JP2006119210A - Focal point adjustment apparatus, laser irradiation device and light irradiation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焦点位置調整装置、レーザ照射装置及び光照射方法に関し、特に、光照射対象物に照射される収束または発散光の、光照射対象物の表面における断面の大きさを調整することができる焦点位置調整装置、レーザ照射装置及び光照射方法に関する。 The present invention relates to a focal position adjusting device, a laser irradiation device, and a light irradiation method, and in particular, it is possible to adjust the size of a cross section on the surface of a light irradiation object of convergent or diverging light irradiated to the light irradiation object. The present invention relates to a focus position adjusting device, a laser irradiation device, and a light irradiation method.
レーザビームは、様々な加工に用いられている。例えば、被加工面においてビーム断面が最小となるように(焦点を結ぶように)収束させたレーザビームを、加工対象物に照射する加工が行われている。また例えば、マスクで整形されたビーム断面が、レンズにより被加工面上に結像するようにして、加工対象物にレーザビームを照射する加工も行われている。XYステージ上に保持した加工対象物を、被加工面と平行な方向に移動させて、被加工面上のレーザビーム入射位置を移動させる(被加工面上でレーザビームを走査する)技術が知られている。 Laser beams are used for various processes. For example, the processing target is irradiated with a laser beam that has been converged so that the beam cross-section is minimized on the surface to be processed (so as to be focused). In addition, for example, a process of irradiating a processing target with a laser beam so that a beam cross section shaped by a mask forms an image on a processing surface by a lens is also performed. A technique is known in which a workpiece to be processed held on an XY stage is moved in a direction parallel to a processing surface to move a laser beam incident position on the processing surface (scanning a laser beam on the processing surface). It has been.
レーザビームが照射される加工対象物として、例えば、フラットパネルディスプレイの主要部品となるガラス基板がある。レーザ照射前のガラス基板の表面に、非晶質シリコン膜が形成されている。非晶質シリコン膜にレーザ照射を行うことにより、非晶質シリコン膜が多結晶化される。例えばこのような加工対象物は、近年大型化する傾向にある。 As an object to be irradiated with a laser beam, for example, there is a glass substrate that is a main component of a flat panel display. An amorphous silicon film is formed on the surface of the glass substrate before laser irradiation. By performing laser irradiation on the amorphous silicon film, the amorphous silicon film is polycrystallized. For example, such a workpiece tends to be enlarged in recent years.
加工対象物が大型化すると、平坦な被加工面を得ることが困難となる。被加工面上でレーザビームを走査するとき、被加工面が完全な平面でなくうねりを有すると、加工対象物の表面が、うねりの形状に対応して高さ方向(入射するレーザビームの進行方向)に変位する。 When the workpiece becomes large, it becomes difficult to obtain a flat work surface. When scanning the laser beam on the work surface, if the work surface is not a perfect flat surface and has undulations, the surface of the object to be processed has a height direction corresponding to the shape of the undulations (the progress of the incident laser beam). Direction).
これに伴い、例えば、マスクで整形されたビーム断面を被加工面に結像させるためのレンズから、加工対象物の表面までの光路長が変動する。上述のようにビーム断面が被加工面に結像する状態を保ったまま、被加工面上でレーザビームを走査することができない。 Along with this, for example, the optical path length from the lens for forming an image of the beam cross section shaped by the mask on the processing surface to the surface of the processing object varies. As described above, it is impossible to scan the laser beam on the processing surface while maintaining the state where the beam cross section forms an image on the processing surface.
例えば特許文献1に、上述のような変位を補償するように、加工対象物をレーザビームの進行方向に移動させる昇降駆動装置を備えたレーザ照射装置が開示されている。このレーザ照射装置を用いれば、マスクで整形されたビーム断面が被加工面に結像する状態を、レーザビームの走査中に保つことができる。また、被加工面上でレーザビームが焦点を結ぶ状態を保つようにして、レーザビームを走査することもできる。
For example,
特許文献1に開示された文献に開示された技術では、加工対象物が大型化するほど、レーザビームの進行方向に関して加工対象物の高速な位置決めを行うことが容易でなくなる。このため、被加工面上でレーザビームが焦点を結ぶ状態を保つことが容易でなくなる。
In the technique disclosed in the document disclosed in
本発明の一目的は、加工対象物が大型化しても、被加工面上でレーザビームが焦点を結ぶ状態を保つことが容易な焦点位置調整装置、レーザ照射装置及び光照射方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a focus position adjusting device, a laser irradiation device, and a light irradiation method that can easily maintain a state in which a laser beam is focused on a surface to be processed even when a workpiece is enlarged. It is.
本発明の一観点によれば、収束または発散する光が入射し、入射する光の進行する第1の方向に関する厚さが可変である光透過部材と、前記光透過部材の厚さを変化させる駆動機構とを有する焦点位置調整装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, light that converges or diverges is incident, and the thickness of the light transmissive member is variable with respect to the first direction in which the incident light travels, and the thickness of the light transmissive member is changed. A focus position adjustment device having a drive mechanism is provided.
本発明の他の観点によれば、光照射対象物を保持する保持台と、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したレーザビームを収束または発散させるレンズと、前記レンズと、前記保持台に保持された光照射対象物との間のレーザビームの経路上に配置され、入射するレーザビームの進行する第1の方向に関する厚さが可変である光透過部材、及び該光透過部材の厚さを変化させる駆動機構を有する焦点位置調整装置とを有するレーザ照射装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a holder for holding a light irradiation object, a laser light source that emits a laser beam, a lens that converges or diverges the laser beam emitted from the laser light source, and the lens, A light transmissive member disposed on a path of a laser beam between the light irradiation object held on the holding table and having a variable thickness in a first direction in which the incident laser beam travels; and the light transmission There is provided a laser irradiation apparatus having a focal position adjusting device having a drive mechanism for changing the thickness of a member.
本発明の他の観点によれば、(a)レンズで収束された光が、第1の媒質を透過し、さらに該第1の媒質の屈折率と異なる屈折率を有する第2の媒質を透過して、光照射対象物に入射する工程と、(b)前記第1の媒質の、前記レンズで収束された光が進行する方向に関する厚さを変化させて、該レンズで収束された光の断面が最小になる位置を変化させる工程とを含む光照射方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, (a) the light converged by the lens is transmitted through the first medium, and further transmitted through the second medium having a refractive index different from the refractive index of the first medium. And (b) changing the thickness of the first medium with respect to the direction in which the light converged by the lens travels, and changing the thickness of the light converged by the lens. And a light irradiation method including a step of changing a position where the cross section is minimized.
例えば収束光が光透過部材に入射する場合、光透過部材の厚さが変化すると、光透過部材を透過した収束光が焦点を結ぶ位置(収束光の断面が最小になる位置)が、光の進行方向に関して移動する。これにより、光照射対象物の表面に照射される光の断面の大きさを変化させることができる。例えば、照射される光が光照射対象物の表面で焦点を結ぶようにできる。 For example, when convergent light is incident on the light transmissive member, if the thickness of the light transmissive member changes, the position where the convergent light transmitted through the light transmissive member is focused (the position where the cross section of the convergent light is minimized) is Move in the direction of travel. Thereby, the magnitude | size of the cross section of the light irradiated to the surface of a light irradiation target object can be changed. For example, the irradiated light can be focused on the surface of the light irradiation object.
図1は、本発明の第1の実施例によるレーザ照射装置の概略図である。レーザ光源1が、レーザビームを出射する。レーザ光源1から出射されたレーザビームは、折り返しミラー2で反射され、レーザビームを収束させる集光レンズ3に入射する。集光レンズ3から出射したレーザビームが、焦点位置調整装置4に入射する。
FIG. 1 is a schematic view of a laser irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention. The
焦点位置調整装置4は、ウェッジ基板4a1、ウェッジ基板4a2及び駆動機構4bを含んで構成される。ウェッジ基板4a1及び4a2は、例えば合成石英(SiO2)等のレーザビームを透過及び屈折させる素材からなる。例えば、波長308nmの光に対する合成石英の屈折率は1.485である。ウェッジ基板4a1は、集光レンズ3から出射したレーザビームの進行方向に直交する入射表面p1と、入射表面p1に対して傾いた(平行でも垂直でもない)出射表面p2とを有する。ウェッジ基板4a2は、ウェッジ基板4a1の出射表面p2に平行な入射表面p3と、ウェッジ基板4a1の入射表面p1に平行な出射表面p4とを有する。ウェッジ基板4a1とウェッジ基板4a2とは、出射表面p2と入射表面p3とを相互に接するように配置されており、光透過部材4aを構成する。集光レンズ3から出射したレーザビームが、ウェッジ基板4a1の入射表面p1に入射し、出射表面p2と入射表面p3とが相互に接する界面を透過し、ウェッジ基板4a2の出射表面p4から出射する。
The focal
ウェッジ基板4a1及び4a2の各々の、レーザビームの進行方向に関する厚さは均一ではないが、両者をまとめた光透過部材4aの、入射表面p1と出射表面p4とに挟まれた部分の厚さは均一となる。光透過部材4aの、入射表面p1と出射表面p4とに挟まれた部分の厚さを、光透過部材4aの厚さと呼ぶ。 Each of the wedge substrates 4a1 and 4a2 is not uniform in thickness in the laser beam traveling direction, but the thickness of the portion of the light transmitting member 4a in which both the wedge substrates 4a1 and 4a2 are sandwiched between the incident surface p1 and the emission surface p4 is It becomes uniform. The thickness of the portion of the light transmission member 4a sandwiched between the incident surface p1 and the emission surface p4 is referred to as the thickness of the light transmission member 4a.
駆動機構4bが、ウェッジ基板4a2を移動可能に保持する。駆動機構4bは、ウェッジ基板4a2を、出射表面p2と平行な方向で、かつ入射表面p1に対する傾斜角が最大になる方向に移動させる。このとき、ウェッジ基板4a1の出射表面p2とウェッジ基板4a2の入射表面p3とが相互に接したまま、ウェッジ基板4a1に対するウェッジ基板4a2の相対位置が移動する。制御装置8が、駆動機構4bを制御する。
The drive mechanism 4b holds the wedge substrate 4a2 in a movable manner. The drive mechanism 4b moves the wedge substrate 4a2 in a direction parallel to the emission surface p2 and in a direction in which the inclination angle with respect to the incident surface p1 is maximized. At this time, the relative position of the wedge substrate 4a2 with respect to the wedge substrate 4a1 moves while the emission surface p2 of the wedge substrate 4a1 and the incident surface p3 of the wedge substrate 4a2 are in contact with each other. The
ウェッジ基板4a1の中で厚さが相対的に厚い部分と、ウェッジ基板4a2の中で厚さが相対的に厚い部分とが近づくように、ウェッジ基板4a2を移動させれば、光透過部材4aの厚さが厚くなる。ウェッジ基板4a1の中で厚さが相対的に薄い部分と、ウェッジ基板4a2の中で厚さが相対的に薄い部分とが近づくように、ウェッジ基板4a2を移動させれば、光透過部材4aの厚さが薄くなる。 If the wedge substrate 4a2 is moved so that the relatively thick portion of the wedge substrate 4a1 and the relatively thick portion of the wedge substrate 4a2 approach each other, the light transmitting member 4a Thickness increases. If the wedge substrate 4a2 is moved so that the relatively thin portion of the wedge substrate 4a1 and the relatively thin portion of the wedge substrate 4a2 approach each other, the light transmitting member 4a The thickness becomes thinner.
集光レンズ3から出射したレーザビームが、光透過部材4aの、厚さが均一な部分を透過するように、集光レンズ3に対するウェッジ基板4a1の相対位置、ウェッジ基板4a2の移動範囲、両ウェッジ基板の大きさが設定されている。
The relative position of the wedge substrate 4a1 with respect to the
集光レンズ3に入射したレーザビームは、収束され、ある位置でビーム断面が最小となる(焦点を結ぶ)。集光レンズ3から出射したレーザビームの断面が最小となる位置を、焦点位置と呼ぶ。光透過部材4aは、それがなかったとしたときの焦点位置と、集光レンズ3との間の光路上に配置される。
The laser beam incident on the
図2を参照して、光透過部材4aの作用について説明する。図2は、集光レンズ3で収束され、光透過部材4aを透過して焦点を結ぶレーザビームの経路を概略的に示す。左方の図は、光透過部材4aの厚さが相対的に薄い場合(この場合の厚さをt1とする)を示し、右方の図は、光透過部材4aの厚さが相対的に厚い場合(この場合の厚さをt2とする)を示す。ここで、集光レンズ3及び光透過部材4a以外の、レーザビームが透過する媒質の屈折率は、光透過部材4aの屈折率より小さいとする。
With reference to FIG. 2, the operation of the light transmitting member 4a will be described. FIG. 2 schematically shows a path of a laser beam converged by the
光透過部材4aに入射するレーザビームの断面内の成分うち、入射表面p1に垂直入射しない成分が、入射表面p1で屈折する。入射表面p1で屈折した成分は、出射表面p4で再び屈折して光透過部材4aから出射し、入射表面p1への入射時の進行方向と平行な方向に進行する。光透過部材4aがレーザビームを屈折させることにより、レーザビームの焦点位置が、光透過部材4aが配置されなかったとした場合の焦点位置に対して、レーザ光源から遠ざかるようにずれる。 Of the components in the cross section of the laser beam incident on the light transmitting member 4a, the component that does not enter the incident surface p1 perpendicularly is refracted on the incident surface p1. The component refracted on the incident surface p1 is refracted again on the exit surface p4 and exits from the light transmitting member 4a, and travels in a direction parallel to the traveling direction when entering the entrance surface p1. The light transmitting member 4a refracts the laser beam, so that the focal position of the laser beam is shifted away from the laser light source with respect to the focal position when the light transmitting member 4a is not disposed.
左方の図において、光透過部材4aが配置されなかったとした場合の焦点位置f0から、厚さt1の光透過部材4aが配置された場合の焦点位置f1までの距離(焦点位置の移動量)d0は、光透過部材4aの厚さt1と、光透過部材4aの屈折率nとを用いて、近似的に、 In the figure on the left, the distance from the focal position f 0 when the light transmitting member 4a is not disposed to the focal position f 1 when the light transmitting member 4a having the thickness t 1 is disposed (the focal position of the focal position). The movement amount d 0 is approximately calculated by using the thickness t 1 of the light transmission member 4 a and the refractive index n of the light transmission member 4 a.
と表される。ここで、入射表面p1で屈折する成分が入射表面p1に入射する角度(入射表面p1に入射する該成分の進行方向と、入射表面p1の法線方向とがなす角度)をθと表したとき、角度θが、sinθをθと近似し、cosθを1−θ2と近似できる程度に小さいとした。また、光透過部材4aの周囲の媒質の屈折率を1とした。 It is expressed. Here, the angle at which the component refracted on the incident surface p1 is incident on the incident surface p1 (the angle formed by the traveling direction of the component incident on the incident surface p1 and the normal direction of the incident surface p1) is expressed as θ. The angle θ is small enough to approximate sin θ to θ and to approximate cos θ to 1−θ 2 . Further, the refractive index of the medium around the light transmitting member 4a was set to 1.
右方の図に示すように、光透過部材4aの厚さが厚くなると、入射表面p1で屈折した光が、出射表面p4に到達するまでに進行する距離が長くなる。これにより、光透過部材4aの厚さが厚いほど、焦点位置がレーザ光源から遠ざかる。焦点位置f1から、光透過部材4aの厚さがt2の場合の焦点位置f2までの距離(焦点位置の移動量)d1は、光透過部材4aの厚さの差(t2−t1)と、光透過部材4aの屈折率nとを用いて、近似的に、 As shown in the drawing on the right side, when the thickness of the light transmitting member 4a is increased, the distance traveled by the light refracted on the incident surface p1 until it reaches the output surface p4 becomes longer. Thereby, the focal position is further away from the laser light source as the thickness of the light transmitting member 4a is larger. From the focal point f 1, d 1 (the amount of movement of the focal position) length of the thickness of the light transmitting member 4a is to the focal position f 2 in the case of t 2, the difference in thickness of the light transmission member 4a (t 2 - Using t 1 ) and the refractive index n of the light transmitting member 4a,
と表される。なお、近似の条件は、距離d0を求めた場合と同様である。 It is expressed. The conditions of the approximation is similar to that that for determining the distance d 0.
以上説明したように、光透過部材4aの光透過部分の厚さを変化させることにより、レーザビームの進行方向に関して、焦点位置を移動させることができる。 As described above, the focal position can be moved with respect to the traveling direction of the laser beam by changing the thickness of the light transmitting portion of the light transmitting member 4a.
なお、入射表面p1と出射表面p2とのなす角、及び入射表面p3と出射表面p4とのなす角をαとし、ウェッジ基板4a2の移動距離をLとしたとき、ウェッジ基板4a2が距離Lだけ移動したことに伴う光透過部材4aの厚さの変化Δtは、 Note that when the angle formed by the incident surface p1 and the output surface p2 and the angle formed by the incident surface p3 and the output surface p4 is α and the moving distance of the wedge substrate 4a2 is L, the wedge substrate 4a2 moves by the distance L. The change Δt in the thickness of the light transmitting member 4a due to the
と表される。 It is expressed.
(3)式及び(2)式より、 From Equation (3) and Equation (2),
と表される。sinα及び(1−1/n)の大きさはともに1より小さくなるので、焦点位置の移動距離d1は、ウェッジ基板4a2の移動距離Lより小さい。これにより、ウェッジ基板4a2の移動方向の位置精度よりも、焦点位置の精度を高くすることができる。角度α及び屈折率nの少なくとも一方を適当に設定することにより、ウェッジ基板4a2の移動方向の位置精度に対して、焦点位置の精度を充分に高めることができる。 It is expressed. Since the magnitudes of sin α and (1-1 / n) are both smaller than 1, the moving distance d 1 of the focal position is smaller than the moving distance L of the wedge substrate 4a2. Thereby, the precision of a focus position can be made higher than the position precision of the moving direction of the wedge board | substrate 4a2. By appropriately setting at least one of the angle α and the refractive index n, the accuracy of the focal position can be sufficiently increased with respect to the positional accuracy of the wedge substrate 4a2 in the moving direction.
なお、集光レンズ3を、レーザビームの進行方向に移動させることにより、焦点位置を移動させる方法も考えられる。この方法では集光レンズ3の移動距離が、焦点位置の移動距離と等しくなる。よって、焦点位置の精度を高めるためには、それと同程度に集光レンズ3の位置精度を高める必要がある。
Note that a method of moving the focal point by moving the
図1に戻って説明を続ける。光透過部材4aから出射したレーザビームが、加工対象物5の表面に照射される。XYステージ6が加工対象物5を保持し、被加工面に入射するレーザビームの進行方向と交差する平面と平行な方向に、加工対象物5を移動させる。XYステージ6が加工対象物5を移動させることにより、被加工面上のレーザビーム入射位置が移動する。制御装置8が、所望の被加工点にレーザビームが照射されるように、XYステージ6を制御する。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. A laser beam emitted from the light transmitting member 4 a is irradiated on the surface of the
以下、加工対象物5の表面が、完全に平坦ではでなく、うねりを有する場合について考える。XYステージ6が加工対象物5を移動させると、レーザビーム入射位置における加工対象物5の表面が、うねりの形状に対応して、高さ方向(レーザビームの進行方向)に変位する。
Hereinafter, a case where the surface of the
高さ方向に関する基準位置に配置された被加工点に、レーザビームが照射されたとき、この被加工点上でレーザビームが焦点を結ぶように、集光レンズ3の焦点距離と、光透過部材4の基準の厚さとが設定されている。
The focal length of the
変位センサ7が、加工対象物5の表面の上方の空間に配置されている。変位センサ7は、例えばレーザ変位計である。変位センサ7は、被計測位置に配置された被加工点が、高さ方向に関して、基準位置からどの程度変位しているかを計測する。計測された被加工点の変位量に対応する信号が、変位センサ7から制御装置8に送出される。
A
変位センサ7で変位量が計測された被加工点を、レーザビームが入射する位置へ移動させる。該被加工点の変位量に基づき、該被加工点上でレーザビームが焦点を結ぶように、制御装置8が、焦点距離調整装置4の駆動機構4bを制御して、光透過部材4の厚さを変化させる。
The processing point whose displacement is measured by the
例えば以下のようにして、線状の被加工領域にレーザビームを照射することができる。図3に示すように、レーザビーム入射位置Aと、加工対象物5の表面上に配置された、変位センサ7の被計測位置Bとを結ぶ直線に沿うように、かつ被加工領域Cの一端が変位センサ7の被計測位置B上にあり、他端がレーザビーム入射位置Aと反対側にあるように、被加工領域Cが配置される。
For example, a laser beam can be irradiated onto a linear workpiece region as follows. As shown in FIG. 3, one end of the processing region C is along a straight line connecting the laser beam incident position A and the measurement position B of the
被加工領域Cの一端から他端に向けて、各被加工点の変位量が計測されるように、加工対象物5を、被加工領域Cの長さ方向に平行に移動させる。変位センサ7で変位量が計測された被加工点は、所定距離を移動した後、レーザビーム入射位置Aに到達する。各被加工点の変位量に応じて焦点位置を調整し、被加工面上でレーザビームが焦点を結ぶ状態が保たれるようにして、被加工領域Cの一端から他端に向けてレーザ照射を行う。なお、被加工領域C内のみにレーザ照射が行われるように、レーザ光源からのレーザビームの出射が制御される。
The
このように、変位センサ7を、加工対象物5の移動方向に関して、レーザビーム入射位置Aの手前に被計測位置Bが配置されるように、配置することができる。なお、加工対象物5を複数の方向に移動させてレーザ照射を行いたい場合には、加工対象物5の移動方向に対応して、複数の変位センサを配置しても構わない。
In this way, the
以上説明したように、焦点位置調整装置4が、光透過部材4aの厚さを変化させることにより、レーザビームの焦点位置を調整することができる。レーザビームの焦点位置を調整するために、加工対象物5を、レーザビームの進行方向に移動させる必要はない。変位センサ7を用いて、被加工点のレーザビームの進行方向に関する位置を計測し、それに基づいて、被加工点でレーザビームが焦点を結ぶようにできる。被加工面が完全な平面ではなく、うねりを有する形状であっても、各被加工点へのレーザ照射の条件を揃えられるので、被加工面内で加工品質がばらつく不具合を抑制できる。
As described above, the focal
なお、上記実施例では、レーザビームが被加工面上で焦点を結ぶように焦点位置を調整したが、焦点位置調整装置4を用い、被加工面上のレーザビーム入射位置におけるビーム断面の大きさが所望の大きさとなるように、焦点位置を調整しても構わない。例えば、焦点位置を被加工面から遠ざけることにより、被加工面上のビーム断面を大きくすることができる。被加工面上のビーム断面の大きさを一定にすれば、例えば、被加工面に照射される光のパワー密度を一定にできる利点がある。なお、レーザビームが被加工面上で常に焦点を結ぶようにした場合は、被加工面上のビーム断面の大きさは一定に保たれる。
In the above embodiment, the focal position is adjusted so that the laser beam is focused on the processing surface. However, the size of the beam cross section at the laser beam incident position on the processing surface using the focal
次に、図4を参照して、第2の実施例によるレーザ照射装置について説明する。図4に示すレーザ照射装置は、図1に示したレーザ照射装置のレーザ光源1と折り返しミラー2との間の光路上に、ホモジナイザ9とマスク10とが挿入された構成を有する。
Next, a laser irradiation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The laser irradiation apparatus shown in FIG. 4 has a configuration in which a homogenizer 9 and a
ホモジナイザ9が、レーザ光源1から出射されたレーザビームの断面内の光強度分布を、ホモジナイズ面において均一に近づける。ホモジナイザ9から出射したレーザビームが、所定形状(例えば、正方形や長方形)の貫通孔を有するマスク10に入射する。マスク10が、ビーム断面の貫通孔に対応する部分の光を透過させ、他の部分の光を遮蔽する。マスク10の貫通孔が、ホモジナイザ9のホモジナイズ面上に位置するように、マスク10が配置される。
The homogenizer 9 makes the light intensity distribution in the cross section of the laser beam emitted from the
高さ方向に関する基準位置に配置された被加工面上で、マスク10の貫通孔が結像するように、マスク10から集光レンズ3までの光路長、集光レンズ3の焦点距離、光透過部材4aの基準の厚さ、及び集光レンズ3から被加工面までの光路長が定められている。マスク10の貫通孔を通過する位置におけるレーザビームの断面内の光強度分布は、ホモジナイザ9で均一化されているので、被加工面上のビーム断面内の光強度分布も均一化されている。
The optical path length from the
このレーザ照射装置では、被加工面が、高さ方向に関して基準位置から変位しても、被加工面上でマスク10の貫通孔が結像する状態が保たれるように、焦点位置調整装置4が、焦点位置を調整する。
In this laser irradiation apparatus, even if the processing surface is displaced from the reference position in the height direction, the focus
第2の実施例のレーザ照射装置を用いれば、被加工面に照射されるレーザビームの断面形状を、マスク10の貫通孔に対応する所望の形状に保ったまま、加工を行うことができる。また、ビーム断面内の光強度分布が均一化されたレーザビームを、被加工面に照射することができる。
By using the laser irradiation apparatus of the second embodiment, it is possible to perform processing while maintaining the cross-sectional shape of the laser beam irradiated to the processing surface in a desired shape corresponding to the through hole of the
第2の実施例のレーザ照射装置は、例えば、表面に非晶質シリコン膜が形成されたガラス基板にレーザ照射を行うアニールに用いることができる。被加工面上のビーム断面内の光強度分布が均一化されているので、ビーム断面内における品質のばらつきが少ない多結晶シリコン膜を形成することができる。 The laser irradiation apparatus of the second embodiment can be used for annealing for performing laser irradiation on a glass substrate having an amorphous silicon film formed on the surface thereof, for example. Since the light intensity distribution in the beam cross section on the surface to be processed is uniform, a polycrystalline silicon film with little quality variation in the beam cross section can be formed.
なお、以上の実施例では、光透過部材4aが有する2つのウェッジ基板4a1及び4a2を相互に接触させたが、両ウェッジ基板を、出射表面p2と入射表面p3とが間隔を隔てるように配置しても構わない。ただし、出射表面p2及び入射表面p3は互いに平行となるように配置することが好ましい。 In the above embodiment, the two wedge substrates 4a1 and 4a2 included in the light transmitting member 4a are brought into contact with each other. However, both the wedge substrates are arranged so that the emission surface p2 and the incident surface p3 are spaced apart from each other. It doesn't matter. However, the exit surface p2 and the entrance surface p3 are preferably arranged so as to be parallel to each other.
なお、以上の実施例では、光透過部材4aの厚さを変化させるために、ウェッジ基板4a2を、出射表面p2と平行な方向で、かつ入射表面p1に対する傾斜角が最大の方向(入射表面p1と出射表面p2の仮想的な交線と直交する方向)に移動させたが、ウェッジ基板4a2の移動方向はこの方向に限らない。ウェッジ基板4a2を、光透過部材4aを透過するレーザビームの進行方向と交差し、かつ入射表面p1と出射表面p2の仮想的な交線と平行でない方向に移動させれば、光透過部材4aの光が透過する部分の厚さを変化させることができる。 In the above embodiment, in order to change the thickness of the light transmitting member 4a, the wedge substrate 4a2 is arranged in a direction parallel to the emission surface p2 and having the maximum inclination angle with respect to the incidence surface p1 (incidence surface p1). The direction of movement of the wedge substrate 4a2 is not limited to this direction. If the wedge substrate 4a2 is moved in a direction that intersects the traveling direction of the laser beam that passes through the light transmitting member 4a and is not parallel to the virtual intersecting line of the incident surface p1 and the emitting surface p2, the light transmitting member 4a The thickness of the portion through which light is transmitted can be changed.
なお、以上の実施例では、ウェッジ基板4a2を移動させたが、ウェッジ基板4a1及び4a2の少なくとも一方を移動させれば、光透過部材4aの厚さを変化させることができる。 In the above embodiment, the wedge substrate 4a2 is moved. However, if at least one of the wedge substrates 4a1 and 4a2 is moved, the thickness of the light transmitting member 4a can be changed.
なお、以上の実施例では、光透過部材4aとして2つのウェッジ基板を重ねたものを用い、両ウェッジ基板の相対位置を変化させることにより、光透過部材4aの厚さを変化させた。その他、厚さが可変な光透過部材として、例えば、光を透過させる素材からなり、互いに対向する2枚の平板の間に、光を透過及び屈折させる流体を充填した構造のものを用いても構わない。この流体として、光透過部材の周囲の媒質の屈折率と異なる屈折率を有するものが選ばれる。2枚の平板の間隔を変化させることにより、上記実施例の光透過部材4aの厚さを変化させて焦点位置を調整したのと同様の原理で、焦点位置を調整することができる。 In the above embodiment, the light transmitting member 4a is a stack of two wedge substrates, and the thickness of the light transmitting member 4a is changed by changing the relative position of both wedge substrates. In addition, as the light transmissive member having a variable thickness, for example, a member made of a material that transmits light and having a structure in which a fluid that transmits and refracts light is filled between two opposing flat plates may be used. I do not care. As this fluid, a fluid having a refractive index different from that of the medium around the light transmitting member is selected. By changing the distance between the two flat plates, the focal position can be adjusted based on the same principle as adjusting the focal position by changing the thickness of the light transmitting member 4a of the above embodiment.
なお、以上の実施例では、レーザビームを収束させる集光レンズ3を用いたが、レーザビームを発散させるレンズを用い、該レンズから出射した発散光が光透過部材4aを透過して加工対象物5に入射するようにしても構わない。焦点位置調整装置4を用いれば、例えば、被加工面上のビーム断面の大きさを調整できる。
In the above embodiment, the condensing
なお、以上の実施例では、変位センサの被計測位置とレーザビーム入射位置とが離れている場合を説明したが、被計測位置とレーザビーム入射位置とを一致させても構わない。 In the above embodiment, the case where the measurement position of the displacement sensor is separated from the laser beam incident position has been described. However, the measurement position and the laser beam incident position may be matched.
なお、以上の実施例では、加工対象物5の表面の高さ方向の変位量を計測する変位センサを用いたが、変位センサの代わりに、加工対象物5の表面までの距離を計測する距離計を用いても構わない。
In the above embodiment, the displacement sensor that measures the displacement in the height direction of the surface of the
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1 レーザ光源
2 折り返しミラー
3 集光レンズ
4 焦点位置調整装置
4a 光透過部材
4a1、4a2 ウェッジ基板
4b 駆動機構
5 加工対象物
6 XYステージ
7 変位センサ
8 制御装置
9 ホモジナイザ
10 マスク
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記光透過部材の厚さを変化させる駆動機構と
を有する焦点位置調整装置。 A light transmissive member in which light that converges or diverges is incident and the thickness of the incident light in the first direction is variable;
A focus position adjusting device having a driving mechanism for changing a thickness of the light transmitting member;
前記駆動機構は、前記第1及び第2のウェッジ基板の少なくとも一方を、光透過部分の厚さが変化するように移動させる請求項1に記載の焦点位置調整装置。 The light transmitting member is in contact with the second surface and a first wedge substrate having a first surface intersecting the first direction and a second surface inclined with respect to the first surface. Or a third surface oppositely spaced in parallel and a second wedge substrate having a fourth surface parallel to the first surface;
2. The focus position adjusting apparatus according to claim 1, wherein the drive mechanism moves at least one of the first and second wedge substrates so that a thickness of a light transmission portion changes.
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したレーザビームを収束または発散させるレンズと、
前記レンズと、前記保持台に保持された光照射対象物との間のレーザビームの経路上に配置され、入射するレーザビームの進行する第1の方向に関する厚さが可変である光透過部材、及び該光透過部材の厚さを変化させる駆動機構を有する焦点位置調整装置と
を有するレーザ照射装置。 A holding table for holding a light irradiation object;
A laser light source for emitting a laser beam;
A lens that converges or diverges the laser beam emitted from the laser light source;
A light transmissive member disposed on a path of a laser beam between the lens and a light irradiation object held on the holding table, and having a variable thickness in a first direction in which the incident laser beam travels; And a focal position adjusting device having a drive mechanism for changing the thickness of the light transmitting member.
前記焦点位置調整装置が有する前記駆動機構は、前記第1及び第2のウェッジ基板の少なくとも一方を、光透過部分の厚さが変化するように移動させる請求項5に記載のレーザ照射装置。 The light transmitting member of the focal position adjustment device includes a first surface that intersects the first direction, and a first wedge substrate having a second surface that is inclined with respect to the first surface; A third surface in contact with or parallel to the second surface and spaced in parallel; and a second wedge substrate having a fourth surface parallel to the first surface;
The laser irradiation apparatus according to claim 5, wherein the driving mechanism included in the focal position adjustment device moves at least one of the first and second wedge substrates so that a thickness of a light transmission portion changes.
前記センサで計測された位置情報に基づき、前記焦点位置調整装置が有する前記駆動機構を制御して、前記光透過部材の前記第1の方向に関する厚さを変化させる制御装置と
を有する請求項5または6に記載のレーザ照射装置。 Furthermore, a sensor for measuring position information regarding the traveling direction of the laser beam incident on the light irradiation target object, which is held on the holding table,
A control device that controls the drive mechanism of the focal position adjustment device based on the position information measured by the sensor to change the thickness of the light transmission member in the first direction. Or the laser irradiation apparatus of 6.
前記制御装置は、前記保持台が光照射対象物を移動させたとき、レーザビーム入射位置における該光照射対象物の表面がレーザビームの進行方向に変位しても、該光照射対象物の表面のビーム断面の大きさが変化しないように、前記駆動機構を制御して前記光透過部材の厚さを変化させる請求項7に記載のレーザ照射装置。 The holding table moves the light irradiation object held by the holding table in a direction parallel to a plane intersecting the traveling direction of the laser beam incident on the light irradiation object,
When the holding table moves the light irradiation target object, the control device may move the surface of the light irradiation target object even if the surface of the light irradiation target object at the laser beam incident position is displaced in the traveling direction of the laser beam. The laser irradiation apparatus according to claim 7, wherein the thickness of the light transmission member is changed by controlling the drive mechanism so that the size of the beam cross section of the laser beam does not change.
前記保持台が光照射対象物をある位置に保持しているとき、前記レーザ光源と前記レンズとの間のレーザビームの経路中の第1の位置が物点となり、光照射対象物の表面に像点が位置するように、前記レンズの焦点距離、前記光透過部材の厚さ、及び前記レンズから光照射対象物の表面までの光路長が設定されており、
前記制御装置は、前記保持台が光照射対象物を移動させたとき、レーザビーム入射位置における該光照射対象物の表面がレーザビームの進行方向に変位しても、前記第1の位置の像点が該光照射対象物の表面に位置する状態が保たれるように、前記駆動機構を制御して前記光透過部材の厚さを変化させる請求項7に記載のレーザ照射装置。 The holding table moves the light irradiation object held by the holding table in a direction parallel to a plane intersecting the traveling direction of the laser beam incident on the light irradiation object,
When the holding table holds the light irradiation target object at a certain position, the first position in the laser beam path between the laser light source and the lens becomes an object point, and the light irradiation target object is placed on the surface of the light irradiation target object. The focal length of the lens, the thickness of the light transmission member, and the optical path length from the lens to the surface of the light irradiation object are set so that the image point is located,
When the holding table moves the light irradiation object, the control device is configured to display the image of the first position even if the surface of the light irradiation object at the laser beam incident position is displaced in the traveling direction of the laser beam. The laser irradiation apparatus according to claim 7, wherein the thickness of the light transmission member is changed by controlling the driving mechanism so that a point is maintained on the surface of the light irradiation object.
(b)前記第1の媒質の、前記レンズで収束された光が進行する方向に関する厚さを変化させて、該レンズで収束された光の断面が最小になる位置を変化させる工程と
を含む光照射方法。 (A) The light converged by the lens passes through the first medium, and further passes through the second medium having a refractive index different from the refractive index of the first medium, and enters the light irradiation object. Process,
(B) changing the thickness of the first medium in the direction in which the light converged by the lens travels, and changing the position where the cross section of the light converged by the lens is minimized. Light irradiation method.
(c1)前記光照射対象物を、該光照射対象物に入射する光の進行方向と交差する平面に平行な方向に移動させる工程
を有し、前記光照射対象物を移動させたとき、光の入射位置における該光照射対象物の表面が入射光の進行方向に変位しても、該光照射対象物の表面の光照射領域の大きさが変化しないように、前記工程(b)において、前記第1の媒質の厚さを変化させる請求項10に記載の光照射方法。 further,
(C1) a step of moving the light irradiation object in a direction parallel to a plane intersecting a traveling direction of the light incident on the light irradiation object, and moving the light irradiation object; In the step (b), the size of the light irradiation region on the surface of the light irradiation object does not change even if the surface of the light irradiation object at the incident position is displaced in the traveling direction of the incident light. The light irradiation method according to claim 10, wherein the thickness of the first medium is changed.
(c2)前記光照射対象物を、該光照射対象物に入射する光の進行方向と交差する平面に平行な方向に移動させる工程
を有し、前記光照射対象物を移動させたとき、光の入射位置における該光照射対象物の表面が入射光の進行方向に変位しても、前記レンズに入射する光の経路中の第1の位置が物点となり、該光照射対象物の表面に像点が位置する状態が保たれるように、前記工程(b)において、前記第1の媒質の厚さを変化させる請求項10に記載の光照射方法。 further,
(C2) a step of moving the light irradiation object in a direction parallel to a plane intersecting a traveling direction of light incident on the light irradiation object, and when the light irradiation object is moved, Even if the surface of the light irradiation object at the incident position is displaced in the traveling direction of the incident light, the first position in the path of light incident on the lens becomes an object point, and the surface of the light irradiation object is The light irradiation method according to claim 10, wherein in the step (b), the thickness of the first medium is changed so that the state where the image point is located is maintained.
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