JP2011505252A

JP2011505252A - レーザー加工装置

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Publication number: JP2011505252A
Application number: JP2010533971A
Authority: JP
Inventors: キム，ヒョン−ジュン; キム，デ−ジン; オム，スン−ファン; リー，クァン−ジェ
Original assignee: コーニックシステムズカンパニーリミテッド
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2028-11-18
Also published as: JP5220121B2; CN101868887A; TWI352002B; TW200930489A; WO2009066918A2; CN101868887B; WO2009066918A3; KR100939043B1; KR20090051405A

Abstract

レーザービームを発振させるレーザー発振部；レーザー発振部で発振されたレーザービームを、所定のビーム幅を持つビームプロファイルのエネルギー密度を持つように変換する光学系；光学系で変換されたレーザービームが透過され、透過されたレーザービームが内部に配された工程対象物に照射されるチャンバ；レーザー発振部とチャンバとの間に配され、レーザービームを反射させる反射器；及びチャンバに照射されるレーザービームを整列するためのレーザービーム整列ユニット；を備えるレーザー加工装置において、レーザービーム整列ユニットは、反射器と工程対象物との間に設置されてレーザービームの進行経路上に配され、レーザービームが通過可能にレーザービームの断面積より大きく貫通形成された貫通孔が形成された整列部材と、反射器から反射されたレーザービームの進行経路が調節されるように反射器を駆動する駆動器と、整列部材の貫通孔を通過することで検出されたレーザービームに基づいて、レーザービームの中心と貫通孔の中心間の距離が調節されるように駆動器を制御する制御器と、を備えるレーザー加工装置。

Description

本発明は、レーザー加工装置に係り、より詳細には、工程対象物に照射されるレーザービームが整列可能であり、さらには、レーザービームの整列変更時に補正が容易になるようにその構造が改善されたレーザー加工装置に関する。

有機発光ダイオードディスプレイまたは液晶ディスプレイなどの基板には、一般的にガラス基板が使われる。そして、このガラス基板はレーザーアニーリング工程を経た後、結晶化するか、または結晶化度が向上するが、これらのレーザーアニーリング工程は、図１に示したレーザーアニーリング装置により行われる。

図１を参照すれば、従来のレーザーアニーリング装置１００’は、エキシマーレーザービームを放出するレーザー発振部１０’と、レーザービームを反射する複数の反射器と、テレスコープレンズ（図示せず）、ホモジナイザー（図示せず）、フィールドレンズ（図示せず）及びプロジェクションレンズ２４’などを備える光学系と、ガラス基板３３’が内部に配されるチャンバ３０’とを備える。ホモジナイザーは、第２反射器４３’と第３反射器４４’との間に配されている。そして、第１補助反射器４１’と第１反射器４２’との間には、減衰器４６’が配されている。第１補助反射器４１’は、アクチュエータ（図示せず）により矢印方向に直線移動自在に配されて、レーザー発振部１０’に放出されたレーザービームは、エネルギーメータ４７’により測定できる。また、第２補助反射器４５’は、アクチュエータ（図示せず）により矢印方向に直線移動自在に配されていて、第２補助反射器４５で反射されたレーザービームは、エネルギーメータ４７’により測定できる。そして、第１反射器４２’及び第２反射器４３’には、それぞれ一対のマイクロメータ６１１’、６２１’が結合されていて、マイクロメータの駆動により第１反射器４２’及び第２反射器４３’の反射面とレーザービームとの角度が調節されて、レーザービームの反射方向が変更できる。そして、図１に示した一点鎖線は、レーザービームの光路を示す。

前述したように構成されたレーザーアニーリング装置１００’において、ガラス基板３３’に所望の形態及びビームプロファイルのレーザービームを照射するためには、光学系の整列が必要である。このような光学系の整列は、ロービーム（ｒａｗｂｅａｍ）整列、光学部品の整列及びファインチューニングに大別され、特に、ロービーム整列が重要である。

ロービーム整列、すなわち、レーザー発振部１０’から放出されたレーザービームを整列するためには、レーザービームが一定の高さで光路の水平または垂直に進めて、最終的に光学系の中心に進めるようにせねばならない。そして、これらのロービーム整列は、マイクロメータを駆動して第１反射器４２’及び第２反射器４３’を調節することによって行われる。特に、光路のうち、ガウスプロファイルを持つレーザービームプロファイルをフラット・トップ形態に変換させるホモジナイザーが配される部分の光路、第２反射器４３’と第３反射器４４’との間でレーザービームを平行に進ませることが重要である。

このように第２反射器４３’と第３反射器４４’との間を進めるレーザービームを整列するために、放出されたレーザービームが第１反射器４２’の中心に照射されるようにレーザー発振部１０’を調節し、第１反射器から反射されたレーザービームが第２反射器４３’の中心に照射されるようにマイクロメータを駆動して第２反射器を調節した後、一対のクロスヘアー５０’を第２反射器４２’と第３反射器４３’との間に設置し、各マイクロメータ６１１’、６２１’を駆動して第１反射器４２’及び第２反射器４３’を調節することによって、レーザービームが一対のクロスヘアー５０’の中心を通過するようにすればよい。さらに具体的に説明すれば、第２反射器４３’と第３反射器４４’との間の光学レール（図示せず）上に一対のクロスヘアー５０’を互いに一定間隔離隔して設置し、第１反射器のマイクロメータ６１１’及び第２反射器のマイクロメータ６２１’をそれぞれ駆動して、レーザービームが一対のクロスヘアー５０’の中心を通過するように調節することによって、レーザービームが各クロスヘアーの中心を通過して平行に進めるように整列する。ここで、各クロスヘアー５０’の中心は互いに同軸的に配されており、レーザービームがクロスヘアーの中心を通過する点は、バーンペーパー（図示せず）を利用して確認され、レーザービームの整列後にはクロスヘアー５０’が除去されねばならない。

ところが、前述したようなクロスヘアー５０’を利用した整列過程では、整列過程が数回にかけて反復的に進まねばならないという面倒さがあり、レーザービームの進行状態を確認するために、いちいちバーンペーパーを使用してチェックせねばならず、各マイクロメータ６１１’、６２１’を手動で反復的に調節せねばならないという不便さがある。また、整列過程が人間により行われるところ、レーザービームにより直接及び間接的にまたは過ちにより人体が悪影響を受けることもある。

そして、レーザーアニーリング装置の使用過程で、レーザーアニーリング装置１００’に発生する変化、例えば、レーザーキャビティーウィンドウのクリーニングまたは交換、レーザーチューブ整列または共振器のクリーニングまたは交換時にレーザービームプロファイルに変化が発生する場合には、基本的に光学系を通じるレーザービームの状態を確認せねばならず、このためには光学系を分離した後、前述したようにクロスヘアーを設置した後、確認補正せねばならないので、前述したような問題点が引き起こされる。

一方、一般的にガラス基板３３’上に照射されるレーザービームのプロファイルは、フラット・トップ形態が一般的であるが、工程を最適化するためには、多様な形態のビームプロファイルに対する工程テストを通じて最適のビームプロファイルを選定することが望ましい。例えば、斜線形態のビームプロファイルが適用されうる。しかし、これらのビームプロファイルを変更するためには、レーザー発振部１０’のドアを開けて共振器、特に、アウトプットカプラーに備えられたマイクロメータ６１１’、６２１’を調節するか、光学系のカバーを開けて第１反射器４２’及び第２反射器４３’に備えられたマイクロメータ６１１’、６２１’を調節せねばならないという面倒さがあった。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、レーザービームとの直接及び間接的な身体接触を防止でき、レーザービームを自動で容易に整列でき、レーザー発振部のキャビティーウィンドウ及び共振器それぞれのクリーニング及び交換などの作業によるレーザービームの光路変更時、レーザービームを光学部品の分離なしに容易に整列でき、さらにレーザービームの整列状態をリアルタイムでモニタリングしてこれを自動で補正することによって、工程対象物に照射されるレーザービームの形状及びプロファイルを均一に維持可能にするレーザー加工装置を提供することである。

また、本発明の他の目的は、レーザービームの一部が遮断可能に構造が改善されて、工程対象物に照射されるレーザービームの最終プロファイルを変更して工程条件を最適化できるレーザー加工装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明によるレーザー加工装置は、レーザービームを発振させるレーザー発振部；前記レーザー発振部で発振されたレーザービームを、所定のビーム幅を持つビームプロファイルのエネルギー密度を持つように変換する光学系；前記光学系で変換されたレーザービームが透過され、前記透過されたレーザービームが内部に配された工程対象物に照射されるチャンバ；前記レーザー発振部と前記チャンバとの間に配され、前記レーザービームを反射させる反射器；及び前記チャンバに照射されるレーザービームを整列するためのレーザービーム整列ユニット；を備えるレーザー加工装置において、前記レーザービーム整列ユニットは、前記反射器と工程対象物との間に設置されて前記レーザービームの進行経路上に配され、前記レーザービームが通過可能に前記レーザービームの断面積より大きく貫通形成された貫通孔が形成された整列部材と、前記反射器から反射されたレーザービームの進行経路が調節されるように前記反射器を駆動する駆動器と、前記整列部材の貫通孔を通過することで検出された前記レーザービームに基づいて、前記レーザービームの中心と前記貫通孔の中心との間の距離が調節されるように前記駆動器を制御する制御器と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーザービームの整列時、レーザービームとの直接及び間接的な身体接触を防止できるようになる。また、レーザービームを自動で容易に整列でき、レーザー発振部のキャビティーウィンドウ及び共振器それぞれのクリーニング及び交換などの作業により、レーザービームの光路変更時にレーザービームを光学部品の分離なしに容易に整列できる。そして、レーザービームの整列状態をリアルタイムでモニタリングしてこれを自動で補正することによって、工程対象物に照射されるレーザービームの形状及びプロファイルを均一に維持できる。また、工程対象物に照射されるレーザービームの最終プロファイルを変更して工程条件を最適化できる。

従来の一例によるレーザー加工装置の概略的な構成図である。本発明の一実施形態によるレーザー加工装置の概略的な構成図である。図２に示した一対の整列部材の概略的な斜視図である。図２に示したレーザー加工装置において、レーザービームの整列制御を説明するための制御ブロック図である。図２に示したレーザー加工装置を利用してレーザービームのプロファイルの変更を説明するための断面図である。図２に示したレーザー加工装置を利用してレーザービームのプロファイルの変更を説明するための断面図である。図２に示したレーザー加工装置を利用してレーザービームのプロファイルの変更を説明するための断面図である。

以下、本発明による望ましい実施形態を添付された図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態によるレーザー加工装置の概略的な構成図であり、図３は、図２に示した一対の整列部材の概略的な斜視図であり、図４は、図２に示したレーザー加工装置においてレーザービームの整列制御を説明するための制御ブロック図である。

図２ないし図４を参照すれば、本実施形態のレーザー加工装置１００は、従来技術で説明した通りにレーザーアニーリング装置で構成される。図２に示した一点鎖線は、レーザービームの光路を示す。

レーザー加工装置１００は、レーザー発振部１０と、光学系２０と、チャンバ３０と、反射器と、レーザービーム整列ユニットとを備える。

レーザー発振部１０は、レーザービーム、例えば、エキシマーレーザービームを発生させて発振させる。

光学系２０は、レーザービームを、所定のビーム幅を持つビームプロファイルのエネルギー密度を持つように変換する。光学系２０は、テレスコープレンズ２１、ホモジナイザー２２、フィールドレンズ２３及びプロジェクションレンズ２４など複数の光学部品を備え、レーザービームを拡大、均質化させて長方形のレーザービームに変換する機能を行う。

チャンバ３０は、アニーリング工程が行われる内部空間３１を持つ。チャンバの内部空間３１にはステージ３２が設置され、ステージ３２には工程対象物、すなわち、レーザーアニーリングされるガラス基板３３が配される。チャンバ３０の上側には、光学系２０で変換されたレーザービームが透過される透明なウィンドウ３４が設置されている。

反射器はレーザービームを反射させる。反射器は、レーザー発振部１０とチャンバ３０との間に配されている。本実施形態で反射器は、複数、特に５つ設置されている。すなわち、レーザービームの進行方向に沿って順次に、第１補助反射器４１、第１反射器４２、第２反射器４３、第３反射器４４及び第２補助反射器４５が設置されている。第１補助反射器４１と第１反射器４２との間には減衰器４６が、第１反射器４２と第２反射器４３との間にはテレスコープレンズ２１が、第２反射器４３と第３反射器４４との間にはホモジナイザー２２及びフィールドレンズ２３が、第３反射器４４と第２補助反射器４５との間にはプロジェクションレンズ２４がそれぞれ設置されている。ここで、第１補助反射器４１及び第２補助反射器４５は、アクチュエータ（図示せず）により直線移動自在に設置されていて、第１補助反射器４１と第２補助反射器４５とがレーザービームの光路上に配される場合には、エネルギーメータ４７を通じてレーザービームのエネルギーを測定できる。

レーザービーム整列ユニットは、チャンバ３０に照射されるレーザービームを整列するためのものである。レーザービーム整列ユニットは、整列部材５１、５２と、駆動器６１、６２と、センサー７１、７２、７３、７４と、制御器８０とを備える。

整列部材５１、５２は、互いに隣接した反射器の間に設置されており、レーザービームの進行経路上に複数配されている。特に、本実施形態では、整列部材５１、５２は第２反射器４３と第３反射器４４との間に一対が配されている。すなわち、第２反射器４３と第３反射器４４との間に、レーザービームの進行方向に沿って順次に第１整列部材５１及び第２整列部材５２が配されている。第１整列部材５１と第２整列部材５２とには、それぞれ貫通孔５１１、５２１が形成されている。貫通孔５１１、５２１は、レーザービームの断面積より大きく形成されており、レーザービームは、貫通孔５１１、５２１を通過できる。そして、第１整列部材の貫通孔５１１及び第２整列部材の貫通孔５２１は互いに同軸的に配されている。第１整列部材５１と第２整列部材５２とは、光学レール（図示せず）から同じ高さに設置されており、特に本実施形態では、各整列部材の貫通孔５１１、５２１の中心Ｃがレールの底面から９０mmの高さに配されている。

駆動器６１、６２は、反射器を駆動してレーザービームの進行経路を調節する。本実施形態で、駆動器６１、６２は、レーザー発振部１０と整列部材５１、５２との間に配された複数の反射器、特に、第１反射器４２及び第２反射器４３をそれぞれ駆動するように一対設置されている。すなわち、第１駆動器６１は第１反射器４２を、第２駆動器６２は第２反射器４３を駆動する。ここで、各駆動器６１、６２は、従来技術で説明したような一対のマイクロメータ６１１、６２１を備えるように形成されている。各駆動器のマイクロメータ６１１、６２１を駆動すれば、レーザービームの進行方向に対する反射器４２、４３の反射角度を変化させうるので、レーザービームが反射されて進める経路を調節できるようになる。

センサー７１、７２、７３、７４は入射されるレーザービームを検出し、レーザービームの検出時に後述する制御器８０に検出信号を出力する。本実施形態で、センサー７１、７２、７３、７４はフォトセンサーで構成され、第１整列部材５１及び第２整列部材５２にそれぞれ４個ずつ結合されている。すなわち、各整列部材５１、５２には、第１センサー７１、第２センサー７２、第３センサー７３及び第４センサー７４が結合されている。

第１センサー７１及び第２センサー７２は、図３に示したように、各貫通孔５１１、５１２の両側に配されて左右方向に互いに対向しており、第３センサー７３及び第４センサー７４も各貫通孔５１１、５１２の両側に配されて、上下方向に互いに対向していて、全体的に４つのセンサー７１、７２、７３、７４は、各貫通孔５１１、５２１を中心Ｃに放射状に配されている。したがって、互いに対向するセンサー７１、７２；７３、７４間の中心は、貫通孔５１１、５２１の中心Ｃと一致する。そして、第１センサー７１と第２センサー７２との距離、及び第３センサー７３と第４センサー７４との距離は、レーザービームが第１センサー７１と第２センサー７２との間、及び第３センサー７３と第４センサー７４との間で通過可能に形成されている。すなわち、互いに対向する一対のセンサー７１、７２：７３、７４は、同時にレーザービームを検出できなくなり、互いに対向する一対のセンサー７１、７２：７３、７４のうちいずれか一つのセンサーのみが貫通孔５１１、５２１を通過するレーザービームを検出できるようになる。例えば、第１センサー７１及び第３センサー７３がレーザービームを検出すれば、第２センサー７１及び第４センサー７４はレーザービームを検出できない。

制御器８０は、各センサー７１、７２、７３、７４から入力された検出信号に基づいてレーザービームの中心と貫通孔５１１、５２１の中心Ｃとの距離が調節されるように、第１駆動器６１及び第２駆動器６２を制御する。特に、本実施形態で制御器８０は、第１駆動器の一対のマイクロメータ６１１及び第２駆動器の一対のマイクロメータ６２１をそれぞれ制御する。そして、制御器８０は、第１駆動器６１及び第２駆動器６２を制御して、レーザービームの中心が第１整列部材５１及び第２整列部材５２それぞれの貫通孔５１１、５２１の中心Ｃを通過するように制御する。

制御器８０の制御過程の一例を説明すれば、次の通りである。制御器８０は、第１駆動器６１を制御して、レーザービームが第１整列部材の貫通孔５１１の中心Ｃを通過するように作動する。すなわち、制御器８０は、第１整列部材に結合された第１センサー７１、第２センサー７２、第３センサー７３及び第４センサー７４の検出信号に基づいて第１駆動器６１を制御し、これにより、レーザービームが第１整列部材の貫通孔５１１の中心Ｃを通過するように制御される。

第１センサー７１及び第２センサー７２を利用すれば、レーザービームが各整列部材の水平方向の中心を進めるように整列できるようになり、その詳細な過程は次の通りである。

レーザービームが第１センサー７１と接触して第１センサーが検出信号を出力する場合には、制御器８０は、第２センサー７２が検出信号を出力するように第１駆動器６１を駆動してレーザービームの進行経路を調節する。この時、第２センサー７２のみ検出信号を出力する。次いで、制御器８０は、第１センサー７１が検出信号を再び出力するように第１駆動器６１を駆動して、レーザービームの進行経路を調節する。この時には、第１センサー６１のみ検出信号を出力する。次いで、制御器８０は、第１基準時間ｔ_１の間に駆動信号を出力して、レーザービームが第１センサー７１と第２センサー７２との間の中央を通過するように制御する。ここで、第１基準時間ｔ_１は、第２センサー７２が検出信号を出力する時点から、第１センサー７１が検出信号を再び出力する時点までの時間に基づいて設定される。

特に、本実施形態では、制御器８０は、第２センサー７２が検出信号を最初に出力した後、第１センサー７１が検出信号を再び最初に出力するように第１駆動器６１を制御するように構成されており、このような場合には、第１基準時間ｔ_１は、第２センサー７２が検出信号を最初に出力する時点から、第１センサー７１が検出信号を再び最初に出力する時点までの時間の半分であって、制御器８０で演算される。このように、第１基準時間ｔ_１の間に駆動信号が出力されれば、レーザービームの中心が第１センサー７１と第２センサー７２との間の中心線Ｃ_１を通過するように整列できるようになる。

一方、レーザービームが第１センサー７１と第２センサー７２との間を通過して、第１センサーと第２センサーとがいずれも検出信号を出力しない場合には、制御器８０は、第１センサー７１が検出信号を出力するように第１駆動器６１を駆動してレーザービームの進行経路を調節する。この時には、第１センサー７１のみ検出信号を出力する。次いで、制御器８０は、第２センサー７２が検出信号を出力するように第１駆動器６１を駆動してレーザービームの進行経路を調節する。この時、第２センサー７２のみ検出信号を出力する。次いで、制御器８０は、第２基準時間ｔ_２の間に駆動信号を出力して、レーザービームが第１センサー７１と第２センサー７２との間の中央を通過するように制御する。ここで、第２基準時間ｔ_２は、第１センサー７１が検出信号を出力する時点から、第２センサー７２が検出信号を出力する時点までの時間に基づいて設定される。

特に、本実施形態では、制御器８０は、第１センサー７１が検出信号を最初に出力した後、第２センサー７２が検出信号を最初に出力するように制御する構成でなっており、このような場合には、第２基準時間ｔ_２は、第１センサー７１が検出信号を最初に出力する時点から、第２センサー７２が検出信号を最初に出力する時点ｔ_２までの時間の半分であって、制御器８０で演算される。このように第２基準時間ｔ_２の間に駆動信号が出力されれば、レーザービームの中心が第１センサー７１と第２センサー７２との間の中心線Ｃ_１を通過するように整列できるようになる。

このように、第１センサー７１による検出信号の出力如何に関係なく、制御器８０は、駆動信号を第１基準時間ｔ_１または第２基準時間ｔ_２の間に出力して、レーザービームの中心が第１センサー７１と第２センサー７２との間の中心線Ｃ_１を通過するように制御できるようになる。

そして、第３センサー７３及び第４センサー７４を利用すれば、レーザービームが各整列部材の垂直方向の中心を設定できるようになる。このように、第３センサー７３及び第４センサー７４を利用して制御する過程も、第１センサー及び第２センサーを利用して制御する過程と同一である。すなわち、第３センサー７３が検出信号を出力する場合には、制御器８０は、第４センサー７４が検出信号を最初に出力するように第１駆動器６１を駆動し、第３センサー７３が検出信号を再び最初に出力するように第１駆動器６１を駆動した後、最終的に第３基準時間ｔ_３の間に駆動信号を出力してレーザービームを整列する。ここで、第３基準時間ｔ_３は、第４センサー７４が検出信号を最初に出力する時点から、第３センサー７３が検出信号を再び最初に出力する時点までの時間の半分である。

また、第３センサー７３及び第４センサー７４いずれも検出信号を出力しない場合には、制御器８０は、第３センサー７３が検出信号を最初に出力するように第１駆動器６１を駆動し、第４センサー７４が最初に検出信号を出力するように第１駆動器６１を駆動した後、最終的に第４基準時間ｔ_４の間に駆動信号を出力してレーザービームを整列する。ここで、第４基準時間ｔ_４は、第３センサー７３が検出信号を最初に出力する時点から、第４センサー７４が検出信号を最初に出力する時点までの時間の半分である。

このように、第３センサー７３が検出信号の出力如何に関係なく、制御器８０は、駆動信号を第３基準時間ｔ_３または第４基準時間ｔ_４の間に出力して、レーザービームの中心が第３センサー７３と第４センサー７４との間の中心線Ｃ_２を通過するように制御する。

前述したように、制御器８０が第１基準時間ｔ_１または第２基準時間ｔ_２の間に駆動信号を出力すれば、レーザービームの中心が第１センサー７１と第２センサー７２との間の中心線Ｃ_１を通過でき、制御器８０が第３基準時間ｔ_３または第４基準時間ｔ_４の間に駆動信号を出力すれば、レーザービームの中心が第３センサー７３と第４センサー７４との間の中心線Ｃ_２を通過できる。したがって、制御器８０が第１基準時間ｔ_１または第２基準時間ｔ_２の間に駆動信号を出力すると共に、第３基準時間ｔ_３または第４基準時間ｔ_４の間に駆動信号を出力すれば、レーザービームの中心が第１センサー７１と第２センサー７２との間の中心線Ｃ_１、及び第３センサー７３と第４センサー７４との間の中心線Ｃ_２いずれも通過するように整列されて、結局には第１整列部材の貫通孔５１１の中心Ｃを通過するように整列される。

一方、制御器８０は、第２駆動器６２を制御してレーザービームが第２整列部材の貫通孔５２１の中心Ｃを通過するように作動する。すなわち、制御器８０が第２整列部材５２に結合された第１センサー７１、第２センサー７２、第３センサー７３及び第４センサー７４の検出信号に基づいて第２駆動器６２を制御すれば、レーザービームが第２整列部材の貫通孔５２１の中心Ｃを通過するように整列される。そして、レーザービームが第２整列部材の貫通孔５２１の中心Ｃを通過するように制御される過程は、レーザービームの中心が第１整列部材の貫通孔５１１の中心Ｃを通過するように制御される過程と同一であるので、ここではその詳細な説明は省略する。

前述したように、制御器８０は、第１駆動器６１及び第２駆動器６２をそれぞれ制御して、レーザービームが第１整列部材及び第２整列部材それぞれの貫通孔５１１、５２１の中心Ｃを通過でき、第１整列部材の貫通孔５１１と第２整列部材の貫通孔５２１とが同一高さに配されていて、結局にレーザービームが各貫通孔５１１、５２１の中心Ｃを通過しつつ平行に進めるように整列できる。このように、本実施形態では、整列部材５１、５２を除去する必要もなく制御器８０を通じて駆動器６１、６２を自動的に制御することによってレーザービームを整列できるので、従来に比べてレーザービームの整列がさらに容易に行われるようになり、整列過程でレーザービームに人体が露出される心配もない。

一方、レーザービームの整列は、レーザー発振部１０の整備時にも必要である。

レーザーキャビティーウィンドウのクリーニングまたは交換によるアウトプットカプラー１１の調節時、共振器のクリーニングまたは交換時及びレーザーチューブの整列及び交換時にも、レーザービームの方向及びビームプロファイルが変わる。このような変化は、レーザービームが光学系を通過する間に以前と異なる特性を持つようになって、工程対象物に照射されるビームプロファイルの変化を引き起こす。このような変化は、ロービームが正常に整列されていないために発生する。したがって、前述したようにレーザービームを整列すれば、レーザー発振部の整備時に発生するレーザービームのプロファイル変化を補正でき、特に、アニーリング工程中に予想できなかったロービーム整列の歪みが発生する場合にも、これを容易に補正してレーザーアニーリング工程を安定して行える。

一方、レーザービーム整列ユニットは、センサーアクチュエータ（図示せず）と、整列部材アクチュエータ９０とをさらに備える。

センサーアクチュエータ（図示せず）は、センサーの数ほど複数備えられて、各センサー７１、７２、７３、７４を直線駆動する。すなわち、各センサー７１、７２、７３、７４は、図３に矢印で図示されているように、貫通孔の中心Ｃに対して接近または離隔する方向に直線移動できる。このように、各センサー７１、７２、７３、７４がセンサーアクチュエータにより直線移動して各センサーの位置が変更されれば、各整列部材に結合された４つのセンサーの中心を、各整列部材の貫通孔５１１、５１２の中心Ｃから離隔して配置できる。したがって、ユーザーの意図によって、レーザービームの中心が貫通孔５１１、５１２の中心Ｃから離隔して進めるように整列できる。

整列部材アクチュエータ９０は一対が備えられ、各整列部材アクチュエータは各整列部材５１、５２を直線駆動する。各整列部材アクチュエータ９０は、各整列部材５１、５２を、各整列部材を通過するレーザービームの進行経路に対して交差する方向、特に図３に矢印で図示されているように上下及び水平方向に移動させる。このように各整列部材５１、５２が直線移動できるので、図５に示したように、レーザービームが第２反射器４３と第３反射器４４との間で平行に進めるように整列された状態で、いずれか一つの整列部材５１、５２、例えば、第１整列部材５１を上向きに移動させれば、レーザービームの一部が、図６に示したように第１整列部材５１により遮蔽されて、レーザービームのプロファイルを変更できる。

一方、図５に示したように、レーザービームが整列された状態で、第１駆動器６１及び第２駆動器６２のうち少なくとも一つを駆動して、レーザービームの中心が第１整列部材５１に対して直交せずに交差する方向に入射されるようにレーザービームを傾ければ、レーザービームが、図７に示したように傾いた状態で進め、レーザービームの一部が第１整列部材５１により遮蔽されてレーザービームのプロファイルを変更できる。

このように、本実施形態では、整列部材５１、５２の直線移動または駆動器６１、６２の駆動によりレーザービームのプロファイルを変更できるようになる。したがって、工程の変数として作用するレーザービームのプロファイルを変更して最適の工程条件を見つけられる。

そして、前述したようにレーザービームのプロファイルを変更するために、本実施形態の制御器８０は、各センサー７１、７２、７３、７４から入力された検出信号に基づいてレーザービームのプロファイルが変更されるように、駆動器６１、６２及び整列部材アクチュエータ（図示せず）のうち少なくとも一つを制御する。特に、制御器は、駆動器６１、６２及び整列部材アクチュエータ（図示せず）を皆制御するように構成されていて、前述したようにレーザービームが平行にまたは傾くように進める状態で、レーザービームの一部が遮蔽されてレーザービームのプロファイルが変更される。

以上、本発明を望ましい実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想内で当業者によって色々な多くの変形が可能であるということは明らかである。

例えば、本実施形態では整列部材が一対備えられると構成されているが、整列部材が１つまたは３つ以上備えられるように構成してもよい。

また、本実施形態では各整列部材に４つのセンサーが結合されるように構成されているが、センサーが必ずしも４つ構成される必要はなく、例えば、互いに対向する一対のセンサーのみ結合されるように構成してもよい。

また、本実施形態では、レーザービームの中心が貫通孔の中心を通過するように構成されているが、基準時間を異なって設定すれば、レーザービームの中心が貫通孔の中心から離隔するように構成してもよい。

本発明は、レーザー加工装置関連の技術分野に好適に用いられる。

１０レーザー発振部
２０光学系
２１テレスコープレンズ
３０チャンバ
４１、４２、４３、４４、４５反射器
５１、５２整列部材
６１、６２駆動器
７１、７２、７３、７４センサー
８０制御器
１００レーザー加工装置
６１１、６２１マイクロメータ

Claims

レーザービームを発振させるレーザー発振部；前記レーザー発振部で発振されたレーザービームを、所定のビーム幅を持つビームプロファイルのエネルギー密度を持つように変換する光学系；前記光学系で変換されたレーザービームが透過され、前記透過されたレーザービームが内部に配された工程対象物に照射されるチャンバ；前記レーザー発振部と前記チャンバとの間に配され、前記レーザービームを反射させる反射器；及び前記チャンバに照射されるレーザービームを整列するためのレーザービーム整列ユニット；を備えるレーザー加工装置において、
前記レーザービーム整列ユニットは、
前記反射器と工程対象物との間に設置されて前記レーザービームの進行経路上に配され、前記レーザービームが通過可能に前記レーザービームの断面積より大きく貫通形成された貫通孔が形成された整列部材と、
前記反射器から反射されたレーザービームの進行経路が調節されるように前記反射器を駆動する駆動器と、
前記整列部材の貫通孔を通過することで検出された前記レーザービームに基づいて、前記レーザービームの中心と前記貫通孔の中心との間の距離が調節されるように前記駆動器を制御する制御器と、を備えることを特徴とするレーザー加工装置。
前記制御器は、前記レーザービームの中心が前記貫通孔の中心を通過するように前記駆動器を制御することを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工装置。
前記レーザービーム整列ユニットは、前記貫通孔の両側に配されるように前記整列部材にそれぞれ結合され、入射されるレーザービームを検出し、前記レーザービームの検出時に前記制御器に検出信号を出力する第１センサー及び第２センサーをさらに備え、
前記第１センサーと第２センサーとの距離は、前記レーザービームが前記第１センサーと第２センサーとの間に通過可能に形成されており、
前記制御部は、
前記第１センサーが前記レーザービームに接触して前記検出信号を出力する場合、前記第２センサーが前記検出信号を出力する時点まで前記駆動器を駆動し、前記第１センサーが前記検出信号を再び出力する時点まで前記駆動器を駆動した後、前記第２センサーが前記検出信号を出力する時点から前記第１センサーが前記検出信号を再び出力する時点までの時間に基づいて設定された第１基準時間の間に、前記レーザービームの中心が前記貫通孔の中心を通過するように前記駆動器を駆動する駆動信号を出力し、
前記第１センサー及び第２センサーいずれも、前記レーザービームの経路から逸脱して前記検出信号を出力しない場合、前記第１センサーが前記検出信号を出力する時点まで前記駆動器を駆動し、前記第２センサーが前記検出信号を出力する時点まで前記駆動器を駆動した後、前記第１センサーが前記検出信号を出力する時点から前記第２センサーが前記検出信号を出力する時点までの時間に基づいて設定された第２基準時間の間に、前記レーザービームの中心が前記貫通孔の中心を通過するように前記駆動器を駆動する駆動信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のレーザー加工装置。
前記レーザービーム整列ユニットは、前記貫通孔の両側に配されて、前記貫通孔を中心に前記第１センサー及び第２センサーと共に放射状に配されるように前記整列部材にそれぞれ結合され、入射されるレーザービームを検出し、前記レーザービームの検出時に前記制御器に検出信号を出力する第３センサー及び第４センサーをさらに備え、
前記第３センサーと第４センサーとの距離は、前記レーザービームが前記第１センサーと第２センサーとの間に通過可能に形成されており、
前記制御器は、
前記第３センサーが前記レーザービームに接触して前記検出信号を出力する場合、前記第４センサーが前記検出信号を出力する時点まで前記駆動器を駆動し、前記第３センサーが前記検出信号を再び出力する時点まで前記駆動器に駆動した後、前記第４センサーが前記検出信号を出力する時点から前記第３センサーが前記検出信号を再び出力する時点までの時間に基づいて設定された第３基準時間の間に、前記レーザービームの中心が前記貫通孔の中心を通過するように前記駆動器を駆動する駆動信号を出力し、
前記第３センサー及び第４センサーいずれも前記レーザービームの経路から逸脱して、前記検出信号を出力しない場合、前記第３センサーが前記検出信号を出力する時点まで前記駆動器を駆動し、前記第４センサーが前記検出信号を出力する時点まで前記駆動器を駆動した後、前記第３センサーが前記検出信号を出力する時点から前記第４センサーが前記検出信号を出力する時点までの時間に基づいて設定された第４基準時間の間に、前記レーザービームの中心が前記貫通孔の中心を通過するように前記駆動器を駆動する駆動信号を出力することを特徴とする請求項３に記載のレーザー加工装置。
前記第１基準時間は、前記第２センサーが前記検出信号を最初に出力する時点から前記第１センサーが前記検出信号を再び最初に出力する時点までの時間の半分であり、
前記第２基準時間は、前記第１センサーが前記検出信号を最初に出力する時点から前記第２センサーが前記検出信号を最初に出力する時点までの時間の半分であり、
前記第３基準時間は、前記第４センサーが前記検出信号を最初に出力する時点から前記第３センサーが前記検出信号を再び最初に出力する時点までの時間の半分であり、
前記第４基準時間は、前記第３センサーが前記検出信号を最初に出力する時点から前記第４センサーが前記検出信号を最初に出力する時点までの時間の半分であることを特徴とする請求項４に記載のレーザー加工装置。
前記反射器は、前記レーザー発振部と工程対象物との間に複数配されており、
前記整列部材は、互いに隣接した前記反射器の間に複数設置されており、
前記複数の整列部材は、前記各整列部材の貫通孔が同軸的に配されるように設置されており、
前記各整列部材には、前記第１センサー、第２センサー、第３センサー及び第４センサーがそれぞれ結合されており、
前記駆動器は、前記レーザー発振部と前記複数の整列部材との間に配された複数の反射器が駆動可能に、各反射器に対応するように複数設置され、
前記制御器は、前記レーザービームが前記各整列部材の貫通孔の中心を通過するように前記各駆動器を制御することを特徴とする請求項４に記載のレーザー加工装置。
前記光学系はホモジナイザーを備え、
前記レーザー発振部と前記整列部材との間には、前記レーザービームの進行方向に沿って順次に第１反射器、第２反射器及び第３反射器が配されており、
前記第２反射器と第３反射器との間には、前記レーザービームの進行方向に沿って順次に第１整列部材、ホモジナイザー及び第２整列部材が配されており、
前記第１反射器及び第２反射器は、それぞれ第１駆動器及び第２駆動器により駆動可能であり、
前記制御器は、前記レーザービームの中心が前記第１整列部材の貫通孔及び前記第２整列部材の貫通孔の中心をそれぞれ通過するように、前記第１駆動器及び第２駆動器を制御することを特徴とする請求項６に記載のレーザー加工装置。
前記レーザービーム整列ユニットは、
前記センサーが前記貫通孔の中心に対して接近または離隔する方向に移動自在に前記センサーを駆動するセンサーアクチュエータと、
前記整列部材が前記貫通孔を通過するレーザービームの進行経路に対して交差する方向に移動自在に前記整列部材を駆動する整列部材アクチュエータと、をさらに備えることを特徴とする請求項３ないし７のうちいずれか一項に記載のレーザー加工装置。
前記制御器は、前記整列部材の貫通孔に進めることで検出されたレーザービームに基づいて、前記レーザービームの一部が前記整列部材により遮蔽されて前記整列部材の貫通孔を通過するレーザービームのプロファイルが変更されるように、前記駆動器及び整列部材アクチュエータのうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項８に記載のレーザー加工装置。