JP2013233556A - Laser machining apparatus - Google Patents

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Kazuhisa Inoue
和久 井上
Kazuo Yamada
一雄 山田
Takashi Noguchi
隆 野口
Tatsuya Okada
竜弥 岡田
Katsuya Shirai
克弥 白井
Birejeya Jean De Dieu Mugiraneza
ビレジェヤ ジャン ドゥ ジュ ムジラネザ
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University of the Ryukyus NUC
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser machining apparatus which is compact in size and low in running cost, and achieves stable performance.SOLUTION: A laser machining apparatus is configured such that a plurality of blue laser diodes each having an average output of not less than 1 W and a wave length of 400 nm to 475 nm serve as a light source; an optical fiber is coupled to each of the blue laser diodes and a plurality of the optical fibers are welded into one optical fiber to form an optical transmission path of one unit; optical transmission paths of not less than three units per one an optical head are provided; a laser power sensor for detecting laser power is provided at an intermediate position of the respective optical fiber of each optical transmission paths; the output of the light source is feedback controlled by the detection result of the laser power sensor; the optical fibers of the respective optical transmission paths are aligned to be connected to the optical head; and a laser beam is shaped in the optical head and is converged by an objective lens to be irradiated to a workpiece.

Description

本発明は、レーザーを光源として使用して、対象物の形状や材質を変化させる加工を行うレーザー加工装置に係わる。   The present invention relates to a laser processing apparatus that performs processing to change the shape and material of an object using a laser as a light source.

レーザーを光源として使用して、対象物の形状や材質を変化させる加工を行うレーザー加工装置が提案されている(例えば、特許文献1〜特許文献14を参照)。
このレーザー加工装置の光源のレーザーとしては、例えば、気体レーザーである炭酸ガスレーザー、エキシマレーザー、固体レーザーであるNd:YAGレーザー、Nd:YVOレーザー、ファイバーレーザー、ダイオードレーザー(以降、レーザーダイオードまたはLDと呼ぶ)等が挙げられる。
しかし、それぞれのレーザーは、全ての被加工物に対して万能ではないため、被加工物が吸収する最適な波長や繰り返し周波数及びエネルギーを選択する必要がある。
光源のレーザーの波長は、発振器の原理と構造によって決まった波長となるため、限られた条件で被加工物に対する最適な波長の光源を選択する必要がある。
レーザー加工装置の代表的なアプリケーションとしては、金属の切断、穴あけ、溶接、改質、スクライブ等が挙げられる。
There has been proposed a laser processing apparatus that performs processing to change the shape and material of an object using a laser as a light source (see, for example, Patent Documents 1 to 14).
As a laser of the light source of this laser processing apparatus, for example, a carbon dioxide gas laser, an excimer laser, which is a gas laser, an Nd: YAG laser, an Nd: YVO 4 laser, a fiber laser, a diode laser (hereinafter referred to as a laser diode or a laser) LD)).
However, since each laser is not universal for all workpieces, it is necessary to select the optimum wavelength, repetition frequency and energy that the workpiece absorbs.
Since the wavelength of the laser of the light source is determined by the principle and structure of the oscillator, it is necessary to select a light source having an optimum wavelength for the workpiece under limited conditions.
Typical applications of laser processing equipment include metal cutting, drilling, welding, reforming, and scribing.

上述したレーザーのうち、LDは、技術の進歩が著しく、赤外領域による熱加工や、固体レーザーの励起用として良く知られている。
シングルエミッター型LDでは数W以上の出力、マルチエミッター型LDでは百W以上の出力、スタック型LDではkW級の出力のLDが入手可能である。
しかしながら、1個で20W程度の高い出力が可能な青色LD(以下、BLDとする)は、入手不可能である。
そのため、従来は、入手可能な、1個の出力が1W未満のBLDを複数個使用して、必要なエネルギーを得ていた(例えば、特許文献11〜特許文献14を参照)。
Among the lasers described above, LDs are remarkably advanced in technology and are well known for thermal processing in the infrared region and for excitation of solid-state lasers.
Single-emitter type LDs with an output of several watts or more, multi-emitter type LDs with an output of over 100 W, and stacked LDs with kW-class output are available.
However, a blue LD (hereinafter referred to as BLD) capable of high output of about 20 W is not available.
Therefore, conventionally, the necessary energy has been obtained by using a plurality of available BLDs each having an output of less than 1 W (see, for example, Patent Documents 11 to 14).

レーザーによる加工は、近年、半導体のプロセスにも多く用いられている。
例えば、シリコン基板のアニーリングには、例えば、波長308nmのエキシマレーザー(XeCl)やNd:YAGレーザーの波長1064nmの2倍波、即ち、波長532ナノメーターのグリーンレーザーが用いられている。
これらのレーザーには、それぞれ長所と短所がある。
In recent years, laser processing is often used in semiconductor processes.
For example, for the annealing of the silicon substrate, for example, an excimer laser (XeCl) with a wavelength of 308 nm or a Nd: YAG laser with a double wavelength of 1064 nm, that is, a green laser with a wavelength of 532 nm is used.
Each of these lasers has advantages and disadvantages.

エキシマレーザーの発光波長は、シリコンにおける吸収率の高い波長帯を含んでいるが、シリコンの表面層のみに選択的に直接吸収されるため、エキシマレーザーの強いエネルギーによって、シリコンの表面に荒れを起こす。そのため、CMP(化学的機械的研磨)やエッチング等の後処理が必要となる。
また、エキシマレーザーは、発振パルスのパルス間隔にばらつきがある程度以上生じることがあり、ガスの劣化により出力が時間的変動で低下することがある。
The emission wavelength of excimer laser includes a wavelength band with high absorption rate in silicon, but it is selectively absorbed directly only in the surface layer of silicon, so that the excimer laser's strong energy causes roughness on the silicon surface. . Therefore, post-processing such as CMP (chemical mechanical polishing) or etching is required.
In addition, in the excimer laser, the pulse interval of the oscillation pulse may vary to some extent, and the output may decrease due to temporal variation due to gas deterioration.

グリーンレーザーは、シリコンにおける吸収率がエキシマレーザーよりも低いため、効率が悪くなることから、その分、高いエネルギーを必要とする。その結果、特にパルスモードでは、エキシマレーザーと同様に表面に荒れを生じると共に、装置の大型化が必要となる。   Since the green laser has a lower absorptance in silicon than the excimer laser, the efficiency becomes worse, and accordingly, higher energy is required. As a result, particularly in the pulse mode, the surface becomes rough like the excimer laser, and the size of the apparatus needs to be increased.

エキシマレーザーを用いたアニール装置は、非常に大型であり、定期的な調整や保守が不可欠であることから、ランニングコストが高い。
また、グリーンレーザーを用いたアニール装置は、例えば、Nd:YAGレーザーから2倍波を取り出す際に、2倍波発生ユニットでのレーザーの減衰が大きいため、基本波のレーザーの出力を大きくする必要があり、2倍波発生ユニットの定期的保守も必要となる。
An annealing apparatus using an excimer laser is very large and requires regular adjustment and maintenance, so that the running cost is high.
In addition, an annealing apparatus using a green laser, for example, when taking out a second harmonic from an Nd: YAG laser has a large attenuation of the laser at the second harmonic generation unit, so that it is necessary to increase the output of the fundamental laser. There is also a need for periodic maintenance of the second harmonic generation unit.

パルスレーザーを用いたアニール装置の光源としては、上述したエキシマレーザーを使用することが提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3を参照)。   It has been proposed to use the above-described excimer laser as a light source of an annealing apparatus using a pulse laser (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).

また、パルスレーザーを用いたアニール装置の光源として、LD励起の固体レーザーを使用することも提案されている。そして、例えば光源にBLDを用いて、光伝送系は光導波路としている。この光導波路は、実際には光ファイバーであると推測される。
一般的には、BLDと光ファイバーとの結合部では、エネルギー損失が非常に大きくなることから、伝送系及び光学系で大きなエネルギー損失を生じる。
そのため、被加工物に照射されるレーザーエネルギーの2倍以上のエネルギーを有する光源を使用している場合がある。一例として、多数のLD、例えば48個のBLD(最大出力550mW)に、それぞれ1本ずつ合計48本の光ファイバーを接続して、束線した光ファイバーで光伝送を行い、ヘッドの直前で線状に整列させて光学系に接続し、ホモジナイズすることによって、長さ数百μm・幅数μm・数Wのラインビームを、被加工物に集光する例がある。
It has also been proposed to use an LD-excited solid-state laser as a light source for an annealing apparatus using a pulse laser. For example, a BLD is used as the light source, and the optical transmission system is an optical waveguide. It is assumed that this optical waveguide is actually an optical fiber.
In general, the energy loss is very large at the joint between the BLD and the optical fiber, so that a large energy loss occurs in the transmission system and the optical system.
For this reason, a light source having an energy twice or more of the laser energy irradiated to the workpiece may be used. As an example, a total of 48 optical fibers are connected to each of a number of LDs, for example, 48 BLDs (maximum output 550 mW), and optical transmission is performed with bundled optical fibers. There is an example in which a line beam having a length of several hundred μm, a width of several μm, and a few W is condensed on a workpiece by being aligned, connected to an optical system, and homogenized.

ここで、BLDの出力光から被加工物までの総エネルギー損失は50%以上であると仮定し、BLDの寿命を考慮して最大出力の70%以下の出力で使用すると仮定すると、被加工物上のエネルギーが7W必要であれば、光源のエネルギーは20Wとなる。
例えば、薄膜トランジスタのアニーリングに必要なレーザーエネルギーは、被加工物上に極細線状ビームを照射する場合、CWで最大エネルギーは600μm×2.4μmの面積当たり5Wから8W程度となる。極細線状ビームの照射面積が小さければ、6W以下でもアニーリングは可能である。
Here, it is assumed that the total energy loss from the output light of the BLD to the workpiece is 50% or more, and it is assumed that it is used at an output of 70% or less of the maximum output in consideration of the life of the BLD. If the upper energy is 7 W, the energy of the light source is 20 W.
For example, the laser energy required for annealing the thin film transistor is CW and the maximum energy is about 5 to 8 W per area of 600 μm × 2.4 μm when the workpiece is irradiated with an ultrafine wire beam. If the irradiation area of the ultrafine beam is small, annealing is possible even at 6 W or less.

なお、レーザー出力に余裕がなく、最大規格で使用すると、BLDの寿命が短くなり、頻繁にBLDの交換が必要になると思われる。その場合、簡単にBLDを交換できる構造が望まれる。   If there is no margin in laser output and the laser is used at the maximum standard, the life of the BLD will be shortened and it will be necessary to replace the BLD frequently. In that case, a structure capable of easily exchanging the BLD is desired.

ある例では、多数のBLD、光ファイバー、複雑なパワーフィードバック、オートフォーカス等を備えた例があり、その場合はさらに装置コストが増大し、トータルコストの増大をもたらすことになる。   As an example, there is an example provided with a large number of BLDs, optical fibers, complicated power feedback, autofocus, etc. In this case, the apparatus cost further increases, resulting in an increase in total cost.

特開2003−86505公報JP 2003-86505 A 特開2003−109912公報JP 2003-109912 A 特開平9−129573公報JP-A-9-129573 特開2006−135251公報JP 2006-135251 A 特開2007−088050公報JP 2007-088050 A 特開2007−251196公報JP 2007-251196 A 国際公開番号第2007/114031号International Publication Number 2007/114031 特開2008−85236公報JP 2008-85236 A 特開2009−16376公報JP 2009-16376 A 特開2009−49030公報JP 2009-49030 A 特開2009−206386公報JP 2009-206386 A 特開2009−260133公報JP 2009-260133 A 特開2010−103177公報JP 2010-103177 A 特開2011−71351公報JP 2011-71351 A

光源にLD励起の固体レーザーを使用していたり、または、光源に多くのBLD、例えば48個のBLDを使用していたりすると、装置が複雑になり大型化する。
また、多数のBLDに1本ずつ光ファイバーを接続して光伝送路を構成した場合には、光伝送路の本数が多いため、加工ヘッドとの連結が困難になる。また、BLDのドライバーを個々に制御しているが、回路が複雑な割にフィードバックの効果が低い。
If an LD-excited solid-state laser is used as the light source, or a large number of BLDs, for example, 48 BLDs, are used as the light source, the apparatus becomes complicated and large.
In addition, when an optical transmission path is configured by connecting optical fibers to a large number of BLDs one by one, the number of optical transmission paths is large, so that it is difficult to connect to a processing head. Although the BLD drivers are individually controlled, the effect of feedback is low although the circuit is complicated.

特許文献12〜特許文献14に記載された構成等では、オートパワーコントロールのセンサーを光ヘッド内部に設けているため、多数のBLDドライバーを個々に正確にフィードバックすることが困難になる。そして、光ヘッドの構造が複雑化して重量が増大するため、可動ヘッド方式による装置には向かない。また、長いラインビームへの拡張性が低い。
この場合、光ヘッド内部のセンサーで、多数のBLDからのレーザービームの全体を検出するので、1個のBLD又は伝送系が故障しても、出力の低下割合が小さく、不良個所を同定しにくい。
In the configurations described in Patent Documents 12 to 14, since an auto power control sensor is provided inside the optical head, it is difficult to accurately feed back a large number of BLD drivers individually. Since the structure of the optical head is complicated and the weight increases, it is not suitable for an apparatus using a movable head system. Moreover, the expandability to a long line beam is low.
In this case, since the entire laser beam from a large number of BLDs is detected by a sensor inside the optical head, even if one BLD or transmission system fails, the rate of decrease in output is small and it is difficult to identify a defective part. .

特許文献10等には、細長い形状のラインビームを生成する構成が提案されている。
しかし、例えば、600μm×2.4μmのラインビームを生成する光学系は、焦点距離が数mm、焦点深度は数μmと想定されることから、加工テーブル及び被加工物は超高精度であることが要求され、オートフォーカスも必要となる。
Patent Document 10 and the like propose a configuration for generating a long and narrow line beam.
However, for example, an optical system that generates a line beam of 600 μm × 2.4 μm is assumed to have a focal length of several mm and a focal depth of several μm, so that the machining table and the workpiece are extremely high accuracy. Is required, and autofocus is also required.

その他、光ファイバーを複数に分岐して線状に配列した構成も提案されているが、ファイバーの整列のみで均一な極細線状ビームを得ることは困難であり、結果として線状痕が残る。   In addition, a configuration in which an optical fiber is branched into a plurality of lines and arranged linearly has been proposed, but it is difficult to obtain a uniform ultrafine linear beam only by fiber alignment, and as a result, linear traces remain.

エキシマレーザー、グリーンレーザーでアニーリングを行った場合には、強いエネルギーのために、表面荒れを起こすことが知られている。そのため、表面平坦性を改善すべく、CMP装置やエッチング装置等による後処理を必要とする。
エキシマレーザーは非常に大型であると共に、定期交換部材が必要であるためにランニングコストが高くなる。
When annealing is performed with an excimer laser or a green laser, it is known that the surface becomes rough due to strong energy. Therefore, post-processing by a CMP apparatus, an etching apparatus or the like is required to improve the surface flatness.
The excimer laser is very large and requires a periodic replacement member, which increases the running cost.

上述した問題の解決のために、本発明においては、小型でランニングコストが低い、安定した性能のレーザー加工装置を提供するものである。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a stable laser processing apparatus that is small in size and low in running cost.

本発明のレーザー加工装置は、被加工物にレーザー光を照射して、被加工物の加工を行うレーザー加工装置である。
そして、複数個の平均出力1W以上、波長400nm〜475nmの青色レーザーダイオードを光源とし、この青色レーザーダイオードのそれぞれに光ファイバーが結合され、複数本の光ファイバーが1本の光ファイバーに溶着され、溶着された1本の光ファイバーを1単位の光伝送路として、1つの光ヘッド当たり3単位以上の光伝送路を備え、各光伝送路の光ファイバーの途中に、レーザーパワーを検出するレーザーパワー・センサーを備え、このレーザーパワー・センサーの検出結果により光源の出力がフィードバック制御され、各光伝送路の光ファイバーが整列して光ヘッドに接続され、この光ヘッド内で、レーザービームが整形され、対物レンズにより集光されて、被加工物に照射されるものである。
The laser processing apparatus of the present invention is a laser processing apparatus that processes a workpiece by irradiating the workpiece with laser light.
A plurality of blue laser diodes having an average output of 1 W or more and a wavelength of 400 nm to 475 nm are used as light sources, optical fibers are coupled to the blue laser diodes, and a plurality of optical fibers are welded and welded to one optical fiber. With one optical fiber as one unit optical transmission path, each optical head has three or more optical transmission paths, and a laser power sensor for detecting laser power is provided in the middle of the optical fiber in each optical transmission path. The output of the light source is feedback-controlled by the detection result of this laser power sensor, the optical fibers of each optical transmission line are aligned and connected to the optical head, the laser beam is shaped in this optical head, and condensed by the objective lens Then, the workpiece is irradiated.

本発明のレーザー加工装置において、さらに、レーザーパワー・センサーが光伝送路の光ファイバーからの漏れ光を検出する構成とすることが可能である。
本発明のレーザー加工装置において、さらに、光伝送路の光ヘッドへの接続部と、対物レンズとの間に、レーザービームの形状を補正するための開口を有し、交換可能なスリットが設けられている構成とすることが可能である。
本発明のレーザー加工装置において、さらに、1つの光ヘッド当たりのレーザービームの総照射パワーが600μm×2.4μmとする単位面積当たり6W以下である構成とすることが可能である。
本発明のレーザー加工装置において、さらに、1つの光ヘッド当たり3単位の光伝送路を備え、各光伝送路に7本の光ファイバーが溶着されている構成とすることが可能である。
In the laser processing apparatus of the present invention, the laser power sensor can be configured to detect leakage light from the optical fiber in the optical transmission path.
In the laser processing apparatus of the present invention, an interchangeable slit having an opening for correcting the shape of the laser beam is provided between the connection portion of the optical transmission path to the optical head and the objective lens. It is possible to have a configuration.
In the laser processing apparatus of the present invention, the total irradiation power of the laser beam per optical head can be 6 W or less per unit area of 600 μm × 2.4 μm.
In the laser processing apparatus of the present invention, it is possible to further provide a structure in which three optical transmission paths are provided for each optical head, and seven optical fibers are welded to each optical transmission path.

本発明のレーザー加工装置によって行われる「加工」としては、例えば、アニールによる改質(結晶化等)、銅等の局所熱加工、微細溶接加工、切断加工等を挙げることができる。   Examples of “processing” performed by the laser processing apparatus of the present invention include modification by annealing (crystallization, etc.), local thermal processing of copper and the like, fine welding processing, cutting processing, and the like.

本発明のレーザー加工装置によって加工される対象の材料としては、シリコン等の半導体、誘電体、銅等の金属等の材料を挙げることができる。
このうち、シリコン材料としては、例えば、ガラス(石英ガラスも含む)又はフレキシブルプラスチック又は金属上に形成された、薄膜トランジスタ(TFT)、薄膜光センサー、シリコンウエハー、ガラス又はフレキシブルプラスチック又は金属上に形成された薄膜太陽電池に代表される、厚さ10nm〜1.4μmの薄膜半導体素子が挙げられる。
誘電体材料としては、例えば、シリコンウエハー基板上の薄膜誘電体が挙げられる。
その他、SiC基板、薄膜金属、ガラス基板等の材料にも適用することが可能である。
Examples of the material to be processed by the laser processing apparatus of the present invention include materials such as semiconductors such as silicon, dielectrics, and metals such as copper.
Among these, as the silicon material, for example, it is formed on a thin film transistor (TFT), a thin film optical sensor, a silicon wafer, glass, a flexible plastic, or a metal formed on glass (including quartz glass), a flexible plastic, or a metal. Examples thereof include a thin film semiconductor element having a thickness of 10 nm to 1.4 μm, which is represented by a thin film solar cell.
Examples of the dielectric material include a thin film dielectric on a silicon wafer substrate.
In addition, it can be applied to materials such as a SiC substrate, a thin film metal, and a glass substrate.

本発明のレーザー加工装置では、光源として、複数個の平均出力1W以上、波長400nm〜475nmの青色レーザーダイオード(BLD)を採用する。
以下、その理由について述べる。
ガラス基板上のバッファー層(SiO層、厚さ50μm)の上に、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンのいずれかが50nm成膜されているときの吸収、透過、反射を計算した、図7を用いて説明する。
図7に示すように、アモルファスシリコンの吸収率曲線のピークは450nm近傍であり、本発明で採用するBLDの中心波長52は445nmであり、エキシマレーザーの中心波長51では、同等又はそれ以下の吸収特性を持つ。グリーンレーザーの中心波長53では、BLDやエキシマレーザーよりも低い吸収特性を持つ。
In the laser processing apparatus of the present invention, a plurality of blue laser diodes (BLD) having an average output of 1 W or more and a wavelength of 400 nm to 475 nm are employed as the light source.
The reason will be described below.
Absorption, transmission, and reflection were calculated when single-crystal silicon, polycrystalline silicon, or amorphous silicon was deposited to 50 nm on the buffer layer (SiO 2 layer, thickness 50 μm) on the glass substrate. This will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7, the peak of the absorption curve of amorphous silicon is around 450 nm, the center wavelength 52 of the BLD employed in the present invention is 445 nm, and the absorption is equal to or less than that at the center wavelength 51 of the excimer laser. Has characteristics. At the center wavelength 53 of the green laser, it has a lower absorption characteristic than BLD and excimer laser.

さらに、BLDは、エキシマレーザーやNd:YAGレーザーと比較して、広いスペクトラムを持っているので、光学系における干渉の心配が少ない。
また、BLD以外のレーザー光源では、445nmの波長を得ることが困難である。
従って、BLDがシリコン系材料のアニーリングに最適な光源といえる。
Furthermore, since BLD has a broad spectrum compared to excimer lasers and Nd: YAG lasers, there is less concern about interference in the optical system.
In addition, it is difficult to obtain a wavelength of 445 nm with a laser light source other than BLD.
Therefore, it can be said that BLD is an optimal light source for annealing a silicon-based material.

本発明装置のBLDとしては、例えば、日亜化学工業株式会社製のNDB7875(定格出力1.6W)を使用することができる。このNDB7875の波長は、435nm〜455nmであり、アモルファスシリコンのアニーリング用として最適である。
また、このBLDは、マルチモードであり、シングルモード特有の各BLD間の干渉が無いため、光学系を簡単にすることができる。
As the BLD of the apparatus of the present invention, for example, NDB7875 (rated output 1.6 W) manufactured by Nichia Corporation can be used. The wavelength of this NDB7875 is 435 nm to 455 nm and is optimal for annealing amorphous silicon.
In addition, since this BLD is multimode and there is no interference between each BLD peculiar to a single mode, the optical system can be simplified.

本発明装置では、光源として青色レーザーダイオード(BLD)を採用することにより、CW又は10kHzまでの周波数で変調されたCWレーザーの弱いエネルギーではあるが、アモルファスシリコンにおける吸収率の高い、集中したエネルギーのレーザーを照射することが可能になる。
これにより、表面荒れを回避することが可能となり、CMP装置やエッチング装置等による後処理を必要としないアニールプロセスが可能となる。
さらにまた、BLDは、エキシマレーザーのような定期交換部材が必要なく、ランニングコストが低い。
In the apparatus of the present invention, by adopting a blue laser diode (BLD) as a light source, although it is a weak energy of a CW laser modulated at a frequency of CW or up to 10 kHz, the concentrated energy of amorphous silicon has a high absorption rate. It becomes possible to irradiate a laser.
As a result, surface roughness can be avoided, and an annealing process that does not require post-processing by a CMP apparatus, an etching apparatus, or the like is possible.
Furthermore, the BLD does not require a periodic replacement member like an excimer laser, and the running cost is low.

そして、本発明装置では、BLDを複数個使用し、各BLDに1本ずつ光ファイバー(ピッグテール・ファイバー)を接続する。
さらに、BLDに接続された、BLDの個数と同じ本数の光ファイバー(ピッグテール・ファイバー)を、複数本ずつまとめて、光伝送路の1本の光ファイバーに溶着して、コンバインする。この光伝送路の1本光ファイバーを1単位とする。
そして、1つの光ヘッド当たり3単位以上の光伝送路を構成する。
In the apparatus of the present invention, a plurality of BLDs are used, and one optical fiber (pigtail fiber) is connected to each BLD.
Further, the same number of optical fibers (pigtail fibers) connected to the BLD are bundled together and welded to one optical fiber in the optical transmission line to combine them. One optical fiber of this optical transmission line is taken as one unit.
An optical transmission path of 3 units or more per one optical head is configured.

例えば、BLDを21個使用する。そして、各BLDに1本ずつ、合計21本の光ファイバーを接続して、21本の光ファイバーを7本ずつ、光伝送路の1本の光ファイバーに溶着して、コンバインすることにより、3本の光伝送路にまとめることができる。
このコンバインする際の損失は、10%以下と低くすることができる。また、元の光ファイバー21本から、3本の光伝送路にまとめるので、大幅に光伝送ライン数を低減することができる。
このようにBLDを21個使用した場合には、BLDの1個当たり最大出力1Wで使用すれば、損失を考慮しても、余裕をもって半数以下のBLDから21Wの出力を得ることが可能である。
For example, 21 BLDs are used. Then, a total of 21 optical fibers are connected to each BLD, and seven 21 optical fibers are welded to one optical fiber in the optical transmission line and combined to produce three light beams. Can be grouped into a transmission line.
The loss during the combining can be as low as 10% or less. Further, since the original 21 optical fibers are combined into 3 optical transmission lines, the number of optical transmission lines can be greatly reduced.
In this way, when 21 BLDs are used, if a maximum output of 1 W per BLD is used, it is possible to obtain a 21 W output from less than half of the BLDs with a margin even if loss is considered. .

シングルモードのBLDを用いてファイバーでコンバインすれば、マルチモードとなるので、本発明では、シングルモード、マルチモード両方のBLDを使用することが可能である。   When combining with a fiber using a single mode BLD, a multimode is obtained. Therefore, in the present invention, both a single mode and a multimode BLD can be used.

本発明装置では、1つの光ヘッド当たり3単位以上の光伝送路を構成するので、BLDのドライバーは3台以上となり、それぞれ1単位以上の光伝送路を1つのゾーンに割り当てて、3ゾーン制御を行うことが可能になる。
また、本発明装置では、レーザーパワーをフィードバック制御するためのレーザーパワー・センサーが、光伝送路の光ファイバーの途中に設けられているため、各単位の光伝送路に対応する複数個のBLDのレーザーパワーを独立して監視して、BLDのドライバーにフィードバックすることが可能である。さらにまた、光ヘッドにセンサーを設けた構成と比較して、1つのセンサーに対応するBLDの数が少なくなるため、仮に1個のBLDや、BLDに接続された1本の光ファイバーが破損した場合に、センサーで検出される出力低下の割合が大きくなり、異常検出が容易になる。
また、本発明装置では、光ヘッドにレーザーパワー・センサーやオートフォーカス機構を設けた構成と比較して、電気系配線を必要とせず、光ヘッドの構成を簡略化して、光ヘッドを小型化かつ軽量化することが可能になる。これにより、複数台の光ヘッドを設置して長いラインビームへの拡張性が高い。また、可動式ヘッドやガントリー式にも搭載可能になる。
In the device of the present invention, since three or more units of optical transmission paths are configured per optical head, there are three or more BLD drivers, each of which is assigned one unit or more of optical transmission paths to one zone and is controlled by three zones. It becomes possible to do.
In the apparatus of the present invention, a laser power sensor for feedback control of the laser power is provided in the middle of the optical fiber of the optical transmission path, so that a plurality of BLD lasers corresponding to the optical transmission paths of each unit are provided. The power can be monitored independently and fed back to the BLD driver. Furthermore, since the number of BLDs corresponding to one sensor is reduced compared to a configuration in which a sensor is provided in the optical head, if one BLD or one optical fiber connected to the BLD is damaged. In addition, the rate of output decrease detected by the sensor increases, and abnormality detection becomes easier.
In addition, in the device of the present invention, compared to a configuration in which a laser power sensor and an autofocus mechanism are provided in the optical head, no electrical wiring is required, the configuration of the optical head is simplified, the optical head is reduced in size and It becomes possible to reduce the weight. As a result, a plurality of optical heads are installed and the expandability to a long line beam is high. It can also be mounted on movable heads and gantry types.

また、本発明装置において、光伝送路の光ヘッドへの接続部と対物レンズとの間に、レーザービームの形状を補正するための開口を有する、交換可能なスリットを設けた構成としたときには、例えば600μm×2.4μmのラインビームを生成する場合等、加工仕様に応じた形状にレーザービームを修正または補正可能となる。スリットは、エキシマレーザーで使用されているようなレーザービームの辺縁を除去する目的ではなく、プロセスに必要な形状を得る目的で設置される。従って、低倍率の対物レンズを使用するために、焦点深度を大きくすることが可能であり、焦点調整が容易になる。   Further, in the device of the present invention, when the interchangeable slit having an opening for correcting the shape of the laser beam is provided between the connection portion of the optical transmission path to the optical head and the objective lens, For example, when generating a line beam of 600 μm × 2.4 μm, the laser beam can be corrected or corrected to a shape according to the processing specifications. The slit is not provided for the purpose of removing the edge of the laser beam as used in the excimer laser, but for the purpose of obtaining a shape necessary for the process. Therefore, since a low-magnification objective lens is used, it is possible to increase the depth of focus and facilitate focus adjustment.

上述の本発明のレーザー加工装置によれば、従来の装置と比較して、光ヘッドを小型化かつ軽量化することが可能になるため、加工装置全体も小型で安価に構成することが可能になる。
これにより、複数の光ヘッドを加工テーブルに設置することが可能となり、並列のレーザー照射が可能となるので、加工時間の短縮が可能となる。
また、光源として、CW発振が可能な青色レーザーダイオードを使用するため、パルス発振するエキシマレーザーと比較して、ピークパワーを低減することができるため、処理の際の被加工物上の面荒れが軽減される。これにより、CMPやエッチング等の後処理の必要がなくなる。
According to the laser processing apparatus of the present invention described above, since the optical head can be reduced in size and weight as compared with the conventional apparatus, the entire processing apparatus can also be configured to be small and inexpensive. Become.
As a result, a plurality of optical heads can be installed on the processing table, and parallel laser irradiation is possible, so that the processing time can be shortened.
In addition, since a blue laser diode capable of CW oscillation is used as the light source, the peak power can be reduced as compared with an excimer laser that oscillates pulsed, so that surface roughness on the workpiece during processing is reduced. It is reduced. This eliminates the need for post-processing such as CMP and etching.

従って、本発明により、小型でランニングコストが低い、安定した性能のレーザー加工装置を実現することが可能となる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a small-sized laser processing apparatus with low running cost and stable performance.

本発明のレーザー加工装置の一の実施の形態の概略構成図(ブロック図)である。It is a schematic block diagram (block diagram) of one embodiment of the laser processing apparatus of the present invention. A、B 図1の光ヘッドの概略平面図である。A and B are schematic plan views of the optical head of FIG. 図1のファイバーパワーセンサーユニット付近の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the fiber power sensor unit of FIG. 1. 図1のファイバー溶着モジュール内のファイバーの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the fiber in the fiber welding module of FIG. 図1のファイバー溶着モジュール内のファイバーの状態を示す正面図である。It is a front view which shows the state of the fiber in the fiber welding module of FIG. ファイバーの溶着の他の例の断面図である。It is sectional drawing of the other example of welding of a fiber. 単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンに対する、光の波長と吸収率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the wavelength of light and an absorptivity with respect to a single crystal silicon, a polycrystalline silicon, and an amorphous silicon. 表面改質、アニールの場合の、被加工物の移動の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of a movement of a to-be-processed object in the case of surface modification and annealing. 本発明のレーザー加工装置によって結晶化を行ったシリコン層のK−スペクトルの分析結果を示す図である。It is a figure which shows the analysis result of the K-spectrum of the silicon layer crystallized with the laser processing apparatus of this invention. 本発明のレーザー加工装置によって結晶化を行ったシリコン層のX線回折法の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the X-ray-diffraction method of the silicon layer crystallized with the laser processing apparatus of this invention.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態とする)について説明する。
本発明のレーザー加工装置の一の実施の形態の概略構成図(ブロック図)を、図1に示す。
図1に示すレーザー加工装置は、大別して、レーザーダイオードを光源として用いた光源部2と、レーザー光を被加工物に照射するための光ヘッド15と、光源部2及び光ヘッド15の間を接続する光ファイバーと、被加工物を保持して動かす加工テーブル27と、レーザーの出力を制御する出力制御部43と、コンピューター41とを備えている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (block diagram) of an embodiment of a laser processing apparatus of the present invention.
The laser processing apparatus shown in FIG. 1 is roughly divided into a light source unit 2 using a laser diode as a light source, an optical head 15 for irradiating a workpiece with laser light, and a space between the light source unit 2 and the optical head 15. An optical fiber to be connected, a processing table 27 that holds and moves the workpiece, an output control unit 43 that controls the output of the laser, and a computer 41 are provided.

光源部2は、ドライバーユニット1と、BLDユニット3と、BLD電源・制御ユニット4を備えている。
ドライバーユニット1には、3台のBLDドライバー1−1,1−2,1−3を備えている。各BLDドライバー1−1,1−2,1−3は、独立して、7台のBLDをドライブする。
BLDユニット3は、それぞれ7台のBLDから成る、第1のBLDユニット(BLD1−7)3−1、第2のBLDユニット(BLD8−14)3−2、第3のBLDユニット(BLD15−21)3−3を備えている。
各BLD(1−21)は、光コネクター5によって、光ファイバーと結合しており、所謂ピッグテールの状態となっている。光コネクター5は、3つのBLDユニット3−1,3−2,3−3及びそのBLDの個数に対応して、7個を1組とした、3組21個により構成されている。
光コネクター5によって結合していることにより、BLDと光ファイバーとの着脱が容易に行えるため、保守作業が容易に行える。
The light source unit 2 includes a driver unit 1, a BLD unit 3, and a BLD power supply / control unit 4.
The driver unit 1 includes three BLD drivers 1-1, 1-2, and 1-3. Each BLD driver 1-1, 1-2, and 1-3 independently drives seven BLDs.
The BLD unit 3 includes a first BLD unit (BLD1-7) 3-1, a second BLD unit (BLD8-14) 3-2, and a third BLD unit (BLD15-21) each including seven BLDs. 3-3.
Each BLD (1-21) is coupled to an optical fiber by an optical connector 5 and is in a so-called pigtail state. The optical connector 5 is composed of 21 groups, 3 groups, 7 groups corresponding to the three BLD units 3-1, 3-2 and 3-3 and the number of the BLDs.
By being connected by the optical connector 5, the BLD and the optical fiber can be easily attached and detached, so that maintenance work can be easily performed.

BLDとしては、例えば、前述した日亜化学工業株式会社製のNDB7875(定格出力1.6W)を使用することができる。   As the BLD, for example, NDB7875 (rated output 1.6 W) manufactured by Nichia Corporation can be used.

ピッグテール・ファイバー1〜7(6−1)と、ピッグテール・ファイバー8〜14(6−2)と、ピッグテール・ファイバー15〜21(6−3)は、1本の光ファイバー保護管13に収納されて、ファイバーコンバイナーBOX10に接続されている。
このファイバーコンバイナーBOX10は、内部に、ファイバー溶着モジュール7とファイバーパワーセンサーユニット8とファイバーパワーセンサーアンプ11を備えている。また、右端部に、3組の光コネクター12−1,12−2,12−3が設けられている。
Pigtail fibers 1 to 7 (6-1), pigtail fibers 8 to 14 (6-2), and pigtail fibers 15 to 21 (6-3) are accommodated in one optical fiber protective tube 13. Are connected to the fiber combiner box 10.
The fiber combiner BOX 10 includes a fiber welding module 7, a fiber power sensor unit 8, and a fiber power sensor amplifier 11 therein. In addition, three sets of optical connectors 12-1, 12-2, 12-3 are provided at the right end.

各ピッグテール・ファイバーは、ファイバー溶着モジュール7の内部で、7本のピッグテール・ファイバーから、1本のファイバーラインに溶着されている。
このファイバー溶着モジュール7内のファイバーの状態を、図4の断面図及び図5の正面図に示す。
図5に示すように、7本のピッグテール・ファイバーが、1本のファイバーライン(伝送ファイバー)に溶着されている。
そして、図4に示すように、7本のピッグテール・ファイバーのコア46及びクラッド46−1が、1本のファイバーラインのコア45の部分に溶着されている。
それぞれのファイバーのコア及びクラッドの径は、例えば、ピッグテール・ファイバーのコア46の径は105μmであり、ピッグテール・ファイバーのクラッド46−1の径は125μmであり、伝送ファイバーのコア45の径は300μmであり、伝送ファイバーのクラッド45−1の径は330μmである。
なお、ファイバー1〜7の溶着箇所7−1、ファイバー8〜14の溶着箇所7−2、ファイバー15〜21の溶着箇所7−3では、7本のピッグテール・ファイバーのコア46の先端部が、伝送ファイバーのコア45内に含まれるように、研磨されている。
Each pigtail fiber is welded to one fiber line from seven pigtail fibers inside the fiber welding module 7.
The state of the fiber in the fiber welding module 7 is shown in the sectional view of FIG. 4 and the front view of FIG.
As shown in FIG. 5, seven pigtail fibers are welded to one fiber line (transmission fiber).
As shown in FIG. 4, seven pigtail fiber cores 46 and clad 46-1 are welded to the core 45 part of one fiber line.
The diameters of the core and cladding of each fiber are, for example, the diameter of the core 46 of the pigtail fiber is 105 μm, the diameter of the cladding 46-1 of the pigtail fiber is 125 μm, and the diameter of the core 45 of the transmission fiber is 300 μm. The diameter of the cladding 45-1 of the transmission fiber is 330 μm.
In addition, in the welding location 7-1 of the fibers 1-7, the welding location 7-2 of the fibers 8-14, and the welding location 7-3 of the fibers 15-21, the tip of the core 46 of the seven pigtail fibers is Polished to be contained within the core 45 of the transmission fiber.

ここで、ファイバーの溶着の他の例の断面図を、図6に示す。
図6には、5本、3本、2本、19本のファイバーを、それぞれ1本の伝送ファイバーに溶着した場合の断面図を示している。
19本のファイバーを1本に溶着した場合には、7本のファイバーを1本に溶着した場合よりも、さらに高出力のBLD光源を構成することができる。
また、図4及び図6からわかるように、7本や19本のファイバーをまとめて1本に溶着した場合には、円形に近い形にまとめることができるため、面積の利用効率が良くなる利点を有する。
Here, FIG. 6 shows a sectional view of another example of fiber welding.
FIG. 6 shows a cross-sectional view when five, three, two, and nineteen fibers are welded to one transmission fiber.
When 19 fibers are welded to one, a higher-power BLD light source can be configured than when seven fibers are welded to one.
Also, as can be seen from FIGS. 4 and 6, when 7 or 19 fibers are welded together into one, they can be combined into a shape close to a circle, which has the advantage of improving the area utilization efficiency. Have.

次に、図1のファイバーコンバイナーBOX10のファイバーパワーセンサーユニット8付近の拡大図を、図3に示す。
図1及び図3に示すように、3本のファイバーライン9−1,9−2,9−3には、それぞれ、ファイバーパワーセンサー8−1,8−2,8−3が設けられている。
ファイバーパワーセンサー8−1,8−2,8−3は、それぞれのファイバーライン9−1,9−2,9−3を通るエネルギーを、ファイバーライン9−1,9−2,9−3からの漏れ光73をフォトセンサー74で計測することによって、検出する。
そして、フォトセンサー74で得られた微小信号75は、図1に示すファイバーセンサーアンプ11で、測定が容易な0V〜10Vに変換されて、ファイバーパワーセンサー信号11−1となる。
そして、このファイバーパワーセンサー信号11−1は、ファイバーコンバイナーBOX10から出力制御部43に送出され、出力制御部43内の、A/D、D/A、DIO(ディジタル入出力)ユニット29にて受信される。
Next, an enlarged view of the vicinity of the fiber power sensor unit 8 of the fiber combiner BOX 10 of FIG. 1 is shown in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 3, fiber power sensors 8-1, 8-2 and 8-3 are provided in the three fiber lines 9-1, 9-2 and 9-3, respectively. .
The fiber power sensors 8-1, 8-2 and 8-3 transmit energy passing through the respective fiber lines 9-1, 9-2 and 9-3 from the fiber lines 9-1, 9-2 and 9-3. The leak light 73 is detected by measuring with the photo sensor 74.
Then, the minute signal 75 obtained by the photosensor 74 is converted to 0 V to 10 V that can be easily measured by the fiber sensor amplifier 11 shown in FIG. 1 to become a fiber power sensor signal 11-1.
The fiber power sensor signal 11-1 is sent from the fiber combiner BOX 10 to the output control unit 43 and received by the A / D, D / A, DIO (digital input / output) unit 29 in the output control unit 43. Is done.

また、図1に示すように、3組のファイバーライン9−1,9−2,9−3は、3組の光コネクター12−1,12−2,12−3によって、それぞれ、伝送ファイバー14−1,14−2,14−3に接続されている。
そして、伝送ファイバー14−1,14−2,14−3は、光ファイバー保護管13を通り、光ヘッド15に結合されている。
As shown in FIG. 1, the three sets of fiber lines 9-1, 9-2, and 9-3 are respectively connected to the transmission fiber 14 by the three sets of optical connectors 12-1, 12-2, and 12-3. -1, 14-2, 14-3.
The transmission fibers 14-1, 14-2 and 14-3 pass through the optical fiber protection tube 13 and are coupled to the optical head 15.

光ヘッド15は、ホモジナイザー16、組レンズ17、スリット18、対物レンズ19を備えている。   The optical head 15 includes a homogenizer 16, a group lens 17, a slit 18, and an objective lens 19.

図1に示すように、光ヘッド15の内部で、それぞれの伝送ファイバー14−1,14−2,14−3は、ホモジナイザー16に接続されている。
ホモジナイザー16は、伝送ファイバー14−1,14−2,14−3からのレーザー光をホモジナイズする。
組レンズ17は、ホモジナイザー16の後段に配置され、複数のレンズを組み合わせて構成される。複数のレンズの隣同士のレンズは、接触していても、接触していなくても、どちらも可能である。
As shown in FIG. 1, the transmission fibers 14-1, 14-2 and 14-3 are connected to the homogenizer 16 inside the optical head 15.
The homogenizer 16 homogenizes the laser light from the transmission fibers 14-1, 14-2, 14-3.
The group lens 17 is disposed at the subsequent stage of the homogenizer 16 and is configured by combining a plurality of lenses. The lenses adjacent to each other can be either in contact with each other or not in contact with each other.

スリット18は、組レンズ17と対物レンズ19との間に配置され、レーザービームの形状を補正するための開口を有する。
また、スリット18は、引き出し用のつまみが光ヘッド15の外に突出しており、このつまみを利用して、スリット18を引き出して交換することが可能な構成となっている。
スリット18の開口の形状は、円形、楕円形、紡錘形、正方形、長方形、極細線状等、各種の形状とすることができる。
The slit 18 is disposed between the group lens 17 and the objective lens 19 and has an opening for correcting the shape of the laser beam.
The slit 18 has a pull-out knob protruding outside the optical head 15, and the slit 18 can be pulled out and replaced using this knob.
The shape of the opening of the slit 18 can be various shapes such as a circle, an ellipse, a spindle, a square, a rectangle, and an extra fine wire.

伝送ファイバー14−1,14−2,14−3からのレーザービームは、組レンズ17によって、加工プロセスに必要な形状に整形される。さらに、レーザービームは、スリット18によっても整形される。
そして、整形されたレーザービーム20は、対物レンズ19で集光されて、図1の被加工物21に照射される。
Laser beams from the transmission fibers 14-1, 14-2, and 14-3 are shaped by the combined lens 17 into a shape necessary for the processing process. Further, the laser beam is shaped by the slit 18.
Then, the shaped laser beam 20 is collected by the objective lens 19 and irradiated onto the workpiece 21 shown in FIG.

ここで、光ヘッド15を、直交する2つの方向のそれぞれから見た概略平面図を、図2A及び図2Bに示す。
図2Aでは、3本の伝送ファイバー14−1,14−2,14−3が並んでいる。
そして、ホモジナイザー16、組レンズ17、スリット18、対物レンズ19を経たレーザービームは、例えば長さ600μmの細長いスポット70となっている。ここでは、図2Aの右端に示すように、図2Aの縦方向をX方向とする。
図2Bでは、3本の伝送ファイバー14−1,14−2,14−3が重なっている。
そして、ホモジナイザー16、組レンズ17、スリット18、対物レンズ19を経たレーザービームは、例えば長さ2.4μmの短いスポット71となっている。ここでは、図2Bの右端に示すように、図2Bの縦方向をY方向とする。
また、より好ましくは、この600μm×2.4μmのスポットを単位面積として、この単位面積当たりの光ヘッドからのレーザービームの総照射パワーが6W以下であるように、各BLDの出力を設定する。
Here, a schematic plan view of the optical head 15 viewed from each of two orthogonal directions is shown in FIGS. 2A and 2B.
In FIG. 2A, three transmission fibers 14-1, 14-2, 14-3 are arranged.
The laser beam that has passed through the homogenizer 16, the combined lens 17, the slit 18, and the objective lens 19 is, for example, an elongated spot 70 having a length of 600 μm. Here, as shown at the right end of FIG. 2A, the vertical direction of FIG.
In FIG. 2B, three transmission fibers 14-1, 14-2, and 14-3 are overlapped.
The laser beam that has passed through the homogenizer 16, the combined lens 17, the slit 18, and the objective lens 19 is, for example, a short spot 71 having a length of 2.4 μm. Here, as shown at the right end of FIG. 2B, the vertical direction of FIG. 2B is the Y direction.
More preferably, the output of each BLD is set so that the total irradiation power of the laser beam from the optical head per unit area is 6 W or less using the 600 μm × 2.4 μm spot as a unit area.

なお、図1及び図2に示したホモジナイザー16及び組レンズ17の代わりに、特許文献12等に記載されているような光導波路、もしくは、光導波路と組レンズを使用することも可能である。   In place of the homogenizer 16 and the assembled lens 17 shown in FIGS. 1 and 2, an optical waveguide as described in Patent Document 12 or the like, or an optical waveguide and a combined lens can be used.

加工テーブル27上には、被加工物21を保持する保持部と、被加工物21に照射されるレーザー光を検出する、レーザーパワー・センサー22が設けられている。このレーザーパワー・センサー22には、レーザーパワー・センサーアンプ23が接続されている。   On the processing table 27, a holding unit that holds the workpiece 21, and a laser power sensor 22 that detects laser light applied to the workpiece 21 are provided. A laser power sensor amplifier 23 is connected to the laser power sensor 22.

図1に示すように、対物レンズ19から出射したレーザービーム20を、被加工物21上に、照射する。このとき、第1のフォーカス調整25と第2のフォーカス調整25−1を用いて、被加工物21に焦点を合わせる。第1のフォーカス調整25は、加工テーブル27側、例えば、被加工物21の保持部等を、上下に動かす。第2のフォーカス調整25−1は、光ヘッド15側、例えば、対物レンズ19、もしくは、光ヘッド15全体等を、上下に動かす。
被加工物21のXY方向の移動26は、加工プロセスに応じて、加工テーブル27のプログラムで設定する。
As shown in FIG. 1, a laser beam 20 emitted from an objective lens 19 is irradiated onto a workpiece 21. At this time, the workpiece 21 is focused using the first focus adjustment 25 and the second focus adjustment 25-1. The first focus adjustment 25 moves the processing table 27 side, for example, the holding portion of the workpiece 21 up and down. The second focus adjustment 25-1 moves the optical head 15 side, for example, the objective lens 19 or the entire optical head 15 up and down.
The movement 26 in the XY direction of the workpiece 21 is set by a program of the machining table 27 according to the machining process.

ここで、本実施の形態のレーザー加工装置によって、表面改質やアニールを行う場合の、被加工物の移動の例を、図8の平面図に示す。
光ヘッド15から照射されるレーザーラインビーム56を、被加工物63に照射する。図8の縦方向が図2Aに示したX方向に対応し、図8の横方向が図2Bに示したY方向に対応する。
図8に示すように、被加工物のY方向の移動58は、移動距離が長いため、300mmから500mm/秒程度の高速で行う。被加工物のX方向の移動60は、移動距離が短いため、50mm/秒程度の低速で行う。
被加工物63の全面改質及びアニールを行う場合は、図中破線で囲った領域で示すように、レーザーのオーバーラップ59が必要である。
オーバーラップ59の量とレーザーエネルギーとレーザービームの両端の形状とを、面均一性を得るように調整する。
被加工物のXY方向の移動58,60により、アニールされた範囲57が得られる。
Here, an example of movement of a workpiece when surface modification or annealing is performed by the laser processing apparatus of the present embodiment is shown in the plan view of FIG.
The workpiece 63 is irradiated with a laser line beam 56 emitted from the optical head 15. The vertical direction in FIG. 8 corresponds to the X direction shown in FIG. 2A, and the horizontal direction in FIG. 8 corresponds to the Y direction shown in FIG. 2B.
As shown in FIG. 8, the Y-direction movement 58 of the workpiece is performed at a high speed of about 300 mm to 500 mm / second because the movement distance is long. The movement 60 in the X direction of the workpiece is performed at a low speed of about 50 mm / second because the movement distance is short.
When the entire surface of the workpiece 63 is modified and annealed, a laser overlap 59 is required, as indicated by the region surrounded by the broken line in the figure.
The amount of overlap 59, the laser energy, and the shape of both ends of the laser beam are adjusted so as to obtain surface uniformity.
An annealed range 57 is obtained by movements 58, 60 in the XY direction of the workpiece.

図8では、被加工物の移動による加工の例を示したが、本発明装置は光ヘッドの構造が簡単で軽量になるため、光ヘッドを移動してレーザーの走査を行う構造としても良い。   FIG. 8 shows an example of processing by moving the workpiece. However, since the structure of the optical head of the present invention is simple and light, the optical head may be moved to perform laser scanning.

出力制御部43は、A/D,D/A,DIOユニット29、レーザーパワー・設定・フィードバック回路30、リモート/ローカル切り替え・安全回路31、DC24V電源33、コンピューター・インターフェース34、変調信号インターフェースロジック35、変調/CW切り替え回路36を備えている。   The output control unit 43 includes an A / D, D / A, DIO unit 29, a laser power / setting / feedback circuit 30, a remote / local switching / safety circuit 31, a 24V DC power supply 33, a computer interface 34, and a modulation signal interface logic 35. A modulation / CW switching circuit 36 is provided.

A/D,D/A,DIOユニット29は、前述したように、ファイバーパワーセンサーアンプ11で増幅したファイバーパワーセンサー信号11−1を受信する。そして、A/D,D/A,DIOユニット29において、ファイバーパワーセンサー信号11−1から、レーザー出力の補正値が得られる。また、A/D,D/A,DIOユニット29と加工テーブル27との間は、加工テーブル・インターフェース28で接続されており、A/D,D/A,DIOユニット29と光源部2のBLD電源・制御ユニット4との間は、LD電源・制御ユニット・インターフェース39で接続されている。
レーザー出力の補正値は、レーザーパワー・設定・フィードバック回路30によって、光源部2のBLD電源・制御ユニット4にフィードバックされる。なお、レーザーパワー・設定・フィードバック回路30と、光源部2のBLD電源・制御ユニット4との間には、リモート/ローカル切り替え・安全回路31と、レーザーパワー設定インターフェース32が設けられている。
リモート/ローカル切り替え・安全回路31は、電源投入時と非常停止時のレーザー出力を抑制する。またレーザーパワーの設定値をダイアルで設定するか、PCのレシピーを使うか切り替えることが可能である。
コンピューター・インターフェース34は、出力制御部43外のコンピューター・インターフェース40を通じて、コンピューター41に接続されている。また、このコンピューター・インターフェース34と、加工テーブル27のレーザーパワー・センサー22に接続された、レーザーパワー・センサーアンプ23との間は、レーザーパワー・センサー・インターフェース24で接続されている。
As described above, the A / D, D / A, and DIO unit 29 receives the fiber power sensor signal 11-1 amplified by the fiber power sensor amplifier 11. In the A / D, D / A, and DIO unit 29, a correction value of the laser output is obtained from the fiber power sensor signal 11-1. The A / D, D / A, DIO unit 29 and the processing table 27 are connected by a processing table interface 28, and the A / D, D / A, DIO unit 29 and the BLD of the light source unit 2 are connected. The power supply / control unit 4 is connected by an LD power supply / control unit / interface 39.
The correction value of the laser output is fed back to the BLD power source / control unit 4 of the light source unit 2 by the laser power / setting / feedback circuit 30. A remote / local switching / safety circuit 31 and a laser power setting interface 32 are provided between the laser power / setting / feedback circuit 30 and the BLD power source / control unit 4 of the light source unit 2.
The remote / local switching / safety circuit 31 suppresses laser output at power-on and emergency stop. It is also possible to switch between setting the laser power setting value with a dial or using a PC recipe.
The computer interface 34 is connected to the computer 41 through the computer interface 40 outside the output control unit 43. The computer interface 34 and the laser power sensor amplifier 23 connected to the laser power sensor 22 of the processing table 27 are connected by a laser power sensor interface 24.

本装置は、基本的にはCWレーザーを発振するが、CWと、疑似的パルス、即ちQCWを、切り換えることが可能な構成としている。
そのために、出力制御部43に、変調信号インターフェースロジック35及び変調/CW切り替え回路36が設けられ、変調/CW切り替え回路36に接続して、ファンクション・ジェネレーター37が設けられている。
変調信号インターフェースロジック35は、ワンショット信号又はバースト信号により、局所アニールの設定を行う。
変調/CW切り替え回路36は、変調信号インターフェースロジック35からの信号を、ファンクション・ジェネレーター37からの変調信号によって変調して、光源部2のBLD電源・制御ユニット4に送出する。変調/CW切り替え回路36と、光源部2のBLD電源・制御ユニット4との間は、変調インターフェース38で接続されている。
This apparatus basically oscillates a CW laser, but is configured to be able to switch between CW and a pseudo pulse, that is, QCW.
For this purpose, the output control unit 43 is provided with a modulation signal interface logic 35 and a modulation / CW switching circuit 36, and a function generator 37 is provided in connection with the modulation / CW switching circuit 36.
The modulation signal interface logic 35 sets local annealing by a one-shot signal or a burst signal.
The modulation / CW switching circuit 36 modulates the signal from the modulation signal interface logic 35 with the modulation signal from the function generator 37 and sends it to the BLD power supply / control unit 4 of the light source unit 2. A modulation interface 38 is connected between the modulation / CW switching circuit 36 and the BLD power supply / control unit 4 of the light source unit 2.

採用するファンクション・ジェネレーター37によって、0.1Hzから4MHzまで、発振周波数による変調は可能であるが、BLDドライバー1−1,1−2,1−3の応答性を考慮して、アニーリング時の上限周波数は100kHzとする。   The function generator 37 to be used can modulate the oscillation frequency from 0.1 Hz to 4 MHz, but considering the response of the BLD drivers 1-1, 1-2, and 1-3, the upper limit for annealing The frequency is 100 kHz.

変調によって得られるエネルギーは、CWレーザーのピークエネルギーを超えるものではなく、エキシマレーザーやYAGレーザーのようなパルスレーザーとは異なる。
この変調によるCWレーザーのパルス化のメリットは、アニーリング時における熱量の制御である。変調周波数とデューディサイクルを調整することによって、熱量を制御することが可能である。
The energy obtained by the modulation does not exceed the peak energy of the CW laser and is different from a pulse laser such as an excimer laser or a YAG laser.
The merit of pulsing the CW laser by this modulation is the control of the amount of heat during annealing. It is possible to control the amount of heat by adjusting the modulation frequency and the duty cycle.

加工プロセスのレシピーは、コンピューター41に格納する。
コンピューター41には、レーザー・テーブル制御ソフトウエアを備えておき、このレーザー・テーブル制御ソフトウエアにより、コンピューター・インターフェース40を経由して、出力制御部43内のコンピューター・インターフェース34から、A/D,D/A,DIOユニット29に分配され、レーザーパワーの設定、オフセット値、ゲイン、フィードバック比率等の設定を行う。
レーザーパワー・センサー22で検出されたレーザーパワーは、レーザーパワー・センサー・インターフェース24、出力制御部43内のコンピューター・インターフェース40を通じて、コンピューター41に送られて、コンピューター41に接続して設けられた表示画面(図示せず)に表示される。
The process recipe is stored in the computer 41.
The computer 41 is provided with laser table control software, and this laser table control software allows the A / D, A, D, and the like from the computer interface 34 in the output control unit 43 via the computer interface 40. Distributed to the D / A and DIO units 29 to set the laser power, offset value, gain, feedback ratio, and the like.
The laser power detected by the laser power sensor 22 is sent to the computer 41 through the laser power sensor interface 24 and the computer interface 40 in the output control unit 43 and connected to the computer 41 for display. It is displayed on a screen (not shown).

なお、光源部2、ファイバーコンバイナーBOX10、加工テーブル27、出力制御部43、コンピューター41には、図示しない交流電源により電源が供給される。   The light source unit 2, the fiber combiner box 10, the processing table 27, the output control unit 43, and the computer 41 are supplied with power by an AC power source (not shown).

光源部2のBLDから発振させるレーザー光は、シングルモード、マルチモードのどちらを使用することも可能である。
シングルモードは、波長成分が1つであるため、光ヘッド15で集光しやすい、という利点がある。
マルチモードは、干渉性がなく取り扱いしやすい、1単位にファイバーをまとめる際にレーザー光が混ざりやすい、という利点がある。
The laser light oscillated from the BLD of the light source unit 2 can use either single mode or multi mode.
The single mode has an advantage that it is easy to collect light by the optical head 15 because it has one wavelength component.
The multimode has an advantage that laser light is easily mixed when the fibers are grouped into one unit without interference and easy to handle.

図8では、Y方向に走査させるときに、連続してレーザーを発振させて、連続した領域にアニール等の加工を行う場合を示していた。
本実施の形態のレーザー加工装置では、Y方向に走査しながらレーザー発振のオン・オフのスイッチングを行うことにより、離散した領域にレーザービームを照射して、アニールによる改質等の加工を行うことも可能になる。これにより、半導体層のうち、回路素子を形成する部分のみをカバーして離散的にレーザービームを照射して、その領域のみにアニールを行うことも可能になる。
FIG. 8 shows a case where the laser is continuously oscillated when scanning in the Y direction, and processing such as annealing is performed on the continuous region.
In the laser processing apparatus of the present embodiment, laser oscillation is switched on / off while scanning in the Y direction, so that a laser beam is irradiated to discrete regions and processing such as modification by annealing is performed. Is also possible. As a result, it is possible to irradiate only the region of the semiconductor layer, which covers only the portion where the circuit element is formed and irradiates the laser beam discretely.

図1では、加工テーブル27に1個の光ヘッド15を設けているが、1つの加工テーブル27当たり、複数個の光ヘッドを設けてもよい。   In FIG. 1, one optical head 15 is provided on the processing table 27, but a plurality of optical heads may be provided per one processing table 27.

本実施の形態のレーザー加工装置を使用して、非晶質の半導体層(シリコン層等)に対して、青色半導体レーザー光を照射することにより、非晶質の半導体層を結晶化することができる。
このとき、レーザー光の照射により結晶化を行うので、比較的短い時間で結晶化を行うことができる。
また、レーザー光の発振が連続発振CWである、青色半導体レーザー光を照射するので、平坦性、均一性、結晶性に優れた、結晶質の半導体層が、安定に再現性良く得られる。
The amorphous semiconductor layer can be crystallized by irradiating an amorphous semiconductor layer (such as a silicon layer) with blue semiconductor laser light using the laser processing apparatus of this embodiment. it can.
At this time, since crystallization is performed by laser light irradiation, crystallization can be performed in a relatively short time.
In addition, since the laser light is emitted by blue semiconductor laser light having continuous wave CW, a crystalline semiconductor layer excellent in flatness, uniformity and crystallinity can be obtained stably and with good reproducibility.

本実施の形態のレーザー加工装置を使用することにより、青色半導体レーザー光を照射するので、エキシマレーザーの照射では結晶化が困難であった、厚さ300nm〜1.4μmの比較的厚い半導体層に対しても、平坦性良く結晶化を行うことができる。
また、青色半導体レーザー光のシリコン膜への吸収効率は比較的高いので、膜厚が20〜400nmと薄いシリコン膜に対しても、平坦性良く結晶化することが可能になる。
By using the laser processing apparatus of the present embodiment, the blue semiconductor laser light is irradiated, so that it is difficult to crystallize by excimer laser irradiation, and a relatively thick semiconductor layer having a thickness of 300 nm to 1.4 μm is formed. In contrast, crystallization can be performed with good flatness.
Further, since the absorption efficiency of the blue semiconductor laser light into the silicon film is relatively high, it is possible to crystallize with good flatness even for a silicon film having a thin film thickness of 20 to 400 nm.

なお、本実施の形態のレーザー加工装置は、上述した非晶質の半導体層の結晶化等の改質やアニールに限らず、各種の材料(半導体、金属、誘電体)に対する、各種の加工(表面又は内部の改質、熱加工、溶接加工、切断、基板のスクライブ等)にも使用することが可能である。   Note that the laser processing apparatus of this embodiment is not limited to the above-described modification such as crystallization of the amorphous semiconductor layer or annealing, but various processing (semiconductors, metals, dielectrics) It can also be used for surface or internal modification, thermal processing, welding, cutting, substrate scribing, and the like.

本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、青色半導体レーザーダイオード(BLD)を光源に使用するため、エキシマレーザーのような定期交換部材が必要なく、ランニングコストを低くすることができる。
また、非晶質シリコンに照射した場合、非晶質シリコンにおける吸収率が高く、また、集中したエネルギーを照射することができるため、エキシマレーザーを照射した場合に生じる表面荒れを回避することが可能となり、CMP装置やエッチング装置等による後処理が不要になる。
According to the configuration of the laser processing apparatus of the present embodiment, since a blue semiconductor laser diode (BLD) is used as a light source, a periodic replacement member such as an excimer laser is not necessary, and the running cost can be reduced.
In addition, when amorphous silicon is irradiated, the absorption rate in amorphous silicon is high and concentrated energy can be irradiated, so it is possible to avoid surface roughness caused by excimer laser irradiation. Thus, post-processing by a CMP apparatus, an etching apparatus, or the like is not necessary.

本実施の形態のレーザー加工装置の構成によれば、21個のBLDにそれぞれ接続された21本ピッグテール・ファイバーを、1単位7本ずつまとめて溶着して1本のファイバーにして、3単位の伝送ファイバーにしてから、光ヘッド15に接続している。
これにより、21本ピッグテール・ファイバーを光ヘッドに接続した場合と比較して、光ヘッドの構成を簡略化して、軽量化及び小型化することが可能になる。
また、21個のBLDからのレーザー光を3単位に集約して被加工物に照射するので、各単位のレーザースポットを制御して、所謂3ゾーン方式による制御を行うことが可能になる。
According to the configuration of the laser processing apparatus of the present embodiment, 21 pigtail fibers connected to 21 BLDs, respectively, are welded together in units of 7 to form one fiber. After making the transmission fiber, it is connected to the optical head 15.
Thereby, compared with the case where 21 pigtail fibers are connected to the optical head, the configuration of the optical head can be simplified, and the weight and size can be reduced.
In addition, since the laser beam from the 21 BLDs is gathered into 3 units and irradiated onto the workpiece, it is possible to control by the so-called 3-zone method by controlling the laser spot of each unit.

さらに、本実施の形態のレーザー加工装置では、レーザーパワーをフィードバック制御するためのファイバーパワーセンサー8−1,8−2,8−3が、3単位3本のファイバーライン9−1,9−2,9−3の途中に設けられている。
このため、各単位のファイバーラインに対応する7個のBLDのレーザーパワーを独立して監視して、BLDドライバーにフィードバックすることが可能になる。そして、光ヘッドにセンサーを設けた構成と比較して、1つのセンサーに対応するBLDの数が21個から7個に減るため、仮に1個のBLDや、BLDに接続された1本の光ファイバーが破損した場合に、センサーで検出される出力低下の割合が大きくなり、異常検出が容易になる。また、光ヘッドにレーザーパワー・センサーやオートフォーカス機構を設けた構成と比較して、電気系配線を必要とせず、この観点においても、光ヘッド15の構成を簡略化して、光ヘッド15を小型化かつ軽量化することが可能になる。
そして、光ヘッド15を小型化かつ軽量化することが可能になることから、1台の加工テーブル27に複数台の光ヘッド15を設置して長いラインビームを形成することや、光ヘッド15を可動式として光ヘッド15を走査させることも、容易に実現可能となる。
また、例えば、複数の光ヘッド15を加工テーブル27に設置することによって、並列のレーザー照射を行う構成とすれば、加工時間の短縮が可能となる。
Furthermore, in the laser processing apparatus of the present embodiment, the fiber power sensors 8-1, 8-2, and 8-3 for feedback control of the laser power include three units of three fiber lines 9-1 and 9-2. , 9-3.
For this reason, it becomes possible to independently monitor the laser power of the seven BLDs corresponding to the fiber lines of each unit and feed back to the BLD driver. Since the number of BLDs corresponding to one sensor is reduced from 21 to 7, compared with the configuration in which the sensor is provided in the optical head, it is assumed that one BLD or one optical fiber connected to the BLD. When the sensor is damaged, the rate of output decrease detected by the sensor increases, and the abnormality detection becomes easy. Further, as compared with a configuration in which a laser power sensor and an autofocus mechanism are provided in the optical head, no electrical wiring is required. From this point of view, the configuration of the optical head 15 is simplified and the optical head 15 is reduced in size. And weight reduction.
Since the optical head 15 can be reduced in size and weight, a plurality of optical heads 15 can be installed on one processing table 27 to form a long line beam. It is also possible to easily scan the optical head 15 as a movable type.
In addition, for example, if a plurality of optical heads 15 are installed on the processing table 27 to perform parallel laser irradiation, the processing time can be shortened.

また、本実施の形態のレーザー加工装置では、光ヘッド15の組レンズ17と対物レンズ19との間に、レーザービームの形状を補正するための開口を有する、交換可能なスリット18を設けている。これにより、例えば600μm×2.4μmのラインビームを生成する場合等、加工仕様に応じた形状にレーザービームを修正または補正可能となる。   Further, in the laser processing apparatus of the present embodiment, a replaceable slit 18 having an opening for correcting the shape of the laser beam is provided between the combined lens 17 of the optical head 15 and the objective lens 19. . Thereby, for example, when generating a line beam of 600 μm × 2.4 μm, the laser beam can be corrected or corrected to a shape according to the processing specifications.

以上のことから、本実施の形態のレーザー加工装置によって、加工装置全体も小型で安価に構成することが可能になる。
そして、小型でランニングコストが低い、安定した性能のレーザー加工装置を実現することが可能となる。
From the above, the laser processing apparatus of the present embodiment makes it possible to configure the entire processing apparatus to be small and inexpensive.
And it becomes possible to implement | achieve the laser processing apparatus of the stable performance with small and low running cost.

上述の実施の形態では、21個のBLDを7個毎に1単位の光伝送路にまとめて、3単位の光伝送路として光ヘッド15に接続した構成であった。
本発明では、1単位の光伝送路当たりのBLDの個数は複数個(2個以上)とすることが可能であり、光ヘッドに接続される光伝送路の単位数は3単位以上とすることが可能である。
光伝送路の単位数が3単位以上であれば、1つのゾーンに1単位以上を割り当てて、3ゾーン方式による制御を行うことができる。
また、光伝送路の単位数が5単位以上であれば、5ゾーン方式(両端部と中心部とそれらの間の部分)による制御を行うことができる。
光伝送路の単位数を3単位以上とする場合でも、BLDの個数と同じ本数の光ファイバーを光ヘッドに接続した構成と比較して、光ヘッドの構成の簡略化や軽量化を図ることができる。
In the above-described embodiment, 21 BLDs are grouped into one unit of optical transmission path for every seven BLDs and connected to the optical head 15 as three units of optical transmission path.
In the present invention, the number of BLDs per unit optical transmission line can be plural (two or more), and the number of units of optical transmission lines connected to the optical head is three units or more. Is possible.
If the number of units of the optical transmission line is 3 units or more, it is possible to perform control by the 3-zone method by assigning 1 unit or more to one zone.
Further, if the number of units of the optical transmission path is 5 units or more, it is possible to perform control by a 5-zone method (both end portions, the central portion, and a portion between them).
Even when the number of units of the optical transmission path is 3 units or more, the configuration of the optical head can be simplified and reduced in weight compared to the configuration in which the same number of optical fibers as the number of BLDs are connected to the optical head. .

次に、青色半導体レーザーダイオードを用いた本発明のレーザー加工装置によって、実際に非晶質の半導体層の結晶化を行い、特性を調べた。   Next, the amorphous semiconductor layer was actually crystallized by the laser processing apparatus of the present invention using a blue semiconductor laser diode, and the characteristics were examined.

まず、ガラス基板上に、RFスパッタ法により、スパッタ放電不活性ガスとしてArガスを用いて、高純度のSiターゲットをスパッタし、厚さ50nmの非晶質シリコン層を形成した。
そして、この非晶質シリコン層に対して、本発明のレーザー加工装置を使用して、結晶化を行った。
出射光の波長を445nmとして、出力を4.0Wとして、図8に示したレーザーラインビーム56のスキャン速度を500mm/sとして、図8に示したようにオーバーラップ59を設けてスキャンさせて、結晶化を行った。
また、出力を5.0W、7.0Wとして、それぞれ同様に結晶化を行った。
First, a high-purity Si target was sputtered on a glass substrate by RF sputtering using Ar gas as a sputtering discharge inert gas to form an amorphous silicon layer having a thickness of 50 nm.
The amorphous silicon layer was crystallized using the laser processing apparatus of the present invention.
The wavelength of the emitted light is set to 445 nm, the output is set to 4.0 W, the scanning speed of the laser line beam 56 shown in FIG. 8 is set to 500 mm / s, and the overlap 59 is provided as shown in FIG. Crystallization was performed.
Further, crystallization was carried out in the same manner with outputs of 5.0 W and 7.0 W, respectively.

厚さ50nmの厚膜の場合、結晶化の際に、膜の上下方向に温度勾配がほとんどみられないため、膜全体の均一な加熱ができる。これによって、結晶粒径が50nm程度の均一な微結晶が生成する。   In the case of a thick film having a thickness of 50 nm, since the temperature gradient is hardly observed in the vertical direction of the film during crystallization, the entire film can be heated uniformly. As a result, uniform fine crystals having a crystal grain size of about 50 nm are generated.

さらに、得られたシリコン層について、分光エリプソメトリによる吸収率であるK−スペクトルの分析と、X線回折法による結晶方位の同定を行った。
それぞれの出力の場合のK−スペクトルを重ねて、図9に示す。
また、出力4.0WのときのX線回折法の結果を、図10に示す。
Furthermore, about the obtained silicon layer, the analysis of the K-spectrum which is the absorptivity by spectroscopic ellipsometry, and the crystal orientation by the X-ray diffraction method were identified.
The K-spectrum for each output is shown in FIG.
Moreover, the result of the X-ray diffraction method when the output is 4.0 W is shown in FIG.

図9から、K−スペクトルにはっきりとしたピークが現れており、膜全体が充分に結晶化していることがわかる。
また、図10から、(111)面のピークが鋭いピークで明確に現れており、充分に結晶化していることがわかる。
FIG. 9 shows that a clear peak appears in the K-spectrum, and the entire film is sufficiently crystallized.
Further, FIG. 10 clearly shows that the (111) plane peak clearly appears as a sharp peak and is sufficiently crystallized.

さらに、得られたシリコン層について、AFMにより表面荒れの評価を行った。
その結果、表面荒れの大きさが5nm(rms)以下であった。
一般的に紫外光パルスのエキシマーレーザアニールで知られている表面荒れの大きさは、10nm(rms)以上である。
従って、紫外光パルスのエキシマーレーザアニールと比較すると、表面荒れの非常に少ないシリコン層が得られていることがわかった。
Further, surface roughness of the obtained silicon layer was evaluated by AFM.
As a result, the surface roughness was 5 nm (rms) or less.
Generally, the magnitude of surface roughness known by excimer laser annealing of ultraviolet light pulses is 10 nm (rms) or more.
Therefore, it was found that a silicon layer with very little surface roughness was obtained as compared with excimer laser annealing using ultraviolet light pulses.

本発明は、上述の実施の形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、その他様々な構成が取り得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

1 ドライバーユニット、1−1,1−2,1−3 BLDドライバー、2 光源部、3 BLDユニット、4 BLD電源・制御ユニット、5 光コネクター、6−1,6−2,6−3 ピッグテール・ファイバー、7 ファイバー溶着モジュール、7−1 ファイバー1〜7の溶着箇所、7−2 ファイバー8〜14の溶着箇所、7−3 ファイバー15〜21の溶着箇所、8 ファイバーパワーセンサーユニット、8−1,8−2,8−3 ファイバーパワーセンサー、9−1,9−2,9−3 ファイバーライン、10 ファイバーコンバイナーBOX、11 ファイバーパワーセンサーアンプ、11−1 ファイバーパワーセンサー信号、12−1,12−2,12−3 光コネクター、13 光ファイバー保護管、14−1,14−2,14−3 伝送ファイバー、15 光ヘッド、16 ホモジナイザー、17 組レンズ、18 スリット、19 対物レンズ、20 レーザービーム、21 被加工物、22 レーザーパワー・センサー、23 レーザーパワー・センサーアンプ、24 レーザーパワー・センサー・インターフェース、25 第1のフォーカス調整、25−1 第2のフォーカス調整、27 加工テーブル、28 加工テーブル・インターフェース、29 A/D、D/A、DIOユニット、30 レーザーパワー・設定・フィードバック回路、31 リモート/ローカル切り替え・安全回路、32 レーザーパワー設定インターフェース、33 DC24V電源、34,40 コンピューター・インターフェース、35 変調信号インターフェースロジック、36 変調/CW切り替え回路、37 ファンクション・ジェネレーター、38 変調インターフェース、39 LD電源・制御ユニット・インターフェース、41 コンピューター、43 出力制御部、45 伝送ファイバーのコア、45−1 伝送ファイバーのクラッド、46 ピッグテール・ファイバーのコア、46−1 ピッグテール・ファイバーのクラッド、56 レーザーラインビーム、58 被加工物のY方向の移動、59 オーバーラップ、60 被加工物のX方向、63 被加工物、70,71 スポット、73 漏れ光、74 フォトセンサー、75 微小信号 1 Driver unit, 1-1, 1-2, 1-3 BLD driver, 2 Light source unit, 3 BLD unit, 4 BLD power supply / control unit, 5 Optical connector, 6-1, 6-2, 6-3 Pigtail Fiber, 7 Fiber welding module, 7-1 Welding location of fibers 1-7, 7-2 Welding location of fibers 8-14, 7-3 Welding location of fibers 15-21, 8 Fiber power sensor unit, 8-1, 8-2, 8-3 Fiber power sensor, 9-1, 9-2, 9-3 Fiber line, 10 Fiber combiner BOX, 11 Fiber power sensor amplifier, 11-1 Fiber power sensor signal, 12-1, 12- 2,12-3 Optical connector, 13 Optical fiber protection tube, 14-1, 14-2, 14 3 Transmission fiber, 15 Optical head, 16 Homogenizer, 17 Pair lens, 18 Slit, 19 Objective lens, 20 Laser beam, 21 Work piece, 22 Laser power sensor, 23 Laser power sensor amplifier, 24 Laser power sensor sensor Interface, 25 first focus adjustment, 25-1 second focus adjustment, 27 machining table, 28 machining table interface, 29 A / D, D / A, DIO unit, 30 laser power, setting and feedback circuit, 31 Remote / local switching / safety circuit, 32 Laser power setting interface, 33 DC24V power supply, 34, 40 Computer interface, 35 Modulation signal interface logic, 36 Modulation / CW Switch circuit, 37 function generator, 38 modulation interface, 39 LD power supply / control unit interface, 41 computer, 43 output controller, 45 transmission fiber core, 45-1 transmission fiber cladding, 46 pigtail fiber core 46-1 Pigtail fiber cladding, 56 Laser line beam, 58 Workpiece movement in Y direction, 59 Overlap, 60 Workpiece X direction, 63 Workpiece, 70, 71 Spot, 73 Leakage light , 74 Photosensor, 75 Small signal

Claims (5)

被加工物にレーザー光を照射して、前記被加工物の加工を行うレーザー加工装置であって、
複数個の平均出力1W以上、波長400nm〜475nmの青色レーザーダイオードを光源とし、
前記青色レーザーダイオードのそれぞれに光ファイバーが結合され、
複数本の前記光ファイバーが1本の光ファイバーに溶着され、溶着された1本の光ファイバーを1単位の光伝送路として、1つの光ヘッド当たり3単位以上の前記光伝送路を備え、
各前記光伝送路の光ファイバーの途中に、レーザーパワーを検出するレーザーパワー・センサーを備え、前記レーザーパワー・センサーの検出結果により前記光源の出力がフィードバック制御され、
各前記光伝送路の光ファイバーが整列して前記光ヘッドに接続され、
前記光ヘッド内で、レーザービームが整形され、対物レンズにより集光されて、前記被加工物に照射される
レーザー加工装置。
A laser processing apparatus for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam,
A plurality of blue laser diodes having an average output of 1 W or more and a wavelength of 400 nm to 475 nm are used as a light source.
An optical fiber is coupled to each of the blue laser diodes,
A plurality of the optical fibers are welded to one optical fiber, and the welded single optical fiber is used as one unit optical transmission path, and the optical transmission path includes three or more units per optical head,
A laser power sensor for detecting laser power is provided in the middle of the optical fiber of each optical transmission line, and the output of the light source is feedback controlled according to the detection result of the laser power sensor,
Optical fibers of each of the optical transmission paths are aligned and connected to the optical head,
A laser processing apparatus in which a laser beam is shaped in the optical head, condensed by an objective lens, and irradiated onto the workpiece.
前記レーザーパワー・センサーは、前記光伝送路の光ファイバーからの漏れ光を検出する構成である請求項1に記載のレーザー加工装置。   The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the laser power sensor is configured to detect leakage light from an optical fiber in the optical transmission path. 前記光伝送路の前記光ヘッドへの接続部と、前記対物レンズとの間に、前記レーザービームの形状を補正するための開口を有し、交換可能なスリットが設けられている、請求項1又は請求項2に記載のレーザー加工装置。   2. An interchangeable slit having an opening for correcting the shape of the laser beam is provided between a connection portion of the optical transmission path to the optical head and the objective lens. Or the laser processing apparatus of Claim 2. 1つの前記光ヘッド当たりの前記レーザービームの総照射パワーが600μm×2.4μmとする単位面積当たり6W以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザー加工装置。   4. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the total irradiation power of the laser beam per one optical head is 6 W or less per unit area of 600 μm × 2.4 μm. 5. 1つの光ヘッド当たり3単位の前記光伝送路を備え、各前記光伝送路に7本の前記光ファイバーが溶着されている、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のレーザー加工装置。   5. The laser processing apparatus according to claim 1, comprising three units of the optical transmission path per optical head, wherein seven optical fibers are welded to each of the optical transmission paths. .
JP2012106650A 2012-05-08 2012-05-08 Laser machining apparatus Pending JP2013233556A (en)

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