JP2009010161A - Laser machining device and laser machining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工対象物にレーザビームを照射して加工を行うレーザ加工装置、及び、レーザ加工方法に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing by irradiating a workpiece with a laser beam, and a laser processing method.
液晶パネルの一製造工程において、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン膜にレーザビームを照射し、アモルファスシリコン膜の結晶化(レーザアニール)が行われる。 In one manufacturing process of a liquid crystal panel, an amorphous silicon film formed on a glass substrate is irradiated with a laser beam to crystallize the amorphous silicon film (laser annealing).
このレーザアニールにおいては、ガラス基板全面を吸着盤に吸着し、高さ検出器でガラス基板の高さを検出して、アモルファスシリコン膜がレーザビームの焦点深度内に位置するように、ガラス基板を吸着盤とともに昇降させる。 In this laser annealing, the entire surface of the glass substrate is adsorbed to the suction disk, the height of the glass substrate is detected by a height detector, and the glass substrate is placed so that the amorphous silicon film is positioned within the focal depth of the laser beam. Raise and lower with the suction board.
しかしこの方法によれば、吸着盤に高い平面度が要求される。また、ガラス基板と吸着盤の双方を移動して高さを調節するため、移動部の重量が大きくなり制御性が悪い。更に、ガラス基板自体がもつうねりや厚さのばらつきに対処するのが困難であった。 However, this method requires high flatness of the suction disk. In addition, since the height is adjusted by moving both the glass substrate and the suction disk, the weight of the moving part increases and the controllability is poor. Furthermore, it has been difficult to cope with the waviness and thickness variations of the glass substrate itself.
吸着盤を用いず、「基板設置部であるワーク受けにエアが吹き出す機構を設けることで、基板とワーク受けにギャップを形成し、さらにそのギャップが一定の距離を保つようにセンサーでエア流量を制御する機構を備えたレーザ加工装置」の発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。 Without using a suction board, “By providing a mechanism to blow out air to the work receiver that is the board installation part, a gap is formed between the substrate and the work receiver, and the air flow rate is controlled by the sensor so that the gap is kept at a constant distance. An invention of a “laser processing apparatus provided with a control mechanism” is disclosed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1記載のレーザ加工装置は、基板を載置するワーク受けを備えたステージを含んで構成される。ワーク受けは、基板とのギャップを形成するためのエア吹き出し口、及び、各エア吹き出し口に対応して設けられ、基板とワーク受けとの間隔を測定するギャップセンサを含む。 The laser processing apparatus described in Patent Document 1 is configured to include a stage including a workpiece receiver on which a substrate is placed. The workpiece receiver includes an air outlet for forming a gap with the substrate, and a gap sensor that is provided corresponding to each air outlet and measures the distance between the substrate and the workpiece receiver.
エア吹き出し口にエアが供給されることで、基板とワーク受けとの間にギャップが形成される。形成されたギャップはギャップセンサで測定され、測定結果を基に、レーザ加工焦点位置が所定の位置で一定になるように、エア吹き出し口から流出するエア流量が調整され、ギャップが調節される。エア流量の調整、ギャップの調節は、流量調整機構を備え、それぞれのエア吹き出し口にエアを供給するエアバルブを独立に制御して行われる。 By supplying air to the air outlet, a gap is formed between the substrate and the workpiece receiver. The formed gap is measured by a gap sensor, and based on the measurement result, the flow rate of air flowing out from the air outlet is adjusted so that the laser processing focal position becomes constant at a predetermined position, and the gap is adjusted. The adjustment of the air flow rate and the adjustment of the gap are performed by providing a flow rate adjustment mechanism and independently controlling the air valves that supply air to the respective air outlets.
特許文献1記載のレーザ加工装置においては、たとえば基板全面に対応する位置に、基板とワーク受けとの間のギャップを調節する機構であるエア吹き出し口が配置される。 In the laser processing apparatus described in Patent Document 1, for example, an air outlet that is a mechanism for adjusting a gap between the substrate and the workpiece receiver is disposed at a position corresponding to the entire surface of the substrate.
本発明の目的は、高品質の加工を実現することのできるレーザ加工装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the laser processing apparatus which can implement | achieve high quality processing.
また、小型化可能なレーザ加工装置を提供することである。 Moreover, it is providing the laser processing apparatus which can be reduced in size.
更に、高品質の加工を実現することのできるレーザ加工方法を提供することである。 Furthermore, it is providing the laser processing method which can implement | achieve high quality processing.
本発明の一観点によれば、被加工面が画定された加工対象物を、該被加工面に沿う方向に移動可能に保持する保持機構と、前記保持機構に保持された加工対象物の被加工面の一部の領域にレーザビームを入射させるレーザ光学系と、前記保持機構に保持された加工対象物を、被加工面に沿う方向に移動させる移動機構と、前記保持機構に保持された加工対象物の、前記レーザ光学系からのレーザビームが入射する領域を支持し、支持されている領域を、被加工面に対して高さ方向に変位させる高さ調整機構とを有し、前記高さ調整機構は、該高さ調整機構に対し、被加工面に沿う方向に関して前記加工対象物が相対的に移動可能に該加工対象物の一部を支持するレーザ加工装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a workpiece to be processed in which a workpiece surface is defined is held so as to be movable in a direction along the workpiece surface, and a workpiece to be processed held by the holding mechanism is covered. A laser optical system for injecting a laser beam into a partial region of the processing surface, a moving mechanism for moving the processing object held by the holding mechanism in a direction along the processing surface, and the holding mechanism A height adjusting mechanism that supports a region of the workpiece to which the laser beam from the laser optical system is incident and displaces the supported region in a height direction with respect to the processing surface; The height adjusting mechanism is provided with a laser processing apparatus that supports a part of the processing object such that the processing object can move relative to the height adjusting mechanism in a direction along the surface to be processed.
また、本発明の他の観点によれば、(a)被加工面が画定され、可撓性を有する加工対象物を撓ませることによって、レーザビームの経路内の部分を、該被加工面に関して高さ方向に変位させる工程と、(b)前記レーザビームの経路内の部分を変位させた後、変位した部分にレーザビームを入射させる工程とを有するレーザ加工方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, (a) a surface to be processed is defined, and a portion in the path of the laser beam is moved with respect to the surface to be processed by bending a flexible workpiece. There is provided a laser processing method including a step of displacing in the height direction, and (b) a step of causing a laser beam to enter the displaced portion after displacing the portion in the path of the laser beam.
本発明によれば、高品質の加工を実現するレーザ加工装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laser processing apparatus which implement | achieves a high quality process can be provided.
また、小型化されたレーザ加工装置を提供することができる。 In addition, a miniaturized laser processing apparatus can be provided.
更に、高品質の加工を実現するレーザ加工方法を提供することができる。 Furthermore, a laser processing method that realizes high-quality processing can be provided.
図1は、実施例によるレーザ加工装置を示す概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a laser processing apparatus according to an embodiment.
レーザ光源30からレーザビームLBが出射する。レーザビームLBは、折り返しミラー31a、31bで反射され、ホモジナイザ32に入射する。ホモジナイザ32はフォーカスレンズ32aを含んで構成される。
A laser beam LB is emitted from the
ホモジナイザ32はホモジナイズ面において、レーザビームLBのビーム断面を長尺形状に整形するとともに、ビーム断面内の長尺方向の光強度分布を均一化する。
The
基板浮上パッド40上方に、可撓性を有する基板50が保持されている。基板50は、ガラス基板と、その上に形成されたアモルファスシリコン膜とを有する。基板50は、たとえばその表面(アモルファスシリコン膜表面)が、ホモジナイザ32のホモジナイズ面の高さと等しくなる位置に保持される。アモルファスシリコン膜上には、光強度分布が均一化された長尺形状のレーザビームLBが照射され、アモルファスシリコン膜の結晶化(レーザアニール)が行われる。
A
図2は、基板浮上パッドの近傍を示す概略図である。説明の便宜のために、本図右方向をX軸方向、上方向をZ軸方向とするXZ直交座標系を画定する。 FIG. 2 is a schematic view showing the vicinity of the substrate floating pad. For convenience of explanation, an XZ orthogonal coordinate system is defined in which the right direction in the figure is the X-axis direction and the upward direction is the Z-axis direction.
基板浮上パッド40a〜40cは、その上面からエア60を吹き出し、基板50をエア浮上させる(エアベアリング)。たとえば基板浮上パッド40a〜40cと基板50との間のギャップ量が一定となるように、エア60が吹き出される。基板50は、その垂線の方向(高さ方向)とZ軸方向とが平行となるように保持される。基板50と基板浮上パッド40a〜40cの上面とが非接触であるため、基板50に傷がつくことが防止される。
The
ホモジナイザを出射したレーザビームLBは、基板浮上パッド40b上方に保持されている基板50の表面に入射する。レーザビームLBの光軸方向は、たとえばZ軸方向と平行である。
The laser beam LB emitted from the homogenizer is incident on the surface of the
高さ検出器41は、基板浮上パッド40b近傍に配置され、基板浮上パッド40b上方における、レーザビームLBが入射する領域の基板50表面のZ軸方向に沿う位置(高さ)を検出する。
The height detector 41 is disposed in the vicinity of the
基板浮上パッド40bには、高さ制御機構42が設けられている。高さ制御機構42は、基板浮上パッド40bとともに、高さ制御機構42及び基板浮上パッド40bに対し、基板50表面に沿う方向に関して基板50が相対的に移動可能に基板50の一部(基板浮上パッド40bの上方部分)を支持している。
A
高さ制御機構42は、高さ検出器41によって検出された基板50表面の高さに基づいて、基板浮上パッド40bをZ軸方向に沿って移動させる。基板浮上パッド40bの移動によって、レーザビームLBが入射する位置の基板50がZ軸方向に沿って移動する。高さ制御機構42は、レーザビームLBが入射する位置の基板50の高さがホモジナイザのホモジナイズ面の高さと一致するように、基板浮上パッド40bを介して基板50を昇降させる。
The
実施例によるレーザ加工装置を用いると、基板50のうねりや厚さのばらつきにかかわらず、レーザビームLBの基板50への入射高さをホモジナイズ面の高さと一致させることができるため、高品質の加工を実現することができる。また、基板50の一部のみを上下させるため、基板50表面とホモジナイズ面との位置合わせを、高速にかつ高精度に行うことができる。更に、基板50の剛性は、レーザビームLBの照射位置でのみ保たれていればよいので、レーザ加工装置を小型化することができる。
When the laser processing apparatus according to the embodiment is used, the incident height of the laser beam LB on the
図3は、レーザビームLBの光軸に平行な方向(Z軸方向)から見たレーザ加工装置の概略的な平面図である。図2に示したX軸方向、Z軸方向とそれぞれ直交するY軸方向を、本図上向きに画定する。 FIG. 3 is a schematic plan view of the laser processing apparatus viewed from a direction parallel to the optical axis of the laser beam LB (Z-axis direction). The Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction shown in FIG. 2 is defined upward in the figure.
図2においては、基板浮上パッド40a〜40cのみを示したが、実施例によるレーザ加工装置は、その他にも基板浮上パッド40d〜40fを含む多数の基板浮上パッドを有する。また、本図には、レーザビームLBの基板50への入射位置をビーム入射位置55として、斜線を付して示した。
Although only the
実施例によるレーザ加工装置には、基板浮上パッド40eにも高さ制御機構が設けられている。また、基板浮上パッド40eの近傍には、基板浮上パッド40e上方のビーム入射位置55における基板50表面の高さを検出する高さ検出器が配置されている。なお、本図においては、基板50表面の高さを、基板50の下側から検出しているが、基板50の上側から検出してもよい。
In the laser processing apparatus according to the embodiment, the
基板浮上パッド40eに設けられた高さ制御機構は、高さ検出器によって検出された基板50表面の高さに基づき、基板浮上パッド40eをZ軸方向に沿って移動させることによって、レーザビームLBが入射する位置(基板浮上パッド40e上方のビーム入射位置55)の基板50の高さを、ホモジナイザのホモジナイズ面の高さと一致させる。
The height control mechanism provided on the
実施例においては、高さ制御機構による基板浮上パッド40bと40eの駆動は、連動させて同一態様で行う。レーザ加工の種類や形態によっては、両者の駆動を、独立に、別態様で行ってもよい。
In the embodiment, the driving of the
本図に示すように、実施例によるレーザ加工装置は基板搬送手段45を備える。基板搬送手段45は、ガイド43a、43b、及び、基板保持器44a、44bを含んで構成される。
As shown in the figure, the laser processing apparatus according to the embodiment includes a substrate transfer means 45. The substrate transfer means 45 includes
ガイド43a、43bは、相互に平行にX軸方向に沿って延在している。基板保持器44a、44bは、それぞれガイド43a、43bに、X軸方向と平行な方向に移動可能に支持されている。基板保持器44a、44bは、基板50の両側端部をクランプし、クランプした基板50を、ガイド43a、43bに沿ってX軸方向と平行な方向に移動させることができる。
The
実施例によるレーザ加工装置を用いたレーザアニールは、たとえば以下のように行う。 Laser annealing using the laser processing apparatus according to the embodiment is performed as follows, for example.
まず、ビーム入射位置55における基板50のZ軸方向に沿う高さを検出する。次に、検出された高さに基づいて、ビーム入射位置55における基板50を、高さ制御機構により基板浮上パッドを上下させ、撓ませることによって、Z軸方向に沿って移動する。ビーム入射位置55における基板50表面(アモルファスシリコン膜)の高さとホモジナイズ面の高さとが一致するように高さ制御機構を制御する。そしてビーム入射位置55における基板50にZ軸方向からレーザビームを入射させ、入射位置のアモルファスシリコン膜を結晶化させる。
First, the height along the Z-axis direction of the
基板搬送手段45を駆動して、基板50をX軸負方向に移動させる。移動させた後の基板50のビーム入射位置55におけるZ軸方向に沿う高さを検出し、上述のプロセスと同様に、ビーム入射位置55における基板50を、その表面高さとホモジナイズ面の高さとが一致するように移動させた後、レーザビームを照射して、アモルファスシリコン膜を結晶化させる。
The substrate transport means 45 is driven to move the
基板搬送手段45によって基板50を移動させることで、基板50の、X軸方向と平行な方向に沿う所定領域のレーザアニールを高品質に行うことができる。
By moving the
基板搬送手段45はエア浮上させた基板50を移動させる。したがって、基板50を移動させるために基板搬送手段45を駆動する駆動部にかかる負荷は小さい。このため、基板搬送手段45の駆動部を小型化することができる。
The substrate transfer means 45 moves the
図4に、基板搬送手段の変形例を示す。 FIG. 4 shows a modification of the substrate transfer means.
図3に示した基板搬送手段45は、基板50を一次元方向(X軸方向と平行な方向)に移動させたが、本図に示す基板搬送手段は、基板50を二次元方向(X軸方向及びY軸方向に平行な方向)に移動させることができる。
3 moves the
変形例による基板搬送手段は、X軸方向基板搬送手段72、及び、Y軸方向基板搬送手段75を含んで構成される。
The substrate transfer unit according to the modification includes an X-axis direction
X軸方向基板搬送手段72は、ガイド70a、70b、及び、基板保持器71a、71bを含む。ガイド70a、70bは、相互に平行にX軸方向に沿って延在している。基板保持器71a、71bは、それぞれガイド70a、70bに、X軸方向と平行な方向に移動可能に支持されている。基板保持器71a、71bは、基板50の裏面を吸着し、吸着した基板50を、ガイド70a、70bに沿ってX軸方向と平行な方向に移動させることができる。
The X-axis direction substrate transfer means 72 includes
Y軸方向基板搬送手段75は、ガイド73a、73b、及び、基板保持器74a、74bを含む。ガイド73a、73bは、相互に平行にY軸方向に沿って延在している。基板保持器74a、74bは、それぞれガイド73a、73bに、Y軸方向と平行な方向に移動可能に支持されている。基板保持器74a、74bは、基板50の裏面を吸着し、吸着した基板50を、ガイド73a、73bに沿ってY軸方向と平行な方向に移動させることができる。基板保持器74a、74bによって吸着された基板50を、Y軸方向と平行な方向に沿って移動させる際には、X軸方向基板搬送手段72の基板保持器71a、71bによる吸着は解除される。
The Y-axis direction substrate transport means 75 includes
X軸方向基板搬送手段72、及び、Y軸方向基板搬送手段75によって基板50を移動させることで、基板50の任意の位置のレーザアニールを高品質に行うことが可能となる。
By moving the
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
加工対象物の高さを制御して加工を行うレーザ加工一般に用いることができる。殊に、加工基板の高さを高精度に制御する必要があるレーザアニールに好適に用いることができる。 It can be generally used for laser processing in which processing is performed by controlling the height of the processing object. In particular, it can be suitably used for laser annealing in which the height of the processed substrate needs to be controlled with high accuracy.
30 レーザ光源
31a、31b 折り返しミラー
32 ホモジナイザ
32a フォーカスレンズ
40、40a〜40f 基板浮上パッド
41 高さ検出器
42 高さ制御機構
43a、43b ガイド
44a、44b 基板保持器
45 基板搬送手段
50 基板
55 ビーム入射位置
60 エア
70a、70b、73a、73b ガイド
71a、71b、74a、74b 基板保持器
72 X軸方向基板搬送手段
75 Y軸方向基板搬送手段
LB レーザビーム
30
Claims (6)
前記保持機構に保持された加工対象物の被加工面の一部の領域にレーザビームを入射させるレーザ光学系と、
前記保持機構に保持された加工対象物を、被加工面に沿う方向に移動させる移動機構と、
前記保持機構に保持された加工対象物の、前記レーザ光学系からのレーザビームが入射する領域を支持し、支持されている領域を、被加工面に対して高さ方向に変位させる高さ調整機構と
を有し、前記高さ調整機構は、該高さ調整機構に対し、被加工面に沿う方向に関して前記加工対象物が相対的に移動可能に該加工対象物の一部を支持するレーザ加工装置。 A holding mechanism for holding a workpiece to be machined in a movable manner in a direction along the workpiece surface;
A laser optical system that causes a laser beam to be incident on a partial region of the processing surface of the processing object held by the holding mechanism;
A moving mechanism for moving the object to be processed held by the holding mechanism in a direction along the surface to be processed;
A height adjustment for supporting a region where the laser beam from the laser optical system is incident on the workpiece held by the holding mechanism and displacing the supported region in the height direction with respect to the processing surface. A laser that supports a part of the processing object such that the processing object can move relative to the height adjustment mechanism in a direction along the processing surface. Processing equipment.
エアベアリングと、
前記エアベアリングを被加工面に対して高さ方向に変位させる昇降機構と
を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のレーザ加工装置。 The height adjustment mechanism is
Air bearings,
The laser processing apparatus of any one of Claims 1-3 including the raising / lowering mechanism which displaces the said air bearing to a height direction with respect to a to-be-processed surface.
(b)前記レーザビームの経路内の部分を変位させた後、変位した部分にレーザビームを入射させる工程と
を有するレーザ加工方法。 (A) displacing a portion in the path of the laser beam in a height direction with respect to the processing surface by bending a workpiece to be processed and having a flexible processing target;
(B) a step of displacing a portion in the path of the laser beam and then causing the laser beam to enter the displaced portion.
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