JP3704096B2 - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ディスプレイに用いられるポリシリコン(p−Si)膜の製造に係わり、エキシマレーザ光をアモルファスシリコン(a−Si)に照射し、所定の粒径以上の大粒径からなる多結晶シリコン膜(p−Si)に多結晶化するレーザ加工方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ラテラル成長技術に関するものとして例えば特願平9−542270号に記載されている技術がある。このラテラル成長の手法は、ガラス基板上にa−Si膜をレーザ光によりアニールすることにより、所定の粒径以上の巨大結晶粒のp−Siに成長させる。
【0003】
具体的にこの手法は、エキシマレーザ等のパルスレーザ光を所定のビーム形状に整形し、このパルスレーザ光をサブμmの精度でオーバラップさせながら走査してガラス基板上のa−Si膜の全面に照射し、膜方向に結晶を成長させる。出願人は、この手法の効果を実験により確認した。
【0004】
この実験結果から分ったことは、パルスレーザ光をサブμmで移動させてa−Si膜上に照射する必要があるために、例えば液晶ディスプレイのガラス基板全体を多結晶化する場合には、その処理に数時間もかかってしまい、製造プロセスへの適用は不可能である。
【0005】
このような実情から出願人は、特願2001−32708に記載されているように、マスクとa−Si膜が形成されたガラス基板とを相対的に移動させながらパルスレーザを複数回照射し、マスクとガラス基板との相対的な移動速度とパルスレーザの照射タイミングとの関係を、ガラス基板上における互いに隣接する各レーザ照射領域がマスク上で互いに異なる位置に形成された開口部を透過したパルスレーザの照射により形成されるように設定し、高速処理のプロセスを実現した。
【0006】
この手法であれば、例えば液晶ディスプレイのガラス基板全体を多結晶化する場合でも、数十から数百秒で処理が終了し、量産プロセスとして十分なスループトが期待できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
プロセスの高速処理を実現するためには、ガラス基板を載置するステージを例えば数百mm/sの速度で移動させながらステージのリニアスケール等を用いて発生するパルス信号を取得し、このパルス信号に同期させながらパルスレーザ光をガラス基板上のa−Si膜に照射する。
【0008】
しかしながら、パルスレーザ光をサブμmの精度でオーバラップさせながらa−Si膜に照射する場合、ステージの揺動(ピッチング、ヨーイング)、速度の加減速の影響を受け、パルスレーザ光を照射する加工点付近では、パルスレーザ光の照射ピッチの精度を確保することが困難になる。
【0009】
又、ステージの移動速度に同期してトリガ信号をレーザ装置に与え、このトリガ信号の発生毎にレーザ装置からパルスレーザ光を出力するために、ステージの速度が加減速すると、トリガ信号発生の周波数が可変してしまう。
【0010】
このため、パルスレーザ光の出力タイミングの不安定性が助長され、安定した加工が実現できない。
【0011】
そこで本発明は、ステージの揺動や速度の加減速の影響を受けずに安定性のある加工ができるレーザ加工方法及びその装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被加工物に対するパルスレーザ光の照射位置と被加工物とを相互に移動し、かつこの相互の移動距離に応じてパルスレーザ光を被加工物に照射するレーザ加工方法において、相互の移動速度が加速又は減速したことを検出すると、予め設定された一定周期のパルス信号に同期してパルスレーザ光の出力を継続し、かつ相互の移動速度の加速又は減速している期間にパルスレーザ光の被加工物への照射を遮断することを特徴とするレーザ加工方法である。
【0013】
本発明は、レーザ装置から出力されたパルスレーザ光の照射位置と被加工物とを相互に移動し、この相互の移動距離に応じてレーザ装置からパルスレーザ光を出力させるレーザ加工装置において、一定周期のパルス信号を出力する発振手段と、相互の移動速度の加速又は減速を検出する速度検出手段と、この速度検出手段により相互の移動速度の加速又は減速が検出されると、レーザ装置からのパルスレーザ光の出力タイミングを発振手段から出力されるパルス信号に同期したタイミングに切り替える切替手段と、速度検出手段により検出される相互の移動速度の加速又は減速している期間にレーザ装置から出力されたパルスレーザ光の被加工物への照射を遮断する遮断手段とを具備したことを特徴とするレーザ加工装置である。
【0014】
本発明は、上記レーザ加工装置において、発振手段は、パルスレーザ光の照射位置と被加工物とが一定の速度で相互に移動するときの当該一定の移動速度に略同期したパルス信号を出力することを特徴とする。
【0015】
本発明は、レーザ装置から出力されたパルスレーザ光を被加工物に照射して被加工物を加工するレーザ加工装置において、パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、被加工物を載置して移動し、レーザ装置から出力されたパルスレーザ光を被加工物上に主走査及び副走査させて被加工物の全面にパルスレーザ光を照射させるステージと、このステージの移動位置を測定する測長器と、この測長器により測定されたステージの移動位置に応じてレーザ装置からパルスレーザ光を出力させるトリガ信号を出力し、かつステージの移動位置に基づいてステージの加速又は減速を検出する同期回路と、ステージによる主走査の一定の移動速度に略同期したパルス信号を出力する発振器と、レーザ装置から出力されるパルスレーザ光を通過又は遮断するシャッタと、ステージが一定の速度で移動している期間に同期回路から出力されたトリガ信号をレーザ装置に与え、同期回路によりステージの加速又は減速が検出されると、発振器から出力されるパルス信号をトリガ信号としてレーザ装置に与え、かつシャッタを遮断動作させるトリガ切替え制御手段とを具備したことを特徴とするレーザ加工装置である。
【0016】
本発明は、上記レーザ加工装置において、ステージは、一定速度に到達するまでに加速し、一定速度から停止するまでに減速し、かつ主走査と副走査との切替え期間に加減速し、トリガ切替え制御手段は、これらステージの加減速期間に発振器から出力されるパルス信号をトリガ信号としてレーザ装置に与え、かつシャッタを遮断動作させる。
【0017】
本発明は、上記レーザ加工装置において、被加工物は、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコンであり、レーザ装置からエキシマレーザ光をアモルファスシリコンに照射し、当該アモルファスシリコンを多結晶シリコン膜に多結晶化する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【0019】
図1はレーザ加工装置の全体構成図である。2台の架台1、2が設けられ、このうち一方の架台1上には、エキシマレーザ3が設けられている。このエキシマレーザ3は、パルスのエキシマレーザ光(以下、パルスレーザ光と称する)を出力する。このエキシマレーザ3は、制御パーソナルコンピュータ3aによって動作制御される。
【0020】
他方の架台2は、隔離壁4で覆われている。この隔離壁4の上部には、配管5を介して温度安定化装置6が接続されている。この温度安定化装置6は、隔離壁4の内部温度を一定に安定化するもので、例えばパルスレーザ光をa−Siに照射して所定の粒径以上の大粒径からなるp−Siに多結晶化するプロセスに必要な所定の温度の流体を隔離壁4内に供給する。
【0021】
隔離壁4内部の架台2上には、XYZステージ7が設けられている。このXYZステージ7には、例えば液晶ディスプレイに用いられるガラス基板8が載置される。このガラス基板8は、表面上にa−Si膜が形成されている。
【0022】
XYZステージ7は、ガラス基板8をXY方向に移動させ、エキシマレーザ3から出力されたパルスレーザ光がガラス基板7のa−Si膜上にラスタースキャンさせ、a−Si膜の全面にパルスレーザ光をスキャンさせる。なお、x方向への移動を主スキャンとし、y方向への移動を副スキャンとする。
【0023】
XYZステージ7は、ラスタースキャンさせるとき、パルスレーザ光をサブμmの精度でオーバラップさせながらガラス基板7上のa−Si膜の全面にスキャンさせる。
【0024】
又、架台2上には、高速シャッタ用筒9及び結像光学系用筒10が設けられている。高速シャッタ用筒9は、一端が連結筒11を介してエキシマレーザ3の出力端部に接続され、他端が結像光学系用筒10に接続されている。結像光学系用筒10は、折り曲がり、エキシマレーザ3の出射端部がXYZステージ7上に載置されたガラス基板8の上方に配置されている。
【0025】
これら高速シャッタ用筒9及び結像光学系用筒10は、それぞれ内部に設けられる後述する高速シャッタ20及び結像光学系22を、p−Siに多結晶化するプロセスの雰囲気と隔離する。
【0026】
隔離壁4内部には、オートフォーカス用のフォーカスセンサ12及びレーザ測長器13が設けられている。フォーカスセンサ12は、結像光学系用筒10のレーザ出力端部の側面に設けられ、ガラス基板8の表面の高さ位置を検出し、この高さ位置に応じたアナログ信号を出力する。
【0027】
レーザ測長器13は、非接触タイプの測長器であって、レーザ光をXYZステージ7に対して照射してその反射レーザ光を受光し、レーザ光の出射から受光までの期間に基づいてXYZステージ7の位置を測定し、又は例えば出射レーザ光と反射レーザ光との干渉縞に基づいてXYZステージ7の位置を測定し、そのパルス位置信号を出力する。このパルス位置信号は、例えばXYZステージ7が1ミクロン移動する毎に1パルス出力する。
【0028】
図2はレーザ加工装置の制御系の構成図である。
【0029】
XYZステージ7は、x方向に移動するXステージ7aと、このXステージ7a上にリニアスケール7bを介して設けられてy方向に移動するYステージ7cと、このYステージ7c上に設けられてz方向に移動するZステージ7dとを有する。
【0030】
Xステージ7aとZステージ7dとには、それぞれ各リニアモータ7e、7fが連結されている。なお、Yステージ7cにもリニアモータが連結されているが、図示の関係上省略する。
【0031】
エキシマレーザ3には、高圧電源回路(HV回路)が設けられている。このエキシマレーザ3から出力されるパルスレーザ光の光路上には、高速シャッタ20、マスク21及び結像光学系22が設けられている。
【0032】
図3はマスク21の構成図である。このマスク21には、例えば4本のラインパターン23が同一方向に形成されている。これらラインパターン23の幅及びピッチは、a−Si膜にパルスレーザ光を照射して多結晶化するときに、パルスレーザ光のレーザ照射領域において熱勾配が生じ、所定の粒径以上の大結晶粒径の多結晶Si膜を生成するためのサイズに形成されている。又、各ラインパターン23の間隔は、等ピッチに形成されている。
【0033】
具体的に各ラインパターン23は、a−Si膜上に照射されるレーザ照射領域のビーム幅がおよそ5μm以内、ピッチが1μm以上となるように形成されている。
【0034】
結像光学系22は、複数のレンズ22aと、光路折り曲げようのミラー22bと、複数のレンズ22cとを有する。
【0035】
一方、パーソナルコンピュータ24には、バス25を介してNC制御ボード26が接続され、パーソナルコンピュータ24からNC制御ボード26に対してXYZステージ7の駆動指令が発せられる。
【0036】
NC制御ボード26は、パーソナルコンピュータ24からの駆動指令を受け、ガラス基板7のa−Si膜上にパルスレーザ光をラスタースキャンさせるための2軸(xy軸)の各指令パルスを発する。図2では図示する関係上x軸の指令パルスのみを示してあり、この指令パルスがサーボドライバ27に送られる。このサーボドライバ27は、指令パルスに従ってリニアモータ7eを駆動する。
【0037】
Xステージ7aの移動位置は、リニアスケール7bによって検出され、この検出されたx方向の位置信号がアンプ28を介してサーボドライバ27にフィードバックされる。
【0038】
従って、サーボドライバ27は、リニアスケール7bによって検出されたx方向の位置信号とx軸の指令パルスとの偏差がなくなるようにリニアモータ7eを駆動する。
【0039】
Yステージ7cも同様に、y方向のリニアスケールによって検出されたy方向の位置信号とy軸の指令パルスとの偏差がなくなるようにy方向のリニアモータを駆動するものとなっている。
【0040】
フォーカスセンサ12は、フォーカス測定用光源29からガラス基板8の表面上に光を照射し、その反射光を受光してガラス基板8の表面の高さ位置に応じたアナログ信号を出力する。このアナログ信号は、アンプ30により増幅された後、A/D変換器31によりデジタル変換されてパーソナルコンピュータ24に送られる。なお、フォーカス測定用光源29から出力される光の照射点は、ガラス基板8上における結像光学系22の結像位置に一致する。
【0041】
パーソナルコンピュータ24は、フォーカスセンサ12からのガラス基板8の表面の高さ位置を示すデジタル信号を取り込み、ガラス基板8の表面の高さ位置が結像光学系22の結像位置に一致するようにz方向のリニアモータ7fを駆動する指令を発する。従って、Zステージ7dがz方向に移動することにより、オートフォースの調整が行われる。
【0042】
レーザ測長器13は、Zステージ7dの側面に設けられた測定片32に対してレーザ光を照射し、その反射レーザ光を受光してXYZステージ7の位置を測定し、そのパルス位置信号を出力する。
【0043】
このレーザ測長器13は、ガラス基板8上のa−Si膜の加工点の出来るだけできるだけ近傍でXYZステージ7の位置を測定する。加工点から離れた位置でXYZステージ7の位置を測定すると、XYZステージ7の揺動(ピッチング、ヨーイング)の影響を受けるためである。
【0044】
従って、測定片32は、例えばガラス基板8の直下に当たるZステージ7dの側面に設けられる。
【0045】
カウンタ33は、レーザ測長器13から出力されたパルス位置信号をカウントし、そのカウント値を比較演算部34に送る。この比較演算部34は、カウンタ33のカウント値と予め設定された基準カウント値とを比較し、カウンタ33のカウント値が基準カウント値を含む許容範囲内であれば、すなわちXYステージ7a、7cが一定の速度で移動していれば、エキシマレーザ3からパルスレーザ光を出力されるトリガ信号を出力する。このトリガ信号は、トリガ切り替え回路35を通してエキシマレーザ3に与えられる。
【0046】
内部発振器36は、Xステージ7aによる主スキャンの一定の移動速度に略同期したパルス信号を出力する。このパルス信号は、トリガ切り替え回路35に送られる。
【0047】
比較演算部34は、カウンタ33のカウント値と基準カウント値とを比較し、カウンタ33のカウント値が基準カウント値を含む許容範囲外であれば、すなわちXYステージ7a、7cの移動速度が加速又は減速していることを検出すると、その旨をパーソナルコンピュータ24に通知する。
【0048】
なお、この比較演算部34は、XYステージ7a、7cが一定速度になる範囲が位置情報として持っているので、例えばカウンタ33のカウント値からXYステージ7a、7cの移動位置を求め、一定速度になる範囲外であれば、XYステージ7a、7cの移動速度が加速又は減速していることを検出すると、その旨をパーソナルコンピュータ24に通知するようにしてもよい。XYステージ7a、7cの移動位置は、カウンタ33のカウント値から求めるのでなく、別途距離センサを設けてXYステージ7a、7cの移動位置を測定してもよい。
【0049】
XYステージ7a、7cの移動速度が加速又は減速するときは、例えば移動開始時における一定速度に到達するまでの加速期間と、一定速度から減速して停止するまでの期間と、主スキャンと副スキャンとの切替えにおける加減速期間とである。
【0050】
パーソナルコンピュータ24は、XYステージ7a、7cの加速又は減速の旨を受けると、これら加減速の期間において、トリガ切り替え回路35を比較演算部34側から内部発振器36側に切り替えて、内部発振器36から出力されるパルス信号をトリガ信号としてエキシマレーザ3に与え、かつ高速シャッタ20を遮断動作させるトリガ切替え制御手段を有する。
【0051】
なお、パーソナルコンピュータ24からトリガ切り替え回路35への切替え信号と、パーソナルコンピュータ24から高速シャッタ20へのシャッタオン/オフ(on/off)信号とは、バス37からI/Oポート38を通して与えられる。
【0052】
又、パーソナルコンピュータ24は、比較演算部34に設定されている基準カウント値を任意の値に設定変更する機能と、内部発振器36の発振周波数をXYステージ7a、7cなどの移動速度の変更に応じて設定変更する機能とを有する。
【0053】
次に、上記の如く構成された装置の動作について説明する。
【0054】
エキシマレーザ3から出力されたパルスレーザ光は、高速シャッタ20を通過し、さらにマスク21を通過し、結像光学系22によりガラス基板8のa−Si膜上に照射される。
【0055】
一方、パーソナルコンピュータ24は、バス25を介してNC制御ボード26にXYステージ7a、7cの駆動指令を発する。
【0056】
NC制御ボード26は、パーソナルコンピュータ24からの駆動指令を受け、ガラス基板8のa−Si膜上にパルスレーザ光をラスタースキャンさせるための2軸(xy軸)の各指令パルスを発する。図示する関係上x軸の指令パルスのみを示せば、この指令パルスがサーボドライバ27に送られる。このサーボドライバ27は、指令パルスに従ってリニアモータ7eを駆動する。
【0057】
このとき、Xステージ7aの移動位置は、リニアスケール7bによって検出され、この検出されたx方向の位置信号がアンプ28を介してサーボドライバ27にフィードバックされる。
【0058】
従って、サーボドライバ27は、リニアスケール7bによって検出されたx方向の位置信号とx軸の指令パルスとの偏差がなくなるようにリニアモータ7eを駆動する。
【0059】
Yステージ7cも同様に、y方向のリニアスケールによって検出されたy方向の位置信号とy軸の指令パルスとの偏差がなくなるようにy方向のリニアモータを駆動する。
【0060】
これにより、エキシマレーザ3から出力されたパルスレーザ光は、ガラス基板8のa−Si膜上にラスタースキャンされる。
【0061】
これと共に、フォーカスセンサ12は、フォーカス測定用光源29からガラス基板8の表面上に光を照射し、その反射光を受光してガラス基板8の表面の高さ位置に応じたアナログ信号を出力する。このアナログ信号は、アンプ30により増幅された後、A/D変換器31によりデジタル変換されてパーソナルコンピュータ24に送られる。
【0062】
このパーソナルコンピュータ24は、フォーカスセンサ12からのデジタル信号を取り込み、ガラス基板8の表面の高さ位置が結像光学系22の結像位置に一致するようにz方向のリニアモータ7fを駆動する指令を発して、オートフォース調整を行なう。
【0063】
ここで、ガラス基板8のa−Si膜上にパルスレーザ光をラスタースキャンすることにより、a−Si膜を所定の粒径以上の巨大結晶粒のp−Siに多結晶化する作用について説明する。
【0064】
エキシマレーザ3から出力された1ショット目、2ショット目、3ショット目、…、のパルスレーザ光が図3に示すマスク21を通してガラス基板8上のa−Si膜に照射される。
【0065】
図4は1ショット目のパルスレーザ光がa−Si膜上に照射されたときの多結晶化される各レーザ照射領域F1を示す。マスク21の各ラインパターン23を通過したパルスレーザ光は、ガラス基板8上のa−Si膜上に照射される。これらパルスレーザ光によるレーザ照射領域F1のa−Si膜が多結晶化される。
【0066】
各レーザ照射領域F1は、それぞれビーム幅5μm以内で、ピッチMp1μm以上に設定されている。これにより、各レーザ照射領域F1では、レーザ照射領域F1の外縁から中央部分に向って結晶が成長し、レーザ光照射領域F1の全面が所定の粒径以上の大結晶粒径の多結晶Si膜に多結晶化する。これらレーザ照射領域F1では、互いに隣接するレーザ照射領域からの熱影響を受けることはなく、a−Si膜は多結晶化される。
【0067】
次に、図5は2ショット目のパルスレーザ光がa−Si膜上に照射されたときの多結晶化されるレーザ照射領域F2を示す。2ショット目のパルスレーザ光は、ガラス基板8が各ラインパターン23のピッチ間隔だけ移動したタイミングでa−Si膜上に照射される。
【0068】
従って、2ショット目のレーザ照射領域F2は、3本のレーザ照射領域F2が1ショット目のレーザ照射領域F1に隣接する。すなわち、レーザ照射領域F1とレーザ照射領域F2とは、同一のラインパターン23を通過したパルスレーザでなく、異なるラインパターン23を通過したパルスレーザにより形成される。
【0069】
これらレーザ照射領域F2においても互いに隣接するレーザ照射領域からの熱影響を受けることはない。レーザ照射領域F2は、a−Si膜が所定の粒径以上の大結晶粒径に多結晶化される。
【0070】
次に、図6は3ショット目のパルスレーザがa−Si膜上に照射されたときの多結晶化されるレーザ照射領域F2を示す。3ショット目のパルスレーザ光は、ガラス基板8がさらに各ラインパターン23のピッチ間隔だけ移動したタイミングでa−Si膜上に照射される。従って、3ショット目のレーザ照射領域F3は、3本のレーザ照射領域F3が2ショット目のレーザ照射領域F2に隣接する。
【0071】
ここで、1ショット目、2ショット目、3ショット目、…、のパルスレーザの各レーザ照射領域F1、F2、F3、…、は、互いに一部が重なり合う。これでもa−Si膜が所定の粒径以上の大結晶粒径に多結晶化されることは変わりない。
【0072】
これ以降、上記同様に、パルスレーザ光がマスク21を通してガラス基板8上のa−Si膜に照射され、かつXYステージ7a、7cの動作によりガラス基板8を一定の速度でスキャンされる。
【0073】
ところで、パルスレーザ光をガラス基板8のa−Si膜上にラスタースキャンするとき、XYステージ7a、7cは、移動を開始時の一定速度に到達するまでの加速期間と、一定速度から減速して停止するまでの期間と、主スキャンと副スキャンとの切り替えにおける期間とにおいてそれぞれ加減速する。
【0074】
図7は例えばXステージ7aの移動動作における速度変化を示す図であって、Xステージ7aは、移動を開始して一定速度に到達するまでの加速してから一定速度で移動し、この後、一定速度から減速して停止する。
【0075】
レーザ測長器13は、Zステージ7dの側面に設けられた測定片32に対してレーザ光を照射してその反射レーザ光を受光してXYZステージ7の位置、すなわちガラス基板8の位置を測定し、そのパルス位置信号を出力する。
【0076】
カウンタ33は、レーザ測長器13から出力されたパルス位置信号をカウントし、そのカウント値を比較演算部34に送る。
【0077】
この比較演算部34は、カウンタ33のカウント値と予め設定された基準カウント値とを比較し、カウンタ33のカウント値が基準カウント値又は基準カウント値を含む許容範囲内であってXYステージ7a、7cが一定の速度で移動していれば、エキシマレーザ3からパルスレーザ光を出力されるトリガ信号を出力する。このトリガ信号は、トリガ切り替え回路35を通してエキシマレーザ3に与えられる。
【0078】
これにより、エキシマレーザ3は、XYステージ7a、7cの一定の移動速度に同期してパルスレーザ光を出力する。
【0079】
ところが、カウンタ33のカウント値が基準カウント値を含む許容範囲外であって、XYステージ7a、7cが加速又は減速していると、比較演算部34は、その旨をパーソナルコンピュータ24に通知する。
【0080】
このパーソナルコンピュータ24は、XYステージ7a、7cの加速又は減速の旨を受けると、これら加減速の期間において、トリガ切り替え回路35を比較演算部34側から内部発振器36側に切り替えて、内部発振器36から出力されるパルス信号をトリガ信号としてエキシマレーザ3に与える。
【0081】
これと共にパーソナルコンピュータ24は、高速シャッタ20に対してシャッタオンの信号を出力し、高速シャッタ20を遮断動作させる。
【0082】
図7ではXステージ7aが移動を開始して一定速度に到達するまでの期間と、一定速度から減速して停止するまでの期間とにおいて、それぞれ内部発振器36から出力されるパルス信号がトリガ信号としてエキシマレーザ3に与えられ、かつ高速シャッタ20が遮断動作する。
【0083】
このように上記一実施の形態においては、パルスレーザ光をガラス基板8のa−Si膜上にラスタースキャンするとき、XYステージ7a、7cの移動開始時の一定速度に到達するまでの期間と、一定速度から減速して停止するまでの期間と、主スキャンと副スキャンとの切り替えにおける期間とにおける各加減速を検出すると、エキシマレーザ3に与えるトリガ信号を、XYステージ7a、7cの移動に同期したトリガ信号から内部発振器36から出力されるパルス信号をトリガ信号として切り替え、かつエキシマレーザ3から出力されるパルスレーザ光を高速シャッタ20により遮断する。
【0084】
これにより、XYステージ7a、7cの移動速度が加減速しても、エキシマレーザ3からはXYステージ7a、7cが一定の速度で移動しているときとほぼ同一の繰り返し周波数でパルスレーザ光の出力を継続させることで、エキシマレーザ3のパルスエネルギを安定性を保つことができる。
【0085】
エキシマレーザ3は、XYステージ7a、7cの加減速で、パルスレーザ光出力の繰り返し周波数が変化すると、チューブ温度等が変化し、パルスエネルギの不安定性をもたらすために、常に一定の周波数でパルスレーザ光を出力し続けることが好ましい。
【0086】
従って、内部発振器36から出力されるパルス信号をトリガ信号としてエキシマレーザ3に与えてパルスレーザ光の出力を継続させることにより、エキシマレーザ3のパルスエネルギを安定性を保つことができる。
【0087】
又、XYステージ7a、7cの移動速度が加減速したときのパルスレーザ光は、高速シャッタ20で遮断されるので、不安定な繰り返し数でかつ不安定なパルスエネルギのパルスレーザ光をガラス基板8上のa−Si膜に照射することはなく、ガラス基板8上の全面のa−Si膜が所定の粒径以上の大結晶粒径に多結晶化される。
【0088】
レーザ測長器13は、ガラス基板8上のa−Si膜の加工点の出来るだけできるだけ近傍である例えばガラス基板8の直下に当たるZステージ7dの側面に設けられた測定片32においてXYZステージ7の位置を測定するので、XYZステージ7の揺動(ピッチング、ヨーイング)の影響を受けることなくXYZステージ7の位置を測定できる。
【0089】
又、フォーカスセンサ12により検出されたガラス基板8の表面の高さ位置に応じて結像光学系22の結像位置に一致するようにz方向のリニアモータ7fを駆動してオートフォース調整するので、常にフォーカス位置を安定させることができる。
【0090】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。
【0091】
さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【0092】
例えば、上記一実施の形態では、ガラス基板8の面上にパルスレーザ光をラスタスキャンさせているが、ガラス基板8の全面にパルスレーザ光を照射する方法であれば、いかなるスキャン方式を用いてもよい。
【0093】
XYZステージ7の位置測定をレーザ測長器13を用いて行なっているが、これに限らず、リニアスケールを用いてもよい。
【0094】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、ステージの揺動や速度の加減速の影響を受けずに安定性のある加工ができるレーザ加工方法及びその装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態を示す全体構成図。
【図2】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態における制御系の構成図。
【図3】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態におけるマスクの構成図。
【図4】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態における1ショット目のパルスレーサ光により結晶化された領域を示す図。
【図5】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態における2ショット目のパルスレーサ光により結晶化された領域を示す図。
【図6】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態における3ショット目のパルスレーサ光により結晶化された領域を示す図。
【図7】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施の形態におけるエキシマレーザへのトリガ信号と高速シャッタの開閉動作とを示す図。
【符号の説明】
1,2:架台
3:エキシマレーザ
4:隔離壁
5:配管
6:温度安定化装置
7:XYZステージ
8:ガラス基板
9:高速シャッタ用筒
10:結像光学系用筒
11:連結筒
12:フォーカスセンサ
13:レーザ測長器
20:高速シャッタ
21:マスク
22:結像光学系
23:ラインパターン
24:パーソナルコンピュータ
26:NC制御ボード
27:サーボドライバ
29:フォーカス測定用光源
31:A/D変換器
33:カウンタ
34:比較演算部
35:トリガ切り替え回路
36:内部発振器
Claims (6)
- 被加工物に対するパルスレーザ光の照射位置と前記被加工物とを相互に移動し、かつこの相互の移動距離に応じて前記パルスレーザ光を前記被加工物に照射するレーザ加工方法において、
前記相互の移動速度が加速又は減速したことを検出すると、予め設定された一定周期のパルス信号に同期して前記パルスレーザ光の出力を継続し、かつ前記相互の移動速度の加速又は減速している期間に前記パルスレーザ光の前記被加工物への照射を遮断することを特徴とするレーザ加工方法。 - レーザ装置から出力されたパルスレーザ光の照射位置と被加工物とを相互に移動し、この相互の移動距離に応じて前記レーザ装置から前記パルスレーザ光を出力させるレーザ加工装置において、
一定周期のパルス信号を出力する発振手段と、
前記相互の移動速度の加速又は減速を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段により前記相互の移動速度の加速又は減速が検出されると、前記レーザ装置からの前記パルスレーザ光の出力タイミングを前記発振手段から出力される前記パルス信号に同期したタイミングに切り替える切替手段と、
前記速度検出手段により検出される前記相互の移動速度の加速又は減速している期間に、前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光の前記被加工物への照射を遮断する遮断手段と、
を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記発振手段は、前記パルスレーザ光の照射位置と前記被加工物とが一定の速度で相互に移動するときの当該一定の移動速度に略同期した前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項2記載のレーザ加工装置。
- レーザ装置から出力されたパルスレーザ光を被加工物に照射して前記被加工物を加工するレーザ加工装置において、
前記パルスレーザ光を出力するレーザ装置と、
前記被加工物を載置して移動し、前記レーザ装置から出力された前記パルスレーザ光を前記被加工物上に主走査及び副走査させて前記被加工物の全面に前記パルスレーザ光を照射させるステージと、
このステージの移動位置を測定する測長器と、
この測長器により測定された前記ステージの移動位置に応じて前記レーザ装置から前記パルスレーザ光を出力させるトリガ信号を出力し、かつ前記ステージの移動位置に基づいて前記ステージの加速又は減速を検出する同期回路と、
前記ステージによる前記主走査の一定の移動速度に略同期したパルス信号を出力する発振器と、
前記レーザ装置から出力される前記パルスレーザ光を通過又は遮断するシャッタと、
前記ステージが一定の速度で移動している期間に前記同期回路から出力された前記トリガ信号を前記レーザ装置に与え、前記同期回路により前記ステージの加速又は減速が検出されると、前記発振器から出力される前記パルス信号をトリガ信号として前記レーザ装置に与え、かつ前記シャッタを遮断動作させるトリガ切替え制御手段と、
を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。 - 前記ステージは、一定速度に到達するまでに加速し、一定速度から停止するまでに減速し、かつ前記主走査と前記副走査との切替え期間に加減速し、
前記トリガ切替え制御手段は、これらステージの加減速期間に前記発振器から出力される前記パルス信号をトリガ信号として前記レーザ装置に与え、かつ前記シャッタを遮断動作させる、
ことを特徴とする請求項4記載のレーザ加工装置。 - 前記被加工物は、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコンであり、
前記レーザ装置からエキシマレーザ光を前記アモルファスシリコンに照射し、当該アモ ルファスシリコンを多結晶シリコン膜に多結晶化する、
ことを特徴とする請求項2又は4記載のレーザ加工装置。
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