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JP2009018335A - Beam irradiation apparatus, beam irradiation method, and functional element manufacturing method - Google Patents

Beam irradiation apparatus, beam irradiation method, and functional element manufacturing method Download PDF

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JP2009018335A
JP2009018335A JP2007184577A JP2007184577A JP2009018335A JP 2009018335 A JP2009018335 A JP 2009018335A JP 2007184577 A JP2007184577 A JP 2007184577A JP 2007184577 A JP2007184577 A JP 2007184577A JP 2009018335 A JP2009018335 A JP 2009018335A
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irradiation
irradiation apparatus
optical element
cross
intensity profile
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Application number
JP2007184577A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Takeuchi
博明 竹内
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】理想的なガウス分布から乖離したレーザビームを用いた場合においても、被照射物上（像面位置）に均一な強度分布を有するビームを照射できるビーム照射装置を提供する。
【解決手段】第１のビームＬ１ａを投光する第１の投光部１と、前記第１の投光部１から投光された前記第１のビームＬ１ａが透過する光学素子２と、を備え、前記光学素子２は、前記第１のビームが入射された場合に、出射ビームの被照射物９上での断面強度プロファイルの形状が、フラット部Ｓ１−ａと前記フラット部より傾きの大きな傾斜部Ｓ１−ｂとを有するように光学設計されており、前記光学素子２を透過した第１のビームのうち、前記断面強度プロファイルにおける前記傾斜部に相当する部分を遮断するマスク４と、前記第１のビームを被照射物９へと導いて照射する第１の照射光学系３と、をさらに備える。
【選択図】図１３There is provided a beam irradiation apparatus capable of irradiating a beam having a uniform intensity distribution on an irradiation object (image plane position) even when a laser beam deviating from an ideal Gaussian distribution is used.
A first light projecting unit 1 that projects a first beam L1a, and an optical element 2 through which the first beam L1a projected from the first light projecting unit 1 is transmitted. The optical element 2 has a cross-sectional intensity profile shape on the irradiated object 9 of the emitted beam having a larger inclination than the flat part S1-a and the flat part when the first beam is incident. A mask 4 that is optically designed to have an inclined portion S1-b and blocks a portion corresponding to the inclined portion in the cross-sectional intensity profile of the first beam transmitted through the optical element 2, and And a first irradiation optical system 3 that guides and irradiates the first beam to the irradiation object 9.
[Selection] Figure 13

Description

本発明は、略ガウス分布のビームをトップフラットの均一強度分布を有するビームに変換して被照射物に照射するようにしたビーム照射装置、ビーム照射方法および前記のビーム照射装置を使用した機能素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a beam irradiation apparatus, a beam irradiation method, and a functional element using the beam irradiation apparatus, in which a beam having a substantially Gaussian distribution is converted into a beam having a top-flat uniform intensity distribution and irradiated to an object. It relates to the manufacturing method.

穴あけ加工やアニール処理等のレーザ加工においては、その加工目的により、均一な強度分布（トップフラット）のレーザ照射が要求される場合がある。一般的なレーザ発振器では、その出力ビームの強度分布が、中央の強度が強いガウス分布をしているため、上記用途の場合には、このガウス分布のレーザビームを均一強度分布（トップフラット）のビームに変換するための光学素子が必要となる。   In laser processing such as drilling or annealing, laser irradiation with a uniform intensity distribution (top flat) may be required depending on the processing purpose. In a general laser oscillator, the intensity distribution of the output beam has a Gaussian distribution with a strong central intensity. In the case of the above application, this Gaussian distribution laser beam has a uniform intensity distribution (top flat). An optical element for converting into a beam is required.

ガウス分布のレーザビームをトップフラットのビームに変換するための光学素子としては、干渉性の高いレーザに適用でき、また、任意のビーム形状を得ることが可能なことから回折光学素子（以下、ＤＯＥ，diffractive optical element）が好適であり、その技術内容が特開２００３−１１４４００号公報（特許文献１）や「ＳＥＩテクニカルレビュー」，住友電気工業株式会社，２００５年３月，第１６６号，ｐ．１３−ｐ．１８（非特許文献１）に開示されている。   As an optical element for converting a Gaussian-distributed laser beam into a top-flat beam, a diffractive optical element (hereinafter referred to as DOE) can be applied to a highly coherent laser and an arbitrary beam shape can be obtained. , Diffuser optical element) is preferred, and its technical content is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-114400 (Patent Document 1) and “SEI Technical Review”, Sumitomo Electric Industries, Ltd., March 2005, No. 166, p. 13-p. 18 (Non-Patent Document 1).

前記ＤＯＥを用いると、その表面に形成された凹凸パターンによって発生する光路差により、ガウス分布のレーザビームを構成する各光線を、ＤＯＥへの入射位置に応じて各々異なる角度で回折させることができる。具体的には、ガウス分布のレーザビームを、その中央部では発散させ、外周部では収束させるように回折させ、これによって像面位置においてトップフラットの強度プロファイルを形成することができる。また、そのビーム形状を、円形に限らず四角形状とすることも可能である。   When the DOE is used, each light beam constituting the Gaussian laser beam can be diffracted at different angles depending on the incident position on the DOE due to the optical path difference generated by the uneven pattern formed on the surface. . More specifically, a Gaussian-distributed laser beam is diffracted so that it diverges at the center and converges at the outer periphery, thereby forming a top flat intensity profile at the image plane position. Further, the beam shape is not limited to a circle, but may be a square shape.

上記ＤＯＥの設計には、一般に、前記「ＳＥＩテクニカルレビュー」（非特許文献１）に記載の反復フーリエ変換法が用いられる。この手法では、レーザの像面位置において目標とする強度分布（トップフラット）が得られるように、ＤＯＥの入射面と像面位置で強度・位相の値を少しずつ変化させながらフーリエ変換とフーリエ逆変換とを交互に繰り返して、前記ＤＯＥの凹凸パターン（位相パターン）を最適化する。そして、このように設計された凹凸パターンに基づいて、フォトリソグラフィー技術を用いてＤＯＥが作製される。   In general, the DOE is designed using the iterative Fourier transform method described in the “SEI Technical Review” (Non-Patent Document 1). In this method, Fourier transform and Fourier inverse are performed while gradually changing the intensity and phase values at the DOE incident surface and image plane position so that a target intensity distribution (top flat) is obtained at the image plane position of the laser. By alternately repeating the conversion, the uneven pattern (phase pattern) of the DOE is optimized. And based on the uneven | corrugated pattern designed in this way, DOE is produced using a photolithographic technique.

ここで、上記「ＳＥＩテクニカルレビュー」（非特許文献１）や特開２００３−１１４４００号公報（特許文献１）に開示されているＤＯＥ、たとえば、「ＳＥＩテクニカルレビュー」の図６に記載の「矩形ビームホモジナイザ」は、これにガウス分布のビームを入射させた場合に、出力ビームの像面位置での強度分布（断面強度プロファイル）が、水平なフラット部と急峻な側壁部とを有する略矩形形状となるように設計されている。   Here, the DOE disclosed in the above "SEI Technical Review" (Non-Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-114400 (Patent Document 1), for example, "Rectangle" described in FIG. The beam homogenizer has a substantially rectangular shape with a horizontal flat portion and a steep sidewall when the intensity distribution (cross-sectional intensity profile) at the image plane position of the output beam when a Gaussian beam is incident on the beam homogenizer. It is designed to be.

上記のように、従来のＤＯＥは、加工精度を上げるために、ガウス分布のビームを入射させた場合の出力ビームの像面位置での断面強度プロファイルがフラット部と急峻な側壁部を有する矩形形状となるように設計されている。つまり、前記ＤＯＥは、設計通りの理想的なガウス分布のビームが入射されると、像面位置で非常に均一性の高い強度分布が得られる。
特開２００３−１１４４００号公報 特許第３２０４９８６号公報 「ＳＥＩテクニカルレビュー」，住友電気工業株式会社，２００５年３月，第１６６号，ｐ．１３−ｐ．１８ As described above, the conventional DOE has a rectangular shape in which the cross-sectional intensity profile at the image plane position of the output beam when the Gaussian distribution beam is incident has a flat portion and a steep side wall portion in order to increase processing accuracy. It is designed to be. That is, when a beam having an ideal Gaussian distribution as designed is incident on the DOE, an extremely uniform intensity distribution can be obtained at the image plane position.
JP 2003-114400 A Japanese Patent No. 3204986 “SEI Technical Review”, Sumitomo Electric Industries, Ltd., March 2005, No. 166, p. 13-p. 18

しかしながら、従来のＤＯＥに理想ガウスから乖離したプロファイルのビーム（設計からずれのあるビーム）を入射すると、前記ＤＯＥからの出射ビームの像面位置における強度プロファイルが大きく乱れるという課題があった。   However, when a beam having a profile deviating from an ideal Gauss (a beam deviating from the design) is incident on a conventional DOE, there is a problem that the intensity profile at the image plane position of the beam emitted from the DOE is greatly disturbed.

しかも、一般的なレーザ発振器から出力されるレーザビームは、いくらガウス分布仕様（シングルモード）のビームといえども、ＤＯＥへの入射ビームとしての観点からは、理想的なガウス分布からの乖離が無視することができないほど大きなものである。本願発明者が、一般的なレーザビーム（市販のガウス分布仕様の炭酸ガスレーザビーム）を、従来のＤＯＥ（像面位置での断面強度プロファイルが、フラット部と急峻な側壁部を有する矩形形状となるように設計されたＤＯＥ)に入射して、像面位置での出射ビームの強度分布を調べたところ、ＰＶ値が１１４％である劣悪な強度分布であった。   Moreover, the laser beam output from a general laser oscillator is a Gaussian distribution specification (single mode) beam, but the deviation from the ideal Gaussian distribution is ignored from the viewpoint of the incident beam to the DOE. It's so big that it can't be done. The inventor of the present application turns a general laser beam (a commercially available carbon dioxide laser beam with a Gaussian distribution specification) into a rectangular shape having a cross-sectional intensity profile at the image plane position having a flat portion and a steep side wall portion. When the intensity distribution of the outgoing beam at the image plane position was examined, it was a poor intensity distribution with a PV value of 114%.

本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、本発明の主たる目的は、一般的なレーザ発振器から出力されるような、理想的なガウス分布から乖離したレーザビームを用いた場合においても、被照射物上（像面位置）での照射強度の不均一分布（強度プロファイルの乱れ）を抑制することが可能であって、被照射物に従来よりも均一な強度分布を有するビームを照射できるビーム照射装置、ビーム照射方法および前記ビーム照射装置を使用した機能素子の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and the main object of the present invention is to use a laser beam deviating from an ideal Gaussian distribution, such as that output from a general laser oscillator. In this case, it is possible to suppress a non-uniform distribution of irradiation intensity (disturbance of intensity profile) on the irradiated object (image plane position), and the irradiated object has a more uniform intensity distribution than before. It is an object to provide a beam irradiation apparatus, a beam irradiation method, and a method for manufacturing a functional element using the beam irradiation apparatus.

本発明に係るビーム照射装置は、第１のビームを投光する第１の投光部と、第１の投光部から投光された第１のビームが透過する光学素子と、を備え、光学素子は、第１のビームが入射された場合に、出射ビームの被照射物上での断面強度プロファイルがフラット部とフラット部よりも傾きの大きな傾斜部とを有するように光学設計されており、光学素子を透過した第１のビームのうち、断面強度プロファイルにおける傾斜部に相当する部分を遮断するマスクと、第１のビームを被照射物へと導いて照射する第１の照射光学系と、をさらに備える。   The beam irradiation apparatus according to the present invention includes a first light projecting unit that projects the first beam, and an optical element that transmits the first beam projected from the first light projecting unit, The optical element is optically designed such that when the first beam is incident, the cross-sectional intensity profile on the irradiated object of the emitted beam has a flat portion and an inclined portion having a larger inclination than the flat portion. A mask that blocks a portion corresponding to the inclined portion in the cross-sectional intensity profile out of the first beam transmitted through the optical element, and a first irradiation optical system that guides and irradiates the first beam to the irradiation object; Are further provided.

この場合には、一般的なレーザ発振器から出力されるような、たとえば理想的なガウス分布から乖離したレーザビームを用いた場合においても、被照射物上（像面位置）での照射強度の不均一分布（強度プロファイルの乱れ）を抑制することが可能であって、被照射物に従来よりも均一な強度分布を有するビームを照射できる。   In this case, even when a laser beam deviated from an ideal Gaussian distribution, such as that output from a general laser oscillator, is used, the irradiation intensity on the irradiation object (image plane position) is not good. Uniform distribution (disturbance of the intensity profile) can be suppressed, and the irradiated object can be irradiated with a beam having a more uniform intensity distribution than in the past.

好ましくは、第２のビームを投光する第２の投光部と、第２のビームが、第１のビームの被照射物に対する照射範囲内の、断面強度プロファイルにおけるフラット部に相当する部分と重複するように、第２のビームを被照射物へと導いて照射する第２の照射光学系と、をさらに備える。   Preferably, the second light projecting unit that projects the second beam, and the second beam corresponding to the flat part in the cross-sectional intensity profile within the irradiation range of the first beam to the irradiated object; And a second irradiation optical system for guiding and irradiating the second beam to the irradiation object so as to overlap.

好ましくは、マスクを配置しない状態で測定された、第１のビームの被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、フラット部の領域の幅の１．５倍以上である。   Preferably, in the cross-sectional intensity profile on the irradiated object of the first beam, measured without the mask being arranged, the width of the region that is the half-value intensity of the average intensity of the flat part is More than 1.5 times the width.

好ましくは、マスクを配置しない状態で測定された、第１のビームの被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、フラット部の領域の幅の１．６５倍以下である。   Preferably, in the cross-sectional intensity profile on the irradiated object of the first beam, measured without the mask being arranged, the width of the region that is the half-value intensity of the average intensity of the flat part is 1.65 times the width or less.

本発明のビーム照射装置は、第１のビームを投光する第１の投光部と、第１の投光部から投光された第１のビームが透過する光学素子と、を備え、光学素子は、第１のビームが入射された場合に、出射ビームの被照射物上での断面強度プロファイルがフラット部とフラット部よりも傾きの大きな傾斜部とを有するように光学設計されており、第１のビームを被照射物へと導いて照射する第１の照射光学系と、第２のビームを投光する第２の投光部と、第２のビームが、第１のビームの被照射物に対する照射範囲内の、断面強度プロファイルにおけるフラット部に相当する部分と重複するように、第２のビームを被照射物へと導いて照射する第２の照射光学系と、をさらに備える。   The beam irradiation apparatus of the present invention includes a first light projecting unit that projects a first beam, and an optical element that transmits the first beam projected from the first light projecting unit, The element is optically designed such that when the first beam is incident, the cross-sectional intensity profile on the irradiated object of the outgoing beam has a flat part and an inclined part having a larger inclination than the flat part, A first irradiation optical system that guides and irradiates the first beam onto the object to be irradiated, a second light projecting unit that projects the second beam, and the second beam that is irradiated with the first beam. A second irradiation optical system for guiding and irradiating the second beam to the irradiation object so as to overlap with a portion corresponding to the flat portion in the cross-sectional intensity profile within the irradiation range with respect to the irradiation object;

好ましくは、第１のビームの被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、フラット部の領域の幅の１．５倍以上である。   Preferably, in the cross-sectional intensity profile on the irradiation object of the first beam, the width of the region having a half value of the average intensity of the flat portion is 1.5 times or more the width of the flat portion.

好ましくは、第１のビームの被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、フラット部の領域の幅の１．６５倍以下である。   Preferably, in the cross-sectional intensity profile on the irradiation object of the first beam, the width of the region that is half the average intensity of the flat portion is 1.65 times or less the width of the flat portion.

好ましくは、第１のビームは、その断面強度プロファイルが略ガウス分布である。
好ましくは、第１の投光部は、ガウス分布仕様、または、Ｍ２値が１．５以下の仕様、のレーザ発振器を含む。 Preferably, the cross-sectional intensity profile of the first beam has a substantially Gaussian distribution.
Preferably, the first light projecting unit includes a laser oscillator having a Gaussian distribution specification or a specification having an M2 value of 1.5 or less.

好ましくは、光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合に、出射ビームの像面位置での断面強度プロファイルが、フラット部とフラット部よりも傾きの大きな傾斜部とを有するように光学設計されている。   Preferably, the optical element has a flat part and an inclined part having a larger inclination than the flat part when the beam having a Gaussian distribution in the cross-sectional intensity profile is incident. So as to be optically designed.

好ましくは、光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合における出射ビームの像面位置での断面強度プロファイルにおいて、フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、フラット部の領域の幅の１．５倍以上となるように光学設計されている。   Preferably, in the cross-sectional intensity profile at the image plane position of the outgoing beam when a beam having a Gaussian distribution of the cross-sectional intensity profile is incident, the optical element has a width of a region that is half the average intensity of the flat portion, It is optically designed to be 1.5 times or more the width of the flat area.

好ましくは、光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合における出射ビームの像面位置での断面強度プロファイルにおいて、フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、フラット部の領域の幅の１．６５倍以下となるように光学設計されている。   Preferably, in the cross-sectional intensity profile at the image plane position of the outgoing beam when a beam having a Gaussian distribution of the cross-sectional intensity profile is incident, the optical element has a width of a region that is half the average intensity of the flat portion, It is optically designed to be 1.65 times or less the width of the flat area.

好ましくは、光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合において、出射ビームの像面位置で、出射ビームに垂直な断面における出射ビームの形状が、略方形となるように光学設計されている。   Preferably, the optical element is optically configured so that the shape of the outgoing beam in a cross section perpendicular to the outgoing beam is substantially square at the image plane position of the outgoing beam when a beam having a Gaussian cross-sectional intensity profile is incident. Designed.

好ましくは、光学素子は、表面に凹凸パターンが形成された回折光学素子である。
好ましくは、第１の照射光学系は、第１のビームを、被照射物の表面に対して斜め方向から照射する。 Preferably, the optical element is a diffractive optical element having a concavo-convex pattern formed on the surface.
Preferably, the first irradiation optical system irradiates the first beam with respect to the surface of the irradiation object from an oblique direction.

本発明のビーム照射方法は、上記のビーム照射装置を使用したビーム照射方法であって、光学素子を透過した第１のビームのうち、断面強度プロファイルにおけるフラット部に相当する部分のみの寄与によって被照射物に処理を施すステップを備える。   The beam irradiation method of the present invention is a beam irradiation method using the beam irradiation apparatus described above, and is covered by the contribution of only the portion corresponding to the flat portion in the cross-sectional intensity profile of the first beam transmitted through the optical element. A step of processing the irradiated object.

好ましくは、上記の処理は、除去加工処理、アニール処理、改質処理、焼成処置、成膜処理のうちの少なくとも１つの処理を含む。   Preferably, the above process includes at least one of a removal process, an annealing process, a modification process, a baking process, and a film forming process.

本発明の機能素子の製造方法は、上記のビーム照射装置を使用した機能素子の製造方法であって、光学素子を透過した第１のビームのうち、断面強度プロファイルにおけるフラット部に相当する部分のみの寄与によって、機能素子を製造するための処理を施すステップを備える。   The method for manufacturing a functional element according to the present invention is a method for manufacturing a functional element using the beam irradiation apparatus described above, and only the portion corresponding to the flat portion in the cross-sectional intensity profile of the first beam transmitted through the optical element. The step of performing the process for manufacturing the functional element is provided.

この場合には、ビーム照射装置を用いて穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を均一に施すことができるため、高品質、高信頼性の機能素子を得ることができる。   In this case, since beam processing such as drilling and annealing can be performed uniformly using the beam irradiation apparatus, a high-quality and highly reliable functional element can be obtained.

一般的なレーザ発振器から出力されるような、たとえば理想的なガウス分布から乖離したレーザビームを用いた場合においても、被照射物上での照射強度の不均一分布（強度プロファイルの乱れ）を抑制することが可能であって、被照射物に従来よりも均一な強度分布を有するビームを照射できる。   Even when a laser beam deviated from an ideal Gaussian distribution, such as that output from a general laser oscillator, is used, the uneven distribution of irradiation intensity on the irradiated object (intensity profile disturbance) is suppressed. It is possible to irradiate the irradiated object with a beam having a more uniform intensity distribution than in the prior art.

また、光学素子から被照射物までの光路長が設計からずれている場合等、ビーム照射装置が設計条件から乖離した構成となっている場合においても、均一性の高いビームを照射できる。   Further, even when the beam irradiation apparatus is configured to deviate from the design conditions, such as when the optical path length from the optical element to the irradiation object is deviated from the design, a highly uniform beam can be irradiated.

すなわち、被照射物に対して、広いマージンを持ちながら、均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができ、その結果、穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を被照射物に対して均一に行うことができる。   In other words, a highly uniform beam irradiation (beam processing) can be performed on the irradiated object with a wide margin, and as a result, beam processing such as drilling and annealing is performed on the irradiated object. It can be performed uniformly.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお以下の説明では、同一の部品については同一の符号を付すものとし、前記部品の名称や機能が同一である場合には、前記部品についての詳細な説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals, and when the names and functions of the parts are the same, detailed description of the parts will not be repeated.

［実施の形態１］
＜全体構成＞
本発明の実施の形態１に係るビーム照射装置１０の構成を、図１を参照して説明する。図１は本実施の形態に係るビーム照射装置１０の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係るビーム照射装置１０は、略ガウス分布（厳密な意味においては必ずしも理想的なガウス分布ではなく、後述する理想的なガウス分布にある程度似通った強度分布を含む概念である。当該「略ガウス分布」は、代表的に、レーザ発振機のカタログや仕様書等の記載において、ガウス分布仕様となっているレーザ発振機や、Ｍ２値が１．５以下となっているレーザ発振機から照射されるレーザの強度分布に相当する。）の第１のビームＬ１ａを出力（投光）する第１のビーム出力部１（第１の投光部）と、入射される第１のビームＬ１ａを回折させて出射する光学素子２と、光学素子２から出射される回折後の第１のビームＬ１ｂを被照射物（機能素子）９上に導いて照射する第１の照射光学系３とから構成されている。尚、本実施の形態における被照射物９の一形態である機能素子とは、プリント基板や半導体デバイスなどのように、各種機能を有した素子のことをいう。 [Embodiment 1]
<Overall configuration>
The structure of the beam irradiation apparatus 10 which concerns on Embodiment 1 of this invention is demonstrated with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment has an approximately Gaussian distribution (in an strict sense, not necessarily an ideal Gaussian distribution, but an intensity distribution somewhat similar to an ideal Gaussian distribution described later). The “substantially Gaussian distribution” is typically a laser oscillator having a Gaussian distribution specification or an M2 value of 1.5 or less in descriptions of catalogs and specifications of laser oscillators. A first beam output unit 1 (first projecting unit) that outputs (projects) the first beam L1a of An optical element 2 that diffracts and emits the incident first beam L1a, and a first beam L1b that is diffracted and emitted from the optical element 2 is guided and irradiated onto the irradiated object (functional element) 9. 1 irradiation optical system 3 and It is. In addition, the functional element which is one form of the to-be-irradiated object 9 in this Embodiment means the element which has various functions like a printed circuit board or a semiconductor device.

より具体的には、第１のビーム出力部１は、ガウス分布（シングルモード）のレーザ出力を基本とする（製品仕様とする）炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザなどのレーザ発振器であって、適宜に、このレーザ発振器から出力されるレーザビームのビーム径、発散収束角、光軸等を、光学素子２の仕様に合わせて補正可能な光学系を含む。第１のビーム出力部１は、レーザを光学素子２へと投光する。   More specifically, the first beam output unit 1 is a laser oscillator such as a carbon dioxide laser or a YAG laser based on a laser output of a Gaussian distribution (single mode) (product specification). An optical system that can correct the beam diameter, divergence convergence angle, optical axis, and the like of the laser beam output from the laser oscillator in accordance with the specifications of the optical element 2 is included. The first beam output unit 1 projects a laser onto the optical element 2.

本実施の形態に係る光学素子２は、第１のビーム出力部１の下流側に配置されて、第１のビーム出力部１から投光される略ガウス分布の第１のビームＬ１ａを、被照射物９上において、四角形状で均一強度分布（トップフラット）の第１のビームに変換する回折光学素子（ＤＯＥ）である。光学素子２の詳細については後述する。   The optical element 2 according to the present embodiment is disposed on the downstream side of the first beam output unit 1, and receives the first beam L1a having a substantially Gaussian distribution projected from the first beam output unit 1 as a target. It is a diffractive optical element (DOE) that converts to a first beam with a uniform intensity distribution (top flat) on the irradiation object 9. Details of the optical element 2 will be described later.

第１の照射光学系３は、光学素子２の下流側に配置されて、光学素子２から出射される第１のビームＬ１ｂの光軸を変更する。本実施の形態に係る第１の照射光学系３は、入射される第１のビームＬ１ｂを被照射物９に対して垂直な方向から照射するミラーである。   The first irradiation optical system 3 is disposed on the downstream side of the optical element 2 and changes the optical axis of the first beam L1b emitted from the optical element 2. The first irradiation optical system 3 according to the present embodiment is a mirror that irradiates an incident first beam L1b from a direction perpendicular to the irradiation object 9.

上記の構成により、第１のビーム出力部１から出力された略ガウス分布の第１のビームＬ１ａが、光学素子２によって、被照射物９上において断面が四角形状で略均一強度分布（トップフラット形状）となる、第１のビームＬ１ｂに変換される。そして、この第１のビームＬ１ｂが、ミラー（第１の照射光学系）３によって被照射物９に垂直方向から照射される。その結果、被照射物９上に、四角形状で均一強度分布（トップフラット型）の照射領域Ｓ１が形成され、この照射領域Ｓ１におけるビーム強度に応じて、被照射物９に穴あけ加工やアニール処理などのレーザ処理（ビーム処理）が施される。   With the above configuration, the first beam L1a having a substantially Gaussian distribution output from the first beam output unit 1 has a substantially uniform intensity distribution (top flat) with a quadrangular cross section on the irradiated object 9 by the optical element 2. Is converted into the first beam L1b. Then, the first beam L1b is irradiated to the irradiated object 9 from the vertical direction by the mirror (first irradiation optical system) 3. As a result, an irradiation area S1 having a rectangular shape and a uniform intensity distribution (top flat type) is formed on the irradiation object 9, and the object 9 is punched or annealed according to the beam intensity in the irradiation area S1. Etc. are subjected to laser processing (beam processing).

＜光学素子＞
次に、本実施の形態に係るビーム照射装置１０に用いられる光学素子（ＤＯＥ）２の設計方法について説明する。図２は本実施の形態に係る光学素子を示す斜視図と目標強度分布とを示した模式図である。図３（ａ）は本実施の形態に係る光学素子２を用いた場合の光線イメージと強度分布とを示す模式図であって、図３（ｂ）は従来の光学素子１０２を用いた場合の光線イメージと強度分布とを示す模式図である。図４、及び、図５は、それぞれ、本実施の形態に係る光学素子を設計する際の、像面位置における目標強度分布を示すコンター図、及び、断面強度プロファイル図である。 <Optical element>
Next, a design method of the optical element (DOE) 2 used in the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a schematic view showing a perspective view and a target intensity distribution showing the optical element according to the present embodiment. FIG. 3A is a schematic diagram showing a light beam image and an intensity distribution when the optical element 2 according to the present embodiment is used, and FIG. 3B shows a case where the conventional optical element 102 is used. It is a schematic diagram which shows a light image and intensity distribution. FIGS. 4 and 5 are a contour diagram and a cross-sectional intensity profile diagram showing the target intensity distribution at the image plane position when designing the optical element according to the present embodiment, respectively.

図２に示すように、この光学素子（ＤＯＥ）２の設計は、光学素子（ＤＯＥ）２への入射ビームの強度分布Ｌ１ｒｅｆと、像面９０における目標強度分布Ｓ１ｒｅｆと、に基づいて行われる。そして、非特許文献１に記載の反復フーリエ変換法（ＩＦＴＡ）に基づき、像面９０の位置で目標とする強度分布Ｓ１ｒｅｆが得られるように、入射面と像面９０の位置において強度・位相の値を少しずつ変化させながらフーリエ変換とフーリエ逆変換とを交互に繰り返し、これによって光学素子（ＤＯＥ）２の凹凸パターン（位相パターン）を最適化する。   As shown in FIG. 2, the optical element (DOE) 2 is designed based on the intensity distribution L1ref of the incident beam to the optical element (DOE) 2 and the target intensity distribution S1ref on the image plane 90. Then, based on the iterative Fourier transform method (IFTA) described in Non-Patent Document 1, the intensity and phase at the positions of the incident plane and the image plane 90 are obtained so that the target intensity distribution S1ref is obtained at the position of the image plane 90. While changing the value little by little, the Fourier transform and the inverse Fourier transform are alternately repeated, thereby optimizing the uneven pattern (phase pattern) of the optical element (DOE) 2.

ここで、本実施の形態に係る光学素子２の設計において、光学素子（ＤＯＥ）２への入射ビームの強度分布Ｌ１ｒｅｆは、理想的なガウス分布（厳密な意味で、第１のビームＬ１ａの強度分布とは異なる。）とし、光学素子（ＤＯＥ）２と像面９０との間の距離は、ビーム照射装置１０における光学素子（ＤＯＥ）２〜被照射物９までの光路長ｌと等しい距離に設定している。なお、「像面」９０とは、光学素子（ＤＯＥ）２の設計において目標強度分布を与える面（位置）のことを言い、本実施の形態においては、設置誤差がない限り、光学素子（ＤＯＥ）２に対する被照射物９の相対位置は、光学素子（ＤＯＥ）２に対する像面９０の位置と一致する。   Here, in the design of the optical element 2 according to the present embodiment, the intensity distribution L1ref of the incident beam to the optical element (DOE) 2 is an ideal Gaussian distribution (in the strict sense, the intensity of the first beam L1a). The distance between the optical element (DOE) 2 and the image plane 90 is equal to the optical path length l from the optical element (DOE) 2 to the irradiated object 9 in the beam irradiation apparatus 10. It is set. The “image plane” 90 is a plane (position) that gives a target intensity distribution in the design of the optical element (DOE) 2. In the present embodiment, the optical element (DOE) is provided as long as there is no installation error. The relative position of the irradiated object 9 with respect to 2) coincides with the position of the image plane 90 with respect to the optical element (DOE) 2.

また、本実施の形態に係る光学素子２の設計において、像面９０における目標強度分布Ｓ１ｒｅｆは、図３（ａ）に示すように、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａと傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂとを有する台形状の断面強度プロファイルとなるようにしている。より具体的には、図４に示すように、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａ（図４のコンター図において実線で囲まれた領域）の平均強度Ｉａｖｅに対して半値（Ｉａｖｅ／２）となる領域（図４のコンター図において点線上の領域）の幅（ｘ方向：ＳＬｘｂ、ｙ方向：ＳＬｙｂ）が、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａの幅（ｘ方向：ＳＬｘａ、ｙ方向：ＳＬｙａ）の１．５倍となるように、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを設定し、光学素子（ＤＯＥ）２を設計している。   In the design of the optical element 2 according to the present embodiment, the target intensity distribution S1ref on the image plane 90 is a table having a flat portion S1ref-a and an inclined portion S1ref-b as shown in FIG. A cross-sectional strength profile of the shape is obtained. More specifically, as shown in FIG. 4, a region (FIG. 4) having a half value (Iave / 2) with respect to the average intensity Iave of the flat portion S1ref-a (region surrounded by a solid line in the contour diagram of FIG. 4). 4 (region on the dotted line in the contour diagram) (x direction: SLxb, y direction: SLyb) is 1.5 times the width of the flat portion S1ref-a (x direction: SLxa, y direction: SLya). As described above, the inclined portion S1ref-b is set, and the optical element (DOE) 2 is designed.

次に、上記のように設計された光学素子（ＤＯＥ）２の作用について説明する。前述したように、図３は、本実施の形態の光学素子（ＤＯＥ）２に理想的なガウス分布のビーム（強度分布Ｌ１ｒｅｆ）を入射させた場合の、光線イメージと像面９０位置での強度分布とを、従来の回折光学素子１０２を用いた場合と比較して示す模式図である。詳しくは、図３（ａ）は本実施の形態に係る光学素子を用いた場合の光線イメージと強度分布とを示す模式図であり、図３（ｂ）は従来の光学素子を用いた場合の光線イメージと強度分布とを示す模式図である。   Next, the operation of the optical element (DOE) 2 designed as described above will be described. As described above, FIG. 3 shows the light image and the intensity at the position of the image plane 90 when an ideal Gaussian distribution beam (intensity distribution L1ref) is incident on the optical element (DOE) 2 of the present embodiment. It is a schematic diagram which shows distribution compared with the case where the conventional diffractive optical element 102 is used. Specifically, FIG. 3A is a schematic diagram showing a light image and intensity distribution when the optical element according to the present embodiment is used, and FIG. 3B is a case where a conventional optical element is used. It is a schematic diagram which shows a light image and intensity distribution.

なお、本実施の形態の光学素子（ＤＯＥ）２は、上記のように、像面９０の位置における目標強度分布Ｓ１ｒｅｆが、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａと傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂとを有する台形状の断面強度プロファイルとなるように光学設計されており（図３（ａ））、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを設けている点に特徴がある。以下では、前記特徴を踏まえ、本実施の形態の光学素子（ＤＯＥ）２を側壁傾斜型ＤＯＥ２と呼ぶことにする。また、これと対比して、像面９０位置での目標断面強度プロファイルＳ１００ｒｅｆが、急峻な側壁部Ｓ１００ｒｅｆ−ｂを有する矩形形状となるように設計された、従来の回折光学素子１０２（図３（ｂ））を矩形型ＤＯＥ１０２と呼ぶことにする。   As described above, the optical element (DOE) 2 of the present embodiment has a trapezoidal cross section in which the target intensity distribution S1ref at the position of the image plane 90 has the flat portion S1ref-a and the inclined portion S1ref-b. It is optically designed so as to have an intensity profile (FIG. 3A), and is characterized in that an inclined portion S1ref-b is provided. In the following, based on the above characteristics, the optical element (DOE) 2 of the present embodiment will be referred to as a sidewall inclined type DOE 2. In contrast to this, the conventional diffractive optical element 102 (FIG. 3 (FIG. 3)) is designed so that the target cross-sectional intensity profile S100ref at the position of the image plane 90 has a rectangular shape having a steep side wall S100ref-b. b)) will be referred to as a rectangular DOE 102.

図３（ａ）を参照して、本実施の形態の側壁傾斜型ＤＯＥ２は、ガウス分布の入射ビーム（強度分布Ｌ１ｒｅｆ）を、その中央部では発散させ、外周部では収束させるように回折させている。これによって、本実施の形態に係る側壁傾斜型ＤＯＥ２は、像面９０の位置でトップフラット（フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａ）の強度プロファイルを形成しており、この点では、図３（ｂ）に示す従来の矩形型ＤＯＥ１０２と共通している。しかし、本実施の形態の側壁傾斜型ＤＯＥ２では、従来の矩形型ＤＯＥ１０２よりも、入射ビーム（強度分布Ｌ１ｒｅｆ（ガウス分布））の外周部の収束度合いを小さくしており、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを有する台形状の断面強度プロファイル（出力プロファイル）が得られるように設計されている。   Referring to FIG. 3A, the sidewall inclined type DOE 2 of the present embodiment diffracts an incident beam (intensity distribution L1ref) having a Gaussian distribution so that it diverges at the center and converges at the outer periphery. Yes. As a result, the inclined sidewall DOE 2 according to the present embodiment forms a top flat (flat portion S1ref-a) intensity profile at the position of the image plane 90. In this respect, as shown in FIG. This is common with the conventional rectangular DOE 102. However, in the sidewall inclined type DOE 2 of the present embodiment, the degree of convergence of the outer peripheral portion of the incident beam (intensity distribution L1ref (Gaussian distribution)) is smaller than that of the conventional rectangular type DOE 102, and the inclined portion S1ref-b is reduced. The trapezoidal cross-sectional strength profile (output profile) is designed.

このように設計された、本実施の形態の側壁傾斜型ＤＯＥ２の効果は、これに入射するビームの強度分布が理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離している場合に顕著にあらわれる。すなわち、従来の矩形型ＤＯＥ１０２では、入射ビームが理想ガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離していると（設計からずれていると）、高周波の乖離成分(ノイズ成分)の影響を強く受けて出力プロファイルが大きく乱れるのに対して、本実施の形態の側壁傾斜型ＤＯＥ２では、入射ビームの高周波ノイズ成分(理想ガウスからの乖離成分)の影響を受けにくい。すなわち、本実施の形態に係る側壁傾斜型ＤＯＥ２からの出射ビームは、理想ガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離したプロファイルのビームが入射された場合であっても、出力プロファイルの変動が小さく、均一な強度分布を形成することができる。   The effect of the sidewall inclined type DOE 2 of the present embodiment designed as described above is conspicuous when the intensity distribution of the beam incident thereon deviates from the ideal Gaussian distribution L1ref. That is, in the conventional rectangular DOE 102, when the incident beam deviates from the ideal Gaussian distribution L1ref (deviates from the design), the output profile is greatly disturbed by being strongly influenced by the high-frequency deviation component (noise component). On the other hand, in the side wall inclined DOE 2 of the present embodiment, it is difficult to be affected by the high frequency noise component (deviation component from the ideal Gauss) of the incident beam. That is, the output beam from the sidewall inclined type DOE 2 according to the present embodiment has a uniform intensity distribution with a small variation in output profile even when a beam having a profile deviating from the ideal Gaussian distribution L1ref is incident. Can be formed.

上記のように、従来の矩形型ＤＯＥ１０２において、理想ガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離したビームが入射された場合に出力プロファイルが大きく乱れるのは、矩形型ＤＯＥ１０２が、像面９０位置でのプロファイルが急峻な側壁部Ｓ１００ｒｅｆ−ｂを有する矩形形状となるように設計されていることに因る。つまり、矩形形状の出力プロファイルを形成するためには、この矩形形状をフーリエ変換するとイメージできるように、入射ビームの空間周波数成分を広帯域で扱わなければならず（広い帯域の成分を合成しなければならず）、その結果、入射ビームが理想ガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離していると（設計条件からずれていると）、特に高周波の乖離成分(ノイズ成分)の影響を強く受けて、出力プロファイルが大きく乱れるのである。   As described above, in the conventional rectangular DOE 102, when a beam deviating from the ideal Gaussian distribution L1ref is incident, the output profile is greatly disturbed. This is because the rectangular shape having the part S100ref-b is designed. In other words, in order to form a rectangular output profile, the spatial frequency component of the incident beam must be handled in a wide band so that the rectangular shape can be imaged by Fourier transform (a wide band component must be synthesized). As a result, if the incident beam deviates from the ideal Gaussian distribution L1ref (if it deviates from the design conditions), the output profile is greatly affected by the high frequency deviation component (noise component) in particular. It is disturbed.

これに対して、本実施の形態の側壁傾斜型ＤＯＥ２では、像面９０位置でのプロファイルが傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを有する台形状の断面強度プロファイルとなるように設計されており、この台形形状をフーリエ変換するとイメージできるように、扱う空間周波数成分の帯域が、矩形型ＤＯＥ１０２に比べて狭くなっている（空間周波数成分の帯域が低周波数帯域に限定されている）。つまり、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを設けることにより、側壁傾斜型ＤＯＥ２の扱う帯域が、入射ビームの空間周波数成分の中の低周波数帯域に制限されるので、入射ビームの高周波ノイズ成分(ガウスからの乖離成分)の影響を受けにくく、理想ガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離したプロファイルのビームが入射された場合においても、出力プロファイルの変動が小さく、均一な強度分布を得ることができる。   On the other hand, in the sidewall inclined type DOE 2 of the present embodiment, the profile at the image plane 90 position is designed to be a trapezoidal cross-sectional intensity profile having the inclined portion S1ref-b. The spatial frequency component band handled is narrower than the rectangular DOE 102 so that it can be imaged by Fourier transform (the spatial frequency component band is limited to the low frequency band). That is, by providing the inclined portion S1ref-b, the band handled by the side wall inclined DOE 2 is limited to a low frequency band in the spatial frequency component of the incident beam, so that the high frequency noise component (divergence from Gaussian) of the incident beam is reduced. Even when a beam having a profile deviating from the ideal Gaussian distribution L1ref is incident, the fluctuation of the output profile is small and a uniform intensity distribution can be obtained.

換言すれば、台形形状を有するプロファイルをフーリエ変換すると、矩形形状を有するプロファイルをフーリエ変換した場合と比べて、周波数帯域が狭くなり、低周波成分のみに限定することができる。つまり、台形形状を有するプロファイルは、低周波成分のみを合成して作成することができる。台形形状の断面強度プロファイルＳ１ｒｅｆが得られるように設計された本実施の形態に係る側壁傾斜型ＤＯＥ２は、入射ビームの強度プロファイルをフーリエ変換して得られる周波数帯域のうち、低周波成分のみを利用して台形形状を有する断面強度プロファイルＳ１ｒｅｆを作成している。   In other words, if a profile having a trapezoidal shape is subjected to Fourier transform, the frequency band becomes narrower than that obtained by performing a Fourier transform on a profile having a rectangular shape, and can be limited to only low frequency components. That is, a profile having a trapezoidal shape can be created by synthesizing only low frequency components. The sidewall inclined DOE 2 according to the present embodiment designed to obtain a trapezoidal cross-sectional intensity profile S1ref uses only the low frequency component of the frequency band obtained by Fourier transforming the intensity profile of the incident beam. Thus, a cross-sectional strength profile S1ref having a trapezoidal shape is created.

また、上述したように、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを設けることによって、扱う空間周波数帯域を制限しているから、側壁傾斜型ＤＯＥ２〜被照射物９までの光路長が、設計（側壁傾斜型ＤＯＥ２〜像面９０までの距離ｌ）からずれている場合においても、その影響が低周波の成分に限定され、均一性の劣化度合いが少なくて済む。   Further, as described above, since the spatial frequency band to be handled is limited by providing the inclined portion S1ref-b, the optical path length from the side wall inclined type DOE2 to the irradiated object 9 is designed (sidewall inclined type DOE2). Even in the case of deviation from the distance l) to the image plane 90, the influence is limited to the low-frequency component, and the degree of uniformity deterioration can be reduced.

次に、側壁傾斜型ＤＯＥ２を適用した、ビーム照射装置１０の効果について説明する。図６は、本実施の形態に係る光学素子２を用いた場合の被照射物９上の照射強度の測定結果を示すグラフであって、図７は、従来の光学素子１０２を用いた場合の被照射物９上の照射強度の測定結果を示すグラフである。より詳しくは、図６は本実施の形態に係る側壁傾斜型ＤＯＥ２を使用した場合のビーム照射装置１０における被照射物９上の照射強度（フラット部Ｓ１−ａと傾斜部Ｓ１−ｂとからなる領域Ｓ１の照射強度分布）を測定した結果（被照射物９の位置にビームプロファイラを設置して照射強度を測定した結果）を示すグラフであって、図７は従来の矩形型ＤＯＥ１０２を使用した場合のビーム照射装置１０における被照射物９上の照射強度（フラット部Ｓ１００−ａと急峻な側壁部Ｓ１００−ｂとからなる領域Ｓ１００の照射強度分布）を測定した結果を示すグラフである。   Next, the effect of the beam irradiation apparatus 10 to which the sidewall inclined type DOE 2 is applied will be described. FIG. 6 is a graph showing the measurement result of the irradiation intensity on the object 9 when the optical element 2 according to the present embodiment is used, and FIG. 7 shows the case where the conventional optical element 102 is used. It is a graph which shows the measurement result of the irradiation intensity on the to-be-irradiated object. More specifically, FIG. 6 includes irradiation intensity (flat portion S1-a and inclined portion S1-b) on the irradiation object 9 in the beam irradiation apparatus 10 when the sidewall inclined type DOE 2 according to the present embodiment is used. FIG. 7 is a graph showing a result of measuring the irradiation intensity distribution in the region S1 (result of measuring the irradiation intensity by installing a beam profiler at the position of the object 9), and FIG. 7 uses a conventional rectangular DOE 102. It is a graph which shows the result of having measured the irradiation intensity | strength (irradiation intensity distribution of area | region S100 which consists of flat part S100-a and steep side wall part S100-b) in the to-be-irradiated object 9 in the beam irradiation apparatus 10 in the case.

図６に係る測定では、第１のビーム出力部１に市販の炭酸ガスレーザ発振器を用い、この第１のビーム出力部１からは、製品仕様として、波長：１０．６μｍ、ビーム径：Φ２０ｍｍ（１／ｅ2径）、ビーム品質：Ｋ＞０．９（Ｍ２＜１．１１）、の第１のビームＬ１ａが出力される。また、側壁傾斜型ＤＯＥ２には、側壁傾斜型ＤＯＥ２から６００ｍｍ離れた位置の像面９０において、目標強度分布Ｓ１ｒｅｆが図４に示す形状となるように光学設計されたものを用いる。 In the measurement according to FIG. 6, a commercially available carbon dioxide laser oscillator is used for the first beam output unit 1, and the first beam output unit 1 has a wavelength of 10.6 μm and a beam diameter: Φ20 mm (1) as product specifications. / E 2 diameter) and beam quality: K> 0.9 (M2 <1.11), the first beam L1a is output. Further, the side wall inclined type DOE 2 is optically designed so that the target intensity distribution S1ref has the shape shown in FIG. 4 on the image plane 90 at a position 600 mm away from the side wall inclined type DOE 2.

なお、この目標強度分布Ｓ１ｒｅｆにおいて、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａ（図４のコンター図において実線で囲まれた領域）の幅は、ｘ方向：ＳＬｘａ＝８．５ｍｍ、ｙ方向：ＳＬｙａ＝４ｍｍとし、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａの平均強度Ｉａｖｅに対して半値（Ｉａｖｅ／２）となる領域（図４のコンター図において点線上の領域）の幅は、ｘ方向：ＳＬｘｂ＝１２．７５ｍｍ、ｙ方向：ＳＬｙｂ＝６ｍｍとした。被照射物９（ビームプロファイラ）は、側壁傾斜型ＤＯＥ２〜被照射物９（ビームプロファイラ）までの光路長が、ｌ＝６００ｍｍなる位置（像面９０と同じ位置）に配置した。   In this target intensity distribution S1ref, the width of the flat portion S1ref-a (the region surrounded by the solid line in the contour diagram of FIG. 4) is x direction: SLxa = 8.5 mm, and y direction: SLya = 4 mm. The width of a region (region on the dotted line in the contour diagram of FIG. 4) that is a half value (Iave / 2) with respect to the average intensity Iave of the part S1ref-a is x direction: SLxb = 12.75 mm, y direction: SLyb = It was 6 mm. The irradiated object 9 (beam profiler) was disposed at a position where the optical path length from the side wall inclined DOE 2 to the irradiated object 9 (beam profiler) is 1 = 600 mm (the same position as the image plane 90).

換言すれば、本実施の形態に係るビーム照射装置１０および後述するビーム照射装置２０，３０，４０は、図１に示すように、後述するマスク４等を配置しない状態で測定された、前記第１のビームＬ１ｃの前記被照射物９上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部Ｓ１−ａの平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部Ｓ１−ａの領域の幅の１．５倍以上に構成されている。そして、前記マスク４等を配置しない状態で測定された、前記第１のビームＬ１ｃの前記被照射物９上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部Ｓ１−ａの平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部Ｓ１−ａの領域の幅の１．６５倍以下に構成されている。   In other words, the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment and the beam irradiation apparatuses 20, 30, and 40 to be described later are measured with the mask 4 and the like to be described later disposed as shown in FIG. In the cross-sectional intensity profile of the one beam L1c on the object 9 to be irradiated, the width of the region that is half the average intensity of the flat portion S1-a is 1 of the width of the region of the flat portion S1-a. .5 or more times. And in the cross-sectional intensity profile on the said to-be-irradiated object 9 of the said 1st beam L1c measured in the state which does not arrange | position the said mask 4 grade | etc., It becomes the intensity | strength of the half value of the average intensity of the said flat part S1-a. The width of the region is configured to be not more than 1.65 times the width of the region of the flat portion S1-a.

また、図７は、ビーム照射装置１０において、側壁傾斜型ＤＯＥ２に換えて、従来の矩形型ＤＯＥ１０２を用いた場合の測定結果を示すものであって、その他の条件は図６に係るものと同一である。   FIG. 7 shows measurement results when the conventional rectangular DOE 102 is used in the beam irradiation apparatus 10 instead of the side wall inclined DOE 2. The other conditions are the same as those in FIG. It is.

図６と図７とを比較して、側壁傾斜型ＤＯＥ２を用いた本実施形態のビーム照射装置１０（図６）では、従来の矩形型ＤＯＥ１０２を用いた場合（図７）に比べて、出力プロファイル（フラット部Ｓ１−ａ）の均一性が大幅に改善されていることを確認できる。定量的な評価結果としては、本実施形態の光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）を用いた場合のフラット部Ｓ１−ａの均一性はＰＶ：２８％で、従来の回折光学素子（矩形型ＤＯＥ）１０２を用いた場合のフラット部Ｓ１００−ａの均一性はＰＶ：１１４％であった。   6 and 7, the beam irradiation apparatus 10 (FIG. 6) of the present embodiment using the side wall inclined type DOE 2 outputs more than the case of using the conventional rectangular type DOE 102 (FIG. 7). It can be confirmed that the uniformity of the profile (flat portion S1-a) is greatly improved. As a quantitative evaluation result, the uniformity of the flat portion S1-a in the case of using the optical element of the present embodiment (side wall inclined type DOE2) is PV: 28%, which is a conventional diffractive optical element (rectangular DOE). When 102 was used, the uniformity of the flat portion S100-a was PV: 114%.

ここで、ＰＶ値は、以下のようにして算出している。まず、前記フラット部Ｓ１−ａ（図６のコンター図において一点鎖線で囲まれた領域：ＳＬｘａ＝８．５ｍｍ、ＳＬｙａ＝４ｍｍ）における強度を微小面積単位で全面に渡って測定し、前記フラット部Ｓ１−ａにおける平均強度を算出する。また、前記フラット部Ｓ１−ａの内部で測定した各強度の中から最大値と最小値（最大強度と最小強度）とを抽出する。そして、前記平均強度と最大強度と最小強度とから、ＰＶ＝（最大強度−最小強度）／（平均強度）を算出する。   Here, the PV value is calculated as follows. First, the intensity in the flat part S1-a (area surrounded by a one-dot chain line in the contour diagram of FIG. 6: SLxa = 8.5 mm, SLya = 4 mm) is measured over the entire surface in a minute area unit, and the flat part The average intensity at S1-a is calculated. Further, a maximum value and a minimum value (maximum intensity and minimum intensity) are extracted from each intensity measured inside the flat portion S1-a. Then, PV = (maximum intensity−minimum intensity) / (average intensity) is calculated from the average intensity, maximum intensity, and minimum intensity.

なお、従来の矩形型ＤＯＥ１０２を用いた場合に出力プロファイル（図７）が大きく乱れているのは、第１のビーム出力部１（市販のレーザ発振器）から出力される第１のビームＬ１ａ（ビーム品質：Ｋ＞０．９（Ｍ２＜１．１１））が、いくらガウス分布（シングルモード）の仕様といえども、光学素子（ＤＯＥ）１０２への入射ビームとして見ると、理想的なガウス分布からの乖離が十分に大きなものであることを意味している。   Note that when the conventional rectangular DOE 102 is used, the output profile (FIG. 7) is greatly disturbed because the first beam L1a (beam) output from the first beam output unit 1 (commercially available laser oscillator). Quality: K> 0.9 (M2 <1.11)), however much Gaussian distribution (single mode) specifications, from the ideal Gaussian distribution when viewed as an incident beam to the optical element (DOE) 102 This means that the gap is sufficiently large.

次に、本実施形態のビーム照射装置１０において、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）〜被照射物９までの光路長を、設計値（光学素子（ＤＯＥ）２〜像面９０までの距離ｌ）からずらした場合の、被照射物９上での照射強度分布の変化について説明する。   Next, in the beam irradiation apparatus 10 of the present embodiment, the optical path length from the optical element (side wall inclined DOE 2) to the irradiation object 9 is set as the design value (the distance l from the optical element (DOE) 2 to the image plane 90). A change in the irradiation intensity distribution on the irradiation object 9 when shifted from the above will be described.

図８は本実施の形態に係るビーム照射装置１０において、被照射物９の位置を設計値ｌ（＝６００ｍｍ：像面位置）から±Δｌ（＝±５ｍｍ）だけ変化させた場合のビーム照射装置１０を示す模式図である。図９は、側壁傾斜型ＤＯＥ２〜被照射物９までの光路長を設計値ｌ（＝６００ｍｍ：像面位置）から±Δｌ（＝±５ｍｍ）だけ変化させた場合のｘ方向およびｙ方向の断面強度プロファイルの変化を示す測定結果である。図９中の３本の線は、光路長：ｌ―Δｌ（５９５ｍｍ）、l（６００ｍｍ）、ｌ＋Δｌ（６０５ｍｍ）の各々に対応する。   FIG. 8 shows the beam irradiation apparatus 10 when the position of the irradiation object 9 is changed by ± Δl (= ± 5 mm) from the design value l (= 600 mm: image plane position) in the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment. FIG. FIG. 9 is a cross section in the x and y directions when the optical path length from the side wall inclined DOE 2 to the irradiated object 9 is changed by ± Δl (= ± 5 mm) from the design value l (= 600 mm: image plane position). It is a measurement result which shows the change of an intensity profile. The three lines in FIG. 9 correspond to each of the optical path lengths: l−Δl (595 mm), l (600 mm), and l + Δl (605 mm).

図９から、本実施の形態のビーム照射装置１０においては、±５ｍｍ程度の光路長の変化（被照射物９の設置位置の誤差）があっても、被照射物９上での断面照射強度のプロファイル、及び、その均一性がほとんど変化しないことが確認できる。例えば、図９中の枠で囲んだ部分を参照して、光路長：ｌ―Δｌ（５９５ｍｍ）、l（６００ｍｍ）、ｌ＋Δｌ（６０５ｍｍ）の各線の分布とも、該枠の範囲内に収まっている。   From FIG. 9, in the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment, even if there is a change in optical path length of about ± 5 mm (an error in the installation position of the irradiation object 9), the cross-sectional irradiation intensity on the irradiation object 9 It can be confirmed that the profile and its uniformity are almost unchanged. For example, referring to the portion surrounded by the frame in FIG. 9, the distribution of the optical path lengths: l−Δl (595 mm), l (600 mm), and l + Δl (605 mm) is within the range of the frame. .

以上のように、本実施形態に係るビーム照射装置１０では、ガウス分布のビームを入射させた場合の、出力ビームの像面位置での強度分布（断面強度プロファイル）が、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａと傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂとを有する台形状となるように光学設計された側壁傾斜型ＤＯＥ２を用いているので、第１のビーム出力部１（レーザ発振器）から出力されるレーザビームＬ１ａが理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離している場合においても、被照射物９に対して均一な強度分布でビーム照射を行うことができる。また、側壁傾斜型ＤＯＥ２〜被照射物９までの光路長が、設計（側壁傾斜型ＤＯＥ２〜像面９０までの距離ｌ）からずれている場合においても、均一性の劣化度合いが少なくて済む。すなわち、被照射物９に対して、広いマージンを持ちながら、均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができる。そして、このことによって、穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を被照射物（機能素子）９に対して、均一に行うことができる。   As described above, in the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment, the intensity distribution (cross-sectional intensity profile) at the image plane position of the output beam when a Gaussian distribution beam is incident is the flat portion S1ref-a. Since the side wall inclined DOE 2 optically designed to have a trapezoidal shape having the inclined portion S1ref-b is used, the laser beam L1a output from the first beam output portion 1 (laser oscillator) is ideal. Even when it deviates from the Gaussian distribution L1ref, it is possible to irradiate the irradiated object 9 with a beam with a uniform intensity distribution. Further, even when the optical path length from the side wall inclined DOE 2 to the irradiated object 9 is deviated from the design (distance 1 from the side wall inclined DOE 2 to the image plane 90), the degree of deterioration of uniformity is small. That is, highly uniform beam irradiation (beam processing) can be performed on the object 9 with a wide margin. As a result, beam processing such as drilling and annealing can be performed uniformly on the object (functional element) 9 to be irradiated.

本実施の形態１に係るビーム照射装置１０では、これに適用する光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）の目標強度分布Ｓ１ｒｅｆにおいて、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａの平均強度Ｉａｖｅに対して半値（Ｉａｖｅ／２）となる領域の幅（半値幅、ｘ方向：ＳＬｘｂ＝１２．７５ｍｍ、ｙ方向：ＳＬｙｂ＝６ｍｍ）が、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａの幅（フラット領域幅、ｘ方向：ＳＬｘａ＝８．５ｍｍ、ｙ方向：ＳＬｙａ＝４ｍｍ）に対して１．５倍となるように、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを設定していた。以下、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａの平均強度Ｉａｖｅに対して半値（Ｉａｖｅ／２）となる領域の幅（半値幅）と、フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａの幅（フラット領域幅）と、の比を傾斜度という。   In the beam irradiation apparatus 10 according to the first embodiment, in the target intensity distribution S1ref of the optical element (side wall inclined DOE2) applied thereto, the half value (Iave / 2) with respect to the average intensity Iave of the flat portion S1ref-a. The width of the region (half width, x direction: SLxb = 12.75 mm, y direction: SLyb = 6 mm) is the width of the flat portion S1ref-a (flat region width, x direction: SLxa = 8.5 mm, y direction) : SLya = 4 mm), the inclined portion S1ref-b was set to be 1.5 times. Hereinafter, the ratio of the width (half width) of the region having a half value (Iave / 2) to the average intensity Iave of the flat portion S1ref-a and the width (flat region width) of the flat portion S1ref-a is expressed as a slope. That's it.

このような傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂの設定（傾斜度＝１．５の設定）は、被照射物９上のフラット部Ｓ１−ａにおける、均一性とパワーの利用率との双方を考慮した好適な設定であるが、ビーム照射装置１０への要求仕様によっては、所定の範囲内で前記傾斜度を変更することも可能である。なお、パワーの利用率は、（フラット部における総照射強度）／［（フラット部における総照射強度）＋（傾斜部における総照射強度）］で定義される。   Such setting of the inclined portion S1ref-b (setting of the inclination = 1.5) is suitable considering both uniformity and power utilization in the flat portion S1-a on the irradiation object 9. Although it is a setting, depending on the required specifications for the beam irradiation apparatus 10, the inclination can be changed within a predetermined range. The power utilization rate is defined as (total irradiation intensity in the flat portion) / [(total irradiation intensity in the flat portion) + (total irradiation intensity in the inclined portion)].

以下では、上記傾斜度の許容範囲について説明する。図１０は、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）の目標強度分布Ｓ１ｒｅｆの傾斜度（半値幅／フラット領域幅）を種々変化させたときの、被照射物９上のフラット部Ｓ１−ａにおける均一性およびパワーの利用率を示すグラフである。光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）の傾斜度以外の条件は、図６と同一である。なお、図１０の縦軸は、従来の回折光学素子（矩形型ＤＯＥ）１０２を用いた場合（傾斜度＝１．１８）の値で規格化して表している。   Below, the tolerance | permissible_range of the said inclination degree is demonstrated. FIG. 10 shows the uniformity in the flat portion S1-a on the irradiated object 9 when the inclination (half width / flat area width) of the target intensity distribution S1ref of the optical element (side wall inclined type DOE2) is variously changed. It is a graph which shows the utilization factor of power. Conditions other than the inclination of the optical element (side wall inclined DOE2) are the same as those in FIG. In addition, the vertical axis | shaft of FIG. 10 is normalized and represented by the value when the conventional diffractive optical element (rectangular DOE) 102 is used (gradient = 1.18).

図１０を参照して分かるように、傾斜度（半値幅／フラット領域幅）を増加させると、これに伴ってフラット部Ｓ１−ａのＰＶ値が減少（均一性が向上）しており、このことは、傾斜度の増加により光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）の扱う空間周波数帯域が狭くなり、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）が、入射ビームの高周波ノイズ成分(ガウスからの乖離成分)の影響を受けにくくなることに対応している。一方、傾斜度の増加は、その形状変化から類推できるように、フラット部Ｓ１−ａにおけるパワーの利用率を低下させる（傾斜部Ｓ１−ｂでのロスを増加させる）ことになり、傾斜度は、図１０に示すように、フラット部Ｓ１−ａにおける均一性とパワーの利用率のトレードオフ関係を考慮して設定する必要がある。   As can be seen with reference to FIG. 10, when the slope (half width / flat region width) is increased, the PV value of the flat portion S1-a is reduced (improves uniformity). This is because the spatial frequency band handled by the optical element (sidewall inclined type DOE2) is narrowed due to the increase in the inclination, and the optical element (sidewall inclined type DOE2) is affected by the high frequency noise component (deviation component from Gauss) of the incident beam. It corresponds to becoming difficult to receive. On the other hand, the increase in the inclination degree reduces the power utilization rate in the flat portion S1-a (increases the loss in the inclination portion S1-b) so that it can be inferred from the shape change. As shown in FIG. 10, it is necessary to set in consideration of the trade-off relationship between uniformity and power utilization in the flat portion S1-a.

図１０に示すように、傾斜度の増加に伴うＰＶ値の減少度合い（均一性の向上度合い）は傾斜度が１．５以上になると飽和してくるが、一方で、パワーの利用率は傾斜度の増加に伴って単調に減少している。このことから、傾斜度は１．５以上で、なるべく小さい値に設定することが好ましい。傾斜度の上限については、従来の回折光学素子（矩形型ＤＯＥ）１０２のパワー利用率の１／２となるときの傾斜度＝１．６５程度が適切である。   As shown in FIG. 10, the degree of decrease in PV value (the degree of improvement in uniformity) with increasing inclination becomes saturated when the inclination becomes 1.5 or more, while the power utilization rate is inclined As the degree increases, it decreases monotonously. For this reason, it is preferable to set the inclination to 1.5 or more and as small a value as possible. As the upper limit of the inclination, an inclination of about 1.65 when the power utilization factor of the conventional diffractive optical element (rectangular DOE) 102 is ½ is appropriate.

以上のことから、ビーム照射装置１０の光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）における、目標強度分布の傾斜度の許容範囲は、１．５〜１．６５となり、このような設定を行うことにより、被照射物に対して、広いマージンを持ちながら、均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができるといった効果を、パワー利用率の低下を招くことなく実現することができる。   From the above, the allowable range of the inclination of the target intensity distribution in the optical element (side wall inclined type DOE 2) of the beam irradiation apparatus 10 is 1.5 to 1.65. An effect that a highly uniform beam irradiation (beam processing) can be performed on the irradiated object while having a wide margin can be realized without causing a reduction in power utilization rate.

すなわち、本実施の形態に係るビーム照射装置１０および後述するビーム照射装置２０，３０，４０は、図１に示すように、後述するマスク４等を配置しない状態で測定された、前記第１のビームＬ１ｃの前記被照射物９上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部Ｓ１−ａの平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部Ｓ１−ａの領域の幅の１．５倍以上に構成されている。そして、前記マスク４等を配置しない状態で測定された、前記第１のビームＬ１ｃの前記被照射物９上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部Ｓ１−ａの平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部Ｓ１−ａの領域の幅の１．６５倍以下に構成されている。この構成によって、被照射物に対して、広いマージンを持ちながら、均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができるといった効果を、パワー利用率の低下を招くことなく実現することができる。   That is, as shown in FIG. 1, the beam irradiation apparatus 10 according to the present embodiment and the beam irradiation apparatuses 20, 30, and 40 to be described later are measured in a state in which the mask 4 and the like to be described later are not disposed. In the cross-sectional intensity profile of the beam L1c on the object 9 to be irradiated, the width of the region that is half the average intensity of the flat portion S1-a is 1.5 of the width of the region of the flat portion S1-a. Constructed more than twice. And in the cross-sectional intensity profile on the said to-be-irradiated object 9 of the said 1st beam L1c measured in the state which does not arrange | position the said mask 4 grade | etc., It becomes the intensity | strength of the half value of the average intensity of the said flat part S1-a. The width of the region is configured to be not more than 1.65 times the width of the region of the flat portion S1-a. With this configuration, it is possible to achieve an effect that a highly uniform beam irradiation (beam processing) can be performed on an object to be irradiated with a wide margin without causing a reduction in power utilization rate. .

［実施の形態２］
実施の形態２に係るビーム照射装置２０の構成を、図１１を参照して説明する。図１１は本実施の形態に係るビーム照射装置２０の全体構成を示す模式図である。図１２は本実施の形態に係る被照射物９近傍を示した拡大側面図である。本実施形態に係るビーム照射装置２０では、実施の形態１に係るビーム照射装置１０のミラー３（第１の照射光学系）に替えて、斜方照射ミラー３ｂを第１の照射光学系として用いている。本実施の形態においても、光学素子には、実施の形態１に用いた回折光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）を用いるものとし、この構成により、側壁傾斜型ＤＯＥ２から出射される第１のビームＬ１ｂが、斜方照射ミラー３ｂによって光軸を変えられ、第１のビームＬ１ｃとして、被照射物９に対して斜め方向（垂直方向からずれた方向、たとえば４５度方向）から照射され、照射領域Ｓ２が形成される。 [Embodiment 2]
The structure of the beam irradiation apparatus 20 which concerns on Embodiment 2 is demonstrated with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing the overall configuration of the beam irradiation apparatus 20 according to the present embodiment. FIG. 12 is an enlarged side view showing the vicinity of the irradiated object 9 according to the present embodiment. In the beam irradiation apparatus 20 according to the present embodiment, an oblique irradiation mirror 3b is used as the first irradiation optical system instead of the mirror 3 (first irradiation optical system) of the beam irradiation apparatus 10 according to the first embodiment. ing. Also in the present embodiment, the diffractive optical element (side wall tilted DOE 2) used in Embodiment 1 is used as the optical element. With this configuration, the first beam L1b emitted from the side wall tilted DOE 2 is used. However, the optical axis is changed by the oblique irradiation mirror 3b, and the irradiated object 9 is irradiated from an oblique direction (a direction deviated from the vertical direction, for example, a 45 degree direction) as the first beam L1c. Is formed.

ビーム照射装置２０の側壁傾斜型ＤＯＥ２は、実施の形態１（図２〜図６）と同様に、入射ビーム強度分布（ガウス分布）Ｌ１ｒｅｆおよび目標強度分布Ｓ１ｒｅｆ（フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａと傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂとを有する台形状）に基づいて設計されるものであり、この目標強度分布Ｓ１ｒｅｆを与える像面位置としては、照射領域Ｓ２の中心を通り、かつ、第１のビームＬ１ｃに垂直な仮想面９１ａ（図１２参照）が想定されている。つまり、当該側壁傾斜型ＤＯＥ２の設計における、側壁傾斜型ＤＯＥ２と像面９０との間の距離は、本実施の形態に係るビーム照射装置２０における側壁傾斜型ＤＯＥ２から仮想面９１ａまでの光路長ｌと等しい距離に設定されている。ビーム照射装置２０のその他の構成は実施の形態１のビーム照射装置１０と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。   As in the first embodiment (FIGS. 2 to 6), the sidewall inclined type DOE 2 of the beam irradiation apparatus 20 has an incident beam intensity distribution (Gaussian distribution) L1ref and a target intensity distribution S1ref (flat portion S1ref-a and inclined portion S1ref). The image plane position that provides this target intensity distribution S1ref is a virtual that passes through the center of the irradiation region S2 and is perpendicular to the first beam L1c. A surface 91a (see FIG. 12) is assumed. In other words, in the design of the sidewall inclined type DOE 2, the distance between the sidewall inclined type DOE 2 and the image plane 90 is the optical path length l from the sidewall inclined type DOE 2 to the virtual surface 91a in the beam irradiation apparatus 20 according to the present embodiment. Is set equal to the distance. Since the other configuration of beam irradiation apparatus 20 is the same as that of beam irradiation apparatus 10 of the first embodiment, description thereof will not be repeated here.

上記の構成により、本実施の形態のビーム照射装置２０においては、仮想面９１ａにおける照射強度分布が図６に示す実施の形態１の照射領域Ｓ１の強度分布と同様のものとなり、この強度分布が斜め方向（例えば、４５度方向）に投影されて、照射領域Ｓ２が形成される。この照射領域Ｓ２の強度分布は、図１２に示すように、ｙ方向の幅：ＳＬｙａ（たとえば、４ｍｍとする。）の第１のビームＬ１ｃが垂直方向から４５度傾いた方向から被照射物９に照射される場合、仮想面９１ｂ（光路長：ｌ−ＳＬｙａ／２）、９１ａ（光路長：ｌ）、９１ｃ（光路長：ｌ＋ＳＬｙａ／２）の各強度分布が複合されたものとなる。すなわち、被照射物における強度分布は、±２ｍｍの光路長変化に対する強度分布変化が反映されたものとなる。   With the above configuration, in the beam irradiation apparatus 20 of the present embodiment, the irradiation intensity distribution on the virtual plane 91a is the same as the intensity distribution of the irradiation region S1 of the first embodiment shown in FIG. An irradiation area S2 is formed by projecting in an oblique direction (for example, a 45 degree direction). As shown in FIG. 12, the intensity distribution of the irradiation region S2 is such that the first beam L1c having a width in the y direction: SLya (for example, 4 mm) is inclined by 45 degrees from the vertical direction. , The intensity distributions of the virtual plane 91b (optical path length: l-SLya / 2), 91a (optical path length: l), 91c (optical path length: l + SLya / 2) are combined. That is, the intensity distribution in the irradiated object reflects the intensity distribution change with respect to the optical path length change of ± 2 mm.

ここで、このビーム照射装置２０に用いた側壁傾斜型ＤＯＥ２は、実施の形態１と同様のもの（像面位置での目標強度分布の形状を、傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂを有する台形状としたもの）であるため、実施の形態１における図８、図９に示したように、±５ｍｍ程度の光路長の変化があっても、照射強度のプロファイルはほとんど変化しない。したがって、照射領域Ｓ２上の強度分布は、仮想面９１ａにおける照射強度分布、すなわち図６に示す強度分布と同様のものにすることができる。   Here, the sidewall inclined type DOE 2 used in the beam irradiation apparatus 20 is the same as that in the first embodiment (the shape of the target intensity distribution at the image plane position is a trapezoid having the inclined portion S1ref-b. Therefore, as shown in FIGS. 8 and 9 in the first embodiment, the profile of the irradiation intensity hardly changes even if the optical path length changes by about ± 5 mm. Therefore, the intensity distribution on the irradiation region S2 can be the same as the irradiation intensity distribution on the virtual plane 91a, that is, the intensity distribution shown in FIG.

以上のように、本実施の形態に係るビーム照射装置２０では、被照射物９に対して斜め方向から第１のビームＬ１ｃを照射する場合においても、斜め照射の影響をほとんど受けずに、実施の形態１と同様に広マージンで均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができる。その結果、本実施の形態に係るビーム照射装置２０は、穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を被照射物に対して均一に行うことができる。   As described above, in the beam irradiation apparatus 20 according to the present embodiment, even when the first beam L1c is irradiated to the irradiation object 9 from the oblique direction, the irradiation is hardly affected by the oblique irradiation. As in the first embodiment, it is possible to perform beam irradiation (beam processing) with a wide margin and high uniformity. As a result, the beam irradiation apparatus 20 according to the present embodiment can uniformly perform beam processing such as drilling and annealing on an object to be irradiated.

さらに、第１のビームＬ１ｃを斜めから照射できることにより、本実施の形態に係るビーム照射装置２０に別の構成要素を付加する場合においても、当該構成要素の設置の自由度を大きくできる。   Furthermore, since the first beam L1c can be irradiated obliquely, even when another component is added to the beam irradiation apparatus 20 according to the present embodiment, the degree of freedom of installation of the component can be increased.

［実施の形態３］
本発明の第３の実施の形態に係るビーム照射装置３０の構成を図１３を参照して説明する。図１３は本実施の形態に係るビーム照射装置３０の全体構成を示す模式図である。図１４は、本実施の形態における、被照射物上の照射強度分布を示すグラフである。本実施の形態に係るビーム照射装置３０は、実施の形態１に係るビーム照射装置１０の構成に加えて、新たに、アパーチャー（マスキング部）４を付加したものである。本実施の形態に係るビーム照射装置３０のその他の構成は、実施の形態１のビーム照射装置１０と同様であるので説明を省略する。 [Embodiment 3]
A configuration of a beam irradiation apparatus 30 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic diagram showing the overall configuration of the beam irradiation apparatus 30 according to the present embodiment. FIG. 14 is a graph showing the irradiation intensity distribution on the irradiated object in the present embodiment. In addition to the configuration of the beam irradiation apparatus 10 according to the first embodiment, the beam irradiation apparatus 30 according to the present embodiment newly includes an aperture (masking unit) 4. The other configuration of the beam irradiation apparatus 30 according to the present embodiment is the same as that of the beam irradiation apparatus 10 according to the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

ビーム照射装置３０は、実施の形態１のビーム照射装置１０と同様に、第１のビーム出力部１から出力された略ガウス分布の第１のビームＬ１ａが、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）により、被照射物９上において四角形状で均一強度分布（トップフラット）となる第１のビームＬ１ｂに変換される。第１のビームＬ１ｂは、更に、ミラー（第１の照射光学系）３によって被照射物９に対して垂直な方向に向けられる（第１のビームＬ１ｃ）。そして、この第１のビームＬ１ｃが、アパーチャー（マスキング部）４の開口部４ａを通って被照射物９に照射され、照射領域Ｓ３が形成される。なお、照射領域Ｓ３の強度分布は、仮に、アパーチャー（マスキング部）４が設けられていないものとすると、図６に示した、ビーム照射装置１０の照射領域Ｓ１と同じく、フラット部Ｓ１−ａと傾斜部Ｓ１−ｂとを有する台形状の断面強度プロファイルとなる。   Similar to the beam irradiation apparatus 10 of the first embodiment, the beam irradiation apparatus 30 is configured so that the first beam L1a having a substantially Gaussian distribution output from the first beam output unit 1 is transmitted by an optical element (side wall inclined DOE2). Then, it is converted into a first beam L1b that is rectangular and has a uniform intensity distribution (top flat) on the object 9 to be irradiated. The first beam L1b is further directed in a direction perpendicular to the object 9 by the mirror (first irradiation optical system) 3 (first beam L1c). The first beam L1c is irradiated to the irradiation object 9 through the opening 4a of the aperture (masking part) 4 to form an irradiation region S3. Assuming that the intensity distribution of the irradiation region S3 is not provided with the aperture (masking portion) 4, the flat portion S1-a is similar to the irradiation region S1 of the beam irradiation apparatus 10 shown in FIG. A trapezoidal cross-sectional strength profile having the inclined portion S1-b is obtained.

ここで、本実施の形態のビーム照射装置３０では、アパーチャー（マスキング部）４の開口部４ａを、フラット部Ｓ１−ａ（ｘ方向幅：ＳＬｘａ、ｙ方向幅：ＳＬｙａ）の大きさ（形状）と同じか、または、それに含まれる大きさとしている。これによって、上記台形状の断面強度プロファイルのうち傾斜部Ｓ１−ｂの部分に相当するビーム（第１のビームＬ１ｃの外周部）が遮蔽（遮断）され、フラット部Ｓ１−ａの部分に相当するビームのみが透過する。その結果、照射領域Ｓ３の強度分布を、図１４に示すように、フラット部Ｓ１−ａの強度分布のみを反映したものとすることができる。   Here, in the beam irradiation apparatus 30 according to the present embodiment, the opening 4a of the aperture (masking part) 4 has a size (shape) of the flat part S1-a (x-direction width: SLxa, y-direction width: SLya). It is the same as or included in the size. Accordingly, the beam corresponding to the inclined portion S1-b portion (the outer peripheral portion of the first beam L1c) in the trapezoidal cross-sectional intensity profile is shielded (blocked), and corresponds to the flat portion S1-a portion. Only the beam is transmitted. As a result, as shown in FIG. 14, the intensity distribution of the irradiation region S3 can reflect only the intensity distribution of the flat portion S1-a.

したがって、本実施の形態に係るビーム照射装置３０では、実施の形態１のビーム照射装置１０よりも、さらに均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができる。その結果、穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を、被照射物に対して一層均一に行うことができる。   Therefore, the beam irradiation apparatus 30 according to the present embodiment can perform beam irradiation (beam processing) with higher uniformity than the beam irradiation apparatus 10 according to the first embodiment. As a result, beam processing such as drilling and annealing can be performed more uniformly on the irradiated object.

なお、上記のアパーチャー（マスキング部）４の構成は、第１のビームＬ１ｃの強度に応じて、適宜に、アパーチャー４を直接水冷等により冷却する構成や、開口部４ａの周囲を反射面として、開口部４ａ周囲によって反射されたビームを図示しないダンパーにて減衰させるような構成とするようにしてもよい。   Note that the configuration of the aperture (masking portion) 4 described above is a configuration in which the aperture 4 is directly cooled by water cooling or the like as appropriate according to the intensity of the first beam L1c, or the periphery of the opening 4a as a reflective surface. The beam reflected from the periphery of the opening 4a may be attenuated by a damper (not shown).

［実施の形態４］
本発明の第４の実施形態に係るビーム照射装置４０の構成を、図１５を参照して説明する。図１５は本実施の形態に係るビーム照射装置４０の全体構成を示す模式図である。図１６は本実施の形態において、照射領域Ｓ４における第１のビームＬ１ｃの照射強度分布を示すグラフである。 [Embodiment 4]
The structure of the beam irradiation apparatus 40 which concerns on the 4th Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. FIG. 15 is a schematic diagram showing the overall configuration of the beam irradiation apparatus 40 according to the present embodiment. FIG. 16 is a graph showing the irradiation intensity distribution of the first beam L1c in the irradiation region S4 in the present embodiment.

本実施の形態に係るビーム照射装置４０は、実施の形態２に係るビーム照射装置２０(図１１)の構成に加えて、新たにマスキング部５０を付加したものである。マスキング部５０は、前記第１のビームＬ１ｃとは別の第２ビームＬ２を投光する出力部と、第２のビームＬ２を被照射物９上へと導いて照射する第２の照射光学系として機能する。詳しくは、マスキング部５０は、第２のビームＬ２を投光する第２のビーム出力部５と、第２のビームＬ２の光路を変更して被照射物上へと導くミラー（第２の照射光学系）６と、アパーチャー（マスク）７とから構成されている。ビーム照射装置４０のその他の構成は、実施の形態２のビーム照射装置２０と同様であるので説明を省略する。   The beam irradiation apparatus 40 according to the present embodiment is obtained by newly adding a masking unit 50 to the configuration of the beam irradiation apparatus 20 (FIG. 11) according to the second embodiment. The masking unit 50 outputs an output unit that projects a second beam L2 different from the first beam L1c, and a second irradiation optical system that guides and irradiates the second beam L2 onto the irradiation object 9. Function as. Specifically, the masking unit 50 includes a second beam output unit 5 that projects the second beam L2, and a mirror (second irradiation) that changes the optical path of the second beam L2 and guides it onto the irradiation object. An optical system) 6 and an aperture (mask) 7 are included. Since the other structure of the beam irradiation apparatus 40 is the same as that of the beam irradiation apparatus 20 of Embodiment 2, description is abbreviate | omitted.

このビーム照射装置４０では、実施の形態２のビーム照射装置２０と同様に、被照射物９に対して斜め方向（例えば４５度方向）から第１のビームＬ１ｃが照射される（照射領域Ｓ２）。また、これと同時に、マスキング部５０から投光される第２ビームＬ２も被照射物９上に照射される（照射領域Ｓ４）。そして、被照射物９上の照射領域Ｓ２と照射領域Ｓ４とが重複した領域において、穴あけ加工やアニール処理などのレーザ処理（ビーム処理）が施される。   In this beam irradiation apparatus 40, as in the beam irradiation apparatus 20 of the second embodiment, the first beam L1c is irradiated to the irradiation object 9 from an oblique direction (for example, 45 degrees direction) (irradiation region S2). . At the same time, the second beam L2 projected from the masking unit 50 is also irradiated onto the irradiation object 9 (irradiation region S4). Then, laser processing (beam processing) such as drilling or annealing is performed in a region where the irradiation region S2 and the irradiation region S4 on the irradiation object 9 overlap.

上記の照射領域Ｓ２は、第１のビーム出力部１から投光されて側壁傾斜型ＤＯＥ２とミラー（第１の照射光学系）３ｂとを介して導かれる第１のビームＬ１ｃが斜め方向から被照射物へと照射されて形成されるものである。当該照射位置における強度分布の形状は、ビーム照射装置２０（第２の実施形態）と同様に、図６に示すような、フラット部Ｓ１−ａと傾斜部Ｓ１−ｂとを有する台形状の断面強度プロファイルとなる。   In the irradiation region S2, the first beam L1c projected from the first beam output unit 1 and guided through the side wall inclined DOE 2 and the mirror (first irradiation optical system) 3b is irradiated from an oblique direction. It is formed by irradiating the irradiated object. The shape of the intensity distribution at the irradiation position is a trapezoidal cross section having a flat portion S1-a and an inclined portion S1-b as shown in FIG. 6, as in the beam irradiation apparatus 20 (second embodiment). It becomes an intensity profile.

一方、照射領域Ｓ４は、第２のビーム出力部５から投光されてミラー６を介して導かれるビームのうちのマスク７の開口部７ａを通過した第２のビームＬ２が照射される領域である。ここで、マスク７の開口部７ａは、照射領域Ｓ４が、照射領域Ｓ２の強度分布におけるフラット部Ｓ１−ａ（ｘ方向幅：ＳＬｘａ、ｙ方向幅：ＳＬｙａ）に相当する部分と同じか、またはそれに含まれるような大きさ（形状）に形成されている。   On the other hand, the irradiation region S4 is a region irradiated with the second beam L2 that has passed through the opening 7a of the mask 7 out of the beams projected from the second beam output unit 5 and guided through the mirror 6. is there. Here, in the opening 7a of the mask 7, the irradiation region S4 is the same as the portion corresponding to the flat portion S1-a (x-direction width: SLxa, y-direction width: SLya) in the intensity distribution of the irradiation region S2, or It is formed in a size (shape) to be included in it.

上記の構成により、被照射物９上で、照射領域Ｓ２と照射領域Ｓ４とが重複する領域（すなわち、照射領域Ｓ４）は、第１のビームＬ１ｃのうち、断面強度プロファイルにおけるフラット部Ｓ１−ａ（ｘ方向幅：ＳＬｘａ、ｙ方向幅：ＳＬｙａ）に相当する領域内であって、かつ、第２のビームＬ２が照射された領域となる。   With the above configuration, the region where the irradiation region S2 and the irradiation region S4 overlap on the irradiation object 9 (that is, the irradiation region S4) is a flat portion S1-a in the cross-sectional intensity profile of the first beam L1c. This is a region corresponding to (x-direction width: SLxa, y-direction width: SLya) and irradiated with the second beam L2.

本実施の形態においては、被照射物９に対する穴あけ加工やアニール処理などの所望のレーザ処理（ビーム処理）が第１のビームＬ１ｃと第２のビームＬ２との双方の寄与によって始めて行われるように、第１のビーム出力部１と第２のビーム出力部５から出射される各々のビームの強度が、被照射物９の物性（被処理特性）に応じて調整されている。すなわち、本実施の形態に係るビーム照射装置４０は、第１のビームＬ１ｃと第２のビームＬ２との、双方のビームの寄与によって、被照射物９の処理（穴あけ加工やアニール処理）の閾値を越えるように構成されている。   In the present embodiment, desired laser processing (beam processing) such as drilling processing or annealing processing on the irradiation object 9 is performed for the first time by the contribution of both the first beam L1c and the second beam L2. The intensity of each beam emitted from the first beam output unit 1 and the second beam output unit 5 is adjusted according to the physical properties (processed characteristics) of the irradiation object 9. That is, the beam irradiation apparatus 40 according to the present embodiment has a threshold for processing (drilling or annealing) of the irradiated object 9 due to the contribution of both the first beam L1c and the second beam L2. It is configured to exceed.

また、第２のビームＬ２の寄与によって行われるレーザ処理（ビーム処理）が、第１のビームＬ１ｃによってアシストされるように、第１のビーム出力部１と第２のビーム出力部５から出射される各々のビームの強度を、被照射物９の物性（被処理特性）に応じて調整する構成であってもよい。   Further, laser processing (beam processing) performed by the contribution of the second beam L2 is emitted from the first beam output unit 1 and the second beam output unit 5 so as to be assisted by the first beam L1c. The configuration may be such that the intensity of each beam is adjusted in accordance with the physical properties (processing characteristics) of the irradiated object 9.

つまり、図１６に示すように、マスキング部５０は、第１のビームＬ１ｃの強度分布の中のフラット部Ｓ１−ａに相当する部分（照射領域Ｓ４と重複する部分）のみの寄与により被照射物９に対するビーム処理が施されるように、第１のビームＬ１ｃの断面強度プロファイルにおける傾斜部Ｓ１−ｂに相当する部分を実効的にマスキングする機能を果たすべく、構成されている。   That is, as shown in FIG. 16, the masking unit 50 is irradiated by the contribution of only the portion corresponding to the flat portion S1-a (the portion overlapping the irradiation region S4) in the intensity distribution of the first beam L1c. 9 is configured to perform a function of effectively masking a portion corresponding to the inclined portion S1-b in the cross-sectional intensity profile of the first beam L1c.

＜適用例＞
より詳細には、本実施の形態に係るビーム照射装置の適用例として、例えば、以下のような形態があげられる。たとえば、第１の具体例として、第１のビームＬ１ｃが炭酸ガスレーザ、第２のビームＬ２が、均一強度分布のＹＡＧレーザであって、双方のビーム照射による温度上昇によって被照射物９（例えば、鉄材やアルミ材などの金属）がその加工閾値温度を超えて、被照射物９への穴あけ加工がなされる形態があげられる。 <Application example>
More specifically, examples of application of the beam irradiation apparatus according to the present embodiment include the following forms. For example, as a first specific example, the first beam L1c is a carbon dioxide gas laser, the second beam L2 is a YAG laser having a uniform intensity distribution, and the object 9 (for example, A form in which a drilling process is performed on the irradiated object 9 when a metal such as an iron material or an aluminum material exceeds the processing threshold temperature.

また、第２の具体例として、第２ビームＬ２がエキシマレーザやＹＡＧレーザ（２次高調波、３次高調波）などのシリコン膜に吸収されるレーザであり、第１のビームＬ１ｃが絶縁膜に吸収される炭酸ガスレーザであって、ＳｉＯ2、ＳｉＮやＳｉＯＮなどの絶縁膜上に形成されたアモルファスシリコン膜（被照射物９）にアニール処理を施すことによって、該アモルファスシリコン膜を結晶化させるような形態があげられる。すなわち、第２のビームＬ２（エキシマレーザやＹＡＧレーザ（２次高調波、３次高調波））の照射によりアモルファスシリコン膜をアニール処理して結晶化させるに際して、第１のビームＬ１ｃ（炭酸ガスレーザ）が下層の絶縁膜を加熱することにより結晶成長の過程での徐冷効果を与え、これによって大きな結晶を作製しようとする場合があげられる。なお、この場合には、マスキング部５０を構成するマスク７として、特許第３２０４９８６号公報（特許文献２）に記載されているような微細スリットからなるマスク（ＳＬＳ用のマスク）を用いて、上記結晶成長を横方向の成長とすることも可能である。 As a second specific example, the second beam L2 is a laser absorbed by a silicon film such as an excimer laser or a YAG laser (second harmonic, third harmonic), and the first beam L1c is an insulating film. a absorbed carbon dioxide laser to by annealed to SiO 2, SiN or amorphous silicon film formed on an insulating film such as a SiON (irradiated object 9) to crystallize the said amorphous silicon film Such a form is mention | raise | lifted. That is, when the amorphous silicon film is annealed and crystallized by irradiation with the second beam L2 (excimer laser or YAG laser (second harmonic, third harmonic)), the first beam L1c (carbon dioxide laser) However, there is a case where a lower crystal is heated to give a slow cooling effect in the process of crystal growth, thereby producing a large crystal. In this case, the mask 7 constituting the masking section 50 is a mask (SLS mask) made of fine slits as described in Japanese Patent No. 3204986 (Patent Document 2). Crystal growth can also be lateral growth.

本実施の形態に係るビーム照射装置４０では、上記の構成により、照射領域Ｓ２における台形状の断面強度プロファイルのうち、フラット部Ｓ１−ａに相当する強度分布（照射領域Ｓ４と重複する部分の強度分布）のみを反映したレーザ処理を行うことができ、したがって、第２の実施形態のビーム照射装置２０よりも、さらに均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができる。その結果、穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を被照射物に対して一層均一に行うことができる。   In the beam irradiation apparatus 40 according to the present embodiment, with the above configuration, the intensity distribution corresponding to the flat portion S1-a (the intensity of the portion overlapping with the irradiation region S4) in the trapezoidal cross-sectional intensity profile in the irradiation region S2. Laser processing reflecting only the (distribution) can be performed. Therefore, more uniform beam irradiation (beam processing) can be performed than the beam irradiation apparatus 20 of the second embodiment. As a result, beam processing such as drilling and annealing can be performed more uniformly on the irradiated object.

また、第１のビームＬ１ｃの照射と併せて第２ビームＬ２の照射を行うことができるので、その相乗効果によって、一層、効率的に（高い処理速度で）高品質のビーム処理を行うことができる。   In addition, since the second beam L2 can be irradiated together with the irradiation of the first beam L1c, high-quality beam processing can be performed more efficiently (at a high processing speed) by the synergistic effect. it can.

なお、本実施の形態に係るビーム照射装置４０の構成において、第１のビームＬ１ｃの照射領域Ｓ２に含まれるように、マスキング部５０による第２のビームＬ２の照射領域Ｓ４を配置することができるのは、第２の実施形態で記載したように、第１のビームＬ１ｃを被照射物９に対して斜め方向から照射しても、この影響をほとんど受けずに均一性の高い照射強度分布が得られるように光学設計された側壁傾斜型ＤＯＥ２を用いていることに因るものである。すなわち、第１のビームＬ１ｃを被照射物９に対して斜めから照射できることにより、ビーム照射装置２０に別の構成要素であるマスキング部５０を付加した、本実施の形態に係るビーム照射装置４０において、マスキング部５０の設置の自由度を大きくできた（第２ビームＬ２の照射領域Ｓ４が、第１ビームＬ１ｃの照射領域Ｓ２に含まれるように、マスキング部５０を配置できた）ことに因るのである。   In the configuration of the beam irradiation apparatus 40 according to the present embodiment, the irradiation region S4 of the second beam L2 by the masking unit 50 can be arranged so as to be included in the irradiation region S2 of the first beam L1c. As described in the second embodiment, even if the first beam L1c is irradiated to the irradiation object 9 from an oblique direction, the irradiation intensity distribution with high uniformity is hardly affected by this. This is because the side wall inclined DOE 2 optically designed so as to be obtained is used. That is, in the beam irradiation apparatus 40 according to the present embodiment in which the first beam L1c can be irradiated to the irradiation object 9 from an oblique direction, a masking unit 50 as another component is added to the beam irradiation apparatus 20. This is because the degree of freedom of installation of the masking unit 50 can be increased (the masking unit 50 can be arranged so that the irradiation region S4 of the second beam L2 is included in the irradiation region S2 of the first beam L1c). It is.

以上のように、実施の形態１〜４にて説明したビーム照射装置１０、２０、３０、４０では、ガウス分布Ｌ１ｒｅｆのビームを入射させた場合の、出射ビームＬ１ｂの像面位置での強度分布（断面強度プロファイル）の形状が、水平のフラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａと前記フラット部Ｓ１ｒｅｆ−ａよりも傾きが大きい傾斜部Ｓ１ｒｅｆ−ｂとを有する台形状となるように光学設計された光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）を用いている。そのため、第１のビーム出力部（第１の投光部：レーザ発振器）１から出力されるレーザビームＬ１ａが理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離している場合においても、被照射物９に対して均一な強度分布でビーム照射を行うことができる。ここで、第１のビームＬ１ａは、ガウス分布のビームに限定するものではなく、図２に示したように、像面位置で目標とする強度分布を与えるように光学素子２を設計する際に用いたビームの強度分布に似通った強度分布を有するビームであればよいものとする。   As described above, in the beam irradiation apparatuses 10, 20, 30, and 40 described in the first to fourth embodiments, the intensity distribution at the image plane position of the outgoing beam L1b when the beam of the Gaussian distribution L1ref is incident. An optical element (side wall) optically designed so that the shape of (cross-sectional strength profile) is a trapezoid having a horizontal flat portion S1ref-a and an inclined portion S1ref-b having a larger inclination than the flat portion S1ref-a. An inclined DOE 2) is used. Therefore, even when the laser beam L1a output from the first beam output unit (first light projecting unit: laser oscillator) 1 deviates from the ideal Gaussian distribution L1ref, the irradiation object 9 is not affected. Beam irradiation can be performed with a uniform intensity distribution. Here, the first beam L1a is not limited to a Gaussian distribution beam, but when the optical element 2 is designed to give a target intensity distribution at the image plane position as shown in FIG. Any beam having an intensity distribution similar to the intensity distribution of the beam used may be used.

このような第１のビームＬ１ａの強度分布のことを、本明細書（および特許請求の範囲）では、理想的なガウス分布も含めた概念として「略ガウス分布」と呼んでおり、当該「略ガウス分布」は、代表的に、レーザ発振機のカタログや仕様書等の記載において、ガウス分布仕様となっているレーザ発振機や、Ｍ２値が１．５以下となっているレーザ発振機から照射されるレーザの強度分布に相当する。   In the present specification (and claims), the intensity distribution of the first beam L1a is referred to as “substantially Gaussian distribution” as a concept including an ideal Gaussian distribution. The “Gaussian distribution” is typically irradiated from a laser oscillator having a Gaussian distribution specification or a laser oscillator having an M2 value of 1.5 or less in the catalog or specifications of the laser oscillator. This corresponds to the intensity distribution of the laser.

また、上記の「第１のビーム出力部（第１の投光部：レーザ発振器）１から出力されるレーザビームＬ１ａが理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離している場合」には、レーザ発振機の出荷時の特性の他、経時変化や、パワー設定条件の変化等によりレーザ発振機の特性が変化し、光学素子の設計に用いた、理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離した強度分布となる場合も含まれている。   Further, in the above-described case “when the laser beam L1a output from the first beam output unit (first light projecting unit: laser oscillator) 1 deviates from the ideal Gaussian distribution L1ref”, the laser oscillator In addition to the characteristics at the time of shipment, the characteristics of the laser oscillator change due to changes over time, changes in power setting conditions, etc., resulting in an intensity distribution deviating from the ideal Gaussian distribution L1ref used in the design of the optical element Is also included.

また、実施の形態１〜４にて説明したビーム照射装置１０、２０、３０、４０では、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）から被照射物９までの光路長が、設計（光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）から像面９０までの距離ｌ）からずれている場合や、被照射物９に対して斜め方向から第１のビームＬ１ｃが照射される場合においても、均一性の劣化度合いが少なくて済む。   In the beam irradiation apparatuses 10, 20, 30, and 40 described in the first to fourth embodiments, the optical path length from the optical element (side wall inclined DOE 2) to the irradiation object 9 is designed (optical element (side wall inclination). Even when the distance from the mold DOE 2) to the image plane 90 is deviated, or when the first beam L1c is irradiated to the irradiated object 9 from an oblique direction, the degree of deterioration of uniformity is small. That's it.

尚、被照射物９上において傾斜部Ｓ１−ｂを有する台形状の断面強度プロファイルとなるようなビーム照射を行う場合には、当該傾斜部Ｓ１−ｂに相当する部分のビームによって、ビーム処理の精度が低下してしまうことも懸念される。そこで、上記のように実施の形態３，４においては、マスキング部４，５０（７）を設けることによって、上記台形状の断面強度プロファイルのうちのフラット部Ｓ１−ａの強度分布のみをビーム処理（穴あけ加工やアニール処理）に反映させるようにしている。   In addition, when performing beam irradiation which becomes the trapezoidal cross-sectional intensity profile which has inclination part S1-b on the to-be-irradiated object 9, beam processing of the part corresponding to the said inclination part S1-b is carried out. There is also concern that the accuracy will be reduced. Therefore, in the third and fourth embodiments as described above, by providing the masking portions 4 and 50 (7), only the intensity distribution of the flat portion S1-a in the trapezoidal cross-sectional intensity profile is subjected to beam processing. This is reflected in (drilling and annealing).

その結果として、第１のビームＬ１ａが理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離している場合や、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）から被照射物９までの光路長が、設計（光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）から像面９０までの距離ｌ）からずれている場合等、ビーム照射装置が設計条件から乖離した構成となっている場合において、傾斜部Ｓ１−ｂの影響によりビーム処理の精度を低下させることなく、均一性の高いビーム処理を行うことができる。   As a result, when the first beam L1a deviates from the ideal Gaussian distribution L1ref, or the optical path length from the optical element (side wall inclined type DOE2) to the irradiation object 9 is designed (optical element (side wall inclination). When the beam irradiation apparatus is configured to deviate from the design conditions, such as when the distance from the mold DOE 2) to the image plane 90 is deviated, the accuracy of the beam processing is reduced due to the influence of the inclined portion S1-b. Therefore, highly uniform beam processing can be performed.

なお、「ＳＥＩテクニカルレビュー」（非特許文献１）の図１６には、ＤＯＥ出力ビームの目標強度分布（断面強度プロファイル）を裾野の広がった形状とした例が記載されているが、これは複数のＤＯＥ（重畳式ＤＯＥホモジナイザ）から出力されるビームの各々を位置をずらして重畳させ、その結果としてトップフラット形状のビームを形成する場合に用いられるものであり、一つのＤＯＥによってトップフラット形状のビームを形成する場合に適用されるものではない。   Note that FIG. 16 of “SEI Technical Review” (Non-Patent Document 1) describes an example in which the target intensity distribution (cross-sectional intensity profile) of the DOE output beam has a shape with a broad base. The DOE (superposition type DOE homogenizer) is used to form a top flat beam as a result of superimposing the beams shifted from each other, resulting in a top flat shape. The present invention is not applied when forming a beam.

また、この非特許文献１において、各々のＤＯＥから出力されるビームの断面強度プロファイルを裾野の広がった形状としているのは、本願の図１７に示すように、略矩形形状のプロファイルのビームを重畳した場合に生じる各ビームの間の隙間を防止するためであって、加えて、断面強度プロファイルが重複部分でピークを持つことがないようにするためである。すなわち、上記の裾野の広がった形状の断面強度プロファイルを形成するＤＯＥは、第１のビームＬ１ａが理想的なガウス分布Ｌ１ｒｅｆから乖離している場合や、光学素子から被照射物までの光路長が設計からずれている場合等、ビーム照射装置が設計条件から乖離した構成となっている場合においても、均一性の高いビーム処理を行うように設計されたものではない。   Further, in this non-patent document 1, the cross-sectional intensity profile of the beam output from each DOE has a shape with an expanded base, as shown in FIG. 17 of the present application, a beam having a substantially rectangular profile is superimposed. This is to prevent gaps between the beams that occur in the case of the above, and to prevent the cross-sectional intensity profile from having a peak at the overlapping portion. That is, the DOE that forms the cross-sectional intensity profile having the shape with the expanded base has a case where the first beam L1a is deviated from the ideal Gaussian distribution L1ref, or the optical path length from the optical element to the irradiated object. Even when the beam irradiation apparatus is configured to deviate from the design conditions, such as when deviating from the design, it is not designed to perform beam processing with high uniformity.

上記したように、本発明の実施の形態に係るビーム照射装置１０，２０，３０，４０によれば、被照射物９に対して、広いマージンを持ちながら均一性の高いビーム照射（ビーム処理）を行うことができ、その結果、穴あけ加工やアニール処理などのビーム処理を被照射物に対して均一に行うことができる。   As described above, according to the beam irradiation apparatuses 10, 20, 30, and 40 according to the embodiments of the present invention, a highly uniform beam irradiation (beam processing) is performed on the object 9 with a wide margin. As a result, beam processing such as drilling and annealing can be performed uniformly on the irradiated object.

換言すれば、本実施の形態に係るビーム照射装置１０，２０，３０，４０を使用したビーム照射方法は、前記光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ）２を透過した第１のビームＬ１ｂのうち、前記台形状の断面強度プロファイルにおける前記フラット部Ｓ１−ａに相当する部分のみの寄与によって被照射物９に処理を施すステップを備えるものである。   In other words, the beam irradiation method using the beam irradiation apparatus 10, 20, 30, 40 according to the present embodiment includes the first beam L1b transmitted through the optical element (side wall inclined DOE) 2 as described above. A step of processing the irradiated object 9 by the contribution of only the portion corresponding to the flat portion S1-a in the trapezoidal cross-sectional strength profile is provided.

このような処理ステップには、除去加工処理、アニール処理、改質処理、焼成処理、成膜処理のうちの何れかの処理、または、前記各処理のいくつかを複合した処理がある。例えば、除去加工処理としては、穴あけ加工、ライン加工、パターニング加工等が挙げられる。   Such processing steps include any one of a removal processing process, an annealing process, a modification process, a baking process, and a film forming process, or a process in which some of the processes are combined. For example, examples of the removal processing include drilling, line processing, and patterning.

アニール処理としては、所謂、歪緩和や構造緩和の他、レーザ照射により非結晶材料を結晶化する処理や、半導体に注入された不純物をレーザ照射により拡散する処理等が挙げられる。   Examples of the annealing treatment include so-called strain relaxation and structural relaxation, treatment of crystallizing an amorphous material by laser irradiation, and treatment of diffusing impurities injected into the semiconductor by laser irradiation.

改質処理としては、レーザ照射による撥水処理等の表面処理や、レーザ照射により非結晶材料内にＨ原子等を拡散させ、ダングリングボンドをターミネートする内部処理等が挙げられる。焼成処理としては、溶液状やペースト状の材料にレーザ照射して、溶媒を揮発させたり結晶析出させたりする処理が挙げられる。   Examples of the modification treatment include surface treatment such as water repellency treatment by laser irradiation, and internal treatment by diffusing H atoms and the like in the amorphous material by laser irradiation to terminate dangling bonds. Examples of the baking treatment include a treatment in which a solution-like or paste-like material is irradiated with a laser to volatilize the solvent or cause crystals to precipitate.

また、成膜処理としては、レーザ照射により成膜用ガスを分解して被膜を形成するレーザＣＶＤ処理や、転写材にレーザ照射することにより転写材上に形成された材料を基板に転写成膜する処理等が挙げられる。   In addition, as a film forming process, a laser CVD process in which a film forming gas is decomposed by laser irradiation to form a film, or a material formed on a transfer material by transferring a transfer material by laser irradiation is transferred onto the substrate. And the like.

なお、上記の各処理は、適宜に処理パターンに応じたマスクを併用して任意のパターン状になされるものでも良い。   In addition, each said process may be made into arbitrary patterns using the mask according to a process pattern suitably.

そして、このような本実施の形態に係るビーム照射装置１０，２０，３０，４０を用いて作製される機能素子（被照射物９）は、均一な穴のあいたプリント基板や、均一なアニール処理を施された半導体デバイスをはじめ、上記の各処理が施された高品質、高信頼性の機能素子として有用である。   And the functional element (irradiation object 9) produced using such beam irradiation apparatus 10,20,30,40 concerning this Embodiment is a printed circuit board with a uniform hole, and a uniform annealing process. It is useful as a high-quality, high-reliability functional element subjected to each of the above-described processes, including a semiconductor device subjected to the above.

換言すれば、本実施の形態に係るビーム照射装置１０，２０，３０，４０を使用した機能素子（被照射物９）の製造方法は、前記光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ）２を透過した第１のビームＬ１ｂのうち、前記台形状の断面強度プロファイルにおける前記フラット部Ｓ１−ａに相当する部分のみの寄与によって前記機能素子（被照射物９）に処理を施すステップを備えるものである。   In other words, the manufacturing method of the functional element (irradiated object 9) using the beam irradiation apparatus 10, 20, 30, 40 according to the present embodiment is the first transmission through the optical element (side wall inclined DOE) 2. In the first beam L1b, the functional element (irradiated object 9) is processed by the contribution of only the portion corresponding to the flat portion S1-a in the trapezoidal cross-sectional intensity profile.

なお、上記の実施の形態１〜４においては、像面９０位置でのビーム形状が四角形状となるように設計された光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）を用いた場合について説明してきたが、前記ビーム形状は被照射物９に要求されるビーム処理に応じて長尺ライン状、円状、楕円状、菱形状など如何なる形状のものでもよい。但し、このビームを被照射物に対して相対的に走査して隙間なく１行の照射を行ったり、この１行の照射を繰り返したりする場合には、照射の過程で隙間が空いたり、照射痕の重複の仕方が変わったりしないように、四角形状や長尺ライン状であることが好ましい。   In the first to fourth embodiments, the case where the optical element (side wall inclined DOE 2) designed so that the beam shape at the position of the image plane 90 is a quadrangle has been described. The beam shape may be any shape such as a long line, a circle, an ellipse, or a rhombus depending on the beam processing required for the irradiation object 9. However, when this beam is scanned relative to the irradiation object to irradiate one line without a gap, or when this one-line irradiation is repeated, there is a gap in the irradiation process, or irradiation. In order not to change the way in which the marks overlap, the shape is preferably a quadrangular shape or a long line shape.

なお、円状のビームを形成する場合には、光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ２）は、回折光学素子に限らず非球面レンズとしてもよく、この場合にも、像面位置での目標強度分布の形状が、フラット部と傾斜部を有する台形状の断面強度プロファイルとなるように、非球面レンズが光学設計されればよい。   In the case of forming a circular beam, the optical element (side wall inclined DOE 2) is not limited to a diffractive optical element but may be an aspherical lens. In this case as well, the target intensity distribution at the image plane position is not limited. The aspherical lens may be optically designed so that the shape is a trapezoidal cross-sectional intensity profile having a flat portion and an inclined portion.

上記に示す変形例（実施の形態）は、その本質を変容させることなく、互いに組み合わせ可能であり、他の実施形態にも適用することができる。そして、前記開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内においてのすべての変更が含まれることが意図される。   The above-described modifications (embodiments) can be combined with each other without changing the essence, and can be applied to other embodiments. The disclosed embodiments should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本実施の形態に係るビーム照射装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the beam irradiation apparatus which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る光学素子を示す斜視図と目標強度分布とを示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the perspective view and target intensity distribution which show the optical element which concerns on this Embodiment. 光学素子を用いた場合の光線イメージおよび強度分布を、本実施の形態に係る光学素子と従来の光学素子とを比較して示す模式図である。It is a schematic diagram which compares the optical element which concerns on this Embodiment, and the conventional optical element with respect to the light beam image and intensity distribution at the time of using an optical element. 本実施の形態に係る光学素子を用いた場合の像面位置における目標強度分布を示すコンター図である。It is a contour figure which shows target intensity distribution in the image plane position at the time of using the optical element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る光学素子を用いた場合の像面位置における目標強度分布を示す断面強度プロファイルである。It is a cross-sectional intensity profile which shows the target intensity distribution in the image plane position at the time of using the optical element which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る光学素子を用いた場合の被照射物上の照射強度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the irradiation intensity on to-be-irradiated object at the time of using the optical element which concerns on this Embodiment. 従来の光学素子を用いた場合の被照射物上の照射強度の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the irradiation intensity on the to-be-irradiated object at the time of using the conventional optical element. 本実施の形態に係るビーム照射装置における被照射物の位置を設計値ｌから±Δｌだけ変化させた場合のビーム照射装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the beam irradiation apparatus when the position of the to-be-irradiated object in the beam irradiation apparatus which concerns on this Embodiment is changed only +/- DELTA l from the design value l. 光学素子から被照射物までの光路長を設計値ｌから±Δｌだけ変化させた場合のｘ方向およびｙ方向の断面強度プロファイルの変化を示す測定結果である。It is a measurement result which shows the change of the cross-sectional intensity profile of ax direction and ay direction when the optical path length from an optical element to a to-be-irradiated object is changed only +/- DELTA from design value l. 光学素子設計における目標強度分布の傾斜度を変化させたときの、被照射物上のフラット部における均一性およびパワーの利用率を示すグラフである。It is a graph which shows the uniformity and power utilization factor in the flat part on a to-be-irradiated object when changing the inclination of the target intensity distribution in optical element design. 本実施の形態２に係るビーム照射装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the beam irradiation apparatus which concerns on this Embodiment 2. FIG. 本実施の形態２に係る被照射物近傍を示した拡大側面図である。It is the enlarged side view which showed the to-be-irradiated object vicinity which concerns on this Embodiment 2. FIG. 本実施の形態３に係るビーム照射装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the beam irradiation apparatus which concerns on this Embodiment 3. 本実施の形態３における被照射物上の照射強度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the irradiation intensity distribution on the to-be-irradiated object in this Embodiment 3. FIG. 本実施の形態４に係るビーム照射装置の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the beam irradiation apparatus which concerns on this Embodiment 4. 本実施の形態４における被照射物上の照射強度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the irradiation intensity distribution on the to-be-irradiated object in this Embodiment 4. FIG. 複数の光学素子を並べて配置した場合の強度プロファイルの一例を示すイメージ図である。It is an image figure showing an example of an intensity profile at the time of arranging a plurality of optical elements side by side.

符号の説明Explanation of symbols

１ ビーム出力部、２ 光学素子（側壁傾斜型ＤＯＥ）、３ 第１の照射光学系（ミラー）、３ｂ 斜方照射ミラー、４ アパーチャー、４ａ 開口部、５ ビーム出力部、６ ミラー、７ マスク、７ａ 開口部、９ 被照射物、１０，２０，３０，４０ ビーム照射装置、５０ マスキング部、９０ 像面、Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ，Ｌ１ｃ ビーム、Ｓ１ｒｅｆ 像面位置における目標強度分布、Ｓ１ｒｅｆ−ａ 像面位置における目標強度分布のフラット部、Ｓ１ｒｅｆ−ｂ 像面位置における目標強度分布の傾斜部、Ｓ１−ａ 被照射物上の強度分布におけるフラット部、Ｓ１−ｂ 被照射物上の強度分布における傾斜部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Beam output part, 2 Optical element (side wall inclination type | mold DOE), 3 1st irradiation optical system (mirror), 3b Oblique irradiation mirror, 4 Aperture, 4a Opening part, 5 Beam output part, 6 Mirror, 7 Mask, 7a Aperture, 9 Object to be irradiated, 10, 20, 30, 40 Beam irradiation device, 50 Masking unit, 90 Image plane, L1a, L1b, L1c beam, S1ref Target intensity distribution at image plane position, S1ref-a Image plane position The flat part of the target intensity distribution in S1, ref-b, the slope part of the target intensity distribution at the image plane position, the flat part in the intensity distribution on the S1-a irradiated object, and the inclined part in the intensity distribution on the S1-b irradiated object.

Claims (18)

第１のビームを投光する第１の投光部と、
前記第１の投光部から投光された前記第１のビームが透過する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、前記第１のビームが入射された場合に、出射ビームの被照射物上での断面強度プロファイルがフラット部と前記フラット部よりも傾きの大きな傾斜部とを有するように光学設計されており、
前記光学素子を透過した第１のビームのうち、前記断面強度プロファイルにおける前記傾斜部に相当する部分を遮断するマスクと、
前記第１のビームを前記被照射物へと導いて照射する第１の照射光学系と、をさらに備える、ビーム照射装置。 A first light projecting unit that projects the first beam;
An optical element that transmits the first beam projected from the first light projecting unit,
The optical element is optically designed such that when the first beam is incident, the cross-sectional intensity profile of the emitted beam on the irradiated object has a flat portion and an inclined portion having a larger inclination than the flat portion. Has been
A mask that blocks a portion corresponding to the inclined portion in the cross-sectional intensity profile of the first beam transmitted through the optical element;
A beam irradiation apparatus, further comprising: a first irradiation optical system that guides and irradiates the first beam to the irradiation object. 第２のビームを投光する第２の投光部と、
前記第２のビームが、前記第１のビームの前記被照射物に対する照射範囲内の、前記断面強度プロファイルにおける前記フラット部に相当する部分と重複するように、前記第２のビームを被照射物へと導いて照射する第２の照射光学系と、をさらに備える、請求項１に記載のビーム照射装置。 A second light projecting unit that projects the second beam;
The second beam is irradiated on the object so that the second beam overlaps a portion corresponding to the flat part in the cross-sectional intensity profile within the irradiation range of the first beam on the object. The beam irradiation apparatus according to claim 1, further comprising: a second irradiation optical system that guides and irradiates the light. 前記マスクを配置しない状態で測定された、前記第１のビームの前記被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部の領域の幅の１．５倍以上である、請求項１または２に記載のビーム照射装置。   In the cross-sectional intensity profile on the irradiated object of the first beam, measured in a state where the mask is not disposed, the width of the region that is a half-value intensity of the average intensity of the flat part is The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the beam irradiation apparatus is 1.5 times or more the width of the region. 前記マスクを配置しない状態で測定された、前記第１のビームの前記被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部の領域の幅の１．６５倍以下である、請求項３に記載のビーム照射装置。   In the cross-sectional intensity profile on the irradiated object of the first beam, measured in a state where the mask is not disposed, the width of the region that is a half-value intensity of the average intensity of the flat part is The beam irradiation apparatus according to claim 3, wherein the beam irradiation apparatus is not more than 1.65 times the width of the region. 第１のビームを投光する第１の投光部と、
前記第１の投光部から投光された前記第１のビームが透過する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、前記第１のビームが入射された場合に、出射ビームの被照射物上での断面強度プロファイルがフラット部と前記フラット部よりも傾きの大きな傾斜部とを有するように光学設計されており、
前記第１のビームを前記被照射物へと導いて照射する第１の照射光学系と、
第２のビームを投光する第２の投光部と、
前記第２のビームが、前記第１のビームの前記被照射物に対する照射範囲内の、前記断面強度プロファイルにおける前記フラット部に相当する部分と重複するように、前記第２のビームを前記被照射物へと導いて照射する第２の照射光学系と、をさらに備える、ビーム照射装置。 A first light projecting unit that projects the first beam;
An optical element that transmits the first beam projected from the first light projecting unit,
The optical element is optically designed such that when the first beam is incident, the cross-sectional intensity profile of the emitted beam on the irradiated object has a flat portion and an inclined portion having a larger inclination than the flat portion. Has been
A first irradiation optical system for guiding and irradiating the first beam to the irradiation object;
A second light projecting unit that projects the second beam;
The second beam is irradiated with the second beam so that the second beam overlaps a portion corresponding to the flat portion in the cross-sectional intensity profile within an irradiation range of the first beam with respect to the irradiation object. A beam irradiation apparatus, further comprising: a second irradiation optical system that guides and irradiates the object. 前記第１のビームの前記被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部の領域の幅の１．５倍以上である、請求項５に記載のビーム照射装置。   In the cross-sectional intensity profile of the first beam on the object to be irradiated, the width of the region that is half the average intensity of the flat portion is 1.5 times or more the width of the flat portion region. The beam irradiation apparatus according to claim 5. 前記第１のビームの前記被照射物上での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部の領域の幅の１．６５倍以下である、請求項６に記載のビーム照射装置。   In the cross-sectional intensity profile of the first beam on the object to be irradiated, the width of the region that is half the average intensity of the flat portion is 1.65 times or less the width of the flat portion region. The beam irradiation apparatus according to claim 6. 前記第１のビームは、その断面強度プロファイルが略ガウス分布である、請求項１から７のいずれか１項に記載のビーム照射装置。   The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first beam has a substantially Gaussian distribution in cross-sectional intensity profile. 前記第１の投光部は、ガウス分布仕様、または、Ｍ２値が１．５以下の仕様、のレーザ発振器を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のビーム照射装置。   9. The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first light projecting unit includes a laser oscillator having a Gaussian distribution specification or a specification having an M2 value of 1.5 or less. 前記光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合に、出射ビームの像面位置での断面強度プロファイルが、フラット部と前記フラット部よりも傾きの大きな傾斜部とを有するように光学設計されている、請求項１から９のいずれか１項に記載のビーム照射装置。   The optical element has a cross-sectional intensity profile at the image plane position of the output beam having a flat part and an inclined part having a larger inclination than the flat part when a beam having a Gaussian cross-sectional intensity profile is incident. The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the beam irradiation apparatus is optically designed. 前記光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合における出射ビームの像面位置での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部の領域の幅の１．５倍以上となるように光学設計されている、請求項１０に記載のビーム照射装置。   In the cross-sectional intensity profile at the image plane position of the outgoing beam when a beam having a Gaussian cross-sectional intensity profile is incident, the optical element has a width of a region that is half the average intensity of the flat portion, The beam irradiation apparatus according to claim 10, wherein the beam irradiation apparatus is optically designed to be at least 1.5 times the width of the flat portion region. 前記光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合における出射ビームの像面位置での断面強度プロファイルにおいて、前記フラット部の平均強度の半値の強度となる領域の幅が、前記フラット部の領域の幅の１．６５倍以下となるように光学設計されている、請求項１１に記載のビーム照射装置。   In the cross-sectional intensity profile at the image plane position of the outgoing beam when a beam having a Gaussian cross-sectional intensity profile is incident, the optical element has a width of a region that is half the average intensity of the flat portion, The beam irradiation apparatus according to claim 11, wherein the beam irradiation apparatus is optically designed to be not more than 1.65 times the width of the region of the flat portion. 前記光学素子は、断面強度プロファイルがガウス分布のビームが入射された場合において、出射ビームの像面位置で、前記出射ビームに垂直な断面における前記出射ビームの形状が、略方形となるように光学設計されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載のビーム照射装置。   The optical element is optically configured such that when a beam having a Gaussian distribution in cross-sectional intensity is incident, the shape of the exit beam in a cross section perpendicular to the exit beam is substantially square at the image plane position of the exit beam. The beam irradiation apparatus according to claim 1, which is designed. 前記光学素子は、表面に凹凸パターンが形成された回折光学素子である、請求項１から１３のいずれか１項に記載のビーム照射装置。   The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the optical element is a diffractive optical element having a concavo-convex pattern formed on a surface thereof. 前記第１の照射光学系は、前記第１のビームを、前記被照射物の表面に対して斜め方向から照射する、請求項１から１４のいずれか１項に記載のビーム照射装置。   The beam irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first irradiation optical system irradiates the first beam from an oblique direction with respect to a surface of the irradiation object. 請求項１から１５のいずれか１項に記載のビーム照射装置を使用したビーム照射方法であって、
前記光学素子を透過した第１のビームのうち、前記断面強度プロファイルにおける前記フラット部に相当する部分のみの寄与によって被照射物に処理を施すステップを備える、ビーム照射方法。 A beam irradiation method using the beam irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 15,
A beam irradiation method comprising a step of processing an irradiation object by the contribution of only a portion corresponding to the flat portion in the cross-sectional intensity profile in the first beam transmitted through the optical element. 前記処理は、除去加工処理、アニール処理、改質処理、焼成処置、成膜処理のうちの少なくとも１つの処理を含む、請求項１６に記載のビーム照射方法。   The beam irradiation method according to claim 16, wherein the treatment includes at least one of a removal processing treatment, an annealing treatment, a modification treatment, a baking treatment, and a film forming treatment. 請求項１から１５のいずれか１項に記載のビーム照射装置を使用した機能素子の製造方法であって、
前記光学素子を透過した第１のビームのうち、前記断面強度プロファイルにおける前記フラット部に相当する部分のみの寄与によって、前記機能素子を製造するための処理を施すステップを備える、機能素子の製造方法。 A method for manufacturing a functional element using the beam irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 15,
A method for manufacturing a functional element, comprising: performing a process for manufacturing the functional element by contribution of only a portion corresponding to the flat portion in the cross-sectional intensity profile of the first beam transmitted through the optical element. .
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101006373B1 (en) * 2010-05-27 2011-01-10 위아코퍼레이션 주식회사 Laser Crystallization Device Using 1: 1 Mask
JP2012043609A (en) * 2010-08-18 2012-03-01 Toyota Motor Corp Welding method, method of manufacturing battery, and battery
US20140102643A1 (en) * 2010-12-07 2014-04-17 Ipg Microsystems Llc Laser lift off systems and methods that overlap irradiation zones to provide multiple pulses of laser irradiation per location at an interface between layers to be separated
WO2014080727A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 株式会社日本製鋼所 Laser annealing method and laser annealing device
JP2015009273A (en) * 2013-06-26 2015-01-19 アップル インコーポレイテッド Electron beam conditioning
JP2015535387A (en) * 2012-10-25 2015-12-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Diffractive optical element and method for patterning thin film electrochemical devices
WO2019111382A1 (en) * 2017-12-07 2019-06-13 ギガフォトン株式会社 Laser emission system and manufacturing method for electronic device
JP2022000313A (en) * 2020-06-19 2022-01-04 住友重機械工業株式会社 Laser beam synthesizer and image formation method
US11239116B2 (en) 2009-12-07 2022-02-01 Ipg Photonics Corporation Laser lift off systems and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10315425A (en) * 1997-05-20 1998-12-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Laser platemaking apparatus
JP2004502551A (en) * 2000-07-12 2004-01-29 エレクトロ　サイエンティフィック　インダストリーズ　インコーポレーテッド UV laser system and method for single pulse for IC fuse cutting
WO2006066706A2 (en) * 2004-12-22 2006-06-29 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Optical illumination system for creating a line beam
JP2007101844A (en) * 2005-10-04 2007-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd Diffraction beam homogenizer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10315425A (en) * 1997-05-20 1998-12-02 Dainippon Screen Mfg Co Ltd Laser platemaking apparatus
JP2004502551A (en) * 2000-07-12 2004-01-29 エレクトロ　サイエンティフィック　インダストリーズ　インコーポレーテッド UV laser system and method for single pulse for IC fuse cutting
WO2006066706A2 (en) * 2004-12-22 2006-06-29 Carl Zeiss Laser Optics Gmbh Optical illumination system for creating a line beam
JP2007101844A (en) * 2005-10-04 2007-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd Diffraction beam homogenizer

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11239116B2 (en) 2009-12-07 2022-02-01 Ipg Photonics Corporation Laser lift off systems and methods
US10974494B2 (en) 2009-12-07 2021-04-13 Ipg Photonics Corporation Laser lift off systems and methods that overlap irradiation zones to provide multiple pulses of laser irradiation per location at an interface between layers to be separated
KR101006373B1 (en) * 2010-05-27 2011-01-10 위아코퍼레이션 주식회사 Laser Crystallization Device Using 1: 1 Mask
JP2012043609A (en) * 2010-08-18 2012-03-01 Toyota Motor Corp Welding method, method of manufacturing battery, and battery
US20140102643A1 (en) * 2010-12-07 2014-04-17 Ipg Microsystems Llc Laser lift off systems and methods that overlap irradiation zones to provide multiple pulses of laser irradiation per location at an interface between layers to be separated
US9669613B2 (en) * 2010-12-07 2017-06-06 Ipg Photonics Corporation Laser lift off systems and methods that overlap irradiation zones to provide multiple pulses of laser irradiation per location at an interface between layers to be separated
JP2015535387A (en) * 2012-10-25 2015-12-10 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Diffractive optical element and method for patterning thin film electrochemical devices
JP2014103247A (en) * 2012-11-20 2014-06-05 Japan Steel Works Ltd:The Laser annealing method and laser annealing device
KR20150087195A (en) * 2012-11-20 2015-07-29 가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼 Laser annealing method and laser annealing device
KR102108028B1 (en) * 2012-11-20 2020-05-07 가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼 Laser annealing method and laser annealing device
WO2014080727A1 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 株式会社日本製鋼所 Laser annealing method and laser annealing device
US10384299B2 (en) 2013-06-26 2019-08-20 Apple Inc. Electron beam conditioning
JP2015009273A (en) * 2013-06-26 2015-01-19 アップル インコーポレイテッド Electron beam conditioning
WO2019111382A1 (en) * 2017-12-07 2019-06-13 ギガフォトン株式会社 Laser emission system and manufacturing method for electronic device
CN111226359A (en) * 2017-12-07 2020-06-02 极光先进雷射株式会社 Laser irradiation system and manufacturing method of electronic device
JPWO2019111382A1 (en) * 2017-12-07 2020-12-24 ギガフォトン株式会社 Laser irradiation system and manufacturing method of electronic devices
JP7023293B2 (en) 2017-12-07 2022-02-21 ギガフォトン株式会社 Laser irradiation system and manufacturing method of electronic devices
US11768362B2 (en) 2017-12-07 2023-09-26 Gigaphoton Inc. Laser radiation system and method for manufacturing electronic device
JP2022000313A (en) * 2020-06-19 2022-01-04 住友重機械工業株式会社 Laser beam synthesizer and image formation method

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