JP2006351977A - Laser processing apparatus and laser processing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform processing by laser beam irradiation to the entire area of a large-sized substrate just by equal speed movement. <P>SOLUTION: A laser processing apparatus 1 is provided with a substrate support 11 for which the outer surface side or inner surface side of a columnar surface is constituted as a support surface 11a of a workpiece W, and irradiation heads 13-1 and 13-2, etc., for irradiating the workpiece W supported by the support surface 11a of the substrate support part 11 with laser beams. By the relative unidirectional movement of the irradiation heads 13-1 and 13-2, etc., to the support surface 11a on a track centering the axis ϕ of the columnar surface constituting the support surface 11a, the irradiation heads 13-1 and 13-2, etc. , are scanned for the entire area of the workpiece W supported by the support surface 11a. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はレーザ処理装置およびレーザ処理方法に関し、特には大面積の処理基板の全領域に効率よくレーザ光を照射する処理に好適に用いられるレーザ処理装置、およびレーザ処理方法に関する。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method, and more particularly to a laser processing apparatus and a laser processing method that are suitably used for a process for efficiently irradiating a laser beam to the entire region of a large-area processing substrate.

液晶表示装置や有機EL表示装置のようなフラット型表示装置においては、複数画素のアクティブマトリックス表示を行うためのスイッチング素子として、薄膜トランジスタ(thin film transistor:TFT)が用いられている。特に、多結晶シリコン(poly-Si)あるいは微結晶シリコン(μc-Si)などを活性領域に用いたTFT(多結晶シリコンTFT)は、応答速度が速くスイッチング素子の構成材料として非常に優れた特性を有している。このような多結晶シリコンTFTの製造技術として、レーザ光の照射によるレーザアニール処理によって半導体薄膜を結晶化させる、いわゆる低温ポリシリコンプロセスが開発され、実用化されている。低温ポリシリコンプロセスを用いることにより、基板として樹脂材料を用いることが可能になるため、フレキシブルに屈曲するフラット型表示装置が実現されると共に、フラット型表示装置の低コスト化が図られる。   In a flat display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, a thin film transistor (TFT) is used as a switching element for performing an active matrix display of a plurality of pixels. In particular, TFTs (polycrystalline silicon TFTs) that use polycrystalline silicon (poly-Si) or microcrystalline silicon (μc-Si) in the active region have a fast response speed and very excellent characteristics as a constituent material for switching elements. have. As a manufacturing technique of such a polycrystalline silicon TFT, a so-called low-temperature polysilicon process for crystallizing a semiconductor thin film by laser annealing by laser light irradiation has been developed and put into practical use. By using a low-temperature polysilicon process, it is possible to use a resin material as a substrate, so that a flat display device that can be flexibly bent is realized and the cost of the flat display device can be reduced.

以上のような低温ポリシリコンプロセスにおいて、大面積化された基板に対して上記レーザアニール処理を行う場合には、所定の形状に照射領域を成形したレーザ光を、処理表面に対して二次元的に走査しながら間欠照射している。この際、レーザ光の照射位置に重なりを持たせて走査することで、各照射位置に対して複数回のレーザ光照射を行い、これにより基板の全面において均一なエネルギーでのレーザ光の照射を行い結晶粒径の均一化を図っている。(以上、下記特許文献1参照)。   In the low-temperature polysilicon process as described above, when the laser annealing process is performed on a substrate having a large area, a laser beam in which an irradiation region is shaped into a predetermined shape is two-dimensionally applied to the processing surface. Intermittent irradiation while scanning. At this time, the laser beam irradiation positions are scanned so as to be overlapped so that each irradiation position is irradiated with the laser beam a plurality of times, thereby irradiating the laser beam with uniform energy over the entire surface of the substrate. The crystal grain size is made uniform. (See the following Patent Document 1).

特開2000−340506号公報(第10〜14段落参照)JP 2000-340506 A (see paragraphs 10 to 14)

ところが、上述したレーザアニール処理に用いられるレーザ処理装置は、より広い範囲に均等にレーザ光を照射することを目的とし、基板のステップ移動に同期させてレーザ光をパルス照射する構成となっている。そして、このようなレーザ処理装置を用いたアニールでは、上述したように、長尺の線状に成形したレーザ光の照射領域をずらしながら、各照射位置に対して複数回のパルス照射を行う、と言った処理が行われる。したがって、例えば表示装置の駆動基板用に配列された素子の一部をアニールするようなプロセスにおいては、照射しているエネルギーの殆どは使用されない領域にエネルギーを費やしており無駄が多い。またさらに、広範囲にレーザ光を照射する構成では、基板に対する熱的負荷が大きく、プラスチック基板を用いたプロセスへの適用に適しているとは言い難い。   However, the laser processing apparatus used for the above-described laser annealing process is configured to irradiate laser light in pulses in synchronization with the step movement of the substrate for the purpose of irradiating laser light uniformly over a wider range. . Then, in the annealing using such a laser processing apparatus, as described above, a plurality of times of pulse irradiation are performed on each irradiation position while shifting the irradiation region of the laser beam formed into a long linear shape. That process is performed. Therefore, for example, in the process of annealing a part of the elements arranged for the drive substrate of the display device, most of the irradiating energy is expended in a region where it is not used, which is wasteful. Furthermore, a configuration in which laser light is irradiated over a wide range has a large thermal load on the substrate, and is not suitable for application to a process using a plastic substrate.

このため、基板に対してレーザ光の照射位置を等速で移動させつつ、レーザ光のON/OFFを制御して所望の位置のみにレーザ光照射を行うことで、基板に対する熱的負荷を軽減することが可能なレーザ処理装置の開発が望まれている。しかしながら、基板に対してレーザ光の照射位置を等速で移動させるためには、基板またはレーザ光の照射ヘッドが等速運動の速度に達するまでの空間的な加速領域が必要となる。このため、装置が大型化すると言った問題があった。   For this reason, while moving the irradiation position of the laser beam to the substrate at a constant speed, the thermal load on the substrate is reduced by controlling the ON / OFF of the laser beam and irradiating only the desired position with the laser beam. It is desired to develop a laser processing apparatus that can do this. However, in order to move the irradiation position of the laser light with respect to the substrate at a constant speed, a spatial acceleration region is required until the substrate or the laser light irradiation head reaches the speed of the constant speed movement. For this reason, there has been a problem that the apparatus becomes larger.

そこで本発明は、より小型でありながらも、等速度運動によって基板の全域にレーザ光照射による処理を行うことが可能なレーザ処理装置を提供すること、およびこのレーザ処理装置によるレーザ処理方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a laser processing apparatus capable of performing processing by laser light irradiation over the entire area of the substrate by a constant velocity motion, and a laser processing method using the laser processing apparatus. The purpose is to do.

このような目的を達成するための本発明のレーザ処理装置は、円柱面の外面側または内面側が処理基板の支持面として構成された基板支持部を備えている。また、この基板支持部の支持面に支持された処理基板に対してレーザ光を照射する照射ヘッドとが設けられている。そして、基板支持部と照射ヘッドとは、基板支持部の支持面を構成する円柱面の軸を中心にした軌道上において、当該支持面に対して照射ヘッドが相対的な一方向へ移動し、これにより当該支持面に支持した処理基板の全領域に対して当該照射ヘッドが走査される構成となっている。   In order to achieve such an object, the laser processing apparatus of the present invention includes a substrate support portion in which an outer surface side or an inner surface side of a cylindrical surface is configured as a support surface of a processing substrate. Further, an irradiation head for irradiating the processing substrate supported on the support surface of the substrate support portion with laser light is provided. Then, the substrate support part and the irradiation head move in one direction relative to the support surface on the trajectory centering on the axis of the cylindrical surface constituting the support surface of the substrate support part, Accordingly, the irradiation head is configured to scan the entire area of the processing substrate supported on the support surface.

このような構成のレーザ処理装置では、基板支持部の支持面が、円柱面の外面側または内面側となっている。このため、この支持面に処理基板を支持させた状態においては、処理基板の被処理面が円柱面の外面側または内面側を構成することになる。また、この支持面に支持された処理基板に対してレーザ光を照射する照射ヘッドは、支持面を構成する円柱面の軸を中心にした軌道上の一方向に向かって、当該支持面に対して相対的に移動する。したがって、基板支持部に支持した処理基板の被処理面に対する照射ヘッドの相対的な移動が、照射ヘッドおよび基板支持部を移動させることなく、円柱面の軸を中心にした回転運動のみによって連続的に行われることになる。   In the laser processing apparatus having such a configuration, the support surface of the substrate support portion is the outer surface side or the inner surface side of the cylindrical surface. For this reason, in a state where the processing substrate is supported on the support surface, the surface to be processed of the processing substrate constitutes the outer surface side or the inner surface side of the cylindrical surface. The irradiation head for irradiating the processing substrate supported by the support surface with laser light is directed toward the support surface in one direction on the orbit centering on the axis of the cylindrical surface constituting the support surface. Move relatively. Therefore, the relative movement of the irradiation head with respect to the surface to be processed of the processing substrate supported by the substrate support unit is continuously performed only by the rotational motion around the axis of the cylindrical surface without moving the irradiation head and the substrate support unit. Will be done.

また本発明のレーザ処理方法は、基板の被処理面に対してレーザ光を相対的に走査させながら照射することにより、当該被処理面の全域にレーザ光照射による処理を行うレーザ処理方法である。特に、処理基板は、円柱面の外面側または内面側が被処理面となるように設置される。そして、このように設置された被処理面に向かって照射ヘッドからレーザ光を照射する際には、被処理面を構成する円柱面の軸を中心にした軌道上においての当該被処理面に対する当該照射ヘッドの相対的な一方向への移動により、当該被処理面の全領域に対して当該照射ヘッドから照射されたレーザ光を走査させる。   The laser processing method of the present invention is a laser processing method for performing processing by laser light irradiation over the entire surface to be processed by irradiating the surface to be processed of the substrate while relatively scanning the laser beam. . In particular, the processing substrate is installed such that the outer surface side or the inner surface side of the cylindrical surface is a surface to be processed. And when irradiating a laser beam from an irradiation head toward the to-be-processed surface installed in this way, the said with respect to the to-be-processed surface on the track | orbit centering on the axis | shaft of the cylindrical surface which comprises a to-be-processed surface By the movement of the irradiation head in one relative direction, the laser light emitted from the irradiation head is scanned over the entire area of the surface to be processed.

このような処理方法では、円柱面の外面側または内面側を構成する被処理面に対して、照射ヘッドを相対的な一方向に移動させることにより、被処理面の全領域に対してレーザ光を走査させている。このため、基板支持部に支持した処理基板の被処理面に対する照射ヘッドの相対的な移動が、照射ヘッドおよび基板支持部を移動させることなく、円柱面の軸を中心にした回転運動によって連続的に行われる。   In such a processing method, the laser beam is applied to the entire area of the processing surface by moving the irradiation head in one relative direction with respect to the processing surface constituting the outer surface side or the inner surface side of the cylindrical surface. Scanning. For this reason, the relative movement of the irradiation head with respect to the processing surface of the processing substrate supported by the substrate support unit is continuously performed by a rotational movement around the axis of the cylindrical surface without moving the irradiation head and the substrate support unit. To be done.

以上説明したように本発明のレーザ処理装置およびレーザ処理方法によれば、回転運動のみによって処理基板の被処理面に対する照射ヘッドの相対的な移動が連続的に行われるため、照射ヘッドおよび基板支持部を移動させることなく処理基板に対するレーザ光の照射位置の移動を行うことが可能になる。これにより、装置を小型に保ちつつも、等速運動によって基板の全域にレーザ光照射による処理を行うことが可能になる。   As described above, according to the laser processing apparatus and the laser processing method of the present invention, the relative movement of the irradiation head with respect to the surface to be processed of the processing substrate is continuously performed only by the rotational motion. It is possible to move the irradiation position of the laser beam on the processing substrate without moving the part. Thereby, it is possible to perform processing by laser light irradiation over the entire area of the substrate by constant velocity movement while keeping the apparatus small.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。各実施形態においては、大面積の処理基板の全面において、所定の照射位置にレーザ光を照射する処理を行うためのレーザ処理装置の構成を説明し、その後個のレーザ処理装置を用いたレーザ処理方法を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment, a configuration of a laser processing apparatus for performing a process of irradiating a predetermined irradiation position with laser light on the entire surface of a large-area processing substrate will be described, and then laser processing using a single laser processing apparatus will be described. A method will be described.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態のレーザ処理装置の概略構成を示す斜視図である。この図に示す第1実施形態のレーザ処理装置1は、処理基板Wを支持するための基板支持部11と、基板支持部11に支持された処理基板にレーザ光を照射する複数の照射ヘッド13-1,13-2,…(ここでは4つ)とを備えている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus of the first embodiment. The laser processing apparatus 1 according to the first embodiment shown in this figure includes a substrate support 11 for supporting a processing substrate W, and a plurality of irradiation heads 13 for irradiating a processing substrate supported by the substrate support 11 with laser light. -1, 13-2,... (Four here).

ここで、基板支持部11は、筒状体(または円柱体)として構成され、その円柱面の外面側が支持面11aとして構成されている。支持面11aは、処理基板Wを吸着保持する構成となっている。吸着保持の機構に特に限定はなく、例えば静電吸着方式や真空吸着方式であっても良い。またこの基板支持部11は、支持面11aが構成する円柱面の軸φを中心として一方向(ここでは反時計方向)に一定の回転速度v1で回転可能な構成となっている。さらに、基板支持部11は、支持面11aが構成する円柱面の軸φ方向に一定の速度で移動可能な構成となっていても良い。尚、図面においては、支持面11aを説明するために、処理基板Wの一部を切り欠いて図示している。   Here, the board | substrate support part 11 is comprised as a cylindrical body (or cylindrical body), and the outer surface side of the cylindrical surface is comprised as the support surface 11a. The support surface 11a is configured to hold the processing substrate W by suction. There is no particular limitation on the suction holding mechanism, and for example, an electrostatic suction method or a vacuum suction method may be used. The substrate support portion 11 is configured to be rotatable at a constant rotational speed v1 in one direction (here, counterclockwise) around the axis φ of the cylindrical surface formed by the support surface 11a. Furthermore, the board | substrate support part 11 may become a structure which can move at a fixed speed | rate in the axis | shaft (phi) direction of the cylindrical surface which the support surface 11a comprises. In the drawing, in order to explain the support surface 11a, a part of the processing substrate W is cut out.

そして、照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部11の支持面11aに向かってレーザ光を照射するように配置されている。これらの照射ヘッド13-1,13-2,…は、例えば半導体レーザ発振器を用いて構成されていることとする。そして、各照射ヘッド13-1,13-2,…は、支持面11aが構成する円柱面の軸φを中心として、この支持面11aの全域を均等に囲む1つの螺旋軌道上に、所定の位置関係を保って配置されていることとする。   The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are arranged so as to irradiate the laser beam toward the support surface 11a of the substrate support portion 11. These irradiation heads 13-1, 13-2,... Are configured using, for example, a semiconductor laser oscillator. The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are arranged on a spiral trajectory that uniformly surrounds the entire area of the support surface 11a around the axis φ of the cylindrical surface formed by the support surface 11a. Assume that they are arranged in a positional relationship.

図2には、照射ヘッド13-1,13-2,…の配置状態と移動方向の一例を説明するための図を示した。この図2は、図1の白抜き矢印の方向からレーザ処理装置1を見た側面図である。この図に示す照射ヘッド13-1,13-2,…は、上述した1つの螺旋軌道上に配置されていることとする。そして、これらの照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部11に支持された処理基板Wを囲む1つの螺旋軌道を、照射ヘッド13-1,13-2,…の個数(4個)で等分割した間隔で配置されていることが好ましく、これにより、1つの照射ヘッドで処理する領域を均等に分担して効率的な処理が行われる。   FIG. 2 shows a diagram for explaining an example of the arrangement state and movement direction of the irradiation heads 13-1, 13-2,. FIG. 2 is a side view of the laser processing apparatus 1 viewed from the direction of the white arrow in FIG. It is assumed that the irradiation heads 13-1, 13-2,... Shown in this figure are arranged on the one spiral trajectory described above. These irradiation heads 13-1, 13-2,... Follow one spiral trajectory surrounding the processing substrate W supported by the substrate support portion 11 and the number of irradiation heads 13-1, 13-2,. (4) are preferably arranged at equally divided intervals, whereby an area to be processed by one irradiation head is equally shared and efficient processing is performed.

そして、これらの図1,2に示すように、照射ヘッド13-1,13-2,…は、それぞれの配置関係を保ちながら、上述した螺旋軌道上を一方向に向かって一定の移動速度v2で移動する構成となっている。尚、このような螺旋軌道上における照射ヘッド13-1,13-2,…の移動は、基板支持部11に対する相対的な移動であって良く、基板支持部11も軸φ方向に移動する場合には、この移動と合わせた移動であることとする。このため、基板支持部11が、一定の回転速度v1で回転可能な構成となっている。尚、照射ヘッド13-1,13-2,…の移動速度v2は、レーザ処理の効率率を高めることを目的とした場合には、なるべく速い速度に設定されることが好ましい。そして、照射ヘッド13-1,13-2,…の移動速度v2の機械的な限界を補助するために、基板支持部11の回転速度v1および軸φ方向への移動速度を設定すれば良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, the irradiation heads 13-1, 13-2,... Have a constant moving speed v <b> 2 in one direction along the above-described spiral trajectory while maintaining the respective positional relationship. It is configured to move in. The movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... On the spiral trajectory may be a relative movement with respect to the substrate support 11, and the substrate support 11 also moves in the axis φ direction. Is a movement combined with this movement. For this reason, the board | substrate support part 11 becomes a structure which can rotate with the fixed rotational speed v1. The moving speed v2 of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Is preferably set as fast as possible for the purpose of increasing the efficiency of laser processing. In order to assist the mechanical limit of the moving speed v2 of the irradiation heads 13-1, 13-2,..., The rotational speed v1 of the substrate support 11 and the moving speed in the axis φ direction may be set.

尚、照射ヘッド13-1,13-2,…の基板支持部11に対する相対的な移動は、支持面11aの全域を均等に囲む螺旋軌道上であれば良い。このため、図3に示すように、各照射ヘッド13-1,13-2,…がそれぞれ個別の(例えば4重の)螺旋軌道を移動する構成であっても良い。この場合、これらの螺旋軌道によって、支持面11aの全域が均等に囲まれることとする。   It should be noted that the relative movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Relative to the substrate support portion 11 may be on a spiral trajectory that uniformly surrounds the entire support surface 11a. Therefore, as shown in FIG. 3, the irradiation heads 13-1, 13-2,... May move on individual (for example, quadruple) spiral trajectories. In this case, the entire support surface 11a is uniformly surrounded by these spiral tracks.

また、以上の各照射ヘッド13-1,13-2,…には、実施形態の最後に述べるように、基板支持部11に支持された処理基板Wの被処理面Waに対するレーザ光の照射位置および焦点深度を微調整するためのレーザ照射機構が備えられていることとする。   In addition, as described at the end of the embodiment, each of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Has a laser beam irradiation position on the processing surface Wa of the processing substrate W supported by the substrate support portion 11. And a laser irradiation mechanism for finely adjusting the depth of focus.

以上のような構成のレーザ処理装置1を用いたレーザ処理方法は、次のように行われる。   The laser processing method using the laser processing apparatus 1 configured as described above is performed as follows.

先ず、基板支持部11に処理基板Wを巻き付け、基板支持部11の外面側の支持面11aに処理基板Wを吸着保持させる。この際、処理基板Wの被処理面Waを外側に向け、円柱面の外面側が被処理面Waとなるようにする。   First, the processing substrate W is wound around the substrate support unit 11, and the processing substrate W is sucked and held on the support surface 11 a on the outer surface side of the substrate support unit 11. At this time, the processing surface Wa of the processing substrate W is directed outward so that the outer surface side of the cylindrical surface becomes the processing surface Wa.

次に、照射ヘッド13-1,13-2,…のうちの最上部の照射ヘッドが、基板支持部11に支持された処理基板Wの最上端よりも上部に配置されるように、各照射ヘッド13-1,13-2,…を設置する。   Next, each irradiation is performed such that the uppermost irradiation head among the irradiation heads 13-1, 13-2,... Is disposed above the uppermost end of the processing substrate W supported by the substrate support unit 11. Heads 13-1, 13-2,... Are installed.

この状態で、上述した螺旋軌道上での照射ヘッド13-1,13-2,…の所定方向(ここでは下方向)へ向かう移動を開始させる。この際、必要に応じて基板支持部11の移動を開始させても良い。そして、基板支持部11に対する照射ヘッド13-1,13-2,…の移動速度v2が所定の一定速度となった後、さらに最上部の照射ヘッドが基板支持部11に支持された処理基板Wの最上端の所定位置に対向配置された時点から、各照射ヘッド13-1,13-2,…から処理基板Wの被処理面Waへのレーザ光の照射を開始する。   In this state, movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... On the spiral trajectory described above toward a predetermined direction (downward here) is started. At this time, the movement of the substrate support 11 may be started as necessary. Then, after the moving speed v2 of the irradiation heads 13-1, 13-2,... With respect to the substrate support portion 11 becomes a predetermined constant speed, the processing substrate W in which the uppermost irradiation head is supported by the substrate support portion 11 is further provided. .. Starts irradiation of the laser beam onto the processing surface Wa of the processing substrate W from each of the irradiation heads 13-1, 13-2,.

各照射ヘッド13-1,13-2,…から処理基板Wの被処理面Waへのレーザ光の照射は、レーザ光の照射領域に合わせてON/OFFを切り換えながら行う。   The irradiation of the laser beam to the processing surface Wa of the processing substrate W from each irradiation head 13-1, 13-2,... Is performed while switching ON / OFF according to the irradiation region of the laser beam.

そして、以上のような円柱面の軸φを中心にした螺旋軌道上においての、被処理面Waに対する各照射ヘッド13-1,13-2,…の相対的な一方向への移動により、被処理面Waの全領域に対して照射ヘッド13-1,13-2,…から照射されたレーザ光を走査させる。また、最下部に配置された照射ヘッドが基板支持部11に支持された処理基板Wの最下端の所定位置を通過した後、基板支持部11に対する照射ヘッド13-1,13-2,…の移動を停止させる。   Then, the relative movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Relative to the surface Wa to be processed on the spiral trajectory centering on the axis φ of the cylindrical surface as described above causes the object to be covered. The entire region of the processing surface Wa is scanned with the laser beam irradiated from the irradiation heads 13-1, 13-2,. Further, after the irradiation head arranged at the lowermost part passes through a predetermined position at the lowermost end of the processing substrate W supported by the substrate support part 11, the irradiation heads 13-1, 13-2,. Stop moving.

以上説明したように本第1実施形態によれば、円柱面の外面側を構成する状態で配置された処理基板Wの被処理面Waに対して、照射ヘッド13-1,13-2,…を相対的な一方向に移動させることにより、被処理面Waの全領域に対してレーザ光を走査させている。このため、基板支持部11に支持した処理基板Wの被処理面Waに対しての照射ヘッド13-1,13-2,…の相対的な移動は、これらの基板支持部11および照射ヘッド13-1,13-2,…の配置位置を移動させることなく、円柱面の軸を中心にした回転運動のみによって連続的に行われることになる。   As described above, according to the first embodiment, the irradiation heads 13-1, 13-2,... With respect to the processing surface Wa of the processing substrate W arranged in the state of constituting the outer surface side of the cylindrical surface. Is moved in one relative direction to scan the entire region of the processing surface Wa with the laser beam. Therefore, relative movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... With respect to the processing surface Wa of the processing substrate W supported by the substrate support unit 11 is caused by the substrate support unit 11 and the irradiation head 13 being moved. .., 13-2,... Are continuously performed only by the rotational movement around the axis of the cylindrical surface without moving the arrangement positions.

したがって、被処理面Waに対するレーザ光の照射位置の移動に際して、基板に対してレーザ光の照射位置を等速で移動させる処理を行う場合であっても、基板またはレーザ光の照射ヘッドが等速運動の速度に達するまでの空間的な加速領域が不必要である。このため、このような処理を行う装置の小型化が図られる。   Therefore, when moving the irradiation position of the laser beam on the surface Wa to be processed, the substrate or the laser beam irradiation head is moved at a constant speed even when the processing of moving the irradiation position of the laser beam to the substrate at a constant speed is performed. No spatial acceleration area is needed to reach the speed of movement. For this reason, size reduction of the apparatus which performs such a process is achieved.

また、基板に対してレーザ光の照射位置を移動させつつ、レーザ光のON/OFFを制御して所望の位置のみにレーザ光照射する処理が行われる。このため、必要部分のみにレーザ光を照射することで基板に対する熱的負荷が軽減されたレーザ光の照射処理が行われる。   In addition, while moving the irradiation position of the laser beam with respect to the substrate, a process of irradiating the laser beam only at a desired position by controlling ON / OFF of the laser beam is performed. For this reason, the irradiation process of the laser beam by which the thermal load with respect to the board | substrate was reduced by irradiating only a required part with a laser beam is performed.

この結果、レーザ光Lhの移動速度を高速で調整することによって、基板Wに対する熱的負荷を軽減させたレーザ光の照射処理を行うことが可能になるため、例えば基板W上の半導体薄膜を結晶化するためのアニール処理において、さらに耐熱性の低いプラスチック基板等を用いることが可能になる。   As a result, by adjusting the moving speed of the laser beam Lh at a high speed, it becomes possible to perform the laser beam irradiation process with a reduced thermal load on the substrate W. For example, a semiconductor thin film on the substrate W is crystallized. It is possible to use a plastic substrate or the like having a lower heat resistance in the annealing process for achieving the same.

尚、上述した第1実施形態のレーザ処理装置1は、処理基板Wにおける軸φと平行な高さ方向にわたって、レーザ光の照射間隔毎に照射ヘッドを配置した構成であっても良い。このような構成であれば、照射ヘッドを軸φの各高さに維持した円軌道上で移動させれば良い。この場合、基板支持部11に対して各照射ヘッドを相対的に1周させ、その間にレーザ光のON/OFFを行うことで、処理基板Wの被処理面Waの全領域に対してレーザ光の照射処理を完了させることができる。   Note that the laser processing apparatus 1 according to the first embodiment described above may have a configuration in which irradiation heads are arranged at intervals of laser light irradiation over a height direction parallel to the axis φ of the processing substrate W. With such a configuration, the irradiation head may be moved on a circular orbit maintained at each height of the axis φ. In this case, the laser light is turned on the entire surface of the processing surface Wa of the processing substrate W by turning each irradiation head relatively around the substrate support portion 11 and turning on / off the laser light in the meantime. The irradiation process can be completed.

<第2実施形態>
図4は、第2実施形態のレーザ処理装置の概略構成を示す斜視図である。この図に示す第2実施形態のレーザ処理装置2と、図1〜図3を用いて説明したレーザ処理装置1との相違点は、基板支持部21と照射ヘッドとの位置関係にある。
Second Embodiment
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus of the second embodiment. The difference between the laser processing apparatus 2 of the second embodiment shown in this figure and the laser processing apparatus 1 described with reference to FIGS. 1 to 3 is the positional relationship between the substrate support portion 21 and the irradiation head.

すなわち、このレーザ処理装置2における基板支持部21は、筒状体として構成され、その円柱面の内面側が支持面21aとして構成されており、これ以外は第1実施形態の基板支持部と同様である。すなわち、基板支持部21の支持面21aは、処理基板Wを吸着保持する構成となっている。吸着保持の機構に特に限定はなく、例えば静電吸着方式や真空吸着方式であっても良い。またこの基板支持部21は、支持面21aが構成する円柱面の軸φを中心として一方向(ここでは反時計方向)に一定の回転速度v1で回転可能な構成となっている。さらに、基板支持部21は、支持面21aが構成する円柱面の軸φ方向に一定の速度で移動可能な構成となっていても良い。尚、図面においては、支持面21aを説明するために、処理基板Wの一部を切り欠いて図示している。   That is, the substrate support portion 21 in the laser processing apparatus 2 is configured as a cylindrical body, and the inner surface side of the cylindrical surface is configured as a support surface 21a, and other than this, the substrate support portion is the same as the substrate support portion of the first embodiment. is there. In other words, the support surface 21 a of the substrate support portion 21 is configured to hold the processing substrate W by suction. There is no particular limitation on the suction holding mechanism, and for example, an electrostatic suction method or a vacuum suction method may be used. The substrate support portion 21 is configured to be rotatable at a constant rotation speed v1 in one direction (here, counterclockwise) around the axis φ of the cylindrical surface formed by the support surface 21a. Further, the substrate support portion 21 may be configured to be movable at a constant speed in the axis φ direction of the cylindrical surface formed by the support surface 21a. In the drawing, in order to explain the support surface 21a, a part of the processing substrate W is notched.

そして、照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部21の支持面21aに向かってレーザ光を照射するように配置されている。これらの照射ヘッド13-1,13-2,…の配置状態および移動経路および速度は、第1実施形態と同様であることとする。   The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are arranged so as to irradiate laser light toward the support surface 21a of the substrate support portion 21. The arrangement state, movement path, and speed of these irradiation heads 13-1, 13-2,... Are the same as those in the first embodiment.

このような構成のレーザ処理装置2を用いたレーザ処理は、第1実施形態と同様の手順で行われる。すなわち、先ず基板支持部21の内面側の支持面21aに処理基板Wを吸着保持させる。この際、処理基板Wの被処理面Waを内側に向け、円柱面の内面側が被処理面Waとなるようにする。次に、照射ヘッド13-1,13-2,…のうちの最上部の照射ヘッドが、基板支持部11に支持された処理基板Wの最上端よりも上部に配置されるように、各照射ヘッド13-1,13-2,…を設置し、第1実施形態で説明した螺旋軌道上での照射ヘッド13-1,13-2,…の所定方向(ここでは下方向)へ向かう移動を開始させる。   Laser processing using the laser processing apparatus 2 having such a configuration is performed in the same procedure as in the first embodiment. That is, first, the processing substrate W is sucked and held on the support surface 21 a on the inner surface side of the substrate support portion 21. At this time, the processing surface Wa of the processing substrate W is directed inward so that the inner surface side of the cylindrical surface becomes the processing surface Wa. Next, each irradiation is performed such that the uppermost irradiation head among the irradiation heads 13-1, 13-2,... Is disposed above the uppermost end of the processing substrate W supported by the substrate support unit 11. The heads 13-1, 13-2,... Are installed, and the irradiation heads 13-1, 13-2,... Move in a predetermined direction (downward here) on the spiral trajectory described in the first embodiment. Let it begin.

そして、以上のような円柱面の軸φを中心にした螺旋軌道上においての、被処理面Waに対する各照射ヘッド13-1,13-2,…の相対的な一方向への移動により、被処理面Waの全領域に対して照射ヘッド13-1,13-2,…から照射されたレーザ光を走査させる。この際、被処理面Waに対してレーザ光の照射位置を移動させつつ、レーザ光のON/OFFを制御して所望の位置のみにレーザ光照射する。また、最下部に配置された照射ヘッドが基板支持部11に支持された処理基板Wの最下端の所定位置を通過した後、基板支持部11に対する照射ヘッド13-1,13-2,…の移動を停止させる。 Then, the relative movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Relative to the surface Wa to be processed on the spiral trajectory centering on the axis φ of the cylindrical surface as described above causes the object to be covered. The entire region of the processing surface Wa is scanned with the laser beam irradiated from the irradiation heads 13-1, 13-2,. At this time, while moving the irradiation position of the laser beam with respect to the surface Wa to be processed, the laser beam is irradiated only at a desired position by controlling ON / OFF of the laser beam. Further, after the irradiation head arranged at the lowermost part passes through a predetermined position at the lowermost end of the processing substrate W supported by the substrate support part 11, the irradiation heads 13-1, 13-2,. Stop moving.

以上説明した第2実施形態のレーザ処理装置およびレーザ処理方法では、円柱面の内面側を構成する状態で配置された処理基板Wの被処理面Waに対して、照射ヘッド13-1,13-2,…を相対的な一方向に移動させることにより、被処理面Waの全領域に対してレーザ光を走査させている。つまり、照射ヘッド13-1,13-2,…と被処理面Waとの相対的な移動方向を変化させることなく、被処理面Waの全域に対して連続的にレーザ光の照射を行っている。   In the laser processing apparatus and laser processing method of the second embodiment described above, the irradiation heads 13-1, 13- are applied to the processing surface Wa of the processing substrate W arranged in the state of constituting the inner surface side of the cylindrical surface. The laser beam is scanned over the entire region of the surface Wa by moving the two,... In one relative direction. That is, the laser beam is continuously irradiated to the entire area of the processing surface Wa without changing the relative moving direction of the irradiation heads 13-1, 13-2,. Yes.

したがって、第1実施形態と同様に、基板に対してレーザ光の照射位置を等速で移動させる処理を行う装置の小型化を図ることが可能である。そして、被処理面Waに対してレーザ光の照射位置を移動させつつ、レーザ光のON/OFFを制御して所望の位置のみにレーザ光照射する処理を行うことにより、基板Wに対する熱的負荷を軽減させたレーザ光の照射処理を行うことが可能になるため、例えば基板W上の半導体薄膜を結晶化するためのアニール処理において、さらに耐熱性の低いプラスチック基板等を用いることが可能になる。   Therefore, as in the first embodiment, it is possible to reduce the size of the apparatus that performs the process of moving the irradiation position of the laser beam at a constant speed with respect to the substrate. Then, the thermal load on the substrate W is performed by performing a process of irradiating only the desired position by controlling the ON / OFF of the laser beam while moving the irradiation position of the laser beam with respect to the processing surface Wa. For example, a plastic substrate with lower heat resistance can be used in the annealing process for crystallizing the semiconductor thin film on the substrate W, for example. .

尚、上述した第2実施形態のレーザ処理装置2においても、第1実施形態と同様に処理基板Wにおける軸φと平行な高さ方向にわたって、レーザ光の照射間隔毎に照射ヘッドを配置した構成であって良い。このような構成であれば、照射ヘッドを軸φの各高さに維持した円軌道上で移動させれば良く、第1実施形態と同様に、基板支持部21に対して各照射ヘッドを相対的に1周させることにより、処理基板Wの被処理面Waの全領域に対してレーザ光の照射処理を完了させることができる。   In the laser processing apparatus 2 according to the second embodiment described above, an irradiation head is arranged at every laser beam irradiation interval over a height direction parallel to the axis φ of the processing substrate W as in the first embodiment. It may be. With such a configuration, it is only necessary to move the irradiation heads on circular orbits maintained at the respective heights of the axis φ, and each irradiation head is relative to the substrate support portion 21 as in the first embodiment. Thus, the laser beam irradiation process can be completed for the entire region of the processing surface Wa of the processing substrate W.

<第3実施形態>
図5は、第3実施形態のレーザ処理装置の概略構成を示す上面図である。この図に示す第3実施形態のレーザ処理装置3と、図4を用いて説明した第2実施形態のレーザ処理装置3との相違点は、基板支持部31の構成、および本レーザ処理装置3が処理基板Wの供給ロール33と巻取ロール35とを供えている点にある。尚、図5は、筒状体として構成された基板支持部31を筒状底面側から見た上面図であることとする。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a top view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus of the third embodiment. The difference between the laser processing apparatus 3 of the third embodiment shown in this figure and the laser processing apparatus 3 of the second embodiment described with reference to FIG. 4 is that the configuration of the substrate support 31 and the present laser processing apparatus 3 are different. Is that a supply roll 33 and a take-up roll 35 for the processing substrate W are provided. FIG. 5 is a top view of the substrate support portion 31 configured as a cylindrical body as viewed from the cylindrical bottom surface side.

すなわち、このレーザ処理装置3における基板支持部31は、筒状体として構成され、その円柱面の内面側が支持面31aとして構成されている。そして特に、この基板支持部31の側壁には、円柱面の内面側からなる支持面31aに処理基板Wを差し込むためのスリット31bが設けられる。このスリット31bは、支持面31aが構成する円柱面の軸φと平行に設けられていることとする。   That is, the substrate support portion 31 in the laser processing apparatus 3 is configured as a cylindrical body, and the inner surface side of the cylindrical surface is configured as the support surface 31a. In particular, the side wall of the substrate support portion 31 is provided with a slit 31b for inserting the processing substrate W into the support surface 31a formed on the inner surface side of the cylindrical surface. The slit 31b is provided in parallel with the axis φ of the cylindrical surface formed by the support surface 31a.

またこの支持面31aは、処理基板Wを吸着保持すると共に、支持面31aの周方向に向かって処理基板Wが摺動自在に構成されていることとする。   The support surface 31a is configured to suck and hold the processing substrate W and to be slidable in the circumferential direction of the support surface 31a.

そして、供給ロール33は、処理基板Wを自在に巻き出し供給するものである。一方、巻取ロール35は、処理基板Wを自在に巻き取り回収するものである。そして、供給ロール33から供給された処理基板Wは、スリット31bから基板支持部31に挿入されて基板支持部31の支持面31aに吸着保持されると共にこの支持面31aを摺動し、スリット31bから導出されて巻取ロール35に巻き取られる構成となっている。   And the supply roll 33 unwinds and supplies the process substrate W freely. On the other hand, the take-up roll 35 is for freely taking up and collecting the processing substrate W. Then, the processing substrate W supplied from the supply roll 33 is inserted into the substrate support portion 31 through the slit 31b and is sucked and held on the support surface 31a of the substrate support portion 31 and slides on the support surface 31a. And is wound around the winding roll 35.

また、スリット31bの開口端部には、供給ロール33から基板支持部31の支持面31aへの処理基板Wの送り出しと、支持面31aから巻取ロール35への処理基板Wの巻き取りをスムーズにするたに、回動自在なローラ37は設けられていることとする。尚、このおうなローラ37は、必要に応じた配置状態で配置されていれば良い。   In addition, at the opening end of the slit 31b, the processing substrate W is fed from the supply roll 33 to the support surface 31a of the substrate support 31 and the processing substrate W is smoothly wound from the support surface 31a to the take-up roll 35. For this reason, it is assumed that a rotatable roller 37 is provided. Note that such a roller 37 may be arranged in an arrangement state as necessary.

そして、照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部31の支持面31aに向かってレーザ光を照射するように配置されている。これらの照射ヘッド13-1,13-2,…の配置状態および移動は、第1実施形態と同様であることとする。   The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are arranged so as to irradiate laser light toward the support surface 31a of the substrate support portion 31. The arrangement state and movement of these irradiation heads 13-1, 13-2,... Are the same as those in the first embodiment.

このような構成のレーザ処理装置3を用いたレーザ処理は、次のように行われる。   Laser processing using the laser processing apparatus 3 having such a configuration is performed as follows.

先ず、供給ロール33から供給された処理基板Wを、スリット31bから基板支持部31に挿入して基板支持部31の支持面31aに吸着保持させる。また処理基板Wの先端をスリット31bから導出して巻取ロール35に巻き取らせておく。この際、支持基板31に吸着保持させた被処理基板Wの被処理面Waを内側に向け、円柱面の内面側が被処理面Waとなるようにする。   First, the processing substrate W supplied from the supply roll 33 is inserted into the substrate support portion 31 through the slit 31 b and sucked and held on the support surface 31 a of the substrate support portion 31. Further, the front end of the processing substrate W is led out from the slit 31 b and wound on the winding roll 35. At this time, the target surface Wa of the target substrate W attracted and held by the support substrate 31 is directed inward so that the inner surface side of the cylindrical surface becomes the target surface Wa.

次に、照射ヘッド13-1,13-2,…のうちの最上部の照射ヘッドが、基板支持部31に支持された処理基板Wの最上端よりも上部に配置されるように、各照射ヘッド13-1,13-2,…を設置し、第1実施形態で説明した螺旋軌道上での照射ヘッド13-1,13-2,…の所定方向(ここでは下方向)へ向かう移動を開始させる。そして、以上のような円柱面の軸φを中心にした螺旋軌道上においての、被処理面Waに対する各照射ヘッド13-1,13-2,…の相対的な一方向への移動により、被処理面Waの全領域に対して照射ヘッド13-1,13-2,…から照射されたレーザ光を走査させる。この際、被処理面Waに対してレーザ光の照射位置を移動させつつ、レーザ光のON/OFFを制御して所望の位置のみにレーザ光照射する。また、最下部に配置された照射ヘッドが基板支持部31に支持された処理基板Wの最下端の所定位置を通過した後、基板支持部31に対する照射ヘッド13-1,13-2,…の移動を停止させる。   Next, each irradiation is performed such that the uppermost irradiation head among the irradiation heads 13-1, 13-2,... Is arranged above the uppermost end of the processing substrate W supported by the substrate support unit 31. The heads 13-1, 13-2,... Are installed, and the irradiation heads 13-1, 13-2,... Move in a predetermined direction (downward here) on the spiral trajectory described in the first embodiment. Let it begin. Then, the relative movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Relative to the surface Wa to be processed on the spiral trajectory centering on the axis φ of the cylindrical surface as described above causes the object to be covered. The entire region of the processing surface Wa is scanned with the laser beam irradiated from the irradiation heads 13-1, 13-2,. At this time, while moving the irradiation position of the laser beam with respect to the surface Wa to be processed, the laser beam is irradiated only at a desired position by controlling ON / OFF of the laser beam. Further, after the irradiation head arranged at the lowermost portion passes through a predetermined position at the lowermost end of the processing substrate W supported by the substrate support portion 31, the irradiation heads 13-1, 13-2,. Stop moving.

以上のようにして基板支持部31の支持面31aに保持された処理基板Wの被処理面Wa部分の全面に対してレーザ光を照射する第1回目の処理を行った後、供給ロール33からの被処理基板Wの巻出し供給と、巻取ロール35への被処理基板Wの巻き取りを行う。そして、被処理基板Wの未処理部分を基板支持部31の支持面31aに吸着保持させる。   As described above, after performing the first process of irradiating the entire surface of the processing surface Wa portion of the processing substrate W held on the support surface 31 a of the substrate support portion 31 with the laser beam, from the supply roll 33. The substrate W to be unwound and fed and the substrate W to be wound around the take-up roll 35 are wound. Then, the unprocessed portion of the substrate W to be processed is attracted and held on the support surface 31 a of the substrate support portion 31.

この状態で、第1実施形態で説明した螺旋軌道上での照射ヘッド13-1,13-2,…の所定方向へ向かう移動を開始させ、第2回目の処理を行う。この際、照射ヘッド13-1,13-2,…を、処理開始の位置に戻しておいた場合には、第1回目の処理と同様に照射ヘッド13-1,13-2,…を移動させる。一方、照射ヘッド13-1,13-2,…の位置が、第1回目の処理が終了した状態のままである場合には、第1実施形態で説明した螺旋軌道上で第1回目の処理とは逆方向に照射ヘッド13-1,13-2,…を移動させる。   In this state, movement of the irradiation heads 13-1, 13-2,... On the spiral trajectory described in the first embodiment in a predetermined direction is started, and a second process is performed. At this time, if the irradiation heads 13-1, 13-2,... Have been returned to the processing start position, the irradiation heads 13-1, 13-2,. Let On the other hand, when the positions of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Remain in the state where the first process is completed, the first process is performed on the spiral trajectory described in the first embodiment. The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are moved in the opposite direction.

以上のような第2回目の処理が終了した後には、再び供給ロール33からの被処理基板Wの巻出し供給と、巻取ロール35への被処理基板Wの巻き取りを行い、被処理基板Wの未処理部分にレーザ光を照射する第1回目の処理を繰り返し行う。   After the second processing as described above is completed, the substrate W to be unwound and supplied from the supply roll 33 and the substrate W to be wound around the take-up roll 35 are again wound. The first process of irradiating the unprocessed portion of W with laser light is repeated.

尚、このような第3実施形態のレーザ処理装置では、供給ロール33,巻き取りロール35,基板支持部31の回転による処理基板Wの移動速度と、照射ヘッド13-1,13-2,…の移動速度とを適宜組み合わせることで、処理基板Wの移動を停止させることなく連続して移動させながら、処理表面Waの全面に対して連続した処理を行うようにしても良い。   In the laser processing apparatus of the third embodiment, the moving speed of the processing substrate W due to the rotation of the supply roll 33, the winding roll 35, and the substrate support 31 and the irradiation heads 13-1, 13-2,. By appropriately combining these movement speeds, the continuous processing may be performed on the entire processing surface Wa while continuously moving the processing substrate W without stopping.

以上説明した第3実施形態のレーザ処理装置およびレーザ処理方法であっても、第2実施形態と同様に、円柱面の内面側を構成する状態で配置された処理基板Wの被処理面Waに対して、照射ヘッド13-1,13-2,…を相対的な一方向に移動させることにより、被処理面Waの全領域に対してレーザ光を走査させている。したがって、上述した第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。   Even in the laser processing apparatus and the laser processing method of the third embodiment described above, similarly to the second embodiment, the processing surface Wa of the processing substrate W arranged in a state of constituting the inner surface side of the cylindrical surface is applied. On the other hand, by moving the irradiation heads 13-1, 13-2,... In one relative direction, the entire region of the processing surface Wa is scanned with the laser light. Therefore, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment described above can be obtained.

尚、上述した第3実施形態のレーザ処理装置3においても、第1実施形態と同様に処理基板Wにおける軸φと平行な高さ方向にわたって、レーザ光の照射間隔毎に照射ヘッドを配置した構成であって良い。このような構成であれば、照射ヘッドを軸φの各高さに維持した円軌道上で移動させれば良く、第1実施形態と同様に、基板支持部31に対して各照射ヘッドを相対的に1周させることにより、基板支持部31に支持されている処理基板Wの被処理面Wa分部の全領域に対してレーザ光の照射処理を完了させることができる。またこの際、供給ロール33,巻き取りロール35,基板支持部31の回転によって処理基板Wを移動させることで、処理基板Wの移動を停止させることなく連続して移動させながら、処理表面Waの全面に対して処理を行うことが可能になる。   In the laser processing apparatus 3 of the third embodiment described above, the irradiation head is arranged at each laser beam irradiation interval over the height direction parallel to the axis φ of the processing substrate W as in the first embodiment. It may be. With such a configuration, it is only necessary to move the irradiation heads on circular orbits maintained at the respective heights of the axis φ, and each irradiation head is relative to the substrate support portion 31 as in the first embodiment. Thus, the laser light irradiation process can be completed for the entire area of the processing surface Wa portion of the processing substrate W supported by the substrate support portion 31. At this time, the processing substrate W is moved by the rotation of the supply roll 33, the winding roll 35, and the substrate support portion 31, thereby continuously moving the processing substrate W without stopping the movement of the processing substrate W. It becomes possible to perform processing on the entire surface.

<第4実施形態>
図6は、第4実施形態のレーザ処理装置の概略構成を示す上面図である。この図に示す第4実施形態のレーザ処理装置4と、図5を用いて説明した第3実施形態のレーザ処理装置3との相違点は、基板支持部41の構成にある。尚、図6は、筒状体として構成された基板支持部41を筒状底面側から見た上面図であることとする。
<Fourth embodiment>
FIG. 6 is a top view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus according to the fourth embodiment. The difference between the laser processing apparatus 4 of the fourth embodiment shown in this figure and the laser processing apparatus 3 of the third embodiment described with reference to FIG. FIG. 6 is a top view of the substrate support part 41 configured as a cylindrical body as viewed from the cylindrical bottom surface side.

すなわち、このレーザ処理装置4における基板支持部41は、筒状体として構成され、その円柱面の外面側が支持面41aとして構成されている。そして特に、この基板支持部41は、石英などのレーザ光を透過する材料で構成されているところに特徴がある。   That is, the substrate support portion 41 in the laser processing apparatus 4 is configured as a cylindrical body, and the outer surface side of the cylindrical surface is configured as the support surface 41a. In particular, the substrate support portion 41 is characterized in that it is made of a material that transmits laser light, such as quartz.

そして、この支持面41aが、処理基板Wを吸着保持すると共に、支持面41aの周方向に向かって処理基板Wが摺動自在に構成されていることとする。   The support surface 41a sucks and holds the processing substrate W, and the processing substrate W is configured to be slidable in the circumferential direction of the support surface 41a.

また、このレーザ処理装置4にも、処理基板Wを自在に巻き出し供給する供給ロール43と、処理基板Wを自在に巻き取り回収する巻取ロール45とが設けられている。そして、供給ロール43から供給された処理基板Wは、基板支持部41の支持面41aに吸着保持されると共にこの支持面41aを摺動して巻取ロール45に巻き取られる構成となっている。尚、供給ロール43−基板支持部41間、および基板支持部41−巻取ロール45間には、処理基板Wの移動をスムーズにするための回動自在なローラ47が必要に応じた配置状態で配置されていることとする。   The laser processing apparatus 4 is also provided with a supply roll 43 for freely unwinding and supplying the processing substrate W and a winding roll 45 for freely winding and collecting the processing substrate W. The processing substrate W supplied from the supply roll 43 is configured to be sucked and held on the support surface 41a of the substrate support portion 41 and to be wound on the take-up roll 45 by sliding on the support surface 41a. . Note that a rotatable roller 47 for smooth movement of the processing substrate W is disposed between the supply roll 43 and the substrate support 41 and between the substrate support 41 and the take-up roll 45 as necessary. It is assumed that it is arranged at.

そして、照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部41の筒状体の内側に配置され、円柱面の内面側に向かってレーザ光を照射するように配置されている。そしてこれにより、照射ヘッド13-1,13-2,…から照射されたレーザ光が、石英などからなる基板支持部41の壁部を透過して円柱面の外面側で構成される支持面41aに照射される構成となっている。尚、これらの照射ヘッド13-1,13-2,…の配置状態および移動経路および速度は、第1実施形態と同様であることとする。   The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are arranged inside the cylindrical body of the substrate support portion 41, and are arranged so as to irradiate laser light toward the inner surface side of the cylindrical surface. Thereby, the laser beam irradiated from the irradiation heads 13-1, 13-2,... Passes through the wall portion of the substrate support portion 41 made of quartz or the like, and is a support surface 41a configured on the outer surface side of the cylindrical surface. It is the composition which is irradiated. It is assumed that the arrangement state, movement path, and speed of these irradiation heads 13-1, 13-2,... Are the same as those in the first embodiment.

このような構成のレーザ処理装置4を用いたレーザ処理を行う際には、先ず、供給ロール43から供給された処理基板Wを、基板支持部41に巻き付ける状態で基板支持部41の支持面41aに吸着保持させる。また処理基板Wの先端を巻取ロール45に巻き取らせておく。この際、支持基板41に吸着保持させた被処理基板Wの被処理面Waを支持面41a側に向けた状態とする。   When performing laser processing using the laser processing apparatus 4 having such a configuration, first, the support surface 41a of the substrate support 41 is wound in a state where the processing substrate W supplied from the supply roll 43 is wound around the substrate support 41. To adsorb and hold. Further, the front end of the processing substrate W is wound around the winding roll 45. At this time, the target surface Wa of the target substrate W attracted and held by the support substrate 41 is set to be in a state of facing the support surface 41a.

そして、以上のように基板支持部41に保持された処理基板Wに対するレーザ光の照射は、第3実施形態で説明した同様に行われる。   And the irradiation of the laser beam with respect to the process board | substrate W hold | maintained at the board | substrate support part 41 as mentioned above is performed like having demonstrated in 3rd Embodiment.

以上説明した第4実施形態のレーザ処理装置およびレーザ処理方法であっても、第2実施形態と同様に、円柱面の内面側を構成する状態で配置された処理基板Wの被処理面Waに対して、照射ヘッド13-1,13-2,…を相対的な一方向に移動させることにより、被処理面Waの全領域に対してレーザ光を走査させている。したがって、上述した第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。   Even in the laser processing apparatus and laser processing method of the fourth embodiment described above, similarly to the second embodiment, the processing surface Wa of the processing substrate W arranged in the state of constituting the inner surface side of the cylindrical surface is applied. On the other hand, by moving the irradiation heads 13-1, 13-2,... In one relative direction, the entire region of the processing surface Wa is scanned with the laser light. Therefore, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment described above can be obtained.

<第5実施形態>
図7は、第5実施形態のレーザ処理装置の概略構成を示す斜視図である。この図に示す第5実施形態のレーザ処理装置5は、図1を用いて説明した第1実施形態のレーザ処理装置1をロールtoロール構成とした装置である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of the laser processing apparatus of the fifth embodiment. The laser processing apparatus 5 of the fifth embodiment shown in this figure is an apparatus having the roll-to-roll configuration of the laser processing apparatus 1 of the first embodiment described with reference to FIG.

すなわち、このレーザ処理装置5においては、処理基板Wの幅よりも充分に長い筒状体からなる基板支持部51を備えている。そして、基板支持部51の円柱面の外面側が支持面51aとなり、この支持面51aに対して処理基板Wが螺旋状に巻き付けられる構成となっている。この、基板支持部51は、支持面51aが構成する円柱面の軸φを中心として一方向(ここでは時計方向)に一定の回転速度v1で回転可能な構成となっている。   That is, the laser processing apparatus 5 includes a substrate support portion 51 made of a cylindrical body that is sufficiently longer than the width of the processing substrate W. And the outer surface side of the cylindrical surface of the substrate support portion 51 is a support surface 51a, and the processing substrate W is spirally wound around the support surface 51a. The substrate support portion 51 is configured to be rotatable at a constant rotational speed v1 in one direction (here, clockwise) around the axis φ of the cylindrical surface formed by the support surface 51a.

また、このレーザ処理装置5にも、処理基板Wを自在に巻き出し供給する供給ロール53と、処理基板Wを自在に巻き取り回収する巻取ロール55とが設けられている。そして、供給ロール53から供給された処理基板Wは、基板支持部51の回転によって基板支持部51の支持面51aに螺旋状に巻き付けられ、さらにその先端が巻取ロール45に巻き取られる構成となっている。尚、ここでの図示は省略したが、供給ロール53−基板支持部51間、および基板支持部51−巻取ロール55間には、基板支持部51に対しての処理基板Wの供給と巻き出しスムーズにするための回動自在なローラが必要に応じた配置状態で配置されていることとする。   The laser processing apparatus 5 is also provided with a supply roll 53 for freely unwinding and supplying the processing substrate W, and a winding roll 55 for freely winding and collecting the processing substrate W. The processing substrate W supplied from the supply roll 53 is spirally wound around the support surface 51 a of the substrate support portion 51 by the rotation of the substrate support portion 51, and the tip thereof is wound around the take-up roll 45. It has become. Although illustration is omitted here, supply and winding of the processing substrate W to and from the substrate support 51 between the supply roll 53 and the substrate support 51 and between the substrate support 51 and the take-up roll 55 are performed. It is assumed that a rotatable roller for smoothing out is arranged in an arrangement state as necessary.

そして、照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部51の支持面51aに筒状体の外側に配置され、円柱面の外面側に向かってレーザ光を照射するように配置されている。各照射ヘッド13-1,13-2,…は、支持面51aが構成する円柱面の軸φに対して等距離に保たれた位置に配置されていることとする。また、各照射ヘッド13-1,13-2,…は、軸φの各高さ位置に対応して配置されることとする。尚、図中においては、4つの照射ヘッド13-1,13-2,…のみを図示したが、これらの照射ヘッド13-1,13-2,…は、基板支持部51の回転にともなって螺旋状に移動する処理基板51の被処理面Waの全面に対して、レーザ光が照射されるような配置状態で複数配置されていることとする。   The irradiation heads 13-1, 13-2,... Are arranged on the support surface 51a of the substrate support portion 51 on the outer side of the cylindrical body, and are arranged so as to irradiate the laser beam toward the outer surface side of the cylindrical surface. ing. Each of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Is arranged at a position kept at an equal distance with respect to the axis φ of the cylindrical surface formed by the support surface 51a. Further, each of the irradiation heads 13-1, 13-2,... Is arranged corresponding to each height position of the axis φ. In the figure, only four irradiation heads 13-1, 13-2,... Are shown, but these irradiation heads 13-1, 13-2,. It is assumed that a plurality of the processing surfaces 51 of the processing substrate 51 moving in a spiral shape are arranged in such a manner that the laser light is irradiated.

このような構成のレーザ処理装置5を用いたレーザ処理を行う際には、先ず、供給ロール43から供給された処理基板Wを、基板支持部51に螺旋状に巻き付け、さらにその先端を巻取ロール55に巻き取らせておく。この際、支持基板51に巻き付けた被処理基板Wの被処理面Waを外側に向けた状態とする。   When performing laser processing using the laser processing apparatus 5 having such a configuration, first, the processing substrate W supplied from the supply roll 43 is spirally wound around the substrate support portion 51, and further, the tip is wound. It is wound around a roll 55. At this time, the processing surface Wa of the processing target substrate W wound around the support substrate 51 is set to a state facing outward.

この状態で、巻き取りロール55,基板支持部51,および供給ロール53を回転速度を調整しながらそれぞれ回転させ、基板支持部51に巻き付けた処理基板Wを螺旋状に回転移動させる。また、基板支持部51の回転と反対方向に、軸φを中心にして照射ヘッド13-1,13-2,…を回転移動させる。この状態で、基板支持部51に巻き取られた処理基板Wの被処理面Waに対してレーザ光の照射位置を移動させつつ、レーザ光のON/OFFを制御して所望の位置のみにレーザ光照射する。   In this state, the take-up roll 55, the substrate support 51, and the supply roll 53 are rotated while adjusting the rotation speed, and the processing substrate W wound around the substrate support 51 is rotated and moved in a spiral manner. Further, the irradiation heads 13-1, 13-2,... Are rotated about the axis φ in the direction opposite to the rotation of the substrate support portion 51. In this state, while moving the irradiation position of the laser beam with respect to the processing surface Wa of the processing substrate W wound around the substrate support portion 51, the laser beam is controlled only on a desired position by controlling ON / OFF of the laser beam. Irradiate with light.

以上説明した第5実施形態のレーザ処理装置およびレーザ処理方法であっても、第2実施形態と同様に、円柱面の内面側を構成する状態で配置された処理基板Wの被処理面Waに対して、照射ヘッド13-1,13-2,…を相対的な一方向に移動させることにより、被処理面Waの全領域に対してレーザ光を走査させている。したがって、上述した第1実施形態および第2実施形態と同様の効果を得ることができる。   Even in the laser processing apparatus and laser processing method of the fifth embodiment described above, similarly to the second embodiment, the processing surface Wa of the processing substrate W arranged in the state of constituting the inner surface side of the cylindrical surface is applied. On the other hand, by moving the irradiation heads 13-1, 13-2,... In one relative direction, the entire region of the processing surface Wa is scanned with the laser light. Therefore, the same effects as those of the first embodiment and the second embodiment described above can be obtained.

<レーザ照射機構>
次に、以上説明した各実施形態のレーザ処理装置における各照射ヘッドに設けられたレーザ照射機構の一例を、図8に基づいて説明する。尚、以下においては、各実施形態を代表して、第1実施形態のレーザ処理装置1のレーザ照射機構10を設けた構成を説明するが、第2実施形態および第3実施形態のレーザ処理装置においても同様に適用される。
<Laser irradiation mechanism>
Next, an example of the laser irradiation mechanism provided in each irradiation head in the laser processing apparatus of each embodiment described above will be described with reference to FIG. In the following, a configuration in which the laser irradiation mechanism 10 of the laser processing apparatus 1 of the first embodiment is provided will be described on behalf of each embodiment, but the laser processing apparatuses of the second embodiment and the third embodiment will be described. The same applies to.

図8は、照射ヘッド13-1,13-2,…(照射ヘッド13と記す)と、それぞれの照射ヘッド13の駆動を制御するためのレーザ照射機構10を示す構成図である。この図に示すレーザ照射機構10は、基板支持部11に支持された処理基板Wの被処理面Waに対して、照射ヘッド13からのレーザ光の照射位置および焦点深度を制御するための機構である。   FIG. 8 is a configuration diagram showing irradiation heads 13-1, 13-2,... (Denoted as irradiation heads 13) and a laser irradiation mechanism 10 for controlling the driving of each irradiation head 13. The laser irradiation mechanism 10 shown in this figure is a mechanism for controlling the irradiation position and depth of focus of the laser beam from the irradiation head 13 with respect to the processing surface Wa of the processing substrate W supported by the substrate support portion 11. is there.

まず、レーザ照射機構10の構成を説明するに先立ち、各照射ヘッド13の構成を説明する。各照射ヘッド13は、光源部102と、基板支持部11の支持面11aに対向配置された対物レンズ103とを備えている。尚、図面上においては基板支持部11の支持面11aを平坦なステージ状で示しているが、この基板支持部11は、第1実施形態で説明したように、筒状体(または円柱体)として構成され、その円柱面の外面側が支持面11aとして構成されているものである。   First, before describing the configuration of the laser irradiation mechanism 10, the configuration of each irradiation head 13 will be described. Each irradiation head 13 includes a light source unit 102 and an objective lens 103 arranged to face the support surface 11 a of the substrate support unit 11. In the drawing, the support surface 11a of the substrate support 11 is shown in a flat stage shape. As described in the first embodiment, the substrate support 11 is a cylindrical body (or a cylindrical body). The outer surface side of the cylindrical surface is configured as a support surface 11a.

このうち、光源部102には、半導体レーザ発振器102aが設けられている。半導体レーザ発振器102aとしては、このレーザ処理装置を用いてどのような処理を行うかによって適切な波長のレーザ光Lhを発振するものが選択される。例えば、このレーザ処理装置を非晶質シリコンからなる半導体薄膜の結晶化および活性化に用いる場合、発振波長が350nm〜470nmの波長を含む、GaおよびNを含む化合物半導体レーザ発振器が用いられる。特に、結晶化及び活性化に必要なハイパワー(例えば連続照射で定格40mW以上)のGaN系化合物半導レーザ発振器が好適に用いられる。   Among these, the light source unit 102 is provided with a semiconductor laser oscillator 102a. As the semiconductor laser oscillator 102a, one that oscillates laser light Lh having an appropriate wavelength is selected depending on what kind of processing is performed using this laser processing apparatus. For example, when this laser processing apparatus is used for crystallization and activation of a semiconductor thin film made of amorphous silicon, a compound semiconductor laser including Ga and N having an oscillation wavelength of 350 nm to 470 nm is used. In particular, a GaN-based compound semiconductor laser oscillator having a high power necessary for crystallization and activation (for example, a rating of 40 mW or more by continuous irradiation) is preferably used.

また、この光源部102は、半導体レーザ発振器102aから発振されたレーザ光Lhの光路上に複数の部材を配置してなり、基板支持部11上に配置された基板Wの表面に対してその法線方向からレーザ光Lhが照射されるように構成されている。このような光源部102の構成を、レーザ光Lhの光路順に沿って説明する。   The light source unit 102 includes a plurality of members arranged on the optical path of the laser beam Lh oscillated from the semiconductor laser oscillator 102a, and the method is applied to the surface of the substrate W arranged on the substrate support unit 11. The laser beam Lh is irradiated from the linear direction. The configuration of the light source unit 102 will be described along the optical path order of the laser light Lh.

すなわち、半導体レーザ発振器102aから発振されたレーザ光Lhは、大きな広がり角で広がる。このため、半導体レーザ発振器102aの後段には、開口数NAの大きなコリメータレンズ102bが配置され、レーザ光Lhはコリメータレンズ102bに入射して平行光とされる。また、半導体レーザ発振器102aから発振されたレーザ光Lhは、半導体レーザの結晶成長方向とこれに平行な方向とで広がり角が異なるため、コリメータレンズ102bで平行光とされた状態でビーム形状が楕円となっている。このため、コリメータレンズ102bの後段には、2枚のプリズムを組み合わせたアナモルフィックプリズム102cが配置され、レーザ光Lhはアナモルフィックプリズム102cに入射してビーム形状が円形ビームに変換される。   That is, the laser beam Lh oscillated from the semiconductor laser oscillator 102a spreads with a large spread angle. For this reason, a collimator lens 102b having a large numerical aperture NA is disposed at the subsequent stage of the semiconductor laser oscillator 102a, and the laser light Lh is incident on the collimator lens 102b to be parallel light. Further, the laser light Lh oscillated from the semiconductor laser oscillator 102a has different divergence angles between the crystal growth direction of the semiconductor laser and the direction parallel to the crystal growth direction, so that the beam shape is elliptical while being collimated by the collimator lens 102b. It has become. For this reason, an anamorphic prism 102c in which two prisms are combined is disposed at the subsequent stage of the collimator lens 102b, and the laser light Lh is incident on the anamorphic prism 102c and the beam shape is converted into a circular beam.

そして、アナモルフィックプリズム102cの後段には、P波の透過率Tp=100%、S波の反射率Rs=100%となるように設計された偏光ビームスプリッタ102dが配置されている。ここで、紙面に対して平行な面を屈折面としたときに、予め半導体レーザ発振器102aから発振されるレーザ光Lhの方位を紙面に平行な方向に偏光するように設置しておくこととする。これにより、円形ビームに変換されたレーザ光Lh(例えば波長405nm)が、偏光ビームスプリッタ102dを透過する構成となっている。 A polarizing beam splitter 102d designed to have a P-wave transmittance T p = 100% and an S-wave reflectance R s = 100% is disposed downstream of the anamorphic prism 102c. Here, when a plane parallel to the paper surface is used as a refracting surface, the orientation of the laser light Lh oscillated from the semiconductor laser oscillator 102a is previously set so as to be polarized in a direction parallel to the paper surface. . Thereby, the laser beam Lh (for example, wavelength 405 nm) converted into a circular beam is configured to pass through the polarization beam splitter 102d.

そして、偏光ビームスプリッタ102dの後段にはλ/4板102eが配置され、このλ/4板102eを通過することでレーザ光Lhが円偏光となる。さらに、λ/4板102eの後段には、ダイクロイックプリズム102fが配置され、このダイクロイックプリズム102fによって、基板支持部11の支持面11a上に配置された処理基板Wの被処理面Waに対してその法線方向からレーザ光Lhが照射される構成となっている。   A λ / 4 plate 102e is disposed at the subsequent stage of the polarization beam splitter 102d, and the laser light Lh becomes circularly polarized light by passing through the λ / 4 plate 102e. Further, a dichroic prism 102f is arranged at the subsequent stage of the λ / 4 plate 102e, and the dichroic prism 102f is used to process the surface Wa of the processing substrate W disposed on the support surface 11a of the substrate support portion 11. The laser beam Lh is irradiated from the normal direction.

尚、被処理面Waで反射したレーザ光Lhは、さらにダイクロイックプリズム102fで反射してλ/4板102eに入射される。そして、このλ/4板102eにおいて入射時とは直交した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ102dで反射して、ビームダンパー102gにより吸収される。このような光路により、半導体レーザ発振器102aに戻る光を最小にすることができ、レーザ発振が安定に保たれる構成となっている。   The laser beam Lh reflected by the processing surface Wa is further reflected by the dichroic prism 102f and is incident on the λ / 4 plate 102e. The λ / 4 plate 102e becomes linearly polarized light orthogonal to the incident time, is reflected by the polarization beam splitter 102d, and is absorbed by the beam damper 102g. By such an optical path, the light returning to the semiconductor laser oscillator 102a can be minimized, and the laser oscillation is kept stable.

そして、以上のような構成の光源部102と基板支持部11との間に配置された対物レンズ103は、光源部102から基板支持部11の支持面11aに向けって照射されるレーザ光Lhの光路上に配置されている。   The objective lens 103 disposed between the light source unit 102 and the substrate support unit 11 configured as described above is irradiated with the laser beam Lh from the light source unit 102 toward the support surface 11a of the substrate support unit 11. It is arranged on the optical path.

この対物レンズ103は、ガラスあるいは樹脂で形成されており、レーザ光Lh(例えば波長405nm)、および次に説明する検査光(例えば波長830nm)に対して色収差補正されていることが望ましい。   The objective lens 103 is preferably made of glass or resin, and is preferably corrected for chromatic aberration with respect to laser light Lh (for example, wavelength 405 nm) and inspection light (for example, wavelength 830 nm) described below.

そして特に、この対物レンズ103は、ここでの図示を省略した二軸アクチェータに搭載された状態で設けられていることとる。これにより、対物レンズ103は、次に説明する走査制御部104外部からの駆動信号により、レンズ軸(光軸)方向とこれに垂直な方向との2軸方向に動くように構成されている。尚、二軸アクチェータは、ボイスコイルやピエゾアクチュエーター等で良く、その形態が制限されることはない。   In particular, the objective lens 103 is provided in a state of being mounted on a biaxial actuator not shown here. Accordingly, the objective lens 103 is configured to move in two axial directions, that is, a lens axis (optical axis) direction and a direction perpendicular to the lens axis (optical axis) direction by a drive signal from the outside of the scanning control unit 104 described below. The biaxial actuator may be a voice coil, a piezo actuator, or the like, and its form is not limited.

そして、以上のような光源部102と対物レンズ103とで構成された照射ヘッド13を制御するためのレーザ照射機構10には、対物レンズ103に接続された状態で、レーザ光Lhを走査するための走査制御部104が設けられている。また、このレーザ照射機構10には、検査光fhを照射するための検査光源部106、フォーカス制御部107、および位置制御部108が備えられている。   The laser irradiation mechanism 10 for controlling the irradiation head 13 composed of the light source unit 102 and the objective lens 103 as described above is for scanning the laser beam Lh while being connected to the objective lens 103. Scanning controller 104 is provided. Further, the laser irradiation mechanism 10 includes an inspection light source unit 106, a focus control unit 107, and a position control unit 108 for irradiating the inspection light fh.

そして、このような対物レンズ103に設けられた走査制御部104は、対物レンズ103が搭載されている二軸アクチェータの駆動を制御する二軸デバイスドライバー(走査制御部)104として設けられている。この二軸デバイスドライバー(走査制御部)104は、以降に説明するフォーカス制御部107、および位置制御部108の一部を兼ねるものでもある。   The scanning control unit 104 provided in the objective lens 103 is provided as a biaxial device driver (scanning control unit) 104 that controls driving of the biaxial actuator on which the objective lens 103 is mounted. The biaxial device driver (scanning control unit) 104 also serves as a part of a focus control unit 107 and a position control unit 108 described below.

ここで、対物レンズ103に入射するレーザ光Lhはコリメート光であり、焦点でのビーム形状はsinc関数で表される。そして、対物レンズ103の開口数NA、レーザ光Lhの波長λとした場合、ビーム径(振幅が0になる最小の円の径)φは次の式(1)で表される。φ=2.44×λ/(2×NA)…(1)   Here, the laser light Lh incident on the objective lens 103 is collimated light, and the beam shape at the focal point is represented by a sinc function. When the numerical aperture NA of the objective lens 103 and the wavelength λ of the laser light Lh are set, the beam diameter (the diameter of the smallest circle with an amplitude of 0) φ is expressed by the following equation (1). φ = 2.44 × λ / (2 × NA) (1)

このようなレーザ光Lhにおいては、光軸(レンズ軸)と垂直な方向の強度がガウシアン分布となっている。このため、二軸デバイスドライバー(走査制御部)104による光軸と垂直方向への対物レンズ103の移動は、対物レンズ103が作る焦点でのパワー密度が5%以下の変化となる範囲で行われるように設定されていることとする。これにより、対物レンズ103の移動によってレーザ光Lhを走査させた場合に、各走査位置でのレーザ光Lhの照射強度の変化が小さく抑えられる構成となっている。一例として、開口数NAが0.85の対物レンズ103を用いた場合、対物レンズ103のレンズ軸(中心位置)から±50μmの範囲でレーザ光Lhが入射されるように対物レンズ103を移動させることで、対物レンズ103が作る焦点でのパワー密度の変化を5%以下に抑えることができる。尚、対物レンズ103の移動によるレーザ光Lhの走査範囲がなるべく広げられるように、レーザ光Lhの強度分布や対物レンズの開口の大きさが設計されていることが好ましい。   In such laser light Lh, the intensity in the direction perpendicular to the optical axis (lens axis) has a Gaussian distribution. For this reason, the movement of the objective lens 103 in the direction perpendicular to the optical axis by the biaxial device driver (scanning control unit) 104 is performed in a range where the power density at the focal point formed by the objective lens 103 changes within 5%. It is assumed that it is set as follows. Thereby, when the laser beam Lh is scanned by moving the objective lens 103, a change in the irradiation intensity of the laser beam Lh at each scanning position can be suppressed to be small. As an example, when the objective lens 103 having a numerical aperture NA of 0.85 is used, the objective lens 103 is moved so that the laser light Lh is incident within a range of ± 50 μm from the lens axis (center position) of the objective lens 103. Thus, the change in power density at the focal point formed by the objective lens 103 can be suppressed to 5% or less. It is preferable that the intensity distribution of the laser beam Lh and the size of the aperture of the objective lens are designed so that the scanning range of the laser beam Lh due to the movement of the objective lens 103 is expanded as much as possible.

次に、検査光源部106には、検査光fhを発振する検査光発振器106aが設けられている。ここで検査光fhとしては、処理対象となる材料に対して吸収されない波長の光が用いられることとする。このため、例えば非晶質シリコンからなる半導体薄膜の結晶化および活性化にレーザ処理装置を用いる場合には、シリコン系半導体膜での吸収がわずかになる650nm以上の波長、好ましくは波長830nmのレーザ光が検査光fhとして用いられる。これにより、検査光fh照射による基板W表面への影響を防止する。このような検査光fhを発振する検査光源部106としては、例えば波長830nmのレーザ光を検査光fhとして発振するレーザ発振器が用いられる。   Next, the inspection light source unit 106 is provided with an inspection light oscillator 106a that oscillates the inspection light fh. Here, as the inspection light fh, light having a wavelength that is not absorbed by the material to be processed is used. For this reason, for example, when a laser processing apparatus is used for crystallization and activation of a semiconductor thin film made of amorphous silicon, a laser having a wavelength of 650 nm or more, preferably a wavelength of 830 nm, in which absorption in the silicon-based semiconductor film becomes small. Light is used as inspection light fh. Thereby, the influence on the substrate W surface by the irradiation of the inspection light fh is prevented. As the inspection light source unit 106 that oscillates such inspection light fh, for example, a laser oscillator that oscillates laser light having a wavelength of 830 nm as inspection light fh is used.

また、この検査光源部106は、検査光発振器106aから発振された検査光fhの光路上に複数の部材を配置してなり、上述したレーザ光Lhと共に対物レンズ103を介して基板支持部11上に配置された基板Wの表面に照射されるように構成されている。このような検査光源部106の構成は、上述した照射ヘッド13の光源部102とほぼ同様の構成となっている。   The inspection light source unit 106 includes a plurality of members arranged on the optical path of the inspection light fh oscillated from the inspection light oscillator 106a. The inspection light source unit 106 is mounted on the substrate support unit 11 through the objective lens 103 together with the laser light Lh described above. It is comprised so that the surface of the board | substrate W arrange | positioned may be irradiated. Such a configuration of the inspection light source unit 106 is substantially the same as the configuration of the light source unit 102 of the irradiation head 13 described above.

すなわち、検査光発振器106aから発振された検査光fhは、コリメータレンズ106bに入射して平行光とされ、アナモルフィックプリズムbに入射してビーム形状が円形ビームに変換される。そして、この検査光fhは、P波の透過率Tp=100%、S波の反射率Rs=100%となるように設計された偏光ビームスプリッタ106dを透過し、λ/4板106eを通過することで円偏光となる。そして、照射ヘッド13の光源部102におけるダイクロイックプリズム102fを透過してレーザ光Lhと合成され、対物レンズ103に入射される。 In other words, the inspection light fh oscillated from the inspection light oscillator 106a is incident on the collimator lens 106b to be parallel light, and is incident on the anamorphic prism b to be converted into a circular beam. The inspection light fh is transmitted through the polarization beam splitter 106d designed to have a P-wave transmittance T p = 100% and an S-wave reflectance R s = 100%, and passes through the λ / 4 plate 106e. It passes through and becomes circularly polarized light. Then, the light passes through the dichroic prism 102 f in the light source unit 102 of the irradiation head 13, is combined with the laser light Lh, and enters the objective lens 103.

尚、基板Wで反射した検査光fhは、ダイクロイックプリズム102fを透過してλ/4板106eに入射される。そして、このλ/4板106eにおいて入射時とは直交した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ106dで反射して、フォーカス制御部107および位置制御部108に導かれる。   The inspection light fh reflected by the substrate W passes through the dichroic prism 102f and enters the λ / 4 plate 106e. The λ / 4 plate 106e becomes linearly polarized light orthogonal to the incident time, is reflected by the polarization beam splitter 106d, and is guided to the focus control unit 107 and the position control unit 108.

そして、偏光ビームスプリッタ106dにおいて反射した検査光fhが導かれたフォーカス制御部107には、検査光fhの進行方向に向かって、シリンドリカルレンズ107a、集光レンズ107b、および4分割ディテクター107cがこの順に配置されている。   Then, the cylindrical lens 107a, the condensing lens 107b, and the quadrant detector 107c are arranged in this order in the focus control unit 107 to which the inspection light fh reflected by the polarization beam splitter 106d is guided in the traveling direction of the inspection light fh. Has been placed.

シリンドリカルレンズ107aは、非点収差を発生させるためのものである。そして、4分割ディテクター107cは、処理対象物として基板支持部11上に配置される基板Wと結像関係にある。したがって、基板W上に対物レンズ103の焦点があるときは、検査光fhは4分割ディテクター107cの中央に焦点を結ぶ。一方、対物レンズ103の焦点が、基板W表面よりも上あるいは下にあるときは、シリンドリカルレンズ107aによる非点収差が発生し、4分割ディテクター107c上には、縦あるいは横方向に長軸をもつ楕円のビームが投影される。   The cylindrical lens 107a is for generating astigmatism. The quadrant detector 107c is in an imaging relationship with the substrate W disposed on the substrate support 11 as a processing object. Therefore, when the objective lens 103 is focused on the substrate W, the inspection light fh is focused at the center of the quadrant detector 107c. On the other hand, when the focus of the objective lens 103 is above or below the surface of the substrate W, astigmatism occurs due to the cylindrical lens 107a, and the longitudinal axis or the horizontal direction has a long axis on the quadrant detector 107c. An elliptical beam is projected.

そこで、下記のように4分割ディテクター107cの各ディテクター部分からの出力信号A〜Dを定義したときに、(A+C)−(B+D)なる信号は、対物レンズ103の焦点が物体の上か下かでプラスとマイナスの符号を変え、焦点が物体上にあるときにこの信号は0になる。したがって、この信号を、フォーカスサーボを行うときの誤差信号(focus error信号)として利用し、この誤差信号を対物レンズ103の走査制御部104にフィードバックして、信号が0となるように対物レンズ103をそのレンズ軸方向(図面上の上下方向)に移動してフォーカスサーボが行われる構成となっている。   Therefore, when the output signals A to D from the respective detector portions of the quadrant detector 107c are defined as described below, the signal (A + C) − (B + D) indicates whether the focus of the objective lens 103 is above or below the object. Change the sign of plus and minus, and this signal becomes zero when the focus is on the object. Therefore, this signal is used as an error signal (focus error signal) when focus servo is performed, and this error signal is fed back to the scanning control unit 104 of the objective lens 103 so that the signal becomes zero. Is moved in the lens axis direction (vertical direction in the drawing) to perform focus servo.

また、上述した、偏光ビームスプリッタ106dにおいて反射した検査光fhが導かれた位置制御部108には、検査光fhの進行方向に向かって、フォーカス制御部107と画像信号位置認識部108aとがこの順に配置されている。ここで、フォーカス制御部107は、位置制御部108の一部を兼ねたものであることとする。   The position control unit 108 to which the inspection light fh reflected by the polarization beam splitter 106d is guided is provided with the focus control unit 107 and the image signal position recognition unit 108a in the traveling direction of the inspection light fh. Arranged in order. Here, it is assumed that the focus control unit 107 also serves as a part of the position control unit 108.

そして、フォーカス制御部107の後段に設けられた画像信号位置認識部108aは、処理対象となる基板Wの表面の情報と、4分割ディテクター107cの各ディテクター部分からの出力信号A〜Dとに基づいて、対物レンズ103を透過して検査光fhが照射される位置を認識するものである。   Then, the image signal position recognition unit 108a provided at the subsequent stage of the focus control unit 107 is based on the information on the surface of the substrate W to be processed and the output signals A to D from each detector portion of the quadrant detector 107c. Thus, the position where the inspection light fh is irradiated through the objective lens 103 is recognized.

つまり、4分割ディテクター107cの各ディテクター部分からの出力信号A〜Dを定義したときに、(A+B+C+D)なる和信号は、露光対象物の反射率の変化を示す信号となる。そこで、処理基板Wにおける被処理面Wa上の二次元平面内において同一の基準点となるアライメント・マークをパターン形成しておくこととする。そして、画像信号位置認識部108aでは、予め得られている基板Wの表面の形状情報(アライメント・マークの配置情報)と、照射ヘッド13と基板支持部11との相対的な移動によって処理基板Wの被処理面Waにおいて検査光fhを走査させて得られた上記和信号の変化とから、被処理面Waにおける検査光fhの照射位置が認識される構成となっている。   That is, when the output signals A to D from the respective detector portions of the quadrant detector 107c are defined, the sum signal (A + B + C + D) is a signal indicating a change in the reflectance of the exposure target. Therefore, an alignment mark serving as the same reference point in a two-dimensional plane on the processing surface Wa on the processing substrate W is formed in a pattern. Then, in the image signal position recognition unit 108a, the processing substrate W is obtained by the shape information (alignment mark arrangement information) of the surface of the substrate W obtained in advance and the relative movement between the irradiation head 13 and the substrate support unit 11. The irradiation position of the inspection light fh on the processing surface Wa is recognized from the change of the sum signal obtained by scanning the inspection surface fh on the processing surface Wa.

また、このレーザ処理装置においては、画像信号位置認識部108aで認識された検査光fhの照射位置から、このレーザ処理装置を用いたアニール処理のための基準点を求める。そして、この基準点に基づいて、照射ヘッド13と基板支持部11とを相対的に移動させることにより、レーザ処理装置における処理基板Wの配置状態を所定状態にする。つまり、照射基板Wの表面においてアニール処理を施したい部分が、レーザ光Lhの照射位置となるように、照射ヘッド13と基板支持部11とを相対的に移動させるのである。   In this laser processing apparatus, a reference point for annealing using the laser processing apparatus is obtained from the irradiation position of the inspection light fh recognized by the image signal position recognition unit 108a. Then, the arrangement state of the processing substrate W in the laser processing apparatus is set to a predetermined state by relatively moving the irradiation head 13 and the substrate support portion 11 based on the reference point. That is, the irradiation head 13 and the substrate support part 11 are relatively moved so that the portion on the surface of the irradiation substrate W to be annealed is the irradiation position of the laser light Lh.

またさらに、この位置制御部108は、上述したようにレーザ光Lhが所定の照射位置となるように基板支持部11と照射ヘッド13とを相対的に移動させた状態で、半導体レーザ発振器102aからのレーザ光Lhの発振のオン/オフを制御することで、処理基板Wの被処理表Waにおいて目的とする部分のみにレーザ光Lhが照射される構成となっている。またさらに、二軸デバイスドライバー(走査制御部)104によって対物レンズ103をその軸に対して垂直方向に移動させることにより、基板支持部11上に載置された処理基板Wの処理表面Waに対するレーザ光Lhの照射位置を高精度に制御しても良い。   Further, the position control unit 108 moves from the semiconductor laser oscillator 102a in a state where the substrate support unit 11 and the irradiation head 13 are relatively moved so that the laser beam Lh is at a predetermined irradiation position as described above. By controlling on / off of the oscillation of the laser beam Lh, the laser beam Lh is irradiated only on the target portion of the processing surface Wa of the processing substrate W. Furthermore, the laser with respect to the processing surface Wa of the processing substrate W placed on the substrate support 11 is obtained by moving the objective lens 103 in a direction perpendicular to the axis by the biaxial device driver (scanning control unit) 104. The irradiation position of the light Lh may be controlled with high accuracy.

尚、以上のレーザ処理装置においては、基板支持部11および照射ヘッド13の駆動によるレーザ光Lhの照射位置の移動(走査)と、対物レンズ103の移動によるレーザ光Lhの走査とを組み合わせても良い。対物レンズ103の移動によるレーザ光Lhの走査を組み合わせた場合には、処理基板Wに対してレーザ光Lhを高速度で走査することが可能になる。これにより処理基板Wに対するレーザ光Lhの移動速度によって、処理基板Wに対する熱的負荷を軽減させると言ったアニール工程を行うことができる。また、このようなレーザ光Lhの照射を処理基板Wに対する必要部分のみに選択的に行うことにより、さらに処理基板Wに対する熱的負荷が軽減される。   In the above laser processing apparatus, the movement (scanning) of the irradiation position of the laser beam Lh by driving the substrate support 11 and the irradiation head 13 and the scanning of the laser beam Lh by the movement of the objective lens 103 may be combined. good. When the scanning of the laser beam Lh by the movement of the objective lens 103 is combined, the processing substrate W can be scanned with the laser beam Lh at a high speed. As a result, an annealing process that reduces the thermal load on the processing substrate W can be performed by the moving speed of the laser light Lh relative to the processing substrate W. Further, by selectively performing such irradiation of the laser beam Lh only on a necessary portion with respect to the processing substrate W, the thermal load on the processing substrate W is further reduced.

また半導体レーザ発振器102aから発振させるレーザ光Lhの出力調整によってレーザ光Lhの強度変調行うことおよびAC駆動の場合ではDutyを変えることで、該基板上のXY二次元の領域内に任意のレーザ強度分布パターンを形成することも可能となる。   Further, by adjusting the intensity of the laser beam Lh by adjusting the output of the laser beam Lh oscillated from the semiconductor laser oscillator 102a and changing the duty in the case of AC driving, an arbitrary laser intensity can be placed in the XY two-dimensional region on the substrate. It is also possible to form a distribution pattern.

しかも、半導体レーザ発振器102aを設けたことにより、エキシマレーザー装置やYAGレーザーに比べて、照射ヘッド13-1を小型化して装置全体の小型化を図ることが可能となる。また、照射ヘッド13-1が小型されるため、照射ヘッド13-1を備えたレーザ照射機構10を複数設けて基板Wの各位置に対してレーザ光を多点照射する構成とすることもできる。これにより、レーザ照射を行う工程を短縮して生産性の向上を図ることが可能になる。   In addition, the provision of the semiconductor laser oscillator 102a makes it possible to reduce the size of the entire apparatus by reducing the size of the irradiation head 13-1 as compared with an excimer laser apparatus or a YAG laser. Further, since the irradiation head 13-1 is downsized, a plurality of laser irradiation mechanisms 10 including the irradiation head 13-1 may be provided to irradiate laser beams at multiple points on each position of the substrate W. . Thereby, it becomes possible to shorten the process of laser irradiation and improve productivity.

尚、このレーザ処理装置を非晶質シリコンからなる半導体薄膜の結晶化および活性化に用いる場合においては、基板Wに対するレーザ光Lhの連続照射とは、レーザ光Lhの移動に際して休止無く完全に連続である場合と共に、レーザ光Lhの照射によって溶融した半導体薄膜部分の凝固が完全に完了しない程度の休止が入る場合を含むこととする。このため、このような条件を満たせば、照射時間よりも短い休止時間が入る場合も連続照射に含まれ、一例として半導体薄膜部分への100nsの照射時間に対して10〜20ns程度の休止が入る場合も連続照射に含むこととする。尚、照射時間に対する休止時間は、半導体薄膜の材質および膜厚、レーザ光Lhのエネルギー密度、等によって適宜設計される。このような休止時間を入れることにより、レーザ光Lh照射による基板Wへの熱的影響を抑えることができる。尚、エキシマレーザ光は完全なパルス波であり、300Hz程度のパルス波であれば、25nsの照射時間に対して3300ns程度の休止が入ることになる。このため、エキシマレーザ光では、レーザ光Lhの照射によって溶融した半導体薄膜5部分の凝固が完全した状態で次のパルス照射が行われることになるため、上述したいわゆる「連続照射」を行うことはできない。   When this laser processing apparatus is used for crystallization and activation of a semiconductor thin film made of amorphous silicon, the continuous irradiation of the laser beam Lh onto the substrate W is completely continuous without any interruption during the movement of the laser beam Lh. And a case where there is a pause that does not completely complete solidification of the melted semiconductor thin film portion by irradiation with the laser beam Lh. For this reason, if such a condition is satisfied, the case where a pause time shorter than the irradiation time is included is included in the continuous irradiation. As an example, a pause of about 10 to 20 ns is included with respect to the irradiation time of 100 ns to the semiconductor thin film portion. In some cases, it is included in continuous irradiation. Note that the pause time with respect to the irradiation time is appropriately designed according to the material and thickness of the semiconductor thin film, the energy density of the laser light Lh, and the like. By providing such a pause time, the thermal influence on the substrate W due to the laser light Lh irradiation can be suppressed. The excimer laser light is a complete pulse wave, and if it is a pulse wave of about 300 Hz, a pause of about 3300 ns will occur for an irradiation time of 25 ns. For this reason, in the excimer laser light, the next pulse irradiation is performed in a state where the solidification of the melted semiconductor thin film 5 portion by the irradiation of the laser light Lh is completed. Can not.

第1実施形態のレーザ処理装置の構成を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure of the laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態のレーザ処理装置における照射ヘッドの相対的な移動の一例を説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating an example of the relative movement of the irradiation head in the laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態のレーザ処理装置における照射ヘッドの相対的な移動の他の一例を説明するための側面図である。It is a side view for demonstrating another example of the relative movement of the irradiation head in the laser processing apparatus of 1st Embodiment. 第2実施形態のレーザ処理装置の構成を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure of the laser processing apparatus of 2nd Embodiment. 第3実施形態のレーザ処理装置の構成を説明するための上面図である。It is a top view for demonstrating the structure of the laser processing apparatus of 3rd Embodiment. 第4実施形態のレーザ処理装置の構成を説明するための上面図である。It is a top view for demonstrating the structure of the laser processing apparatus of 4th Embodiment. 第5実施形態のレーザ処理装置の構成を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the structure of the laser processing apparatus of 5th Embodiment. 各実施形態のレーザ処理装置に好適に用いられるレーザ照射機構の構成図である。It is a block diagram of the laser irradiation mechanism used suitably for the laser processing apparatus of each embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4,5…レーザ処理装置、11,21,31,41,51…基板支持部、11a,21a,31a,41a,51a…支持面、13-1,13-2,…照射ヘッド、31b…スリット、33,43,53…供給ロール、35,45,55…巻取ロール、W…処理基板、φ…軸

1, 2, 3, 4, 5... Laser processing apparatus, 11, 21, 31, 41, 51... Substrate support part, 11a, 21a, 31a, 41a, 51a ... support surface, 13-1, 13-2,. Irradiation head, 31b ... slit, 33, 43, 53 ... supply roll, 35, 45, 55 ... take-up roll, W ... treated substrate, φ ... axis

Claims (8)

円柱面の外面側または内面側が処理基板の支持面として構成された基板支持部と、
前記基板支持部の支持面に支持された処理基板に対してレーザ光を照射する照射ヘッドとを備えると共に、
前記支持面を構成する円柱面の軸を中心にした軌道上においての当該支持面に対する前記照射ヘッドの相対的な一方向への移動により、当該支持面に支持した処理基板の全領域に対して当該照射ヘッドが走査される
ことを特徴とするレーザ処理装置。
A substrate support portion in which the outer surface side or the inner surface side of the cylindrical surface is configured as a support surface of the processing substrate;
An irradiation head for irradiating the processing substrate supported by the support surface of the substrate support unit with laser light;
With respect to the entire region of the processing substrate supported on the support surface by the movement of the irradiation head relative to the support surface in one direction on the track centering on the axis of the cylindrical surface constituting the support surface. A laser processing apparatus, wherein the irradiation head is scanned.
請求項1記載のレーザ処理装置において、
前記照射ヘッドは、前記支持面を構成する円柱面の軸を中心にした螺旋軌道上を所定方向に移動する
ことを特徴とするレーザ処理装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The laser processing apparatus, wherein the irradiation head moves in a predetermined direction on a spiral orbit centering on an axis of a cylindrical surface constituting the support surface.
請求項2記載のレーザ処理装置において、
前記基板支持部は、前記支持面を構成する円柱面の軸を中心に、前記照射ヘッドの移動方向と逆方向に回転する
ことを特徴とするレーザ処理装置。
The laser processing apparatus according to claim 2,
The laser processing apparatus, wherein the substrate support section rotates in the direction opposite to the moving direction of the irradiation head around an axis of a cylindrical surface constituting the support surface.
請求項1記載のレーザ処理装置において、
前記照射ヘッドは、前記支持面を構成する円柱面の軸に沿った所定間隔で複数配置されている
ことを特徴とするレーザ処理装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
A plurality of the irradiation heads are arranged at predetermined intervals along an axis of a cylindrical surface constituting the support surface.
請求項1記載のレーザ処理装置において、
前記基板支持部は、前記支持面に対して前記処理基板が吸着保持される機構を備えている
ことを特徴とするレーザ処理装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The said substrate support part is equipped with the mechanism by which the said process substrate is adsorbed-held with respect to the said support surface. The laser processing apparatus characterized by the above-mentioned.
請求項1記載のレーザ処理装置において、
前記基板支持部の支持面に処理基板を巻き出し供給する供給ロールと、
前記基板支持部の支持面から前記処理基板を巻き取り回収する巻取ロールとをさらに備えている
ことを特徴とするレーザ処理装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
A supply roll for unwinding and supplying the processing substrate to the support surface of the substrate support part;
A laser processing apparatus, further comprising: a winding roll that winds and collects the processing substrate from a support surface of the substrate support portion.
請求項1記載のレーザ処理装置において、
前記照射ヘッドは、半導体レーザ発振器を用いて構成されている
ことを特徴とするレーザ処理装置。
The laser processing apparatus according to claim 1,
The irradiation head is configured by using a semiconductor laser oscillator.
基板の被処理面に対してレーザ光を相対的に走査させながら照射することにより、当該被処理面の全域にレーザ光照射による処理を行うレーザ処理方法であって、
円柱面の外面側または内面側が被処理面となるように処理基板を設置し、
次に前記処理基板の被処理面に向かって照射ヘッドからレーザ光を照射する際、当該被処理面を構成する円柱面の軸を中心にした軌道上においての当該被処理面に対する当該照射ヘッドの相対的な一方向への移動により、当該被処理面の全領域に対して当該照射ヘッドから照射されたレーザ光を走査させる
ことを特徴とするレーザ処理方法。
A laser processing method for performing processing by laser light irradiation on the entire surface of the processing surface by irradiating the processing surface of the substrate while relatively scanning the laser light,
Install the processing substrate so that the outer surface side or inner surface side of the cylindrical surface is the surface to be processed,
Next, when irradiating a laser beam from the irradiation head toward the processing surface of the processing substrate, the irradiation head with respect to the processing surface on the trajectory around the axis of the cylindrical surface constituting the processing surface. A laser processing method, wherein the laser beam irradiated from the irradiation head is scanned over the entire area of the surface to be processed by movement in one relative direction.
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