ｋ＝２以上ｎ以下である。
  16. 　請求項１５に記載のレーザアニール装置であって、
    　前記遅延光路長Ｌ（ｋ）は、以下の式（Ｄ）に示す条件を満たす。
    　Ｌ（ｋ）＝２×Ｌ（ｋ－１）・・・・式（Ｄ）
  17. 　請求項１３に記載のレーザアニール装置であって、
    　前記第１のＯＰＳは、前記パルスレーザ光の一部を透過して、他の一部を前記遅延光路に向けて反射するビームスプリッタを含んでおり、前記ビームスプリッタの反射率は、４０％以上６５％以下の範囲内である。
  18. 　請求項１５に記載のレーザアニール装置であって、
    　前記第１から第ｎのＯＰＳは、前記レーザ発振器側から、前記遅延光路長が短い順番で配置されている。
  19. 　請求項１３に記載のレーザアニール装置であって、以下をさらに含む：
    　Ｄ．前記レーザ発振器と前記ＯＰＳ装置との間の光路上に配置される増幅器。
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