专利名称：激光照射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将激光源输出的激光分解成小面积光束后再叠加形成预定形状的光束进行照射的激光照射装置，尤其涉及一种适用于使工件相对于激光照射光学系统移动进行较大面积激光加工的激光照射装置。
近年来，通过将例如激态复合物激光分解成小截面面积的多个光束后，将它们叠架形成预定形状的光束，并将该光束聚焦成预定大小进行扫描，广泛进行着照射大面积工件的多发射(マルチシヨツト)方式的激光照射装置的研究开发工作，这种激光照射装置适用于诸如改变结晶材料工件的结晶状态的加工等。
下面，参照图4说明已有的多发射方式的激光照射装置。
在图4中，由激光源21连续地发出激光21a。例如激态复合物激光发出一定输出而且是数百Hz的一定频率。该激光21a由设置于第一系统26上的第一光学部件31在X方向上改变位置进行工件22上的X方向扫描，第一系统26用第一驱动手段27驱动在X方向上以一定速度移动，并且由设置于第二系统29上的第二光学部件32在Y方向上改变位置进行工件22上的Y方向扫描，第二系统29用第二驱动手段30驱动在Y方向上以一定速度移动。以此，在具有大面积的工件22上，也能使激光照射其预定部分进行加工。
此时，激光21a用第一光学部件将其光路折向Y2方向，用第二光学部件将其光路折向Z2方向，以便其指向工件22。在折向该Z2方向、向着工件22的光路上设有光束形成手段33。光束形成手段33将激光21a分割成小截面的光束后将它们叠加形成预定的形状，并将激光源21发出的激光21a的能量强度强的部分与弱的部分叠加以便在光束的整个截面上获得均匀的能量强度。该光束形成手段33由圆柱形透镜等光学部件构成，将激光21a在纵横两个方向即X方向和Y方向两方向上分割、叠加，形成预定形状。例如，激光源21发生的激光21a在照射口处为每边数个cm的矩形，在工件22上形成纵为1cm、横为1cm的小截面形状。进而，用光束尺寸可变手段34使光束形成手段33所获得的光束大小成为预定的大小照射到工件22上。
但是，激光源21发出的激光21a，由于是相位一致的相干光，所以极易干涉。因此，通过光束形成手段33的激光21a恰如通过狭缝的光那样相互干涉，使光的强度或互相加强或互相减弱，在X、Y方向上都引起干涉，产生每隔一定间隔有峰值的干涉条纹。这样，从整体上看有均匀的光强度分布，微观上，则如图2所示呈每隔一定间隔有峰值的能量强度分布。而且，即使通过光束尺寸可变手段34使激光21a成预定大小，也会因不能消除光栅，而不会成为具有均匀能量强度分布的激光1a，照射到工件22上的激光21a在X、Y方向上都会每隔一定间隔具有能量强度的峰值，因此存在结晶状态变动的问题。
鉴于上述已有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种即使使光束变成预定形状、大小后仍能照射均匀能量强度分布的激光的激光照射装置。
本发明的激光照射装置，其特征在于，它备有激光源，搅乱激光源输出的激光的相位的相位搅乱手段，和，将激光分解成小面积光束后叠加形成预定形状的光束的光束形成手段。
又，在通过将激光源输出的激光形成预定形状的光束进行照射的光学系统和工件的相对移动对工件的预定部分进行加工的激光照射装置中，其特征在于，在激光照射的光路上，设有搅乱激光相位的相位搅乱手段，将激光分解成小面积的光束后叠加形成预定形状的光束的光束形成手段，和改变光束大小的光束尺寸可变手段。
作为相位搅乱手段，可设置搅乱相位的滤光镜或光纤或其两者的组合。
按照本发明，由于将激光分解成小面积的光束后叠加而形成预定形状的光束，所以整体上能获得均匀能量分布的光束，且由于搅乱了激光源输出的激光的相位，所以即使光束叠加也不会产生干涉条纹，微观上也能获得均匀能量强度分布的光束照射。
又，将如上获得的光束大小变成所希望的大小照射工件，同时相对于照射光学系统移动工件，以便能对工件较大的预定部分均匀地进行预定的加工。
再，若用搅乱相位的滤光片或光纤作为相位搅乱手段，则能以简单廉价随机地搅乱激光相位使其不产生干涉条纹，若两者组合设置则能发挥更大的效果。
下面，参照附图对本发明详细加以说明。
图1为本发明激光照射装置的第一实施例的透视图;
图2为经过光束形成手段后的激光的能量特性图;
图3为本发明激光照射装置的第二实施例的透视图;
图4为已有技术激光照射装置的透视图。
图1中，在预定位置上设有发射激光1a的激光源1，激光1a照射到固定于底台3上的工件2，对其扫描、加工。为了进行上述扫描、在底台3上设有台架4，并设有用安装于该台架4上的X1、X2方向的第一引导导轨5支持的、可在X1、X2方向上往复移动的第一载物台6，和用安装于第一载物台6上的Y1、Y2方向的第二引导导轨8支持的、可在Y1、Y2方向上往复移动的第二载物台9，在第一载物台6上安装有将来自激光源1的激光1a折向Y2方向的第一光学部件11，在第二载物台9上安装有将来自第一光学部件11的激光1a折向Z2方向的第2光学部件12。这样，能使来自激光源1的激光1a照射到工件2的上面。
此时，用第一驱动手段7使第一光学部件11和第一载物台6一起在X1、X2方向上移动，从而使折向上述Y2方向的激光1a变到在X1、X2方向上，激光1a可在X1、X2方向上对工件2的上面进行扫描。用第二驱动手段10使第二光学部件12与第二载物台9一起在Y1、Y2方向上移动，从而使折向上述Z2方向的激光1a变到Y1、Y2方向上，激光1a可在Y1、Y2方向上对工件2的上表面进行扫描。由于该激光1a可在X和Y两方向上扫描，所以激光1a可照射工件2上表面的任何部分并进行加工。例如将激光1a照射到工件2上面的预定部分就能进行改变结晶状态的加工。
如，用激态复合物进行这种加工，此时，从激光源1连续地发射数百Hz频率的激光，将它们分解成小截面的光束后，进行叠加使之成为预定形状及大小的光束，照射到工件2的上表面，同时进行扫描。由激光源1发出的激光1a的截面形状和大小在照射口处为，例如几个cm的四方形，在工件2上面使之变成1cm的正方形。为此，在激光1a折向Z2方向后的光路上设有光束形成手段13。该光束形成手段13，为了将激光1a分解成小截面的光束。使用将激光1a在一方向上分开的2个光学部件，两者成绕光轴旋转90°的位置关系，而且，配置如在一方向上对激光1a进行聚焦的两块圆柱体透镜使之相互在光轴旋转上具有90°旋转的位置关系，将激光1a聚焦成预定的截面形状进行叠加。通过光束形成手段13形成预定形状的激光1a由光束尺寸可变手段15仅改变其大小而不改变其形状地照射到工件2上。另外，用于照射这些激光1a的照射光学系统、激光1a的成形方式、尺寸可变方式及扫描方式可作种种变化。
这样，通过光束形成手段13照射到工件2上的激光1a即使从整体上看其能量强度分布具有高的均匀性，但由于激光1a通过光束形成手段13时相互干涉，造成微观上光强度或互相加强或互相削弱，X、Y方向上都引起干涉，从而产生每隔一定间隔具有能量强度峰值的干涉系纹。图2显示了这种情况。即，激光1a由于原是相位一致的相干光，所以一旦通过狭缝就引起干涉，构成如图2所示的其强度分布。此时，光束形成手段13起狭缝的作用。
若用这样的能量强度分布的激光1a照射加工，则加工会不均匀，这种加工的不均匀会引起结晶状态变化程度的离散。为了弥补这种部分加工不足，即使进行再加工，也会因初始加工离散的影响而不能完全处理好。
因此，在本实施例中，在光束形成手段13的跟前设置搅乱激光1a的相位的滤光片14。作为搅乱该相位的滤光片14可使用商品名“随机相位滤光片”(ランダムフエイスフイルダ)等。这样，通过搅乱激光1a的相位就能使干涉消失，以均匀的能量强度分布的激光1a照射到工件2上，能进行均匀的加工。
下面，参照图3说明本发明的第二实施例的激光照射装置。
在该实施例中，为了进一步提高上述第一实施例的效果，即为了进一步搅乱激光1a的相位，则在搅乱激光1a光路中的相位的滤光片14跟前设置光纤16。若激光1a射入光纤16，则在光纤16中一边反射一边通过期间相位被搅乱。这样，可使不会干涉的能量强度分布更均匀的激光1a照射工件2进行均匀的加工。
按照本发明的激光照射装置，从以上说明清楚可见，由于将激光分解成小面积的光束后叠加形成预定形状的光束，所以从整体上能获得能量分布均匀的光束，而且由搅乱了从激光源输出的激光的相位，所以即使将光束叠加也不会产生干涉条纹，也能进行微观上能量分布均匀的光束照射。
又，使上述获得的光束大小成为预定大小照射工件，同时使工件相对于照射光学系统移动，所以能对工件较大的预定部分均匀地进行所希望的加工。
又，若要搅乱相位的滤光片或光纤作为相位搅乱手段，则能简单廉价地随机搅乱激光的相位使之不产生干涉条纹，若两者都配置则能发挥更大的效果。
权利要求
1.一种激光照射装置，其特征在于，备有激光源，搅乱激光源输出激光相位的相位搅乱手段，和将激光分解成小面积的光束，后叠加形成预定形状的光束的光束形成手段。
2.一种激光照射装置，它通过将激光源输出的激光形成预定形状的光束进行照射的光学系统和工件的相对移动，对工件的预定部分进行加工，其特征在于，在激光照射的光路上，设置有搅乱激光相位的相位搅乱手段，将激光分解成小面积的光束后叠架形成预定形状光束的光束形成手段，和改变光束大小的光束尺寸可变手段。
3.如权利要求1或2所述的激光照射装置，其特征在于，所述相位搅乱手段可由搅乱相位的滤光片构成。
4.如权利要求1或2所述的激光照射装置，其特征在于，所述相位搅乱手段可由光纤构成。
5.如权利要求1或2所述的激光照射装置，其特征在于，所述相位搅乱手段可由搅乱相位的滤光片和光纤构成。
全文摘要
一种激光照射装置，它备有激光源1，用来搅乱由激光源1发出的激光1a的相位的滤光片14及/或光纤16，和将激光1a分解成小面积的光束后叠加形成预定形状的光束的光束形成手段13，这样，激光1a由于被搅乱了相位，即使叠加也不会产生干涉条纹。从而能获得能量强度分布均匀的激光照射。
文档编号H01L21/268GK1110006SQ9510014
公开日1995年10月11日 申请日期1995年1月20日 优先权日1994年2月9日
发明者近藤昌树, 前川茂树 申请人:松下电器产业株式会社