JP2005074466A - レーザ加工用ノズル及びレーザ加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はレーザ光が照射されるワークの加工点から外気を遮断することを課題とする。
【解決手段】 レーザ加工用ノズル１８は、底面に中央にレーザ光が通過するレーザ照射口７３が開口し、レーザ照射口７３の外側には、第１のガス吐出口７４，７６が開口する。さらに、第１のガス吐出口７４，７６の外側には、第２のガス吐出口７８，８０が開口し、第２のガス吐出口７８，８０の外側には、ガス吸引口８２，８４が開口する。ガス吸引口８２，８４は、ガス吸引経路２６ａ，２６ｂと連通されており、内側に配置された第１のガス吐出口７４，７６及び第２のガス吐出口７８，８０から吐出されたガス、及びワーク１４の移動によりレーザ加工用ノズル１８とワーク１４との隙間Ｓに巻き込まれた外気を真空ポンプ３０の吸引力により吸い込む。これにより、レーザ光が照射されるワーク１４の加工点付近に外気が侵入しないようにシールドすることが可能になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ワーク表面にレーザ光を照射すると共に、レーザ光が照射されるワークの加工点から外気と遮断するよう構成したレーザ加工用ノズル及びレーザ加工機に関する。

以下、透光性基板上の非晶質シリコン半導体にエキシマレーザを照射して、この非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体にするレーザアニール加工について説明する。

例えば、レーザ光をワークに照射して加工するレーザ加工機においては、ワークが搬入されるチャンバを密閉構造にし、チャンバ内部を所定の環境となるようにガスの供給、あるいは真空状態にして加工に必要なエネルギを有するレーザ光をワークに照射するように構成されている。

この種のレーザ加工機を用いた加工方法として、例えば、ガラス基板上の非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法で成膜し、レーザ光を照射することにより結晶性珪素膜に変成するアニール技術がある。

アニールの内容としては、例えば、ガラス基板や石英基板上に形成された珪素膜に対してレーザ光を照射して界面安定化する方法があり、非晶質珪素膜の結晶化、結晶性を有する珪素膜に対する結晶性のさらなる助長、不純物イオンの注入による損傷の回復、不純物の活性化がある。

アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display：ＬＣＤ)は、非晶質シリコン半導体であるアモルファスシリコン(ａ-Ｓｉ)を用いた薄膜トランジスタ(Thin
Film Transistor：ＴＦＴ)から、多結晶シリコン半導体であるポリシリコンを用いた薄膜トランジスタへと移行されつつある。

これは、アモルファスシリコンに比べ、ポリシリコンの電界移動度(μＦＥ)が高いためであり、液晶ディスプレイの駆動も含めた高性能化が可能となるからである。

また、ポリシリコンは、エキシマレーザアニール法により形成するのが主流であり、このエキシマレーザアニール法は、アモルファスシリコンにエキシマレーザを照射して、このアモルファスシリコンをアニールすることにより、このアモルファスシリコンをポリシリコンにする。

さらに、このエキシマレーザアニール法では、エキシマレーザに対して透光性基板としてのガラス基板の位置を順次移動して、このガラス基板上に設置したアモルファスシリコンの所望の領域をポリシリコンにする。

上記のようなアニールを行う場合、アニール時に形成されるポリシリコンの表面の突起を低減するために、ワークが載置されるステージ周辺の酸素濃度を所定値に制御する必要がある。そして、酸素濃度が所定値に調整された雰囲気中において、長尺レーザビームを固定し、長尺レーザビームの照射位置に対してステージ上に載置されたワークを移動させてアニールを行う。

そのため、従来は、ワークを動かすステージ全体をチャンバで覆い、チャンバ内の全体の酸素濃度を制御するＡ方式と、ワーク表面を局所的にシールドするため、ボックスで覆い、ボックスの中に所定濃度に調整されたガスを供給するＢ方式とがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２１７１２４号公報

上記のようなエキシマレーザアニール法を用いた上記Ａ方式では、比較的大きな容積を有するチャンバ内部全体の酸素濃度を制御するため、酸素濃度が所定値で安定するまでに長時間を要し、例えば、ワークの入れ替えを行う度にチャンバ内部の酸素濃度が変化するため、頻繁に酸素濃度調整を行わなければならず、ガス消費量の増加や濃度調整に伴う効率の低下を招くという問題があった。

このような、問題を解消するため、チャンバの入口に予備室を設け、ワークが搬入または搬出される際に予備室によって酸素ガスの流出量を抑制する方法が採られたり、あるいは、チャンバ内部のガスを真空引きした後で所定酸素濃度のガスを供給する方法などが採られている。

そのため、上記Ａ方式では、装置全体が大掛かりになってしまい、製造コストが高価になってしまうばかりか、より広い設置スペースを用意する必要がある。

また、上記Ｂ方式では、ステージに載置されたワークが移動することにより、外気がワークに巻き込まれてレーザ光が照射される加工点での酸素濃度が安定しないという問題があった。さらに、このような問題を解消するために、ガス供給流量をより大流量にしてガス消費量が増大したり、ワークとボックスとの平行な隙間部分を延長する必要があり、装置の大型化を招くばかりか、取り扱いがしにくくなってしまうという問題が生じる。

そこで、本発明は上記課題を解決したレーザ加工用ノズル及びレーザ加工機を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、ワークに近接する位置に設けられたノズル本体と、ノズル本体の内部に形成され、ワーク表面に照射されるレーザ光が通過する第１の通路と、第１の通路の外側に設けられ、レーザ光が照射されるークの加工点の周囲にガスを吹き付ける第２の通路と、第２の通路の外側に設けられ、ワークの加工点より外側に向けてガスを吹き付ける第３の通路と、第３の通路の外側に設けられ、ワークに吹き付けられたガス及び外気を吸い込む吸引通路と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、レーザ光が通過するレーザ照射口からワークにレーザ光を照射するノズルを有するレーザ加工機において、レーザ照射口の外側でワークにガスを吹き付けるガス吐出口をノズル先端に設け、ガス吐出口より外側でガスを吸い込むガス吸引口をノズル先端に設けたことを特徴とする。

請求項３の発明は、ガス吸引口を、ガス吐出口に対してワーク移動方向の上流に配置したことを特徴とする。

請求項４の発明は、ガス吐出口から吐出されたガスを、周囲の気体を遮断するようにレーザ光の照射位置を囲むように吐出させ、ガス吸引口から吸引することを特徴とする。

請求項５の発明は、ガス吸引口から吸い込まれるガス流量を、ガス吐出口から吐出されたガスの流量とワーク移動に伴って流入する外気の流量とを合計した流量とほぼ等しくなるように流量調整を行う流量調整手段を設けたことを特徴とする。

請求項６の発明は、流量調整手段がワークの移動速度に応じて吸引量を調整することを特徴とする。

請求項７の発明は、レーザ光が通過するレーザ照射口からワークにレーザ光を照射するノズルを有するレーザ加工機において、レーザ照射口の両側にワークにガスを吹き付ける一対のガス吐出口を設け、ガス吐出口の両側にガスを吸い込む一対のガス吸引口を設け、一対のガス吐出口及び一対のガス吸引口のうちワークの移動方向に対して上流に位置するガス吐出口からガスを吐出させると共に、ワークの移動方向に対して上流に位置するガス吸引口からガスを吸引するように切り替える切替手段を設けたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ノズル本体の内部にレーザ光が通過する第１の通路と、ワークの加工点の周囲にガスを吹き付ける第２の通路と、ワークの加工点より外側に向けてガスを吹き付ける第３の通路と、ガス及び外気を吸い込む吸引通路と、が設けられているので、コンパクトな構成で加工点付近に外気が侵入することを防止でき、加工点付近のガス濃度を安定化することができる。

請求項２の発明によれば、レーザ照射口の外側にガス吐出口を設け、ガス吐出口より外側にガス吸引口を設けたため、コンパクトな構成で加工点付近に外気が侵入することを防止でき、加工点付近のガス濃度を安定化することができる。

請求項３の発明によれば、ガス吸引口をガス吐出口に対してワーク移動方向の上流に配置したため、ワークの移動に伴ってワーク表面に巻き込まれた外気を効率よくシールドすることができる。

請求項４の発明によれば、ガス吐出口から吐出されたガスを、周囲の気体を遮断するようにレーザ光の照射位置を囲むように吐出させ、ガス吸引口から吸引するため、ワークの移動に伴ってワーク表面に巻き込まれた外気を効率よくシールドすることが可能になる。

請求項５の発明によれば、ガス吸引口から吸い込まれるガス流量を、ガス吐出口から吐出されたガスの流量とワーク移動に伴って流入する外気の流量とを合計した流量と等しくなるように流量調整を行うため、周囲の雰囲気中のガス濃度が変化せず、安定したガス濃度が得られる。

請求項６の発明によれば、ワークの移動速度に応じて吸引量を調整するため、ワークの移動速度によって外気の導入量が増加する場合でも、ワーク表面に巻き込まれた外気を効率よくシールドすることが可能になる。

請求項７の発明によれば、レーザ照射口の両側にワークにガスを吹き付ける一対のガス吐出口を設け、ガス吐出口の両側にガスを吸い込む一対のガス吸引口を設け、一対のガス吐出口及び一対のガス吸引口のうちワークの移動方向に対して上流に位置するガス吐出口からガスを吐出させると共に、ワークの移動方向に対して上流に位置するガス吸引口からガスを吸引するように切り替えるため、ワークを往復動させる場合でもワークの移動に伴ってワーク表面に巻き込まれた外気を効率よくシールドすることが可能になり、加工効率をより高められる。

以下、図面と共に本発明の実施例について説明する。

図１は本発明になるレーザ加工用ノズルが適用されたレーザ加工機の実施例１を示す構成図である。本実施例では、本発明になるレーザ加工用ノズル及びレーザ加工機をレーザアニール装置に適用した場合を一例として以下説明する。

図１に示されるように、レーザアニール用のレーザ加工機１０は、チャンバ１２の内部にワーク（ガラス基板）１４が載置されるＸＹステージ１６が設けられ、ＸＹステージ１６の上部にはレーザ加工用ノズル１８が取り付けられている。レーザ加工用ノズル１８は、チャンバ１２に固定されており、ワーク１４がＸＹステージ１６によってＸａ方向またはＸｂ方向に移動することでワーク１４の表面全体にレーザ光を照射する。

また、チャンパ１２の上方には、エキシマレーザビームを発生させるレーザ発振器２０と、レーザ発振器２０から出力されたレーザ光をレーザ加工用ノズル１８に導く光学系ユニット２２とが設けられている。従って、レーザ発振器２０により発振されるエキシマレーザビームは、チャンバ１２内のＸＹステージ１６上に設置されたワーク１４上で最終的に焦点が結ばれるように調整されている。

本実施例では、透光性を有するワーク（ガラス基板）１４の表面に成膜した非晶質シリコン半導体（アモルファスシリコン(ａ-Ｓｉ)）の薄膜に向けて、キセノンクロライド(ＸｅＣｌ)などからなるエキシマレーザビームをレーザ加工用ノズル１８から照射して、ワーク（ガラス基板）１４のほぼ全面に位置するアモルファスシリコン層をレーザアニールし、このアモルファスシリコン層を多結晶シリコン半導体（ポリシリコン）に加工する。

また、ワーク（ガラス基板）１４の上面に照射されるレーザ光は、Ｘ方向に対して直交するＹ方向に延在する線状ビームとして集光されており、ＸＹステージ１６がＸａ方向またはＸｂ方向に移動することでワーク１４の表面全体に照射される。

ガス供給装置２４は、酸素濃度を所定濃度に調整されたガスを生成し、ガス供給経路Ａ，Ｂを介してレーザ加工用ノズル１８にガスを供給する。従って、レーザ加工用ノズル１８は、レーザ光をワーク１４に照射する際にガス供給装置２４から供給されたガスをワーク１４の表面に吹き付けて外気を遮断する。

また、レーザ加工用ノズル１８には、ワーク１４の表面との隙間に吐出されたガスを吸引するためのガス吸引経路２６ａ，２６ｂが接続されており、ガス吸引経路２６ａ，２６ｂには、吸引量を調整するための流量調整弁２８ａ，２８ｂと、ガスを吸引する真空ポンプ３０とが設けられている。一方のガス吸引経路２６ａは、レーザ加工用ノズル１８のＸｂ方向側に連通され、他方のガス吸引経路２６ｂは、レーザ加工用ノズル１８のＸａ方向側に連通されている。流量調整弁２８ａ，２８ｂは、ワーク１４の移動方向に対して上流に位置する方が開弁される。

さらに、レーザ加工用ノズル１８には、酸素濃度検出経路３２が接続されており、酸素濃度検出経路３２の他端には、酸素濃度計３４が設けられている。酸素濃度計３４は、例えば、安定化ジルコニアを用いる固体電解質方式の酸素センサからなる。尚、酸素濃度計３４としては、湿式電池方式の酸素センサ、あるいは磁気式の酸素センサを用いても良い。

ここで、ガス供給装置２４の構成について説明する。
ガス供給装置２４は、酸素供給源３６と、窒素供給源３８と、酸素供給経路４０に設けられた質量流量計（マス・フロー・コントローラ：ＭＦＣ１）４２と、窒素供給経路４４に設けられた質量流量計（マス・フロー・コントローラ：ＭＦＣ２）４６と、酸素供給経路４０からの酸素と窒素供給経路４４からの窒素とを混合するミキサ４８と、ミキサ４８で混合されたガスを供給する第１、第２のガス供給経路Ａ，Ｂとを有する。

酸素供給源３６は、圧縮された酸素が充填されたボンベ、あるいは気体分離装置（図示せず）により生成された酸素を加圧して供給する酸素供給装置などからなる。また、窒素供給源３８は、圧縮された窒素が充填されたボンベ、あるいは気体分離装置（図示せず）により生成された窒素を加圧して供給する窒素供給装置などからなる。

第１のガス供給経路Ａは、ワーク１４がＸａ方向に移動する場合に酸素と窒素とが所定濃度に混合されたガスをワーク１４の移動方向に対してレーザ加工用ノズル１８の上流に位置するＸｂ方向側に供給する。また、第２のガス供給経路Ｂは、ワーク１４がＸｂ方向に移動する場合に酸素と窒素とが所定濃度に混合されたガスをワーク１４の移動方向に対してレーザ加工用ノズル１８の上流に位置するＸａ方向側に供給する。

そして、ミキサ４８からの吐出経路５０は、ガス供給経路Ａ，Ｂに連通されている。ガス供給経路Ａ，Ｂは、吐出経路５０から分岐された第１、第２の分岐経路５２，５４と、分岐経路５２，５４に設けられた開閉弁５６，５８とを有する。さらに、第１の分岐経路５２は、３本のガス供給経路６０ａ〜６０ｃに連通されており、各ガス供給経路６０ａ〜６０ｃには、流量調整弁６２ａ〜６２ｃが設けられている。

また、第２の分岐経路５２は、上記第１の分岐経路５２と同様に、３本のガス供給経路６４ａ〜６４ｃに連通されており、各ガス供給経路６４ａ〜６４ｃには、流量調整弁６６ａ〜６６ｃが設けられている。尚、ガス供給経路６４ａは、ガス供給経路６０ａに合流している。

また、レーザ加工機１０の制御装置７０は、後述するように上記ＸＹステージ１６、レーザ発振器２０、ガス供給装置２４、流量調整弁２８、真空ポンプ３０の各部を制御する制御プログラムが格納された記憶部７２を有しており、記憶部７２から読み込んだ制御プログラムに基づいて各部を制御してワーク１４の表面をアニール処理する。

図２はレーザ加工用ノズル１８の構成を断面で示す斜視図である。図３はレーザ加工用ノズル１８の底面図である。図４はレーザ加工用ノズル１８の内部構造を拡大して示す縦断面図である。
図２及び図３に示されるように、レーザ加工用ノズル１８は、ワーク１４の幅方向（Ｙ方向）に延在形成されており、且つＹ方向の全長Ｌ_Ｙがワーク１４のＹ方向の幅Ｌ_Ｂよりも長く形成されている（Ｌ_Ｙ＞Ｌ_Ｂ）。

そして、レーザ加工用ノズル１８の底面には、中央にレーザ光が通過するレーザ照射口７３が開口し、レーザ照射口７３の外側には、第１のガス吐出口７４，７６が開口する。さらに、第１のガス吐出口７４，７６の外側には、第２のガス吐出口７８，８０が開口し、第２のガス吐出口７８，８０の外側には、ガス吸引口８２，８４が開口する。

上記レーザ照射口７２、第１のガス吐出口７４，７６、第２のガス吐出口７８，８０、ガス吸引口８２，８４は、夫々ワーク１４の幅方向（Ｙ方向）に平行に延在形成されている。レーザ照射口７３の縁部から第１のガス吐出口７４，７６までの離間距離Ｌａ、第１のガス吐出口７４，７６から第２のガス吐出口７８，８０までの離間距離Ｌｂ、第２のガス吐出口７８，８０からガス吸引口８２，８４までの離間距離Ｌｃは、Ｌａ＞Ｌｂ＞Ｌｃとなるように設定されている。

レーザ照射口７３の両側の３箇所には、ガス濃度検出孔８６が開口しており、レーザ光が照射される加工点近傍のガスを抽出することができる。

図４に示されるように、レーザ加工用ノズル１８は、内部にレーザ照射口７３に連通された第１の通路８８と、第１のガス吐出口７４，７６に連通された第２の通路９０，９２と、第２のガス吐出口７８，８０に連通された第３の通路９４，９６と、ガス吸引口８２，８４に連通された吸引通路９８，１００とを有する。

第２のガス吐出口７８，８０は、外側に向けて傾斜しており、ガス吸引口８２，８４が対向するワーク１４表面に向けて濃度調整されたガスを吐出する。

第１の通路８８は、レーザ光の通過するテーパ状の空間８８ａが形成されており、空間８８ａの側方にはガス供給通路８８ｂが連通されている。そして、ガス供給通路８８ｂは、ガス供給経路６０ａ，６４ａと連通されている。

第２の通路９０，９２は、ガス供給経路６０ｂ，６４ｂが連通されており、濃度調整されたガスを第１のガス吐出口７４，７６へ供給する。

第３の通路９４，９６は、ガス供給経路６０ｃ，６４ｃと連通されており、外側に配置されたガス吸引口８２，８４に向けて濃度調整されたガスを吐出するように第２のガス吐出口７８，８０へ供給する。

ガス吸引口８２，８４は、ガス吸引経路２６ａ，２６ｂと連通されており、内側に配置された第１のガス吐出口７４，７６及び第２のガス吐出口７８，８０から吐出されたガス、及びワーク１４の移動によりレーザ加工用ノズル１８とワーク１４との隙間Ｓに巻き込まれた外気を真空ポンプ３０の吸引力により吸い込む。そのため、レーザ光が照射されるワーク１４の加工点付近に外気が侵入しないようにシールドすることが可能になる。

さらに、レーザ加工用ノズル１８は、上部に光学ユニット２２からのレーザ光が入射されるレーザ入射口１０２を有する蓋部材１０４が取り付けられている。レーザ入射口１０２は、レーザ光の幅寸法よりも大きい寸法に形成されており、透明な保護ガラス１０６によって閉塞されている。また、保護ガラス１０６の上下面は、シール部材１０８によって気密にシールされている。

ここで、各経路からのガス供給量について説明する。
レーザ照射口７３から吐出されるガス流量をＱ１、第１のガス吐出口７４，７６から吐出されるガス流量をＱ２、第２のガス吐出口７８，８０から吐出されるガス流量をＱ３、ガス吸引口８２，８４から吸引される吸引流量をＱ４と、ワーク移動速度をＶとする。

本実施例では、ワーク１４の移動によりワーク表面に巻き込まれてワーク１４とレーザ加工用ノズル１８との隙間Ｓとの間に入り込む外気をガス吸引口８２，８４から吸引して酸素濃度が所定濃度に調整されたガスと入れ替える。この際の吸引流量Ｑ４は、次式で求まる。

Ｑ４＝（Ｙ_Ｂ＋α）×Ｓ×Ｖ＋Ｑ３ …（１）
尚、上記（１）式のαは、レーザ光の長軸方向の寸法に対する余裕長さである。また、Ｑ３は、予め実験により最適値を求める。

ワーク速度Ｖは、次式により求まる。
Ｖ＝Ｂ×（１−Ｒ）×Ｆ …（２）
尚、上記（２）式において、Ｂは移動方向に対するレーザ光のビーム幅（２ｍｍ）、Ｒはラップ率（９０％）、Ｆはレーザ周波数（２０Hz）である。例えば、これらの数値を（２）式に入れると、ワーク速度Ｖ＝４mm/secとなる。

このワーク速度Ｖ＝４mm/secに基づいて吸引流量Ｑ４を求めると、例えば、Ｙ_Ｂ＝７３０mm、α＝１００mm、Ｓ＝１mmとすると、上記（１）式より吸引流量はＱ４＝３３２０mm^３／sec＋Ｑ３≒０．２ＮＬ／min＋Ｑ３となる。また、ワーク１４とレーザ加工用ノズル１８との隙間をＳ＝２mmとした場合には、０．４ＮＬ／min＋Ｑ３となる。

また、レーザ照射口７３及び第１のガス吐出口７４，７６から加工点Ｎへのガス供給量（Ｑ１＋Ｑ２）は、ガス吸引口８２，８４から吸引される吸引量よりも大となるように設定される（例えば、（Ｑ１＋Ｑ２）＞０．２ＮＬ／min）。尚、加工点Ｎへのガス供給量の総量、及びＱ１とＱ２との分配割合は、予め実験により最適値を求める。

図５はアニール処理を行う際のガス供給及びガス吸引の流れを示す縦断面図である。
図５に示されるように、レーザ照射口７３からワーク１４に吹き付けられたガス（流量Ｑ１）は、ワーク移動方向（Ｘａ方向）への流れａと逆方向（Ｘｂ方向）への流れｂとなる。また、第１のガス吐出口７４からワーク１４に吹き付けられたガス（流量Ｑ２）も、ワーク移動方向（Ｘａ方向）への流れａと逆方向（Ｘｂ方向）への流れｂとなる。

そして、第２のガス吐出口７８からワーク１４に吹き付けられたガス（流量Ｑ３）は、ワーク移動方向と逆方向（Ｘｂ方向）への流れｅとなる。ワーク１４の移動によりワーク表面に巻き込まれてワーク１４とレーザ加工用ノズル１８との隙間Ｓとの間に入り込む外気は流れｆとなる。

ガス吸引口８２では、真空ポンプ３０の負圧によりガスを吸引しており、その吸引量Ｑ４は、上記（１）式によりワーク速度に基づいて求まる流量に設定されている。そのため、酸素濃度が調整されたガスの流れｄ，ｅと外気の流れｆは、ガス吸引口８２に導かれる。

従って、ワーク表面に巻き込まれた外気の流れｆがガス吸引口８２に吸い込まれるため、外気が加工点に流入することが防止される。また、外気の流れｆの一部がガス吸引口８２を通過してしまった場合は、ガスの流れｄ，ｅによってレーザ照射口７３の周辺がシールドされており、ガスの流れｄ，ｅによって押し戻されてガス吸引口８２に吸い込まれることになる。このように、ワーク表面に対してアニール処理を施す過程では、レーザ照射口７３の周辺に外気が流入することがなく、常に、所定濃度に調整されたガスがレーザ照射口７３の周辺に供給されている。

従って、レーザ加工機１０では、ワーク１４の表面に対してアニール処理を安定的に行えると共に、従来のようにチャンバ１２の全体のガス濃度を管理するよりも、ガスの消費量を大幅に削減することが可能になる。さらに、レーザ加工機１０は、チャンバ１２の全体のガス濃度を安定させるための大掛かりな設備を必要としないので、装置全体の小型化、省スペース化を図れるとともに、製造コストを安価に抑えることができる。

ここで、制御装置７０が実行する制御処理について図６のフローチャートを参照して説明する。
図６のＳ１１で、制御装置７０は、ワーク１４をチャンバ１２内に搬入し、ＸＹステージ１６に載置させる。次のＳ１２では、予め設定されたワーク速度Ｖを読み込む。続いて、Ｓ１３では、ワーク速度Ｖに基づいてガス供給装置２４により生成された所定酸素濃度を有する窒素ガスの供給量（Ｑ１〜Ｑ３）を算出する。

Ｓ１４では、前述した（１）式によりガス吸引口８２，８４から吸引される流量Ｑ４を算出する。続いて、Ｓ１５に進み、ワーク移動方向がＸａ方向かどうかを確認する。Ｓ１５において、ワーク移動方向がＸａ方向である場合には、ガス吸引経路２６ａ及び第１のガス供給経路Ａを選択する。また、Ｓ１５において、ワーク移動方向がＸｂ方向である場合には、ガス吸引経路２６ｂ及び第２のガス供給経路Ｂを選択する。尚、上記Ｓ１５〜Ｓ１７は、請求項７に記載した切替手段に相当する。

次のＳ１８では、Ｓ１３，Ｓ１４で算出された各ガス供給流量Ｑ１〜Ｑ３、及びガス吸引口８２，８４から吸引される流量Ｑ４を読み込んで、記憶部７２に登録する。続いて、Ｓ１９では、真空ポンプ３０を起動させる。そして、Ｓ２０では、ワーク移動方向に対応するガス供給経路Ａの開閉弁５６またはガス供給経路Ｂの開閉弁５８を開弁し、流量調整弁６２ａ〜６２ｃまたは流量調整弁６６ａ〜６６ｃの弁開度を調整して各ガス供給流量Ｑ１〜Ｑ３を調整する。同時に、ガス吸引経路２６ａの流量調整弁２８ａまたはガス吸引経路２６ｂの流量調整弁２８ｂの弁開度を調整して、吸引量を調整する。尚、上記Ｓ２０は、請求項５に記載した流量調整手段に相当する。

その後、Ｓ２１に進み、ＸＹステージ１６を駆動してワーク１４をＸａ方向またはＸｂ方向に移動させる。そして、Ｓ２２では、レーザ発振器２０から出力されたレーザ光がレーザ加工用ノズル１８を介してレーザ加工用ノズル１８に入射され、レーザ照射口７３からワーク表面に照射されてアニール処理が開始される。

その際、レーザ加工用ノズル１８では、レーザ照射口７３からレーザ光をワーク表面に照射すると共に、ワーク１４との隙間Ｓに酸素濃度が所定値に調整された窒素ガスがレーザ照射口７３の周囲に吹き付けられて加工点の雰囲気をアニールに必要な酸素濃度に安定化すると共に、真空ポンプ３０によってワーク移動によって巻き込まれる外気を吸い込んで加工点に外気が侵入することを防止する。

Ｓ２３においては、レーザ加工用ノズル１８とワーク１４との間に供給されたガスの酸素濃度を酸素濃度計３４により測定し、その測定値を記憶部７２に登録する。次のＳ２４では、酸素濃度計３４により測定された酸素濃度が下限値ｎａ以上であるかどうかを確認する。Ｓ２４で酸素濃度計３４により測定された酸素濃度が下限値ｎ_ａ以上であるときは、Ｓ２５に進み、酸素濃度計３４により測定された酸素濃度が上限値ｎ_ｂ以下であるかどうかを確認する。

Ｓ２５で酸素濃度計３４により測定された酸素濃度が上限値ｎ_ｂ以下であるときは、供給ガスの酸素濃度が規定値（下限値ｎ_ａと上限値ｎ_ｂとの範囲内）であるので、Ｓ２６に進み、ワーク１４の全面に対するアニール処理が終了したかどうかを確認する。Ｓ２６でワーク１４のアニール処理が終了していないときは、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２以降の処理を繰り返す。

また、上記Ｓ２４において、酸素濃度計３４により測定された酸素濃度が下限値ｎ_ａ以下であるときは、Ｓ２７に進み、窒素供給量を減少させる。その後、上記Ｓ２３に戻り、再度、ガスの酸素濃度を酸素濃度計３４により測定して酸素濃度が下限値ｎ_ａ以上かどうかを確認する。

また、Ｓ２５で酸素濃度計３４により測定された酸素濃度が上限値ｎ_ｂ以上であるときは、Ｓ２８に進み、窒素供給量を増大させる。その後、上記Ｓ２３に戻り、再度、ガスの酸素濃度を酸素濃度計３４により測定して酸素濃度が上限値ｎ_ｂ以下かどうかを確認する。

また、Ｓ２６において、ワーク１４の全面に対するアニール処理が終了したときは、Ｓ２９に進み、レーザ発振器２０を停止させ、Ｓ３０で真空ポンプ３０を停止させる。続いて、Ｓ３１でガス供給装置２４からのガス供給を停止させる。その後、Ｓ３２では、アニール処理が終了したワーク１４をチャンバ１２から搬出する。これで、ワーク１４に対する一連のアニール処理が終了する。

尚、上記Ｓ１５〜Ｓ１７では、ワーク移動方向に応じて第１のガス供給経路Ａまたは第２のガス供給経路Ｂ及びガス吸引経路２６ａまたは２６ｂを選択したが、これに限らず、ワーク移動方向に関係なく、常に第１のガス供給経路Ａ及び第２のガス供給経路Ｂからガス供給を行うと共に、ガス吸引経路２６ａ，２６ｂの両方から吸引することも可能である。

図７はレーザ加工用ノズルの実施例２を示す縦断面図である。

図７に示されるように、レーザ加工用ノズル１８の底面には、凹部１１０が設けられている。この凹部１１０は、レーザ加工用ノズル１８の長手方向（Ｙ方向）に延在しており、ワーク表面から離間するため、加工点の周囲に隙間Ｓよりも広い空間１１２を形成する。そして、凹部１１０には、レーザ照射口７３と、レーザ照射口７３の外側にガス濃度検出孔８６と第１のガス吐出口７４，７６が開口する。

第１のガス吐出口７４，７６からワーク表面に吹き付けられたガスの流れａ，ｂ，ｃは、矢印で示すように空間１１２内を滞留する。これにより、レーザ照射口７３とワーク１４の加工点との間は、外気がシールドされると共に、酸素濃度がより安定した状態に維持される。

上記実施例では、レーザ加工用ノズルをレーザアニール装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、レーザアニール装置以外のレーザ加工機にも適用できるのは勿論である。

また、上記実施例では、酸素と窒素を混合して所定の酸素濃度とされたガスをワーク表面に吹き付けるよう構成されたレーザ加工機を一例として挙げたが、酸素、窒素以外の気体をワークに吹き付ける場合に本発明を適用できるのは勿論である。

本発明になるレーザ加工用ノズルが適用されたレーザ加工機の実施例１を示す構成図である。 レーザ加工用ノズル１８の構成を断面で示す斜視図である。 レーザ加工用ノズル１８の底面図である。 レーザ加工用ノズル１８の内部構造を拡大して示す縦断面図である。 アニール処理を行う際のガス供給及びガス吸引の流れを示す縦断面図である。 制御装置７０が実行する制御処理のフローチャートである。 レーザ加工用ノズルの実施例２を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ レーザ加工機
１２ チャンバ
１４ ワーク（ガラス基板）
１６ ＸＹステージ
１８ レーザ加工用ノズル
２０ レーザ発振器
２２ 光学系ユニット
２４ ガス供給装置
２６ａ，２６ｂ ガス吸引経路
３０ 真空ポンプ
３４ 酸素濃度計
３６ 酸素供給源
３８ 窒素供給源
４８ ミキサ
５６，５８ 開閉弁
６２ａ〜６２ｃ，６６ａ〜６６ｃ 流量調整弁
７０ 制御装置
７２ 記憶部
７３ レーザ照射口
７４，７６ 第１のガス吐出口
７８，８０ 第２のガス吐出口
８２，８４ ガス吸引口
８６ ガス濃度検出孔
８８ 第１の通路
９０，９２ 第２の通路
９４，９６ 第３の通路
９８，１００ 吸引通路
１０２ レーザ入射口
１０６ 保護ガラス
１１０ 凹部
１１２ 空間

Claims (7)

1. ワークに近接する位置に設けられたノズル本体と、
   該ノズル本体の内部に形成され、前記ワーク表面に照射されるレーザ光が通過する第１の通路と、
   該第１の通路の外側に設けられ、レーザ光が照射される前記ワークの加工点の周囲にガスを吹き付ける第２の通路と、
   該第２の通路の外側に設けられ、前記ワークの加工点より外側に向けてガスを吹き付ける第３の通路と、
   該第３の通路の外側に設けられ、前記ワークに吹き付けられたガス及び外気を吸い込む吸引通路と、
   を備えたことを特徴とするレーザ加工用ノズル。
2. レーザ光が通過するレーザ照射口からワークにレーザ光を照射するノズルを有するレーザ加工機において、
   前記レーザ照射口の外側で前記ワークにガスを吹き付けるガス吐出口を前記ノズル先端に設け、
   前記ガス吐出口より外側で前記ガスを吸い込むガス吸引口を前記ノズル先端に設けたことを特徴とするレーザ加工機。
3. 前記ガス吸引口は、前記ガス吐出口に対して前記ワーク移動方向の上流に配置されたことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。
4. 前記ガス吐出口から吐出されたガスは、周囲の気体を遮断するように前記レーザ光の照射位置を囲むように吐出され、前記ガス吸引口から吸引されることを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。
5. 前記ガス吸引口から吸い込まれるガス流量を、前記ガス吐出口から吐出されたガスの流量と前記ワーク移動に伴って流入する外気の流量とを合計した流量とほぼ等しくなるように流量調整を行う流量調整手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のレーザ加工機。
6. 前記流量調整手段は、前記ワークの移動速度に応じて吸引量を調整することを特徴とする請求項５記載のレーザ加工機。
7. レーザ光が通過するレーザ照射口からワークにレーザ光を照射するノズルを有するレーザ加工機において、
   前記レーザ照射口の両側に前記ワークにガスを吹き付ける一対のガス吐出口を設け、
   前記ガス吐出口の両側に前記ガスを吸い込む一対のガス吸引口を設け、
   前記一対のガス吐出口及び前記一対のガス吸引口のうち前記ワークの移動方向に対して上流に位置するガス吐出口からガスを吐出させると共に、前記ワークの移動方向に対して上流に位置するガス吸引口からガスを吸引するように切り替える切替手段を設けたことを特徴とするレーザ加工機。
   

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