JP3704096B2 - レーザ加工方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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