JP2011060832A - Laser irradiation device having tilt control mechanism and tilt control method in laser irradiation device - Google Patents

Laser irradiation device having tilt control mechanism and tilt control method in laser irradiation device Download PDF

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清孝 三浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser irradiation device having a tilt control mechanism, and a tilt control method in the laser irradiation device. <P>SOLUTION: A pair of optical systems for irradiation and a pair of AF optical systems are provided in the laser irradiation device, and tilt of the irradiation surface of an object to be irradiated is adjusted automatically while maintaining uniform irradiation by performing drive control of the optical head in the tilt direction based on the quantity of the return light which is received by each AF optical system. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、照射対象物にフォーカス制御を行いながらレーザビームを照射するレーザ照射装置に関し、特に、照射対象物の被照射面の変位に応じて照射位置及び照射方向を自動的に制御するチルト制御方法及び同チルト制御機構を有するレーザ照射装置に関するものである。   The present invention relates to a laser irradiation apparatus that irradiates a laser beam while performing focus control on the irradiation object, and in particular, tilt control that automatically controls the irradiation position and irradiation direction according to the displacement of the irradiated surface of the irradiation object. The present invention relates to a method and a laser irradiation apparatus having the tilt control mechanism.

一般にレーザ照射装置は、照射対象物に合焦点したレーザスポットを照射することにより、照射対象物の物理的特性を変化させるレーザアニール装置等に使用されている。   Generally, a laser irradiation apparatus is used in a laser annealing apparatus or the like that changes a physical characteristic of an irradiation object by irradiating a laser spot focused on the irradiation object.

従来技術によるレーザスポットのフォーカス制御を行うレーザ照射装置は、図9に示す如く、レーザビームを発光する複数の半導体レーザ素子1a〜1nと、該複数の半導体レーザ素子1a〜1n各々から出射したレーザビームが一端において入射される複数の光ファイバ2と、各光ファイバ2の他端から出射する複数のレーザビームが一端側面において入射され、レーザビームを内部で乱反射させながら他端側面から出射する導光板13と、導光板13から出射されたレーザビームを平行光に変換するコリメートレンズ14と、コリメートレンズ14から出射される平行光であるレーザビームを集光して照射対象物20に照射する対物レンズ16と、照射対象物20からの反射光の進行方向を45度偏光させるPBS(偏光ビームスプリッタ:入射した光をその偏光成分により分離させるフィルタ)15と、PBS15により偏光されたレーザビームを集光するAF(オートフォーカス)集光レンズ12と、集光レンズ12により集光された戻り光17を受光するディテクタ11と、ディテクタ11により受光した戻り光17に基づき非点収差法により照射対象物20への焦点合わせを行うオートフォーカス(AF)制御部(図示せず)とから構成される。   As shown in FIG. 9, a laser irradiation apparatus that performs laser spot focus control according to the prior art includes a plurality of semiconductor laser elements 1a to 1n that emit laser beams and laser beams emitted from the plurality of semiconductor laser elements 1a to 1n. A plurality of optical fibers 2 on which the beam is incident at one end and a plurality of laser beams emitted from the other end of each optical fiber 2 are incident on one side surface, and are guided from the other side surface while irregularly reflecting the laser beam inside. An optical plate 13, a collimating lens 14 that converts the laser beam emitted from the light guide plate 13 into parallel light, and an objective that condenses the laser beam that is parallel light emitted from the collimating lens 14 and irradiates the irradiation object 20. PBS (polarized beam splitter) that polarizes the traveling direction of the reflected light from the lens 16 and the irradiation object 20 by 45 degrees. : A filter that separates incident light by its polarization component) 15, an AF (autofocus) condenser lens 12 that condenses the laser beam polarized by the PBS 15, and return light 17 condensed by the condenser lens 12. And an autofocus (AF) control unit (not shown) that performs focusing on the irradiation target 20 by the astigmatism method based on the return light 17 received by the detector 11.

前述した非点収差法とは、非点収差をもった光学系で結像した点像のひずみを検出することにより光軸方向の変位を非接触で測定する方法であって、レンズの焦点距離が光軸を含む直交する二つの断面で異なる値を持つことによる非点収差を利用し、この非点収差をもった光学系において点像を結合すると観測面の位置によって像が縦長、円形、横長と変化し、この変化を4分割光検出器を用いて検出することより、光軸方向の変位を測定する手法である。   The astigmatism method described above is a method for measuring the displacement in the optical axis direction in a non-contact manner by detecting distortion of a point image formed by an optical system having astigmatism, and the focal length of the lens. Using astigmatism due to having different values in two orthogonal cross sections including the optical axis, and combining point images in an optical system with this astigmatism, the image is vertically long, circular, This is a technique for measuring the displacement in the optical axis direction by detecting the change using a four-divided photodetector.

このように構成されたレーザ照射装置は、照射対象物20から反射したレーザビームをPBS15により偏光し、AF集光レンズ12によって絞り、これをディテクタ11が受光し、オートフォーカス制御部からの制御信号に基づき対物レンズ16を照射対象物20に対して移動させることによって、照射対象物20上のレーザスポットの焦点合わせを行うように制御するものである。   The laser irradiation apparatus configured in this manner polarizes the laser beam reflected from the irradiation object 20 by the PBS 15 and stops it by the AF condensing lens 12, which is received by the detector 11, and receives a control signal from the autofocus control unit. By moving the objective lens 16 with respect to the irradiation target 20 based on the above, the laser spot on the irradiation target 20 is controlled to be focused.

尚、前述したレーザアニール装置に関する技術が記載された文献としては、下記特許文献が挙げられる。特許文献1には、非晶質半導体膜にレーザを照射することによって半導体膜の結晶化を行う技術が記載され、特許文献2には、複数の半導体レーザ素子から照射されたレーザビームを光ファイバを介して板状の光導波路の一端に入射し、該光導波路の他端から出射したレーザビームを集束レンズにより集束したレーザスポットを照射対象物に照射する技術が記載されている。   In addition, the following patent document is mentioned as a literature in which the technique regarding the laser annealing apparatus mentioned above was described. Patent Document 1 describes a technique for crystallizing a semiconductor film by irradiating a laser to an amorphous semiconductor film, and Patent Document 2 describes a laser beam irradiated from a plurality of semiconductor laser elements as an optical fiber. Describes a technique for irradiating an irradiation target with a laser spot that is incident on one end of a plate-like optical waveguide via a laser beam and focused by a focusing lens on a laser beam emitted from the other end of the optical waveguide.

特開2004−241421号公報JP 2004-241421 A 特開2007−115729号公報JP 2007-115729 A

図9に示す従来のレーザ照射装置において、フォーカス制御の光学系は、光源である半導体レーザ素子1a〜1nから照射対象物20に至るまで直線的に構成される照射用光学系とは異なるフォーカス制御用光路を設けなければならず、光ヘッド部10の全体構造が複雑化、大型化、重量化してしまう。ここで、図9に示すに示すように、光ヘッド部10は、導光板13、コリメートレンズ14、対物レンズ16、AF集光レンズ12、ディテクタ11、対物レンズ16の駆動部(図示せず)などから構成される。
光ヘッド部10の重量が増加すると、光ヘッド部10の移動による振動に起因してフォーカス制御が不安定となる可能性がある。特に、大型液晶パネルのアニール(結晶化)などに用いるレーザ照射装置においては、照射ビームの焦点をずらすことなく均一な照射を行うことが求められるため、光ヘッド部10を軽量化してフォーカス制御を安定させることが重要な課題となっている。
In the conventional laser irradiation apparatus shown in FIG. 9, the focus control optical system is different from the irradiation optical system configured linearly from the semiconductor laser elements 1a to 1n, which are light sources, to the irradiation target 20. An optical path must be provided, and the overall structure of the optical head unit 10 becomes complicated, large, and heavy. Here, as shown in FIG. 9, the optical head unit 10 includes a light guide plate 13, a collimating lens 14, an objective lens 16, an AF condensing lens 12, a detector 11, and a driving unit (not shown) for the objective lens 16. Etc.
When the weight of the optical head unit 10 increases, focus control may become unstable due to vibration caused by movement of the optical head unit 10. Particularly, in a laser irradiation apparatus used for annealing (crystallization) of a large liquid crystal panel, it is required to perform uniform irradiation without shifting the focus of the irradiation beam. Therefore, the optical head unit 10 is reduced in weight and focus control is performed. Stabilization is an important issue.

そこで、本発明者らは、照射用光学系とは異なるフォーカス制御用光路を設ける必要のない装置構成のレーザ照射装置を考案するに至った。
図10は、このレーザ照射装置の構成を概略的に示す図である。図10に示す如く、このレーザ照射装置は、レーザビームを発光する半導体レーザ素子1a,1b及びカップリングレンズ4a,4bをそれぞれ有する一対のレーザ発光部6a,6bと、レーザ発光部6a,6bそれぞれから発光されたレーザビームが一端において入射される一対の光ファイバ2と、光ファイバ2の各々の他端から出射される複数のレーザビームが一端側面において入射され、このレーザビームを内部で乱反射させながら他端側面から出射する導光板13と、導光板13から出射されたレーザビームを平行光に変換するコリメートレンズ14と、コリメートレンズ14から出射された平行光であるレーザビームを集光して照射対象物20に照射する対物レンズ16と、照射対象物20から反射されて導光板13に入射されたレーザビームを導光板13の一端側面の略中央部から外部に導く戻り光ファイバ5と、戻り光ファイバ5の他端から出射されるレーザビームが入射されるAF光学系30と、AF光学系30から出力される信号に基づいて、対物レンズ16の駆動を制御する制御信号を出力するAF制御部35とから構成される。
AF光学系30は、図9に示したのと同様のAF集光レンズ及びディテクタを有している。
Accordingly, the present inventors have devised a laser irradiation apparatus having an apparatus configuration that does not require a focus control optical path different from the irradiation optical system.
FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration of this laser irradiation apparatus. As shown in FIG. 10, this laser irradiation apparatus includes a pair of laser light emitting portions 6a and 6b each having semiconductor laser elements 1a and 1b and coupling lenses 4a and 4b that emit laser beams, and laser light emitting portions 6a and 6b, respectively. A pair of optical fibers 2 to which the laser beam emitted from one end is incident at one end, and a plurality of laser beams emitted from the other end of each of the optical fibers 2 are incident on one side surface, and the laser beams are diffusely reflected inside. While collimating the light guide plate 13 emitted from the other side surface, the collimating lens 14 for converting the laser beam emitted from the light guide plate 13 into parallel light, and condensing the laser beam as parallel light emitted from the collimating lens 14. The objective lens 16 that irradiates the irradiation object 20 and the light reflected from the irradiation object 20 and incident on the light guide plate 13. The return optical fiber 5 for guiding the user beam to the outside from the substantially central portion of one side surface of the light guide plate 13, the AF optical system 30 to which the laser beam emitted from the other end of the return optical fiber 5 is incident, and the AF optical system 30 An AF control unit 35 that outputs a control signal for controlling driving of the objective lens 16 based on the output signal.
The AF optical system 30 has the same AF condensing lens and detector as those shown in FIG.

図10に示すレーザ照射装置は、図9に示したレーザ照射装置と同様の動作により対物レンズ16を照射対象物の照射面に対して垂直方向に駆動制御して自動焦点合わせを行うことができる。図10と図9を比較すれば明らかなように、図10に示すレーザ照射装置は、直線的に構成される照射用光学系内からAF光学系30を分離することにより、光ヘッド部70の複雑化、大型化、重量化を回避している。   The laser irradiation apparatus shown in FIG. 10 can perform automatic focusing by driving and controlling the objective lens 16 in a direction perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object by the same operation as the laser irradiation apparatus shown in FIG. . As is clear from a comparison between FIG. 10 and FIG. 9, the laser irradiation apparatus shown in FIG. 10 separates the AF optical system 30 from the linearly configured irradiation optical system, thereby enabling the optical head unit 70 to be It avoids complication, enlargement, and weight.

図11は、AF光学系30のディテクタから出力される信号MONC(中央モニター信号)の波形を示す図である。信号MONCは、ディテクタにおいて受光した戻り光の光量に応じた値であり、レーザスポット7の焦点と照射対象物20の表面とが一致した場合に最大値となる。したがって、AF制御部35により、ディテクタからの信号MONCの値が最大値となるよう対物レンズ16を駆動制御することにより、レーザスポット7の照射対象物20表面への焦点合わせを行うことができる。実際には、AF制御部35は、図11に示すように、ディテクタからの信号MONCの値が所定の閾値VC(例えば、出力レベル最大値の90%とする)を超えるように制御することとしてもよい。   FIG. 11 is a diagram showing the waveform of the signal MONC (central monitor signal) output from the detector of the AF optical system 30. As shown in FIG. The signal MONC is a value corresponding to the amount of return light received by the detector, and is the maximum value when the focal point of the laser spot 7 coincides with the surface of the irradiation target 20. Therefore, the AF controller 35 drives and controls the objective lens 16 so that the value of the signal MONC from the detector becomes the maximum value, whereby the laser spot 7 can be focused on the surface of the irradiation object 20. Actually, as shown in FIG. 11, the AF control unit 35 performs control so that the value of the signal MONC from the detector exceeds a predetermined threshold VC (for example, 90% of the maximum output level). Also good.

ところで、レーザアニールを行うためのレーザ照射装置では、希ガスやハロゲンなどの混合ガスを用いて発生させたエキシマレーザや、半導体レーザなどの短波長でエネルギー密度が高いレーザ光を極めて高度に集光し焦点合わせして照射対象物に照射している。集光度が極めて高い照射光は焦点深度が極めて浅いものとなる。
図10に示すレーザ照射装置においては、AF光学系30のディテクタにおいて検出される戻り光に基づいて照射光の焦点を照射対象物の照射面に対して垂直方向に変位させて焦点合わせを行うものであるが、照射対象物の照射面の変位が大きい場合(例えば、20〜30μmの変位)には、対物レンズ16の調整によって照射光のエネルギー密度などの性質が大きく変化してしまい、照射対象物に対して均一な照射を行うことができないという問題点があった。
By the way, in a laser irradiation apparatus for performing laser annealing, an excimer laser generated by using a mixed gas such as a rare gas or a halogen, or a laser beam having a high energy density at a short wavelength such as a semiconductor laser is extremely highly condensed. The object to be irradiated is irradiated in focus. Irradiation light having a very high degree of concentration has a very shallow depth of focus.
In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 10, focusing is performed by displacing the focus of the irradiation light in a direction perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object based on the return light detected by the detector of the AF optical system 30. However, when the displacement of the irradiation surface of the irradiation object is large (for example, displacement of 20 to 30 μm), the properties such as the energy density of the irradiation light greatly change due to the adjustment of the objective lens 16, and the irradiation object There was a problem that uniform irradiation could not be performed on an object.

また、照射対象物の微小な照射部分に焦点深度の極めて浅いレーザスポットを十分な強度分布で照射するためには、レーザスポットを照射対象物に対して垂直に照射する必要があるが、図10に示すレーザ照射装置においては、照射対象物の照射面の傾き(チルト)を検出する手段もなければ、傾きに応じた照射方向(光軸)の調整を行うことも全くできないという問題点があった。また、図10に示すレーザ照射装置においては、照射対象物の照射面に対して垂直方向の焦点調整を行うことができるのみであり、照射対象物の変動に応じた光ヘッド部70の水平・垂直方向の位置調整ができないという問題点もあった。   Further, in order to irradiate a minutely irradiated portion of the irradiation target with a laser spot having a very shallow depth of focus with a sufficient intensity distribution, it is necessary to irradiate the laser spot perpendicularly to the irradiation target. In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 1, there is a problem that there is no means for detecting the tilt of the irradiation surface of the irradiation object, and the irradiation direction (optical axis) cannot be adjusted according to the tilt. It was. Further, in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 10, only the focus adjustment in the vertical direction with respect to the irradiation surface of the irradiation object can be performed, and the horizontal / There was also a problem that vertical position adjustment was not possible.

上記の特許文献に記載の従来技術などにおいても、このような問題点は解決されていないばかりか、問題点として対処することすら意識されていない状況である。
以上のような実情に鑑みて、上記した従来のレーザ照射装置における課題を解決すべく、本発明は、チルト制御機構を有するレーザ照射装置及びレーザ照射装置におけるチルト制御方法を提供することを目的とするものである。
Even in the prior arts described in the above patent documents, such a problem is not solved, and it is not even conscious to deal with it as a problem.
In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a laser irradiation apparatus having a tilt control mechanism and a tilt control method in the laser irradiation apparatus in order to solve the problems in the conventional laser irradiation apparatus described above. To do.

上記解決課題に鑑みて鋭意研究の結果、本発明者は、レーザスポットが一定の広がりをもつ(通常は楕円形)ことに着目し、レーザ照射装置において一対の照射用光学系及び一対のAF光学系を設け、各AF光学系において受光される戻り光の光量に基づいて光ヘッド部をチルト方向に駆動制御することにより、均一な照射を保ちつつ照射対象物の照射面のチルトに対する自動調整を行うことができることに想到し、本発明を成すに至った。   As a result of diligent research in view of the above problems, the present inventor noticed that the laser spot has a certain spread (usually an ellipse), and in the laser irradiation apparatus, a pair of irradiation optical systems and a pair of AF optics. A system is provided, and the optical head is driven and controlled in the tilt direction based on the amount of return light received by each AF optical system, thereby automatically adjusting the tilt of the irradiation surface of the irradiation object while maintaining uniform irradiation. The idea of what can be done has led to the present invention.

すなわち、本発明は、照射対象物にレーザ光を集光したレーザスポットを照射するレーザ照射装置であって、レーザ光を発光する手段を備える複数の照射光学系と、前記照射光学系の各々から照射されるレーザ光を受光し平行光に集光するコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過したレーザ光を所定のレーザスポット形状に集光し、照射対象物の照射面上に焦点合わせする対物レンズと、照射対象物に照射されたレーザ光が反射され、前記対物レンズ及び前記コリメートレンズを通過してきた戻り光を受光する複数の戻り光学系と、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量を検出する手段と、前記検出された戻り光の光量に基づいて、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向を調整する照射方向調整手段とを有するレーザ照射装置を提供するものである。   That is, the present invention is a laser irradiation apparatus for irradiating an irradiation target with a laser spot obtained by condensing a laser beam, and includes a plurality of irradiation optical systems including means for emitting laser light, and each of the irradiation optical systems A collimating lens that receives irradiated laser light and condenses it into parallel light, and an objective lens that condenses the laser light that has passed through the collimating lens into a predetermined laser spot shape and focuses it on the irradiation surface of the irradiation object. And a plurality of return optical systems that receive the return light that is reflected by the laser light applied to the irradiation object and that has passed through the objective lens and the collimator lens, and the return light received by each of the return optical systems And means for adjusting the irradiation direction of the laser spot on the irradiation object based on the detected amount of return light. There is provided a laser irradiation apparatus.

本発明のレーザ照射装置において、前記照射方向調整手段は、照射対象物の照射面上の焦点を固定しながらレーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする。
これにより、照射対象物の照射面上の焦点位置をずらすことなく照射方向を調整して良好な照射を行うことが可能となる。
In the laser irradiation apparatus of the present invention, the irradiation direction adjusting means adjusts the irradiation direction of the laser spot while fixing the focal point on the irradiation surface of the irradiation object.
As a result, it is possible to adjust the irradiation direction without shifting the focal position on the irradiation surface of the irradiation target and to perform good irradiation.

本発明のレーザ照射装置は、さらに、前記コリメートレンズ及び前記対物レンズを収容する光ヘッド部を有しており、前記照射方向調整手段は、照射対象物の照射面上の焦点を中心軸として、当該中心軸に対して前記光ヘッド部を周回させることにより、レーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする。   The laser irradiation apparatus of the present invention further includes an optical head unit that accommodates the collimating lens and the objective lens, and the irradiation direction adjusting means has a focal point on the irradiation surface of the irradiation object as a central axis. The irradiation direction of the laser spot is adjusted by rotating the optical head portion around the central axis.

本発明のレーザ照射装置において、前記照射方向調整手段は、前記光ヘッド部を照射対象物の照射面に平行な方向及び垂直な方向に位置調整することにより、照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする。
これにより、照射方向の調整のみならず、照射対象物上の焦点位置のずれをも調整することができる。
In the laser irradiation apparatus of the present invention, the irradiation direction adjusting means adjusts the irradiation position on the irradiation object by adjusting the position of the optical head in a direction parallel to and perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object. It is characterized by doing.
Thereby, not only the adjustment of the irradiation direction but also the shift of the focal position on the irradiation object can be adjusted.

本発明のレーザ照射装置において、前記照射方向調整手段は、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が最大値となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする。
あるいは、前記照射方向調整手段は、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が所定の閾値以上となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することとしてもよい。
In the laser irradiation apparatus of the present invention, the irradiation direction adjusting means may adjust the irradiation direction of the laser spot and / or the irradiation target so that the total value of the amount of return light received by each of the return optical systems becomes a maximum value. Alternatively, the irradiation position on the irradiation object is adjusted.
Alternatively, the irradiation direction adjusting means may adjust the irradiation direction of the laser spot and / or the irradiation object so that the total amount of the return light received by each of the return optical systems is equal to or greater than a predetermined threshold value. The upper irradiation position may be adjusted.

本発明のレーザ照射装置は、さらに、前記検出された戻り光の光量に基づいて前記対物レンズを照射対象物の照射面に略垂直な方向に移動させることにより、照射対象物に対するレーザスポットの焦点合わせを行う焦点調整手段を有していることを特徴とする。   The laser irradiation apparatus of the present invention further includes moving the objective lens in a direction substantially perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object based on the amount of the detected return light, thereby focusing the laser spot on the irradiation object. It has a focus adjustment means for performing alignment.

本発明は、また、レーザ光を発光する手段を備える複数の照射光学系と、前記照射光学系の各々から照射されるレーザ光を受光し平行光に集光するコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過したレーザ光を所定のレーザスポット形状に集光し、照射対象物の照射面上に焦点合わせする対物レンズと、照射対象物に照射されたレーザ光が反射され、前記対物レンズ及び前記コリメートレンズを通過してきた戻り光を受光する複数の戻り光学系と、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量を検出する手段とを有するレーザ照射装置において、前記検出された戻り光の光量に基づいて、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向を調整することを特徴とするレーザ照射方法を提供するものである。   The present invention also includes a plurality of irradiation optical systems having means for emitting laser light, a collimating lens that receives the laser light irradiated from each of the irradiation optical systems and collects the collimated light, and the collimating lens. An objective lens that focuses the laser beam that has passed into a predetermined laser spot shape and focuses it on the irradiation surface of the irradiation target, and the laser beam irradiated to the irradiation target is reflected, and the objective lens and the collimating lens In the laser irradiation apparatus having a plurality of return optical systems that receive the return light that has passed through and means for detecting the amount of the return light received by each of the return optical systems, the amount of the detected return light The laser irradiation method is characterized in that the irradiation direction of the laser spot on the irradiation object is adjusted based on the above.

本発明のレーザ照射方法は、照射対象物の照射面上の焦点を固定しながらレーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする。
これにより、照射対象物の照射面上の焦点位置をずらすことなく照射方向を調整して良好な照射を行うことが可能となる。
The laser irradiation method of the present invention is characterized in that the irradiation direction of the laser spot is adjusted while fixing the focal point on the irradiation surface of the irradiation object.
As a result, it is possible to adjust the irradiation direction without shifting the focal position on the irradiation surface of the irradiation target and to perform good irradiation.

本発明のレーザ照射方法は、前記レーザ照射装置において、前記コリメートレンズ及び前記対物レンズを収容する光ヘッド部を有しており、照射対象物の照射面上の焦点を中心軸として、当該中心軸に対して前記光ヘッド部を周回させることにより、レーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする。   The laser irradiation method of the present invention includes an optical head unit that accommodates the collimating lens and the objective lens in the laser irradiation apparatus, and the central axis is a focal point on the irradiation surface of the irradiation object. On the other hand, the irradiation direction of the laser spot is adjusted by rotating the optical head portion.

本発明のレーザ照射方法は、前記光ヘッド部を照射対象物の照射面に平行な方向及び垂直な方向に位置調整することにより、照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする。
これにより、照射方向の調整のみならず、照射対象物上の焦点位置のずれをも調整することができる。
The laser irradiation method of the present invention is characterized in that the irradiation position on the irradiation object is adjusted by adjusting the position of the optical head in a direction parallel to and perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object.
Thereby, not only the adjustment of the irradiation direction but also the shift of the focal position on the irradiation object can be adjusted.

本発明のレーザ照射方法は、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が最大値となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする。   In the laser irradiation method of the present invention, the irradiation direction of the laser spot and / or irradiation on the irradiation object is performed so that the total value of the amount of the return light received by each of the return optical systems becomes the maximum value. The position is adjusted.

あるいは、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が所定の閾値以上となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することとしてもよい。   Alternatively, the irradiation direction of the laser spot and / or the irradiation position on the irradiation object is adjusted so that the total amount of the return light received by each of the return optical systems is equal to or greater than a predetermined threshold value. It is good as well.

本発明のレーザ照射方法は、前記検出された戻り光の光量に基づいて前記対物レンズを照射対象物の照射面に略垂直な方向に移動させることにより、照射対象物に対するレーザスポットの焦点合わせを行うことを特徴とする。   The laser irradiation method of the present invention focuses the laser spot on the irradiation target by moving the objective lens in a direction substantially perpendicular to the irradiation surface of the irradiation target based on the amount of the detected return light. It is characterized by performing.

以上、説明したように、本発明のチルト制御機構を有するレーザ照射装置及びレーザ照射装置におけるチルト制御方法によれば、照射対象物の照射面の傾きに対してレーザ光の照射方向を自動調整して好適な照射を行うことができる。   As described above, according to the laser irradiation apparatus having the tilt control mechanism of the present invention and the tilt control method in the laser irradiation apparatus, the irradiation direction of the laser beam is automatically adjusted with respect to the inclination of the irradiation surface of the irradiation object. And suitable irradiation can be performed.

本発明の一実施形態にかかるチルト制御機構を有するレーザ照射装置の全体構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the whole structure of the laser irradiation apparatus which has a tilt control mechanism concerning one Embodiment of this invention. レーザ照射装置において生じる照射対象物の変動(チルト)とそれに対する対処法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fluctuation | variation (tilt) of the irradiation target object which arises in a laser irradiation apparatus, and the coping method with respect to it. 図1に示すレーザ照射装置における照射対象物上のレーザスポット及び照射方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the laser spot and irradiation method on the irradiation target object in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 図1に示すレーザ照射装置における一対のAF光学系から出力される各信号の合成信号MONL+MONRの波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the synthetic | combination signal MONL + MONR of each signal output from a pair of AF optical system in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 図1に示すレーザ照射装置におけるチルト制御部による光ヘッド部のθ軸方向の駆動方法について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the drive method of the θ-axis direction of the optical head part by the tilt control part in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 図1に示すレーザ照射装置におけるチルト制御部による光ヘッド部のθ軸方向の駆動方法について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the drive method of the θ-axis direction of the optical head part by the tilt control part in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 図1に示すレーザ照射装置における光ヘッド部の駆動手段の例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the example of the drive means of the optical head part in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 図1に示すレーザ照射装置におけるチルト制御部による光ヘッド部のθ軸方向の駆動方法について説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the drive method of the θ-axis direction of the optical head part by the tilt control part in the laser irradiation apparatus shown in FIG. 従来のレーザ照射装置におけるオートフォーカス制御機構の原理を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the principle of the autofocus control mechanism in the conventional laser irradiation apparatus. 本発明者らが考案した照射用光学系とは異なるフォーカス制御用光路を設ける必要のないレーザ照射装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the laser irradiation apparatus which does not need to provide the optical path for focus control different from the optical system for irradiation which the present inventors devised. 図10に示すレーザ照射装置におけるAF光学系のディテクタから出力される信号MONCの波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of signal MONC output from the detector of AF optical system in the laser irradiation apparatus shown in FIG.

以下、添付図面を参照しながら、本発明のチルト制御機構を有するレーザ照射装置及びレーザ照射装置におけるチルト制御方法を実施するための最良の形態として、チルト制御機構を有するレーザ照射装置について詳細に説明する。図1〜図8は、本発明の実施の形態を例示する図であり、これらの図において、同一の符号を付した部分は同一物を表わし、基本的な構成及び動作は同様であるものとする。   Hereinafter, a laser irradiation apparatus having a tilt control mechanism as a best mode for carrying out a laser irradiation apparatus having a tilt control mechanism and a tilt control method in the laser irradiation apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. To do. 1 to 8 are diagrams illustrating embodiments of the present invention. In these drawings, the same reference numerals denote the same components, and the basic configuration and operation are the same. To do.

[構成]
図1は、本実施形態のレーザ照射装置の全体構成を概略的に示す図である。
図1において、本実施形態のレーザ照射装置は、
(A)レーザビームを発光する半導体レーザ素子及びカップリングレンズ(図示を省略)を有するレーザ発光部6a〜6dと、
(B)レーザ発光部6a,6bそれぞれから発光されたレーザビームが一端において入射される光ファイバ群2aと、
(C)レーザ発光部6c,6dそれぞれから発光されたレーザビームが一端において入射される光ファイバ群2bと、
(D)光ファイバ群2a,2bの各々の他端から出射される複数のレーザビームが一端側面において入射され、このレーザビームを内部で乱反射させながら他端側面から出射する一対の導光板13a,13bと、
(E)導光板13a,13bの各々から出射されたレーザビームを同一方向の平行光に変換するコリメートレンズ14と、
(F)コリメートレンズ14から出射された平行光であるレーザビームを集光して照射対象物20に照射する対物レンズ16と、
(G)照射対象物20から反射されて各導光板13a,13bに入射されたレーザビームを導光板13a,13b各々の一端側面の略中央部から外部に導く一対の戻り光ファイバ5a,5bと、
(H)戻り光ファイバ5a,5b各々の他端から出射されるレーザビームが入射されるAF光学系L(31)及びAF光学系R(32)と、
(I)AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)から出力される信号に基づいて、対物レンズ16の駆動を制御する制御信号を出力するAF制御部35と、
(J)AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)から出力される信号に基づいて、光ヘッド部80の駆動手段(図示せず)に対しての駆動を制御する制御信号を出力するチルト制御部40
とから構成される。
[Constitution]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the overall configuration of the laser irradiation apparatus of the present embodiment.
In FIG. 1, the laser irradiation apparatus of this embodiment is
(A) laser light emitting units 6a to 6d having a semiconductor laser element that emits a laser beam and a coupling lens (not shown);
(B) an optical fiber group 2a into which the laser beam emitted from each of the laser emitting units 6a and 6b is incident at one end;
(C) an optical fiber group 2b into which laser beams emitted from the laser light emitting units 6c and 6d are incident at one end;
(D) A plurality of laser beams emitted from the other end of each of the optical fiber groups 2a and 2b are incident on one side surface, and a pair of light guide plates 13a are emitted from the other side surface while irregularly reflecting the laser beam inside. 13b,
(E) a collimating lens 14 that converts the laser beam emitted from each of the light guide plates 13a and 13b into parallel light in the same direction;
(F) an objective lens 16 that condenses the laser beam, which is parallel light emitted from the collimator lens 14, and irradiates the irradiation target 20;
(G) a pair of return optical fibers 5a, 5b for guiding the laser beam reflected from the irradiation object 20 and incident on the light guide plates 13a, 13b to the outside from a substantially central portion of one side surface of each of the light guide plates 13a, 13b; ,
(H) an AF optical system L (31) and an AF optical system R (32) into which a laser beam emitted from the other end of each of the return optical fibers 5a and 5b is incident;
(I) an AF control unit 35 that outputs a control signal for controlling the driving of the objective lens 16 based on signals output from the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32);
(J) Based on the signals output from the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32), a control signal for controlling the driving of the optical head unit 80 to the driving means (not shown). Output tilt control unit 40
It consists of.

本実施形態のレーザ照射装置において、レーザ発光部6a〜6d、光ファイバ群2a,2b、コリメートレンズ14、対物レンズ16、戻り光ファイバ5a,5b、AF光学系L(31)、AF光学系R(32)については、図10に示した従来のレーザ照射装置における構成部品と同様に構成されているものとする。また、AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)は、図9に示したのと同様のAF集光レンズ及びディテクタを有している。   In the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the laser light emitting units 6a to 6d, the optical fiber groups 2a and 2b, the collimator lens 14, the objective lens 16, the return optical fibers 5a and 5b, the AF optical system L (31), and the AF optical system R About (32), it shall be comprised similarly to the component in the conventional laser irradiation apparatus shown in FIG. Further, the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32) have the same AF condensing lens and detector as shown in FIG.

本実施形態のレーザ照射装置において、図1に示すように、導光板13a,13bは、導光板13a,13bは、略同一の平板形状であって、照射光の光軸に対して互いに線対称に配置されており、それぞれ他端側面から出射する略同光量のレーザ光がコリメートレンズ14に入射するようレーザ光の出射方向を調整しているが、それ以外については図10に示した従来のレーザ照射装置におけるコリメートレンズ14と同様である。   In the laser irradiation apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 1, the light guide plates 13a and 13b are substantially the same flat plate shape, and are symmetrical with respect to the optical axis of the irradiation light. The emission direction of the laser beam is adjusted so that approximately the same amount of laser beam emitted from the side surface of the other end enters the collimator lens 14, but otherwise, the conventional method shown in FIG. 10 is used. This is the same as the collimating lens 14 in the laser irradiation apparatus.

本実施形態のレーザ照射装置において、図1に示すように、AF制御部35は、AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)から出力される2系等の信号に基づいて対物レンズ16の駆動を制御する(その詳細については後述する)が、それ以外については図10に示した従来のレーザ照射装置におけるAF制御部35と同様である。   In the laser irradiation apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the AF control unit 35 is configured to perform an objective based on signals from the two systems output from the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32). The driving of the lens 16 is controlled (details will be described later), but the rest is the same as the AF control unit 35 in the conventional laser irradiation apparatus shown in FIG.

尚、図示しないが、本実施形態のレーザ照射装置は、光ヘッド部80が照射対象物20の照射面上の照射点と一定の距離を保ちながら照射方向が変わるように、円弧状に移動させる駆動手段を有している(θ軸方向)。
また、本実施形態のレーザ照射装置は、光ヘッド部80を照射対象物20の照射面と垂直な方向(Z軸方向)及び照射面と平行な一方向(Y軸方向)に移動させる駆動手段を有していてもよい。
Although not shown, the laser irradiation apparatus of the present embodiment moves the optical head unit 80 in an arc shape so that the irradiation direction changes while maintaining a certain distance from the irradiation point on the irradiation surface of the irradiation target 20. It has drive means (θ-axis direction).
Further, the laser irradiation apparatus of the present embodiment is a driving unit that moves the optical head unit 80 in a direction perpendicular to the irradiation surface of the irradiation target 20 (Z-axis direction) and in one direction parallel to the irradiation surface (Y-axis direction). You may have.

[動作]
本実施形態のレーザ照射装置において、フォーカス制御用光学系を利用して焦点合わせとチルト制御を行う動作の原理について説明する。
[Operation]
In the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the principle of operation for performing focusing and tilt control using a focus control optical system will be described.

図2は、本実施形態のレーザ照射装置において生じる照射対象物の変動(チルト)とそれに対する対処法を説明するための模式図である。
一般的に、レーザーアニール用のレーザ照射装置における照射対象物はシリコン膜が上面に形成されたガラス基板であるが、その表面(照射面)はガラス基板表面の状態やシリコンの成膜状態によって厚さにムラが生じることが避けられず、場合によっては照射面の高さが20〜30μmも変動することもある。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a variation (tilt) of an irradiation target generated in the laser irradiation apparatus of the present embodiment and a countermeasure for the same.
In general, an irradiation target in a laser irradiation apparatus for laser annealing is a glass substrate having a silicon film formed on the upper surface, but the surface (irradiation surface) has a thickness depending on the state of the glass substrate surface and the film formation state of silicon. Unevenness in the thickness is inevitable, and in some cases, the height of the irradiated surface may vary by 20 to 30 μm.

図2(a)に示すように、照射対象物の照射面に傾き(チルト)が生じている場合、本実施形態のレーザ照射装置において用いるレーザビームの焦点深度が極めて浅いこともあり、照射面に対して均一な照射を行うことができない。これは、図9や図10に示す従来のレーザ照射装置における対物レンズによる焦点調整では対処できない。そこで、図2(a)に示すように、照射面に傾きに応じて照射の方向(光軸方向)を調整しなければならない。   As shown in FIG. 2A, when the irradiation surface of the irradiation object is tilted, the focal depth of the laser beam used in the laser irradiation apparatus of the present embodiment may be extremely shallow. Can not be uniformly irradiated. This cannot be dealt with by the focus adjustment by the objective lens in the conventional laser irradiation apparatus shown in FIGS. Therefore, as shown in FIG. 2A, the irradiation direction (optical axis direction) must be adjusted according to the inclination of the irradiation surface.

上記したとおり、本実施形態のレーザ照射装置は、一対の照射用光学系及びフォーカス制御用光学系を有しており、導光板13a,13bとコリメートレンズ14との位置関係から、各々の照射光は図1における上下方向で非対称である。尚、図1においては照射対象物20上のレーザスポット7を点として表しているが、実際には、図3に示すように、走査方向と略垂直方向に一定の幅を有するスポット形状(典型的には楕円形状)のレーザスポットを照射している。導光板13a,13bとコリメートレンズ14は、一対の照射用光学系からの照射光がこのレーザスポットの広幅方向において非対称となるよう配置されているものとする。これにより、一対のAF光学系L(31)及びAF光学系R(32)に入射される戻り光も同様の非対称性を有することとなる。   As described above, the laser irradiation apparatus of the present embodiment has a pair of irradiation optical system and focus control optical system, and each irradiation light is determined based on the positional relationship between the light guide plates 13a and 13b and the collimating lens 14. Is asymmetric in the vertical direction in FIG. In FIG. 1, the laser spot 7 on the irradiation object 20 is represented as a point, but actually, as shown in FIG. 3, a spot shape (typically having a certain width in the direction substantially perpendicular to the scanning direction) In this case, an elliptical laser spot is irradiated. The light guide plates 13a and 13b and the collimating lens 14 are arranged so that the irradiation light from the pair of irradiation optical systems is asymmetric in the width direction of the laser spot. As a result, the return light incident on the pair of AF optical systems L (31) and R (32) also has the same asymmetry.

そこで、チルト制御部40は、AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)からの信号に基づいて最適となる照射方向を求めることができる。例えば、AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)の各々から出力される信号MONL及びMONRを足し合わせた合成信号が最大値を取るよう、光ヘッド部80の上記θ軸方向の駆動を制御すればよい。図4は、一対のAF光学系から出力される各信号の合成信号MONL+MONRの波形を示す図である。実際には、図4に示すように、合成信号MONL+MONRの値が所定の閾値Vt(例えば、出力レベル最大値の90%とする)を超えるように制御することとしてもよい。   Therefore, the tilt control unit 40 can obtain an optimum irradiation direction based on signals from the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32). For example, the θ-axis direction of the optical head unit 80 is set so that the combined signal obtained by adding the signals MONL and MONR output from the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32) takes a maximum value. What is necessary is just to control a drive. FIG. 4 is a diagram illustrating the waveform of the combined signal MONL + MONR of each signal output from the pair of AF optical systems. Actually, as shown in FIG. 4, control may be performed so that the value of the combined signal MONL + MONR exceeds a predetermined threshold value Vt (for example, 90% of the maximum output level value).

ここで、チルト制御部40による光ヘッド部80のθ軸方向の駆動方法については、図5(a)に示すように光ヘッド部80の略中心を回転軸とすると、図5(b)に示すように焦点の位置がずれてしまう。そこで、図6(a)及び(b)に示すように、チルト制御部40は、照射対象物の照射面上の焦点を回転軸として光ヘッド部80がθ方向に回転するよう駆動制御する。
このように光ヘッド部80をθ軸方向に回転させる駆動手段としては、例えば、図7に示すようなステージ上に光ヘッド部80を保持する方法が好適である。
Here, the driving method of the optical head unit 80 in the θ-axis direction by the tilt control unit 40 is as shown in FIG. 5B, assuming that the approximate center of the optical head unit 80 is the rotation axis as shown in FIG. As shown, the focus position shifts. Therefore, as shown in FIGS. 6A and 6B, the tilt control unit 40 performs drive control so that the optical head unit 80 rotates in the θ direction with the focal point on the irradiation surface of the irradiation object as the rotation axis.
As the driving means for rotating the optical head unit 80 in the θ-axis direction in this way, for example, a method of holding the optical head unit 80 on a stage as shown in FIG. 7 is suitable.

さらに、本実施形態のレーザ照射装置において、光ヘッド部80を照射対象物20の照射面と垂直な方向(Z軸方向)及び照射面と平行な一方向(Y軸方向)に移動させる駆動手段を備えている場合には、図8(a),(b),(c)に示すように、チルト制御部40が光ヘッド部80をそれぞれY軸、Z軸、θ軸方向に駆動することにより、焦点の位置ずれを調整することができる。この場合、焦点の位置ずれ量及びチルト量とY軸、Z軸、θ軸方向の移動量との関係を予め求めて記憶しておくのが好ましい。   Furthermore, in the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the driving unit moves the optical head unit 80 in a direction perpendicular to the irradiation surface of the irradiation target 20 (Z-axis direction) and in one direction parallel to the irradiation surface (Y-axis direction). 8, the tilt control unit 40 drives the optical head unit 80 in the Y-axis, Z-axis, and θ-axis directions, respectively, as shown in FIGS. 8 (a), 8 (b), and 8 (c). Thus, it is possible to adjust the focal position shift. In this case, it is preferable to obtain and store in advance the relationship between the amount of focal position shift and tilt and the amount of movement in the Y-axis, Z-axis, and θ-axis directions.

上記したフォーカス制御用光学系を利用してチルト制御を行う方法は、AF制御部35による焦点制御にも同様に適用可能である。すなわち、AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)の各々から出力される信号MONL及びMONRを足し合わせた合成信号が最大値を取るように対物レンズ16を駆動制御することにより、焦点合わせを好適に行うことができる。
尚、本実施形態のレーザ照射装置における焦点制御方法は上記の例に限定されるわけではなく、例えば、AF光学系L(31)及びAF光学系R(32)が非点収差法によるフォーカスエラー信号を出力し、AF制御部35が当該フォーカスエラー信号を基に対物レンズ16の制御を行うこととしてもよい。
The method of performing tilt control using the focus control optical system described above can be similarly applied to focus control by the AF control unit 35. That is, by driving and controlling the objective lens 16 so that the combined signal obtained by adding the signals MONL and MONR output from each of the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32) takes a maximum value, Focusing can be suitably performed.
Note that the focus control method in the laser irradiation apparatus of the present embodiment is not limited to the above example. For example, the AF optical system L (31) and the AF optical system R (32) have a focus error caused by the astigmatism method. A signal may be output, and the AF control unit 35 may control the objective lens 16 based on the focus error signal.

以上、本発明のチルト制御機構を有するレーザ照射装置及びレーザ照射装置におけるチルト制御方法について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上記各実施形態における光学系、ディテクタ、焦点制御系、チルト制御系などの構成及び機能に様々な変更・改良を加えることが可能である。
例えば、上記の実施形態にかかるレーザ照射装置においては、照射対象物20からの戻り光を受光する一対のAF光学系を設けているが、この形態に限られず、AF光学系を任意の偶数個設けてもよい。
また、上記の実施形態にかかるレーザ照射装置においては、半導体レーザ素子を用いているが、他の種類の光源を用いることももちろん可能である。
The laser irradiation apparatus having the tilt control mechanism and the tilt control method in the laser irradiation apparatus according to the present invention have been described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited to these. A person skilled in the art can make various changes and improvements to the configurations and functions of the optical system, detector, focus control system, tilt control system, etc. in the above embodiments without departing from the scope of the present invention. It is.
For example, in the laser irradiation apparatus according to the above-described embodiment, a pair of AF optical systems that receive the return light from the irradiation target 20 are provided. However, the present invention is not limited to this configuration, and any even number of AF optical systems is provided. It may be provided.
In the laser irradiation apparatus according to the above-described embodiment, the semiconductor laser element is used. However, other types of light sources can be used as a matter of course.

本発明のチルト制御機構を有するレーザ照射装置及びレーザ照射装置におけるチルト制御方法は、照射対象物の表面に形成されたシリコン膜を改質させるレーザアニール装置において実装可能であり、相変化光ディスク、フラットパネルディスプレイ、太陽電池などの製造工程において利用することができるものである。   The laser irradiation apparatus having the tilt control mechanism of the present invention and the tilt control method in the laser irradiation apparatus can be implemented in a laser annealing apparatus that modifies a silicon film formed on the surface of an irradiation target, and includes a phase change optical disk, a flat It can be used in the manufacturing process of panel displays, solar cells and the like.

1a,1b,…,1n 半導体レーザ素子
2,2a,2b 光ファイバ
4a,4b カップリングレンズ
5,5a,5b 光ファイバ
6a,6b,6c,6d レーザ発光部
7 レーザスポット
10 光ヘッド部
11 ディテクタ
12 集光レンズ
13,13a,13b 導光板
14 コリメートレンズ
16 対物レンズ
17 戻り光
20 照射対象物
30 AF光学系
35 AF制御部
40 チルト制御部
70,80 光ヘッド部
1a, 1b,..., 1n Semiconductor laser elements 2, 2a, 2b Optical fibers 4a, 4b Coupling lenses 5, 5a, 5b Optical fibers 6a, 6b, 6c, 6d Laser light emitting part 7 Laser spot 10 Optical head part 11 Detector 12 Condensing lens 13, 13a, 13b Light guide plate 14 Collimating lens 16 Objective lens 17 Return light 20 Irradiation target 30 AF optical system 35 AF control unit 40 Tilt control unit 70, 80 Optical head unit

Claims (14)

照射対象物にレーザ光を集光したレーザスポットを照射するレーザ照射装置であって、
レーザ光を発光する手段を備える複数の照射光学系と、
前記照射光学系の各々から照射されるレーザ光を受光し平行光に集光するコリメートレンズと、
前記コリメートレンズを通過したレーザ光を所定のレーザスポット形状に集光し、照射対象物の照射面上に焦点合わせする対物レンズと、
照射対象物に照射されたレーザ光が反射され、前記対物レンズ及び前記コリメートレンズを通過してきた戻り光を受光する複数の戻り光学系と、
前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量を検出する手段と、
前記検出された戻り光の光量に基づいて、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向を調整する照射方向調整手段とを有するレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus that irradiates a laser spot that focuses laser light on an irradiation object,
A plurality of irradiation optical systems comprising means for emitting laser light;
A collimating lens that receives laser light emitted from each of the irradiation optical systems and collects the collimated light;
An objective lens that focuses the laser light that has passed through the collimating lens into a predetermined laser spot shape and focuses on the irradiation surface of the irradiation target;
A plurality of return optical systems that receive the return light that is reflected by the laser light applied to the irradiation object and passes through the objective lens and the collimator lens;
Means for detecting the amount of return light received in each of the return optical systems;
The laser irradiation apparatus which has an irradiation direction adjustment means which adjusts the irradiation direction of the laser spot with respect to an irradiation target based on the detected light quantity of the return light.
前記照射方向調整手段は、照射対象物の照射面上の焦点を固定しながらレーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装置。   The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the irradiation direction adjusting unit adjusts the irradiation direction of the laser spot while fixing a focal point on the irradiation surface of the irradiation object. 前記レーザ照射装置において、前記コリメートレンズ及び前記対物レンズを収容する光ヘッド部を有しており、
前記照射方向調整手段は、照射対象物の照射面上の焦点を中心軸として、当該中心軸に対して前記光ヘッド部を周回させることにより、レーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする請求項2に記載のレーザ照射装置。
In the laser irradiation apparatus, the laser irradiation device has an optical head portion that houses the collimating lens and the objective lens,
The irradiation direction adjusting means adjusts the irradiation direction of the laser spot by turning the optical head unit around the central axis with the focal point on the irradiation surface of the irradiation object as the central axis. The laser irradiation apparatus according to claim 2.
前記照射方向調整手段は、前記光ヘッド部を照射対象物の照射面に平行な方向及び垂直な方向に位置調整することにより、照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする請求項3に記載のレーザ照射装置。   The irradiation direction adjusting means adjusts the irradiation position on the irradiation object by adjusting the position of the optical head in a direction parallel to and perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object. 3. The laser irradiation apparatus according to 3. 前記照射方向調整手段は、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が最大値となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ照射装置。   The irradiation direction adjusting unit is configured to adjust the irradiation direction of the laser spot and / or the irradiation position on the irradiation target so that the total value of the amount of return light received by each of the return optical systems becomes a maximum value. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser irradiation apparatus is adjusted. 前記照射方向調整手段は、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が所定の閾値以上となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザ照射装置。   The irradiation direction adjusting means is configured to apply the laser spot irradiation direction to the irradiation target and / or on the irradiation target so that the total amount of the return light received by each of the return optical systems is equal to or greater than a predetermined threshold value. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein an irradiation position is adjusted. 前記レーザ照射装置において、前記検出された戻り光の光量に基づいて前記対物レンズを照射対象物の照射面に略垂直な方向に移動させることにより、照射対象物に対するレーザスポットの焦点合わせを行う焦点調整手段を有していることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のレーザ照射装置。   In the laser irradiation apparatus, a focal point for focusing the laser spot on the irradiation target by moving the objective lens in a direction substantially perpendicular to the irradiation surface of the irradiation target based on the amount of the detected return light. The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an adjusting unit. レーザ光を発光する手段を備える複数の照射光学系と、前記照射光学系の各々から照射されるレーザ光を受光し平行光に集光するコリメートレンズと、前記コリメートレンズを通過したレーザ光を所定のレーザスポット形状に集光し、照射対象物の照射面上に焦点合わせする対物レンズと、照射対象物に照射されたレーザ光が反射され、前記対物レンズ及び前記コリメートレンズを通過してきた戻り光を受光する複数の戻り光学系と、前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量を検出する手段とを有するレーザ照射装置において、
前記検出された戻り光の光量に基づいて、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向を調整することを特徴とするレーザ照射方法。
A plurality of irradiation optical systems having means for emitting laser light; a collimating lens that receives the laser light emitted from each of the irradiation optical systems and collects the collimated light; and predetermined laser light that has passed through the collimating lens. An objective lens that focuses on the laser spot shape and focuses on the irradiation surface of the irradiation target, and the return light that is reflected by the laser light irradiated on the irradiation target and passes through the objective lens and the collimating lens. In a laser irradiation apparatus having a plurality of return optical systems that receive light and means for detecting the amount of return light received by each of the return optical systems,
A laser irradiation method comprising adjusting an irradiation direction of a laser spot on an irradiation object based on the detected amount of return light.
照射対象物の照射面上の焦点を固定しながらレーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする請求項8に記載のレーザ照射方法。   9. The laser irradiation method according to claim 8, wherein the irradiation direction of the laser spot is adjusted while fixing the focal point on the irradiation surface of the irradiation object. 前記レーザ照射装置において、前記コリメートレンズ及び前記対物レンズを収容する光ヘッド部を有しており、
照射対象物の照射面上の焦点を中心軸として、当該中心軸に対して前記光ヘッド部を周回させることにより、レーザスポットの照射方向を調整することを特徴とする請求項9に記載のレーザ照射方法。
In the laser irradiation apparatus, the laser irradiation device has an optical head portion that houses the collimating lens and the objective lens,
10. The laser according to claim 9, wherein the irradiation direction of the laser spot is adjusted by rotating the optical head around the central axis with the focal point on the irradiation surface of the irradiation object as the central axis. Irradiation method.
前記光ヘッド部を照射対象物の照射面に平行な方向及び垂直な方向に位置調整することにより、照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする請求項10に記載のレーザ照射方法。   The laser irradiation method according to claim 10, wherein the irradiation position on the irradiation object is adjusted by adjusting the position of the optical head in a direction parallel to and perpendicular to an irradiation surface of the irradiation object. . 前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が最大値となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載のレーザ照射方法。   The irradiation direction of the laser spot with respect to the irradiation object and / or the irradiation position on the irradiation object is adjusted so that the total value of the amount of the return light received in each of the return optical systems becomes the maximum value. The laser irradiation method according to any one of claims 8 to 11. 前記戻り光学系の各々において受光された戻り光の光量の合計値が所定の閾値以上となるよう、照射対象物に対するレーザスポットの照射方向及び/又は照射対象物上の照射位置を調整することを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載のレーザ照射方法。   Adjusting the irradiation direction of the laser spot on the irradiation object and / or the irradiation position on the irradiation object such that the total amount of the return light received by each of the return optical systems is equal to or greater than a predetermined threshold value. The laser irradiation method according to any one of claims 8 to 11, wherein the laser irradiation method is characterized in that: 前記検出された戻り光の光量に基づいて前記対物レンズを照射対象物の照射面に略垂直な方向に移動させることにより、照射対象物に対するレーザスポットの焦点合わせを行うことを特徴とする請求項8から13のいずれか1項に記載のレーザ照射方法。   The laser spot is focused on the irradiation object by moving the objective lens in a direction substantially perpendicular to the irradiation surface of the irradiation object based on the amount of the detected return light. 14. The laser irradiation method according to any one of 8 to 13.
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