JP2000269161A - レーザ光照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光照射装置において、被照射物で
反射したレーザ光が装置を誤動作させるのを防止する。 【解決手段】 被照射物７に対しレーザ光１０を斜め方
向から入射させる。斜め方向からの入射は、被照射物７
を傾斜させたり、ミラー４、集光レンズ５の配置を変え
たりすることにより行う。 【効果】 被照射物への斜め方向からの入射により
反射レーザ光が光路をそのまま逆行するのを防止でき、
装置を誤動作させるレーザ光検出器への反射光の到達を
阻止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ光を利用
した加工、表面処理などのレーザ光照射装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】液晶基
板用にアモルファスシリコン膜を多結晶化させたり、基
板上の不要物を除去させたりする目的で、平面基板にレ
ーザ光を照射して基板の表面を処理する方法が知られて
いる。この方法に用いられるレーザ光照射装置では、レ
ーザ光出力部から出力されたレーザ光を、ミラー、レン
ズ等の光学部材を介して偏向、集光等させて基板の表面
に垂直に照射している。

【０００３】ところで、上記のようなレーザ光照射装置
では、基板に照射されたレーザ光が基板表面で反射さ
れ、上記光路を逆行する現象がある。しかし、この反射
レーザ光が光路を逆行してレーザ光出力部にまで達する
と、レーザ光の出力制御等のために上記出力部近傍に配
置されたレーザ光検知手段で反射光が検知されてレーザ
光の出力制御に影響を与え、装置が誤動作するという問
題がある。本発明は、上記事情を背景としてなされたも
のであり、被照射物で反射したレーザ光の逆行を防止し
て正常な動作を可能にしたレーザ光照射装置を提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のうち第１の発明は、被照射物にレーザ光を照射
するレーザ光照射装置において、該被照射物を支持する
支持台を備えており、該支持台は、被照射物の照射面が
レーザ光束の中心線と直交する方向に対し角度差を有す
るように被照射物を支持することを特徴とする。

【０００５】第２の発明は、第１の発明において、被照
射物にレーザ光を照射するレーザ光照射装置において、
レーザ光出力部から被照射物の照射部に至る間の光路に
ミラー及び集光レンズを含む光学部材が配置されてお
り、該ミラーの内で最も上記照射部に近いものは、その
ミラーで反射した後、集光レンズで集光されて照射部に
至るレーザ光束の中心線が被照射物の照射面と直交する
方向に対し角度差を有するように配置されており、さら
に、上記集光レンズは、そのレンズ光軸がレーザ光束の
中心線に沿うように配置されていることを特徴とする。

【０００６】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、レーザ光出力部から被照射物の照射部に至る間の
光路にホモジナイザレンズが配置されており、さらに該
ホモジナイザレンズよりも照射部側の光路に、ホモジナ
イザレンズから出射された複数のレーザ光束がそれぞれ
通過する複数の透過スリットを有する格子部材が配置さ
れていることを特徴とする。

【０００７】なお、本発明でレーザ光照射の対象となる
被照射物は、通常は平板が例示されるが、これに限定さ
れるものではなく、従来、照射面に垂直にレーザ光を照
射している種々の形状の被照射物を対象とすることがで
きる。また、被照射物に照射されるレーザ光の種別、ビ
ーム形状も特に限定されるものではない。また、レーザ
光の照射目的としては、平板なアモルファス基板をレー
ザ光の照射によって多結晶化するものが代表的である
が、本発明としては特に照射目的が限定されるものでも
ない。

【０００８】本発明では、上記第１または第２の発明に
記載された構成に基づいて被照射物の照射面に斜め方向
からレーザ光を照射し、よって反射レーザ光が光路に沿
ってそのまま逆行するのを防止しており、また第１と第
２の発明とを組み合わせて同様に斜め方向からレーザ光
を照射することも可能である。第１の発明では、被照射
物の照射面がレーザ光束の中心線と直交する方向に対し
角度差を有するように被照射物を支持台で支持する。こ
の場合、支持台の支持面を傾斜させ、この支持面に被照
射物を載置することによって被照射物を傾斜させてもよ
く、また、支持台に支持具を設け、この支持具によって
被照射物が傾斜するように支持するものであってもよ
い。これにより、通常は水平または垂直に配置される被
照射物は斜めになった状態で支持される。

【０００９】また、第２の発明では、レーザ光束が被照
射物に対し斜め方向から照射されるように最終段のミラ
ーおよび集光レンズの配置を調整するものであり、これ
により被照射物の照射面はレーザ光束の中心線と直交す
る方向に対し角度差を有するようになる。上記第１、２
の発明における角度差は、適宜選定可能であり、この角
度差によって反射光はそのまま光路に沿うことなく逆行
して、遂には光路から外れてレーザ出力部に戻るのが阻
止される。したがって、上記角度差は、反射光が光路か
ら外れるようにその角度を例えば数度に選定する。ただ
し、あまりに角度差を大きくすると、照射部でのエネル
ギ密度が小さくなって処理効率が低下するので、上記角
度差は５度以下とするのが望ましい。

【００１０】さらに、第３の発明では、ホモジナイザレ
ンズを用いた装置において、上記第１または第２の発明
の構成に加えて光路に格子部材を配置するものである。
なお、格子部材は、ホモジナイザレンズと照射部との間
の光路であればその配置位置は特に限定されない。上記
のようにホモジナイザレンズを光路に置いた装置では、
ホモジナイザレンズによって、レーザ光のプロファイル
を均一化することができる。なお、レーザ光はホモジナ
イザレンズを通過することによって複数のレーザ光束に
分割される。このレーザ光束は光路に沿って進行し、ミ
ラーでの反射等を経て集光レンズで集光されて、通常は
被照射物の照射部に点状または線状に照射される。上記
格子部材は、上記ホモジナイザレンズによって分割され
た複数のレーザ光束を通過させるように、複数のスリッ
トを所定間隔で所定個数配列させたものである。スリッ
トの間隔や個数は通過させるレーザ光束の数、間隔によ
って定めればよい。また、スリットはレーザ光束のビー
ム形状に合わせた形状を有しており、その形状はできる
だけレーザ光束のビーム形状に近い形状とするのが望ま
しい。これは、照射すべきレーザ光はスリットを確実に
通過させ、一方、往路とはやや角度がずれて光路を逆行
する反射レーザ光は、スリット以外の面で確実に遮蔽し
てそれ以上の進行を防止するためである。なお、反射レ
ーザ光が逆行して格子部材に達した際に往路とは位置が
ずれてスリットを通過しないためには、反射レーザ光が
スリットの配列方向にずれるように照射部での上記角度
差を定める。

【００１１】なお、上記スリットは、レーザ光が通過で
きるように隙間で構成する他に、当該部分を透過率の高
い部材で構成し、格子部材のその他の部分を透過率の低
い部材で構成するものであってもよい。また、格子部材
の後面側表面は、単に透過率が低い部材で構成する以上
に、反射レーザ光が格子部材を逆行しないように反射面
で構成することができる。また該表面は平滑な面にして
乱反射を防ぐのが望ましい。上記後面側表面を反射面と
するためには、格子部材自体を反射率の高い材料で構成
する他、後面側を反射率の高い部材で構成したり、後面
に反射率の高い材料を張り合わせる等してもよい。

【００１２】上記のように光路に格子部材を配置すれ
ば、往路ではレーザ光束は格子部材のスリットを抜けて
確実に被照射物の照射部に達する。一方、照射部で反射
したレーザ光束は光路を逆行するものの、照射部での入
射角によって逆行時には往路とは所定の角度差を有して
逆行し、格子部材ではその角度差によって往路とは異な
った位置に達する。このため反射レーザ光束は、スリッ
トを抜けることなく格子部材のその他の面に当たってそ
れ以上の逆行が阻止され、レーザ出力部にまでレーザ反
射光が戻るのを防止する。なお、上記格子部材によって
僅かにずれたレーザ反射光もその逆行を阻止することが
できるので、照射部での上記角度差は格子部材を設置し
ない場合に比べて遙かに小さくすることができ、例えば
数コンマゼロパーセントの角度差によってレーザ反射光
の逆行を防止することができる。これにより照射部にお
けるエネルギ効率の低下を極力小さくすることができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施形態１）以下に、本発明の
レーザ光照射装置の一実施形態を図１に基づいて説明す
る。レーザ光出力部１は前方（図示右方）にレーザ光を
出力するように構成されており、その後方近傍にはレー
ザ光検出器２が配置されている。レーザ光出力部１の前
方には、所定の角度で対向するミラー４が配置されてい
る。さらに該ミラー４の反射方向（図示下方）には集光
レンズ５が配置されており、該集光レンズ５の下方側に
被照射物としてのシリコン基板７を載置する基板支持台
６が配置されている。なお、この実施形態では基板支持
台６によって基板７は水平に支持されており、この基板
７に対し、レーザ光１０は、５度の入射角度で基板７の
表面（照射部７ａ）に照射されるようにミラー４の設置
角度が定められている。また集光レンズ５は、レーザ光
１０の進行角度（下方向に対し５度の角度差）に従っ
て、５度の傾斜角度で傾けて設置されている。

【００１４】上記レーザ光照射装置では、レーザ光出力
部１で出力されたレーザ光１０は、ミラー４で反射さ
れ、さらに集光レンズ５で集光されて基板７に５度の入
射角で照射される。該レーザ光照射装置では、このレー
ザ光１０を基板７上で走査することによって基板７の表
面のアモルファス膜を多結晶化することができる。な
お、基板７の照射部７ａでは一部のレーザ光が反射して
おり、その一部はレーザ光が通ってきた光路を逆行す
る。ただし、この反射光１０ａは、上記入射角度の設定
によって光路とはある程度の角度差を有しつつ光路を逆
行しているので、その進行に従って光路から徐々にずれ
てレーザ光出力部１の設置範囲から外れてしまう。これ
により反射レーザ光がレーザ光出力部１に戻ってレーザ
光検出器２に影響を与えるのを防止することができる。

【００１５】（実施形態２）図２のレーザ光照射装置
は、図１の実施形態と異なり、基板支持台１６によって
基板１７を水平方向に対し５度の傾斜角度を有するよう
に支持したものである。また、ミラー１４は、反射光が
直下に進行するように設置されており、集光レンズ１５
はミラー１４の真下に水平に配置されている。なお、そ
の他の構成は上記実施形態と共通しており、該構成につ
いては実施形態１と同一の符号を付してその説明を省略
する。この実施形態では、レーザ光出力部１から出力さ
れてミラー１４で反射されたレーザ光２０は真下に進行
し、水平に設置された集光レンズ１５で集光されて基板
１７の傾斜角度に従って、該基板１７に５度の入射角度
で照射される。レーザ光２０は上記実施形態と同様に基
板１７を多結晶化するとともに、その一部は基板表面で
反射されるが、上記実施形態と同様に光路を逆行する反
射レーザ光２０ａは進行に従って光路を徐々にずれる。
これにより反射レーザ光２０ａによる弊害を確実に防止
してレーザ光照射装置の誤動作を防止する。なお、実施
形態１と実施形態２とでは、基板にレーザ光を斜め方向
から入射させるために、レーザ光自体を傾いた方向から
入射させるか、基板自体を傾斜させるかしたが、これら
を組み合わせたものであってもよい。また、上記実施形
態１、２ではホモジナイザレンズについての説明は行わ
なかったが、ホモジナイザレンズの有無に拘わらずこれ
ら実施形態を適用することできる。

【００１６】（実施形態３）次に、さらに他の実施形態
を図３〜図５に基づき説明する。この実施形態では、レ
ーザ光出力部１の前方にホモジナイザレンズ３１が配置
されており、その前方に位置するミラー２４は、レーザ
光束３０を真下に反射するように設置されており、ミラ
ー２４の下方に位置する集光レンズ２５は水平に配置さ
れている。また、基板２７は支持台２６によって水平方
向に対し約０．５度の傾斜角度で支持されている。さら
に上記ホモジナイザレンズ３１とミラー２４との間に
は、レーザ光束３０が通過できるスリット３２ａを複数
有する格子部材３２が水平に配置されており、該格子部
材３２の後面は、アルミニウムによって反射面で構成さ
れている。上記スリット３２ａは、光路を進行する複数
のレーザ光束３０が通過できる間隔と形状で形成されて
おり、レーザ光束３０のビーム形状に合った隙間形状を
有している。

【００１７】上記実施形態の動作について説明すると、
レーザ光出力部１から出力されたレーザ光はホモジナイ
ザレンズ３１によって複数のレーザ光束３０…３０に分
割され、該レーザ光束３０…３０はそれぞれ光路に従っ
て進行する。各レーザ光束３０…３０は集光部を除いて
は互いに間隔を有して光路を進行しており、格子部材３
２に達すると、複数のレーザ光束３０…３０はそれぞれ
スリット３２ａ…３２ａを通過する。これらレーザ光束
３０はさらにミラー２４で反射された後、集光レンズ２
５で集光され、基板２７の鉛直方向に対し中心線が０．
５度の角度差を有するようにして基板２７の表面に照射
される。基板２７に照射されたレーザ光は上記実施形態
１、２と同様に基板表面を走査して基板２７を多結晶化
させる。また、基板２７の表面で反射する一部の反射レ
ーザ光は複数の反射レーザ光束３０ａ…３０ａになって
反射光路を逆行して集光レンズ２５で集光され、さらに
ミラー２４で反射された後、格子部材３２に達する。し
かし、反射レーザ光は、基板２７表面での上記角度差に
よって往路とは僅かに異なる方向に進行しており、格子
部材３２に達した状態では、スリット３２ａからずれた
格子部材面に反射レーザ光３０ａが当たり、それ以上の
進行が確実に阻止される。なお、この格子部材３２の後
面は上記したように反射面で構成されているので、反射
レーザ光束３０ａが当たるとその面で反射されてレーザ
光出力部側への進行を一層確実に防止する。

【００１８】この実施形態では、反射レーザ光の逆行に
際し、格子部材の設置位置において反射レーザ光束がス
リットから僅かでも外れていればよいので、基板におけ
る角度差（この実施形態では基板の傾斜角度）が小さく
ても反射レーザ光の逆行を確実に防止することができ
る。なお、上記実施形態１〜３では、アモルファス基板
にレーザ光を照射して多結晶化するレーザ光照射装置に
ついて説明したが、本発明としてはレーザ光照射装置の
用途が上記に限定されるものではなく、各種用途のレー
ザ光照射装置に適用することができる。

【００１９】

【発明の効果】すなわち、本願発明のレーザ光照射装置
によれば、レーザ光を基板に対し斜め方向から照射する
ので、基板での反射レーザ光が光路をそのまま逆行して
レーザ光出力部にまで戻るのを防止して装置の誤動作を
防止する。さらに、レーザ光出力部から被照射物の照射
部に至る間の光路にホモジナイザレンズが配置された本
願発明のレーザ光照射装置によれば、上記構成に加え
て、ホモジナイザレンズよりも照射部側の光路に、ホモ
ジナイザレンズから出射された複数のレーザ光束がそれ
ぞれ通過する複数のスリットを有する格子部材を配置し
たので、往路ではレーザ光束が格子部材のスリットを通
過して被照射物に確実に照射されるとともに、反射した
レーザ光は確実に格子部材において遮断される。これに
より、基板に対するレーザ光の入射角度を小さくしても
反射レーザ光の逆行を確実に防止できるので、照射部で
のエネルギ密度の低下を極力小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す概略図である。

【図２】 同じく他の実施形態を示す概略図である。

【図３】 同じくさらに他の実施形態を示す概略図であ
る。

【図４】 同じく格子部材の拡大斜視図である。

【図５】 同じく反射レーザ光の経路を示す一部拡大概
略図である。

【符号の説明】

１ レーザ光出力部 ２ レーザ
光検出器 ４ ミラー ５ 集光レ
ンズ ６ 支持台 ７ 基板 １０ レーザ光 １０ａ 反射
レーザ光 １４ ミラー １５ 集光
レンズ １６ 支持台 １７ 基板 ２０ レーザ光 ２０ａ 反射
レーザ光 ２４ ミラー ２５ 集光
レンズ ２６ 支持台 ２７ 基板 ３０ レーザ光束 ３０ａ 反射
レーザ光束 ３２ 格子部材 ３２ａ スリ
ット

フロントページの続き (72)発明者 次田 純一 神奈川県横浜市金沢区福浦２丁目２の１ 株式会社日本製鋼所内 (72)発明者 加藤 修 神奈川県横浜市金沢区福浦２丁目２の１ 株式会社日本製鋼所内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA12 BA18

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照射物にレーザ光を照射するレーザ光
   照射装置において、該被照射物を支持する支持台を備え
   ており、該支持台は、被照射物の照射面がレーザ光束の
   中心線と直交する方向に対し角度差を有するように被照
   射物を支持することを特徴とするレーザ光照射装置
2. 【請求項２】 被照射物にレーザ光を照射するレーザ光
   照射装置において、レーザ光出力部から被照射物の照射
   部に至る間の光路にミラー及び集光レンズを含む光学部
   材が配置されており、該ミラーの内で最も上記照射部に
   近いものは、そのミラーで反射した後、集光レンズで集
   光されて照射部に至るレーザ光束の中心線が被照射物の
   照射面と直交する方向に対し角度差を有するように配置
   されており、さらに、上記集光レンズは、そのレンズ光
   軸がレーザ光束の中心線に沿うように配置されているこ
   とを特徴とするレーザ光照射装置
3. 【請求項３】 レーザ光出力部から被照射物の照射部に
   至る間の光路にホモジナイザレンズが配置されており、
   さらに該ホモジナイザレンズよりも照射部側の光路に、
   ホモジナイザレンズから出射された複数のレーザ光束が
   それぞれ通過する複数のスリットを有する格子部材が配
   置されていることを特徴とする請求項１または２に記載
   のレーザ光照射装置