JP2003282477A - 照射距離自動調節方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 結晶化用のレーザ光及び距離計測用の光の両
者を同一光軸上に導くため、両光の干渉などが発生し易
いのみならず、ハーフミラーを透過する際に反射光又は
透過光を生じて強度低下を生ずる。 【解決手段】 レチクル２１及び対物レンズ３に対して
ステージ１０を相対移動させる昇降駆動装置３０と、パ
ルス・レーザ４から所定距離Ｌを隔てて設けられ、被照
射物５の照射面との距離ｈを次々に測定し、検出値ｈｎ
を出力する距離計３１と、被照射物５と対物レンズ３と
の間の適正な距離に対応する基本制御値Ｈを出力する基
本制御値設定手段とを有し、基本制御値Ｈと検出値ｈｎ
との差値Δｎを次々に求めると共に、前回求めた差値Δ
ｎ−１と今回求めた差値Δｎとの差からなる制御差値δ
を求め、この制御差値δを所定距離Ｌを移動するのに要
する時間だけ遅延させて出力させ、制御差値δに応じて
昇降駆動装置３０を駆動し、距離を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照射距離自動調節
方法及びその装置に関するものであり、詳しくはレーザ
発振装置からのパルス・レーザを集束させる対物レンズ
とステージに載せた被照射物との間の照射距離自動調節
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】従来、薄膜トランジスタの
結晶化シリコンの製造に際し、ガラス基板上に薄いａ−
Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜を形成した被照射物に
レーザ光を照射して、ａ−Ｓｉ膜を結晶化して薄いｐ−
Ｓｉ（ポリシリコン）膜としている。このａ−Ｓｉ膜に
レーザ光を照射する方法の一つとして、均一な強度のレ
ーザ光をレチクル（マスク）にあてて、それを光学機器
の対物レンズで被照射物のａ−Ｓｉ膜に投影し結像し
て、照射する方法がある（例えば特許第３２０４９８６
号）。

【０００３】これは、エキシマレーザを発生させるレー
ザ発振装置で生じさせたレーザ光を光学機器に導き、反
射ミラーによつて適当に方向変換させると共に、整形し
て強度を均一化させた後、レチクル及び対物レンズを通
すことにより方形のラインビーム（パルス・レーザ）に
整形し、被照射物に照射して転写している。被照射物
は、レーザアニール装置の真空室内に設置されている。

【０００４】このような場合において、対物レンズでレ
チクルの像を忠実に被照射物に結像させる方法として、
大別すれば３つの方法がある。

【０００５】一つ目は、レチクルの位置を変えることに
より、レチクルと対物レンズとの距離を適切にして、被
照射物へ結像させる方法である。二つ目は、対物レンズ
の位置を変えることにより、レチクルと対物レンズの距
離を適切にして、被照射物へ結像させる方法である。三
つ目は、レチクルと対物レンズとの距離は一定にしてお
き、被照射物の位置を変えることにより、対物レンズか
らの被照射物までの距離を適切にして、被照射物へ結像
させる方法である。

【０００６】一つ目及び二つ目は、結像する像の大きさ
が変化してしまう欠点がある。従つて、この発明では、
三つ目の方法を採用する。ここで、ステージの精度や被
照射物の形状寸法が良ければ問題は生じないが、現実的
に、ステージ自体に関していえば、上下方向移動（Ｚ
軸）を停止させて、水平方向（Ｘ軸）だけに移動させた
場合、最大で１０μｍ程度変化してしまう。また、被照
射物の厚さは、最大で３０μｍほど変化する。すなわ
ち、合計で４０μｍほどの変化が発生する。このため、
ステージを上下させて、対物レンズから被照射物の結像
面までの距離を一定に保つ必要がある。

【０００７】しかして、被照射物の全面に適切な結像を
得るために、対物レンズと被照射物との光軸上での距離
を計測し制御する必要がある。従来において、それを実
現する方法は幾つかある。

【０００８】その代表例を図５に示す。これは、レーザ
発振装置で生じさせたパルス・レーザ８０をレチクル７
０に通し、反射ミラー７１及びハーフミラーからなる反
射ミラー７２によつて適当に方向変換させ、対物レンズ
７３を通した後、被照射物７４の表面に照射している。

【０００９】一方、適当な光によつて対物レンズ７３と
被照射物７４との光軸上での距離を計測している。すな
わち、光８１をシリンドリカルレンズ７６に通した後に
ハーフミラーからなる反射ミラー７７で反射させると共
に反射ミラー７２を透過させ、対物レンズ７３を通して
集束させ、被照射物７４の表面に照射し、その反射光を
対物レンズ７３及び反射ミラー７２，７７を通過させ、
測定器７８に受光させている。

【００１０】そして、測定器７８で受光した光８１の形
状から、対物レンズ７３と被照射物７４との光軸上での
距離の適否を判定すると共に適正状態になるように、図
外の昇降駆動装置によつてステージ７９及び被照射物７
４を昇降移動させる。対物レンズ７３と被照射物７４と
の光軸上での距離の誤差Ｂ−Ａは、５μｍ以内が望まれ
る。測定器７８で受光した光８１の形状は、図６に示す
ようであり、図６（イ）は対物レンズ７３が被照射物７
４に近すぎ、図６（ロ）は適正状態、図６（ハ）は対物
レンズ７３が被照射物７４から離れすぎを示す。

【００１１】しかしながら、薄膜トランジスタの結晶化
シリコンの製造のためにレーザ光を照射させる場合にお
いては、大変に強い強度のレーザ光８０が必要である
が、ハーフミラーからなる反射ミラー７２等での反射に
より、強度低下を生ずる。また、距離計測用の光８１が
ハーフミラーからなる反射ミラー７２，７７を透過する
際に、反射光又は透過光を生じて強度低下を生ずる傾向
にあるのみならず、距離計測用の光８１が紫外線などの
波長の短いものの場合には、レーザ光８０との干渉など
が発生し易いため、採用しにくい面があつた。なお、反
射ミラー７２，７７として所定波長の光８１を通過させ
るハーフミラーを使用した場合であつても、反射ミラー
７７は同一波長の光８１を反射及び通過させるものであ
るから、透過光又は反射光を生じて強度低下を生ずる。
加えて、レーザ光８０及び光８１が異なる波長を有する
ため、対物レンズ７３を通過後の結像位置がずれ、正確
に距離の適否を判定することが困難である。これは、結
晶化用のレーザ光８０及び距離計測用の光８１の両者を
同一光軸上に導くことに起因している。

【００１２】本発明は、被照射物を相対移動させながら
レーザを照射する場合において、パルス・レーザの光軸
から離した位置に距離計を設置して、上述した課題を解
決した照射距離自動調節方法及びその装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、
次の通りである。請求項１の発明は、レーザ発振装置１
と、被照射物５を載せるステージ１０と、ステージ１０
をレーザ発振装置１に対して所定方向（Ｘ）に相対移動
させる移動装置２０とを備え、レチクル２１及び対物レ
ンズ３を順次に通して対物レンズ３によつて集束させた
レーザ発振装置１からのパルス・レーザ４を、ステージ
１０に載せた被照射物５に所定間隔毎に照射させる照射
距離自動調節方法において、レーザ発振装置１、レチク
ル２１及び対物レンズ３に対してステージ１０を相対的
に昇降移動させる昇降駆動装置３０と、パルス・レーザ
４の前記被照射物５への照射位置からステージ１０の進
行方向後側に所定距離Ｌを隔ててレーザ発振装置１側に
設けられ、前記被照射物５のパルス・レーザ４の照射面
との距離ｈを次々に測定し、検出値ｈｎを出力する距離
計３１と、ステージ１０に載せた被照射物５と対物レン
ズ３との間の適正な距離に対応する基本制御値Ｈを出力
する基本制御値設定手段３２とを有し、基本制御値Ｈと
検出値ｈｎとの差値Δｎを次々に求めると共に、前に求
めた差値Δｎ−１とその次に求めた差値Δｎとの差から
なる制御差値δを求めると共に、この制御差値δを、前
記所定距離Ｌをステージ１０が移動するのに要する時間
だけ遅延させて出力させるようにし、制御差値δに応じ
て昇降駆動装置３０を駆動することにより、レチクル２
１と対物レンズ３との間隔を一定に維持したままで、対
物レンズ３とステージ１０に載せた被照射物５のパルス
・レーザ４の照射面との距離を制御することを特徴とす
る照射距離自動調節方法である。請求項２の発明は、レ
ーザ発振装置１と、被照射物５を載せるステージ１０
と、ステージ１０をレーザ発振装置１に対して所定方向
（Ｘ）に相対移動させる移動装置２０とを備え、レチク
ル２１及び対物レンズ３を順次に通して対物レンズ３に
よつて集束させたレーザ発振装置１からのパルス・レー
ザ４を、ステージ１０に載せた被照射物５に所定間隔毎
に照射させる照射距離自動調節装置において、レーザ発
振装置１、レチクル２１及び対物レンズ３に対してステ
ージ１０を相対的に昇降移動させる昇降駆動装置３０
と、パルス・レーザ４の前記被照射物５への照射位置か
らステージ１０の進行方向後側に所定距離Ｌを隔ててレ
ーザ発振装置１側に設けられ、前記被照射物５のパルス
・レーザ４の照射面との距離ｈを次々に測定し、検出値
ｈｎを出力する距離計３１と、ステージ１０に載せた被
照射物５と対物レンズ３との間の距離に対応する基本制
御値Ｈを出力する基本制御値設定手段３２と、基本制御
値Ｈと検出値ｈｎとの差値Δｎを次々に求める第１演算
手段３３と、前に求めた差値Δｎ−１を記憶する記憶手
段３５と、前に求めた差値Δｎ−１とその次に求めた差
値Δｎとの差からなる制御差値δを求める第２演算手段
３６と、この制御差値δを前記所定距離Ｌをステージ１
０が移動するのに要する時間だけ遅延させて出力させる
ための遅延手段３４とを有し、制御差値δに応じて昇降
駆動装置３０を駆動し、レチクル２１と対物レンズ３と
の間隔を一定に維持したままで、対物レンズ３とステー
ジ１０に載せた被照射物５のパルス・レーザ４の照射面
との距離を制御することを特徴とする照射距離自動調節
装置である。請求項３の発明は、遅延手段３４が、第１
のＦＩＦＯメモリー４５によつて構成され、検出値ｈｎ
を前記所定距離Ｌをステージ１０が移動するのに要する
時間だけ遅延させて出力させ、制御差値δの出力を遅延
させることを特徴とする請求項２の照射距離自動調節装
置である。請求項４の発明は、記憶手段３５が、第２の
ＦＩＦＯメモリー４６によつて構成されることを特徴と
する請求項２又は３の照射距離自動調節装置である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１〜図４は、本発明に係る照射
距離自動調節装置の１実施の形態を示す。図中において
符号１０はステージであり、図３に示すように基板から
なる被照射物５をステージ１０上に載せた状態で、移動
装置２０によりステージ１０をレーザ発振装置１からの
パルス・レーザ４に対して水平な所定方向Ｘ（スキャン
するＸ軸方向）に相対的に移動させる。なお、実際に
は、ステージ１０を所定方向Ｘに往復移動させる。

【００１５】レーザ発振装置１は、図４（イ）に示すよ
うに基台２２に固設され、パルス・レーザからなるエキ
シマレーザを発生させ、発生させたレーザ光Ａ１をレチ
クル２１及び対物レンズ３を含む光学機器９に導き、反
射ミラー７で方向転換させ、長軸ホモジナイザー２ａ及
び短軸ホモジナイザー２ｂを通して整形して強度を均一
化させた後、再度、反射ミラー８で方向転換させ、レチ
クル２１及び対物レンズ３を通すことにより、方形のラ
インビームからなるパルス・レーザ４に整形し、ステー
ジ１０上に載せた被照射物５に投影・結像するように、
照射している。レチクル２１及び対物レンズ３は、光軸
を一致させて所定間隔に固定して配置され、この光軸が
被照射物５の照射面と直交している。被照射物５は、レ
ーザアニール装置の真空室内に設置されている。

【００１６】被照射物５は、図４に示すようにガラス基
板６上に薄いａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）膜５ａ
を形成したもので、このａ−Ｓｉ膜５ａにパルス・レー
ザ４を照射することで、ａ−Ｓｉ膜５ａを結晶化して薄
いｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）膜５ｂとしている。ステー
ジ１０を往復移動させながら被照射物５の所定方向Ｘの
全幅に渡つてパルス・レーザ４が照射させる。実際に
は、その後、ステージ１０を所定方向Ｘと直交する方向
に変位させ、被照射物５の所定方向Ｘの全幅に渡つてパ
ルス・レーザ４を照射させることで、被照射物５の全面
にパルス・レーザ４を照射させ、全面が所定の照射回数
（１０〜２０回）に達した被照射物５を交換し、次々に
被照射物５にパルス・レーザ４を照射させる。

【００１７】移動装置２０は、具体的には図３に示すＸ
軸サーボ５５を有している。すなわち、サーボモータ４
０を備え、サーボモータ４０の正逆の回転により、図外
のボールねじ機構を介してステージ１０を所定間隔毎に
間欠的又は連続的に移動させる。

【００１８】移動装置２０のサーボモータ４０は、図３
に示す駆動信号Ｒ４に基づいて、サーボ制御装置６０に
よつて駆動され、駆動信号Ｒ４から移動信号Ｚｎを減算
して零になつたときに停止し、ステージ１０及び被照射
物５も停止する。実際には、その後、サーボモータ４０
が逆回転駆動され、駆動信号Ｒ４から移動信号Ｚｎを減
算して零になつたときに再度停止し、ステージ１０及び
被照射物５も停止する。この繰り返しにより、ステージ
１０上の被照射物５がレーザ発振装置１からのパルス・
レーザ４に対して所定方向Ｘに相対往復移動する。この
ため、後記する距離計３１は、実際にはパルス・レーザ
４の前記被照射物５への照射位置、つまりレチクル及び
対物レンズ３の光軸からステージ１０の進行方向の前後
両側に対称に設けられる。

【００１９】移動信号Ｚｎは、サーボモータ４０の回転
数（回転角度）をロータリエンコーダ４１によつて検出
し、その検出パルスが第１のカウンター４２によつて計
数され、ステージ１０の移動長さが所定値となる毎にパ
ルス信号として得られる。従つて、移動信号Ｚｎは、１
つのパルス毎にステージ１０の所定の移動長さに対応し
ている。

【００２０】Ｘ軸サーボ５５により図２上で右から左へ
移動するステージ１０の具体的な速度は１００〜８００
ｍｍ／ｓｅｃ程度である。間欠的に照射されるパルス・
レーザ４は、例えば毎秒５０〜１，０００回発光し、そ
の発光している時間は２ｎｓｅｃ〜１０μｓｅｃ程度で
ある。このように、ステージ１０の移動速度に比較して
パルス・レーザ４が発光している時間は非常に短いた
め、ステージ１０を連続移動させながらでも、Ｘ軸サー
ボ５５に設けられて所定方向Ｘの位置を示す第１カウン
ター４２の値によつて、パルス・レーザ４を等間隔に照
射することができる。すなわち、サーボモータ４０によ
るステージ１０の駆動は、一々照射する場所で一旦停止
させて照射させる間欠的照射をしなくても事実上問題な
く照射ができる。

【００２１】この移動信号Ｚｎは、第２のカウンター４
３によつてカウントされ、計数値１／Ｎ１になる毎に、
ステージ１０の所定間隔の移動毎として、パルス・レー
ザ４を発振させる信号Ｉを出力し、この信号Ｉによつて
レーザ発振装置１を駆動させ、パルス・レーザ４を照射
させる。従つて、ステージ１０上の被照射物５に対し、
所定の間隔の距離・位置に次々にパルス・レーザ４が照
射される。

【００２２】そして、図１に示すように、昇降駆動装置
３０、距離計３１、基本制御値設定手段３２、第１演算
手段３３、遅延手段３４、記憶手段３５及び第２演算手
段３６を設ける。

【００２３】昇降駆動装置３０は、レーザ発振装置１、
レチクル２１及び対物レンズ３に対してステージ１０を
相対的に昇降移動させる機能を有し、図２に示す正逆に
回転駆動されるサーボモータ３６により、ボール・スク
リュ機構３７を介して第１傾斜ブロック３８を水平方向
に進退駆動させる。これにより、第１傾斜ブロック３８
に傾斜面で係合する第２傾斜ブロック３９が昇降するの
で、第２傾斜ブロック３９と一体のステージ１０が昇降
する。第１傾斜ブロック３８は、基台２２側に水平方向
の摺動自在に支持され、ステージ１０は、基台２２側に
上下方向の摺動自在に支持されている。

【００２４】距離計３１は、図２に示すようにパルス・
レーザ４のステージ１０に載せた被照射物５への照射位
置から、ステージ１０の進行方向後側に所定距離Ｌを隔
てて、基台２２側となるレーザ発振装置１側に設けら
れ、前記被照射物５のパルス・レーザ４の照射面との距
離ｈを測定する。距離計３１によつて測定される距離ｈ
は、レチクル２１及び対物レンズ３を通過後、被照射物
５に照射されるパルス・レーザ４の光軸と平行に位置し
ている。この距離計３１により、被照射物５のパルス・
レーザ４の照射面との距離ｈが所定間隔で次々に測定さ
れ、検出値ｈｎが次々に出力される。

【００２５】基本制御値設定手段３２、遅延手段３４、
第１演算手段３３、記憶手段３５及び第２演算手段３６
は、マイクロコンピュータによつて構成される。基本制
御値設定手段３２は、被照射物５の表面が凹凸のない平
坦であるときに、均一厚さのステージ１０に載せた被照
射物５と対物レンズ３との間の適正な距離に対応する基
本制御値Ｈを出力する。つまり、基本制御値Ｈは、レチ
クル２１が被照射物５上に正しく結像しているときのス
テージ１０に載せた被照射物５の初期状態の位置設定値
であり、一度設定すれば変更する必要はない。この被照
射物５のパルス・レーザ４の照射面と対物レンズ３との
間の適正な距離は、距離計３１によつて計測される適正
な距離ｈと対応している。

【００２６】遅延手段３４は、距離計３１の検出値ｈｎ
を、前記所定距離Ｌをステージ１０が移動するのに要す
る所定時間だけ遅延させて出力する。但し、遅延手段３
４は、最終的に後記する制御差値δを所定時間だけ遅延
させて昇降駆動装置３０に出力するように設ければよ
い。従つて、遅延手段３４は、第２演算手段３６と昇降
駆動装置３０との間に配置することも可能である。

【００２７】第１演算手段３３は、基本制御値設定手段
３２によつて設定される基本制御値Ｈと距離計３１の検
出値ｈｎとの差値Δｎを、Ｈ−ｈｎ＝Δｎによつて求
め、差値Δｎを出力する。

【００２８】記憶手段３５は、第１演算手段３３から次
々に出力される差値Δｎの内、前回求めた差値Δｎ−１
を次々に記憶する。第２演算手段３６は、記憶手段３５
に記憶させた前に求めた差値Δｎ−１と、次に求めた差
値Δｎとの差からなる制御差値δを、Δｎ−（Δｎ−
１）＝δによつて演算する。

【００２９】そして、制御差値δに応じて昇降駆動装置
３０を駆動し、レチクル２１と対物レンズ３との間の距
離を一定に維持したままで、ステージ１０に載せた被照
射物５のパルス・レーザ４の照射面との距離ｈ、ひいて
は対物レンズ３とステージ１０に載せた被照射物５のパ
ルス・レーザ４の照射面との距離を適正となるように制
御する。

【００３０】照射距離自動調節装置の具体的な構成につ
いて図３を参照して説明する。照射距離自動調節装置
は、第１のＦＩＦＯ（First In First Out）メモリー４
５及び第２のＦＩＦＯメモリー４６を用いた信号処理部
５７、ステージ１０を上下方向に駆動するＺ軸サーボ５
６及び距離計３１を有する。ＦＩＦＯメモリー４５，４
６は、フィールド画像メモリーともいわれ、データを格
納し、取り出して使用する場合に、格納した順番に先の
データから取り出せるメモリーである。

【００３１】ＦＩＦＯメモリー４５，４６を用いた信号
処理部５７では、予め、前記移動信号Ｚｎが第３カウン
ター４４によつて計数され、計数値１／Ｎ２になる毎に
パルス信号Ｊを出力し、パルス信号Ｊが出力されたとき
に、信号処理部５７が動作し、ＦＩＦＯメモリー４５，
４６を用いた計算などを行う。従つて、パルス信号Ｊ
は、駆動信号Ｒ４に基づいて発生する。

【００３２】ここで、移動装置２０によつてステージ１
０を所定方向Ｘ（Ｘ軸方向）に移動させれば、移動信号
Ｚｎのパルスが発生し、１パルス（Ｐ）当たりのステー
ジ１０の移動距離は、０．０１〜１０μｍ／Ｐ程度であ
る。例えば、移動信号Ｚｎが１μｍ／Ｐの場合で説明を
続ける。第２のカウンター４３は移動信号Ｚｎのパルス
を計数してＮ１カウント毎にパルス信号Ｉを一つレーザ
発振装置１へ出力してパルス・レーザ４を発光させる。
具体例としてＮ１は１，０００で１ｍｍおきにパルス・
レーザ４を照射させる。一方、第３のカウンター４４は
Ｎ２カウント毎にパルス信号Ｊを出力し、パルス信号Ｊ
が出力されたときに、信号処理部５７の計算などを行
う。

【００３３】一般的に、第１のＦＩＦＯメモリー４５の
段数（図３の第１のＦＩＦＯメモリー４５では４段）を
Ｍとし、図２の距離Ｌｍｍから、Ｌ／Ｍｍｍ毎に距離計
３１の検出値ｈｎを第１のＦＩＦＯメモリー４５から取
り出して計算させれば、距離計３１の検出値ｈｎを前記
所定距離Ｌをステージ１０が移動するのに要する時間だ
け遅延させて計算させることができる。従つて、第３カ
ウンター４４のカウント数Ｎ２の値を、Ｌ／Ｍ／１μｍ
に設定すれば、ステージ１０の移動に合わせて昇降駆動
装置３０の駆動を行うことができる。Ｎ２の値をＮ１の
値に一致させて同一にすれば、パルス・レーザ４の発光
に合わせて、距離計３１の検出値ｈｎに基づく昇降駆動
装置３０の駆動を行うことができる。但し、パルス・レ
ーザ４の発光に合わせて、昇降駆動装置３０の駆動を行
うことは、必須ではない。

【００３４】第１のＦＩＦＯメモリー４５は、距離計３
１の検出値ｈｎが所定時間経過毎（Ｎ２カウント毎）に
入力され、これが順次にＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４へと移
動し、検出値ｈｎが所定時間だけ遅延してＭ４から出力
させる。従つて、第１のＦＩＦＯメモリー４５は、距離
計３１の検出値ｈｎを前記所定距離Ｌをステージ１０が
移動するのに要する時間だけ遅延させて出力させる遅延
手段３４として機能する。但し、この距離計３１の検出
値ｈｎは、後に制御差値δに変化するので、制御差値δ
を前記所定距離Ｌをステージ１０が移動するのに要する
時間だけ遅延させて出力させても作用は同様である。

【００３５】第１のＦＩＦＯメモリー４５から取り出さ
れた検出値ｈｎは、図３に示す第１演算手段３３に至
り、基本制御値設定手段３２から出力される基本制御値
Ｈと検出値ｈｎとの差値Δｎを、Ｈ−ｈｎ＝Δｎとして
次々に求める。

【００３６】第２のＦＩＦＯメモリー４６は、第１演算
手段３３から出力される差値Δｎを次々に格納・記憶す
る。そして、次のパルス信号Ｊが出力されたときに、第
１のＦＩＦＯメモリー４５から今回出力された距離計３
１の検出値ｈｎと基本制御値Ｈとの差値Δｎが求めら
れ、この差値Δｎが、第２のＦＩＦＯメモリー４６に格
納・記憶されると共に、第２のＦＩＦＯメモリー４６を
迂回し、図３に示す第２演算手段３６に至る。

【００３７】第２演算手段３６では、第２のＦＩＦＯメ
モリー４６から取り出された前回の差値Δｎ−１と今回
の差値Δｎとの差からなる制御差値δが、Δｎ−（Δｎ
−１）＝δとして次々に求められる。従つて、第２のＦ
ＩＦＯメモリー４６は、前に求めた差値Δｎ−１を記憶
する記憶手段３５として機能する。

【００３８】制御差値δは、Ｚ軸サーボ５６に入力す
る。Ｚ軸サーボ５６は、サーボモータ３６を備え、サー
ボモータ３６を正又は逆回転させ、図２に示すボールね
じ機構３７を介してステージ１０を上下移動させる。

【００３９】Ｚ軸サーボ５６のサーボモータ３６は、図
３に示す制御差値δに基づいて、サーボ制御装置６１に
よつて制御されながら駆動され、駆動信号となる制御差
値δから昇降移動信号Ｚｎ２を減算して零になつたとき
に停止し、ステージ１０及び被照射物５も停止する。昇
降移動信号Ｚｎ２は、サーボモータ３６の回転数（回転
角度）をロータリエンコーダ５１によつて検出し、その
検出パルスが第４のカウンター５２によつて計数され、
ステージ１０の昇降移動長さが所定値となる毎にパルス
信号として得られる。従つて、昇降移動信号Ｚｎ２は、
１つのパルス毎にステージ１０の所定の昇降移動長さに
対応している。

【００４０】次に、上記１実施の形態の作用について説
明する。当初、基本制御値設定手段３２に基本制御値Ｈ
が設定し、ステージ１０に載せた被照射物５と対物レン
ズ３との間の距離が、基本的厚さが同一の多数枚の被照
射物５に対して適正な状態にしてある。従つて、距離計
３１の高さ位置は、適正な距離ｈの状態にあり、図２上
で被照射物５の左端部の距離ｈから測定を開始する。

【００４１】そして、駆動信号Ｒ４に基づいて、移動装
置２０が上述したようにサーボ制御装置６０によつて駆
動され、ステージ１０に載せた被照射物５が図２上で左
方への移動を行うと共に、信号Ｉによつてレーザ発振装
置１を駆動させ、パルス・レーザ４を照射させる。距離
計３１は被照射物５の左端部の距離ｈから測定を開始す
るから、パルス・レーザ４は、被照射物５の左端から距
離Ｌだけ離れた位置から照射が始まる。

【００４２】一方、距離計３１により、被照射物５のパ
ルス・レーザ４の照射面との距離ｈが所定間隔で次々に
測定され、検出値ｈｎが次々に遅延手段３４を介して前
記所定距離Ｌをステージ１０が移動するのに要する時間
だけ遅延させて出力され、第１演算手段３３に入力され
ると共に、基本制御値設定手段３２からの基本制御値Ｈ
が第１演算手段３３に入力される。第１演算手段３３で
は、検出値ｈｎの発生毎に、基本制御値Ｈと検出値ｈｎ
との差値Δｎを次々に求める。

【００４３】この差値Δｎは、記憶手段３５に次々に記
憶されると共に、第２演算手段３６にも入り、第２演算
手段３６において、記憶手段３５から得られる前に求め
た差値Δｎ−１とその次に求めた差値Δｎとの差からな
る制御差値δ（Δｎ−（Δｎ−１）＝δ）が次々に演算
される。

【００４４】そして、次々に求められる制御差値δに基
づいて、昇降駆動装置３０が次々に駆動され、レーザ発
振装置１、レチクル２１及び対物レンズ３に対してステ
ージ１０を相対的に昇降移動させ、ステージ１０上の被
照射物５の照射部分の高さを適正にしながら、パルス・
レーザ４が照射される。

【００４５】例えば、被照射物５の照射面が凹部を形成
し、差値Δｎがマイナスの値であるときは、昇降駆動装
置３０により、レチクル２１及び対物レンズ３に対して
ステージ１０を相対的に上昇移動させ、パルス・レーザ
４の照射時の被照射物５の照射面の高さ位置を基本制御
値Ｈによる適正高さに合致させる。一方、被照射物５の
照射面が凸部を形成し、差値Δｎがプラスの値であると
きは、昇降駆動装置３０により、レチクル２１及び対物
レンズ３に対してステージ１０を相対的に下降移動さ
せ、パルス・レーザ４の照射時の被照射物５の照射面の
高さ位置を基本制御値Ｈによる適正高さに合致させる。
かくして、レチクル２１及び対物レンズ３に対して被照
射物５の照射面の高さ位置が適正な状態で、パルス・レ
ーザ４が照射され続けることになる。

【００４６】次に、距離計３１の検出値ｈｎが図３に示
すＦＩＦＯメモリー４５に入力される場合について説明
する。このときは、距離計３１により、被照射物５のパ
ルス・レーザ４の照射面との距離ｈが測定され、パルス
信号Ｊが出力されたときに、検出値ｈｎが次々に信号処
理部５７の第１のＦＩＦＯメモリー４５に入力されると
共に、ＦＩＦＯメモリー４５，４６を用いた計算が行わ
れる。すなわち、検出値ｈｎが遅延手段３３である第１
のＦＩＦＯメモリー４５に次々に入力されながら、ステ
ージ１０及び被照射物５が移動し、５回目の検出値ｈｎ
の入力と同時に第１のＦＩＦＯメモリー４５に１回目に
入力された検出値ｈｎが出力される。この遅延した検出
値ｈｎが演算手段３３に至り、基本制御値設定手段３２
の基本制御値Ｈを得て、その差値Δｎが演算される。こ
の差値Δｎは、記憶手段３５である第２のＦＩＦＯメモ
リー４６に記憶される。

【００４７】続いて、次のパルス信号Ｊが出力されたと
きに、第１のＦＩＦＯメモリー４５から次の検出値ｈｎ
が出力されると共に、第２のＦＩＦＯメモリー４６に記
憶された差値Δｎが前に求めた差値Δｎ−１として第２
演算手段３６に入り、第２演算手段３６において、第２
のＦＩＦＯメモリー４６から得られる前回の差値Δｎ−
１と今回の差値Δｎとの差からなる制御差値δ（Δｎ−
（Δｎ−１）＝δ）が演算される。

【００４８】この制御差値δに基づいて、昇降駆動装置
３０が駆動され、レーザ発振装置１、レチクル２１及び
対物レンズ３に対してステージ１０を相対的に昇降移動
させ、ステージ１０上の被照射物５の照射部分の高さを
適正に制御しながら、パルス・レーザ４が照射される。

【００４９】これにより、レチクル２１と対物レンズ３
との間隔は一定に保持しながら、対物レンズ３から被照
射物５までの距離を、被照射物５の位置を相対的に変え
ることにより調節・補正する。これにより、対物レンズ
３によつてレチクル２１の像を忠実に被照射物５に結像
させることができる。しかも、距離計３１をレチクル２
１及び対物レンズ３の光軸から離して配置して、常に光
軸上の対物レンズ３から被照射物５の結像面（照射面）
までの距離を一定に制御することができる。

【００５０】ところで、上記１実施の形態にあつては、
移動装置２０により、ステージ１０をレーザ発振装置１
からのパルス・レーザ４に対して水平な所定方向Ｘに移
動させたが、ステージ１０を移動させることに代えて、
レーザ発振装置１、光学機器９、レチクル２１及び対物
レンズ３を一体として反所定方向Ｘに移動させることも
可能である。また、昇降駆動装置３０により、レーザ発
振装置１、光学機器９、レチクル２１及び対物レンズ３
に対してステージ１０を昇降移動させたが、レーザ発振
装置１、光学機器９、レチクル２１及び対物レンズ３を
一体として昇降移動させることも可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る照射距離自動調節方法及びその装置によれ
ば、次の効果を奏することができる。被照射物を相対移
動させながらレーザを照射する場合において、パルス・
レーザの光軸から離した位置に距離計を設置して、レチ
クルと対物レンズとの間隔は一定に保持しながら、被照
射物の位置を相対的に変えることにより、対物レンズか
らの被照射物の照射面までの距離を適正かつ一定となる
ように調節・補正し、対物レンズによつてレチクルの像
を忠実に被照射物に結像させることができる。その結
果、パルス・レーザを被照射物に正確に照射させて高品
質の製品を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施の形態に係る照射距離自動調
節装置の構成要素を示す図。

【図２】 同じく要部を示す図。

【図３】 同じくステージを移動させるＸ軸サーボ、照
射距離自動調節装置を作動させるＺ軸サーボ及びレーザ
発振装置の駆動を関連させて得るための構造を示す図。

【図４】 同じくレーザ発振装置からのパルス・レーザ
をステージ上の被照射物に照射する状態を示し、（イ）
は正面図、（ロ）は右側面図。

【図５】 従来の対物レンズと被照射物との光軸上での
距離を計測する装置を示す正面図。

【図６】 同じく測定器で受光した光の形状を示す図。

【符号の説明】

１：レーザ発振装置、３：対物レンズ、４：パルス・レ
ーザ、５：被照射物、１０：ステージ、２０：移動装
置、２１：レチクル、３０：昇降駆動装置、３１：距離
計、３２：基本制御値設定手段、３３：第１演算手段、
３４：遅延手段、３５：記憶手段、３６：第２演算手
段、４５：第１のＦＩＦＯメモリー、４６：第２のＦＩ
ＦＯメモリー、Ｈ：基本制御値、ｈ：距離、ｈｎ：検出
値、Ｌ：所定距離、Ｘ：所定方向、δ：制御差値、Δ
ｎ：差値、Δｎ−１：前に求めた差値。

───────────────────────────────────────────────────── 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番１号 株式会社日本製鋼所内 (72)発明者 仁井 貴文 神奈川県横浜市金沢区福浦２丁目２番１号 株式会社日本製鋼所内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA01 BA18 DA02 JA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ発振装置（１）と、被照射物５を
   載せるステージ（１０）と、ステージ（１０）をレーザ
   発振装置（１）に対して所定方向（Ｘ）に相対移動させ
   る移動装置（２０）とを備え、レチクル（２１）及び対
   物レンズ（３）を順次に通して対物レンズ（３）によつ
   て集束させたレーザ発振装置（１）からのパルス・レー
   ザ（４）を、ステージ（１０）に載せた被照射物（５）
   に所定間隔毎に照射させる照射距離自動調節方法におい
   て、レーザ発振装置（１）、レチクル（２１）及び対物
   レンズ（３）に対してステージ（１０）を相対的に昇降
   移動させる昇降駆動装置（３０）と、パルス・レーザ
   （４）の前記被照射物（５）への照射位置からステージ
   （１０）の進行方向後側に所定距離（Ｌ）を隔ててレー
   ザ発振装置（１）側に設けられ、前記被照射物（５）の
   パルス・レーザ（４）の照射面との距離（ｈ）を次々に
   測定し、検出値（ｈｎ）を出力する距離計（３１）と、
   ステージ（１０）に載せた被照射物（５）と対物レンズ
   （３）との間の適正な距離に対応する基本制御値（Ｈ）
   を出力する基本制御値設定手段（３２）とを有し、基本
   制御値（Ｈ）と検出値（ｈｎ）との差値（Δｎ）を次々
   に求めると共に、前に求めた差値（Δｎ−１）とその次
   に求めた差値（Δｎ）との差からなる制御差値（δ）を
   求めると共に、この制御差値（δ）を、前記所定距離
   （Ｌ）をステージ（１０）が移動するのに要する時間だ
   け遅延させて出力させるようにし、制御差値（δ）に応
   じて昇降駆動装置（３０）を駆動することにより、レチ
   クル（２１）と対物レンズ（３）との間隔を一定に維持
   したままで、対物レンズ（３）とステージ（１０）に載
   せた被照射物（５）のパルス・レーザ（４）の照射面と
   の距離を制御することを特徴とする照射距離自動調節方
   法。
2. 【請求項２】 レーザ発振装置（１）と、被照射物
   （５）を載せるステージ（１０）と、ステージ（１０）
   をレーザ発振装置（１）に対して所定方向（Ｘ）に相対
   移動させる移動装置（２０）とを備え、レチクル（２
   １）及び対物レンズ（３）を順次に通して対物レンズ
   （３）によつて集束させたレーザ発振装置（１）からの
   パルス・レーザ（４）を、ステージ（１０）に載せた被
   照射物（５）に所定間隔毎に照射させる照射距離自動調
   節装置において、レーザ発振装置（１）、レチクル（２
   １）及び対物レンズ（３）に対してステージ（１０）を
   相対的に昇降移動させる昇降駆動装置（３０）と、パル
   ス・レーザ（４）の前記被照射物（５）への照射位置か
   らステージ（１０）の進行方向後側に所定距離（Ｌ）を
   隔ててレーザ発振装置（１）側に設けられ、前記被照射
   物（５）のパルス・レーザ（４）の照射面との距離
   （ｈ）を次々に測定し、検出値（ｈｎ）を出力する距離
   計（３１）と、ステージ（１０）に載せた被照射物
   （５）と対物レンズ（３）との間の距離に対応する基本
   制御値（Ｈ）を出力する基本制御値設定手段（３２）
   と、基本制御値（Ｈ）と検出値（ｈｎ）との差値（Δ
   ｎ）を次々に求める第１演算手段（３３）と、前に求め
   た差値（Δｎ−１）を記憶する記憶手段（３５）と、前
   に求めた差値（Δｎ−１）とその次に求めた差値（Δ
   ｎ）との差からなる制御差値（δ）を求める第２演算手
   段（３６）と、この制御差値（δ）を前記所定距離
   （Ｌ）をステージ（１０）が移動するのに要する時間だ
   け遅延させて出力させるための遅延手段（３４）とを有
   し、制御差値（δ）に応じて昇降駆動装置（３０）を駆
   動し、レチクル（２１）と対物レンズ（３）との間隔を
   一定に維持したままで、対物レンズ（３）とステージ
   （１０）に載せた被照射物（５）のパルス・レーザ
   （４）の照射面との距離を制御することを特徴とする照
   射距離自動調節装置。
3. 【請求項３】 遅延手段（３４）が、第１のＦＩＦＯメ
   モリー（４５）によつて構成され、検出値（ｈｎ）を前
   記所定距離（Ｌ）をステージ（１０）が移動するのに要
   する時間だけ遅延させて出力させ、制御差値（δ）の出
   力を遅延させることを特徴とする請求項２の照射距離自
   動調節装置。
4. 【請求項４】 記憶手段（３５）が、第２のＦＩＦＯメ
   モリー（４６）によつて構成されることを特徴とする請
   求項２又は３の照射距離自動調節装置。