JP2021015931A - 基板浮上型レーザ処理装置及び浮上量の測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザ処理の性能を向上させることができる基板浮上型レーザ処理装置及び浮上量の測定方法を提供することができる。【解決手段】一実施の形態に係る基板浮上型レーザ処理装置１は、基板５０を浮上させて搬送するステージ１０及び基板５０の浮上量Ｈを測定する浮上量測定装置３０を含む。ここで、測定した浮上量Ｈに応じて浮上量測定装置３０と基板５０との距離を自動的に調整可能とする。基板５０の浮上量Ｈは、レーザ光を基板５０及びステージ１０に照射することによって測定される。測定した基板５０の浮上量を入力するフィードバック機構を用いて浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、基板浮上型レーザ処理装置及び浮上量の測定方法に関する。
特許文献１には、ガラス基板等に形成された非晶質膜を含む基板に対し、レーザ光を照射してアニール処理を行うレーザ処理装置が開示されている。特許文献１のレーザ処理装置は、噴出エアにより基板を浮上させる浮上ステージ上でアニール処理を行っている。
特開２０１８−０６４０４８号公報
基板を浮上させる浮上ステージは、レーザ光を所望の位置に照射する上で、的確に基板の浮上を制御することが求められている。そのため、基板の浮上量を高精度に測定することが必要とされているが、十分とはいえず、改善の余地がある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態にかかる基板浮上型レーザ処理装置は、基板を浮上させて搬送するステージ及び前記基板の浮上量を測定する浮上量測定装置を含む。ここで、測定した浮上量に応じて前記浮上量測定装置と前記基板との距離を自動的に調整可能とする。
前記一実施の形態によれば、基板とステージとの接触による粉塵等の発生を抑制し、レーザ光の照射位置を高精度で制御することにより、レーザ処理の性能を向上させることができる基板浮上型レーザ処理装置及び浮上量の測定方法を提供することができる。
実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置の構成を模式的に例示した斜視図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置のステージを模式的に例示した平面図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置を図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩから見た図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が測定する浮上量を例示した図である。 比較例に係る基板浮上型レーザ処理装置の浮上量測定装置を例示した図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置及びコントローラを例示した構成図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置を用いた基板の浮上量の測定方法を例示したフローチャート図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、静的な基板の浮上量の測定方法を模式的に例示した斜視図である。 実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、動的な基板の浮上量の測定方法を模式的に例示した斜視図である。 実施形態２に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が基板の浮上量を測定する動作を模式的に例示した図である。 実施形態２に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が基板の浮上量を測定する動作を模式的に例示した図である。 実施形態３に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が基板の浮上量を測定する動作を模式的に例示した図である。 実施形態３に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が基板の浮上量を測定する動作を模式的に例示した図である。
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
（実施形態１）
実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置を説明する。本実施形態に係る基板浮上型レーザ処理装置は、例えば、ポリシリコン膜を形成するエキシマレーザアニール（Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌ）装置である。なお、基板浮上型レーザ処理装置は、基板５０を浮上させてレーザ処理を行う装置であれば、エキシマレーザアニール装置に限らない。本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置は、基板の浮上量を測定する浮上量測定装置を備えている。例えば、基板浮上型レーザ処理装置の組み立て後、または、レーザ処理前の条件設定において、浮上量測定装置を用いて、基板の浮上量を測定する。
以下で、まず、基板浮上型レーザ処理装置の各構成を説明する。各構成の説明のうち、浮上量測定装置については、比較例の浮上量測定装置と対比させ、比較例の浮上量測定装置の課題を説明しつつ、本実施形態の浮上量測定装置を説明する。これにより、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置をより明確にする。
図１は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置の構成を模式的に例示した斜視図である。図２は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置のステージを模式的に例示した平面図である。図３は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置を図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩから見た図である。
図１〜図３に示すように、基板浮上型レーザ処理装置１は、ステージ１０、レーザ照射部２０、浮上量測定装置３０、コントローラ４０を備える。おおまかに言えば、基板浮上型レーザ処理装置１は、基板５０をステージ１０に浮上させて搬送し、レーザ照射部２０で、基板５０をレーザ処理する。
なお、以下に示す図では、説明の便宜のため、適宜、ＸＹＺ直交座標系を用いている。Ｚ軸方向は鉛直上下方向であり、Ｙ軸方向は、レーザ照射部２０が照射するライン状のレーザスポットに沿った方向であり、Ｘ軸方向は、基板５０の搬送方向である。基板５０をＸ軸方向に搬送しながら、Ｙ軸方向に沿ったライン状のレーザ光を基板５０に照射する。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向は、矩形状の基板５０の端辺に沿った方向である。
以下で、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置１の各構成を説明する。
＜ステージ＞
ステージ１０は、基板５０を浮上させて搬送する。ステージ１０は、上方を向いた上面を有している。ステージ１０の上面をステージ面１０ａと呼ぶ。ステージ面１０ａは、上方から見て、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に端辺が沿った矩形である。ステージ１０は、複数の浮上ユニット１１を有している。なお、図１〜図３において、図が煩雑にならないように、いくつかの浮上ユニット１１のみに符号を付している。また、いくつかの構成を省略する場合もある。
浮上ユニット１１は、上方を向いた上面を有している。浮上ユニット１１の上面をユニット面１１ａと呼ぶ。各ユニット面１１ａは、上方から見て、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に端辺が沿った矩形である。ステージ面１０ａは、複数のユニット面１１ａを含んでいる。例えば、複数のユニット面１１ａは、ステージ面１０ａにおいて、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリックス状に配列している。よって、ステージ面１０ａは、マトリックス状に配列された複数のユニット面１１ａにより構成されている。
浮上ユニット１１は、基板５０を浮上させるための噴出エアを上方に噴出する。例えば、浮上ユニット１１のユニット面１１ａには、図示しない複数のエア噴出孔が設けられており、エア噴出孔から噴出される噴出エアにより、基板５０を浮上させる。なお、浮上ユニット１１は、エア噴出孔のかわりに、上部に設けられた多孔質から噴出エアを噴出させてもよい。
浮上ユニット１１には、図示しない噴出エア配管が下方に接続されている。噴出エア配管は、例えば、弁及びエア流量計を介してポンプに接続されている。弁及びエア流量計は、信号線等によりコントローラ４０に接続されている。コントローラ４０による弁及びポンプの制御によって、ステージ面１０a上の基板５０の浮上量は制御されている。
ステージ１０は、基板５０を搬送するために図示しない把持機構を備えてもよい。ステージ１０は、把持機構により、例えば、基板５０の端部を把持させて搬送してもよいし、基板５０の中央部を把持させて搬送してもよい。
＜基板＞
基板５０は、例えば、ガラス基板である。基板５０は、シリコン基板等の半導体基板でもよい。基板５０は、半導体膜を含んでもよい。半導体膜は、例えば、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）である。レーザ処理は、基板５０における半導体膜の多結晶化、単結晶化、改質化、不純物の不活性化、不純物の安定化を目的とする。例えば、レーザ光の照射によって、非晶質の半導体膜の少なくとも一部は、多結晶に変質する。なお、レーザ処理は、これらを目的とする処理に限らない。基板５０にレーザ光を照射して熱処理を行ういかなる処理を含んでもよい。また、基板５０は、レーザ処理が施されるものであれば、ガラス基板及び半導体基板に限らない。
＜レーザ照射部＞
レーザ照射部２０は、レーザ光を照射する。レーザ照射部２０は、基板５０に対して、例えば、エキシマレーザ光を照射する。なお、レーザ照射部２０が照射するレーザ光は、エキシマレーザ光に限らず、目的のレーザ処理に応じたレーザ光を照射してもよい。レーザ照射部２０が基板５０に対して照射したレーザ光の照射スポット２１は、例えば、Ｙ軸方向に延びたライン状である。
＜浮上量測定装置：浮上量＞
図４は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が測定する浮上量を例示した図である。図４に示すように、浮上量測定装置３０は、基板５０の浮上量Ｈを測定する。基板５０の浮上量Ｈは、ステージ面１０ａから基板５０の下面５０ｂまでの距離を呼ぶ。浮上量測定装置３０から基板５０の上面５０ａまでの距離を距離Ｌ１と呼び、浮上量測定装置３０から基板５０の下面５０ｂまでの距離を距離Ｌ２と呼び、浮上量測定装置３０からステージ面１０ａ、すなわち、ユニット面１１ａまでの距離を距離Ｌ３と呼ぶ。そうすると、基板５０の浮上量Ｈは、浮上量Ｈ＝距離Ｌ３−距離Ｌ２となる。
＜浮上量測定装置：レーザ変位計＞
浮上量測定装置３０は、例えば、レーザ変位計３１及び高さ調整ステージ３２を含む。レーザ変位計３１は、レーザ光を基板５０及びステージ１０に照射するとともに、レーザ光が基板５０及びステージ１０によって反射した反射光を受光する。レーザ変位計３１は、レーザ光が基板５０の上面５０ａで反射した反射光、基板５０の下面５０ｂで反射した反射光、ステージ面１０ａで反射した反射光における反射率の違いから、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３を同時に測定する。これにより、レーザ変位計３１は、浮上量Ｈを測定することができる。このように、基板５０の浮上量Ｈは、レーザ光を基板５０に照射することによって測定される。
高さ調整ステージ３２は、レーザ変位計３１に取り付けられている。高さ調整ステージ３２は、レーザ変位計３１のＺ軸方向の位置、すなわち、高さを調整することができる。レーザ変位計３１には、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３を測定可能な測定レンジＲが設定されている。距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が測定レンジを超えるような場合には、基板５０の浮上量Ｈを高精度に測定することができない。そこで、高さ調整ステージ３２は、レーザ変位計３１の高さを調整して、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が測定レンジ内に入るようにする。なお、浮上量測定装置３０は、後述するように、レーザ変位計３１を含むものに限らない。
浮上量測定装置３０は、平行移動ステージ３３を含んでもよい。平行移動ステージ３３は、ステージ１０の上方の水平面においてＹ軸方向に延びた棒状の可動ステージである。平行移動ステージ３３には、高さ調整ステージ３２を介して、レーザ変位計３１が取り付けられている。よって、レーザ変位計３１及び高さ調整ステージ３２は、平行移動ステージ３３に沿って、Ｙ軸方向にスライド移動可能である。これにより、浮上量測定装置３０は、Ｙ軸方向に沿って基板５０の浮上量Ｈを測定する。
浮上量測定装置３０は、平行移動ステージ３４を含んでもよい。平行移動ステージ３４は、Ｙ軸方向においてステージ１０を挟むように２つ配置されている。一方の平行移動ステージ３４は、ステージ１０の＋Ｙ軸方向の端辺に沿って、Ｘ軸方向に延びるように配置され、他方の平行移動ステージ３４は、−Ｙ軸方向の端辺に沿って、Ｘ軸方向に延びるように配置されている。各平行移動ステージ３４には、上方に延びたフレーム３５がＸ軸方向にスライド可能な状態で取り付けられている。一方の平行移動ステージ３４のフレーム３５は、平行移動ステージ３３の一端を支持し、他方の平行移動ステージ３４のフレーム３５は、平行移動ステージ３３の他端を支持している。よって、平行移動ステージ３３は、Ｘ軸方向に移動可能である。これにより、浮上量測定装置３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に沿った基板５０の浮上量Ｈを測定する。
＜比較例：浮上量測定装置＞
次に、比較例に係る基板浮上型レーザ処理装置の浮上量測定装置を説明する。図５は、比較例に係る基板浮上型レーザ処理装置の浮上量測定装置を例示した図である。図５に示すように、比較例の浮上量測定装置１３０も、レーザ変位計１３１、高さ調整ステージ１３２、平行移動ステージ３３を備えている。比較例に係る基板浮上型レーザ処理装置１０１のステージ１０、レーザ照射部２０は、実施形態１の基板浮上型レーザ処理装置１おけるステージ１０、レーザ照射部２０と同様である。
レーザ変位計１３１も、レーザ変位計３１と同様に、レーザ光を基板５０及びステージ１０に照射するとともに、レーザ光が基板５０及びステージ１０によって反射した反射光を受光する。レーザ変位計１３１は、レーザ光が基板５０の上面５０ａで反射した反射光、基板５０の下面５０ｂで反射した反射光、ステージ面１０ａで反射した反射光における反射率の違いから、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３を同時に測定する。これにより、レーザ変位計１３１は、浮上量Ｈを測定することができる。浮上量測定装置１３０は、レーザ変位計１３１で基板５０の浮上量を測定する場合には、平行移動ステージ３３によって測定位置を移動させて測定する。レーザ変位計１３１には、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３を測定可能な測定レンジが設定されている。距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が測定レンジを超えるような場合には、レーザ変位計１３１は、基板の浮上量を高精度に測定することができない。
図５に示すように、ステージ面１０ａは、複数のユニット面１１ａで構成されている。複数のユニット面１１ａの位置は、Ｚ軸方向においてずれを有する場合がある。よって、浮上ユニット１１とステージ１０との関係がステージ面１０ａ全体でみると平面でない場合には、レーザ変位計１３１を移動させると測定レンジＲを超えてしまうことがある。したがって、基板５０の浮上量を高精度で測定することができない。
このように、比較例の基板浮上型レーザ処理装置１０１の課題は、レーザ変位計１３１で基板５０の浮上量を測定する場合に、ステージ面１０ａ全体でみると平面でないために、レーザ変位計１３１を移動すると測定レンジＲを超える場合があることである。その場合には、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が測定レンジＲに入るように、高さ調整ステージ１３２を手動で動かし、レーザ変位計１３１の高さを調整する必要がある。
＜本実施形態：浮上量測定装置及びコントローラ制御＞
次に、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置１における浮上量測定装置を説明する。図６は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置及びコントローラを例示した構成図である。図６に示すように、本実施形態の浮上量測定装置３０は、コントローラ４０に接続されている。浮上量測定装置３０は、レーザ変位計３１及び高さ調整ステージ３２を含む。コントローラ４０は、例えば、レーザ変位計コントローラ４１、ステージコントローラ４２及びサーボアンプ４３を含む。
レーザ変位計コントローラ４１は、レーザ変位計３１と、ファイバー等の有線または無線を含む信号線等により接続されている。レーザ変位計コントローラ４１は、信号線等により、ステージコントローラ４２に接続されている。ステージコントローラ４２は、信号線等により、サーボアンプ４３に接続されている。サーボアンプ４３は、信号線等により、高さ調整ステージ３２に接続されている。
レーザ変位計コントローラ４１は、レーザ変位計３１から信号線等を介して距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３、並びに、これらから測定した浮上量Ｈを含む高さ情報を受信する。レーザ変位計コントローラ４１は、受信した高さ情報をステージコントローラ４２に送信する。高さ情報は、例えば、アナログ信号でもよい。
ステージコントローラ４２は、測定した浮上量Ｈを含む高さ情報を浮上量測定装置３０から入力される。ステージコントローラ４２は、予め設定された目標値と、入力された浮上量Ｈとに基づいて、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整する。
具体的には、ステージコントローラ４２は、入力された浮上量Ｈと、あらかじめ設定された目標値Ｇとを比較する。そして、入力された浮上量Ｈと、設定された目標値Ｇとの差分Δ＝Ｈ−Ｇが負の場合には、ステージコントローラ４２は、浮上量Ｈが目標値Ｇよりも大きくなるように、サーボアンプ４３に対してＺ軸への高さ指令値を出力する。高さ指令値は、アナログ信号でもよいし、パルス信号でもよい。一方、入力された浮上量Ｈと、設定された目標値Ｇとの差分Δ＝Ｈ−Ｇが正の場合には、ステージコントローラ４２は、浮上量Ｈが目標値Ｇよりも小さくなるように、サーボアンプ４３に対してＺ軸への高さ指令値を出力する。このようにして、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を自動的に調整する。
ステージコントローラ４２は、入力された距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３、並びに、測定した浮上量Ｈを記憶した記憶部を含んでもよい。また、ステージコントローラ４２は、目標値と、入力された浮上量Ｈとの差分が所定の範囲を超える場合には、入力された浮上量Ｈを距離の調整用データから除外する。例えば、浮上ユニット１１間の隙間、浮上ユニット１１のエア噴出孔等のように、ステージ面１０ａにおける特異な点は、調整用のデータから除外される。
サーボアンプ４３は、ステージコントローラ４２から、高さ調整ステージ３２のＺ軸への高さ指令値を受け取る。一方、サーボアンプ４３は、高さ調整ステージ３２からレーザ変位計３１が位置する高さ情報を取得する。例えば、高さ調整ステージ３２に設けられたエンコーダから、レーザ変位計３１が位置するＺ軸の高さ値を取得する。そして、サーボアンプ４３は、高さ調整ステージ３２から取得する高さ情報が、ステージコントローラ４２から受け取った高さ指令値になるまで高さ調整ステージ３２を動作させる。
複数のユニット面１１ａの位置は、Ｚ軸方向においてずれを有し、浮上ユニット１１とステージ１０との関係がステージ面１０ａ全体でみると平面でない場合でも、コントローラ４０は、測定レンジＲの範囲内に、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が入るように、レーザ変位計１３１の高さを調整する。よって、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が測定レンジＲを超えることはない。これにより、基板５０の浮上量を高精度で測定することができる。
このように、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置１は、測定した浮上量Ｈに応じて、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を、フィードバック制御により、自動的に調整可能とする。基板５０の浮上量Ｈは、例えば、レーザ光を基板５０及びステージ１０に照射することによって測定される。そして、測定した基板５０の浮上量を入力するフィードバック機構を用いて浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整する。これにより、測定した距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が測定レンジＲを超えないようにすることができる。
＜基板の浮上量の測定方法＞
次に、基板５０の浮上量の測定方法を説明する。図７は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置を用いた基板の浮上量の測定方法を例示したフローチャート図である。
図７のステップＳ１１に示すように、まず、浮上量測定装置３０を用いて、基板５０の所定の位置の浮上量Ｈを測定する。浮上量測定装置３０は、例えば、レーザ変位計３１を含んでいる。基板５０の浮上量Ｈを、基板５０及びステージ１０にレーザ光を照射することによって測定する。基板５０の所定の位置は、任意の位置でもよい。例えば、基板５０の＋Ｙ軸側の端部に位置する浮上ユニット１１上の位置でもよい。例えば、レーザ変位計３１は、レーザ光が基板５０の上面５０ａで反射した反射光、基板５０の下面５０ｂで反射した反射光、ステージ面１０ａで反射した反射光における反射率の違いから、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３を同時に測定する。これにより、浮上量測定装置３０は、浮上量Ｈ＝距離Ｌ３−距離Ｌ２を測定する。なお、浮上量測定装置３０は、レーザ変位計３１を含むものに限らない。
次に、ステップＳ１２に示すように、測定した浮上量Ｈに応じて、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を自動的に調整する。浮上量測定装置３０から浮上量Ｈを入力されたコントローラ４０は、予め設定された目標値と、入力された浮上量Ｈとに基づいて、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整する。このように、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置１は、測定した基板５０の浮上量を入力するフィードバック機構を用いて浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整する。
次に、ステップＳ１３に示すように、基板の浮上量Ｈの測定が終了したか判断する。終了したＹｅｓの場合には、処理を終了する。終了しないＮｏの場合には、ステップＳ１４に示すように、基板５０の異なる位置を測定できるように浮上量測定装置３０を移動させる。例えば、平行移動ステージ３３を用いて、レーザ変位計３１を移動させる。これにより、基板５０の所定の位置とは異なる位置を測定する。また、ステージ１０の把持部により、基板５０の異なる位置を測定できるように基板５０を移動させてもよい。
次に、ステップＳ１１に戻り、浮上量測定装置３０を用いて、基板５０の浮上量Ｈを測定する。そして、測定が終了するまで、ステップＳ１１〜ステップＳ１４を繰り返す。したがって、各測定位置における基板５０の浮上量の測定ごとに、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整する。よって、各測定位置において、距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３を測定レンジＲ内の目標値に近づけるように追随して調整させる。これにより、各測定位置において、高精度に基板５０の浮上量を測定することができる。このようにして、基板５０の浮上量を測定する。
＜静的な基板の浮上量の測定方法＞
基板５０の浮上量Ｈの測定方法の例として、静的な基板５０の浮上量Ｈの測定方法を説明する。静的とは、基板５０を搬送させずに、基板５０の浮上量Ｈを測定する場合である。図８は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、静的な基板の浮上量の測定方法を模式的に例示した斜視図である。
図８に示すように、基板５０を搬送させずに、静的に基板５０の浮上量Ｈを測定する場合には、平行移動ステージ３３及び平行移動ステージ３４を用いて、浮上量測定装置３０を移動させながら、基板５０の浮上量Ｈを測定する。そして、ステージ面１０ａ上に配置する基板５０の位置を変えながら、ステージ面１０ａ全体における基板５０の浮上量Ｈを測定する。これにより、ステージ１０と基板５０との浮上量が他の部分と比べて小さい箇所及び接触箇所を事前に見出すことができる。したがって、基板５０とステージ１０との接触による粉塵等の発生を抑制することができる。
＜動的な基板の浮上量の測定方法＞
次に、基板５０の浮上量Ｈの測定方法の例として、動的な基板５０の浮上量Ｈの測定方法を説明する。動的とは、基板５０を搬送させながら、基板５０の浮上量Ｈを測定する場合である。図９は、実施形態１に係る基板浮上型レーザ処理装置において、動的な基板の浮上量の測定方法を模式的に例示した斜視図である。
図９に示すように、基板５０を搬送させながら、動的に基板５０の浮上量Ｈを測定する場合には、ステージ１０の把持部を用いて、基板５０を搬送させながら、基板５０の浮上量Ｈを測定する。動的な基板５０の浮上量Ｈの測定方法は、例えば、レーザ照射部２０の下方におけるステージ１０上に配置された基板５０の浮上量Ｈを測定する際に重要となる。基板５０がレーザ照射部２０の下方に搬送された場合に、基板５０が突き上がったり、撓んだりすると、レーザ光の焦点がずれ、所望のレーザ光を照射することができない。よって、あらかじめ、レーザ照射部２０の下方における動的な基板５０の浮上量Ｈを測定することにより、レーザ光の照射位置を高精度で測定することができる。これにより、レーザ処理の性能を向上させることができる。
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置１は、浮上量測定装置３０と、基板５０との距離を自動的に調整可能とする。すなわち、レーザ変位計３１の出力をフィードバックして高さ制御することで、レーザ変位計３１の測定位置が移動しても、自動でレーザ変位計３１の測定レンジＲ内に距離Ｌ２及び距離Ｌ３を入るようにする。よって、測定した距離Ｌ１、距離Ｌ２及び距離Ｌ３が浮上量測定装置３０の測定レンジＲを超えないようにすることができる。例えば、測定レンジＲ内の目標値に追随させて、浮上量測定装置３０と、基板５０との距離を自動的に調整する。よって、測定レンジを超えないので、基板５０の浮上量を高精度で測定することができる。
また、ステージ面１０ａ全体における基板５０の浮上量Ｈを測定するので、ステージ１０と基板５０との浮上量が他の部分と比べて小さい箇所及び接触箇所を事前に見出すことができる。これにより、基板５０とステージ１０との接触による粉塵等の発生を抑制することができる。
さらに、レーザ照射部２０の下方における動的な基板５０の浮上量Ｈを測定することにより、レーザ光の照射位置を高精度で測定することができる。これにより、レーザ処理の性能を向上させることができる。
基板５０の浮上量Ｈは、レーザ光を基板５０及びステージ１０に照射することによって測定される。よって、レーザ光の波長を用いた高精度な測定をすることができる。
なお、上記では、フィードバック機構により、浮上量測定装置３０と基板５０との距離を調整することを説明したが、距離Ｌ１〜距離Ｌ３が測定レンジＲ内に入るように、ユーザが手動で高さ調整ステージ３２を調整してもよい。また、距離Ｌ１〜距離Ｌ３が測定レンジＲ内に入るように、浮上ユニット１１側の高さを調整することを排除しない。
さらに、予め、浮上量測定装置３０とステージ面１０ａとの間隔を測定し、記憶部に記憶させてよい。すなわち、コントローラ４０は、予め、浮上量測定装置３０とステージ面１０ａとの間隔を記憶した記憶部を含み、レーザ変位計３１がＸＹ平面上どこに移動しても、レーザ変位計３１の高さが一定になるように、コントローラ４０は、記憶部が記憶した浮上量測定装置３０とステージ面１０ａとの間隔を用いて、測定レンジＲ内の目標値に収まるように、浮上量測定装置３０と、基板５０との距離を自動的に調整する。よって、測定レンジＲを超えないので、基板５０の浮上量を高精度で測定することができる。
（実施形態２）
次に、実施形態２に係る基板浮上型レーザ処理装置を説明する。本実施形態では、浮上量測定装置は、カメラを含んでいる。図１０及び図１１は、実施形態２に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が基板の浮上量を測定する動作を模式的に例示した図である。
図１０及び図１１に示すように、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置２の浮上量測定装置６０は、カメラ６１及び高さ調整ステージ６２を含んでいる。カメラ６１は、基板５０の上面５０ａを撮像する。高さ調整ステージ６２は、カメラ６１に取り付けられている。高さ調整ステージ６２は、カメラ６１の焦点のＺ軸方向の位置、すなわち、高さを調整することができる。カメラ６１には、焦点を合わせられる測定レンジが設定されている。焦点位置が測定レンジを超えるような場合には、基板５０の浮上量Ｈを高精度に測定することができない。そこで、高さ調整ステージ３２は、カメラ６１の高さを調整して、焦点が測定レンジ内に入るようにする。
カメラ６１を用いて基板５０の浮上量Ｈを測定する場合には、カメラ６１の焦点位置を、基板５０の浮上前及び浮上後に基板５０の上面５０ａに合わせて浮上量Ｈを測定する。すなわち、図１０に示すように、浮上ユニット１１の噴出エアをオフにして、基板５０を浮上ユニット１１に降ろす（手順Ａ）。そして、高さ調整ステージ６２によって、カメラ６１の高さを調整させながら、カメラ６１の焦点が基板５０の上面５０ａに合うカメラ６１の高さを見出す（手順Ｂ）。
次に、図１１に示すように、浮上ユニット１１の噴出エアをＯＮにして基板５０を浮上させる（手順Ｃ）。そして、再度、高さ調整ステージ６２によって、カメラ６１の高さを調整させながら、カメラ６１の焦点が基板５０の上面５０ａに合うカメラ６１の高さを見出す（手順Ｄ）。次に、手順Ｂにより見出した高さと、手順Ｄにより見出した高さとの差として、浮上量Ｈを測定する。
このように、本実施形態では、カメラ６１は、基板５０をステージ１０に接触させた場合に基板５０の上面５０ａに焦点が合う位置、及び、基板５０をステージ１０上に浮上させた場合に基板５０の上面５０ａに焦点が合う位置から、基板５０の浮上量Ｈを測定することができる。
なお、カメラ６１が、基板５０を透過して、基板５０の下面５０ｂ及びステージ面１０ａを撮像することができる場合には、カメラ６１は、基板５０の上面５０ａまたは下面５０ｂに焦点が合う位置、及び、ステージ面１０ａに焦点が合う位置から、基板５０の浮上量Ｈを測定してもよい。具体的には、基板５０の上面５０ａまたは下面５０ｂに焦点が合う位置におけるカメラ６１の高さと、ステージ面１０ａに焦点が合う位置におけるカメラ６１の高さの差として、浮上量Ｈを測定してもよい。なお、基板５０の上面５０ａに焦点を合わせた場合には、基板５０の厚さ分を高さの差から引いて浮上量とする。
本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置２によれば、浮上量測定装置６０はカメラ６１を用いている。そして、カメラ６１の焦点位置から基板５０の浮上量Ｈを測定することができるので、簡単に浮上量Ｈを測定することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。
（実施形態３）
次に、実施形態３に係る基板浮上型レーザ処理装置を説明する。本実施形態では、浮上量測定装置は、測長器を含んでいる。図１２及び図１３は、実施形態３に係る基板浮上型レーザ処理装置において、浮上量測定装置が基板の浮上量を測定する動作を模式的に例示した図である。
図１２及び図１３に示すように、本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置３の浮上量測定装置７０は、測長器７１を含んでいる。測長器７１は、基板５０の上面５０ａまでの距離を測定する。測長器７１は、例えば、接触式の測長器、超音波変位センサ、リニア近接センサである。接触式の測長器は、例えば、ピックテスタ、デジタルゲージ等であり、基板５０の上面５０ａに接触させて、基板５０の上面５０ａまでの距離を測定する。超音波変位センサは、超音波を基板５０に照射し、超音波が基板５０の上面５０ａで反射した反射波から、基板５０の上面５０ａまでの距離を測定する。リニア近接センサは、基板５０の上面５０ａに金属板を設置して、基板５０の上面５０ａまでの距離を測定する。
測長器７１を用いて基板５０の浮上量Ｈを測定する場合には、以下のような手順とする。すなわち、図１２に示すように、浮上ユニット１１の噴出エアをオフにして、基板５０を浮上ユニット１１に降ろす（手順Ａ）。そして、基板５０の上面５０ａ上に測長器７１を設置する（手順Ｂ）。
次に、図１３に示すように、浮上ユニット１１の噴出エアをＯＮにして基板５０を浮上させる（手順Ｃ）。そして、基板５０を浮上させた場合の測長器７１の変位量を測定する（手順Ｄ）。測長器７１の変位量から、浮上量Ｈを測定することができる。
このように、本実施形態においては、測長器７１は、基板５０をステージ１０に接触させた場合の基板５０の上面５０ａまでの距離、及び、基板５０をステージ１０上に浮上させた場合の基板５０の上面５０ａまでの距離から、基板５０の浮上量Ｈを測定することができる。
本実施形態の基板浮上型レーザ処理装置３によれば、浮上量測定装置７０は、測長器７１を用いている。測長器７１を用いることにより、基板５０の上面５０ａまでの距離を高精度で測定することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１及び２の記載に含まれている。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
１、２、３ 基板浮上型レーザ処理装置
１０ ステージ
１０a ステージ面
１１ 浮上ユニット
１１a ユニット面
２０ レーザ照射部
２１ 照射スポット
３０ 浮上量測定装置
３１ レーザ変位計
３２ 高さ調整ステージ
３３、３４ 平行移動ステージ
４０ コントローラ
４１ レーザ変位計コントローラ
４２ ステージコントローラ
４３ サーボアンプ
５０ 基板
５０ａ 上面
５０ｂ 下面
６０ 浮上量測定装置
６１ カメラ
６２ 高さ調整ステージ
７０ 浮上量測定装置
７１ 測長器

Claims (26)

  1. 下記を含む基板浮上型レーザ処理装置：
    基板を浮上させて搬送するステージ；及び
    前記基板の浮上量を測定する浮上量測定装置、
    ここで、測定した浮上量に応じて前記浮上量測定装置と前記基板との距離を自動的に調整可能とする。
  2. 前記基板の浮上量は、レーザ光を前記基板及び前記ステージに照射することによって測定される、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  3. 測定した前記基板の浮上量を入力するフィードバック機構を用いて前記浮上量測定装置と前記基板との距離を調整する、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  4. 前記浮上量測定装置は、前記レーザ光を前記基板及び前記ステージに照射するとともに、前記レーザ光が前記基板及び前記ステージによって反射した反射光を受光するレーザ変位計を含み、
    前記レーザ変位計は、前記レーザ光が前記基板の下面で反射した反射光及び前記レーザ光が前記ステージの上面で反射した反射光から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項２に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  5. 前記浮上量測定装置は、前記基板の上面を撮像するカメラを含み、
    前記カメラは、前記基板を前記ステージに接触させた場合に前記基板の上面に焦点が合う位置、及び、前記基板を前記ステージ上に浮上させた場合に前記基板の上面に焦点が合う位置から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  6. 前記浮上量測定装置は、前記基板の上面を撮像するカメラを含み、
    前記カメラは、前記基板の上面または下面に焦点が合う位置、及び、前記ステージの上面に焦点が合う位置から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  7. 前記浮上量測定装置は、前記基板の上面までの距離を測定する測長器を含み、
    前記測長器は、前記基板を前記ステージに接触させた場合の前記基板の上面までの距離、及び、前記基板を前記ステージ上に浮上させた場合の前記基板の上面までの距離から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  8. 前記浮上量測定装置は、前記ステージの上方の水平面において一方向に延びた平行移動ステージを含み、
    前記浮上量測定装置は、前記一方向に沿って前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  9. 前記平行移動ステージは、前記ステージの上方の水平面において前記一方向に直交する他方向に移動可能である、
    請求項８に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  10. 前記ステージは、前記基板を浮上させるエアを噴出する複数の浮上ユニットを有し、
    前記ステージの上面は、前記複数の前記浮上ユニットの上面を含む、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  11. 測定した浮上量を前記浮上量測定装置から入力されるコントローラをさらに備え、
    前記コントローラは、予め設定された目標値と、入力された前記浮上量とに基づいて、前記浮上量測定装置と前記基板との距離を調整する、
    請求項１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  12. 前記コントローラは、前記目標値と、入力された前記浮上量との差分が所定の範囲を超える場合には、前記入力された前記浮上量を前記距離の調整用データから除外する、
    請求項１１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  13. 前記コントローラは、前記浮上量測定装置と前記ステージとの間隔を記憶した記憶部を含み、
    前記コントローラは、前記記憶部が記憶した前記間隔を用いて、測定した前記基板の浮上量を補正する、
    請求項１１に記載の基板浮上型レーザ処理装置。
  14. 基板を浮上させて搬送するステージ上に配置された前記基板の浮上量を測定する浮上量測定装置を用いて、前記基板の浮上量を測定するステップと、
    測定した前記浮上量に応じて前記浮上量測定装置と前記基板との距離を自動的に調整するステップと、
    を備えた浮上量の測定方法。
  15. 前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記基板の浮上量を、レーザ光を前記基板及び前記ステージに照射することによって測定する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  16. 前記自動的に調整するステップにおいて、
    測定した前記基板の浮上量を入力するフィードバック機構を用いて前記浮上量測定装置と前記基板との距離を調整する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  17. 前記浮上量測定装置は、前記レーザ光を前記基板及び前記ステージに照射するとともに、前記レーザ光が前記基板及び前記ステージによって反射した反射光を受光するレーザ変位計を含み、
    前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記レーザ変位計は、前記レーザ光が前記基板の下面で反射した反射光及び前記レーザ光が前記ステージの上面で反射した反射光から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１５に記載の浮上量の測定方法。
  18. 前記浮上量測定装置は、前記基板の上面を撮像するカメラを含み、
    前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記カメラは、前記基板を前記ステージに接触させた場合に前記基板の上面に焦点が合う位置、及び、前記基板を前記ステージ上に浮上させた場合に前記基板の上面に焦点が合う位置から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  19. 前記浮上量測定装置は、前記基板の上面を撮像するカメラを含み、
    前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記カメラは、前記基板の上面または下面に焦点が合う位置、及び、前記ステージの上面に焦点が合う位置から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  20. 前記浮上量測定装置は、前記基板の上面までの距離を測定する測長器を含み、
    前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記測長器は、前記基板を前記ステージに接触させた場合の前記基板の上面までの距離、及び、前記基板を前記ステージ上に浮上させた場合の前記基板の上面までの距離から、前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  21. 前記浮上量測定装置は、前記ステージの上方の水平面において一方向に延びた平行移動ステージを含み、
    前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記浮上量測定装置は、前記一方向に沿って前記基板の浮上量を測定する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  22. 前記基板の浮上量を測定するステップにおいて、
    前記平行移動ステージは、前記ステージの上方の水平面において前記一方向に直交する他方向に移動可能である、
    請求項２１に記載の浮上量の測定方法。
  23. 前記ステージは、前記基板を浮上させるエアを噴出する複数の浮上ユニットを有し、
    前記ステージの上面は、前記複数の前記浮上ユニットの上面を含む、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  24. 測定した浮上量を前記浮上量測定装置から入力されるコントローラをさらに備え、
    前記自動的に調整するステップにおいて、
    前記コントローラは、予め設定された目標値と、入力された前記浮上量とに基づいて、前記浮上量測定装置と前記基板との距離を調整する、
    請求項１４に記載の浮上量の測定方法。
  25. 前記自動的に調整するステップにおいて、
    前記コントローラは、前記目標値と、入力された前記浮上量との差分が所定の範囲を超える場合には、前記入力された前記浮上量を前記距離の調整用データから除外する、
    請求項２４に記載の浮上量の測定方法。
  26. 前記浮上量測定装置と前記ステージとの間隔を記憶した記憶部をさらに備え、
    前記自動的に調整するステップにおいて、
    前記コントローラは、前記記憶部が記憶した前記間隔を用いて、測定した前記基板の浮上量を補正する、
    請求項２４に記載の浮上量の測定方法。
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